DE1671929A1 - Mit Luft arbeitender elektrochemischer Generator - Google Patents
Mit Luft arbeitender elektrochemischer GeneratorInfo
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Description
Lv/We/lii/ho
5. Juli 1967
Die Erfindung bezieht sich auf mit Luft arbeitende elektrochemische wiederaufladbare Generatoren.
Es sind alkalische Zellen mit durch Luft bewirkter Depolarisierung bekannt, die eine wasserabstoßend gemachte
positive, mit Luft arbeitende Elektrode, die teilweise über den Elektrolyt hinausragt, und eine negative Zinkmetallelektrode aufweisen, die beim Entladen aufgelöst wird.
Versuche, um eine derartige Zelle, gegebenenfalls unter Verwendung einer zusätzlichen Ladeelektrode, wiederaufzuladen,
haben sich als fruchtlos erwiesen, weil sich beim Durchtritt des Ladestroms das im Elektrolyt als Lösung enthaltene Zink
leicht in Form von Nadeln ablagert; dadurch entstehen
Unterlagen lA/t. 7 % I Abs. 2 Nr. l Satz 3 des ÄnderunQsge3. ν 4 9 19g
109841/0339
Schlüsse, und folglich können keine Zellen hergestellt werden,
bei denen die Elektroden kleine Abstände haben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu.beseitigen.
Gegenstand der Erfindung ist ein mit Luft arbeitender elektrochemischer Generator, der sich insbesondere dadurch
auszeichnet, daß er eine negative Metallelektrode, die sich praktisch? nicht auflöst, sowie eine positive, mit Luft arbeitende
Elektrode umfaßt, die wasserabstoßend gemacht ist und teilweise über den Elektrolyt hinausragt.
Gemäß der Erfindung handelt es sich bei der negativen
Elektrode um eine Elektrode auf der Basis von Eisen oder Kadmium.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung hat der Generator eine dritte, eine sogenannte positive Ladeelektrode
ohne Kapazität, die das Laden des Generators durch Einschalten einer Stromquelle zwischen diese positive Ladeelektrode
und die negative Metallelektrode ermöglichen soll; der auf diese Weise entstandene Akkumulator hat dann drei
Stromklemmen. ' . ...
1098i1/03?9
BAD ORIGINAL
BAD ORIGINAL
Auf diese Weise entwickelt sich beim Laden der erzeugte Sauerstoff auf der positiven Ladeelektrode und ändert
die wasserabstoßende Struktur der positiven, mit Luft arbeitenden Elektrode, die einzig und allein zum Entladen verwendet wird, nicht.
Gemäß der Erfindung ist die negative Elektrode zwischen die positive, mit Luft arbeitende Elektrode und die positive Ladeelektrode eingebracht. .. · .
Vorteilhafterweise hat die negative Elektrode eine geringe Stärke, nämlich weniger als 1 mm.
Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen der negativen Elektrode und der positiven, mit Luft arbeitenden Elektrode
weniger als oder gleich 0,5 mm.
Gemäß einer Ausführungsform umfaßt die positive, mit Luft arbeitende Elektrode ein Metallgitter, das mit versilberter
Kohle überzogen und auf an sich bekannte Weise wasserabstoßend gemacht ist. Der Strom wird von einem beispielsweise aus Nickel
gefertigten Metalldraht gesammelt, der in Elektronenkontakt mit dem Gitter steht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfaßt die positive, mit Luft arbeitende Elektrode ein Agglomerat aus leitenden
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ÖAD ORIGtNAt
Teilchen aus Kohle, Metall, wie z.B. Nickel, Silber usw., oder aus einem Kohle-Metall-Gemisch, dem gegebenenfalls Teilchen
eines Katalysators zugesetzt sind. Das Agglomerat ist mit Hilfe eines Bindemittels aus einem gasdurchlässigen
Kunststoff gefertigt, und zwar in Form einer dünnen und porösen Schicht, z.B. Polystyrol. Falls in die Elektrodenmasse
kein Katalysator eingebracht wird, wird dieser vorteilhafterweise durch irgendein geeignetes Verfahren auf der Oberfläche
dieser Elektrode abgelagert.
Gemäß einer Ausführungsform kann die negative Elektrode aus einem Gemisch aus Eisenpulver (oder einer Eisenverbindung,
die beim Laden des Generators zu Eisen reduziert wird) und fein verteiltem Kupfer bestehen, das in Form von
mikroskopisch kleinen Kristallen in Gestalt von Nadeln, Zacken oder Verästelungen ausgebildet ist, wie in den deutschen
Patenten 869 981, 976 906 und 976 563 der Anmelderin beschrieben
ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die negative Elektrode auf der Basis von komprimiertem Kadmiumpulver gefertigt,
das gegebenenfalls mit Nickelpulver angereichert ist.
Sie kann weiterhin durch Imprägnierung eines geeigneten, beispielsweise aus Nickel bestehenden gesinterten Trägers
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mit Kadmiumhydroxid hergestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform besteht die positive Ladeelektrode aus einem Metallgitter oder einem vernickelten,
durchlöcherten Stahlband.
Weiterhin hat die Erfindung einen wiederaufladbaren, elektrochemischen Generator zum Gegenstand, der eine Vielzahl
praktisch unlöslicher negativer Metallelektroden positiver,
wasserabstoßender, mit Luft arbeitender Elektroden, die teilweise über den Elektrolyten hinausragen, sowie positiver
Ladeelektroden umfaßt. In einem derartigen Generator ist jeweils eine negative Metallelektrode zwischen eine
positive, mit Luft arbeitende Elektrode und eine positive Ladeelektrode eingebracht.
Gemäß einer Ausführungsform sind eine oder mehrere Lagen
Separatoren, vorzugsweise aus Filz, der beispielsweise aus Polyamid-Fasern besteht und eine Stärke von 15 bis 30
10 mm hat, zwischen die Elektroden eingesetzt und ermöglichen es, die Elektroden einander anzunähern, was für den elektrochemischen
Betrieb der Zelle vorteilhaft ist.
Der Elektrolyt kann frei sein oder in einem porösen Träger, beispielsweise in den Separatoren und den porösen
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der
Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen wiederaufladbaren, mit luft arbeitenden Generators
» mit einer negativen Elektrode,' einer positiven, mit
Luft arbeitenden Elektrode und einer positiven Ladeelektrode,
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen
wiederaufladbaren, mit Luft arbeitenden Generators
mit jeweils drei Elektroden von jeder Gattung, die parallelgeschaltet sind,
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Intensitäts-Spannuqgs
Fig. 4 eine scheaatische Ansicht einer weiteren Ausführungs form eines erfindungsgemäßen wiederaufladbaren, mit
Luft arbeitenden Generators, in dem für den Entlade-Arbeitsgang die Elektroden in Serie geschaltet
sind,
—7—
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BAD ORIGINAL
Fig. 5 eine schematische Ansicht des Generators gemäß
Fig. 4, wobei die Anschlüsse zwischen den Elektroden für den Lade-Arbeitsgang verändert sind,
Generators gemäß den Fig. 4 und 5 mit beweglichen Anschlüssen, mit deren Hilfe vom Erzeugerbetrieb
auf Ladebetrieb und umgekehrt geschaltet werden h . . -. kann, und
Fig. 7 eine abgewandelte Ausführungsform der Anschlüsse
laß Fig. 6.
Der Generator gemäß Fig. 1 umfaßt einen Behälter 1, der beispielsweise aus Kunststoff besteht. Ein Deckel 2 sitzt
abdichtend auf dem Behälter 1 auf. Der Generator umfaßt weiterhin eine praktisch sich nicht auflösende negative Elektrode
3, eine positive, mit Luft arbeitende Elektrode 4 und eine positive Ladeelektrode 5. Diese Elektroden sind mit Klemmen
6, 7 bzw. 8 verbunden. Sie sind in einem Elektrolyt 9 untergetaucht, mit Ausnahme der mit Luft arbeitenden Elektrode 4,
die teilweise über den Elektrolyt hinausragt.
Zum Entladen wird ein Verbraucher zwischen die Klemmen 6 und 7 und zum Laden eine Stromquelle zwischen die Klemmen
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BAD ORlGiNAL
und b geschaltet.
Der Deckel 2 kann ein Ventil 10 aufweisen, falls eine Speisung mit Sauerstoff vorgesehen ist, sowie ein Rohr 11,
durch das Luft oder Sauerstoff zum Speisen der mit Luft arbeitenden Elektrode 4 einfließen kann. Bei einer Speisung mit
Luft braucht kein'Ventil vorhanden zu sein, sondern es reicht
eine einfache öffnung zum gleichmäßigen Durchtritt der Gase
aus .^
Die Luftzufuhr kann durch eine elektrische Mikropumpe gewährleistet sein, die unmittelbar von dem vom Generator gelieferten Strom gespeist wird.
In Fig. 2 ist eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Generators dargestellt, der von jeder Gattung jeweils
drei parallelgeschaltete Elektroden umfaßt. Die Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Fig. 1. Die negativen Elektroden 3
sind mit der negativen Klemme 6 verbunden, die positiven, mit Luft arbeitenden Elektroden 4 mit der positiven Entladeklemme
7 und die positiven Ladeelektroden 5 mit einer positiven Ladeklemme 8.
In Fig. 3 ist eine Strom-Spannungs-Kurve für einen Generator gemäß der Erfindung von der in Fig. 2 dargestellten
Gattung wiedergegeben.
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_ Q —
Die Werte wurden mit einem Generator mit drei, mit Luft arbeitenden Elektroden erzielt, die aus einem Metallgitter bestanden, das mit versilberter Kohle überdeckt ist
und folgende Auslegungen hat: Breite 90 mm, Höhe 35 mm, Dicke 1 mm. Ungefähr 25 mm dieser Elektroden waren in den Elektrolyt
eingetaucht, der aus 5N-Kaliumhydroxid bestand. Die drei negativen Elektroden mit gesintertem Träger waren auf der
Basis von Kadmium gefertigt und hatten folgende Auslegungen: Breite 90 mm, Höhe 30 mm, Dicke 0,8 mm.
Auf der graphischen Darstellung gemäß Pig. 3 ist die Klemmenspannung V in Volt als Ordinate und die Stromstärke I
in Ampe*re als Abszisse aufgetragen.
Der Luftdruck im Innern des Generators betrug 5 cm Wassersäule.
Dieser reversible elektrochemische Kadmiumgenerator kann während einer Dauer, die der in der negativen Elektrode
gespeicherten Kapazität entspricht, einen Strom von 0,5 A bei einer Spannung von 0,8 V oder einen Strom von 1 A bei einer
Spannung von ca. 0,70 V liefern; der Generator kann durch Anlegen eines Stroms in umgekehrter Richtung in derjenigen
Zeit wiederaufgeladen werden, die zur völligen Reduzierung
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der negativen aktiven Masse notwendig ist, beispielsweise in zehn Stunden.
In Fig. 4 ist schematisch eine weitere Ausführungsforiü eines erfindungsgemäßen wiederaufladbaren, mit Luft arbeitenden Generators dargestellt, in dem für die Entladung
die Elektroden in Serie geschaltet sind.
wände 12, die beispielsweise aus Kunststoff bestehen, unter-
r-ne
teilt und bildet dadurch einzelelemente oder Zellen, in die
jeweils durch ein Eingangsrohr 11 Ga3 einfließt bzw. aus denen durch ein Abflußrohr 11* Gas abfließt. Jede Trennwand
trägt auf einer Seite eine positive, mit Luft arbeitende Elektrode 4 und auf der anderen Seite eine positive Ladeelektrode
und bildet auf diese V/eise eine Art zusammengesetzte Elektrode, In jeder Zelle ist zwischen den positiven Elektroden 4 und 5
eine negative Elektrode 3 angeordnet. Die Elektroden sind in Serie geschaltet; dies bedeutet, daß die negative Elektrode 3 einer Zelle mit der positiven, mit Luft arbeitenden
Elektrode 4 der angrenzenden Zelle verbunden ist. Die äußere positive, mit Luft arbeitende Elektrode und die äußere negative Elektrode sind mit der positiven Klemme 7 bzw. der nega-
-11-
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BAD ORIGINAL
tiven Klemme 6 verbunden.
Die Bezugszeichen 9 und 11 haben die gleichen Bedeutungen wie in den vorstehenden Figuren.
In Fig. 5 ist der Generator gemäß Fig. 4 dargestellt, wobei die Elektroden für den Ladevorgang angeschlossen sind.
Die negativen Elektroden 3 sind mit den positiven Ladeelektroden £ in Serie geschaltet. Die äußere positive Ladeelektrode und die äußere negative.Elektrode sind mit der positiven Klemme B bzw. der Klemme 6r verbunden. Eine derartige
in Serie geschaltete Batterie hat also vier Hauptklemmen 6,7 und 6·,8».
Wirkt das Gerät mit einem Verbraucher zusammen, wird es gemäß Fig. 4 angeschlossen. Die Ladung, beispielsweise auf
einer Ladebank, findet mit den Anschlüssen gemäß Fig. 5 statt. Es kann auch ein Stab vorhanden sein, der einen Teil der
Batterie bildet und die gewünschten Anschlüsse trägt. Dieser Stab ist vorteilhafterweise starr und trägt Organe für den
elektrischen Kontakt, die mit denjenigen der Batterie zusammenwirken, ohne daß jedoch eine bleibende mechanische Verbindung vorhanden ist. Lieser Stab soll beweglich sein, damit
er nacheinander die Stellungen einnehmen kann, die dem Betrieb
109841/η3?9 -12~
und der Ladung entsprechen; er kann einen isolierenden Teil ■
aufweisen, der gegebenenfalls einen Handgriff zum Verstellen bildet und die elektrischen Anschlüsse, wie Kabel, Druckschaltung usw., enthält.
In Fig. 6 ist beispielsweise eine derartige Ausbildung mit einer aus Tier Elementen bestehenden Batterie gemäß den
Fig. 4 und 5 dargestellt, von denen nur die Klemmen wiedergegeben^sind? die verwendeten Bezugszeichen sind die gleichen.
Die vier Hauptklemmen 6,7 und 6',8f sind bleibend mit den
vier Kontakten eines Umschalters 13 verbunden, der nacheinander die beiden ersten mit dem Verbraucher Ut verbindet (durchgezogene Linie), wenn die drei Brücken des Stabs die Stellungen A, B, C einnehmen, und die beiden anderen mit dem Ladegerät Ch; im letzteren Fall (gestrichelt eingezeichneter
Stromkreis) nimmt der Stab die Stellungen A', B1, CT ein.
Dabei .gewährleistet der Stab nur die elektrischen Anschlüsse zwischen den vier Elementen, seine elektrischen Kontakte können
Stecker, beispielsweise Bananenstecker, sein.
Fig. 7 gibt eine abgewandelte Ausführungsform wieder, bei der zum Vermeiden jeder ialschen Handhabung die Verstellungen des Stabs und des Umschalters 13 mechanisch gekoppelt
-13-
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BAD ORIGINAL
sind, indem beispielsweise das Ganze in einen Block 14 aus
Isolierstoff eingebracht ist.
In allen Fällen können jedoch die dargestellten Klemmen in elektrischer Verbindung mit den entsprechenden Klemmen
der Batterie stehen; so könnte die schematisch in Fig. 7 dargestellte Vorrichtung nach Art eines kreisförmigen Schalters
ausgebildet sein und die Stecker über den Umfang derart augeordnet sein, daß durch Versetzen eines Steckers Strom zum
Verbraucher fließt und umgekehrt, wobei gegebenenfalls eine Neutralstellung vorgesehen ist·
109841/0339
Claims (4)
1. Wiederauf ladbarer elektrochemischer, Mit Luft arbeitender Generator, bei dem jedes Element eine negative
Elektrode auf der Basis von elektrochemisch aktivem Metall, eine erste positive, den Sauerstoff ionisierende und als
Entladeelektrode dienende Elektrode und eine zweite positive, zum Wiederaufladen der negativen, aktiven Hasse dienende
Elektrode umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Elektrode (3) zumindest von der positiven Entladeelektrode
(4) durch einen Abstand von weniger als/oder gleich 0,5 mm getrennt ist.
2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die negative Elektrode (5) ein Gemisch aus Eisenpulver (oder einer beim Laden des Generators zu Eisen reduzierten
Eisenverbindung) und fein verteiltem Kupfer umfaßt, das aus mikroskopisch kleinen Kristallen in Form von ladeln,
Zacken oder Verästelungen gesteht.
3. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die negative Elektrode (3) aus einem Material auf Kadmiumbasis gefertigt ist.
-j6 UnleriüyüU ,«n. / 3 I Abs. 2 Nr. I
. 4. Q.ts-j
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4. Generator nach Anspruch 3f dadurch gekennzeichnet,
daß die negative Elektrode (35 aus einem Material auf der Basis von komprimiertem Kadmiumpulver gefertigt ist, dem
gegebenenfalls Nickel- oder Eisenpulver zugesetzt ist.
5. Generator nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet,
daß die negative Elektrode (3) aus einem geeigneten gesinterten, vorzugsweise aus Nickel bestehenden Träger besteht,der
mit Kadmiumhydroxid imprägniert ist.
6. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Elektrode (3) auf der Basis von Eisen oder
einer elektrolytisch reduzierbaren Verbindung gefertigt ist.
7. Generator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die aktive Masse in eine aus einem durchlöcherten Stahlblech gebildete Tasche eingebracht ist.
8. Generator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (3) auf der Basis von aktivem Eisen durch
Sintern erhalten ist.
9. Generator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Elektrode (3)
eine Dicke von weniger als 1 mm hat.
-16-
1 0 9 ?,L 1 / M ^ 9
BAD ORIGINAL
-16- ' '
10. Generator nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die positive Entladeelektrode (4) ein Metallgitter umfaßt, das mit versilberter Kohle überzogen ist und wasserabstoßend gemacht ist.
11· Generator nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die positive Entladeelektrode (4) ein Agglomerat aus leitenden Kohle- oder Metallteilchen,
wie Nickel, Silber usw. oder aus einem Kohle-Metall-Gemisch, gegebenenfalls mit Teilchen eines Katalysators, umfaßt, und
daß das Agglomerat mittels eines Kunststoff-Bindemittels hergestellt ist, das in einer dünnen Schicht gasdurchlässig
und porös ist, wie z.B. Polystyrol.
12. Generator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Ladeelektrode (5)
aus einem Metallgitter oder einem durchlöcherten vernickelten Stahlband besteht.
13. Generator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Element die negative
Elektrode (3) zwischen den beiden positiven Elektroden (4, 5) angeordnet ist.
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1 0 9 H Λ 1 / η 3 3 9
BADORiGINAL.
14. Generator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Lagen Separatoren, die vorzugsweise eine Filzstruktur haben, beispielsweise aus Polyamidfasern bestehen und eine Dicke von 15 bis
30 10 mm aufweisen, zwischen die Elektroden (3*4,5) eingesetzt
15. Generator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Elemente in'einen Kunststoffbehälter (1) eingebracht sind, der abdichtend mittels eines Dekkels (2) verschließbar ist.
16. Generator nach Anspruch Vj1 dadurch gekennzeichnet,
daß der Deckel (2) jeweils drei Klemmen hat, nämlich eine im Innern mit der Entludeelektrode verbundene positive Klemme,
eine im Innern mit der negativen Elektrode verbundene negative Klemme und eine dritte im Innern mit der positiven Ladeelektrode verbundene Klemme.
Yl. Generator nach Anspruch.15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (2) ein Ventil (10) für den Austritt
der beim Laden entstandenen Gase sowie eine Öffnung zum Speisen
beim Entladen ■■'·■ ■ des Generators mit Luft'umfaßt.
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BAO ORIGINAL
BAO ORIGINAL
18. Generator nach einem der Torstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung mit Luft durch eine elektrische Mikropumpe gewährleistet ist, die unmittelbar
durch den vom Generator selbst gelieferten Strom gespeist ist.
19. Generator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter durch parallele Kunststofftrennwände unterteilt
ist, die jeweils auf der einen Seite eine positive Ladeelektrode (5) und auf der anderen Seite eine positive Entladeelektrode (4) tragen, so daß in einem Behälter eine positive Ladeelektrode gegenüber einer positiven Entladeelektrode angeordnet ist, und daß sich in jeder Unterteilung zwischen der
positiven Ladeelektrode und der positiven Entladeelektrode
eine negative Elektrode befindet.
1 0 9 8 U 1 / - ? ^ 9
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WO2016149702A1 (en) * | 2015-03-19 | 2016-09-22 | Fluidic, Inc. | Electrochemical cell comprising an electrodeposited fuel |
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SE341434B (de) | 1971-12-27 |
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