DE1945946A1

DE1945946A1 - Brennstoffzellenbatterie zur Umsetzung gasfoermiger Reaktanten in mit fluessigem Elektrolyten betriebenen Brennstoffclementen

Info

Publication number: DE1945946A1
Application number: DE19691945946
Authority: DE
Inventors: Hans Kohlmueller; Dieter Kuehl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-09-11
Filing date: 1969-09-11
Publication date: 1971-03-25
Also published as: AT297817B; CH515621A; US3679485A; SE359967B; JPS5034738B1; GB1327218A; FR2061667B1; FR2061667A1; ZA706202B

Description

Brennstoffzellenbatterie zur Umsetzung gasförmiger Reaktanten in mit flüssigem Elektrolyten betriebenen Brennstoffelementen

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine aus vorgefertigten Bauteilen aufgebaute und mit Gießharz umgossene Brennstoffzellenbatterie 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 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 Gase vorgesehenen Zuleitungs- bzw. Verbindungskanäle können dadurch gebildet 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.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es nun, eine Brennstoffzellenbatterie zu finden, bei deren Herstellung die in Vergußbatterien bei der Kanalbildung und Abdichtung von Hohlräumen bisher auftretenden Schwierigkeiten vermieden werden können.

109813/0803

SAD ORIGINAL

PLA 69/1234 - 2 -

Die neue Brennstoffzellenbatterie zur Umsetzung gasförmiger Reaktanten in mit flüssigem Elektrolyten betriebenen Brennstoffelementen, in denen zwischen den Elektroden unterschiedlicher Polarität jeweils ein beidseitig mit Diaphragmen versehenen Stützgerüst angeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aus den abwechselnd aneinandergereihten Bauteilen A und B sowie den endständigen Bauteilen C aufgebaut und mit einem Gießharz umgössen ist, wobei das Bauteil A aus zwei Diaphragmen mit dazwischen angeordnetem Stützgerüst und Dichtungsrahmen, das Bauteil B aus zwei Diaphragmen mit dazwischen angeordneter bipolarer Elektrode und Dichtungsrahmen und das Bauteil C aus einem Diaphragma und einem Kontaktierungsblech mit dazwischen angeordneter Elektrode, Abstandsnetz und Dichtungsrahmen besteht, die Dichtungsrahmen, Diaphragmen und Kontaktierungsbleche mit Pahnen und

ohrungen für die Zu- bzw. Ableitung der Reaktanten versehen und die Dichtungsrahmen mit den Diaphragmen bzw. Kontaktierungsblech 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.

109813/0803 ~³~

1945346

PLA 69/1234 - 3 -

Anhand der nachstehenden Figuren wird nun der Gegenstand der Erfindung noch näher erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 den Grundriß einer aus den Bauteilen A und B bestehenden Einheit,

Fig. 2 den A-B-Schnitt dieser Einheit,
Fit:. 3 den C-D-Schnitt und
Fig. 4 den E-F-Schnitt.

In Fig. 5 wird schließlich noch das Bauteil C schematisch wiedergegeben.

Diaphragmen und Kontaktierungsbleche haben nach der bevorzugten Ausführungsform die in Fig. 1 gezeigte Gestalt. Sie sind mit sechs Fahnen versehen, die mit den Bezugsziffern 1, 2, 3, 4, 5 und 6 gekennzeichnet sind. Jeweils zwei sich diametral gegenüber liegenden Fahnen sind für die Zu- bzw. Abfuhr eines bestimmten Reaktanten vorgesehen und dementsprechend mit einer Bohrung versehen. So erfolgt beispielsweise der Transport des Sauerstoffes in Fig. 1 überdie Bohrungen in den Fahnen 1 und 6, der Transport des Wasserstoffes über die Bohrungen in den Fahnen 3 und 4 und der des Elektrolyten über die Bohrungen in den Fahnen 2 und 5.

Die Fig. 2, 3 und 4 stellen die vorerwähnten Schnitte durch die Baueinheit nach Fig. 1 dar. Die beiden vorzugsweise aus Asbestpapier bestehenden Diaphragmen des Bauteiles A sind in den Fig. mit 7 und 8, das dazwischen angeordnete Stützgerüst mit 9 und der daran anschließende Dichtungsrahmen mit 10 bezeichnet. Zwischen den beiden Diaphragmen 11 und 12 des Bauteiles B befinden sich die Elektroden 13 und 14, die eine unterschiedliche Polarität aufweisen und aus pulverförmigen Katalysatormaterial bestehen, das zweckmäßigerweise mittels Bindemitteln verfestigt worden ist. Auf die Elektroden 13 und H folgen die Abstandsnetze 15 und 16, die

- 4 109813/0803

PLA 69/1234

die erforderlichen Gasräume der Elektroden bilden. Die beiden Gasräume sind durch das Kontaktierungsblech 17 voneinander getrennt. Die Dichtungsrahmen des Bauteiles B sind mit den Bezugsziffern 18 und 19 gekennzeichnet und der aus den Bohrungen in den Fahnen gebildete Kanal für den Reaktantentransport mit 20.

In Abhängigkeit von ihrer Stellung innerhalb der Bauteile A und B sind die 6 Fahnen der Dichtungsrahmen entweder als Hohlfahnen oder als Blindfahnen ausgebildet, wobei unter Blindfahnen solche verstanden werden, die lediglich eine Bohrung für die Verbindungskanäle aufweisen und unter Hohlfahnen solche, deren Bohrungen mit einem Zugangsweg zu den Elektrolyträumen, ,bzw. Gasräumen versehen sind.

Die Dichtungsrahmen bestehen aus einem elastischen Material, z.B. Polychlorbutadien (Neopren), sulfoniertes Polyäthylen, (Hypalon) u.a., und müssen gegenüber dem Elektrolyten beständig sein. Sie werden mit den Diaphragmen bzw. Kontaktierungsblechen entweder mittels eines Klebstoffes oder durch Aufvulkanisation verbunden. Ihre Dicke beträgt etwa 1 bis 3 mm, ist jedoch auf diese Werte keinesfalls beschränkt.

Fig. 5 zeigt noch einen Querschnitt durch das endständige Bauteil C der Batterie, in welchem die bipolare Elektrode durch eine einfache Elektrode ersetzt worden ist.

Der Auf bau der Brennstoffzellenbatterie nach der Erfindun,"; erfolgt derart, daß die Bauteile A und B zunächst in abwechselnder Reihenfolge auf einanderjgestapelt und endständig jeweils mit einem Bauteil C versehen werden. Nach dem Zusammenpressen werden die angestapelten Brennstoffelemente in eine Form gebracht und mit einem Gießharz, beispielsweise einem Epoxidharz, vergossen,

5 Figuren

_ 5 —

6 Patentansprüche „ __Λ

109813/OR 0 3

Claims

PLA 69/1234 - 5 Patentansprüche

1. Brennntoffzellenbatterie zur Umsetzung gasförmiger Reaktanten in mit flüssigem Elektrolyten betriebenen Brennstoffelementen, in denen zwischen den Elektroden unterschiedlicher Polarität jeweils ein beidseitig mit Diaphragmen versehenes Stützgerüst angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus den abwechselnd aneinandergereihten Bauteilen A und B sowie den endständigen Bauteilen C aufgebaut und mit einem Gießharz umgössen ist, wobei das Bauteil A aus zwei Diaphragmen mit dazwischen angeordnetem Stützgerüst und Dichtungsrahmen, das Bauteil B aus zwei Diaphragmen mit dazwischen angeordneter bipolarer Elektrode und Dichtungsrahmen und das Bauteil C aus einem Diaphragma und einem Kontaktierungsblech mit dazwischen angeordneter Elektrode, Abstandsnetz und Dichtungsrahmen besteht, die Dichtungsrahmen, Diaphragmen und Kontaktierungsbleche mit Fahnen und Bohrungen für die Zu- bzw. Ableitung der Reaktanten versehen und die Dichtungsrahmen init den Diaphragmen bzw. Kontaktierungsblech des jeweiligen Bauteiles fest verbunden sind.

2. Brennstoffzellenbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- Λ net, daß zwischen die beiden Diaphragmen des Bauteiles B zwei Elektroden ungleicher Polarität, zwei Abstandsnetze und ein Kontaktierungsblech sowie zwei Dichtungsrahmen, die mit dem Kontaktierungsblech und den Diaphragmen fest verbunden sind, angeordnet sind, und daß die Diaphragmen Dichtungsrahmen und Kontaktierungsbleche mit Fahnen und Kanälen für die Zu- bzw. Ableitung der Reaktanten versehen sind.

109813/0803

BAD ORiQINAL

1945346

PLA 69/12-54

3. Brennstoffzellenbatterie nach, den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsrahmen aus einem Elastomeren, z.B. Polychlorbutadien, bestehen.

4. Brennstoffzellenbatterie nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsrahmen auf die Kontaktierungsbleche und die Diaphragmen aufgeklebt oder -vulkanisiert sind.

5. Brennstoffzellenbatterie nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Diaphragmen aus Asbest bestehen.

6. Verfahren zur Herstellung der Brennstoffzellenbatterie nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile A und B zunächst in abwechselnder Reihenfolge aufeinandergestapelt und am Ende jeweils mit einem Bauteil C versehen werden, und daß anschließend die aufgestapelten Bauteile zusammengepreßt und mit einem Gießharz umgössen werden.

109813/0803