DE2108847A1 - Verfahren zum Aufbewahren von mindestens einer Metall/Sauerstoffzelle vor einem Gebrauch und Metall/Sauerstoffzelle - Google Patents

Verfahren zum Aufbewahren von mindestens einer Metall/Sauerstoffzelle vor einem Gebrauch und Metall/Sauerstoffzelle

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DE2108847A1 DE19712108847 DE2108847A DE2108847A1 DE 2108847 A1 DE2108847 A1 DE 2108847A1 DE 19712108847 DE19712108847 DE 19712108847 DE 2108847 A DE2108847 A DE 2108847A DE 2108847 A1 DE2108847 A1 DE 2108847A1
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Description

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B/p 7074
Energy Conversion Limited, Britannic House, Moor Lane, London, E.C.2., England
Verfahren zum Aufbewahren von mindestens einer Metall/Sauerstoff zelle vor einem Gebrauch und Metall/Sauerstoffzelle.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbewahren von mindestens einer Metall/Sauerstoffzelle bzw. Zellen, insbesondere auf das Lagern solcher Zellen oder Batterien aus Zellen vor einer Benutzung.
Bei den meisten Metall/Sauerstoffzellen, d.h. Zink/Luftzellen wird während der Aufbewahrung vor einer Benutzung durch Angriff der Zinkanode mit dem Elektrolyten, 4.1». Kaliumhydroxydwasser-•toff entwickelt. Sollte die Zelle nicht geschützt sein, so neigt das Wasser in der Elektrolytlösung zu einer Verdampfung und verringert die Lebensdauer der Zeil«. Weiterhin ist es ratsam, das Eindringen von Kohlensäure in die Zelle zu vermeiden,
109840/1089
Ε/ρ 7074 ~2~ 22.Febr. 71
da diese· eine Sättigung mn Kohlensaure vereursacht und weiterhin die Leistung der Seile verringert. Se hat sich jetzt herausgestellt, da· Sauerstoff, wenn er in die Zelle durch die Luftelektrode (Kathode) eintreten kann, in den llektrolyt gelöst wird und dazu neigt, die Zinkanode zu oxydieren, die Korrosion der Anode zu erhöhen und somit weiterhin die brauchbare Leistung der Zelle zu verringern.
Gemät der vorliegenden Erfindung wird bei einem Aufbewahrungsverfahren von einer oder mehreren Metall/Sauerstoffzellen vor einem Gebrauch die Zelle oder die Zellen in einen im wesentlichen gasdichten Behalter gestellt, welcher den Durchtritt von Wasserstoff durch mindestens einen Teil des Behälters in mindesten« einem betimnten Betrag derart zulässt, daß der Behälter während der beabsichtigten Lagerzeit nicht beschädigt wird, wobei der Behälter weiterhin so ausgeführt ist, daß Sauerstoff und Wasser an einem Durchtritt im wesentlichen verhindert werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist für eine Metali/ Sauerstoffzelle oder - Batterie aus Zellen ein im wesentlichen gasdichter Behälter, Beutel, Umhüllung oder Ummantelung vorgesehen, welche wahlweise den Durchtritt eines bestimmten Betrages an Sauerstoff zuläßt.
Weiterhin enthält eine Metall/Sauerstoffzelle nach der Erfindung eine äußere Umhüllung, welche den Durchtritt von Wasserstoff in einem Ausmaß zuläßt, daß die Umhüllung durch die normale Entwicklung von Wasserstoff durch die Zelle nicht beschädigt wird, aber den Durchtritt von Sauerstoff, Kohlensäure oder Wasser in einem wesentlichen Ausmaß verhindert.
Auf der Zeichnung.ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.
Figur 1 zeigt schematisch in Ansicht einen starren Behälter mit einem Fenster.
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Ε/ρ 7074 · Γ , ~3~ 22. Febr. 1971 B/We
Fig. 2 zeigt schematise!! in Ansicht einen Behälter mit einem Austrittsventil.
Figur 3 zeigt schmatisch einen Beutel als Umhüllung für die Metall/ Sauerstoffzelle oder Zellen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist eine Metall/Sauerstoffzelle oder mehrerer solcher Zellen in einem gasdichten Behälter 2 vorgesehen, welcher mit einem Palladiumfenster 3 versehen ist, welches den Durchtritt von Wasserstoff aus dem Innenraum des Behälters zuläßt.
Bei einer weiteren Ausführungsform nach Fig. 2 ist die Metall/ Sauerstoffzelle oder Zellen in einem gasdichten Behälter 2 vorgesehen, welcher mit einem Rückschlagventil 4 versehen ist, welches wahlweise den Durchtritt von Wasserstoff aus dem Innenraum des Behälters zuläßt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Zelle oder sind die Zellen in einem Beutel 1 enthalten, oder sie sind mit einem Material umhüllt, welche den Durchtritt von genügend Wasserstoff zulassen, aber die Beschädigung der Umhüllung oder des Beutels verhindern, und Schutz gegen eine Wasserverdampfung und dem Zutritt von Sauerstoff oder Kohlensäure in die Zelle geben. Solch ein Material kann aus einer zusammengesetzten Folie, insbesondere Kunststoffolie oder zwei besonderen Schichten 5, 6 aus Polyethylenterephthalat und Polyäthylen bestehen. Bei solch einer Anordnung ermöglicht das Polyäthylenterephtalat den Durchtritt von Wasserstoff ohne einen wesentlichen Durchtritt von Sauerstoff, ver-
Ver-
hindert aber nicht eine dampfung des Wassers. Polyäthylen andererseits ermöglicht den Durchtritt von Wasserstoff, verhindert aber im wesentlichen eine Wasserverdampfung, verhindert aber nicht ausreichend den Durchtritt an Sauerstoff, wenn sie. nicht eine/eine normale Verwendung nicht praktische Dicke aufweist.
Die verwendeten Dicken und Materialien hängen von dem Grad des
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gewünschten Schutzes ab, und die folgende Beschreibung gibt Einzelheiten eines praktischen Beispiels für eine C-Zelle.
Gewicht von Zink 15g
für eine Diffusion zur Ver-
2 fügung stehende Außenfläche 30 cm
Angenommener Leistungsverlust 10% pro Jahr.
Es wird als durchführbar angesehen, die Geschwindigkeit an Wasserstoffentwicklung auf einen Gegenwert von 5% Zinkverlust pro Jahr zu reduzieren. Deshalb wird der erlaubte Verlust an Zink durch Sauerstoff Oxydation mit 5% pro Jahr angenommen, aber 10% Jahr gleichwertig für eine Wasserstoff verdampfung wird angenommen, daß sie einen Sicherheitsfaktor ergibt.
Es wird angenommen, daß die Atmosphäre außerhalb der Zellenumhüllung Umgebungsluft ist.
(das ist P02 - 0.21 at. und P ■ 0.79)
Wasserstoff
10% von dem Zink pro Jahr · 0.046 Äquivalent
. pro Jahr
1 Äquivalent hals H0 *= __, mol
2 2
somit erlaubte H2 Entwicklungsgeschwindigkeit * O.023 χ 22.4 x
lO cc pro Jahr
* 515 cc pro Jahr
Ee soll angenommen werden, daß der Sauerstoffpartialdruck innerhalb der Zelle Mull ist. Innerhalb der Zelle ist Stickstoff im
Gleichgewicht mit der Luft außerhalb» da· ist P„ * 0.79 at. vor-
«2 handen. Wenn somit der Gesamtdruck innerhalb der Zelle auf eine
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Ε/ρ 7074 -S- 22.Febr. 71
at. begrenzt ist, beträgt der Wasserstoffpartialdruck 0.21 at. und das ist die maximale Antriebskraft, welche für eine Diffusion zur Verfügung steht.
Deshalb besteht für den Wasserstoff das Erfordernis, daß die Diffusionsgeschwindigkeit > 515 cc. pro Jahr für 30 cm Fläc und 021 at. Partialdruckdifferenz sein soll.
das ist ^ 515 χ -^ χ -^- x λ cc' aas xst >axa χ 30 χ 365 Q21
—2 —1 —1 das ist J> 2240 ecm Tag at.
(Zu bemerken ist, daß dieses annimmt, daß die Geschwindigkeit für das Jahr konstant ist)
Sauerstoff
5% von dem Zink pro Jahr ist 0.023 Äquivalent pro Jahr. 1 Äquivalent von Sauerstoff - i mol
4
somit muß die Sauerstoffdiffusionsgeschwindigkeit sein χ 22.4 χ lo3 cc.pro Jahr.
< 128 cc. pro Jahr
für 30 cm2 Fläche und 0.21 at. Fartialdruckdifferenz
d.h. < 128 χ IQ4 χ I^ χ 1 cc. m Tag " at." 30 365 0.21
-2-1-1
. d.h. < 560 cc. m Tag at.
Wasssx (als Wasserdampf)
Der zulässige Wasserverlust wird angenommen als 2.5g/Jahr
das ist 2.5 χ lfil g.ra""2 Tag "Χ
30 365
109840/1089
Β/ρ 7074 -6- 22 .Febr. 71 B/We
Das Erfordernis ist deshalb
—2 —1
< 2.3 g.m Tag (kleiner 16% - 2.O siehe unten)
Chemischer Hasserverlust
Von der Reaktion Zn + H2O = H2 + ZnO
Chemischer Wasserverlust ist gleichwertig 515 ccs. von H2 pro
= 18 χ 515 3 = O.41g. pro Jahr 22.4 χ 10
das ist ungefähr 16% von dem Zulässigen.
Kohlensäure
Elektrolyt ist 8N KOH,das ist 8 Äquivalente/Liter.
Volumen in Batterie ist 7 ccs., das ist 5.6 χ IO Äquivalent.
Angenommen 1% pro Jahr Umwandlung zu Karbonat ist zulässig.
d.h. 5.6 χ 10 Äquivalente umwandelbar pro Jahr·
2 KOH + CO2 - K2CO3 + H2O
—4
das ist 2,8 χ 10 NoI von CO2 P?o Jahr.
—4 3
2,8 x 10 χ 22.4 χ 10 ccs. pro Jahr.
-4 Angenommen ^ PCQ = 4x 10 at«
Zulässige Diffusionsgeschwindigkeit
β 2.8 χ 1O~4 x 22.4 χ ΙΟ3 χ IQ4 365 χ 3O χ 4 χ
-2 -1 ^ -1 ccs. m Tag at·
4 —2 "*1 Das Erfordernis ist <" 1.43 χ lo ccs. m Tag at
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Ε/ρ 7074 -7- 22. Febr. 71 B/We
Mögliche Materialien
Die folgenden Zahlen in Tabelle 1 waren für verschiedene Kunststoff ilrae bestimmt.
Alle Verhältnisse sind für 0.0025 cm dicke Filme. Die Zahlen für H2* O- und C0~ sind in ccs.
m Tag at.
-2 -1 Die Zahlen für H-O sind in g. m Tag .
2240 Tabelle 1 1.550 Saran
560 Polyäthylen-
Polyäthylen Terephthalat 		90 35
Gefordert 14.3OO 30.000 250 14
H2 > 2.0 8.5OO 75
O2 < 3O96RH 45.OOO
co2<
H2O < 90-9556 1.8 30
RH (25°C) (4O°C) 11
lO (40°C)
(4O°C)
Die Wasserverhältnisse beziehen sich auf den Zustand, relative Feuchtigkeit (R.H.) wie angegeben auf einer Seite bei vollkommen trockener Luft auf der anderen.
Bei 20°C sind 30%R.H. gleichwertig 5 mm Hg Wasserdampf druck. Dies würde im Gleichgewicht mit 42,6 KOH bei 20°C sein.
109840/108 9
Ε/ρ 7075
22.Febr.71 B/We
Für diese Verhältnisse (das ist 5 nun HG Teildruckdifferenz)
-2 -1 -2 -1-1
1 g.m Tag = 18.800 cc. m Tag at.
In der Tabelle 2 unten sind die oben angegebenen Zahlen in Ausdrücken der Dicke in Tausendstel eines inches umgeformt, dieses würde durch die erforderliche Geschwindigkeit bzw. das erforderliche Verhältnis an Wasserstoff zusanunerirait den Strömungsgeschwindigkeiten für die Dicken von O0, CO und H_0 möglich. ^Einheiten wie vorher).
efordert Polyäthylen
Dicken 13.4 H2 y 2240 2240 O2 <ς 560 634
r14.300 3.360
Tabelle
Polyäthylen-Terephthalat
0.69 2240 130
362
Schicht Polyäthylen ξ Saran Polyäthylen Terephthalat 0.5 Tausendstel
0.016
2240
875
4.700
3100 18Ο
500
2.0
30% HH 0.13 90-95% 0.75 RH
43.5
690
0.36 2.O
Daraus ist zu ersehen, daß 13.4 Tausendstel Polyäthylen allen Erfordernissen mit Ausnahme für 0 ( es kommt aber sehr nahe) gerecht zu werden scheinen, daß 0.69 Tausendstel Polyäthylen-Terephthalat mit Ausnahme für Wasser in Ordnung ist, daß Saran an O2 und Wasser versagt und unpraktisch dünn sein müßte, um den Wasserstoff aufzunehmen. Die letzte Spalte ergibt die
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Ε/ρ 7075 -9- 22.Febr. 71
berechneten Zahlen für eine Schichtung von 5 Tausendstel Polyäthylen und *· Tausendstel Polyäthylen'-Terephthalat, was anzeigt, daß dieses den Erfordernissen entsprechen würde.
Obgleich diese Zahlen fürain bestimmtes Beispiel von Zellengröße gegeben worden sind, ist klar ersichtlich, wie das erforderliche Umhüllungsmaterial für andere Zellengrößen oder vollständige Zellenbatterien zu bestimmen wäre.
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Claims (6)

  1. Ε/ρ 7074 Τ|φ- 22.2.71 B/We
    Patentansprüche
    Verfahren zum Aufbewahren von mindestens einer Metall/Sauerstoffzelle vor einem Gebrauch, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle in einem im wesentlichen gasdichten Behälter gestellt wird, welcher durch mindestens einen Teil in mindestens einem solchen Ausmaß den Durchtritt von Wasserstoff ermöglicht, daß er während der beabsichtigten Aufbewahrungszeit nicht beschädigt wird, er aber so ausgeführt ist, daß Sauerstoff und Wasser an einem Durchtritt gehindert werden.
  2. 2. Metall/Sauerstoff zelle zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem im allgemeinen gasdichten Behälter wie Umhüllung, Ummantelung oder Beutel versehen ist, welcher eine Durchlässigkeit für einen bestimmten Betrag an Wasserstoff aufweist.
  3. 3. Metall/Sauerstoff zelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dafl der Behälter (2) einen starren Aufbau mit einem Rückschlagventil (4) für den Durchtritt von aus dem Behälter (2) auszustoßendem Wasserstoff aufweist.
  4. 4. Metall/Sauerstoff zelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) mit einem Palladiumfenster (3) versehen ist.
  5. 5. Metall/Sauer stoff zelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (1) aus einer geschichteten BbLie (1) aus einer Schicht (5) Polyäthylen und einer Schicht (6) Polyäthylenterephthalat besteht.
    109840/1089
    Ε/ρ 7074 Λ" 22.2.71 B/We
  6. 6. Metall/Sauerstoffzelle nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,daß die Zelle aus einer C-Formatzeile besteht, die Polyäthylenschicht eine Dicke von zwischen 12,5 und 32,5cm(5-13 Tausendstel inch) und die PoIy-
    1000 lOOO
    äthylen-Terephthalatschicht eine Dicke in der Größenordnung
    von 1,25 cm (1/2 Tausendstel inch) hat. lOOO
    Leerseite
DE2108847A 1970-03-07 1971-02-25 Verfahren zum Aufbewahren mindestens einer Metall/Sauerstoffzelle vor Gebrauch Expired DE2108847C3 (de)

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