DE1496116C - Verfahren zum Betrieb einer galvani sehen Zelle mit einer negativen Zmkelektro de und einer positiven, inerten Sauerstoff elektrode und Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein 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.

Verfahren dieser Art sind bekannt. Insbesondere ist es bekannt, das Zink einer Zink-Sauerstoff-Zelle zu regenerieren. Ferner ist es bekannt, das Zink in der Zelle elektrolytisch auf einer Trägerplatte abzuschalten, wenn auch bei einer Zink-Chlor-Zelle.

Aufgabe der Erfindung ist es, das aus dem Elektrolytstrom außerhalb der Zelle abgetrennte Zinkoxid zur Regenerierung der Zinkelektrode zu verwerten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird das Oxid in der Abtrennvorrichtung gespeichert und zum Regenerieren in die Zelle zurückgebracht, und dort wird das Zink elektrolytisch unter Umwälzen des Elektrolyten auf einer Trägerplatte abgeschieden.

Somit wird durch die Erfindung das abgetrennte Zinkoxid wieder verwertet. Dies geschieht so, daß die Leistungsdichte der Zelle nicht gemindert wird, wie es der Fall wäre, wenn das Zinkoxid in der Zelle verbleiben würde. Die Zelle ist leicht und bequem aufladbar, wirtschaftlich im Betrieb und arbeitet bei der Entladung und Wiederaufladung störungsfrei.

Besonders von Vorteil ist es, nicht eine an sich bekannte chemisch wirksame Abtrennvorrichtung zu verwenden, sondern eine mechanisch wirksame Abtrennvorrichtung.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel unter Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht mit auseinandergezogenen Teilen, die eine spezifische Ausführungsform einer Zelle für einen Sammler zeigt,

F i g. 2 einen vergrößerten Teilschnitt der Zelle von F i g. 1,

F i g. 3 eine Schemazeichnung der Strömung einer aus mehreren Einzelzellen gemäß F i g. 1 und 2 zusammengesetzten Batterie.

In den Zeichnungen ist allgemein eine Zelle 10 dargestellt, die nach der erfindungsgemäßen Lehre ausgebildet ist und eine aus Zink bestehende negative Elektrode 12 und eine positive Elektrode 14 umfaßt, die von der negativen Elektrode in einem Abstand angeordnet ist und von Sauerstoff durchströmt wird. Eine wäßrige Lösung eines alkalischen Elektrolyten zirkuliert zwischen der negativen Elektrode 12 und der positiven Elektrode 14.

Das so gebildete elektrochemische Paar Zink— . Sauerstoff hat eine hohe theoretische Kapazität und einen hohen Ausnutzungsfaktor für die anodischen und kathodischen Reaktionsteilnehmer. Zink ist das leichteste, hochelektropositive feste Element, das aus einer wäßrigen Lösung niedergeschlagen werden kann. Sauerstoff ist gewichtsmäßig leicht und aus der Atmosphäre verfügbar, was ihm unter den möglichen gasförmigen Reaktionsteilnehmern eine einmalige Stellung einräumt, da er keine schwere und viel Platz beanspruchende Speichervorrichtung benötigt. Das theoretische Reaktionspotential

Zn + V» Ο.,

ZnO

beträgt 1,65 Volt, und 1,4 Volt sind als offene Klemmenspannung tatsächlich verfügbar.

Der Deutlichkeit halber werden die verschiedenen Komponenten in den F i g. 1 und 2 von links nach rechts aufgezählt und erläutert. Die' Zelle 10 enthält eine praktisch rechteckige Trägerplatte 16, an die die Zinkelektrode 12 angefügt ist, beispielsweise mittels elektrolytischer Ablagerung. Die Platte 16 ist aus einem elektrischen Leiter hergestellt, der gegenüber

ίο dem alkalischen Elektrolyten unempfindlich ist, beispielsweise aus Nickel. Die Platte 16 enthält Kanäle 18 und 20 in der unteren linken bzw. oberen rechten Ecke, die einen Durchlaß für eine wäßrige Lösung eines alkalischen Elektrolyten, etwa Kalilauge, durch die Zelle bilden, wie weiter unten noch genauer erläutert wird. In den Kanälen für den Elektrolyten sind Dichtringe 64 aus einem isolierenden Material, etwa Kunststoff, vorgesehen, die die elektrolytische Korrosion verhindern sollen, die sonst bei in Reihe

ao geschalteten, kurzgeschlossenen Zellen eintreten könnte. In der unteren rechten bzw. oberen linken Ecke sind Kanäle 22 und 24 für den Durchtritt eines sauerstoffhaltigen Gases, beispielsweise Luft, vorgesehen, wie unten noch näher beschrieben wird.

Die Zinkelektrode 12 ist von der Sauerstoffelektrode 14 durch eine praktisch rechteckige, poröse, inerte Scheiderwand 26 getrennt, die beispielsweise aus porösem Kunststoff oder anderem porösem, nichtleitendem Material besteht, das vom alkalischen Elektrolyten nicht angegriffen wird, und deren Oberflächen 28 auf beiden Seiten geriffelt sind. Die geriffelten Oberflächen 28 liegen der Platte 16 gegenüber, um einen größtmöglichen Zinkniederschlag auf der Oberfläche der Platte 16 zu gestatten, und gegenüber der Sauerstoffelektrode 14, um einen freien Eintritt des sauerstoffhaltigen Gases in den Elektrolyten zu ermöglichen. '

Wie in F i g. 1 dargestellt, ist die Scheiderwand 26 durch einen Einsatz 30 aus einem nichtleitenden Material, das gegenüber dem alkalischen Elektrolyten unempfindlich ist, etwa aus Polyäthylen, Polypropylen, Phenolharzen od. dgl., eingerahmt. Die oberen und unteren horizontalen Teile des Einsatzes 30 sind mit horizontal laufenden Schlitzen 32 und 34 versehen die als Sammelleitung für eine Mehrzahl von vertikalen Abzugnuten 36 und 38 dienen, die sich zwischen den Schlitzen 32 und 34 und den Riffelungen in den Oberflächen der Scheiderwand 26 erstrecken.

Zwischen dem Einsatz 30 und der Platte 16 liegt ein Dichtungsrahmen 40, der die Schlitze 32 und 34 und die Abzugnuten abdeckt und dadurch ein Herausseckern des Elektrolyten verhindert. Der Dichtungsrahmen 40 besteht aus irgendeinem passenden nichtleitenden Material, beispielsweise aus Kunststoff, wie Polyäthylen, Polypropylen, Phenolharzen od. dgl., oder aus einem anderen Stoff, der von dem alkalischen Elektrolyten nicht angegriffen wird.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der

Dichtungsrahmen 40 in seinen Ecken mit Kanälen 18, 20, 22 und 24 versehen, die zusammen mit den Kanälen 18, 20, 22 und 24 in der Platte 16 den Durchtritt des Elektrolyten und des sauerstoffhaltigen Gases durch den Dichtungsrahmen freigeben. Die Enden

der Schlitze 32 und 34 in dem Einsatz 30 liegen in Gebieten, die mit den Kanälen für den Elektrolyten in dem Dichtungsrahmen in Verbindung stehen, und ermöglichen so einen Durchtritt des Elektrolyten

aus den Schlitzen 32 und 34 oder in dieselben. Die Kanäle 22 und 24 in der unteren rechten bzw. oberen linken Ecke des Dichtungsrahmens dienen zur Durchleitung von Luft.

Wie aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich, ist die positive Elektrode 14 rechts von dem Einsatz 30 angeordnet; sie umfaßt ein poröses Bauteil 44 mit. einem Mittelstück 52, das aus einem für den Elektrolyten unangreifbaren elektrischen Leiter, etwa Nickelpulver, besteht. Das Bauteil ist ausreichend porös angefertigt, um das sauerstoffhaltige Gas hindurchdiffundieren zu lassen; vorzugsweise wird für die positive Elektrode ein feinpulvriges Material verwendet, um eine Oberfläche zu erhalten, wie sie für eine maximale Ausgangsleistung erforderlich ist. Insbesondere wenn Luft als sauerstoffhaltiges Gas verwendet wird, soll es der Luft gestattet werden, durch die poröse positive Elektrode hindurchzutreten und in den Elektrolyten hineinzuperlen.

Das poröse Bauteil 44 ist mit einem festen Rahmen 50 aus einem Stück versehen, der aus einem gegen den Elektrolyten unempfindlichen und elektrisch leitenden Material, wie etwa Nickel, besteht. Ein fester Rahmen 50 dient als die eine Seite einer Sammelleitung in einem Einsatz 46. In den Ecken des Rahmens 50 sind Kanäle 18, 20, 22 und 24 angeordnet, die zusammen mit den Kanälen in den anderen Teilen den Durchtritt von Gas und Elektrolyt ermöglichen. Der Rahmen 50 wirkt zugleich als Abdeckung für Schlitze 54 und 56 und Abzugnuten 58 und 60 und verhindert den Austritt von Gas aus diesen.

Der Einsatz 46 ist rechts von der positiven Elektrode 14 angeordnet, im wesentlichen gleich ausgebildet wie der Einsatz 30 und besteht aus gleichartigem nichtleitendem Material. Der Einsatz 46 ist mit den horizontalen Schlitzen 54 und 56 in seinem oberen und unteren Schenkel versehen, die durch die vertikalen Abzugnuten 58 und 60 mit dem Inneren des durch den Einsatz festgelegten Zwischenraumes verbunden sind. In dem Zwischenraum ist ein Füllstoff angeordnet, der aus einem porösen, elektrisch leitenden Material besteht, etwa aus rostfreien Stahlspänen oder Kunststoffasern mit Nickelüberzug. Der Einsatz liegt fest an dem festen Rahmen an, und der Rahmen dient dabei zur Abdeckung der einen Seite der Zweigleitungen und Abzugnuten.

In F i g. 1 sind Kanäle 18 und 20 in der unteren linken bzw. oberen rechten Ecke des Einsatzes 46 dargestellt, die mit den oben bereits beschriebenen Kanälen 18 und 20 zusammen einen Durchtritt für den Elektrolyten in der Zelle bilden. Die Schlitze in dem Einsatz erstrecken sich bis in Bereiche, die mit den Gaskanälen 22 und 24 in Verbindung stehen und von diesen Gas aufnehmen.

Eine Trägerplatte 62 aus inertem, elektrisch leitendem Material, etwa aus Nickel, ist rechter Hand von dem Einsatz 46 für das Gas angeordnet. Die Platte kann als Elektrodenrückplatte für eine (nicht dargestellte) anschließende Zelle in einer Serienanordnung von Zellen dienen. Die Platte 62 ist mit Kanälen 18, 20, 22 und 24 in den entsprechenden Ecken ausgestattet, die einen Durchtritt des Elektrolyten und der Luft in die anschließende Zelle gestatten und die mit den früher beschriebenen Kanälen 18, 20, 22 und 24 zusammenwirken. Um zu verhindern, daß der Elektrolyt die Zelle 10 und insbesondere in Serie geschaltete Zellen kurzschließt, sind die Elektrolytkanäle 18 Und 20 in der Platte 62 mit inerten, nichtleitenden Dichtringen 64 ausgestattet. . . . .

In F i g. 3 ist eine Batterie 65 dargestellt, die mehrere Einzelzellen 10 gemäß F i g. 1 verwendet, die durch geeignete Bauteile (nicht gezeigt), etwa durch eine Platte und Druckrahmen zusammengehalten sind. In der Batterie 65 kann eine beliebige Anzahl von Einzelzellen 10 verwendet werden, die in unterschiedlichen Parallel- und Serienschaltungen zusammengefaßt sein können, je nach der gewünschten Ausgangsleistung der Batterie. Dabei ist für eine Serienschaltung der gewünschten Zellenzahl in dem Luftzwischenraum ein nichtleitender Füllstoff vorgesehen, und der Rahmen der positiven Elektrode und die Trägerplatte zu beiden Seiten des Luftraumes sind extra dick gemacht. An dem Elektrodenrahmen und der Trägerplatte sind für die elektrischen Anschlüsse (nicht dargestellte) Nasen angefügt. Benachbarte Gruppen von hintereinandergeschalteten Zellen sind parallel geschaltet.

Die Anordnung von einer Anzahl in Serie geschalteter Zellen mit einem gemeinsamen Elektrolyten führt zu Selbstentladungsströmen zwischen den Zellen. In dem Beispiel von Fig. 1 sind diese Ströme in erträglichen Grenzen gehalten, da die Elektrolytkanäle eng sind und die Anzahl der in einer einzelnen Serienschaltung zusammengefaßten Zellen gering ist. In die Batterie 65 wird mittels eines Gasgebläses 66 und einer Gasleitung 68 ein sauerstoffhaltiges Gas, etwa Luft, eingeleitet, das durch die Gaskanäle 22 und die positiven Elektroden 14 der Einzelzellen 10 streicht. Durch die Leitung 70 wird ein Elektrolyt den Elektrolytkanälen 18 der Zellen 10 in der Batterie 65 zugeführt. Der Elektrolyt wird aus der Batterie 65 über die Leitung 74 abgezogen und läuft durch eine Kühlvorrichtung 76 in einen Speichertank 78 für den Elektrolyten, wo er weiter abgekühlt wird. Aus dem Speichertank 78 gelangt der Elektrolyt durch eine Leitung 80 zum Einlaß einer Pumpe 72.

Die Pumpe 72 pumpt den Elektrolyten in einer Leitung 70 durch die Kühlvorrichtung 76, die mit der Leitung 74 in Wärmeaustausch steht; auf diese Weise ist ein geschlossener Kreislauf für den Elektrolyten vorgesehen.

Um die gewünschten hohen Energiedichten zu erzielen, werden die während der Entladung der Batterie erzeugten Zinkoxidreaktionsprodukte aus dem Inneren der Zelle entfernt. Würden die Reaktionsprodukte nicht aus der Zelle entfernt werden oder nicht wenigstens in Umlauf gebracht werden, um eine Ablagerung an der Oberfläche der negativen Elektrode zu verhindern, so würde es erforderlich sein, eine große Menge von Elektrolyt zu verwenden, um die entstandenen Zinkoxidabbauprodukte vollständig zu lösen; dadurch würde jedoch die Energiedichte pro Einheit des gesamten Batteriegewichtes stark herabgesetzt. Da jedoch der Elektrolyt durch die Batterie zirkuliert, werden die gebildeten Reaktionsprodukte aus der Nachbarschaft der Oberfläche der negativen Elektrode entfernt, und die Batterie kann mit einer geringeren Menge des gesättigten Elektrolyten betrieben werden. Der Elektrolyt löst die in der Batterie gebildeten Zinkoxidreaktionsprodukte und nimmt sie mit aus der Zelle heraus, wo sie dann aus der Elektrolytlösung ausgefällt werden können.

Beim Betrieb tritt der alkalische Elektrolyt in jede Zelle an der unteren linken Ecke durch den Kanal 18

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ein und verläßt sie an der oberen rechten Ecke durch ist die Wellenform des Wechselstromes derart, daß den Kanal 20, während das sauerstoffhaltige Gas die jeweils während einer Halbperiode des Wechsel-Zelle an der unteren rechten Ecke durch den Kanal Stroms ein kleiner Umkehrstrom durch die Batterie 22 betritt und die Zelle an der oberen linken Ecke fließt. Das auf diese Weise abgeschiedene Zink hat durch den Kanal 24 verläßt. Der Elektrolyt strömt 5 eine mäßig grobe Kristallstruktur, ist aber relativ nach seinem Zutritt durch den Kanal 18 in den Schlitz dicht und haftet besser an der Trägerplatte als das 32 des Einsatzes 30 ein und durch die Abzugnuten vom Gleichstrom abgeschiedene. Aus diesem Grund 36 in den Raum des Einsatzes 30. Dann verläßt er ist die Ladung der Batterie mittels Wechselstrom vordiesen Raum durch die Abzugnuten 38, gelangt in zuziehen, wenn große Kapazitäten erwünscht sind,
den Schlitz 34 und wird aus der Zelle durch den Ka- io Meistens wird jedoch, unabhängig von der angenal 20 abgeleitet. - wandten spezifischen Ladetechnik, sowohl während

In ähnlicher Weise strömt das sauerstoffhaltige des Ladens als auch während des Entladens der Bat-Gas durch den Kanal 22 der Trägerplatte 62 in die terie ein Teil des Zinkmetalls von der negativen Elek-Zelle ein, gelangt in den Schlitz 54 des Einsatzes 46 trode abgesondert. Die abgespaltenen Zinkmetall- und durch die Abzugnuten 58 in den von dem Ein- 15 partikeln sind nur spärlich in dem zirkulierenden alsatz gebildeten Zwischenraum. Ein Teil des in diesen kaiischen Elektrolyten löslich und werden als Sus-Zwischenraum eintretenden Gases tritt durch das po- pension in dem Elektrolyten durch das System geröse Mittelstück 52 und bildet auf diese Weise eine führt; dadurch wird die Kapazität der Batterie herabelektrolytische Zelle zwischen dem porösen Mittel- gesetzt. Um das Auftreten von Zinkmetallpartikeln stück 52 und der Zinkelektrode 12. Das übrige Gas, 20 in dem zirkulierenden Elektrolyten zu vermeiden, das nicht durch das poröse Mittelstück 52 strömt, können in der Elektrolytleitung Mittel zum Löslichströmt durch die Abzugnuten 56 in den Schlitz 60 machen der abgesonderten Metallpartikeln angeord- und verläßt die Zelle an der oberen linken Ecke net werden.

durch den Kanal 24. Der Anteil des durch das poröse Wie aus F i g. 3 ersichtlich, ist das elektrisch lei-Mittelstück 52 durchgetretenen Gases, der während 25 tende Filter über eine äußere elektrische Leitung 84 des Betriebs der elektrolytischen Zelle nicht ver- mit einer positiven Elektrode in der Nähe der Ausbraucht wurde, verläßt die Zelle zusammen mit dem laßleitung 74 der Batterie 65 elektrisch verbunden. Elektrolyten durch den Elektrolytkanal 20. Das Filter besteht aus einem Metall, das von dem

Der wäßrige alkalische Elektrolyt, der auf seinem alkalischen Elektrolyten nicht angegriffen wird, etwa

Weg durch die Batterie erwärmt wird, löst die Zink- 3° aus Nickel, Platin usw. Das Filter hat die Form eines

oxidabbauprodukte in der Batterie auf und fließt aus Lochsiebes mit in der Größenordnung von 0,3 mm

der Batterie durch die Leitung 74 in die Kühlvor- lichter Maschenweite; es kann auch ein grober Me-

richtung, wo er mit dem Elektrolyten in der Leitung tallfaserstöpsel verwendet werden. Der durch die

70 in wärmeübertragender Verbindung steht; schließ- Elektrolytleitung 74 zirkulierende Elektrolyt stellt

lieh gelangt er in den Speichertank 78, der auf Raum- 35 einen elektrolytischen Weg zwischen der positiven

temperatur gehalten wird. In der Kühlvorrichtung 76 Elektrode der Batterie 64 und dem elektrisch leiten-

und dem Speichertank wird der die gelösten Abbau- den Filter 82 her; dadurch entsteht eine elektroly-

produkte enthaltende Elektrolyt abgekühlt, wobei die tische Zelle zwischen der positiven Elektrode der

Zinkoxidreaktionsprodukte in dem Speichertank 78 Zellen und etwaigen metallischen Zinkpartikeln, die

ausgefällt werden. Um die Ausfällung der Zinkoxid- 40 mit dem Filter in Kontakt stehen. Die so gebildete

reaktionsprodukte in dem Speichertank 78 zu ver- Zelle ist durch den äußeren elektrischen Leiter 84

stärken, ist der Tank mit einem (nicht gezeigten) kurzgeschlossen, wodurch das abgespaltene Zink an

Faserstoff, etwa Aluminiumsilikatfasern, gefüllt, der der Oberfläche des elektrisch leitenden Filters elek-

für die Ausfällung des Zinkoxids eine große Ober- trolytisch gelöst wird. Der in der so gebildeten Zelle

fläche bietet. Der abgekühlte Elektrolyt wird aus dem 45 fließende Strom wird durch einen in dem äußeren

Speichertank 78 abgezogen und in die Batterie zu- elektrischen Leitungsweg eingebrachten variablen

rückgeleitet, wo weiteres abgebautes Zinkoxid gelöst · Widerstand 86 gesteuert,

und aus der Batterie abgezogen wird. ■ Das Filter wird in der Elektrolytleitung vorzugs-

Während des Betriebs der Batterie, insbesondere weise an einer Stelle eingefügt, wo das geringste Bebei Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur, 50 streben für die gelösten Zinkoxidabbauprodukte bewird Wasser verdunstet. Um das verdunstete Wasser steht, sich an der Filteroberfläche abzuscheiden. Aus nachzufüllen, kann der Speichertank in geeigneter diesem Grund ist das Filter vorteilhaft neben dem Weise mit einer (nicht dargestellten) Wassernachfüll- Auslaß für den Elektrolyten aus der Batterie angeleitung verbunden sein. Die Batterie ist vorzugsweise bracht. Obwohl damit das Filter in der Leitung an derart dimensioniert, daß das Nachfüllen von Wasser 55 der Stelle der höchsten Zinkoxidkonzentration in dem nur am Ende jedes Lade-Entlade-Zyklus erforder- Elektrolyten liegt, ist doch die Temperatur des Eleklich ist. Außerdem ist der Speichertank noch mit trolyten in Nachbarschaft des Auslasses aus der Bateinem geeigneten Auslaß für die Luft ausgestattet, terie am höchsten, und das Zinkoxid hat in diesem die von dem Elektrolyten auf seinem Weg durch die Bereich eine größere Löslichkeit in dem Elektrolyten, Zellen mitgenommen wurde. 60 woraus sich eine geringe Niederschlagsbildung von

Beim Wiederaufladen der Batterie wird Zink an der Zinkoxidpartikeln an der Filteroberfläche herleitet.

Trägerplatte elektrolytisch abgelagert, indem eine Außerdem hat während des Ladens der Batterie die

Gleichspannung an die Zellen angelegt wird, die aus der Batterie austretende Strömung die niedrigste

Stromdichten bis zu einigen hundert Milliampere pro Zinkoxidkonzentration und löst daher etwaige, wäh-

Quadratzentimeter durch die Zellen schickt. 65 rend der Entladungsperiode am Filter abgeschiedene

Das Zink kann beim Aufladen der Batterie auch Zinkoxidablagerungen wieder auf. Das Filter kann

durch einen einem Gleichstrom überlagerten Wech- aber auch an anderen Stellen des Zirkulationssystems

selstrom elektrolytisch abgeschieden werden. Dabei angeordnet sein, beispielsweise am Auslaß des

Speichertanks, vorausgesetzt j daß' sowohl eine äußere elektrische Leitung äls^aüch ein Pfad für den Elektrolyten mit einer positiven Elektrode der Batterie verbunden ist. ■-· "■"'■ ·-·■^;: ■'·-' ^;

;e^ Batterie ist aüs"200 Zink-Sauerstoff-Einzelzellen zusafnmengefiigtifJetie einzelne Zink-Sauerstoff-Zelle mißt 30-30 cm und enthält eine 0,25 mm dicke Nickel-Trägerplatte, auf der die Zinkelektrode von 90,Vo pichte und einer Dicke von 0,76 mm elektrolytisch .abgeschieden'ist;;weiter, folgt ein 1,5 mm dicker Elektrolyteinsäte aus Polyäthylen, eine 0,51' mm dicke poröse positive Nickelelektrode, ein 0,76.mm i^:ä dicker gasdurchlässiger Einsäte aus Polyäthylen und eine ,.0,25 mm dick$ Njckel-Scheiderwaiid^ so daß jede Zelle'eine Dicke,, von; 3 mm aufweist. Eine poröse. Trennwand aus Polyäthylen mit geriffelten Oberflächen ist innerhalb des^Jelektrolytleitenden^: 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 Einsäte festgelegten Zwischenraum ist eine elektrisch leitende Faserfiillmasse 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 1,2VoIt, 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 Entladen, ^z-'·' ;/ ' -..:-:-.·

Außer den speziell beschriebenen kommen auch andere Mittel zum Leiten des Elektrolyten und der Luft durch, die Batterie in Betracht. 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 1bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zellen in Reihe geschaltet sind und daß die Reihenschaltung durch Leiter (48) erfolgt, die auf der Luftzuführungs-

. seite 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