DE1938044A1

DE1938044A1 - Bauteil fuer ein Brennstoffelement und eine mittels dieser Bauteile hergestellte Batterie

Info

Publication number: DE1938044A1
Application number: DE19691938044
Authority: DE
Inventors: Dieter Kuehl; Hubert Poppa
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-07-26
Filing date: 1969-07-26
Publication date: 1971-01-28
Also published as: DE1938044B2; JPS5031934B1; FR2053181B1; US3775184A; DE1938044C3; CA945205A; GB1318974A; FR2053181A1

Description

Bauteil für ein Brennstoffelement und eine mittels dieser Bauteile hergestellte Batterie

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil für Brennstoffelemente, mit dessen Hilfe der Aufbau von Batterien wesentlich erleichtert und verbessert wird.

Aus der DAS 1 238 083 ist es bereits bekannt, zu einer Brennstoffzellenbatterie stapelbare Elektroden aus Preß- oder Sinterkörpern mit einer Randeinfassung aus einem thermoplastischem Kunststoff zu versehen, die die Elektroden umgibt, die Randporen der Elektrodenkante erfüllt, mindestens einseitig über die Elektrodenfläche hinausreicht und Dichtungsflächen aufweist. Dadurch entfallen zwar die ansonsten benötigten besonderen Dichtungselemente für die Elektroden, jedoch erfordert die Abdichtung der Elektrolyt- und Gasräume sowie das Anbringen der Zu- und Ableitungen für den Elektrolyten und die Reaktanten noch einen erheblichen technischen und zeitlichen Aufwand.

Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Bauteil für Brennstoffelemente zu finden, das mit dem Stützgerüst bzw. Stützgerüst und Elektrode in abwechselnder Aufeinanderfolge so angeordnet werden kann, daß es mittels Vergußmasse zu einer Batterie vergossen werden kann, ohne daß die Vergußmasse in die Gas- oder Elektrolyträume oder in die Elektroden eindringen kann.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß das Bauteil aus einem elektrisch leitenden Trennblech besteht, auf dem mindestens an einer Seite ein oder mehrere metallische Abstandsnetze, eine Elektrode und ein Diaphragma, dessen Rand mit dem Trennblech fe* verbunden und in einen Kunststoffrahmen eingegossen ist, angeordnet sind, wobei der Kunststoffrahmen einseitig über die Trennblechfläche hinausragt und mit Kunststoffolie

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abgeschlossene Kanäle zur Zu- und Abführung des Elektrolyten enthält und Trennblech, Abstandsnetze und Diaphragma mit diametral angeordneten Fahnen versehen sind.

Anhand der nachstehenden Figuren wird nun der Gegenstand der Erfindung noch näher erläutert»

Fig. 1a zeigt einen Seitenriß eines Bauteiles das in besonderer Weise zum Aufbau solcher Brennstoffzellenbatterien geeignet ist, die mit im Elektrolyten gelösten Brennstoff, z.B. Hydrazin in KOH, betrieben werden. Mit 1 ist ein quadratisches Trennblech aus Nickel bezeichnet, dessen Seitenlänge 106 mm und dessen Dicke 0,3 mm beträgt. Die diametral gegenüberliegenden Fahnen (4 x 23 mm) des Trennbleches sind im Seitenriß nicht zu sehen und im Grundriß 1b mit 2 und 3 bezeichnet. Das den Gasraum bildende Abstandsnetz 4 ist wie das Trennblech mit diametral angeordneten Fahnen (4x17 mm) versehen und hat eine Seitenlänge von 100 mm und eine Dicke von 0,3 mm. Darauf folgt die Elektrode 5, die im Ausführungsbeispiel aus ßaney-Silber besteht, dessen Teilchen mittels einer Kunststoffdispersion untereinander verbunden sind. Die Dicke der Elektrode beträgt etwa 0,9 mm und die Seitenlänge 100 mm. 6 stellt ein Asbestpapierdiaphragma dar, das längs des Randes mit dem Trennblech 1 verklebt und ebenfalls mit 2 diametral angeordneten Fahnen versehen ist. Das Diaphragma ist etwa 0,35 mm dick und hat eine Seitenlänge von 106 mm. Der das Nickelblech und das Diaphragma aufnehmende Gießrahmen ist mit 7 bezeichnet und die die El^ß^rolytkanäle 8 abdeckenden Folien mit 9.

Die Verklebung des Diaphragmas 6 mit dem Nickelblech 1 erfolgt am besten unter Druck und mit dem gleichen Gießharz, das anschließend zum Umgießen der Einzelteile verwendet wird, beispielsweise mit einem Epoxidharz. Nach Aushärtung der Klebung wird das Bauelement in eine Gießform gelegt und mit Epoxidharz derart

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umgössen, daß sich in dem. Rahmen zwei nach oben offene Elektrolytkanäle 8 ausbilden, die nach der Aushärtung des Gießharzes mit je einer Epoxidharzfolie 9 abgedeckt und verklebt werden,

Fig. 1c zeigt das Bauteil nach der Erfindung in der Aufsicht, und zwar stellt 7 wieder den Grasrahmen dar, 8 je einen Elektrolytkanal, 10 die Eintritteöffnung und 11 die Ableitung für den Elektrolyten. Das von dem Epoxidharz umgossene Nickelblech ii- . dabei wie in -Fig. 1 a mit 1 bezeichnet.

Beim Aufbau einer Batterie legt man nun auf die andere Seite des Nickelbleches 1 im Bauteil nach Fig. la das aus ein oder mehreren Netzen bestehende und den Elektrolytraum bildende Stützgerüst 12 sowie die mit Raney-Nickel beschichtete und die Anode bildende Netzelektrode 13 auf und erhält durch Aneinanderreihung dieser Bauteile eine Vielzahl von Brennstoffelementen, die nach außen derart abgeschlossen sind, daß. beim anschließenden Vergießen Gießharz in.die Brennstoffelemente nicht eindringen kann. An den beiden Enden der so gestapelten Brennstoffelemente befindet sich jeweils nur ein halbes Brennstoffelement, so daß die Endplatten gemäß den Figuren 1d und te entweder nur die Kathode und eine Gaskammer oder nur die Anode und eine Elektrolytkammer aufnehmen.

Fig. 1d zeigt eine die Kathode 14, das Abstandsnetz 15, das Diaphragma 16, das Nickelhlech 17 und die Endplatte 18 enthaltendes Bauteil, in dem das Diaphragma 16 direkt mit der Endplatte 18 verklebt iat. Der Kunststoffrahmen ist hierbei mit 19 bezeichnet.

Ein die Elektrolytseite eines Brennstoffelementes enthaltendes Bauteil zeigt Fig. 1e, in der die Endplatte mit 20, das Trennblech mit 21, das Stützgerüst mit 22 und die mit Raney-Nickel

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"beschichtete Elektrode mit 23 bezeichnet sind. In dem Gießrahmen 24 befinden sich die Elektrolytkanäle 25» die mit den Epoxidharzfolien 26 verklebt sind und entweder zur Zu- und Abführung des Elektrolyten benutzt werden.

Nach Stapelung der Bauteil mit Hilfe einer Pö"sitioniervorrichtung in einer Gießform und Zusammenpressung der Bauteile wird die Batterie mit einer Epoxidharzmasse zu einem Block vergossen, ausgehärtet, entformt und in der Wärme zwei Stunden bei etwa 70 ⁰C nachgehärtet. Anschließend werden die hintereinanderliegenden Fahnen der Nickelbleche, Abstandsnetze und Diaphragmen für die Gaszuführung bzw. Elektrolytzuführung angebohrt. Nach Ansatz der Rohranschlüsse und Einfüllung der Reaktanten bzw. des Elektrolytes kann die Batterie in Betrieb genommen werden.

Nach der in den Figuren 2a, 2b und 2c gezeigten Ausführungsform der Erfindung kann das in dem Gießrahmen des Bauteiles befindliche Trennblech auch beidseitig mit je einem Abstandsnetz, einer Elektrode und Diaphragma versehen seh, so daß ein komplettes Bauteil zwei Gasräume und zwei Elektroden enthält. Das Nickelblech ist in der Fig. 2a mit 30, das Abstandsnetz mit 31 bzw. 32, die Anode mit 33, die Kathode mit 34 und das mit dem Trennblech verklebte Diaphragma mit 35 bzw. 36 bezeichnet. 37 stellt den Gießrahmen mit den Elektrolytkanälen 38 und den darauf aufgeklebten Gießharzfolien 39 dar. Der Elektrolytraum wird nach Aushärtung des Gießrahmens und Verklebung der Elektrolytkanäle in einfacher Weise durch Einlegen eines Stützgerüstes 40 in den vorspringenden Teil des Rahmens gebildet.

Die Figuren 2b und 2c zeigen die zur Ergänzung der endständigen halben Brennstoffelemente im Stapel erforderlichen Bauteile mit der Gaaseite bzw. Elektrolytseite eines Brennstoffelementes.

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In dem Bauteil nach Pig. 2b "befindet sich auf der Epoxidplatte 41 (Endplatte) das Abstandenetz 42, die Elektrode 43 und das mit der Endplatte 41 verklebte Diaphragma 44* das am Hand mit dem Rahmen 45 umgössen ist.

Die endständige Elektrolytseite der Brennstoffzellenbatterie zeigt Fig. 2c. Mit der Epoxidplatte 46 ist das Diaphragma 47 verklebt, das die Elektrode 48 und den von dem Abstandsnetz 49 gebildeten Gasraum umschließt. 50stellt den Gießrahmen mit den Elektrolytkanälen 51 und den Abdeckfolien 52 dar. Der Elektrodenraum wird wiederum von dem vorspringenden Teil des Kunststoffrahmens 50 gebildet, in dem ein Stützgerüst 53 lose eingelegt ist. Das Vergießen der aufgestapelten Brennstoffelemente und die Herstellung der Gas- und Elektrolytkanäle geschieht wie im vorhergehenden Beispiel durch Umgießen mit Epoxidharz und Anbohren der Fahnen an den Diaphragmen, Abstandsnetzen und Trennblechen.

Die aus den Bauteilen nach den Figuren 2a, 2b und 2c gefertigte Brennstoffzellenbatterie ist besonders für mit gasförmigen Reaktanten, z.B. Wasserstoff und Sauerstoff, betriebene Brennstoff elemente vorgesehen. _Vi

Fig. 3 zeigt eine aus den'Bauteilen ,nach den Fig. 1a, 1d und 1e aufgebaute BrennstoffZellenbatterie* Mit 55 und 56 sind darin die Stromabnehmer, mit 57 die Endplatten und mit 58 die Nickelbleche bezeichnet. 59 »teilt jeweils ein Stützgerüst im Elektrolytraum dar und 60 eine, mit Raney-Nickel aktivierte Hetzelektrode . Zwischen der Saueretoffelektrode 62 und der Netzelektrode 60 befindet eich jeweils das Diaphragma 61 und hinter der Saueretoffelektrode das Gasraumnetz 63 mit dem Kontaktblech 64. Der Elektrolyt wird über die Kanäle 65, die mit Epoxidharzplatten

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66 verklebt sind, eingeleitet. In dieser Batterie erfolgt die Zuführung des Brennstoffes, z.B. Hydrazin, über den Elektrolyten.

2 Patentansprüche

3 Figuren

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Claims

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Bauteil für ein Brennstoffelement, das nur mit gasförmigen Reaktanten oder mit einem im Elektrolyt gelösten Brennstoff betrieben wird, dadurch, gekennzeichnet, daß das Bauteil aus einem elektrisch leitenden Trennblech (1) besteht, auf dem mindestens an einer Seite ein oder mehrere metallische Abstandsnetze (4), eine Elektrode (5) und ein Diaphragma ("6^Λ , dessen Rand mit dem Trennblech fest verbunden und in einem Kunststoffrahmen (7) eingegossen ist, angeordnet sind, wobei der Kunststoffrahmen einseitig über die Trennblechfläche hinausragt und mit Kunststoffolie (9) abgeschlossene Kanäle (8) zur Zu- und Abführung des Elektrolyten enthält und Trennblech, Abstandsnetz und Diaphragma mit diametral angeordneten Fahnen (2,3) versehen sind.
2. Aus Bauteilen nach Patentanspruch 1 zusammengesetzte Batterie, dadurch gekennzeich.net, daß sie aus zwei Endplatten (18,20) mit Halbzellen und Elektroden entgegengesetzter Polarität (14,23) besteht, zwischen denen die aufeinander gestapelten Bauteile mit den darin eingelegten Stützgerüsten bzw. Stützgerüsten und Elektroden angeordnet sind, und daß die Endplatten mit den dazwischenliegenden Halbzellen und Bauteilen mittels Gießharz zu einem Batterieblock vergossen sind, der mit Bohrungen für die Zu- und Abführung des Elektrolyten und der Reaktanten sowie Bohrungen zur Stromabnahme versehen ist.

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