DE1945945A1 - Brennstoffzellenbatterie zur Umsetzung eines im Elektrolyten geloesten Reaktanten,insbesondere Hydrazin - Google Patents

Brennstoffzellenbatterie zur Umsetzung eines im Elektrolyten geloesten Reaktanten,insbesondere Hydrazin

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Description

Brennstoffzellenbatterie zur Umsetzung eines im Elektrolyten gelösten Reaktanten, insbesondere Hydrazin
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine aus vorgefertigten Bauteilen aufgebaute und mit Gießharz umgossene Brennstoffzellenbatterie zur Umsetzung eines im Elektrolyt gelösten Reaktanten, insbesondere Hydrazin, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, doppelseitig arbeitende Gas-Diffusionselektroden von Brennstoffelementen in einer Batterie mittels Kunststoffen zu vereinigen. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, daß positive und negative Elektroden in abwechselnder Reihenfolge aufeinander gestapelt und in einer Form mit Gießharzen vergossen werden, wobei zwischen den Elektroden Abstandsrahmen, die den Raum zur späteren Aufnahme des Elektro-Lyten ausbilden und ein Eindringen der Gießharze in den Elektrolytraum verhindern, eingelegt und nach der Aushärtung der Gießharze wieder entfernt werden. Die für den ELektrolyten oder Gase vorgesehenen Zuleitungs- bzw. Verbindun/^skanäle können dadurch i^ebildet werden, daß man vor dem Verguß Formkörper aus nicht vom Gießharz benetzten Materialien, z.B. Polyvinylalkohol, auf den Elektrodenstapel auf- oder einlegt und diese nach erfolgter Verfestigung des Gießharzes wieder herauslöst oder herausschmilzt. Für im Elektrolyt gelöste Reaktanten arbeitet eine derartig aufgebaute Brennstoffzellenbatterie jedoch nicht optimal.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es nun, eine Brennstoff-
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Zellenbatterie zu finden, bei deren Herstellung die in Vergußbatterien bei der Kanalbildung und Abdichtung von Hohlräumen bisher auftretenden Schwierigkeiten vermieden werden können.
Die Brennstoffzellenbatterie nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aus aneinandergereihten Bauteilen A und endständigen Bauteilen B und G aufgebaut und mit einem Gießharz umgössen ist, wobei das Bauteil A aus zwei Diaphragmen mit dazwischen angeordnetem Stützgerüst, Abstandsnetz, Kontaktierungs- ψ blech, Dichtungsrahmen und Elektroden unterschiedlicher Polarität, das Bauteil B aus einem Diaphragma und einem Kontaktierungsblech mit dazwischen angeordneter Elektrode, Stützgerüst und Dichtungsrahmen und das Bauteil C aus einem Diaphragma und einem Kontaktierungsblech mit dazwischen angeordnetem Abstandsnetz, Dichtungsrahmen und Elektrode besteht, die Dichtungsrahmen, Diaphragmen und Kontaktierungsbleche mit Fahnen und Bohrungen für die Zu- und Abfuhr der Reaktanten versehen und die Dichtungsrahmen mit dem Kontaktierungsblech und Diaphragma des jeweiligen Bauteiles fest verbunden sind.
Der sich aus der Brennstoffzellenbatterie nach der Erfindung ergebende technische Portschritt wird vor allem darin gesehen, daß " sich nunmehr zwischen dem Gasraum und Elektrolytraum zwei Diaphragmen befinden, mit deren Hilfe die Gas- und Elektrolyträume in.einfacher Weise verschlossen werden können. Die Bohrungen und Kanäle für die Zu- und Ableitung der Reaktanten können somit bereits vor dem Verguß der Batterie in den Einzelteilen eingearbeitet werden, wodurch die Inbetriebnahme sowie Betriebssicherheit der Batterie wesentlich erleichtert und verbessert wird. Eine Verstopfung der für den Transport der Reaktanten innerhalb der Batterie vorgesehenen Leitungen sowie Beeinträchtigungen des Katalysators, die beim Herauslösen bzw. Herausschmelzen der Formkörper häufig zu beobachten sind, sind damit ausgeschlossen.
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Anhand der beiliegenden Fieren 1, 2, 3, 4 und 5 wird nun der Gegenstand der Erfindung noch näher erläutert.
Fig. 1 stellt den Grundriß des Bauteiles A dar. Die Fahnen der Diaphragmen, Dichtungsrahmen und Kontaktierungsbleche sind darin mit den Bezugsziffern 1, 2, 3 und 4 gekennzeichnet. Sie sind mit Bohrungen für die Zu- bzw. Abführung der Reaktanten versehen. Der im Elektrolyt gelöste Reaktant wird in dem gezeigten Bauteil über die Bohrungen in den Fahnen 1 und 3 und das gasförmige Oxidationsmittel, beispielsweise Sauerstoff oder Luft, über die Bohrungen in den Fahnen 4 und 2 transportiert. Die zwischen den Kontaktierungsblechen und den Diaphragmen angeordneten Dichtungsrahmen weisen zwar innerhalb der Fahnen ebenfalls Bohrungen auf, von denen jedoch - in Abhängigkeit von ihrer Lage in dem Bauteil A - Abzweigkanäle in den Elektrolytraum bzw. Gasraum führen.
Fig. 2 zeigt den Schnitt A-B und Fig. 3 den Schnitt C-D durch das Bauteil A. Aus den Figuren ist zu ersehen, daß sich zwischen den Diaphragmen b und 6 die Anode 7, Kathode 8, das Stützgerüst 9, das Abstandsnetz 10 und das Kontaktierungsblech 11 befinden. Die Dichtungsrahmen 12a und 12 b sind mit den Bohrungen 13 und 14 versehen, von denen die Abzweigkanäle 15 und 16 in den Gasraum bzw. Elektrolytraum einmünden.
Die Dichtungsrahmen in der Brennstoffzellenbatterie nach der Erfindung bestehen aus einem Elastomeren, das gegenüber den Reaktanten und Elektrolyten beständig ist, z.B. aus. Polychlorbutadien. Sie sind mit den Diaphragmen, die vorzugsweise aus Asbestpapier bestehen, und mit den Kontaktierungsblechen aus Nickel oder säurefestem Stahl gas- und flüssigkeitsdicht verbunden. Die Ver-
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bindung der Dichtungsrahmen kann in bekannter Weise mittels Klebstoffen oder durch Aufvulkanisation erfolgen.
Die Herstellung des Bauteiles A kann beispielsweise in der Art erfolgen, daß das Kontaktierungsblech zunächst auf beide Seiten mit einem Lösungsmittel entfettet und am Rand mit Korund sandgestrahlt wird. Anschließend wird sofort die Vulkanisiergrundierung auf den Rand aufgebracht, die nach Lufttrocknung 5 Minuten bei 70 0C eingebrannt wird. Auf diese Grundierung streicht man dann beidseitig die -Vulkanisierlösung, auf die nach Trocknung das Abstandsnetz 10 und das Stützgerüst 9 sowie die Netzelektrode 7 durch Punktschweißen aufgebracht werden.
In analoger Weise wird das für die Dichtungsrahmen' vorgesehene Neopren zunächst entfettet und beidseitig mit Vulkanisierlösung bestrichen. Nach dem Eintrocknen werden die Dichtungsrahmen aus dem vorbehandelten Neopren ausgestanzt. Die in diesem Ausführungsbeispiel aus Asbestpapier bestehenden Diaphragmen werden vor Vulkanisierung ebenfalls mit Vulkanisierlösung bestrichen, zweckmäßigerweise mehrere Male, und nach dem Eintrocknen mit den vorerwähnten und vorbehandelten Einzelteilen des Bauteiles A bei 150 C und einem Druck von etwa 2 kp/cm 20 Min. vulkanisiert.
Das in Fig. 4 gezeigte Bauteil B besteht lediglich aus dem Diaphragma 20, dem Kontaktierungsblech 21, dem Stützgerüst 17, der Anode 18 und dem Dichtungsrahmen 19 und stellt eine endständige Halbzelle dar.
Die zweite endständige Halbzelle (Bauteil C) zeigt Fig. 5. Sie setzt sich zusammen aus dem Diaphragma 22, dem Kontaktierungsblech 23, dem Abstandsnetz 24, der Kathode 25 und dem Dichtungsrahmen 26.
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Die in der Brennstoffzellenbatterie nach, der Erfindung eingesetzten Elektroden bestehen vorzugsweise aus pulverförmigem Katalysatormaterial, das gegebenenfalls mittels Bindemitteln verfestigt worden ist. Als Anoden werden jedoch auch mit Vorteil Netzelektroden aus Edelmetallen oder mit Edelmetallen versehene Trägernetze aus Stahl oder Nickel eingesetzt.
5 Patentansprüche
5 Figuren
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Claims (5)

1945345 PLA 69/1386 - 6 Patentansprüche
1. Brennstoffzellenbatterie zur Umsetzung eines im Elektrolyten gelösten Reaktanten, insbesondere Hydrazin, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus aneinandergereihten Bauteilen A und endständigen Bauteilen B und G aufgebaut und mit einem Gießharz umgössen ist, wobei das Bauteil A aus zwei Diaphragmen mit dazwischen angeordnetem Stützgerüst, Abstandsnetz, Kontaktierungsblech, Dichtungsrahmen und Elektroden unterschiedlicher Polarität, das Bauteil B aus einem Diaphragma und einem Kontaktierungsblech mit dazwischen angeordneter Elektrode, Stützgerüst und Dichtungsrahmen und das Bauteil C aus einem Diaphragma und einem Kontaktierungsblech mit dazwischen angeordnetem Abstandsnetz, Dichtungsrahmen und Elektrode besteht, die Dichtungsrahmen, Diaphragmen und Kontaktierungsbleche mit Fahnen und Bohrungen für die Zu- und Abfuhr der Reaktanten versehen und die Dichtungsrahmen mit dem Kontaktierungsblech und Diaphragma des jeweiligen Bauteiles fest verbunden sind.
2. Brennstoffzellenbatterie nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsrahmen aus einem Elastomeren, z.B. Polychlorbutadien, bestehen.
3. Brennstoffzellenbatterie nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsrahmen auf die Kontaktierungsbleche und die Diaphragmen aufgeklebt oder -vulkanisiert sind.
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4. Brennstoffzellenbatterie nach den Ansprüchen 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Diaphragmen aus Asbest bestehen.
5. Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenbatterie nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile A zunächst aufeinander gestapelt und am Ende mit dem Bauteil B bzw. C versehen werden, und daß anschließend die aufgestapelten Bauteile zusammengepreßt und mit einem Gießharz umgössen werden.
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