DE1064576B

DE1064576B - Electrochemical fuel cell

Info

Publication number: DE1064576B
Application number: DEN16165A
Authority: DE
Inventors: Hubert Harold Chambers; Anthony Desmond Shand Tantram
Original assignee: NAT RES DEV; National Research Development Corp UK
Current assignee: NAT RES DEV; National Research Development Corp UK
Priority date: 1958-01-23
Filing date: 1959-01-23
Publication date: 1959-09-03
Also published as: FR1214055A; GB846039A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Brennstoffzellen, d. h. auf elektrochemische Zellen für die unmittelbare Umwandlung der freien Energie der Oxydation eines Brennstoffs in elektrische Energie.The invention relates to fuel cells, i. H. to electrochemical cells for the immediate Conversion of the free energy of the oxidation of a fuel into electrical energy.

Gemäß einem bereits vorgeschlagenen Verfahren kann man Elektrizität dadurch erzeugen, daß man ein als Brennstoff dienendes Gas an der Brennstoffelektrode einer Brennstoffzelle oxydiert und gleichzeitig Sauerstoff an der Sauerstoffelektrode der Brennstoffzelle reduziert, wobei in der Brennstoffzelle ein Elektrolyt verwendet wird, der ein Gemisch von mindestens zwei Alkalimetallkarbonaten umfaßt, und wobei die Zusammensetzung dieses Gemisches derart ist, daß es innerhalb eines Arbeitstemperaturbereichs in einem pastenförmigen Zustand existieren kann; die Arbeitstemperatur der Zelle ist derart, daß sich der Elektrolyt in einem pastenförmigen Zustand befindet. Die Erfindung sieht nunmehr ein Aggregat zum Erzeugen von Elektrizität vor, das zwei Elektroden umfaßt, die mit einem vorgeformten Elektrolyten in Gestalt eines Blocks in Berührung stehen, welcher ein Gemisch von mindestens zwei Alkalimetallkarbonaten umfaßt, wobei der Elektrolyt so zusammengesetzt ist, daß er über einen Bereich von Betriebstemperaturen der Zelle in einem pastenförmigen Zustand existieren kann.According to a previously proposed method, one can generate electricity by having a Gas serving as fuel is oxidized on the fuel electrode of a fuel cell and at the same time Oxygen is reduced at the oxygen electrode of the fuel cell, with an electrolyte in the fuel cell is used which comprises a mixture of at least two alkali metal carbonates, and the composition of this mixture being such that it is within an operating temperature range can exist in a pasty state; the The working temperature of the cell is such that the electrolyte is in a paste-like state. The invention now provides a unit for generating electricity, which comprises two electrodes, which are in contact with a preformed electrolyte in the form of a block, which is a A mixture of at least two alkali metal carbonates, wherein the electrolyte is so composed, that it exist in a pasty state over a range of cell operating temperatures can.

Beispielsweise kann der Elektrolyt aus 85% Lithiumkarbonat und 15°/o Natriumkarbonat bestehen.For example, the electrolyte can consist of 85% lithium carbonate and 15% sodium carbonate.

Der Ausdruck »pastenförmiger Zustand« bedeutet hier, daß der Elektrolyt innerhalb des erwähnten Bereichs von Betriebstemperaturen die Gestalt einer festen Matrix besitzt, die in ihren Zwischenräumen Flüssigkeit festhält. Da der Elektrolyt in diesem Zustand einen starren selbsttragenden Körper bildet, kann man die Zelle aufbauen, ohne irgendeinen Be^ hälter vorzusehen, und gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann eine aus dem Elektrolyten bestehende Platte oder ein Block vorgesehen sein, der von den Elektroden zwischen denselben festgehalten wird, oder die Elektroden können in den Elektrolyten eingebettet sein; der Elektrolyt umfaßt hierbei ein Gemisch aus mindestens zwei Alkalimetallkarbonaten, und die Zusammensetzung ist derart, daß der Elektrolyt in einem Bereich von Betriebstemperaturen der Zelle in einem pastenförmigen Zustand existieren +5 kann und einen selbsttragenden Körper bildet, ohne daß ein das Aggregat aufnehmender Behälter vorgesehen ist.As used herein, the term "pasty state" means that the electrolyte is within the range mentioned of operating temperatures has the shape of a solid matrix, which in its interstices Holds liquid. Since the electrolyte in this state forms a rigid self-supporting body, the cell can be built up without any loading To provide container, and according to a further feature of the invention, one of the electrolyte existing plate or block can be provided, which is held by the electrodes between the same or the electrodes can be embedded in the electrolyte; the electrolyte here includes a Mixture of at least two alkali metal carbonates, and the composition is such that the electrolyte +5 exist in a range of operating temperatures of the cell in a pasty state can and forms a self-supporting body without providing a container receiving the unit is.

Ferner sieht die Erfindung eine Batterie aus Brennstoffzellen vor, die sämtlich in der oben beschriebenen 5< > Weise ausgebildet sind.Furthermore, the invention provides a battery made up of fuel cells, all of which are shown in FIG. 5 described above > Are trained in a manner.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to schematic drawings of several exemplary embodiments explained in more detail.

Anmelder:Applicant:

National ResearchNational Research

Development Corporation,Development Corporation,

LondonLondon

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. PulsRepresentative: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Pulse

und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. ¹E. Frhr. v. Pechmann,and Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. ¹ E. Frhr. v. Bad luck man,

Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2Patent Attorneys, Munich 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 23. Januar 1958Claimed priority:
Great Britain 23 January 1958

Hubert Harold Chambers, New Maiden, Surrey,
und Anthony Desmond Shand Tantram, Dorking,Hubert Harold Chambers, New Maiden, Surrey,
and Anthony Desmond Shand Tantram, Dorking,

Surrey (Großbritannien),
sind als Erfinder genannt wordenSurrey (UK),
have been named as inventors

Fig. 1 zeigt in einem Teilschnitt längs der Linie I-I in Fig. 2 eine erfindungsgemäße Batterie;Fig. 1 shows in a partial section along the line I-I in Fig. 2 a battery according to the invention;

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Batterie im Grundriß;Fig. 2 shows the battery according to the invention in plan;

Fig. 3 ist ein Schnitt durch eine andere Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Zelle.Fig. 3 is a section through another embodiment of the cell according to the invention.

In Fig. 1 und 2 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Satz von Platten, die z. B. aus einemjhjtzebestäiidigen Stahl oder einer Legierung bestehen und jeweils auf b^seTaen Seiten mit Vertiefungen zum Aufnehmen des ETekTfodenmatgrials 2 versehen sind, bei dem es sich um eine""gesinterte poröse Masse aus Zinkoxyd handelt, dem Silber "belgemischt ist. Zwischen je zwei Plätten 1 isT "jeweils eine Platte 3 aus Elektrolytmaterial angeordnet, bei dem es sich um ein Gemisch aus Karbonaten handelt. Das die Platten 1 und die Elektrolytplatten 3 umfassende Aggregat wird durch zwei Armsterne 17 zusammengehalten, die an ihren vier Ecken miteinander verschraubt sind; es sei bemerkt, daß es nicht erforderlich ist, eine Abdichtung gegen Flüssigkeitsdurchtritt vorzusehen, um den Elektrolyten zusammenzuhalten, denn dieser verbleibt während des Betriebs der Zelle in einem pastenförmigen Zustand.In Figs. 1 and 2, reference numeral 1 denotes a set of plates, e.g. B. consist of einemjhjtzebestäiidigen steel or an alloy and are each provided on b ^s eTaen sides with recesses for receiving the ETekTfodenmatgrials 2, which is "is sintered porous mass of zinc oxide, silver," a "is Belge mixed in. Between each two Plates 1 ″ each have a plate 3 made of electrolyte material, which is a mixture of carbonates. The aggregate comprising the plates 1 and the electrolyte plates 3 is held together by two star arms 17 which are screwed together at their four corners; It should be noted that it is not necessary to provide a seal against the passage of liquid in order to hold the electrolyte together, since it remains in a paste-like state during operation of the cell.

Es ist ersichtlich, daß jede der .Platten1praktisch eine bipolare Elektrode bildet, wobei das EiektrodenmätenäTäüT jeder Seite Tier-Platte mit dem Elektrodenmaterial auf der anderen Seite der gleichen Platte durch die Platte selbst verbunden ist, während dasIt can be seen that each of the plates 1 is practical forms a bipolar electrode, the EiektrodenmätäTäüT each side animal plate with the electrode material on the other side of the same plate connected by the plate itself, while the

909 610/87909 610/87

Elektrodenmaterial auf einander benachbarten Platten durch den Elektrolyten getrennt ist, so daß die Batterie aus in Reihe geschalteten Zellen besteht. Die Schrauben 9 an den beiden Enden bilden die Anschlüsse für die Batterie.Electrode material on adjacent plates is separated by the electrolyte, so that the battery consists of cells connected in series. The screws 9 at the two ends form the connections for the battery.

In alle vier Kanten jeder Platte sind nicht miteinander in Verbindung stehende Schlitze eingearbeitet, die als Verteilerkanäle für Luft bzw. für das den Brennstoff bildende Gas dienen. Der Brennstoff wird über Rohrleitungen 5 in die oberen Schlitze 4 -jeder Platte eingeleitet, um dann durch einen Satz von Kanälen 10 in das Elektrodenmaterial auf einer Seite jeder Platte einzuströmen. Der Brennstoff filtert durch das Elektrodenmaterial hindurch und wird durch Kanäle 12 in die unteren Sammelkanäle 11 eingeleitet. Der verbrauchte Brennstoff wird über Rohrleitungen 6 abgeführt. Mit Kohlendioxyd gemischte Luft wird in ähnlicher Weise über Rohrleitungen 7, Verteilerkanäle 13 und Kanäle 15 in das Elektrodenmaterial auf den entgegengesetzten Seiten der betreffenden Platten 1 eingeleitet; nach dem Hindurchfiltern durch das poröse Material tritt das Gemisch über Kanäle 16 in die Sammelkanäle 14 ein, um dann über die Rohrleitungen 8 abgeführt zu werden.In all four edges of each plate non-communicating slots are incorporated, which serve as distribution channels for air or for the gas forming the fuel. The fuel is introduced into the upper slots 4 of each plate via pipes 5 to then flow through a set of channels 10 into the electrode material on one side of each plate. The fuel filters through the electrode material and is introduced through channels 12 into the lower collecting channels 11. The consumed fuel is discharged via pipes 6. Air mixed with carbon dioxide is introduced in a similar manner via pipes 7, distribution channels 13 and channels 15 into the electrode material on the opposite sides of the respective plates 1; After filtering through the porous material, the mixture enters the collecting channels 14 via channels 16 in order to then be discharged via the pipelines 8.

Während des Betriebs entwickelt die Batterie erhebliche Mengen an Verlustwärme, und daher sind hier nicht gezeigte thermostatisch gesteuerte Luftkühlungsmittel vorgesehen, um eine solche Temperatur aufrechtzuerhalten, daß der Elektrolyt im pastenförmigen Zustand verbleibt.During operation, the battery develops significant amounts of heat loss, and therefore are Thermostatically controlled air cooling means (not shown here) are provided to maintain such a temperature to maintain that the electrolyte remains in the pasty state.

Fig. 3 zeigt einejiinzelne Zelle, die aus einer Platte oder einem Block 20 besteht, in den eine Brennstoffelektrode 21 und eine Luft- oder Sauerstoffelektrode eingebettet sind, die jeweils einen großporigen Kern 23 bzw. 24 und einen feinporigen äußeren Mantel 25 bzw. 26 umfassen. Das den Brennstoff bildende Gas tritt in die Zelle über eine Einlaßleitung 27 ein, .und der verbrauchte Brennstoff verläßt die Zelle über eine Austrittsleitung 28, während Luft über eine Rohrleitung 29 zugeführt und als verbrauchte Luft über eine Rohrleitung 30 abgeführt wird.Figure 3 shows a single cell emerging from a plate or a block 20, in which a fuel electrode 21 and an air or oxygen electrode are embedded, each having a large-pored core 23 or 24 and a fine-pored outer Cover 25 and 26 include. The gas forming the fuel enters the cell via an inlet line 27 a,. And the spent fuel leaves the cell via an outlet line 28, while air via a Pipeline 29 is supplied and discharged as used air via a pipeline 30.

Claims

Patent claims:

1. Electrochemical fuel cell, characterized by two electrodes, one preformed Touch block made of an electrolyte, which is a mixture of at least two alkali metal carbonates comprises, wherein the composition is such that the electrolyte has a Range of working temperatures the cell can exist in a pasty state.

2. Fuel cell according to claim 1, characterized in that the electrodes in one of the Electrolytes are embedded in the existing block.

3. Fuel cell according to claim 1, characterized in that the electrodes between them hold a block made of the electrolyte.

1 sheet of drawings