DE2061598B2 - Galvanische Speicherzelle mit einer Mehrzahl von schichtartig angeordneten positiven und negativen Speicherelektroden, zwischen denen zur Bildung von Kathoden- und Anodenräumen jeweils ein Diaphragma angeordnet ist - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine galvanische Speicherzelle mit einer Mehrzahl von schichtartig angeordneten positiven und negativen Speicherelektroden, zwischen denen zur Bildung von Kathoden- und Anodenräumen jeweils ein Diaphragma angeordnet ist, insbesondere mit Elektrolytumwälzung, wobei wenigstens eine der beiden Elektroden aus einzelnen Stäben mit einem wenigstens angenähert kreisförmigen Querschnitt gebildet ist.

Bei einer bekannten Speicherzelle dieser Art (deutsche Auslegeschrift 1280361) sind die positive und die negative Gaselektrode zur Verbesserung ihrer Eigenschaften jeweils mit einer positiven bzw. negativen Akkumulatorelektrode kombiniert. Die Akkumulatorelektroden sind dabei frei im Kathodenraum und im Anodenraum angeordnet, wobei die Brennstoffzellen-Elektroden auf Abstand sowohl voneinander als auch von dem Diaphragma angeordnet sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Speicherzelle der eingangs genannten Gattung, welche bei einem hohen massenbezogenen Energiegewicht und einem guten Überlastverhalten aus besonders einfach und trotzdem mit hoher Genauigkeit herstellbaren Elektroden aufgebaut ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die Stäbe miteinander in Berührung stehen und daß zumindest die negativen Stäbe am Diaphragma unmittelbar anliegen.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zumindest teilweise auf die zur Bildung von ίο Elektrodenräumen erforderlichen Stege verzichtet werden kann.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Diaphragma auf Grund seiner direkten Anlage an den negativen Stäben dünner ausgeführt sein kann, da es von den Stäben abgestützt wird.

Überdies besteht ein Vorteil der Erfindung darin, daß der Raumbedarf der Speicherzelle geringer ist, da die Abstände der Stäbe sowohl untereinander als auch von dem Diaphragma entfallen,
ao Für die einzelnen Stäbe ist ein kreisförmiger Querschnitt besonders geeignet, jedoch kann der kreisförmige Querschnitt auch gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform durch ein regelmäßiges Sechseck angenähert sein.

»5 Bei einer vorteilhaften Ausführungsform schließen die Stäbe mindestens über einen Teil ihrer Länge einen Leitungsdraht ein, der mindestens an dem einen Stabende herausragt, wobei vorteilhafterweise die Leitungsdrähte mit mindestens einer Stromfahne, die als Fixierungselement für die gesamte Elektrodenanordnung dient, leitend verbunden sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder Stab aus mehreren koaxial fluchtend angeordneten Stabstümpfen aufgebaut ist, die durch den Leitungsdraht miteinander verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform sind die Elektrodenstäbe unter Beibehaltung einer hohen Genauigkeit besonders einfach herstellbar.

Bei einer Speicherzelle mit einer Wasserstoff-Speito cherelektrode, die mit einer positiven Oxidelektrode kombiniert ist, besteht vorteilhafterweise die Oxidelektrode aus miteinander in Berührung stehenden NiO(OH)-Stäben, die am Diaphragma unmittelbar anliegen. Bei dieser Ausfühmngsform werden die Elektrodenräume auf beiden Seiten jedes Diaphragmas offengehalten, ohne daß es erforderlich ist, an irgendeiner Stelle Stege einzusetzen.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Speicherzelle für unterschiedliche Anwendungszwecke auf einfache Weise mit verschieden großen Elektroden gebaut werden kann.

Die erfindungsgemäßen Elcktrodenformen eignen sich zur Herstellung von Wasserstoff-Speicherelektroden aus dem in der französischen Patentschrift 1565 808 beschriebenen und an sich nicht leicht verarbeitbaren Material auf Nickel-Titan-Basis besonders gut.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt
Fig. 1 das Schema einer herkömmlichen Zelle mit einer Wasserstoff-Speicherelektrode und einer Sauerstoff-Diffusionselektrode,

Fig. 2 das Schema einer herkömmlichen Zelle mit einer Wasserstoff-Speicherelektrode und einer NiO(OH)-Elektrode,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines erfin- - dungsgemäßen Elektrodenstabes,

Fig. 4 eine perspektivische schematische Darstel-

lung einer bevorzugten erfindungsgemäßen fclektrodenanordnung,

Fig. 5 das Schema einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung und

hig.fi das Schema einer weiteren erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung.

Aus der schematischen Darstellung einer herkömmlichen Zelle in der Fig. 1 ist ersichtlich, in welcher Weise die Zelle aus einer plattenförmigen Wasserstoff-Speicherelektrode 1 und einer Sauerstoff-Diffusionselektrode 2 aufgebaut ist. wobei ein Diaphragma 4 sowie Stege 5 derart zwischen den Elektroden angeordnet sind, daß die Elektrodenräume 6 festgelegt werden.

In der Fig. 2 ist in schematischer Darstellung eine ähnliche herkömmliche Zelle veranschaulicht, welche eine Wasserstoff-Speicherelektrode 1 und eine NiO(OH)-Eiektrode 3 umfaßt. Der durch die Elektrodenräume 6 geleitete Elektrolyt dient gleichzeitig zur Wärme- und Gasabführung.

Da in den beiden Fällen der Fig. 1 und 2 die Stege von dem Diaphragma gehalten werden müssen, muß letzteres eine genügende mechanische Festigkeit aufweisen, was bei Verwendung von Kunststoffen zu dikkerem Material führt (z. B. 0,5 mm). Die Dicke des Elektrodenraumes liegt im allgemeinen bei etwa 1 mm, damit Gasblasen ohne Schwierigkeiten abgeführt werden können. Die Elektroden selbst sind bei den bekannten Ausführungen nach dem Stand der Technik, wie dies auch aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, im wesentlichen plattenförmig.

In der Fig. 3 ist ein Rundstab 9 dargestellt, welcher beispielsweise nach einem Sinter- oder Schmebverfahren hergestellt sein kann und welcher erfindungsgemiiß als Emzelstab verwendet wird, wobei ein Stromleiter 7 vorgesehen ist, welcher oben und unten aus dem Elektrodenstab herausragt.

Gemäß der schematischen Darstellung einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung kann der zur Stromführung vorgesehene Draht 7 durch Schweißen oder andere Maßnahmen an einer Stromfahne 8 befestigtsein, wobei letztere mit mehreren Elektrodenstäben 9 verbunden ist, und außer der stromableitenden Funktion kann der Draht 7 auch die Fixierung einer aus vielen Stäben bestehenden Gesamtelektrodenanordnung übernehmen, wie es die Fig. 4 zeigt.

Aus der Fig. 5 ist zu entnehmen, daß bei einer Elektrode aus Stäben auf die Stege 5 (vgl. Fig. 1 und 2) verzichtet werden kann, da durch die besondere geometrische Form zusammen mit dem angelegten Diaphragma 4 bereits die Elektrodenraumkanäle 6 gebildet werden. Damit werden an die mechanische Festigkeit des Diaphragmas keine sehr hohen Anforderungen gestellt, so daß dieses Diaphragma gemäß der Erfindung im Hinblick auf eine möglichst kompakte Bauweise der Zelle dünner ausgeführt sein kann.

Daß durch die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung auch die elektrochemischen Eigenschaften der Elektrode und damit diejenigen der Zelle verbessert werden können, zeigt der folgende Vergleich: Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 oder 2 beträgt der Abstand von Diaphragma zu Diaphragma beispielsweise 4 mm. Er teilt sich folgendermaßen auf: 1 mm Elektrolytraumdicke, 2 mm Eiektrodendicke, 1 mm Elektrolytraumdicke. Bei einer Elektrodenfläche von 160 mm x 150 mm enthält die Zelle somit 48 cm' Wasserstoff-Speicherelektrode. Bei der in der Fig. 5 dargestellten erfindungsgemäßen Elektrode hingegen befinden sich bei gleichem Abstand von Diaphragma zu Diaphragma und gleicher Elektrodenfläche von 160 mm x 150 mm etwa 75 cm^! Wasserstoff-Speicherelektrode in der Zelle. Demgemäß ist der massenbezogene Energiewert einer Zelle mit den erfindungsgemäßen Elektroden wesentlich höher als derjenige mit den üblichen Plattenelektroden.

Bei der Fortführung der obigen Überlegungen ergibt sich für die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung ein weiterer Vorteil hinsichtlich der zur Verfü-

»5 gung stehenden Elektrodenfläche. Bei einer Anordnung gemäß Fig. 1 oder 2 weist die Elektrode zu den Elektrolyträumen hin eine aktive geometrische Fläche von 480 em^: auf, wobei nicht berücksichtigt ist, daß ein Teil dieser Fläche dadurch verlorengeht, daß er durch die Stege abgedeckt ist. Wird nun der Zelle ein Strom von 48 A entnommen, so entspricht dies einer Stromdichte Für die Elektrode von 100 mA/cnr.

Die in der Fig. 5 dargestellte erfindungsgemäße Elektrodenschicht 10 hat zu den Elektrolyträumen hin hingegen eine aktive geometrische Fläche von etwa 750 cnr. was bei dem vorgegebenen Strom von 48 A einer Stromdichte von etwa 65 niA/cm² entspricht. Aus diesem Vergleich geht klar hervor, daß die erfindungsgemäße Elektrodenschicht 10 ein wesentlich

besseres Überlastverhalten aufweist.

Im Hinblick auf eine möglichst vereinfachte Darstellung wurde die Erfindung im wesentlichen an Hand von Wasserstoff-Speicherelektroden beschrieben. Es ist jedoch ohne weiteres erkennbar, daß die erfindungsgemäßen Vorteile auch mit positiven Speicherelektroden wie beispielsweise NiO(OH)-Elektroden erreichbar sind.

Gerade eine solche, aus gemäß der Erfindung ausgebildeten positiven Schichten 11 und negativen Schichten 10 aufgebaute, galvanische Zelle gestattet gemäß der Darstellung in der Fig. 6 eine optimale Ausnutzung des Grundgedankens der Erfindung, da bei dieser bevorzugten Ausführungsform auf die Stege 5(vgl.Fig. 1,2,5)überhaupt verzichtet werden kann. Damit ergibt sich eine noch kompaktere Bauweise der erfindungsgemäßen Zelle.

Hierzu 2 Bkiii Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Galvanische Speicherzelle mit einer Mehrzahl von schichtartig angeordneten positiven und negativen Speicherelektroden, zwischen denen zur Bildung von Kathoden- und Anodenräumen jeweils ein Diaphragma angeordnet ist insbesondere mit Elektrolytumwälzung, wobei wenigstens eine der beiden Elektroden aus einzelnen Stäben mit einem wenigstens angenähert kreisförmigen Querschnitt gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (9) miteinander in Berührung stehen und daß zumindest die negativen Stäbe (9) am Diaphragma (4) unmittelbar anliegen.

2. Speicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabquerschnitt ein regelmäßiges Sechseck ist.

3. Speicherzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (9) mindestens über einen Teil ihrer Länge einen Leitungsdraht (7) einschließen, der mindestens an dem einen Stabende herausragt.

4. Speicherzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsdrähte (7) mit mindestens einer Stromfahne (8), die als Fixierungselement für die gesamte Elektrodenanordnung dient, leitend verbunden sind.

5. Speicherzelle nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stab (9) aus mehreren koaxial fluchtend angeordneten Stabstümpfen aufgebaut ist, die durch den Leitungsdraht (7) miteinander verbunden sind.

6. Speicherzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Wasserstoff-Speicherelektrode, die mit einer positiven Oxidelektrode kombiniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidelektrode aus miteinander in Berührung stehenden NiO(OH)-Stäben (3) besteht, die am Dia · phragma (4) unmittelbar anliegen.