DE2919380C2

DE2919380C2 -

Info

Publication number: DE2919380C2
Application number: DE2919380A
Authority: DE
Inventors: Aldo S. Westerly R.I. Us Berchielli; Roland F. Quaker Hills Conn. Us Chireau
Original assignee: YARDNEY ELECTRIC CORP PAWCATUCK CONN US
Current assignee: Yardney Technical Products Inc
Priority date: 1978-06-29
Filing date: 1979-05-14
Publication date: 1988-06-16
Also published as: CA1120532A; GB2025114B; CH641595A5; DE2919380A1; FR2430102A1; JPS559389A; GB2025114A; US4159367A; FR2430102B1

Description

Die Erfindung betrifft eine wiederaufladbare Metall/Wasser stoff-Batterie.

Um für eine elektrische Batterie hohe Energiedichte mit ausreichend geringen Kosten zu erhalten, müssen die einzelnen Zellen dicht nebeneinander angeordnet werden. Das ist bei Metall/Wasserstoff-Batterien aber schwer erreichbar, weil die Anode jeder Zelle während des Betriebs frei zugäng lich für Wasserstoff sein muß.

Aufgabe der Erfindung ist eine wiederaufladbare elektrochemische Metall/Wasserstoff-Batterie mit hoher Energiedichte und vereinfachtem und damit verbilligtem Aufbau, die leicht zusammengefügt werden und wiederholt aufgeladen und entladen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die wieder aufladbare Metall/Wasserstoff-Batterie ge mäß Ansprüchen gelöst. Die Batterie gemäß der Erfindung ist kompakt, hoch wirksam, hat eine hohe Energiedichte und einen einfachen und wenig aufwendigen Aufbau und ist leicht zu sammenzufügen. Sie enthält eine Anzahl in Serie geschalteter bipolarer Duplexelektroden in einem Stapel in einer flüs sigkeits- und gasdichten Umhüllung, die den Zutritt von Wasserstoff zu nur einer Fläche jeder Anode ermöglicht.

Jede Duplexelektrode weist als Kathode eine poröse Platte aus gesintertem Nickel oder Silber und als Anode eine Folie aus katalysierten Kohlenstoffteilchen, die mittels eines hydrophoben Bindemittels wasserabweisend gemacht und miteinander verbunden sind, wobei die Folie auf einer Seite mit einem Metallsieb beschichtet ist, auf. Die bipolaren Elektroden sind mit jeweils einem geeigneten saugfähigen Separator dazwischen übereinander gestapelt, so daß der Se parator in Kontakt mit der Kathode einer bipolaren Elektrode und außerdem mit der Anode der nächst benachbarten bipolaren Elektrode des Stapels in Kontakt steht. Der Separator ent hält eine solche Menge an flüssigem Elektrolyten, daß er zu sammen mit der Anode und der Kathode, mit denen er in Kontakt steht, eine elektrochemische Zelle des Stapels bildet und Anode und Kathode mit dem Elektrolyten imprägniert werden.

Die Verbindung zwischen den Zellen des Stapels erfolgt durch die Elektrodengrenzflächen, d. h. zwischen den Zellen sind keine Drähte oder dergl. erforderlich. Normalerweise ist ein poröser metallischer leitender Abstandshalter an der freien Oberfläche des Metallgitters und der dieser zugewandten Oberfläche der Kathode der gleichen bipolaren Elektrode des Stapels angeordnet, so daß Wasserstoff durch den Ab standshalter hindurch und nur an die mit dem Gitter bedeckte Oberfläche jeder Wasserstoffanode gelangen kann. Im übrigen wird die Batterie durch die Dichtungen zusammen mit den End platten vollständig abgedichtet.

Bei der beschriebenen Anordnung ist weder außen noch einen eine Verdrahtung erforderlich; auch sind keine Röhren systeme zur Begrenzung von Wasserstoffströmungswegen not wendig, und außerdem können die Komponenten des Stapels, d. h. die Duplexelektroden, Separatoren, Dichtungen, End platten usw. leicht so übereinander gelegt werden, daß rasch und wirksam die Batterie gemäß der Erfindung mit ihrer Kompaktheit, Wirtschaftlichkeit und hohen Energiedichte er halten wird. In den Zeichnungen ist

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer ersten bevor zugten Ausführungsform der Metall/Wasserstoff- Batterie gemäß der Erfindung im Querschnitt;

Fig. 2 ein schematischer Aufriß einer zweiten bevor zugten Ausführungsform der Metall/Wasserstoff- Batterie gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die Batterie von Fig. 2;

Fig. 4 ein schematischer vergrößerter Teilquerschnitt der Batterie von Fig. 2; und

Fig. 5 ein vergrößertes Detail eines Teiles des in Fig. 4 gezeigten Abstandshalters.

Fig. 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform der Batterie gemäß der Erfindung. Die Batterie 10 besteht aus einer Anzahl bipolarer Duplexelektroden 12, die mit Separa toren 14 dazwischen übereinander gestapelt und in dieser An ordnung durch eine Umfangsdichtung 16 und Endplatten 18 ab gedichtet ist. Jede Duplexelektrode 12 weist eine Anode 20 und eine Kathode 22 auf, die Rücken-zu-Rücken durch eine leitende Metallplatte 24 oder dergl. miteinander verbunden sind. Jede Anode 20 kann ihrerseits die Wasserstoffelektrode gemäß der Erfindung sein, wie durch die Fig. 2 bis 4 näher veranschaulicht. Diese Wasserstoffelektrode hat die Form einer porösen Folie aus Kohlenstoffteilchen, die mit Platin oder Palladium katalysiert und mit einem hydrophoben Bindemittel aneinander gebunden sind, so daß die Folie wasser abweisend und gleichzeitig porös ist. Jede Kathode 22 kann eine poröse Platte aus gesintertem Nickel oder Silber oder dergl. sein, wie genauer in den Fig. 2 bis 4 gezeigt. Die Dichtungen 16 und die Metallplatte 24 können zusammen (nicht-gezeigte) Mittel für den Zugang von Wasserstoff an nur eine Seite jeder Anode 20, die von dem Separator 14 abgewandt ist, bilden. Die Dichtungen 16 dichten im übrigen die Batterie 10 vollständig ab, so daß der flüssige Elektrolyt 26 von den Separatoren 14 nicht ablaufen kann. Die Separa toren 14 sind vorzugsweise saugfähig und enthalten so viel Elektrolyt 26, daß dieser sowohl in die Kathode 22 als auch in die Anode 20, mit denen der Separator 14 in direktem Kon takt steht, eindringen kann.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen Einzelheiten der Batterie ge mäß der Erfindung. Fig. 2 zeigt eine Batterie 50, die ein Gehäuse 52 aus beispielsweise elektrisch isolierendem Mate rial, wie Plastik, mit einem Überzug versehenem Metall, Glas Keramik oder dergl. bestehen kann, aufweist. Innerhalb des Gehäuses befindet sich ein Stapel aus den Hauptkomponenten der Batterie 50. Das Gehäuse 52 kann je nach der beabsich tigten Verwendung jede geeignete Form und Größe haben. Bei spielsweise kann das Gehäuse 52, wie in Fig. 3 gezeigt, zylindrisch sein und einen Durchmesser von 22,6 cm und eine Höhe von 10,54 cm haben. In dem Gehäuse 52 befindet sich ein Stapel 54 aus elektrochemischen Kom ponenten, der in einem Abstand von der Seitenwand 56 des Gehäuses 52 gehalten wird, so daß ein Umfangsraum 58 ge schaffen wird. Der Raum 58 ist mit einem Wasserstoffeinlaß 60 und einem Wasserstoffauslaß 62 durch die Seitenwand 56 des Gehäuses verbunden. Das Gehäuse 52 weist auch einen Deckel 64 mit einem Gewinde auf, der den Zugang zum Innenraum ermöglicht.

Wie Fig. 4 veranschaulicht, weist der Stapel 54 eine Anzahl übereinanderliegender, sich horizontal erstreckender hohler Ringdichtungen 66 auf. Die Dichtungen 66 können aus irgendeinem geeigneten Material, wie Gummi, Epoxyharz/Glas- Laminat oder einem elektrolytfesten Plastik bestehen. Sie sind vertikal eine über die andere gelegt und an ihren Kontaktstellen 68 beispielsweise mittels eines Polychloroprenklebers miteinan der verbunden. Der offene Mittelteil 69 jeder Dichtung 66 ist von einer horizontalen leitenden Metallplatte 70 aus Kupfer, Nickel, Silber oder dergl. vollständig abgedichtet oder über brückt. Die Platten 70 sind so groß, daß ihre Perimeter in Vertiefungen in den Dichtungen 66 passen und darin gehalten werden, wie in Fig. 4 gezeigt.

Einige der Platten 70 sind nicht-perforiert und tragen auf ihrer Oberfläche Kathoden 72 in der Form flacher Platten, die den freiliegenden Mittelteil der Platte 70, d. h. denjeni gen Teil, der nicht in den Umfangsschlitzen 71 liegt, voll ständig bedecken. Jede Kathode 72 besteht vorzugsweise aus einer porösen Sinterplatte aus entweder Nickeloxid oder Sil beroxid, die in geeigneter, bekannter Weise hergestellt ist. Andere geeignete Kathodenplatten sind solche aus Bleioxid, Kobaltoxid und Mangandioxid.

Dichtungen 66, die nicht-perforierte Platten 70 und Kathoden 72 tragen, alternieren in vertikaler Richtung in dem Stapel 54 mit Dichtungen 66, die perforierte Platten 70, die einstückig mit leitenden Metallgittern 74 aus Nickel, Silber oder dergl. ausgebildet oder mit diesen verbunden sind, sind. Die se Metallgitter 74 sind im mittleren Teil 69 angeordnet und an Wasserstoffanoden 76, die sich im Mittelteil 69 von diesen Metallgittern nach unten erstrecken, befestigt. Jede Anode 76 besteht aus einer gasdurchlässigen porösen Folie 78 aus Koh lenstoffteilchen, die mit Platin oder Palladium katalysiert und durch ein hydrophobes Bindemittel aneinander gebunden sind. Das Bindemittel ist vorzugsweise Polytetrafluoräthylen oder fluoriertes Äthylen/Propylen, so daß eine wasserabweisen de, aber poröse Folie 78 erhalten wird. Vorzugsweise bestehen die Kohlenstoffteilchen der Folie 78 aus Aktivkohle und haben eine mittlere Teilchengröße von etwa 0,01 bis etwa 0,3 µm. Die Konzentration an dem hydrophoben Bindemittel beträgt ge wöhnlich etwa 10 bis 50 Gew.-% der Folie 78, so daß die Kohlenstoffteilchen vollständig wasserabweisend werden, die Folie 78 jedoch eine ausreichende Porosität für den Durchtritt von Gas behält. Vorzugsweise beträgt die Gasdurchlässigkeit etwa 13 bis etwa 3,4 cm³/s/cm². Die Katalysierung der Kohlen stoffteilchen kann in bekannter Weise erfolgen, beispielsweise indem man ein geeignetes Salz von Platin oder Palladium, bei spielsweise das Nitrat eines dieser Metalle, in ein geeigne tes Lösungsmittel, wie ein aromatisches Lösungsmittel, bei spielsweise Aceton, einbringt und die Folie 78 mit dieser Lösung imprägniert und das Salz dann, ohne das Lösungsmit tel zu entfernen, zu dem Metall reduziert, beispielsweise in dem man es mit Hydrazin behandelt. Beispielsweise kann die imprägnierte Folie mit einer wäßrigen Lösung von 10 Gew.-% Hydrazin behandelt werden. Vorzugsweise hat die Imprägnie rungslösung eine Konzentration von etwa 0,1 bis etwa 5 Gew.-% an dem Salz, so daß nach der Reduktion die Konzentration an katalytischem Metall in der Folie 78 etwa 0,0005 bis etwa 0,1 Gew.-% beträgt. Gewünschtenfalls kann die Katalysierung der Kohlenstoffteilchen auch durchgeführt werden, bevor sie zu der Folie 78 verformt werden. Die Herstellung der Folie 78 kann jedenfalls nach irgendeinem geeigneten Verfahren herge stellt werden, beispielsweise indem man die Kohlenstoffteil chen mit etwa 20 bis etwa 60 Gew.-% des Gemisches an einer wäßrigen Dispersion von TEFLON® 42 Emulsion, die etwa 48 Gew.-% Polytetrafluoräthylen enthält, vermischt, das Gemisch unter einem Druck von 140 bar zu einer Folie ex trudiert und die so gebildete Folie trocknet, um restliches Wasser zu entfernen.

Das Gitter 74 wird durch irgendein geeignetes Mittel, beispielsweise einen (nicht-gezeigten) Überzug aus einem hydrophoben Material, wie fluoriertem Äthylen/Propylen-Co polymer (FEP) oder Polyvinylfluorid, das nur auf diejenige Seite des Gitters 74, die mit der Folie 78 in Kontakt kommt, aufge bracht wird, an diese Folie gebunden. Die obere Oberfläche der Folie 78, d. h. die Oberfläche 79, die von dem Gitter 74 bedeckt wird, wird während des Betriebs der Batterie 50 Wasserstoff ausgesetzt. Vorzugsweise wird ein metallisch lei tender Abstandshalter 80, der gasdurchlässig ist, beispiels weise eine flexible federnde perforierte Metallfolie 82 aus Nickel, rostfreiem Stahl oder dergl., wie insbesondere in Fig. 5 gezeigt, elektrisch mit der oberen Oberfläche 81 des Gitters 74 verbunden und so ausgebildet, daß er in elektrischem Kontakt mit der Bodenfläche 83 der in dem Stapel 54 darüberliegenden Platte 70 steht, wie insbesondere in Fig. 4 gezeigt. Dieser Abstandshalter 80 befindet sich auf der Höhe der Durchtrittswege 84, die sich radial durch die Dichtungen 66 erstrecken und von diesen begrenzt werden, wie in Fig. 4 gezeigt, und wirkt mit diesen zusammen, so daß sich diese Durchtrittswege 84 durch die Seitenwand der Dich tungen 66 bis in den Umfangsraum 58 auf der Höhe jedes Gitters 74 und Abstandshalters 80 erstrecken und damit ermöglichen, daß Wasserstoff frei aus dem Raum 58 in Kontakt mit nur den Anoden 76, insbesondere nur deren oberen Ober flächen 79, die mit dem Gitter 74 bedeckt sind, strömt. Das ist für einen effizienten Betrieb der Batterie 50 notwendig. Wasserstoff tritt, wie erwähnt, durch Rohre 60 und 62 in das Gehäuse 52 ein bzw. aus diesem aus.

Die Unterseite jeder Anode 76 und die Oberseite jeder dieser nächst benachbarten Kathode 72 stehen in Kontakt mit einem Separator 86 und werden von diesem vollständig be deckt und abgedichtet, wobei dieser Separator vorzugsweise aus einem saugfähigen Material besteht und in jedem Fall eine beträchtliche Menge an flüssigem Elektrolyten 88 ent hält. Dieser Elektrolyt 88 kann beispielsweise ein Alkali hydroxid, wie Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid oder Lithium hydroxid sein, und das Separatormaterial ist vorzugsweise Baumwolle oder ein anderes Zellulosematerial in der Form von Watte, Filz oder Folie oder ein Plastik- oder anorganisches poröses Fasermaterial. Die Dichtungen 66 verhindern, daß Elektrolyt 88 aus dem Stapel 54 austritt.

In jedem Fall bilden ein Separator 86 mit seinem Elek trolyten 88 in Kontakt mit einer Anode 76 und einer Kathode 72 innerhalb des von den Dichtungen 66 umschlossenen Raums und nicht-perforierten Platten 70 sowie Mitteln, um den Wasserstoffzutritt zu der Anode 76 zu ermöglichen, d. h. dem Durchtrittsweg 84, der perforierten Platte 70, dem Gitter 74 und dem Abstandshalter 80 eine der elektrochemi schen Zellen 90 gemäß der Erfindung. Solche Zellen 90 werden zu einem Stapel übereinander gelegt und ohne die Verwendung äußerer leitender Stangen, Laschen, Drähte und dergl. in Serie geschaltet. Vielmehr fließt Strom vertikal durch den Stapel 54 von jeder nicht-perforierten leitenden Platte 70, Kathode 72, Elektrolyt 88, Anode 76, Gitter 74 (mit der zuge hörigen Platte 70) und Abstandshalter 80 vertikal zu der nächsten nicht-perforierten Platte 70 des Stapels 54. Auch nicht-leitende perforierte Platten können verwendet werden, in welchem Fall der Strom von der Anode 76 über das Gitter 74 und den Abstandshalter 80 zu der nicht-perforierten Platte 70 fließt. Horizontal verlaufende leitende, nicht-perforierte metallische Endplatten 92 der entsprechenden Polarität, die aus Nickel-, Silber-, rostfreiem Stahl- oder Kupferblech herge stellt sind, sind am oberen Ende und am Boden eines Stapels 54 in Kontakt mit den Komponenten dieses Stapels, insbeson dere einer Anode 76 an einem Ende und einer Kathode 72 am entgegengesetzten Ende des Stapels 54 angeordnet und vervoll ständigen die Batterie 50 und sind mit Leitungen 94, die vom Gehäuse 52 fortführen, verbunden. Die Endplatten 92 müssen nicht leitend sein, sofern die Endelektroden in dem Stapel 54 leitende Laschen, Leitungen, Schienen oder dergl. enthalten.

Die Duplexelektroden 96 sind für den Zweck der Erfindung als die elektrochemischen Komponenten der Batterie 50 zwischen angrenzenden Separatoren 86 anzusehen. In jedem Fall also bilden eine nicht-perforierte Platte 70 mit der darauf be findlichen Kathode 72, dem Abstandshalter 80, der mit einer solchen Platte in Kontakt steht, der nächst darun terliegenden perforierten Platte 70 und dem Gitter 74 mit der damit in Kontakt stehenden Anode 76 eine Duplexelektro de 96. Die beiden Platten 70, Abstandshalter 80 und Gitter 74 bilden zusammen die leitende Verbindung, die die Anode 76 und Kathode 72 Rücken-zu-Rücken zueinander hält. Ge wünschtenfalls kann jede Duplexelektrode 96 mit den dazuge hörigen Dichtungen 66 als eigene Einheit hergestellt wer den, und diese Einheiten können mit dazwischen angeordneten Separatoren 86 (die den Elektrolyten 88 enthalten) überein ander zu dem Stapel 54 gestapelt werden.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung:

Beispiel I

Eine Wasserstoffelektrode gemäß der Erfindung wurde her gestellt, indem 100 g Aktivkohleteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,1 µm und 60 g einer wäßrigen Dispersion eines hydrophoben Bindemittels, nämlich Polytetrafluoräthy len, in einer Konzentration in dem Bindemittel von 45 Gew.-% miteinander vermischt wurden. Das gebildete Gemisch wurde zu einer Folie von 25 cm × 25 cm extrudiert. Dann wurde die Folie 1 Stunde bei 360°C getrocknet und dann in eine Lösung von 0,1 Gew.-% Palladiumnitrat in Aceton eingetaucht. Nach 2 Sekunden wurde die Folie aus der acetonischen Lösung genommen, wonach das Palladiumnitrat, da sich darin abge schieden hatte, wie folgt mit Hydrazin zu metallischem Palla dium reduziert wurde: die imprägnierte Folie wird mit einer wäßrigen Lösung von 10 Gew.-% Hydrazin umgesetzt. Durch die Reduktion entstand eine Folie mit einem Gehalt an metalli schem Palladium von 0,005 Gew.-% der Folie. Die fertige Folie hatte eine Porosität von etwa 50%. Ein Nickelgitter mit einer lichten Maschenweite von 0,021 mm urde dann auf einer Seite mit einem Überzug aus einer wäßrigen Dispersion von fluoriertem Äthylen/Propylen-Polymer mit einer Konzen tration von etwa 30 Gew.-% versehen. Während der Überzug noch zäh war, wurde die mit dem Überzug versehene Seite des Gitters auf eine Seite der oben beschriebenen Folie unter Druck aufgebracht und an Ort und Stelle getrocknet, so daß das Gitter fest an die Folie gebunden wurde. Auf diese Weise wurde eine Wasserstoffelektrode gebildet, die für eine Verwendung in der Batterie gemäß der Erfindung geeig net ist. Als Dichtungen wurden Epoxy/Glas-Laminate von 9,7 cm Durchmesser und 0,189 cm Dicke verwendet. Jede Dichtung hatte eine horizontale Ringnut, die so groß war, daß sie eine Nickelplatte von 8,5 cm Durchmesser und 0,013 cm Dicke aufnehmen konnte. Einige der Nickelplatten waren nicht-perforiert, während andere in der Mitte eine Öffnung von etwa 7,2 cm aufwiesen.

Eine Batterie gemäß der Erfindung wurde hergestellt, indem man auf die Oberfläche jeder nicht-perforierten Platte eine Kathode aus einer gesinterten Nickelplatte legte, die sich bis zum Innenumfang jeder Dichtung erstreckte und die fol genden Eigenschaften hatte: Dicke 0,089 cm, Durchmesser 7,5 cm und Porosität etwa 80%. Andere Eigenschaften waren:
eine imprägnierte Kapazität von 0,065 bis 0,079 Ah/cm² Platte.

Auf jede solche Kathode wurde ein Separator, der die Deckfläche der Kathode vollständig bedeckte und eine Zellu losefasermatte mit einer mittleren Dicke von etwa 0,05 cm war, gelegt. Der Separator enthielt als Elektrolyt Kaliumhydroxid in einer Konzentration von etwa 160 Gew.-% des Separators.

Auf die Oberfläche dieses Separators wurde dann die oben beschriebene hydrophpbe Anodenfolie gelegt und zurecht geschnitten, so daß sie sich bis zum Innenumfang der zuge hörigen Dichtungen erstreckte. Eine Dichtung, die eine der perforierten Platten aufgenommen hatte, wurde dann auf die Oberfläche des an die Oberfläche der Anodenfolie gebundenen Gitters gelegt. In jedem Fall stand die Peripherie des Gitters mit dem festen Teil der Platte in Kontakt. Die Dich tung, die diese Platte hielt, wurde vertikal zu der Dichtung, die die nicht-perforierte Platte 70 enthielt, ausgerichtet, und die horizontalen Kontaktstellen dazwischen wurden mit Epoxykleber miteinander verbunden. Dan wurde ein Abstands halter aus Nickelwellblech über und in Kontakt mit der Oberfläche der perforierten Platte und das Nickelgitter gelegt. Der Abstandshalter hatte eine mittlere Dicke von etwa 0,19 cm. Seine Abmessungen waren derart, daß er die Bodenfläche einer nicht-perforierten Platte berührte, wenn diese Platte in die Dichtung eingelegt und auf den nächst darüber befindlichen Abstandshalter des Stapels ge legt war. Dieses Verfahren wurde fortgesetzt, bis der Stapel fertig war. Die unterste nicht-perforierte Platte diente als Endplatte, während die oberste nicht-perforierte Platte als Endplatte entgegengesetzter Polarität diente und keine weite ren Komponenten über sich hatte. Auf der Höhe jedes Ab standshalters wurden die angrenzenden Dichtungen so ausge bildet, daß Durchtrittswege in ihnen vorgesehen waren, die den Zutritt von Wasserstoff von der Außenseite des Stapels in Kontakt mit dem Gitter und der angrenzenden Seite der Anodenfolie ermöglichten. Der Stapel wurde im übrigen voll ständig abgedichtet, so daß weder Flüssigkeit noch Gas aus treten konnten. Der vollständige Stapel enthielt sieben Dichtungen und drei Zellen, die jede eine der beschriebe nen Kathoden, eine der beschriebenen Anoden und einen Sepa rator in Kontakt mit beiden sowie eines der beschriebenen Gitter und einen Abstandshalter enthielten. Jede Zelle war an jedem ihrer Enden durch eine nicht-perforierte Platte iso liert. Die Zellen wurden innen durch die Platten, Abstands halter und Gitter in Serie geschaltet. Der Stapel hatte die folgenden Abmessungen: Durchmesser 9,7 cm, Höhe 1,35 cm. Er wurde in einen Behälter aus rostfreiem Stahl 316 mit den folgenden Innenabmessungen eingebracht: Durchmesser 10,4 cm, Höhe 10,16 cm. Dadurch wurde ein Umfangsraum in dem Behälter um die Dichtungen herum gebildet, in dem Wasserstoff frei um laufen konnte. Das freie Volumen in dem Behälter betrug etwa 760 cm³. Die Batterie hatte die folgenden elektrischen Eigenschaften: Wenn sie zunächst mit Wasserstoff bei 1,7 bar 10 Stunden lang geladen und dann 4 Stunden lang entladen wurde, lieferte sie 1,25 Ah bei einer mittleren Spannung von 3,7 V. Das entspricht 4,6 Wh und einer spezifischen Energie des Stapels von 0,05 Wh/cm³.

Diese Batterie gemäß der Erfindung ist also einfach aus leicht herstellbaren Komponenten zusammenzufügen und kann in jeder gewünschten Größe und mit jeder gewünschten Anzahl von Zellen hergestellt werden. Die Abstandshalter darin haben solche Abmessungen, daß sie einen federnden Kontakt der hori zontalen leitenden Platten und der übrigen Komponenten er geben, so daß eine gute elektrische Leitfähigkeit durch den Stapel gewährleistet ist. Der Elektrolyt in jeder Zelle be netzt die porösen Flächen der angrenzenden Kathode und Anode, so daß der Betrieb der Zelle gewährleistet ist, während Was serstoff freien Zugang zu der gegenüberliegenden trockenen Fläche der Anode hat. Die Batterie konnte häufig ohne Ab sinken der Wirkung geladen und entladen werden und konnte trotzdem rasch, einfach und mit geringen Kosten hergestellt werden.

Beispiel II

Das Verfahren von Beispiel I wurde wiederholt mit der Abweichung, daß die Dichtungen aus elektrolytfestem Kunststoff bestanden und die folgenden Abmessungen hatten: Durchmesser 9,7 cm, Dicke 0,189 cm. Die leitenden Platten bestanden aus Silber und hatten eine mittlere Dicke von etwa 0,013 cm. Die Abstands halter bestanden aus Silber und hatten eine Dicke von etwa 0,19 cm. Das hydrophobe Bindemittel in der Anode war Fluor polymer FEP R. Der Katalysator war Platin in einer Konzentra tion von etwa 0,01 Gew.-% der Folie. Das Gitter bestand aus Silber und hatte eine lichte Maschenweite von 0,42 mm. Der Separator hatte eine mittlere Dicke von 0,05 cm und bestand aus einem organisch/ anorganischen Faserlaminat; und der Elektrolyt war Natrium hydroxid. Drei aus diesen Komponenten hergestellte elektro chemische Zellen wurden zu einer Batterie zusammengefügt wie in Beispiel I beschrieben. Das Gehäuse bestand aus rostfreiem Stahl. Der Umfangsraum für Wasserstoff hatte ein Volumen von etwa 760 cm³. Die Batterie hatte die folgenden Abmessungen und elektrischen Eigenschaften: Durchmesser 9,7 cm, Höhe 1,35 cm; nach Aufladen und Entladen wie bei der Batterie von Beispiel I ergab diese Batterie 2,5 Ah bei einer mittleren Spannung von 3,45 V, 8,6 Wh; 0,09 Wh/cm³. Diese Batterie er gab etwa das Doppelte des mit derjenigen von Beispiel I er haltenen Ausgangs.

Claims

1. Wiederaufladbare Metall/Wasserstoff-Batterie, da durch gekennzeichnet, daß sie

a) eine Anzahl bipolarer Duplexelektroden (12), die in einem Stapel (54) so orientiert sind, daß die Kathode (22) einer sol chen Elektrode der Anode (20) der nächst benachbarten Elek trode des Stapels zugewandt ist, wobei jede Duplexelek trode eine Kathode (22), eine Anode (20) und eine nicht-poröse leitende Folie (24), die Anode und Kathode Rücken an Rücken zu einer Einheit verbindet,
b) eine Anzahl den flüssigen Elektrolyten enthaltende Separa toren (14), die zwischen benachbarten Duplexelektroden so ange ordnet sind, daß sie jeweils mit der Anode einer Duplex elektrode und der Kathode der nächst benachbarten Duplex elektrode in Kontakt stehen, und
c) Dichtungen (16), die den Umfang des Stapels umfassen und den Austritt von Flüssigkeit und Kriechströme verhindern und Strömungskanäle zur Führung von Wasserstoff an die Anoden begrenzen,

aufweist.

2. Wiederaufladbare Metall/Wasserstoff-Batterie nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (20) aus porösen, mit einem Bindemittel zu einer Schicht abgebundenen Kohlenstoffgranalien und einem auf eine Seite der Schicht aufgebrachten Metallgitter (74), das auf der anderen Seite mit einem leitenden porösem Abstandshalter (80) der mit den erwähnten Strömungswegen zusammen den Zutritt des Wasserstoffs an die Kohlenstoffschicht ermöglicht, be steht.

3. Wiederaufladbare Metall/Wasserstof-Batterie nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (22) eine flache poröse Platte aus gesintertem Nickel, die mit Nickelhydroxid imprägniert und an die leiten de Folie, die eine Nickelfolie ist, gebunden ist, ist.

4. Wiederaufladbare Metall/Wasserstoff-Batterie nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Separator (14) eine saugfähige Schicht ist, die die Kathode (22), mit der sie in Kontakt steht, vollständig abdeckt und so viel Elektrolyt enthält, daß die Poren der Kathode damit gefüllt werden.

5. Wiederaufladbare Metall/Wasserstoff-Batterie nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (16) aus einer Anzahl miteinander verbundener Teile besteht, von denen jedes die Kante einer der leitenden Folien umfaßt.

6. Wiederaufladbare Metall/Wasserstoff-Batterie nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ende des Stapels eine Endplatte entsprechender Polarität aufweist.

7. Wiederaufladbare Metall/Wasserstoff-Batterie nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffschicht der Anode (20) durchlässig für Wasser stoff, jedoch undurchlässig für Flüssigkeit ist, die Koh lenstoffteilchen dieser Schicht mit Polytetrafluoräthylen überzogen sind, das Metallgitter auf der der Kohlenstoff schicht zugewandten Seite mit einem Fluoräthylenpolymer be deckt und an die Kohlenstoffolie gebunden ist und elektrisch mit dem metallischen porösen Abstandshalter (80) in der Zelle ver bunden ist, wobei der Abstandshalter federnd ist, so daß er den Stapel zusammenhält, und außerdem elektrisch leitend ist.

8. Wiederaufladbare Metall/Wasserstoff-Batterie nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Elektrolyten Alkalihydroxid in ausreichender Menge, um den Separator vollständig zu imprägnieren, ent hält und der Separator aus einem anorganischen Faserlaminat besteht.