NL8200507A - Brandstofcelblok bestaande uit een stapel holle elementen die electroden dragen. - Google Patents

Description

823022/Ke/cd

Korte aanduiding: Brandstofcelblok bestaande uit een stapel holle elementen die electroden dragen»

Boor Aanvraagster worden als uitvinders genoemd: Alain GBEHIEB,

Yves EREELIiS en Jacques CHEROïT

De uitvinding heeft betrekking op een brandstofcelblok dat wordt gevormd door een stapel holle elementen die electroden dragen»

De momenteel gebruikte brandstofcelblokken worden gevormd 5 door een stapel electroden die op onderlinge afstand worden gehou-[ den, zodat daardoor compartimenten worden begrensd die een electrolyt bevatten, compartimenten die een brandstof opnemen en compartimenten waaraan verbrandingsmiddei wordt toegevoerd.

De electroden worden gevormd door een electrisch geleidende 10 drager die bedekt is met geschikte katalysatorprodukten om de elec-troehemische reacties mogelijk te maken.

Afhankelijk van het type electrode vloeit de geproduceerde electrische stroom door de geleidende platen om te worden verzameld door de lippen aan de zijkant van die platen» Ken zegt dan dat de 15 electroden zijn van het type met zijdelingse aansluiting.

Met electroden van dit type kunnen gemakkelijk electrische verbindingen worden gemaakt aan de buitenzijde van het celblok, maar de afmetingen ervan en de hoeveiheid stroom per oppervlakte-eenheid zijn begrensd doordat de electrische drager een niet verwaarloosbare 20 weerstand heeft*

De electroden van het zogenaamde type met frontale aansluiting, waarin de electrische stroom loodrecht op de electroden vloeit, stellen geen probleem bij de afvoer van electrische stroom, maar ze maken electrische contacten nodig tussen bepaalde electroden, en 25 ook gesloten en isolerende scheidingen tussen verbrandingsmiddei en brandstof van twee naburige celelementen; deze compartimenten bezitten, met andere woorden, slechts een aktief oppervlak aan één van hun zijden» Het gevolg is een minder grote compactheid van de brandstofcelblokken voor eenzelfde electrisch vermogen» 30 Verschillende uitvoeringen die gebruikmaken van deze be kende technieken worden bijvoorbeeld beschreven in het Franse octrooi-schrift 1.323.173, de Franse octrooiaanvrage 2.347*786 er het Amerikaanse octrooischrift 3*554*803* 8200507- i ί -2-

Het brandstofcelblok volgens de uitvinding bezit niet de nadelen van de celblokken zoals die tot nu toe werden vervaardigd·

Het blok volgens de uitvinding is gekenmerkt doordat het omvat, dat het blok wordt gevormd door een stapel holle tussenelementen die 5 vastgehouden worden tussen twee eindelementen, waarbij elk hol tussenelement bestaat uit een dik raam, tussenwanden die evenwijdig zijn aan êên van de zijden van het raam en regelmatig verdeeld zijn zodat aan elkaar grenzende holten ontstaan, en poreuze platen uit electrisch geleidend materiaal die geplaatst zijn loodrecht op de 10 wanden op twee verschillende hoogten, waarbij de breedte van de plaat en in hoofdzaak gelijk is aan het dubbele van die van een holte, welke platen in elke holte drie boven elkaar liggende compartimenten doen ontstaan, waarbij de delen van de plaat die ljggen tussen twee naburige wanden bedekt zijn met katalysatormateriaal om de eleetroden 15 te vormen en electrochemische reacties mogelijk te maken tussen een brandstof en een verbrandingsmiddel in aanwezigheid van een electrolyt, waarbij tenminste een deel van de platen gelegen is tussen een wand en het raam waarin deze platen buiten het celblok voorzien zijn van een verlenging in de vorm van stroomverzamellippen, en waarbij in 20 het raam leidingen zijn aangebracht die in verbinding staan met de compartimenten om die te kunnen voeden met verbrandingsmiddel, brandstof of electrolyt·

In een ui-tvoeringsvorm zijn de geleidende platen van eenzelfde tussenelement onderling verschoven ten opzichte van de anderen· 25 Bij voorkeur zijn de tussenelementen zo opgesteld dat de geleidende platen van een hol tussenelement verschoven zijn ten opzichte van de geleidende platen van de naburige holle elementen,

Terder hebben bij voorkeur de tussenwanden van een hol tussenelement een hoogte die gelijk is aan de dikte van het raam 30 waarin ze zijn geplaatst·

In een andere uitvoeringsvariant hebben de tussenwanden een hoogte die kleiner is dan de dikte van het raam waarin ze zijn geplaatst en liggen ze afwisselend gelijk op met de ene of de andere buitenzijde van het raam* 35 Een verdere gunstige uitvoeringsvorm is gekenmerkt doordat de eindelementen in hoofdzaak vlak zijn.

In een andere uitvoering zijn de eindelementen hol en dragen ze eleetroden op een enkele en zelfde hoogte·

Be uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand 8200507 * * -3- van de bijgaande tekening van enkele uitvoeringsvoorbeelden.

Fig. 1 toont schematisch en perspectivisch een celblok volgens de uitvinding;

Fig. 2 toont een eerste uitvoeringsvorm van een tussen- 5 element;

Fig. 3 toont het gieten van een hol tussenelement;

Fig. 4 toont in doorsnede een celblok dat samengesteld is met tussenelement volgens fig, 2;

Fig. 5 is een bovenaanzicht van een tussenelement; 10 Fig o 6 toont hoe de compartimenten worden gevoed die aan gebracht zijn tussen de verschillende electroden;

Fig. 7 toont in doorsnede een celblok dat samengesteld is met tussenelementen van een tweede type;

Figo 8 laat een andere uitvoeringsvorm van de eindplaten 15 zien.

Figo 1 toont schematisch en perspectivisch een brandstof-celblok volgens de uitvinding, bestaande uit een stapel holle tussenelementen 1 die vastgehouden worden tussen twee holle eindelemen-ten 2. Deze elementen zijn met elkaar verbonden door een geschikt 20 middel zoals bijvoorbeeld de schematisch bij 3 aangeduide bouten,

De eindelementen zijn voorzien van verzamelkamers 9 voor verbrandingsmiddel, 10 voor brandstof en 11 voor electrolyt. Met deze verzamelkamers kan het celblok respektieve^jk worden gevoed met verbrandingsmiddel, brandstof en electrolyte Met stroomverzamel-25 lippen 3a kunnen electrische verbindingen worden gemaakt, zoals nog zal worden beschreven, zodat het celblok aan een niet weergegeven electrische keten de electrische energie afgeeft die nodig is voor de werking ervan.

Het aantal elementen 2 wordt door de deskundige bepaald 50 in afhankelijkheid van de electrische eigenschappen die men voor het celblok wenst te verkrijgen.

Fig. 2 toont, gedeeltelijk perspectivisch en in vertikale doorsnede, een eerste uitvoeringsvorm van een hol element Ξ.

Dit is samengesteld uit een dik raam 1 en tussenwanden 2 35 die evenwijdig zijn aan één van de zijden van het raamwerk. De tussenwanden hebben regelmatige onderlinge afstanden en de hoogte h ervan is kleiner dan de dikte H van het raam. Zoals weergegeven is in fig.2 is deze hoogte ongeveer gelijk aan 2/3 van de dikte H van het raam.

De wanden liggen afwisselend gelijk op met het ene of het andere bui- 8200507 « ί -4- tenvlak van het raam 1, waarmee ze naburige holten omgrenzen·

De stroomverzamelplaten 3 zijn opgesteld op twee verschillende hoogten die worden bepaald door de uiteinden van de wanden die niet gelijk op liggen met één van de vlakken van het raam en ze be-5 grenzen met de wanden 2 en het raam 1 drie boven elkaar liggende compartimenthoogten. De breedte van de platen 3 is in hoofdzaak gelijk aan het dubbele van de afstand tussen twee opeenvolgende tussenwanden, Sommige van de platen die liggen tussen een wand 2 en een van de randen van het raam 1 hebben een kleinere breedte dan de 10 andere platen en zijn buiten het raam 1 verlengd met stroomverzamel-lippen 3a waarmee, zoals nog nader zal worden beschreven, de benodigde electrische verbindingen kunnen worden gemaakt. De platen 3 van één hoogte zijn verschoven ten opzichte van de platen 3 die geplaatst zijn op de andere hoogte.

15 De platen bestaan uit een electrisoh geleidende metaalfolie.

Deze platen 3 zijn poreus en ze bestaan bijvoorbeeld uit een metaalfolie dat zich uitstrekt over de benen die liggen tussen twee opeenvolgende wanden; de platen 3 zijn bedekt met geschikte katalysatoren die de electrochemische reacties mogelijk maken. Het aanbrengen van 20 deze katalysatoren wordt met elke geschikte, op zichzelf bekende methode uitgevoerd die geen deel uitmaakt van de uitvinding en niet in bijzonderheden zal worden beschreven. De aldus met katalysator-materiaal bedekte platen 3 vormen de electroden van het brandstof-celblok.

25 De vervaardiging van de holle elementen wordt uitgevoerd door gieten van het materiaal' waaruit het raam 1 bestaat. Een uit-voeringsvoorbeeld van een bruikbare gietvorm is schematisch in doorsnede weergegeven in fig. 3· Hij is opgebouwd uit twee hoofdelementen 101 en 102, die elk uit meerdere delen gemaakt kunnen zijn. De elec-30 troden 3 worden op hun plaats gebracht in de gietvorm en tussen de electroden worden kammen of kernen 103 geplaatst. Deze kammen bestaan bijvoorbeeld uit een kunststof materiaal waarvan de dwarsdoorsnede afneemt wanneer er een trekkracht op wordt uitgeoefend, zodat ze na stollen van het materiaal waaruit het raam 1 en de wanden 2 35 bestaan, uit een holte kunnen worden getrokken. Aan de kant waar de kammen worden verwijderd kan door een afsluitende giethandeling (niet weergegeven) het raam 1 worden voltooid aan de zijde loodrecht op de wanden.

Figo 4 toont in doorsnede een celblok bestaande uit holle.

8200507 -5- 4 * elementen zoals die welke in fig. 2 zijn weergegeven* Men ziet dat elk einde van de stapel afgesloten wordt door een complementair element 2 dat slechts op een enkele hoogte electroden bevat. Het aldus gevormde geheel wordt met bekende middelen zoals draadstangen 7, 5 die van de ene naar de andere kant door de stapel raamwerken 1 en eindelementen 0? steken, vastgehouden, waarbij de klemming wordt verkregen door moeren 8* Zo verkrijgt men een stel compartimenten die bijvoorbeeld worden gevoed zoals weergegeven in de tekening, d.w.z. zodanig dat men in de richting van de stapel een electrolytcomparti-10 ment heeft dat ligt tussen een brandstofcompartiment en een verbran-dingsmiddelcompartiment, terwijl in de richting loodrecht op de stapelrichting de brandstofcompartimenten en de verbrandingsmiddel-compartimenten elkaar afwisselen en de electrolytcompartimenten alleen maar naast electrolytcompartimenten liggen.

15 Zo ontstaan meerdere niveau*s van brandstofcelelementen die onderling electrisch zijn verbonden door de geleidende platen 3 die de electroden vormen, waarbij door de aansluitlippen 3a de verschillende inrichtingen uitwendig kunnen worden verbonden bijvoorbeeld met behulp van schematisch door 9 aangeduide electrische verbindings-20 rails.

De voeding van de verschillende compartimenten met brandstof, electrolyt en verbrandingsmiddel wordt respektievelijk verzorgd door kanalen 4» 5 en 6 die gemaakt zijn in de verschillende raamwerken 1 zoals blijkt uit fig. 5* 25 Deze kanalen staan in verbinding met de in fig. 1 getékende verzamelkamers 9» 10» 11 voor de voeding.

In het voorgaande is het geval geïllustreerd van een gascel die waterstof (Hg) gebruikt· als brandstof, een kaliumoplossing (KOH) als electrolyt en zuurstof (Og) als verbrandingsmiddel. Deze 30 zuurstof kan afkomstig zijn van een bron van zuivere zuurstof. Uiteraard kunnen de verbrandingsmiddelcompartimenten worden gevoed met lucht die tevoren behandeld is, d.w.z. ontstaan van stof en koolzuur enz. Ook kan de vloeibare electrolyt- worden vervangen door een vaste electrolyt die zich bevindt in de corresponderende compartimenten 35 van de brandstofcel, waarbij de keten voor de voeding van het cel-blok met electrolyt dan achterwege blijft.

Pig. 6 laat een uitvoeringsvariant zien van de holle elementen waarin de wanden 2 en het raam 1 dezelfde dikte hebben.

Pig. 7 toont een andere uitvoeringsvorm van de holle ele- 8200507 -6- menten, waarbij de wanden 2 dezelfde hoogte hebben als het raam 1, terwijl de verschoven opstelling van de platen 3 wordt verkregen door de opstelling van twee opeenvolgende ramen die een even aantal tussenwanden 2 hebben, In dat geval worden de geleidende platen bij-5 voorbeeld geplaatst op een afstand van de buitenzijde van het raam in hoofdzaak gelijk aan een kwart van de dikte van het raam, terwijl de verschillende compartimenten gelijke dikten moeten hebben,

De afdichting tussen de ramen wordt in alle uitvoeringsvormen verkregen door vastklemming ervan met, indien nodig, tussenpo plaatsing van ean in de tekening niet weergegeven afdichtingsmiddel.

Binnen het kader van de uitvindingsgedachte kunnen wijzigingen worden aangebracht· Zo kunnen bijvoorbeeld, zoals fig, 8 laat zien, de eindplaten T in hoofdzaak vlak zijn en geen enkele geleidende plaat 3 bevatten, «Conclusies- » 8200507

Claims (3)

1. 2. Celblok volgens conclusie 1,met het kenmerk dat de platen die zich bevinden op eenzelfde hoogte in een hol tussenelement verschoven zijn ten opzichte van die welke zich bevinden op een andere hoogte in hetzelfde holle tussenelement* 25 3» Celblok volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de hoogte van de wanden in hoofdzaak gelijk is aan tweederde van de diepte van het raam en dat de wanden zodanig zijn geplaatst dat 44n van de uiteinden ervan afwisselend gelijk opligt met het ene of het andere buitenvlak van het raam· 50 4« Celblok volgens conclusie 3, a β t het kenmerk dat de hoogten van de geleidende platen worden bepaald door de einden van de wanden die niet gelijk opliggen met 44n van de buitenvlakken van het raam. 5* Celblok volgens conclusie 1 of 2,met het ken-35 merk dat de wanden een hoogte hebben die gelijk is aan de dikte 3200507 -8- van het raam waarin ze zijn geplaatst,
2. 6, Celblok volgens conclusie 5, m e t het kenmerk dat de geleidende platen geplaatst zijn op een afstand van de buitenvlakken van het raamwerk die in hoofdzaak gelijk is aan een 5 kwart van de dikte daarvan,
3. 7· Celblok volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de eindelementen vlakke platen zijn, 8o Celblok volgens één der conclusies 1-$, met het kenmerk dat de eindplaten hol zijn en voorzien zijn van wan-10 den overeenkomend met de wanden van de tussenliggende ramen en geleidende platen die geplaatst zijn op eenzelfde hoogte, waarbij deze platen een breedte hebben in hoofdzaak gelijk aan het dubbele van de afstand tussen twee wanden, en waarbij deze platen bedekt zijn met geschikt katalysatormateriaal op de delen die liggen tussen twee 15 naburige wanden om daardoor elektroden te vormen, 9* Celblok volgens conclusie 1,met het kenmerk dat de: tussenliggende elementen zodanig zijn geplaatst dat de electroden die gedragen worden door een tussenliggend element verschoven zijn ten opzichte van de electroden die gedragen worden 20 door de naburige tussenliggende elementen, 8200507