FI90925C - Menetelmä ja laite sähköenergian varastoimiseksi ja tuottamiseksi - Google Patents

Menetelmä ja laite sähköenergian varastoimiseksi ja tuottamiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI90925C
FI90925C FI921655A FI921655A FI90925C FI 90925 C FI90925 C FI 90925C FI 921655 A FI921655 A FI 921655A FI 921655 A FI921655 A FI 921655A FI 90925 C FI90925 C FI 90925C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
air electrode
hydrogen
electrode
cell
metal hydride
Prior art date
Application number
FI921655A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI921655A (fi
FI90925B (fi
FI921655A0 (fi
Inventor
Markku J Lampinen
Minna Viitanen
Jaakko Lamminen
Original Assignee
Markku J Lampinen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Markku J Lampinen filed Critical Markku J Lampinen
Publication of FI921655A0 publication Critical patent/FI921655A0/fi
Priority to FI921655A priority Critical patent/FI90925C/fi
Priority to PCT/FI1993/000154 priority patent/WO1993021664A1/en
Priority to DE69312732T priority patent/DE69312732T2/de
Priority to AU39539/93A priority patent/AU3953993A/en
Priority to AT93908961T priority patent/ATE156306T1/de
Priority to DK93908961.1T priority patent/DK0672307T3/da
Priority to US08/318,727 priority patent/US5645952A/en
Priority to EP93908961A priority patent/EP0672307B1/en
Priority to JP5518020A priority patent/JP2746751B2/ja
Priority to CA002117905A priority patent/CA2117905C/en
Publication of FI921655A publication Critical patent/FI921655A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI90925B publication Critical patent/FI90925B/fi
Publication of FI90925C publication Critical patent/FI90925C/fi
Priority to NO943881A priority patent/NO943881L/no

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/50—Methods or arrangements for servicing or maintenance, e.g. for maintaining operating temperature
    • H01M6/5005—Auxiliary electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/70—Arrangements for stirring or circulating the electrolyte
    • H01M50/77—Arrangements for stirring or circulating the electrolyte with external circulating path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/22—Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising carbon or oxygen or hydrogen and other elements; Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising only elements other than carbon, oxygen or hydrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/34—Gastight accumulators
    • H01M10/345—Gastight metal hydride accumulators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

i 90925
MENETELMA JA LAITE SAHKOENERGIAN VARASTOIMISEKSI JA TUOTTA-MISEKSI - METOD OCH APPARAT FOR LAGRING OCH PRODUKTION AV EL-ENERGI
Keksinnon kohteena on menetelma sahkoenergian varastoimisek-5 si ja tuottamiseksi sellaisessa sahkokemiallisessa kennossa, jossa katodina on huokoinen ilmaelektrodi, joka ottaa happea ympåroivSstå ilmasta tai happi johdetaan siihen muulla tavoin, ja anodina on vetya sisåltavå metallihydridi, ja jonka menetelman mukaan metallihydridianodiin varastoitu, 10 polttoaineena oleva vety hapetetaan elektrolyyttiliuoksen valityksellS ilmaelektrodiin johdetulla hapella.
Tunnettua tekniikkaa ovat polttokennot, joissa vetykaasu johdetaan negatiiviselle elektrodille eli anodille ja happi, joko puhtaana tai ilman mukana, johdetaan positiiviselle 15 elektrodille eli katodille. Kennon kokonaisreaktiossa muo-dostuu reaktiotuotteina sShkdenergian lisMksi vain vetta ja jonkin verran låmpoå. Polttokennojen etu on hyvå hydtysuhde seka reaktiotuotteiden saasteettomuus. Sen kayttoS rajoittaa kuitenkin esimerkiksi liikennesovellutuksissa kaasumaisen 20 vedyn kasittely ja varastoitavuus.
Tunnettua tekniikkaa ovat myos ns. metalli-ilmakennot, joissa anodina on jokin metalli, esimerkiksi sinkki, rauta tai alumiini, ja katodina ilmaelektrodi. Naisså kennoissa metalli hapettuu ja liukenee elektrolyyttiin. Kennojen etu 25 on suuri energiatiheys ja huonot puolet ovat mm. itsepurkau-tuminen eli metallin korroosio levon aikana seka metallin pinnan passivoituminen våhitellen. Tekniikan tasoa edustavat mm. patentit ja patenttijulkaisut Ruotsi nro 358772 (H01M 4/86), WO 88/02931 (H01M 8/18), Norja nro 883432 (H01M 30 8/12), Norja nro 156469 (H01M 8/12) ja Eurooppa-patentti 0124275 (H01M 8/18).
Edelleen tunnettua tekniikkaa edustavat huokoiset kaasua låpåisevåt ilmaelektrodit eli happielektrodit, jotka eivåt 2 IMpaise nestettå. NesteenlMpaisemåttomyys perustuu pieneen huokoskokoon elektrodissa ja elektrodin materiaalin pinnan hydrofobisuuteen, joka on saatu aikaan esimerkiksi Teflon-sideaineen avulla. Katalyyttikerros on tunnetusti sijoitettu 5 elektrolyyttia vasten olevalle pinnalle. Materiaaleina ilmaelektrodeissa on tunnetusti kaytetty rom. hyvin såhkon-johtavaa hiilta esimerkiksi ns. carbon black, sideaineena Teflonia ja katalyyttina esimerkiksi platinaa, hopeaa tai erilaisia yhdisteita, kuten kobolttitetraporfyriinia. Tek-10 niikan taso kay selville mm. patenteista ja patenttihakemuk-sista DE 3332625 Al (H01M 4/86), DE 3400022 Al (H01M 4/86), DE 3632701 Al (H01M 4/86),DE 3722019 Al (H01M 4/86), DT 2547491 (H01M 4/86), DT 2556731 Al (H01M 4/86), DE 3331699 Al (H01M 4/86), US 4,877,694 (H01M 4/86), Norja nro 802635 15 (H01M 4/86), US 4,927,718 (H01M 4/86) ja Ruotsi nro 324819 (H01M 4/86). Toisinaan naista elektrodeista varsinkin metal- li-ilmakennojen yhteydesså kåytetåån nimitystå hybridielekt-rodi, joka on eri asia kuin hydridielektrodi, jota selostet-tu jåljempåna tarkemmin. Hybridielektrodiksi nimitettyjen 20 ilmaelektrodien tekniikan taso kay ilmi mm. julkaisuista DE 2658520 Al (H01M 4/86), DT 2611291 Al (H01M 4/86) ja DT 2455431 Al (H01M 4/86).
Samoin tunnettua on vedyn varastointi eri metalleihin, erilaisiin metalliseoksiin ja muihin seoksiin, joita kutsu-25 taan yhteisesti hydrideiksi. Yhdisteita, jotka pystyvat
absorboimaan suuria mååria vetyå itseensS tunnetaan satoja. Eri yhdisteilla saavutetaan erisuuruisia vedyn sitomismaåriå ja niiden tasapainopaineet eli vedyn osapaine kaasussa riippuvat hydridin koostumuksesta ja lSmpotilasta. Yhdis-30 teesta riippuen hydridien vedyn sitomismaarat ovat tyypilli-sesti luokkaa 1-10 paino-% ja tasapainopaineet huoneen lampdtilassa luokkaa 0.1-10 bar. Esimerkiksi LaNijH^-hydridia ja sen eri muunnelmia, kuten esimerkiksi LaNi2SCo24Al0i ja MmNi3 sCo07Al0g on tutkittu pal jon. Hydridien suorituskyky ja 35 tekniikan taso kMy ilmi mm. patenteista ja patenttihakemuk-sista DT 2003749 (C01B 6/00), US 4,721,697 (C01B 6/00), US 4,629,720 (C01B 6/00), US 4,656,023 (C01B 6/00), US
3 90925 4,661,415 (C01B 6/00), US 4,567,032 (C01B 6/00), US 4,556,551 (C01 B6/00) ja Ruotsi nro 456248 (C01B 6/00).
Vetyå varastoivien materiaalien, hydridien kayttd elektro-deina paristoissa on tunnettua tekniikkaa. Muun muassa 5 Philips on tutkinut ja kehittSnyt ns. nikkeli-hydridiparis-toa, missM vety on varastoituneena negatiiviseen hydri-dielektrodiin eli anodiin (MHJ ja katodina on nikkelielekt-rodi. Purkauksen kokonaisreaktio on ΜΗ, + x NiOOH => M + X Ni(OH)2 10 eli vety siirtyy anodilta katodille. Ladattaessa reaktioyh-talo on kaåntei- nen. Tutkimukset on julkaistu mm. våitos-kirjassa: J.J.G. Willems: "Metal hydride electrodes stability of LaNij-related compounds". Philips J. of Research, Vol.
39, Suppl. No. 1 (1984) ja metallihydridin koostumuksella on 15 patentti US Patent No. 4,487,817 (Dec. 11, 1984). Hydri- dielektrodien uudempaa tekniikan tasoa edustaa patenttihake-mus W0 91/08167 (C01B 6/00). Hydridielektrodin kayttoa vedyn tuottamiseen suoraan auringon valon avulla on myos tutkittu ja se on tunnettu esim. julkaisusta DE 3704171 Al (C01B 20 6/00).
Tunnettua tekniikkaa ovat myos polttokennot, joiden poltto-aine, vetykaasu, on varastoitu erilliseen metallihydridisai-lioon, josta vetykaasua voidaan tarvittaessa vapauttaa ja vieda edelleen polttokennoon. Vetykaasu vapautetaan metalli-25 hydridista låmmittåméillå sailiotå. Yhdysvalloissa tållainen polttokenno ja metallihydridisSilio on rakennettu sShkoauton energian IShteeksi (Motor Review 1992). Etuina nShdMSn erityisesti polttokennon saasteettomuus, silla reaktiotuot-teena syntyy vain vesihoyrya, seka vedyn varastoinnin tur-30 vallisuus metallihydridiin, jolloin råjahdysvaaraa ei ole. Kuitenkin pienen rSjMhdysvaaran aiheuttaa sailiostH va-pautettu vetykaasu, joka viedåan polttokennoon.
Tunnettua on myos se, etta vety varastoidaan sahkokemialli- 4 sen kennon anodina olevaan metallihydridielektrodiin, ja ettS polttoaineena oleva vety hapetetaan sahkokemiallisesti suoraan metallihydridissa. Talloin kaytetåån sahkoenergian varastoimiseksi ja tuottamiseksi sahkokemiallista kennoa, 5 jossa katodina on happi- tai ilmaelektrodi, johon johdetulla puhtaalla tai ilman hapella polttoaineena oleva vety hapetetaan. Tata tekniikkaa on esitetty mm. patenteissa US-3,520,728 , US-4,609,599 , US-4,661,425 ja GB-1,276,260. Missaan nåissa ei ole kasitelty vedyn itsepurkautumisongel-10 maa.
Edut verrattuna edella mainittuun polttokennoon, jonne vety tuodaan kaasumaisena metallihydridi sailiosta, ovat seuraa-vat: energiatiheys on parempi, sillM erillistå vetyelektro-dia ei tarvita; laite on turvallisempi, sillå vetya ei ole 15 kaasumaisena missaan vaiheessa; vedyn kulutuksen kontrol-lisysteemi on yksinkertaisempi, koska otettu såhkovirta maaraa vedyn hapetusreaktion kautta suoraan vedyn kulutuksen; laite on tehokkaampi, koska yksi prosessin vaihe, vedyn vapauttaminen metallihydridista låmmittåmållå, jaå pois.
20 Edullisuus perustuu siihen, etta varastointimateriaali toimii samalla elektrodina ja vedyn hapettamiseen tarvittava happi otetaan suoraan ymparoivåsta ilmasta. Hapen otto ilmasta mahdollistaa suuren energiatiheyden, koska sitå ei tarvitse varastoida kennoon ja kuljettaa kennon mukana.
25 Laboratoriokokeissa on mitattu energiatiheydeksi n. 240 Wh/kg, kun otetaan huomioon metallihydridin, LaNis, paino. Tama vastaa kaytannosså n. 120 Wh/kg energiatiheytta, kun otetaan huomioon kennon kokonaispaino.
Edella kuvatun sahkokemiallisen kennon ongelmana on kuiten-30 kin sen itsepurkautuminen eli vedyn vapautuminen hydridista vahitellen, erityisesti latauksen aikana. Toimivuuden kan-nalta on tårkeåta eliminoida vetykuplien muodostuminen metallihydridin pinnalla, koska vety pyrkii karkaamaan kuplina.
5 90925
Eras tunnettu tållainen kennoratkaisu, jossa on kasitelty itsepurkautumisongelroaa, on esitetty US-patentissa 3,511,710. SiinS katodina on ilma- tai happielektrodi ja polttoaineena oleva vety on sidottu hydridiin ja ratkaisussa 5 on myos pyritty våhentåmåån vedyn vapautumista kaasumaisessa muodossa eli itsepurkautumista kåyttåmållå vetyelektrodilla nk. apujånnitettå, joka on edullisimmin vahintaan 40 mV NHE-elektrodiin nahden.
US-patentissa 4,107,405 on esitetty ratkaisu, jossa vedyn 10 vapautumista kaasuna eli itsepurkautumista pyritaan vahenta-maan paallystamalla metallihydridi ohuella metallifilmilla tai metallihydridin pintaan adsorboituvilla ioneilla, jotka estavat vedyn desorptiota.
Taman keksinnon tarkoituksena on aikaansaada yksinkertaisem-15 pi ja tehokkaampi menetelmå vedyn itsepurkauksen eliminoimi-seksi metallihydridi/ilmaelektrodikennossa. Keksinnon mukai-selle menetelmalle on tunnusomaista se, etta sahkoenergian varastoimiseksi ja tuottamiseksi huokoisen ilmaelektrodin sisålla sijaitsevan ja metallihydridielektrodin kanssa 20 kosketuksessa olevan elektrolyyttiliuoksen paine saatetaan korkeammaksi kuin huokoisen ilmaelektrodin ulkopuolella olevan ympårdivån ilman paine.
Kun kennon elektrolyytin painetta nostetaan våhitellen, niin nåhdåån, ettå hydridielektrodilla muodostuu aluksi vetykup-25 lia. Se kuitenkin loppuu kun elektrolyytin paine kasvaa suuremmaksi kuin metallihydridiin sitoutuneen vedyn purkau-tumispaine. Tåmån jålkeen vedyn vapautuminen tapahtuu aino-astaan molekylåårisenå diffuusiona, joka on erittåin hidasta kuplien muodossa tapahtuvaan purkautumiseen verrattuna.
30 Keksinndn mukaan saadaan nåin kennon itsepurkautuminen estetyksi.
Keksinnon kohteena on myos laite sahkoenergian varastoimiseksi ja tuottamiseksi såhkdkemiallisessa kennossa, jossa laitteessa katodina on huokoinen ilmaelektrodi, joka ottaa 6 happea ympåroivasta ilmasta tai happi johdetaan siihen muulla tavoin, ja anodina on vetyS sisaltava metallihydridi, ja jossa laitteessa metallihydridianodiin varastoitu, polt-toaineena oleva vety hapetetaan elektrolyyttiliuoksen vali-5 tyksellå ilmaelektrodiin johdetulla hapella.
Keksinnon mukaiselle laitteelle on tunnusomaista se, etta kenno on sisaltå paineistettu ylipaineiseksi ympårdivåån ilmaan tai ilmaelektrodille johdettuun happikaasuun nahden ja etta huokoinen ilmaelektrodi on muodostettu elektrolyyt-10 tiliuoksen ylipaineen keståvåksi, suljettavaksi sailioksi.
Vety on varastoitu metallihydridiin, joka toimii toisena elektrodina eli anodina, kuten nikkeli-hydridi kennossakin, mutta toisena elektrodina on ilmaelektrodi. Metalliin varastoitu polttoaineena oleva vety hapetetaan happi- tai ilma-15 elektrodin avulla sMhkokemiallisesti suoraan metallihydri-dissS.
Energiatiheys on kuitenkin vahintSan samaa tasoa kuin metal-li-ilmakennoilla. Verrattuna nikkeli-hydridikennoon keksinnon mukaisella ratkaisulla paaståan olennaisesti suurempaan 20 energiatiheyteen, koska vetya varastoivaa materiaalia ei molemmilla elektrodeilla tarvita.
Edut verrattuna edellå mainittuun polttokennoon, jonne vety tuodaan kaasumaisena metallihydridi sSilidsta, ovat seuraa-vat: energiatiheys on parempi, silla erillista vetyelektro-25 dia ei tarvita; laite on turvallisempi, sillå vetyå ei ole kaasumaisena missaån vaiheessa; vedyn kulutuksen kontrol-lisysteemi on yksinkertaisempi, koska otettu såhkovirta maåraS vedyn hapetusreaktion kautta suoraan vedyn kulutuksen; laite on tehokkaampi, koska yksi prosessin vaihe, vedyn 30 vapauttaminen metallihydridista lcimmittamålla, jåa pois.
Edullisuus perustuu siihen, ettM varastointimateriaali toimii samalla elektrodina ja vedyn hapettamiseen tarvittava happi otetaan suoraan ympårdivastå ilmasta. Hapen otto 7 90925 ilmasta mahdollistaa suuren energiatiheyden, koska sita ei tarvitse varastoida kennoon ja kuljettaa kennon mukana. Laboratoriokokeissa on mitattu energiatiheydeksi 252 Wh/kg, kun otetaan huomioon metallihydridin, LaNij, paino. Tåmå 5 vastaa kaytannossa n. 160 Wh/kg energiatiheyttå, kun otetaan huomioon kennon kokonaispaino. Laskelmat, joihin tåma luku perustuu on esitetty myohemmin kohdassa, jossa on kennon rakennetta selvitetty.
Edullisuus såhkoauton energian låhteenå ilmenee vertailemal-10 la energian hintaa bensiinin hintaan. Seuraavassa on lasket-tu ensin keksinndllå tuotetun energian hinta ja sitten bensiinillå tuotetun energian hinta. Keksinnon mukainen metallihydridi elektrodi ladataan elektrolyyttisesti, jol-loin tarvitaan 1,6 V jånnite veden hajoittamiseksi. Kåyton 15 aikana eli purkausvaiheessa kennon jånnite on 0,75 V ja virtahydtysuhde 90 %. Jos såhkon hinnaksi oletetaan 36,7 p/kWh, niin kennolla tuotetun energian hinnaksi saadaan 1,6V · 36,7 p/kWh / ( 0,89 · 0,75V ) = 88 p/kWh.
Bensiinin låmpdarvo on 42 MJ/kg, tiheys 0,85 kg/1, poltto-20 moottorin hyotysuhde 25 % ja bensiinin hinta 4,20 mk/1.
Energian hinnaksi saadaan 4,20 mk/1 / (0,85'42*106'0,25 J/l) * 470-10‘9 mk/J = 169 p/kWh.
Menetelman toimivuus såhkoenergian varastoimiseksi perustuu tehtyyn kokeeliseen ja teoreettiseen havaintoon, jonka 25 mukaan vedyn purkautuminen metallihydridistå elektrolyyttiin ja ilmaelektrodin låpi on hyvin våhåistå. Samoin vedyn suora hapettuminen on våhåistå hapen elektrolyytisså olevan dif-fuusiovastuksen takia. Teoreettisesti tåmå voidaan osoittaa laskemalla vedyn purkautumisnopeus tapauksessa, jossa dif-30 fuusiovastus on ainoa vastustava tekijå. Låmpotila on 25°C, elektrolyytti kerroksen paksuus 2 mm, vedyn osapaine 2,5 bar ja ilmaelektrodin pinta-ala on 30 cm2. Oletetaan, ettå elektrolyytti on kyllåinen liuenneen vedyn suhteen metallihydri- δ dielektrodin pinnalla ja 2 nun etåisyydellå vedyn konsentraa-tio on nolla, koska vety vapautuu ilmaelektrodin lapi.
Nåisså olosuhteissa vedyn konsentraatio voi olla korkeintaan 2,1 mol/m3 (låhde: Tekniikan kåsikirja, s. 204: Liukoisuus = 5 7,72-10-6 mol/(m3Pa) ) ja diffuusiokerroin 1,3-10-9 m2/s (låhde:
Journal of Physical Chemistry, Vol. 74, No. 8, 1970, s. 1749 ). Tålloin vedyn vuo kennosta ulos on (0-2,1)mol/m3 J = -1,3 10-9 m2/s · - · 30 10-4 m2 = 4,110-9 mol/s.
10 0,002 m Tåstå saadaan edelleen vastaava ampeerituntien måårå vuoro-kaudessa eli vuoto: 4,1-10-9 mol/s · 2-96500 As/mol · 24 h/vrk = 19 mAh/vrk.
Metallihydridiå on edellå tarkastellussa kennossa noin 20 g 15 ja vetyå siinå 1,4 paino-% ja ellei vetyå karkaa lainkaan kennosta, niin kennosta saadaan 7,44 Ah. Edellå lasketun mukaan vuoto on siten 0,255% / vrk, joten 1,1 vuodessa kenno purkautuisi tåysin diffuusiomekanismilla.
Seuraavassa esitetåån samanlainen laskelma vedyn suoralle 20 hapettumiselle eli arvioidaan hapen diffuusiota ilmaelektro-dilta metallihydridielektrodille samoissa olosuhteissa kuin edellå. Hapen osapaine on 0,21 bar. Liuos on kyllåinen ilmaelektrodin kohdalla ja MH-elektrodin pinnalla hapen konsentraatio on nolla, sillå hapen oletetaan reagoivan 25 vålittomåsti vedyn kanssa. Hapen konsentraatio ko. olosuhteissa on maksimissaan 0,29 mol/m3 (låhde: Tekniikan kåsikirja, s. 204: Liukoisuus = 12,47-10-6 mol/ (m3 Pa) ) ja hapen dif fuusiokerroin on 0,4-10-9 m2/s (låhde: Journal of Physical Chemistry, Vol. 74, No. 8, 1970, s. 1749 ). Tålldin hapen 30 vuo elektrolyytin låpi MH-elektrodille on (0-0,29)mol/m3 J = -0,4 10-9 m2/s--·30-10-4 m2 - 0,174-10-9 mol/s.
0,002 m 90925 9
Suoran hapettumisen aiheuttama såhkomåårån menetys vuorokau-dessa on talloin 0,174-10-9 mol/s · 4-96500 As/mol · 24 h/vrk = 1,61 mAh/vrk.
Tållå mekanismilla 20 g metallihydridiå sisaltavan kennon 5 purkautuminen diffuusiomekanismilla keståisi 12,7 vuotta.
Nåmå kaksi mekanismia, vedyn diffuusio ja suora hapettumi-nen, vaikuttavat samaan aikaan, joten edellå esitettyjen summana vuoto on 20,6 mAh/vrk, jolloin esimerkkikennon tåydellinen purkautuminen keståisi noin yhden vuoden. Kåy-10 tånnosså itsepurkausta on tutkittu laboratoriokokeilla, joiden antamat tulokset tukevat yllå esitettyjå laskelmia.
Keksinnon toimivuuden kannalta on tårkeåtå eliminoida vety-kuplien muodostuminen metallihydridin pinnalla. Vety pyrkii karkaamaan kuplina ylospåin muodostaen ylipaineen, kunnes 15 tasapainopaine saavutetaan. Tåmå toiminnan kannalta haital-linen vetykuplien muodostus voidaan kuitenkin eliminoida paineistamalla kenno jo etukåteen paineeseen, joka on suu-rempi kuin vetykuplien muodostumispaine.
Keksinto ja sen edut kåyvåt kuitenkin parhaiten ilmi sovel-20 lutuksessa, misså såhkokemiallista kennoa kåytetåån såhkoau-ton voimanlåhteenå. Keksinnon mukainen menetelmå ei kuiten-kaan ole sidoksissa mihinkåån erityiseen jårjestelmåån tai sovellutukseen.
Seuraavassa keksintoå selitetåån yksityiskohtaisesti esimer-25 kein oheisten piirustusten avulla.
Kuvio 1 esittåå keksinnon eråstå sovellutusesimerkkiå leik-kauskuvantona.
Kuvio 2 vastaa kuviota 1 ja esittåå keksinndn toista sovellutusesimerkkiå jatkuvatoimisesta såhkontuottoken-30 nosta.
Kuvio 3 vastaa kuviota 1 ja esittåå keksinndn sovel- 10 lusesimerkkiå ladattavasta såhkontuottokennosta. Kuvio 4 esittaa osasuurennosta kuvion 3 kennon kerroksista.
Kuvio 5 vastaa kuviota 1 ja esittaa keksinnon toista sovel-lusesinterkkia ladattavasta sahkdntuottokennosta.
5 Kuvio 6 vastaa kuviota 1 ja esittaa keksinnon kolmatta sovellusesimerkkia ladattavasta såhkontuottokennosta.
Kuvio 7 esittaa jarjestelmaå, johan kuuluu useita sahkdn-tuottokennoja ja erillinen nestesåilio.
10 Kuvio 8 vastaa kuviota 7 ja esittåå jårjestelmån toista sovellusmuotoa.
Kuvio 9 esittaa kaaviona eråan keksinnon mukaisen laitteen purkauskoetta, jossa on mitattu jånnite ja ylipaine ajan funktiona.
15 Kuvio 10 esittaa toisen purkauskokeen kaaviota.
Kuviossa 1 on esitetty såhkon tuottamiseen tarkoitettu kenno 32, jonka pååosat ovat ilmaelektrodi 7, vetyå sisåltåvå metallihydridielektrodi 4, joka muodostuu metallihydridi-jauheesta, sekå elektrolyytti 6. Kuvion 1 mukaisessa ratkai-20 sussa kenno 32 on sylinterimåinen. Ulompana siinå on huokoi-nen såhkoå johtava tukiputki 8, joka toimii ilmaelektrodin 7 virrankerååjånå. Hydrofobisesta kerroksesta ja katalyytti-kerroksesta muodostuva ilmaelektrodi 7 on valmistettu huo-koisen tukiputken 8 sisåpintaan. Ilmaelektrodin 7 katalyyt-25 tikerros on elektrolyyttiå 6 vasten, elektrolyyttinå voi olla esimerkiksi våkeva KOH-vesiliuos. Vetyå sisåltåvå metallihydridielektrodi 4 koostuu metallihydridijauheesta, joka on sijoitettu tukiverkkojen 1 ja 5 våliin. Metallihyd-ridijauheen ylå- ja alapuolella on tulppa 3. Vetyelektrodi 30 on erotettu ilmaelektrodista 7 eristeen 23 avulla. Eriste 23 voi olla myos huokoinen membraani, jolloin se voi peittåå koko elektrolyyttitilan. Anodin eli metallihydridielektrodin 4 virrankerååjånå toimii putkimainen metallista valmistettu tukiverkko 1. Kenno 32 suljetaan kannella 2, jonka låpi 35 tuodusta putkesta 24 eli nesteentåyttoputkesta saadaan myos kontakti metallihydridielektrodin 4 virrankerååjånå toimi- 11 90925 vaan tukiverkkoon 1. Kennon 32 alapåå on suljettu pohjalla 9. Laboratoriokokeissa kåytetty kenno on ollut periaatteessa saxnanlainen, mutta kennon kannen kiinnitystapa on ollut erilainen.
5 Kuvion 1 kenno 32, kuten muutkin jåljempånå esiteltåvåt muiden kuvioiden mukaiset kennot, voidaan purkaa asettamalla (-)navan 19 ja (+)navan 20 valille tietyn suuruinen kuorma, joka on vastus. Jåljempånå esitetysså purkauskokeessa on kaytetty 1 ohmin suuruista kuormaa. Kennon 32 purkauksessa 10 virta kulkee ilmaelektrodilta 7, joka on kontaktissa kennon (+)navan 20 kanssa, ulkoisen virtapiirin kautta metallihyd-ridielektrodille 4, joka on kontaktisssa kennon (-)navan 19 kanssa. Kennon kokonaisreaktio on 02 + 4H(met.hydr.) ==> 2 H20, eli metallihydridiin sitoutunut vety ja happikaasu 15 reagoivat muodostaen vetta, joka poistuu kennosta pååosit-tain tayttoputken 24 låvitse ulkopuoliseen nestesåilidon ja osittain haihtumalla huokoisen ilmaelektrodin 7 låpi ympå-ristoon. Kokonaisreaktio on eri elektrodeilla tapahtuvien reaktioiden summa. Happi reagoi ilmaelektrodilla 7 reaktion 20 02 + 2 H20 + 4e' ==> 4 OH" mukaisesti. Happikaasu tulee reak- tioalueelle eli ilmaelektrodimateriaalin ja elektrolyytin 6 rajapinnalle kennoa ympåroivastå ilmasta diffundoitumalla huokoisen tukiputken 8 ja ilmaelektrodin 7 låpi. Hapen reaktiossa kuluu elektroneita, jotka saapuvat reaktioalueel-25 le ulkoisesta virtapiiristå, ja muodostuu OH-ioneja, jotka kulkevat elektrolyytin låpi metallihydridielektrodille 4 ja reagoivat metallista vapautuvan vedyn kanssa reaktion OH" + H ==> H20 + e' mukaisesti. Metallihydridielektrodin 4 eli metallihydridijauheen pinnalla tapahtuneessa reaktiossa 30 vapautuneet elektronit kulkeutuvat såhkojohtavassa metalli-jauheessa kohti putkimaista tukiverkkoa l, joka toimii virrankerååjånå ja sitå kautta ulkoiseen virtapiiriin ja edelleen kohti ilmaelektrodia 7 osallis- tuakseen taas hapen reaktioon. Ilmaelektrodilla 7 elektronien kulun reaktioalu-35 eelle mahdollistaa ilmaelektrodimateriaalin ominaisuudet; hydro- fobisuuden lisåksi se johtaa myos kohtuullisesti såhkoå.
12
Sopivalla katalyytillå varustettuna ilmaelektrodia 7 voldaan kayttaa nyos latauksessa. Latauksen aikana ulkoisen jannite-låhteen avulla ilmaelektro- dilla 7 reaktio tapahtuu pur-kaukseen nahden kaanteiseen suuntaan 40H' ==> 02 + 2H20 + 4e' 5 ja vastaavasti metallihydridielektrodilla 4; 4H20 + 4e' ==> 4OH" + 4H(met.hydr.). Kokonaisreaktio latauksessa on 2H20 ==> 4H(met.hydr.) + 02. Kehittyvå happikaasu poistuu huokoisen ilmaelektrodin 7 kautta ymparoivaån ilmaan ja tarvittava lisåvesi tuodaan kennoon 32 ulkopuolisesta nestesåiliosta 10 putken 24 lapi.
Kuvion 1 mukaisen kennon energiatiheys saadaan seuraavasti. Kennon korkeus on 50 cm ja ulkohalkaisija 2,6 cm.
Kennon kokonaispaino muodostuu seuraavista komponenteista: - huokoinen tukiputki, jonka ulkohalkaisija on 2,6 cm ja 15 seinaman vahvuus 0,03 cm: n/4 · (2,62 -2,542 )cm · 50cm · 5g/cm3 = 60,6g - ilmaelektrodi, jonka ulkohalkaisija on 2,54 cm ja paksuus 0,2 cm: π/4 · (2,542 -2,142 ) cm2 50cm · 0,6g/cm3 * 44,1 g 20 - elektrolyyttitila, jossa on putkimainen tukiverkko. Sen ulkohalkaisija on 2,14 cm. Elektrolyytti kerroksen ja huopaputken paksuus on 1,5 mm: ΤΓ/4 · (2,142 -1,842 ) · 50cm · l,25g/cm3 = 58,6g - tukiverkko, jonka halkaisija on 18,4 cm: 25 π l,84cm * 50cm · 0,0786g/cm = 22,lq - tukiverkon syrjåyttamå elektrolyytti (Ni tiheys 8,9 g/cm3) : l,25g/cm3 · 22,7g / 8,9g/cm3 = 3,2g - metallihydridi, jonka ulkohalkaisija on 1,84 cm ja kerroksen paksuus on 0,72 cm: 30 n/4 · (1,842 -0,42)cm2 · 50cm · 4,5g/cm3 = 570 g 13 90925 - elektrolyytti metallihydridi partikkeleiden valissa (8,9-4,5)/8,9π/4·(1,842 -0,42)cm·50cm1,25g/cm3 = 78,3g - virrankerååjå, jonka ulkohalkaisija on 0,4 cm ja paksuus 0,03 cm: 5 π/4 · (0,42-0,342) · 50cm * 8g/cm3 = 13,9 g - ylå- ja alakansi 2kpl · 5g/kpl = lOg.
Yhteen laskettuna kennon kokonaispainoksi saadaan 855 g. Laboratoriokokeissa energiatiheydeksi on saatu 260 -h/kg, kun otetaan huomioon vain LaNi5 paino. Kun kokonaispaino 10 otetaan huomioon, niin energiatiheydeksi saadaan 0,570 kg · 260 Wh/kg - = 173 Wh/kg.
0,855 kg
Kuviossa 2 on esitetty laite, jolla voidaan toteuttaa jatku-15 vatoiminen såhkontuotto. Sen pååosat ovat metallihydri- dielektrodi 4, virrankeraåjånå toimiva siirtolaite 10 sekå kenno 26, joka muodostuu tukiputkesta 8, ilmaelektrodista 7, elektrolyytistå 6 ja tukiverkosta 5, kuten kuviossa 1. Taman laitteen toimintaperiaate eroaa kuvion 1 laitteesta siina, 20 ettå tassa on lisattavissM ylakautta kennoon lisåå metallihydridi jauhetta, joka vahitellen luovuttaa varastoituneen vedyn pois kennoa purettaessa. Kennon alaosaan asti kulkeu-tunut metallijauhe, joka on jo luovuttanut vedyn pois, poistetaan kennosta. Vedytetty metallihydridijauhe kuljete-25 taan siirtolaitteen 10 avulla, joka samalla toimii virranke-raMjana, vahitellen sailiosta 12 kennon 13pi alasMilidon 13. Aukosta 14 kåytetty metallijauhe 15 voidaan poistaa systee-mista uudelleenlatausta vårten. Aukosta 11 ladattu metallihydridi jauhe viedaan takaisin såilioon 12. Metallihydridi-30 jauheen siirtolaite 10 voi olla ruuvimainen tai mSntåtyyppi-nen. Jauhetta voidaan siirtSa myos pumppaamalla. Jauheen siirto voi tapahtua myos jaksottain eli pulssimaisesti kennon låpi.
14
Kuviossa 3 on esitetty laite, jolla lataus on toteutettu apuelektrodin avulla. Laite poikkeaa kuvion 1 laitteesta siinS, ettS tåhån on lisatty metallihydridielektrodin 4 sisåpuolelle eriste 25 korvaten tukiverkon 1 kuviossa 1, 5 verkkomainen apuelektrodi 16, huokoinen hydrofobinen kalvo 17 ja huokoinen tukiputki 18. Eriste 25 on huokoinen hyvin nestetta lapaiseva membraani, joka estaa latauksessa mahdol-lisesti muodostuvien vetykuplien påasyn hydriditilasta pois. Metallihydridielektrodin 4 virrankeråajanM toimii tukiverkko 10 5. Latauksessa kennoon viedåån riittavå jannite, noin 1.6
Volttia, jolloin vesi hajoaa muodostaen happikaasua ja vetya. Happikaasu muodostuu apuelektrodilla 16, joka on metalliverkko, reaktion 40H' ==> 2H20 + 02 + 4e' mukaisesti. Muodostuneet kaasukuplat kulkeutuvat huokoisen hydrofobisen 15 kalvon 17 seka huokoisen tukiputken 18 lapi vapautuen ympa-ristoon. Huokoisen hydrofobisen kalvon 17 tarkoitus on pitaa elektrolyytti kennossa sisålla, mutta kuitenkin mahdollistaa happikaasun kulkeutuminen kennosta ulos. Taman toiminta on siis painvastainen happikaasun suhteen mita ilmaelektrodin. 20 Vety muodostuu metallihydridielektrodilla reaktion H20 + e ==> OH' + H(met.hydr.) mukaisesti ja absorboituu metallihiuk-kasiin muodostaen hydridiå. Latauksen aikana virta kulkee siis ulkoisessa virtapiirissa metallihydridielektrodin navalta 19 apuelektrodin navalle 21, joka on latauksen 25 (-)napa. Purkauksen aikana muodostuva vesi ja latauksen aikana kuluva vesi kulkee putken 24 kautta, kuten kuviossa 1.
Kuviossa 4 on esitetty kuvion 3 mukaisen kennon eri kerrok-set, jotka ovat ilmaelektrodin tukiputki 8, ilmaelektrodi 7, 30 elektrolyyttitila 6, metallihydridielektrodin tukiverkko 5, joka tMssa toimii virrankeraajåna, jauhe- mainen metallihyd-ridielektrodi 4, eriste 25, verkkomainen apuelektrodi 16, huokoinen hydrofobinen kalvo 17 ja huokoinen tukiputki 18.
Kuviossa 5 on esitetty laite, jolla voidaan myos toteuttaa 35 ladattava sahkontuottokenno. Kuvion 3 esittamaan sovellu-tusesimerkkiin verrattuna tassa esimerkissa on latauksessa 15 90925 muodostuvan happikaasun poisto kennosta toteutettu toisella tavalla. Kuvion 3 esixnerkissa happi poistuu huokoisten kalvon 17 ja tukiputken 18 låpi sateen suunnassa. Kuvion 5 laitteessa ei ole nåitå huokoisia putkia vaan happikaasu 5 muodostuu sileållå levymåisellå apuelektrodilla 16, josta happikuplat kulkeutuvat suoraan ylospåin apuelektrodin pintaa pitkin ja poistuu kennosta elektrolyyttitilan ylåpuo-lella olevan huokoisen hydrofobisen kalvon 22 låpi. Purkauk-sen aikana muodostuva ja latauksessa kuluva vesi siirtyy 10 putken 24 kautta ulkoisen nestesåilion ja kennon vålillå. Latauksen aikana (-)navasta 21 saadaan kontakti apuelek-trodille. Jotta metallihydridijauheesta mahdolliset vapautu-va vetykaasu ei pååsisi hydrofobiselle kalvolle 22 ja sitå kautta ulos, kåytetåån sisåisenå tukiputkena huokoista hyvin 15 nestettå låpåisevåå eristettå 25. Tarpeen vaatiessa kenno voidaan myos kååntåå purkauksen ajaksi ylosalaisin siten, ettå kalvo 22 on kennon pohjana.
Huokoiselta hydrofobiselta kalvolta 22 vaadittava happikaasun låpåisevyyskyky kuvion 5 esittåmåsså tapauksessa on 20 seuraava. Jos kennossa oleva metallihydridijauhe, jota on 570 g, ladataan 12 tunnissa, niin happikaasua muodostuu 4.6x10'5 kmol/s eli 1 ml/s. Ilmaelektrodien låpåisevyydeksi on mitattu noin 1 ml/s paine-eron ollessa 0.02 bar. Nåin olien esimerkiksi ilmaelektrodimateriaalia voidaan kåyttåå 25 huokoisena hydrofobisena kalvona 22.
Kuvion 6 laitteella voidaan myos toteuttaa ladattava såhkdn-tuottokenno. Kuten kuvion 5 esittåmåsså esimerkisså myos tåsså latauksessa kåytetåån sileåtå levymåistå apuelektrodia 16, jolla happikaasu muodostuu. Kennon kerrosmainen rakenne-30 kin on samanlainen kuin kuvion 5 kennossa. Kuvion 6 kenno poikkeaa edellisestå kuviosta siinå, ettå putki 24, jonka kautta purkauksessa muodostuva ja latauksessa kuluva neste siirtyy ulkoiseen nestesåilioon, on siirretty kennon ylå-osaan huokoisen kalvon 22 tilalle. Siten latauksessa muodos-35 tuva happikaasukin poistuu kuvion 6 kennosta putken 24 kautta ulkoisen nestesåilidn kaasutilaan.
16
Kuviossa 7 on esitetty kennosto 27, joka muodostuu useista kuvion 5 mukaisista kennoista 32, seka erillinen nestesåilio 28, joka on liitetty kennostoon putkistolla 29. Purkauksen aikana kennossa muodostuu vetta, joka latauksessa puolestaan 5 kuluu. Kennossa, jonka korkeus on 50 cm, nesteen kokonais-maara 167 ml ja metallihydridijauheen rnaara 570 g, muodostuu purkauksen aikana vetta 72 ml eli nesteen lisåys kennossa on 43 %. Taman vuoksi kennoihin liitetaan erillinen nestesåilio 28, jonne purkauksessa muodostuva vesi voi siirtyå ja josta 10 latauksen aikana tarvittava vesi tulee kennoihin. Kennosto voidaan paineistaa nestesåiliosså olevan venttiilin 30 kautta.
Kuvio 8 vastaa kuviota 7 muutoin paitsi ettå kennosto 27 muodostuu useista kuvioiden 1, 3 tai 6 mukaisista kennoista 15 32, joissa neste siirtyy kennon 32 ja erillisen nestesåilion 28 vålillå kennon ylåosaan sijoitetun putken 29 kautta.
Kuviossa 9 on esitetty kaaviona kokeellinen purkauskåyrå 33, jossa on jånnite ajan funktiona. Purkauskokeessa kennon (+)-ja (-)navat yhdistetåån vastuksella, joka toimii kuormana.
20 Tåsså tapauksessa on kåytetty 1 ohmin vastusta ja kenno on ollut kuvion 1 mukainen. Kennon jånnite, joka nåkyy kuvion 9 purkauskåyrasså, mitataan kennon navoista. Ulkoisessa virta-piirisså kulkeva virta saadaan kennojånnitteen ja tunnetun vastuksen, kuorman, avulla laskettua. Yhden ohmin vastuksel-25 la virran suuruus ampeereina on sama kuin jånnitteen suuruus voltteina. Kåyrån pinta-ala on sama kuin kennosta saatu såhkomåårå ampeeritunteina, joka kuvion 9 tapauksessa on ollut 7.5 Ah. Kun tåstå muodostetaan kåyrå, jossa esitetåån virran ja jånnitteen tulo ajan funktiona, saadaan tåmån 30 uuden kåyrån pinta-alasta kennosta ulos saatu energia.
Jakamalla saatu energia metallihydridin LaNi massalla, joka tåsså tapauksessa oli 23.0 g, saadaan kennolle energiatiheys 242 Wh/kg. Ylipainekåyråstå 31 nåhdåån, ettå ylipaine kennossa oli kokeen aikana 1,4 bar.
35 Kuviossa 10 on esitetty kaaviona purkauskåyrå 33, jossa on 17 90925 kennon jannite ajan funktiona. Itsepurkautumisen våhåisyys on todettu kokeellisesti siten, ettå kennon on annettu olla levossa 65 h eli 2.7 vrk latauksen jålkeen ja vasta sitten on aloitettu purkauskoe. Kennoa purettiin 1 ohmin kuormalla.
5 Purkauksessa ulossaatu energia oli 251 Wh/kg aktiiviainetta (LaNi5) eli likimain sama maarå kuin kuvion 9 esittåmåssa kokeessa, jossa purkaus aloitettiin valittomMsti latauksen jalkeen.
Kuvion 10 esittåmåssa kokeessa on kaytetty noin 1,7 bar 10 ylipainetta. Ylipaineen vaikutusta kaasukuplien muodostumi-seen on tutkittu kokeella, jossa ylipainetta nostettiin våhitellen nollasta kolmeen bariin noin 1,5 tunnin aikana. Kennon låpinåkyvåstå ylåosasta nåhtiin aluksi kuplien muo-dostuminen, joka kuitenkin loppui kun ylipaine saavutti 15 arvon 0,9 bar. Metallihydrinå kaytettiin LaNi3-metalliseosta.
Paineen kåyttomahdollisuus kennossa kuplien estMmiseksi perustuu elektro- lyyttiliuoksen pintajånnitykseen happi-tai ilmaelektrodin huokosissa. Jos huokosen sade on r = 10‘7 m, pintajannitys τ = 60-10'3 N/m ja kontaktikulma φ — 0°, voi 20 paine-ero liuoksen ja ympMristbn valilla olla ilman ettS nestetta purkaantuu ulos huokoisista ymparoivaan ilmaan (Laplacen yhtåld): ip = 2’T*cosø/r = 2*60* 10'3 · 1/10'7 Pa = 12 bar.
TåhMn pintajånnitysilmioon perustuu keksinnon mukaisen 25 laitteen toimivuus ylipainetta kaytettaessa.

Claims (10)

1. Menetelma sahkoenergian varastoimiseksi ja tuottamiseksi sellaisessa sahkokemiallisessa kennossa (32), jossa katodina on huokoinen ilmaelektrodi (7), joka ottaa happea ympå- 5 roivMsta ilmasta tai happi johdetaan siihen muulla tavoin, ja anodina on vetya sisaltåva metallihydridi (4), ja jonka menetelmån mukaan metallihydridianodiin varastoitu, poltto-aineena oleva vety hapetetaan elektrolyyttiliuoksen (6) valityksellå ilmaelektrodiin johdetulla hapella, 10 tunnettu siita, ettå sahkoenergian varastoimiseksi ja tuottamiseksi huokoisen ilmaelektrodin (7) sisållå si-jaitsevan ja metallihydridielektrodin (4) kanssa kosketuk-sessa olevan elektrolyyttiliuoksen (6) paine saatetaan korkeammaksi kuin huokoisen ilmaelektrodin ulkopuolella 15 olevan ymparoivan ilman paine.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelma, tunnettu siita, ettM vetykuplien muodostumisen estaroiseksi saatetaan elektrolyyttiliuokseen (6) sen ympa-ristdon verrattuna sellainen ylipaine, joka on vahintåan 20 metallihydridin vedyn tasapainopaineen suuruinen.
3. Patenttivaatimuksen 1 ja 2 mukainen menetelma, tunnettu siitM, etta riittavan ylipaineen sailyminen ja elektrolyyttiliuoksen (6) pysyminen ilmaelektrodin (7) sisalla aikaansaadaan siten, etta annetaan elektrolyyttili- 25 uoksen tunkeutua ilmaelektrodin huokosiin, jolloin elektro-lyyttiliuoksen tunkeutuminen ulos ilmaelektrodin lapi este-taån ilmaelektrodin huokosiin muodostuvan elektrolyyttiliuoksen pintajannityksen avulla.
4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelma, 30 tunnettu siitå, etta sShkokemiallisessa kennossa (32) kaytetty metallihydridi (4) vedytetåan uudelleen samas-sa kennossa sahkokemiallisesti ilmaelektrodin (7) avulla.
5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmM, 90925 tunnettu siitå, ettå sahkokemiallisessa kennossa (32) kåytetty metallihydridi (6) vedytetåån uudelleen samas-sa kennossa såhkokemiallisesti erilllsen apuelektrodin (16) avulla.
6. Laite såhkoenergian varastoimiseksi ja tuottamiseksi sahkokemiallisessa kennossa (32), jossa laitteessa katodina on huokoinen ilmaelektrodi (7), joka ottaa happea ympa-roivåstå ilmasta tai happi johdetaan siihen muulla tavoin, ja anodina on vetya sisåltåvå metallihydridi (4), ja jossa 10 laitteessa metallihydridianodiin varastoitu, polttoaineena oleva vety hapetetaan elektrolyyttiliuoksen (6) vålityksellå ilmaelektrodiin johdetulla hapella, tunnettu siitå, etta kenno (32) on sisåltå paineistettu ylipaineiseksi ympåroivåån ilmaan tai ilmaelektrodille (7) johdettuun 15 happikaasuun nåhden ja etta huokoinen ilmaelektrodi on muodostettu elektrolyyttiliuoksen (6) ylipaineen keståvåksi, suljettavaksi såilioksi.
7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitå, ettå huokoinen ilmaelektrodi (7) on 20 muodostettu ylipaineen keståvåksi siten, ettå sen huokoset on muodostettu niin pieniksi, ettå huokosiin tunkeutuvan elektrolyyttiliuoksen (6) pintajånnitys pitåå ylipaineen ja elektrolyyttiliuoksen ilmaelektrodin sisållå.
8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen laite, 25 tunnettu siitå, ettå katodina toimiva ilmaelektrodi (7) on putkimainen ja påiståån suljettu.
9. Patenttivaatimuksen 6, 7 tai 8 mukainen laite, tunnettu siitå, ettå ilmaelektrodin (7) sisåån on sijoitettu erillinen apuelektrodi (16) niin, ettå metalli- 30 hydridielektrodi (4) on kåyton jålkeen vedytettåvisså sahkokemiallisesti samassa kennossa (32) joko ilmaelektrodin (7) tai apuelektrodin (16) avulla.
10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitå, ettå ilmaelektrodin (7) huokosten såde on paaasiallisesti pienempi kuin 0,1 μια. 90925
FI921655A 1992-04-14 1992-04-14 Menetelmä ja laite sähköenergian varastoimiseksi ja tuottamiseksi FI90925C (fi)

Priority Applications (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI921655A FI90925C (fi) 1992-04-14 1992-04-14 Menetelmä ja laite sähköenergian varastoimiseksi ja tuottamiseksi
US08/318,727 US5645952A (en) 1992-04-14 1993-04-13 Method and apparatus for charging and discharging electric energy
JP5518020A JP2746751B2 (ja) 1992-04-14 1993-04-13 電気エネルギーを充電及び放電するための方法、並びに、装置
AU39539/93A AU3953993A (en) 1992-04-14 1993-04-13 Method and apparatus for charging and discharging electric energy
AT93908961T ATE156306T1 (de) 1992-04-14 1993-04-13 Verfahren und vorrichtung zum laden und entladen elektrischer energie
DK93908961.1T DK0672307T3 (da) 1992-04-14 1993-04-13 Fremgangsmåde og apparat til opladning og afladning af elektrisk energi
PCT/FI1993/000154 WO1993021664A1 (en) 1992-04-14 1993-04-13 Method and apparatus for charging and discharging electric energy
EP93908961A EP0672307B1 (en) 1992-04-14 1993-04-13 Method and apparatus for charging and discharging electric energy
DE69312732T DE69312732T2 (de) 1992-04-14 1993-04-13 Verfahren und vorrichtung zum laden und entladen elektrischer energie
CA002117905A CA2117905C (en) 1992-04-14 1993-04-13 Method and apparatus for charging and discharging electric energy
NO943881A NO943881L (no) 1992-04-14 1994-10-13 Fremgangsmåte og anordning for lading og utlading av elektrisk energi

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI921655A FI90925C (fi) 1992-04-14 1992-04-14 Menetelmä ja laite sähköenergian varastoimiseksi ja tuottamiseksi
FI921655 1992-04-14

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI921655A0 FI921655A0 (fi) 1992-04-14
FI921655A FI921655A (fi) 1993-10-15
FI90925B FI90925B (fi) 1993-12-31
FI90925C true FI90925C (fi) 1994-04-11

Family

ID=8535112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI921655A FI90925C (fi) 1992-04-14 1992-04-14 Menetelmä ja laite sähköenergian varastoimiseksi ja tuottamiseksi

Country Status (11)

Country Link
US (1) US5645952A (fi)
EP (1) EP0672307B1 (fi)
JP (1) JP2746751B2 (fi)
AT (1) ATE156306T1 (fi)
AU (1) AU3953993A (fi)
CA (1) CA2117905C (fi)
DE (1) DE69312732T2 (fi)
DK (1) DK0672307T3 (fi)
FI (1) FI90925C (fi)
NO (1) NO943881L (fi)
WO (1) WO1993021664A1 (fi)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2307138A1 (en) * 1997-10-24 1999-05-06 Aer Energy Resources, Inc. Primary metal-air power source and ventilation system for the same
US6753108B1 (en) * 1998-02-24 2004-06-22 Superior Micropowders, Llc Energy devices and methods for the fabrication of energy devices
US6660418B1 (en) 1998-06-15 2003-12-09 Aer Energy Resources, Inc. Electrical device with removable enclosure for electrochemical cell
US6759159B1 (en) 2000-06-14 2004-07-06 The Gillette Company Synthetic jet for admitting and expelling reactant air
DE10065009B4 (de) * 2000-12-23 2004-09-16 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzelle
US6649290B2 (en) 2001-05-11 2003-11-18 Cellex Power Products, Inc. Fuel cell thermal management system and method
US20040175612A1 (en) * 2003-03-07 2004-09-09 Allen Conti Electrochemical cell
CN100397686C (zh) * 2004-04-06 2008-06-25 新源动力股份有限公司 一种双效空气电极及其制备方法
US20070141440A1 (en) * 2005-12-21 2007-06-21 General Electric Company Cylindrical structure fuel cell
US20070141431A1 (en) * 2005-12-21 2007-06-21 General Electric Company Fuel cell closed structure
JP4353240B2 (ja) 2006-11-24 2009-10-28 トヨタ自動車株式会社 電源システム
JP4967890B2 (ja) * 2007-05-01 2012-07-04 トヨタ自動車株式会社 空気電池システム
KR101042299B1 (ko) * 2007-12-13 2011-06-17 기아자동차주식회사 연료전지 자동차용 수소저장 시스템
DE102008028649A1 (de) * 2008-06-18 2009-12-24 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Integrierter Hydrid-Luft Akkumulator
US8906563B2 (en) 2011-11-04 2014-12-09 Fluidic, Inc. Internal convection cell
DE102013217039B4 (de) 2013-08-27 2021-12-02 Robert Bosch Gmbh Überwachung und Inspektion einer Batteriezelle mithilfe elektromagnetischer Wellen über transparente Bauteilkomponenten
BR112019000713B1 (pt) 2016-07-22 2023-04-25 Nantenergy, Inc Célula eletroquímica e método de conservar umidade dentro de uma célula eletroquímica

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB905728A (en) * 1960-01-25 1962-09-12 Nat Res Dev Improvements relating to electric fuel cells
US3087004A (en) * 1961-04-04 1963-04-23 Honeywell Regulator Co Pressure regulator control system for a fuel cell
CH468727A (de) * 1967-02-07 1969-02-15 Battelle Memorial Inst Interna Elektrischer Akkumulator
DE1934974C3 (de) * 1969-07-10 1974-06-06 Deutsche Automobilgesellschaft Mbh, 7000 Stuttgart-Untertuerkheim Galvanische Speichereinheit bestehend aus einer Brennstoffzellenvorrichtung und einer dazu parallel schaltbaren Akkumulatorvorrichtung mit gemeinsamer negativer Elektrode
FR2311858A1 (fr) * 1975-05-23 1976-12-17 Anvar Alliages a base de lanthane et de nickel et leurs applications electrochimiques
FR2399484A1 (fr) * 1977-08-02 1979-03-02 Anvar Nouveaux alliages a base de lanthane et de nickel, leur fabrication et leurs applications electrochimiques
JPS6023976A (ja) * 1983-07-18 1985-02-06 Hitachi Ltd 燃料電池差圧制御装置
US4661425A (en) * 1984-12-31 1987-04-28 Prototech Company Lithium hydride anode for use in alkaline batteries
DE3702138C2 (de) * 1987-01-24 1994-10-13 Varta Batterie Elektrode mit Speichervermögen für Wasserstoff zur Durchführung von elektrochemischen und chemischen Reaktionen
JPH06212469A (ja) * 1992-07-16 1994-08-02 Imura Japan Kk ガス拡散電極及び該ガス拡散電極を用いた電気化学反応装置

Also Published As

Publication number Publication date
US5645952A (en) 1997-07-08
DE69312732T2 (de) 1997-12-04
AU3953993A (en) 1993-11-18
NO943881D0 (no) 1994-10-13
WO1993021664A1 (en) 1993-10-28
EP0672307A1 (en) 1995-09-20
ATE156306T1 (de) 1997-08-15
CA2117905A1 (en) 1993-10-28
FI921655A (fi) 1993-10-15
DK0672307T3 (da) 1998-03-16
CA2117905C (en) 1998-11-10
NO943881L (no) 1994-10-14
FI90925B (fi) 1993-12-31
JPH09501256A (ja) 1997-02-04
FI921655A0 (fi) 1992-04-14
DE69312732D1 (de) 1997-09-04
EP0672307B1 (en) 1997-07-30
JP2746751B2 (ja) 1998-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI90925C (fi) Menetelmä ja laite sähköenergian varastoimiseksi ja tuottamiseksi
US5712054A (en) Rechargeable hydrogen battery
US4369235A (en) Electrochemical cell and gas diffusion electrode for the same
EP2048110A1 (en) Power generating apparatus
US5532074A (en) Segmented hydride battery
US20070077491A1 (en) Electrode, method of its production, metal-air fuel cell and metal hydride cell
EP3042717A1 (en) Electrochemical reaction device provided with liquid-repellant porous film
CN112823444A (zh) 滚动膜片密封件
US20090035623A1 (en) Functional product, treatment device of functional substance, applied device of functional product and mounting method of functional product
NL2022332B1 (en) Electrolytic cell for H2 generation
AU2008240532B2 (en) Hydrogen storing method and unit
Feng et al. Improved performance of a metal hydride electrode for nickel/metal hydride batteries through copper-coating
JPS58163157A (ja) 金属酸化物・水素電池
US3520728A (en) Electrical accumulator with a metal hydride serving as the cathodic reactive material arranged in suspension in the electrolyte
US5110436A (en) Water electrolysis
US20030118907A1 (en) Carbonaceous material for hydrogen storage and method for preparation thereof, carbonaceous material having hydrogen absorbed therein and method for preparation thereof, cell and fuel using carbonaceous material having hydrogen absorbed therein
JP4261918B2 (ja) 燃料電池用燃料カートリッジ及び燃料電池
JP2001316104A (ja) 水素吸蔵用炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料およびその製造方法、水素吸蔵炭素質材料を用いた電池ならびに水素吸蔵炭素質材料を用いた燃料電池
JP2010017700A (ja) 軽量構造材の廃材利用方法。
US4461812A (en) Lightweight storage battery
Kaisheva Metal-air batteries: research, development, application
JPH05290873A (ja) 空気−水素電池
Chen et al. Nickel/metal hydride batteries using rare-earth hydrogen storage alloy
KR20180132139A (ko) 전기 에너지를 생산하기 위한 충전가능한 전기화학 디바이스
US20030108474A1 (en) Carbonaceous material for hydrogen storage and method for preparation thereof, carbonaceous material having hydrogen absorbed therein and method for preparation thereof, cell and fuel cell using carbonaceous material having hydrogen absorbed therein

Legal Events

Date Code Title Description
BB Publication of examined application
MA Patent expired