DE2262170A1

DE2262170A1 - Elektrochemische energiequelle mit zwangsumlauf und verfahren zur herstellung von in ihr verwendeten elementen

Info

Publication number: DE2262170A1
Application number: DE2262170A
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Pompon
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1971-12-20
Filing date: 1972-12-19
Publication date: 1973-06-28
Also published as: US3849202A; JPS5253933Y2; JPS5289621U; SE391838B; DE2262170C3; DE2262170B2; JPS4869036A; CA982215A; IT971354B; GB1404990A

Description

rt & Dez. 1972

COMPAGNIE GENERALE D'ELECTRICITE 54, rue La Boetie, 75008,Paris,Frankreich

ELEKTROCHEMISCHE ENERGIEQUELLE MIT ZWANGSUMIAUP UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUIiG VON IN IHR VERWENDETEN ELEMENTEN

Die Erfindung "betrifft eine elektrochemische Ener-

gieq.uelle, in der ein in einer alkalischen Lösung aufgeschwemmtes pulverförmiges Metall durch Zwangsumlauf dieser Aufschwemmung mit einem metallischen negativen Kollektor in Berührung gebracht wird, auf dem dessen elektrochemische 0x3'-dation erfolgt; bei derartigen elektrocheinisehen Energiequellen wird ein die Oxydation förderndes Gas in Berührung mit einer porösen positiven Elektrode gebracht, in der es infolge der Berührung mit der alkalischen Lösung reduziert wird. Der

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negative Kollektor taucht in die alkalische Lösung ein. Die positive Elektrode hat die Form einer aktiven Schicht, die zwischen einem Separator liegt, der von einer porösen wasseranziehenden Isolierschicht und einer wasserabweisenden Schicht gebildet wird. Der Separator taucht mit einer seiner Flächen in die alkalische Lösung ein. Er dient dazu, die Elektronenleitung zwischen dem pulverförmigen Metall und der aktiven Schicht zu verhindern, und andererseits gewährleistet er, dass die alkalische Lösung an die aktive Schicht herangelangt. Die wasserabweisende Schicht taucht mit einer ihrer Flächen in den das die Oxydation fördernde Gas enthaltenden Baum ein· Sie verhindert, dass die alkalische Lösung, welche die aktive Schicht durchtränkt, nicht teilweise in diesen Außenraum genannten Kaum eindringt, wobei der die alkalische Lösung enthaltende Raum Innenraum genannt wird.

Derartige elektrochemische Energiequellen!beispielsweise Zink-Luft-Elemente, werden insbesondere zur Erzeugung der Antriebskraft für Strassenfahrzeuge verwendet·

Um die Leistung der Energiequelle zu erhöhen, die im wesentlichen proportional der Fläche der aktiven Schicht ist, erhält diese Schicht bekanntlich die Form einer rechteckigen Platte, und der negative Kollektor wird als rechteckiges Gitter ausgebildet, das planparallel zu dieser Platte angeordnet ist und die gleiche Oberfläche hat. Auf diese Weise wird ein reaktionsfähiges Element hergestllt, dessen Dicke gering sein kann, wenn der Abstand zwischen der aktiven

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Schicht und dem negativen Kollektor gering ist. Eine elektrochemische Energiequelle wird durch Übereinanderschiehtung derartiger Elemente hergestellt. Eine solche Energiequelle ist jedoch hinsichtlich des Aufbaus und des Verhältnisses zwischen Kapazität und leistung nicht zufriedenstellend«

Außerdem ist die Umlaufgeschwindigkeit der das aufgeschwemmte Zink enthaltenden Lösung nicht überall die gleiche, und das Zink neigt dazu_? an Steilen, an denen die Geschwindigkeit gering ist, sich abzulagern»

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen.

Gegenstand der Erfindung ist eine elektrochemische Energiequelle mit Zwangsumlauf, ausgerüstet mit mehreren Reaktionselementen, die jeweils eine Wand aufweisen, die einen Innenraum von einem Außenraum trennt, mit jeweils mit den Reaktionselementen verbundenen Vorrichtungen, die dazu dienen, in dem Innenraum eine alkalische Lösung umlaufen zu lassen, die ein aufgeschwemmtes Metallpulver enthält, und mit Vorrichtungen, die dazu dienen, in dem Außenraum ein die Oxydation förderndes Gas umlaufen zu lassen, wobei die Wand von innen nach außen hin aus einem wasseranziehenden, isolierenden, unveränderlichen und für das pulverförmige Metall undurchlässigen, porösen Separator, aus einer porösen, elektronisch leitenden aktiven Schicht, in der eine Reduktions-Reaktion des die Oxydation fördernden Gases in Anwesenheit der

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alkalischen Lösung erfolgt, aus einer wasserabweisenden, porösen, unveränderlichen Schicht, aus einem unveränderlichen, stark durchlässigen, metallischen positiven Kollektor, der mit der aktiven Schicht in elektrischer Berührung steht, und aus einem in dem Innenraum angeordneten, unveränderlichen, metallischen negativen Kollektor besteht; diese elektrochemische Energiequelle ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wand in Form einer Röhre ausgebildet ist, deren Querschnitt die Form einer geschlossenen Kurve aufweist, daß der Innenraum in der Röhre und der Außenraum außerhalb der Röhre liegt und daß der negative Kollektor in Form einer Schicht ausgebildet ist, die stark durchlässig ist und an der Innenfläche des Separators anliegt·

Bei einer ersten Ausführungsart besteht der negative Kollektor und der positive Kollektor jeweils aus einem Gitter aus einem sich nicht verändernden Stoff, vorzugsweise auf Nickelbasis oder rostfreiem Stahl.

Bei einer zweiten Ausführungsart besteht der negative Kollektor aus einem feinmaschigen Gitter, das ein großmaschiges Gitter umgibt, welches einer radialen Druckbeanspruchung standhält, und mindestens an der Oberfläche aus einem Metall besteht, das mindestens 50$ Kupfer enthält, während der positive Kollektor aus einem feinmaschigen Gitter besteht, der von einer Hülse umgeben ist, die aus einem sich nicht verändernden, plastisch verformbaren Metall besteht und

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nit Löchern versehen ist, so daß zwischen den löchern be- stehenden Metallteile keine kontinuierliche Linie, parallel zur Achse der Hülse und auf deren gesamter Länge darstellen·

Der Querschnitt der Röhre ist Yorteilhafterweise rund. Das pulverförmige Metall besteht vorzugsweise aus Zink; bei der alkalischen Lösung handelt es sich um eine Kalilaugelösung, und das die Oxydation fördernde Gas enthält Sauerstoff,

Ein besonderes Merkmal der elektrochemischen Energiequelle besteht darin, daß der Elektrolyt, d.h. die das Zink enthaltende Kalilaugelösung, nicht in dem Bereich umläuft, in dem der Ionenaustausch erfolgt. Ihr Umlauf erfolgt im Innenraum des negativen Kollektors, während der Ionenaustausch im von dem mit Kalilaugelösung durchtränkten Separator und teilweise in der aktiven Schicht erfolgte Bei dieser Ausführungsart besteht zwischen dem metallischen negativen Kollektor und dem Separator kein Zwischenraum* Daher erfolgt insbesondere keine Erosion des Separators durch das aufgeschwemmte Zinkpulver,, und es ist nicht erforderlich, den negativen' Kollektor für das Zink undurchlässig zu machen, da er sowieso die Lösung hindurchlassen muß. Dieser Vorteil ergibt sich auf Grund der .Tatsache, daß der Separator elektronisch isolierend¹ ist, so daß einerseits ein Kurzschluß zwischen den Elektroden, nämlich zwischen dem negativen Kollektor und dem positiven Kollektor, und andererseits eine Entladung, d.h. eine unmittelbare Oxydation des Zinkpulvers bei der Berührung mit dem

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positiven Kollektor, vermieden värd.

Andererseits dient der Separator als Sperrschicht, d.h. bei einem Gasüberdruck im Raum außerhalb des röhrenförmigen Elemente verhindert er durch Kapillardruck, daß das die Oxydation fördernde Gas nicht in den Innenraum des röhrenförmigen Elements eindringt. Die Aufgabe des Separators ist daher wichtiger als diejenige von Abstandsstlicken in herkömmlichen Vorrichtungen, um zwischen der aktiven Schicht und dem negativen Kollektor eine bestimmte Entfernung aufrechtzuerhalten.

Das im zweiten Ausfiihrungsbeispiel verwendete Kupfer bewirkt eine stärkere Überspannung des Wasserstoffs als Nickel oder rostfreier Stahl. Je höher bekanntlich die Wasserstoffüberspannung eines Metalls ist, un so schwieriger wird eine Freisetzung von Wasserstoff durch Elektrolyse einer Lösung erzielt, in der ein solches Metall als negative Elektrode dient. Während des normalen Betriebs der erfindungsgemässen elektrochemischen Energiequelle liegt der negative Kollektor an einem negativen Potential mit einem niedrigeren Wert als das theoretische Potential, wobei Wasserstoff freigesetzt wird· Daraus ergibt sich die Möglichkeit der Zersetzung des Wassers der Lösung. Es ist von Vorteil, die Freisetzung des Wasserstoffs am negativen Kollektor aus mehreren Gründen so niedrig wie möglich zu halten.

Die Leistung der elektrochemischen Energiequelle wird erhöht, denn durch die Elektrolyse wird der Strom ver-

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braucht, der erzeugt wird. Durch die Freisetzung dee Wasserstoffs am negativen Kollektor wird die Oberfläche des Kollektors besser freigelegt, da das in der Aufschwemmung enthaltene. , Zink dazu neigt j sie völlig abzudecken. Die freigelegten Bereiche des negativen Kollektors haben den Nachteil, daß sie einerseits eine Freisetzung von Wasserstoff zulassen und andererseits von den gegen sie stoßenden Zinkkörner erodiert werden. Bei Verwendung einer negativen Kollektorfläche aus Kupfer, oder einer Legierung, die mehr als 50$ Kupfer enthält, bleibt die gesamte Fläche mit Zink abgedeckt. Dieses Zink wird zwar während des Betriebs der elektrochemischen Energiequelle verbraucht, jedoch ständig durch Zink erneuert, das aus der umlaufenden Aufschwemmung stammt und sich auf dem negativen Kollektor absetzt.

Durch Verwendung des Kupfers wird daher weniger Wasserstoff freigesetzt, die Energieleistung erhöht und die Abnutzung des negativen Kollektors verhindert.

Weitere Merkmale und Vorteile enthält die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen elektrochemischen Energiequelle an Hand der Zeichnungen·

Fig. 1 zeigt einen Längsquersehnitt eines Reaktionselements einer ersten Ausführungsart der erfindungsgeiaässen elektrochemischen Energiequelle;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt dieses Elements; Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt eines Reaktions-

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elements einer zweiten Ausführungsart der erfindungsgenäßen Energiequelle, und zv/ar im Halbschnitt den oberen Teil und im Aufriß mit mehreren freigelegten Ebenen den unteren Teil; Fig. 4 zeigt einen Querschnitt dieses Elements;

Fig. 5 zeigt schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiequelle·

In Fig. 1 und 2 ist die Wand eines röhrenförmigen Reaktionselements mit runden Querschnitt der elektrochemischen Energiequelle gezeigt- Eine aufgeschwemmtes pulverförmiges Zink enthaltende Kalilaugelösung fließt durch dieses Element. Von innen nach außen weist es einen aus einem Gritter 2, beispielsweise aus Nickel oder nichtrostendem Stahl bestehenden unveränderlichen, metallischen negativen Kollektor auf, der Kalilauge widersteht. Das Gitter 2 liegt an der negativen Klemne der Energiequelle und gewährleistet den Abgriff der bei der Umwandlung des metallischen Zinks in Ionen entstehenden negativen elektrischen Ladung. Dank des Gitters kann die Lösung leicht an den Separator 4 gelangen, der z.B. aus Keramik, Asbest oder Kunststoff besteht und porös, wasseranziehend ist und isolierend wirkt, so daß das Eindringen der Kalilaugelösung erleichtert wird; der Separator wird durch die Lösung nicht verändert und ist für das pulverförmige Zink undurchlässig. An der Aussenseite des Separators, der als mechanischer Träger dient, ist eine aktive Schicht 6 vorgesehen, die aus Aktivkohle mit niedrig konzentriertem Silber besteht· In dieser aktiven Schicht erfolgen die Reduk-

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tions-Reaktionen des die Oxydation fördernden Stoffs, der in dem genannten Gas enthalten ist»

Bei diesem Gas handelt es sich beispielsweise um Luft.

Die aktive Schicht muß porös sein, um sowohl die Luft als auch die Lösung eindringen, zu .lassen. Ihre Stärke beträgt ungefähr ein Zehntel Millimeter; sie muß ferner eine bestimmte elektronische Leitfähigkeit aufweisen, damit ohne übermäßigen Spannungsabfall der Strom bis zu einem beständigen, seinen Zustand nicht ändernden, metallischen positiven Kollektor umlaufen kann, der aus einem beispielsweise von Nikkei oder rostfreiem Stahl gebildeten Gitter 8 besteht, an der Aussenseite der aktiven Schicht angebracht und mit der positiven Klemme der elektrochemischen Energiequelle verbunden ist. Per positive Kollektor und die aktive Schicht 6 sind von einer porösen, sich nicht ändernden, wasserabweisenden Schicht 10 umgeben. Diese Schicht 10 dient dazu, die Diffusion der Lösung aus dem Reaktionselement hinaus zu verhindern und gleichzeitig Luft an die aktive Schicht 6 heranzulassen» Die Aussenschicht besteht bei einer Ausführungsart wie dieser aus porösem Polytetrafluorethylen» ,Die beschriebenen Teile bilden ein reaktionsfähiges Element und ein koaxiales Ganzes, das über die Enden des Separators 4 mit der elektrochemischen Energiequelle mechanisch verbunden ist.

Bei einer zweiten Ausführungsart nach Pig. 3 und 4 ist das reaktionsfähige Element in Form einer fiöhre mit run-

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dem Querschnitt ausgebildet, in der eine Kalilaugelösung umläuft, die aufgeschwemmtes pulverförmiges Zink enthält. Dieses Element besteht aus zylindrischen koaxialen Schichten, die miteinander von innen nach außen in Berührung stehen, und ferner aus einen großmaschigen Gitter 103 aus Kupferdrähten von etwa einem Millimeter Querschnitt, die in einen Abstand von einigen liillimetern voneinander angeordnet sind. Dieses Gitter 103 hat im übrigen eine mechanische Aufgabe und nuß wie weiter unten erläutert einen Radialdruck widerstehen, der bei der Herstellung des Elements auf dieses ausgeübt wird. Um das großmaschige Gitter 103 ist ein feinmaschiges Cutter 102 angebracht, das ebenfalls aus Kupferdrähten mit einen Durchmesser von etwa einem Zehntel liillineter besteht_t die einige Zehntel Millimeter voneinander angebracht sind. Dieses Gitter dient unter anderem dazu, den von dem großmaschigen Gitter 103 ausgeübten Druck zu verteilen. Zur Herstellung der Gitter 102 und 103 kann außer Kupfer ebenfalls eine Kupferlegierung wie beispielsweise Bronze oder liessing verwendet werden. Der negative Kollektor wird von den Gittern 102 und 103 gebildet; er ist mit der negativen Klemme des Energiespeichers verbunden und dient zum Abgriff der negativen Ströme, die durch die Umwandlung des metallischen Zinks in Ionen entstehen. Über die Gitter 102 und 103 gelangt die Kalilaugelösung leicht an den Separator 4. An der Außenfläche des Separators ist die aktive Schicht 6 vorgesehen, die eben-

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falls aus Aktivkohle besteht; der Silber in schwacher Konzentration hinzugefügt ist. ■

Der positive Kollektor besteht aus einem großmaschigen Gitter 109» das ein feinmaschiges Gitter 108 umgibt. Beide Gitter bestehen aus Uiekel oder rostfreiem Stahl bzw. aus einem anderen Metall, vorausgesetzt, daß das großmaschige Gitter plastische Verformungen leicht zulässt, d.h. das Metall muss wenig brüchig und wenig elastisch sein. Das feinmaschige Gitter 108 hat die Form herkömmlicher Gitter, d.h. es besteht aus Drähten mit rundem Querschnitt von einigen Zehnteln Millimeter Durchmesser, die einige Zehntel Millimeter voneinander angebracht sind. Es dient zur Verteilung der von dem großmaschigen Gitter 109 auf die aktive Schicht 6 ausgeübten Beanspruchungen. Das Gitter 109 besteht aus einer mit Löchern versehenen Metallhülse, die beispielsweise aus Streckmetall oder dergleichen hergestellt ist. Pine Streckmetallfolie kann bekanntlich auf folgende Weise hergestellt werden: auf ein Blech geeigneter Dicke werden parallele Linien im gleichmässigen Abstand gezeichnet. Auf jeder Linie wird eine regelmässige Folge von durch das Blech hindurchgehenden Schlitzen angebracht, die geradlinig, in dichtung der Linien verlaufen, und zwischen ihnen befinden sich keine Schlitze aufweisende Teile verhältnismässig geringer Länge. Sowohl die Schlitze als auch die Zwischenräume zwischen diesen haben die gleiche Länge. Die Abstände

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zwischen den Schlitzen einer Linie liegen gegenüber den Schlitzen zweier zu beiden Seiten liegender Linien. Sodann wird das Blech in Renkrechter dichtung zu den Linien mit Zug beansprucht, der genügend stark ist, um das lietall plastisch zu verformen. Dadurch entsteht aus den Schlitzen jeweils ein Loch in Form eines Hhombus; auf diese Weise v/ird ein perforiertes Blech erzielt, das in ihrem Aussehen einem Gitter ähnelt. Ein ähnliches Ergebnis kann im übrigen mit Metalldrähten erzielt v/erden, die auf geeignete V/eise miteinander verschweißt sind.

Das großmaschige Gitter 109 kann jedoch auch eine andere Form aufweisen; vorzugsweise sind die Form und die Anordnung der Löcher derart, daß die zwischen den Löchern verbleibenden metallischen i'eile auf der ganzen Länge der Hülse keine durchgehende, parallel zu ihrer Achse verlaufende Linie bilden. Ein derartiger Aufbau würde die Anwendung des Herstellungsverfahrens der röhrenförmigen Elemente verhindern, das im weiteren beschrieben ist, denn bei diesem Verfahren erfolgt eine Streckung der Hülse ohne eine Streckung oer metallischen l'eilc.

Bei Verwendung von streckmetall haben die Löcher die Form eines Rhombus, und eine Diagonale dieser Rhomben verläuft parallel zur Achse der Hülse. Die zwischen den Löchern der Hülse verbleibenden metallischen Teile bilden zwei Netze von wendelförmigen Linien, wobei die Linien ein und

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desselben Netzes ziieinander parallel verlaufen· Die linien eines solchen Netzes weisen in bezug zur Achse der Hülse eine Neigung auf, die symmetrisch zur Neigung der Linien des anderen Netzes ist. Die in der das großmaschige Gitter 109 bildenden Hülse ausgesparten Löcher können jedoch auch eine andere Form als die Hhombusform aufv/eisen. Die Hülse kann beispielsweise vor den strecken aus Drähten hergestellt v/erden, die einerseits parallel zur Achse der Hülse und andererseits kreisförmig und senkrecht zur Achse der Hülse verlaufen» In diesem Fall bildet bei drei aufeinanderfolgenden kreisförmigen Drähten jeder Draht einen geschlossenen Kreis; die parallel zur Achse verlaufenden Drähte, die den ersten Kreis mit dem zweiten Kreis verbinden, müssen in bezug, auf die Drähte, die parallel zur· Achse verlaufen und den zweiten Kreis mit dem dritten verbinden, versetzt angeordnet sein.

Der aus den Gittern 108 und 109 bestehende positive Kollektor ist mit der positiven Klemme der elektrochemischen Energiequelle verbunden. Dieser positive Kollektor und die aktive Schicht 6 sind ebenfalls von einer beständigen, wasserabweisenden porösen Schicht 10 umgebene

Die röhrenförmigen Elemente dieses Typs werden auf folgende Weise hergestellt:

Zunächst wird ein röhrenförmiger koaxialer Aufbau aus den Gittern 102 und 103, dem Separator 4, der aktiven

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Schicht 6 und dem feinmaschigen Gitter 108 hergestellt· Danach wird dieser röhrenförmige Aufbau mit einer zylindrischen Hülse umgeben, die auf die weiter oben beschriebene Weise hergestellt wurde; diese besteht aus unveränderlichen!, plastisch verformbarem Metall und weist löcher auf, die auf der gesamten Länge, parallel zu ihrer Achse keine durchgehende Linie bildet. Im Anschluß daran wird auf die Hülse parallel zu ihrer Achse eine Zugbeanspruchung ausgeübt, die ihre plastische Verformung bewirkt. Durch die Verformung entsteht eine Verlängerung der Hülse parallel zu ihrer Achse sowie eine Verringerung ihres Durchmessers; diese Verformung wäre unmöglich, wenn zwischen den Löchern Metallteile verbleiben, die auf der gesamten Länge der Hülse durchgehende, parallele Linien in deren Achsrichtung bilden. Erfindungsgenäß wird dagegen durch einfache Zugbeanspruchung in Achsrichtung eine radiale Zusammenpressung des röhrenförmigen Elements erzielt, so daß zwischen den einzelnen koaxialen Teilen, die das rohrförmige Element bilden, ein einwandfreier Kontakt gewährleistet ist.

Der radiale Druck muß ständig ausgeübt werden» da-

die Verforuung des die Hülse bildenden Metalls plastisch und nicht elastisch sein. Vorzugsweise niupt das. großmaschige Gitter 103 die Druckbeanspruchung auf, d,ie von der das Gitter 109 bildenden Hülse ausgeübt wird. Danach wird das ganze rohrförmige Element radial zwis,cheii 4pn grpßroaschigen Gittern 103 und 109 zusammengepresst, u^cf ujj das

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großmaschige Gitter 109 wird die Außenschicht 10 aufgebracht» Die elektrischen Anschlüsse erfolgen beispielsweise mit Hilfe von Metallringen 4-0 und 42, die an die äußersten Enden der großmaschigen Gitter 103 bzw. 109 geschweißt werden. Eine U-förmige Dichtung 44 aus Kunststoff wird¹ um die äußeren Teile des Separators 4 und der aktiven Schicht 6 angebracht und sorgt für einwandfreie Dichtheit, wenn, die das großmaschige Gitter 109 bildende Hülse gestreckt wird» Die Kunststoffdichtung wird dabei von den Ringen 42 und 40 gegen die äußersten ieile der Schichten 4 und 6 gedrückt« .

Der Durchmesser derartiger reaktionsfähiger Elemente beträgt zwischen 1. und 4 cm, vorzugsweise zwischen 2

und 3 em, wenn die elektrochemisch Energiequelle dazu be-' stimmt ist, die zum Antrieb eines Strassenfahrzeugs, insbesondere eines 'Kraftfahrzeugs, erforderliche Leistung su liefern.

. 5 zeigt sehr schematisch die gesamte elektro chemische Energiequelle entsprechend der Erfindung,,

Diese weist einen Zuflußbehälter 12 auf, der eine KaIilaugelösung enthält, in der pulverförmiges Zink dispergiert ist. Diese Lösung wird von einer Pumpe 14 zu den Reäk tionselementen 15, 16, 17, 18 und 19 geleitet, die über Röh ren 20 miteinander in Keihe geschaltet sind. Die Anzahl dieser Elemente beträgt in der Regel mehr als 5, in Pig. 5 ist sie jedoch zum einfacheren Verständnis auf 5 begrenzt.

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Die Innendurchmesser der Iieaktionaelemente und der Röhren 20 sind die gleichen, so daß die Umlaufgeschwindigkeit der das dispergierte Zink enthaltenden Lösung überall die gleiche ist. Dank dieser Anordnung werden Bereiche mit niedriger Geschwindigkeit vermieden, in denen sich das Zink wie in den bekannten Energiequellen absetzen kann. Die Reaktionselemente sind von einer Luftkammer 22 umgeben» die eine Luftzuführungsöffnung 24 und eine Luftaustrittsöffnung 26 aufweist. Der Ausgang der elektrochemischen Energiequelle steht mit einem Abflußbehälter 30 in Verbindung·

Im Rahmen der Erfindung können Einrichtungen zur Regenerierung der im Abflußbehälter 30 aufgefangenen Lösung und zu deren Rückfluß in den Behälter 12 vorgesehen werden.

- Patentansprüche -

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Claims

2262175"' Patentansprüche ■

1. Elektrochemische Energiequelle mit Zwangsumlauf, ausgerüstet mit mehreren Reaktionselementen, die jeweils eine V/and aufweisen, die einen Innenraum von einem Außenraum trennt, mit jeweils mit den Keaktionselementen verbundenen Vorrichtungen, die dazu dienen, im Innenraum eine alkalische Lö.sung umlaufen zu lassen, die ein aufgeschwemmtes Metallpulver enthält, und mit Vorrichtungen, die dazu dienen, im Außenraum ein die Oxydation förderndes Gas umlaufen zu lassen, wobei die Wand von innen nach außen aus einem v/asseranziehcnden, isolierenden, unveränderlichen und für das pulverföraige Metall undurchlässigen, porösen Separator, aus einer porösen, elektronisch leitenden aktiven Schicht, in der eine Reduktions-Reaktion des die Oxydation fördernden Gases in Anwesenheit der alkalischen lösung erfolgt, aus einer wasserabweisenden, porösen,, unveränderlichen Schicht, aus einem unveränderlichen, stark durchlässigen, metallischen positiven Kollektor, der mit der aktiven Schicht in elektrischer Berührung steht, und aus einem im Innenraum angeordneten, iuiveränderlichen metallischen negativen Kollektor besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand - in Form einer Röhre ausgebildet ist, deren Querschnitt die Form einer geschlossenen Kurve aufweist, daß der Innenraum in der Röhre und der Außenraum außerhalb der Röhre liegt

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und daß der negative Kollektor (2) in Form einer Schicht ausgebildet ist, die stark durchlässig ist und an der Innenfläche des Separators (4) anliegt.

2« Energiequelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn ζ e i ohne t, daß der negative Kollektor aus einem Gitter (2) besteht, das aus einem unveränderlichen Stoff, vorzugsweise auf Wickelbasis oder aus rostfreiem Stahl hergestellt ist.

3. Energiequelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Kollektor aus einen Gitter (β) besteht, der aus einem unveränderlichen Stoff, vorzugsweise auf liickelbasis oder aus rostfreiem Stahl hergestellt ist.

4. Energiequelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Kollektor mindestens auf seiner Oberfläche aus einem Mindestens 50 Prozent Kupfer enthaltenden Metall besteht·

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5. Energiequelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Kollektor aus einem feinmaschigen Gitter (102) besteht, das ein Gitter (103) umgibt, welches einer radialen Druckbeanspruchung

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standhält.

6. Element nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Kollektor eine zylindrische Hülse (109) aufweist, die aus

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einem unveränderlichen", plastisch !verformbaren Metall "besteht und mit Löchern derart versehen ist, daß die Metall— teile zwischen den Löchern auf der gesamten Länge der Hülse (109) keine durchgehende', parallel zu deren Achse verlaufende Linie "bilden. ■

7, Energiespeicher nach einem der Ansprüche 4 "bis 6,-dadurch gekennze ichnet, daß der positive Kollektor aus einem von der Hülse (109) umgebenen feinmaschigen Gitter (108) besteht«.

8. Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Röhre rund ist.

9.■. Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere zur Erzeugung der Antriebsleistung für- ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre einen Durchmesser zwischen 1 und 4 cm hat, wobei das pulverförmige Metall Zink, die alkalische Lösung eine Kalilaugelösung ist und das die Verbrennung fördernde-Gas Sauerstoff enthält.

10. Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Reak- tionseleinente (15» 16 ··. 19) zum Umlauf der alkalischen Lösung in Reihe geschaltet sind und daß sie sowie die sie verbindenden Röhren (20) im wesentlichen überall den gleichen Innendurchflußq.uerschnitt aufweisen.

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11. Vorfahren zur Herstellung von Elenenten für eine elektrochemische Energiequelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei jedes Element einerseits durch einen Innenraum für den Umlauf einer alkalischen Lösung, die ein dispergiertes pulverförmiges Metall enthält, und andererseits durch einen Auiienraum für den Umlauf eines die Oxydation fördernden GaHes getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Verfahrensschritte umfasst:

- es wird ein koaxialer röhrenförmiger Aufbau mit im wesentlichen rundem Querschnitt hergestellt, der von innen nach außen folgende, miteinander in Berührung stehende Schichten aufweist: einen negativen Kollektor (102, 103) aus einem unveränderlichen Metall, der die Lösung hindurchläi3t und einer radialen Druckbeanspruchung standhält; einen porösen, wasseranziehenden, isolierenden, unveränderlichen Separator (4), der die Lösung, jedoch nicht das dispergierte Metall hindurchlä/3t; eine poröse, elektronisch leitende, aktive Schicht (6), in der eine Reduktions-Reaktion des die Oxydation fördernden Gases in Anwesenheit der alkalischen Lösung erfolgt, sowie ein feinmaschiges Gitter (108);

- der röhrenförmige Aufbau wird von einer zylindrischen Hülse (109) umgeben, die aus einen plastisch verformbaren, unveränderlichen Metall besteht und Löcher aufweist, derart, daß die Metallteile zwischen den Löchern auf der gesamten Länge der Hülse (109) keine durchgehende, parallel zu dieser

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verlaufende Linie bilden; ■

- auf die Hülse (109) wird parallel zu ihrer Achse eine Zugbeanspruchung ausgeübt, wodurch sich ihre Länge erhöht und ihr Querschnitt infolge plastischer Verformung so verringert, bis der röhrenförmige Aufbau in radialer Richtung durch die Hülse ständig zusammengedrückt ist, die mindestens teilweise einen positiven Kollektor (108, 109) bildet, der mit der aktiven Schicht in elektrischer Berührung steht;

- der positive Kollektor wird von einer wasserabweisenden Schicht (10), die porös und unveränderlich ist, umgeben·

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile, die zwischen den Löchern der Hülse (109) verbleiben, zwei Netze von wendelförnigen Linien bilden, die jeweils parallel zueinander verlaufen und jeweils in bezug zur Achse der Hülse eine Neigung aufweisen, die-zu derjenigen der Linien des anderen Netzes symmetrisch ist, so daß die Löcher die Form eines Rhoribus haben, der jeweils eine parallel zur Achse der Hülse verlaufende Diagonale aufweist*

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