DE2262170A1 - Elektrochemische energiequelle mit zwangsumlauf und verfahren zur herstellung von in ihr verwendeten elementen - Google Patents
Elektrochemische energiequelle mit zwangsumlauf und verfahren zur herstellung von in ihr verwendeten elementenInfo
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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
OfHQINAL 5WSPECTED
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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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-JK-
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 bestehtt 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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2262 ΪΤο
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 (12)
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·
/
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
ι ■
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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to 226217Π
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
BAD ORIGiNAL 309826/0911
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*
3 0 9826/0911
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