DE1945945C3 - Brennstoffbatterie zur Umsetzung eines im Elektrolyten gelösten Reaktanten - Google Patents
Brennstoffbatterie zur Umsetzung eines im Elektrolyten gelösten ReaktantenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffbatterie zur Umsetzung eines im Elektrolyten gelösten Reaktanten,
insbesondere Hydrazin, aus mit einem Gießharz umgossenen Bauteilen, die Diaphragmen, Stützgerüste,
Abstandsnetze, Kontaktierungsbleche, Dichtungsrahmen und Elektroden enthalten.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, Brennstoffbatterien zum Betrieb mit gasförmigen Reaktanten oder mit
gasförmigem Oxidationsmittel und im Elektrolyten gelöstem Brennstoff aus Bauteilen aufzubauen, wobei
diese Bauteile mittels Gießharz vergossen werden (DE-PS 19 02 392 und DE-OS 19 38 044). Die einzelnen
Bauteile weisen dabei Diaphragmen, Stützgerüste, Abstandsnetze, Kontaktierungsbleche, Dichtungsrahmen
und Elektroden auf. Aus der US-PS 31 26 302 ist es bekannt, bei der Herstellung von Brennstoffbatterien
zur Umsetzung gasförmiger Reaktanten mehrere Teile eines Brennstoffelementes durch Rahmung zu einem
Modul zu vereinigen. Dazu dienen spezielle Halterungen, in die sowohl Elektroden als auch Elektrolytmatrizes
eingesetzt werden und die mit Zu- bzw. Abführungskanälen für die gasförmigen Reaktanten sowie mit
Kanälen zur Aufnahme der Stromabnehmer versehen sind.
Es ist ferner bereits bekannt, doppelseitig arbeitende
Gas-Diffusionselektroden von Brennstoffelementen in einer Batterie mittels Kunststoffen zu vereinigen. Dies
kann beispielsweise derart erfolgen, daß positive und
ίο negative Elektroden in abwechselnder Reihenfolge
aufeinandergestapelt und in einer Form mit Gießharzen vergossen werden, wobei zwischen den Elektroden
Abstandsrahmen, die den Raum zur späteren Aufnahme des Elektrolyten 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 die Gase vorgesehenen Zuleitungs- bzw. Verbindungskanäle
können dadurch gebildet werden, daß man vor dem Verguß Formkörper aus vom Gießharz nicht benetzbaren
Materialien, beispielsweise aus Polyvinylalkohol, auf den Elektrodenstapel auf- oder in diesen einlegt und
diese Formkörper nach erfolgter Verfestigung des Gießharzes wieder herauslöst oder herausschmilzt (vgl.
OE-PS 2 59 652). Für im Elektrolyten gelöste Reaktanten arbeitet eine derart aufgebaute Brennstoffbatterie
jedoch nicht optimal.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennstoffbatterie der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß
jo bei der Herstellung die in Vergußbatterien bei der
Kanalbildung und Abdichtung von Hohlräumen bisher auftretenden Schwierigkeiten vermieden werden können.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die
J5 Brennstoffbatterie aus aneinandergereihten Bauteilen A
und endständigen Bauteilen B und C aufgebaut ist, daß das Bauteil A aus zwei Diaphragmen, einem zwischen
den Diaphragmen angeordneten Kontaktierungsblech und zwei Dichtungsrahmen gebildet ist, die je eines der
Diaphragmen fest mit dem Kontaktierungsblech verbinden, wobei auf einer Seite des Kontaktierungsbleches
innerhalb des ersten Dichtungsrahmens ein Abstandsnetz und am Abstandsnetz eine Elektrode angeordnet
ist und auf der anderen Seite des Kontaktierungsbleches innerhalb des zweiten Dichtungsrahmens ein Stützgerüst
und am Stützgerüst eine Elektrode entgegengesetzter Polarität, daß die Bauteile Bund Cjeweils ?us einem
Diaphragma und einem Kontaktierungsblech gebildet sind, die fest mit einem dazwischen angeordneten
so Dichtungsrahmen verbunden sind, wobei beim Bauteil B innerhalb des Dichtungsrahmens am Kontaktierungsblech
ein Stützgerüst und daran eine Elektrode angeordnet ist und beim Bauteil Cein Abstandsnetz und
daran eine Elektrode mit einer der Elektrode des Bauteiles B entgegengesetzten Polarität, und daß die
Dichtungsrahmen, die Diaphragmen und die Kontaktierungsbleche Fahnen aufweisen, welche mit Bohrungen
zur Zu- bzw. Abführung der Reaktanten versehen sind. Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsge-
bo mäßen Brennstoffbatterie sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Der bei der Brennstoffbatterie nach der Erfindung resultierende technische Fortschritt wird vor allem
darin gesehen, daß sich nunmehr zwischen dem
•-, Gasraum und dem Elektrolytraum zwei Diaphragmen
befinden, mit deren Hilfe die Gas- und Elektrolyträume
in einfacher V/eise verschlossen werden können. Die Bohrungen und Kanäle für die Zu- und Ableitung der
Reaktanten können somit bereits vor dem Verguß der Batterie in die Einzelteile eingearbeitet werden,
wodurch sowohl die Inbetriebnahme als auch die 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.
Anhand einiger Figuren soll die Erfindung noch näher
erläutert werden.
F i g. 1 stellt den Grundriß des Bauteiles A dar. Die Fahnen der Diaphragmen, Dichtungsrahmen und
Kontaktierungsbleche sind dabei mit den Bezugsziffern 1, 2, 3 und 4 gekennzeichnet Die Fahnen sind, wie in
F i g. 1 dargestellt, mit Bohrungen für die Zu- bzw. Abführung der Reaktanten versehen. Der im Elektrolyten
gelöste Reaktant wird in dem dargestellten Bauteil über die Bohrungen in den Fahnen 1 und 3 und das
gasförmige Oxidationsmitte!, 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 im Bauteil A — Abzweigkanäle in den Elektrolytraum bzw. Gasraum führen.
F i g. 2 zeigt den Schnitt A-B und F i g. 3 den Schnitt C-D durch das Bauteil A nach F i g. 1. Aus den F i g. 2
und 3 ist zu ersehen, daß sich zwischen Diaphragmen 5 und 6 eine Anode (Brennstoffelektrode) 7, eine Kathode
(Sauerstoffelektrode) 8, ein Stützgerüst 9, ein Abstandsnetz 10 und ein Kontaktierungsblech 11 befinden. Die
Dichtungsrahmen 12a und i2b sind mit Bohrungen 13 und 14 versehen, von denen Abzweigkanäle IS und 16 in
den Gasraum bzw. Elektrolytraum einmünden.
Die Dichtungsrahmen der erfindungsgemäßen Brennstoffbatterie bestehen aus einem Elastomeren, das
gegenüber den Reaktanten und dem Elektrolyten beständig ist, beispielsweise aus Polychlorbutadien.
Diese Dichtungsrahmen sind mit den Diaphragmen, die vorzugsweise aus Asbestpapier bestehen, und mit den
Kontaktierungsblechen, die aus Nickel oder säurefestem Stahl bestehen, gas- und flüssigkeitsdicht verbunden.
Die Verbindung der Dichtungsi ahmen kann in bekannier Weise mittels Klebstoffen oder durch
Aufvulkanisation erfolgen.
Die Herstellung des Bauteiles A kann beispielsweise in der Weise erfolgen, daß ein Ko.itaktierungsblech
zunächst auf beiden Seiten mit einem Lösungsmittel entfettet und am Rand mit Korund sandgestrahlt wird.
Anschließend wird sofort eine Vulkanisiergrundierung auf den Rand aufgebracht, die nach Lufttrocknung 5
iü Minuten bei 700C eingebrannt wird. Auf diese
Grundierung wird dann beidseitig eine Vulkanisierlösung aufgestrichen, auf die nach Trocknung das
Abstandsnetz 10 bzw. das Stützgerüst 9 sowie eine Netzelektrode 7 durch Punktschweißen aufgebracht
werden.
In analoger Weise wird der für die Dichtungsrahmen
vorgesehene Kunststoff, wie polymeres Chloropren (2-Chlor-l 3-butadien), zunächst entfettet und beidseitig
mit Vulkanisierlösung bestrichen. Nach dem Eintrocknen werden die Dichtungsrahmen aus dem vorbehandelten
Kunststoff ausgestanzt. Die bei dieser Ausführungsform aus Asbestpapier bestehenden Diaphragmen
werden vor der Vulkanisierung ebenfalls mit Vulkanisierlösung bestrichen, zweckmäßigerweise mehrere
Male, und nach dem Eintrocknen mit den genannten vorbehandelten Einzelheiten des Bauteiles A bei 15O0C
und einem Druck von etwa 20 N/cm2 20 Min.
vulkanisiert.
Das in F i g. 4 dargestellte Bauteil B besteht lediglich
w aus einem Diaphragma 20, einem Kontaktierungsblech
21, einem Stützgerüst 17, einer Anode 18 und einem Dichtungsrahmen 19 und stellt eine endständige
Halbzelle dar.
Die zweite endstänclige Halbzelle, d. h. das Bauteil C, ist in Fig. 5 dargestellt Diese Halbzelle setzt sich
zusammen aus einem Diaphragma 22, einem Kontaktierungsblech 23, einem Abstandsnetz 24, einer Kathode 25
und einem Dichtungsrahmen 26.
Die in der erfindungsgemäßen Brennstoffbatterie
Die in der erfindungsgemäßen Brennstoffbatterie
·"' verwendeten Elektroden bestehen vorzugsweise aus
pulverförmigem Katalysatormaterial, das gegebenenfalls mittels Bindemitteln verfestigt ist. Als Anoden
können jedoch vorteilhaft auch Netzelektroden aus Edelmetallen oder mit Edelmetallen versehene Träger-5
netze aus Stahl oder Nickel eingesetzt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Brennstoffbatterie zur Umsetzung eines im Elektrolyten gelösten Reaktanten, insbesondere
Hydrazin, aus mit einem Gießharz umgossenen Bauteilen, die Diaphragmen, Stützgerüste, Abstandsnetze,
Kontaktierungsbleche, Dichtungsrahmen und Elektroden enthalten, dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus aneinandergereihten Bauteilen A und endständigen Bauteilen B und C
aufgebaut ist, daß das Bauteil A aus zwei Diaphragmen, einem zwischen den Diaphragmen
angeordneten Kontaktierungsblech und zwei Dichtungsrahmeri
gebildet ist, die je eines der Diaphragmen fest mit dem Kontaktierungsblech verbinden,
wobei auf einer Seite des Kontaktierungsbleches innerhalb des ersten Dichtungsrahmens ein Abstandsnetz
und am Abstandsnetz eine Elektrode angeordnet ist und auf der anderen Seite des Kontaktierungsbleches innerhalb des zweiten Dichtungsrahmens
ein Stützgerüst und am Stützgerüst eine Elektrode entgegengesetzter Polarität, daß die
Bauteile ßund Cjeweils aus einem Diaphragma und
einem Kontaktierungsblech gebildet sind, die fest mit einem dazwischen angeordneten Dichtungsrahmen
verbunden sind, wobei beim Bauteil B innerhalb des Dichtungsrahmens am Kontaktierungsblech ein
Stützgerüst und daran eine Elektrode angeordnet ist und beim Bauteil Cein Abstandsnetz und daran eine
Elektrode mit einer der Elektrode des Bauteiles B entgegengesetzten Polarität, und daß die Dichtungsrahmen, die Diaphragmen und die Kontaktierungsbleche
Fahnen aufweisen, welche mit Bohrungen zur Zu- bzw. Abführung der Reaktanten versehen sind.
2. Brennstoffbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsrahmen aus
einem Elastomeren, insbesondere Polychlorbutadien, bestehen.
3. Brennstoffbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsrahmen
auf die Kontaktierungsbleche und die Diaphragmen aufgeklebt oder aufvulkanisiert sind.
4. Brennstoffbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Diaphragmen
aus Asbest bestehen.
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