DE2645359A1

DE2645359A1 - Brennstoffzelle mit wenigstens einem verbesserten zellenelement

Info

Publication number: DE2645359A1
Application number: DE19762645359
Authority: DE
Inventors: Jacques Frankreich Cheron
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1975-10-09
Filing date: 1976-10-07
Publication date: 1977-04-21
Also published as: GB1518057A; BE846901A; NL7611193A; FR2327645A1; JPS5284436A; SE7611136L; IT1073332B; US4113923A; ES452201A1; CA1067569A; FR2327645B1; CH598697A5; SE421735B

Description

IUSTITUT ERANOAIS DU PETROLE, Rueil-Malmaison, Prankreich

Brennstoffzelle mit wenigstens einem verbesserten Zellenelement

Die Erfindung "betrifft eine Brennstoffzelle mit wenigstens einem verbesserten Zellenelement.

Die Brennstoffzellen weisen als Zellenelemente gruppierte Elektroden auf, welche elektrisch untereinander entsprechend den Nenncharakteristiken der Brennstoffzelle verbunden sind.

Die Elektroden der Brennstoffzellen nach dem Stand der Technik sind durch Verbindungsfahnen oder -laschen verlängert, welche bei der Montage der Brennstoffzelle es erlauben, die gewünschten Anschlüsse über irgend eine bekannte Einrichtung, beispielsweise durch Schweißen oder dergleichen herzustellen.

Die elektrischen Verbindungen stellen zur Zeit Probleme, da sie die Herstellung der Zellen aufgrund ihrer Anzahl komplizieren,

709816/0831

die um so höher liegt, je größer die Nennleistung der Brennstoffzelle ist, allerdings auch hinsichtlich der Sorgfältigkeit, die sie für ihre Herstellung benötigen.

Torgeschlagen werden soll eine Brennstoffzelle, welche die oben genannten Nachteile nicht aufweist·

Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einer Brenn» stoffzelle mit wenigstens einem BrennstoffZeilenelement, dessen Konzeption es ermöglicht, während der Herstellung der Brennstoffzelle sämtliche Vorgänge der elektrischen Verbindung, die notwendigerweise während der Montage bei einer Brennstoffzelle nach dem Stand der Technik vorgenommen werden müssen, in Fortfall kommen zu lassen.

Wenn die Brennstoffzelle mehrere Zellenelemente aufweist, ermöglicht es die erfindungsgemäße Maßnahme, die elektrische Verbindung dieser Elemente untereinander außerhalb des Zellenblockes vorzunehmen, was die Herstellung dieser Verbindungen erleichtert.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nu:n mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

Figuren 1A und 1B schematisch im Schnitt einen Zellenblock nach der Erfindung mit einem einzigen Brennstoffzellenelement zeigen;

Figur 2 zeigt einen Zellenblock mit zwei parallel geschalteten Zellenelementen und

Figur 3 zeigt den allgemeineren Fall einer Brennstoffzelle nach der Erfindung mit mehreren Zellenelementen·

709816/0831

- Tf-

In Eigur 1A ist schematisch im Schnitt ein Zellenblock mit einem einzigen Zellenelement gezeigt. Das Bezugszeichen 1 "bezeichnet den Zellenblock, in welchem zwei Endelektroden 2 und 3 und Zwischenelektroden 4 "bis 7» die zwischen den Endelektroden angeordnet sind, Kammern 10 bis 16 begrenzen. Gewisse dieser Kammern sind zur Aufnahme eines Elektrolyten wie beispielsweise Kaliumhydroxid KOH, andere für die Aufnahme eines Verbrennungsmittels (Sauerstoffträgers) wie beispielsweise reinen Sauerstoff O₂ oder Luft und die letzteren zur Aufnahme eines Brennstoffs wie beispielsweise Wasserstoff H₂ bestimmt. Die Brennstoffzelle umfasst nicht dargestellte Einrichtungen, die den Zellenblock 1 mit Elektrolyt, Verbrennungsmittel und Brennstoff speisen. Diese durch Kreise gebildeten Einrichtungen, in welchen geeignete Organe vorgesehen sind, um die Speisung des Zellenblockes % unter genau festgelegten Bedingungen zu gewährleisten, sind an sich bekannt und werden daher nicht genauer beschrieben.

Die Endelektroden 2 und 3 sind mit Verbindungslaschen oder -fahnen 200 und 300 versehen, die es ermöglichen, die Brennstoffzelle mit dem elektrischen Verbraucherkreis zu verbinden«

Wie aus Figur 1A zu ersehen, sind die Zwischenelektroden 4 bis 7 durch die Schenkel zweier ü- oder V-förmiger Teile oder Organe gebildet, die hier mit dem Bezugszeichen 8 und 9 bezeichnet sind. Diese beiden elektrisch leitenden TJ-förmigen Organe sind gegen einander isoliert und derart angeordnet, daß einer der Schenkel eines beliebigen der U-förmigen Organe sich zwischen die beiden Schenkel des zweiten U-förmigen

709816/0831

Organs setzt. Die Schenkel dieser beiden ü-förmigen Organe bilden unter einander eine zentrale Kammer 13 und zwei benachbarte Kammern 12 und 14| die zu beiden Seiten der zentralen Kammer angeordnet sind.

Außerdem begrenzen die U-förmigen Organe mit den Endelektroden 2 und 3 Kammern 11 und 15, während die Kammern 10 und durch die Endelektroden und den Zellenblock 1 begrenzt sind.

Während des Arbeitens der Zelle enthalten die Kammern, 11, und 15 den Elektrolyten, während die Kammern 10 und 14 mit Verbrennungsmittel über nicht dargestellte Speiseeinrichtungen und die Kammern 12 und 16 mit Brennstoff gespeist werden.

Figur 1A ist leicht zu ersehen, daß jede Elektrolytkammer zwischen eine Brennstoffkammer und eine Verbrennungsmittelkammer zwischengeschaltet ist.

Die U- oder V-förmigen Organe oder Teile bestehen vorzugsweise aus einer PoIie eines elektrisch leitfähigen Materials, beispielsweise einer Streckmetallfolie bzw. einer Folie aus einem mit Überzug versehenen Metall, wobei jede der Flächen der Schenkel dieser Organe mit einem geeigneten Kathalysator in an sich bekannter Weise bedeckt ist.

Die Organe 8 und 9 können auf diese Weise durch einen einfachen Biege- oder Faltvorgang erhalten werden.

Bei der Herstellung der Brennstoffzelle werden die Organe 8 und 9 wie oben angegeben positioniert; zwischen den Kammern wird die Abdichtung durch Vergießen eines isolierenden Materials wie einem Harz, das den Zellenblock bildet, realisiert.

709816/0831

Dank der U- oder V-förmigen Organe fallen die Torgänge der elektrischen Verbindung zwischen den Elektroden fort, was eine Vereinfachung der Fabrikationsvorgänge für den Zellenblock, jedoch auch die Möglichkeit bedeutet, zur Herstellung der Elektroden Materialien wie Aluminium zu verwenden, die sich bei der Herstellung von Zellenblöcken nach dem Stand der Technik nicht verwenden lassen, wenn die elektrischen Verbindungen durch Schweißen hergestellt werden müssen.

Um die Verluste durch elektrolytischen Kurzschluss auf ein Minimum herabzusetzen bevorzugt man, zwischen zwei aufeinanderfolgende eine Brennstoff- oder Verbrennungsmittelkammer begrenzenden Elektroden eine isolierende Platte P zwischenzusetzen, die gestrichelt in Figur 1A dargestellt ist.

Figur 1A zeigt das kleinste herstellbare Zellenelement, welches bei einer Spannung u elektrischen Strom liefert.

Wünscht man eine elektrische Spannung U, die größer als u ist, so muß man die Anzahl der Zwischenelektroden erhöhen, indem man zwischen die Endelektroden 2 und 3 mehrere Haare von Organen 8a - 9a, 8b - 9b, ... 8m - 9m einschiebt, die gleich dem Organpaar 8-9 entsprechend Figur 1A sind, wobei die zwischen zwei Elektroden begrenzten Kammern, die zu zwei benachbarten Organpaaren gehören, wie Figur 1B zeigt, mit Elektrolyt gespeist sind.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Zelle, die zwei gleiche Zellenelemente E_& und E^ verwendet, welche elektrisch parallel mit einander verbunden sind, damit die Zelle dem Verbraucherkreis einen größeren Strom liefern kann. Die End-

709816/0831

elektroden gleicher Polarität 2a - 2b, und Ja - Jb sind elektrisch untereinander außerhalb des Zellenblocks verbunden, was eine elektrische Verbindung guter Qualität herzustellen gestattet.

Die Anzahl dieser parallel geschalteten Zellenelemente kann beliebig sein, wie Figur 3 erkennen lässt, wo fünf Zellenelemente E₁ bis Ec beispielsweise dargestellt sind, wobei die Anzahl dieser Elemente allein vom Gesamtstrom abhängig ist, den man im Verbraucherkreis zu erhalten wünscht.

Patentansprüche

709816/0831

Leerseite

Claims

Af..: 1616

INSTITUT PRANOAIS ...

PATENTANSPRÜCHE

1· Brennstoffzelle aus wenigstens einem Zellenelement mit zwei Endelektroden, die mit elektrischen Verbindungseinrichtungen und Zwischenelektroden zwischen diesen Endelektroden versehen sind, wobei die Elektroden von einander getrennt sind und Elektrolyt-Brennstoff- und Verbrennungsmittel- bzw. Säuerstoffträgerkammern begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Zwischenelektroden (4-7) durch wenigstens ein Paar elektrisch leitfähiger U- oder V-förmiger elektrisch gegen einander, isolierter Organe (8}9) gebildet sind, wobei jedes dieser Organe zwei gegenüberliegende Schenkel aufweist und die Organe derart angeordnet sind, daß einer der Schenkel dieser Organe sich zwischen die gegenüberliegenden Schenkel des anderen dieser Organe setzt, wobei die Schenkel die Zwischenelektroden (4-7) bilden und zwischen sich eine zentrale Kammer (13) sowie zwei benachbarte Kammern zu beiden Seiten der zentralen Kammer (13) bilden; und daß diese zentrale Kammer (13) und die benachbarten durch die Endelektroden (2;3) und die ihnen unmittelbar benachbarten Zwischenelektroden (4-7) begrenzten Kammern Elektrolytkammern bilden, wobei jede der Elektrolytkammern zwischen einer Brennstoffkammer und einer Verbrennungsmittelkammer angeordnet sind.
2. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

709818/0831

-ϊ-

daß diese Zwischenelektrode*! durch die Schenkel mehrerer Paare von U-fö'rmigen oder Y-förmigen Organen gebildet sind, wobei die durch zwei benachbarte Zwischenelektroden gebildeten Kammern zu zwei unterschiedlichen,Elektrolytkammern bildenden Organpaaren gehören.
3. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Zellenelemente und Einrichtungen zur elektrischen Verbindung, welche die Endelektroden (2;3) dieser Elemente gleicher Polarität untereinander verbinden, derart, daß diese Zellenelemente elektrisch parallel geschaltet sind.
4. Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese U- oder Y-förmigen Organe durch eine Yorgeformtfolie aus Streckmetall oder aus mit Überzug versehenem Metall gebildet sind.
5. Brennstoffzelle nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die U- oder Y-förmigen Organe aus Aluminium bestehen.

709818/0831