DE2114312C3 - Metall-Luft-Batterie - Google Patents
Metall-Luft-BatterieInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Batterie entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Batterie ist aus der DE-OS 1810 036 bekannt. Bei dieser Batterie bilden eine oder mehrere
Gasdiffusionselektroden die vertikalen Wände einer Flüssigkeit enthaltenden Zelle.
Eine ebene, negative Elektrode ist in der Zelle vertikal und mit Abstand von den Gasdiffusionselektroden
angeordnet. Die Gasdiffusionselektrode enthält einen Katalysator, wie Silber, und vorzugsweise ein
weiteres elektrisch leitendes Material, wie Kohlenstoff. Ein Elektrolyt, wie Kaliumhydroxid, mit einem
sehr fein verteilten Metallpulver, wie Zink, zirkuliert durch die Zelle. Eine mit der negativen Elektrode verbundene
Einrichtung fängt wenigstens zeitweise einen Teil des Metallpulvers ein. Das Metallpulver braucht
im Elektrolyten nicht löslich zu sein; das verbrauchte Metalloxid soll jedoch im Elektrolyten löslich sein.
Für die negative Elektrode wird kein Katalysator benötigt; im Elektrolyten ist kein Katalysator enthalten.
Die Wirkungsweise einer solchen Batterie wird ι» nachstehend erläutert. Da die Gasdiffusionselektrode
eine Dreiphasen-Grenzfläche von Sauerstoff, Silber und einem Elektrolyten besitzt, werden Sauerstoff
und Wasser im Elektrolyten zu einem Hydroxydion OH ~ umgewandelt, das dann durch den Elektrolyten
wandert, in Berührung mit dem pulverförmigen Zink kommt und es in ein Zinkion und ein freies Elektron
verwandelt. Sind die Gasdiffusionselektrode und die negative Elektrode elektrisch mit einer äußeren Last
verbunden, so fließt in dieser ein elektrischer Strom. -<> Die Batterie enthält eine Vielzahl von Zellen, wobei
der Elektrolyt mit dem darin in Suspension befindlichen Metallteilchen kontinuierlich durch alle Zellen
gleichzeitig zirkuliert. Zur Umwälzung des Elektrolyt-Metaliteilchen-Brennstoffgemischs
ist die Batterie r> an Förder- und Absaugpumpen angeschlossen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Leistungsverbrauch der Förder- und Absaugpumpen
möglichst niedrig zu halten.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung jo durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1
angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im Unterschied zu der bekannten Batterie wird also 3-5 der Elektrolyt nur intermittierend jeder Batteriezelle
zugeführt. Ferner können die Teilchendichte des Elektrolyten überwacht und zusätzliche Metallteilchen
eingeführt werden, wenn ein bestimmter Zustand bei der Überwachung festgestellt wird. Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung betreffen eine verbesserte Form der negativen Elektrode sowie eine verbesserte
Form der positiven Elektrode. Auch kann der Elektrolyt-Sättigungspunkt bei Verwendung von
Zinkoxid durch Zugabe eines weiteren chemischen j Stoffes zum Elektrolyten erhöht werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 14 beispielsweise erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Batterie,
■ν» Fig. 2 eine Vorderansicht einer Batteriezelle,
■ν» Fig. 2 eine Vorderansicht einer Batteriezelle,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Zelle der Fig. 2,
Fig. 4 eine Dichte-Meßeinrichtung,
Fig. 5 in auseinandergezogener Anordnung einen Ausschnitt der negativen Elektrode der Batterie,
Fig. 6 und 7 einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform der negativen Elektrode,
Fig. 6 und 7 einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform der negativen Elektrode,
Fig. 8 und 9 eine Rück- bzw. Vorderansicht der positiven Elektrode,
Fig. 10 eine perspektivische Darstellung eines Teils
ω der Batterie,
Fig. 11 eine perspektivische Darstellung eines Trichters und einer Ventilanordnung für die Zuleitung
von Metallteilchen zum Elektrolyten,
Fig. 12 Rohrleitungen für die Zu- und Ableitung ι,-, des Elektrolyt-Metallteilchen-Gemischs,
Fig. 13 ein Diagramm, aus dem die Abhängigkeit der Ausgangsspannung einer Batteriezelle in Abhängigkeit
von den Amperestunden vor einer erneuten
Umwälzung des Elektrolyt-Metallteilchen-Gemischs hervorgeht, und
Fig. 14 in auseinandergezogener Anordnung eine Gasdiffusionselektrode.
Fig. 1 veranschaulicht schematich die Metall-Luft-Batterie.
Die Batterie 1 enthält eine Anzahl einzelner Zellen 2, die nebeneinander angeordnet sind.
Jede Zelle ist eine vollständige, selbständige Kammer, die Flüssigkeit enthält, jedoch Seitenwände 3 besitzt,
die den Durchtritt eines sauerstoffhaltigen Gases in
das Innere hinein gestatten. Ein Elektrolyt-Metallteilchen-Mischtank
4 ist der Batterie 1 nahe benachbart zugeordnet und mit einer Zuleitung 6 und einer
Rückleitung 7 versehen. In der Zuleitung 6 ist eine Pumpe 8 angeordnet, die das Elektrolyt-Metallteilchen-Gemisch
unter Druck einem Verteilerstück 9 zufuhrt, das über Einlaßleitungen 10 mit der Oberseite
jeder Zelle 2 verbunden ist. In der Rückleitung 7 ist eine Saugpumpe 11 angeordnet, die das Gemisch
vom Boden jeder Zelle 2 über Auslaßleitungen 12 und ein Auslaß-Verteilerstück 13 abzieht.
In den Mischtank 4 reicht ein Trichter 14 hinein, der am Boden eine öffnung 15 besitzt, die durch ein
Ventil 16, welches von einer Einrichtung 17 betätigt wird, selektiv geöffnet und geschlossen wird. Die Bodenwand
des Trichters 14 wird durch zwei geneigte Metallplatten 18 gebildet. Der Winkel Θ, den die
Platten 18 mit der Horizontalen bilden, soll größer als 20° sein; die sich gegenüberliegenden Seiten der
öffnung sollen vertikal verlaufen. Die Metallteilchen im Trichter 14 können durch eine öffnung 19 wie der
ergänzt werden, während die Ergänzung des Elektrolyts im Mischtank über einen Elektrolyt-Zuleitungsanschluß
20 erfolgt.
Der Steuermechanismus für das Ventil 16 wird durch eine in der Auslaßleitung 12 einer der Brennstoffzellen
2 angeordnete Einrichtung 21 zur Messung der Teilchendichte betätigt. Die Gasdiffusionselektrode
3 jeder der Zellen 2 ist mit einem Leistungs-Ausgangsanschluß 22 verbunden, während die negative
Elektrode jeder Zelle 2 mit einem Leistungs-Ausgangsanschluß 23 in Verbindung steht. Die beiden
Ausgangsanschlüsse (von denen der eine positiv und der andere negativ ist) sind ihrerseits mit einer zu versorgenden
Last verbunden, beispielsweise mit einem nur schematisch angedeuteten Elektromotor 24.
Die Struktur jeder Zelle 2 der Batterie 1 ergibt sich vor allem aus den Fig. 2, 3, 8, 9 und 14. Es sind zwei
Kunststoffrahmen 25 vorgesehen, die je 'der Paare von Ansätzen 26 aufweisen, ferner Spannbolzen 27,
die zwischen einander gegenüberliegenden Paaren von Ansätzen 26 angeordnet sind und über Muttern
28 die Ansätze 26 zusammenspannen. Die öffnung jedes Rahmens 25 wird durch eine Gasdiffusionselektrode
3 ausgefüllt. Diese Elektrode 3 dient als positive Elektrode und ist auf einem Nickelsieb 29 ausgebildet
(vgl. Fig. 14). Das Nickelsieb 29 ist in einen Pulverpreßteil 30 eingebettet, dessen spezifische Zusammensetzung
noch näher erläutert wird. Das plattenförmige Element, das von dem in den porösen
Pulverpreßteil 30 eingebetteten Nickelsieb 29 gebildet wird, wird dann mit einem Überzug 31 eines Materials
versehen, das so porös ist, daß ein sauerstoff haltiges Gas hindurchtreten kann, das jedoch
gegenüber Flüssigkeit undurchlässig ist. Eine dieser plattenförmigen Elektroden wird dann in jedem der
beiden zueinander passenden Rahmen 25 angebracht, wobei der flüssigkeitsundurchlässige Überzug 31 nach
außen weist. Ein elektrischer Leiter 32 erstreckt sich vom Nickelsieb und dem Pulverpreßteil zur Außenseite
der Rahmenanordnung (vgl. Fig. 8).
Eine bevorzugte Pulvermischung, in der das Nikkelsieb 29 eingebettet wird, enthält als Ausgangsmateria'ien
Silberoxidpulver, Polytetrafluoräthylenpulver, Kohlenstoffpulver und Ammoniumkarbonatpulver
mit folgenden Gewichtsanteilen:
Silberoxidpulver (Ag2O) 6,7 Gew.-%
Silberoxidpulver (Ag2O) 6,7 Gew.-%
i" Polytetrafluoräthylenpulver 43,0 Gew.-%
Kohlenstoffpulver 23,0 Gew.-%
Ammoniumkarbonat (NH^)2CO3 27,3 Gew.-%
Dieses Pulvergemisch wird um ein Nickelsieb gepreßt, so daß letzteres eingebettet und eine Platte ge-
bildet wird. Diese Platte wird dann erhitzt, so daß flüchtige Materialien ausgetrieben werden und der
gewünschte Porositätsgrad erreicht wird. Das Silberoxidpulver dispergiert sich leicht mit dem Kohlenstoffpulver
und wird gegenüber Silberkarbonatpulver
bevorzugt. Auch Nickel oder ein anderes elektrisch leitendes Material kann als Pulver verwendet werden.
In Fig. 5 ist in teilweise auseinandergezogener Darstellung die negative Elektrode 33 veranschaulicht.
Sie enthält ein Metallsieb 34, das sandwichartig
.' 3 zwischen zwei Platten 35 angeordnet ist, die zahlreiche
kleine, nach oben gerichtete, flächenartige Ansätze 36 aufweisen. Ein elektrischer Leiter 32a führt vom
Metallsieb 34 und den zugehörigen Metallplatten 35 zur Außenseite der Rahmenanordnung. Diese plat-
jo tenförmige negative Elektrode liegt sandwichartig
zwischen den zwei positiven Elektroden, ist hiervon jedoch durch nichtleitende Rippen 37 (vgl. Fig. 9) in
Abstand gehalten. Diese Rippen 37 wirken zugleich als Ablenkungen, die das Elektrolyt-Metallteilchen-Gemisch
an den nach oben gerichteten, becherartigen Ansätzen 36 der negativen Elektrode 33 vorbei nach
unten lenken, wobei ein Teil der Metallpartikel eingefangen wird. Die unteren Enden wenigstens einer der
Rippen 37 sind auf eine Ecke der Zelle hin gerichtet, um das Gemisch gleichförmiger über den unteren Teil
der negativen Elektrode 33 gerichtet zu verteilen, wenn sich das Gemisch der Zelle 2 nähert, die benachbart
zu ihrer Ausiaßleitung 12 liegt.
Ein zweites, bevorzugtes Ausführungsbeispiel der negativen Elektrode ist schematisch in Fig. 6 veranschaulicht.
Hier liegt ein verhältnismäßig rauher Siebteil 38 über dem Zwischensieb 39. Die beiden rauhen
Siebteile 38 bilden nach oben gerichtete Taschen, die Zinkpulver aus dem Elektrolyt-Zink-Gemisch auf-
,0 nehmen, wenn dieses von oben nach unten fließt.
Fig. 7 veranschaulicht denselben Siebteil 38 wie in Fig. 6, jedoch mit einer darauf befindlichen Ansammlung
von Zinkpulver.
Zur Herstellung der Brennstoffzelle wird also eine negative Elektrode sandwichartig zwischen zwei positiven
Elektroden angeordnet, wobei Rippen die Elektroden trennen und die Elektroden in zwei zueinander
passenden Rahmenteilen 25 zusammengespannt werden, so daß sich eine flüssigkeitsdichte Zellenstruktur
bo ergibt. Wie Fig. 2 zeigt, ragt eine Einlaßleitung 10
in den oberen Bereich jeder Zelle hinein, während eine Auslaßleitung 12 vom Boden jeder Zelle ausgeht.
Ferner geht eine Einlaß-Bypassleitung 41 nach unten und tritt auf der der Auslaßleitung 12 gegenüberlie-
b5 genden Seite im Bodenbereich der Zelle ein. Diese
Bypassleitung 41 ist kleiner als die Haupt-Einlaßleitung 10 und dient dem Zweck, etwa im Bodenbereich
der Zelle angesammelten Schlamm auszuspülen.
Als Elektrolyt wird vorzugsweise Kaliumhydroxid mit einer Konzentration von wenigsten 6 N verwendet. Hinzugefügt wird ein lösliches Alkalimetallsalz,
wie Kaliumsilikat, Natriumsilikat, Kaliumphosphat, Ammoniumsilikat usw., im Verhältnis von 200 bis
300 ecm des löslichen Alkalimetallsalzes pro 1 KaIiumhydroxid. Die Zugabe dieses löslichen Alkalimetallsalzes erhöht den Sättigungspunkt des Kaliumhydroxids für eine wasserhaltige Zinkverbindung, wie
Zinkoxid. Das bevorzugte Alkalimetallsalz ist Kaliumsilikat; es versteht sich, daß dieses Material gewisse
Anteile von Siliziumdioxid enthält. Es wird angenommen, daß die Löslichkeit des Zinkoxids nicht auf der
zugegebenen Menge von Kaliumsilikat beruht, vorausgesetzt, daß etwa 200 bis 300 ecm Kaliumsilikatlösung pro! Kaliumhydroxid zugesetzt werden. Ein bevorzugtes Gewichtsverhältnis des Siliziumbestandteiles in der Kaliumsilikatlösung (gemessen in der Form
des Siliziumdioxids), bezogen auf die Kaliumsilikatlösung, liegt zwischen 1:3 bis 1:10.
Es wurde festgestellt, daß das Zinkpulver vorzugsweise in einer Größe zwischen 20 bis 200 um liegen
soll. Auf jeden Fall sollte die Korngröße des Zinkpulvers kleiner als 500 um sein, da größere Zinkteilchen
dazu neigen, sich in den Ventilen der Rohrverteilerstücke, in den Zellen und/oder in den Leitungen festzusetzen und auf diese Weise die Elektrolytströmung
zu behindern. Die Zinkteilchen sollen ferner dendritische Form besitzen, so daß sie die gewünschte Oberflächengröße zum Kontakt mit dem Elektrolyten ergeben.
Wie aus den schematischen Darstellungen der Fig. 10 und 12 hervorgeht, enthält eine Ventilanordnung ein Ventil 42 im Einlaß-Verteilerstück 9. Es
wird für jede Zelle nur in der Zeit geöffnet, in der ein im Auslaßverteilerstück 13 vorgesehenes Ventil
43 derselben Zelle geöffnet ist. Eine andere Zelle enthält die Ventile 44 und 45; eine weitere Zelle die Ventile 46 und 47, die jeweils im Einlaß- bzw. Auslaß-Verteilerstück 9, 13 vorgesehen sind. In gleicher
Weise sind auch für alle übrigen Zellen der ganzen Batterie entsprechende Ventile vorhanden. Ihre Betätigung erfolgt von einer Nockenwelle 48, die durch
einen Motor 49 gedreht wird. Auf der Nockenwelle 48 sind eine Anzahl von Nocken SO, Sl, 52 vorgesehen, die mit Fingern S3,54 bzw. 55 in Eingriff kommen. Die Ventile 42 und 43 sitzen auf einer gemeinsamen Stange 56, die in einem Lagerteil 57 hin- und
herbeweglich ist und unter der Wirkung von Federn 58,59 steht. Eine gleichartige Anordnung ist für die
benachbarten Zellen vorgesehen. Wird eine Batterie mit zwölf Zellen verwendet, so werden vorzugsweise
zwei paarweise zusammengehörende Ventile, wie die Ventile 42 und 43, für eine Zeitdauer von etwa S bis
6 Sekunden geöffnet und dann für eine Zeitdauer von etwa 50 bis 55 Sekunden geschlossen. Es wurde festgestellt, daß man die wirksamste Ausnutzung der Metallteilchen erhält, indem man den Ventilzyklus auf
diese Weise einteilt; hierbei fließt nämlich zu jedem Zeitpunkt nur durch eine Zelle Elektrolyt, wobei jedoch während der ganzen Zeit Elektrolyt durch das
System strömt.
Wie bereits erwähnt wurde, bestehen die Metallteilchen aus feinverteilten Zinkteilchen, die sich im
Elektrolyten in Suspension befinden. Wird das Zink durch Lieferung von elektrischer Leitung allmählich
aufgebraucht, so wird die Gesamtmenge allmählich oxidiert; der in Suspension verbleibende Tefl kann
weniger elektrische Leistung liefern; ein Zinksediment im Boden der Auslaßleitung 12 wird kleiner.
Es wird daher erforderlich, weiteres Zinkpulver in Suspension in den Elektrolyten einzuführen. Der mit
Zinkteilchen gefüllte Vorratstrichter 14 ist mit dem Abgabeventil 16 im oberen Teil des Mischtanks 4
vorgesehen. Das Ventil 16 wird elektrisch durch eine Zeitgeber-Betätigungseinrichtung 17 betätigt, die von
Zeit zu Zeit durch eine Dichte-Meßeinrichtung 21 erregt wird. Es kann dies eine optische Einrichtung sein,
wie sie schematisch in Fig. 4 dargestellt ist. Ein Lichtstrahl einer Lampe 40 trifft durch Fenster 42, die an
einer der Auslaßleitungen 12 vorgesehen sind, auf einen Lichtaufnahrneteil 43, beispielsweise eine Kadmiumsulphidzelle, eine Photodiode oder dergleichen.
Dieser Teil 43 überträgt ein elektrisches Signal auf die Ventilbetätigungseinrichtung 17, die das Ventil 16
für eine vorbestimmte Zeit öffnet, und zwar jedesmal
dann, wenn das Schlammniveau so weit absinkt, daß der Lichtstrahl unterbrochen wird. Ist der Lichtstrahl
unterbrochen, so wird kein Brennstoff aus dem Trichter 14 in den Elektrolyt eingeführt. Ein bevorzugter
Anteil von Zink im Elektrolyt ist dann gegeben, wenn etwa 100 g Zink pro Minute durch die negative Elektrode fließen. Die Ventilbetätigungseinrichtung 17
kann beispielsweise ein Zeitschalter sein, der eine Nockenwelle 44 jedesmal dann eine Umdrehung ausführen läßt, wenn die Einrichtung elektrisch erregt
wird. Bei der Drehung der Nockenwelle 44 drückt sie den Ventilstößel 45 gegen die Wirkung einer Feder
46 nach unten (vgl. Fig. 11).
Nachdem der Elektrolyt seinen Sättigungspunkt erreicht hat und das Zinkoxid oder andere wasserhaltige Zinkverbindungen nicht länger darin gelöst werden können, werden der Mischtank 4 und das System
durch einen geeigneten, nicht dargestellten Auslaß entleert; dann werden über die Einlasse 19 und 20
neuer Elektrolyt und neues Metallpulver eingeführt.
Der im Mischtank 4 und in den Zellen 2 gespeicherte Elektrolyt muß ausreichend sein, damit die
Oberfläche des Elektrolyten über der Zuleitung 6 des Mischtanks 4 liegt. Das feinverteilte Zinkpulver im
Trichter 14 kann beispielsweise durch elektrolytische Extraktion erzeugt werden. Hierdurch erhält man ein
körniges, nadelförmiges Zinkpulver. Es ist erwünscht, daß das Zinkpulver allmählich in den Elektrolyten im
Mischtank 4 eingeführt wird, so daß sich im Elektrolyten eine vorbestimmte Konzentration des Zinkpulvers ergibt. Am günstigsten ist es, wenn die Zufuhr
des Pulvers mit etwa konstanter Menge pro Zeiteinheit erfolgt Dies wird durch die geneigten Platten 18
erleichtert, die unter einem Winkel von mehr als^0° gegenüber der Horizontalen angeordnet sein sollen.
Das konstante Pumpen des Gemischs aus dem Mischtank 4 durch die Zuleitung 6 und das Abziehen des
Elektrolyten aus den Zellen und das Pumpen durch die Rückleitung 7 zum Mischtank 4 bewirkt eine ständige Bewegung des Gemisches im Mischtank und hält
damit die Metallteilchen in Suspension.
Aus der Konstruktion und Anordnung der Elektroden erkennt man ferner, daß jede Zelle das an den
negativen Kollektorplatten 33 anhaftende Zinkpulver verteilt, so daß die elektrische Entladung wahrend einer Unterbrechung der Zirkulation des Gemisches zur
Zelle aufrechterhalten wird. Die Anordnung gewährleistet also, daß die an der negativen Elektrode 33
anhaftende Menge der Metallteilchen ausreicht, um die elektrische Ladung ohne Unterbrechung aufrecht-
zuerhalten, während die Teilchenzufuhr unterbrochen ist. Die anhand der Fig. 5,6 und 7 erläuterte spezielle
Struktur gewährleistet zu diesem Zweck das Anhaften oder Einfangen einer ausreichenden Teilchenmenge
an der negativen Elektrode 33.
An der Oberseite jeder Zelle ist ein Überströmrohr 47 vorgesehen (vgl. Fig. 2), das mit einer Rückführleitung
48 verbunden ist, die zum Mischtank 4 führt (vgl. Fig. 10).
Die Rippen 37 (Fig. 9) bewirken, daß der Elektrolyt mit gleichförmiger und hoher Strömungsgeschwindigkeit
durch die verschiedenen Zellen und an den einzelnen negativen Elektroden 33 entlangströmt; infolgedessen
bleibt eine vorbestimmte Menge Zinkpulver an der Elektrode 33 haften und reagiert mit
den Hydroxydionen, die durch den Kontakt von Sauerstoffatomen in der Luft mit dem Oxydationskatalysator
(Ag) in der Gasdiffusionselektrode erzeugt werden. Das Zinkpulver gibt Elektronen ab und wird
schließlich zu Zinkoxid oder zu anderen hydratisierten Zinkverbindungen umgewandelt.
Vorzugsweise läßt man den Elektrolyten vor Beginn des Betriebes und/oder vor Beendigung des Betriebes
zirkulieren, ohne daß praktisch Metallpulver darin vermischt ist. Auf diese Weise werden alle Nebenprodukte
weggewaschen, die auf der negativen Elektrode 33 durch die vorhergehende Zirkulation
des Elektrolyten unmittelbar vor Beendigung des Betriebes niedergeschlagen wurden, ferner auch sonstiger
angesammelter Schlamm und/oder freie Metallteilchen vom Boden der Zellen. Dadurch wird die
Möglichkeit ausgeschlossen, daß Zink, das in den Leitungen 7 und 13 durch die Zirkulierung des Elektrolyten
unmittelbar vor Beendigung des Betriebes sich abgesetzt hat, einen Kurzschluß zwischen den Zellen
verursacht; hierdurch kann ferner teilweise aufgebrauchtes Zink entfernt werden, so daß frisches Zink
von der negativen Elektrode eingefangen werden kann und bei Beginn des Betriebes wieder die gewünschte
elektrische Leistung zur Verfügung steht.
Werden die Metallteilchen intermittierend den Zellen 2 zugeführt, so daß sie an der negativen Elektrode
33 anhaften und eine elektrische Entladung aufrechterhalten, selbst während die Zirkulation des Gemisches
in der einzelnen Zelle unterbrochen ist, so braucht die Leistung der Förder- und Absaugpumpen
8,11 nicht so groß zu sein wie bei kontinuierlicher Zirkulation des Gemisches in allen Zellen. Wenn beispielsweise
die Klemmenspannung einer Zelle etwa 1 Volt beträgt, wie dies bei Batterien zwischen 12 und
100 Volt Ausgangsspannung üblicherweise der Fall ist, so müssen je nach gewünschter Ausgangsspannung
12 bis 100 Zellen in Reihe geschaltet werden. Soll das Gemisch kontinuierlich allen diesen Zellen zugeführt
werden, so wird eine sehr starke Förderpumpe und eine starke Absaugpumpe benötigt. Bei der beschriebenen
Batterie brauchen dagegen nur Förder- und Absaugpumpen vorgesehen zu werden, die ausreichen,
um das Gemisch einer Zelle mit einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit zuzuführen bzw. es von
dieser Zelle abzusaugen; zumindest brauchen diese Pumpen nur für einen verhältnismäßig kleinen Prozentsatz
aller Zellen bemessen zu werden.
Wie Fig. 13 zeigt, kann die übliche Elektrizitätsmenge von der Kurve A auf die Werte der Kurve B
vergrößert werden, indem Kaliumsilikat zum Kaliumhydroxydelektrolyten zugesetzt wird, so daß zusätzliche
Mengen von verbrauchten Metallteilchen, beispielsweise ZnO oder ein anderes Zinkhydrat, im
Elektrolyt löslich sind und das System weiterhin arbeitet und zusätzliche Elektrizität liefert.
Die beschriebene Batterie kann während einer langen Betriebszeit eine Last, beispielsweise einen Elektromotor,
speisen. Sie arbeitet bei normalen Umgebungstemperaturen und enthält keine gefährlichen
chemischen Elemente als Brennstoff, wie beispielsweise Wasserstoff. Der Elektrolyt und das Zinkoxid
können auf einfache Weise und mit geringen Kosten regeneriert werden. Die Herstellungskosten der Batterie
sind verhältnismäßig niedrig; gleiches gilt auch für die Kosten der Metallteilchen. Die Kapazität ist
ausreichend, um Kraftfahrzeuge bei annehmbar hohen Geschwindigkeiten auf die Dauer von 5 bis
10 Stunden anzutreiben.
Hierzu S Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Metall-Luft-Batterie mit Zellen, die je eine Elektrolytflüssigkeit enthaltende Kammer aufweisen,
mit einem Elektrolyten, der in Suspension Metallteilchen als negatives aktives Material aufweist,
ferner mit wenigstens einer stehenden Wand, die aus einer positiven Gasdiffusionselektrode
besteht, die gegenüber Elektrolytflüssigkeit undurchlässig ist, jedoch ein sauerstoffhaltiges
Gas durchläßt, weiterhin mit einer in jeder Zelle mit Abstand von der positiyen Elektrode angeordneten
plattenförmigen negativen Elektrode hoher Leitfähigkeit, dadurch gekennzeichnet,
daß die negative Elektrode (33) nach oben gerichtete, zur Aufnahme und Ansammlung von
Metallteilchen bestimmte Ansätze (36) aufweist, und daß weiterhin Einrichtungen (37) vorgesehen
sind, die den Elektrolyten mit darin in Suspension befindlichen Metallteilchen selektiv den einzelnen
Zellen (2) zuführen.
2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß negatives aktives Material durch
Zink mit einer Teilchengröße zwischen 20 und 200 Mikrometer gebildet wird.
3. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode (3) ein Nikkeisieb
(29) enthält, daß in eine Pulverpreßplatte eingebettet ist, die als Ausgangsmaterialien etwa
6,7 Gewichtsprozent Silberoxidpulver, 43 Gewichtsprozent Polytetrafluoräthylenpulver, 23
Gewichtsprozent Kohlenstoffpulver und 37,3 Gewichtsprozent Ammoniumkarbonatpulver enthält.
4. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (36) der negativen
Elektrode (33) taschenartig ausgebildet ist.
5. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückig ausgebildete negative
Elektrode (33) wenigstens eine ebene Metallplatte
(35) aufweist, an deren Außenseite die Ansätze
(36) taschenartig ausgebildet sind, sowie ein Metallsieb (34) an der Platteninnenseite.
6. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt ein chemisches Material
aus der Gruppe enthält, zu der im wesentlichen gehören Kaliumsilikat, Natriumsilikat, Kaliumphosphat,
Natriumphosphat und Mischungen davon, wobei der Elektrolyt durch Kaliumhydroxid gebildet ist.
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