DE1945945B2

DE1945945B2 - Brennstoffbatterie zur umsetzung eines im elektrolyten geloesten reaktanten

Info

Publication number: DE1945945B2
Application number: DE19691945945
Authority: DE
Inventors: Hans 8520 Erlangen; Kühl Dieter 8521 Bubenreuth Kohlmüller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-09-11
Filing date: 1969-09-11
Publication date: 1977-12-29
Also published as: DE1945945C3; FR2061666A1; CH510938A; ZA706203B; GB1327217A; SE360512B; US3681145A; DE1945945A1; FR2061666B1; JPS5031935B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffbatterie zur Umsetzung eines im Elektrolyten gelösten Reaktanten, insbesondere Hydrazin, aus mit einem Gießharz umgossenen Bauteilen, die Diaphragmen, Stützgerüste, Abstandsnetze, Kontaktierungsbleche, Dichtungsrahmen und Elektroden enthalten.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Brennstoffbatterien zum Betrieb mit gasförmigen Reaktanten oder mit gasförmigem Oxidationsmittel und im Elektrolyten gelöstem Brennstoff aus Bauteilen aufzubauen, wobei diese Bauteile mittels Gießharz vergossen werden t>o (DTPS 19 02 392 und DT-OS 19 38 044). Die einzelnen Bauteile weisen dabei Diaphragmen, Stützgerüste, Abstandsnetze, Kontaktierungsbleche, Dichtungsrahmen und Elektroden auf. Aus der US-PS 3! 26 302 ist es bekannt, bei der Herstellung von Brennstoffbatterien i,s zur Umsetzung gasförmiger Reaktanten mehrere Teile eines Brennstoffelementes durch Rahmung zu einem Modul zu vereinigen. Dazu dienen spezielle Halterungen, in die sowohl Elektroden als auch Elektrolytmatrizes eingesetzt werden und die mit Zu- bzw. Abführungskanälen für die gasförmigen Reaktanten sowie mit Kanälen zur Aufnahme der Stromabnehmer versehen

Es ist ferner bereits bekannt, doppelseitig arbeitende Gas-Diffusionselektroden von Brennstoffelementen in einer Batterie mittels Kunststoffen zu vereinigen. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, daß positive und negative Elektroden in abwechselnder Reihenfolge aufeinandergestapelt und in einer Form mit Gießharzen vergossen werden, wobei zwischen den Elektroden Abstandsrahmen, die den Raum zur späteren Aufnahme des Elektrolyten ausbilden und ein Eindringen der Gießharze in den Elektrolytraum verhindern, eingelegt und nach der Aushärtung der Gießharze wieder entfernt werden. Die für den Elektrolyten oder die Gase vorgesehenen Zuleitungs- bzw. Verbindungskanäle können dadurch gebildet werden, daß man vor dem Verguß Formkörper aus vom Gießharz nicht benetzbaren Materialien, beispielsweise aus Polyvinylalkohol, auf den Elektrodenstapel auf- oder in diesen einlegt und diese Formkörper nach erfolgter Verfestigung des Gießharzes wieder herauslöst oder herausschmilzt (vgl. OE-PS 2 59 652). Für im Elektrolyten gelöste Reaktanten arbeitet eine derart aufgebaute Brennstoffbatterie jedoch nicht optimal.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennstoffbatterie der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß bei der Herstellung die in Vergußbatterien bei der Kanalbildung und Abdichtung von Hohlräumen bisher auftretenden Schwierigkeiten vermieden werden können.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Brennstoffbatterie aus aneinandergereihten Bauteilen A und endständigen Bauteilen B und C aufgebaut ist, daß das Bauteil A aus zwei Diaphragmen, einem zwischen den Diaphragmen angeordneten Kontaktierungsblech und zwei Dichtungsrahmen gebildet ist, die je eines der Diaphragmen fest mit dem Kontaktierungsblech verbinden, wobei auf einer Seite des Kontaktierungsbleches innerhalb des ersten Dichtungsrahmens ein Abstandsnetz und am Abstandsnetz eine Elektrode angeordnet ist und auf der anderen Seite des Kontaktierungsbleches innerhalb des zweiten Dichtungsrahmens ein Stützgerüst und am Stützgerüst eine Elektrode entgegengesetzter Polarität, daß die Bauteile Bund Cjeweils aus einem Diaphragma und einem Kontaktierungsblech gebildet sind, die fest mit einem dazwischen angeordneten Dichtungsrahmen verbunden sind, wobei beim Bauteil B innerhalb des Dichtungsrahmens am Kontaktierungsblech ein Stützgerüst und daran eine Elektrode angeordnet ist und beim Bauteil Cein Abstandsnetz und daran eine Elektrode mit einer der Elektrode des Bauteiles B entgegengesetzten Polarität, und daß die Dichtungsrahmen, die Diaphragmen und die Kontaktierungsbleche Fahnen aufweisen, welche mit Bohrungen zur Zu- bzw. Abführung der Reaktanten versehen sind.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennstoffbatterie sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Der bei der Brennstoffbatterie nach der Erfindung resultierende technische Fortschritt wird vor allem darin gesehen, daß sich nunmehr zwischen dem Gasraum und dem Elektrolytraum zwei Diaphragmen befinden, mit deren Hilfe die Gas- und Elektrolyträume in einfacher Weise verschlossen werden können. Die Bohrungen und Kanüle für die Zu- und Ableitung der

(f

Reakti-nten können somit bereits vor dem Verguß der Batterie in die Einzelteile eingearbeitet werden, wodurch sowohl die Inbetriebnahme als aui:h die Betriebssicherheit der Batterie wesentlich nrleichtert und verbessert wird. Eine Verstopfung der für den Transport der Reaktanten innerhalb der Batterie vorgesehenen Leitungen sowie Beeinträchtigungen des Katalysators, die beim Herauslösen bzw. Herausschmelzen der Formkörper häufig zu beobachten sind, sind damit ausgeschlossen.

Anhand einiger Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden.

F i g. 1 stellt den Grundriß des Bauteiles A dar. Die Fahnen der Diaphragmen, Dichtungsrahmen und Kontaktierungsbleche sind dabei mit den Bezugsziffern 1, 2, 3 und 4 gekennzeichnet. Die Fahnen sind, wie in F i g. 1 dargestellt, mit Bohrungen für die Zu- bzw. Abführung der Reaktanten versehen. Der im Elektrolyten gelöste Reaktant wird in dem dargestellten Bauteil über die Bohrungen in den Fahnen 1 und 3 und das gasförmige Oxidationsmittel, beispielsweise Sauerstoff oder Luft, über die Bohrungen in den Fahnen 4 und 2 transportiert. Die zwischen den Kontaktierungsblechen und den Diaphragmen angeordneten Dichtungsrahmen weisen zwar innerhalb der Fahnen ebenfalls Bohrungen auf, von denen jedoch — in Abhängigkeit von ihrer Lage im Bauteil A — Abzweigkanäle in den Elektrolytraum bzw. Gasraum führen.

F i g. 2 zeigt den Schnitt A-B und F i g. 3 den Schnitt C-D durch das Bauteil A nach Fig. 1. Aus den Fig.2 und 3 ist zu ersehen, daß sich zwischen Diaphragmen 5 und 6 eine Anode (Brennstoffelektrode) 7, eine Kathode (Sauerstoffelektrode) 8, ein Stützgerüst 9, ein Abstandsnetz 10 und ein Kontaktierungsblech 11 befinden. Die Dichtungsrahmen 12a und \2b sind mit Bohrungen 13 und 14 versehen, von denen Abzweigkanäle 15 und 16 in den Gasraum bzw. Elektrolytraum einmünden.

Die Dichtungsrahmen der erfindungsgemäßen Brennstoffbatterie bestehen aus einem Elastomeren, das gegenüber den Reaktanten und dem Elektrolyten beständig ist, beispielsweise aus Polychlorbutadien. Diese Dichtungsrahmen sind mit den Diaphragmen, die vorzugsweise aus Asbestpapier bestehen, und mit den Kontaktierungsblechen, die aus Nickel oder säurefestem Stahl bestehen, gas- und flüssigkeitsdicht verbunden. Die Verbindung der Dichtungsrahmen kann in bekannter Weise mittels Klebstoffen oder durch Aufvulkanisation erfolgen.
Die Herstellung des Bauteiles A kann beispielsweise

^r. in der Weise erfolgen, daß ein Kontaktierungsblech zunächst auf beiden Seiten mit einem Lösungsmittel entfettet und am Rand mit Korund sandgestrahlt wird. Anschließend wird sofort eine Vulkanisiergrundierung auf den Rand aufgebracht, die nach Lufttrocknung 5

κι Minuten bei 70⁰C eingebrannt wird. Auf diese Grundierung wird dann beidseitig eine Vulkanisierlösung aufgestrichen, auf die nach Trocknung das Abstandsnetz 10 bzw. das Stützgerüst 9 sowie eine Netzelektrode 7 durch Punktschweißen aufgebracht

!■> werden.

In analoger Weise wird der für die Dichtungsrahmen vorgesehene Kunststoff, wie polymeres Chloropren (2-Chlor-l.3-butadien), zunächst entfettet und beidseitig mit Vulkanisierlösung bestrichen. Nach de:n Eintrocknen werden die Dichtungsrahmen aus dem vorbehandelten Kunststoff ausgestanzt. Die bei dieser Ausführungsform aus Asbestpapier bestehenden Diaphragmen werden vor der Vulkanisierung ebenfalls mit Vulkanisierlösung bestrichen, zweckmäßigerweise mehrere

y-i Male, und nach dem Eintrocknen mit den genannten vorbehandelten Einzelheiten des Bauteiles A bei 150° C und einem Druck von etwa 20 N/cm² 20 Min. vulkanisiert.

Das in F i g. 4 dargestellte Bauteil B besteht lediglich

■«· aus einem Diaphragma 20, einem Kontaktierungsblech

21, einem Stützgerüst 17, einer Anode 18 und einem

Dichtungsrahmen 19 und stellt eine endständige Halbzelle dar.

Die zweite endständige Halbzelle, d. h. das Bauteil C,

« ist in Fig.5 dargestellt. Diese Halbzelle setzt sich zusammen aus einem Diaphragma 22, einem Kontaktierungsblech 23, einem Abstandsnetz 24, einer Kathode 25 und einem Dichtungsrahmen 26.
Die in der erfindungsgemäßen Brennstoffbatterie

■«> verwendeten Elektroden bestehen vorzugsweise aus pulverförmigem Katalysatormaterial, das gegebenenfalls mittels Bindemitteln verfestigt ist. Als Anoden können jedoch vorteilhaft auch Netzelektroden aus Edelmetallen oder mit Edelmetallen versehene Träger-

·»■'> netze aus Stahl oder Nickel eingesetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennstoffbatterie zur Umsetzung eines im Elektrolyten gelösten Reaktanten, insbesondere Hydrazin, aus mit einem Gießharz umgossenen "· Bauteilen, die Diaphragmen, Stützgerüste, Abstandsnetze, Kontaktierungsbleche, Dichtungsrahmen und Elektroden enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus aneinandergereihten Bauteilen A und endständigen Bauteilen B und C m aufgebaut ist, daß das Bauteil A aus zwei Diaphragmen, einem zwischen den Diaphragmen angeordneten Kontaktierungsblech und zwei Dichtungsrahmen gebildet ist, die je eines der Diaphragmen fest mit dem Kontaktierungsblech verbinden, ü wobei auf einer Seite des Koniaktierungsbleches innerhalb des ersten Dichtungsrahmens ein Abstandsnetz und am Abstandsnetz eine Elektrode angeordnet ist und auf der anderen Seite des Kontaktierungsbleches innerhalb des zweiten Dich- n\ tungsrahmens ein Stützgerüst und am Stützgerüst eine Elektrode entgegengesetzter Polarität, daß die Bauteile Sund Cjeweils aus einem Diaphragma und einem Kontaktierungsblech gebildet sind, die fest mit einem dazwischen angeordneten Dichtungsrah- 2^r> men verbunden sind, wobei beim Bauteil B innerhalb des Dichtungsrahmens am Kontaktierungsblech ein Stützgerüst und daran eine Elektrode angeordnet ist und beim Bauteil C ein Abstandsnetz und daran eine Elektrode mit einer der Elektrode des Bauteiles B so entgegengesetzten Polarität, und daß die Dichtungsrahmen, die Diaphragmen und die Kontakiierungsbleche Fahnen aufweisen, welche mit Bohrungen zur Zu- bzw. Abführung der Reaktanten versehen sind.

2. Brennstoffbatterie nach Anspruch 1, dadurch J5 gekennzeichnet, daß die Dichtungsrahmen aus einem Elastomeren, insbesondere Polychlorbutadien, bestehen.

3. Brennstoffbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsrahmen ad auf die Kontaktierungsbleche und die Diaphragmen aufgeklebt oder aufvulkanisiert sind.

4. Brennstoffbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Diaphragmen aus Asbest bestehen. c>