DE69202053T2 - Galvanische seewasserzelle. - Google Patents

Galvanische seewasserzelle.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf galvanische Meerwasserzellen und -batterien und insbesondere auf Kathoden, die zur Verwendung bei galvanischen Zellen geeignet sind, die ein Oxidationsmittel verwenden, das in dein Elektrolyten als Depolarisator gelöst ist. Ein Beispiel für solche Zellen sind Meerwasserzellen, die den im Meerwasser gelösten Sauerstoff als Oxidationsmittel verwenden.
  • Eine niedrige Leistung aufweisende Meerwasserzellen mit inerten Kathoden, die den im Meerwasser gelösten Sauerstoff als Oxidationsmittel verwenden, sowie mit einer sich verbrauchenden Anode sind schon seit langer Zeit bekannt. ein Beispiel ist in der internationalen Patentanmeldung Nr. BO 89/11165 beschrieben ( . Hasvold 3). Diese Zellen sind im Meer für eine Zeitdauer von mehr als zwei Jahren erfolgreich betrieben worden. Sie verwenden eine inerte Metallkathode (Titan oder nicht-rostender Stahl), die mit einem Katalysator beschichtet ist, der die Reduktion von Sauerstoff katalysiert. Bei Batterien sind die Zellen parallel miteinander verbunden, und die Zellenspannung wird durch einen Gleichspannungswandler in einen nutzbaren Wert umgewandeln. Bei der sich aufbrauchenden Anode kann es sich um ein beliebiges elektronegatives Metall oder elektronegative Legierung handeln, wobei diese z.B. aus Lithium, Magnesiuin, Aluminium oder Zink besteht.
  • Meerwasserbatterien sind deshalb attraktiv, weil sie eine sehr hohe Energiedichte aufweisen, die im Vergleich zu den besten derzeit erhältlichen Batterien sehr günstig abschneiden. Da diese Batterien das Meerwasser sowohl als Elektrolyt als auch als Oxidationsmittel verwenden, lassen sie sich in trockenem Zustand für eine sehr lange Zeitdauer ohne bemerkenswerte Verschlechterung aufbewahren. Außerdem bestehen bei Meerwasserbatterien mit Magnesiumanoden, die mit Aluminium, Zink oder Mangan legiert sind, keine Sicherheitsgefahren, da sie weder entzündlich sind noch irgendwelche Elemente enthalten, die als für die Umwelt toxisch betrachtet werden.
  • Die chemischen Reaktionen bei einer typischen Meerwasserbatterie mit Magnesiumanoden sind folgende:
  • 2 Mg = 2 Mg&spplus;&spplus; + 4e&supmin; (Ahodenreaktion)
  • O&sub2; + 2 H&sub2;O + 4e&supmin; = 4 OH&supmin; (Kathodenreaktion)
  • 2 Mg + 2 H&sub2;O + O&sub2; = 2 Mg&spplus;&spplus; + 4 OH&supmin; (Zellenreaktion)
  • Da Magnesiumionen bereits im Meerwasser vorhanden sind, sind Meerwasserbatterien mit Magnesiumanoden für die Umwelt ungefahrlich.
  • Die Kathoden werden von den Zellenreaktionen nicht beeinflußt, und somit laßt sich eine entladene Batterie mechanisch wieder aufladen, indem man neue Magnesiumanoden einsetzt. Wenn die Kathoden durch Biobewuchs oder Kalkablagerungen auf den Kathoden beeinträchtigt sind, kann ein Reinigen der Kathoden erforderlich sein.
  • Während der Energiegehalt der Batterie durch die Menge des Anodenmaterials und die Zellenspannung unter Last begrenzt ist, wird die Leistung von in der Praxis verwendbaren Batterien bestimmt durch die Rate der Sauerstoffreduktion. Diese Rate ist begrenzt durch die zur Verfügung stehende Kathodenoberfläche sowie durch den Transport von Sauerstoff zu der Kathodenoberfläche. Bei früheren Ausbildungen hat man als Kathoden in Meerwasserzellen lose gepackte Metallwolle verwendet, die mit einem Katalysator beschichtet war, wie dies in der genannten WO 89/11165 beschrieben ist, oder aber Streckmetall, wie dies in der PCT/N090/00056( Hasvold 5-1-1) beschrieben ist.
  • Die Reduktion von Sauerstoff besteht aus folgenden Schritten:
  • 1. den Transport von Sauerstoff durch Konvektion und durch Diffusion zu der Elektrodenoberfläche
  • 2. die elektrochemische Reaktion an der Elektrodenoberfläche
  • 3. den Transport der Reaktionsprodukte von der Elektrodenoberfläche weg.
  • Je effizienter die Transportschritte sind, desto mehr Sauerstoff steht für die Kathodenreaktion zur Verfügung und desto geringer ist der pH-Anstieg an der Oberfläche der Katalysatorkathode Die Wichtigkeit zur Minimierung des pH-Anstiegs an der Oberfläche ist bedingt durch die Notwendigkeit, Kalkablagerungen in und auf der Kathodenoberfläche zu vermeiden. Meerwasser enthält Magnesium und Kalziumionen zusammen mit Wasserstoffkarbonationen. Die Kathodenreaktion verursacht einen pH-Anstieg an der Kathodenoberfläche, und wenn dieser ausreichend hoch ist, führt dies zu einer Ausfällung von Calcium- und Magnesiumsalzen, wie z.B.:
  • Ca&spplus;&spplus; + HCO&sub3; + OH&supmin; = CaCO&sub3; + H&sub2;O
  • und Mg&spplus;&spplus; + 2 OH&supmin; = Mg(OH)&sub2;
  • Diese Reaktionen werden beim Kathodenschutz von Metallkonstruktionen in Meerwasser gegen Korrosion für günstig erachtet, da die Kalkschicht den zum Schützen der Konstruktion erforderlichen Strom reduziert. Bei Meerwasserzellen ist die Bildung von Kalkschichten schädlich, da dadurch die Zellenleistung vermindert wird. Da Meerwasser mit Kalziumkarbonat nahezu gesättigt ist, lösen sich einmal gebildete Ablagerungen nicht wieder auf.
  • Zur Gewährleistung einer großen Oberfläche der Kathode kann das inerte Metall in Form von Wolle ausgebildet sein, das sandwichartig zwischen zwei Schichten aus einem Metallnetz oder Streckmetall angeordnet ist, wie dies vorstehend erwähnt wurde. Die Packung bzw. Unterbringung der Wolle erfolgt lose, um einen geringen Konvektionswiderstand (Durchfluß) zu gewährleisten und somit eine ungehinderte Strömung von frischem, sauerstoffreichem Meerwasser durch die Kathodenkonstruktion zu schaffen. Außerdem muß die Zelle eine offene Konstruktion besitzen, um freien Zugang von frischem Meerwasser sowie die Abfuhr der gebildeten Reaktionsprodukte zu ermöglichen.
  • Wenn eine solche Zelle nahe der Wasseroberfläche unter Bedingungen mit starker Wellenbewegung verwendet wird, kann das Woll-Gebilde mechanisch zerstört werden, falls keine sehr steife Qualität verwendet wird. Außerdem besteht nahe der Oberfläche das Problem von Biobewuchs (z.B. durch Algen, Entenmuscheln und Muscheln), wobei dieses Problem mit der Zeit zunimmt, wenn man nicht Kupfer oder eine Kupferlegierung für die Kathode verwendet. Die Korrosion von Kupfer führt normalerweise zu einem Lecken einer ausreichenden Menge von Kupferionen, die als ausgezeichnetes Mittel gegen Biobewuchs wirken, solange das Kathodenpotential nicht zu weit von dem freien Korrosionspotential des Metalls abgesenkt wird. Da das Korrosionspotential von Kupfer im Vergleich zu dem Potential katalysierter Kathoden unter Last niedrig ist, beträgt die Zellenspannung von auf Kupferbasis hergestellten Meerwasserzellen im großen und ganzen nicht mehr als 1,0 V im Vergleich zu 1,6 V bei Zellen, die katalysierten, nicht-rostenden Stahl verwenden. Kupfer ist jedoch ein sehr weiches Metall, und Kathoden mit Kupferwolle besitzen keine ausreichende Festigkeit, um unter rauhen Bedingungen verwendet zu werden. Es können Metallplatten-Kathoden verwendet werden, doch wenn die Diffusionsschicht nicht z.B. durch Perforation der Platten durchbrochen wird, um dadurch die charakteristische Länge in Richtung der Wasserströmung zu vermindern, ist die maximale Stromdichte, der sie standhalten können, gering.
  • Ein Parameter, der zum Beschreiben des Materialtransports verwendet wird, ist die Grenzstromdichte. Dabei handelt es sich um die Stromdichte, bei der der Konzentrationsgradient des elektroaktiven Reaktionsmittels sein Maximum hat, d.h., wenn die Reaktionsmittelkonzentration an der Elektrodenoberfläche Null beträgt. Aus Lehrbüchern in der Elektrochemie ist es allgemein bekannt, daß die Grenzstromdichte bei steigender Reaktionsmittelkonzentration und Elektrolytgeschwindigkeit sowie bei abnehmender Größe der Elektrode zunimmt.
  • Für eine laminare Strömung über eine ebene Platte ist die Massentransport-Grenzstromdichte für Platten gemäß einem Lehrbuch von K. J. Vetter: "Electrochmical Kinetics", veröffentlicht von Academic Press, New York 1967, proportional zu der Reaktionsmittelkonzentration und der Quadratwurzel der Strömungsgeschwindigkeit sowie umgekehrt proportional zu der Quadratwurzel der Länge der Platte in Strömungsrichtung.
  • Es ist daher offensichtlich, daß die Erstreckung der Elektrode in Strömungsrichtung so gering sein sollte, wie dies technisch möglich ist. Außerdem sollte der Strömungswiderstand niedrig sein, um eine hohe Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Kathode zu ermöglichen. Dies läßt sich bei Kathoden erzielen, die aus Streckmetall oder Metallnetz gebildet sind. Das (die) Flachstück(e) aus Streckmetall können in Form einer steifen Konstruktion gewickelt sein, wie dies in der internationalen Anmeldung PCT/NO90/00056 beschrieben ist. Wenn die Kathode aus Drähten besteht, die so dünn sind, daß ihre Dicke mit der Dicke der Diffusionsschicht vergleichbar ist, führt eine zylindrische Diffusion zu einer weiteren Erhöhung der Massentransport-Grenzstromdichte und somit der maximalen Stromdichte, der die Kathode standhalten kann.
  • Das Problem bei aus dünnen Drähten oder Fasern hergestellten Kathoden besteht in ihrer mangelnden mechanischen Festigkeit und Steifigkeit. In Form von Wolle haben die Fasern die Tendenz zusammenzukleben, und selbst wenn das Gebilde anfangs lose ist und einen niedrigen Strömungswiderstand durch das Gebilde besitzt, brechen hydrodynamische Kräfte aufgrund der Wellenwirkung und aufgrund von Meeresströmungen zusammen mit der Schwerkraft die Konstruktion auf, und wenn diese in einem Korb aus Metallnetz angeordnet wird, werden die Fasern letztendlich zusammengedrückt und enden am Boden des Korbs.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer galvanischen Zelle, die im Vergleich zu bekannten Kathoden eine verbesserte Kathodenstruktur aufweist. Die Hauptmerkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung nutzt in vorteilhafter Weise die große spezifische Oberfläche und die hohe Grenzstromdichte von dünnen Fasern. Die Fasern sind voneinander getrennt und von freiströmendem Meerwasser umgeben. (Wenn die Fasern zusammenkleben, wie z.B. bei einem gewebten Tuch oder einer Matte, wird nur den äußeren Oberfläche frisches, sauerstoffhaltiges Meerwasser zugeführt). Gleichzeitig wird ein guter elektrischer Kontakt aufrechterhalten. Man ist daher der Ansicht, daß die ideale Geometrie der Fasern der einer üblichen Laborflaschenbürste ähnlich ist.
  • Die vorstehend genannten sowie weitere Merkmale und Ziele der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen deutlich;
  • in den Zeichnungen zeigen:
  • Figur 1 die Prinzipien einer Kathodenfaserkonstruktion;
  • Figur 2 und 3 ein Beispiel einer Kathodenkonstruktion nach Art einer "Flaschenbürste";
  • Figur 4 eine von oben gesehene Draufsicht auf eine Zelle mit einer "Bürsten"-Kathode;
  • Figur 5 und 6 Leistungskurven für die Zelle der Figur 4;
  • Figur 7 eine von oben gesehene Draufsicht auf einen Prototyp einer Zelle, die für Sonobojen verwendbar ist;
  • Figur 8 eine Kammerzellen-Konstruktion und
  • Figur 9, 10 und 11 alternative Kathodenausführungsformen.
  • Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen Elektroden mit einer Flaschenbürsten-Konstruktion. Dabei sind die Fasern 1 und 3 radial ausgespreizt, wodurch frisches Meerwasser freien Zugang zu der gesamten Faseroberfläche hat. Das Stromsammeln von den Fasern erfolgt durch einen Elektrodenkörper oder Stab 2 oder 4, der aus Metalldraht hergestellt ist. Der Metalldraht in dem Stab kann aus einer beliebigen leitfähigen Legierung gebildet sein, die bei den Potentialen, die hier von Interesse sind, stabil ist. Typische Materialien sind Titan, rostfreier Stahl, Silber oder Kupfer.
  • Der Stromsammelstab 2, 4 besteht aus zwei oder mehr Drähten, die zur Bildung eines Elektrodenstabs miteinander verdrillt sind, wobei die Fasern 1, 3 in feststehenden Positionen zwischen den Drähten eingeklemmt sind. Die 5leitfähigen Drähte 2, 4 sind derart miteinander verdrillt, daß sie eine Doppelschraubenlinie bilden, wobei sie die Fasern 1, 3 wie bei einer Laborflaschenbürste einklemmen. Die Drähte 2, 4 können in SZ-Weise verdrillt sein, d.h. ein Teil des Stabs ist in der einen Richtung verdrillt und ein anderer Teil ist (andere Teile sind) in der anderen Richtung verdrillt.
  • Die Fasern können auch aus einem beliebigen leitfähigen Material gebildet sein, das in Meerwasser stabil ist, wie z.B. aus Kupfer- oder Silberlegierungen (zur Verwendung, wo Biobewuchs ein Problem ist), aus katalysiertem nichtrostendem Stahl, Titan und/oder Kohlenstoff, wobei jegliche Kombination hiervon möglich ist. Von besonderem Interesse sind Kohlenstoffasern, da Kohlenstoff ein allgemein bekannter Katalysator für die Reduktion von Sauerstoff ist. Diese katalytische Aktivität läßt sich durch eine Oberflächenmodifizierung weiter steigern, wie sie in dem Buch "The electrochemistry of carbon", Herausgeber: Sarangpani S. Akridge J.R. und Schumm B., von The Electrochemial Society Inc. (1984) beschrieben ist. Kohlenstoffasern einschl. Graphitfasern besitzen einen hohen Elastizitätsmodul, wodurch selbst dünne Fasern relativ steif werden. Diese Steifigkeit ermöglicht Bürstenkathoden, ihre Form in dein sich bewegenden Meerwasser beizubehalten.
  • Eine Kohlenstoffaserkathode gemäß den Figuren 1, 2 und 3 wurde aus einem Garn hergestellt, das aus 3000 Fasern bestand, deren jede einen Durchmesser von 7000 nm hatte. Der Stab wurde aus nicht-rostendem Stahldraht hergestellt. Nach der Herstellung der "Bürste" wurde die "Bürste" mit einem Lösungsmittel zum Entfernen der Schlichte der Garnfasern behandelt und an Luft wärmebehandelt, um die Fasern voneinander zu trennen und die katalytische Aktivität der Faseroberfläche zu verbessern. Jede Kathode besaß einen Durchmesser von 30 mm und eine Höhe von 150 mm. In einer Testzelle wurde die Kathodenbürste 5 von vier Magnesiumanoden 6 umgeben, wie dies in Figur 4 dargestellt ist, die eine von oben gesehene Draufsicht auf die Zelle zeigt. Die Leistung der Zelle (Zellenspannung (mV) gegenüber Strom (mA)) ist in Figur 5 dargestellt, wobei die Messung an einer Stelle erfolgte, an der starke Meeresströmungen und ein hoher Meerwasser-Salzgehalt vorhanden waren. Selbst dabei wird die Leistung für außerordentlich gut erachtet im Vergleich zu Zellen, die mit Kathoden aus katalysierter nicht-rostender Stahlwolle von ähnlicher Größe gebildet sind. Figur 6 zeigt die Leistung der Zelle (Zellenspannung (mV) gegenüber der Zeit (h)) bei konstanter Last an einer Stelle mit niedrigerem Salzgehalt und niedrigerer Meeresströmung. Die Last betrug 250 mA. Die Absenkungen in der Zellenspannung sind durch Perioden mit nahezu stagnierendem Wasser bedingt.
  • Figur 7 zeigt die von oben gesehene Draufsicht auf eine typische Elektrodenkonfiguration für eine Meerwasserzelle, die für Sonobojen verwendbar ist. Die Zelle besteht aus zwölf Anoden 7 und neun Kathodenelementen 8. Die Höhe der Elektroden beträgt 150 mm, und die Zelle läßt sich in einem Zylinder mit 150 mm Durchmesser unterbringen. Die Zellenkapazität (bei Reduzierung des Anodendurchmessers um 50 Prozent) beträgt 600 Ah, und eine typische Zellenlast beträgt 2,7 A oder weniger, wobei dies einer Entladungszeit von neun Tagen oder mehr entspricht. Eine Steigerung der Leistung und der Kapazität läßt sich durch einfaches Erhöhen der Länge der Elektroden erzielen. Die Kathodenlänge von 150 mm ist für die Prototyp-Produktion lediglich zweckdienlich, jedoch können Kathoden mit jeder beliebigen Länge hergestellt werden. Die Elektroden wurden alle oben miteinander verbunden, und die Verbindungen wurden mit einem Polymer überdeckt.
  • Es können auch andere Zellengeometrien bei Flaschenbürsten-Kathoden verwirklicht werden, wie z.B. eine zylindrische Zelle, die in etwa umgekehrt zu der in Figur 4 dargestellten Zelle ausgebildet ist und eine zentrale Anodenstange sowie eine Anzahl zueinander paralleler Kathodenbürstenelemente aufweist, die in einem Ring um die Anode herum angeordnet sind.
  • Flaschenbürstenkathoden können auch bei Zellen verwendet werden, die für den Antrieb von Fahrzeugen gedacht sind. In diesem Fall ist die Strömungsrichtung bekannt, da entweder die durch die Fahrzeugbewegung durch das Meer bedingten Druckunterschiede oder speziell vorgesehene Meerwasserpumpen zum Bewegen des Meerwassers durch die Zellen hindurch verwendet werden. Es können auch Zellentypen des in Figur 7 gezeigten Typs für eine Traktion verwendet werden, doch da sich Feststoffe der Zellenreaktion in den Kathoden sammeln können, kann eine Zelle bevorzugt sein, wie sich in Figur 8 gezeigt ist. Bei dieser Zelle durchläuft das Meerwasser eine Reihe von Kathoden 9, bevor es in die Anodenkammer 10 eintritt. In dieser Figur sind die Anoden 11 in Form paralleler Stangen ausgebildet, doch es können auch andere Konfigurationen verwendet werden, die der Strömung einen geringen Widerstand darbieten, wie z.B. perforierte Magnesiumplatten (Gitter). Wenn mehr Leistung benötigt wird, als dies mit der natürlichen Konzentration von Sauerstoff in Meerwasser (ca. 0,3 mol/m³) möglich ist, kann die Oxidationsmittelkonzentration dadurch gesteigert werden, daß man dem Meerwasser ein geeignetes Oxidationsmittel, wie Wasserstoffperoxid, Sauerstoff oder Chlor zusetzt.
  • Zum Reduzieren der Größe und der Kosten des Gleichspannungswandlers, der normalerweise in Verbindung mit den Zellen verwendet wird, sind Meerwasserzellen für Traktion reihenweise miteinander verbunden. Der Leckstrom zwischen den Zellen wird durch die Verwendung von Einlaßkanälen 12 und Auslaßkanälen 13 für das Meerwasser auf einem akzeptablen Niveau gehalten. Der Widerstand der Kanäle nimmt mit der Kanallänge zu und mit dem Querschnitt des Kanals ab. Die Zelle besitzt eine Umhüllung, die an zwei einander gegenüberliegenden Enden zum Meer hin offen ist, so daß das Meerwasser im wesentlichen rechtwinklig zu der Zellenkonstruktion mit Zwangskonvektion an der Kathode vorbeigeführt wird.
  • "Flaschenbürsten"-Kathoden werden für die beste Wahl unter den "Bürsten"-Kathoden gehalten, da ihre radiale Geometrie die gesamte Faseroberfläche leicht zugänglich macht. Bei dünnen Fasern werden die Fasern durch das sich bewegende Wasser bewegt, wodurch ihr hydrodynamischer Widerstand unter Bedingungen mit sehr starker Strömung niedrig wird, wobei dies auch der Grund dafür ist, warum sie sich nicht leicht zusetzen: große Partikel rutschen einfach durch die Kathode durch, im Gegensatz zu der Strömung durch Filzkathoden, bei denen das Meerwasser gefiltert wird. Zu guter Letzt sind Flaschenbürstenkathoden einfach herzustellen.
  • Es können auch andere "Bürsten"-Geometrien für Kathoden in Meerwasserzellen verwendet werden. Beispiele hierfür sind in den Figuren 9, 10 und 11 gezeigt. Bei der "Bürste" sind die Fasern 14 in Löcher in einer Stromsammelkonstruktion 15 eingesetzt. Obwohl sie gegenüber Flaschenbürstenkathoden vergleichbarer Größe schlechter sind, können diese Kathoden mehr Strom als eine perforierte Platte derselben Größe liefern.
  • Im allgemeinen kann die inerte Kathode (Elektrode) der galvanischen Zelle aus einer Anzahl leitfähiger Fasern 1, 3, 14 bestehen, die mit einem Stromsammelkörper 2, 4, 15 derart verbunden sind, daß ein beträchtlicher Teil der Fasern in Richtungen ausgerichtet ist, die sich von der Ebene des Körpers an der Verbindung zwischen der Faser und dem Körper wesentlich unterscheiden. Die Fasern 1, 3, 14 können relativ zueinander und zu dem Körper 2, 4, 15 unterschiedliche Ausrichtungen aufweisen. Drittens können die Fasern Ausrichtungen besitzen, die im Bereich von plus/minus 45 Grad des senkrechten Vektors zu der Ebene oder zu der Hauptachse des Körpers liegen. Vorzugsweise sollte jede Faser in etwa rechtwinklig oder senkrecht zu der Oberfläche des Körpers ausgerichtet sein. Während die Fasern normalerweise dieselbe Länge und denselben Durchmesser besitzen, kann ein beträchtlicher Teil oder können einige der Fasern 1, 3, 14 unterschiedliche Längen und/oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen.

Claims (18)

1. Galvanische Meerwasserzelle, die Meerwasser als Elektrolyten sowie Sauerstoff, Wasserstoffperoxid oder Chlor, die im Meerwasser gelöst sind, als Oxidationsmittel verwendet und die wenigstens eine inerte Elektrode aufweist, die wenigstens aus einer Anzahl dünner, elektromechanisch aktiver Fasern besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (1, 3, 14) mit einem leitfähigen Stromsammelkörper (2, 4, 15) derart verbunden sind, daß ein beträchtlicher Teil der Fasern sich nach Art einer Bürste frei von der Oberfläche des Stromsammelkörpers wegerstreckt.
2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (1, 3, 14) unterschiedliche Ausrichtungen zueinander und zu dem Körper (2, 4, 15) aufweisen.
3. Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Ausrichtungen aufweisen, die im Bereich von plus/minus 45 Grad des senkrechten Vektors zu der Ebene oder zu der Hauptachse des Körpers liegen.
4. Zelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Faser in etwa rechtwinklig oder senkrecht zu der Oberfläche des Körpers ausgerichtet ist.
5. Zelle nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein beträchtlicher Teil oder einige der Fasern (1, 3, 14) unterschiedliche Längen und/oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
6. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus mit dem Stromsammelkörper (2, 4, 15) verbundenen Fasern (1, 3, 14) aus Kohlenstoff, Kupfer, Kupferlegierungen, Silber, nichtrostendem Stahl und/oder Titan oder jeglicher Kombination hinsichtlich Materialien und Anzahl davon besteht.
7. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsammelkörper (2, 4, 15) aus nicht-rostendem Stahl, Kupfer oder einer Kupferlegierung, Silber oder Titan besteht.
8. Zelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (2, 4) aus zwei oder mehr Drähten besteht, die zur Bildung eines Elektrodenstabs in an sich bekannter Weise miteinander verdrillt sind, wobei die Fasern (1, 3) wie bei einer Laborflaschenbürste in feststehenden Positionen zwischen den Drähten eingeklemmt sind.
9. Zelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (2, 4) in SZ-Weise verdrillt sind, d.h. ein Teil des Stabs ist in der einen Richtung verdrillt und ein anderer Teil ist (andere Teile sind) in der anderen Richtung verdrillt.
10. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Anzahl solcher Elektroden (8, 9) versehen ist, die zusammen eine Kathode der Zelle bilden.
11. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle (Fig. 4, Fig. 7), die für das Meerwasser offen ist, eine oder mehrere Metallanoden (6, 7) aufweist, die mit einem oder mehreren Kathodenelementen (5, 8) verschachtelt sind.
12. Zelle nach Anspruch 10, mit einer oder mehreren Metallanoden,
dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektroden (Kathodenelemente (8) und Anodenelemente (7)) in einer oder mehreren parallelen Reihen angeordnet sind, und daß die Anodenund Kathodenreihen einander abwechseln, so daß eine vollständige Zellenkonstruktion gebildet ist (Fig. 7).
13. Zelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die vollständige Zellenkonstruktion (Fig. 7) innerhalb einer Kammer eingeschlossen ist, die einen Elektrolyteinlaßkanal und einen Elektrolytauslaßkanal aufweist, so daß der Elektrolyt die Kammer durchströmen kann.
14. Zelle nach Anspruch 12 oder 13, mit einer Durchstrom-Zellenkonstruktion, dadurch gekennzeichnet, daß man den Elektrolyten (Meerwasser) zuerst durch das (die) Kathodenelement(e) und dann durch das (die) Anodenelement(e) hindurchströmen läßt (Fig. 8).
15. Zelle nach Anspruch 11, 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden- (9) und Anodenelektroden (11) in wenigstens zwei separaten Reihen innerhalb einer Kammer (10) angeordnet sind.
16. Zelle nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle eine Umhüllung aufweist, die an zwei einander gegenüberliegenden Enden zum Meer hin offen ist, so daß das Meerwasser im wesentlichen rechtwinklig zu der Zellenkonstruktion (Fig. 8) mit Zwangskonvektion an der Kathode vorbeigeführt wird.
17. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenkörper aus einer Stromsammelmatrix (15, Fig. 9, 10, 11) besteht, wobei die elektrisch leitenden Fasern (14) in Löcher oder Schlitze derselben eingesetzt sind.
18. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (1, 3, 14) so dünn und steif sind, daß sie sich unter den Bedingungen einer normalen Wasserströmung durch die Zelle unter hydrodynamischer Belastung elastisch biegen.
DE69202053T 1991-02-07 1992-02-06 Galvanische seewasserzelle. Expired - Lifetime DE69202053T2 (de)

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