DE3618589A1 - Chemische stromquelle - Google Patents

Description

Kosta Krsmanovic, Doktora Nika Miljanica 7, Belgrad, Jugoslawien

Aleksandar Despic, Vlajkoviceva 13, Belgrad, Jugoslawien

Chemische Stromquelle

Die vorliegende Erfindung betrifft eine chemische Stromquelle mit Aluminium-Luft-Elektroden mit ruhendem Elektrolyt.

Ij}/ Seit langem wird Aluminium für die Herstellung von chemi-

V sehen Stromquellen verwendet, wobei eine Elektrode aus Aluminium besteht, während die andere Elektrode als Luftelektrode ausgebildet ist, an der eine Reaktion mit der Luft stattfindet, so daß die von einer derartigen bekannten Stromquelle erzeugte elektrische Energie auf der Aluminiumverbrennung beruht. Für derartige Stromquellen werden zweierlei Elektrolyte verwendet, und zwar eine konzentrierte Lösung von Alkalhydroxyd und konzentrierte Kochsalzlösung. Dabei hat die Kochsalzlösung Vorteile auf dem ökologischen Gebiet, denn sie kann auch von Seiten eines

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ungeschulten Benutzers verwendet werden, jedoch weist die Verwendung von Kochsalzlösung ein Problem auf, das den Dauerbetrieb der Stromquelle betrifft. Dieses Problem liegt in der Bildung eines Reaktionsproduktes (Aluminiumhydroxyd oder hydratisiertes Aluminiumoxyd) in Form eines klebrigen Gels, welches das ganze Volumen der Zelle blokkiert und deren weitere Funktion unmöglich macht (die Spannung sinkt, bzw. eine Energiegewinnung wird unmöglich)

Es ist bereits bekannt, dieses Problem durch langsame periodische Bewegungen des Elektrolyts in Richtung auf und ab entlang der Elektrode zu lösen, wobei eine solche Koagulierung bewirkt wird, daß sich ein sandiges Produkt bildet, das die Arbeit der Zelle bis zu hohen Gehalten nicht beeinflußt. Eine solche Lösung verlangt jedoch die Verwendung einer Pumpe als zusätzliches Bauteil zu den Batteriezellen. Diese Pumpe stellt aber ein komplexes Teil dar, zu deren Verwendung ein Teil der Engerie der Batterie verbraucht wird. Die Anwendung dieses Prinzips ist unpraktisch bei Batterien mit niedriger Energieleistung und Kapazität, und zwar in Anwendungsbereichen, in denen man bekannte Trockenbatterien verwendet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer chemischen Stromquelle der eingangs beschriebenen Art, diese derart zu verbessern, daß die Funktion der Batterie nicht durch Ansammlung eines Reaktionsproduktes im Bereich der Elektroden, d.h. insbesondere an den Oberflächen der Elektroden erfolgt, so daß eine langlebige Batterie geschaffen wird, die mit einem ruhenden Elektrolyt arbeitet.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß durch Arbeitsunterbrechung der Batterie mittels einem gleichzeitigen Herausziehen der Elektroden aus dem Elektrolyten und deren Säuberung eine lange Betriebszeit der erfindungsgemäßen Batterie unter Aufrechterhaltung der vollen Leistung erreicht werden kann. Hierbei wird neben der Unterbrechung des Stromkreises auch eine Mischung des Elektrolyten bewirkt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße chemische Stromquelle,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das innere Paßteil der erfindungsgemäßen Stromquelle,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch das äußere Paßteil der erfindungsgemaßen Stromquelle,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Schnittlinie X-X in Fig. 1,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Schnittlinie Y-Y in Fig. 1.

-X-

Die Konstruktion der elektrochemischen Zelle ist durch zwei Grundpaßteile gelöst, dem inneren Paßteil A, das
aus dem äußeren Paßteil B teleskopartig herausziehbar
ist. Das innere Paßteil A, wie aus den Fig. 1, 2, 4 und 6 ersichtlich ist, besteht aus einem monolithisch ausgeführten Behälter 12 zur Aufnahme eines Elektrolyten, der an seinem oberen Ende an der äußeren Oberfläche eine eingefalzte, ringartige Dichtung 6 aufweist.

Im Innern des Behälters 12, in Höhe der elastischen ringartigen Dichtung 6, ist ein horizontal verlaufender,
gleitend geführter Tragrahmen 10 in Ausnehmungen 12a
mittels endseitiger Lagerabschnitte 10a angeordnet, durch den ein elastischer, bandartiger Abstreifer 7 mit beidseitig abgeschrägten, vorzugsweise im Schnitt dreieckigen Endbereichen verläuft. Dieser Abstreifer 7 verläuft von einer Luftelektrode 1 zur aktiven Oberfläche 3a, einer Anode 3, wobei der Abstreifer 7 den Breitenabmessungen der Anode 3 und der Elektrode 1 angepaßt ist. Das äußere Paßteil B, wie man aus den Fig. 1, 3, 4 und 5 ersieht, setzt sich wie folgt zusammen:

Als erstes eine monolithische äußere, kastenartige Umhüllung 11, in der im Kopfteil eine Öffnung 11a zur Luftzufuhr für die Luftelektrode 1 ausgeführt ist,

eine Öffnung 11b zum Austreten des durch die chemische Reaktion entstandenen bzw. freigewordenen Gases, und
eine Öffnung lic für den Durchgang einer Schraube 4.

Das äußere Paßteil B besteht außerdem aus der Luftelektrode 1, die an einem Tragrahmen 2 befestigt, insbesondere angeklebt ist, der aus Isoliermaterial besteht

und am oberen Teil eine Öffnung 2a für die Luftzufuhr zur Luftelektrode 1 besitzt, und durch die ein bandartiger Blechkontakt 9 vom oberen Teil der Luftelektrode

I kommend verläuft, wobei der Blechkontakt 9 mit der

Öffnung 11a der äußeren kastenartigen Umhüllung U zusammenfällt.

Am oberen Teil des tragenden, kastenartigen Rahmens 2 ist eine freitragende Verlängerung 2k ausgeführt, in welcher eine Öffnung 2b ausgebildet ist für den Austritt des freigesetzten Gases der chemischen Reaktion, welche mit der Öffnung 11b der äußeren kastenartigen Umhüllung

II zusammenfällt. Am freien Ende der freitragenden Verlängerung 2k ist eine kreisförmige Vertiefung 2c, in die eine ringförmige elastische Dichtung 5 eingesetzt ist, ausgebildet. In der Mitte der Vertiefung 2c ist eine Öffnung 2d für den Durchgang der Schraube 4 ausgeführt. Die Schraube 4 ist in eine Gewindebohrung 3d im Stirnende der Anode 3 eingeschraubt, wobei eine Öffnung 8a in einem bandartigen Blechkontakt 8, eine Öffnung lic in der äußeren kastenartigen Umhüllung 11 und die Gewindebohrung 3d der Anode 3 zusammenfallen.

Die elektrochemische Zelle wird aktiviert, wenn man in den monolithisch ausgeführten Behälter 12 des Paßteils A eine bestimmte Menge eines Elektrolyten hineingießt, so daß der Behälter 12 bis in Höhe der Luftelektrode 1 gefüllt ist, wenn das Paßteil A in das Paßteil B hineinbeuuegt wird.
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In dieser Stellung gibt die elektrochemische Zelle Spannung ab, so daß ein elektrischer Strom fließt, wenn man

an die Kontakte 8 und 9 einen Verbraucher anschließt. Wenn gewünscht wird, daß die Zelle mit der Arbeit aufhört und längere Zeit nicht arbeiten soll, wird das äußere Paßteil B in eine solche Stellung gebracht bzw. herausgezogen, daß die Anode 3 und die Luftelektrode 1 sich über dem Niveau des Elektrolyten befinden. Beim Auseinanderziehen des inneren Paßteils A und des äußeren Paßteils B wird mit den abgeschrägten Endbereichen des Abstreifers 7, die angeschmiegt an den entsprechenden Seiten beider Elektroden liegen, das Reaktionsprodukt von den Elektroden abgewischt und dabei der Elektrolyt gemischt. Wenn dies von Zeit zu Zeit geschieht, ist dies genügend für die Gewährung einer bedeutend längeren Arbeitsdauer der Zelle, als wenn sie dauernd arbeiten würde, wenn die Elektroden sich fortwährend im Elektrolyt befinden würden und dieser nicht gemischt wird.

Die chemische Stromquelle kann aus einer oder mehreren erfindungsgemäßen Luftzellen, die zu einer Batterie verbunden werden, in Abhängigkeit von der gewünschten Spannung gebildet werden.

Die erfindungsgemäße chemische Stromquelle, Aluminium-Luft, ist in der folgenden Art und Weise konstruiert. Beide Teile der Zelle sind aus Plexiglas hergestellt. Die Luftelektrode, vorzugsweise in Form einer Platte, hat die Abmessungen (Länge χ Breite χ Dicke) 10 χ 5 χ 0,6 cm, sie ist aus einer Aluminiumlegierung mit 0,1 % Zinn und 0,2 % Gallium. Die Anode ist mit Hilfe einer Schraube am Tragrahmen der Luftelektrode im Abstand von 1 cm von der Luftelektrode befestigt. Hiermit ist der aktive Teil der Zelle gebildet. Der Behälter für den Elektrolyten

ist in Form eines Kastens ausgebildet mit den Maßen 9 χ 5 χ 15 cm, wobei der Kasten nach oben geöffnet ist, so daß der aktive Teil knapp hineinpaßt. Im Kasten ist der Abstreifer 7 befestigt in Form eines Spreizelements aus Plexiglas mit an zwei Seiten angeklebten Gummiprofilen, das zwischen Anode und Kathode verläuft, wenn man den aktiven Teil in den Behälter setzt.

Die Zelle ist mit 240 cm einer wasser-Natriumchlorid-Lösung in Konzentration von 4 mol in dm und Natrium-Sulfat in Konzentration von 0,8 mol in dm gefüllt. Wenn der aktive Teil in den Elektrolyten der Zelle eingetaucht ist, wird an den herausgeführten Kontakten eine Spannung von 1,64 V gemessen. Die Zelle besitzt einen Innenwiderstand von 12 Ohm, so daß die Zelle eine Stromstärke von 0,12 A bei 1,2 V Spannung aufnimmt. Nach acht Stunden Betriebsdauer wurde der aktive Teil bis zum Rand aus dem Behälter gezogen, so daß er aus dem Elektrolyten herausgezogen war, der Abstreifer entfernte von beiden Elektroden den an diesem haftenden Elektrolyten. Nach 16 Stunden Pause wurde der aktive Teil nochmals in den Behälter hineingetaucht und so nochmals Strom erzeugt.

Dieses Verfahren wurde fünf Tage lang wiederholt, wobei keine Veränderungen der Leistung der Batterie festgestellt wurden.

Danach wurde die Batterie in einem anderen Rythmus betrieben, und zwar mit konstanter Stromentnahme, wobei alle acht Stunden der aktive Teil herausgezogen und sofort wieder eingesetzt wurde. Auch dies wurde während einer Dauer von fünf Tagen wiederholt, ohne daß Veränderungen der Leistung der Batterie festgestellt wurden.

Claims (6)

u SOLF & ZAPF Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt München - Wuppertal European Patent Attorneys 28.05.1986 H 709/II/R Ansprüche

1. Chemische Stromquelle mit Aluminium-Luft-Elektroden mit ruhendem Elektrolyt, dadurch gekennzeichnet, daß ein inneres Paßteil (A) und ein äußeres Paßteil (B) teleskopartig gegeneinander bewegbar angeordnet sind, wobei das innere Paßteil (A) aus einem zur Oberseite offenen Behälter (12) zur Aufnahme des Elektrolyten besteht, und das äußere Paßteil (B) aus einer das innere Paßteil (A) dichtend umschließenden kastenartigen Umhüllung (11), mit der ein in dem Behälter (12) ragender Tragrahmen (2, 2d) über eine Schraube (4) verbunden ist, an dem die Luftelektrode (1) befestigt ist, wobei die Schraube (4) gleichzeitig zum Befestigen der in den Behälter (12) ragenden Aluminiumelektrode (3) am Tragrahmen (2, 2d) dient.

2. Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastischer Abstreife) (7) zwischen den beiden Elektroden (1, 3) angeordnet ist und mit seinen einander gegenüberliegenden Endbereichen an diesen unter Anschmiegung anliegt, wobei der Abstreifer (7) mit endseitigen Lagerabschnitten (10a) in Ausnehmungen (12a) im Behälter (12) gleitend gelagert ist.

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3. Stromquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Kontaktstreifen (8) über die Schraube (4) an der
Außenseite der Umhüllung (11) befestigt ist.

4. Stromquelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragrahmen (2, 2d) eine senkrecht
zu den Elektroden (1, 3) verlaufende konsolenartige Verlängerung (2k) aufweist, die endseitig eine Öffnung (2d) aufweist, durch die die Schraube (4) zum Befestigen der Anode (3) verläuft.

5. Stromquelle nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die konsolenartige Verlängerung (2k) mit dem Tragrahmen (2) eine Öffnung (2a) für die Luftzufuhr für die Luftelektrode (1)
bildet.

6. Stromquelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch-- gekennzeichnet, daß der Tragrahmen (2, 2d) aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.