DE1994181U

DE1994181U - Experimentiergeraet zum aufbau elektrochemischer zellen.

Info

Publication number: DE1994181U
Application number: DEV21643U
Authority: DE
Original assignee: VARTA AG
Current assignee: VARTA AG
Priority date: 1968-04-13
Filing date: 1968-04-13
Publication date: 1968-09-19

Description

VARTA . AKTIEiTGESEILSCHAPT

6 Frankfurt (Main)
Heue Mainzer Str,-54

Experimentiergerät zum Aufbau elektrochemischer Zellen

Die vorliegende Erfindung beizLfft ein .Experimentiergerät, welches den Aufbau elektrochemischer Zellen aus einzelnen austauschbaren Bauelementen ermöglicht.

Es bestand die Aufgabe, ein -^xperimentiergerät zum Aufbau elektrochemischer Zellen zu finden, welches es möglich macht, die verschiedensten-elektrochemischen fellen aus

einzelnen Bauelementen-auf möglichst einfache Weise aufzubauen. lieben den verschiedensten Primärelementen, Akkumulatoren und.Elektrolyseuren soll insbesondere auch der Aufbau -von ' Brennstoff eleraent-eii zum Betrieb mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen möglich sein.

Diese Aufgaben werden durch das erf indurgsgeinaße Sxpe-rimertierger'it zum Aufbau elektrochemischer Zellen gelöst.. . Das Gerät ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuseteil 5 für die positive Elektrode 16 und ein Gehäuseteil 4 für die negative Elektrode 14 mit Ausnehmungen am Umfang der. Gehäuseteile auf .den beiden Gleitschienen des Spannrahmens (3) der Einspannvorrichtung aufliegen und. durch eine Spannschraube 11 so mit den Dichtflächen gegeneinander gepresst sind, daß

^sie ein gas- und flüssigkeitsdichtes Zellengehäuse "bilden. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des IJxperimentiergerätes /wird zwischen, dem Gehäuseteil 5 für die positive Elektrode 16 und dem Gehäuseteil 4 für die negative Elektrode 14 noch ein Zwischenring 6 ini.t der Vergleichselektrode 50 angeordnet, welcher noch einen Teil des Elektrolytraums der Zelle bildet."

Bei einer vorteilhaften Form des Experimentiergerätes ist an dem Gehäuseteil 4 und an den Gehäuseteil 5 jeweils eine verfornibare Kunst stoff lasche 12 "befestigt. Die Kunststoffflasche dient als Vorratsbehälter für Elektrolytflüssigkeit.. Zur Spülung der Zelle wird durch Pressen einer der beiden Kunststofflaschen 12 die -Elektrolytflüssigkeit durch den Elektrolytraum in die andere Kunststofflasche 12 gedrückt.

Die Abbildungen 1-4 zeigen eine vorzugsweise Ausführur.gsforir: des erfindungsgemäßen Experimentiergerätes. Diese Ausführungsform ermöglicht auch den Aufbau von Primär- und Sekundär-· zellen und von Elektrolysezellen; in den Figuren 1 - 4 ist jedoch die aus den Bait elementen des Experimentiergerätes aufgebaute Brennstoffzelle dargestellt. Zur Vereinfachung.., der Darstellung sind die Dichtungsringe zwischen den einzelnen Gehäuseelementen nicht eingezeichnet. . -

Die Fig.1 zeigt eine Ansicht des Gesamtgerätes. Die Schalttafel 1 ist mit Rändelschrauben 2 an dem Spannrahmen 3 festgeschraubt und enthält die notwendigen Meßinstrumente,Schalter

und Einstellknöpfe. An der rechten Seite der Schalttafel ist die Spannschraube 11 sichtbar. Oberhalb der Schalttafel befinden sich zv/ei Manometer 35 und die beiden Überdruckventile und 38 sowie die beiden Ventile 24 und 25 und die beiden Elektrolytflaschen 12» ·

Die Fig.2 zeigt einen Schnitt durch die Vorderansicht des' Experimentiergerätes. Mit Hilfe der Spannschraube 11 und der Druckscheiben 9 und 10 sind der Gehäuseteil 4 für die negative Elektrode und der Gehäuseteil 5 für die positive Elek-r trode und der Zwischenring 6 zusammen mit den an diesen;Teilen befestigten Bauelementen und mit den Endplatten 7 und 8. fest: in den Spannrahmen 3 eingespannt*

Die negative elektrode 14 ist in diesem Palle eine poröse Gasdiffusionselektrode mit einer gröberporösen katalytisch aktiven Ärbeitsschicht .und einer feinerporösen· katalytisch inaktiven Deckschicht. Die Elektrode 14 ist so in den Gehäuseteil 4 eingelegt, daß die-Arbeitsschicht an dem Kontaktring 13 anliegt. Zwischen der Elektrode 14 und dem Zwischenring 6 befindet sich ein Dichtungsring 18, welcher verhindert, daß das in dem Gasraum 32 vorhandene Betriebsgas am Rande.der Elektrode 14 in den-Elektrolytraum 44 entweicht« Der Durchtritt von Betriebsgas aus dem Gasraum 32 in den Elektrolyt".· raum 44 durch die Oberfläche der Elektrode 14 hindurch wird verhindert durch den Kapillardruck der Elektrolytflüssigkeit in der feinporösen Deckschicht der Elektrode 14.

Die positive Elektrode 16 ist ähnlich aufgebaut wie die Elektrode 14 und besteht ebenfalls aus 2 porösen Schichten mit verschiedenem Porendurchmesser.- Sie. ist auf gleiche Weise-

zusammen mit dem Kontaktring 17 und dem Dichtungsring 19 in dem- Gehäuseteil 5 angeordnet.

An den beiden Gehäuseteilen 4 und 5 sind noch die Vorratsflaschen 23 und 15 für flüssige Betriebsstoffe 'und die beiden Elektrolytflaschen 12 befestigt und an den -^r.dplatten 7 und.,8 sind die Sicherheitsventile 37 und 38 befestigt«

Die Pig.3 zeigt die Seitenansicht eines Schnittes durch, die Vorrichtung der Fig.1. Sie zeigt die beiden Gleitschienen des Spannrahmens 3» auf denen die einzelnen Gehäuseteile 4j5\und der Zwischenring 6 aufliegen«

Die beiden hintereinanderiiegenden Anschlußkontakte 20 und 21 stehen mit den beiden Kontaktringen 13 und 17 der Mg.2 in Verbindung und dienen zur Ableitung bzw. Zuführung des elektrischen Stromes an die Elektroden. An dem Ventil 36 kann das in dem Brennstoffelement erzeugte Betriebsgas entnommen-werden, Das Ventil steht über die Bohrung 34 mit dem Gasraum 32 und dem Manometer 35 in Verbindung. -'-""'

Zur Förderung der flüssigen Betriebsstoffe aus den Vorratsflaschen 15 bzw./23 an die Arbeitsschieht der-Elektrode 14 bzw,16 wird Druckgas verwendet. Das Druckgas wird am Ventil '25 eingeleitet und gelangt über die Bohrung 28 in den Gasraum. 29 oberhalb der Flüssigkeit in der Vorratsflasche 15. Durch den Gasdruck wird dann die Flüssigkeit durch die Steigleitung 22 und die Bohrung 31 an die Elektrode 16 gefördert. An dem Katalysatormaterial der Elektrode 16 wird die Flüssigkeit, bei- ■ spielsweise eine 30?£ige Peroxi.dlösung, zersetzt'. Die Förderung

der Flüssigkeit und die Zersetzung des Sauerstoffgases erfolgt, solange, "bis sich in den Gasraum 32 ein genügend hoher Gasdruck aufgebaut hat, welcher 'die Flüssigkeit in die- Steigleitung..22 zurückörrckt und dadurch den Zufluß weiterer Flüssigkeit .sperrt. Der Arbeitsdruck in dem Gasraum 32 kann auf diese Weise durch· geeignete Wahl des Druckes des Fördergases eingestellt werden. In dem linken Teil der Anordnung nach Fig.2 erfolgt die Förderung der Flüssigkeit aus der Vorratsflasche 23 an die Elektrode 14 auf gleiche Y/eise. Diese Vorratsflasche 23 enthält beispielsweise eine 16flge Hatriumboranatlösung in 6 η Kalilauge.

An die Gasräume 27 bzw. 43 sind .über die Bohrungen 42 bzw,41 in den Srdplatten 8 bzw.7 die Sicherheitsventile 38 bzw. 37

angeschlossen. Der Ventildruck wird mit Hilfe der einstellbaren Gewichte 40 b,w. 39 eingestellt, ·

Der 31ektroIyträum 44 wird, über die Elektrolytflasche 12 versorgt. Hierzu wird der elektrolyt zunächst über eine oben angebrachte Bohrung in eine der.beiden Flaschen 12 eingegeben. Jetzt vermag der -elektrolyt über die Bohrung 45 in die-J^ingnut 46 am Zwischenring 6 einzutreten und über die Bohrung 47 iⁿ den -Blektrolytraum 44 zu gelangen.

Der Elektrolyt steigt also von unten nach oben. Er gelangt auf diesem Wege schließlich in die Bohrung 48 und von dort in die Bohrung 49, sowie schließlich in. die andere Slektrolytflasche

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch den Zwischenring 6«. Mit Hilfe einer Stoffbuchse 51 ist in den Zwischenring eine Vergleichselektrode 50 eingesetzt, welche auf diese Weise in den Slektrolytraum 44 im Innern des Zwischenringes 6 hineinragt. Hierzu kann beispielsweise ein Zinkdraht-verwendet werden.

Wenn das Üxperirientiergerät anstelle der in Pig. T ge«■■-■■-zeigten Brennstoffzelle als Sekundärzelle aufgebaut werden soll, werden die beiden Gascliffusionselektrodea. und 16 durch die entsprechenden elektroden der üekunöarzelle ersetzt«, -^s wird daher eine Blei- bzw ,,Bleioxidelektrode in den Gehäuseteil 4.b:w»5' .eingesetzt,.wenn eine Bleisekundärzelle aufgebaut werden soll«

Wenn eine Nickel-Kadmium-Zelle aufgebaut werden soll, werden anstelle der Elektroden 14 und 16 Elektroden aus Nickel und Kadmium eingesetzt. Die Sekundärze-lle benötigt keine flüssigen Betriebsstoffe bzw, aus diesen hergestellte Gase. Die Vorratsflaschen 15 und 23 sowie die

■■-■■■■■■ ΪΤ*,

dazugehörigen Steigrohre 22 sind daher.nicht erforderlich. Die -Piasehen werden herausgeschraubt und die Steigrohre entfernt und die Gewindebohrungen werden durch Blinschrauben verschlossen. Die Auf- und Entladung der auf diese Weise aufgebauten- Sekundärzellen erfolgt über

die Anschlußkontakte 20 und 21.

In entsprechender Weise verfährt man "bei dem Aufbau von Primärelementen mit dem -ixperimentierger^:3:t der Erfindung, beispielsweise beim Aufbau einer Leclanchezelle eines Voltaelementes oder eines Danielelementes. ,

- Schutzansprüche-

Claims

.215429*13.4.61 Reg.Nr. EDUG 10 a Prankfurt/Main, 3. April 1968 — ■ — ■ PT-Kth/lS Sehutzansprüehe

1. Experimentiergerät zum Aufbau elektrochemischer Zellen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuseteil (5) für die positive· Elektrode (16) und ein Gehäuseteil (4) für die negative Elektrode (14) mit Ausnehmungen am Umfang der Gehäuseteile auf den beiden Gleitschienen des Spannrahmens (3) der Einspannvorrichtung aufliegen und durch eine Spannschraube (11) so mit den Dichtflächen gegeneinander. gepreßt sind,·daß sie ein gas- und flüssigkeitsdichtes Zellengehäuse bilden. . .

2. Experimentiergerät nach Anspruch 1', dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuseteil. (5) für die positive Elektrode (14) ein Zwischenring (6) mit der Bezugselektrode (50) angeordnet ist.

3. Experimentiergerät nach Anspruch 1_S dadurch gekennzeichnet, daß an dem Gehäuseteil (4) und an dem Gehäuseteil (5) jeweils eine verformbare Kunststoff-Plasche (12)_ als Vorratsbehälter und zur Spülung der Zelle mit, Elektrolytflüssigkeit befestigt ist.

4. Experimentiergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuseteil (5) für die positive Elektrode (16) und dem Gehäuseteil (4) für die negative Elektrode (14) ein Zwischenring (6) mit einer Bezugselektrode (50) angeordnet ist, daß an dem Gehäuseteil (4) und an dem Gehäuseteil (5) jeweils eine verformbare Kunststoff-Plasche (12) als Vorratsbehälter und zur Spülung der Zelle mit Elektrolytflüssigkeit und an dem Gehäuseteil (4 bzw. 5) eine Vorratsflasche (23 bzw.15) für flüssige Betriebsstoffe befestigt ist, und der Gasraum (29) oberhalb der Flüssigkeit (30) über

_ 2 —

Schutzansprüche:

eine Bohrung (28) mit dem Gasraum (27) und die Bohrung (26) mit dem "Ventil (25) bzw, (24) für die Einleitung eines Druckgases verbunden ist, und daß in der Vorratsflasche (23) "bzw. (15) eine Steigleitung (22) angeordnet ist, dis über eine Bohrung (31) mit der Elektrode (I4 bzw. 16) verbunden ist, wobei die Gasräume'(32) hinter den Elektroden (14-, 16) über die Bohrungen (34) mit den Ventilen (36) und den Manometern (3.5) verbunden sind.

Experimentiergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuseteil (4) für die negative Elektrode (14) ein Zwischenring (6) mit der Bezugselektrode (50) angeordnet ist, daß an. dem Gehäuseteil (4) und an' dem Gehäuseteil (5) jeweils eine verformbare Kunststoff-Flasche (12) als Vorratsbehälter'und zur Spülung der Zelle-mit Elektrolytflüssigkeit befestigt ist, an dem Gehäuseteil (4) bzw. (5) eine Vorratsflasche (23 bzw.-15) für flüssige Betriebsstoffe befestigt ist, und der Gasraum (29) oberhalb der Flüssigkeit über eine Bohrung (28), den Gasraum (27) und die Bohrung (26) mit dem Ventil (25 bzw. 24) für die Einleitung eines Druckgases verbunden ist, und daß in der Vorratsflasche (23 bzw. I5) eine Steigleitung (22) angeordnet ist, die über eine Bohrung (31) mit der Elektrode (14 bzw. 16) verbunden is-t₅ wobei die Gasräume (32) hinter den,Elektroden (14_S 16), über die Bohrungen (34) mit den Ventilen (36) und den Manometern (35) verbunden sind und an dem Spannrahmen (3) eine Schalttafel (1) mit Meßinstrumenten, Schaltern und. Anschlußklemmen befestigt ist.