DE2255845A1 - BIPOLAR ELECTRODE FOR ONE CELL OF A SECONDARY BATTERY WITH HIGH ENERGY DENSITY - Google Patents

BIPOLAR ELECTRODE FOR ONE CELL OF A SECONDARY BATTERY WITH HIGH ENERGY DENSITY

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Description

Bipolare Elektrode für eine Zelle einer Sekundärbatterie mit hoher EnergiedichteBipolar electrode for one cell of a secondary battery with high energy density

Die Erfindung betrifft eine bipolare Elektrode für eine Zelle einer Vorrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie οThe invention relates to a bipolar electrode for a cell of a device for storing electrical energy Energy ο

Es sind bereits Batterien mit hoher Energiedichte hergestellt worden, die wiederaufladbar, leicht von Gewicht (sie liefern zumindest 50 Wattstunden pro 453 g (= 1 am.Pfund) oder mehr) und aus leicht zugänglichen Materialien angefertigt sindo In letzter Zeit ist verschiedentlich der Versuch gemacht worden, das Verhältnis von Arbeitsvermögen zu Gewicht, die Arbeitskenngrößen der Batterie und deren Zuverlässigkeit zu ver- · bessern, um derartige Batterien zum Antrieb von Elektroautomobilen geeignet zu machen. Es sind auch schon Batterien mit hoher Energiedichte vorgeschlagen worden, 'High energy density batteries that are rechargeable, light in weight have already been made (They deliver at least 50 watt hours per 453 g (= 1 am. pound) or more) and from easily accessible Materials are madeo Lately is various an attempt has been made to determine the ratio of work capacity to weight, the work parameters the battery and its reliability to improve batteries of this type for driving electric automobiles to make suitable. Batteries with a high energy density have also been proposed, '

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in denen die Systeme Zink/Chlor und Zink/Brom benutzt werden, wobei einige dieser Batterien Elektroden aus Graphit oder porösem Kohlenstoff enthalten. Obwohl derartige Batterien in nützlicher Weise Strom erzeugen und zufriedenstellende Verhältnisse von Arbeitsvermögen zu Gewicht aufweisen, sind bei ihrem Gebrauch üchwierxgkeiten aufgetreten. Der Kontakt zwischen dem Halogen und der positiven Elektrode war oft ungenügend und das Verhältnis von Arbeitsvermögen zu Gewicht ließ oft zu wünschen übrig» Einer der Vorschläge, die Arbeitskenngrößen der Batterie und deren Zuverlässigkeit zu verbessern, um derartige Batterien zum Antrieb von Elektroautomobilen geeignet zu machen, ist Gegenstand der USA-Patentanmeldung 50 054 vom 26„ Juni 1970. Es sind bereits bipolare Elektroden als einfaches Mittel zum Betrieb von wiederaufladbaren Batterien mit hoher Energiedichte vorgeschlagen worden. In jenen Systemen, bei denen zum Entladen ein Gas zur Verfügung steht, sind dadurch Schwierigkeiten aufgetreten, daß dieses Gas eine Verstopfung der Durchflußkanäle verursacht. Außerdem können Fremdgase, z.B. Wasserstoff, der während des Entladens frei wird, einen Sperriegel bilden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu-which use zinc / chlorine and zinc / bromine systems, some of these batteries containing electrodes made of graphite or porous carbon. While such batteries are useful in generating power and having satisfactory work capacity to weight ratios, difficulties have been encountered in their use. The contact between the halogen and the positive electrode was often insufficient and the ratio of work capacity to weight often left a lot to be desired »One of the proposals to improve the working parameters of the battery and its reliability in order to make such batteries suitable for driving electric automobiles, is the subject of US patent application 50 054 dated June 26, 1970. Bipolar electrodes have already been proposed as a simple means of operating rechargeable batteries with high energy density. Difficulties have been encountered in those systems in which a gas is available for unloading because this gas causes clogging of the flow channels. In addition, foreign gases, such as hydrogen, which are released during discharge, can form a locking bar. The object of the invention is to

gründe, diese Nachteile zu überwinden»reasons to overcome these disadvantages »

Diese Aufgabe wird durch eine bipolare Elektrode gelöst,This task is solved by a bipolar electrode,

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die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus einer gas- und elektrolytundurchlässigen Wand und einem porösen Körper besteht, der an einer Seite der Wand festgehalten ist und mehrere Durchlässe zum Hindurchleiten eines Elektrolyten aufweist, die von der Wand und dem porösen Körper begrenzt sind und sich quer über die Wand fast über deren gesamte Länge erstrecken, und daß der poröse Körper im rechten Winkel zur Wand für den Elektrolyten durchlässig ist.which is characterized according to the invention in that it consists of a gas- and electrolyte-impermeable wall and a porous body on one side of the Wall is held and has several passages for passing an electrolyte from the Wall and the porous body are limited and extend across the wall almost over its entire length, and that the porous body is permeable to the electrolyte at right angles to the wall.

Gegenstand der Erfindung sind ferner Batterien mit hoher Energiedichte und deren Zellenbestandteile, die als wichtiges neues Merkmal bipolare Elektroden mit einer undurchlässigen Wand, vorzugsweise aus Graphit, enthalten, an deren Außenseite ein stark elektropositives Metall und an deren Innenseite eine poröse Anode oder ein positiver Körper, vorzugsweise aus Kohlenstoff (einschließlich porösem Graphit), festgehalten sind, wobei der poröse Körper mit der Wand eine Vielzahl von Durchlässen bildet, über die ein Elektrolyt durch den porösen Körper hindurchtreten und in die Reaktionszone der Zelle eintreten kann. Die andere Elektrode .der Zelle ist ein stark elektropositives Metall, z.B. Zink, an der undurchlässigen Wand einer benachbarten bipolaren Elektrodeo The invention also relates to batteries with high energy density and their cell components, which contain, as an important new feature, bipolar electrodes with an impermeable wall, preferably made of graphite, on the outside of which a strongly electropositive metal and on the inside of a porous anode or a positive body, preferably made of carbon (including porous graphite), the porous body forming with the wall a plurality of passages through which an electrolyte can pass through the porous body and enter the reaction zone of the cell. The other electrode of the cell is a strongly electropositive metal, e.g. zinc, on the impermeable wall of an adjacent bipolar electrode or the like

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Während des Ladens der Zelle wird auf der undurchlässigen Wand Zink abgeschieden, etwa durch Plattieren der negativen Elektrode (Kathode) aus einem Zinkchlorid-Blektrolyten, wobei während des Plattierens an der positiven Elektrode (Anode) Chlor frei wird. Y/ährend des Entladens wird eine Zinkchloridlösung, die gelöstes und gasförmiges Chlor enthält, durch die Zelle geleitet und es wird in dem Maße Strom erzeugt, wie sich Zink auflöst, um Zinkionen zu bilden, und Chlor in Chloridionen umgewandelt wird. Oer Elektrolyt wird sodann mit Chlor wiederangereichert und zwecks weiterer Stromerzeugung in die Zelle zurückgeleitet. Statt die Zelle und die aus diesen Zellen bestehende Batterie elektrisch aufzuladen, können diese auch durch Austausch der Metall- (vorzugsweise Zink-) - Anteile auf den Elektroden "aufgetankt" werden.During the charging of the cell, zinc is deposited on the impermeable wall, for example by plating the negative electrode (cathode) made of a zinc chloride lead electrolyte, being connected to the positive during plating Electrode (anode) chlorine is released. Y / uring the discharge is a zinc chloride solution that is dissolved and contains gaseous chlorine, passed through the cell and electricity is generated as the zinc dissolves, to form zinc ions, and chlorine is converted to chloride ions. The electrolyte is then re-enriched with chlorine and fed back into the cell for further power generation. Instead of the cell and those from it To electrically charge existing cells, this can also be done by replacing the metal (preferably Zinc) - parts on the electrodes are "refueled".

Besondere Reaktionsteilnehmer, Strukturmaterialien und verschiedenartig geformte Elektroden sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung - ebenso die daraus hergestellten Zellen und Batterien und Verfahren zur Stromerzeugung.Particular reactants, structural materials, and variously shaped electrodes are also included of the invention - as well as the cells and batteries made therefrom and methods for generating electricity.

Um Verstopfungen der Elektrolytdurchlässe durch Gas zu beseitigen oder zu mildern, werden bei einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung im oberen Bereich derTo clog the electrolyte passages with gas eliminate or mitigate, are in a preferred embodiment of the invention in the upper range of

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Elektrolytdurchlasse Löcher gebohrt, wodurch das festgehaltene Gas entweichen kann.Electrolyte through holes drilled, eliminating the held Gas can escape.

Die Erfindung besteht demnach- zusammengefaßt - darin, dai3 eine bipolare Elektrode für eine Zelle einer Batterie von hoher Energiedichte aus einer undurchlässigen Wand, einem stark elektropositiven, häufig aufplattierten Metall an einer Seite der Wand, einem porösen Körper an der anderen Seite der Wand und mehreren von der Wand und dem porösen Körper begrenzten Durchlässen zusammengesetzt ist, durch die ein Elektrolyt, z.B. ein wäßriges Metallhalogenid, das ein elementares Halogen enthält, hindurchtreten kann. Der Elektrolyt ist außerdem fähig, durch die poröse Wand, insbesondere aus porösem Kohlenstoff, hindurch in eine Reaktionszone zwischen dieser Wand dem Metaliteil einer anderen derartigen Elektrode einzutreten. Durch die Gesamtreaktion des elementaren Halogens und des Metalls zum Metallhalogenid des Elektrolyten wird elektrischer Strom erzeugteThe invention therefore consists - in summary - in dai3 a bipolar electrode for a cell of a battery of high energy density from an impermeable Wall, a highly electropositive, often plated-on metal on one side of the wall, a porous body composed on the other side of the wall and several of the wall and the porous body limited passages is through which an electrolyte, e.g., an aqueous metal halide, is an elemental halogen contains, can pass through. The electrolyte is also able to pass through the porous wall, in particular from porous Carbon, through into a reaction zone between this wall and the metal part of another such electrode to enter. Through the overall reaction of the elemental halogen and the metal to form the metal halide des Electrolyte is generated by electricity

Eine vorzugsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode weist einen Durchlaß für einen Elektrolyten, in dem Gas gelöst ist, auf, wobei eine Seite der Elektrode Löcher zur Abfuhr von ungelöstem Gas aufweist» A preferred embodiment of the electrode according to the invention has a passage for an electrolyte, is dissolved in the gas, with one side of the electrode having holes for the discharge of undissolved gas »

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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Karin zeigenThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show Karin

Pig. 1 einen senkrechten Schnitt durch die Mitte eines Paars "bipolarer Elektroden gemäß der Erfindung, die eine Zelle bilden, wobei der Fluß des Elektrolyten in die Elektrode hinein, durch sie hindurch und in den Reaktionsraum der Zelle hinein dargestellt ist jPig. 1 is a vertical section through the middle of a pair of "bipolar electrodes according to the invention. which form a cell, with the flow of electrolyte into the electrode, through it and into the reaction space of the cell shown is j

Pig. 2 eine Seiten-anaicht der Elektrode, von deren metallbeschichteter oeite her gesehen»Pig. 2 a side view of the electrode, of the metal-coated one seen from here »

Pig. 3 einen Grundrii3 der Elektrode nach Pig. 2, der die Flachheit der Elektrode und die darin angeordneten Durchlässe zeigt; undPig. 3 shows a plan of the Pig electrode. 2 who the Figure 8 shows the flatness of the electrode and the passages located therein; and

Pig. 4 eine Vorderansicht von Figo 1 entlang der Schnittlinie 4-4, die die Stirnfläche der undurchlässigen Elektrode mit den Löchern in deren oberem Teil zeigt»Pig. 4 is a front view of FIG. 1 along the section line 4-4, which is the face of the impermeable electrode with the holes in its upper part shows"

Die elektrolytische Zelle nach iPig. 1 weist zwei bipolare Elektroden 13 und 15 mit einem Saum 11 zwischen den Blek-The electrolytic cell according to iPig. 1 has two bipolar Electrodes 13 and 15 with a seam 11 between the sheet metal

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tröden auf, der dem Elektrolytfluß dient. Die Elektroden sind in einen Rahmen "bzw* in ein Zellengefäß (nicht dargestellt) eingespannt und stehen mit einer Elektrolytzufuhrleitung 17 und einer Abfuhrleitung 19 in. Verbindung. Jede Elektrode weist eine gas- und elektrolytundurchlässige Wand.21 aus Graphit auf, die sich in senkrechter Richtung erstreckt und auf deren äußerer Oberfläche sich nach dem Laden oder !Danken der Sekundär-"batterie, zu der die Zelle gehört, ein Überzug oder eine plattierte schicht 23' aus einem stark elektropositiven Metall, z.B. Zink, befindet. Die innere Oberfläche der undurchlässigen Wand ist durch eine elektrisch leitende Harzkleberschicht 27 mit einem porösen ^lektrodengrundkörper 25 verbunden. Einige geeignete Kleber sind in der USA-Patentanmeldung von Carr u. a., betreffend einen leitfähigen Klebstoff für eine Elektrode in einer elektrischen Speichervorrichtung, vorgeschlagen wordene Diese USA-Patentanmeldung hat das gleiche Prioritätsdatum wie die vorliegende Anmeldung (internes Aktenzeichen U 10 081). Der poröse Körper"weist mehrere senkrechte Durchlässe 29 auf, die auch in den I1Xg. 2 und 3 dargestellt sind und durch die der Elektrolyt hindurchtreten kann und zwar für gewöhnlich vom unteren in den oberen Teil der Elektrode, wie in der Zeichnung dargestellte Weildull, which is used for the electrolyte flow. The electrodes are clamped in a frame "or in a cell vessel (not shown) and are connected to an electrolyte supply line 17 and a discharge line 19. Each electrode has a gas- and electrolyte-impermeable wall.21 made of graphite, which extends vertically And on the outer surface of which, after charging or thanks to the secondary "battery to which the cell belongs, there is a coating or a plated layer 23 'of a highly electropositive metal, for example zinc. The inner surface of the impermeable wall is connected to a porous electrode base body 25 by an electrically conductive resin adhesive layer 27. Some suitable adhesives have been suggested in the United States patent application by Carr et al. Relating to a conductive adhesive for an electrode in an electrical storage device. This United States patent application has the same priority date as the present application (internal file number U 10 081). The porous body "includes a plurality of vertical passages 29, which are also shown in the I 1 Xg. 2 and 3 and through which the electrolyte can pass and that usually from the bottom to the top of the electrode, as illustrated in the drawing, because

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der poröse Kohlenstoffkörper Poren oder Durchlässe aufweist, die sich, von dessen den senkrechten Durchlässen zugewandter Innenseite bis zu dessen der Reaktionszone der Zelle zugewandter Außenseite erstrecken, durchdringt der Elektrolyt, wenn er mittels einer (nicht dargestellten) Pumpe in die Leitung 17 gepumpt wird, den porösen Körper 25 und tritt in die Reaktionszone 31 ein. Infolge dea durch die Pumpe ausgeübten Drucks fließt der Elektrolyt senkrecht nach oben und durch die Abfuhrleitung 19 hinaus, in der er sich mit anderen Elektrolyten mischt, die aus anderen Zellen stammen. Nach Anreicherung mit Chlor wird der Elektrolyt erneut zwischen den Elektroden hindurchgeleitet. Es ist wünschenswert, daß die undurchlässige wand im Vergleich zur porösen Elektrode relativ undurchlässig ist ο Der Elektrolyt kann im Laufe der Zeit durch die undurchlässige Wand hindurchsickern, aber die Durchflußrate durch die undurchlässige Wand wird wesentlich geringer als die durch den porösen Körper sein.the porous carbon body has pores or passages which extend from its vertical passages facing inside up to its outside facing the reaction zone of the cell, penetrates the electrolyte, when it is pumped into the line 17 by means of a pump (not shown), the porous body 25 and enters the reaction zone 31. As a result of dea the pressure exerted by the pump, the electrolyte flows vertically upwards and out through the discharge line 19, in which it mixes with other electrolytes that come from other cells. After enrichment with chlorine the electrolyte passed between the electrodes again. It is desirable that the impermeable wall Compared to the porous electrode it is relatively impermeable ο The electrolyte can pass through the impermeable electrode over time Leak through the wall, but the flow rate through the impermeable wall will be much less than which be through the porous body.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die innere Oberfläche 55 des porösen Kohlenstoffkörpers 25 in ständigem Kontakt mit gelöstem Chlor gehalten wird, das in dem Elektrolyten enthalten ist, der durch den porösen Körper in die Reaktionszone eintritt. Keine Grenzschicht ausAn important feature of the invention is that the inner surface 55 of the carbon porous body 25 in constant contact with dissolved chlorine contained in the electrolyte passing through the porous body enters the reaction zone. No boundary layer off

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ruhdendem Elektrolyt trennt die Elektrodenoberfläche vom Chlor, wie es der Fall sein könnte, wenn der Elektrolyt nur am ^oden der Reaktionszone in die Zelle einträte ο - . .resting electrolyte separates the electrode surface from chlorine, as it might if the electrolyte would only enter the cell at the bottom of the reaction zone ο -. .

Indem man am Eingang der Durchlässe 29 einen Überschuß an Elektrolyt schafft, erreicht man, daß die Durchlässe stets gefüllt sind, verhindert man, daß am porösen Kohlenstoffkörper ruhender Elektrolyt und im oberen Seil der Zelle Halogenmangel auftritt, hält man die gewünschte Richtung des Elektrolyteinflußes aufrecht und verhindert man unerwünschte Rückflüsseo Die Mengenverhältnisse des Elektrolyten können mit geeigneten Mitteln eingestellt werden, z.B. mittels "Ventilen (nicht dargestellt) oder durch den Pumpendruck oder die Pumpenkapazität.By creating an excess of electrolyte at the inlet of the passages 29, the passages are always filled, the electrolyte resting on the porous carbon body and the lack of halogen in the upper cable of the cell are prevented, the desired direction of the electrolyte influence is maintained and prevents undesired backflows o The proportions of the electrolyte can be adjusted with suitable means, for example by means of "valves (not shown) or by the pump pressure or the pump capacity.

Mehrere der zuvor beschriebenen Zellen können in Serie zu Batterien vereinigt werden und diese können weiter in Serie geschaltet werden, um die- Spannung zu erhöhen, · oder parallel, um die Stromleistung zu erhöhen, oder gemischt in Serie und parallel, um beides zu erreichen. Die entsprechend der Beschreibung und den Zeichnungen hergestellten Batterien haben ein verbessertes Verhältnis von Arbeitsvermögen zu Gewicht, normalerweise über 50, vor-Several of the cells described above can be combined in series to form batteries and these can continue be connected in series to increase the voltage, · parallel to increase the current output, or mixed in series and in parallel to achieve both. Manufactured according to the description and drawings Batteries have an improved work capacity to weight ratio, usually over 50, especially

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zugsweise ifber 100 Y/attstunden pro 0,45359 kg (1 am. Pfund) mit einer theoretischen übergrenze von 185 Wattstunden pro 0,45559 kg, wobei eine Zinkchloridlösung verwendet wird, in der das Liolverhältnis ZnCl2:HpO gleich etwa 1:8 ist. Derartige Batterien sind stark und für den Gebrauch in Personen- und Lastkraftwagen geeignet, wo sie gegen die gewöhnlichen Erschütterungen "beständig sind, die mit der Verwendung in diesen Fahrzeugen verbunden sind. oie haben außerdem eine lange Lebensdauer, sind verhältnismüßig einfach herzustellen, wobei leicht zugängliche Materialien verwendet werden, sind gut aufzuladen oder leicht mit neuen Brennstoffen zu versehen und sind wirkungsvoll und wirtschaftlich im .Betrieb. Zu den wichtigsten Vorteilen der erfindungsgemäßen Batterien, Zellen und Elektroden, die aus den besonderen Materialien und eiern besonderen Elektrolyten hergestellt sind, zählt das leichte und gleichmäßige Hindurchtreten des Elektrolyten durch eine der Wände der bipolaren Elektrode. Wie durch Pfeile 35 angedeutet, erfolgt der durchtritt des Elektrolyten über die gesamte Läni?e des porösen Kohlenstoff körpers völlig gleichmäßig, während Pfeile 37, deren Größe von unten nach oben abnimmt, die VoIurnenabnahme des in den Durchlässen 29 fließenden Elektrolyten andeuten. Pfeile 39 zeigen dementsprechend das zunehmende Volumenpreferably over 100 Y / att hours per 0.45359 kg (1 am. pound) with a theoretical upper limit of 185 watt hours per 0.45559 kg, using a zinc chloride solution in which the ZnCl 2 : HpO ratio is about 1: 8 . Such batteries are strong and suitable for use in cars and trucks, where they are "resistant to the usual vibrations which are associated with the use in these vehicles. Oie also have a long life, are relatively idle easy to manufacture, being easily accessible Materials are used, are easy to recharge or are easy to provide with new fuels and are effective and economical in operation. One of the most important advantages of the batteries, cells and electrodes according to the invention, which are made from the special materials and a special electrolyte, is light weight and even passage of the electrolyte through one of the walls of the bipolar electrode.As indicated by arrows 35, the passage of the electrolyte occurs completely uniformly over the entire length of the porous carbon body, while arrows 37, the size of which decreases from bottom to top, the Volume acceptance of the in d en passages 29 indicate flowing electrolyte. Arrows 39 accordingly show the increasing volume

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des Elektrolyten beim Durchströmen der Reaktionszone 31 an. Es leuchtet ein, daß ohne den besonderen Mechanismus zum 3eladen der Oberfläche 33 mit chlor-angereichertem Elektrolyten die Stromerzeugung im oberen Elektrodenbereich wegen des Chlorverlustes des aufwärtsströmenden Elektrolyten abnehmen würde. Eine derartige . ungleichmäßige Erzeugung von elektrischem Potential an verschiedenen Stellen der Elektroden würde zu unwirtschaftlicher Arbeitsweise, zum rüeil sogar zu inneren Kurzschlüssen führen. 'of the electrolyte as it flows through the reaction zone 31. It is evident that without the special mechanism for charging the surface 33 with chlorine-enriched electrolyte, the generation of electricity in the upper electrode area would decrease because of the loss of chlorine from the electrolyte flowing upwards. Such a one. uneven generation of electric potential at different points of the electrodes would even lead to inefficient operation, for r üeil to internal short-circuits. '

Der Rahmen bzw. das Zellengefäß, das die Bestandteile der erfindungsgemäßen Zelle aufnimmt, besteht zweckmassigerweise aus einem elektrisch nichtleitenden Kunststoff, vorzugsweise aus Polyvinylchlorid, PVDC, Phenol-Formaldehyd-Harz, chloriertem Polyester, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Harz, Polypropylen oder Polyäthylen, es kann aber auch aus Hartgummi oder einem anderen geeigneten IsolieTiuaterial bestehen, das gegen feuchtes Chlor und wäßrige Iietall-(Zink-)Salzlösungen beständig ist. Vorzugsweise ist das Sellengefäß so gestaltet, daß es mehrere, z.B. 10 bis 30, bipolare Elektroden aufnehmen kann, wobei für diese Elektroden Zufuhr- und Abfuhrleitungen vorgesehen sind. Bei einigen AusführungsformenThe frame or the cell vessel, which receives the components of the cell according to the invention, expediently exists made of an electrically non-conductive plastic, preferably made of polyvinyl chloride, PVDC, phenol-formaldehyde resin, chlorinated polyester, acrylonitrile butadiene styrene resin, polypropylene or polyethylene, it but can also consist of hard rubber or some other suitable IsolieTiumaterial that protects against damp chlorine and aqueous metal (zinc) salt solutions are stable. Preferably, the cell vessel is designed to accommodate multiple, e.g., 10 to 30, bipolar electrodes can, supply and discharge lines being provided for these electrodes. In some embodiments

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ist das Zellengefäß in Abschnitte unterteilt, die zusammen mit den Elektroden durch Druck zu Batterie-Einheiten zusammengehalten werden. Einige dieser Ausführung a formen ähneln einer aus Rahmen und Belag bestehenden Filterpresse, indem nichtleitende Abstandshalter zwischen den Elektroden die Abstände innerhalb der ZeI-len aufrechterhalten und Kurzschlüsse infolge gegenseitiger Berührung von Elektroden verhindern. Es ist natürlich an sich bekannt, wie man geeignete Zellengefäße entwirft und herstellt, um daraus und aus den erfindungsgemäßen Zellen Batterien anzufertigen, in denen der Elektrolytumlauf gesichert ist.the cell vessel is divided into sections which, together with the electrodes, form battery units by means of pressure be held together. Some of these forms resemble a frame and decking Filter press by placing non-conductive spacers between the electrodes to keep the spaces within the cells and prevent short circuits due to mutual contact of electrodes. It is natural known per se how to design and manufacture suitable cell vessels in order to use them and the inventive To manufacture cells batteries in which the electrolyte circulation is ensured.

Die undurchlässige Wand, die sich für gewöhnlich senkrecht erstreckt, kann aus irgendeinem Material bestehen, das dazu geeignet ist, daß auf ihm eine Metallelektrode befestigt, abgeschieden oder plattiert werden kann» Obwohl Kunstharze und verschiedene Kautschuksorten verwendet werden können, ist es vorteilhaft, Kohlenstoff in einer Form zu verwenden, die genügend undurchlässig ist, um die Ablagerung eines gleichmäßigen Metallüberzugs auf deren Außenseite zu ermöglichen, ohne daß dieser Metallüberzug durch Druck innerhalb der Zelle oder Druck des Elektrolyten Gelockert wird, weil dieser Druck durch dieThe impermeable wall that is usually perpendicular may be of any material suitable for having a metal electrode attached to it, Can be deposited or plated »Although synthetic resins and various types of rubbers are used it is advantageous to use carbon in a form that is sufficiently impermeable to allow the deposition of a uniform metal coating on the outside thereof without this metal coating by pressure inside the cell or pressure of the electrolyte is loosened because of this pressure by the

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TiTand. nicht veLtergegeben wird. In manchen Fällen kann poröser kohlenstoff verwendet werden, dessen äußere Oberfläche mit Harzen behandelt worden ist, um ihn für Gase und Elüasigkeiten undurchlässig zu machen. Vorzugsweise v;-ird jedoch Graphit verwendet, da Graphit ein ausgezeichneterLeiter ist, mit dem Elektrolyten nicht reagiert und schnell mit dem Metall der Elektrodenoberfläche plattiert oder auf andere Weise verbunden werden kann. Obwohl die Dicke des aus der undurchlässigen Wand bestehenden Elektrodenteils beliebig ist, soll die Gfcräphitwand im allgemeinen 0,1 bis 2,5 mm, vorzugsweise- 0,1 bis 1mm dick sein. Die Größe der Elektrode selbst kann irgendwo in einem weiten Bereich liegen, vorzugsweise werden jedoch Elektroden mit einer Aüßeno.berf lache (entsprechend einer einfachen plattierbaren äußeren· Oberflä-TiTand. is not given. In some cases it can Porous carbon can be used, the outer surface of which has been treated with resins to make it suitable for To make gases and fluids impermeable. Preferably However, graphite is used because graphite is an excellent conductor does not react with the electrolyte and quickly with the metal of the electrode surface plated or otherwise connected. Although the thickness of the impermeable wall the existing electrode part is arbitrary, the Gfcräphitwand generally 0.1 to 2.5 mm, preferably 0.1 to 1 mm thick. The size of the electrode itself can be lie somewhere in a wide range, but electrodes with an outer surface area (correspondingly a simple, platable outer surface

p ρp ρ

ehe) -von 30 bis 1000 cm , vorzugsweise von 100 bis 400 cm ,marriage) - from 30 to 1000 cm, preferably from 100 to 400 cm,

verwendet, die für gewöhnlich 5 "bis 1000 A pro .929 cm (= 1 am. .Quadratfuß), vorzugsweise bis zu 1 A/cm , entladen. .'used, which is typically 5 "to 1000 amps per .929 cm (= 1 am. Square foot), preferably up to 1 A / cm, discharged. . '

Der poröse !Bestandteil der Elektrode ist von etwa derselben IOrm und Größe wie die undurchlässige Wand, so daß er derart gestaltet ist, daß er zu der Wand paßt undThe porous part of the electrode is about the same size and shape as the impermeable wall, see above that it is designed to fit the wall and

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mit ihr zusammen innere Durchlässe bilden kann, durch die der Elektrolyt in die Reaktionszone der Zelle eintreten kann. normalerweise, ist der poröse Bestandteil aus Graphit oder Aktivkohle tierischen oder pflanzlichen Ursprungs angefertigt, die an sich bekannt ist und eine extrem große ("innere") Oberfläche aufweist» Der poröse Bestandteil kann aber auch aus durch Verbrennen oder Pyrolyse von Öl oder Gas gewonnenem Kohlenstoff hergestellt werden. Außerdem können andere bekannte Elektrodenmaterialien verwendet werden, sofern sie elektrisch leitend und gegen die Umgebung genügend beständig oder inert sind, z.B. gesintertes Titan oder Rutil mit einem Edelmetall- oder -oxyd-Katalysator, z.B. Platin oder Rutheniumoüyd. Die Verwendung von feinzerteilten Teilchen mit hoher Oberfläche verbessert den Kontakt des gelösten Chlors mit der inneren Oberfläche des porösen Slektrodengrundkörpers, der eine w'and der Zelle bildet. Die Porosität des Grundkörpers, im Folgenden als Kohlenstoff bezeichnet, da dieser ein bevorzugtes Material ist, ergibt sich daraus, daß 20 bis 80 $ von dessen Querschnitt mit Kohlenstoff ausgefüllt ist, während der Rest aus Poren besteht, die den Durchtritt des Elektrolyten ermöglichen. Vorzugsweise liegt der Kohlenstoffgehalt zwischen 30 und 60 %. Der poröse Kohlenstoff kann aus Granulatentogether with it can form internal passages through which the electrolyte can enter the reaction zone of the cell. usually, is the porous component made of graphite or activated charcoal of animal or vegetable origin, which is known per se and has an extremely large ("inner") surface »The porous component can also be removed by burning or pyrolysis of oil or gas extracted carbon. In addition, other well-known Electrode materials are used, provided they are electrically conductive and sufficiently resistant to the environment or are inert, e.g. sintered titanium or rutile with a noble metal or oxide catalyst, e.g. platinum or Ruthenium oxide. The use of finely divided particles with a high surface improves the contact of the dissolved chlorine with the inner surface of the porous slectrode body, which forms one wall of the cell. The porosity of the base body, hereinafter referred to as carbon, since this is a preferred material, results from the fact that 20 to 80 $ of its cross-section is filled with carbon, while the remainder is made up of pores that allow the passage of the electrolyte. The carbon content is preferably between 30 and 60%. The porous carbon can be made from granules

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oder Pulvern verschiedenster 'Teilchengrößen aus aktiviertem oder anderem Kohlenstoff hergestellt Werden. Durch Auswahl der Teilchengrößen und der anteiligen Harzmengen können die Abmessungen der Durchlässe und der Kohlenstoffgehalt des Körpers eingestellt werden» Normalerweise werden Harze eingesetzt, um den Kohlenstoff zu "bilden. Diese Harze können nach dem Abbinden abgebrannt oder auf chemischem Wege entfernt werden, wodurch Wege für den •^urchtritt des Elektrolyten geschaffen werden. Geeignete Slektrodenmaterialien "sind in Kirk-Othmer^ "Encyclopedia of Chemical Technology" (2. Aufl.), Band 4, Seite 58, "beschrieben.or powders of various' particle sizes made of activated or other carbon. By selecting the particle sizes and the proportionate amounts of resin the dimensions of the passages and the carbon content of the body can be adjusted »Usually Resins are used to "form the carbon". These resins can be burned off or after they have set be removed chemically, creating ways for the • The passage of the electrolyte is created. Suitable Electrode materials "are in the Kirk-Othmer ^" Encyclopedia of Chemical Technology "(2nd ed.), Volume 4, page 58,".

Für gewöhnlich weisen die Poren oder Durchlässe im porösen Kohlenstoff einen mittleren Durchmesser von 5 bis 500 Mikron, vorzugsweise 10 bis 100 Mikron, insbesondere 25 bis 50 Mikron, aufo Die geringste querschnittdicke des porösen Kohlenstoffs (quer zur Außenoberfläche der Slektrodenwäne) beträgt zwischen 0,5 bis 4 mm,„ hauptsächlich 0,5 bis 2 mm ο Die Wand aus porös~em Kohlenstoff soll an ihrer dicksten Stelle ein- bis fünfmal so dick wie die Graphitwand seino Typically, the pores or passages in the porous carbon have an average diameter of 5 to 500 microns, preferably 10 to 100 microns, especially 25 to 50 microns, in o The minimum cross-sectional thickness of the porous carbon (transverse to the outer surface of the Slektrodenwäne) is between 0, 5 mm to 4, "mainly be 0.5 to 2 mm ο the wall made of porous carbon ~ em to turn at its thickest point as thick as the graphite wall to five times o

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Obwohl entweder die undurchlässige Wand, im Folgenden als Graphit bezeichnet, da dies das "bevorzugte Material ist, oder der poröse Kohlenstoffkörper ausgehöhlt oder mit Rillen versehen werden können, ao daß sie eine Vi elaahl senkrechter Durchlässe für den Elektrolyten enthalten, wird es normalerweise vorgezogen, den porösen Kohlenstoff, z.B. durch Formpressen, so zu formen, daß er die Durchlässe aufweist„ Zweckmäßigerweise wird die3 Erzeugen der Durchlässe mit dem Verkitten der Graphitwand mit dem porösen Kohlenstoffkörper verbunden, wobei die Durchlässe vor dem Verkitten lediglich als Rillen in der Oberfläche des porösen Kohlenstoffs vorliegen. Die Anzahl der Durchlässe liegt im allgemeinen zwischen 5 und 25» ihre Abmessungen liegen zwischen 0,5 und 2 mm Tiefe und 0,5 und 5 mm Breite. Das Verhältnis von Breite zu Tiefe der Durchlässe liegt im allgemeinen im Bereich 2 : 1 bis 10 : 1. Der poröse Kohlenstoff ist an der Graphitwand.mit irgendeinem geeigneten Klebstoff befestigt, vorzugsweise mit einem Polymerharz, das entweder thermohärtend oder thermoplastisch seinkann» ZuAlthough either the impermeable wall, below referred to as graphite because this is the "preferred material, or the porous carbon body is hollowed out or can be provided with grooves so that they have a variety contain vertical passages for the electrolyte, it is usually preferred to use the porous carbon, e.g. by compression molding, so that it has the passages of the passages connected to the cementing of the graphite wall with the porous carbon body, the Passages are only present as grooves in the surface of the porous carbon before cementing. The number the passages are generally between 5 and 25 »their dimensions are between 0.5 and 2 mm deep and 0.5 and 5 mm width. The width to depth ratio of the passages is generally in the range 2: 1 to 10: 1. The porous carbon is attached to the graphite wall with any suitable adhesive, preferably with a polymer resin which can be either thermosetting or thermoplastic »Zu

den geeigneten Harzen gehören solche, die gegenüber ihrer Umgebung inert sind, z.B. Epoxyharze. Die Dicke des Harzes wird normalerweise sehr gering sein, für gewöhn-suitable resins include those which are inert to their environment, e.g., epoxy resins. The thickness of the Resin will normally be very little, for usual

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lieh von 0,01 bis 0,5 mm, womit die besten Ergebnisse ersieIt werden. Das Harz bedeckt für gewöhnlich die gesamte Kontaktflache0 borrowed from 0.01 to 0.5 mm, which gives the best results. The resin usually covers the entire contact area 0

Es sei betont, daß die Rillen genausogut in. der undurchlässigen Elektrode angebracht sein können. Es ist jedoch vorteilhafter, wenn die Rillen sich in der porösen Elektrode befinden, weil diese breiter als die undurchlässige Elektrode und daher strukturell robuster ist0 It should be emphasized that the grooves could just as easily be made in the impermeable electrode. However, it is more advantageous if the grooves are in the porous electrode, because it is wider than the impermeable electrode and therefore structurally more robust 0

Das stark elektropositive Metall, das während des Ladens der Batterie auf der äußeren Graphitoberfläche abgeschieden werden kann, indem Gleichstrom durch einen Metallhalogenid-Elektrolyten geschickt wird, der mit den Batterieelektroden in Kontakt steht, kann irgend-.ein geeignetes Metall mit genügend hoher elektromotorischer Kraft sein, die ausreicht, um mit dem eingesetzten Halogen eine genügend hohe Batteriespannung zu erzeugen, 'z.B. Metalle der Gruppen II B und YIII des Periodensystems. Obwohl Eisen, Kobalt und Nickel eine genügend hohe EMK haben, ist Zink das am meisten bevorzugte und am besten geeignete Metall, da es die höchste "praktische" EIvIK und das geringste vergleichbare Gewicht aufweist. Andere geeignete Metalle sind in der USA-Patentanmeldung 50 054 mit der Bezeichnung "Halogen Hydrates"The highly electropositive metal that is deposited on the outer graphite surface while the battery is charging can be made by passing direct current through a metal halide electrolyte, which with is in contact with the battery electrodes, any suitable metal with a sufficiently high electromotive force can be used Be a power that is sufficient to generate a sufficiently high battery voltage with the halogen used, 'e.g. Metals of groups II B and YIII of the periodic table. Though iron, cobalt and nickel are enough have high emf, zinc is the most preferred and most suitable metal as it is the most "practical" EIvIK and has the lowest comparable weight. Other suitable metals are in the United States patent application 50 054 with the designation "Halogen Hydrates"

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und in einer USA-Patentanmeldung mit der Bezeichnung "Refuelable Electrical Energy storage Device" (internes iikteneaeichen U 10 053) vorgeschlagen worden, die das gleiche Prioritätsdatum wie die vorliegende Anmeldung hato Auf "beide Anmeldungen sei hiermit ausdrücklich lie ζ ug genommen.and proposed in a US patent application entitled "refuelable Electrical Energy storage device" (internal iikteneaeichen U 10 053) that the same priority date as the present application has o On "both applications is hereby expressly incorporated lie ζ ug.

Die Zinkschicht auf der Graphitelektrode ist normalerweise 25 "bis 4000 Mikron dick, vorzugsweise 100N bis 1500 Mikron. Es können jedoch Fälle auftreten, in denen es nützlich ist, andere Dicken zu verwenden· üenn andere Metalle eingesetzt werden, sind die Dickenverhältnisse ähnlich.The zinc layer on the graphite electrode is normally 25 "to 4000 microns thick, preferably 100 N to 1500 microns. However, there may be cases where it is useful to use other thicknesses and when other metals are used, the thickness ratios are similar.

Der Elektrolyt ist ein Metallsalz, das dem Metall, das als eine der Elektrodenoberflächen eingesetzt ist, und dem verwendeten Halogen entspricht. Obwohl bei einigen Aus führ ungäiormen der Erfindung Brom als Halogen eingesetzt werden kann, ist die Verwendung von Chlor besonders bevorzugt. Infolgedessen wird das Elektrolytsala für gewöhnlich Zinkchlorid sein. Im Elektrolyten kann die Konzentration an Metallhalogenid im wäßrigen Medium zwischen etwa 0,1 i* und der Sättigung liegen,, Da aber die maximale Konzentration mit der in der USA-Patent-The electrolyte is a metal salt that corresponds to the metal used as one of the electrode surfaces and the halogen used. Although some embodiments of the invention may employ bromine as the halogen, the use of chlorine is particularly preferred. As a result, the electrolyte sala will usually be zinc chloride. In the electrolyte, the concentration of metal halide in the aqueous medium can be between about 0.1 i * and saturation.

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anmeldung 50 054 Torgeschlagenen Speicherung von HaIogeruaydrat kompatibel sein soll, liegt ein "bevorzugter Bereich der Metallchlorid-Konzentration zwischen 5 "bis 50 fo, insbesondere zwischen etwa 10 und etwa 35 i°° registration 50 054 is to be compatible with struck storage of halogeruaydrat, a "preferred range of the metal chloride concentration is between 5" and 50 °, in particular between about 10 and about 35 °

Das System Zink/Chlor/Zinkchlorid ist einem System auf der Basis von Brom anwendungstechnisch überlegen, weil Chlor leichter als Brom ist, was zur hohen Energiedichte der Batterie "beiträgt, und weil Chlor während des Aufladens der Batterie leichter aus dem Elektrolyten entfernt werden kann. Die niedrigere Löslichkeit von Chlor im Elektrolyten senkt die Diffusion von Chlor in Richtung auf die Zinkelektrode (im "Vergleich zu Brom), woraus sich ein geringeres Tviaß an Selbstentladevorgängen mit dem Zink ergibt. Chlor entweicht, da es gasförmig ist, und kann leicht wiedergewonnen werden, vorzugsweise als Chlorhydrat, aus dem Chlor freigesetzt werden kann, sobald ein Entladen der Batterie und eine Lieferung von Strom an außenliegende Motoren usw. erwünscht ist.The zinc / chlorine / zinc chloride system is technically superior to a system based on bromine because Chlorine is lighter than bromine, which contributes to the battery's "high energy density" and because chlorine is used during charging the battery can be more easily removed from the electrolyte. The lower solubility of chlorine in the electrolyte lowers the diffusion of chlorine towards the zinc electrode (in comparison to bromine), from which a lower level of self-discharge with the zinc results. Chlorine escapes because it is gaseous and can easily be recovered, preferably as a hydrate of chlorine, from which chlorine can be released as soon as the battery is discharged and the supply of Electricity to external motors etc. is desired.

Die Konzentration an Zinkchlorid im Elektrolyten liegt für gewöhnlich zwischen 15 und 35 %, sowohl während des Ladens als auch wärend des Entladens, wobei die höheren Konzentrationen zu Beginn des Ladens und bei Entladung auftretenοThe concentration of zinc chloride in the electrolyte is usually between 15 and 35%, both during the Charging as well as during discharging, the higher concentrations being at the beginning of charging and during discharging occur o

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? / R R R Λ? / R R R Λ

Die Temperatur des Elektrolyten kann in einem weiten Bereich schwanken, sie liegt jedoch für gewöhnlich zwisehen O0C und 800C, vorzugsweise zwischen 1 5°C und 4O0C. Der Druck soll 0,5 Ms 10 Atm, vorzugsweise 0,8 bis 2 Atm, insbesondere 1 Atm + 10 a/o betragen.The temperature of the electrolyte may vary over a wide range, but it is usually zwisehen O 0 C and 80 0 C, preferably between 1 5 ° C and 4O 0 C. The pressure is 0.5 ms 10 atm, preferably 0.8 to 2 atm, in particular 1 atm + 10 a / o .

Obwohl weitere Materialien im Elektrolyten nicht erforderlich sind, um die Batterie einsatzfähig zu machen, empfiehlt es sich, Stoffe zuzusetzen, die die Abscheidung von Zink auf der und dessen Entfernung von der Kathode steuern, in-rdem sie die Dendritbildung verhindern. Derartige Zusätze sind in einer USA-Patentanmeldung mit der Bezeichnung "Battery Electrolyte Composition", dem internen Aktenezeichen U 10 079 und dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen worden.Although other materials in the electrolyte are not required to make the battery operational, It is advisable to add substances that promote the deposition of zinc on and its removal from the cathode control by preventing dendrite formation. Such additives are in a US patent application with the Name "Battery Electrolyte Composition", the internal one File number U 10 079 and the priority date of the present application has been proposed.

Die Batterie wird eingeschaltet, indem eine gesättigte oder nahezu gesättigte Zinkchloridlösung, die zwischen 0,1 oder 0,2 und 3 Volumina Chlor enthält, bei einer Temperatur von 15 bis 400C, vorzugsweise bei etwa 30 C, in die Durchlässe der Elektroden zwischen den Schichten aus undurchlässigem und aus porösem Kohlenstoff hinein und durch die Poren des porösen Kohlenstoffs hindurch in die Reaktionszone der Zelle geleitet wird - und zwar in einemThe battery is switched on by placing a saturated or nearly saturated zinc chloride solution containing between 0.1 or 0.2 and 3 volumes of chlorine at a temperature of 15 to 40 ° C., preferably at about 30 ° C., in the passages of the electrodes between into the layers of impermeable and porous carbon and through the pores of the porous carbon into the reaction zone of the cell - all in one

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Maße, daß die lineare-Geschwindigkeit in Äufwärtsrichtung zwischen 2 und 100 cm/Sekunde beträgt. Die Druckdifferenz zur Erzeugung dieses Strömens liegt, im Bereich von etwa 0,01 bis 1 kg/cm . Die erzeugte Zellenspannung beträgt etwa 2,1 "V beinoffenem Stromkreis und die vollgeladene Batterie hat mit etwa 125 Zellen ein Arbeitsvermögen γόη etwa 5000 "Wh0 Measures that the linear velocity in the upward direction is between 2 and 100 cm / second. The pressure difference to generate this flow is in the range of about 0.01 to 1 kg / cm. The cell voltage generated is around 2.1 "V in the open circuit and the fully charged battery has a working capacity γόη of around 5000" Wh 0 with around 125 cells

Nachdem die Elektrolytströme durch die Reaktionszone geflossen sind, werden sie zusammengemischt und es wird zusätzliches Chlor im Elektrolyten aufgelöst, um den erwünschten Gehalt, z.3. etwa 2 bis 3 Vol.fo, zu erreichen. Vorzugsweise wird das Chlor aus Chlorhydrat geliefert und in manchen Fällen kann etwa Chlorhydrat mit dem Elektrolyten in die SLIe eintreten und sein Chlor dort freisetzen. Die Anwendung von Chlorhydrat ist besonders bevorzugt, weil das Wasser, das mit dem Chlor zugesetzt wird, die Zinkchlorid-Konzentration herabsetzt, die durch das Auflösen von etwa Zink und die Ioniesierung von Chlor während eines vorherigen Durchgangs des Elektrolyten durch , die Reaktionszone erhöht worden ist, so daß sich annehmbar konstante Zinkchlorid-Konzentrationen ergeben. Das Hydrat kann nach Verfahren hergestellt werden, die von den Erfindern in einer Ü8A-Patentanmeldung mit der Be-After the electrolyte streams have passed through the reaction zone, they are mixed together and additional chlorine is dissolved in the electrolyte to achieve the desired level, e.g. about 2 to 3 vol. The chlorine is preferably supplied from chlorohydrate and in some cases, for example, chlorohydrate can enter the SLIe with the electrolyte and release its chlorine there. The use of chlorohydrate is particularly preferred because the water added with the chlorine decreases the zinc chloride concentration that has been increased by the dissolution of some zinc and the ionization of chlorine during a previous passage of the electrolyte through the reaction zone so that the zinc chloride concentrations remain reasonably constant. The hydrate can be produced by processes described by the inventors in an Ü 8A patent application with the

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ORSGWAL IiORSGWAL II

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zeichnung "Manufacture of Chlorine Hydrate", dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung und dem internen Aktenzeichen 2802 oder in der USA-Patentanmeldung 50 054 vorgeschlagen worden sind.drawing "Manufacture of Chlorine Hydrate", the priority date of the present application and the internal File number 2802 or in U.S. Patent Application 50,054 have been suggested.

wahrend des Endladens ermöglichen es die begasten Elektroden nach einer vorzugsweißen Ausführungsform der Erfindung, dai3 das ungelöste Gas, vorzugsweise gasförmiges Chlor, durch Öffnungen oder Löcher 40 in die poröse Elektrode eintreten und zwecks Umlauf in die Leitung 19 gelangen. Dies bewirkt ein ständiges Fließen von gasförmigem Chlor, das nicht im Elektrolyten gelöst ist, aus dem Umlaufsystem heraus. Im allgemeinen haben die Löcher in der Elektrode Größen von etwa 0,1 bis 3 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 mm und besonders bevorzugt 0,7 bis etwa 1,3 mnu Elektrolyt mit darin gelöstem Gas benetzt normalerweise die poröse Elektrode, so daß die nicht darin gelösten Gasblasen nicht durch die poröse Elektrode hindurchtreten können. Die Öffnungen oder Löcher im oberen Teil der Elektrode ermöglichen es deshalb dem Gas, in die Leitung 19 zu entweichen, um erneut umzulaufen»The fumigated electrodes make it possible during the discharge according to a preferred white embodiment of the invention, that the undissolved gas, preferably gaseous Chlorine, enter the porous electrode through openings or holes 40 and into the conduit 19 for circulation reach. This causes a constant flow of gaseous chlorine that is not dissolved in the electrolyte the circulation system. Generally the holes have in the electrode sizes from about 0.1 to 3 mm, preferably 0.5 to 1.5 mm and particularly preferably 0.7 to about 1.3 mnu of electrolyte wetted with dissolved gas normally the porous electrode, so that the gas bubbles not dissolved therein cannot pass through the porous electrode can pass through. The openings or holes in the upper part of the electrode therefore allow the gas to to escape into line 19 to circulate again »

Nach dem Entladen der Batterie werden deren Zellen wiederaufgeladen, indem eine Gleichstromquelle entsprechen-After the battery is discharged, its cells are recharged, by using a direct current source

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der Spannung mit den Elektroden verbunden wird, wobei der positive Pol der Stromquelle mit der Elektrode austhe voltage is connected to the electrodes, where the positive pole of the power source with the electrode

porösem Kohlenstoff an einem Ende eines Blocks aus mehreren bipolaren Elektroden und der negative Pol der !stromquelle mit der undurchlässigen G-raphitwand am anderen Ende des Blocks verbunden wird. Man läßt den Strom fließen, bis sich eine genügend dicke Zinkschicht an der Graphitwand gebildet hat, wodurch die Volladuhig angezeigt wird. Das während des Ladens am porösen Elektrodengrundkörper entwickelte Chlor wird entfernt und auf einfache weise in Chlorhydrat umgewandelt, in welcher Form es eine Chlorquelle darstellt, wenn die Battereie entladen werden soll. Die Zinkionen, aus dem Zinkchlorid-Elektrolyten werden in metallisches Zink umgewandelt, das sich auf der der Reaktionszone benachbarten Seite der undurchlässigen Graphitelektrode abscheidet. Ή ach Durchlaufen der Reaktionszone kommt der erschöpfte Zinkchlorid-Elektrolyt mit einer.höher konzentrierten Zinkchloridlösung oder mit festem Zinkchlorid in Berührung, wobei er zusätzliche Salzmengen aufnimmt und den gewünschten hohen Salzgehalt wiedererhält. Anstelle des Aufplattierens in situ können die Elektroden, Zellen oder Zellenblocks durch neue oäer aufgefrischte Elemente ersetzt werden, sobald die Bat-porous carbon at one end of a block of several bipolar electrodes and the negative pole of the power source is connected to the impermeable graphite wall at the other end of the block. The current is allowed to flow until a sufficiently thick zinc layer has formed on the graphite wall, as a result of which the full load is indicated. The chlorine developed on the porous electrode base body during charging is removed and easily converted into hydrate of chlorine, in which form it is a source of chlorine when the battery is to be discharged. The zinc ions from the zinc chloride electrolyte are converted into metallic zinc, which is deposited on the side of the impermeable graphite electrode adjacent to the reaction zone. After passing through the reaction zone , the exhausted zinc chloride electrolyte comes into contact with a more concentrated zinc chloride solution or with solid zinc chloride, where it absorbs additional amounts of salt and regains the desired high salt content. Instead of plating in situ, the electrodes, cells or cell blocks can be replaced by new or refreshed elements as soon as the battery

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terie fast entladen ist. Die entfernten Teile können aufgefrischt und anschließend als Austauschteile bei folgenden "Auftank"-Vorgängen eingesetzt werden, wie dies in der USA-Patentanmeldung mit der Bezeichnung "Refuela"ble Electric Energy Storage Device", dem internen Aktenzeichen U 10 055 und dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen worden ist.battery is almost discharged. The removed parts can be freshened up and then used as replacement parts at the following "Refueling" operations can be used as described in the United States patent application entitled "Refuela" ble Electric Energy Storage Device ", the internal file number U 10 055 and the priority date of the present Registration has been proposed.

Die so hergestellten Batterien liefern nach Einschalten gleichmäßig elektrischen Strom und sind fast völlig wartungsfrei. Wenn gewünscht, kann zwischen dem porösen Kohlenstoff und dem Zink ein Diaphragma angebracht werden, um einen Kontakt zwischen Chlor und Zink zu verhindern«, Obwohl dies den Wirkungsgrad der Zelle erhöht, arbeiten die Zellen auch ohne Diaphragmen zufriedenstellend, weshalb diese häufig weggelassen werden, da in den erfindungsgemäßen schmalen Zellen jede Neigung billiger Diaphragmamaterialien, abzusacken, zu quellen, sich zu dehnen oder mürbe zu werden, zu einer Unterbrechung des Elektrolytflusses führen und die Zelle unbrauchbar machen könnte.The batteries produced in this way deliver electricity evenly after being switched on and are almost completely maintenance-free. If desired, a diaphragm can be placed between the porous carbon and the zinc to prevent contact between the chlorine and zinc. Although this increases the efficiency of the cell, the cells work satisfactorily even without diaphragms, which is why these are often omitted in the narrow cells of the present invention, any tendency of cheap diaphragm materials to sag, swell, stretch or crumble, disrupt the flow of electrolyte and render the cell unusable.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden BeispieleThe invention is illustrated by the following examples

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näher erläutert. Darin sind all-.e Teile in Gewichtsteilen und alle Temperaturen in 0C angegeben, falls nicht "besonders vermerkt.explained in more detail. In it are given all-.e parts in parts by weight and all temperatures in 0 C, unless specifically noted. "

Beispiel 1example 1

Eine bipolare Elektrode für eine Zelle einer Sekundärbatterie mit hoher Energiedichte wird hergestellt, indem eine undurchlässige Graphitschicht an einen vorgeformten porösen Kohlenstoffkörper (poröser Graphit· kann ebenso verwendet werden) geklebt und der undurchlässige Graphit mit einer Schicht aus einem stark elektropositiven Metall überzogen wird. Die so hergestellten Elek-A bipolar electrode for a cell of a secondary battery high energy density is produced by an impermeable graphite layer to a preformed one porous carbon body (porous graphite · can also be used) glued and the impermeable Graphite is coated with a layer of a highly electropositive metal. The elec-

2 troden sind viereckig, haben Oberflächen von etwa 170 cm. , sind etwa 3 mm dick und sind mit einem Epoxyharz-Ester-Klebstoff zusammengeklebt, der gegen den verwendeten Elektrolyten und gegen Chlor beständig ist. Der poröse Kohlenstoff ist einschließlich der darin enthaltenen Durchlässe etwa 2,5 nun dick und der Graphit hat etwa 1/5 der Dicke des Kohlenstoffs. Die Durchlässe sind etwa auf die Hälfte von dessen Dicke in den porösen Kohlenstoff eingeschnitten und. erstrecken sich, wie in J1Ig. 2 dargestellt, fast bis an das Ende der Elektrode. Sie sind rechteckig und etwa zweimal so breit wie dick. Der2 trodes are square with a surface area of around 170 cm. , are about 3 mm thick and are glued together with an epoxy resin ester adhesive that is resistant to the electrolytes used and to chlorine. The porous carbon, including the passages it contains, is now about 2.5 thick and the graphite is about 1/5 the thickness of the carbon. The passages are cut into the porous carbon to about half its thickness and. extend as in J 1 Ig. 2, almost to the end of the electrode. They are rectangular and about twice as wide as they are thick. Of the

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Graphit ist ein unporöser Graphit, der vom Hersteller (Union Carbide Corp.) als ATJ bezeichnet wird. Dieser Graphit ist von begrenzter Porosität (fast unporös) und von ziemlich hol: er Dichte, ander; er wiederholte Male mit Harz gefüllt und gebacken wurde, bis er genügende Lichte und Gasundurchlässigkeit aufwies. Der eingesetzte poröse araorphe Kohlenstoff wird vom Hersteller (Union Carbide Corp.) als "Grade 45" oder Grade 60" bezeichnet. Die Porosität des Kohlenstoffs ist derart, daß 45 bis 50 -fr davon leer sind und die Porengrößen im Je reich. 25 bis 50 Mikron liegen.Graphite is a non-porous graphite that is designated as ATJ by the manufacturer (Union Carbide Corp.). This graphite is of limited porosity (almost non-porous) and of fairly hol: he density, different; it was filled with resin and baked several times until it had sufficient light and gas impermeability. The porous araorphic carbon used is designated by the manufacturer (Union Carbide Corp.) as "Grade 45" or Grade 60. "The porosity of the carbon is such that 45 to 50 -fr are empty and the pore sizes range from 25 to 50 microns.

Der eingesetzte Elektrolyt ist ein wäßriges Zinkchlorid, das während des Entladens der Zelle etwa 3g/l gelöstes Chlor enthält. Zu Ueginn des Entladens hat der Elektrolyt etwa 15 !Zinkchlorid und bei Entladung ist dieser Gehalt auf etwa 35 '"fr gestiegen. Andererseits weist der Elektrolyt bei Ladebeginn 35 "p Zinkchlorid und bei Voll ladung etwa 15 'fr' Zinkchlorid auf. Beim Entladen entwikkelt die Zelle 2,1 V bei offenem Stromkreis und 1,65 Ms 1,7 V bei 8 A. Eine Verunreinigung von 24 Zellen, die elektrisch in Serie geschaltet und mit gemeinsamen Elektrolyt-Zufuhr- und Abfuhrleitungen versehen sind, entwickelt 50 V" bei offenem Stromkreis und 40 V unter The electrolyte used is an aqueous zinc chloride which contains about 3 g / l of dissolved chlorine during the discharge of the cell. At the beginning of the discharge the electrolyte has about 15 ! / ° Zinc chloride and on discharge this content has risen to about 35 '"fr . On the other hand, the electrolyte has 35" p zinc chloride at the start of charging and about 15 ' fr ' zinc chloride when fully charged. When discharging, the cell develops 2.1 V with an open circuit and 1.65 Ms 1.7 V at 8 A. An impurity of 24 cells, which are electrically connected in series and provided with common electrolyte supply and discharge lines , develops 50 V "open circuit and 40 V below

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einer Belastung von 8 A. Während des Ladens der Batterie "beträgt die Durchflußmenge an Elektrolyt etwa 600 ml pro Zelle pro Minute und während des Entladens etwa 400 ml pro Zelle pro Minute.a load of 8 A. While the battery is being charged, the electrolyte flow rate is approximately 600 ml per cell per minute and about 400 ml per cell per minute during discharging.

Zur Inbetriebsetzung der in der Zeichnung dargestellten Zelle wird Elektrolyt (35 $> Zinkchlorid) mit der zuvor genannten Auflade-Durchflußmenge durch die Anode aus porösem Kohlenstoff in die Reaktionszone der Zelle gepumpt.To start up the cell shown in the drawing, electrolyte (35 $> zinc chloride) is pumped through the anode made of porous carbon into the reaction zone of the cell with the aforementioned charging flow rate.

Normalerweise wird nach diesem Beispiel der Druck etwa bei Atmosphärendruck gehalten, mit einem zusätzlichen Saugdruck zur Aufrechterhaltung des Fließens von etwa 0,07 bis 0,14 kg/cm2 (etwa 1 Ms 2 am. Pfund pro Quadratzoll) .Typically in this example the pressure is maintained at about atmospheric pressure with an additional suction pressure to maintain flow of about 0.07 to 0.14 kg / cm 2 (about 1 Ms 2 am. Pounds per square inch).

Mit etwa 60 V Spannung, die an die Batterie angelegt ist, oder etwa 2,5 V Spannung, die an die einzelne Zelle angelegt ist, werden die Zellen unter Umlauf des Elektrolyten geladen, wodurch an der Oberfläche jeder porösen Elektrode Chlor freigesetzt und auf der Graphitoberfläche jeder Kathode Zink abgeschieden wird. Das Laden dauert im allgemeinen 2 Stunden, nach welcher Zeit sich Zink in einer ebenen Schicht von etwa 200With about 60 V of voltage applied to the battery is, or about 2.5 V voltage that is applied to the single cell, the cells are circulating of the electrolyte is charged, causing chlorine to be released on the surface of each porous electrode and on the Graphite surface of each cathode zinc is deposited. Charging generally takes 2 hours, after which time zinc will settle in a flat layer of about 200

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itiikron Dicke abgeschieden haben sollte, Statt in situ zu laden, kann man einen solchen Zinküberzug auch auf andere Weise auf einer Graphitunterlage "befestigen oder eine Plattierung außerhalb der Betriebszelle vornehmen. Danach ist die Zelle fertig zum Gebrauch (zum Entladen).itiikron thickness should have deposited, instead of in situ To load, such a zinc coating can also be attached to a graphite base in another way or plating outside the operating cell. Then the cell is ready for use (for Unloading).

Während des Gebrauchs wird wäßriger Elektrolyt mit einer Zinkchloridkonzentration von 1 5 f°, der ungelöstes Chlor in einer Menge von etwa 3 g/l enthält, mit einer Geschwindigkeit von etwa 400 ml pro Minute durch die Zelle getrieben, wobei der Elektrolyt den porösen Kohlenstoff durchdringt und in die Reaktionszone eintritt. Dabei wird eine Spannung bei offenem Stromkreis von etwa 2,1 V pro Zelle erzeugt, was etwa 1,7 V pro Zelle bei 8 A entspricht. Wie durch die verschiedenen Grossen der Pfeile in Fig. 1 angedeutet, ist der Fluß durch den porösen Kohlenstoff gleichförmig, während der Fluß in der Reaktionszone mit Annäherung an den Kopf der Zelle zunimmt. Ein Elektrolytwechsel erfolgt etwa alle 2,5 Sekunden.During use, aqueous electrolyte with a zinc chloride concentration of 15 ° F , containing undissolved chlorine in an amount of about 3 g / l, is driven through the cell at a rate of about 400 ml per minute, the electrolyte penetrating the porous carbon and enters the reaction zone. An open circuit voltage of around 2.1 V per cell is generated, which corresponds to around 1.7 V per cell at 8 A. As indicated by the different sizes of the arrows in Fig. 1, the flow through the porous carbon is uniform, while the flow in the reaction zone increases as the head of the cell approaches. The electrolyte is changed approximately every 2.5 seconds.

Nachdem der Elektrolyt unter Entladen durch die Zelle geströmt ist und das gelöste Chlor verbraucht hat, wirdAfter the electrolyte has flowed through the cell while discharging and the dissolved chlorine has been consumed, is

- 29 309821/0797 - 29 309821/0797

wird er durch. Sättigung mit Chlor aufgefrischt und in die Zelle zurückgeleitet, wo der Entlädebetrieb sich, fortsetzt. Beim Entladen wird das Zink der Kathode ebenso wie das Chlor im Elektrolyten aufgelöst, der durch die poröse Anode getrieben wird, und die Konzentration an Zinkchlorid wird sich 35 °/a nähern, zu welchem Zeitpunkt die Entladung für gewöhnlich vollständig ist und die Zelle wiederaufgeladen wird bzw. werden muß. Die umgekehrten Reaktionen treten natürlich während des Ladens aufο Während des Entladens kann der Gesamtfluß des Elektrolyten auf etwa 70 ^,des Gesamtflusses während des Ladens herabgesetzt werden.is he going through. Saturation is refreshed with chlorine and returned to the cell, where the discharge operation continues. When discharging, the zinc in the cathode will be dissolved, as will the chlorine in the electrolyte driven through the porous anode, and the concentration of zinc chloride will approach 35 ° / a , at which point the discharge is usually complete and the cell is recharged or must be. The reverse reactions naturally occur during charging. During discharging, the total electrolyte flow can be reduced to about 70% of the total flow during charging.

Bei der vorteilhaftesten Anwendung der erfindungs gemäß en Zellen werden einige Batterien aus diesen Zellen zusammen benutzt, unfeinen Elektro-Lastwagen mit etwa 50 km/h (etwa 30 am. Meilen pro Stunde) über 160 km (über 100 am« Meilen) zu betreiben. Anschließend werden entweder die Batterien in einer Ladestation ausgetauscht oder aufgeladen, oder deren Elektroden, die von einem Rahmenwerk (oder Zellengefäß) zusammengehalten werden, werden in jeder Batterie ausgetauscht. Dann werden die herausgenommenen Elektroden mit Zink neu beladen ("aufgetankt") und anschließend in einer anderen Bakterie installiert»In the most advantageous use of the cells in accordance with the invention, some batteries are made up of these cells used, dirty electric truck with about 50 km / h (about 30 am. miles per hour) over 160 km (over 100 am « Miles). Then either the batteries are exchanged or charged in a charging station, or their electrodes held together by a framework (or cell vessel) are in every battery replaced. Then the removed electrodes are reloaded with zinc ("refueled") and then installed in another bacterium »

- 30 309821/0797 - 30 309821/0797

2755845 - 30 -2755845 - 30 -

Der Zeitaufwand für ein solches "Auftanken" ist minimal, er beträgt meist nur 5 Minuten, wobei die Prüfung der Dichte des Elektrolyten und dessen teilweiser Austausch, die Prüfung der Chlorkonzentration und die Nachfüllung von Chlorhydrat, sowie der Austausch der Elektroden eingeschlossen ist. Im Vergleich zu einer ähnlichen Batterie, deren Elektroden nicht porös sind und in die der Elektrolyt direkt in die Reaktionszonen an deren Böden eingeführt wird, werden größere V/irkimgsgrade des Ladens und des EntIs lens erzielt, wann die erfindungagemäßen Vorrichtungen und Verfahren benutzt werden. Dies liegt wahrscheinlich aa verbesserten Kontakt des gasförmigen Chlors mit der Anodenoberfläche, der darauf beruht, daß das Chlor durch Durchdringen der Poren des amorphen Kohlenstoffs und der Durchlässe in innigere Berührung mit dieser überfläche gebracht v/irdo The time required for such a "refueling" is minimal, it is usually only 5 minutes, which includes checking the density of the electrolyte and its partial replacement, checking the chlorine concentration and refilling of chlorine hydrate, as well as replacing the electrodes. Compared to a similar battery, the electrodes of which are non-porous and in which the electrolyte is introduced directly into the reaction zones at their bottoms, greater degrees of charging and discharging are achieved when the devices and methods according to the invention are used. This is probably aa improved contact of gaseous chlorine with the anode surface, which resides in that the chlorine brought by penetrating the pores of the amorphous carbon and the passages in intimate contact therewith through surface v / ith o

Beispiel 2Example 2

Die Maßnahmen gemäß Beispiel 1 werden wiederholt, wobei die Bedingungen jedoch derart abgewandelt werden, daß der Elektrolyt Niekelchiorid und das elektropositive Metall Nickel ist» Die Batterien sind schwerer und der Wirkungsgrad' der Stromerzeugung ist geringer, aber derartige Batterien sind durchaus brauchbar, wenn man einige Vorteile opfern will.The measures in accordance with Example 1 are repeated, the conditions being, however, modified such that the electrolyte Niekelchiorid and the electropositive metal is nickel "The batteries are heavier and the efficiency 'of the power generation is lower but such batteries are quite useful when some Wants to sacrifice advantages.

309821/079 7 - ?1 - 309821/079 7 -? 1 -

ORIGINAL WSPECTEDORIGINAL WSPECTED

Wenn die Abmessungen der Zelle so geändert werden, daß die Reaktionszonen zweimal so dick sind, muß die Batteriegröße erhöht werden und daher sind solche Zellen nicht so vorteilhaft wie die in Beispiel 1 erwähnten. Weder Abwandlungen der Beschaffenheit des porösen amorphen Kohlenstoffs über, den Porositätsbereich von 30 bis 60 fo hinaus, noch ein Betrieb bei anderen Temperaturen als 300C, wie in Beispiel 1, im Bereich 20 bis 40 C beeinflussen den Wirkungsgrad ernsthaft. T7enn der verwendete amorphe Kohlenstoff größere Poren hat, verringern sich die Yifirkungsgrade des Leidens und des Entladens derart, daß ein merklicher Abfall des Wirkungsgrades bemerkbar ist, wenn die Poren Durchmesser von mehr als 300 Mikron haben. Dies ist ebenso der Fall, wenn der Umlauf in der Reaktionszone durch Erhöhung des Drucks, mit dem der Elektrolyt durch die Poren hindurch tritt, so hoch gehalten wird, daß die Poren erweitert werden, so daß gasförmiges Chlor mit der Zinkelektrode in Berührung kommt.If the dimensions of the cell are changed so that the reaction zones are twice as thick, the battery size must be increased and therefore such cells as those mentioned in Example 1 are not as advantageous. Neither modifications of the nature of the porous amorphous carbon beyond the porosity range from 30 to 60 fo , nor operation at temperatures other than 30 ° C., as in Example 1, in the range 20 to 40 ° C. seriously affect the efficiency. If the amorphous carbon used has larger pores, the suffering and discharging efficiencies decrease so that a marked drop in efficiency is noticeable when the pores are larger than 300 microns in diameter. This is also the case if the circulation in the reaction zone is kept so high by increasing the pressure with which the electrolyte passes through the pores that the pores are widened so that gaseous chlorine comes into contact with the zinc electrode.

Die Erfindung ist zwar anhand der· Zeichnung und der Beispiele näher erläutert worden, aber sie ist hierdurch natürlich nicht auf diese beschränkt, da für die einzelnen erfindungsgemäßen Merkmale oder Maßnahmen Äquivalente eingesetzt werden können, ohne daß der ErfindungsgedankeThe invention is based on the drawing and the examples has been explained in more detail, but it is of course not limited to these, as for the individual According to the invention features or measures equivalents can be used without affecting the inventive concept

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PaPa

hierdurch verlassen wird. In diesem Sinne sei bemerkt, daß "bei der porösen Graphitelektrode nach Fig. 4 je ein kleines Loch (1,2 mm = 3/64") in jeden Durchlaß am Kopf desselben gebracht haben. Diese Löcher ermöglichen, daß jegliches Gas, das in den Stapel bzw. Block gerät, entweichen kann, so daß eine Sperre aus bzw. durch Gas in den Kanälen verhindert wird. Es werden ähnliche Spannungen bei offenem Stromkreis und bei verschiedenen Entladegeschwindigkeiten wie nach Beispiel 1 erhalten.is thereby left. In this sense it should be noted that "with the porous graphite electrode according to FIG. 4 a small hole (1.2 mm = 3/64") in each passage on the head have brought the same. These holes allow any gas that gets into the stack or block to escape can, so that a blockage from or by gas in the channels is prevented. There will be similar tensions obtained with an open circuit and at different discharge speeds as in Example 1.

Die Erfindung kann auch auf andere Zellensysteme angewandt werden, z.B. auf solche vom Typ Zink/alkalisch (Zinkat)/Sauerstoff, aber die Zink/Zinkchlorid/Chlor-Systeme erscheinen wesentlich günstiger. Außerdem werden gleich gute Ergebnisse erzielt, wenn die Löcher in der Elektrode 0,8 mm (= 1/32") groß sind«The invention can also be applied to other cell systems, for example those of the zinc / alkaline type (Zincate) / oxygen, but the zinc / zinc chloride / chlorine systems appear much cheaper. In addition, equally good results are achieved if the holes are in of the electrode are 0.8 mm (= 1/32 ") in size«

Die Löcher zum Entweichen des Gases können auch in der undurchlässigen Elektrode statt in der hierfür bevorzugten porösen Elektrode angebracht sein. Der Wachteil von Löchern in der undurchlässigen Elektrode besteht darin, daß dann Elektrolyt in eine andere Zelle fließen könnte, was zu inneren Kurzschlüssen führen kann. Durch Anordnung der Löcher in der porösen Elektrode bleiben die Kennwerte der einzelnen Zelle aufrechterhalten.The holes for the escape of the gas can also be in the impermeable electrode instead of in the one preferred for this purpose be attached porous electrode. The weak part of holes in the impermeable electrode is that electrolyte could then flow into another cell, which can lead to internal short circuits. By The arrangement of the holes in the porous electrode maintains the characteristics of the individual cell.

309821/0797309821/0797

Claims (1)

- 33 Patentansprüche s- 33 patent claims s 1. Bipolare Elektrode für eine Zelle einer Vorrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer gas- und elektrolytundurchlässigen Wand (21) und einem porösen Körper (25) "besteht, der an einer Seite der Wand festgehalten ist und mehrere Durchlässe (29) zum Hindurchleiten eines Elektrolyten aufweist, die von der Wand und dem porösen Körper "begrenzt sind und sich quer über die Wand fast über deren gesamte Länge erstrecken, und daß der poröse Körper im rechten Winkel zur Wand für den Elektrolyten durchlässig ist.1. Bipolar electrode for one cell of a device for storing electrical energy, characterized in that it consists of a gas- and electrolyte-impermeable wall (21) and a porous body (25) ", which is held on one side of the wall and several passages (29) for passing through of an electrolyte, bounded by the wall and the porous body "and extending across the wall extend almost its entire length, and that the porous body at right angles to the wall is permeable to the electrolyte. 2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die undurchlässige Wand (21) aus Graphit besteht, ein Überzug (23) aus einem stark elektropositiven Metall auf der Seite der Wand angeordnet ist, die der dem porösen Körper (25) zugekehrten Wand gegenüberliegt, und der poröse Körper aus einer Kohlenstoffart besteht, die aus der Gruppe amorpher Kohlenstoff und Graphit gewählt ist, und eine einheitliche Struktur aufweist mit einer derartigen Porosität, daß ein Querschnitt zwischen 20 und 80 Kohlenstoff enthält, wobei die2. Electrode according to claim 1, characterized in that the impermeable wall (21) consists of graphite, a coating (23) made of a strongly electropositive metal is arranged on the side of the wall which is opposite the wall facing the porous body (25) , and the porous body is made of a type of carbon selected from the group consisting of amorphous carbon and graphite, and has a unitary structure with such a porosity that a cross section contains between 20 and 80 ° carbon, the - 34 309821/0797 - 34 309821/0797 Poren, im, oder Durchlässe durch, den porösen Kohlenstoff einen mittleren Durchmesser von 5 Ms 300 Mikron haben und die Mindestdicke des porösen Kohlenstoffs zwischen 0,3 und 3 mm liegt.Pores, in, or passages through, the porous carbon an average diameter of 5 ms 300 microns and the minimum thickness of the porous carbon is between 0.3 and 3 mm. '-j. Elektrode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die G-raphitwand (21) 0,5 bis 4 mm dick ist, die poröse Wand (25) aus Kohlenstoff ein- "bis fünfmal so dick wie die Graphitwand ist, daß die sich quer über die Wände erstreckenden Durchlässe (29) für den Elektrolytfluß im wesentlichen gerade, senkrecht, parallel zueinander und im porösen Kohlenstoffkörper angeordnet sind, und daß der poröse Kohlenstoffkörper an der Graphitwand mit einem elektrolytbeständigen Klebstoff (27) befestigt ist. '-j. Electrode according to Claims 1 and 2, characterized in that the graphite wall (21) is 0.5 to 4 mm thick, the porous wall (25) made of carbon is one to five times as thick as the graphite wall that it is transversely over the walls extending passages (29) for the electrolyte flow are arranged essentially straight, perpendicular, parallel to one another and in the porous carbon body, and that the porous carbon body is attached to the graphite wall with an electrolyte-resistant adhesive (27). 4. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallüberzug (23) aus einem Metall der Gruppen II B und YIII des Periodensystems besteht.4. Electrode according to claim 2, characterized in that the metal coating (23) consists of a metal of the groups II B and YIII of the periodic table. 5. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall im Metallüberzug (23) Zink ist.5. Electrode according to claim 2, characterized in that that the metal in the metal coating (23) is zinc. 6. Elektrode nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Wände (21, 25) der Elektrode Löcher6. Electrode according to claim 1 to 3, characterized in that that one of the walls (21, 25) of the electrode has holes 309821/0797309821/0797 (40) zum Durchtritt des ungelösten Gasanteils aufweist, der von einem Elektrolyten mitgeführt wird, in dem Gas gelöst ist.(40) for the passage of the undissolved gas portion, which is carried along by an electrolyte in which gas is dissolved. 7. Elektrode nach Anspruch 1 bis 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt ein wäßriges Metallhalogenid und das Gas ein Halogen ist.7. Electrode according to claim 1 to 3 and 6, characterized in that that the electrolyte is an aqueous metal halide and the gas is a halogen. 8. Elektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt ein Halogenid eines Metalls der Gruppe HB des Periodensystems ist.8. Electrode according to claim 7, characterized in that the electrolyte is a halide of a metal Group HB of the periodic table is. 9. Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Chlor oder Brom ist.9. Electrode according to claim 6, characterized in that the gas is chlorine or bromine. 10. Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (40) durch einen Teil der Elektrode zum Durchtritt von ungelöstem Gas im porösen Teil (25) angeordnet sind.10. Electrode according to claim 6, characterized in that that the holes (40) through a part of the electrode for the passage of undissolved gas in the porous part (25) are arranged. 11. Elektrode nach Anspruch 6 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher- (40) einen Durchmesser zwischen etwa 0,1 und etwa 3,0 mm haben.11. Electrode according to claim 6 and 10, characterized in that that the holes (40) have a diameter between about 0.1 and about 3.0 mm. - 36 -- 36 - 309821/0797309821/0797 - ±56 -- ± 56 - 12. Elektrode nach Anspruch. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Elektrode (25)'so gerillt ist, dai3 bei Anfügen des zweiten Teils (21) die Durchlässe (29) für den Elektrolytfluß gebildet werden.12. Electrode according to claim. 1 and 2, characterized in that that the porous electrode (25) 'is grooved so that when the second part (21) is attached, the Passages (29) are formed for the flow of electrolyte. 13. Bipolare Zelle einer Sekundärbatterie von hoher Stromdichte, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Paar bipolarer Elektroden (13, 15) nach Anspruch 1 und 2, die aus Durchlässen (29), je einem porösen Körper (25) und je einer gas- und elektrolytundurchlässigen Wand (21) mit einem stark elektropositiven Metall (23) an deren einer Seite zusammengesetzt sind, und aus einem Organ besteht, das zur Förderung einer wäßrigen Elektrolytlösung eines Halogenids dieses ketalIs und des elementaren Halogens dieses Halogen!ds durch die Durchlasse zwischen den undurchlässigen und den porösen Teilen einen Druck ausüben kann, der ausreicht, um den wäßrigen Elektrolyten quer durch den porösen Körper in eine Reaktionszone (31) zu treiben, die zwischen dem porösen Körper und der mit einem stark elektropositiven Metall beschichteten undurchlässigen Wand angeordnet ist und dem Haum zwischen den Elektroden darstellt, in dem Metall und Halogen unter Bildung von Metallhalogenid reagieren13. Bipolar cell of a secondary battery of high Current density, characterized in that it consists of a pair of bipolar electrodes (13, 15) according to claim 1 and 2, the passages (29), a porous body (25) and a gas and electrolyte impermeable Wall (21) composed of a strongly electropositive metal (23) on one side thereof and consists of an organ designed to convey an aqueous electrolyte solution of a halide this ketalIs and the elemental halogen this Halogen! Ds through the passages between the impermeable and the porous parts can exert a pressure sufficient to cause the aqueous electrolyte to drive across the porous body in a reaction zone (31) between the porous body and the impermeable wall coated with a highly electropositive metal is arranged and the hood represents between the electrodes, in which metal and halogen react to form metal halide 309821/0797309821/0797 und einen zwischen der Metall- und der Halogenelektrode fließenden elektrischen Strom erzeugen können.and one between the metal and halogen electrodes can generate flowing electrical current. 14. Bipolare Zelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die undurchlässigen Wände (21) aus Graphit bestehen, daß das stark eIektrοpositive Metall (23) auf den Seiten der Wände aufplattiertes Zink ist, daß der poröse ICörper (25) aus amorphen Kohlenstoff oder Graphit besieht und eine derartige Porosität aufweist, daß ein Querschnitt aus 20 bis 80 °ß> Kohlenstoff (einschließlich Graphit) besteht und die Poren im, oder Durchlässe durch, den Kohlenstoff mittlere Durchmesser von 5 bis 300 Mikron haben, daß die Durchlässe (29) sich auer über die Wände fast über deren Gesamtlänge erstrecken, senkrecht verlaufen, flach sind und Verhältnisse von Breite zu Dicke im Bereich von 2:1 bis 1Os1 aufweisen, daß die Elektroden flach sind, daß das Organ zur Förderung der halogenhaltigen wäßrigen HaIogenidelektrolytlösung durch die Durchlässe und den porösen Kohlenstoff eine Pumpe ist und daß das Organ zum Entfernen des Elektrolyten aus den Durchlässen eine Abfuhrleitung (19) aufweist, die mit mehreren Durchlässen verbunden ist.14. Bipolar cell according to claim 13, characterized in that the impermeable walls (21) are made of graphite, that the highly electrolytic metal (23) is plated on the sides of the walls , that the porous IC body (25) made of amorphous carbon or Graphite and has such a porosity that a cross-section consists of 20 to 80 ° ß> carbon (including graphite) and the pores in, or passages through, the carbon have an average diameter of 5 to 300 microns that the passages (29) extend over almost the entire length of the walls, run vertically, are flat and have width-to-thickness ratios in the range of 2: 1 to 10s-1, that the electrodes are flat, that the organ for conveying the halogen-containing aqueous halide electrolyte solution through the passages and the porous carbon is a pump and that the organ for removing the electrolyte from the passages has a discharge line (19) which is denoted by me its passages is connected. - 38 -- 38 - 309821/079?309821/079? ORIGINAL WSPECTEDORIGINAL WSPECTED 15ο Bipolare Zelle nach Anspruch. 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Zink (23) auf den Graphitteilen der Zelle und die aus porösem Kohlenstoff bestehenden Teile (25) der Zelle durch einen Rahmen auf Abstand gehalten 'werden, wobei der Rahmen mit den Zinkelektroden, den Elektroden aus porösem Kohlenstoff und dem Elektrolyten die Zelle bildet.15ο bipolar cell according to claim. 14, characterized in that that the zinc (23) on the graphite parts of the cell and the parts (25) made of porous carbon the cell are held at a distance by a frame, the frame with the zinc electrodes, the electrodes the cell is made up of porous carbon and the electrolyte. 16. Bipolare Zelle nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt eine wäßrige Zinkchloridlösung mit einem Gehalt an elementarem Chlor ist und die Zinkplattierung zwischen 25 und 4000 Mikron dick ist.16. Bipolar cell according to claim 13 to 15, characterized in that that the electrolyte is an aqueous zinc chloride solution containing elemental chlorine and the zinc plating is between 25 and 4000 microns thick. 17· Vorrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektrodengefäß mindestens eine positive (13) und eine negative (15) Elektrode, wobei die negative Elektrode eine Oberfläche (23) aus einem oxydierbaren Metall aufweist, das sich elektrochmeisch mit einem Halogen vereinigen kann, und einen Elektrolyten enthält, in dem gasförmiges Halogen gelöst ist und der in elektrischem Kontakt mit der positiven und der negativen Elektrode steht, wobei zumindest eine Elektrode die Elektrode nach Anspruch 1 ist.17 device for storing electrical energy, characterized in that an electrode vessel at least a positive (13) and a negative (15) electrode, the negative electrode being a surface (23) consists of an oxidizable metal which electrochemically combine with a halogen can, and contains an electrolyte in which gaseous halogen is dissolved and which is in electrical Contact is made with the positive and negative electrodes, at least one electrode being the electrode according to claim 1 is. - 39 309821/0797 - 39 309821/0797 ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED 18. Vorrichtung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden "bipolare Elektroden sind und daß deren andere Seite für den Gas- und/oder Elektrolytstrom undurchlässig isto 18. The device according to claim 17 »characterized in that the electrodes" are bipolar electrodes and that the other side is impermeable to the gas and / or electrolyte flow o 19. Torrichtung nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt ein -wäßriges Metallhalogenid und das G-as ein Halogen isto 19. Gate direction according to claim 17 and 18, characterized in that the electrolyte is an aqueous metal halide and the gas is a halogen o 20. Torrichtung nach Anspruch 17 'und 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt ein Halogenid eines Metalls der Gruppe II B des Periodensystems ist.20. Gate direction according to claim 17 'and 18, characterized in that that the electrolyte is a halide of a metal of Group II B of the periodic table. ο Vorrichtung nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Chlor oder 3rom ist. -ο Device according to claims 17 and 18, characterized in that that the gas is chlorine or 3rom. - 22. Vorrichtung nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt Zinkchlorid isto 22. Apparatus according to claim 17 and 18, characterized in that the electrolyte is zinc chloride o 23. Vorrichtung nach Anspruch 6, 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Löcher (40)
zwischen etwa 0,1 und etwa 3 mm liegen.
23. The device according to claim 6, 17 and 18, characterized in that the diameter of the holes (40)
between about 0.1 and about 3 mm.
24. Vorrichtung nach Anspruch 17 "bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zellen mit "bipolaren Elektroden24. Device according to claim 17 "to 23, characterized in that that multiple cells with "bipolar electrodes - 40 309821/0797 - 40 309821/0797 ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED ? ? S R R Λ? ? S R R Λ (13, 15) elektrisch in oerie zuä.'Jiiimengeschaltet und mit einer Vorrichtung π um iviibchen des Eleki-rolyten aus den Zellen, einer Vorrichtung zur Anreicherung des wäßrigen Zinkchlorid-Elektrolyten mit elementarem Chlor nach iibüchluß der elelrtrolytischen Reaktion und Umwandlung des Chlors in Chlorid und einer Vorrichtung zum erneuten Inumlaufbringen des angereicherten Elektrolyten durch die Zellen versehen sind.(13, 15) electrically connected to other devices and with a device π around the corner of the electrolyte from the cells, a device for enriching the aqueous zinc chloride electrolyte with elemental Chlorine after completion of the electrolytic reaction and converting the chlorine to chloride and means for recirculating the enriched one Electrolytes are provided through the cells. 25. Verfahren zum Erzeugen von elektrischer Energie in einer Vorrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, daß einwäßriger l.ietallhalogenid-Elektrolyt, der gelöstes Halogen enthält, in ein Elektrodengemäß hinein-, durch dieses hindurch- und aus diesem herausgeleitet wird, wobei das Elektrodengefäß mindestens eine poröse positive und eine negative Elektrode enthält und wobei die nef'ative Elektrode eine Uberfläche aus einem oxydierbaren Metall aufweist, und daß der Elektrolyt und gelöstes Gas durch die Poren der positiven Elektrode und ungelöstes Gas durch die Löcher in der Elektrode releitet werden, wodurch Strom erzeugt wird.25. A method for generating electrical energy in a device for storing electrical energy Energy, characterized in that an aqueous metallic halide electrolyte, containing dissolved halogen into and through an electrode is passed through and out of this, the electrode vessel having at least one porous positive and contains a negative electrode and wherein the nef'ative Electrode has a surface made of an oxidizable metal, and that the electrolyte and dissolved Gas through the pores of the positive electrode and undissolved gas through the holes in the electrode relieved, whereby electricity is generated. 26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der wäßrige Zinkchlorid-Elektrolyt, der gelöstes26. The method according to claim 25, characterized in that the aqueous zinc chloride electrolyte, the dissolved - 41 309821/079"' - 41 309821/079 "' ORIGINAL !MSPECTEDORIGINAL! MSPECTED Chlor enthält, quer durch eine Elektrode aus porösem Kohl'3113toff geleitet, nach Ionisierung eines Teils deο ursprünglichen Chlors mit Chlor angereichori-, mit jener Elektrolyt-Teilmenge, die das. Elek-Contains chlorine across a porous electrode Kohl'3113toff, after ionizing one Partly deο original chlorine enriched with chlorine, with that part of the electrolyte that makes up the. vo:.en'>e±U.ii durchströmt hat, gemischt und in das Elektrodengefäß zurückgeleitet wird, wo"bei das Mischen entweder vor oder nach der Anreicherung durchgeführt wird. vo : .en '> e ± U.ii has flowed through, mixed and returned to the electrode vessel, where "the mixing is carried out either before or after the enrichment. 27. Verfahren nach Anspruch 25» dadurch -aekennzeichnet, daß eine -Elektrode, die gas- und elektrolytundurchlässig ist, als negative Elektrode geschaltet wird.27. The method according to claim 25 »characterized - a e indicates that an electrode, which is impermeable to gas and electrolyte, is connected as a negative electrode. 28. Verfahren nach Anspruch 25» dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolyt ein Halogenid eines Metalls der Gruppe II B des Periodensystems eingesetzt wird.28. The method according to claim 25 »characterized in that that a halide of a metal from group II B of the periodic table is used as the electrolyte. 29. Verfahren nach Anspruch 25» dadurch gekennzeichnet, daß fels Gas Chlor oder Brom eingesetzt werden.29. The method according to claim 25 »characterized in that that rock gas chlorine or bromine are used. 30. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolyt Zinkchlorid eingesetzt ?i/ird.30. The method according to claim 25, characterized in that that zinc chloride is used as the electrolyte. '31 . Verfahren nach Anspruch 25 "bis 30, dadurch gekenn-'31. Method according to claim 25 "to 30, characterized in that - 42— 309821/0797 - 42-309821 /0797 ? ? .S S R 4? ? .S S R 4 zeichnet, daß der Elektrolyt am Boden der Elektrode eingeführt und <i>3 un -elaste Gaa und der Elektrolyt ata Kopf der Elektrode abgeuo ~'en werden.draws that the electrolyte at the bottom of the electrode introduced and <i> 3 un -elaste Gaa and the electrolyte ata head of the electrode must be removed. 52. Verfahren nach Anspruch 25 bis l'O, dadurch i'ekenn—
zeichnet, daß dos --aa durch Locher in der positiven porösen Elektrode geleitet v>ird.
52. The method according to claim 25 to 10, characterized in that i'ekenn—
shows that dos --aa is passed through holes in the positive porous electrode.
'yj» Verfahren nach Anspruch j2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch in der porösen Elektrode befindliche Löcher mit einem Durchmesser von etwa 0,1 bis etwa ;3,Ö mn ^eleitet iärd. 'yj' The method of claim j2, characterized in that the gas through the porous electrode located in holes having a diameter of about 0.1 to about; 3, Ö ^ mn eleitet iärd. 309821/0797309821/0797 BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
DE19722255845 1971-11-18 1972-11-15 Galvanic battery with at least two gas-depolarized cells Expired DE2255845C3 (en)

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