DE1935973A1 - Solid electrolyte fuel cell battery - Google Patents
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Festelektrolyt-BrennstoffelementenbatterieSolid electrolyte fuel cell battery
Die Erfindung betrifft eine Batterie aus Brennstoffelementen mit festem Elektrolyten, welcher bei hohen Temperaturen arbeitet. The invention relates to a battery made of fuel elements with solid electrolytes, which operates at high temperatures.
Bekanntlich sind Brennstoffelemente Gegenstand zahlreicher Untersuchungen mit dem Ziel, ihre Technologie zu verbessern, denn bisher ist es noch nicht geglückt, ein unter normalen Bedingungen und mit gewöhnlichen Reagentien arbeitendes Brennstoffelement zu schaffen, obwohl die Theorie der Brennstoffelemente seit langem bekannt ist. Die Tatsache jedoch, daß mit der elektrochemischen Verbrennung, welche in einem Brennstoffelement stattfindet, kein solcher ieistungsabfall verbunden ist, wie er bei den thermischen Motoren aufgrund des Carnot-Prinzips gegeben ist, veranlaßt die Industrie, Lösungen für die technologischen Probleme der Brennstoffelemente zu suchen.As is known, fuel elements are the subject of more numerous Research aimed at improving their technology, for so far it has not yet been successful, one that works under normal conditions and with common reagents Create fuel element, although the theory of fuel elements has long been known. The fact, however, that with electrochemical combustion taking place in a fuel element takes place, no such drop in performance is associated is, as it is with the thermal engines due to the Carnot principle is given, prompts the industry to seek solutions to the technological problems of fuel elements.
Die Arbeiten, welche sich mit Brennstoffelementen befassen, sind in verschiedene Richtungen orientiert, wobei bald wässrige, bei- niedrigen Temperaturen wirksame Elektrolyten im Mittelpunkt stehen, bald bei höheren Temperaturen wirksame Elektrolyten aus geschmolzenen Salzen oder aber bei hohen Temperaturen wirksame feste Elektrolyten abgehandelt werden.The works dealing with fuel elements, are oriented in different directions, with aqueous electrolytes that are effective at low temperatures in the The focus will soon be effective at higher temperatures Electrolytes from molten salts or at high temperatures effective solid electrolytes are discussed.
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Der letztgenannte Typ weist bekanntermaßen bedeutende Vorteile gegenüber den anderen -untersuchten Arten auf. Inabe sondere ermöglicht die feste Struktur eine leichte Handhabung, ferner können Kohlenwasserstoffe wegen der hohen Arbeitstempe— ratur verbrannt werden, außerdem sind keine korrodierenden Flüssigkeiten vorhanden. ..... ■ . ■■ The latter type is known to have significant advantages over the other species studied . In addition , the solid structure enables easy handling, furthermore hydrocarbons can be burned because of the high working temperature, and no corrosive liquids are present. ..... ■. ■■
Jedoch weisen die festen Elektrolyten, welche in Brennstoffelementen verwendet werden, hohe Widerstände auf und rufen wegen des ohmschen Spannungsabfalls im Inneren des Elektrolyten selbst einen Leistungsverlust hervor. Beispielsweise liegt der Widerstand eines Elektrolyten atis stabilisiertem. Zir-However, the solid electrolytes used in fuel elements are used, have high resistances and cause a loss of power due to the ohmic voltage drop inside the electrolyte itself. For example lies the resistance of an electrolyte atis stabilized. Zir-
konoxyd bei 8000C in der Größenordnung von mehreren sehn Ohmskonoxyd at 800 0 C in the order of several sehn ohms
pro cm . Die auf diese Brennstoffelementenart ausgerichteten Untersuchungen haben zum Ziel gehabt, die Dicke des Elektrolyten zu vermindern, um damit den inneren Y/iderstahd des Brennstoffelementes zu verkleinern. Die Stärkeminderung des Elektrolyten hat jedoch eine mechanische Zerbrechlichkeit des aus Elektroden und Elektrolyten bestehenden Ganzen'zur-.!Folge, welche dazu geführt hat, daß diese Lösung zugunsten dickerer Elektrolyten praktisch aufgegeben worden ist, welche mechanisch widerstandsfähiger sind, jedoch bei sehr hohen Temperaturen arbeiten, -und zwar bei Temperaturen oberhalb 1000.0O, um den Leistungsverlust aufgrund des ohmschen Spannungsabfalls zu kompensieren. Diese sehr hohen Temperaturen müssen jedoch vermieden werden, wenn man ein Höchstmaß an freier Energie zur Verfugung haben will, und wenn festes Silber als Elektrode verwendet-werden soll, welches bekanntlich bei 961 G schmilzt.per cm. The investigations aimed at this type of fuel element have had the aim of reducing the thickness of the electrolyte in order to reduce the inner Y / iderstahd of the fuel element. The reduction in strength of the electrolyte has, however, a mechanical fragility of the whole consisting of electrodes and electrolytes - a consequence, which has led to the fact that this solution has been practically abandoned in favor of thicker electrolytes, which are mechanically more resistant, but work at very high temperatures to compensate -and at temperatures above 1000 0 O to the power loss due to the resistive voltage drop. These very high temperatures must, however, be avoided if one wants to have a maximum amount of free energy available, and if solid silver is to be used as the electrode, which, as is known, melts at 961 G.
In der US-Patentschrift Ur. 3.192 070 ist ein Brennstoffelement mit Festelektrolyten beschrieben, welches bei über 10000C arbeitete Bei den in der Patentschrift-angegebenen Ausführungsformen weist der Elektrolyt eine beträchtliche Stärke auf, sei es zur Aufnahme der Elektrode aus geschmolzenem SiI-In US patent Ur. 3.192 070 describes a fuel element with solid electrolytes which worked at over 1000 ° C. In the embodiments specified in the patent, the electrolyte has a considerable strength, be it to accommodate the electrode made of molten SiI-
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ber dann, wenn, ein Brennstoffelement die Gestalt eines Schmelztiegels hat, sei es zur Gewährleistung der erforderlichen mechanischen Festigkeit des Ganzen, wenn das Brennstoffelement in Gestalt eines Rohres "vorliegt, das drei konzentrische Schichten aufweist , welche die erste Elektrode, den Elektrolyten· und ; Hie zweite Elektrode (aus geschmolzenem Silber) darstellen. Zur Dicke des Elektrolyten, welche den Leistungsverlust verursacht', kommt darüber, hinaus die Schwierigice it hinzu, zwei Elemente in , Reihe ζΐΐ schalten. Wenn man nämlich die von einem Element erzeugte Strommenge durch Vergrößerung der Oberfläche der Elektroden, beispielsweise durch Verlängerung des Rohres aus" drei konzentrischen Schichten, vergrößern kann, dann -kann man nämlich im Gegensatz dazu die erhaltene Spannung nicht dadurch erhöhen, daß man zwei benachbarte Elemente kompakt in Reihe schaltest»About when, a fuel element takes the shape of a crucible has, be it to ensure the required mechanical strength of the whole, if the fuel element is in the form of a tube "which has three concentric layers which contain the first electrode, the electrolyte and; Here represent the second electrode (made of molten silver). To the Thickness of the electrolyte causing the loss of power ', there is also the difficulty of adding two elements in, Switch series ζΐΐ. If you can increase the amount of current generated by an element by increasing the surface of the electrodes, for example by lengthening the tube of "three concentric layers," then you can in contrast, do not increase the tension obtained by that you connect two neighboring elements compactly in series »
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehenden Nachteile zu beheben. Insbesondere vermittelt die Erfindung eine Batterie bestehend aus Brennstoffelementen, deren fester Elektrolyt eine sehr geringe Dicke aufweisen kann, so daß er nur geringe ohm se he Verluste hervorruft. Unter dem Begriff "Brennstoffelement11 ist in diesem Zusammenhang und in dieser Beschreibung ein isoliertes Brennstoffelement zu verstehen, d.h. ein . Element bestehend aus einer Anode, einem Elektrolyten und einer Kathode, während unter "Batterie" die Vereinigung mehrerer in Sreihe geschalteter Brennstoffelemente zu verstehen ist. Die Erfindung vermittelt"auch eine Batterie von Brennstoffelementen, welche bei einer temperatur unterhalb der Schmelztemperatur von Silber arbeiten. Schließlich.ist es,auch Aufgabe der Erfindung, eine Batterie aus Brennstoffelementen mit festem Elektrolyten zu vermitteln, welche auf kompakte Art und Iteise in Reihe geschaltet sind· . -■/'" '..'"-' The object of the invention is to remedy the above disadvantages. In particular, the invention provides a battery consisting of fuel elements, the solid electrolyte of which can have a very small thickness, so that it causes only small ohm see he losses. In this context and in this description, the term “fuel element 11” is to be understood as an isolated fuel element, ie an element consisting of an anode, an electrolyte and a cathode, while “battery” is to be understood as the combination of several fuel elements connected in series The invention also provides a battery of fuel elements which operate at a temperature below the melting temperature of silver. Finally, it is also an object of the invention to provide a battery of fuel elements with solid electrolytes, which are connected in series in a compact manner. - ■ / '"' .. '"-'
-.. ■ Die erfindungsgemäße Batterie aus Brennstoffelementen mit festem Elektrolyten und hoher Arbe its temperatur ist gekennzeichnet durch-mehrere Jeweils aus. einer ersten Elektronen Iei-. - .. ■ The battery according to the invention made of fuel elements with solid electrolytes and high working temperature is characterized by -several each off. a first electron Iei-.
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tenden Elektrode, einer zweiten Elektronen mit entgegengesetztem Vorzeichen leitenden Elektrode und einem zwischen diesen Elektroden angeordneten, sie berührenden festen Elektrolyten aus in konischer Phase stabilisiertem Zirkonoxyd bestehende Elemente, wobei die ersten Elektroden der Elemente elektrisch isoliert voneinander, und Teil einer Trennwand sind t welche die mechanische Festigkeit der Batterie gewährleistet und das Gehäuse der Batterie in zwei Räume aufteilt, in welchen der gas*- · förmige Brennstoff bzw. ein oxydierendea Gras strömen, und wobei ferner der Elektrolyt jedes Elementes als dünne Schicht auf der Trennwand und in Kontakt mit der ersten Elektrode des Elementes angeordnet ist, so daß die Trennwand und die Elektrolytschichten aller Elemente eine gasdichte Einheit bilden«, und ... wobei schließlich ein Elektronen leitendes Material-zwischen den Elektrolyten der Elemente angeordnet ist und jede der ersten Elektroden mit der zweiten Elektrode des benachbarten Elementes verbindet, außerdem der erzeugte Strom durch Elektronenleiter abgeführt wird, welche mit einer Elektrode des ersten Batterie-Elementes bzw. mit der Elektrode entgegengesetzten. ■■"",. Vorzeichens des letzten Batterie-Elementes verbunden sind.tend electrode, a second electron with opposite sign conductive electrode and a contacting solid electrolyte arranged between these electrodes consisting of elements stabilized in conical phase zirconium oxide, whereby the first electrodes of the elements are electrically isolated from one another and are part of a partition t which the mechanical Stability of the battery is guaranteed and the housing of the battery is divided into two rooms, in which the gaseous fuel or an oxidizing grass flow, and furthermore the electrolyte of each element as a thin layer on the partition wall and in contact with the first electrode of the element is arranged so that the separating wall and the electrolyte layers of all elements form a gas-tight unit «, and ... finally, an electron-conducting material is arranged between the electrolytes of the elements and each of the first electrodes with the second electrode of the adjacent element v binds, and the generated current is dissipated by electron conductors, which with one electrode of the first battery element or with the electrode opposite. ■■ "" ,. The sign of the last battery element are connected.
. . . " Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den beigefügten Unteransprüchen und der nachstehenden beispielsweisen Beschreibung einiger Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen aufgeführt. In^ diesen zeigt: " ·. . . "Further advantageous embodiments of the invention are in the attached subclaims and the following examples Description of some embodiments of the invention listed on the basis of the attached drawings. In ^ these shows: " ·
Pig. 1 die Ansicht des Längsschnitts durch eine erste Aus-' führungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffelementenbatteriej Pig. 1 shows the view of the longitudinal section through a first embodiment of the fuel element battery according to the invention
Fig. 2 die Ansicht des Schnittes entlang der Linie II-II in Fig. 1j ; , ;Fig. 2 is a view of the section along the line II-II in Fig. 1j; ,;
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Pig. 3 die Seitenansicht einer teilweise aufgeschnittenen weiteren Ausführungsform der, erfindungsgemäßen Batterie jPig. 3 is a side view of a partially cutaway Another embodiment of the battery according to the invention j
Mg. 4 die Ansicht des Schnittes entlang der Linie IV-IVMg. 4 the view of the section along the line IV-IV
in Hg. 3$ ■ .in ed. 3 $ ■.
Mgο 5 die Ansicht des Längsschnitts durch eine dritte Ausfuhrungsform der, erfindungsgemäßen Batterie, undMgο 5 the view of the longitudinal section through a third embodiment the battery according to the invention, and
Mg. 6 die Seitenansicht einer teilweise aufgeschnittenen vierten Ausführungsform der erfindsungsgemäßen Brennstoffelementenbatterie. Mg. 6 the side view of a partially cut-open fourth embodiment of the fuel cell battery according to the invention.
Die Batterie nach Mg. 1 und 2 weist ein Gehäuse 1 auf, welches in zwei Leitungen 1a und Tb aufgeteilt ist, und zwar ■durch eine Trennwand 2. Diese setzt sich aus Abschnitten 3 inerten, nicht leitenden und gasundurchlässigen Materials und den Anoden 4 der einander nachgeschalteten Brennstoffelemente der Batterie zusammen, wobei die Abschnitte 3 und die Anoden 4 in alternierender Anordnung vorliegen. Im vorliegenden Jail sind die~ Anoden 4 aus porösem, ferritisehem Stahl hergestellt. Die Poren, schematisch durch Kanäle 5 dargestellt, ermöglichen es dem gasförmigen Brennstoff, zur Anode/Elektrolyt-G-renzf lache zu gelangen. Die Elektrolyten 6 der drei Elemente der Batterie bestehen aus gasundurchlässigem, stabilisiertem Zirkonoxyd und sind auf den Anoden 4 angeordnet. Der Elektrolyt 6 jedes Brennstoffelements ragt ein wenig über auf den unmittelbar benachbarten Abschnitt 3 aus inertem, nicht leitendem und gasundurchlässigem Material und trennt so von der. Anode '4. des .betreffenden Elementes einen Leiter 7 ab, welcher die Anode 4 des benachbarten Elementes mit der Silberkathode 8 des betrachteten Elementes elektrisch verbindet. Die Leitungen 1a und 1b sind also dicht voneinander getrennt, da ja die Abschnitte 3 aus inertem Material gasdicht sind, ebenso wie der Elektrolyt 6 selbst,The battery according to Mg. 1 and 2 has a housing 1, which is divided into two lines 1a and Tb, namely ■ by a partition 2. This consists of sections 3 inert, non-conductive and gas-impermeable material and the anodes 4 of the downstream fuel elements of the Battery together, with the sections 3 and the anodes 4 in an alternating arrangement. In the present jail are the anodes 4 made of porous, ferritic steel. The pores, shown schematically by channels 5, make it possible the gaseous fuel, to the anode / electrolyte boundary area to get. The electrolytes 6 of the three elements of the battery consist of gas-impermeable, stabilized zirconium oxide and are arranged on the anodes 4. The electrolyte 6 of each fuel element protrudes a little over the immediately adjacent section 3 made of inert, non-conductive and gas-impermeable Material and so separates from the. Anode '4. of the .related Element from a conductor 7, which the anode 4 of the adjacent element with the silver cathode 8 of the considered Element electrically connects. The lines 1a and 1b are therefore tightly separated from one another, since the sections 3 are made of inert Material are gas-tight, as is the electrolyte 6 itself,
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welcher die porösen Abschnitte der Trennwand 2 bedeckt, welche die Anoden bilden. Außerdem ist aus den Fig.^1 und 2 der für die Erfindung bedeutende Umstand ersichtlich, daß der Elektrolyt nur in einer sehr dünnen Schicht vorzuliegen braucht, und demzufolge nur einen sehr geringen ohmschen Widerstand aufweisen kann, weil der mechanische Widerstand der Batterie durch die Trennwand 2 sichergestellt ist, welcher man eine solche Stärke geben kann, daß die erforderlichen mechanischen Eigenschaften gewährleistet sind, ohne die Energieleistung der Batterie zu beeinflussen. Aus den Mg. 1 und 2 geht außerdem die Einfachheit der zur Bildung der Batterie vorgenommenen Reihenschaltung der Brennstoffelemente hervor. Die elektrische Verbindung zwischen der Anode eines Elementes und "der Kathode des folgenden Elementes ist durch eine Schicht aus einem beliebigen leitenden Material sichergestellt, bei welchem es sich beispielsweise um ein Material von der Art der Kathode oder aber um jedes andere elektronisch leitende Material handeln kann. Der von dieser aus drei Elementen bestehenden Batterie erzeugte Strom kann mittels elektrischer leitungen 9 gesammelt bzw. abgeführt werden.' which covers the porous portions of the partition 2 which form the anodes. In addition, FIGS. 1 and 2 show the fact that is important for the invention that the electrolyte only needs to be present in a very thin layer, and consequently can only have a very low ohmic resistance, because the mechanical resistance of the battery through the partition 2 is ensured, which can be given such a strength that the required mechanical properties are guaranteed without affecting the energy performance of the battery. FIGS. 1 and 2 also show the simplicity of the series connection of the fuel elements made to form the battery. The electrical connection between the anode of one element and the cathode of the following element is ensured by a layer of any conductive material, which can be, for example, a material of the cathode type or any other electronically conductive material. The current generated by this battery, which consists of three elements, can be collected or discharged by means of electrical lines 9.
Die Reihenschaltung der Brennstoffelemente kann abgeändert werden. Beispielsweise ist es nicht erforderlich, daß die Elektrolytschicht 6 jedes Brennstoffelementes auf den Abschnitt 3 inerten Materials übergreift, welcher die Anode 4 dieses Elementes von der Anode 4 des vorhergehenden Elementes trennt, vielmehr genügt es, wenn der Leiter 7, welcher die Anode 4 des einen Elementes mit der Kathode 8 des folgenden Elementes verbindet, mit der Anode 4 dieses beaagten folgentien Elementes nicht in Berührung steht. Dies kann beispielsweise dadurch verwirklicht sein, daß zwischen den Leiter 7 und die Anode 4 des folgenden Elementes eine Schicht aus einem isolierenden Material angeordnet ist. : ·The series connection of the fuel elements can be modified. For example, it is not necessary that the electrolyte layer 6 of each fuel element overlaps the section 3 of inert material which the anode 4 this element separates from the anode 4 of the previous element, rather it is sufficient if the conductor 7, which is the anode 4 of one element with the cathode 8 of the following element connects, with the anode 4 of this acted folgentien Element is not in contact. This can be, for example be realized in that between the conductor 7 and the anode 4 of the following element is a layer of an insulating Material is arranged. : ·
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die verschiedenen Teile der vorstehend ■beschriebenen batterie können andere als die angegebenen Materialien verwendet werden. Insbesondere kann die Stromrichtting umgekehrt werden,: wenn die Elektroden 4/und 8 aus anderen leitenden Materialien bestehen als ferritischem.. Stahl und Silber. In diesem * ■■■■"-■-.■■," ■■■ . - ■■■ . ..- .■ . Pail wurde das oxydierende Gas.der Kathode durch die leitung Ib und der gasförmige Brennstoff der Anode durch die leitung la zugeführt. ■ ,Materials other than those specified may be used for the various parts of the battery described above will. In particular, the conversion can be reversed if the electrodes 4 / and 8 are made of other conductive materials than ferritic .. steel and silver. In this * ■■■■ "- ■ -. ■■," ■■■. - ■■■. ..-. ■. Pail The oxidizing gas of the cathode became through the line Ib and the gaseous fuel of the anode through the line la fed. ■,
. Fig. 3 zeigt eine rohrfÖrmige Ausbildung der erfindungsgemäßen Batterie, wobei gleiche Teilet dieselben Bezugsziffern wie in rFig, 1 und 2 erhalten haben. Me Trennwand 2 teilt das Gehäuse'1 der Batterie in zwei koaxiale Leitungen ta und 1b auf, nämlich in die von der rohrförmigen Trennwand 2 eingeschlossene Leitung 1b und die äußere, ringförmige Leitung la zwischen dem Gehäuse 1 und der Trennwand .2. Wie bei der*. Batterie nach den Pig. 1 und 2 ist der gasdichte Abschluß zwischen den LeitungenTa und Tb durch das inerte und nicht leitende Material einerseits und den llektrolyten andererseits bewerkstelligt, welcher die Anode aus ferritischem, porösem Stahl bedeckt. Die die Anode eines Elementes mit der Kathode des folgenden Elementes verbindenden Leiter 7 bilden auf der rohrförmigen Trennwand 2 Binge. Die Rohrform der erfindungsgeffiäßen Batterie ermöglicht eine beträchtliche Vergrößerung der Oberfläche "des, festen Elektrolyten im Verhältnis zum Volumen der Batterie und steigert demzufolge merklich die spezifische Leistung dieser Batterie.. Fig. 3 shows a tubular design of the battery according to the invention, wherein the same parts have been given the same reference numerals as in r Figs. The partition 2 divides the housing'1 of the battery into two coaxial lines ta and 1b, namely the line 1b enclosed by the tubular partition 2 and the outer, annular line la between the housing 1 and the partition .2. As with the *. Battery after the pig. 1 and 2, the gas-tight seal between the lines Ta and Tb is brought about by the inert and non-conductive material on the one hand and the electrolyte on the other hand, which covers the anode made of ferritic, porous steel. The conductors 7 connecting the anode of one element to the cathode of the following element form bings on the tubular partition 2. The tubular shape of the battery according to the invention enables a considerable increase in the surface area of the solid electrolyte in relation to the volume of the battery and consequently noticeably increases the specific power of this battery.
\. Die erfindungsgemäSe Batterie kann auf unterschiedliche Art und Weise ,hergestellt werden. Die Trennwand 2 kann beispielsweise gefertigt werden, indem die porösen Elektroden und das inerte, nicht leitende und gasundurchlässige Material aneinändergesetzt werden, worauf der Elektrolyt auf dieses Material dadurch aufgebracht wird, daß er, zunächst als Pulver \. The battery according to the invention can be used on different Way to be made. The partition 2 can be manufactured, for example, by the porous electrodes and the inert, non-conductive and gas-impermeable material put together whereupon the electrolyte is applied to this material in that it, initially as a powder
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aufgebracht wird, das dann bei hohen Temperaturen gesintert wird, bis sich eine gasundurchlässige Elektrolytschicht ergibt . Die Sintertemperaturen können höher liegen als die Schmelztemperaturen bestimmter-"Metalle,'" weiche als Elektroden verwendbar sind, so daß die verwendeten Metalle auf die angewendete Art der Elektrolytaufbringung abzustimmen sind« Die Elektroden 8 der Mg. 1,2 und 3 können insbesondere aufgestrichen werden, ebenso wie die leiter 7. Die Stronizu- und -ableitungen 9 ν können beispielsweise aus Drähten bestehen, welche ail die entsprechenden Elektroden an den Enden der Batterie angeschweißt sind. - -=■ .-■ :is applied, which is then sintered at high temperatures until a gas-impermeable electrolyte layer results. The sintering temperatures can be higher than the melting temperatures certain "metals, '" which can be used as electrodes are so that the metals used are applied to the The type of electrolyte application must be coordinated «The electrodes 8 of Mg. 1, 2 and 3 can in particular be painted on, as can the conductors 7. The current supply and discharge lines 9 ν can for example consist of wires which ail the corresponding electrodes are welded to the ends of the battery are. - - = ■ .- ■:
Y/enn die bei der Herstellung der. Batterie verwendeten Elektrolyten bei sehr hohen Temperaturen gesintert werden, müssen^ welche höher liegen als die Schmelztemperaturen derjeni-' gen metallischen Materialien, welche als Elektroden in der Trennwand 2 verwendet sind, dann kann auf die nachstehend beschriebene Art und Weise vorgegangen werden, wobei die fragliche Elektrode nicht mehr aus einem porösen leitenden Material besteht, sondern aus einer metallischen Schicht, die im Inneren der Foren eines nicht leitenden, jedoch porösen und als Träger ;. dienenden feuerfesten Materials abgelagert ist.Y / enn in the manufacture of the. Battery used Electrolytes are sintered at very high temperatures, which must be higher than the melting temperatures of the ones- ' Metallic materials which are used as electrodes in the partition 2 can then be proceeded in the manner described below, the electrode in question no longer being made of a porous conductive material consists, but of a metallic layer that is inside the forums of a non-conductive, but porous and as a support; serving refractory material is deposited.
Eine derartige Ausführungsfbrm istin Fig. 5 dargestellt. Das Gehäuse 11 einer aus drei Brennstoffelementen bestehenden Batterie ist durch eine Trennwand 12 in zwei leitungen 11a und 11b aufgeteilt, wobei die Trennwand 12 aus elektronisch leitenden Abschnitten 13 und Abschnitten H aus feuerfestem· Material besteht, und die Abschnitte 13, 1'4 einander abwechselnd angeordnet sind .--Bei dem feuerfesten porösen Material · kann es sich beispielsweise um stabilisiertes Zirkohöxyd han- ' dein. In den Poren dieses Materials ist' eine metallische Schicht 15 abgelagert, welche die Anöde der Brennstoffelemente der Batterie bildet. Vorzugsweise ist der mittlere PorendurchmesserSuch an embodiment is shown in FIG. The housing 11 of a battery consisting of three fuel elements is divided by a partition 12 into two lines 11a and 11b, the partition 12 being made electronically conductive sections 13 and sections H made of refractory Material, and the sections 13, 1'4 are arranged alternately - in the case of the refractory porous material it can be, for example, stabilized zirconium oxide. In the pores of this material there is a metallic layer 15 deposited, which is the anode of the fuel elements of the battery forms. Preferably the mean pore diameter is
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des feuerfesten Materials der Abschnitte 14 nicht sehr viel größer als die Dicke der Elektrolytschicht 16, so daß das Material der Abschnitte 14 von jeder Seite der Trennwand 12 die Druckänderungen" der Gase aushalten kann, denen die Batterie unterworfen ist. Die Anode15 steht mit der Elektrolytschicht 16 in Berührung, welche das poröse feuerfeste Material bedeckt und den gasdichten Abschluß der Leitungen 11a und 11b voneinan-'der gewährleistet* Die elektrische Reihenschaltung der Elemente der Batterie ist durch die elektronischen Leiter 17 sichergestellt. Die Anode eines Elementes steht in elektrischer Verbindung mit dem leitenden Abschnitt 13, welcher zwei benachbarte Brennstoffelemente trennt, und der Leiter 17 verbindet diesen leitenden Abschnitt 13 mit der Kathode-18 des nachfolgenden Brennstoffelementes. Die Leitungen 19dienen dem Ableiten des von der Batterie erzeugten Stromes, wenn ein oxydierendes Gas dieser durch die Leitung 11a zugeführt wird, während ein gasförmiger Brennstoff durch die Leitung 1,1b strömt, wobei die Temperatur des Gehäuses 11 etwa 8QO0G ausmacht.. ;of the refractory material of the sections 14 is not much greater than the thickness of the electrolyte layer 16 so that the material of the sections 14 on either side of the partition wall 12 can withstand the pressure changes of the gases to which the battery is subjected. The anode 15 stands with the electrolyte layer 16 in contact, which covers the porous refractory material and ensures the gas-tight seal of the lines 11a and 11b from one another * The electrical series connection of the elements of the battery is ensured by the electronic conductor 17. The anode of an element is in electrical connection with the conductive section 13, which separates two adjacent fuel elements, and the conductor 17 connects this conductive section 13 to the cathode 18 of the subsequent fuel element. Lines 19 serve to divert the current generated by the battery when an oxidizing gas is supplied to it through line 11a is, while a gaseous fuel off flows through the line 1, 1b, the temperature of the housing 11 being about 8QO 0 G ..;
Bei der Ausführungsform nach Pig. 5 können die Elektrolyten 16 bei sehr hohen Temperaturen gesintert werden, ohne daß" das'feuerfeste Material der Abschnitte 14 zerstört werden würde, auf welchem anschließend der die Anoden 15 bildende Leiter abgelagert wird.In the Pig. 5, the electrolytes 16 can be sintered at very high temperatures without " the refractory material of the sections 14 would be destroyed, on which then the conductor forming the anodes 15 is deposited.
In Mg. 6 ist eine rohrförmige Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie; mit drei Brennstoffelementen der in Pig. 5 wiedergegebenen Art dargestellt. Gleiche Teile; der Ausführung sformen nach Pig. 5 und 6 sind mit gleichen Bezugszlf-'fera versehen. Die Vorteile der Ausführungsform nach Fig. 6 gegenüber derjenigen nach Pig. 5· sind dieselben, welche die Ausführungsform nach· Pig. 3 gegenüber derjenigen nach den Pig* 1 und 2 aufweist. Insbesondere ist die größere spezifische Leistung der Batterie nach Pig-,.-β, gegenüber derjenigen nach Pig. 5 hervorzuheben. ' . " ■-In Fig. 6 is a tubular embodiment of a battery according to the invention; with three fuel elements in Pig. 5 reproduced type shown. Same parts; the execution forms according to Pig. 5 and 6 are provided with the same reference numerals. The advantages of the embodiment according to FIG. 6 over that according to Pig. 5 · are the same as the embodiment of · Pig. 3 compared to that according to Pig * 1 and 2. In particular, the greater specific power of the battery according to Pig -, .- β, compared to that according to Pig. 5 to be highlighted. '. "■ -
00 98 1 1/095 100 98 1 1/095 1
-ίο- 1935t?3-ίο- 1935t? 3
Auch, andere als die in Verbindung mit der Schilderung der Fig. 5 und 6 erwähnten Materialien können mit Erfolg verwendetwerden* Als feuerfestes, poröses Material können keramische Materialien benutzt werden, welche vom denen verschieden sind,, welche den Elektrolyten bilden., insbesondere Zirkon— oxyd mit unterschiedlichen Gehalten an stabilisierenden OxydenvAlso, materials other than those mentioned in connection with the illustration of FIGS. 5 and 6 can be used with success. As the refractory, porous material, ceramic materials other than those which form the electrolyte, in particular zirconium, can be used. oxide with different contents of stabilizing oxides
Wenn die Zusammensetzung des feuerfesten Materials der Abschnitte 14 derjenigen des Elektrolyten ähnlich ist, dann sind £ damit mechanische Spannungen vermieden, welche mit ansteigender Temperatur aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten sonst entstehen wurden.If the composition of the refractory material is the Sections 14 are similar to that of the electrolyte, then This avoids mechanical tension, which increases with increasing Temperature due to the different coefficients of thermal expansion otherwise would arise.
Die vorstehend beschriebenen ±satterien arbeiten, bei-Atmosphärendruck und bei höheren Drücken gleich gut. Durch Arbeiten bei erhöhten Drücken wird die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen den Gasen und damit die Leistung der Batterie erhöht« The batteries described above operate at -atmospheric pressure and equally good at higher pressures. Working at elevated pressures increases the speed of the reaction between the gases and thus the performance of the battery is increased «
Sowohl bei äen Batterien nach den Fig. 1 bis 4- als auch bei denjenigen nach Flg. 5 und 6 kann die Stärke der Slektrolytschicht bis auf das auf bekannte Art und Weise erreichbare Hi-™ nimum vermindert werden, und damit auch der innere elektrische Widerstand der Batterie gesenkt werden, und zwar aufgrund des Trägers, welchen die Trennwand bildet, von der die Anoden ein Teil sind, wodurch die mechanische Starrheit der Vorrichtung sichergestellt ist. Darüber hinaus können die Brennstoffelemente der Batterie mittels eines Leiters einfach in Reihe geschaltet werden, der aufgestrichen oder auf andere Weise aufgebracht wird, wie die Elektrode selbst. 'Both with äen batteries according to FIGS. 1 to 4- and those according to Flg. 5 and 6, the thickness of the electrolyte layer can be reduced to the maximum achievable in a known manner, and thus the internal electrical resistance of the battery can also be reduced, due to the carrier which forms the partition from which the Anodes are a part, which ensures the mechanical rigidity of the device. In addition, the fuel elements of the battery can be simply connected in series by means of a conductor that is painted or applied in some other way, such as the electrode itself. '
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