DE924519C - Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie Zur Speicherung von .elektrischer Energie auf elektrochemischem Wege benutzt die Technik Sammlerbatterien, die in einem geschlossenen System eine bestimmte und unveränderliche Aufnahmefähigkeit besitzen. Diese Kapazität ist, bezogen auf das Gewicht des Sammlers sehr gering. Stationäre Blei-Akkumulatorenubatterien etwa 7 Wh/kg; leichteste Kraftfahrzeugbatterien etwa 30 Wh/kg; Edison-Akkumulutoren in gleicher Größenordnung).
• Dieses Mi;ßverhältnis zwischen Gewicht und Leistung steht der allgemeinenAnwendung elektrochemischer - Sammler zum Ausgleich des außerordentlich schwankenden Bedarfs und Anfalls elektrischer Energie ebenso im Wege, wie ihre Anwendung zum Antrieb oberleitungsloser Fahrzeuge. Ein Hauptnachteil aller Sammlerbatterien, insbesondere hinsichtlich letzterer Anwendung, ist weiter der Umstand, daß die zur Wiederaufladung der entladenen Batterie erforderliche Zeit fast der Entladezeit entspricht. Sehr nachteilig ist weiterhin die Minderung des Wirkungsgrades durch allmähliche Selbstentladung, die zusammen mit gefährlichen struktuellen Veränderungen im Ruhezustand (Sulfatisierung) eine Aufbewahrung elektrischer Energiemengen über längereZeiträume unmöglich macht.
• Diese Mängel durch weitere Verbesserungen der gebräuchlichen Sammlertypen wesentlich zu beheben, scheint angesichts der bereits geleisteten überaus eingehenden Entwicklungsarbeit aussichtslos. Die Erfindung :schlägt demgegenüber einen Weg ein, der durch konsequente räumliche Trennung des Energieaufnahme- undEnergieabgabevorganges die Anwendung grundsätzlich andersartiger elektrochemischer Reaktionen ermöglicht und damit folgende Verbesserungen erzielt: i. Beide Vorrichtungen können jeweils optimal für ihren speziellen Zweck konstruiert werden. z. Beide Vorrichtungen können bei Bedarf pausenlos betrieben werden. Die Übertragung der elektrochemischen Energie zur Stromabgabevorrichtung erfolgt insbesondere bei Fahrzeugen durch Übernahme eines Vorrats von chemischen Reaktionsprodukten, die bei der Energieaufnahme gebildet worden waren.
• 3. Die getrennte Aufbewahrung der Reaktionsprodukte ermöglicht die zeitlich unbegrenzte verlustfreie Lagerung beliebiger Energiemengen.
• q.. Bei ausschließlicher Verwendung billigster Schwerchemikalien kann das Gewicht des Stromspeichers auf einen Bruchteil desjenigen der gebräuchlichen Akkumulatoren gesenkt werden.
• Als Träger des Energieumsatzes wird die elektromotorische Kraft benutzt, die sich aus der Kombination des Potentials eines Metalles gegen die Lösung seiner Ionen mit dem Potential eines Redoxsystems ergibt.
• Eine bedeutende Gewichtsersparnis ist nur von einer Zusammenstellung zu erwarten, bei der das Depolarisationsmittel sich nach seinem Verbrauch mit dem Metall zu einem neutralen. Salz verbindet, das eine möglichst hohe Wasserlöslichkeit besitzt. Das Depolarisationsmittel muß weiterhin ein möglichst niedriges Äquivalentgewicht bei hohem Redoxpotential besitzen, bei der Energieaufnahme leicht und quantitativ rückgebildet werden können, und es muß möglichst billig sein.
• Diesen Bedingungen entsprechen in hohem Maße die Halogene, insbesondere Chlor. Dieses geht beispielsweise an Kohleelektroden leicht und reversibel in Ionenform über, wobei ein Redoxpotential von i,36 Volt auftritt. Der große Nachteil des Chlors zeigt sich indessen bei der Speicherung: Es ist gasförmig und äußerst aggressiv. In seiner elementaren Form ist es deshalb für eine allgemeine Verwendung völlig ungeeignet und lebensgefährlich. Den entscheidenden Schritt zur Lösung dieses Problems bedeutet daher die Anlagerung des Chlors sofort nach seiner Freisetzung an organische. Stoffe, insbesondere an ungesättigte Kohlenwasserstoffe, wie Acetylen. Die Anlagerung des Chlors an Acetylen ist ein leicht zu handhabender Prozeß, der ohne Energiezufuhr zu Tetrachloräthan, bzw. Hexachloräthan führt, zwei indifferenten, nicht feuergefährlichen Körpern, in deren Form sich das Halogen in einfachen Behältern beliebig lange speichern läßt. Durch thermische Zersetzung in Anwesenheit von Luftsauerstoff kann die Verbindung unter Verbrennung des Kohlenstoffs zu Kohlendioxyd gespalten werden; wobei das Chlor wieder frei wird.
• Für die Metallelektrode können alle Metalle Verwendung finden, die unter Entfaltung eines hinreichend hohen Potentialsprunges leicht lösliche Chloride ergeben. Sie können in Plattenform oder in Form von Granulat angewendet werden. Die Granulation, welche Förderung und Lagerung erleichtert, kann auf mechanischem Wege oder durch elektrolytische Abscheidung unter geeigneten Bedingungen erfolgen. Beispiel Aufnahme elektrischer Energie: Die Lösung eines Metallchlorids, z. B. Zinkchlorid wird in einer Zelle mit Diaphragma oder Glocke zwischen einer Anode aus Kohle und einer Metallkathode a (Fig. i) elektrolysiert. Die Oberfläche der letzteren weist zahlreiche napfförmige Vertiefungen b auf. Der nicht vertiefte Teil der Oberfläche ist mit einem isolierenden Überzug e versehen. In geringem Abstand von dieser Kathode ist eine Fläche d aus nichtleitendem Material angebracht, die über jeder Vertiefung eine als Blende wirkende Lochung e enthält. Durch diese Anordnung werden die Stromlinien so geführt, daß das Metall in Form von linsen- bis kugelförmigen Körpern f abgeschieden wird. Diese können nach vollendeter Abscheidung leicht von ihrer Unterlage gelöst werden. Sie werden gesammelt, gewaschen und können unbschränkt gelagert und leicht befördert werden. Das gleichzeitig gebildete Chlor wird aus dem Anodenraum abgezogen und in bekannter einfacher Weise mit Acetylen zu Tetra- oder Hexachloräthan umgesetzt, in welcher Form es ebenfalls gefahr- und verlustlos in enfachen Behältern über beliebige Zeit gelagert werden kann. Abgabe elektrischer Energie: Die Auflösung des abgeschiedenen Metalles erfolgt unter Freisetzung elektrischer Energie in einem System elektrochemischer Zellen (Fig.zz). In jeder Zelle steht einer unangreifbaren Anode g, z. B. aus Kohle, ein taschenförmiger Kathodenbehälter h aus unangreifbarem Drahtnetz gegenüber. Beide tauchen in einen Elektrolyten (z. B. verdünnte Zinkchloridlösung), der durch ein resistentes Diaphragma i z. B. aus mikroporöser Kunststoffolie, in Anoden- und Kathodenraum unterteilt ist. Bei bipolarer Anordnung ist die Kathodentasche leitend mit der Anode der nächsten Zelle verbunden. Die Wände der Zellen werden im übrigen aus halogenresistenten plastischen Massen gebildet. Die Anoden werden mit Hilfe von Chlor depolarisiert.
• Das granulierte Metall wird in die nach unten keilförmig zulaufenden Drahtnetztaschen eingefüllt und entsprechend seiner Auflösung laufend ergänzt.
• Der chlorierte Kohlenwasserstoff wird in Dampfform mit Luft gemischt thermisch zersetzt, wobei der Kohlenstoff verbrennt und das frei gewordene Halogen im zirkulierenden Elektrolyten gelöst wird bzw. den Anoden direkt zugeführt wird.
• Die entstehende gesättigte Salzlösung (Zinkchlorid) wird allmählich abgezogen und gesammelt, während in gleichem MaßeWasser zugegeben wird. Gegebenenfalls kann auch, insbesondere bei Verwendung anderer Metalle, das Salz in trockener Form durch Auskristallisieren abgeschieden werden. Sowohl die Salzlösung wie auch das Salz sind ebenfalls unbegrenzt lagerfähig und werden schließlich dem Stromaufnahmegerät wieder zugeführt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Speicherung elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, daß Lösungen von Metallhalogenden in einer ersten Vorrichtung unter Aufnahme elektrischer Energie auf elektrochemischem Wege gespalten werden, die Spaltprodukte als solche oder in einer inaktiven Form getrennt gelagert und nach ihrer Reaktivierung in einer zweiten Vorrichtung unter Energieabgabe wieder vereinigt werden. a. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall bei .der Spaltung des Metallhalogenids in gekörnter Form gewonnen wird und so gefördert, gespeichert und wieder umgesetzt wird. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Spaltung unter Aufnahme elektrischer Energie entwickelte Halogen mit geeigneten Kohlenwasserstoffen, insbesondere ungesättigten, wie z. B. Acetylen, zu hochchlorierten Produkten umgesetzt wird, die in üblichen Flüssigkeitsbehältern gelagert werden können. d.. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das nach Anspruch 3 gebundene Halogen durch Oxydation der übrigen Bestandteile wieder in Freiheit gesetzt wird, worauf es .den Anoden der zur Abgabe elektrischer Energie bestimmten Vorrichtung direkt oder mittels eines zirkulierenden Trägermediums zur Depolarisation zugeführt wird. 5. Vorrichtung zur Durchführung der Metallhalogenidspaltung nach Anspruch a, dadurch gekennzeichnet, daß in einer elektrochemischen Zelle- vor einer Kathodenfläche mit muldenförmigen Vertiefungen bei sonst isolierend abgedeckter Oberfläche eine gelochte isolierende Blende so angeordnet ist, daß sich vor jeder Mulde eine Lochung befindet, durch welche die Stromlinien so gelenkt werden, daß die Meta.llabscheidung in den Mulden in Form rundlicher Körper erfolgt. 6. Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie durch Auflösung ganulierten Metalles nach Anspruch i und 2, bestehend aus einer elektrolytischen Zelle mit Diaphragma und sich nach unten keilförmig verjüngender Kathodentasche aus einem unter den obwaltenden Bedingungen unangreifbaren Drahtnetz, das mit Metallgranulat fortlaufend gefüllt gehalten wird und als Stromableiter dient. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Hohlräumen des Metallgranulats in der Kathodentasche sich bei Stromabgabe bildende konzentrierte Metallsalzlösung nach Maßgabe ihrer Bildung unten abgezogen wird, während am oberen Ende Wasser oder verdünnte Lösung nachgefüllt wird.