DE2729640B2 - Batterie aus einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen - Google Patents
Batterie aus einer Mehrzahl elektrochemischer ZellenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Batterie aus einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen, insbesondere
Brennstoffelemente zur Umsetzung wenigstens eines, gasförmigen Reaktanten, mit jeweils einem Stützgerüst
zur Aufnahme eines flüssigen Elektrolyten, einer im flüssigkeitsgetränkten Zustand gasdichten Membran auf
wenigstens einer Seite des Stützgerüstes, wenigstens einer Elektrode aus pulverförmigem, gegebenenfalls mit
Bindemittel verfestigtem Katalysatormaterial an der vom Stützgerüst abgewandten Seite der Membran und
einem Abstandsnetz zur Abstützung des Katalysatormaterials sowie mit aus Metall bestehenden Druckkissen
zum Zusammenpressen der gesamten Anordnung.
Bei Untersuchungen an Brennstoffelementen und Brennstoffbatterien zur Umsetzung gasförmiger Reaktanten
und eines flüssen Elektrolyten, in denen
sogenannte gestützte Elektroden aus pulverförmigem oder gebundenem Katalysatormaterial als Gasdiffusionselektroden
eingesetzt werden, hat sich herausgestellt, daß beim Betrieb dem mechanischen Druck auf
die Elektroden eine besondere Bedeutung beizumessen
ist. Es hat sich nämlich gezeigt, daß dann, wenn der auf die ein/einen Flächenelemente der Elektroden ausgeübte
Druck ungleichmäßig ist, eine große Streuung in den Strom-Spannungs-Kennlinien der einzelnen Zellen die
Folge ist. Der unterschiedliche Anpreßdruck resultiert dabei sowohl aus einer Verformung der Endplatten, die
mittels Zugbolzen zusammengespannt werden, als auch aus einer während des Betriebes auftretenden Veränderung
in den Elektroden. Es wurde nämlich -.estgestellt, daß der mechanische Druck in der Batterie beispielsweise
bei Nickelelektroden durch einen Volumenschwiind bei der Reaktivierung und bei Silberelektroden durch
»Fließen« des Katalysatormaterials abgebaut wird. Der sich dabei einstellende unterschiedliche Anpreßdruck
hat darüber hinaus noch eine erhöhte Alterung des Katalysatormaterials zur Folge.
Aus der deutschen Patentschrift 19 30 116 ist es bekannt, die bei der Verwendung pulverförmiger
Elektroden in elektrochemischen Zellen bzw. in Batterien aus mehreren derartigen Zellen infolge eines
unterschiedlichen Preßdruckes auftretenden Schwierigkeiten dadurch zu beseitigen, daß zum Zusammenpressen
der gesamten Anordnung sogenannte Druckkissen verwendet werden, die mit Gas oder Flüssigkeit gefüllt
und an der dem Elektrolyten abgewandten Seite der Elektroden unter Zwischenschaltung von Netzen aus
Metallen und/oder Kunststoffen angeordnet sind. Diese Druckkissen, die aus Metallfolien bestehen können, sind
— zusätzlich zu den üblichen Bauteilen in der Batterie angeordnete — Behälter, die sich in oder vor den
Endplatten bzw. insbesondere zwischen einzelnen Zellen oder Gruppen aus mehreren Zellen befinden. In
den elektrochemischen Zellen, insbesondere Brennstoffelemente, sind dabei die Elektroden aus pulverförmigem,
gegebenenfalls mit Bindemitteln verfestigtem Katalysatormaterial und gleichmäßiger Porenstruktur
durch ein mit flüssigem Elektrolyten gefülltes und beidseitig mit einer flüssigkeitsdurchlässigen, gasdichten
Membran versehenes Stützgerüst oder durch eine Membran eines lonenaustauscherharzes getrennt.
Es hat sich nun gezeigt, daß durch die geschilderten
Maßnahmen ein unterschiedlicher Anpreßdruck weitgehend vermieden wird und die damit verbundenen
Probleme größtenteils beseitigt werden können. Druckkissen der genannten Art bedeuten aber einen nicht
unerheblichen konstruktiven Aufwand, weil in der Batterie zusätzliche Bauteile verwendet werden müssen;
darüber hinaus erfordern sie auch einen erhöhten Platzbedarf und beeinflussen somit insbesondere das
Leistungsvolumen der Batterie.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Batterie der eingangs genannten Art aus einer Mehrzahl elektrochemischer
Zellen eine unterschiedliche Druckverteilung auf die einzelnen Flächenelemente der mittels Abstandsnetzen
abgestützten Elektroden aus pulverförmigem Katalysatormaterial zu vermeiden, ohne daß es
dazu eines erhöhten konstruktiven Aufwandes bedarf.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß jeweils zwischen den Abstandsnetzen zweier benachbarter
Zellen und an den Batterieenden metallische Kontaktkörper zur Stromabnahme angeordnet sind und
daß diese Kontaktkörper jeweils einen Hohlraum enthalten, dem ein unter Druck stehendes Medium
zuführbar ist. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen wirken im Sinne der Ausübung eines gleichmäßigen
Anpreßdruckes auf das Katalysatormaterial der benachbarten Zellen.
Im Vergleich zu bekannten Batterien, in denen ebenfalls Maßnahmen zur Erzielung eines gleichmäßigen
Anpreßdruckes getroffen sind, bietet die erfindungsgcmäße
Batterie den Vorteil eines relativ einfachen konstruktiven Aufbaus. Hierbei werden
nämlich Batteriebauteile, die — in der einen oder anderen Form — an sich ohnehin bereits vorhanden
sind, nämlich die Stromabnehmer, derart ausgestaltet, daß sie als Druckkissen verwendet werden können. Im
vorliegende-; Fall werden dazu Stromabnehmer in in
Form von Kontaktkörpern eingesetzt, die einen Hohlraum aufweisen. Bei den Batterien nach der DE-PS
19 JO 116 dienen dagegen als Stromabnehmer elektrisch
leitende Netze und Siebe. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Batterie den weiteren Vorteil auf, r>
daß für die Druckkissen kein zusätzlicher Platzbedarf erforderlich ist.
Den Hohlräumen der Kontaktkörper wird während des Betriebes der Batterie ein unter Druck stehendes
Medium zugeführt, und zwar ein Gas oder eine Flüssigkeit. Als Druckgas kann beispielsweise Stickstoff
und als Druckflüssigkeit Wasser verwendet werden. Besonders vorteilhaft dient als Drucknvrjium jedoch
einer der gasförmigen Reaktanten der Batterie, vorzugsweise Wasserstoff. Hierbei sind dann die _>i
Hohlräume der Kontaktkörper an das entsprechende Gasversorgungssystem der Batterie angeschlossen, d. h.
insbesondere an die Versorgungsleitung für Wasserstoff bzw. Sauerstoff oder Luft.
Um einen Druck auf das Katalysatormaterial der benachbarten Zellen ausüben zu können, muß der Druck
des in den Hohlräumen der Kontaktkörper befindlichen Mediums größer sein als der Druck in den benachbarten
Gasräumen. In elektrochemischen Zellen, die zur Stromerzeugung dienen, wie Brennstoffelemente und r>
Metall/Luft-Zellen, denen dazu im allgemeinen gasförmige Reaktanten zugeführt werden, muß deshalb das
Druckmedium einen größeren Druck aufweisen als die Reaktionsgase. Trotz dieses Erfordernisses ergeben sich
aber auch für den Fall keine Schwierigkeiten, wenn als
Druckga. einer der gasförmigen Reaktanten der Batterie verwendet wird und die Hohlräume dementsprechend
an das zugehörige Gasversorgungssystem der Batterie angeschlossen sind. Die gasförmigen
Reaktanten weisen nämlich stets einen höheren Druck -ti als den eigentlichen Betriebsdruck auf, im allgemeinen
wenigstens 5 bar, so daß beim geschilderten Sachverhalt lediglich zwei Stufen vorgesehen werden müssen, um
den Gasdruck des entsprechenden Reaktanten einerseits auf den Druck des Druckmediums und andererseits ~>o
auf den Betriebsdruc* zu reduzieren, beispielsweise auf 3 bzw. 2 bar (Druckdifferenz: 1 bar). Für einen
einwandfreien Betrieb tier erfindungsgemäßen Batterie ist dabei bereits eine Druckdifferenz von ca. OJ bar
ausreichend. v>
Die erfindungsgernäße Batterie weist vorteilhaft einen Aufbau auf, wie er im wesentlichen aus der DE-OS
21 29 187 bekannt ist. Diese Batterie besteht aus ein/einen Bauteilen, zu deren Aufbau Asbesidiaphragmen,
die als Membranen dienen, am Rand in Aussparungen von Kunststoffrahmen eingeklebt sind,
die sowohl Haupt- als auch Versorgungskanäle für die gasförmigen Reaktanten und den Elektrolyten aufweisen.
Zwei solche Bauteile sind — zur Bildung einer sogenannten Baueinheit — spiegelbildlich zueinander b5
angeordnet und an den Kunststoffrahmen miteinander verklebt, wobei zwischen den Asbestdiaphragmen innerhalb
der verk'?bten Kunststoffrahmen — ein Stützgerüst und an den davon abgewandten Seiten der
Asbestdiaphragmen durch ein Abstandsnetz abgestütztes pulverförmiges, gegebenenfalls mit Bindemittel
verfestigtes Katalysatormaterial angeordnet ist. Zwisehen den Abstandsnetzen von je zwei benachbarten
Baueinheiten ist jeweils ein Stromabnehmer in Form eines am Rand mit einem Elastomeren umpreßten
Kontaktbleches angeordnet, wobei die Elastomerschicht mit öffnungen für die Hauptkanäle für die
Reaktanten und den Elektrolyten versehen und mit den Kunststoffrahmen der beiden benachbarten Baueinheiten
verklebt ist. An den Batterieenden ist jeweils ein entsprechendes Kontaktblech mit dem Kunststoffrahmen
der endständigen Baueinheit verklebt und an diesen Kontaktblechen ist jeweils eine Endplatte
angeordnet. Die Endplatten können aus Kunststoff oder aus mit Kunststoff überzogenem Metall bestehen, wobei
dann die Bohrungen in den Endplatten ebenfalls mit Kunststoff überzogen sind.
Bei der erfindungsgemäßen Batterie sind ferner in die
Kontaktkörper vorteilhaft Gas'Htwege, d. h. Strömungskanäle,
eingeprägt, die eine gleichmäßige Verteilung des Reaktionsgases über die gesamte Elektrodenoberfläche
bewirken. Zu diesem Zweck bestehen die Kontaktkörper vorzugsweise jeweils aus zwei um Rand
miteinander verbundenen gewellten, dünnen Blechen. Zwischen den beiden Blechen befindet sich dabei der
Hohlraum für das Druckmedium; die Gasleitwege werden durch die Wellungen der Bleche auf der
Außenseite der Kontaktkörper gebildet. Die dünnen Bleche sind flexibel und gewährleisten deshalb die
Ausübung eines gleichmäßigen Anpreßdruckes. Die Verbindung der beiden Bleche am Rand erfolgt
insbesondere durch Nahtschweißen, wodurch ein inniger und guter Zusammenhalt gewährleistet ist. Dies
ist insbesondere deshalb erforderlich, weil die einzelnen Zellen der Batterie über die Kontaktkörper elektrisch in
Serie geschaltet sind.
Neben den Vorteilen, die sich aus der isostatischen Pressung der Elektroden ergeben, bietet die eriindungsgemäße
Batterie eine Reihe weiterer Vorteile, die sich ebenfalls aus der Verwendung der speziellen Art von
Stromabnehmern, d. h. den Kontaktkörpern, ergeben. So müssen beim Zusammenbau der erfindungsgemäßen
Batterie, im Gegensatz zum üblichen Aufbau von Batterien nach der Filterpressente^hnik. wobei ein
Zusammenpressen der aufeinandergestapelten Einzelteile auf der gesamten Fläche, d. h. sowohl am Rand als
auch im Flächeninneren, erforderlich ist, lediglich Druckkräfte aufgewendet werden, d. h. es ist nur eine
Druckausübung auf die Randzonen, nicht aber auf die eigentliche Elektrodenfläche erforderlich. Dadurch
ergibt sich eine vereinfachte Batteriemontage und daraus resultiert wiederum eine Verminderung der
Abdichtprobleme. Darüber hinaus ist die Anwendung einer definierten Dichtkraft möglich.
Aufgrund der Tatsache, daß der Druck in den Hohlräumen der Kontaktkörper erst während des
Betriebes der Batterie aufgebaut wird, besteht ferner die Möglichkeit der Aufbaus der Batterie aus Teilgruppen.
Da bei der erfindungsgemäßen Batterie nämlich lediglich ein Druck auf die Randzonen ausgeübt wird,
besteht hierbei nicht die Gefahr, da3 die Teilgruppen, die keine Endplatten aufweisen, nach dem Zusammen
bau wieder auseinandergesprengt werden. Aus der Möglichkeit, Teiigruppen zu verwenden, ergibt sich
darüber hinaus die Möglichkeit zur Standardisierung sowie eine Verbesserung des Prüfablaufs bei der
Batterieherstellung. Außerdem bietet der Aufbau aus Teilgruppcn bzw. -blöcken auch noch den weiteren
Vorteil, daß defekte Teile der Batterie relativ leicht ausgetauscht werden können. Cerner hat es sich als
vorteilhaft erwiesen, daß sich Certigungstolcranzcn nicht mehr so nachteilig bemerkbar machen, weil
Abweichungen in der Dicke der Batteriebauteile durch den Preßdruck relativ leicht ausgeglichen werden.
Bei der erfindungsgemäßen Batterie besteht schließlich auch noch die Möglichkeit einer einfachen
Potentialtrcnnung, d. h. einer elektrischen Abschaltung, insbesondere von Teilblöcken. Werden nämlich /wischen
den Teilblöcken, ebenso wie vor den Cndplaiten,
an den Kontaktkörpern metallische Leiter zur Stromabführung
angeordnet, so wird durch eine einfache entspannung des Druckmediums bewirkt, dall der
metallische Kontakt zwischen Kontaktkörper und Stromabfiihrung unterbrochen wird Dadurch wird der
'Tcilblock bzw. die gesamte Batterie elektrisch abgcsihtilici.
!.s m !lir-ilic-i allerdings erforderlich, daß der
Drink der Itcaktionsgase aufrechterhalten wird, wobei
auch jeweils zwischen dem Kontaktkörper und der Suom.ihführiingein Druck anstehen muß.
Anhand von Ausführiingsbcispiclcn und drei Ciguren
soll du- [.rfmdung noch naher erläutert «erden.
In den Ii g 1 und 2. in denen gleiche Teile mit den
gleichen Bezugsz.iffc.rn versehen sind, ist jeweils cm
I eilschnitt einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie dargestellt, d h.
einer Brennstoffbatterie zur Umsetzung gasförmiger Rcakianicn.
I' ι g I zeigt dabei einen Schnitt durch den elektrolyt
kanal und zu ar senkrecht zn den Wellutigcn des
reu eilten Kontaktkörper
I ι y 2 zeigt einen da/u setikiecht. (lh in Richtung
der Teilungen verlaufenden Schnitt, wobei diesel Sihnilt in zuci l.hcnen verläuft, nämlich einmal (IiikIi
(Kn (i.iskanal und das andere Mal durch i\t.i\ Kanal fur
da1· Di litkmediiim.
Du ü' den MgI und 2 ausschnitt, eise dargestellte
HrcriiMoffhatteric enthalt Kontaktkörper 10. die
irutils einen Hohlraum Il enthalten. Die Kontaktkörpi
■ IO bcsichcn jeweils aus zwei 0.2 mm starken
rt^iM'cn Nickelblcchcn 12. die am Rand durch
\.i!-i<., }.\\ ciHen miteinander verbunden sind; die l'rägc-
\-'<Ί'λ
<1·.τ Nk kelblcchc. d h. die Höhe der Wcllungcn.
Pt1IMi-' 1.1 mm Durch einen Kanal 1 3 (vgl Cig .2) wird
i't1' Hohlraum 11 jedes Kontaktkörper s das Druck-MiM^::
zugeführt. Der Durchmesser der Hohlräume
ι·· ':,u·' d.r· πιπί
D( ' Koiu,'ktkörpern 10 sind jewciK zwei 0.3 mm
st.i'Vi Ni. kc iri^i/t 14 und 15 benachbart, die /ui
Al"-' :!/iing und Kontaktierung der elektroden If) und
17 bzw. des Katalysatormaterials dienen. Die
Sauersioffelcktroden 16. die jeweils zusammen mit dem
veiMlbcrten Niekelnetz 14 0.9 mm dick sind, enthalten
mit Asbest und Polytetrafluorethylen gebundenes dotierics Silber, d h. Silber mit einem geringen Gehalt
an Wismui . Nickel und Titanhydroxid (vgl DC PS
21 21 74Ά) Die Wassersloffclektroden 17 sind —
zusammen mit dem zugehörigen Nickclneiz 15 —
ebenfalls jeweils 0.9 mm dick; sie bcMchcn aus iiiar,l\i!'igcni Raney-Nickel (vgl : »J. C.lectroi
hen; Sot.«.. YoI 124. 1977. Seiten 1 bis b) das ebenfalls
ü!!! AsbcM und [V)Ivtetrafluoräthylcn gebunden ist. l'.in
Korüal (körper 10 bildet jeweils zusammen mit den
hena! hbarten Netzen 14 und 15 sowie den elektroden
Its und 17 eine sogenannte Clektrodencinhcn. die — im
vorliegenden lall — eine bipolare elektrode umfaß (vgl C i g. 2).
An den von den (Abstands JNetzcn bzw. Kontaktkör
pcm abgewandten Seilen der elektroden 16 und 17 sine
jeweils 0.3 mm dicke Asbestdiaphragmen 18 und 1'
angeordnet, /wischen den Asbestdiaphragmen 18 line
19 ist jeweils ein 1.1 mm dickes Stützgerüst bzw Slülzgewcbe 20 angeordnet, das beispielsweise aus dre
Nickelnctzcn besteht, von denen das mittlere Netz eine
größere Dicke und Maschcnwcilc besitzt als die bcidci äußeren Netze. Das Stützgerüst 20 bildet zusammen mi
den beiden benachbarten Asbesldiaphragmen 18 und I'
jeweils eine sogenannte Clektmlytcinhcil (vgl. Cig. 2).
Die Asbesldiaphragmen 18 und 19 sind jeweils ii
Aussparungen von Kunststoffrahmen 21. die Vorzugs weise aus Polysulfon bestehen, eingeklebt; für dii
Kunststoffrahmen können aber auch l'rcUmassen au
Cpoxidhar/basis verwende! werden. Zwei derarligi
Kunststoffrahmen mit eingeklebtem Asbcsidiaphragmi
sind spiegelbildlich zueinander angeordnet und mitein ander verklebt. Die Kunststoffrahmen 21 cnlhaltei
sowohl die Haupt- als auch die Versorgungskaniile zu
Zu- bzw. Abführung der gasförmigen Reaktaiitcn um
der Clektrolytflüssigkeit sowie die Kanüle für da
■ Druckmedium. In Cig. 1 ist ein Cleklrolythauptkanal 2,
und ein Clektrolytversorgungskanal 23 ersichtlich, ii
C i g. 2 ein Hatiptkanal 24 und ein Vcrsorgungskanal 2
fm eines der Reaklionsgasc. im vorliegenden Call (ü SaucrM.ilT Aus C i g. 2 ist ferner /u entnehmen, daß cii
■ Teil des Gasversorgungskanals 25 in Corm eine
schlagen Aussparung in den Kunststoffrahmen 2 eingearbeitet ist.
Die Kontaktkörper 10 sind jeweils am Rand. ti. h. in
Hei eich dei Verbindungsstelle der beiden Bleche II. mi
• einem Clastomcrcn. vorzugsweise ein (opolv inerisa
aus Propslenoxid und Allylglycidyläthcr. timprcßi
Dabei können die Kontaktkörper vordem llmprcssci
in einen Haftvermittler eingetaucht werden. Dc
Haftvermittler wird dann getrocknet und anschlicßcm
mit dem I !,!Monieren umpieBl. Die Clastomcrschichtci
bzw. rahmen 2β. in die die Hauptkanäle für di<
1 lckirolviflussigkcii und die Reaklionsgase sowie fü
das Druckmedium eingearbeitet sind, sind mit dci Kunststoffrahmen 21 verklebt. Zum Verkleben win
dabei vorzugsweise eine Klebemasse auf Cpoxidharzba
sis verw endet
Die Slrom-Spannungs-Kennlinie einer Brcnnsloffbal
terie mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau isl ir
Cig. 3 wiedergegeben Die Brennstoffbatterie umfaßt«
j 13 Brennstoffelemente und wurde mil Sauerstoff line
Wasserstoff als Reaktionsgase betrieben (BctricbsdriK \
jeweils 2 hai) Als Druckmedium diente Stickstoif in:
einem Druck von 3 bar. Als I Ick'roktflüssigkcil wurtU
Kalilauge verwendet (Dichte: 1.225 g/cm1); die Clektro
. Ivltcmpcralur betrug ca. 85T. Die Zeil- bzw. Clektro
dcnabmcssungen waren 245 mm χ 240 mm; die aktiv«
Cicktrodcnflüche betrug 340 cm2 (ca. 185 mir
χ 185 mm)
Aus C i g. 3. in der auf der Abszisse die Stromdichte
Aus C i g. 3. in der auf der Abszisse die Stromdichte
1 in inA/cm·' bzw. die Stromstärke / in A und auf dei
Ordinate die Zellspannung U/ in mV bzw. die
Baltcricspannung (7« in V aufgetragen ist, ist ersichtlich
daß bei der erfindungsgemäßen Batterie bei niedriger
Stromdichten, d.h. bei Strorndichtcn etwa bis zi
ϊ 150mA/cm-\ keine Abweichungen in der Strom-Span
nunps-Charakteristik der einzelnen Zellen auftreten
FTsi bei höheren Sirotridichien erfolgen geringfügige
Schwankungen in der /elKnanminc. Die Slrcmins
beträgt jedoch beispielsweise bei einer Stromdichte von 450 mA/cm2 lediglich ca. 13 mV und wird auch nach
einer Betriebszeit von mehreren 100 Stunden nicht größer.
Im Gegensatz dazu tritt beispielsweise bei einer 50zelligen Batterie mit entsprechendem Aufbau, jedoch
einfachen Kontaktblechen als Stromabnehmer (vgl. DE-OS 21 29 187), bereits bei einer Stromdichte von
Mi"·mA/cm2, d.h. bei weniger als einem Dritte! der
vorstehend genannten Stromdichte von 450 mA/cm2, eine Streuung von nahezu 200 mV auf; die Zellspannung
der einzelnen Zellen variiert dnbei ctv.a zwischen 620 und 815 mV. Betriebsbedingungen: HrDruck: 1.88 bar:
O2-DrUCk: 1,86 bar; Elektrolytflüssigkeit: KOII (Dichte:
ca. 1.25 g/cm2); Flicktrolyt tempera tür: ca. 80" C.
Außer bei Wasscrstoff/Sauersloff-Brennstoffbatterien
kann der Erfindungsgegenstand auch bei Brenn-Stoffbatterien Verwendung finden, die beispielsweise
mit Luft als Oxidationsmittel oder mit Kohlenmonoxid oder CO/hh-Gemischen als Brennstoff betrieben
werden. Daneben kann der Erfindungsgegenstand auch bei Brennstoffbatterien eingesetzt werden, bei denen
lediglich ein gasförmiger Reaktant zur Umsetzung gelangt, d. h. bei denen die einzelnen Zellen jeweils nur
eine Gasdiffusionselektrode enthalten. Derartige Brennstoffbatterien sind beispielsweise Hydrazin-,
Methanol- oder Glykolbatterien sowie Batterien zur Umsetzung von Formiat oder Kohlenwasserstoffen.
Eine weitere Einsat/möglichkeit bieten Metall/Luft-
bzw. Mctall/Sauerstoff-Batterien. Schließlich kommt auch noch eine Verwendung bei anderen elektrochemischen
Zellen in Betracht, insbesondere bei Elektrolysenren.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Batterie aus einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen, insbesondere Brennstoffelemente zur Umsetzung
wenigstens eines gasförmigen Reaktanten, mit jeweils einem Stützgerüst zur Aufnahme eines
flüssigen Elektrolyten, einer im flüssigkeitsgetränkten Zustand gasdichten Membran auf wenigstens
einer Seite des Stützgerüstes, einer Flektrode aus pulverförmigem, gegebenenfalls mit Bindemitteln
verfestigtem Katalysatormaterial an der vom Stützgerüst abgewandten Seite der Membran und
einem Abstandsnetz zur Abstützung des Katalysatormaterials sowie mit aus Metall bestehenden
Druckkissen zum Zusammenpressen der gesamten Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß
jeweils zwischen den Abstandsnetzen zweier benachbarter Zellen und an den Batterieenden
metallische Kontaktkörper zur Stromabnahme angeordnet sind und daß diese Kontaktkörper jeweils
einen /k>hlraum enthalten, dem ein unter Druck
stehendes Medium zuführbar ist.
2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume der Kontaktkörper
durch Kanäle an das Versorgungssystem eines der gasförmigen Reaktanten, insbesondere Wasserstoff,
angeschlossen sind.
3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der bzw. den Außenseite(n)
der Kontaktkörper Gasleitwege für die gasförmigen Reaktanten eingeprägt sind.
4. Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktkörper jeweils aus zwei am Rand miteinander insbesondere durch Nahtschweißen
verbundenen gewellten, dünnen Blechen bestehen.
5. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktkörper
jeweils am Rand mit einem Elastomeren umpreßt und zwischen von Kunststoffrahmen umschlossenen
benachbarten Zellen bzw. zwischen einer endständigen Zelle und einer aus Kunststoff oder mit
Kunststoff überzogenem Metall bestehenden Endplatte der Batterie angeordnet sind.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2729640A DE2729640C3 (de) | 1977-06-30 | 1977-06-30 | Batterie aus einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen |
GB22852/78A GB1588100A (en) | 1977-06-30 | 1978-05-25 | Battery of a plurality of electrochemical cells |
US05/918,954 US4317864A (en) | 1977-06-30 | 1978-06-26 | Battery consisting of a multiplicity of electrochemical cells |
FR7819044A FR2396425A1 (fr) | 1977-06-30 | 1978-06-26 | Batterie constituee d'un grand nombre de cellules electrochimiques |
CA306,360A CA1101488A (en) | 1977-06-30 | 1978-06-28 | Battery consisting of multiplicity of electrochemical cells |
JP7847478A JPS5413941A (en) | 1977-06-30 | 1978-06-28 | Battery composed of a number of electrochemical cells |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2729640A DE2729640C3 (de) | 1977-06-30 | 1977-06-30 | Batterie aus einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2729640A1 DE2729640A1 (de) | 1979-01-04 |
DE2729640B2 true DE2729640B2 (de) | 1979-11-08 |
DE2729640C3 DE2729640C3 (de) | 1980-07-24 |
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---|---|
US (1) | US4317864A (de) |
JP (1) | JPS5413941A (de) |
CA (1) | CA1101488A (de) |
DE (1) | DE2729640C3 (de) |
FR (1) | FR2396425A1 (de) |
GB (1) | GB1588100A (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4234093A1 (de) * | 1992-10-09 | 1994-04-14 | Siemens Ag | Bauelement zum Einbau in eine verfahrenstechnische Einrichtung |
DE202011001161U1 (de) * | 2011-01-05 | 2012-04-17 | Reinhold Wesselmann Gmbh | Galvanikzelleneinheit |
Families Citing this family (60)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4389466A (en) * | 1981-06-03 | 1983-06-21 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Rapidly refuelable fuel cell |
JPS58168182A (ja) * | 1982-03-29 | 1983-10-04 | Matsushita Graphic Commun Syst Inc | マ−ク読取方式 |
US4560626A (en) * | 1982-09-20 | 1985-12-24 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Rapidly refuelable fuel cell |
US4608551A (en) * | 1983-07-05 | 1986-08-26 | Nippondenso Co., Ltd. | Speed alarm system for automotive vehicle |
US4510213A (en) * | 1983-10-12 | 1985-04-09 | The Unites States Of America As Represented By The Department Of Energy | Fuel cell stack with internal manifolds for reactant gases |
FR2564251B1 (fr) * | 1984-05-11 | 1986-09-12 | Alsthom Atlantique | Perfectionnements aux structures des piles a combustible |
FR2564250B1 (fr) * | 1984-05-11 | 1986-09-12 | Alsthom Atlantique | Ameliorations aux structures des piles a combustible |
US4565749A (en) * | 1984-12-26 | 1986-01-21 | Ford Aerospace & Communications Corporation | Lightweight bipolar metal-gas battery |
US4614025A (en) * | 1984-12-26 | 1986-09-30 | Ford Aerospace & Communications Corporation | Method for making a lightweight bipolar metal-gas battery |
DE3869030D1 (de) * | 1987-09-24 | 1992-04-16 | Siemens Ag | Bauteil fuer den stromanschluss einer batterie aus elektrochemischen zellen. |
US4973531A (en) * | 1988-02-19 | 1990-11-27 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | Arrangement for tightening stack of fuel cell elements |
JP2966548B2 (ja) * | 1991-03-01 | 1999-10-25 | 大阪瓦斯株式会社 | 燃料電池 |
JP3135991B2 (ja) * | 1992-06-18 | 2001-02-19 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池および燃料電池スタック締め付け方法 |
ES2101920T3 (es) * | 1992-11-05 | 1997-07-16 | Siemens Ag | Procedimiento y dispositivo para la evacuacion de agua y/o gases inertes de una bateria de pilas de combustible. |
US5547777A (en) * | 1994-02-23 | 1996-08-20 | Richards Engineering | Fuel cell having uniform compressive stress distribution over active area |
JP3505010B2 (ja) * | 1995-07-07 | 2004-03-08 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池およびその締付方法 |
AUPO724997A0 (en) * | 1997-06-10 | 1997-07-03 | Ceramic Fuel Cells Limited | A fuel cell assembly |
JP4031860B2 (ja) * | 1998-02-17 | 2008-01-09 | 本田技研工業株式会社 | 締め付け構造を有する燃料電池 |
WO2000026979A1 (de) * | 1998-10-30 | 2000-05-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Rahmenelement für eine pem-brennstoffzelle in laminat-technik und herstellungsverfahren dazu |
US6368740B1 (en) * | 1998-12-29 | 2002-04-09 | Proton Energy Systems, Inc. | Electrochemical cell frame having integral protector portion |
AU2192300A (en) | 1998-12-29 | 2000-07-31 | Proton Energy Systems, Inc. | Integral screen/frame assembly for an electrochemical cell |
US6365032B1 (en) | 1998-12-31 | 2002-04-02 | Proton Energy Systems, Inc. | Method for operating a high pressure electrochemical cell |
US6270636B1 (en) | 1998-12-31 | 2001-08-07 | Proton Energy Systems, Inc. | Integrated membrane and electrode support screen and protector ring for an electrochemical cell |
US6569372B1 (en) * | 1999-08-27 | 2003-05-27 | Nisshinbo Industries, Inc. | Fuel cell separator production system and method, and fuel cell separator |
FR2799308B1 (fr) * | 1999-09-30 | 2002-01-25 | Sorapec | Perfectionnements apportes aux collecteurs bipolaires pour pile a combustible de type pem |
US7354675B2 (en) * | 1999-10-07 | 2008-04-08 | Proton Energy Systems, Inc. | Apparatus and method for maintaining compression of the active area in an electrochemical cell |
US6503651B1 (en) | 2000-04-19 | 2003-01-07 | Tvn Systems, Inc. | Methodology and apparatus for supply of reactant fluids to and purging of product and inert fluids from cells of fuel cell stack |
EP1327276A2 (de) * | 2000-09-27 | 2003-07-16 | Proton Energy Systems, Inc. | Mittel zur aufrechterhaltung von druck auf der aktiven fläche in einer elektrochemischen zelle |
JP2004530251A (ja) * | 2000-09-27 | 2004-09-30 | プロトン エネルギー システムズ,インク. | 電気化学セルの活性領域の圧縮を維持する方法及び装置 |
US6869720B2 (en) | 2000-09-27 | 2005-03-22 | Proton Energy Systems, Inc. | Method and apparatus for maintaining compression of the active area in an electrochemical cell |
US20020127462A1 (en) * | 2000-09-27 | 2002-09-12 | Shiepe Jason K. | Apparatus and method for maintaining compression of the active area in an electrochemical cell |
US20020182472A1 (en) * | 2000-09-27 | 2002-12-05 | Molter Trent M. | Apparatus and method for maintaining compression of the active area in an electrochemical cell |
EP1327275A2 (de) * | 2000-09-27 | 2003-07-16 | Proton Energy Systems, Inc. | Verfahren und vorrichtung für verbesserte flüssigkeitsverteilung in elektrochemischer zelle |
GB2377078B (en) * | 2001-06-27 | 2003-06-04 | Morgan Crucible Co | Fuel cell or electrolyser construction |
JP3807370B2 (ja) * | 2003-01-06 | 2006-08-09 | 株式会社日立製作所 | 燃料電池 |
DE10323883A1 (de) * | 2003-05-26 | 2004-12-30 | Siemens Ag | Elektrochemische Batterie |
DE102004023461A1 (de) * | 2004-05-12 | 2005-12-08 | Webasto Ag | Kontaktelement für einen Brennstoffzellenstapel |
JP4771271B2 (ja) * | 2004-09-24 | 2011-09-14 | トヨタ自動車株式会社 | 単電池、単電池の製造方法、燃料電池、燃料電池の製造方法 |
JP5143336B2 (ja) * | 2004-12-13 | 2013-02-13 | パナソニック株式会社 | 高分子電解質型燃料電池 |
SE528555C2 (sv) * | 2005-04-01 | 2006-12-12 | Nilar Int Ab | Ett hölje för ett slutet batteri |
CA2728173C (en) | 2008-06-16 | 2013-07-02 | William R. Richards | Alkaline electrolyzer |
CN102365780B (zh) * | 2009-03-26 | 2014-10-15 | 托普索燃料电池股份有限公司 | 用于燃料电池堆或电解电池堆中的燃料或电解电池的压缩装置 |
DE102010051748A1 (de) * | 2010-11-19 | 2012-05-24 | Gräbener Maschinentechnik GmbH & Co. KG | Modulares Brennstoffzellensystem |
US9153834B2 (en) | 2011-11-21 | 2015-10-06 | Delphi Technologies, Inc. | Fuel cell stack assembly with pressure balanced load mechanism |
DE102012216920A1 (de) * | 2012-09-20 | 2014-04-10 | Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg | Elektrolyseblock sowie Zellrahmen, Elektrodenbaugruppe und Bausatz hierfür |
US10756361B2 (en) | 2014-12-29 | 2020-08-25 | Skyre, Inc. | Intermediate module for electrochemical cell stack |
JP6636607B2 (ja) * | 2015-07-07 | 2020-01-29 | アップル インコーポレイテッドApple Inc. | 双極型バッテリ設計 |
CN117638425A (zh) | 2016-09-22 | 2024-03-01 | 苹果公司 | 用于叠堆电池设计的集电器 |
WO2018195372A1 (en) | 2017-04-21 | 2018-10-25 | Cougeller Research Llc | Battery cell with electrolyte diffusion material |
US11888112B2 (en) | 2017-05-19 | 2024-01-30 | Apple Inc. | Rechargeable battery with anion conducting polymer |
US11862801B1 (en) | 2017-09-14 | 2024-01-02 | Apple Inc. | Metallized current collector for stacked battery |
US11335977B1 (en) | 2017-09-21 | 2022-05-17 | Apple Inc. | Inter-cell connection materials |
US11043703B1 (en) | 2017-09-28 | 2021-06-22 | Apple Inc. | Stacked battery components and configurations |
ES2920506T3 (es) | 2019-02-18 | 2022-08-04 | Zentrum Fuer Sonnenenergie Und Wasserstoff Forschung Baden Wuerttemberg | Bloque de electrólisis y bastidor de celdas para el mismo |
EP3770303B1 (de) | 2019-07-26 | 2022-07-06 | Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg | Elektrodenpackungseinheit für einen stapelaufbau eines elektrochemischen reaktors |
US11677120B2 (en) | 2020-09-08 | 2023-06-13 | Apple Inc. | Battery configurations having through-pack fasteners |
US11923494B2 (en) | 2020-09-08 | 2024-03-05 | Apple Inc. | Battery configurations having through-pack fasteners |
US11588155B1 (en) | 2020-09-08 | 2023-02-21 | Apple Inc. | Battery configurations for cell balancing |
US11600891B1 (en) | 2020-09-08 | 2023-03-07 | Apple Inc. | Battery configurations having balanced current collectors |
EP4279637A1 (de) | 2022-05-18 | 2023-11-22 | Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg | Elektrodenplatte mit integrierter stromübertragerstruktur und elektrodenpackungseinheit |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3589942A (en) * | 1966-12-22 | 1971-06-29 | Cons Natural Gas Svc | Bipolar collector plates |
CH511058A (de) * | 1968-08-06 | 1971-08-15 | Siemens Ag | Verfahren zur Durchführung von elektrochemischen Reaktionen, insbesondere in Brennstoffzellen, an Elektroden aus pulverförmigem, gegebenenfalls mit Bindemitteln verfestigtem Katalysatormaterial und gleichmässiger Porenstruktur |
DE1806794B2 (de) * | 1968-11-02 | 1971-05-06 | Siemens AG, 1000 Berlin u 8000 München | Brennstoffelement |
US3900342A (en) * | 1971-05-03 | 1975-08-19 | Siemens Ag | Silver catalyst and a method of its manufacture |
FR2224206A1 (en) * | 1973-04-06 | 1974-10-31 | Alsthom Cgee | Internally pressurised bellows arrangement - acting as electrode separator in electrochemical systems |
-
1977
- 1977-06-30 DE DE2729640A patent/DE2729640C3/de not_active Expired
-
1978
- 1978-05-25 GB GB22852/78A patent/GB1588100A/en not_active Expired
- 1978-06-26 FR FR7819044A patent/FR2396425A1/fr active Granted
- 1978-06-26 US US05/918,954 patent/US4317864A/en not_active Expired - Lifetime
- 1978-06-28 JP JP7847478A patent/JPS5413941A/ja active Granted
- 1978-06-28 CA CA306,360A patent/CA1101488A/en not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4234093A1 (de) * | 1992-10-09 | 1994-04-14 | Siemens Ag | Bauelement zum Einbau in eine verfahrenstechnische Einrichtung |
DE202011001161U1 (de) * | 2011-01-05 | 2012-04-17 | Reinhold Wesselmann Gmbh | Galvanikzelleneinheit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB1588100A (en) | 1981-04-15 |
DE2729640A1 (de) | 1979-01-04 |
JPS5413941A (en) | 1979-02-01 |
US4317864A (en) | 1982-03-02 |
FR2396425B1 (de) | 1981-08-07 |
FR2396425A1 (fr) | 1979-01-26 |
DE2729640C3 (de) | 1980-07-24 |
JPS6155227B2 (de) | 1986-11-26 |
CA1101488A (en) | 1981-05-19 |
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