DE2609040A1

DE2609040A1 - Luftdepolarisationszelle

Info

Publication number: DE2609040A1
Application number: DE19762609040
Authority: DE
Inventors: Gerard Gerbier
Original assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA; Compagnie Industrielle des Piles Electriques CIPEL SA
Current assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA; Compagnie Industrielle des Piles Electriques CIPEL SA
Priority date: 1975-03-11
Filing date: 1976-03-05
Publication date: 1976-09-23
Also published as: FR2304183A1; SE7602423L; US4009320A; JPS51114639A; BR7601375A; FR2304183B1; IT1062862B; CA1055565A; ZA761348B; AU1166476A; GB1495242A; AR205605A1

Description

DL

Fo 9849 D i Harz 1976

DipL-lng. Jürgen WEINMIU-ER

PATENTASSESSOR ^ D U J U t U

SOSPS GmbH

8OOO München 8O
Zeppelinstr. 63

SAFT-SOCIETE DES ACCUMULATEURS FIXES ET DE TRACTION 156, avenue de Metz, 93230 ROMAINVILLE, Frankreich

und

COMPAGNIE INDUSTRIELLE DES PILES ELECTRIQUES "CIPEL" 125, avenue du President Wilson, 92302 LEVALLOIS-PERRET,

Frankreich

LUFTDEPOLARISATIONSZELLE

Die Erfindung betrifft Luftdepolarxsationszellen und insbesondere Luft-Zinkelemente, deren positive Elektrode über mindestens einen in ihr vorgesehenen Hohlraum mit Luft versorgt wird.

Ziel der Erfindung ist es, in diesem Hohlraum eine Luftzirkulation hervorzurufen, so daß der beim Entladen der Zelle verbrauchte Sauerstoff ersetzt wird.

Gegenstand der Erfindung ist eine Luftdepolarisationszelle mit einer negativen Elektrode, einem Elektrolyten und einer

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ORIGINAL INSPECTED.

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über mindestens einen Hohlraum mit Luft versorgten positiven Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum mindestens aus zwei Kanälen besteht, die sich praktisch von oben nach unten durch die positive Elektrode erstrecken, mit der Außenluft jeweils über ihren oberen Teil in Verbindung stehen und voneinander durch die positive Elektrodenmasse getrennt sind, während sie in ihrem unteren Bereich miteinander in Verbindung stehen, wobei das Verhältnis zwischen der der Luft ausgesetzten Elektrodenfläche und dem Luftvolumen für die beiden Kanäle unterschiedlich ist.

Richtungsangaben verstehen sich im folgenden für eine normale Betriebslage der Zelle.

Da die Geschwindigkeit, mit der der Sauerstoffgehalt der in den Kanälen vorhandenen Luft abnimmt, vom Verhältnis Oberfläche zu Volumen abhängt, kommt es in den beiden Kanälen tendenziell zu unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationen und somit zu unterschiedlichen Gasdichten, wodurch sich von einem Kanal zum anderen eine Zugwirkung ergibt.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine erfindungsgemäße Luftdepolarisationszelle entlang der Linie I-I aus Fig. 2.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1.

Die Figuren 3 und 4 zeigen horizontale Schnitte durch positive Elektroden für andere erfindungsgemäße Zellen.

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Zur in den Figuren 1 und 2 dargestellten Luftdepolarisationszelle gehört ein aus einem Kasten 1 und einem Deckel 2 aus Kunststoff bestehendes Gehäuse, eine positive Elektrode 3 auf der Basis von Aktivkohle, die mit einem Hohlraum 4 versehen ist, eine negative Elektrode 5 auf der Basis von Zinkpulver, die entlang der Seitenwandung des Kastens 1 angeordnet ist, sowie ein gelierter alkalischer Elektrolyt 6, der zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode und über der letzteren vorhanden ist. Eine positive Klemme 7 und eine negative Klemme sind mit den Elektroden über Metalldrähte 9 bzw. 10 verbunden.

In der Zelle gemäß den Figuren 1 und 2 besteht der Hohlraum 4 aus zwei senkrecht verlaufenden Kanälen 11 und 12, die voneinander durch Teile der positiven Elektrodenmasse im Bereich 13 getrennt und an ihrer Unterseite durch einen Tunnel 14 miteinander in Verbindung stehen. Im hier dargestellten Beispiel weist der Kanal 11 einen quadratischen Querschnitt mit der Seitenlänge a und der Kanal 12 einen rechteckigen Querschnitt mit den Seiten a und b, mit b = 1,5a auf. Ist h die Höhe der Kanäle oberhalb des Tunnels 14, so ergibt sich für die Seitenflächen des Kanals 11, xUh. für die Fläche, mit der die in diesem Kanal vorhandene Luft mit der positiven Elektrode in Berührung steht, S = 4ah und für das entsprechende Luftvolumen V = a h. Das Verhältnis zwischen diesen beiden Größen ist R = — = 4/a. Für den Kanal 12 ergeben sich als entsprechende Werte : S = (2a+2b)h= 5 ah,

V = abh =1,5 ah und R = lO/3a. Das Verhältnis R bestimmt die Geschwindigkeit, mit der der Sauerstoffgehalt der in den Kanälen vorhandenen Luft bei einem gegebenen Entladebetrieb der Zelle abnimmt. Diese Geschwindigkeit ist somit für den Kanal 11 größer

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als für den Kanal 12. Daraus folgt, daß das in dem Kanal 11 enthaltene Gasgemisch sauerstoffärmer und somit weniger dicht ist als das in dem Kanal 12 befindliche Gasgemisch, und es stellt sich im Hohlraum eine Luftzirkulation ein, wobei die Luft durch den Kanal 12 eintritt, durch den Tunnel 14 strömt und durch den Kanal 11 den Hohlraum wieder verläßt.

In ihrem oberen Bereich könnten die beiden Kanäle über einen Freiraum miteinander in Verbindung stehen. Zur Verbesserung der Luftzirkulation wird dieser Freiraum jedoch vorteilhafterweise durch eine Wandung 15 in eine Kammer 16, die mit dem Kanal 11 in Verbindung steht, und eine Kammer 17, die mit dem Kanal 12 in Verbindung steht, aufgeteilt. Die Luft tritt in die Kammer 17 durch eine Öffnung 19 im Deckel 2 ein und verläßt die Kammer 16 durch eine Öffnung 18.

Die mit dem Hohlraum 4 versehene positive Elektrode kann auf sehr einfache Weise dadurch hergestellt werden, daß die katalytische Masse um einen Kern herum zusammengebacken wird, der die Form des Hohlraums aufweist und anschließend nach unten weggezogen wird.

Zur Vermeidung von Leckerscheinungen in der einen oder anderen Richtung zwischen dem Hohlraum 4 und dem Elektrolyten 6 unterhalb der positiven Elektrode können Abdichtmittel vorgesehen werden, beispielsweise durch Verkleben der Elektrode auf dem Boden des Kastens 1. Man kann auch die Kanäle nach den Formen der Elektrode schrägverlaufend einarbeiten, so daß sie im unteren Teil der Elektrode miteinander in Verbindung stehen, ohne daß sie an der Unterseite der Elektrode eine Öffnung aufweisen.

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Die in Fig. 3 gezeigte positive Elektrode unterscheidet sich von der in den Figuren 1 und 2 dargestellten dadurch, daß der Hohlraum 30 aus drei Kanälen 31, 32, 33 besteht, die an ihrer Unterseite über einen Tunnel 34 miteinander in Verbindung stehen, wobei die Achsen der drei Kanäle in einer Ebene liegen. Die außenliegenden Kanäle 31 und 33 besitzen einen quadratischen Querschnitt mit der Seitenlänge a, während der in der Mitte liegende Kanal 32 einen rechteckigen Querschnitt mit den Seiten a und b (b = 2a) aufweist. Für die Kanäle 31 und 33 ergibt sich wie im vorhergehenden Beispiel für R = 4/a und für den Kanal 32R= 3/a. Die Gasmischung in den Kanälen 31 und 33 ist daher leichter als in dem Kanal 32, so daß sich auch hier eine Luftzirkulation einstellt, wobei die Luft durch den Kanal 32 eintritt und durch den Kanal 31 und 33 die Elektrode wieder verläßt. Zur Erreichung hoher Wirksamkeit kann der obere Freiraum der Zelle in drei jeweils mit einem der drei Kanäle in Verbindung stehenden Kammern unterteilt oder mit Hilfe einer geeignet ausgebildeten Wandung in zwei Kammern unterteilt werden, von denen die eine mit den Kanälen 31 und 33 und die andere mit dem Kanal 32 in Verbindung stehen.

Anstatt zwei gleiche Kanäle 31 und 33 und einen größeren Kanal 32 zu wählen, könnten auch drei Kanäle mit jeweils unterschiedlichen Verhältnissen R vorgesehen werden. Dann würde sich die Luftzirkulation hauptsächlich zwischen den beiden Kanälen einstellen, die die am weitesten auseinander liegenden Werte von R aufweisen, während die Lufterneuerung für den Kanal mit dem Zwischenwert langsamer erfolgen würde, wodurch sich beim Betrieb der Zelle eine Dissymmetrie ergeben würde.

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— ο —

Die Anordnung gemäß Fig. 3 ist besonders geeignet für eine im Querschnitt längliche positive Elektrode. Die in Fig. 4 gezeigte Anordnung ist dagegen eher für eine Elektrode mit quadratischem Querschnitt geeignet. Die hier dargestellte Elektrode weist zwei Hohlräume 4O und 4O¹ auf, die jeweils aus zwei Kanälen 41 und 42 bzw. 41* und 42* bestehen. Diese Hohlräume ähneln dem Hohlraum 4 aus den Figuren 1 und 2 und wirken genau auf dieselbe Weise. Die Anzahl der mit den Kanälen in Verbindung stehenden Kammern kann hier 2, 3 oder 4 sein.

Im Rahmen der Erfindung können Form und Anordnung der Kanäle selbstverständlich verändert werden. So kann eine positive Elektrode mit dreieckigem Querschnitt einen Hohlraum aus drei jeweils in der Nähe einer Kante der Elektrode liegenden Kanäle besitzen, die beispielsweise einen dreieckigen oder kreisförmigen Querschnitt haben können. Eine Elektrode länglicher Form kann zwei oder mehr Hohlräume aufweisen, die jeweils aus zwei oder drei Kanälen bestehen, wobei die Achsen aller Kanäle in einer Ebene liegen.

Patentansprüche

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 - Luftdepolarisationszelle mit einer negativen Elektrode, einem Elektrolyten und einer über mindestens einen Hohlraum mit Luft versorgten positiven Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum mindestens aus zwei Kanälen (11, 12) besteht, die sich praktisch von oben nach unten durch die positive Elektrode (3) erstrecken, mit der Außenluft jeweils über ihren oberen Teil in Verbindung stehen und voneinander durch die positive Elektrodenmasse (13) getrennt sind, während sie in ihrem unteren Bereich (14) miteinander in Verbindung stehen, wobei das Verhältnis zwischen der der Luft ausgesetzten Elektrodenfläche und dem Luftvolumen für die beiden Kanäle unterschiedlich ist.

2 - Zelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum einen dritten Kanal (33) aufweist, der von oben nach unten durch die positive Elektrode verläuft, in seinem oberen Bereich mit der Außenluft in Verbindung steht, von den beiden anderen Kanälen (31, 32) durch die Masse der positiven Elektrode getrennt ist und mit diesen über seinen unteren Bereich in Verbindung steht, wobei das Verhältnis zwischen der der Luft ausgesetzten Elektrodenfläche und dem Luftvolumen für den dritten Kanal (33) in etwa gleich dem für einen der beiden anderen Kanäle (31) geltenden Verhältnis ist.

3 - Zelle gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode mindestens zwei getrennte Hohlräume (40, 4O¹) aufweist (Fig. 4).

χ χ

B 0 9 8 3 9 / 0 7 0 U