JPH0696786A - 電解槽と燃料電池用の細胞構造 - Google Patents
電解槽と燃料電池用の細胞構造Info
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- JPH0696786A JPH0696786A JP5052421A JP5242193A JPH0696786A JP H0696786 A JPH0696786 A JP H0696786A JP 5052421 A JP5052421 A JP 5052421A JP 5242193 A JP5242193 A JP 5242193A JP H0696786 A JPH0696786 A JP H0696786A
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- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 高効率、好ましい駆動条件及びより長い寿命
を可能とする電解槽と燃料電池用の細胞構造を提供す
る。 【構成】 電解質透過性の隔壁３と、隔壁の両側にある
それぞれ１つの金属製で電解質透過性の電極４，５と、
電池に境を付ける１の導電性で双極性の電池区画壁６
と、電極及び電池区画壁の間で弾性のスペーサー及び電
流供給部として作用する導電性の１の構造と、枠構造体
とを有する電解槽と燃料電池用の細胞構造１で、隔壁３
は平坦なプレート２として構成される。層状の電極は直
接隔壁に接合し、それと統合的に結合される。電池区画
壁６はスペーサーを有する金属薄板から構成される。電
極４，５と電池区画壁６との間の空間は部分的に薄板構
造体７〜９で満たされ、軸方向及び垂直に液体透過性で
あり、電極に接する。薄板構造体７〜９は、スペーサー
１５〜１８を有する距離を置いて設けられた壁要素１１
〜１３からなる。
を可能とする電解槽と燃料電池用の細胞構造を提供す
る。 【構成】 電解質透過性の隔壁３と、隔壁の両側にある
それぞれ１つの金属製で電解質透過性の電極４，５と、
電池に境を付ける１の導電性で双極性の電池区画壁６
と、電極及び電池区画壁の間で弾性のスペーサー及び電
流供給部として作用する導電性の１の構造と、枠構造体
とを有する電解槽と燃料電池用の細胞構造１で、隔壁３
は平坦なプレート２として構成される。層状の電極は直
接隔壁に接合し、それと統合的に結合される。電池区画
壁６はスペーサーを有する金属薄板から構成される。電
極４，５と電池区画壁６との間の空間は部分的に薄板構
造体７〜９で満たされ、軸方向及び垂直に液体透過性で
あり、電極に接する。薄板構造体７〜９は、スペーサー
１５〜１８を有する距離を置いて設けられた壁要素１１
〜１３からなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、請求項１の上位概念に
よる、特に水素と酸素とを発生するため又はそれで駆動
するための、電気的及び幾何学的に整然と接続された多
数の電池を有する電解槽と燃料電池とのための細胞構造
に関する。
よる、特に水素と酸素とを発生するため又はそれで駆動
するための、電気的及び幾何学的に整然と接続された多
数の電池を有する電解槽と燃料電池とのための細胞構造
に関する。
【０００２】
【従来の技術】その様な電池の特有の要素は、中央の隔
壁と、隔壁の両側の電極と、双極性電池区画壁と、電極
及び電池区画壁間の弾性的に可撓性のスペーサーとであ
るが、これに関連して興味の少ない電池枠を除くもので
ある。取り分け隣接した要素の境界面における関係、即
ち機械的な結合、電気的な接触、可能な相対運動、流体
力学的な移行部、腐食に対する突起個所等は、電池及び
その為電解槽乃至は燃料電池の電気化学的で機械的な特
性にとって重要であり、その際特に効率と寿命が影響を
受ける。予め決めた電流密度に対する出来るだけ小さな
電池電圧において、機械的／構造的に出来るだけ簡単で
安定し継続的な構造を得ることに、間隙や幾らかのスペ
ーサーも無い電極が直接隔壁に接合しているいわゆる零
ギャップ−配置に対する傾向の問題がある。
壁と、隔壁の両側の電極と、双極性電池区画壁と、電極
及び電池区画壁間の弾性的に可撓性のスペーサーとであ
るが、これに関連して興味の少ない電池枠を除くもので
ある。取り分け隣接した要素の境界面における関係、即
ち機械的な結合、電気的な接触、可能な相対運動、流体
力学的な移行部、腐食に対する突起個所等は、電池及び
その為電解槽乃至は燃料電池の電気化学的で機械的な特
性にとって重要であり、その際特に効率と寿命が影響を
受ける。予め決めた電流密度に対する出来るだけ小さな
電池電圧において、機械的／構造的に出来るだけ簡単で
安定し継続的な構造を得ることに、間隙や幾らかのスペ
ーサーも無い電極が直接隔壁に接合しているいわゆる零
ギャップ−配置に対する傾向の問題がある。
【０００３】隔壁は、ドイツ連邦共和国特許公開第 32
24 556号公報によれば、酸化物セラミックで被覆した金
属網から作ることができ、それにより比較的良い強度特
性が得られる。
24 556号公報によれば、酸化物セラミックで被覆した金
属網から作ることができ、それにより比較的良い強度特
性が得られる。
【０００４】電極は、ドイツ連邦共和国特許第 37 43 3
54号公報によれば、多孔的に被覆し触媒的に活性可能な
孔付薄板、金属製網又はエキスパンドメタル要素から作
ることが出来る。
54号公報によれば、多孔的に被覆し触媒的に活性可能な
孔付薄板、金属製網又はエキスパンドメタル要素から作
ることが出来る。
【０００５】その様な電極ユニットを金属製網で支えら
れた隔壁と組み合わせる場合、摩擦経過、局所的な過負
荷乃至は腐食性の過程によって、隔壁内の金属製網が場
所的に解放され、これが電極を短絡させることにも通ず
るという危険性がある。
れた隔壁と組み合わせる場合、摩擦経過、局所的な過負
荷乃至は腐食性の過程によって、隔壁内の金属製網が場
所的に解放され、これが電極を短絡させることにも通ず
るという危険性がある。
【０００６】零ギャップ−配置に対する予測出来る時間
での最良の解決策は、電極を隔壁と統合的なユニット
（ＥＤＥ−プレート＝Elektrode-Diaphragma-Elektrode
- プレート＝電極−隔壁−電極−プレート）に纏めるこ
とであると思えるが、その際隔壁は支えなく、即ち内側
の金属製網などなく構成することが出来る。３つの機能
要素を結合することは既にそれを製造する時に行われ
る。隔壁はセラミックの半製品から生じ、それに焼結乃
至は誘電的な焼結によって粉末形乃至はパスタ形をした
電極が取り付けられる。その様なＥＤＥ−ユニットの製
造にはドイツ連邦共和国特許公開第 32 24 555号公報並
びにそれに付属するヨーロッパ特許公開第 0297 315 号
公報及び第 0 297 316号公報が関連する。
での最良の解決策は、電極を隔壁と統合的なユニット
（ＥＤＥ−プレート＝Elektrode-Diaphragma-Elektrode
- プレート＝電極−隔壁−電極−プレート）に纏めるこ
とであると思えるが、その際隔壁は支えなく、即ち内側
の金属製網などなく構成することが出来る。３つの機能
要素を結合することは既にそれを製造する時に行われ
る。隔壁はセラミックの半製品から生じ、それに焼結乃
至は誘電的な焼結によって粉末形乃至はパスタ形をした
電極が取り付けられる。その様なＥＤＥ−ユニットの製
造にはドイツ連邦共和国特許公開第 32 24 555号公報並
びにそれに付属するヨーロッパ特許公開第 0297 315 号
公報及び第 0 297 316号公報が関連する。
【０００７】その様なＥＤＥ−結合の場合ほぼ電極はそ
の間に位置する隔壁の支えを引き受ける。種々の実験
で、そのようなＥＤＥ−プレートで、低い電極電圧や適
切な電池温度において高い電流密度が得られることが分
かった。
の間に位置する隔壁の支えを引き受ける。種々の実験
で、そのようなＥＤＥ−プレートで、低い電極電圧や適
切な電池温度において高い電流密度が得られることが分
かった。
【０００８】ＥＤＥ−プレートの電極と双極性の電池区
画壁との間の、取り分け電解槽貯蔵にとって必要な空間
には、即ち陽極室と陰極室内には導電的なスペーサーが
設けられており、それらのスペーサーはそれぞれのＥＤ
Ｅ−プレートを接点付けし中心合わせする。例えば波
板、薄板ストリップ又は羊毛状金属の如き弾性的に可撓
性の要素が特に有利となる。例えば両側へ軸方向に突出
する突起物としてスペーサーを電池区画壁内に成形する
ことも可能である。その様な構造はヨーロッパ特許公開
第 0 340 820号公報に、勿論零ギャップ−配置ではな
く、電極と隔壁との間に僅かな距離があるミクロギャッ
プ−配置に対するものが示され、その距離は電極内の付
加的で非導電性のスペーサーによって作られる。
画壁との間の、取り分け電解槽貯蔵にとって必要な空間
には、即ち陽極室と陰極室内には導電的なスペーサーが
設けられており、それらのスペーサーはそれぞれのＥＤ
Ｅ−プレートを接点付けし中心合わせする。例えば波
板、薄板ストリップ又は羊毛状金属の如き弾性的に可撓
性の要素が特に有利となる。例えば両側へ軸方向に突出
する突起物としてスペーサーを電池区画壁内に成形する
ことも可能である。その様な構造はヨーロッパ特許公開
第 0 340 820号公報に、勿論零ギャップ−配置ではな
く、電極と隔壁との間に僅かな距離があるミクロギャッ
プ−配置に対するものが示され、その距離は電極内の付
加的で非導電性のスペーサーによって作られる。
【０００９】零ギャップ−配置で試されたが、しかしな
がら隔壁を有する１つのユニットもなく形成せず試され
た更に別の公知の電極構造は、その間に位置するスペー
サーを有し、僅かの距離を置いて隔壁に対して垂直で直
角に互いに並んで配設された真っ直ぐな多数の薄板スト
リップから作られている。ジグザグ形状のスペーサーは
同様に薄板ストリップから製造されており、真っ直ぐな
薄板ストリップ間で予緊張を受けている。スペーサー
は、それらがそのジグザグ形状の端面縁部と隔壁を全体
の電極高さに渡って接触するように設けられている。
がら隔壁を有する１つのユニットもなく形成せず試され
た更に別の公知の電極構造は、その間に位置するスペー
サーを有し、僅かの距離を置いて隔壁に対して垂直で直
角に互いに並んで配設された真っ直ぐな多数の薄板スト
リップから作られている。ジグザグ形状のスペーサーは
同様に薄板ストリップから製造されており、真っ直ぐな
薄板ストリップ間で予緊張を受けている。スペーサー
は、それらがそのジグザグ形状の端面縁部と隔壁を全体
の電極高さに渡って接触するように設けられている。
【００１０】真っ直ぐな薄板ストリップの間の距離は、
層の数が出来るだけ少ない場合にも電解液の如き液体に
充分な供給作用が得られる様な寸法と成っている。スペ
ーサーを設けるため、主となる供給方向は隔壁に対して
水平で直角に成っている。これら部分の間の接触状態に
よってしかしながら電解槽乃至は生じた又は供給された
ガスの垂直の流れ運動が可能となる。更に電気分解の場
合には生じたガスは、電極と電池区画壁との間のスペー
サーにより解放された陽極室乃至は陰極室内で著しく障
害とならず垂直に上方へと上昇させることが出来る。こ
の種の電極の決まった欠点は金銀線細工の高価な構造と
なることである。
層の数が出来るだけ少ない場合にも電解液の如き液体に
充分な供給作用が得られる様な寸法と成っている。スペ
ーサーを設けるため、主となる供給方向は隔壁に対して
水平で直角に成っている。これら部分の間の接触状態に
よってしかしながら電解槽乃至は生じた又は供給された
ガスの垂直の流れ運動が可能となる。更に電気分解の場
合には生じたガスは、電極と電池区画壁との間のスペー
サーにより解放された陽極室乃至は陰極室内で著しく障
害とならず垂直に上方へと上昇させることが出来る。こ
の種の電極の決まった欠点は金銀線細工の高価な構造と
なることである。
【００１１】その様な電極での種々の実験で、電極がよ
り高い電池電圧を要求する限りでは、予め決めた電流密
度における別の、多孔性の電極、特にＥＤＥ−ユニット
を有する零ギャップ−配置が影響を受けているというこ
とが分かった。長所は、薄板中間室内での供給作用（電
解液回転、ガス移動）によって、比較的強く元素が移動
することに見られる。
り高い電池電圧を要求する限りでは、予め決めた電流密
度における別の、多孔性の電極、特にＥＤＥ−ユニット
を有する零ギャップ−配置が影響を受けているというこ
とが分かった。長所は、薄板中間室内での供給作用（電
解液回転、ガス移動）によって、比較的強く元素が移動
することに見られる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】これら公知の解決策に
鑑みて、本発明の課題は、零ギャップ−配置の原理から
出発して更に高い効率、好ましい駆動条件及びより長い
寿命を可能とする電解槽と燃料電池用の細胞構造を提示
することである。
鑑みて、本発明の課題は、零ギャップ−配置の原理から
出発して更に高い効率、好ましい駆動条件及びより長い
寿命を可能とする電解槽と燃料電池用の細胞構造を提示
することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この課題は、特許請求の
範囲の請求項１で特徴付けられたそれぞれ部分的に公知
の特徴事項を組み合わせることによって解決される。
範囲の請求項１で特徴付けられたそれぞれ部分的に公知
の特徴事項を組み合わせることによって解決される。
【００１４】本発明の本質は、プレート形状の隔壁と電
解質透過性の電極とを有する零ギャップ−配置が、電極
室を少なくとも部分的に満たし電極に接合し上記した種
の電極により構成されている薄板構造体と両側で組み合
わされる点にある。薄板構造体はその際より多くの機能
を有する。薄板構造体は機械的なスペーサーとして、即
ち最適な力の入り具合乃至は力の配分を有する電極と隔
壁とのバネ弾性的な支えとして役立つ。薄板構造体は、
好ましい電流分布と接点付けとを有する電池区画壁と電
極との間の電気的な接続部材を形成し、そして電解液回
転とその供給作用によるガス移動を好ましいものとす
る。
解質透過性の電極とを有する零ギャップ−配置が、電極
室を少なくとも部分的に満たし電極に接合し上記した種
の電極により構成されている薄板構造体と両側で組み合
わされる点にある。薄板構造体はその際より多くの機能
を有する。薄板構造体は機械的なスペーサーとして、即
ち最適な力の入り具合乃至は力の配分を有する電極と隔
壁とのバネ弾性的な支えとして役立つ。薄板構造体は、
好ましい電流分布と接点付けとを有する電池区画壁と電
極との間の電気的な接続部材を形成し、そして電解液回
転とその供給作用によるガス移動を好ましいものとす
る。
【００１５】零ギャップ−配置と電解槽としての薄板構
造体からのその様な組み合わせた種々の実験は驚くべき
結果となった。即ちスペーサーを有する公知のＥＤＥ−
ユニットに比べて本質的に低い電池温度でも尚小さな電
池電圧を有する予め決めた電流密度とガス発生率とが得
られるという驚くべき結果となった。別に表現すると本
発明は、電気的な又は化学的なエネルギー需要を減ら
し、また全体的に駆動条件の改良を可能にするもので、
そのことは多くの点でプラスに作用する。
造体からのその様な組み合わせた種々の実験は驚くべき
結果となった。即ちスペーサーを有する公知のＥＤＥ−
ユニットに比べて本質的に低い電池温度でも尚小さな電
池電圧を有する予め決めた電流密度とガス発生率とが得
られるという驚くべき結果となった。別に表現すると本
発明は、電気的な又は化学的なエネルギー需要を減ら
し、また全体的に駆動条件の改良を可能にするもので、
そのことは多くの点でプラスに作用する。
【００１６】双極性の電池区画壁は−付加的なスペーサ
ーの無い構造の場合−特に簡単でコスト的に好ましく金
属薄板製の平坦なプレートとして構成させることも良
い。請求項２から請求項９は請求項１による細胞構造の
特に有利な実施形態を含んでいるものである。
ーの無い構造の場合−特に簡単でコスト的に好ましく金
属薄板製の平坦なプレートとして構成させることも良
い。請求項２から請求項９は請求項１による細胞構造の
特に有利な実施形態を含んでいるものである。
【００１７】
【実施例】次に本発明を図面に基づいて電解槽の実施例
を詳細に説明することにする：図１における部分的に掲
げた細胞構造１の斜視図において、電池縦方向が左前か
ら右後ろへ延び、電池横方向がそれに対応して左後ろか
ら右前に延びている。簡単のため、唯一の電極室、即ち
陽極室か又は陰極室が示され、その際薄板構造体の３つ
の例示的な構造が分かる。
を詳細に説明することにする：図１における部分的に掲
げた細胞構造１の斜視図において、電池縦方向が左前か
ら右後ろへ延び、電池横方向がそれに対応して左後ろか
ら右前に延びている。簡単のため、唯一の電極室、即ち
陽極室か又は陰極室が示され、その際薄板構造体の３つ
の例示的な構造が分かる。
【００１８】細胞構造１の第１の要素として図１の左前
に先ず最初の最早図示していない電極室に付属し電解質
透過性の電極４が見える。この電極の次に零ギャップ−
配置で隔壁３と第２の電極５とが続き、その際３つの要
素３，４及び５が最新の従来技術に応じて統合されたＥ
ＤＥ−プレート２に統一されている。ＥＤＥ−プレート
２の多孔性で電解質透過性の構造は、それらの３つの層
の表面の点々によって示唆されている。
に先ず最初の最早図示していない電極室に付属し電解質
透過性の電極４が見える。この電極の次に零ギャップ−
配置で隔壁３と第２の電極５とが続き、その際３つの要
素３，４及び５が最新の従来技術に応じて統合されたＥ
ＤＥ−プレート２に統一されている。ＥＤＥ−プレート
２の多孔性で電解質透過性の構造は、それらの３つの層
の表面の点々によって示唆されている。
【００１９】細胞構造１の右後ろの端部には、場合によ
り次の図示されていない電池に境を接する電池区画壁６
が見て取れるが、その電池区画壁は簡単で平坦な不透過
性の薄板プレートとして構成されている。
り次の図示されていない電池に境を接する電池区画壁６
が見て取れるが、その電池区画壁は簡単で平坦な不透過
性の薄板プレートとして構成されている。
【００２０】この例における電極５と電池区画壁６との
間の電極室を完全に満たす薄板構造体を形成する要素を
特に留意すべきである。特に有利に幾つかの可能な実施
例を示すために、右前から左後方には３つの違った薄板
構造体７，８及び９が示されている。これらの薄板構造
体はそのスペーサーの形状乃至は配向の点でのみ異なっ
ており、共通の特徴事項として垂直の主流動方向を有し
ている。実際の構造において概ね唯一の薄板構造体型式
のものだけをそれぞれの電極室乃至はそれぞれの電池に
適用する。
間の電極室を完全に満たす薄板構造体を形成する要素を
特に留意すべきである。特に有利に幾つかの可能な実施
例を示すために、右前から左後方には３つの違った薄板
構造体７，８及び９が示されている。これらの薄板構造
体はそのスペーサーの形状乃至は配向の点でのみ異なっ
ており、共通の特徴事項として垂直の主流動方向を有し
ている。実際の構造において概ね唯一の薄板構造体型式
のものだけをそれぞれの電極室乃至はそれぞれの電池に
適用する。
【００２１】最も前に示した薄板構造体７は本質的に垂
直で軸方向で僅かの間隔を置いて互いに平行に設けられ
た壁要素１１と、所定の予緊張を持って壁要素１１の間
に入れられたジグザグ形状のスペーサー１５とから出来
ている。壁要素１１は平坦で真っ直ぐな薄板ストリップ
から出来ており、スペーサー１５は同様に薄板ストリッ
プから製造され、そして全て同じ方法で設けられ、その
為に平行にずらされたジグザグ線からなる模様が生ず
る。その様な配置はその構造から比較的簡単で、電池縦
方向に対して横方向に比較的大きな弾性的な可撓性があ
る。
直で軸方向で僅かの間隔を置いて互いに平行に設けられ
た壁要素１１と、所定の予緊張を持って壁要素１１の間
に入れられたジグザグ形状のスペーサー１５とから出来
ている。壁要素１１は平坦で真っ直ぐな薄板ストリップ
から出来ており、スペーサー１５は同様に薄板ストリッ
プから製造され、そして全て同じ方法で設けられ、その
為に平行にずらされたジグザグ線からなる模様が生ず
る。その様な配置はその構造から比較的簡単で、電池縦
方向に対して横方向に比較的大きな弾性的な可撓性があ
る。
【００２２】薄板材料として壁要素１１のため又は全て
の要素のため無定形の金属、特に有利にはニッケル又は
ニッケル−コバルト−合金が使用される。無定形の金属
は特に耐腐食性であり、非常に平らな表面を有し、高い
弾性率があり、高い伸び限界があり、それによりこれら
金属はより変形が大きくても弾性的に動く。その際薄板
の厚さは単に約３０から４０μｍと成っている。壁要素
のための薄板ストリップは約１ｍまでの長さ（電池高
さ）で、約５から６ｍｍの幅（軸方向深さ）で、互いに
並んで約0.2 から0.8 ｍｍの間隔を有している。
の要素のため無定形の金属、特に有利にはニッケル又は
ニッケル−コバルト−合金が使用される。無定形の金属
は特に耐腐食性であり、非常に平らな表面を有し、高い
弾性率があり、高い伸び限界があり、それによりこれら
金属はより変形が大きくても弾性的に動く。その際薄板
の厚さは単に約３０から４０μｍと成っている。壁要素
のための薄板ストリップは約１ｍまでの長さ（電池高
さ）で、約５から６ｍｍの幅（軸方向深さ）で、互いに
並んで約0.2 から0.8 ｍｍの間隔を有している。
【００２３】図１における表し方により、薄板構造体
７，８及び９は専ら垂直方向に液体透過性であるという
印象が生じうる。既に述べた様に、しかしながらまた軸
方向の電解質- 及びガス透過性が必要である。たとえス
ペーサーが孔の開いていない薄板ストリップから出来て
いたとしても、スペーサーは形状誤差のためその縁部、
乃至はその山や谷の全体の長さに渡っては壁要素に密着
して接しておらず、その結果図１による全ての配置の場
合、所定数の小さく軸方向に通れる所がある。これで充
分でない場合には、図３に示す様に、スペーサーに目的
に合うよう複数の通し孔を設けることが出来る可能性も
勿論ある。
７，８及び９は専ら垂直方向に液体透過性であるという
印象が生じうる。既に述べた様に、しかしながらまた軸
方向の電解質- 及びガス透過性が必要である。たとえス
ペーサーが孔の開いていない薄板ストリップから出来て
いたとしても、スペーサーは形状誤差のためその縁部、
乃至はその山や谷の全体の長さに渡っては壁要素に密着
して接しておらず、その結果図１による全ての配置の場
合、所定数の小さく軸方向に通れる所がある。これで充
分でない場合には、図３に示す様に、スペーサーに目的
に合うよう複数の通し孔を設けることが出来る可能性も
勿論ある。
【００２４】図１における中央の薄板構造体８は、スペ
ーサー１６と１７が対的に鏡面対称に壁要素１２の間に
配置されている点で違っており、従って平面図で網目模
様が生ずる。この配置は電池横方向でより強度が高いこ
とを期待させる。
ーサー１６と１７が対的に鏡面対称に壁要素１２の間に
配置されている点で違っており、従って平面図で網目模
様が生ずる。この配置は電池横方向でより強度が高いこ
とを期待させる。
【００２５】この構造の自由度のために実際に既に認め
た通り、要素の形状誤差及び位置誤差のため幾何学的な
関係が図面に示されているよりもかなり不正確になって
いることもある。これはしかしながら本発明の原理から
逸脱する結果をもたらすものではない。
た通り、要素の形状誤差及び位置誤差のため幾何学的な
関係が図面に示されているよりもかなり不正確になって
いることもある。これはしかしながら本発明の原理から
逸脱する結果をもたらすものではない。
【００２６】図１における最も後ろの薄板構造体９は、
壁要素１３の間に波形のスペーサー１８を有している。
緩い丸みを有するその様な波形はスペーサーの機械的な
特性にとってより好ましく、特にその波形は刻み目作用
による破壊の危険を下げている。特に脆く無定形の金属
が専らこの方法で又は似た方法で変形されることもあり
得ることである。
壁要素１３の間に波形のスペーサー１８を有している。
緩い丸みを有するその様な波形はスペーサーの機械的な
特性にとってより好ましく、特にその波形は刻み目作用
による破壊の危険を下げている。特に脆く無定形の金属
が専らこの方法で又は似た方法で変形されることもあり
得ることである。
【００２７】薄板ストリップからの簡単な曲げ過程によ
って作られる別の可能なスペーサー形状、例えば城の凸
壁状又は台形のものとすることも勿論可能である。直線
的で又は規則的に変形された金属製網のストリップから
スペーサーを空間的な透過性を持つよう製造することも
同じく可能である。
って作られる別の可能なスペーサー形状、例えば城の凸
壁状又は台形のものとすることも勿論可能である。直線
的で又は規則的に変形された金属製網のストリップから
スペーサーを空間的な透過性を持つよう製造することも
同じく可能である。
【００２８】図２は、ほぼ軸方向で、即ち水平な流れ方
向を持つ薄板構造体１０から斜視的な部分図を示す。組
み込んだ状態でこの構造の左前方へ向く端面は、直接Ｅ
ＤＥ−ユニットの接触すべき電解質透過性の電極に接す
ることになろう。この構造から薄板構造体１０は、スペ
ーサー１９のジグザグ模様が垂直にに延びている相違点
があるが図１による最も前の薄板構造体７と同じであ
る。従って壁要素１４を有するスペーサー１９は境を接
する電極に対して水平（軸方向）で直角に延びる多数の
供給通路を形成している。
向を持つ薄板構造体１０から斜視的な部分図を示す。組
み込んだ状態でこの構造の左前方へ向く端面は、直接Ｅ
ＤＥ−ユニットの接触すべき電解質透過性の電極に接す
ることになろう。この構造から薄板構造体１０は、スペ
ーサー１９のジグザグ模様が垂直にに延びている相違点
があるが図１による最も前の薄板構造体７と同じであ
る。従って壁要素１４を有するスペーサー１９は境を接
する電極に対して水平（軸方向）で直角に延びる多数の
供給通路を形成している。
【００２９】薄板構造体１０の同様に必要な垂直の液体
透過性に関して、図１に対して述べたことはその例に示
した薄板構造体の軸方向の液体透過性に関してもそれ相
応に当て嵌まる。
透過性に関して、図１に対して述べたことはその例に示
した薄板構造体の軸方向の液体透過性に関してもそれ相
応に当て嵌まる。
【００３０】図１による構造に比べた薄板構造体１０の
長所は、スペーサー１９の同様に接触する端面縁部によ
って条件付けられているが、電極及び電池区画壁に対し
てかなり大きな電気的な接触面に見られることである。
ここでもジグザグ形に対して択一的な別のスペーサー形
状（波線など）や別の構造（例えば金属製網）とするこ
とも勿論可能である。
長所は、スペーサー１９の同様に接触する端面縁部によ
って条件付けられているが、電極及び電池区画壁に対し
てかなり大きな電気的な接触面に見られることである。
ここでもジグザグ形に対して択一的な別のスペーサー形
状（波線など）や別の構造（例えば金属製網）とするこ
とも勿論可能である。
【００３１】垂直な主流方向（図１）に、又は軸方向／
水平方向（図２）に、より利点があるかどうかの決定
は、多分幾つかの適当な実験によって初めて適切さが決
められる。両方の配置にはそれぞれの正当性があること
も起こりうることである。
水平方向（図２）に、より利点があるかどうかの決定
は、多分幾つかの適当な実験によって初めて適切さが決
められる。両方の配置にはそれぞれの正当性があること
も起こりうることである。
【００３２】図３は通し孔２２と２３乃至は縁部切欠き
２４を有する２つのジグザグ形のスペーサー２０と２１
との斜視的な図を示す。既に述べた様に、通し孔と縁部
切欠きとは、図３で垂直な主流方向に対して横の液体移
動を高めるという課題を有している。上にあるスペーサ
ー２０では、円形で斜視図では楕円形の通し孔２２が平
坦な面部分がある。
２４を有する２つのジグザグ形のスペーサー２０と２１
との斜視的な図を示す。既に述べた様に、通し孔と縁部
切欠きとは、図３で垂直な主流方向に対して横の液体移
動を高めるという課題を有している。上にあるスペーサ
ー２０では、円形で斜視図では楕円形の通し孔２２が平
坦な面部分がある。
【００３３】下にあるスペーサー２１では、円形で斜視
図ではハート形の通し孔２３が折り曲げ個所の範囲にあ
り、そのことは薄板ストリップを曲げることを簡単とす
る。付加的に半円形の縁部切欠き２４が左と右の端面縁
部にはある。図３による構成でも単に例示的であり、勿
論波形の付いた又は別形状のスペーサーと関連した、別
の通し孔形状や通し孔輪郭も可能である。金属製網のス
トリップを使用した場合には通し孔を特別に製造するこ
とは省略される。
図ではハート形の通し孔２３が折り曲げ個所の範囲にあ
り、そのことは薄板ストリップを曲げることを簡単とす
る。付加的に半円形の縁部切欠き２４が左と右の端面縁
部にはある。図３による構成でも単に例示的であり、勿
論波形の付いた又は別形状のスペーサーと関連した、別
の通し孔形状や通し孔輪郭も可能である。金属製網のス
トリップを使用した場合には通し孔を特別に製造するこ
とは省略される。
【００３４】本発明の特に有利な効果は次に続く記載か
らも明瞭となる。両側で触媒的に活性化されたＥＤＥ−
プレートと、無定形の金属からなるそれぞれ１つの陽極
と陰極の薄板構造体とを有する本発明による細胞構造
は、５KA/m2 の電流密度では1.5V以下の電池電圧乃至は
10KA/m2 の電流密度では約1.6Vの電池電圧を予想させ、
その際電池温度は約８０℃となっており、そして電池は
無圧で駆動することが出来る。
らも明瞭となる。両側で触媒的に活性化されたＥＤＥ−
プレートと、無定形の金属からなるそれぞれ１つの陽極
と陰極の薄板構造体とを有する本発明による細胞構造
は、５KA/m2 の電流密度では1.5V以下の電池電圧乃至は
10KA/m2 の電流密度では約1.6Vの電池電圧を予想させ、
その際電池温度は約８０℃となっており、そして電池は
無圧で駆動することが出来る。
【００３５】ほぼ比肩しうる電圧密度値と電流密度値と
は、120 から150 ℃の電池温度においてのみ薄板構造体
の無いＥＤＥ−ユニットで、そして圧力下で達成され
る。本発明の更に別の長所は、電池をガスリフト電池と
して駆動することが出来る点にあり、その際電池はその
高さの低い部分、例えば１０％の部分にのみ電解液が満
たされ、薄板中間室内に発生したガスの気泡ポンプ効果
が電解液に電池面に渡って配分される。このガスリフト
原理は電解液回転ポンプのない駆動ができるようにし、
特に小さい電池の大きさから中位の電池の大きさまでに
対して利益がある。
は、120 から150 ℃の電池温度においてのみ薄板構造体
の無いＥＤＥ−ユニットで、そして圧力下で達成され
る。本発明の更に別の長所は、電池をガスリフト電池と
して駆動することが出来る点にあり、その際電池はその
高さの低い部分、例えば１０％の部分にのみ電解液が満
たされ、薄板中間室内に発生したガスの気泡ポンプ効果
が電解液に電池面に渡って配分される。このガスリフト
原理は電解液回転ポンプのない駆動ができるようにし、
特に小さい電池の大きさから中位の電池の大きさまでに
対して利益がある。
【００３６】ガス乃至は電解液の分離はその際電池の上
方部分においてそれぞれ自由空間内で行われ、その自由
空間は薄板構造体では満たされてはいない。このことは
分離した分離器と循環導管とを過剰にする。薄板構造体
内で常に上方へ且つ電池区画壁へと供給された電解液を
電解液溜へと戻すために、少なくとも流れ横断面として
の所定の自由空間が供給作用なしに設けられている。こ
の自由空間は薄板構造体と電池区画壁の間で軸方向に及
び／又は薄板構造体と電池枠との間で側方に設けるられ
るのが良く、垂直な適当な貫通流を出来るだけ僅かしか
害しないスペーサーによって解放される。
方部分においてそれぞれ自由空間内で行われ、その自由
空間は薄板構造体では満たされてはいない。このことは
分離した分離器と循環導管とを過剰にする。薄板構造体
内で常に上方へ且つ電池区画壁へと供給された電解液を
電解液溜へと戻すために、少なくとも流れ横断面として
の所定の自由空間が供給作用なしに設けられている。こ
の自由空間は薄板構造体と電池区画壁の間で軸方向に及
び／又は薄板構造体と電池枠との間で側方に設けるられ
るのが良く、垂直な適当な貫通流を出来るだけ僅かしか
害しないスペーサーによって解放される。
【００３７】第１の場合、即ち双極性の電池区画壁に自
由空間を軸方向に配置する場合に、スペーサーを電池区
画壁に固定することができ、又は統合的にこの電池区画
壁内へ成形でき、例えば両側で軸方向に突出する突起部
として成形することが出来る。機械的な支えと並んでス
ペーサーはその際電気的な接点付けをも引き受ける。ガ
スリフト原理の場合、電池空間における薄板構造体の体
積的な割合が少なくとも約２０％となっていることから
出発される。
由空間を軸方向に配置する場合に、スペーサーを電池区
画壁に固定することができ、又は統合的にこの電池区画
壁内へ成形でき、例えば両側で軸方向に突出する突起部
として成形することが出来る。機械的な支えと並んでス
ペーサーはその際電気的な接点付けをも引き受ける。ガ
スリフト原理の場合、電池空間における薄板構造体の体
積的な割合が少なくとも約２０％となっていることから
出発される。
【００３８】本発明は制限されずに燃料電池にも使用で
きる。その場合ただ、電池への効果的なガスの浸透を可
能にするために、電極は隔壁とは反対の側に疎水性の表
面を備える必要があることを留意すべきである。これは
最良にはポリテトラフルオルエチレンの基体に被覆を施
すことによって達成される。ここでも薄板構造体は燃料
ガス乃至は酸化作用ガスの運搬と分配とを要求する。
きる。その場合ただ、電池への効果的なガスの浸透を可
能にするために、電極は隔壁とは反対の側に疎水性の表
面を備える必要があることを留意すべきである。これは
最良にはポリテトラフルオルエチレンの基体に被覆を施
すことによって達成される。ここでも薄板構造体は燃料
ガス乃至は酸化作用ガスの運搬と分配とを要求する。
【図１】ほぼ垂直な流れ方向を有する細胞構造から成る
斜視図の部分図を示す。
斜視図の部分図を示す。
【図２】ほぼ水平の方向を有する薄板構造体から成る斜
視図の部分図を示す。
視図の部分図を示す。
【図３】互いに違って設けられた通し孔を有する２種類
のスペーサーの斜視図を示す。
のスペーサーの斜視図を示す。
１ 細胞構造 ２ ＥＤＥ−プレート ３ 隔壁 ４，５ 電解質透過性の電極 ６ 電池区画壁 ７，８，９ ３種の異なる薄板構造体 １０ 薄板構造体 １１，１２，１３，１４ 壁要素 １５，１６，１７ スペーサー １８ 波形のスペーサー １９ スペーサー ２０，２１ ジグザグ形のスペーサー ２２，２３ 円形の通し孔 ２４ 半円形の縁部切欠き
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ユルゲン・ヒルデブラント ドイツ連邦共和国、ミユンヘン82、ニオベ シユトラーセ、22
Claims (9)
- 【請求項１】 電池を陽極室と陰極室とに分割し、ガス
分離器として作用する電解質を透過する隔壁と、隔壁の
両側で金属製の電解質透過性のそれぞれ１つの電極と、
電池を隣接する電池から空間的に境界付け気密で電気的
に導電性の双極性のそれぞれ１つの電池区画壁と、ガス
及び電解質透過性で導電的で弾性的に変形可能でスペー
サー及び電流供給部として作用し、各電極と各双極性の
電池区画壁との間のそれぞれ１つの構造体と、電池を周
辺側に取り囲む枠構造体とを有する、特に水素と酸素と
を発生し又はそれで駆動するための、電気的及び幾何学
的に整然と接続された電池を有する多数の電解槽と燃料
電池とのための細胞構造において、次の特徴事項が組み
合わさっていること、即ち隔壁（３）が平らなプレート
として構成されており、電極（４，５）が、場合によっ
ては肉眼で見える通し孔の設けられた層状の要素として
構成され、直接隔壁（３）に接し又は統合的に隔壁（Ｅ
ＤＥ−プレート２）と結合されており、双極性の電池区
画壁（６）が金属薄板から成り、平坦面となっており、
又は上に載置され及び／又は付形されたスペーサーが設
けられて構成されており、電極（４，５）と双極性の電
池区画壁（６）との間の室、即ち陽極室と陰極室とが、
部分的に又は完全に薄板構造体体（７から１０）で満た
され、これら構造体は少なくとも軸方向に、即ち隔壁平
面に対して直角に、そして垂直方向に電解質及びガス透
過性であり、前記両方の室が直接電極（４，５）と境を
接しており、薄板構造体体（７から１０）が、ほぼ軸方
向にまた垂直方向に向けられ互いに僅かの距離を置いて
設けられた壁要素（１１から１４）と、壁要素（１１か
ら１４）間のスペーサー（１５から２１）とを有する同
じに構成された多数の層とから出来ていることを特徴と
する細胞構造。 - 【請求項２】 隔壁（３）と、その両側に設けられた電
極（４，５）とが１つの統合されたユニット（ＥＤＥ−
プレート２）に結合されていることを特徴とする請求項
１に記載の細胞構造。 - 【請求項３】 隔壁（３）の両側に設けられた電極
（４，５）が薄板構造体体（７から１０）と統合的に且
つ導電的に接続されていることを特徴とする請求項１に
記載の細胞構造。 - 【請求項４】 少なくとも隔壁（３）とは反対を向いた
電極（４，５）の表面が触媒的に活性であることを特徴
とする請求項１から請求項３のうちの１項に記載の細胞
構造。 - 【請求項５】 薄板構造体体（７から１０）の壁要素
（１１から１４）が真っ直ぐで平坦な薄板ストリップと
して構成されており、薄板構造体体（７から１０）のス
ペーサー（１５から２１）が、規則的に変形され、例え
ばジグザグ形状、蛇行形、又はサイン形状に曲げられた
薄板ストリップとして構成されており、それらには通し
孔（２２，２３）及び／又は縁部切欠き（２４）が設け
られ、そして壁要素（１１から１４）又は壁要素とスペ
ーサー（１５から２１）が無定形の金属又は無定形の金
属合金から出来ていることを特徴とする請求項１から請
求項４のうちの１項に記載の細胞構造。 - 【請求項６】 陰極室内の薄板構造体体（７から１０）
の要素が無定形のニッケルから、陽極室内の薄板構造体
体の要素が無定形のニッケル−コバルト−合金から成
り、その際後の場合Ｎｉ：Ｃｏの比が特に約１：２とな
っていることを特徴とする請求項５に記載の細胞構造。 - 【請求項７】 薄板構造体体の壁要素が真っ直ぐで平坦
な薄板ストリップとして構成されており、薄板構造体体
のスペーサーが真っ直ぐ又は規則的に変形、例えば波形
の金属製網ストリップから出来ていることを特徴とする
請求項１から請求項４のうちの１項に記載の細胞構造。 - 【請求項８】 各電池が電解液−回転ポンプのない所謂
ガスリフト電池として構成されており、運転の前にその
高さの僅かの部分だけ、特に有利には約１０％だけに電
解液が満たされ、薄板構造体体と電池区画壁との間で軸
方向に及び／又は薄板構造体体と電池区画壁との間で側
方に、電解液を戻すため垂直に透過し比較的大きな少な
くとも１つの流れ横断面があることを特徴とする主とし
て小さいものから中位の電解槽電池のための、請求項１
から請求項７のうちの１項に記載の細胞構造。 - 【請求項９】 電極の隔壁とは反対側が疎水的に被覆、
特に有利にはポリテトラフルオルエチレンの基体上に材
料で被覆されていることを特徴とする燃料電池のため
の、請求項１〜３及び請求項５〜７のうちの１項に記載
の細胞構造。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4208057:6 | 1992-03-13 | ||
| DE4208057A DE4208057C2 (de) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | Zellaufbau für Elektrolyseure und Brennstoffzellen |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0696786A true JPH0696786A (ja) | 1994-04-08 |
Family
ID=6453997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5052421A Withdrawn JPH0696786A (ja) | 1992-03-13 | 1993-03-12 | 電解槽と燃料電池用の細胞構造 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5384208A (ja) |
| EP (1) | EP0568784B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0696786A (ja) |
| CA (1) | CA2092679A1 (ja) |
| DE (1) | DE4208057C2 (ja) |
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