DE2514610A1

DE2514610A1 - Verfahren und vorrichtung zur verbindung von zellen eines elektrochemischen generators mit zwangsumlauf

Info

Publication number: DE2514610A1
Application number: DE19752514610
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Pompon
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1974-04-05
Filing date: 1975-04-03
Publication date: 1975-10-23
Also published as: CA1034635A; US3979222A; FR2266958B1; JPS5820111B2; SE7503914L; GB1482235A; DE2514610C2; AU7925875A; SE400671B; JPS50136636A; FR2266958A1; IT1034636B

Description

25H610 L 3, April 1975

S?! GmbH

⁸⁰

COMPAGNIE GENERALE D'ELECTRICITE 54, rue La Boetie, 75382 PARIS CEDEX 08, Frankreich

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR VERBINDUNG VON ZELLEN EINES ELEKTROCHEMISCHEN GENERATORS MIT ZWANGSUMLAUF

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, mit dem die Zellen eines elektrochemischen Generators mit Zwangsumlauf miteinander verbunden werden können, wobei eine Elektrode einer sog. "ersten Art" verwendet wird, d.h. ein entladungsfähiges Metall, das im Elektrolyten eine lösliche Verbindung bildet.

Die Erfindung zielt außerdem auf eine Vorrichtung zur Anwendung eines solchen Verfahrens ab.

Elektrochemische Generatoren mit Zwangsumlauf sind bekannt und sind z.Zt. Gegenstand zahlreicher Untersuchungen, die ihren Einsatz bei umwelverschmutzungsfreien Fahrzeugen betreffen.

509843/0637

25U610

Unter den Generatoren, die eine Elektrode "erster Art" verwenden, bieten die Luft-Zink-Systeme hinsichtlich einer solchen Anwendung ermutigende Aussichten. • . Es sei kurz daran erinnert, daß eine Elementarzelle eines solchen Generators insbesondere einen aktiven katalytischen Teil umfaßt, der vor allem den Luftsauerstoff elektrochemisch reduzieren kann, ferner einen ionen-durchlässigen Separator, um den eine alkalische, suspendiertes Zinkpulver enthaltende Lösung fließt; der elektrochemische Prozess besteht in der Oxydation des Zinks durch die Luft unter Auftreten einer elektromotorischen Kraft.

Zur Bildung eines Generators ist es daher notwendig, elektrisch und hydraulisch solche Elementarzellen oder Zellen untereinander zu koppeln.

Eine Kopplungsart besteht darin, die Zellen der Reihe nach mit der alkalischen Lösung zu versorgen und die Elemente elektrisch in Reihe zu schalten.

Auf diese Weise stellt man Zellengruppen oder Moduln zusammen, die eine begrenzte Anzahl von Zellen aufweisen, und es ist natürlich möglich, solche Moduln untereinander zu koppeln, um einen Generator mit vorbestimmten nominalen elektrischen Eigenschaften herzustellen.

Die hydraulische Reihenschaltung von Zellen wird zwischen zwei Nachbarzellen mit Hilfe eines aus einem isolierenden Material bestehenden. Rohrs durchgeführt.

Ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen entstehen bei einer solchen hydraulischen Kopplungsart Störströme, deren Natur weiter

509843/0637

25U610

unten näher erläutert wird. Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Störströme zu reduzieren.

Bei einem Verfahren zur Verbindung von Zellen eines elektrochemischen Generators, in dem ein Elektrolyt innerhalb der Zellen fließt, der ein Metall in Suspension enthält, das bei der Entladung eine lösliche Verbindung in den Elektrolyten abgibt, wobei jede Zelle insbesondere eine aktive Katalyseschicht, ein negatives Kollektorgitter sowie ein positives Kollektorgitter aufweist, und diese Gitter jeweils auf beiden Seiten verlängert und an Kabelmarken elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Zellen hydraulisch in Reihe mit dem Elektrolyten gespeist werden und untereinander elektrisch in Reihe geschaltet sind, ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der Zellen mindestens teilweise die Innenseite der negativen Kabelmarke, die flüssigkeitsmäßig dem folgenden Element und dem höheren Potential am nächsten liegt, mit einer elektrisch isolierten Abdeckung versehen wird.

Die Erfindung zielt außerdem auf eine Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ab.

Die Erfindung wird im Verlauf der nachfolgenden Beschreibung anhand der einzigen Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt zwei Zellen 1 und I¹, die praktisch untereinander gleich sind und nacheinander mit einer Kaliumlösung versorgt werden, die suspendiertes Zinkpulver enthält; diese Versorgung mit Kaliumlösung geschieht durch Leitungen 2, 2¹, 2", die elektrisch isoliert sind. Die Stromungsrichtung ist durch Pfeile F symbolisiert.

509843/0637

25U610

Bei diesen Zellen kann es sich beispielsweise um Zellen handeln, wie sie in der DT-OS 2 262 17O und der Fr-PT 73 14 765 beschrieben sind.

Es sei in diesem Zusammenhang daran erinnert, daß jede der Zellen ein negatives Kollektorgitter a, einen porösen Separator b, eine poröse aktive Katalysatorschicht c sowie ein positives Kollektorgitter d aufweist, welches von einer porösen wasserabstoßenden Schicht e umgeben wird. Ferner sorgen Kabelmerken f und g, die an die negativen bzw. positiven Kollektorgitter a und d angeschlossen sind, für die elektrische Verbindung der Zellen untereinander.

In der Zelle I¹ sind gleiche Organe wie in der Zelle 1 mit gestrichenen Buchstaben bezeichnet.

In den Zellen 1 und I¹ erzeugt die Oxydation des Zinks durch die Außenluft in Höhe der Katalyseschichten c und c¹ eine elektromotorische Kraft, die zwischen den Kabelmarken f und g bzw. f und g¹ abgenommen wird.

Die Zellen sind elektrisch mit Hilfe eines Leiters in Reihe geschaltet, der eine Verbindung zwischen den Kabelmarken g und f der Zellen 1 bzw. 1' herstellt.

Es ist also ersichtlich, daß der von der Kabelmarke g, den Schichten c und e, dem in der Leitung 2¹ fließenden Elektrolyten, der Schicht a¹, der Kabelmarke f' und dem Leiter 3 gebildete elektrische Stromkreis einen Störkreis bildet, der einen durch die beiden so kurzgeschlossenen Halbzellen erzeugten Verluststrom abgibt. Selbstverständlich kann der Verluststrom verringert werden, indem eine ausreichend große Länge für die

509843/0637

25U610

_ 5 —

Leitung 2¹ vorgesehen wird, um so den ohmschen Widerstand des Störkreises zu erhöhen.

Zwischen einem Bereich A in der Schicht a und einem Bereich B der Zelle 1 am äußeren Kabelmarkenende liegen gleichzeitig zwei Wege für den Transport der elektrischen Ladungen, d.h. für den im Störkreis fließenden Strom, vor ;

- der erste Übertragungsweg wird von OH-Ionen genommen, die von der Schicht c, wo sie gebildet werden, bis zum Elektrolyten wandern, indem sie die Schichten b und a durchlaufen und dann unter der Wirkung des elektrischen Feldes in der Leitung 2¹ fortbewegt werden,

- der zweite Übertragungsweg wird von OH-Ionen genommen, die von der Schicht c, wo sie gebildet werden, bis zum metallischen Kollektor a, beispielsweise im Bereich A wandern; hier kann jedes OH-Ion bei der Berührung mit einem suspendierten Zinkteilchen ein Zinkation und ein Elektron bilden; diese letztere Ladung gelangt über die Kabelmarke f in den Bereich B und liefert mit einem Zinkation der Lösung einerseits ein Zinkteilchen und andererseits ein OH-Ion, das auf seinem Wege durch die Leitung 2¹ bei Berührung mit der Kabelmarke f¹ entladen wird. So kommt es auf der Innenwandung der Kabelmarke zu einer allmählichen Zinkablagerung, die entlang dem elektrischen Feld in der Leitung 2* zunimmt und, wenn die Ablagerung die Kabelmarke f¹ erreicht, die Zelle 1 völlig kurzschließt.

Um diese schädliche Auswirkung zu vermeiden, wird erfindungsgemäß auf der Innenseite der Kabelmarke f eine isolierende Abdeckung 4 vorgesehen, so daß die für den Bereich B

509843/0637

25U610

beschriebene Umwandlung nicht stattfinden kann und so der zweite ijbertragungsweg blockiert wird.

Bei dieser Abdeckung 4 kann es sich um ein Kunststoffrohr oder eine Kunststoffhaube handeln, die auf die Kabelmarke gesteckt oder geklebt ist, oder um einen Isolierlack oder um andere Mittel.

Natürlich -wird eine solche Abdeckung auch am Ausgang der Zelle I¹ angeordnet, die dort das Bezugszeichen 4' trägt und ihrerseits an eine weitere (hier nicht dargestellte) Zelle angeschlossen ist; es ist jedoch nicht notwendig, diese Abdeckung auf der Innenseite der Kabelmarke f¹ am Eingang der Zelle I¹ vorzusehen.

Für die vorliegende Beschreibung wurde angenommen, daß es sich um einen elektrochemischen Generator handelt, bei dem Zink eingesetzt wird. Selbstverständlich kann das Zink durch jegliches Metall ersetzt werden, das bei Entladung im Elektrolyten lösliche Verbindungen liefert, ohne daß dann der Rahmen der Erfindung gesprengt würde.

Außerdem wurde angenommen, daß die Zellen Rohrform aufweisen, jedoch kann die Erfindung vom Fachmann ohne Schwierigkeiten auf jede beliebige Zellenform, insbesondere auf flache Zellen, übertragen werden.

509843/0637

Claims

25H610

PATENTANSPRÜCHE

¹I- Verfahren zur Verbindung von Zellen eines elektrochemischen Generators, in dem ein Elektrolyt innerhalb.der Zellen fließt, der ein Metall in Suspension enthält, das bei der Entladung eine lösliche Verbindung in den Elektrolyten abgibt, wobei jede Zelle insbesondere eine aktive Katalyseschicht, ein negatives Kollektorgitter sowie ein positives Kollektorgitter aufweist und diese Gitter jeweils auf beiden Seiten verlängert und an Kabelmarken elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Zellen hydraulisch in Reihe mit dem Elektrolyten gespeist werden und untereinander elektrisch in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der Zellen (1, I¹) mindestens teilweise die Innenseite der negativen Kabelmarke (f), die flüssigkeitsmäßig dem folgenden Element (I¹) und dem höheren Potential am nächsten liegt, mit einer elektrisch isolierten Abdeckung (4) versehen wird.

2 - Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 auf einen elektrochemischen Generator mit mehreren Zellen, in dem ein Elektrolyt innerhalb der Zellen fließt, der ein Metall in Suspension enthält, das bei der Entladung eine lösliche Verbindung in den Elektrolyten abgibt, wobei jede Zelle insbesondere eine aktive Katalyseschicht, ein negatives Kollektorgitter sowie ein positives Kollektorgitter aufweist und diese Gitter jeweils auf beiden Seiten verlängert und an Kabelmarken elektrisch miteinander verbunden sind, wobei

509843/0637

_ 3 —

die Zellen hydraulisch in Reihe mit dem Elektrolyten gespeist werden und untereinander elektrisch in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (4, 4¹) vorgesehen sind, die in jeder der Zellen (1, I¹) mindestens zum Teil die Innenseite der negativen Kabelmarke (f), die flüssigkeitsmäßig der nachfolgenden Zelle (I¹) und dem höheren Potential näher liegt, elektrisch isolieren, damit die Störübertragung von Ladungen, die aus der Reihenschaltung der beiden Zellen (1, I¹) stammen, lediglich durch Ionenleitung im zwischen den beiden Zellen fließenden Elektrolytstrom stattfinden kann.

3 - Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (4, 4¹) aus einer Abdeckung der Innenwandung der Kabelmarke (f) mit einem isolierenden Material bestehen.

4 - Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung aus einem Kunststoffröhrchen besteht.

5 - Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung aus einer Lackschicht besteht.

6 - Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt eine Kaliumlösung enthält und als suspendiertes Metall Zinkpulver enthält.

χ
509843/0637