DE2150165C3 - Verfahren zur Versorgung einer ( magnetischen Elektrode in einer Metall/ Sauerstoff- oder Metall/Luftzelle mit vollständig oder in der Hauptsache vollständig verbrauchbarem metallischem Material - Google Patents

Description

In einer vorteilhaften Ausfiihrungsform der Erfin- Sintern der aktiven Schicht erfolgen, indem das Nikdung wird der Brennstoff übe? die Fläche der Brenn- kel mit der geringeren Korngröße als eine Schicht auf Stoffelektrode verteilt, derart, daß verschiedene Teile dem Gemisch aus Silber und Nickel angeordnet wird, der Fläche sukzessiv mit Brennstoff versehen wer- Diejenige Seite der Elektrode 2, wo die gröberen Poden, wobei die Zufuhr frischen Brennstoffes zu 5 ren bloßgelegt sind, ist einen Gasraum 4 zugekehrt, einem Teil der Fläche erst dann erfolgt, wenn der zu welcher Sauerstoff oder Luft enthält. Die Oberfläche eben diesem Teil früher zugeführte Brennstoff wenig- der dem Elektrolyten zugekehrten Seite jeder Brennstens in der Hauptsache vollständig verbraucht ist. Stoffelektrode und Sauerstoff- oder Luftelektrode Auf diese Weise kann frischer Brennstoff stets kann etwa 1000 cm² groß sein. Jeder Gasraum ist in einem reinen Teil der Oberfläche der Brennstoffelek- io radialem Sinne nach außen durch einen Distanztrode zugeführt werden, gleichzeitig wie die Ober- ring 5 und eine Schiene 6, beide aus Kunststoff, und fläche der Brennstoffelektrode unter Abgabe einer nach innen durch ebenfalls aus Kunststoff bestegleichmäßigen Wirkung optimal ausgenutzt werden hende Distanzstücke 7 begrenzt, die ähnlich wie der kann. Gasraum einem Paar Sauerstoff- oder Luftelektroden Eine einfache Art und Weise, um die angegebene 15 gemeinsam sind. Auch die Elektrolytenräume, deren Verteilung zu bewirken, ist, die den Brennstoff dar- Elektrolyt aus einer wäßrigen Lösung aus Kaliumhystellenden Metallteilchen der Brennstoffelektrode droxid in einer Konzentration von 30 Gewichtsprokontinuierlich oder portionsweise zuzuführen und die zent bestehen kann, sind nach innen durch Distanz-Brennstoff elektrode an der Brennstoff/ufuhrstelle stücke 8 aus Kunststoff begrenzt. Brennstoffelektrovorbei zum Drehen zu bringen sowie die Brennstoff- ao den mit Gehäusen und leitenden Kontaktflächen sozufuhr und/oder die Drehgeschwindigkeit der Brenn- wie auch Sauerstoff- oder Luftelektroden und die Distoffelektrode derart zu bemessen, daß der Brenn- stanzstücke 7 und 8 sind an einem zentralen Rohr 9 stoff, welcher demjenigen Teil der Brennstoffelek- gleichfalls aus Kunststoff befestigt. Durch das Rohr 9 trode zugeführt wird, der zu einem gewissen Zeit- und dessen Wand und die Distanzstücke 7 durchsetpunkt an der Brennstoffzufuhrstelle vorbeiläuft, we- »5 zende Kanäle 10 erfolgt die Zufuhr von Sauerstoff nigstens in der Hauptsache vollständig verbraucht ist, oder Luft zu den Gasräumen 4 auf dem mit einer wenn der gleiche Teil der Brennstoffelektrode nach groben gestrichelten Linie angedeuteten Weg.
einer Umdrehung derselben wieder an der Brenn- Die Batterie ist durch einen zweckmäßigerweise Stoffzufuhrstelle vorbeiläuft und mit frischem Brenn- ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Außenbehälter stoff belegt wird. 3° H nach außen begrenzt. Eine doppelte Axialdich-Die Erfindung ist nachstehend durch die Beschrei- *^ung ^{12 aus} Kunststoff ist im Außenbehälter befestigt bung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeich- und zwischen ihm und jeder Zelle vorgesehen. Deswenung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen gen ist auch ein Ring 13 aus Kunststoff an dem jeden Querschnitt einer Brennstoffzellenbatterie zum Magnetenring umgebenden Gehäuse und an jeder Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. 35 Schiene 6 fixiert. Der Elektrolyt, der durch die Elek-In der Metall/Sauerstoff- oder Metall/Luftzellen- trodenräume umläuft, wird über Zufuhrrohre 14 mit batterie, von welcher der Anschaulichkeit halber in längs der Rohre verteilten, der Brennstoffelektrode der Zeichnung nur ein geringer Teil der gesamten ⁱⁿ J^eder Zelle zugekehrten Öffnungen oder Düsen zuAnzahl Zellen dargestellt ist, besteht jede Zelle aus geführt. Die Zufuhrrohre sind in Kanälen 15 aneiner Brennstoffelektrode 1 in der Form einer runden ♦" geordnet, die durch den Außenbehälter und die Scheibe, einer Luft- oder Sauerstoffelektrode 2 Axialdichtungen führen. Das Ableiten von Elektroiygleichfalls in der Form einer runden Scheibe und ^ten erfolgt durch Austrittsrohre 16, die den Zufuhreinem zwischen den Scheiben gelegenen Elektroden- rohren diametral entgegengesetzt angeordnet sind, raum 3. Jede Brennstoffelektrode 1 umfaßt einen ^D>e Ableitungsrohre sind ebenfalls in Kanälen 17 anPermanentmagneten in der Form einer Scheibe la 45 geordnet, die durch den Außenbehälter und die (diese ist zwei Brennstoffelektroden gemeinsam) mit Axialdichtungen führen. Der Strömungsweg des den Polen in der Achsenrichtung der Batterie gerich- Elektrolyten ist mit einer vollen groben Linie martet, der einen Wand Ib eines Kunststoffgehäuses Wert. Brennstoff in der Form von Eisenteilchen mit und einer an der Außenseite der Wand vorgesehenen ^einer Korngröße von etwa 40 iim wird dem Elektroelektrisch leitenden Kontaktfläche 1 c in Form einer 5" lyten durch den Injektor 18 zugeführt und folgt dem dünnen Folie oder eines feinen Netzes aus z. B. Nik- Elektrolyten in die Batterie. Der Weg der Eisenteilkel. Die beiden Wände 1 b auf jeder Seite des Ma- ^chen ist mit einer dichtgestrichelten feinen Linie gnetringes 1 α umschließen zusammen mit der Stirn- markiert. Die Eisenteilchen werden in der Brennwand 1 d den Magnetring und bilden ein dichtes Ge- Stoffbatterie oxydiert. Die Reaktionsprodukte begleihäuse. Jede Luft- oder Sauerstoffelektrode 2 umfaßt 55 ten den Elektrolyten aus der Brennstoffzelle. Ihr eine aus einem Silber- und Nickelgemisch aufgebaute ^Weg ^{ist mit einer} lichtgestrichelten feinen Linie marporöse Scheibe. Die aktive Schicht der Scheibe läßt ^kiert· ^sie werden aus dem Elektrolyten in der Eleksich herstellen, indem 10 Gewichtsteile Silber (durch- trolytenpumpe 19 entfernt, die selbstreinigende Filter schnittliche Korngröße 5 μηι) mit 90 Gewichtsteilen (Umlauffilter) aufweist, und werden in einem Behäl-Nickel (durchschnittliche Korngröße 5 μηι) gemischt ^{6o ter 20} aufgesammelt. Falls die Brennstoffzelle mit werden, wonach das Gemisch unter einem Preßdruck geringen Brennstoffquantitäten getrieben wird, ist es von 1000 kp/cm² zu einer Elektrode geformt und die ⁱⁿ gewissen Fällen möglich, auf Reinigungsvorrichgeformte Elektrode in Wasserstoffgas bei 500° C ge- tungen für den Elektrolyten zu verzichten und die sintert wird. Auf der dem Elektrolyten im Raum 3 Reakiionsprodukte den Elektrolyten bei dessen Zuzugekehrten Seite weist die Elektrode 2 in üblicher ⁶5 rückführen in die Batterie begleiten zu lassen.
Weise eine inaktive Schicht mit feinen Poren, z.B. Die Distanistücke 8 haben darin eingebettete Konaus gesintertem Nickel (Korngröße 3 μΐη) auf. Das taktschienen 21 zur Reihenschaltung der Zellen. Die Sintern der inaktiven Schicht kann zugleich mit dem Stromabgriffe für den positiven bzw. negativen Pol

sind mit 22 bzw. 23 bezeichnet. Diese können unter anderem als Schleifringe oder abwechselnde Abgriffe ausgebildet werden.

Der Kunststoff der verschiedenen Teile der Erennstoffzellenbatterie kann unter anderem chloriertes Polyäther, Polypropylen, Polyäthylen, Nylon und Fluorkunststoff sein.

Beim Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens in der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung werden die Elektroden um die Achse des zentralen Rohres in Umlauf versetzt unter kontinuierlicher Zufuhr von Brennstoff zur gleichmäßigen Konzentration in radialem Sinne, was bedeutet, daß die durch die öffnungen in den Zufuhrrohren 14 zugeführte absolute Brennstoffmenge in Richtung von dem inneren Teil jeder Brennstoffelektrode zu deren Umfang hin ansteigt. Die Brennstoffzufuhr wird so bemessen, daß der zu einem gewissen Zeitpunkt einem schmalen Sektor der Brennstoffelektrode zugeführte Brennstoff fertigreagiert hat, wenn derselbe Sektor wieder an den Öffnungen des Zufuhrrohres vorbeiläuft. Mit der als Beispiel angegebenen Größe der Elektrodenflächen und der Korngröße der Eisenteilchen beträgt der Eisenpulververbrauch 1 cm³ pro Minute und Zelle. Die Umlaufgeschwindigkeit kann dabei weniger als eine Umdrehung pro Minute sein.

Einige alternative Vorrichtungen zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind nachstehend angegeben.

So kann die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung in der Weise abgeändert werden, daß der Magnetring innerhalb des umgebenden Kunststoffgehäuses umlaufen kann, wobei das Gehäuse stillsteht. Das Eisenpulver nimmt dabei in dem magnetischen Umlauf an der Außenseite der benachbarten Wände des Gehäuses teil. Die Teilchen im Pulver bewegen sich dabei individuell durch Kippwirkung, was bei einem dicken Belag zweckmäßig ist. Die Sauerstoff- bzw. Luftelektroden stehen in diesem Falle zweckmäßigerweise still.

In einer anderen Abänderung kann der Magnetring mit seinem Gehäuse umlaufen, während die Sauerstoff- bzw. Luftelektroden stillstehen. Das Eisenpulver liegt dann an den Gehäusewänden still. In dieser Abänderung wird eine günstige Umrührung des Elektrolyten erzielt.

Nach einer weiteren Ausführungsform können sowohl die Brennstoffelektroden als auch die Sauerstoff- bzw. Luftelektroden stillstehen, während die Zuführvorrichtungen für Elektrolyten mit Brennstofl über die Fläche der Brennstoffelektrode beweglich.

z. B. drehbar sind. Dabei können sie so ausgebildet sein, daß sie sich infolge des in Düsen aufgebauten Reaktionsdruckes selbst antreiben. Die Brennstoffelektroden können mit stillstehenden Elektroden auch in Sektoren angeordnet sein, welche mehrere übei jede Elektrodenfläche verteilte Elektrolytendüser aufweisen und welche der Reihe nach in einem vorausbestimmten Muster für die Zufuhr von Brennstofl ausgenutzt werden.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Brennstoffelektrode ein umlaufendes elektrisches Magnetfeld aufweisen, wobei Elektromagneter außen an einem Ferromagnetkern angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

oder in einer dem Wasserstoff analogen Weise an Patentansprüche: den Katalysatorkörnchen adsorbiert sein. Vorliegende Erfindung baut auf der Erkenntnis,

1. Verfahren zur Versorgung einer magneti- daß sich in Brennstoffzellen mit magnetischen sehen Elektrode in einer Metall/Sauerstoff- oder 5 Brennstoffelektroden durch Anwendung eines Brenn-Metall/Luftzelle mit vollständig oder in der stoffes aus metallischem Material, in der Form von Hauptsache vollständig verbrauchbarem metalli- Teilchen mit ferromagnetischen Eigenschaften zugeschem Material, dadurch gekennzeich- führt, äußerst wesentliche Vorteile erzielen lassen, net, daß das metallische Material in der Form Durch Anwendung eines solchen Brennstoffes geht von Teilchen mit ferromagnetischen Eigenschaf- io man sämtlichen Problemen aus dem Wege, die mit ten und in solcher Nähe der magnetischen Elek- dem Transport und der Aufbewahrung von Wassertrode zugeführt wird, daß die Teilchen von der stoffgas verknüpft sind und die unter anderem durch Elektrode angezogen und von ihr festgehalten den Gebrauch schwerer Druckzylinder bedingt sind werden. und das Wasserstoffgas als Brennstoff teuer machen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 15 Man vermeidet auch die mit organischen Brennstofkennzeichnet, daß das metallische Material in der fen verknüpften Probleme, die besonders in hoher Form von Eisenteilchen zugeführt wird. Polarisation zum Ausdruck kommen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Wie aus dem folgenden näher ersichtlich, ermöggekennzeichnet, daß die Teilchen über die Fläche licht die Erfindung die Anwendung eines ferromader magnetischen Elektrode verteilt werden, der- so gnetischen Materials, das im Gegensatz zu einem art, daß verschiedene Teile der Fläche sukzessiv ferromagnetischen Katalysatormaterial in der Brennmit Teilchen versehen werden, wobei die Zufuhr Stoffzelle vollständig verbraucht wird und dabei seine von frischen Teilchen zu einem Teil der Fläche magnetische Eigenschaften einbüßt, so daß die Anerst dann erfolgt, wenn die dem gleichen Flä- Ziehung zu der Brennstoffelektrode aufhört,
chenteil früher zugeführten Teilchen in der 25 Die Erfindung betrifft genauer genommen ein VerHauptachse vollständig verbraucht sind. fahren zur Versorgung einer magnetischen Elektrode

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge- in einer Metall/Sauerstoff- oder Metall/Luftzelle mit kennzeichnet, daß die Teilchen kontinuierlich vollständig oder in der Hauptsache vollständig ver- oder portionsweise der magnetischen Elektrode brauchbarem metallischem Material, welche Zelle

zugeführt werden, die eingerichtet ist, um an der 30 auch eine Oxydationsmittelelektrode und einen Elek-

'% Teilchenzufuhrstelle vorbei umzulaufen, und daß trolyten umfaßt. Das erfindungsgemäße Verfahren

■| die Teilchenzufuhr und/oder die Umlaufge- zeichnet sich dadurch aus, daß das metallische Mate-

schwindigkeit der magnetischen Elektrode so be- rial in der Form von Teilchen mit ferromagnetischen

messen wird, daß die Teilchen, die demjenigen Eigenschaften und in solcher Nähe der magnetischen

Teil der magnetischen Elektrode zugeführt wer- 35 Elektrode zugeführt wird, daß die Teilchen von der

den, der zu einem gewissen Zeitpunkt an der Elektrode angezogen und von ihr festgehalten wer-

Teilchenzufuhrstelle vorbeiläuft, wenigstens in den.

der Hauptsache verbraucht sind, wenn nach einer Die magnetische Elektrode oder die Brennstoff-Umdrehung der magnetischen Elektrode der elektrode kann permanentmagnetisch oder intermittiegleiche Teil derselben wieder an der Teilchenzu- 40 rend magnetisch sein; im letzteren Falle ist die Elekfuhrstelle vorbeiläuft und mit frischen Teilchen trode als ein- und ausschaltbarer Elektromagnet ausbelegt wird. gebildet. FaUs die ferromagnetischen Teilchen lediglich aus Brennstoff bestehen, können sie auch bei Anwendung einer permanentmagnetischen Brenn-45 Stoffelektrode von ihr zum Ablösen gebracht werden, unter Zurücklassung der ursprünglichen Brennstoff-

Es ist bereits bekannt, in Brennstoffzellen ein elektrodenfläche. Das Metall in den zu der Brennstoffferromagnetisches Katalysatormaterial als dünne elektrode angezogenen Teilchen geht dabei nämlich Teilchenschicht an einer magnetischen Elektrode an- ganz in Ionenform über und büßt zugleich die ferrozuordnen. Die Teilchen, welche lose sind, werden 50 magnetischen Eigenschaften ein, so daß es sich von durch magnetische Kräfte an der Elektrodenfläche der Elektrode ablöst. Die Möglichkeit, durch Anfestgehalten und stehen mit der stromführenden Wendung eines Permanentmagneten mit dessen einElektrode in elektrischer Verbindung. Die Elektrode facherer Ausbildung die Brennstoffelektrodenfläche kann intermittierend magnetisch sein; das bedeutet, völlig erneuern zu können, stellt ein wichtige Eigendaß eine angezeogene Katalysatorschicht zum Ablö- 55 schaft der vorliegenden Erfindung dar.
sen von der Elektrode gebracht und durch eine neue Als Brennstoff sind insbesondere Eisenteilchen Schicht ersetzt werden kann. Die Katalysatorschicht vorzuziehen, da sie billig sind und sich ohne Proläßt sich also erneuern, was den wesentlichen Vorteil bleme transportieren und lagern lassen und da sie an der bekannten elektrochemischen Zellen darstellt. der Brennstoffelektrode wenigstens in der Haupt-In den beschriebenen Zellen ist es bekannt, Was- 60 sache vollständig verbraucht werden können. Es ist serstoffgas und organische Verbindungen als Brenn- jedoch grundsätzlich möglich, andere magnetische stoff anzuwenden. Das Wasserstoffgas kann entwe- Materialien wie Kobalt und Nickel und auch eine der derart zugeführt werden, daß es die Brennstoff- Legierung mit ferromagnetischen Eigenschaften anelektrode umspült, oder derart, daß es an den Kataly- zuwenden. Ferner lassen sich als Brennstoff nichtsatorkörnchen adsorbiert wird, und zwar durch eine 65 ferromagnetische Materialien verwenden, wie z. B. Sonderbehandlung vor dem Zuführen der Katalyse- Zink oder Aluminium, falls sie als Überzug an einem torkörnchen zur Brennstoffzelle. Die organischen Ver- Kern aus ferromagnetischem Material wie Nickel bindungen können entweder im Elektrolyten gelöst oder Eisen angeordnet sind.