DE2729640C3 - Batterie aus einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen - Google Patents
Batterie aus einer Mehrzahl elektrochemischer ZellenInfo
- Publication number
- DE2729640C3 DE2729640C3 DE2729640A DE2729640A DE2729640C3 DE 2729640 C3 DE2729640 C3 DE 2729640C3 DE 2729640 A DE2729640 A DE 2729640A DE 2729640 A DE2729640 A DE 2729640A DE 2729640 C3 DE2729640 C3 DE 2729640C3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- battery
- pressure
- contact
- battery according
- plastic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
- H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
- H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Batterie aus einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen, insbesondere
Brennstoffelemente zu,- 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 Abstandsnctz zur Abstützung des Katalysatormaterials sowie mit aus Metall bestehender) Druckkissen zum Zusammenpressen der gesamten Anordnung.
Bei Untersuchungen an Brennstoffelementen und Brennstoffbatterien zur Umsetzung gasförmiger Reaktanten und eines flüssigen 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 isL Es hat sich nämlich gezeigt, daß dann, wenn der auf
die einzelnen 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 festgestellt,
daß der mechanische Druck in der Batterie beispielsweise bei Nickelelektroden durch einen Volumenschwund
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 30116 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 Elekjcolyten 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 Sblichen 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 loncnaustauscherharzes 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 abgestutzten 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 erfindungsgemäße 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 vorliegenden Fall werden dazu Stromabnehmer in in
Form von Kontaktkörpern eingesetzt, die einen Hohlraum aufweisen. Bei den Batterien nach der DE-PS
19 30 116 dienen dagegen ah Stromabnehmer elektrisch
leitende Netze und Siebe. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Batterie den weiteren Vorteil auf, is
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 >o
Flüssigkeit. Als Druckgas kann beispielsweise St-ckstoff und als Druckflüssigkeit Wasser verwendet werden.
Besonders vorteilhaft dient als Druckmedium jedoch einer der gasförmigen Reaktanten der Batterie,
vorzugsweise Wasserstoff. Hierbei sind dann die Hohlräume der Kontaktkörper an das entsprechende
Gasversorgun^ssystem der Batterie angeschlossen, d. h. insbesondere an die Versorgungsleitung für Wasserstoff
bzw. Sauerstoff oder Luft.
Um einen Druck auf das Katalysatormaterial der m
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 v> 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
Druckgas 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 « 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 v>
auf den Betriebsdruck zu reduzieren, beispielsweise auf 3 bzw. 2 bar (Druckdifferenz: 1 bar). Für einen
einwandfreien Betrieb der erfindungsgemäßen Batterie ist dabei bereits eirw Druckdifferenz von ca. OJ bar
ausreichend. μ
Die erfindungsgemäße Batterie weist vorteilhaft einen Aufbau auf, wie er im wesentlichen aus der DE-OS
21 29187 bekannt ist. Diese Batterie besteht aus einzelnen Bauteilen, zu deren Aufbau Asbestdiaphragmen,
die als Membranen dienen, am Rand in fet) 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 b'>
angeordnet und an den Kunststoffrahmen miteinander verklebt, wobei zwischen den Asbestdiaphragmen —
innerhalb der verklebten Kunststoffrahmen — ein Stützgeröst und an den davon abgewandten Seiten der
Asbestdiaphragmen durch ein Abstandsnetz abgestütztes pulverförmiges, gegebenenfalls mit Bindemittel
verfestigtes Katalysatormaterial angeordnet ist. Zwischen 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
angeordneL 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 ,<nd ferner in die
Kontaktkörper vorteilhaft Gasleitwege, d. h. Strömungskanäle, eingeprägt, die eine gleichmäßige Verteilung
des Reaktionsgases über die gesamte Elektrodenoberfiäche bewirken. Zu diesem Zweck bestehen die
Kontaktkörper vorzugsweise jeweils aus zwei am Rand miteinander verbundenen gewellten, dünnen Blechen.
Zwischen den beiden ßlechen 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 erfindungsgemäiie
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 Filterpressentechnik, 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
erg'bt jich eine vereinfachte Batteriemontage und
daraus resultiert wiederum eine Veiminderung 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 des Aufbaus der Batterie aus Teilgruppen.
Da bei der erfindungsgemäßen Batterie nämlich lediglich ein Druck auf die Randzonen a'isgeübt wird,
besteht hierbei nicht die Gefahr, daß die Teilgruppen, die keine Endplatten aufweisen, nach dem Zusammenbau
wieder auseinandergesprengt werden. Aus der Möglichkeit, Teilgruppen zu verwenden, ergibt sich
darüber hinaus die Möglichkeit zur Standardisierung sowie eine Verbesserung des Prüfablaufs bei der
Batterieherstellung. Außerdem bietet der Aufbau aus Teilgruppen bzw. -blöcken auch noch den weiteren
Vorteil, daß defekte Teile der Batterie relativ leicht ausgetauscht werden können. Ferner hat es sich als
vorteilhaft erwiesen, daß sich Fertigungstoleranzen 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 Möglichkeil einer einfachen Potentialtrennung, d. h. einer elektrischen Abschaltung,
insbesondere von Teilblöcken. Werden nämlich /wischen
den Teilblöcken, ebenso wie vor den Endplatten, an den Kontaktkörpern metallische Leiter zur Stromabführung
angeordnet, so wird durch eine einfache Entspannung des Druckmediums bewirkt, daß der
mpl allic^hf» tlrtnltllsl viuicf*hf»n W nnl ->L· iLomor iin/l
vorliegenden Fall — eine bipolare Elektrode umfaßt (vgl. F ig. 2).
An den von den (Abstands-)Netzen bzw. Kontaktkörpern abgewandten Seiten der Elektroden 16 und 17 sind
ι jeweils 0,3 mm dicke Asbestdiaphragmen 18 und 19
angeordnet. Zwischen den Asbestdiaphragmen 18 und 19 ist jeweils ein 1.1 mm dickes Stützgerüst bzw.
Stützgcwebc 20 angeordnet, das beispielsweise aus drei Nickelnet/en besteht, von denen das mittlere Netz eine
in größere Dicke und Maschenweite besitzt als die beiden
äußeren Netze. Das Stützgerüst 20 bildet zusammen mit den beiden benachbarten Asbestdiaphragmen 18 und 19
jeweils eine sogenannte Flcktrolytcinheit (vgl F i g. 2).
Die Asbesldiaphragmcn 18 und 19 sind jeweils in
ι > Aussparungen von Kunststoffrahmen 21, die Vorzugs
weise aus Polysulfon bestehen, eingeklebt: für die cle I,»ff r't
Inn
ch Pr**fl
r**flm!ncf»n au
Stromabführung unterbrochen wird. Dadurch wird der Teilblock bzw. die gesamte Batterie elektrisch abgeschaltet.
Es ist hierbei allerdings erforderlich, daß der Druck der Reaktionsgasc aufrechterhalten wird, wobei
auch jeweils zwischen dem Kontaktkörper und der Stromabführung ein Druck anstehen muß.
Anhand von Ausführungsbeispiclen und drei Figuren soll die Erfindung noch niiher erläutert werden.
In den F i g. I und 2, in denen gleiche Teile mit den
gleichen Bezugsziffern verschen sind, ist jeweils ein Teilschnitt einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemüßen Batterie dargestellt, d. h.
einer Brennstoffbatterie zur Umsetzung gasförmiger Reaktanten.
Fi g. 1 zeigt dabei einen Schnitt durch den Elcktrolytkanal.
und zwar senkrecht zu den Wcllungen des gewellten Kontaktkörpers.
Fig. 2 zeigt einen dazu senkrecht, d.h. in Richtung der Welltingen verlaufenden Schnitt, wobei dieser
Schnitt in zwei Ebenen verlauft, nämlich einmal durch den Ciaskanal und das andere Mal durch den Kanal für
das Druckmedium.
Die in den F i g. 1 und 2 ausschnittweise dargestellte Brennstoffbatterie enthält Kontaktkörper 10. die
jeweils einen Hohlraum 11 enthalten. Die Kontaktkörper
10 bestehen jeweils aus zwei 0.2 mm starken gewellten Nickelblechen 12. die am Rand durch
Nahtschweißen miteinander verbunden sind: die Prägehöhe der Nickelbleche, d. h. die Höhe der Wellungen,
beträgt 1,1 mm. Durch einen Kanal 13 (vgl. F i g. 2) wird dem Hohlraum 11 jedes Kontaktkörpers das Druckmedium
zugeführt. Der Durchmesser der Hohlräume beträgt 0,6 mm.
Den Kontaktkörpern 10 sind jeweils zwei OJ mm
starke Nickelnetze 14 und 15 benachbart, die zur Abstützung und Kontaktierung der Elektroden 16 und
17 bzw. des Katalysatormaterials dienen. Die Sauerstoffelektroden 16, die jeweils zusammen mit dem
versilberten Nickelnetz 14 03 mm dick sind, enthalten mit Asbest und Polytetrafluorethylen gebundenes
dotiertes Silber, d. h. Silber mit einem geringen Gehalt an Wismut-, Nickel- und Titanhydroxid (vgl. DE-PS
21 21 748). Die Wasserstoff elektroden 17 sind —
zusammen mit dem zugehörigen Nickelnetz 15 — ebenfalls jeweils 03 mm dick; sie bestehen aus
titanhaltigem Raney-Nickel (vgl.: »J. Electrochem. Sot«, Vol. 124, 1977, Seiten I bis 6), das ebenfalls
mit Asbest und Polytetrafluorethylen gebunden ist. Ein Kontaktkörper 10 bildet jeweils zusammen mit den
benachbarten Netzen 14 und 15 sowie den Elektroden 16 und 17 eine sogenannte Elektrodeneinheit, die — im
Epoxidharzbasis verwendet werden. Zwei derartige Kunststoffrahmen mit eingeklebtem Asbestdiaphragma
sind spiegelbildlich zueinander angeordnet und mitein ander verklebt. Die Kunststoffrahmen 21 enthalten
sowohl die Haupt- als auch die Versorgungskanäle zur Zu- bzw. Abführung der gasförmigen Reaktanten und
der Flektrolytflüssigkeit sowie die Kanäle für das Druckmedium. In F i g. I ist ein Elektrolythauptkanal 22
und ein F'-jktrolytversorgungskanal 23 ersichtlich, in
Fig. 2 ein llauptkanal 24 und ein Versorgungskanal 25
für eines der Reaktionsgase. im vorliegenden Fall für Sauerstoff. Aus Fig.? ist ferner zu rntnehmen. daß ein
Teil des Gasvcrsorgungskanals .25 in Form einer schrägen Aussparung in den Kunststoffrahmen 21
eingearbeitet ist.
Die Kontaktkörper 10 sind jeweils am Rand. d. h. im Bereich der Verbindungsstelle der beiden Bleche 11, mit
einem Elastomeren, vorzugsweise ein Copolymerisat aus Propylenoxid und Allylglycidylälhcr, umpreßt.
Dabei können die Kontaktkörper vor dem Umpressen in einen Haftvermittler eingetaucht werden. Der
Haftvermittler wird dann getrocknet und anschließend mit dem Elastomeren umpreßt. Die Elastomerschichten
bzw. -rahmen 26. in die die Hauptkanäle für die Elektrolytflüssigkeit und die Reaktionsgase sowie für
das Druckmedium eingearbeitet sind, sind mit den Kunststoffrahmen 21 verklebt. Zum Verkleben wird
dabei vorzugsweise eine Klebemasse auf Epoxidharzbasis verwendet.
Die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Brennstoffbatterie mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist in
Fig. 3 wiedergegeben. Die Brennstoffbatterie umL?te
13 Brennstoffelemente und wurde mit Sauerstoff und Wasserstoff als Reaktionsgase betrieben (Betriebsdruck
jeweils 2 bar). Als Druckmedium diente Stickstoff mit einem Druck von 3 bar. Als Elektrolytflüssigkeit wurde
Kalilauge verwendet (Dichte: 1,225 g/cm3); die Elektrolyttemperatur betrug ca. 85° C. Die Zeil- bzw. Eiektrodenabmessungen waren 245 mm χ 240 mm; die aktive
Elektrodenfläche betrug 340 cm2 (ca. 185 mm
χ 185 mm).
Aus F i g. 3, in der auf der Abszisse die Stromdichte / in mA/cm2 bzw. die Stromstärke / in A und auf der
Ordinate die Zellspannung Uz in mV bzw. die Batteriespannung U8 in V aufgetragen ist, ist ersichtlich,
daß bei der erfindungsgemäßen Batterie bei niedngen Stromdichten, d.h. bei Stromdichten etwa bis zu
150 mA/cm2, keine Abweichungen in der Strom-Spannungs-Charakteristik der einzelnen Zellen auftreten.
Erst bei höheren Stromdichten erfolgen geringfügige Schwankungen in der Zellspannung. Die Streuung
beträgt jedoch beispielsweise bei einer Stromdichte von 45OmA/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
einfache" Kontaktblechen als Stromabnehmer (vgl. DE-OS 2% 29 187), bereits bei einer Stromdichte von
140 mA/cm2, d. h. bei weniger als einem Drittel der vorstehend genannten Stromdichte von 450 mA/cm2,
eine Streuung von nahezu 200 mV auf; die Zellspannung der einzelnen Zellen variiert dabei etwa zwischen 620
und 815 mV. Betriebsbedingungen: Hj-Druck: 1,88 bar;
Oj-Druck: 1.86 bar; füektrolytflüssigkeit: KOH (Dichte:
ca. 1,25 g/cm2);Elektrolytteniperatur:ca.80°C.
Außer bei Wasserstoff/Sauerstoff-Brennstoffbatterien kann der Erfindungsgegenstand auch bei Brenn-
Stoffbatterien Verwendung finden, die beispielsweise mit Luft als Oxidationsmittel oder mit Kohlenmonoxid
oder CO/Hj-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 Einsatzmöglichkeit bieten Metall/Luft-
bzw. Metall/Sauerstoff-Battcrien. Schließlich kommt auch noch eine Verwendung bei anderen elektrochemischen
Zellen in Betracht, insbesondere bei Elektrolyseuren.
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 Elektrode 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 Hohlraum 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 I 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 d sch Nahtschweißen verbundenen gewellten, dünnen Blechen beste- J>
hen.
5. Batterie nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktkörper
jeweils am Rand mit einem Elastomeren umpreßt und zwischen von Kunststoffrahmen umschlossenen 4{l
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 |
FR7819044A FR2396425A1 (fr) | 1977-06-30 | 1978-06-26 | Batterie constituee d'un grand nombre de cellules electrochimiques |
US05/918,954 US4317864A (en) | 1977-06-30 | 1978-06-26 | Battery consisting of a multiplicity of electrochemical cells |
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 DE2729640B2 (de) | 1979-11-08 |
DE2729640C3 true DE2729640C3 (de) | 1980-07-24 |
Family
ID=6012842
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2729640A Expired DE2729640C3 (de) | 1977-06-30 | 1977-06-30 | Batterie aus einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4317864A (de) |
JP (1) | JPS5413941A (de) |
CA (1) | CA1101488A (de) |
DE (1) | DE2729640C3 (de) |
FR (1) | FR2396425A1 (de) |
GB (1) | GB1588100A (de) |
Families Citing this family (62)
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 |
FR2564250B1 (fr) * | 1984-05-11 | 1986-09-12 | Alsthom Atlantique | Ameliorations aux structures des piles a combustible |
FR2564251B1 (fr) * | 1984-05-11 | 1986-09-12 | Alsthom Atlantique | Perfectionnements aux structures des piles a combustible |
US4614025A (en) * | 1984-12-26 | 1986-09-30 | Ford Aerospace & Communications Corporation | Method for making a lightweight bipolar metal-gas battery |
US4565749A (en) * | 1984-12-26 | 1986-01-21 | Ford Aerospace & Communications Corporation | Lightweight bipolar metal-gas battery |
EP0308761B1 (de) * | 1987-09-24 | 1992-03-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Bauteil für 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 |
DE4234093A1 (de) * | 1992-10-09 | 1994-04-14 | Siemens Ag | Bauelement zum Einbau in eine verfahrenstechnische Einrichtung |
DE59306256D1 (de) * | 1992-11-05 | 1997-05-28 | Siemens Ag | Verfahren und Einrichtung zur Wasser- und/oder Inertgasentsorgung eines Brennstoffzellenblocks |
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 |
DE69912991D1 (de) | 1998-12-29 | 2003-12-24 | Proton Energy Sys Inc | Integrale gitter/rahmen-anordnung für eine elektrochemische zelle |
US6368740B1 (en) * | 1998-12-29 | 2002-04-09 | Proton Energy Systems, Inc. | Electrochemical cell frame having integral protector portion |
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 |
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 |
JP2004510320A (ja) * | 2000-09-27 | 2004-04-02 | プロトン エネルギー システムズ,インク. | 電気化学セル内の圧縮を維持するための装置および方法 |
WO2002027846A2 (en) * | 2000-09-27 | 2002-04-04 | Proton Energy Systems, Inc. | Method and apparatus for improved fluid flow within 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 |
EP1328990A2 (de) | 2000-09-27 | 2003-07-23 | Proton Energy Systems, Inc. | Verfahren und vorrichtung zur aufrechterhaltung der verdichtung der aktiven fläche in einer elektrochemischen zelle |
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 |
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 |
AU2009269894B2 (en) | 2008-06-16 | 2013-05-23 | William R. Richards | Alkaline electrolyzer |
EP2412052A1 (de) * | 2009-03-26 | 2012-02-01 | Topsøe Fuel Cell A/S | Komprimierungsanordnung für brennstoff- oder elektrolysezellen in einem brennstoffzellenstapel oder einem elektrolysezellenstapel |
DE102010051748A1 (de) * | 2010-11-19 | 2012-05-24 | Gräbener Maschinentechnik GmbH & Co. KG | Modulares Brennstoffzellensystem |
DE202011001161U1 (de) * | 2011-01-05 | 2012-04-17 | Reinhold Wesselmann Gmbh | Galvanikzelleneinheit |
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 |
WO2018057566A1 (en) | 2016-09-22 | 2018-03-29 | Cougeller Research Llc | Current collector for a stacked battery design |
CN110546790A (zh) | 2017-04-21 | 2019-12-06 | 苹果公司 | 具有电解质扩散材料的电池单元 |
WO2018213601A2 (en) | 2017-05-19 | 2018-11-22 | Cougeller Research Llc | 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 |
EP3696298B1 (de) | 2019-02-18 | 2022-04-06 | Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg | Elektrolyseblock und zellrahmen hierfür |
PT3770303T (pt) | 2019-07-26 | 2022-10-06 | Zentrum Fuer Sonnenenergie Und Wasserstoff Forschung Baden Wuerttemberg | Unidade de embalagem de elétrodo para uma estrutura de empilhamento de um reator electroquímico |
US11923494B2 (en) | 2020-09-08 | 2024-03-05 | Apple Inc. | Battery configurations having through-pack fasteners |
US11600891B1 (en) | 2020-09-08 | 2023-03-07 | Apple Inc. | Battery configurations having balanced current collectors |
US11677120B2 (en) | 2020-09-08 | 2023-06-13 | Apple Inc. | Battery configurations having through-pack fasteners |
US11588155B1 (en) | 2020-09-08 | 2023-02-21 | Apple Inc. | Battery configurations for cell balancing |
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 CA CA306,360A patent/CA1101488A/en not_active Expired
- 1978-06-28 JP JP7847478A patent/JPS5413941A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5413941A (en) | 1979-02-01 |
JPS6155227B2 (de) | 1986-11-26 |
FR2396425B1 (de) | 1981-08-07 |
GB1588100A (en) | 1981-04-15 |
DE2729640B2 (de) | 1979-11-08 |
FR2396425A1 (fr) | 1979-01-26 |
CA1101488A (en) | 1981-05-19 |
DE2729640A1 (de) | 1979-01-04 |
US4317864A (en) | 1982-03-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2729640C3 (de) | Batterie aus einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen | |
EP0815609B1 (de) | Zusammenfassung von einzelzellen zu einer membranelektroden-einheit und deren verwendung | |
DE69929731T2 (de) | Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle | |
DE69837848T2 (de) | Eine brennstofzellenanordnung | |
DE69716351T2 (de) | Elektrochemische Membranzelle mit Gasdiffusionselektroden, die mit porösen, flachen Metallstromkollektoren mit hochverteilten Kontaktflächen in Kontakt stehen | |
DE2836836A1 (de) | Luftelektroden | |
DE69900790T2 (de) | Mehrteiliges brennstoffzellen-system | |
DE102018114003A1 (de) | Brennstoffzelle und verfahren zum herstellen derselben | |
WO2005006480A2 (de) | Membran-elektroden-einheit für die wasserelektrolyse | |
DE10207743A1 (de) | Elektrode für eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle, Trennwand hierfür sowie Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle und Elektrizitätserzeugungssystem unter Verwendung derselben | |
EP0269047A1 (de) | Batterien aus Methanol/Luft-Brennstoffzellen hoher Energie- und Leistungsdichte | |
EP4093901B1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur kohlenstoffdioxid- oder kohlenstoffmonoxid-elektrolyse | |
CH523093A (de) | Katalysatorelektrode für elektrochemische Zellen | |
EP1653537A1 (de) | Kühlplattenmodul für einen Brennstoffzellenstack | |
DE2316067B2 (de) | Brennstoffbatterie in Filterpressenbauweise | |
DE1671965B2 (de) | Brennstoffzelle mit Elektrolytträger | |
WO2022084028A1 (de) | Membran-elektroden-einheit für eine elektrochemische zelle und verfahren zur herstellung einer membran-elektroden-einheit | |
WO2022084014A1 (de) | Membran-elektroden-einheit für eine elektrochemische zelle und verfahren zur herstellung einer membran-elektroden-einheit | |
WO2008025572A1 (de) | Brennstoffzellenanordnung | |
DE1806794B2 (de) | Brennstoffelement | |
DE1938044C3 (de) | Bauteil für Brennstoffelemente und mittels dieses Bauteils hergestellte | |
DE2258482C3 (de) | Brennstoffbatterie | |
WO2000010217A2 (de) | Hochtemperatur-brennstoffzelle mit nickelnetz auf der anodenseite und hochtemperatur-brennstoffzellenstapel mit einer solchen zelle | |
DE102016224611A1 (de) | Brennstoffzellenaufbau und Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE2214412C3 (de) | Bipolare Niederdruckelektrode für Gasbrennstoff batterien |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OAP | Request for examination filed | ||
OD | Request for examination | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |