DE2026220C3

DE2026220C3 - Brennstoffbatterie in Filterpressenbauweise

Info

Publication number: DE2026220C3
Application number: DE2026220A
Authority: DE
Inventors: Hans 8520 Erlangen Kohlmueller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-05-29
Filing date: 1970-05-29
Publication date: 1978-04-13
Also published as: GB1302814A; DE2026220A1; JPS5639034B1; FR2090386A1; CA965477A; FR2090386B1; CH526206A; DE2026220B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffbatterie in Filterpressenbauweise für flüssigen Elektrolyten und wenigstens einen gasförmigen Reaktanten, bei welcher der Elektrolytraum und der Gasraum bzw. die Gasräume der einzelnen Brennstoffelemente samt den zugehörigen Elektroden jeweils durch Asbestdiaphragmen und die einzelnen Brennstoffelemente durch Trennbleche voneinander getrennt sind.

Die Elektrolyt- und Gasräume eines Brennstoffelementes können bekanntlich auch Asbestdiaphragmen voneinander getrennt sein. In der GB-PS 11 20 591 ist ein Brennstoffelement mit flüssigem Elektrolyten zur Umsetzung von gasförmigen Reaktanten, wie Wasserstoff und Sauerstoff, beschrieben, bei welchem je eine pulverförmige Elektrode mit Hilfe von Metallnetzen gegen ein den Elektrolytraum aufspannendes Stützgerüst gepreßt wird. Die Elektroden sind dabei von diesem Stützgerüst und damit vom Elektrolytraum durch ein Asbestdiaphragma getrennt. Die Asbestdiaphragmen habeji eine Porengröße von etwa 0,2 bis 80 μ, insbesondere etwa I μ, und eine Dicke von etwa 0,02 bis 1 mm, insbesondere etwa 0,3 mm. Im elektrolytgetränkten Zustand sind die Asbestdiaphragmen gasdicht und ionenleitend. Das Brennstoffelement wird beiderseits der Gasräume durch Metallbleche begrenzt, die mit den Elektroden in leitender Verbindung stehen. Brennstoffelemente mit ähnlichem Aufbau sind auch aus der DT-AS 12 67 201 bekannt.

Auch bei Brennstoffelementen, bei denen im Elektrolyten gelöster flüssiger Brennstoff mit gasförmigem Sauerstoff umgesetzt wird, kann der Elektrolytraum vom Gasraum durch ein Asbestdiaphragma getrennt sein Ein solches Brennstoffelement, bei dem Hydrazin als Brennstoff dient, ist in der OE-PS 2 74 082 beschrieben. Auch ein solches Brennstoffelement kann beidseitig mit Metallblechen abgeschlossen sein.
S Um derartige Brennstoffelemente zu Brennstoffbatterien zusammenzubauen, kann man von der sogenannten Filterpressentechnik Gebrauch machen, bei welcher mehrere Brennstoffelemente zu einem Stapel angeordnet sind und mit Hilfe von Schraubenbolzen zwischen

ίο Endplatten zusammengepreßt werden. Die Elektrolyt- und Gasleitungen durchsetzen dabei den gesamten Stapel. Bisher wurden zu diesem Zweck die Einzelteile der einzelnen Brennstoffelemente in Kunststoffrahmen eingelegt oder eingebaut, in welche die entsprechenden Zuleitungen zu den Gas- und Elektrolyträumen eingearbeitet waren. Die Brennstoffelemente können dabei mit Hilfe der als Trennbleche dienenden Metallbleche, die einen elektrischen Kontakt zwischen den aufeinanderfolgenden Elektroden zweier benachbarter Brennstoffelemente herstellen, elektrisch in Reihe geschaltet werden (vg!.: »Siemens-Zeitschrift«, Bd. 39,1965, S. 453 bis 459, insbesondere S. 456, Bild 5).

Bei der bisherigen Filterpressenteehnik wurden die Kunststoffrahmen durch eingelegte Rundschnurringe aus Gummi oder Kunststoff oder durch eigens vorgesehene Dichtungswülste gegeneinander abgedichtet (DT-AS 14 96 2*«). Auch Flächendichtungen aus Kunststoff zur Abdichtung der Elektrodenrahmen sind bei Brennstoffbatterien in Filterpressenbauweise bereits bekannt(DT-Gbm 1939691).

Die bisherige Filterpressenbauweise bei Brennstoffbatterien ist jedoch mit verschiedenen Nachteilen behaftet, die sich insbesondere beim Bau von Brennstoffbatterien mit großer Leistung im Bereich von einigen Kilowatt bemerkbar machen. Beim Bau solcher Brennstoffbatterien müssen in der Regel mehrere hundert Brennstoffelemente zu einer Batterie zusammengefaßt werden. Die Verwendung von Kunststoffrahmen, beispielsweise von P'exigla: rahmen, für solche Batterien ist wegen des zur Herstellung der Kunststoffrahmen und zum Einbau der Einzelteile der Brennstoffelemente erforderlichen Arbeitsaufwandes verhältnismäßig kostspielig und zeitraubend. Durch die Vielzahl der erforderlichen Dichtungselemente, beispielsweise Rundschnurringe, die zwischen die Kunststoffrahmen eingelegt werden müssen, kann insbesondere bei Brennstoffbatterien aus einer Vielzahl von Brennstoffelementen die Betriebssicherheit beeinträchtigt werden. Bei Verwendung von Flachdichtungen wirken sich häufig die Fließeigenschaften der vorhandenen Kunststoffdichtungsmaterialien nachteilig aus. Insbesondere bei Brennstoffbatterien aus sehr vielen Brennstoffelementen ist ferner zur Verkleinerung des Batterievolumens anzustreben, daß die einzelnen Brennstoffelemente möglichst dünn sind. Aufgrund der Fortschritte auf dem Gebiet der Katalysator- und Elektrodenentwicklung könnten die Brennstoffelemente zwar an sich sehr dünn ausgebildet werden, jedoch sind dem durch die Kunststoffrahmen Grenzen gesetzt. Die Kunststoffrahmen können nämlich wegen der erforderlichen Festigkeit eine gewisse Mindestdickc nicht unterschreiten.

Aus der DT-AS 12 38 083 sind Elektroden aus Preßoder Sinterkörpern für Brennstoffelemente bekannt, die eine Randeinfassung aus einem thermoplastischen Kunststoff aufweisen, welche die Elektroden umgibt, die Randporen der Elektrodenkante erfüllt, mindestens einseitig über die Elektrodenfläche hinausreicht und Dichtungsflächen aufweist. Abgesehen davon, daß bei

der Aufeinanderstapelung Kunststoffteile gegeneinander abgedichtet werden müssen, verlangen derartige Elektroden bei ihrer Verwendung zwar offensichtlich keine besonderen Dichtungselemente mehr, zur Abdichtung der Elektrolyt- bzw. Gasräume sind aber wohl auch hierbei Dichtungselemente unentbehrlich. Dasselbe gilt im Prinzip für die aus der GB-PS 9 58 839 bekannten Elektroden. Beiden bekannten Elektrodenarten haftet darüber hinaaus der Nichteil an, daß die Elektrodenfläche nur teilweise zur elektrochemischen Umsetzung ausgenutzt werden kann. Darüber hinaus ist beim Elektrodenaufbau nach der GB-PS 9 58 839 nicht ersichtlich, wie eine Abdichtung nach außen dann erreicht werden kann, wenn beispielsweise poröse Gasdiffusionselektroden verwendet werden. Ferner lassen sich die bekannten Anordnungen wohl auch dann nicht verwenden, wenn beispielsweise Pulver- oder Netzelektroden zum Einsatz gelangen sollen.

Auch bei der aus der CH-PS 3 84 047 bekannten Brennstoffbatterie ist nicht ersichtlich, wie eine zuverlässige Abdichtung nach außen erreicht werden soll. Bei dieser Brennstoffbatterie kann ein sogenanntes Tragorgan, welches entweder ganz aus Elektrolyt besteht oder ein poröses, mit dem Elektrolyten imprägniertes Material ist, am Rand mit einer nichtporösen Leiterschicht versehen sein, welche als Dichtungselement zwischen benachbarten Organen dient. Eine Abdichtung der Tragorgane nach außen ist aber nicht ersichtlich. Deshalb ist zumindest bei der Verwendung wäßriger Elektrolyten ein Austreten der Elektrolytflüssigkeit aus dem Tragorgan nicht zu verhindern.

Bei der Brennstoffbatterie nach der CH-PS 4 56 704 zeigt sich dasselbe Problem. Auch hier ist keine Abdichtung des Elektrolytträgers der Brennstoffzellenmodulelemente vorgesehen, so daß die Elektrolytflüssigkeit zumindest ausblühen kann. Darüber hinaus sind bei dieser Brennstoffbatterie beim Zusammenbau der einzelnen Modulelemente ganz offensichtlich Abdichtungsrahmen unerläßlich, nämlich die Rahmen, die zur Ausbildung der Gasräume dienen. In dieser Brennstoffbatterie können ferner nur solche Elektroden Verwendung finden, bei denen die Randzone durch Pressen zu einem mechanisch stabilen, gas- und flüssigkeitsdichten Rahmen verdichtet werden kann, beispielsweise also kein Pulver-oder Netzelektroden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennstoffbatterie in Filterpressenbauweise für flüssigen Elektrolyten und wenigstens einen gasförmigen Reaktanten der eingangs genannten Art, bei v.-ilcher die Elektrolyt- und Gasräume der einzelnen Brennstoffelemente durch Asbestdiaphragmen und die einzelnen Brennstoffelemente durch Trennbleche voneinander getrennt sind, derart auszubilden, daß die mit den bisher verwendeten Kunststoffrahmen verbundenen Nachteile entfallen. Insbesondere sollen Dichtungsringe möglichst vermieden und ein möglichst dünner und einfacher Aufbau der Brennstoffelemente ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Asbestdiaphragmen in der Dicke verstärkte, elektrelytundurehlässige und gasdichte Rändzönen aufweisen, die unmittelbar aneinander bzw. gegen die Trennbleche gepreßt sind, daß die in der Dicke verstärkten Randzonen der Asbestdiaphragmen aus drei Schichten aufgebaut sind, daß die mittlere, die Fortsetzung des zentralen Teils des Asbestdiaphragmas bildende Schicht mit Einern elektrolytbeständigen Mehrkomponentenkunstharz getränkt und mit den beiden äußeren Schichten verklebt ist, daß die beiden äußeren Schichten mit einem weicheren, elektrolytbeständigen Kunststoff gefüllt sind und daß in die beiden äußeren Schichten die Zuführungskanäle zu den Elektrolyt- und Gasräumen eingearbeitet sind.

Durch den bei der Filterpressenbauweise durch die Schraubenbolzen ausgeübten Preßdruck dichten die aneinander bzw. gegen die Trennbleche gepreßten, in der Dicke verstärkten Randzonen der Asbestdiaphragmen die Gas- und Elektrolyträume der Brennstoffelemente der Brennstoffbatterie hervorragend nach außen ab, so daß irgendwelche zusätzliche Dichtungselemente, wie Dichtungsringe, nicht mehr erforderlich sind.
Die bisher erforderlichen Kunststoffrahmen entfallen völlig, da die in der Dicke verstärkten, elektrolytundurchlässigen und gasdichten Randzonen der Asbestdiaphragmen an die Stelle der Rahmen treten. Damit entfallen gleichzeitig alle bisher durch die Kunststoffrahmen verursachten Beschränkungen bezüglich eines möglichst dünnen Aufbaues der einzelnen Brennstoffelemente der Brennstoffbatterie.

Der Aufbau der in der Dicke verständen Randzone aus drei Schichten bietet den weiteren Vorteil, daß dabei die einzelnen Teile der Asbestdiaphragmen zunächst getrennt bearbeitet werden können, wodurch insbesondere die Herstellung der Zuführungskanäle vereinfacht wird. Durch das Mehrkomponentenkunstharz wird die Randzone der mittleren Schicht elektrolytundurchlässig und gasdicht. Gleichzeitig dient das Mehrkomponentenkunstharz zum Verkleben der mittleren Schicht mit den beiden äußeren Schichten. Indem nach dem Verkleben das Mehrkomponentenkunstharz ausgehärtet wird, wird eine ausgezeichnete, dichte Klebeverbindung mit den beiden äußeren Schichten erreicht. Gleichzeitig wird die mittlere Schicht so verfestigt, daß sie beim Zusammenpressen der einzelnen Teile der Brennstoffbatterie nicht in die Zuführungskanäle hineingedrückt werden kann, die in den beiden äußeren Schichten vorgesehen sind. Da die äußeren Schichten mit einem weicheren Kunststoff gefüllt sind, können sie sich beim Zusammenpressen etwas verformen, so daß die Abdichtungswirkung noch weiter verbessert wird.

Als Mehrkomponentenkunstharze eigner sich insbesondere elektrolytbeständige Epoxidharze. Als weichere elektrolytbeständige Kunststoffe für die äußeren Schichten kommen insbesondere Polytetrafluoräthylen oder Polyvinylchlorid in Frage.

Anhand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele sollen die erfindungsgemäße Brennstoffbatterie und die mit ihr verbundenen Vorteile noch näher erläutert werden.

Fig.! zeigt schematisch im Schnitt eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffbrei ie zur Umsetzung eines im Elektrolyten gelösten flüssigen Brennstoffes mit einem gasförmigen Oxidationsmittel,

Fig.2a bis 2c zeigt die einzelnen Schichten der Asbestdiaphragmen für die Brennstoffbatterie nach Fig. 1,

Fig.3 zeigt schematisch im Schnitt einen Teil einer beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffbatterie zur Umsetzung zweier gasförmiger Reaktanten,

F i g. 4a bis 4d zeigt verschiedene Schichten der

6j Asbestdiaphragmen für di? Brennstoffbatterie nach Fig. 3.

Die in Fig. 1 dargestellte Brennstoffbatterie ist zur Umsetzung eines im Elektrolyten gelösten flüssieen

Brennstoffes mit einem gasförmigen Oxidationsmittel bestimmt. Als flüssiger Brennstoff dient beispielsweise Hydrazin, das in einem Elektrolyten aus 6 η Kalilauge gelöst ist. Als gasförmiges Oxidationsmittel dient beispielsweise Sauerstoff. Die Brennstoffbatterie nach F i g. I besteht aus fünf Brennstoffelementen 1 bis 5, die durch beispielsweise aus Nickel bestehende Trennble che 6 voneinander getrennt sind. Die Brennstoffelemente sind zu einem Stapel angeordnet und werden mit Hilfe von Schraubenbolzen 7 zwischen zwei Endplatten 8 zusammengepreßt, die beispielsweise aus Plexiglas oder glasfaserverstärktem Epoxidharz bestehen können. Zwischen den Endplatten 8 und den Brennstoffelementen 1 und 5 ist je ein weiteres Nickelblech 9 vorgesehen, das als Kontaktblech dieni. Die Koniaktbleche 9 sind in ihrer Mitte mit Stromabführungen 10 verbunden, die durch die Endpla'.ten 8 nach auBen geführt sind. Jedes einzelne Brennstoffelement besteht aus einem Llckiiulyiraurri ! 1 und einem Gasraurr; !2, die durch ein Asbestdiaphragma 13 voneinander getrennt sind.

Im Elektrolytraum 11 befindet sich angrenzend an das Asbestdiaphragma 13 die als Hydrazin-Elektrode dienende Anode 14. Die Anode 14 besteht beispielsweise aus einem feinmaschigen Nickelnetz (Drahtdicke etwa 0,13 mm), das beispielsweise mit 1 mg Platin/cm² als Katalysator beschichtet ist. An diese Anode 14 schließt sich ein grobmaschiges Metallnetz 15, beispielsweise ein Nickelnetz, an, das als Abstandhalter und Stromabnehmer für die Anode 14 dient. Anstelle von Platin können auch andere Katalysatormaterialien vorgesehen sein, beispielsweise kann das Nickelnetz auch mit Raney-Nickel beschichtet sein. Das Metallnetz 15 steht mit rippen- oder wellenförmigen Ausbuchtungen 16 des Kontaktbleches 9 bzw. — im Fallt der Brennstoffelemente 2 bis 5 — eines Trennbleches 6 in Kontakt.

In den Gasräumen 12 der Brennstoffelemente 1 bis 5 ist jeweils eine als Sauerstoffelektrode dienende Kathode 17 vorgesehen. Diese besteht beispielsweise aus pulverförmiger!! Raney-Silber, das vorteilhaft mit Hilfe eines hydrophilen Bindemittels, beispielsweise eines hydrophilen Kunststofflatex, gebunden sein kann. Auch andere Katalysatormaterialien, beispielsweise mit Silber aktiviertes Kohlepulver, sind geeigent. Durch ein verhältnismäßig feinmaschiges Metallnetz 18, beispielsweise ein Nickelnetz, wird die Kathode 17 an das Asbestdiaphragma 13 angedrückt. Das Metallnetz 18, das gleichzeitig als Stromabnehmer dient, steht wiederum mit rippen- oder wellenförmigen Ausbuchtungen 19 eines Trennbleches 6 bzw. — im Falle des Brennstoffelementes 5 — des Kontaktbleches 9 in Berührung. Die Brennstoffelemente 1 bis 5 sind auf diese Weise elektrisch in Reihe geschaltet.

Das in jedem der Brennstoffelemente 1 bis 5 vorgesehene Asbestdiaphragma 13 weist eine in der Dicke verstärkte Randzone auf, die aus drei Schichten 20, 21 und 22 besteht. Diese Schichten sind verkleinert und in Draufsicht in den Fig.2a bis 2c dargestellt. F i g. 1 zeigt diese Schichten im Schnitt entlang der Linie I-I. Die mittlere Schicht 21 der verstärkten Randzone bildet die Fortsetzung des zentralen Teiles 23 des Asbestdiaphragmas. Die Fläche des zentralen Teiles 23 entspricht der Fläche der Elektroden 14 und 17. In F i g. 2b ist der zentrale Teil 23 durch die unterbrochene Linie 24 von der Randzone abgegrenzt Die äußere Schicht 20 der Randzone umschließt den Elektrolyt raum 11. die äußere Schicht 22 der Randzone den Gasraum 12 des Brennstoffelementes. Die Randzonen 20 bis 22 der Asbestdiaphragmen 13 sowie die Trennbleche 6 und, soweit erforderlich, die Endplatten 8 und die Kontaktbleche 9 sind mit Löchern versehen, die bei zusammengesetzter Brennstoffbatterie den Batteriestapel durchsetzende Leitungen zur Zu- und Abführung der Betriebsstoffe der Brennstoffbatterie bilden.

Der Sauerstoff wird über den Rohrstutzen 25 der Leitung zugeführt, die durch die Löcher 26 gebildet wird. Er tritt durch die Kanäle 27, die jeweils in den Schichten 22 der Randzonen der Asbestdiaphragmen 13 vorgesehen sind, in die Gasräume 12 der einzelnen Brennstoffelemente ein, durchströmt diese parallel und trill, soweit er nicht verbraucht ist, durch die in den Schichten 22 der Randzonen der Asbestdiaphragmen vorgesehenen weiteren Kanäle 28 in die durch die Löcher 29 gebildete Leitung ein und wird durch diese aus der Brennstoffbatterie abgeführt.

Das Elektrolyt Hydrazin Gemisch wird durch die durch die Löcher 30 gebildete Leitung über die in den Schichten 20 der Randzonen der Asbestdiaphragmen vorgesehenen Kanäle 31 parallel den Elektrolyträumen 11 der Brennstoffbatterie zugeführt. Das verbrauchte Gemisch wird durch die in den Schichten 20 der Randzonen der Asbestdiaphragmen vorgesehenen Kanäle 32 aus den Elektrolyträumen 11 entfernt und verläßt durch die Leitung, die durch die Löcher 33 gebildc. wird, über den Rohrstutzen 34 die Brennstoffbatterie. Die Löcher 35 dienen für die Schraubenbolzen 7.

Der in F i g. 2b dargestellte mittlere Teil des Asbestdiaphragmas 13 kann aus bindemittelfreiem Asbestpapier bestehen, das beispielsweise nach dem in der FR-PS 15 56 744 angegebenen Verfahren aus mit Kalilauge vorbehandelten Asbestfasern hergestellt und zur Verfestigung bei Temperaturen um etwa 450⁰C getempert sein kann. Der in Fig. 2b dargestellte mittlere Teil des Asbestdiaphragmas 13 kann aber auch ein Kunststoffbindemittel enthalten, sofern er dadurch seine hydrophilen Eigenschaften nicht verliert. Besonders geeignet ist als Bindemittel ein Butadien-Styrol-Acrylnitril-Copolimerisat. Die Nitrilgruppen werden dabei zur Hydrophilierung des Diaphragmas vorteilhafi im fertigen Diaphragma mittels Kalilauge zu hydrati· sierbaren Carboxylgruppen verseift. Der Anteil dieses Bindemittels kann 6 bis 15 Gew.-°/o, bezogen auf das Gewicht des Asbestes, betragen. Auch andere Bindemittel, wie beispielsweise Chloropren in Mengen von 0,5 bis 6 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Asbestes, sine geeignet. Verfahren zur Herstellung dieser bindemittel· haltigen Asbestdiaphragmen und weitere geebnete Bindemittel sind in der FR-PS 15 46 172 beschrieben.

Die in den Fig.2a und 2c dargestellten Teile de· Asbestdiaphragmas bestehen aus Asbestmaterial, da: mit einem verhältnismäßig weichen, elektrolytbeständi gen Kunststoff gefüllt ist Insbesondere sind Polytetra fluoräthylen und Polyvinylchlorid geeignet Der Kunst Stoffanteil kann beispielsweise etwa 10 Gew.-% bezogen auf das Asbestgewicht, betragen. Zur Herstel lung können beispielsweise Asbestfasern mit Kunst stoffpulvern oder -emulsionen vermischt und anschlie ßend durch Heißpressen oder Abfiltrieren und Trock nen ausgeformt werden.

Zur Herstellung der Asbestdiaphragmen mit in dei Dicke verstärkten Randzonen kann vorteilhaft fol gendermaßen vorgegangen werden. Zunächst werder in die äußeren Schichten 20 und 22 die Kanäle 31,32,2\ und 28 eingearbeitet, beispielsweise eingestanzt Gleich

zeitig können auch in die in den F i g. 2a bis 2c dargestellten Teile die erforderlichen Löcher eingestanzt werden. Das Einstanzen der Löcher kann aber auch erst am fertigen Asbestdiaphragma erfolgen. Die durch die unterbrochene Linie 24 begrenzte Randzone S der mittleren Schicht 21 wird dann mit einem elektrolytbeständigen Mehrkomponentenkunstharz, beispielsweise einem handelsüblichen Epoxidharz, getränkt. Dabei ist darauf zu achten, daß keine die Randzone durchsetzenden freien Wege verbleiben, die die Gasdichtigkeit und Elektrolytdichtigkeit der Randzone beeinträchtigen könnten. Das Tränken der Randzone kann durch Tauchen in das Epoxidharz, durch Bestreichen mit dem Epoxidharz oder auch durch Einbringen des Epoxidharzes in anderer Weise, <s beispielsweise mittels eines Siebdruckverfahrens, erfolgen. Nach dem Tränken der Randzone der mittleren Schicht 21 mit Epoxidharz werden die Schichten 20, 21 und 22 aufeinandergelegt Dann wird das Epoxidharz bei erhöhter Temperatur ausgehärtet. Nach dem Aushärten sind die Schichten 20, 21 und 22 durch das Epoxidharz elektrolyt- und gasdicht miteinander verklebt.

Die fertigen Asbestdiaphragmen 13 mit in der Dicke verstärkter Randzone werden dann mit den Trennble- *5 chen 6 und den Kontaktblechen 9 zu einem Stapel aufgeschichtet In die Elektrolyt- und Gasräume werden gleichzeitig die Elektroden 14 und 17 und die Netze 15 und 18 eingelegt Der fertige Stapel wird zwischen den Endplatten 8 mit Hilfe der Schraubenbolzen 7 zusammengepreßt. Dabei werden die verstärkten Raiidzonen der Asbestdiaphragmen 13 fest gegen die Trennbleche 6 bzw. die Kontaktbleche 9 gedruckt und dichten die Elektrolyt- und Gasräume der Brennstoffbatterie völlig elektrolyt- und gasdicht nach außen ab. Die im Aufbau sehr einfache Brennstoffbatterie hat den weiteren Vorteil, daß sie erforderlichenfalls zum Auswechseln von Teilen leicht zerlegt werden kann.

Wie bereits erwähnt, können durch diese Bauweise die einzelnen Brennstoffelemente 1 bis 5 sehr dünn ausgebildet werden. Der Abstand der Trennbleche 6 und der Kontaktbleche 9 von den mittleren Schichten 21 der Asbestdiaphragmen kann beispielsweise 0,5 mm betragen Die mittleren Schichten 21 der Asbestdiaphragmen 13 sowie die Trennbleche 6 und die Kontaktbleche 9 können beispielsweise etwa 03 mm dick sein. Die Dicke der verstärkten Randzonen der Asbestdiaphragmen beträgt dann 13 mm. Der zentrale Teil 23 der Asbestdiaphragmen kann beispielsweise Volumenporositäten von etwa 20 bis 50% aufweisen.

In Fig.3 sind zwei Brennstoffelemente 41 und 42 einer Brennstoffbatterie dargestellt, bei der ein gasförmiger Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, mit einem gasförmigen Oxidationsmittel, beispielsweise Sauerstoff, umgesetzt wird. Als Elektrolyt kann beispielsweise Kalilauge verwendet werden. Jedes Brennstoffelement besteht aus einem Gasraum 43 für den Wasserstoff, einem Gasraum 44 für den Sauerstoff und einem Elektrolytraum 45. Der Wasserstoffgasraum 43 ist vom Elektrolytraum 45 durch ein Asbestdiaphragma 46 *° getrennt Zur Trennung des Sauerstoffraumes 44 vom Elektrolytraum 45 dient ein Asbestdiaphragma 47. Zur Trennung der Brennstoffelemente voneinander dienen Trennbleche 48, die ebenso ausgebildet sind wie die Trennbleche bei der Brennstoffbatterie nach F i g. 1. Die als Wasserstoffelektrode dienende Anode 49 kann beispielsweise aus gegebenenfalls mit Bindemittel versehenem Raney-Nickel-Pulver bestehen. Sie wird durch ein feinmaschiges Nickelnetz 50 elektrisch kontaktiert und an das Asbestdiaphragma 46 angedrückt Die als Sauerstoffelektrode dienende Kathode 51 kann beispielsweise aus gegebenenfalls mit Bindemittel versehenem Raney-Silber-Pulver bestehen. Sie wird durch ein feinmaschiges Nickelnetz 52 kontaktiert und an das Asbestdiaphragma 47 angedrückt Im Elektrolytraum 45 ist als Abstandhalter zwischen den Asbestdiaphragmen 46 und 47 ein grobmaschiges Netz 53, beispielsweise aus Nickel oder einem elektrolytbeständigen Kunststoff, vorgesehen.

Die verstärkte Randzone des Asbestdiaphragmas 46 besteht aus drei Schichten 54,55 und 56, die verstärkte Randzone des Asbestdiaphragmas 47 aus drei Schichten 57, 58 und 59. Die mittleren Teile 55 und 58 der Asbestdiaphragmen 46 und 47 sind gleichartig aufgebaut und verkleinert in Draufsicht in F i g. 4b dargestellt. Die Randzone ist dabei vom zentralen Teil 60 des Asbestdiaphragmas durch die unterbrochene Linie 61 abgegrenzt. Die äußere Schicht 54 der Randzone des Asbestdiaphragmas 46, die den Wasserstoffraum 43 umschließt, ist in F i g. 4a dargestellt, die äußere Schicht 59 der Randzone des Asbestdiaphragmas 47, die den Sauerstoffraum 44 umschließt in Fig.4d. Die äußeren Schichten 56 und 57 der Randzonen der Asbestdiaphragmen 46 und 47, die gemeinsam den Elektrolytraum 45 umschließen, sind gleichartig ausgebildet und in F i g. 4c dargestellt. Der in F i g. 3 sichtbare Schnitt der Asbestdiaphragmen verläuft entlang der Linie IH-HI in den F i g. 4a bis 4d.

Zur Zuführung des Wasserstoffes dienen die durch die Löcher 62 gebildete Leitung und die in den Schichten 54 vorgesehenen Kanäle 63. Das nicht umgesetzte Gas wird aus den Wasserstoffräumen der Brennstoffbatterie über die in den Schichten 54 vorgesehenen Kanäle 64 und die Leitung abgeführt, die durch die Löcher 65 gebildet wird. Zur Zu- bzw. Abführung des Sauerstoffes dienen entsprechend die durch die Löcher 66 und 67 gebildeten Leitungen und die in den Schichten 59 vorgesehenen Kanäle 68 und 69. Zur Zu- bzw. Abführung des Elektrolyten dienen schließlich die durch die Löcher 70 und 71 gebildeten Leitungen und die in den Schichten 56 und 57 vorgesehenen Kanäle 72 und 73. Die Löcher 74 sind für Schraubenbolzen zum Zusammenpressen der Einzelteile der Brennstoffbatterie bestimmt An den Enden der Brennstoffbatterie nach F i g. 3 werden Kontaktbleche und Endplatten entsprechend F i g. I vorgesehen.

Die Asbestdiaphragmen bei der Brennstoffbatterie nach Fig.3 können aus den gleichen Materialien bestehen und in gleicher Weise hergestellt werden, wie die Asbestdiaphragmen für die Brennstoffbatterie nach Fig. 1. Die Asbestdiaphragmen 46 werden aus den Schichten 54,55 und 56, die Asbestdiaphragmen 47 aus den Schichten 57, 58 und 59 zusammengeklebt In der fertigen Brennstoffbatterie werden sowohl verstärkte Randzonen der Asbestdiaphragmen 46 und 47 gegeneinander als auch gegen die Trennbleche 48 gepreßt An beiden Anpreßstellen wird eine hervorragende Dichtung erzielt

Die erfindungsgemäße Brennstoffbatterie kann gegenüber den in den Figuren dargestellten Beispielen vielfach abgewandelt werden. Statt einer quadratischen Form kann beispielsweise eine andere rechteckige, eine vieleckige oder eine runde Form gewählt werden. Ebenso können andere Elektroden, beispielsweise Sintermetallelektroden, und andere Katalysatormaterialien verwendet werden. Bei Verwendung von

hinreichend säurebeständigem Asbest, beispielsweise Blauasbest, ist die erfindungsgemäBe Brennstoffbatterie auch für saure Elektrolyten geeignet. Ebenso können andere Brennstoffe, beispielsweise Methanol, verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennstoffbatterie in Filterpressenbauweise für flüssigen Elektrolyten und wenigstens einen gasförmigen Reaktanten, bei welcher der Elektrolytraum und der Gasraum bzw. die Gasräume der einzelnen Brennstoffelemente samt den zugehörigen Elektroden jeweils durch Asbestdiaphragmen und die einzelnen Brennstoffelemente durch Trennbleche voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Asbestdiaphragmen in der Dicke verstärkte, elektrolytundurchlässige und gasdichte Randzonen aufweisen, die unmittelbar aneinander bzw. gegen die Trennbleche gepreßt sind, daß die in der Dicke verstärkten Randzonen der Asbestdiaphragmen aus drei Schichten aufgebaut sind, daß die mittlere, die Fortsetzung des zentralen Teils des Asbestdiaphragmas bildende Schicht mit einem eleA-j-olytbeständigen Mehrkomponentenkunstharz getränkt und mit den beiden äußeren Schichten verklebt ist, daß die beiden äußeren Schichten mit einem weicheren, elektrolytbeständigen Kunststoff gefüllt sind und daß in die beiden äußeren Schichten die Zuführungskanäle zu den Elektrolyt- und Gasräumen eingearbeitet sind.

2. Brennstoffbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrkomponentenkunstharz ein elektrolytbeständiges Epoxidharz ist.

3. Brennstoffbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weichere, elektrolytbeständige Kunststoff Polytetrafluorethylen oder Polyvinylchlorid ist.