DE1496116B2 - Verfahren zum Betrieb einer galvanischen Zelle mit einer negativen Zinkelektrode und einer positiven, inerten Sauerstoffelektrode und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb beträgt 1,65 Volt, und 1,4 Volt sind als offene

einer galvanischen Zelle mit einer negativen Zink- Klemmenspannung tätsächlich verfügbar,

elektrode, einer positiven, inerten Sauerstoffelektrode, Der Deutlichkeit halber werden die verschiedenen

einer ein sauerstoffhaltiges Gas der positiven Elek- Komponenten in den F i g. 1 und 2 von links nach

trode zuführenden Vorrichtung, mit einer einen flüs- 5 rechts aufgezählt und erläutert. Die Zelle 10 enthält

sigen alkalischen Elektrolyten durch die Zelle um- eine praktisch rechteckige Trägerplatte 16, an die die

wälzenden Vorrichtung und mit einer Zinkoxid aus Zinkelektrode 12 angefügt ist, beispielsweise mittels

dem Elektrolytstrom außerhalb der Zelle abtrennen- elektrolytischer Ablagerung. Die Platte 16 ist aus

den Vorrichtung. einem elektrischen Leiter hergestellt, der gegenüber

Verfahren dieser Art sind bekannt. Insbesondere io dem alkalischen Elektrolyten unempfindlich ist, beiist es bekannt, dasjZink einer Zink-Sauerstoff-Zelle spielsweise aus Nickel. Die Platte 16 enthält Kanäle zu regenerieren. Ferner, ist es bekannt, das Zink.in ; 18 und 20 in der unteren linken bzw. oberen rechten der Zelle elektrolytisch auf einer Trägerplatte abzu- Ecke, die einen Durchlaß für eine wäßrige Lösung schalten, wenn auch bei einer Zink-Chlor-Zelle. eines alkalischen Elektrolyten, etwa Kalilauge, durch

Aufgabe der Erfindung ist es, das aus dem Elek- 15 die Zelle bilden, wie weiter unten noch genauer er-

trolytstrom außerhalb der Zelle abgetrennte Zink- läutert wird. In den Kanälen für den Elektrolyten

oxid zur Regenerierung der Zinkelektrode zu ver- sind Dichtringe 64 aus einem isolierenden Material,

werten. .. etwa Kunststoff, vorgesehen, die die elektrolytische

Zur Lösung dieser Aufgabe wird das Oxid in der Korrosion verhindern sollen, die sonst bei in Reihe

Abtrennvorrichtung gespeichert und zum Regene- 20 geschalteten, kurzgeschlossenen Zellen eintreten

rieren in die Zelle zurückgebracht, und dort wird das könnte. In der unteren rechten bzw. oberen linken

Zink elektrolytisch unter Umwälzen des Elektroly- Ecke sind Kanäle 22 und 24 für den Durchtritt eines

ten auf einer Trägerplatte abgeschieden. sauerstoffhaltigen Gases, beispielsweise Luft, vorge-

Somit wird durch die Erfindung das abgetrennte sehen, wie unten noch näher beschrieben wird.

Zinkoxid wieder verwertet. Dies geschieht so, daß 25 Die Zinkelektrode 12 ist von der Sauerstoffelek-

die Leistungsdichte der Zelle nicht gemindert wird, trode 14 durch eine praktisch rechteckige, poröse,

wie es der Fall wäre, wenn das Zinkoxid in der Zelle inerte Scheiderwand 26 getrennt, die beispielsweise

verbleiben würde. Die Zelle ist leicht und bequem aus porösem Kunststoff oder anderem porösem,

aufladbar, wirtschaftlich im Betrieb und arbeitet bei nichtleitendem Material besteht, das vom alkalischen

der Entladung und Wiederaufladung störungsfrei. 3° Elektrolyten nicht angegriffen wird, und deren Ober-

Besonders von Vorteil ist es, nicht eine an sich be- flächen 28 auf beiden Seiten geriffelt sind. Die gekannte chemisch wirksame Abtrennvorrichtung zu riffelten Oberflächen 28 liegen der Platte 16 gegenverwenden, sondern, eine mechanisch wirksame Ab- über, um einen größtmöglichen Zinkniederschlag auf trennvorrichtung. der Oberfläche der Platte 16 zu gestatten, und gegen-

Die Erfindung wird im folgenden an einem Aus- 35 über der Sauerstoffelektrode 14, um einen freien Einführungsbeispiel unter Hinweis auf die Zeichnungen tritt des sauerstoffhaltigen Gases in den Elektrolyten beschrieben. Es zeigt zu ermöglichen.

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht mit ausein- Wie in F i g. 1 dargestellt, ist die Scheiderwand 26

andergezogenen Teilen, die eine spezifische Ausfüh- durch einen Einsatz 30 aus einem nichtleitenden Ma-

rungsform einer Zelle für einen Sammler zeigt, 4° terial, das gegenüber dem alkalischen Elektrolyten

F i g. 2 einen vergrößerten Teilschnitt der Zelle unempfindlich ist, etwa aus Polyäthylen, Polypropy-

vonFig. 1, ,' len, Phenolharzen od. dgl., eingerahmt. Die oberen

F i g. 3 eine Schemazeichnung der Strömung einer und unteren horizontalen Teile des Einsatzes 30 sind

aus mehreren Einzelzellen gemäß F i g. 1 und 2 zu- mit horizontal laufenden Schlitzen 32 und 34 ver-

sammengesetzten Batterie. 45 sehen die als Sammelleitung für eine Mehrzahl von

In den Zeichnungen ist allgemein eine Zelle 10 vertikalen Abzugnuten 36 und 38 dienen, die sich

dargestellt, die nach der erfindungsgemäßen Lehre zwischen den Schlitzen 32 und 34 und den Riffelun-

ausgebildet ist und eine aus Zink bestehende nega- gen in den Oberflächen der Scheiderwand 26 er-

tive Elektrode 12 und eine positive Elektrode 14 um- strecken.

faßt, die von der negativen Elektrode in einem Ab- 5° Zwischen dem Einsatz 30 und der Platte 16 liegt

stand angeordnet ist und von Sauerstoff durchströmt ein Dichtungsrahmen 40, der die Schlitze 32 und 34

wird. Eine wäßrige Lösung eines alkalischen Elek- und die Abzugnuten abdeckt und dadurch ein Her-

trolyten zirkuliert zwischen der negativen Elektrode ausseckera des Elektrolyten verhindert. Der Dich-

12 und der positiven Elektrode 14. tungsrahmen 40 besteht aus irgendeinem passenden

Das so gebildete "elektrochemische Paar Zink— 55 nichtleitenden Material, beispielsweise aus Kunststoff, Sauerstoff hat eine hohe theoretische Kapazität und wie Polyäthylen, Polypropylen, Phenolharzen od. dgl., einen hohen Ausnutzungsfaktor für die anodischen oder aus einem anderen Stoff, der von dem alkali- und kathodischen .Reaktionsteilnehmer. Zink ist das sehen Elektrolyten nicht angegriffen wird,
leichteste, hochelektropositive feste Element, das aus In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der einer wäßrigen Losung niedergeschlagen werden 60 Dichtungsrahmen 40 in seinen Ecken mit Kanälen 18, kann. Sauerstoff ist gewichtsmäßig leicht und aus 20, 22 und 24 versehen, die zusammen mit den Kader Atmosphäre verfügbar, was ihm unter den mög- nälen 18, 20, 22 und 24 in der Platte 16 den Durchlichen gasförmigen Reaktionsteilnehmern eine ein- tritt des Elektrolyten und des sauerstoffhaltigen Gases malige Stellung einräumt, da er keine schwere und durch den Dichtungsrahmen freigeben. Die Enden viel Platz beanspruchende Speichervorrichtung be- 65 der Schlitze 32 und 34 in dem Einsatz 30 liegen in nötigt. Das theoretische Reaktionspotential Gebieten, die mit den Kanälen für den Elektrolyten

in dem Dichtungsrahmen in Verbindung stehen, und

Zn + Va O₂ ZnO ermöglichen so einen Durchtritt des Elektrolyten

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aus den Schlitzen 32 und 34 oder in dieselben. Die Und 20 in der Platte 62 mit inerten, nichtleitenden

Kanäle 22 und 24 in der unteren rechten bzw. oberen Dichtringen 64 ausgestattet.

linken Ecke des Dichtungsrahmens dienen zur Durch- In F i g. 3 ist eine Batterie 65 dargestellt, die meh-

leitung von Luft. rere Einzelzellen 10 gemäß F i g. 1 verwendet, die

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, ist die posi- 5 durch geeignete Bauteile (nicht gezeigt), etwa durch tive Elektrode 14 rechts von dem Einsatz 30 angeord- eine Platte und Druckrahmen zusammengehalten net; sie umfaßt ein poröses Bauteil 44 mit. einem sind. In der Batterie 65 kann eine beliebige Anzahl Mittelstück 52, das aus einem für den Elektrolyten von Einzelzellen 10 verwendet werden, die in unterunangreifbaren elektrischen Leiter, etwa Nickelpulver, schiedlichen Parallel- und Serienschaltungen zusambesteht. Das Bauteil ist ausreichend porös angefer- i° mengefaßt sein können, je nach der gewünschten tigt, um das sauerstoffhaltige Gas hindurchdiffun- Ausgangsleistung der Batterie. Dabei ist für ■ eine dieren zu lassen; vorzugsweise wird für die positive Serienschaltung der gewünschten Zellenzahl in dem Elektrode ein feinpulvriges Material verwendet, um Luftzwischenraum ein nichtleitender Füllstoff vorgeeine Oberfläche zu erhalten, wie sie für eine maxi- sehen, und der Rahmen der positiven Elektrode und male Ausgangsleistung erforderlich ist. Insbesondere 15 die Trägerplatte zu beiden Seiten des Luftraumes wenn Luft als sauerstoffhaltiges Gas verwendet wird, sind extra dick gemacht. An dem Elektrodenrahmen soll es der Luft gestattet werden, durch die poröse und der Trägerplatte sind für die elektrischen Anpositive Elektrode hindurchzutreten und in den Elek- Schlüsse (nicht dargestellte) Nasen angefügt. Benachtrolyten hineinzuperlen. barte Gruppen von hintereinandergeschalteten Zellen

Das poröse Bauteil 44 ist mit einem festen Rahmen 20 sind parallel geschaltet.

50 aus einem Stück versehen, der aus einem gegen Die Anordnung von einer Anzahl in Serie geschalden Elektrolyten unempfindlichen und elektrisch teter Zellen mit einem gemeinsamen Elektrolyten leitenden Material, wie etwa Nickel, besteht. Ein führt zu Selbstentladungsströmen zwischen den ZeI-fester Rahmen50 dient als die eine Seite einer Sam- len. In dem Beispiel von Fig. 1 sind diese Ströme melleitung in einem Einsatz 46. In den Ecken des 25 in erträglichen Grenzen gehalten, da die Elektrolyt-Rahmens 50 sind Kanäle 18, 20, 22 und 24 angeord- kanäle eng sind und die Anzahl der in einer einzelnen net, die zusammen mit den Kanälen in den anderen Serienschaltung zusammengefaßten Zellen gering ist. Teilen den Durchtritt von Gas und Elektrolyt er- In die Batterie 65 wird mittels eines Gasgebläses möglichen. Der Rahmen 50 wirkt zugleich als Ab- 66 und einer Gasleitung 68 ein sauerstoffhaltiges Gas, deckung für Schlitze 54 und 56 und Abzugnuten 58 30 etwa Luft, eingeleitet, das durch die Gaskanäle 22 und 60 und verhindert den Austritt von Gas aus und die positiven Elektroden 14 der Einzelzellen 10 diesen. streicht. Durch die Leitung 70 wird ein Elektrolyt

Der Einsatz 46 ist rechts von der positiven Elek- den Elektrolytkanälen 18 der Zellen 10 in der Battetrode 14 angeordnet, im wesentlichen gleich ausge- rie 65 zugeführt. Der Elektrolyt wird aus der Batterie bildet wie der Einsatz 30 und besteht aus gleicharti- 35 65 über die Leitung 74 abgezogen und läuft durch gern nichtleitendem Material. Der Einsatz 46 ist mit eine Kühlvorrichtung 76 in einen Speichertank 78 den horizontalen Schlitzen 54 und 56 in seinem obe- für den Elektrolyten, wo er weiter abgekühlt wird, ren und unteren Schenkel versehen, die durch die ver- Aus dem Speichertank 78 gelangt der Elektrolyt tikalen Abzugnuten 58 und 60 mit dem Inneren des durch eine Leitung 80 zum Einlaß einer Pumpe 72. durch den Einsatz festgelegten Zwischenraumes 40 Die Pumpe 72 pumpt den Elektrolyten in einer Leiverbunden sind. In dem Zwischenraum ist ein Füll- tung 70 durch die Kühlvorrichtung 76, die mit der stoff angeordnet, der aus einem porösen, elektrisch Leitung 74 in Wärmeaustausch steht; auf diese Weise leitenden Material besteht, etwa aus rostfreien Stahl- ist ein geschlossener Kreislauf für den Elektrolyten spänen oder Kunststoffasern mit Nickelüberzug. Der vorgesehen.

Einsatz liegt fest an dem festen Rahmen an, und der 45 Um die gewünschten hohen Energiedichten zu erRahmen dient dabei zur Abdeckung der einen Seite zielen, werden die während der Entladung der Batder Zweigleitungen und Abzugnuten. terie erzeugten Zinkoxidreaktionsprodukte aus dem

In F i g. 1 sind Kanäle 18 und 20 in der unteren Inneren der Zelle entfernt. Würden die Reaktionslinken bzw. oberen rechten Ecke des Einsatzes 46 produkte nicht aus der Zelle entfernt werden oder dargestellt, die mit den oben bereits beschriebenen 50 nicht wenigstens in Umlauf gebracht werden, um Kanälen 18 und 20 zusammen einen Durchtritt für eine Ablagerung an der Oberfläche der negativen den Elektrolyten in der Zelle bilden. Die Schlitze in Elektrode zu verhindern, so würde es erforderlich dem Einsatz erstrecken sich bis in Bereiche, die mit sein, eine große Menge von Elektrolyt zu verwenden, den Gaskanälen 22 und 24 in Verbindung stehen und um die entstandenen Zinkoxidabbauprodukte vollvon diesen Gas aufnehmen. 55 ständig zu lösen; dadurch würde jedoch die Energie-

Eine Trägerplatte 62 aus inertem, elektrisch leiten- dichte pro Einheit des gesamten Batteriegewichtes

dem Material, etwa aus Nickel, ist rechter Hand von stark herabgesetzt. Da jedoch der Elektrolyt durch

dem Einsatz 46 für das Gas angeordnet. Die Platte die Batterie zirkuliert, werden die gebildeten Reak-

kann als Elektrodenrückplatte für eine (nicht darge- tionsprodukte aus der Nachbarschaft der Oberfläche

stellte) anschließende Zelle in einer Serienanordnung 60 der negativen Elektrode entfernt, und die Batterie

von Zellen dienen. Die Platte 62 ist mit Kanälen 18, kann mit einer geringeren Menge des gesättigten

20, 22 und 24 in den entsprechenden Ecken ausge- Elektrolyten betrieben werden. Der Elektrolyt löst

stattet, die einen Durchtritt des Elektrolyten und der die in der Batterie gebildeten Zinkoxidreaktionspro-

Luft in die anschließende Zelle gestatten und die mit dukte und nimmt sie mit aus der Zelle heraus, wo

den früher beschriebenen Kanälen 18, 20, 22 und 24 65 sie dann aus der Elektrolytlösung ausgefällt werden

zusammenwirken. Um zu verhindern, daß der Elek- können.

trolyt die Zelle 10 und insbesondere in Serie geschal- Beim Betrieb tritt der alkalische Elektrolyt in jede

tete Zellen kurzschließt, sind die Elektrolytkanäle 18 Zelle an der unteren linken Ecke durch den Kanal 18

ein und verläßt sie an der oberen rechten Ecke durch den Kanal 20, während das sauerstoffhaltige Gas die Zelle an der unteren rechten Ecke durch den Kanal 22 betritt und die Zelle an der oberen linken Ecke durch den Kanal 24 verläßt. Der Elektrolyt strömt nach seinem Zutritt durch den Kanal 18 in den Schlitz 32 des Einsatzes 30 ein und durch die Abzugnuten 36 in den Raum des Einsatzes 30. Dann verläßt er diesen Raum durch die Abzugnuten 38, gelangt in den Schlitz 34 und wird aus der Zelle durch den Kanal 20 abgeleitet.

In ähnlicher Weise strömt das sauerstoffhaltige Gas durch den Kanal 22 der Trägerplatte 62 in die Zelle ein, gelangt in den Schlitz 54 des Einsatzes 46 und durch die Abzugnuten 58 in den von dem Einsatz gebildeten Zwischenraum. Ein Teil des in diesen Zwischenraum eintretenden Gases tritt durch das poröse Mittelstück 52 und bildet auf diese Weise eine elektrolytische Zelle zwischen dem porösen Mittelstück 52 und der Zinkelektrode 12. Das übrige Gas, das nicht durch das poröse Mittelstück 52 strömt, strömt durch die Abzugnuten 56 in den Schlitz 60 und verläßt die Zelle an der oberen linken Ecke durch den Kanal 24. Der Anteil des durch das poröse Mittelstück 52 durchgetretenen Gases, der während des Betriebs der elektrolytischen Zelle nicht verbraucht wurde, verläßt die Zelle zusammen mit dem Elektrolyten durch den Elektrolytkanal 20.

Der wäßrige alkalische Elektrolyt, der auf seinem Weg durch die Batterie erwärmt wird, löst die Zinkoxidabbauprodukte in der Batterie auf und fließt aus der Batterie durch die Leitung 74 in die Kühlvorrichtung, wo er mit dem Elektrolyten in der Leitung 70 in wärmeübertragender Verbindung steht; schließlich gelangt er in den Speichertank 78, der auf Raumtemperatur gehalten wird. In der Kühlvorrichtung 76 und dem Speichertank wird der die gelösten Abbauprodukte enthaltende Elektrolyt abgekühlt, wobei die Zinkoxidreaktionsprodukte in dem Speichertank 78 ausgefällt werden. Um die Ausfällung der Zinkoxidreaktionsprodukte in dem Speichertank 78 zu verstärken, ist der Tank mit einem (nicht gezeigten) Faserstoff, etwa Aluminiumsilikatfasern, gefüllt, der für die Ausfällung des Zinkoxids, eine große Oberfläche bietet. Der abgekühlte Elektrolyt wird aus dem Speichertank 78 abgezogen und in die Batterie zurückgeleitet, wo weiteres abgebautes Zinkoxid gelöst und aus der Batterie abgezogen wird.

Während des Betriebs der Batterie, insbesondere bei Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur, wird Wasser verdunstet. Um das verdunstete Wasser nachzufüllen, kann der Speichertank in geeigneter Weise mit einer (nicht dargestellten) Wassernachfüllleitung verbunden sein. Die Batterie ist vorzugsweise derart dimensioniert, daß das Nachfüllen von Wasser nur am Ende jedes Lade-Entlade-Zyklus erforderlich ist. Außerdem ist der Speichertank noch mit einem geeigneten Auslaß für die Luft ausgestattet, die von dem Elektrolyten auf seinem Weg durch die Zellen mitgenommen wurde.

Beim Wiederaufladen der Batterie wird Zink an der Trägerplatte elektrolytisch abgelagert, indem eine Gleichspannung an die Zellen angelegt wird, die Stromdichten bis zu einigen hundert Milliampere pro Quadratzentimeter durch die Zellen schickt.

Das Zink kann beim Aufladen der Batterie auch durch einen einem Gleichstrom überlagerten Wechselstrom elektrolytisch abgeschieden werden. Dabei ist die Wellenform des Wechselstromes derart, daß jeweils während einer Halbperiode des Wechselstroms ein kleiner Umkehrstrom durch die Batterie fließt. Das auf diese Weise abgeschiedene Zink hat eine mäßig grobe Kristallstruktur, ist aber relativ dicht und haftet besser an der Trägerplatte als das vom Gleichstrom abgeschiedene. Aus diesem Grund ist die Ladung der Batterie mittels Wechselstrom vorzuziehen, wenn große Kapazitäten erwünscht sind.

ίο Meistens wird jedoch, unabhängig von der angewandten spezifischen Ladetechnik, sowohl während des Ladens als auch während des Entladens der Batterie ein Teil des Zinkmetalls von der negativen Elektrode abgesondert. Die abgespaltenen Zinkmetallpartikeln sind nur spärlich in dem zirkulierenden alkalischen Elektrolyten löslich und werden als Suspension in dem Elektrolyten durch das System geführt; dadurch wird die Kapazität der Batterie herabgesetzt. Um das Auftreten von Zinkmetallpartikeln in dem zirkulierenden Elektrolyten zu vermeiden, können in der Elektrolytleitung Mittel zum Löslichmachen der abgesonderten Metallpartikeln angeordnet werden.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich, ist das elektrisch leitende Filter über eine äußere elektrische Leitung 84 mit einer positiven Elektrode in der Nähe der Auslaßleitung 74 der Batterie 65 elektrisch verbunden. Das Filter besteht aus einem Metall, das von dem alkalischen Elektrolyten nicht angegriffen wird, etwa aus Nickel, Platin usw. Das Filter hat die Form eines Lochsiebes mit in der Größenordnung von 0,3 mm lichter Maschenweite; es kann auch ein grober Metallfaserstöpsel verwendet werden. Der durch die Elektrolytleitung 74 zirkulierende Elektrolyt stellt einen elektrolytischen Weg zwischen der positiven Elektrode der Batterie 64 und dem elektrisch leitenden Filter 82 her; dadurch entsteht eine elektrolytische Zelle zwischen der positiven Elektrode der Zellen und etwaigen metallischen Zinkpartikeln, die mit dem Filter in Kontakt stehen. Die so gebildete Zelle ist durch den äußeren elektrischen Leiter 84 kurzgeschlossen, wodurch das abgespaltene Zink an der Oberfläche des elektrisch leitenden Filters elektrolytisch gelöst wird. Der in der so gebildeten Zelle fließende Strom wird durch einen in dem äußeren elektrischen Leitungsweg eingebrachten variablen Widerstand 86 gesteuert.

Das Filter wird in der Elektrolytleitung vorzugsweise an einer Stelle eingefügt, wo das geringste Bestreben für die gelösten Zinkoxidabbauprodukte besteht, sich an der Filteroberfläche abzuscheiden. Aus diesem Grund ist das Filter vorteilhaft neben dem Auslaß für den Elektrolyten aus der Batterie angebracht. Obwohl damit das Filter in der Leitung an der Stelle der höchsten Zinkoxidkonzentration in dem Elektrolyten liegt, ist doch die Temperatur des Elektrolyten in Nachbarschaft des Auslasses aus der Batterie am höchsten, und das Zinkoxid hat in diesem Bereich eine größere Löslichkeit in dem Elektrolyten, woraus sich eine geringe Niederschlagsbildung von Zinkoxidpartikeln an der Filteroberfläche herleitet. Außerdem hat während des Ladens der Batterie die aus der Batterie austretende Strömung die niedrigste Zinkoxidkonzentration und löst daher etwaige, während der Entladungsperiode am Filter abgeschiedene Zinkoxidablagerungen wieder auf. Das Filter kann aber auch an anderen Stellen des Zirkulationssystems angeordnet sein, beispielsweise am Auslaß des

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Speichertanks, vorausgesetzt; daß'sowohl eine äußere elektrische Leitung als'-auch ein Pfad für den Elektrolyten mit einer positiven Elektrode der Batterie verbunden ist. ^:· < · ^ -

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, Eine Batterie ist aü^ 200 Zink-Sauerstoff-Einzelzelleri zusammengefügt»-':Jede einzelne Zink-Sauerstoff-Zelle mißt 30-30 cm und enthält eine 0,25 mm dicke Nickel-Trägerplatte, auf der die Zinkelektrode von 90% Dichte und einer Dicke von 0,76 mm elektrolytisch abgeschieden; ist;; weiter, folgt ein 1,5 mm dicker Elektrolyteinsatz aus Polyäthylen, eine 0,5 Ϊ mm dicke poröse positive Nickelelektrode, ein 0,76, mm i^:S dicker gasdurchlässiger Einsatz aus Polyäthylen und eine ,0,25 mm dicke Nickel-Scheiderwand, so daß jede Zelle' eine Dicke,, von; 3 mm aufweist. Eine poröse Trennwand aus Polyäthylen mit geriffelten Oberflächen ist innerhalb des" ^;elektrolytleitenden Einsatzes ao in dem Weg des Elektrolyten derart angeordnet, daß die geriffelten Oberflächen zur positiven, und, nega-tiven Elektrode blicken. In dem von dem gasdurchlässigen Einsatz festgelegten Zwischenraum ist eine elektrisch leitende Faserfüllmasse aus mit Nickel imprägnierten Kunststoffasern eingebracht. In jeder zwanzigsten Einzelzelle ist die Füllmasse elektrisch isolierend, und die Elektroden sind extra dick mit vorstehenden Lappen für elektrische Anschlüsse ausgeführt. Die Zellen sind dann in je zehn Gruppen von je 20 Einzelzellen parallel geschaltet. Die Zellen sind in einem Platten-Druckrahmen zusammengefügt, und die in jeder Einzelzelle vorhandenen Leitungen für den Durchtritt des Elektrolyten und der Luft durch die Zellen sind in geeigneter Weise an eine Umlaufpumpe für den Elektrolyten und ein Luftgebläse angeschlossen. Eine 20gewichtsprozentige Lösung von Kalilauge wird mittels der Elektrolytpumpe kontinuierlich durch die Batterie gepumpt mit einer Geschwindigkeit von 341 cm³/sec.

Zunächst ist die Batterie mit einer vollständig bedeckten Zinkelektrodenoberfläche auf der Elektrodenrückplatte versehen. Von dem Gebläse wird Luft unter einem Druck von 0,70 kg/cm² zur Sauerstoffelektrode geschickt. Die Temperatur in der Batterie beträgt während der Entladung der Batterie etwa 70° C, und der Speichertank wird auf Raumtemperatur, d. h. annähernd 30 bis 40° C, gehalten.

Während der Entladung der Batterie beträgt die Spannung jeder Zelle ohne Belastung 1,4VoIt; die Spannung bei 25 Milliampere/cm² ist 1,2 Volt, und die Spannung bei 100 Milliampere/cm² ist 1 Volt.

Die Zelle wird vorzugsweise nicht über den Punkt hinaus entladen, wo 90% der Zinkelektrode zu Zinkoxid abgebaut sind. Nachdem 90% des Zinks abgebaut sind, tritt ein Abfall der elektrischen Werte des Zellverbandes auf.

Die Batterie wird aufgeladen, indem eine äußere Gleichstromquelle angeschlossen wird, die einen Strom von 25 Milliampere/cm² durch die Zellen schickt, während der Elektrolyt die Zellen durchströmt. Dem Gleichstrom wird ein Wechselstrom überlagert, um die Richtung des Stromes während eines Teiles der Wechselstromperiode in der Batterie umzukehren. Die Batterie wird so lange aufgeladen, bis sich Zink von 90% Dichte in einer Dicke von 0,76 mm an der Oberfläche der negativen Trägerplatte abgelagert hat.

Die Batterie liefert 75 Kilowattstunden elektrische Energie pro Ladezyklus bei einer Solleistung von Kilowatt. Die Batterie hat eine Energiedichte von Wattstunden pro Kilogramm und behält diese Energiedichte auch nach wiederholtem. Laden und Entladern ■'■'·■■"'. . . : ·; :

Außer den speziell beschriebenen kommen auch andere Mittel zum Leiten des Elektrolyten und der Luft durch die Batterie in Beträcht. Außerdem können andere Mittel zum Entfernen des Zinkoxids aus dem Elektrolyten außerhalb der Batterie angewandt werden, beispielsweise ein Filter, das periodisch abgekratzt wird. . . . . .

Weiter ist es möglich, an Stelle des Wärmeaustauschers zum Abkühlen des Elektrolyten eine äußere Kühlvorrichtung zu verwenden. Ferner kann die Batterie in anderer Gestalt als. der als Beispiel angegebenen konstruiert werden, etwa, in Zylinderform. Auch kann die Anordnung der benachbarten Zellen abgewandelt werden, beispielsweise derart, daß jeder Gaskanal das sauerstoffhaltige Gas zu zwei positiven Elektroden leitet, die seine Wände bilden, und jede negative Trägerplatte auf beiden Seiten abgelagertes Zink trägt.

Im vorstehenden wurde eine Zink-Sauerstoff-Batterie mit hoher Energiedichte geschildert. Die Batterie eignet sich besonders zur Verwendung als Antriebsenergiequelle für Zugzwecke und auch für andere Zwecke, wo Raum- und Gewichtsbeschränkungen den Gebrauch herkömmlicher Sammler verbieten. Außerdem ist die Batterie bequem in der Handhabung und störungsfrei im Betrieb.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb einer galvanischen Zelle mit einer negativen Zinkelektrode, einer positiven, inerten Sauerstoffelektrode, einer ein sauerstoffhaltiges Gas der positiven Elektrode zuführenden Vorrichtung, mit einer einen flüssigen alkalischen Elektrolyten durch die Zelle umwälzenden Vorrichtung und mit einer Zinkoxid aus dem Elektrolytstrom außerhalb der Zelle abtrennenden Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Zinkoxid in der Abtrennvorrichtung (78) gespeichert und zum Regenerieren in die Zelle zurückgebracht wird und dort das Zink elektrolytisch unter Umwälzen des Elektrolyten auf einer Trägerplatte (16) abgeschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolytstrom durch einen Einsatz (30) zwischen der negativen und der positiven Elektrode, der Zweigleitungen (32, 34) zur Zu- bzw. Abführung des Elektrolyten enthält, geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt in einer Vorrichtung (76) gekühlt wird, nachdem er aus der Zelle ausgetreten ist und bevor er die Abtrennvorrichtung (78) erreicht.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas Luft ist und der positiven Elektrode (14) mit einem hinreichenden Druck zugeführt wird, um durch ihre Poren zu fließen und in Blasenform in den flüssigen Elektrolyten

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einzutreten, und daß in der Abtrennvorrichtung (78) die Reste der Luft aus dem Elektrolytstrom, bevor dieser in die Zelle zurückgewälzt wird, entfernt werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine das Zinkoxid aus dem Elektrolytstrom ohne chemische Umsetzung mechanisch entfernende Abtrennvorrichtung (78). . ■;

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß die Abtrennvorrichtung (78) zur Entfernung des Zinkoxids ein faseriges Material enthält.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein in den Elektrolytstrom außerhalb der Zelle eingeschaltetes elektrisch leitendes Filter (82) und durch eine das Filter mit der positiven Elektrode (14) verbindende elektrische Leitung (84).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine poröse in dem Elektrolytstrom ■ zwischen der negativen (12) und der positiven Elektrode (14) angeordnete Scheiderwand (26), die einen Kurzschluß der Zelle verhütet, wenn der Druck des sauerstoffhaltigen Gases eine der Elektroden ausbiegen sollte.

... -9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zellen in Reihe geschaltet sind und daß die Reihenschaltung durch Leiter (48) erfolgt, die auf der Luftzuführungsseite der porösen positiven Elektrode (14) liegen und die positive Elektrode (14) einer Zelle mit der Trägerplatte (16) verbinden, auf die das Zink (12) der nächstbenachbarten Zelle elektrolytisch niedergeschlagen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine den Elektrolyten durch die Zellen in Parallelfluß umwälzende Pumpe (72).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen