DE2819583C2

DE2819583C2 - Elektrochemische Speicherzelle

Info

Publication number: DE2819583C2
Application number: DE2819583A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dipl.-Phys. Dr. 6903 Neckargemünd Fischer; Wilhelm Dipl.-Phys. Dr. 6902 Sandhausen Haar; Henner Dipl.-Phys. Dr. 6900 Heidelberg Meinhold
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1978-05-05
Filing date: 1978-05-05
Publication date: 1983-01-20
Also published as: US4207386A; DE2819583A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrochemische Speicherzelle auf der Basis von Alkalimetall und

Chalkogen mit mindestens einem für die Aufnahme des Anolyien bestimmten Anodenraum und einem für die Aufnahme des Katholyten bestimmten Kathodenraum, welche durch eine qlkali-ionenleitende Festelektrolytwand voneinander getrennt und mindestens teilweise von einer M^tallwand begrenzt sind, wobei ein erster Stromabnehmer eine von außen in den von der Fesielektrolytwand abgegrenzten Reaktandenraum geführte Elektrode ist, und ein zweiter Stromabnehmer von der Metallwand mitgebildet ist.

Wiederaufladbare Zellen mit Festelektrolyten eignen sich sehr gut zum Aufbau von Akkumulatoren hoher Energie- und Leistungsdichte. Die in den Alkali/Chalkogen-Zellen verwendeten Elektrolyte, die beispielsweise aus ^-Aluminiumoxid gefertigt sind, zeichnen sich dadurch aus, daß die Teilleitei fähigkeit des beweglichen Ions sehr hoch und die Teilleiterfähigkeit der Elektronen um viele Zehnerpotenzen kleiner ist. Durch die Verwendung von solchen Elektrolyten für den Aufbau von elektrochemischen Speicherzellen wird erreicht, daß praktisch keine Se!bstentlad»ng stattfindet, da die Elektronenteilleitfähigkeit vernachlässigbar nd die Reaktionssubstanzen auch nicht als neutrale Teilchen durch den Elektolyten gelangen können. Ein Beispiel fur eine solche Zelle ist eine Natrium/Schwefel-Zelle mit /^-Aluminiumoxid als Elektrolyt. Ein weiterer Vorteil einer solchen Zelle besteht darin, daß beim Laden keine elektrochemischen Nebenreaktionen auftreten. Der Grund dafür ist wiederum, daß nur eine lonensorte durch den Elektroyten gelangen kann. Die Stromausbeute, d.h. der Faraday Wirkungsgrad einer Natrium/ Schwefel-Zelle liegt daher beispielsweise bei 100%. Im Gegensatz dazu sind bei Zellen mit wässrigen Elektrolyten elektrochemische Parallelreaktionen möglich. Beim Bleiakkumulator laufen beim Laden außer den für die Aufladung verantwortlichen Reaktionen Pro/esse ab. die zur Wasserzersetzung führen. Der Faraday-Wirkungsgrad liegt hierbei z. B. bei 90% oder darunter. Außerdem verliert ein Bleiakkumulator dauernd an Kapazität (Selbstentladung). Natrium/ Schwefel-Zellen besitzen also gegenüber Akkumulatoren mit flüssigen, insbesondere mit wäßrigen F.lektrolylen erhebliche Vorteile.

Mit den erwähnten Vorteilen ist allerdings auch ein Nachteil verbunden. Dieser besteht dann, daß bei einer Batterie au, senengeschalteten elektrochemischen Speicherzellen, die Zellen mit der kleinsten Kapazität die Kapazität der gesamten Batterie bestimmen. Wird beispielsweise eine teilweise entladene Zelle in eine solche Batterie eingebaut.. / welcher die übrigen Zellen voll aufgeladen sind, so besteht keine Möglichkeit, diese Zelle in den gleichen Ladezustand zu bringen wie die anderen Zellen, da diese in aufgeladenem Zustand hochohmig werden und damit eine weitere Aufladung verhindern. Die Folge davon ist. daß die Kapazität der Batterie um die noch fehlende Lademenge kleiner ist. Dm diesen Nachi. il auszugleichen, »erden beim Zusammenbau einer Batterie aus Festeiektrolytzellen zunächst einige Zellen parallel geschaltet. Fine hohe Spannung wird durch Serienschaltung solcher Gruppen aus mehreren parallel geschalteten Speicherzellen bewerkstelligt. Damit wird erreicht, daß aus statistischen Gründen die Kapazität der Zellengruppen prozentual weniger voneinander abweichen, als die Kapazität von Einzelzellcn. Außerdem können zwisehen parallel geschalteten Zellen Ausgleichströme fließen, die dafür sorgtr. daß sich alle Zellen einer Gruppe nach einiger Zeit im gleichen Ladezustand

befinden.

Einer derartigen Schaltung steht allerdings beim momentanen Stand der Technik ein schwerwiegender Hinderungsgrund entgegen, der darin zu sehen ist, daß die häufigste Ausfallursache von Natrium/Schwefel-Speicherzellen darin besteht, daß im Festelektrolyten Sprünge oder Risse entstehen. Diese führen dazu, daß sich durch chemische Reaktionen von Natrium und Schwefel Natriumpolysulfide bilden, d. h. die Speicherzelle wird unter Erzeugung von Wärme chemisch irreversibel entladen. Eine derartig defekt gewordene Speicherzelle gibt keine Spannung mehr ab und hat einen sehr niedrigen Widerstand. Die Folge davon ist, daß die anderen parallel geschalteten Speicherzellen sehr schnell entladen werden, so daß auf diese Weise die ganze Gruppe ausfällt.

Aus dem DE-GM 19 75 759 ist ein galvanisches Element, insbesondere ein Akkumulator bekannt. Dieser besitzt eine Kontrollvorrichtung zur Ladung des Akkumulators. Die Kontrollvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Thermoelement. Dieses ist im inneren Hohlraum des Wickelelektrodensatzes untergebracht. Zur Abstützung des Thermoelementes ist ein Füllstück vorgesehen, das ebenfalls in einem Isolie.'T>hr sitzt. Dieses Isolierrohr kann gleichzeitig als Wickeldorn verwendet werden. Oberhalb des Thermoelementes ist ein geschlitztes Distanzrohr vorgesehen, durch dessen Schlitze die Zuleitung zum .Steueranschluß bzw. die Zuleitung zum positiven Pol geführt sind. Bei der Ladung wird der Akkumulator daher über das als negativen Pol dienende Gehäuse und den positiven Pol an die Ladestromstelle angeschlossen. Die Temperatursteuerung erfolgt dann über den Steueranschluß und den positiven Zellenpol.

Die Kontrollvorrichtung ist ausschließlich zur Ladung von alkalischen Akkumulatoren mit Wickelelektroden vorgesehen. Als Sicherungselement für eine Natrium/ Schwefel-Speicherzelle ist diese Anordnung nicht geeignet. Diese Kontrollvorrichtung ist nicht dafür ausgelegt, beim Überschreiten der Arbeitstemperatur einer Natrium/Schwefel-Speicherzelle den Stromkreis durch diese Speicherzelle zu unterbrechen.

Aus der AT-PS 2 71 595 ist eine Einrichtung zur Begrenzung des Ladevorgangs für elektrische Akkumulatoren bekannt. Der hier beschriebene Akkumulator ist mit einem Temperaturfühler versehen, der beim Erreichen einer bestimmten Temperaturgrenze den Ladevorgang mittelbar oder unmittelbar veranlaßt.

Dieser Temperaturfühler ist nicht geeignet, bei einer Natrium/Schwcfel-Speicherzelle, deren Temperatur im Störfall überdie Arbeitstemperatur von 350"C angestiegen ist. den Stromkreis durch die Speicherzelle zu unterbrechen, und damit die Speicherzelle von der Zeistöiung zu bewahren.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine elektrochemische Speicherzelle zu schaffen, deren Strom anöden und/oder kathodcnseitig reduziert oder unterbrochen wird, sobald die Zelle ihre normale Arbeitstemperatur merklich überschreitet.

Die l-ösun^ der Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Stromabnehmer zweiteilig ausgebildet ist und ein äußeres Teilstück mit einem inneren Teilstück über ein elektrisch leitendes, bei einer um einen vorgegebenen Betrag über der Arbeitstemperatur der Zelle liegenden Temperatur schmelzendes KonU'kielement verbunden ist.

In vorteilhafter Weise liegt der Schmelzpunkt des Kontaktelcmentes etwa 20 bis 100 K über der

Arbeitstemperatur der Speicher/eile. Hei einem Elcktrolytbruch wird diese Temperatur in der /eile meist nach wenigen Sekunden erreicht, so daß das Klement sofort auf die Zerstörung des Feslelcktrolyten reagiert. Bei einer weiteren Ausfühiungsform der [Erfindung steht das äußere Teilstiick des Stromabnehmers über das Kontaktclcment und eine Feder mil dem Zellcndekkel in Verbindung. Damit wird erreicht, daß sich schon beim Schmcl/bcginn des Kontakielementcs die Verbindung von Feder und Mctallwand /u lösen beginnt, da die " Federkraft das schmelzende Kontaktclement verformt. Durch clic veränderte Länge des Kontaktelcmenles kann dieses nicht mehr den nötigen Druck auf die Feder ausüben, wodurch e; zu einer Unterbrechung des Stromkreises in der Zelle kommt.

In vorteilhafter Weise ist hierbei das innerhalb der Zelle angeordnete Teilstiick des .Stromabnehmers direkt mit der Innenseite des Deckels leitend verbunden. Das außen angeordnete Teilstiick des Stromabnehmers ist stempciio'rmii; ausgebildet und wird mit einem Bügel, der auf der Außenfläche der Metallwand befestigt ist. gehallen. In vorteilhafter Weise sind das Kontakielcment. die Feder und die stempeiförmige Fläche ties Teilstückes /wischer, dem Bui-el und der Metallwiind angeordnet.

Die Feder ist rahmenförmig ausgebildet. Das Kontaktelement wird zwischen der Feder angeordnet. Seine Höhe isl so gewählt, daß die Feder in dieser Anordnung gespannt wird.

Zwischen der Oberfläche der leder und dem Bügel ist i" die stempeiförmige Flache des Stromabnehmers so angeordnet, daß die Feder gegen die Metallwand gedrückt wird.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der F.rfindung ist das außen angebrachte I'eilstück des Stromabnehmers i; direkt leitend mit der Metallband \erfunden. Das im Inneren der Zelle angeordnete /weite Teilstiick des Stromabnehmers isl über das Kontaktelement leitend mit der Innenseite des Zellende.kels verbunden. An dem. mit dem Kontaktelement in Verbindung stehender -^;" Ende weist das Teilstiick des Stromabnehmers eine nach innen gerichtete Ausnehmung /ur Aufnahme des geschmolzenen Kontaktelcmenles auf.

Das im Inneren angeordnete Teilstiick des Stromabnehmers ist zusätzlich über eine Hülse an der ^: Metallwand befestigt.

Eine weitere Lösung ist dadurch gekennzeichnet. d.iH das den ersten Stromabnehmer mitbildende Metallgehäuse über ein elektrisch leitendes, bei einer um einen vorgegebenen Betrag über der Arbeitstemperatur der "'■' Zelle liegenden Temperatur schmelzendes Kontaktclement mit der Stromiührung verbunden ist.

Überschreitet die erfindungsgemäßc Zelle ihre normale Arbeitstemperatur merklich, was beispielsweise auf einen Elektrolytbruch zurückzuführen ist. so wird "'"> der Stromkreis durch das schmelzende Kontaktelement zwischen den Teilstücken eines Stromabnehmers unterbrochen. Damit wird die Zelle hochohmig und der Strom fließt nur noch durch die parailelgeschalteten Speicherzellen. Ein Kurzschluß der noch intakten "^! parallelgeschalteten Zellen wird vermieden und eine kontinuierliche normale Entladung dieser Zellen wird weiterhin gewährleistet.

Die Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. -^ Es zeigt

F i g. 1 eine elektrochemische Speicherzelle mit einem zweiteiligen Stromabnehmer, dessen Teilstücke über ein Kontakielement und eine Feder über den Zellendeckel leitend miteinander verbunden sind, im Längsschnitt.

F i g. 2 eine Variante der in F" i g. I dargestellten Aiisführiingsform im Längsschnitt.

F i g. i eine elektrochemische Speicherzelle mit einem als Rohrschelle ausgebildeten, um das zylindrische Metallgehäuse angeordneten Stromabnehmer im Längsschnitt.

I i g. I /eigt die Speicherzelle mit einer als becherför-' miges Metallgehäuse I mit einem Metalldcckel 9 ausgebildeten Melallwand. einem becherförmigen Festelekirolwen 2 aus /f Aluminiumoxid, einem aus zwei Teilstüekcn M um, Ul zusammengesetzten Stromabnehmer J. einem Kontaktelement fr einer Feder 7 und einem Bügel 8.

Bei dem becherförmigen Metallgehäuse I handelt es sich um ein einseilig geschlossenes Rohr, das beispielsweise aus dünnwandigem F.delstahl oder aus innen mit einer Schutzschicht versehenen Aluminium gefertigt ist. Das gleiche gill lür den Deckel S. Λη seinem offenen Ende ist das Metallgehäuse I mit einem sowohl nach innen als auch nach außen weisenden Flansch IO verseilen. Im Inneren des becherförmigen Körpers 1 ist der ebenfalls becherförmige Festelektrolyt 2 angeordnet.

Fr isl ebenfalls als einseing geschlossenes Rohr aus ,^-Aluminiumoxid ausgebildet. Sein Durchmesser ist kleiner gehalten als der Durchmesser des Mtt.illgehäuses I. Daii'urch entsieht zwischen dem Festelektrolvien und dem Metallgehäuse ein Zwischenraum II. der /ur Aufnahme eines Reaktanden dient.

Im Inneren des ί-'estelektrolwen 2 ist der /weite Reaktand eingebettet. Der Fesielektrolw isl an seinem offenen Ende mit einem nach außen weisenden Flansch 12. beispielsweise aus vAluminiumoxid versehen. Fr liegt auf dem Flansch 10 des MeMllgehäiiscs auf. Zwischen beiden Flanschen 10 und 12 ist eine Dichtung, vorzugsweise ein Aliimimumdichtring angeordnet. Der Fcstelektrolyt selbst wird mit dem Metalldeckel 9 verschlossen, der auf dem Flansch 12 des Festelekimlyten aufliegt. Zwischen dem Deckel 9 und dem Flansch 12 ist ein weiterer Dichtring angeordnet.

Das Teilstück 3ßdes Stromabnehmers 3 ist innerhalb der Speicherzelle angeordnet und ragt in den Festelektrolvien 2 hinein. Er ist direkt mit der Innenseite des Metalldeckels 9 leitend verbunden. Es handelt sich hierbei um einen gegen den angrenzenden Reaktanden beständigen Metallstab mit zylinder- oder quaderförmigen Querschnitt. Sein mit dem Deckel 9 verbundenes Ende kann laschenförmig ausgebildet und zur Halterung an diesem festgeschraubt oder angeschweißt werde

Das Teilstück 3.4 des Stromabnehmers 3 ist auf der Oberfläche des Mctalldeckels 9 angeordnet. Es ist mit seinen laschenartigen Ausläufern mittels Schrauben 14 auf der Oberfläche des Metalldeckels festgeschraubt. Zwischen dem Bügel 8 und dem Metalldeckel 9 ist die Feder 7 angeordnet. Sie ist rahmenförmig gebogen. In diesem, durch die Feder 7 gebildeten Rahmen ist das leitfähige Kontaktelement 6 gesetzt. Vorzugsweise ist es zylinder- oder quaderförmig ausgebildet. Die Höhe des Kontaktelementes 6 ist so gewählt, daß durch seine Plazierung innerhalb der rahmenförmigen Feder selbige gespannt wird.

Innerhalb des zwischen der Feder 7 und dem Bügel 8 verbleibenden Raumes wird die stempeiförmige Fläche des SirornabnehiTierteüstückcs 3A angeordnet. Der Schaft des Teilstückes 3a ist durch eine hierfür vorgesehene Bohrung des Bügels 8 nach oben geführt.

Die Kontaktflächen des Hügels 8. clic mit dem Stromabnehmer 3 in berührung stehen, sind zusätzlich mit einem Isoliermaterial 15 überzogen. Die stempeiförmige Fläche des .Stromabnehmers 3 sitzt auf der Oberfläche der rahnienförmigen feder 7 kniftschliissig auf und übt auf diese und das zwischen ihr angeordnete Kontaktelemenl 6 einen solchen Druck aus. daß die Feder f·,»; an den Metalldeckel 9 angepreßt wird. Um das Teilstück 3.4 fest mit dem Bügel 8 verbinden zu können, ist in seinen über den Hügel 8 hinausragenden Schaftkörper ein Außengewinde 16 eingeschnitten. Mittels einer Überwurfmutter 17. die mit einem entsprechenden Innengewinde versehen ist. wird der Stromabnehmer 3 mit dem Bügel 8 kraftschlüssig verbunden.

Das innerhalb der rahmenförniigen Feder 7 angeordnete Kontaktelement 6 wird vorzugsweise aus einem Metall i><ler einer Legierung gelertigt. deren Sehmelz- -..nLi .„..,.i;..l,,, ->n u;- im-i/ „u.>.t..,iu ,I_n, «,..„;.„.,i„„

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Arbeitstemperatur der Zelle liegt. Bei Natrium/Schwefel-Zellcn mit einer Arbeitstemperatur von 573 bis 623" K sind Zink mit einem Schmelzpunkt von 693 K und eine 95Gew.-% Blei und 5Cicw.-% Silber enthaltende Legierung mit einem Schmelzpunkt von 653" K geeignete Substanzen. Als weiteres Matrial für die Fertigung der Kontaktelemcnte kommt Itlcibromid mit einem Schmelzpunkt von b40 K. Zinkbromid mit einem Schmelzpunkt von fab7 K und Lithiumjodid mit einem Schmelzpunkt von 719 K in Frage.

Die erfindungsgemäße Speicherzelle hat folgende Wirkungsweise. Im Normalhetrieb weist die Speicherzelle eine Arbeitstemperaiur von 57 3 bis 623 K auf. Als Stromabnehmer dient zum einen das Metallgehäuse 1 und zum anderen der Stromabnehmer 3. der. wie beschrieben, zweiteilig ausgebildet ist. wobei das Teilstück 3,4 außerhalb der Zelle und das Teilstück 3ß innerhalb der Zelle angeordnet ist Kommt es nun beim Betrieb der Zelle zu einem Bruch des Festeiektrolvten. so daß er Risse oder Sprünge aufzeigt, führt dies zu chemischen Reaktionen von Natrium und Schwefel, wobei Natriumpolysulfid gebildet wird. Bei diesem Vorgang kommt es gleichzeitig /u einer weiteren Erwärmung der Zelle, wobei die Arbeitstemperatur merklich überschritten wird. Würde dieser Vorgang nicht unterbrochen, käme es zu einer chemisch irreversiblen Entladung der Zelle. Eine derartig defekt gewordene Zelle gibt keine Spannung mehr ab und hat einen sehr niedrigen Widerstand. Die Folge davon ist. daß die anderen, parallelgeschalteten Zellen sehr schnell entladen werden, so daß auf diese Weise die ganze Gruppe ausfällt. Um dies zu vermeiden, wurde die Zelle so ausgebildet, daß die Verbindung zwischen den Teilstücken 3.4 und 3ß des Stromabnehmers 3 in solchen Fällen unterbrochen werden kann. Insbesondere wurde hierbei ein leitendes Kontaktelement zwischen den beiden Teilstücken des Stromabnehmers 3 angeordnet, dessen Schmelzpunkt bei 650° K oder etwas darüber liegt.

Hat sich die defekte Zelle bis zu dieser Temperatur erhitzt, so beginnt das Kontaktelement 6 zu schmelzen. Damit wird die Feder 7 aus dem engen Kontakt mit dem Metalldeckel gelöst und der Stromkreis der Zelle wird unterbrochen. Die Speicherzelle wird hochohmig. der Strom fließt jetzt nur noch durch die paraiieigeschalteten intakten Zellen. Die Funktion der Batterie η ird nicht unterbrochen. - __^^

Fig. 2 zeigt eine Varianteder in F iIgTr^gezeigten Speicherzelle. Sie ist ebenfatts-aäs-einem becherförmi-

gen Metallgehäuse I. einem becherförmigen f'cstclekirolyten 2. einem aus zwei Teilstücken 3A und 3Ö zusammengesetzten Stromabnehmer 3. einem Kontaktelement 6 und einem Metalldeckel 9 aufgebaut. Das becherförmige Metallgehäuse 1 weist wiederum einen nach innen und außen weisenden Flansch 10 auf. Auf ihm liegt der nach außen weisende Flansch 12 des Fcstelektrolyten 2. Der Festelektrolyt 2 ist auch bei dieser Ausführung innerhalb des Metallgehaltes angeordnet. Zwischen ihm und dem Metallgehäuse verbleibt ein Zwischenraum 11. in den einer der Rcaktanden eingefüllt wird. Der zweite Reaktand wird innerhalb des Festclcktrolyten 2 angeordnet. Der 1 estdcktrolyt 2 ist mit einem Metalldeckel 9 vcr? hlossen. Dieser liegt auf dem Flansch 12 des Festeiektrolvten auf. Zwischen den Flanschen 10 und 12 von Metallgehäuse 1 und Festelektrolyt 2 sowie zwischen dem Deckel 9 und dem Flansch 12 ist jeweils ein Ring 13

und nach außen ungeordnet. Auf der Oberfläche des MetalldecKcls 9 ist das erste Teilstück 34 des Stromabnehmers 3 direkt leitend mit dem Deckel verbunden. Im Inneren der Zelle ist das zweite Teigstück 3ßdes Stromabnehmers angeordnet und reicht bis weit in den Festelektrolyten hinein. Mit der Innenseite des Metalldeckels 9 ist das Teilstück 3ß des Stromabnehmers 3 über das Kontaktelement 6 leitend verbunden. An dem. an das Kontaktelement 6 angrenzenden Ende weist das Teilstück 3ß eine nach innen weisende, vorzugsweise zylindrische Ausnehmung 17 auf. deren Fassungsvolumen so groß ist. daß das geschmolzene Kontaktelement vollständig darin aufgenommen werden kann. Vorzugsweise handelt es sich bei der Ausnehmung 17 um eine in der Längsachse des Stromabnehmers 3 verlaufende zylindrische Bohrung.
Das Teilstück 3/i des Stromabnehmers 3 besteht aus einem Metallstab mit zylinder- oder quaderförmigem Querschnitt. Es ist aus dem gleichen Material wie das Teilstück 3B in Fig. 1. Es wird zusätzlich über eine Hülse 15 aus einem nichtleitenden Material an der Innenseite des Metalldeckels 9 gehaltert. Die Hülse 15 umgibt das Kontaktstück 6 und das Ende des Teilstückes 3ß. Die Hülse 15 ist vorzugsweise mit dem Deckel 9 und dem Ende des Stromabnehmers 3ß verschraubt.

Kommt es durch einen Bruch des Festelcktrolyten zu einer Erwärmung der Speicher/eile auf eine Temperatur, die merklich über ihrer Arbeitstemperatur liegt, so beginnt das Kontaktelement 6 zu schmelzen, denn es ist ebenso wie das Kontaktelement der in F i g. I gezeigten Speicherzelle aus einem Metall oder einer Legierung gefertigt, deren Schmelzpunkt nur wenig über der Arbeitstemperatur der Zelle liegt. Das Material des schmelzenden Kontaktelementes 6 fließt in die speziell hierfür vorgesehene Ausnehmung 17. Damit kommt es zu einer Unterbrechung der leitenden Verbindung zwischen dem Teilstück 3ß des Stromabnehmers und dem Deckel bzw. zwischen dem mit ihm verbundenen Teilstück 3/4 des Stromabnehmers 3. Der Stromkreis der Zelle ist damit unterbrochen, eine weitere Entlastung oder Ladung ist nicht mehr möglich.

Fi g. 3 zeigt eine Speicherzelle mit einem nach außen am Metallgehäuse 1 befestigten Stromabnehmer 30.
Diese Speicherzelle ist ebenso wie die in F i g. 1 und 2 dargestellten Speicherzellen aus einem becherförmigen Metallgehäuse 1, einem becherförmigen Festelektrolyten 2 aus ^-Aluminiumoxid, zwei Stromabnehmern 3 und 30, und einem Metalldeckel 9 aufgebaut. Auch hierbei ist der Festelektrolyt 2 innerhalb des Metallge-

hiiuses angeordnet. Der Zwischenraum 11 /wischen Metallgehäuse 1 und dem Festelektrolyt 2 bildet den ersten Reaktandcnraum, während das Innere des Festelcktrolyten als /weiter Reaktandcnraum dient. Das Metallgehäuse 1 weist wiederum einen nach innen und außen weisenden Flansch 10 auf. auf dem der nach außen gerichtete Keramikflansch des Festelektrolyten 2 aufliegt. Zwischen beiden ist wieder ein Ring 13 zur Abdichtung angeordnet. Als Verschluß des Festelektrolyten dient der Metalldeckel 9, der auf dessen Flansch 12 κ aufliegt. Zwischen dem Metalldecke! 9 und dem Flansch 12 ist ebenfalls ein Ring 13 für die Abdichtung angeordnet. Die Ringe 13 sind vorzugsweise aus einem weichgeglühten Wcichmctall, insbesondere Aluminium, gefertigt. Durch eine Durchführung im Metalldeckel 9 ·. ist der stabförmig ausgebildete Stromabnehmer 3 in das Innere des Festelektrolytcn 2 hineingeführt. Ein kleiner Teil des Stromabnehmers 3 ragt über den Metalldecke! 9 hinaus. Der Stromabnehmer wird vorzugsweise am Metalldeckel gehaltert. ;n

Als /weiter Stromabnehmer dient indirekt das Metallgehäuse 1. Um dieses ist eine als Stromabnehmer 30 dienende Rohrschelle gelegt. Über einen Ring 5 aus einem nichtleitenden Material wird der Stromabnehmer 30 am Metallgehäuse gehaltert. An diesen nichtleiten- _>-, den Ring 5 schließt ein ringförmiges Kontaktelcment β aus einem leitenden Material an, der die elektrische Verbindung zwischen dem Metallgehäuse 1 und dem Stromabnehmer 30 bildet. Als Materia! für das ringförmige Ko i'.aktelement 6 kommt ein Metall oder eine Legierung in Frage, dessen Schmelzpunkt wiederum 20 bis 100" K oberhalb der maxi;v.al?n Arbeitstemperatur der Speicherzelle liegt. Insbesondere kommt hierfür wieder Zink mit einem Schmelzpunkt von 693 K und eine Blci-Silber-Legierung mit einem Schmelzpunkt von 653 K in Frage. Als weitere Fertigungsmaterialien für das ringförmige Kontaktelement 6 können auch Bleibromid und Zinkbromid oder Lithiumjodid verwendet werden.

Die Funktionsweise dieser Zelle ist ahnlich wie die der in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Speicherzellen. Im Normalbetrieb der /eile kann der Strom über die beiden Stromabnehmer 3 und 30 abgegriffen werden, Die Aufladung der Zelle erfolgt über die gleichen Anschlüsse. Kommt es nun aufgrund eines Elektrolytbruchs und einer Bildung von Pohsulfid zu eine.· Erwärmung der Zelle, die merklich über der Arbeitstemperatur der Zelle liegt, so beginnt das ringförmige Kontaktelement 6, dessen Schmelztemperatur maximal 100° K über dem Arbeitspunkt der Zelle liegt, /u schmelzen. Damit wird der Stromkreis der Zelle unterbrochen, eine weitere Entladung oder Ladung ist nicht mehr möglich. Der Strom fließt nur noch durch die zu dieser Zelle parallelgeschalteten noch intakten Zellen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrochemische Speicherzelle auf der Basis von Alkalimetall und Chalkogen mit mindestens einem für die Aufnahme des Anolyten bestimmten Anodenraum und einem für die Aufnahme des Katholyten bestimmten Kathodenraum, welche durch eine alkali-ionenleitende Festelektrolytwand voneinander getrennt und mindestens teilweise von einer Metallwand begrenzt sind, wobei ein erster in Stromabnehmer eine von außen in den von der Festelektrolytwand abgegrenzten Reaktandenraum geführte Elektrode ist, und ein zweiter Stromabnehmer von der Metallwand mitgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der erste Stromabnehmer (3) mindestens zweiteilig ist und ein äußeres Teilstück (3A) mit einem inneren Teilstück (ZB) über ein elektrisch leitendes, bei einer um einen vorgegebenen Betrag über der Arbeitstemperatur der Zelle liegenden Temperatur schmelzendes Kontaktele.. ;nt (6) verbunden isL

2. Elektrochemische Speicherzelle nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Teilstück (3B) mn der innenliegenden Seite der Metallwand (9) der Zelle direkt und das Teilstück (3A) mit der außenliegenden Seite der Metall* and (9) mindesiens über das elektrisch leitende kontakteiemenl (6) vei bunden ist.

3. Elektrochemische Speicherzelle nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelz jo punkt des Kontaktelementes (6) 20 bis 100 K über der Arbeitstcnperatur der Zelle liegt.

4. Elektrochemische Speicherzelle nach mindestens einen, der Anspruchs I bis 3. dadurch gekennzeichnet, djß das außen angeordnete Teil- π Stück (34/ des Stromabnehm rs (3) über das Konlaktelcment (6) und eine Feder (7) mit der Metallwand (9) der /eile in elektrisch leitendem Kontakt steht.

5. Elektrochemische Speicherzelle nach minde- -to Stens einem der Ansprüche I bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß das außen angeordnete Teil-Stück (3A)iml einem Bügel (8) an der Metallwand (9) gehaltert ist.

6. Elektrochemische Speicherzelle nach mindestens einem der Ansprüche I bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß das Teilstück (IA) stempelförmig ausgebildet ist.

7. Elektrochemische Speicherzelle nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die stempeiförmige Unterfläche des Teilstückes (3A). das Kontaktelement (6) und die Feder (7) zwischen dem Bügel (8) und der Metallwand (9) angeordnet ist.

8. Elektrochemische Speicherzelle nach minde-Stens einem der Ansprüche 4 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (7) rahmenförmig gebogen und das Kontaktelement (6) zwischen ihr angeordnet ist.

9. Elektrochemische Speicherzelle nach minde-Stens einem der Ansprüche 4 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß die Metallwand (9), die Feder (7), das Kontaktelement (6) und das Teilstück (3A) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

10. Elektrochemische Speicherzelle nach mindestens einem der Ansprüche! bis 9,-dadurch gekennzeichnet, daß das im Inneren der Zelle angeordnete Teilstück (3B) des Stromabnehiners (3) direkt mit der Metallwand (9) leitend verbunden ist und in den Reaktandenraum (2) hineinragt.

11. Elektrochemische Speicherzelle nach einem der A nsprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das außen angeordnete Teilstück (3A) des Stromabnehmers (.3) direkt mit der Metallwand (9) elektrisch leitend verbunden ist.

12. Elektrochemische Speicherzelle nach mindestens einem der Ansprüche I oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das im Inneren dt.· Zelle angeordnete Teilstück (3B) des Stromabnehmers (3) über das Kontaktelement (6) mit der Metallwand (9) leitend verbunden ist und in das Innere des Festelektrolyten (2) hineinragt.

13. Elektrochemische Speicherzelle nach mindestens einem der Ansprüche 1, 3, 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Teiistück (3B) an seinem mit dem Kontaktelement (6) verbundenen Ende mit einer nach innen weisenden Ausnehmt'ng (17) versehen ist. deren Fassungsvolumen geringfügig größer als das Volumen des geschmolzenen Kontaktelementes (6) ist.

14. Elektrochemische Speicherzelle nach mindestens einem der Ansprüche!. 3. II. 12 und 13. dadurch gekennzeichnet, daß das Teilstück (3B) zusatzlich über eine nichtleitende Hülse (15) an der Metallwand (9) befestigt ist.

15. Elektrode mische Speicherzelle nach Λη-spruch 14. dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (15) das Kontaktelement (6) und das Ende des Teilstückes (JS/iimgibt.

Ib. Elektrochemische Speicherzelle auf der Basis von Alkalimetall und Chalkogen. mit mindestens einem fur die Aufnahme des Anolvten bestimmten Anodenraum und einem fur die Aufnahme des Katholyten bestimmten Kathodenraum, welche durch eine alkaliionenlcüende Festelektrolvtwand voneinander getrennt und mindestens teilweise von einer Metallwand begrenzt sind, wobei ein erster Stromabnehmer cmc von auße in den von der Festelektrolvtwand abgegrenzten Keaktandenraum geführle Elektrode ist. und ein zweiter Stromabnehmer von der Metallband mitgebildet ist. dadurch gekennzeichnet, daß das den zweiten Stromabneh mcr mitbildcndc Metallgehäuse (I) über ein elek Irisch leitendes, bei einer um einen vorgegebenen Betrag über tier Arbeitstemperatur der Zelle liegenden Temperatur schmelzendes Kontaktclement (6) mit der Stromfuhrung verbunden ist

17. Elektrochemische Speicherzelle nach An Spruch Ib, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stromabnehmer durch das Metallgehäuse (I) und eine Rohrschelle gebildet ist. die mit einem Ring (5) aus einem nichtleitenden Material außen am Metallgehäuse (I) gehalten und über ein ringförmiges Kontaktelemcnt (b) leitend mit dem Metallgehäuse (1) verbunden ist.

18. Elektrochemische Speicherzelle nach mindestens einem der Ansprüche Ib und 17. dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Kontaktelement (6) aus einem Metall oder einer Legierung gefertigt ist, deren Schmelzpunkt 20 bis I OiP K über der Arbeitstemperatur der Zelle liegt.