DE3420585A1

DE3420585A1 - Bipolare metall-luftsauerstoffbatterie mit einer sich selbst erhaltenden anode

Info

Publication number: DE3420585A1
Application number: DE19843420585
Authority: DE
Inventors: Aleksandar Belgrad/Beograd Despi&cacute;
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-06-02
Filing date: 1984-06-01
Publication date: 1984-12-06
Also published as: AU2877184A; GB2140966A; YU122483A; NO842217L; JPS607075A; GB8413460D0; US4551399A; FR2547115A1

Description

3 _Juni

Vlajkoviceva 13
11000 Beograd E 5M68 IV

Jugoslawien

Beschreibung

Bipolare Metall-Luftsauerstoffbatterie mit einer sich

selbst erhaltenden Anode

Die Erfindung betrifft die Ausbildung einer bipolaren Metall-Luftsauerstoffbatterie mit einer sich selbst erhaltenden (self-perpetuating) Anode in der Form eines Halbkeiles, wobei die einfachste mögliche Überführung von elektrischem Strom mit"einem so gering wie möglichen elektrischen Widerstand durch eine Vielzahl von in Reihe

geschalteten Zellen in eine Batterie geschaffen werden soll.

In neueren Jahren wurden überall Neuentwicklungen betreffend neuer Arten chemischer Energiequellen vorgenommen: Batterien mit mechanischer Wiederaufladung, in welchen die elektrische Masse nach Verbrauch ersetzt wird. Drei dieser Batteriearten sind entweder in der Entwicklung oder schon im Zustand für Massenproduktion. Dies sind Aluminium-Luft-, Lithium-Luft- und Zink-Luftbatterien. Andere Metalle könnten ebenfalls als aktive Anodenkomponenten verwendet werden (Magnesium, Eisen usw.) Solche Batterien bestehen im allgemeinen aus einer größeren Anzahl von Zellen, die in Reihe geschaltet sind, um die Stromspannung der Quelle zu erhöhen. In einem solchen Fall ergibt sich das Problem des Hersteilens eines guten elektrischen Kontaktes (Verbindung) zwischen der

Anode einer Zelle und der Kathode der benachbarten Zelle. Der gesamte von der Batterie entnommene Strom wird von der Anodenplatte einer Zelle auf die benachbarte Kathode über diese elektrische Verbindung übertragen.

Je größer die Plattenabmessungen und somit die Stromentnahme ist, umso größer sind auch die in dieser Verbindung auftretenden Verluste.

Bei anderen elektrochemischen Systemen (große Industrieelektrolyser) ist dieses Problem durch das Einführen sogenannter bipolarer Elektroden gelöst, d.h. Elektroden, deren eine Seite als Anode und deren andere Seite als Kathode der benachbarten Zelle dient. Auf diese Weise wird eine große Vereinfachung der Konstruktion erzielt (es sind keine äußeren Verbindungen erforderlich) und der elektrische Widerstand wird vernachlässigbar gering.

Dieses Prinzip wurde insoweit nicht bei chemischen Energiequellen mit mechanischer Wiederaufladung verwendet. Das Problem, in diesem System einen bipolaren Elektrodenaufbau zu erzielen, ist komplexer als bei anderen Systemen, weil die beiden Elektroden voneinander völlig verschiedene Eigenschaften aufweisen: eine wird während des Betriebes der Batterie verbraucht, während die andere kontinuierlich mit einem elektrochemisch aktiven Mittel gespeist werden muß (beispielsweise Sauerstoff aus der Luft). Dies ist der wahrscheinliche Grund dafür, weshalb das bipolare Elektrodenprinzip noch nicht bei

diesen Systemen zur Anwendung gekommen ist.

Gemäß der Erfindung wird die Lösung des Problemes der bipolaren Elektrode so bewirkt, daß die Luftkathode mit der aufbaubaren Anode über die Wand verbunden ist, gegen welche sich beide Elektroden stützen und welche einen guten elektrischen Leitwert aufweist. Eine Seite

der Anode, welche sich gegen die Wand stützt, ist mit Kontakten versehen, mit welchen sie mit der Kathode der benachbarten Zelle verbunden ist.

Andererseits wird bei Betrachtung der Tatsache, daß die Luftkathode in einem bestimmten Winkel in Bezug auf die Vertikalachse verbleiben muß und mit einem Luftstrom versorgt werden muß, die Verbindung zwischen der Kathode und der Wand durch Anordnen elektrisch leitender Brücken innerhalb der Wand und der Kathode hergestellt, die vertikal oder horizontal und einstückig mit der Kathode oder separate Teile sein können. In den nachfolgenden Beispielen sind Metall-Luftsauerstoffbatterie -Konstruktionen gezeigt, die auf der Grundlage des erfindungsgemäßen Vorschlages basieren, obwohl andere Konstruktionen möglich sind, die Varianten darstellen können, jedoch nicht grundlegend unterschiedliche Lösungen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Batterie mit einer vergrößerten Einzelansicht,

Fig. 2 die Batterie nach Fig. 1 in ausgezogener Perspektive,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Batterie in

Schnittansicht, wobei ebenfalls eine vergrößerte Teilansicht im Schnitt gezeigt ist.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer Zink-Luftbatterie bezeigt. Die Keilanode 1 wird erhalten, indem Zinkpulver in einer Form geeigneter Kontur gepreßt wird. Die Kathode

2 ist eine Luftelektrode auf der Grundlage von Aktivkohle, die durch Polyethylen gebunden und mittels einer Teflon-Emulsion hydrophob gemacht ist, wobei ein Eisennetz 5 als Stromsammler vorgesehen ist. Zum Verbinden der Kathode 3 und der Anode 1 durch Polyethylenwände 6 zwischen je zwei Zellen als auch zum mechanischen Stützen der Luftelektroden 3 sind harte Polyethylenrippen 4 vorgesehen, die 2 mm dick sind und in welche Bronzenetzdrähte eingepreßt sind, wie dies in Fig. 1 und 2 gezeigt ist.

In Fig. 1 ist die Art und Weise gezeigt, auf welche verschiedene Zellen zusammengebaut sind, wobei auch das Detail einer einzigen Rippe 4 gezeigt ist. Die Rippe 4 läßt oben und unten einen gewissen Raum für den Durchgang von Luft in die bzw. aus der Luftkathode 2. Das Metallnetz 5 der Luftelektrode 3 ist gegen die Rippen 4 gedrückt. An der anderen Seite, an welcher die Drähte durch die Wand führen, ist die Metallanode 1 gedrückt. Der Abstand zwischen der Anode 1 und der Kathode 3 wird mit Hilfe eines Separators in der Form eines Polyethylennetzes 2 aufrechterhalten. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Stromausgang aus der Batterie durch die Endkontakte geschaffen, die mit + und - gezeichnet sind.

In Fig. 3 ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Konzeptes auf eine Aluminium-Luftsauerstoffbatterie mit neutralem, salzigem Elektrolyten gezeigt. Die Keilanode 1 besteht aus einer mit 0,2% Gallium legierten Aluminiumplatte mit einer Dicke von 5 mm. Die Luftsauerstoffelektrode 3 .umfaßt mit einer Teflonemulsion hydrophob gemachte Aktivkohle, welche in ein Gemisch mit PoIyethylenpulver gegen ein mit Blei plattiertes Eisennetz gepreßt ist, das als Stromsammler dient. Die Rippen 4 bestehen aus Eisenblech in der in Fig. 3 gezeigten Form, welches mittels eines galvanischen Verfahrens mit Blei plattiert ist. Sie sind in einem Abstand von 30 mm ange-

ordnet und erstrecken sich durch die aus hartem Polypropylen bestehenden Wand, so daß ein keilartiger Rücken an der anderen Seite abragt und somit einen Kontakt mit der Anode 1 schafft. Die Rippen 4 sind in der Wand mittels eines Polyesterklebers abgedichtet. Der Rücken der Luftsauerstoffelektrode 3 mit dem an seiner Oberfläche erscheinenden Metallnetz ist gegen die Rippen 4 gepreßt, woraus sich der elektrische Kontakt zwischen den Zellen ergibt. Vier Keilanoden 1 und 4 Luftsauerstoffkathoden 3 sind mittels Endplatten in eine Batterie gedrückt, welche elektrische Anschlüsse aufweisen, die mit der ersten Anode 1 und der letzten Kathode 3 auf eine Weise verbunden sind, die ähnlich der in Fig.

gezeigten Art ist. 15

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Claims

Patentansprüche

1 . Bipolare Metall-Luftsauerstoffbatterie mit einer

sich selbst erhaltenden Anode in der Form eines Halbkeiles, dadurch gekennzeichnet

daß der

elektrische Kontakt zwischen einer Anode (1) einer Zelle und einer Kathode (3) der benachbarten Zelle über eine Wand (6) aufgebaut ist, welche die beiden Zellen voneinander trennt.
2. Bipolare Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Anode (1) der Keil ist, welcher den Querschnitt eines rechteckigen Dreieckes aufweist, und daß die Selbsterhaltung der Anode (1) durch Auflösen der Anode (1) lediglich von einer Seite erzielt ist.

ZULASSUNG: * LG MÜNCHEN I UND II. * "ZUSÄTZLICH OLG MÜNCHEN UND BAYER. OBERSTES LANDESGERIC

3- Bipolare Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der geneigten Luftelektrode (3) einer Zelle und dem vertikalen Abschnitt der Anode (1) der benachbarten Zelle in der diese beiden Zellen unterteilenden Wand Brücken angeordnet sind, welche eine elektrisch leitende Komponente in der Form vertikaler oder horizontaler Rippen (4) aufweisen, wobei ein Kontaktdraht (5) in die rippen (4) eingedrückt ist. 10