GALVANIC ELEMENT

Abstract: 1. A galvanic battery, especially a rechargeable battery of the zinc bromide type with a circulating electrolyte and having a plurality of flat electrodes (1) and flat separators (2), wherein the separators (2) and/or the flat electrodes (1) are secured to each other in a liquid-tight manner, directly if necessary and at least in the region of their outer edges, whereby to define anode zones and cathode zones which communicate with each other through electrolyte distribution channels, and which further communicate with at least one reservoir (3, 4) for controlling flow of the electrolyte, characterized in that at least one wall of the reservoir is arranged parallel to the electrodes (1) and separators (2), in clamping and supporting relationship therewith so as to secure the electrodes (1) and separators (2) together.

Description: Galvanisches Element Die Erfindung bezieht sich auf ein galvanisches Element, insbesondere Sekundärelement, z.B. iederauflaabarrs Zink Brom-Element. Obwohl die Anzahl der verschiedenen galvanischen Elemente sehr hoch ist, haben sich für die einzelnen Zwecke ganz bestimmte galvanische Elemente seit Jahren bzw. 3ahr- zehnten bewährt, wodurch eine besonders hohe Anpassung an die einzelnen spezifischen Zwecke gegeben ist. Der wiederaufladbare Blei-Akkumulator weist zwar ein relatIv hohes Gewicht auf, wobei der Elektrolyt Schwefelsäure durchaus hohe Ansprüche an das Material und an das Wartungspersonal stellt, jedoch ist ein Bleisammler für Ole kurzzeitige Zurverfügungstellung von elektrischer Energie, wie beispielsweise zum Starten eines Verbrennungsmotsrs, so gut weiterentwIckelt, dad seine Nachteile nicht mehr beachtet werden, und als Selbstverständlichkeit berücksichtigt werden. Gleiche Ausführungen gelten, z.B. fr Edinson-Element und dgl. Ein besonders leistungsfähiges Element kann durch die Kombination Zink-Brom erhalten werden, wobei der Elektrolyt umgepumpt wird. Die Kapazität eines derartigen gei- vanischen Elementes liegt sowohl in der Menge Zink, die auf den Elektroden niedergeschlagen werden kann, als auch in der Brommenge, die im Elektrolyten angesammelt werden kann. Zur Vermeidung von Selbstentladungen soll anderseits die Konzentration des Broms in Elektrolyten niedrig gehalten werden, was durch Einsatz von Komplexbildnern im Elektrolyten erreicht werden kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn dieser Komplexbildner mit Brom einen im wässrigen Elektrolyten im wesentlichen unlöslichen Komplex bildet und die Dissoziierung lediglich so stark ist, dass das gewünschte Bromangebot erreichbar ist. Nachteilig bei den galvanischen Zellen mit einem Vorrat so behälter für den Elektrolyten ist, dass ein hoher Volumsbedarf pro Leistungseinheit gegeben ist, da bislang keine raumsparende Anordnung gefunden werden konnte. Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein galvanisches Element zu schaffen, das eine hohe Leistungsdichte, und zwar nicht nur bezogen auf das Gesamtgewicht, sondern auch auf das Gesamtvolumen erlaubt, wobei gleichzeitig eine hohe Betriebssicherheit, z.B. durch Verhinderung von Kanalbildungen in den Elektrodenräumen, durch Undichtwerden der einzelnen Zellen und dgl. erreicht werden kann. Das erfindungsgemässe galvanische Element, insbesondere Sekundärelement, z.B. wiederaufladbares Zink-Brom-Element mit umlaufendem Elektrolyten, einer Vielzahl von vorzugsweise bipolaren, insbesondere kunststoffgebundenen Kohlenstoff enthaltenden Elektroden, einer Vielzahl von Separatoren, wobei die Separatoren und/oder die Elektroden zumindest im Bereich ihrer äusseren Ränder, gegebenenfalls unmittelbar miteinander flüssigkeitsdicht verbunden, z.B. verklebt sind, wodurch Anoden- und Kathodenräume gebildet sind, die über V-erteilerkanäle für den Elektrolyten miteinander und mit zumindest einem Vorratsbehälter für den Elektrolyten flüssigkeitsleitend verbunden sind, besteht im wesentlichen darin, dass zumindest eine Wand, vorzugsweise mit Versteifungselementen, z.B. Rippen des Vorratsbehälters, vorzugsweise parallel zu den Elektroden und/ oder Separatoren, die Elektroden und/oder Separatoren kraftschlüssig abstützend an diese anschliessend angeordnet ist. Durch eine derartige Bauweise wird erreicht, dass der Vorratsbehälter für den bzw. die Elektrolyt(en) an die Elektroden bzw. Separatoren anschliessen kann, wobei gleich- zeitig eine Wand des Behälters als Lager bzw. Gegenlager für die Separatoren und Elektroden dient, sodass diese gegeneinander gehalten werden können, wodurch der in den Zellen vorhandene Druck vollkommen kompensiert werden kann, womit ein Abdichten voll gewährleistet ist und weitere nur geringste Strömungswege für den Elektrolyten eingehalten werden, sodass der Eigenverbrauch an Strom bei der Batterie sehr gering gehalten werden kann, womit erneut der Wir kungsgraa des galvanischen Elementes erhöht werden kann. Ist an beiden Enden des galvanischen Elementes je ein Vorratsbehälter, insbesondere für die Kathoden- bzw. Anodenflüssigkeit angeordnet, so kann eine besonders plane Anordnung der Elektroden erreicht werden, wobei gleichzeitig eine besonders hohe Volumsersparnis gegeben ist. Münden gemäss einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung in zumindest einen, vorzugsweise in zwei Vorratsbehälter jeweils eine Zu- und Ableitung, in die jeweils die als Sammelleitungen ausgebildeten Zu- und Ableitungen aus den einzelnen Zellen münden, wobei vorzugsweise die Zu- und/oder Ableitungen jeweils über eine weitere Leitung miteinanner verbunden sind, wobei diese vorzugsweise im Bereich der Einmündungen aus den einzelnen Zellen unterschiediichen Querschnitt aufweist, insbesondere im Mittelbereich einen geringeren Querschnitt als an den beiden Enden der weiteren Leitung aufweist, so ist sowohl ein besonders geringer Strömungswiderstand des Elektrolyten gegeben, wobei gleichzeitig ein möglichst hoher Schutz gegen Kurzschlussströrne erreicht werden kann. Reichen die Versteifilngsrippen der Wand im wesentlichen bis zur benachbarten Wand und lassen im unteren Bereich des Vorratsbehälters einen Strömungskanal frei, so kann dadurch eine Bewegung des Elektrolyten, wenn auf die galvanische Zelle Beschleunigungs- bzw. Verzögerungskräfte einwirken, gering gehalten werden, wobei weiters ein Separieren von Flüssigkeiten mit unterschiedlichem spezifischem Gewicht besonders einfach verwirklicht wird. Reichen die Versteifungselemente der Wand im wesentlichen bis zur benachbarten Wand und schliessen abwechselnd im unteren bzw. oberen Bereich des Vorratsbehälters an, so werden dadurch einzelne Kammern im Behälter gebildet, die zwar miteinander flüssigkeitsleitend verbunden sind, wobei aber beim Durchströmen des Elektrolyten durch den Behälter eine sogenannte Stopfenströmung erreichbar ist, sodass keine Durchmischung des Elektrolyten eintritt, womit ebenfalls eine Erhöhung des irkungsgrades erreichbar ist. Weist der Vorratsbehälter zumindest zwei Ableitungsöffnungen bzw. Leitungen für den Elektrolyten mit unterschiedlicher Höhe auf, so kann, je nachdem ob der schwerere bzw. der leichtere Elektrolyt bevorzugt abgesaugt werden soll, durch Wahl der entsprechenden Öffnung der leichtere bzw. der schwerere Elektrolyt abgesaugt werden. Taucht in zumindest einen, vorzugsweise in zwei, Vorrats- behälter je eine Pumpe ein, so kann durch eine derartige Konstruktion eine weitere Vereinfachung im Strömungsablauf erreicht werden, wobei gleichzeitig Strömungswiderstände besonders gering gehalten werden können. Sind die Pumpen beider Vorratsbehälter diagonal gegenüber zueinander angeordnet, so können idente Bauteile zum Aufbau der Vorratsbehälter und auch idente Pumpen verwendet werden. Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein galvanisches Element mit Vorrate- behälter im Schrägriss, Fig. 2 zwei verschiedene Darstellungen einer Wand des Vorratsbehälters, Fig. 3 einen Ausschnitt der nebeneinander angeordneten Elektroden und Separatoren, Fig. 4 eine Zuführungsleitung mit Kurzschlussschutz. Bei dem in Fig. 1 dargestellten galvanischen Element ist eine Vielzahl von planen miteinander verschweissten Elektroden 1 und Separatoren 2 vorgesehen. Diese Elektroden und Separatoren sind in ihren Randbereichen bzw. Stirnseiten mitein- ander verschweisst und bestehen aus Polypropylen oder einem anderen chemisch resistenten Kunststoff. Zu beinen Seiten des Paketes aus Separatoren und Elektroden, die in wesentlichen eben ausgebildet sind, sind Vorratebehälter 3, 4 für den Elektrolyten angeordnet. In die Vcrratsbehälter tauchen Pumpen 5 und 6. An allen vier Ecken ist bei dem Elektroden-Separator-Paket ein Verbinder 7 vorgesehen, welcher die Anoden- bzw. Kathodenräume und zwar jeweils zu- und abflussseitig miteinander verbindet. Die Behälter 3 und 4 schliessen direKt mit einer Wand an das Elektroden Separatoren-Paket an und stützen somit das flächige Paket ab, wodurch eine entsprechende Versteifung einerseits gegeben ist und anderseits ein planes Gegeneinanderdrücken und Verbinden erreichbar ist. Bei den in Fig. 2 dargestellten Wänden 8 und 9 sind Versteifungsrippen 10 vorgesehen, wobei die Versteifungsrippen gemäss Fig. 2a abwechselnd im oberen Bereich bzw. im unteren Bereich an die Abdeckung 11, 12 anstossen, sodass, da die Versteifungsrippen bis zur gegenüberliegenden Wand des Behälters re#cnen, ein Labyrinth erhalten wird, durch welches der Elektrolyt aus der Einflussöffnung 13 zur Abflussöffnung 14 in Form einer laminaren Strömung strömen kann. Damit wird erreicht, dass beim Laden möglichst unverbrauchter d.h. z.B. zinkreicher Elektrolyt angesaugt wird, wohingegen aus den Zellen der bereits an Zink verarmte Elektrolyt über die Öffnung 13 zurückgedrückt wird. Ein Vermischen und somit eine Verringerung der Konzentration kann auf diese Art und Weise verhindert werden. Bei der in Fig. 2b vorgesehenen Wand 9 sind die Versteifungsrippen so angeordnet, dass im unteren Bereich ein freier Strömungskanal 15 erreicht wird. Hiemit kann beispielsweise bei einer Zink-Brom-Batterie, in welcher der Elektrolyt einen Komplexbildner aufweist, wobei der Bromkomplex nur eine geringere Löslichkeit in Wasser aufweist, erreicht werden, dass der in den Behälter eintretende Elektrolyt bis zum Boden geleitet werden muss, wobei gleichzeitig eine Separierung der beiden Flüssigkeiten eintreten kann. Durch die verschieden hoch angesetzten Ableitungen 16, 17 kann entweder die schwerere Flüssigkeit oder die leichtere Flüssigkeit bzw. ein bestimmtes Gemisch beider abgesaugt werden. Die Versteifungsrippen haben weitere die Funktion, eine Verstärkung der Wand zu erreichen, wobei kein zusätzlicher Volumsbeaarf gegeben ist. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Paket aus Elektroden 1 und Separatoren 2 wurde der Verbinder 7 entnommen. Wie ersichtlich, weist jeder zweite Elektrodenraum,also der Anodenraum bzw. der Kathodenraum eine Zu- bzw. Ableitung 18 auf, die in den Verbinder 7 mündet. Die Elektroden 1 sind bipolar, sodass die Anoden- und Kathoden räume jeweils durch die Elektrode getrennt sind. An die jeweils letzte Elektrode im Paket schliesst sodann die Wand 8 bzw. die Wand 9 des Vorratsbehälters für den Elektrolyten an. Wie der Fig. 4, in welcher ein Verbinder teilweise im Schnitt und ein Schnitt durch das Paket aus Elektroden und Separatoren dargestellt ist, entnehmbar, ist jeder zweite Elektrodenraum über eine Zu- bzw. Ableitung mit einer Schlauchleitung 19 verbunden, welche ihrerseits in eine Abzweig- leitung 20, die eine Zu- bzw. Ableitung bildet, mündet. Wie ersichtlich, sind die einzelnen Zu- und Ableitungen über eine weitere Leitung 21 miteinander ffsikeits- leitend verbunden. Diese Leitung 21 wird durch einen Kanal gebildet, der einen zur Mitte hin abnehmenden Querschnitt aufweist und welcher an seinen beiden Enden über eine Dichtung 22 und ein Dichtplättchen 23 abgeschlossen ist. Durch die stehende Flüssigkeitssäule können kurzschluss- ströme verhindert werden, da ein unterschiedlicher Wider- stand in der Flüssigkeitssäule aufgrund des unterschiedlichen Querschnittes herrscht.

Claims: Patentansprüche : 1. Galvanisches Element, insbesondere Sekundärelement, z.B. wiederaufladbares Zink-Brom-Element mit umlaufendem Elektrolyten ¯einer Vielzahl von ¯vorzugsweise bipolaren, insbesondere kunststoffgebundenen Kohlenstoff enthaltenden, Elektroden (1), einer Vielzahl von Separatoren (2), wobei die Separatoren (2) und/oder die Elektroden (1) zumindest im Bereich ihrer äusseren Ränder, gegebenenfalls unmittelbar,miteinander flüssigkeitsdicht verbunden, z.B. verklebt sind, wodurch Anoden- und Kathodenräume gebildet sind, die über Verteilerkanäle für den Elektrolyten miteinander und mit zumindest einem Vorratsbehälter (3, 4) für den Elektrolyten flüssigkeitsleitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Wand (8,9), vorzugsweise mit Versteifungselementen (1C), z.B. Rippen, des Vorratsbehälters, vorzugsweise parallel zu den Elektroden (1) und/oder Separatoren (2), die Elektroden (1) und/oder Separe- toren (2) kraftschlüssig abstützend an diese anschliessend angeordnet ist. 2. Galvanisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Enden des galvanischen Elementes je ein Vorratsbehälter (3, 4), insbesondere für die Kathoden- bzw. Anodenflüssigkeit angeordnet ist. 3. Galvanisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einen, vorzugsweise in zwei, Vorratsbehälter jeweils eine Zu- und Ableitung (20) münden, in die jeweils die Zu- und Ableitungen (18) aus den einzelnen Zellen münden, wobei vorzugsweise die Zuund/oder Ableitungen jeweils über eine weitere Leitung (21) miteinander verbunden sind, deren Querschnitt im Bereich der Einmündungen aus den einzelnen Zellen unterschiedlichen Querschnitt aufweist, insbesondere im Mittelbereich der Einmündungen einen geringeren Querschnitt als an den beiden Enden der weiteren Leitung (21) aufweist. 4. Galvanisches Element nach einem der Ansprüche i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsrippen (10) der Wand (8, 9), im wesentlichen bis zur benachbarten Wand reichen, und im unteren Bereich des Vorratsbehälters einen Strömungskanal (15) freilassen. 5. Galvanisches Element nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungselemente (10) der Wand (8,9) im wesentlichen bis zur benachbarten Wand reichen, und abwechselnd im unteren bzw. oberen Bereich des Vorratsbehälters anschliessen. 6. Galvanisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (3, 4) zumindest zwei Ableitungsöffnungen (16, 17) bzw. Leitungen für den Elektrolyten mit unterschiedlicher Höhe aufweist. 7. Galvanisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einen, vorzugsweise in zwei Vorratsbehälter (3, 4) je eine Pumpe (5,6) taucht. 8. Galvanisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpen (5, 6) beider Vorratsbehälter diagonal gegenüber zueinander angeordnet sind.

Inventors: TOMAZIC, GERD, DR.
Applicants: S.E.A. STUDIENGESELLSCHAFT FUR ENERGIESPEICHER UND ANTRIEBSSYSTEME GESELLSCHAFT M.B.H.
Application year: 1985
Main classification: H01M10
IPC codes: H01M12, H01M2, H01M10