DE2131394B2 - Elektrolythilfssystem fur ein Verfahren, den Elektrolyten zum Zirkulieren zwischen den äußeren und inneren Elektrolytraumen zu bringen - Google Patents

Description

Die Erfindung" bezieht sich auf ein Elektrolythilfssystcm für ein Verfahren, den Elektrolyten bei in Stapelform aufgebauten Batterien mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Zellen mit inneren Elektrolyträumen zwischen den Elektroden, die mit äußeren Elektrolyträumcn in Verbindung stehen, zum Zirkulieren zwischen den äußeren und inneren Elektrolyträumen durch Kanüle, Leitungen und andere in bekannter Weise Stromleckage begrenzende Verbindungsvorrichtungen zu bringen.

Bei derartigen Elektrolythilfssystemen ist es bekannt, einen Batteriestapel mit inneren Elektrolyträumen in einem Gefäß unterzubringen, daß äußere Elektrolyträume bildet oder enthält.

Der Zweck derartiger Elektrolythilfssysteme besteht darin, den Elektrolyten zum Zirkulieren zu bringen, um eine bessere Kontrolle der thermischen Verhältnisse in den Batterien zu erhalten und eine Möglichkeit zur Kontinuierlichen Reinigung und Konditionierung des Elektrolyten und eine Ausgleichung von Konzentrationsdifferenzen zu schaffen. In der Regel wird der Elektrolyt mittels einer Pumpe zum Zirkulieren durch die inneren Elektrolyträume gebracht, wobei der Elektrolyt aus dem äußeren Elektrolytraum des Gefäßes durch die inneren Elektrolyträume des Batteriestapels geführt wird. Die Elektrolythilfssysteme finden bevorzugt für Brennstoffbatterien und Metall-Luftbatterien Anwendung, sie werden jedoch in jüngerer Zeit auch für verbesserte Versionen der klassischen Akkumulatoren, insbesondere der bipolaren Bleiakkumulatoren und der bipolaren alkalischen Akkumulatoren benutzt. Die Elektrolytzirkulation trägt insoweit zu erhöhter Leistung bei, als Konzentrationsausgleichungen in den inneren Elektrolyträumen erzielt werden. Die Elektroden können hierbei näher aneinander angeordnet werden, was sich beispielsweise bei Bleibatterien vorteilhaft auswirkt. Außerdem wird insbesondere bei größeren Batterien die notwendige Kontrolle der Menge und Zusammensetzung des Elektrolyten durch die Zirkulation erleichtert, weil die Messung an einem beliebigen Punkt des Hilfssystems vorgenommen werden kann. Dies ist insbesondere von Bedeutung bei Batterien für Elektrofahrzeuge, die aus mehreren Zellengefäßen bestehen, die bisher einzeln durch ein Inspektionsloch hinsichtlich der Kontrolle des Flüssigkeitsspiegels und durch Probeentnahme des Elektrolyten überwacht werden mußten.

Bei einer durch das Hilfssystem erfolgenden Elektrolytzirkulation entstehen zwischen den verschiedenen S Zellengefäßen Verbindungen durch den Elektrolyten. Wenn die Zellengefäße unterschiedliches Potential aufweisen, entstehen durch diese Verbindung sogenannte Leckströme, die eine dauernde Belastung darstellen und zur Selbstentladung beitragen und daher den Leistungsgrad der Batterie vermindern. Man hat daher versucht, diese auftretenden Leckströme dadurch niedrig zu halten, daß man die Länge der Elektrolytverbindung zwischen unterschiedliches Potential aufweisenden inneren Elektrolyträumen verlängert hat; es ist

iS auch vorgeschlagen worden, durch Einblasen von Gas u. dgl. intermittierende Unterbrechungen in den Elektrolytverbindungen herzustellen. Um den Elektrolytfluß zu unterbrechen und damit das Auftreten von Leckströmen zu vermeiden, hat man auch schon mechanisehe, den Elektrolytfluß unterbrechende Tropfenbildner, intermittierend arbeitende Absperrventile usw. verwendet; durch Anordnung dieser zusätzlichen Aggregate wird jedoch das Elektrolythilfssystem aufwendig und kompliziert. Trotzdem läßt sich durch derartige

2s Maßnahmen die Entstehung von Leckströmen nicht zuverlässig vermeiden, abgesehen davon, daß durch diese zusätzlichen Aggregate das Bauvolumen nicht unwesentlich erhöht wird und eine geringere Betriebssicherheit gegeben ist. Im Interesse einer besseren Ausnutzung des Elektrodenmaterials, einer höheren Leistungsentnahme, einer zulässigen höheren Temperatur sowie einer einfacheren Überwachung konnte man bisher auf diese zusätzliche Anordnung von den Elektrolytstrom teilweise unterbrechenden Aggregaten nicht verzichten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch die bisher erforderlichen zusätzlichen Aggregate bedingten Nachteile zu vermeiden und ihre Anwendung eine zuverlässige Unterbrechung des Elektrolytstroms zwischen den inneren Elektrolyträumen des Batteriestapels und den äußeren Elektrolyträumen des den Stapel aufnehmenden Gefäßes zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auslaßöffnungen der Zellen über dem Spiegel des Elektrolyten in den äußeren Elektrolyträumen liegen.

Durch die Maßnahme, die Auslaßöffnungen der inneren Elektrolyträume des Zellenstapels oberhalb des Spiegels des Elektrolyten in dem äußeren Elektrolyträumen anzuordnen, wird eine kontinuierliche Unterbrechung des fließenden Elektrolyten erreicht, der das Entstehen von Leckströmen zuverlässig ausschließt. Außerdem gewährleistet ein unterhalb der Auslaßöffnungen liegender niedriger Elektrolytpegel im äußeren Elektrolytraum einen guten Kontakt zwischen dem aus den Auslaßöffnungen austretenden Elektrolyten und der Gasphase in dem den Batteriestapel aufnehmenden Gefäß, was beispielsweise zur Kühlung und/oder zur Entfernung des Reaktionswassers bei Wasserstoffluftbatterien ausgenutzt wird. Ein weiterer Vorteil des niedrigen Elektrolytpegels in dem Gefäß besteht darin, daß das Gefäß gekantet werden kann, ohne daß der im äußeren Elektrolytraum befindliche Elektrolyt den Rand und den Deckel des Gefäßes erreicht und dort in Kontakt mit Stromschienen u. dgl. treten kann, die in der Regel auf der Oberseite des Batteriestapels angeordnet sind.

Die Zeichnungen zeigen beispielsweise Ausführungs-

formen der Erfindung, und es bedeutet

F i g. 1 eine Ausbildung, bei der die Auslaßöffnungen der inneren Elektrolyträume oberhalb des Pegels in dem den.äußeren Elektrolytraum bildenden Gefäß liegen,

F i g. 2 bis 5 weitere Abwandlungen.

Wie die F i g. 1 zeigt ist ein aus mehreren Zellen 1 gebildeter Batteriestapel 2 in einem Gefäß angeordnet, das mit seinem Boden den äußeren Raum für den Elektrolyten 4 bildet. Eine Pumpe 6 fördert den Elektrolyten über eine aus den Leitungen 8 und 9 bestehende Hauptleitung in den inneren Elektrolytraum der Zellen 1, aus denen der Elektrolyt über die Leitung 7 austritt, deren Ausflußschenkel 10 im Abstand über dem Pegel des äußeren Elektrolytraumes endet.

Wie die F i g. 2,3 und 5 zeigen, kann der Batteriestapel 2 teilweise in den Elektrolyten 4 des Gefäßes 3 eintauchen. Die Zirkulation zwischen den inneren und äußeren Elektrolyträumen kann in diesem Fall auf einfache Weise durch Einblasen von Gas in die inneren Elektrolyträume der Zellen 1 erreicht werden; jedoch kann auch hier eine Pumpe 6 vorgesehen sein.

Es ist möglich, mehrere Stapel in einem gemeinsamen Zellengefäß nebeneinander und übereinander in verschiedenen Niveaus oder sogenannten Decks anzuordnen (F i g. 4). Es kann oftmals praktisch sein, auch die Elektrolytpumpe und die Vorrichtungen für Kühlung, Überwachung usw. des Elektrolyten im Zellengefäß 3 anzubringen. Diese Komponenten werden vielfach in einem besonderen Systembehälter, z. B. im oberen Teil des Zellengefäßes, angebracht.

Die Dimesionierung der Haupt- und Nebenkanäle bei der Anordnung gemäß F i g. 1 erfolgt in bekannter Weise, so daß die Leckströme auf einem annehmbaren Niveau gehalten werden, ohne daß Druckabfall und Pumparbeit belastend wirken. Diese Erfindung gestattet eine überraschende und sehr bedeutende Vereinfachung dieser Verbindungsprobleme dadurch, daß die Ablaufleitung 7 mit ihrem Hauptkanal und Nabenkanälen zweckmäßigerweise eliminiert werden kann, der Elektrolyt in den inneren Elektrolyträumen kann in diesem Fall über die öffnungen im oberen Teil der Elektrolyträume entweichen und dann als Film, Rinnsal oder in Tropfenform an der Außenseite des Stapels entlangfließen, um sich mit dem Elektrolyten in Gefäß 3 zu vereinen.

Die Außenseiten des Stapels sind zweckmäßigerweise mit Rillen usw. versehen, um die Elektrolytströme von den verschiedenen inneren Elektrolyträumen zu trennen. Diese besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung ergibt mehrere bedeutende Vorteile. Die Leckströme können niedrig gehalten werden, ohne daß man zu einer Druckabfall erzeugenden Flächenbegrenzung der Ablaufkanäle greifen muß. Dadurch erhält man auch größere Freiheit, die Einlaufleitung für niedrigere Leckströme zu dimensionieren und eine gleichmäßigere Elektrolytverteilung zwischen den verschiedenen Elektrolyträumen im Batteriestapel, ohne daß die Pumparbeit erhöht werden muß, verglichen mit der Anordnung gemäß F i g. 1.

Der freie Ablauf am oberen Teil des Elektrolytraumes, der beinahe als ein Randüberlauf angesehen werden kann, ist begreiflicherweise auch von großem Vorteil bei der Aufladung von Metalluftbatterien, weil das gebildete Sauerstoffgas dadurch schnell vom Elektrolyten abgeschieden wird. Gas im Elektrolyten infolge von Gasentwicklung an den Elektroden oder Gasleckage durch Gasdiffusionselektroden, wie Luft-, Sauerstoffgas- und Wasserstoffgaselektroden, kann im übrigen vielfach zur Blockierung der Ablaufleitung für den Elektrolyten führen, besonders bei großen Batterien. Diese pflegt zu ernsthaften Betriebsstörungen mit gasgefüllten Elektrolyträumen zu führen. Die Ausführungsform der Erfindung mit freiem Elektrolytabiauf eliminiert begreiflicherweise auf äußerst wirksame und einfache Art solcherlei Störungen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrolythilfssystem für ein Verfahren, den Elektrolyten bei in Stapelform aufgebauten Batterien mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Zellen mit inneren Elcktrolyträumen zwischen den Elektroden, die mit äußeren Elektrolyträumen in Verbindung stehen, zum Zirkulieren zwischen den äußeren und inneren Elektrolyträumen durch Kanäle, Leitungen und andere in bekannter Weise Stromlcckage begrenzende Verbindungsvorrichtungen zu bringen, wobei ein- oder mehrere Batteriestapel mit inneren Elektrolyträumen in Gefäßen untergebracht sind, die äußere Elektrolyträume bilden und/oder enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen der Zellen über dem Spiegel des Elektrolyten (4) in den äußeren Elektrolyträumen liegen.