DE1496253B2 - Verfahren zur leistungssteigerung von mit fluessigem elektrolyten betriebenen brennstoffelementen - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine wesentliche Weiterentwicklung des Verfahrens gemäß Patentanmeldung P 15 46 719.3-45, wonach poröse, beidseitig arbeitende Elektroden ständig oder zeitweise vom Elektrolyten 'durchströmt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß beidseitig arbeitende Gasdiffusionselektroden als Trennwände zwischen je zwei Elektrolyträumen angeordnet sind, während durch ein hydrostatisches Druckgefälle Elektrolyt durch die vom Gas nicht erfüllten durchgehenden Poren der Elektroden gedrückt wird.

Von der bereits angewandten Kühlung der Elektroden durch Kreislaufführung der Betriebsgase abgesehen, ist es auch bekannt, die bei der elektrochemischen Umsetzung entstehende Wärmemenge in einer Zelle, kurz als Verlustwärme bezeichnet, dadurch abzuführen, daß der Elektrolyt im Kreislauf durch einen Wärmeaustauscher strömt.

Beim erwähnten Vorschlag ist es jedoch nicht möglich, diese Strömung des Elektrolyten zum unmittelbaren Abtransport der Wärme auszunutzen, da alle Elektrolyträume unter verschiedenem hydrostatischem Druck stehen.

Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Durchströmungsprinzip aufzufinden, das geeignet ist, den Elektrolyten zwecks Abführung der Verlustwärme an nur einer Seite der Elektrode mit ausreichender Geschwindigkeit vorbeizuführen.

Die Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß von den zwischen den Elektroden befindlichen Elektrolyträumen in jeden zweiten ein unter höherem Druck stehender Elektrolytanteil eingeleitet und anschließend durch die Elektroden in die benachbarten Elektrölyträume gepreßt wird, durch die ein unter geringerem Druck stehender Elektrolyt an den Elektrodenoberflächen vorbeigeleitet und danach gegebenenfalls einem Wärmeaustauscher zugeführt wird.

Die Verlustwärme kann nämlich wirksam auch dann abgeführt werden, wenn nur eine Seite der beidseitig arbeitenden Metallelektroden durch strömenden Elektrolyten gekühlt wird; die relativ hohe Wärmeleitfähigkeit des Metalls hat zur Folge, daß sich zwischen den beiden Elektrodenseiten kein nennenswertes Temperaturgefälle ausbilden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll durch die schematische Zeichnung erläutert werden. 1 bis 5 sind beidseitig arbeitende Gasdiffusionselektroden, und zwar abwechselnd Wasserstoff- und Sauerstoffelektroden, denen 'das Gas vom Rande her zugeführt wird und die elektrisch parallel geschaltet sind (Gas-Zuführungen und elektrische Verbindungen nicht gezeichnet). Sie bilden poröse Trennwände zwischen den Elektrolyträumen 6 bis 11. Durch die Räume 7, 9 und 11 wird mittels der Pumpe 12 eine Elektrolytströmung erzeugt, die je eine Seite der Elektroden 1 bis 5 kühlt und die Verlustwärme dem Wärmeaustauscher 13 zuführt. Die Pumpe 12 arbeitet zwischen den Drucken P₁ und p₂ und wälzt pro Zeiteinheit die Elektrolytmenge V₁ um.

In einem zweiten Kreis, der an den ersten angeschlossen ist, werden mit Hilfe der Pumpe 14 von den Elektrolyträumen 6,8 und 10 aus die Elektroden gespült. Die Pumpe 14 arbeitet dabei zwischen den Drucken^ und p_s und drückt pro Zeiteinheit die Elektrolytmenge v₂ durch die Elektroden. Für die Drücke in den beiden Kreisen gut die Beziehung

und für die Strömungsgeschwindigkeiten im allgemeinen

V₂ ^ V₁,

da eine sehr geringe Spulgeschwindigkeit durch die Elektroden ausreicht, um die Entstehung von Konzentrationsänderungen in diesen zu verhindern. Typische Werte für die Drücke sind etwa P₁ = 1 at, P₂ — 1,01 at, p₃ = 1,1 at.

Die Abkühlungsräume 7, 9 und 11 brauchen nicht nur den freien Elektrolyten zu enthalten, sondern können auch in bekannter Weise festes, poröses Separatormaterial aufnehmen, das die benachbarten Elektroden gegeneinander abstützt und gegebenenfalls die elektrische Hintereinanderschaltung veranlassen kann. . . ■.., .

Das wesentliche Kennzeichen der Batterie ist also das Vorhandensein von Abkühlungsräumen 7, 9 und 11, aus denen die Verlustwärme durch den strömenden Elektrolyten abtransportiert wird, und von dazwischen angeordneten Druckräumen 6, 8 und 10, in denen ein höherer Druck gegenüber den Kühlräumen aufrechterhalten und somit eine Strömung des Elektrolyten durch die Elektroden hervorgerufen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren bewirkt also nicht nur, daß durch Aufhebung der Konzentrationspolarisation die Leistung einer Brennstoffbatterie gesteigert wird, sondern gestattet es zusätzlich, den Wärmehaushalt der Batterie sorgfältig zu regulieren und gegebenenfalls auch noch die gebildeten Reaktionsprodukte im Wärmeaustauscher oder in einer anderen geeigneten Vorrichtung aus dem Elektrolyten zu entfernen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Leistungssteigerung von in flüssigem Elektrolyten beidseitig betreibbaren Gas- I diffusionselektroden mit durchgehender Porenstruktur, wobei die äußeren Poren kleiner sind als die der Mittelschicht und jede als Trennwand zwischen zwei Elektrolyträumen angeordnete Elektrode durch Erzeugung eines Druckgefälles zwischen diesen Räumen ständig oder zeitweise vom Elektrolyten durchströmt wird, gemäß Patentanmeldung P 15 46 719.3-45, dadurch gekennzeichnet, daß von den zwischen den Elektroden befindlichen Elektrolyträumen in jeden zweiten ein unter höherem Druck stehender Elektrolytanteil eingeleitet und anschließend durch die Elektroden in die benachbarten Elektrolyträume gepreßt wird, durch die ein unter geringerem Druck stehender Elektrolyt an den Elektrodenoberflächen vorbeigeleitet und danach gegebenenfalls einem Wärmeaustauscher zugeführt wird.