DE2832513A1 - Luftsauerstoff-zelle - Google Patents

Luftsauerstoff-zelle

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DE2832513A1 DE19782832513 DE2832513A DE2832513A1 DE 2832513 A1 DE2832513 A1 DE 2832513A1 DE 19782832513 DE19782832513 DE 19782832513 DE 2832513 A DE2832513 A DE 2832513A DE 2832513 A1 DE2832513 A1 DE 2832513A1
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Miniaturinetall-Luftsauerstoff-Zellen und insbesondere eine verbesserte Metalluftsauerstoff-Zellenkonstruktion, welche den Betrieb bei einer relativ hohen durchschnittlichen Stromdichte erlaubt, und zwar mit der Fähigkeit zu hohen Stromstößen.
Luftsauerstoff-Zellen, d.h. Zellen, bei denen das aktive Kathodenmaterial Sauerstoffgas ist, das aus der Umgebungsluft erhalten wird, haben die Vorteile einer hohen Ampere-Stunden-Kapazität und niedrige Kosten. Der notwendige Zugang von Luft zur Kathode und daher zu anderen internen Komponenten der Zelle setzt die Zelle der Feuchtigkeit der umgebenden Atmosphäre aus. Wenn die Feuchtigkeit der Umgebungsluft niedrig ist, entweicht Feuchtigkeit aus der Zelle, wobei das Volumen des Elektrolyten abnimmt und schließlich Austrocknung eintritt. Wenn umgekehrt die Feuchtigkeit der Luft hoch ist, erhält die Zelle Wasser, das den Elektrolyten verdünnt und eventuell die Zelle überflutet. Zudem kann der freie und unbeschränkte Zugang von Luft zur Zelle zu einer schädlichen Anodenkorrosion führen und der Zugang von CO2 zu Zellen, bei denen ein alkalischer Elektrolyt verwendet wird, kann zu einer Carbonatbildung in dem alkalischen Elektrolyten führen.
Um diese Probleme möglichst gering zu halten, ist es erforderlich, den Durchgang der atmosphärischen Luft in die Zelle zu steuern. Bisher wurde dies durch begrenzte Öffnungen (Stiftlöcher) in dem äußeren Zellgehäuse bewirkt. Zudem enthalten die meisten dem Stande der Technik entsprechenden Konstruktionen eine Schicht aus einem porösen hydrophoben Material, z.B. ein poröser Polytetrafluoräthylenfilm, um zusätzlich den Zugang der
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Luft einzuschränken und das Einbringen von Wasserdampf zu begrenzen. Unglücklicherweise beschränkt der auf diese -Weise eingeschränkte Zugang der Umgebungsluft auch die durchschnittliche Stromdichte, die erhalten werden kann, so daß nur Anwendungen möglich sind, für die ein sehr niedriger Stromdrain erforderlich ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftsauerstoff-Zellcnkonstruktion, die besonders für Miniaturζeilen geeignet ist, eine ausgedehnte Lagerzeit aufweist, einen hohen durchschnittlichen Strom liefert und einen hohen Spitzenstrom bereitstellen kann. Die hohe Strommittelwertdichte (average current density) wird erhalten durch die Verwendung einer nichtporösen, gasdurchlässigen dünnen Filmmembrane, die mit einer Seite über der Luftsauerstoff-Kathode angebracht ist und mit der entgegengesetzten Seite einen im wesentlichen unbeschränkten Zugang zur Atmosphäre durch ein Gasdiffusionsglied aufweist. Die gasdurchlässige Membrane wird mit einem Sauerstofftransfer ausgewählt, der entsprechend der Strommittelwertdichte bemessen ist, die für die Zelle erforderlich ist. Die Lagerung der Membrane in bezug auf das Gasdiffusionsglied erlaubt einen Fluß des Sauerstoffes durch die Membrane, der seinerseits gleichförmig über die gesamte Gasoberfläche der Luftsauerstoff-Kathode verteilt ist. Die Membrane soll in der Zelle als die Hauptvorrichtung dienen, um den Transfer des Sauerstoffes von der Umgebungsatmosphäre zur Oberfläche der Luftsauerstoff-Kathode zu steuern und um als eine Barriere gegen den Wasserdampf zu dienen. In letzterer Hinsicht ist es für die vorliegende Erfindung kritisch, daß die Membrane nicht porös ist.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung erfolgt der Durchgang des Sauerstoffes durch die nichtporöse Membrane ausschließlich
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durch Gaspermeation, die auf einem Löslichkeitsraechanismus beruht, der chemischer Natur ist, und zwar im Gegensatz zu einer einfachen physikalischen Diffusion durch ein poröses Teil. Es gibt viele konventionelle nichtporöse Materialien, die in wechselndem Ausmaße selektiv für Sauerstoff durchlässig sind. Derartige Materialien sind in der Literatur bekannt und ihre Durchtrittsgeschwindigkeiten für Sauerstoff können leicht festgestellt werden.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine konstruktive Veränderung der Zelle, welche sehr hohe Spitzenströme bereitstellt, und zwar über relativ kurze Bedarfsperioden. In Übereinstimmung mit der vorliegender. Erfindung wird die Fähigkeit zu hohen Spitzenströmen durch eine Hilfskathode bereitgestellt, welche die Form einer dünnen Schicht aufweist, die unter Wahrung des elektrischen und physikalischen Kontaktes mit der Luftsauerstoff-Kathode angeordnet ist. Die Zusammensetzung der Hilfskathode hängt von der Wahl des Elektrolytsystems ab. Für einen wässrigen alkalischen Elektrolyten sollte die Hilfskathode ein reduzierbares Metalloxid sein, das bei dem Potential der Luftsauerstoff-Kathode wieder aufgeladen werden kann. Beispiele für zufriedenstellende reduzierbare Metalloxide sind Mangandioxid, Molybdänoxid, Vanadiumpentoxidp Kobaltoxid und Kupferoxid«, Für saure und neutrale Elektrolyten kann die Hilfskathode eine organische Verbindung sein, die reversible Redoxeigenschaften aufweist und die Eigenschaft hatj, beim Potential der Luftsauerstoff-Kathode aufgeladen zu werdene Beispiele für derartige Materialien sind Chinone und substituierte Chinone s Z8B0 Chloranil (Tetrachloro-p-benzochinon). Beispiele für neutrale Elektrolyten sind wässrige Lösungen von Ammonium-Chlorids Manganchlorid oder einer Mischung von Manganchlorid land Magnesiumchlorid» Wässrige Lösungen von Zinkchlorid oder
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Mischungen von Zinkchlorid und Ammoniumchlorid, eignen sich als saure Elektrolyte.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, und zwar im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt der Luftsauerstoff-Zelle gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Kathodenaufbaus der Fig. 1 und
Fig. 3 eine Serie von Kurven, welche die Wirkungen von verschiedenen nichtporösen dünnen Filmmembranen bei der Kontrolle des Sauerstoffzutritts zur Luftsauerstoff-Kathode in Fig. 1 zeigen.
Die bei 10 in Fig. 1 gezeigte Luftsauerstoff-Zelle enthält einen Behälter 12, z.B. aus nickelplattiertem Stahl, der eine teilweise Einfassung bildet, und einen offenen oberen Teil 14 aufweist, eine relativ flache Bodenwand 16 und einen aufrechtstehenden zylinderförmigen Wandteil 18. Ein Kathodenaufbau mit dem Bezugszeichen 20 liegt innerhalb des Behälters 12. Ein Abstandhalterelement 24, vorzugsweise mit poröser Struktur, z.B. ein offenes Gitter oder ein Sieb aus irgendeinem geeigneten Material, z.B. aus Nylon, befindet sich zwischen der Bodenwand und der Kathodenanordnung 20. Die Bodenwand 16 enthält wenigstens einen
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Durchgang für die Luft 22, und zwar von ausreichender Größe, um für die Kathodenanordnung 20 einen freien, unbeschränkten Zugang zur Atmosphäre durch das Abstandhalterelement 24 bereitzustellen.
Das Abstandhalterelement 24 stellt eine mechanische Auflage für die Kathodenanordnung 20 dar und dient als ein Gasdiffusor zwischen der äußeren Atmosphäre und der Kathodenanordnung 20. Alternativ kann anstatt eines separaten Gasdiffusors ein Gasraum strukturell zwischen der Bodenwand 16 und der Kathodenanordnung 20 aufrechterhalten werden, z.B. mittels einer Klemmverbindung (crimp) in dem Wandteil 18 des Behälters 12. Die Kathodenanordnung 20 und das Abstandhalterelement 24 sind mittels eines Klebematerials, vorzugsweise mit einem Silberepoxidharz 25 an dem Behälter 12 befestigt. Das Silberepoxid 25 fungiert als ein klebender Verschluß und stellt den adäquaten elektrischen Kontakt zwischen dem Kathodenaufbau 20 und dem Behälter 12 sicher, wenn der Behälter als der externe Kathodenkontakt dient. Wenn das Abstandhalterelement 24 leitend ist, kann das Silber aus dem Epoxidharz wegbleiben, vorausgesetzt, daß ein elektrischer Kontakt zwischen der Luftsauerstoff-Kathode und dem Abstandhalterelement 24 besteht.
Eine Anode 26, die aus einer konventionellen porösen Masse eines geeigneten Metallpulvers, z.B. aus geliertem amalgamiertem Zinkpulver oder einem gesinterten Zinkpreßling bestehen kann, befindet sich oberhalb der Kathodenanordnung 20 innerhalb einer Abteilung, die von dem zweiten Behälter 30 gebildet wird, der zweite Behälter 30 kann aus einem Metall konstruiert sein und dient als der negative Anschluß der Zelle 10. Der zweite Behäl-
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ter 30 befindet sich innerhalb des aufrechtstehenden Wandteils 18 des Behälters 12 und ist mittels einer Dichtung 32 und/oder mittels eines Klebemittels 34, z.B. eines Epoxidharzes, daran befestigt. Die Dichtung 32 sollte aus einem isolierenden Material bestehen, wenn die zwei Behälter 12 und 30 aus Metall bestehen.
Die Anode 26 ist von dem Kathodenaufbau 20 durch einen Separator 36 getrennt, der vorzugsweise aus mehr als einer Materialschicht besteht. Wenn zwei Schichten als der Separator 36 verwendet werden, kann jede aus einem faserartigen Zellulosematerial hergestellt werden oder es kann auch nur eine aus einem derartigen Material hergestellt werden, während irgendein konventionelles standardmäßiges synthetisches Fabrikat für die andere Schicht verwendet werden kann. Eine wässrige Elektrolytlösung wird der Zelle während des Zusammenbaus zugesetzt. Ein geeigneter alkalischer Elektrolyt kann Kalilauge oder Natronlauge sein und ein geeigneter Elektrolyt für Zellen mit einem organischen Redoxsystem besteht aus einer wässrigen^ Lösung von Zinkchlorid und Mischungen von Zinkchlorid und Ammoniumchlorid. Ein im wesentlichen neutrales Elektrolytsystem kann aus Ammoniumchlorid bestehen oder Manganchlorid oder einer Mischung von Manganchlorid- und Magnesiumchloridlösung.
Der Kathodenaufbau 20 besteht, wie deutlich in Fig. 2 gezeigt wird, aus einer Laminat-Kathodenstruktur 38, die aus einer Luftsauerstoff-Kathode 40 besteht und einer Hilfskathode 42 in Verbindung mit einer Schicht aus einer dünnen, filmartigen, gasdurchlässigen Membrane 44. Die dünne, filmartige, gasdurchlässige Membrane 44 liegt auf der Gasseite der Luftsauerstoff-Kathode 40 und hat einen im wesentlichen unbeschränkten Zugang
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zur Atmosphäre. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß es nicht notwendig ist, daß die nicht poröse Membrane 44 angrenzend an die Kathode 40 liegt. Dennoch wird diese Anordnung bevorzugt, da sie leichter herzustellen ist. Die Membrane 44 kann mechanisch über die Luftsauerstoff-Kathode 40 gelegt werden, direkt auf ihre Oberfläche aufgeschmolzen werden oder auf ihre Oberfläche aus einer flüssigen Lösung aufgesprüht werden. In einer alternativen Ausführungsform kann die Membrane 44 auf die innere Oberfläche des porösen Abstandhalterelementes 24 gelegt oder gegossen werden, das der Luftsauerstoff-Kathode 40 gegenüberliegt, wodurch der Abstandhalter auch als die Bodenwand des Behälters 12 dienen kann.
Die Membrane 44 besteht aus einem Polymeren, das mit einer Sauerstoffdurchlässigkeit ausgewählt wird, die für einen im voraus bestimmten Sauerstofffluß in die Zelle 10 geeignet ist, entsprechend der erforderlichen durchschnittlichen Stromdichte für die Zelle 10. Es sind verschiedene nichtporöse Membranmaterialien bekannt, welche entsprechend ihrer chemischen Struktur den Sauerstoff mit verschiedenen Geschwindigkeiten durchtreten lassen. Tabelle I zeigt eine Zusammenstellung einer großen Zahl verschiedener polymerer Materialien, und zwar in abnehmender Reihenfolge der Durchtrittsgeschwindigkeit für Sauerstoff unter den gleichen Testbedingungen. Ein weiterer Bereich von Permeabilitäten erlaubt schnell die Auswahl eines Materials, um den Ausgangsstromdrain der Zelle gemäß der Erfindung wettzumachen,Die Zusammenstellung in Tabelle I wurde der Veröffentlichung "Dünne Silikonmembrane" entnommen, die in den Annalen der New Yorker Akademie der Wissenschaften veröffentlicht wurde (Band 146, Seite 119). Obwohl die Variation der Membrandicke die Permeabilität beeinflußt, so ist diese nicht ein so kritischer Faktor wie die chemische Struktur des Polymeren. Entsprechend der vorlie-
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genden Erfindung wird jedoch die'Auswahl einer entsprechenden Sauerstoffpermeabilität, welche den Stromerfordernissen der Zelle entspricht, durch die Auswahl des Polymeren und der Dicke getroffen. Für eine Miniaturzelle sollte der praktische Bereich der bevorzugten Dicke zwischen ungefähr 0,00026 cm bis ungefähr 0,0051 cm liegen.
Tabelle I relative Permeabilität
Polymeres . . 60
Dimethylsilikongummi 11
Fluorsilikon 8,5
Nitrilsilikon 2,4
natürlicher Gummi 2,1
Äthylcellulose 0,8
Polyäthylen niedriger Dichte 0,16
BPA Polycarbonat 0,14
Butylgummi 0,12
Polystyrol 0,1
Polyäthylen hoher Dichte 0,08
Celluloseacetat 0,07
Methylcellulose 0,014
Polyvinylchlorid 0,01
Polyvinylalkohol 0,01
Nylon 6 ' 0,003
Polyvinylidenfluorid 0,0019
Mylar 0,001
KeI-F (unplastifiziert) 0,0005
Vinylidenchlorid-Vinylchlorid 0,0004
Teflon
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Die Geschwindigkeit, mit der Sauerstoff durch eine Membrane 44 mit bekannter Sauerstoff permeabilität durchtritt, kann in folgender Weise entsprechend dem Stromdrain für die Zelle berechnet werden:
Beispiel:
1 Mol O2 = 22,4 Liter bei Normalbedingungen; entspricht 96 500 Coulomb oder 26,8 Ah, bezogen auf eine 1-Elektronenreaktion (1 Coulomb = 1 Asec, daher 96 500/3600 = 26,8 Ah)
22 400 ml O2 würden 53,6 Ah erzeugen oder 53 600 mAh, bezogen auf folgende 2-Slektronenreaktion:
O2 + 2H+ + 2e~ = H2O2
daher würden 22,4 ml 0 53,6 mAh erzeugen oder 22,4/53,6 = 0,418 ml 02/mAh.
2 2
Bei einer scheinbaren Kathodenfläche von 1 cm bei 1 mA/cm Drain würde dies bedeuten, daß
0,418 ml Oo/h erforderlich sein würden oder
2 p
0,418 ml 02/h, um einen Betrieb bei 0,1 mA/cm (100 pA/cm ) zu
gewährleisten oder
0,004 ml 02/h, um einen Betrieb bei 0,01 mA (10 pA /cm ) zu gewährleisten.
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Experimentell wurde gezeigt, daß Polyäthylen hoher Dichte eine geeignete Permeabilität für Stromdrain-Bedingungen bereitstellt, die typisch für die meisten Uhrenbatterien sind (0,1 mA/em oder 0,01 mA/cm (10 pA/cm )). Polyäthylen niedriger Dichte kann für die kontinuierlichen Betriebsbedingungen verwendet werden (1-3 mA/cm ), die typisch für Batterien sind, die in Hörgeräten verwendet werden.
Die Luftsauerstoff-Kathode 40 ist vorzugsweise eine vielschichtige Kompositstruktur, die bei alkalischen und neutralen Elektrolytsystemen vom Metall-Kohlenstofftyp sein kann und bei sauren Elektrolytsystemen eine ganz aus Kohlenstoff bestehende Luftsauerstoff elektrode. Die Verwendung eines Katalysators ist nicht wesentlich, insbesondere im Falle der ganz aus Kohlenstoff bestehenden Luftsauerstoff-Elektrode. Typische vielschichtige Brennstoffzellelektrodenstrukturen, die für die vorliegende Erfindung verwendet werden können, werden in den US-Patentschriften 3 423 24? und 3 556 856 beschrieben, die zitierenderweise übernommen werden. Eine aus zwei Schichten bestehende Kompositelektrode kann aus einer feuchtigkeitsdichten, porösen Nickelstromkollektorschicht bestehen, die der Elektrolytseite gegenüberliegt; sie enthält weiter eine einen Katalysator enthaltende Kohlenstoffschicht (catalyzed carbon layer). Alternativ kann die poröse Nickelstruktur der Elektrolytseite gegenüberliegen, ohne daß dafür gesorgt ist, das sie feuchtigkeitsdicht ist. Die Beständigkeit gegen Feuchtigkeit wird vorzugsweise erreicht durch Verwendung von Polytetrafluoräthylen, obwohl auch andere feuchtigkeitsbeständige Kompositionen, die dem Stande der Technik entsprechen, verwendet werden können. Die gegen Feuchtigkeit beständige Komposition von z.B. einer wässrigen Emulsion von Polytetrafluoräthylen kann auf den mit einem Kata-
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lysator versetzten Kohlenstoff (catalyzed carbon) gesprüht v/erden oder mit ihm vermischt v/erden bei der Bildung der mit dem Katalysator versetzten Kohlenstoffschicht. Die gegen Feuchtigkeit beständige Komposition kann auch so ausgebildet werden, daß sie eine unabhängige hydrophobe Schicht bildet. In einem derartigen Falle muß die hydrophobe Schiebt porös sein, damit der Transport von Sauerstoffgas zur Kohlenstoffschicht erfolgen kann. Eine aus drei Schichten bestehende Elektrode für eine Brennstoffzelle kann dadurch gebildet werden, daß eine Nickelschicht mit sehr groben Poren zwischen die mit dem Katalysator versehene Kohlenstoffschicht und eine mit relativ feinen Poren versehene Nickelschicht angebracht wird. Die Beständigkeit der Kohlenstoffschicht gegen Feuchtigkeit ist notwendig.
Figur 3 zeigt die Wirkung verschiedener Membrane auf die Sauerstoff kontrolle im Vergleich mit dem Verhalten ohne eine Membrane für eine Versuchszelle, bei der eine gegen Feuchtigkeit beständige, poröse Nickelstromkollektorschicht verwendet wird und eine gegen Feuchtigkeit beständige, poröse Kohlenstoffschicht für die Luftsauerstoff-Kathode. Zu Versuchszwecken enthielt die Kohlenstoffschicht keinen Katalysator. Man erkennt deutlich die kontrollierte, scharfe stromdichte Beschränkung der Zelle, die durch die Auswahl der Membrane bewirkt wird im Vergleich mit derselben Zelle ohne Membrane. Die Permeabilitätsgeschwindigkeit des Materials für Sauerstoff kann für ein gegebenes Material durch eine Veränderung der Dicke eingestellt werden. Die Kurve für die Latex Nr. 2 Membrane (ein Neoprenlatex) zeigt den Effekt auf die Permeabilität des Latex infolge der Abnahme der Membrandicke im Vergleich mit der Kurve für die Latex Nr. 1 Membrane, die ebenfalls aus Neoprenlatex bestand, aber dicker war.
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Die Hilfskathode 42 besteht aus einer dünnen,kohärenten Schicht, die aus einem Material besteht, das entsprechend dem Elektrolytsystem ausgewählt wird. Für ein wässriges alkalisches System ist die bevorzugte Hilfskathode eine Schicht von MnO2 und für ein saures oder neutrales Elektrolytsystem ist die bevorzugte Hilfskathode eine Schicht aus Chloranil. Die Dicke der Hilfskathodens chi cht sollte vorzugsweise zwischen ungefähr 0,0256 bis 0,128 cm liegen. Die Hilfskathodenschicht 42 ist vorzugsweise mit der Oberfläche der Luftsauerstoff-Kathode 40 verbunden, wobei sich die laminatartige, vielschichtige Kathodenstruktur 38 ausbildet. Eine kohärente, verbundene Mn02-Elektrode t die für die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, ist in dem US-Patent 3 945 847 beschrieben. Die verbundene MnO2-Elektrode besteht aus teilchenförmigen! Mangandioxid in Verbindung mit einem elektrisch leitenden Material wie kolloidaler Ruß und einem geeigneten polymeren Bindemittel wie Polymethylmethacrylat, Polysulfon und Epoxidharze. Die Chloranilschicht kann aus einer Komposition gebildet werden, die aus gepulvertem Chloranil. besteht, einem leitenden Material wie Graphit und einem geeigneten Bindemittel.
Die Hilfskathode 42 wird in die Vielschichtenkathodenstruktur 38 so eingebaut, daß sie dem Separator 36 auf der Elektrolytseite der Zelle 10 gegenüberliegt. Da die Luftsauerstoff-Kathode ein höheres Potential aufweist als die Hilfskathode, erhält die Luftsauerstoff-Elektrode die Hilfselektrode .unter allen Zellenbedingungen in einem geladenen Zustand, wenn die Sauerstoffzufuhr größer ist als der Sauerstoffverbrauch. Die Hilfselektrode erlaubt es also der Zelle 10, für eine begrenzte Zeit einen Stromstoß (pulse current) zu liefern, der größer ist als derjenige, den die Luftsauerstoff-Kathode liefern kann. Die Hilfs-
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elektrode wird im wesentlichen durch die Luftsauerstoff-Kathode wieder aufgeladen, wenn genügend Zeit verstreicht, bevor der hohe Stromstoß wieder benötigt wird»
Die Luftsauerstoff-Zelle besteht aus einem laminatförmigen Kathodenaufbau, der eine Luftsauerstoff-Kaübode enthält und eine Hilfskathode in Verbindung mit einer Schicht aus einer dünnen, filmartigen, nichtporösen, gasdurchlässigen Membrane, die mit der einen Seite über der Luftsauerstozf-Kathode angebracht ist und mit der entgegengesetzten Seite einen im wesentlichen unbeschränkten Zugang zur Atmosphäre durch einen Gasdiffus or aufweist. Die nichtporöse Membrane kontrolliert den Übergang des Sauerstoffes von der Uragebimgsatmosphäre zur Luftsauerstoff-Kathode ausschließlich durch Gaslöslichkeit, wobei die Permeabilität für Sauerstoff entsprechend einem im voraus bestimmten Strommittelwert der Zelle ausgewählt wird.
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Claims (13)

  1. PATENTANWALT
    DIPL-ING.
    Frankfurt am Main 70
    Schneckenhcfslr. 27 - Tel. 617079
    24. Juli 1978 Gzm/Ra.
    Union Carbide Corporation, New York, N.Y. 10017 / USA
    Luftsauerstoff-Zelle
    Patentansprüche
    Luftsauerstoff-Zelle, gekennzeichnet durch
    eine Anode, die in einem ersten Behälter enthalten ist,
    einen Kathodenaufbau mit einer Luftsauerstoffkathode, deren eine Oberfläche in enger Beziehung zu der Anode steht ,und auf der entgegengesetzten Oberfläche der Luftsauerstoff-Kathode liegt eine nichtporöse, dünne, filmartige Membrane zur Kontrolle des Sauerstoffflusses,
    eine separate Vorrichtung, die zwischen dem Kathodenaufbau und der Anode angebracht ist,
    einen zweiten Behälter, der über dem Kathodenaufbau angebracht ist und wenigstens einen Durchgang für Luft aufweist, der von der nichtporösen, dünnen, filmartigen Membrane beabstandet ist und eine genügende Größe aufweist, um die Membrane mit einem im wesentlichen unbeschränkten Zugang zur Atmosphäre zu versehen,
    diese nichtporöse, dünne, filmartige Membrane gestattet den Durchgang von Sauerstoff, und zwar ausschließlich durch Gaslöslichkeit (gas solubility), wobei ihre Permeabilität für Sauerstoff entsprechend einer im voraus bestimmten durchschnittlichen Stromdichte für die Zelle ausgewählt wird,
    809886/0899 ORIGINAL INSPECTBD
    eine Elektrolytlösung, die in der Zelle enthalten ist und
    eine Vorrichtung zum Verschließen des ersten und zweiten Behälters, um ein Auslecken des Elektrolyten aus der Zelle zu verhindern.
  2. 2. Luftsauerstoff-Zelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gasdiffusor zwischen dem Durchgang für die Luft und der Membrane.
  3. 3. Luftsauerstoff-Zelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenaufbau eine Laminatstruktur aufweist, welche zusätzlich eine Hilfskathodenschicht aufweist, die auf der Seite des Kathodenaufbaus angebracht ist, welche dem Separator gegenüberliegt.
  4. 4. Luftsauerstoff-Zelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftsauerstoff-Kathode eine Vielschichten-Elektrode ist, wie sie für Brennstoffzellen verwendet wird.
  5. 5. Luftsauerstoff-Zelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytlösung alkalisch ist und die Hilfskathode ein reduzierbares Metalloxid ist, das ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Mangandioxid, Molybdänoxid, Vanadiumpentoxid, Kobaltoxid und Kupferoxid.
  6. 6. Luftsauerstoff-Zelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskathode Mangandioxid ist.
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  7. 7. Luftsauerstoff-Zelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytlösung sauer ist und die Hilfselektrode eine organische Redoxverbindung ist ,".welche die Fähigkeit aufweist, daß sie auf das Potential der Luftsauerstoff-Kathode wieder aufgeladen werden kann.
  8. 8. Luftsauerstoff-Zelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die organische RedoxverMndung ausgewählt wird aus der Gruppe "bestehend aus Chinonen und substituierten Chinonen.
  9. 9. Luftsauerstoff-Zelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der saure Elektrolyt eine wässrige Lösung von ■ Zinkchlorid oder v^n Mischungen von Zinkchlorid und Ammoniuinchlorid ist.
  10. 10. Luftsauerstoff-Zelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskathode aus Chloranil besteht.
  11. 11. Luftsauerstoff-Zelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytlösung im wesentlichen neutral ist und die Hilfselektrode eine organische RedoxverMndung ist, wel- . ehe die Fähigkeit aufweist, daß sie auf das Potential der Luftsauerstoff-Kathode wieder aufgeladen werden kann.
  12. 12. Luftsauerstoff-Zelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen neutrale Elektrolytlösung ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Ammoniumchlorid, Mangan-Chlorid und einer Mischung von Manganchlorid und Magnesiumchlorid.
  13. 13. Luftsauerstoff-Zelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskathode aus Chloranil besteht.
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