DE2948985A1 - Verfahren zum schutze elektrochemischer zellen und daraus aufgebauter batterien, halterung zur durchfuehrung des verfahrens und elektrochemische sicherheitszelle - Google Patents

Verfahren zum schutze elektrochemischer zellen und daraus aufgebauter batterien, halterung zur durchfuehrung des verfahrens und elektrochemische sicherheitszelle

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Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft den in den Patentansprüchen gekennzeichneten Gegenstand.
Elektrochemische Zellen innerhalb einer daraus aufgebauten Batterie können kaputtgehen und derartige Fälle sind bekannt geworden. Insbesondere in elektrochemischen Hochtemperaturzellen kann ein derartiges Versagen katastrophale Gefahren zur Folge haben. Je größer die elektrochemische Zelle oder die daraus aufgebaute Batterie, um so schwerwiegender wird dieses Problem.
Für Batterie-angetriebene Fahrzeuge ist eine Batterie-Energiespeicherung in der Größenordnung von 50 kWh erforderlich, um ein Durchschnittsfahrzeug etwa 300 km fahren zu können. Würde diese gesamte Energie oder ein wesentlicher Teil davon plötzlich freigesetzt, so wäre eine katastrophale und explosionsartige Zerstörung der Batterie die Folge. Ein derartiges Versagen könnte leicht eintreten, wenn die zur Zeit verfügbaren Hochtemperaturbatterien in Fahrzeuge installiert werden, wie dies beabsichtigt ist, und wenn derartige Fahrzeuge in einen schweren Unfall verwickelt werden.
Führende Anwärter für kommerzielle Fahrzeugantriebsbatterien sind Natrium/Schwefel-Batterien und Lithium/Sulfid-Batterien. Infrage kommen auch alkalische Batterien vom Typ Zink/Nickeloxid-Batterien, wenn auch deren Einsatz für diesen Zweck zur Zeit nicht so favorisiert ist.
Für derartige Batterien ist eine sehr hohe Energiedichte erforderlich, die nur erzielbar ist durch Verwendung von Kombinationen reaktivster chemischer Substanzen, z.B. der extrem elektropositiven Elemente Lithium oder Natrium, zusammen mit extrem elektronegativen Elementen wie Schwefel, Chlor oder dgl.
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Schon die Verwendung derartiger Materlallen wirft In der Sache begründete Sicherheitsprobleme auf, die bei der Anwendung der aus diesen Materialien gewonnenen Batterien be- * stehen bleiben, angefangen vom Forschungsstadium durch das Entwicklungsstadium bis zur kommerziellen Produktion und dem Einsatz derartiger Batterien in der Praxis, z.B. in Fahrzeugen.
In derartigen Batterien ist die chemische Reaktion zwischen den reaktiven Substanzen in der Batterie gesteuert zur Erzielung einer brauchbaren elektrischen Energie. Geraten jedoch derartige Reaktionen außer Kontrolle, so können katastrophale und gefährliche Sicherheitsrisiken auftreten. Dies kann z.B. geschehen in einem Zusammenstoß von Motorfahrzeugen, bei dem die reaktiven Materialien der in der Batterie vorliegenden elektrochemischen Zellenanoden und -kathoden gewaltsam zusammengebracht werden. Derartige Zerstörungen können auch als Folge einer Korrosion des Zellengehäuses auftreten, die über einen langen Zeitraum von Gebrauch oder Lagerung erfolgen kann, und als Folge von thermischen Zyklen, die Spannungen und Deformationen bewirken können, was dann zum Bruch von spröden Dichtungsteilen und anderen spröden Komponenten, z.B. festen Elektrolyten in Natrium/Schwefel-Zellen, führen kann.
Eine derartige Korrosion oder Thermalzyklusbedingung führt in der Regel dazu, daß eine bestimmte Zelle eine exotherme Zerstörung erleidet. Wird die Zelle in einer Batterie verwendet, so ist es daher erforderlich, zu verhindern, daß derartige Zerstörungen einzelner Zellen auf benachbarte Zellen übergreifen und dadurch eine katastrophal eskalierende Zerstörung der gesamten Batterie verursachen.
Die bisher bekannten Mittel zur Überwindung des Problems der mit katastrophalen Folgen verbundenen Zellen- oder Batterie-
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zerstörung haben durchwegs schwerwiegende Nachteile in bezug auf das Erfordernis, das Gewicht oder Volumen in unerwünschter Weise zu vergrößern. So wurden z.B. Vermiculit und ahn- * liehe Mineralien verwendet, um derartige Batterien und Zellen damit zu umgeben, doch wird dadurch nur eine nicht-entflammbare thermische Isolierung geringer Dichte in physikalischer Hinsicht auf makroskopischem Niveau erzielt, statt sich mit den Zeilinhaltsstoffen auf molekularem oder mikroskopischem Niveau oder in chemischer Hinsicht zu befassen.
Wenn daher das Problem der mit katastrophalen Folgen verbundenen Zerstörung von Batterien nicht gelöst werden kann, ist davon auszugehen, daß der kommerzielle Endverbrauch zahlreicher zur Zeit im Entwicklungsstadium befindlicher Batterien auf technisch versierte Endverbraucher beschränkt bleibt und Sicherheitsrisiken können dazu führen, daß diesen Batterien der wichtige Massenmarkt der Fahrzeugproduktion verschlossen bleibt. Erfindungsgemäß wird die potentielle Gefahr, die vom Entweichen elektrochemischer Zellinhaltsstoffe aus einer elektrochemischen Zelle herrührt, wessentlich vermindert durch die in den Patentansprüchen gekennzeichneten Mittel und Wege mit Hilfe eines sorbierenden Mikromolekularsiebmaterials.
Die Zeilinhaltsstoffe sind von ihrer Natur her gefährlich und es handelt sich dabei um gefährliche elektrochemische Reagentien und/oder Reaktionsprodukte.
Das Molekularsiebmaterial liegt zweckmäßigerweise in Form mindestens einer abgeschlossenen Schicht vor, die in sich geschlossen ist und das Zellgehäuse umgibt oder teilweise umgibt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung liegt
das Molekularsiebmaterial als abgeschlossene Schicht zwischen
dem Zellgehäuse und einer äußeren Dichtungswand vor, die das Material einschließt.
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Gemäß einer wahlweisen Ausführungsform der Erfindung liegt das Molekularsiebmaterial in einer abgeschlossenen Halterung vor, die so ausgestaltet ist, daß sie ein Zellengehäuse aufzunehmen oder auswechselbar aufzunehmen vermag, wobei die Halterung in sich abgeschlossen miteinander verbundene innere und äußere Dichtungswände aufweist, zwischen denen das Molekularsiebmaterial eingeschlossen ist.
Die Dichtungswände bestehen zweckmäßigerweise aus bruchsicherem Material, z.B. aus einem flexiblen oder federnd flexiblen Material, oder einem deformierbaren oder federnd deformierbaren Material, um einem Bruch bei Schlag- und Stoßeinwirkung zu widerstehen.
Das eingeschlossene Molekularsiebmaterial ist, wenn es sorbiertes Wasser enthält, wie dies in Zeolithen der Fall ist, zweckmäßigerweise zumindest teilweise dehydratisiert, um dessen Kapazität zur Sorption von elektrochemischen Zellinhaltsstoffen zu verbessern.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das eingeschlossene Molekularsiebmaterial evakuiert zur Verbesserung von dessen thermischen Isoliereigenschaften.· Gemäß einer wahlweisen Ausführungsform der Erfindung enthält das eingeschlossene Molekularsiebmaterial ein Inertgas, das in bezug auf die elektrochemischen Zeilinhaltsstoffe inert ist. Beim Inertgas kann es sich z.B. um ein Edelgas, Stickstoff, Kohlendioxid oder dgl. handeln.
Die Erfindung ist auf verschiedene Typen von elektrochemischen Zellen, einschließlich solcher in Form von Brennstoffzellen, anwendbar, ihre besonders zweckmäßige Anwendung erstreckt sich jedoch auf elektrochemische Zellen, bei denen elektrochemische Substanzen oder Elektrolyte zur Anwendung gelangen, oder die Reaktionsprodukte erzeugen, die beim Austritt aus einer Zelle gefährlich sind oder die eine Gefahr in sich bergen, wenn sie
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miteinander oder mit der außerhalb der Zellumgebung befindlichen Luft reagieren.
So bietet sich z.B. die Erfindung insbesondere in bezug auf HochtemperaturzeIlen, in bezug auf Zellen mit schmelzflüssigem Elektrolyt/ in bezug auf Zellen, die schmelzflüssige oder potentiell gefährliche elektronegative und/oder elektropositive Substanzen anwenden oder dgl. an.
Beim erfindungsgemäß verwendeten Mikromolekularsiebmaterial kann es sich um jedes Material handeln, das zur raschen Sorption von elektrochemischen Zellinhaltsstoffen, die aus einer Zelle austreten, befähigt ist unter Verminderung der potentiellen Gefahr, welche derartige Inhaltsstoffe darstellen,durch Zurückhaltung desselben in einer dispergierten Form, um sie dadurch abkühlen zu lassen oder die Möglichkeit oder das Ausmaß oder die Geschwindigkeit ihrer Reaktion mit Luft oder miteinander zu vermindern.
rtikromolekularsiebmaterialien sind Substanzen mit Molekularhohlräumen in Form von Käfigen, Poren oder Kanälen, wobei diese Hohlräume Fensteröffnungen, die zu ihnen führen, aufweisen, und wobei die Fensteröffnungen, Käfige, Poren und Kanäle eine durchschnittliche Größe von nicht mehr als 1 Mikron, vorzugsweise von weniger als 100 Sngström und in der Regel von weniger als 20 fingström haben.
Die Fensteröffnungsgröße des Materials sollte daher ausreichend weit sein, um den raschen Eintritt der elektrochemischen Zellinhaltsstoffe, die durch das Material sorbiert werden sollen, zu ermöglichen, und die Hohlräume sollten vorzugsweise so beschaffen sein, daß die Zeilinhaltsstoffe darin in zufriedenstellender Weise eingeschlossen gehalten werden können über einen ausreichend langen Zeitraum, um die durch derartige Inhaltsstoffe gegebene potentielle Gefahr zu vermindern.
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Ferner sollte ein solches Mikromolekularslebmaterial gewählt werden, das eine Porengröße besitzt/ die es nur einer Art von Zeilinhaltsstoffen ermöglicht/ darin sorbiert zu wer- ' den, so daß auf diese Weise die sorbierte Stoffart von den
anderen Zeilinhaltsstoffen isoliert ist.
Es sind verschiedene Typen von natürlichen und synthetischen Molekularsiebmaterialien bekannt und diese finden eine weit
verbreitete Anwendung in der Industrie für Reinigungs-, Abfang- und Trennzwecke. Wegen des großen Bedarfs an diesen Materialien werden diese außerdem intensiv untersucht und neue
Molekularsiebmaterialien werden in der ganzen Welt entwickelt und hergestellt.
Das Mikromolekularsiebmaterial kann in jeder bliebigen geeigneten Form vorliegen, z.B. in Form von Pulver, Pellets, porösen Kunststoffprodukten oder porösen Körpern.
Werden Faktoren wie Fensteröffnungsgröße, Hohlraumgröße, Fähigkeit zur raschen Sorption elektrochemischer Zellinhaltsstoffe und Fähigkeit zur Zurückhaltung derartiger Inhaltsstoffe in
ausreichend dispergierter Form zur Verminderung der durch diese Inhaltsstoffe verursachten potentiellen Gefahren in Betracht gezogen, so ergeben sich grobe Richtlinien für die Auwahl geeigneter Molekularsiebmaterialien.
Weitere als Richtlinie dienende Faktoren können z.B. der Porositätsgrad, die Dichte, die leichte Verfügbarkeit, die Kosten und die Stabilität der Molekularsiebmaterialien sein.
Der genaue Typ des gewählten Molekularsiebmaterials hängt von der exakten Chemie der in Frage stehenden Zelle ab. So sollte das Molekularsiebmaterial die folgenden Eigenschaften aufweisen:
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(a) Es sollte stabil sein bei Temperaturen oberhalb des Betriebstemperaturbereichs der Zelle/
(b) es sollte stabil sein gegenüber der Reaktion mit jedem der aus der Zelle austretenden Inhaltsstoffe und im Falle, daß das Molekularsiebmaterial mit derartigen Inhaltsstoffen reagiert, sollte diese Reaktion vorzugsweise endotherm verlaufen, und
(c) es sollte eine geringe Dichte aufweisen, billig sein und vorzugsweise einen guten thermischen Isolator darstellen.
Auf der Basis der aufgezeigten Faktoren kommen Molekularsiebmaterialien in Frage wie Clathrate, bei denen es sich um gitterförmige Stoffe handelt, Kohlenstoff-Molekularsiebe, zusammengesetzte Kohlenstoff-Molekularsiebe, und bestimmte sorbierende natürliche oder synthetische Mineralsubstanzen (d.h. Mineralmolekularsiebe), z.B. Tectosilicate, modifizierte Tectosilicate und Tectosilicat-ähnliche Substanzen.
Tectosilicate sind besonders geeignet zum Gebrauch mit Natrium/ Schwefel-Hochtemperaturzellen, da viele Tectosilicate Natrium, Schwefel und Natriumpolysulfide rasch sorbieren. Zeolith-Tectosilicate sind in dieser Hinsicht besonders bevorzugt.
Geeignete mineralische Mikromolekularsiebträger können daher aus der die Tectosilicate bildenden Stoffgruppe ausgewählt werden, d.h. aus der Klasse von Verbindungen, die auch als "Gerüst oder Netzwerksilicate" bekannt sind und bei denen es sich um natürliche oder synthetische, kristalline oder nichtkristalline/amorphe Verbindungen handeln kann, z.B. um
a) Silicate wie Silicagel,
b) Zeolithe,
c) Feldspate und
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d) Feldspathaltige und -ähnliche Verbindungen.
Die Verbindungen (b), (c) und (d) sind Silicate eines Strukturtyps, in dem alle vier Sauerstoffatome des Silicattetraeders auch benachbarten Tetraedern angehören. Das Grundgerüst des Tectosilicats besteht aus Siliciumatomen mit, in einigen Fällen, Aluminiumatomen, zusammen mit anderen Atomen. Zu Mineral-Mikromolekular siebträgern gehören auch Gemische oder Analoge von Tectosilicaten, in denen die Silicium- und/oder Aluminiumatome des Grundgerüsts substituiert sind durch eines oder mehrere der folgenden Atome:
Eisen, Beryllium, Bor, Phosphor, Kohlenstoff, Germanium und Gallium, die in kleineren oder größeren Anteilen vorliegen können und wobei die Mikromolekularsiebcharakteristika und -eigenschaften erhalten sind.
Viele Tectosilicate sind billig, stehen reichlich zur Verfügung und sind praktisch nicht-entflammbar. Bei erfindungsgemäßer Anwendung können sie gewünschtenfalls mit Substanzen vermischt werden, die keine Molekularsiebe sind, z.B. mit Glasfasern oder Vermiculit, die als Füllstoffe wirken und ein zusätzliches Volumen und thermische Isoliereigenschaften ergeben.
Gemäß einer speziellen Ausfuhrungsform der Erfindung handelt es sich beim Molekularsiebmaterial um natürliche oder synthetische Zeolithe oder um modifizierte Zeolithe, die physikalisch oder chemisch modifiziert sind, aber noch immer geeignete Molekularhohlräume zur Sorption elektrochemischer Zellinhaltsstoffe besitzen. Zeolithe enthalten Wassermoleküle, die, in der Regel reversibel, entfernt werden können durch Hitze und/ oder Evakuierung.
Einige modifizierte Zeolithe erweisen sich als besonders geeignet, insbesondere solche, die als "superstabile" oder "ultra-
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stabile" Zeolithe bekannt sind. Eine dieser Gruppen von ultrastabilen oder superstabilen Zeolithen wird durch einen Dekationlsierungsprozeß erhalten, der zur Bildung eines Zeolithähnlichen Molekularsiebmaterials führt, das bis zu 10000C stabil ist (vgl. Donald W. Breck "Zeolite Molecular Sieves", Wiley Interscience, 1973).
Werden Zeolithe (oder andere hydratisierte Tectosilicate) erfindungsgemäß als Molekularsiebmaterial verwendet, so werden diese zweckmäßigerweise dehydratisiert oder zumindest teilweise dehydratisiert, um deren Fähigkeit zur Sorption elektrochemischer Zellinhaltsstoffe zu verbessern.
Ein Vorteil in der Verwendung dehydratisierter Zeolithe oder auch dehydratisierter Tectosilicate liegt darin begründet, daß diese leicht Wasser sorbieren und deshalb bei erfindungsgemäßem Einsatz in solcher Weise wirken, daß sie ein Rosten oder eine ähnliche durch Wasser geförderte Korrosion des Zellbehälters verhindern. Dieses Wasser kann nach innen gelangen, z.B. im Falle einer Zerstörung des äußeren Batteriegehäuses .
Ohne sich im Rahmen der Erfindung binden zu wollen, verdient hervorgehoben zu werden, daß "Zeolithe" in der Regel als Klasse von kristallinen oder amorphen natürlichen oder synthetischen Materialien definiert werden, die Aluminium und Silicium in ziemlich wohl definierten Anteilen enthalten, und deren Analoge. Bezüglich einer detaillierteren Beschreibung der Zeolithe sei verwiesen auf die im Januar 1975 erfolgte Publikation der International Union of Pure and Applied Chemistry mit dem Titel "Chemical Nomenclature, and Formulation of Compositions, of Synthetic and Natural Zeolites".
Gemäß einer speziellen Ausfuhrungsform der Erfindung liegt das Molekularsiebmaterial in Form eines typischen Zeoliths vor,
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z.B. als Zeolith 3A, Zeolith 4A, Zeolith 13X oder dgl.
Gemäß einer wahlweisen Aus führ ungs form der Erfindung kann .· z.B. der Zeolith in Form von natürlich vorkommenden Zeolithkristallen vorliegen und beispielsweise aus Erionit- oder Faujasit-Kristallen bestehen.
Selbstverständlich ist die Erfindung sowohl auf elektrochemische Zellen als auch auf Batterien aus derartigen Zellen anwendbar. Bei Anwendung der Erfindung auf eine Batterie von Zellen können Molekularsiebmaterialschichten assoziiert sein mit jeder der Zellen und/oder mit der Batterie selbst.
Erfindungsgemäß kann die Assoziierung des sorbierenden Mikromolekularsiebmaterials mit der elektrochemischen Zelle mit Hilfe von Mitteln (die bei Zeilversagen, z.B. automatisch, aktiviert werden) erfolgen, die so vorgesehen sind, daß das Mikromolekularsiebmaterial auf die Zelle oder deren Umgebung aufgebracht wird. So kann z.B. ein Behälter ähnlich einem Feuerlöscher, der mit Treibmittel und Mikromolekularsiebmaterial versehen ist, mit der Zelle assoziiert und damit so verbunden werden, daß ein Versagen der Zelle dazu führt, daß diese Einrichtung das Mikromolekularsiebmaterial über und um die Zelle versprüht.
Die Erfindung wird durch die beigefügte Zeichnung veranschaulicht, in der darstellen:
Fig. 1 eine teilweise schaubildliche Ansicht einer typischen elektrochemischen Zelle, die erfindungsgemäß geschützt ist zur Verminderung der potentiellen Gefahren, die durch die aus der Zelle entweichenden elektrochemischen Zeilinhaltsstoffe gegeben sind,
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Flg. 2 eine schematisehe Querschnitts-Seitenansicht einer erfindungsgemäß geschützten elektrochemischen Zelle und
Fig. 3 eine Querschnitts-Vorderansicht der Zelle längs der Linie III-III in Fig. 2.
in den Figuren wird mit 10 ganz allgemein eine typische elektrochemische Zelle bezeichnet. Bei den Zellen 10 handelt es sich jeweils um Hochtemperaturzellen mit einer schmelzflüssigen Schwefel/Polysulfidkathode 12, einer schmelzflüssigen Natriumanode 14 und einem festen B-Aluminiumoxid- oder Nasicon-Elektrolyt 16, der die Anode 14 von der Kathode 12 trennt.
Die Zelle 10 weist ein Gehäuse 18 auf, in dem die Zellinhaltsstoffe dicht eingeschlossen sind. Die Zelle 10 enthält ferner eine Leiterklemme 20 für die Kathode 12 und eine Leiterklemme 22 für die Anode 14.
Dem Fachmann ist klar, daß erfindungsgemäß die typische Zelle 10 stattdessen auch in Form einer Zelle vorliegen kann, die einen schmelzflüssigen oder flüssigen Elektrolyt aufweist und eine Anode oder Kathode besitzt, die fest oder flüssig ist.
Die Zelle 10 ist vollständig umgeben von einer Schicht 24 aus dehydratisierten Mikromolekularsiebträgern, z.B. Zeolith 13X-Kristallen, die eingeschlossen sind durch eine äußere Dichtungswand 26. Die äußere Dichtungswand 26 besteht vorzugsweise aus einem bruchsicheren leichtgewichtigen Material, das, insbesondere unter Stoßeinwirkung, nicht bricht.
Bei Gebrauch werden dann, wenn eines der elektrochemischen Reagentien aus der Zelle 10 austritt, sei es aufgrund einer Korrosion des Gehäuses 18 oder aufgrund einer Schlag- oder
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Stoßeinwirkung, die aus der Zelle 10 entweichenden elektrochemischen Zeilinhaltsstoffe wirksam sorbiert durch die Zeolithschicht 24 und darin wirksam festgehalten, um sie · abkühlen zu lassen oder eine heftige Reaktion zu verhindern, wenn sie miteinander in Kontakt gelangen oder der Luft ausgesetzt werden, wodurch die potentielle Gefahr, die durch das Entweichen derartiger elektrochemischer Inhaltsstoffe gegeben ist, vermindert wird.
Die in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsformen der Erfindung bieten den Vorteil, daß sie die durch elektrochemische Inhaltsstoffe bewirkte potentielle Gefahr verringern, wenn diese aus einer elektrochemischen Zelle austreten entweder aufgrund einer Korrosion oder wegen einer Stoßeinwirkung, durch welche die Zelle umgestürzt oder die Zellkomponenten gebrochen werden.
Erfindungsgemäß wird daher die potentielle Gefahr für die Gesundheit und die Feuergefahr vermindert, die daraus resultiert, wenn ein Fahrzeug, das mit derartigen Zellen ausgestattet ist, in einen Unfall verwickelt wird.
Durch die Erfindung wird der weitere Vorteil erzielt, daß das Risiko eines Eskalationseffekts verringert wird, der als Ergebnis einer Zellzerstörung in einer Multizellenbatterie auftritt. Bricht z.B. eine der Zellen einer Batterie aufgrund einer Stoßeinwirkung oder als Ergebnis von Korrosion, so können korrodierende Zeilinhaltsstoffe eingefangen und dadurch das Risiko einer Reaktion vermindert werden, die benachbarte Zellen bis zu deren Zerstörung erhitzt, und es kann auch das Risiko vermindert werden, daß korrodierende Materialien benachbarte Zellen angreifen und zerstören.
Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß die Zeolithschicht auch als Licht- und wirksamer thermischer Isolator für die Zelle
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wirken kann. Dies erweist sich als besonders vorteilhaft für Hochtemperaturzellen. ,
Vorteilhaft 1st ferner, daß Zeolith vergleichsweise billig und reichlich verfügbar 1st. Außerdem vergrößert eine derartige Schicht und deren Abdichtungswand die Masse der Zelle, wobei die zusätzliche Masse vergleichsweise unbedeutend 1st im Hinblick auf die erzielbaren Vorteile.
Obwohl dies in den Zeichnungen nicht dargestellt wird, ist leicht einzusehen, daß anstelle der dargestellten Konstruktionen die Schicht 24 auch in einer separaten Halterung vorgesehen sein kann. In einer derartigen Halterung befindet sich die Schicht 24 sandwichartig zwischen einer äußeren Dichtungswand, vergleichbar mit der Wand 26 in den Figuren, und einer (nicht gezeigten) inneren Dichtungswand ähnlicher Konstruktion. Diese Halterung hat einen hohlen Innenraum, der begrenzt wird durch die innere Dichtungswand zur Aufnahme der Zelle und ein Zugang zum Einbringen der Zelle in den hohlen Innenraum ist vorgesehen, gegebenenfalls in solcher Weise, daß die Zelle später wieder entfernt werden kann. Diese Halterung kann daher auch als Behälter bezeichnet werden.
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Claims (36)

  1. MÜLLER-BORÄ 'DEUFEL'SCHÖN · HKIlTEL
    PATKNTANWALTB
    DR. WOLTOANO MOLLKR-BORt (PATENTANWALTVON 1*27-|»7β) DR. PAUL DKUFBL. DIPL.· CHKM. DR. ALFRKO SCHÖN. DIPL.-CHKM.' WKRNKR HKRTKL. DIPL.-PHY·.
    ZUC(I-ASSENS Um SBIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT RCMtCSKNTATIVES BCPORB TMS BUROPSAN PATENT OTTKS MANOATAIRCS ASRCCS PRCS L-OPFICE EUROPCSN OES SRSVKTS
    - 5. Dez. 1979
    S 3225
    THE SOUTH AFRICAN INVENTIONS DEVELOPMENT CORPORATION, Administration building, Scientia, Pretoria, Südafrika
    Verfahren zum Schütze elektrochemischer Zellen und daraus aufgebauter Batterien, Halterung zur Durchführung des Verfahrens und elektrochemische Sicherheitszelle
    Patentansprüche
    Verfahren zum Schütze elektrochemischer Zellen und daraus aufgebauter Batterien unter Verminderung der durch den Austritt von elektrochemischen Zellinhaltsstoffen bewirkten potentiellen Gefahr, dadurch gekennzeichnet, daß man ein sorbierendes Mikromolekularsiebmaterial (24) mit einer elektrochemischen Zelle (10) zur Sorption von aus der Zelle entweichenden elektrochemischen Zellinhaltstoffen assoziiert.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Molekularsiebmaterial (24) in mindestens einer
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    • MÜNCHEN M, SIKMtRTSTR. 4 ■ POB 660720 · KABEL: MUKBOPAT ■ TKL. (ON) 474006 · TELECOPIER XEROX 400 ■ TELKXI-Ml
    ORIGINAL INSPECTED
    abgeschlossenen Schicht anwendet/ die von Dichtungswänden umgeben ist und das Zellengehäuse (18) umgibt oder teil- , weise umgibt.
  3. 3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Molekularsiebmaterial (24) in einer abgeschlossenen Schicht anwendet zwischen dem Zellengehäuse (18) und der äußeren Dichtungswand (26), welche das Molekularsiebmaterial einschließt.
  4. 4. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Molekularsiebmaterial (24) in einer in sich abgeschlossenen Halterung anwendet, die zur Aufnahme oder auswechselbaren Aufnahme eines Zellengehäuses ausgestaltet ist und in sich abgeschlossen miteinander verbundene innere und äußere Dichtungswände aufweist, zwischen denen das Molekularsiebmaterial eingeschlossen ist.
  5. 5. Verfahren nach Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man jede Dichtungswand aus bruchfestem Material bildet.
  6. 6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Molekularsiebmaterial verwendet, das zur Aufnahme von sorbiertem Wasser befähigt und zumindest teilweise dehydratisiert ist zur Verbesserung seiner Sorptionskapazität für elektrochemische Zelleninhaltsstoffe.
  7. 7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das eingeschlossene Molekularsiebmaterial evakuiert zur Verbesserung seiner thermischen Isoliereigenschaften.
  8. 8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man dem eingeschlossenen Molekularsiebmaterial ein Inertgas einverleibt, das in bezug auf die Zellinhaltsstoffe inert ist.
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  9. 9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als Molekularsiebmaterial Clathrate, Kohlenstoff-Molekular siebe, zusammengesetzte Kohlenstoff-Molekular- < siebe, Tectosilicat-Molekularsiebe, modifizierte Tectosilicat-Molekularsiebe oder Tectosilicat-ähnliche Molekularsiebe verwendet.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Molekularsiebmaterial ein solches mit einem oder mehreren Tectosilicaten verwendet.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man als Molekularsiebmaterial ein solches mit einem oder mehreren Zeolithen verwendet.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet/ daß man als Molekularsiebmaterial ein solches mit einem oder mehreren Zeolithen bestehend aus ultrastabilen oder superstabilen Zeolithen verwendet.
  13. 13. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Mikromolekularsiebmaterial mit einer Porengröße verwendet, die sicherstellt, daß nur ein Typ von ZeIlinhaltsstoffen darin sorbiert wird.
  14. 14. Elektrochemische Sicherheitszelle dadurch gekennzeichnet, daß die elektrochemische Zelle (10) mit einem sorbierenden Mikromolekularsiebmaterial (24) assoziiert ist zur Sorption von aus der Zelle entweichenden elektrochemischen Zeilinhaltsstoffen (12, 14) unter Verminderung der durch den Austritt derartiger Inhaltsstoffe bewirkten potentiellen Gefahr.
  15. 15. Zelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekularsiebmaterial in Form mindestens einer eingeschlossenen Schicht (24) vorliegt, die abgeschlossen ist und
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    das Zellengehäuse (18) umgibt oder teilweise umgibt.
  16. 16. Zelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das , Molekularsiebmaterial (24) in einer abgeschlossenen Schicht vorliegt zwischen dem Zellengehäuse (18) und einer äußeren Dichtungswand (26), welche das Material einschließt.
  17. 17. Zelle nach Ansprüchen 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekularsiebmaterial in einer abgeschlossenen Halterung vorliegt, die zur Aufnahme oder auswechselbaren Aufnahme eines Zellengehäuses ausgestaltet ist und in sich abgeschlossen miteinander verbundene innere und äußere Dichtungswände aufweist, zwischen denen das Molekularsiebmaterial eingeschlossen ist.
  18. 18. Zelle nach Ansprüchen 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß jede Dichtungswand aus einem bruchsicheren Material besteht.
  19. 19. Zelle nach Ansprüchen 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekularsiebmaterial zur Aufnahme von sorbiertem Wasser befähigt und mindestens teilweise dehydratisiert ist zur Verbesserung seiner Sorptionskapazität für elektrochemische Zeilinhaltsstoffe.
  20. 20. Zelle nach Ansprüchen 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das eingeschlossene Molekularsiebmaterial evakuiert ist zur Verbesserung seiner thermischen Isoliereigenschaften.
  21. 21. Zelle nach Ansprüchen 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das eingeschlossene Molekularsiebmaterial zur Verbesserung seiner thermischen Isoliereigenschaften ein Inertgas enthält, das in bezug auf die Reaktanten inert ist.
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  22. 22. Zelle nach Ansprüchen 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet/ daß das Molekularsiebmaterial aus Clathraten, Kohlenstoff-Molekular sieben, zusammengesetzten Kohlenstoff-Molekular-sieben, Tectosilicat-Molekularsieben, modifizierten Tectosilicat-Molekularsieben oder Tectosilicat-ähnlichen Molekularsieben besteht.
  23. 23. Zelle nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekularsiebmaterial ein oder mehrere Tectosilicate aufweist.
  24. 24. Zelle nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekularsiebmaterial einen oder mehrere Zeolithe aufweist.
  25. 25. Zelle nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekularsiebmaterial einen oder mehrere Zeolithe bestehend aus ultrastabilen oder superstabilen Zeolithen aufweist.
  26. 26. Zelle nach Ansprüchen 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikromolekularsiebmaterial eine Porengröße aufweist, die sicherstellt, daß nur ein Typ von Zellinhaltsstoffen darin sorbiert wird.
  27. 27. Abgeschlossene Halterung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 13 mit einer zur Aufnahme oder auswechselbaren Aufnahme einer elektrochemischen Zelle geeigneten Ausgestaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung in sich abgeschlossen miteinander verbundene innere und äußere Dichtungswände aufweist, zwischen denen ein sorbierendes Mikromolekularsiebmaterial vorgesehen ist.
  28. 28. Halterung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungswände aus bruchsicherem Material bestehen.
    030026/0668
  29. 29. Halterung nach Ansprüchen 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekulareiebmaterial zur Aufnahme von sorbier- tem Hasser befähigt und zumindest teilweise dehydratisiert : ist zur Verbesserung seiner Sorptionskapazität für elektro chemische Zeilinhaltsstoffe.
  30. 30. Halterung nach Ansprüchen 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß eingeschlossenes Molekularsiebmaterial evakuiert ist zur Verbesserung seiner thermischen Isoliereigenschaften.
  31. 31. Halterung nach Ansprüchen 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekularsiebmaterial ein Inertgas enthält, das in bezug auf die elektrochemischen Zeilinhaltsstoffe inert ist.
  32. 32. Halterung nach Ansprüchen 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekularsiebmaterial aus Clathraten, Kohlenstoff-Molekularsieben, zusammengesetzten Kohlenstoff-Molekularsieben, Tectosilicat-Molekularsieben, modifizierten Tectosilicat-Molekularsieben oder Tectosilicat-ähnlichen Molekularsieben besteht.
  33. 33. Halterung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekularsiebmaterial ein oder mehrere Tectosilicate aufweist.
  34. 34. Halterung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekularsiebmäterial einen oder mehrere Zeolithe aufweist.
  35. 35. Halterung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekularsiebmaterial einen oder mehrere Zeolithe bestehend aus ultrastabilen oder superstabilen Zeolithen aufweist.
  36. 36. Halterung nach Ansprüchen 27 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikromolekularsiebmaterial eine Porengröße aufweist, die sicherstellt, daß nur einer der Typen von Zellinhaltsstoffen darin sorbiert wird.
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