DE2352042A1

DE2352042A1 - Wiederaufladbares thermalelement

Info

Publication number: DE2352042A1
Application number: DE19732352042
Authority: DE
Inventors: Heinrich Rabenstein
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1973-10-17
Filing date: 1973-10-17
Publication date: 1975-05-07

Description

Beg.-Nr. 6FP 235 DT ■■ 6233 Kelkheim, den.10.10.1973

EAP-Fri/Mar

Batterie Aktiengesellschaft 3000 Hannover, Stöckener Str. 351

Wiederaufladbares Thermalelement

Gegenstand der Erfindung ist ein wiederaufladbares Thermalelement, bei dem die positive Elektrodenma'sse überwiegend aus· elementarem Brom und die negative Elektrodenmasse überwiegend aus elementarem Lithium bestehen.

Im Hinblick auf die zunehmende Luftverschmutzung durch -Verbrennungsmotoren wird deren Ersatz durch den umweltfreundlichen Elektroantrieb immer "notwendiger. Während der mechanische Teil des Antriebs als weitgehend gelöst betrachtet werden kann, ist das Mitführen der im Endeffekt in elektrischer Form benötigten Energie noch mit Schwierigkeiten verbunden.

Zur Lösung dieses Problems sind elektrochemische Systeme mit wäßrigem Elektrolyten, organischem Elektrolyten, Schmelzelektrolyten, Festkörperelektrolyten und mit "gasförmigem Elektrolyten" (MHD-Generator) vorgesehen worden,, -die jedoch alle in wenigstens einem der nachfolgenden Punkte Nachteile, die ihre praktische"Verwendbarkeit zu Traktionszwecken einschränken, auf v/ei sen.

1. Gewichtsspezifische Energiedichte,

2. volumenspezifische Energiedichte, :

3. gewichtsspezifißche Leistung,

4. volumenspezifische Leistung.,

5. Materialkosten,.

6. Herstellkosten,

7. Zeit- und Arbeitsaufwand beim Betrieb,

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8. Lebensdauer,

9. Sicherheitsvorkehrungen,

10. Zuverlässigkeit.

Es sind bereits Thermalbatterien mit einem Alkalimetall, z.B. •Lithium als negativem Elektrodenmaterial und einem Halogen, z.B. Brom als positivem Elektrodenmaterial und einem Elektrolyten, der im wesentlichen aus einer Mischung von Alkalihalogeniden, z.B.- Lithiumbromid und Kaliumbromid besteht, bekannt. Diese bekannten Elemente erfüllen die Anforderungen gemäß den. Punkten 1 bis 4, im Hinblick auf die Punkte 5 "bis 10 besitzen sie jedoch erhebliche Nachteile.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Thermalelement zu entwikkeln, das die Nachteile der bekannten Ausführungsformen nicht besitzt und bei dem die Anforderungen gemäß den Punkten 5 bis 10 erfüllt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Thermalelement einen eine Trennwand aufweisenden Zellenbehälter besitzt, daß diese Trennwand von oben her in den am Boden ■ des Behälters angeordneten Elektrolyten hineinragt und den Raum oberhalb des Elektrolyten in zwei Kammern unterteilt, daß in der einen Kammer die negative Elektr.odenmasse und in der anderen Kammer eine mit dem positiven Ableiter verbundene poröse Platte auf dem Elektrolyten schwimmen und daß die die poröse Platte enthaltende Kammer, mit einer Depolarisatorzuführungsleitung verbunden ist.

Im folgenden wird der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1a bis 2b näher erläutert.

Figur 1a zeigt eine erfindungsgemäße Zelle im Querschnitt. Der innere Teil der Wandung 1 wird von einem gegen die Salzschmelze beständigen keramischen Material gebildet, während der äußere Teil eine wärmeisolierende Schicht darstellt. Die Trennwand 2 dient in erster Linie dazu, positive und negative

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Elektrodenmasse.n gegeneinander zu isolieren. In die Trennwand ist eine Heizspirale eingebracht, die zum Anheizen der erkalteten Batterie dient. Der Anschluß 3 der Heizung ist an eine herkömmliche Starterbatterie angeschlossen. Der negative und der positive Ableiter bestehen aus Metalldrähten, 'von denen der positive Ableiter an die poröse Kohlenstoffplatte 4 angeschlossen ist. Die Kohlenstoff platte schwimmt" auf dem Elektrolyten 5, der zum überwiegenden Teil aus Lithi-.umbromid besteht. Der Elektrolyt enthält Zusätze von Kaliumbromid, Lithiumchlorid und- Kaliumchlorid. Das Zuleitungsrohr 6 führt zum Brom-Behälter, Figur 1b.

Der kugelförmige Metallbehälter besitzt Wärmeaustauscherrippen 7, die einmal dazu dienen, die mechanische Festigkeit des Behälters zu erhöhen und zum zweiten sollen sie die -Verdampfungswärme für das Br. aus dem Fahrtwind-ziehen, der anschliessend zur Kühlung des Fahrgastraumes benutzt werden kann. Bei der Ladung dienen die Rippen zur Ableitung der Kondensat!onswärme. Bei niedrigen Außentemperaturen muß die nötige Verdampf ungswärrne durch den Tauchsieder S zugeführt werden, der seine Energie aus der Batterie erhalt. Am Ausgang 9 des Br _?- Behälters befindet sich ein Sicherheitsventil, das bei batteriezerstörenden Unfällen das Ausströmen des Br_? verhindert. Der Brombehälter selbst muß unfallsicher sein.

Die Figuren 1a'und 1b zeigen" das System im entladenen Zustand. Die Zelle und der Brombehälter müssen luftfrei und trocken sein.

Die Figuren 2a und 2b zeigen das System im geladenen Zustand, wobei sich das elementare Lithium 10 auf der Salzschmelze schwimmend angesammelt hat, während das Brom 11 im externen Behälter kondensierte.

Als besonderer Vorteil des Systems sei die Möglichkeit hervorgehoben, eine vollständig erkaltete Batterie allein mit Hilfe einer Starterbatterie auf die geforderte Betriebstemperatur von mindestens 350° C zu bringen. Zu diesem Zweck, muß die

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Starterbatterie, lediglich dafür sorgen, daß an einer Stelle · der Zwischenwand eine schmale Zone 12 angeschmolzen wird, die eine ionenleitende Brücke zwischen dem Lithium und der Graphitplatte herstellt. Die jetzt kurzzuschließende Zelle sorgt dann rasch für ein vollständiges Aufschmelzen. Selbstverständlich muß die Zelle wenigstens teilweise geladen sein. Die zum Durchschmelzen nötige Energie beträgt - je nach Ladungszustand etwa 5 bis 10 % der Gesamtenergie, s'o daß eine zu 80 % entlade- " ne Batterie noch in der Lage ist, sich mit der Hälfte der verbliebenen 20 % Ladung aufzuheizen und die restlichen 10 % abzugeben.

Ein wiederaufladbares Thermalelement gemäß der Erfindung zeichnet sich insbesondere durch eine hohe gewichts- und volumenspezifische Energiedichte und Leistung aus. Die Materialkosten sind v/esentlich geringer und die Zuverlässigkeit weit höher als bei den bekannten Thermalelementen und da kein Verschleiß der aktiven Masse möglich ist, wird die Lebensdauer bzw. die Zyklenzahl eines erfindungsgemäßen Elements nur durch die Widerstandsfähigkeit des Gefäßmaterials bestimmt.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1. Wiederaufladbares Thermalelement, bei dem die positive Elektrodenmasse überwiegend aus elementarem Brom und die negative Elektrodenmasse überwiegend aus elementarem Lithium bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß es einen eine Trennwand (2) aufweisenden Zellenbehälter (1) besitzt, daß diese Trennwand (2) von .oben her in den am Boden des Behälters angeordneten Elektrolyten hineinragt und den Raum oberhalb des Elektrolyten in zwei Kammern (21, 22) unterteilt, daß in der einen Kammer (21) die negative Elektrodenmasse und in der anderen Kammer (22) eine mit dem positiven Ableiter verbundene poröse Platte (4) auf dem Elektrolyten schwimmen und daß die die poröse Platte (4) enthaltende Kammer (22) mit einer Depolarisatorzuführungsleitung (13) verbunden ist.

2. Thermalelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Trennwand (2) eine Heizwicklung angeordnet ist.

3c Thermalelenient nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Depolarlsatorzuführungsleitung (13) über ein Sicherheitsventil mit einem die Depolarisatorßiasse aufnehmenden Behälter verbinden ist· und daß dieser Behälter eine Heizwicklung (8) besitzt.

4. Thermaleleinent nach Anspruch 3$ dadurch gekennzeichnet_f daß der Behälter Wärmeaustauscherrippen (7) besitzt.

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