DE2610863C3

DE2610863C3 - Elektrochemische Batterie

Info

Publication number: DE2610863C3
Application number: DE2610863A
Authority: DE
Inventors: Olle B. Prof. Taeby Lindstroem (Schweden)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-03-14
Filing date: 1976-03-15
Publication date: 1979-10-31
Also published as: NL7602615A; DE2610863B2; US4008099A; FR2304188B1; GB1532712A; BR7601531A; SE7502860L; FR2304188A1; JPS51115629A; SE390088B; DE2610863A1; IT1057990B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrochemische Batterie, die in einer Mehrzahl von Zellen jeweils mindestens eine positive Elektrode und eine negative Elektrode enthält, die durch einen Elektrolytraum mit einem flüssigen Elektrolyten voneinander getrennt sind, wobei die Elektroden als bipolare Elektroden mit auf der einen Seite einer elektrisch leitenden und elektrolytundurchlässigen Trennwand angeordneter positiver Elektrodenmasse und auf der anderen Seite dieser Trennwand angeordneter negativer Elektrodenmasse ausgebildet sind und die Elektrolyträume der einzelnen Zellen miteinander in Verbindung stehen.

Bei einer solchen bekannten, in der GB-PS 13 47 499 offenbarten Batterie sind die Elektrolyträume der einzelnen Zellen jeweils voll mit einem nicht wässerigen Elektrolyten gefüllt und dessen Lösungsvermögen für die sich bei der Batterieentladung bildenden Verbindungen ist so begrenzt daß sich in den im Querschnitt sehr klein gehaltenen Verbindungskanälen zwischen den

einzelnen Zellen der Batterie durch Überschreitung des jeweiligen Löslichkeitsprodukts Abscheidungen aus diesen Entladungsprodukten bilden, die den ohnehin schon großen elektrischen Widerstand zwischen den einzelnen Zellen der Batterie noch weiter anwachsen lassen, wodurch Kriech- oder Leckströme durch einen lonentransport zwischen den einzelnen Zellen über die dazwischen bestehenden Elektrolytbrücken bei sehr kleinen Werten gehalten werden können. Irgendwelche Vorkehrungen für einen Gasaustausch zwischen den einzelnen Zellen der Batterie sind nicht getroffen, und auch in den einzelnen Zellen selbst sind keine Leerräume vorgesehen, in denen sich wähiend des Betriebes der Batterie bildende Gase Aufnahme finden könnten.

Aus der US-PS 31 70 819 ist eine Batterie bekannt die eine Mehrzahl von einzelnen Zellen umfaßt, die in einem gemeinsamen Gasraum angeordnet sind und jede eine positive und eine negative Elektrode enthalten, zwischen denen ein mit Elektrolyt getränkter Separator eingefügt ist, in dem allein der lonentransport während des Batteriebetriebes stattfindet. Für die Beherrschung des Gashaushaltes sind bei dieser bekannten Batterie die trockenen Elektrodenrückseiten vorgesehen, die mit der allen einzelnen Zellen gemeinsamen Gasatmosphäre in Berührung stehen. Ein Elektrolytaustausch zwischen den einzelnen Zellen ist nicht möglich, da der Elektrolyt in jeder Zelle auf den zwischen ihren Elektroden angeordneten Separator beschränkt bleibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batterie der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der sowohl ein ungehinderter Elektrolytaustausch als auch ein Gasaustausch zwischen den einzelnen Zellen möglich ist, um diese Batterie den bei einem Einsatz für Traktionszwecke zu stellenden Anforderungen insbesondere hinsichtlich ihres Leistungsverhaltens besser als die bisher bekannten Batterien entsprechen zu lassen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in jedem Elektrolytraum in dessen in der bevorzugten Betriebslage der Batterie oberem Abschnitt je eine Gaskammer vorgesehen ist, die mit einem Gasverzehr bewirkenden Substanzen wie chemisch oder katalytisch aktiven Stoffen, vorzugsweise den Elektrodenmassen in Berührung steht und daß die Verbindungen zwischen den einzelnen Elektrolyträumen auch deren Gaskammern miteinander verbinden.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Batterie besteht die Möglichkeit zu einem ausreichenden Elektrolytaustausch zwischen den einzelnen Zellen und damit zu einem Ausgleich etwaiger Konzentrationsunterschiede im Elektrolyten zwischen den einzelnen Zellen, wobei insbesondere auch etwaigen Unterschieden in Verdampfung und Kondensation von Elektrolyt in den einzelnen Zellen Rechnung getragen werden

kana Außerdem führt die erfindungsgemäße Bauweise zu einem optimalen Ablauf des Gasverzehrs in der Batterie, wobei wiederum ein Mitwirken aller einzelnen Zellen und ihrer Bestandteile selbst dann möglich ist, wenn die Gasentwicklung im wesentlichen nu ^f in einer oder einigen Zellen auftreten sollte, da insoweit nicht nur ein Elektrolytaustausch, sondern auch ein Gasaustausch zwischen den einzelnen Zellen der Batterie erhalten werden kana Dabei spielt sich der Gasverzehr innerhalb der erfindungsgemäß ausgebildeten Batterie in der Weise ?b, daß in den Elektrolyträumen der einzelnen Zellen entwickelte Gase mit einen Gasverzehr bewirkenden Substanzen wie chemisch und/oder katalytisch aktiven Stoffen und vorzugsweise den aktiven Elektrodenmassen in Berührung kommen, wobei der Kontakt der Gase mit den ihrem Verzehr dienenden Substanzen in der Hauptsache in den Gaskammern im oberen Teil der Elektrolyträume stattfindet, die für die einzelnen Zellen über die unterhalb des in der bevorzugten Betriebslage der Batterie höchsten Niveaus in den Elektrolyträumen angeordneten Verbindungen so zusammengefaßt sind, daß in einer dieser Gaskammern angesammeltes Gas auf mehrere Gaskammern verteilt wird und demgemäß die einen Gasverzehr in den verschiedenen Gaskammern bewirkenden Substanzen für den Verzehr von in einem einzelnen Elektrolytraum entwickelten Gas nutzbar gemacht werden könnten.

Die mit Hilfe der Erfindung erzielbaren guten Ergebnisse haben ihre Grundlage in einer Kombination von miteinander zusammenwirkenden Konstruktionsmerkmalen und einer speziellen Ausführung des Elektrolytsystems, womit sich eine große Zahl von wesentlichen Vorteilen erhalten läßt, obwohl dieses spezielle Merkmal zur heute üblichen Praxis in der Batterietechnologie in Widerspruch steht.

Ein erstes vorteilhaftes Ergebnis der Erfindung ist auf diese Weise die Schaffung einer Batterie mit mindestens der doppelten Energiedichte einer Traktionsbatterie auf Blei/Säure-Basis, wie sie bisher in Elektrofahrzeugen « zum Einsatz kommt. Ein zweiter Vorteil der Erfindung besteht darin, daß diese Batterie eine bessere Lebensdauer zeigt als selbst sorgfältig betriebene Traktionsbatterien auf Blei/Säure-Basis. Zum dritten werden für den Bau der erfindungsgemäß ausgebildeten Batterien Rohmaterialien verwendet, die in großen Mengen verfügbar sind, so daß ein Einsatz dieser Batterie im großen Maßstab auch nicht durch Einschränkungen in der Verfügbarkeit der entsprechenden Rohmaterialien in Frage gestellt werden kann. Ein vierter Vorteil liegt so darin, daß die erfindungsgemäß ausgebildeten Batterien sn gebaut sind, daß die dafür verwendeten Materialien leicht wiedergewonnen werden können, woraus sich die Kosten für den Batteriebenutzer wiederum niedrig halten lassen. Zum fünften führt die Erfindung zu Batterien, die einer rauhen Behandlung ausgesetzt werden können, ohne daß die Gefahr von Feuer oder anderen Risiken entsteht. Ein sechster Vorteil der Erfindung ergibt sich daraus, daß die erfindungsgemäß ausgebildeten Batterien sich in gegenüber der Umgebung dicht abgeschlossener Weise ausführen lassen und nur ein Minimum an Wartung und Unterhalt verlangen. Zum siebten läßt die Erfindung Batterien entstehen, die sich ohne weiteres in großen Stückzahlen herstellen lassen und die in Bausteinform gebaut werden können, was eine leichte Montage und eine einfache Anpassung an verschiedene Arten von Elektrofahrzeugen oder anderen Anwendungen ermöglicht.

Allen diesen verschiedenen Forderungen genügt die Erfindung auf überraschend einfache Weise gestützt auf die spezielle Kombination von Konstruktionsmerkmalen und wegen des Elektrolytsystems, das ein besonders kennzeichnendes Merkmal für die Erfindung darstellt

Die erfindungsgemäß ausgebildeten Stromquellen weisen bipolare Elektroden auf und gehören vorzugsweise zur Klasse der alkalischen Batterien, bei denen die negative Seite der bipolaren Elektroden vorzugsweise Eisen, Kadmium oder Zink in einer solchen Form enthält, daß sich in Entsprechung zum Stande der Technik eine gute Lebensdauer ergibt, während die positive Seite der bipolaren Elektroden vorzugsweise Hydroxide von Nickel, Eisen, Kobalt und/oder Oxide von Eisen und Silber oder Mischungen davon enthält, die vorzugsweise in einem Traggerüst aus metallischem Nickel, Kobalt oder Eisen oder einem anderen geeigneten Träger mit guter elektronischer Leitfähigkeit und hinreichender Beständigkeit in der jeweiligen Umgebung angeordnet sind. Diese bipolaren Elektroden sind vorzugsweise nebeneinander in einem Stapel angeordnet, sie zeigen also eine sogen. Filterpressenkonfiguration mit dazwischenliegenden Elektrolyträumen für einen wasserhaltigen Elektrolyten. Diese Elektrolyträume können Tragstifte oder andere Trennelemente und als Alternative auch Separatoren der Art enthalten, die bislang in alkalischen Akkumulatoren verwendet werden, wobei hinsichtlich einer allgemeinen Beschreibung des bisherigen Standes der Technik auf dem Gebiete der alkalischen Batterien auf das Buch »Alcaline Storage Batteries« von FaIk und S a I k i η d und insbesondere auf dessen Seiten 42 bis 275 verweisen werden kann. Die bipolaren Elektroden können in Rahmen gehalten oder in sonstiger Weise in Abstandshaltern angeordnet werden, so daß sich die gewünschten Elektrolyträume ergeben. Dabei können die bipolaren Elektroden verschiedene Form zeigen und beispielsweise elliptisch, kreisförmig, rechteckig, quadratisch oder in sonstiger Weise ausgebildet sein. Ein charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß der Stapel mit den bipolaren Elektroden so angeordnet ist, daß die Elektrolyträume zwischen den Elektroden unter normalen Betriebsbedingungen nicht mit der Umgebung in Verbindung stehen, so daß es nicht zu einem Austrtt von Gas und/oder Elektrolyt in den Außenraum kommen kann. Eine besonders günstige Ausführungsform besteht dabei darin, daß der Elektrodenstapel in einem äußeren Behälter mit Anschlüssen für Polbolzen, Einlassen zum Einfüllen von Elektrolyt, Sicherheitseinrichtungen usw. untergebracht wird. Dabei ist ein kreisförmiger Querschnitt des Elektrodenstapels in vielen Fällen von besonderem Vorteil, da dann der äußere Behälter als Zylinder ausgebildet werden kann.

Das herausragende Kennzeichen der Erfindung liegt darin, daß im oberen Teil der Elektrolyträume in dem Stapel der bipolaren Elektroden zwischen diesen Elektrolyträumen mindestens eine Verbindung in einer Höhenlage vorgesehen ist, die während der normalen Betriebslage des Elektrodenstapels unter dem höchsten Niveau in den Elektrolyträumen liegt, so daß sich zwischen diesem höchsten Niveau in den Elektrolyträumen und der Höhenlage der erwähnten Verbindung jeweils eine Gaskammer ergibt. Dabei können selbstverständlich mehrere Verbindungen auf etwa ein und derselben Höhenlage angeordnet werden, es können aber auch weitere Verbindungen in niedrigeren Höhenlagen als dem untersten Niveau für die jeweilige

Gaskammer vorgesehen werden, welche Verbindungen in diesem Falle primär zum Transport von Elektrolyt zwischen den verschiedenen Elektrolyträumen dienen. Jede der bipolaren Elektroden im Elektrodenstapel ist auf diese Weise mit wenigstens einer durchgehenden Verbindung versehen, so daß alle Elektrolyträume zwischen den verschiedenen Elektroden dadurch miteinander in Verbindung stehen.

Es ist jedoch nicht erforderlich, daß die Verbindungen so angeordnet sind, daß jeder Elektrolytraum unmittelbar mit den ihm am nächsten liegenden Elektrolyträumen in Verbindung steht. Die Verbindung zwischen einem bestimmten Elektrolytraum und den ihm geometrisch am nächsten liegenden Elektrolyträumen kann ebenso in indirekter Weise erzielt werden, indem dieser erste Elektrolytraum mit weiter entfernt liegenden Elektrolyträumen in Verbindung gebracht wird, die ihrerseits Verbindung zu den Elektrolyträumen haben, die den erstgenannten Elektrolytraum geometrisch am nächsten liegen. Derartige Verbindungen können in Form von Röhrchen ausgeführt werden, die durch die dazwischenliegenden Elektrolyträume ohne Verbindung damit hindurchgehen. Dies kann allerdings zu einem komplizierten System von Kanälen führen, so daß diese verwickelte Ausführungsform nicht immer empfehlenswert ist. Weiter können Verbindungen zwischen den Elektrolyträumen im Elektrodenstapel und der Umgebung in Form von Anschlüssen für das Einfüllen von Elektrolyt und von Einrichtungen für den Gasaustritt während des Einfüllens des Elektrolyten vorgesehen werden. Diese Verbindungen sind jedoch während des normalen Betriebs der Batterie abgesperrt oder abgeschlossen. Praktisch günstig ist es dabei, den Anschluß für das Einfüllen des Elektrolyten an einem der obersten Elektrolyträume im Elektrodenstapel und den Anschluß für den Gasaustritt an dem am weitesten entfernt gelegenen Elektrolytraum vorzusehen.

Während des normalen Betriebs der Batterie mit Elektrodenmassen, wie sie in alkalischen Akkumulatoren verwendet werden, bleiben die Veränderungen des Elektrolyten, in der Hauptsache Änderungen seiner Konzentration und seines Volumens, vergleichsweise klein. Während der Entladung der Batterie werden im Material der Anode ebensoviel Hydroxylionen gebunden wie am Material der Kathode freigesetzt werden, und die umgekehrten Verhältnisse gelten für die Aufladung der Batterie. Die Elektrolytphase ist jedoch dennoch nicht vollständig volumeninvariant. Die möglicherweise auftretenden Volumenveränderungen, die ihre Ursache auch in Temperaturänderungen haben können, lassen sich primär durch die Gasphase in den Gaskammern der einzelnen Elektrolyträume auffangen. Bei großen Batterien und/oder großen Änderungen im Elektrolytvolumen kann es auch von Nutzen sein, innerhalb oder in Verbindung mit dem Batteriebehälter besondere Ausdehnungsräume vorzusehen. Gas kann sich in den Elektrolyträumen, insbesondere auch während einer Oberladung der Batterie, vor allem aber auch durch die sogenannte Polumkehr an einzelnen Elektroden oder wegen der Selbstentladung entwickeln. Diese Gasentwicklung ist häufig auf einen oder wenige Elektrolyträume im Elektrodenstapel lokalisiert und könnte zu größeren Druckanstiegen und der Gefahr mechanischer Schaden führen. Bei den erfindungsgemäß ausgebildeten Batterien werden diese Gefahr und dieser Nachteil in überraschend einfacher Weise dank zweier Zusammenarbeitseffekte durch die Verbindungen beseitigt die ein herausragendes Kennzeichen der Erfindung bilden. Es ist bekannt, daß Elektrodenmassen, und insbesondere diejenigen Elektrodenmassen, die in alkalischen Batterien verwendet werden, die Fähigkeit besitzen, chemisch mit den im Elektrolytraum entwikkelten Gasen, nämlich Wasserstoff und Sauerstoff, zu reagieren. Dabei reagiert Sauerstoff leicht mit der negativen Elektrodenmasse, während Wasserstoff, allerdings langsamer, mit der positiven Elektrodenmasse zur Reaktion kommt. Die sogenannten gasdicht

ίο abgeschlossenen alkalischen Batterien enthalten einen Überschuß an negativer Elektrodenmasse, der mit dem entstehenden Sauerstoff reagiert, während gleichzeitig die Wasserstoffentwicklung auf einem Minimum gehalten wird. Das sich in einem Elektrolytraum entwickelnde Gas wird in einer Gaskammer gesammelt und reagiert dort auf diese Weise mit der Elektrodenmasse oder mit einem besonders aktiven Anteil dieser Elektrodenmasse und/oder mit besonderen dort vorgesehenen Rekombinationskatalysatoren. Kommt es in einem bestimmten einzelnen Elektrolytraum zu einer übermäßigen Gasentwicklung, so steht dem dort nicht mehr verzehrbaren Gas über die erfindungsgemäß vorgesehenen Verbindungen ein Weg zu Gaskammern in anderen Elektrolyträumen offen. Die unmittelbare Auswirkung dieser Maßnahme sind dann Druckminderung und Druckausgleich. Der wichtigste Effekt liegt jedoch darin, daß alle Elektrolyträume, d. h. das aktive Material in allen Gaskammern, dazu mithelfen kann. Gas zu verzehren, das in nur einem einzigen Elektrolytraum entwickelt worden ist. Auf diese Weise führt das herausragende Merkmal der Erfindung zu einer wesentlichen Verbesserung der Betriebszuverlässigkeit der Batterien und ermöglicht es, die anderen Merkmale der Erfindung in der Praxis auch im rauhen Betrieb für Traktionszwecke zur Wirkung zu bringen. Dabei kann dieses herausragende Merkmal der Erfindung im übrigen als im Widerspruch zu den bisher geltenden Konstruktionsgrundsätzen für den Bau von Batterien mit bipolaren Elektroden angesehen werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in einem schematisch gehaltenen Schnitt;
Fig.2 einen Teilschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform;

F i g. 3 eine schematisch gehaltene Darstellung einer weiterhin abgewandelten Ausführungsform;

F i g. 4 einen Ausschnitt aus einem weiteren Ausführungsbeispiel;

F i g. 5 einen Teilschnitt durch ein wiederum anderes Ausführungsbeispiel;

F i g. 6 einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsform;

F i g. 7 eine schemutisch gehaltene Darstellung für ein weiteres Ausführungsbeispiel;

F i g. 8 einen Teilschnitt durch eine weiterhin abgewandelte Ausführungsform;

Fig.9 einen entsprechenden Teilschnitt durch eine weitere Ausführungsvariante und

Fig. 10 einen Teilschnitt durch ein letztes Ausführungsbeispiel.

Als nächstes soll unter Bezugnahme auf die Darstellung in F i g. 1 das Grundprinzip der Erfindung erläutert werden. Diese Darstellung zeigt nur den grundsätzlichen Aufbau der kennzeichnenden Elemente der Erfindung. Die in F i g. 1 dargestellte Batterie besitzt bipolare Elektroden 1, von denen jede eine Trennwand 2 enthält, die zumindest stellenweise elektronisch leitet.

aber ohne Berücksichtigung der speziellen Verbindungen elektrolytundurchlässig ist. Die positive Elektrodenmasse dieser bipolaren Elektroden 1 ist auf der einen Seite 4 der Trennwand 2 angeordnet, und die negative Elektrodenmasse befindet sich auf der anderen Seile 3 dieser Trennwand 2. Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Ausbildung der Batterie sind Verbindungen 5. die bei dem dargestellten Beispiel als einfache Durchlässe in den Elektroden 1 ausgebildet sind, die benachbarte Elektrolyträume 6 zu beiden Seiten der jeweiligen Elektrode 1 miteinander verbinden. Diese Elektrolyträume 6 enthalten jeder ein Elektrolytvolumen 7, und außerdem können darin Separatoren wie Abstandshalter od. dgl. vorgesehen sein, um innere Kurzschlüsse zu verhindern. Zwischen jeweils dem höchsten Niveau in den eiruelnen Elektrolyträumcn 6 und der Höhenlage der Verbindungen 5 ist in jedem der Elektrolyträume 6 je eine Gaskammer 8 vorgesehen, die ein kennzeichnendes Merkmal der erfindungsgemäß ausgebildeten Batterien darstellt. Die Elektrolyträume 6 können auch Separatoren enthalten, die den verfügbaren Raum völlig ausfüllen, wobei ihre inneren Poren nicht gezählt werden. Ein solcher Separator kann in seinem in der jeweiligen Gaskammer 8 liegenden Teil mit Gas und in seinem unteren Teil mit Elektrolyt gefüllt sein.

Die Elektroden 1 der in F i g. 1 dargestellten Batterie sind in einer isolierenden Hülle 9 zu einem Stapel zusammengefaßt. Diese isolierende Hülle 9 kann als einheitlicher Körper beispielsweise aus einem gehärteten Kunstharz ausgebildet sein, sie kann aber auch durch eine Mehrzahl von Rahmen gebildet werden, die jeweils eine der porösen bipolaren Elektroden 1 an deren Außenrand umgeben und etwa in der in der SE-PS 2 17 054 beschriebenen Weise zusammengefügt sind. An den beiden Enden des Elektrodenstapels sind je eine monopolare Elektrode vorgesehen, nämlich eine Elektrode mit positiver Elektrodenmasse 10 am einen Stapelende und eine Elektrode mit negativer Elektrodenmasse 11 am anderen Stapelende. Diese beiden Endelektroden sind dann mit Polbolzen 12 bzw. 13 verbunden, die durch die Hülle 9 nach außen geführt sind und die elektrischen Verbindungen der Batterie zu einer äußeren Schaltung darstellen. Die isolierende Hülle 9 kann ihrerseits mit Vorteil in einem Behälter 14 Aufnahme finden, der beispielsweise aus Hochdruckkesselstahl hergestellt sein kann. Durch diesen Behälter 14 sind die Polbolzen 12 und 13 jeweils in Isolierdurchführungen 19 hindurchgeführt. Zum Einfüllen von Elektrolyt bzw. zur Entlüftung sind Anschlüsse 15 bzw. 16 vorgesehen, die über Absperrventile 17 bzw. 18 abgeschlossen werden können und wiederum in Isolierdurchführungen 19 durch den Behälter 14 und zuvor durch die isolierende Hülle 9 hindurchgehen.

Beim Laden der dargestellten Batterie entstehendes Gas kommt mit den Elektrodenmassen in den jeweiligen Gaskammern 8 in guten Kontakt Ein Austrocknen der Elektrodenmassen, das eine zu heftige Reaktion zur Folge haben könnte, bleibt dank der Nähe der Elektrolytphase vermieden. Die porösen Elektrodenmassen haben eine gute Saugfähigkeit da sie feine Poren enthalten, deren Durchmesser häufig kleiner ist als 100 μπι. Auch diejenigen Teile der Elektroden 1, die in einer Gaskammer 8 liegen, tragen daher zum Entladestrom der Batterie mit bei und werden umgekehrt während der Aufladung der Batterie wieder regeneriert. Der Abstand zwischen dem höchsten Elektrodenniveau und der Höhenlage der Verbindungen 5 sollte jedoch kleiner als 10 cm sein, um die Gefahr eines Austrocknens von Elektrodenmasse auszuschalten. In der Praxis erweist sich ein Abstand zwischen 0,5 und 5,0 cm für einen wirksamen Gasverzehr häufig als ausreichend. Zu klein sollte dieser Abstand aber auch nicht gemachl werden, da dann die Gaskammern 8 zu klein ausfallen und der Druckanstieg in der Batterie zu groß werden könnte. In der Zeichnung ist dieser Abstand durch eingetragene Doppelpfeile angedeutet, to Der den jeweiligen Gaskammern 8 zugeordnete Elektrodenteil sollte im allgemeinen mehr als 1% ausmachen und unterhalb 20% bleiben. Besonders brauchbare Werte liegen zwischen 5 und 15%. In bestimmten Fällen, beispielsweise bei sehr großen Elektroden, kann es jedoch gerechtfertigt sein, mit größeren Gaskammern zu arbeiten, um die konstruktiven Anforderungen an den äußeren Behälter zu verringern.

Wie oben erwähnt wird in der Batterie entwickelter Wasserstoff in einer langsamen Reaktion mit der positiven Elektrodenmasse verzehrt, und der Verzehr von Sauerstoff erfolgt in einer schnelleren Reaktion mit der negativen Elektrodenmasse. Weiler kann unter der katalytischen Einwirkung der Elektrodenmassen auch eine eigentliche Knallgasrekombination stattfinden. In manchen Fällen kann es notwendig sein, die Belastung der Elektrodenmassen dadurch zu vermindern, daß spezielle Katalysatoren beispielsweise auf Edelmetallbasis vorgesehen werden, um die direkte Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff zu beschleunigen, was insbesondere mitunter bei den sogenannten gasdichten Akkumulatoren praktiziert wird.

Weiter kann es von Nutzen sein, wenn das System von vornherein eine gewisse Menge an Inertgas enthält, was dadurch erreicht werden kann, daß die Gaskammern am Anfang mit Luft gefüllt werden, deren Sauerstoffanteil dann in Reaktion mit der negativen Elektrodenmasse verzehrt wird, während der Stickstoffanteil als inertes und permanentes Gas zurückbleibt. Auf diese Weise läßt sich die Gefahr eines Unterdrucks im System ausschalten und ebenso die Gefahr einer variierenden Elektrolytverteilung zwischen den einzelnen Elektrolyträumen.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Verbindungen 5

können in ihrer einfachsten Ausführung gerade durch die Elektroden 1 hindurchgehende Löcher sein, wie dies

in F i g. 1 dargestellt ist. Ein brauchbarer Durchmesser

für ein solches Loch liegt zwischen 0,3 mm und 2,0 mm.

Es ist jedoch auch möglich, mit Löchern von kleineren

Abmessungen bis herunter zu Durchmessern von

Vio mm oder etwas weniger oder auch — bei großen

Elektrodenabmessungen von mehr als 100 cm² — mit

größeren Löchern mit Durchmessern von mehr als

2,0 mm zu arbeiten. Weiterhin können diese Löcher

einen von der Kreisform abweichenden Que-schnitt aufweisen.

Vielfach ist es vorteilhaft die erfindungsgemäß vorgesehenen Verbindungen im Elektrodeninneren, insbesondere gerade durch die Elektroden hindurch oder nahe der Vertikalen durch die Elektrodenmitte zu führen, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist Diese Verbindungen können aber auch nahe dem Elektrodenrand oder überhaupt außerhalb der Elektroden als Kanäle in der isolierenden Hülle ausgeführt werden, wobei dann als Verbindung zu den Elektrolyträumen spezielle Stichkanäle vorzusehen sind. Diese Kanäle oder in manchen Fällen die Stichkanäle müssen dann entsprechend dem Grundprinzip der Erfindung mit

jedem der Elektrolyträume auf einer Höhe verbunden werden, die unterhalb des höchsten Punktes· in dem jeweiligen Elektrolytraum liegt, damit sich darin eine Gaskammer ausbilden kann. Die Ausbildung der Verbindungen in Form eines Systems von Kanälen und Stichkanälen in die Elektroden haltenden isolierenden Rahmen — im Grundsatz entsprechend der für Brennstoffzellen entwickelten und beispielsweise in der SE-PS 2 17 054 beschriebenen Technik — führt zwar zu einer geringfügigen Zunahme im Querschnitt und damit im Volumen und im Gewicht der Batterien, sie schafft andererseits aber gute Möglichkeiten, die Leckströme auf einen sehr geringen Wert zu vermindern, da diese Verbindungen dann bei nur geringer Zunahme ihres Platzbedarfs sehr lang gehalten werden können.

Mit Vorteil können sowohl bei interner als auch bei externer Führung der Verbindungen die Gaskammern in diese Verbindungen selbst verlegt werden, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Verbindung als im Inneren einer Elektrode verlaufender, U-förmiger Kanal 20 ausgebildet. Derartige Kanäle können von beträchtlicher Länge sein, was die Leckströme auf ein Minimum reduziert. Eine extreme Ausführungsform besteht dabei darin, die Verbindung in eine der Trennwände 2 zu verlegen, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsvariante enthält die Trennwand 2 einen als Doppelspirale 21 ausgeführten Kanal, dessen eine Mündung 22 mit einem Elektrolytraum in Verbindung steht, während seine andere Mündung 23 auf der anderen Seite der Elektrode auf der für die Erfindung kennzeichnenden Höhe in einen zweiten Elektrolytraum hineinführt. Die Trennwand 2, die in diesem Falle ebenfalls als Verbindung dient, kann außerdem Kühlkanäle für ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel enthalten, die an ein besonderes Kühlsystem angeschlossen sind. Diese Art von Trennwand läßt sich in vielerlei Weise ausbilden. Eine naheliegende Möglichkeit besteht darin, eine solche Trennwand aus zwei Preßteilen zusammenzusetzen, die so ausgebildet sind, daß sich die gewünschten Kanäle durch bloßes Aufeinanderlegen und Verbinden dieser Preßteile beispielsweise mittels Schweißen oder Löten erhalten lassen. Ebenso ist es aber auch möglich, von ebenen Teilen auszugehen, und die Kanalstruktur mit Hilfe eines speziellen Bauteils mit eingestanzten oder in anderer Form ausgebildeten Kanälen zu erhalten, das dann zwischen die beiden ersterwähnten Bauteile eingelegt wird. Wenn ein solches spezielles Bauteil aus elektrisch isolierendem Material wie beispielsweise Neoprengummi hergestellt wird, muß zwischen den beiden ersterwähnten Bauteilen ein befriedigender elektronischer Kontakt beispielsweise mittels Punktschweißung oder in ähnlicher Weise hergestellt werden. Ein besonderer Vorteil bei den Ausführungsformen, bei denen die Trennwand aus wenigstens zwei Elementen zusammengesetzt ist, besteht darin, daß die positive und die negative Elektrodenmasse auf diese beiden Teilelemente aufgebracht werden kann, bevor die Trennwand durch Zusammensetzen dieser beiden Teilelemente ausgebildet wird.

Die Darstellung in F i g. 4 zeigt, wie sich lange Kanäle als erfindungsgemäße Verbindungen zwischen Elektrolyträumen auch in der isolierenden Hülle 9 schaffen lassen, wobei als Beispiel Kanäle 24 in einem eine Elektrode 1 enthaltenden Elektrodenrahmen 25 gezeigt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel mündet die Verbindung bei 26 in einen Elektrolytraum und bei 27 in einen anderen Elektrolytraum. Für den Elektrolyttransport ist bei diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise eine ähnliche Verbindung 28 vorgesehen, die bei 29 bzw. 30 in den beiden Elektrolyträumen mündet. Die Darstellung in Fig.4 zeigt eine symmetrische Konstruktion, wobei eine Drehung der Darstellung um 180° in der Zeichenebene zur gleichen Konfiguration führt. Dies kann für den praktischen Betrieb der Batterie in manchen Fällen von Vorteil sein. Durch eine Verdrehung einer entsprechend der in Fig.4 dargestellten symmetrischen Batterie um 180° tauschen die Gaskammern und die Elektrolyträume ihren Platz und ihre Funktion, was beispielsweise dazu benutzt werden kann, um die Elektrodenmassen in dem Raum zu reaktivieren, der bei der jeweils vorangehenden Betriebsweise als Gasraum eingesetzt war.

Das in Fig.4 dargestellte Kanalsystem kann durch einen durchgehenden Kanal 31 ergänzt werden, der alle Kanäle 24 in den verschiedenen Elektroden miteinander verbindet und seinerseits mit dem in F i g. 1 dargestellten Entlüftungsanschluß 16 verbunden sein kann. In analoger Weise kann für die Verbindungen 28 eine ähnliche Leitung 32 vorgesehen werden, die mit dem in Fig. 1 dargestellten Anschluß 15 zum Einfüllen von Elektrolyt verbunden ist. Für die Ausbildung der Kanalsysteme in dieser oder ähnlicher Weise besteht weitgehende Freiheit, es muß lediglich sichergestellt sein, daß die jeweilige Konstruktion die für die Erfindung kennzeichnenden Gaskammern und die Verbindungen zwischen diesen Gaskammern im Elektrodenstapel entstehen läßt. Zur Verminderung der Leckströme zwischen den Elektrolyträumen auf Minimalwerte ist es außerdem stets erforderlich, daß die jeweiligen Verbindungen einen hinreichend hohen Widerstand gewährleisten können.

Ein Vorteil der oben diskutierten und in F i g. 2,3 und 4 dargestellten langen Verbindungen besteht auch darin, daß diese Verbindungen mit ihrem Eigenvolumen zusätzliche Gassammeiräume bilden, die zu der Kapazität der eigentlichen Gaskammern hinzukommen. Dies kann von großer Bedeutung sein bei Elektrodensystemen, die eine starke Gasentwicklung und/oder ein nur geringes Reaktionsvermögen mit den Batteriegasen zeigen. Die direkte Führung der Verbindung 5,

« entsprechend der Darstellung in F i g. 1, ist jedoch eine einfache und in den meisten Fällen ausreichende Konstruktion. Im übrigen gibt es auch andere Ausführungsformen für eine solche direkte Verbindung, die eine Verminderung der Leckströme erlauben. Eine solche Ausführungsform ergibt sich beispielsweise durch Einsetzen eines porösen Stopfens 32a in einen durchgehenden Kanai, wie dies in F i g. 5 dargestellt ist.

Ein solcher Stopfen 32a kann gänzlich aus hydrophobem Material hergestellt werden wie beispielsweise aus porösem Polytetrafluorethylen, wodurch sich die Leckströme auf einem sehr geringen Wert halten lassen, während der Gastransport ohne weiteres stattfindet. Ein solcher poröser Stopfen aus Polytetrafluorethylen oder einem ähnlichen hydrophoben Material kann entsprechend dem Stande der Technik beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß eine Mischung aus dem jeweiligen Material in Pulverform und einem nachträglich auszulaugenden Porenbildner wie Natriumchlorid einer kombinierten Druck- und Wärmebehandlung mit einem Druck von 9806 N/cm² und einer Sintertemperatur von 280° C von einer Stunde Dauer unterzogen wird. Eine Ausführungsvariante zu dieser Ausbildung der Verbindungen besteht darin, nur in der Trennwand 2 ein

Loch 33 vorzusehen, das noch vor dem Aufbringen der Elektrodenmassen auf die Trennwand 2 geschaffen werden kann. In diesem Falle wirken die Elektrodenmassen selbst in ihren an das Loch 33 in der Trennwand 2 angrenzenden Bereichen 34 und 35 selbst als poröse Stopfen, wie dies in Fig.6 veranschaulicht ist. Dabei können die Bereiche 34 und 35 der Elektrodenmassen beispielsweise durch lokale Imprägnierung mit einer 15%igen Dispersion aus Polytetrafluoräthylen und anschließende Wärmebehandlung bis zum Sintern dieses hydrophoben Materials hydrophobiert werden. Von besonderem Vorteil kann es dabei auch sein, in diesen Teil der Elektrodenmassen oder in den speziellen Stopfen Katalysatoren wie beispielsweise Raneynickel, Edelmetalle oder dergl. einzubringen und so Wasser-Stoffelektroden zu schaffen.

In F i g. 1 ist jeweils nur eine Verbindung 5 für jeden Elektrolytraum 6 vorgesehen. Selbstverständlich können, wie die vorstehende Beschreibung gezeigt haben dürfte, auch mehrere ähnliche Verbindungen auf der gleichen oder nahezu gleichen Höhenlage im oberen Teil der einzelnen Elektrolyträume vorgesehen werden. Von Vorteil kann es auch sein, entsprechend einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weitere Verbindungen zwischen den Elektrolyträumen in niedriegerer Höhenlage vorzusehen, die dann in der Hauptsache einem Elektrolyttransport zwischen den Elektrolyträumen dienen und ebenfalls hydrophobiert werden können. Diese Verbindungen werden mit Vorteil etwas oberhalb des niedrigsten Niveaus in den Elektrolyträumen angeordnet, so daß sich in diesen jeweils ein Schlammraum ausbildet. Bei stark schlammenden Elektrodenmassen kann es jedoch auch von Vorteil sein, derartige Verbindungen in den untersten Teil der Elektrolyträume zu verlegen, um eine Abführung des Schlammes durch Auswaschen zu ermöglichen. Bei sehr starker Verschlammungsneigung können die entsprechenden Elektroderiteile entweder durch Isoliermaterial voll abgedeckt oder überhaupt weggelassen werden, um die Gefahr von inneren Kurzschlüssen und Nebenströmen zu vermindern. Für derartige Elektrodensysteme gibt es aber auch wirksame Separatoren, wie dies bereits oben erwähnt worden ist.

Die Gaskammern im oberen Teil der Elektrolyträume unterscheiden sich bei einfachster Ausbildung nicht von den Elektrolyträumen im übrigen Teil der Batterie. Es kann jedoch angebracht sein, diese Gaskammern mit speziellen Einrichtungen zu versehen, um ihr chemisches Reaktionsvermögen gegenüber Wasserstoff bzw. _x gegenüber Sauerstoff zu steigern oder zu gewährleisten. In Fig.? sind derartige Maßnahmen veranschaulicht Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält der Gasraum einen mikroporösen Separator in Form eines Kammes 36 mit nach unten gerichteten Zinken 37. Dieser Separator ist durch Kleben, Schweißen oder über eine mechanische Verbindung mit dem Elektrodenrahmen 25 verbunden. Die Leerräume 38 zwischen den Kammzinken 37 sind normalerweise mit Gas gefüllt Die erfindungsgemäß vorgesehenen Verbindungen sind bei go diesem Ausführungsbeispiel an Stellen 39 angedeutet und ähnliche Verbindungen sind in den Elektrolyträumen bei 40 angedeutet Der Separator selbst enthält Elektrolyt wodurch die daran angrenzenden Teile der Elektrodenmassen in normaler Weise an der elektro- gs chemischen Reaktion teilnehmen. Gleichzeitig gewährleistet der Separator jedoch, daß auch für die an die Leerräume 38 angrenzenden Teile der Elektrodenmassen eine Elektrolytfüllung zur Verfügung steht, und auch diese Zonen nehmen daher an den elektrochemischen Reaktionen teil, wobei die Ionenwanderung vorzugsweise im Separator erfolgt. Auf diese Weise wird die chemische Aktivität der in diesen Zonen enthaltenen Elektrodenmassen für eine Umsetzung mit im Batteriebetrieb entstehenden Gasen aufrechterhalten. Der kammförmige Separator kann jedoch auch so ausgebildet werden, daß sich seine Zinken 37 über die gesamte Elektrodenoberfläche erstrecken, wie dies in F i g. 7 durch gestrichelte Linien 41 veranschaulicht ist. Für die Ausbildung des Separators sind weiter auch andere als die in F i g. 7 gezeigten Formen möglich, beispielsweise kann er eingestanzte Löcher enthalten, die zur Zuführung von Gas mit eingepreßten Kanälen in Verbindung stehen. Der kürzeste Abstand zwischen vom Separator abgedeckten Oberflächenteilen der Elektrodenmassen einerseits und freien Oberflächenteilen der Elektrodenmassen andererseits sollte die Dicke der Elektrodenmassen um nicht mehr als den Faktor 10 übersteigen. Ein guter Wert hierfür liegt zwischen dem Zweifachen und dem Fünffachen der Dicke der Elektrodenmassen.

Die Elektrodenmassen in den Gasräumen können weiter in verschiedener Weise modifuiert werden, um die chemischen Reaktionen zu beschleunigen. Die Reaktionsgeschwindigkeit wird in diesem Falle zum einen durch die den Massentransport beeinflussende Struktur der Elektrodenmassen und zum anderen durch die Reaktivität der Elektrodenmassen bestimmt. Die Reaktivität der Elektrodenmasse läßt sich beispielsweise dadurch steigern, daß einer in der Hauptsache Eisen enthaltenden Elektrodenmasse Cadmium zugesetzt wird. Die Struktur der Elektrodenmassen kann im Bereich der Gasräume stärker porös und offen gehalten werden als in den anderen Teilen der Elektrode, indem beispielsweise ein höherer Anteil an Spreizmittel vorgesehen wird, wenn die Elektrodenmassen entsprechend der SE-PS 3 60 952 hergestellt werden. Eine besonders günstige Modifikation für die Elektrodenmassen im Bereich der Gasräume besteht darin, diese Elektrodenmassen vollkommen oder teilweise zu hydrophobieren, indem sie beispielsweise mit einer 15%igen Dispersion von Polytetrafluoräthylen imprägniert und anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Die negative Elektrodenmasse kann außerdem mit aus der Technologie der Brennstoffzellen bekannten Elektrokatalysatoren für eine elektrochemische Wasserstoffoxidation imprägniert werden. Eine Zugabe von 1 mg Platin je cm² Elektrodenoberfläche erweist sich für diesen Zweck vielfach als zufriedenstellend. Weiterhin können in den erfindungsgemäß vorgesehenen Gaskammern und/oder Verbindungen oder in daran angeschlossenen speziellen Räumen auch Rekombinationskatalysatoren bekannter Art vorgesehen werden.

Die vorstehende Darstellung der Grundprinzipien der Erfindung beschränkt sich auf eine Diskussion von deren besonders charakteristischen Kennzeichen. Im folgenden soll nun eine mehr ins einzelne gehende Beschreibung des gesamten Umfangs der Erfindung gegeben werden. Diese Beschreibung zerfällt in zwei Teile. Der erste Teil bringt ein detailliertes Ausführungsbeispiel mit einer Diskussion verschiedener Ausführungsvarianten für dieses spezielle Ausführungsbeispiel, jedoch ohne genaue Spezifizierung des verwendeten elektrochemischen Systems. Im zweiten Teil in dem die Konstruktion der Batterie näher

spezifiziert wird, werden verschiedene Ausführungsformen für das Elektrodensystem, in diesem Falle das System Eisen/Nickel (W)-Hydroxid im einzelnen diskutiert. Der Sinn dieser Unterteilung der folgenden Beschreibung in diese beiden Abschnitte liegt darin, den Fachmann zum einen mit dem Geist der vorliegenden Erfir.dung und zum anderen mit dessen Umsetzungsmöglichkeiten in speziellen Konstruktionen besser \ ertraut zu machen.

Der folgende Abschnitt der Beschreibung baut auf der Beschreibung des Geistes der Erfindung auf, wie er in F i g. 1 veranschaulicht ist. Die isolierende Hülle ist in diesem Falle aus die Elektroden aufnehmenden Rahmen zusammengesetzt

Die Darstellung in Fig.8 zeigt einen Querschnitt durch solch einen Rahmen 42. Die Elektrodenmassen auf den beiden Seiten 3 und 4 der Trennwand 2 sind an ihrem Rande zusammengepreßt. Der Rahmen 42, der aus Polytetrafluorethylen, aus Polyäthylen, aus Polypropylen, aus Penton, aus Polysulphon, aus Polypherrylenoxid oder sonst einem bekannten alkalifesten Thermoplasten hergestellt werden kann, ist unmittelbar rund um die Elektrodenmassen aufgeformt, so daß sich eine enge Verbindung zwischen Elektrode und Rahmen ergibt. Ein solcher Rahmen kann natürlich auch aus zwei Teilen zusammengesetzt werden, die dann miteinander und mit der Elektrodenmasse auf thermischem Wege oder mittels Ultraschall verschweißt werden. Weiter können sie zur Ausbildung eines zusammenhängenden Rahmens miteinander verklebt oder in anderer Weise miteinander verbunden werden. In diesem Zusammenhang kann von den bekannten Techniken für die Herstellung von Brennstoffzellen und Batterien in der sogenannten Filterpressenkonfiguration Gebrauch gemacht werden, wie sie beispielsweise in den SE-PS 2 17 054 und 3 89 011 beschrieben sind.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rahmen 42 mit einer ringförmigen Vertiefung 43 versehen, die über Verbindungskanäle 44 im Rahmen 42 mit den Elektrolyträumen in Verbindung steht. Diese Vertiefung 43 kann Schlamm aufnehmen, der sich im unteren Teil der Elektrolyträume absetzt, wo er wie in einer Falle angesammelt wird. Im oberen Teil der Elektrolyträume dient diese Vertiefung als ein zusätzlicher Sammelraum für Gas in Verbindung mit den Gaskammern. Häufig ist es von Vorteil, auch die Randkanten der Elektroden durch einen isolierenden Ring, der beispielsweise durch Imprägnierung oder in sonstiger Weise erzeugt werden kann, gegen Kurzschluß zu sichern. Die isolierende Hülle 9 kann auch in einem Stück gegossen werden, wie dies in den SE-PS 3 59 967 und 3 60 512 beschrieben ist.

Eine spezielle Variante besteht in der Verwendung einer zusammenhängenden, kohärenten Hülle 45, die aus einem elastischen Material wie Neopren- oder Butylgummi hergestellt ist, wie dies in Γ i g. 9 dargestellt ist. Diese Hülle 45 ist mit inneren Führungen 46 für die Aufnahme der Elektroden 1 versehen, deren Trennwände unmittelbar in diese Führungen 46 eingeschoben werden, indem die Hülle 45 über die Elektroden 1 geschoben wird. Am Beginn der Montage kann die Hülle 45 die Führungen 46 außen und innen aufweisen, worauf die Hülle 45 dann über den Elektrodenstapel einschließlich etwaiger Separatoren und/oder Abstandshalter hinweggerollt wird, wobei dieser Elektrodenstapel vorzugsweise in einer Halterung festgehalten wird. Weiterhin kann die Hülle 45 wie bei der Altemaiivausführung mit festem Rahmen Kanäle und Stichkanäle enthalten. Vorzugsweise wird die Bindung zwischen Elektroden und Hülle durch Vulkanisieren verbessert.

Mitunter können spezielle Abstandshalter oder Separatoren entbehrlich sein. Tatsächlich kann es in manchen Fällen und insbesondere bei stationärer Anwendung mit nur bescheidenen Ansprüchen hinsichtlich der Energiedichte von Vorteil sein, keine Abstandshalter zu verwenden, da diese mitunter zur Schlamman-Sammlung und Kurzschlußausbildung beitragen können. Für Traktionszwecke ist es jedoch meist erforderlich. Abstandshalter in Form beispielsweise von aus Polystyrol, Penton oder ähnlichem Material hergestellten Stiften zu verwenden. Diese Stifte können die Form einer kohärenten Struktur erhalten, wobei beim Zusammenbau das Tragelement unmittelbar in die Elektrolyträume eingesetzt wird.

Die Elektroden können auch mit Führungen für die Tragstifte versehen werden, wie dies vielfach bei handelsüblichen alkalischen Akkumulatoren mit Taschenelektroden der Fall ist. Es ist jedoch wünschenswert, den Elektrodenabstand auf einem Mindestwert zu halten, da dies zu einer erheblichen chemischen Rückreaktion für die Batteriegase auch in den unteren Teilen der Elektrolyträume beitragen kann. Es lassen sich in diesem Falle Separatoren verwenden, wie sie in gasdicht abgeschlossenen alkalischen Akkumulatoren Verwendung finden, also beispielsweise Separatoren auf Zellulose- oder Nylonbasis oder aus einem anderen polymeren Material wie z. B. ungewebtem Polypropylen.

Es ist häufig von Vorteil, aber nicht stets erforderlich, die Hülle 9 mit dem darin befindlichen Elektrodenstapel in einen äußeren Behälter 14 einzusetzen. Wenn die Hülle 9 beispielsweise aus härtbarem Epoxidharz gegossen wird, läßt sie sich mit Hilfe einer Verstärkung beispielsweise aus Glasfasergewebe mit hinreichender Festigkeit gegen innere Gasdrücke ausführen. Der in F i g. 1 im Prinzip dargestellt äußere Behälter 14 kann in Form eines Stahlzylinders mit Flanschen hergestellt werden. Diese Flansche können beispielsweise einen quadratischen Querschnitt mit einer geringen Erstrekkung über den Außendurchmesser des Stahlzylinders hinaus aufweisen.

Die Darstellung in Fig. 10 zeigt einen Teilschnitt durch einen solchen Flansch 47. Der Flansch 47 wird bei dem dargestellten Beispiel mit vier an seinen verstärkten Ecken 49 angreifenden Schraubbolzen 48 angezogen, die außerhalb des Stahlzylinders 50 verlaufen und gegen die Flansche 47 mittels Isolierscheiben 51 elektrisch isoliert werden. In Führungen 53 für die Schraubbolzen 48 sind Federscheiben 52 angeordnet die durch Muttern 54 angezogen werden. Der Stahlzylinder 50 ist durch einen aufgeschweißten Ring 55 verstärkt und an seinem Ende so bearbeitet, daß sich eine Dichtfläche 56 ergibt. Auf dem Flansch 47 ist eine entsprechende Dichtfläche 57 angeordnet. Der Einfachheit der Darstellung halber ist die Hülle 45 bei dieserr Ausführungsbeispiel als ein entsprechend der Darstel lung in Fig.9 ausgeführter zusammenhängende! Körper ausgebildet, der an beiden Enden je einer Kragen 58 aufweist. Am Flansch 47 kommt eir entsprechender Dichtring 59 zur Anlage. Bei diesen Ausführungsbeispiel wird der Elektrodenstapel als< durch die Hülle 45 und den Dichtring 59 vollkommei von dem Stahlzylinder 50 isoliert. Anstelle des in F i g. K aus Gründen der Einfachheit der Darstellung gezeigtei ebenen Dichtringes 59 können selbstverständlich aucl

O-Ringc oder anders ausgeführte Dichtringe verwendet werden. Die Polbol/cn und andere Elemente wie beispielsweise die Anschlüsse für die Zufuhr von Klektrolyt und für die Belüftung sind in analoger Weise isoliert und abgedichtet, wit- dies in Fig. 10 für die Schraubbol/en 48 ge/eigt is.. Es kann aber auch von Vorteil sein, diese Anschlüsse entsprechend der Darstellung in F i g. 1 durch den Stahlzylindcr 50 hindurchzuführen.

Die Endelektroden sind in diesem Falle mit Polstücken versehen, die den Führungen in beiden Enden durch den Stahlzylinder 50 hindurchgeführt werden, wobei die Isolierung durch Isolier- und Dichtcinrichtungen beispielsweise aus Butylgummi gewährleistet wird. Große Aufmerksamkeit muß dabei der elektrischen Isolierung gewidmet werden, da mitunter zwischen den beiden Enden des Elektrodenstapels eine erhebliche Potentialdifferenz herrscht.

Bei dem in F i g. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel gibt es nur eine Trennwand zwischen dem Slahlzylinder 50 und den Spannung führenden Teilen des Elektrodenstapels. Vielfach kann jedoch der Wunsch bestehen, die elektrische Isolationssicherheit dadurch zu erhöhen, daß mehrere unabhängige Trennwände vorgesehen werden. So kann der Stahlzylinder 50 auf der Innenseite mit einem isolierenden Harz, beispielsweise einem Epoxiharz, ausgekleidet werden, und als zweite Trennwand kann eine zusammenhängende Gummiauskleidung vorgesehen werden, die möglicherweise in Form von zwei unabhängigen Teilen ausgeführt werden kann, die einer auf den anderen gesetzt werden. Wenn der Elektrodenstapel aus Kunststoffrahmen aufgebaut wird, ergibt sich insbesondere dann eine weitere Trennwand, wenn diese Kunststoffrahmen beispielsweise durch Verkleben, Ultraschallschweißen. Gießen in einem Stück oder dergleichen dicht miteinander verbunden sind. Die gleichen Gesichtspunkte gelten für die Endelemente, die durch eine Schicht aus Epoxiharz und zwei unabhängige Trennwände geschützt werden können. Die Durchführungen durch den äußeren Behälter erfordern besondere Aufmerksamkeit unter dem Gesichtspunkt der Isolierung, und außerdem ist es wünschenswert, diesen Teilen des Behälters durch eine zusätzliche Verstärkung eine erhöhte Festigkeit zu geben. Konstruktionen für isolierende Durchführungen durch Behälter sind jedoch in der Battcrietechnik in vielfacher Ausführung bekannt.

Wünschenswert ist es weiter, auch die Außenseile des Behälters beispielsweise mittels eines Epoxilacks zu schützen, i-ünc solche äußere Behandlung verringert gleichzeitig auch die Gefahr eines äußeren Kurzschlusses und verhindert eine atmosphärische Korrosion des Batteriebehälters.

Im Batteriestapel kann sich ein gewisser Druck aufbauen, wenn es zur Gasentwicklung kommt. Die Rekombinationsfähigkeit der Batterie kann zeitweilig kleiner sein als die Gasentwicklung beispielsweise während starker Überladung. Wenn der Überdruck oberhalb des Konstruktionsdruckes für den äußeren Behälter liegt, muß dieser Überdruck reduziert werden, feo Dies kann mit Hilfe von Sicherheitsventilen geschehen, die bei einem vorangestellten Druckwert öffnen. Wenn aus irgendeinem Grunde diese Ventile nicht ansprechen sollten, ist der Behälter jedoch so konstruiert, daß die l'cdcrscheiben 52 an den Schraubbolzen 48 öffnen, so daß Gas an den Flanschen 47 austreten kann. Außerdem sind die Schraubbolzen 48 selbst so bemessen, daß sic als erstes zu Bruch gehen und damit die Flansche 47 freigeben, wenr die sonstigen Sicherheitsvorkehrungen versagen sollten.

Für die Erfindung gibt es zahlreiche spezifische Aüsführungsforruen. Im folgenden soll die Erfindung nunmehr anhand einer mehr ins einzeine gehenden Beschreibung für eine solche spezifische Ausführungsform näher erläutert werden. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist dabei als solches Ausführungsbeispiel eine Nickel/Eisen-Batterie in einer Konfiguration gewählt, die hinsichtlich ihrer Konstruktion der oben für die Erläuterung des Grundprinzips der Erfindung zugrundegelegten Bauform verwandt ist.

Eine solche Batterie ist aus folgenden Einzelheiten aufgebaut: 40 bipolare Elektroden in Kunststoffrahmen in grundsätzlicher Ausführung gemäß der Darstellung von F i g. 8, eine positive Endelektrode mit einem Polstück, eine negative Endelektrode mit einem Polstück, 41 Elektrolytraumlräger, ein Stahlzylinder mit Anschlüssen für Polverbinder, zum Einfüllen von Elektrolyt, zur Belüftung, für Sicherheitsventile und dergleichen, zwei Flansche mit vier Schraubbolzen, eine isolierende Hülle aus einem Grundkörper und Flanschabdeckungen und Dichtungsringen für die Anschlüsse.

Die Elektroden sind kreisförmig mit einem Durchmesser von 220 mm für die aktive Elektrodenoberfläche und einem Außendurchmesser von 235 mm für den äußeren Kunststoffrahmen ausgebildet. Der Innendurchmesser des Stahlzylinders beträgt 240 mm, um Platz für den Dichtkörper aus Gummi zu schaffen. Die Dicke des Stahlzylinders beträgt 2 mm. Die Flansche weisen einen quadratischen Querschnitt auf und werden außerhalb des Stahlzylinders an ihren Ecken durch die vier Schraubbolzen zusammengehalten. Zur Verminderung des Platzbedarfs stehen die Flansche außen nur 2 mm über den Außenrand des Stahlzylinders im Mittelabschnitt der Flansche über. Der effektive Durchmesser beträgt somit bei würfelförmiger Packung der Baueinheiten 248 mm, also etwa 250 mm. ]cde der Elektroden weist am Rahmen eine Dicke von 9 mm und an ihrer aktiven Oberfläche eine Dicke von 8.2 mm auf. Die Dicke der Elektrolyträume beträgt jeweils 0,8 min. Die beiden Endelektroden haben zusammen eine Dicke von 10 mm. Die beiden Flanschabdeckungen, die zwischen den Endelementen und den Flanschen liegen, weisen jeweils eine Dicke von 5 mm auf und sind aus mehreren Schichten aus Butylgummi hergestellt. Die Flansche selbst haben eine Dicke von 5 mm und sind wie der Stahlzylinder aus Hochdruckkesselstahl hergestellt, der innen wie außen mit einem alkalifesten Schutzlack versehen ist, der durch Aufsintern von entsprechendem Pulver erzeugt wird. Die Länge des gesamten Baukörpers beträgt 390 mm. also unter Berücksichtigung der Toleranzen etwa 400 mm. Die Elektrodenfläche beträgt 380 cm². Die Anzahl der Spannungsstufen beträgt 41, was eine durchschnittliche Gesamtspannung von 50 Volt bei einer Zellenspannung von 1,22 Volt ergibt. Das Volumen des gesamten Batteriekörpers beträgt 20dm^J oder effektiv 25 dm³, wenn die Baueinheiten zu einem kubischen Gitter zusammengestellt werden. Der Anteil des Batterieinnenraums, der normalerweise gasgefüllt ist, deckt 5% der F.lektroden· oberfläche ab. Bei der Berechnung der Normalkapazität ausgehend von der Kapazitätsdichte der Elektrodcnmassen wird der Gasraum in Abzug gebracht, was einen Spielraum ergibt. Die Kapazität für den Elektrodenstapel wird auf diese Weise auf 342 cm² normale Elektrodenoberfläche berechnet. Als Elektrolyt wird 20%ige Kalilauge verwendet, die einen Zusatz von 10 g

Lithiumhydroxid pro Liter enthält. Die Kapazität der gesamten Baueinheit hängt in hohem Maße von der Struktur der aktiven Elektrodenmasse ab. Insoweit gibt es mehrere verschiedene Alternativen. Die positiven und die negativen Elektroden können als sogenannte Taschenelektroden der gleichen Art ausgeführt werden, wie sie heute handelsüblich sind. Die Länge einer Einzelzelle kann dann mit 0,8 mm Elektrolytraum, 0,4 mm Trennwand, 5.2 mm positiver Elektrode und 2,6 mm negativer Elektrode, zusammen 9 mm angenommen werden. In diesem Falle werden die beiden Elektroden mit der Trennwand punktverschweißt, die ihrerseits aus Nickel oder Eisen hergestellt werden oder eine mit Nickel überzogene Eisenplatte sein kann. Auch ist es möglich, die Taschenelektroden direkt auf die Trennwand aufzubringen, die dann als eine der Wände für jede Teilelektrode dient. In jeder andeien Hinsicht werden die Elektroden entsprechend der bisher üblichen Technik aufgebaut

Anstelle von Taschenelektroden können auch imprägnierte Sinterplatten der Art verwendet werden, wie sie für sogenannte Sinterakkumulatoren üblich sind, die beispielsweise auf den Seiten 111 bis 154 des oben zitierten Buches von FaIk und S a 1 k i η d beschrieben sind. In diesem Falle wird die Imprägnierung der Sinterplatten für die Herstellung der negativen Elektroden mit galvanischer Abscheidung aus einer Eisensalzlösung in Analogie zu der für die Herstellung entsprechender Cadmiumelektroden üblichen Weise durchgeführt. Diese lmprägnierverfahren sind jedoch relativ zeitaufwendig. Eine gute Fertigungsmethode besteht daher darin, zuerst die Matrix zu erzeugen, indem ein Sandwich gepreßt und gesintert wird, welches das Trägermaterial für die negative Elektrode enthält, das Carbonylnickcl sein kann, dem in bekannter Weise beispielsweise entsprechend der SE -PS 3 60 952 ein Spreizmittel zugesetzt ist, wobei die Separatorwand vorzugsweise durch Ätzen oder in anderer Weise zur Erzielung einer guten Bindung aktiviert wird. Der Sinterkörper für das aktive Elektrodenmaterial kann in analoger Weise hergestellt werden, jedoch in diesem Falle mit doppelter Dicke. Das grüne Verfahrensprodukt wird dann beispielsweise in Wasserstoffatmosphäre bei 790⁰C eine Stunde lang gesintert, worauf das Spreizmittel ausgelaugt wird, und es verbleibt dann eine Matrix, die auf beiden Seiten nach bekannten Methoden mit Elektrodenmasse imprägniert werden kann. Diese Imprägnierung läßt sich in einem einzigen Vorgang durchführen. Die fertige Elektrode wird sodann mittels Kleben, Gießen oder Schweißen nach den für die Herstellung von Eisen/Luft-Batterien und Brennstoffzellen entwickelten Methoden in einem Rahmen gerahmt, wonach die Elektrode in einer dem Rahmen angepaßten Hilfswand in ein Imprägniergefäß eingebracht wird. Es werden dann zwei Zellräume hergestellt, die das Ausgangsmaterial für die Eisenelektrode bzw. für die Nickelelektrode und Elektrolyt für die Abscheidung enthalten. Sodann wird die Imprägnierung auf den beiden Elektrodenseiten unabhängig voneinander in bekannter Weise durchgeführt. Anschließend müssen die Elektroden mit den erfindungsgemäß vorgesehenen Verbindungen versehen werden. Diese Verbindungen können beispielsweise unter gerader Durchbohrung der Elektroden geschaffen werden, wonach die entstehenden Löcher mit porösen Stopfen aus Polyietrafluoräthylen verschlossen werden, wie dies oben beschrieben worden ist.

Die Vorteile der bipolaren Elektroden lassen sich voll nutzen nur mit sehr aktiven Elektrodenstrukturcn. die durch hohe Porosität und gute Transporteigenschaften gekennzeichnet sind. Hierbei bietet es sich an, der Trennwand die mechanische Funktion zu übertragen und die Elektrodenstruktur ausgehend von dieser Trennwand zu gewinnen. Auf diese Weise ist es möglich, die mechanischen Anforderungen an die eigentliche Elektrodenmasse zu vermindern, was wiederum gute Voraussetzungen für eine Steigerung der Porosität und der Materialausnutzung schafft.

Weiterhin ist es wünschenswert, die Anzahl der Fertigungsvorgänge und insbesondere der nassen Fertigungsstufen zu vermindern. Daher ist viel dadurch zu gewinnen, wenn es möglich ist, die Imprägnierung auf nur eine Elektrodenseite zu begrenzen. In diesem Falle könnte man die andere Seite, die nicht imprägniert werden soll, abdecken.

In der SE -PS 3 60 952 ist ein rationelles Verfahren für die Herstellung von Eisenelektroden beschrieben, die relativ hohe Kapazitätsdichte zeigen. Dieses Verfahren stellt einen guten Weg für die Herstellung der Eisenseite einer bipolaren Elektrode im Sinne der vorliegenden Erfindung dar. Das für die Herstellung der Eisenelektiode verwendete Pulver wird zunächst in das Werkzeug eingebracht, wobei seine Menge entsprechend einer Dicke von 2,6 mm gemäß dem Beispiel in der SE-PS 3 60 952 bemessen wird. Oben auf diese Pulverschicht wird eine Platte aus Weicheisen mit einer Dicke von 0,4 mm gelegt, die zuvor durch Sandstrahlen oder in anderer Weise gereinigt und aktiviert worden ist, um gute Voraussetzungen für eine innige Bindung zwischen Trennwand und Elektrodenmasse zu schaffen. Anschließend werden die Rohmaterialien für das Aufsintern der positiven Elektrodenmasse in die Form eingefüllt. Als solches Rohmaterial kommt Carbonylnikkel oder eine andere Art von Nickelpulver für Sinterelektroden mit einer effektiven Dicke von 5,2 mm in Betracht. Nach dem Pressen, Sintern, Auslaugen und Trocknen wird die positive Elektrodenseite in bekannter Weise imprägniert, wobei die Eisenseite der Elektrode beispielsweise mit Hilfe eines abziehbaren Farbüberzuges abgedeckt wird. Der Nickelsinterkörper, der 5,2 mm dick ist, sollte eine hohe und gleichmäßige Porosität aufweisen.

Das Nickel stellt hinsichtlich der Materialkosten einen hohen Kostenfaktor in diesem System dar, das im übrigen mit billigem Material arbeitet. Es kann daher für besonders preisempfindliche Anwendungsfälle von Vorteil sein, Nickel lediglich für das aktive Material zu verwenden und als Träger für die positive Elektrodenmasse ein Eisenskelett vorzusehen. Dazu könnte man in der oben beschriebenen Weise vorgehen, wobei lediglich das Rohmaterial für die Nickelmatrix durch mit Nickel überzogene Stahlwolle oder Stahlfasern zu ersetzen ist. Die Matrix wird dann entsprechend dem in der SE-PS 3 60 220 beschriebenen Verfahren imprägniert.

Auf diese Weise braucht der tragende Teil der Elektrode nicht aus Metallpulver hergestellt zu werden.

Stattdessen lassen sich auch Drähte oder Fasern aus Eisen, Nickel oder anderein Metall verwenden, wie dies etwa in der US-PS 31 27 668 beschrieben ist.

Den im vorangehenden Absatz erwähnten neuen Elektrodentypen ist gemeinsam, daß sie eine höhere Kapazitätsdichte als die bisher verwendeten Taschenelektroden oder Sinterelektroden aufweisen. Bei Trakmmsanwendungen, für die sich die erfindungsgemäß ausgebildeten Batterien in besonderem Maße eignen.

sind hohe Anforderungen hinsichtlich Hochleistung und Encrgicdichie gestellt, und es ist daher besonders zweckmäßig, diese neueren Typen von Elektrodenmaterial für erfindungsgemäß ausgebildete Batterien zu verwenden. Man kann dann mit einer Kapazitätsdichte von 0,3 Ah/cm¹ für das positive Elektrodenmaterial rechnen, was eine Kapazität von 53,5 Ah oder vorsichtig gerechnet 50 Ah für den oben beschriebenen Elektrodenstapel ergibt, so daß erheblicher Spielraum für Produkttoleranzen verbleibt Die negative Elektrode weist in diesem Falle eine Kapazitätsdichte von 0,7 Ah/cm^ä auf, und es ist daher das positive Elektrodenmaterial das begrenzende Element in diesem System. Der Energieinhalt beläuft sich somit auf 2,5 kWh, was 50 kWh/Tonne oder alternativ 100 kWh/m¹ entspricht

Für die vorstehende Darstellung ist das Nickel/Eisen-System und nichi beispielsweise das Nickel/Cadmium-System gewählt worden, um die Gasrekombination in abgekürzter Weise diskutierten zu können. Selbstverständlich stellt bei diesen abgeschlossenen Systemen die Wasserstoffentwickfung das Hauptproblem dar, da die positive Elektrodenmasse mit Wasserstoff nur langsam reagiert. Cadmiumanoden geben nur geringe Mengen an Wasserstoff ab, wenn das Anodenmaterial im Überschuß vorliegt. Gasdichte Nickel/Cadmium-Zellen haben sich daher als im Betrieb vergleichsweise problemlos gezeigt und dementsprechend in weitem Maße eingeführt Auf der anderen Seite ist Eisen ein sehr attraktives Anodenmaterial, und es scheint das einzige Material zu sein, das alle oben aufgeführten Forderungen in vollständig befriedigender Weise *u erfüllen vermag.

Eisen ist jedoch zumindest von der historischen Entwicklung her gesehen ein sehr heikles Material und es kennzeichnet sich unter anderem durch Selbstentladung mit Wasserstoffentwicklung und eine Neigung zur Passivierung, die zur Polumkehr und damit auch zu einer übermäßigen Gasentwicklung in einzelnen Elektrolyträumen führen kann. Es gibt die Möglichkeit zur Verminderung dieser negativen Effekte beispielsweise durch Zusatz von Sulfiden, Quecksilber usw. Natürlich ist es wünschenswert, daß bei gasdichten Batterien in erfindungsgemäßer Ausführung mit Eisenanoden von diesen dem Fachmann bekannten Methoden Gebrauch gemacht wird. Dennoch kann sich Wasserstoff beispielsweise durch Selbstentladung ohne gleichzeitige Sauerstofferzeugung entwickeln. Es kommt dann in der Batterie zu einem Druckanstieg, wobei der Wasserstoff sich dank der eriindungsgemäß vorgesehenen Verbindungen auf die verschiedenen Elektrolyträume verteilt.

Ein wesentliches Kennzeichen der erfindungsgemäß ausgebildeten Nickel/Eisen-Batterien liegt darin, daß sie in Druckbehältern enthalten sind, die relativ hohe Drücke in der Größenordnung von 0,5 bis 1 MPa oder in bestimmter Konstruktion sogar noch höhere Drücke bis zu 10 MPa oder mehr aushalten. Ein erhöhter Gasdruck erhöht gleichzeitig die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen dem Wasserstoff und der positiven Elektrodenmasse, während sich gleichzeitig die Wasserstoffentwicklung an der negativen F.lektrodenmasse vermindert. Außerdem kommt es zu einer elektrochemischen Oxidation von Wasserstoff an der negativen Elektrodenmasse insbesondere in den Gaskammern. Dank den Verbindungen zwischen den F.lektrolyträumen können die Leckströme die elektrochemische Wasserstoffoxidation aufrechterhalten, die natürlich mit einer normalen Kntladung der positiven lilektmdenmasse verbunden ist. Die konstruktive Ausbildung der Verbindungen für Systeme mit Wasserstoffentwicklung wird dann durch die Forderung beherrscht daß diese Verbindungen die lonenströme aufnehmen können müssen, die für die gewünschte elektrochemische Wasserstoffoxidation erforderlich sind. In diesen Fällen verlieren die oben angegebenen Konstruktionsregeln ihre Gültigkeit Diese Regeln dienen dazu, die Leckströme auf einen Mindestwert zu bringen, ohne daß Gefahr für die Funktion der Verbindung als solcher uesteht Eine Alternative dazu besteht jedoch darin, eine äußere Last zu verwenden, die einen Strom zieht welcher der Wasserstoffentwicklung während der Entladung entspricht Diese Last konnte eine andere Batterie sein, die dann auf diese Weise aufgeladen wird. Dieser

, 5 Mechanismus nach Art einer Brennstoffzelle könnte wie oben beschrieben auf verschiedene Weise verstärkt werden. Eine brauchbare Methode besteht beispielsweise darin, die porösen Stopfen in den Verbindungen als poröse Gasdiffusionselektroden für Wasserstoff auszubilden. Sie könnten dazu mit einer Sinterstruktur aus Nickel ausgeführt werden, die im Prinzip der Struktur für die Sinterkörper der positiven Elektrodenseite entspricht, worauf diese Struktur dann in bekannter Weise mit Platin versetzt und hydrophobiert wird. Ein spezieller Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß sie einen guten Kontakt mit dem Wasserstoff gewährleistet der dann in Abhängigkeit von den Unterschieden in der Gasentwicklung und der Oxidationsgeschwindigkeit vorwärts und rückwärts durch die Stopfen transportiert wird.

Bei höheren Anforderungen an die Fähigkeit des Anodenmaterials zur Wasserstoffoxidation sollten größere Teile der Elektrodenmasse insbesondere in den Gaskammern mit Hilfe von Elektrokatalysatoren und einer Hydrophobierbehandlung dieser Teile elektrokatalytisch aktiv gemacht werden. Brauchbare Elektrokatalysatoren sind etwa Raney-Nickel, Nickelborid und Aktivkohle, die für den Fall einer etwaigen Rückgewinnung der für den Batteriebau verwendeten Materialien keine Schwierigkeiten bereiten. Es sollte sichergestellt sein, daß im System insbesondere in den Gasräumen zur Reaktion mit dem bei diesen Modifikationen während der Aufladung entstehenden Sauerstoff ein ausreichender Überschuß an negativem Anodenmaterial verfügbar ist. Diese Elektrokatalysatoren dienen gleichzeitig als Kombinationskatalysatoren für die Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff.

Selbstverständlich ist es weiter erforderlich, daß das Batteriesystem mit hinreichender Betriebszuverlässigkeit hinsichtlich der Einrichtungen für eine Entlastung bei übermäßigem Überdruck ausgestattet wird, was beispielsweise durch doppelte Sicherheitsventile und dergleichen erreicht werden kann. Es kann mitunter eine ziemlich normale Betriebsweise sein, das System beispielsweise während intensiver Aufladung über die Sicherheitsventile zu entlüften, und alternativ dazu können die Sicherheitsventile dazu dienen, den Druckanstieg intermittierend zu reduzieren, der sich durch Wasserstoffentwicklung während langer unbenutzter Wartezeiten ergibt, wenn ein Teil dieses Wasserstoffs aus irgendeinem Grunde nicht oxidiert wird. In diesen Fällen können die Batterien nicht als vollkommen wartungsfreie Batterien bezeichnet werden, da zur Kompensation der Verluste Wasser nachgefüllt werden muß. Es ist eine Frage der Wirtschaftlichkeit, diese Kosten und Mühen für eine solche Wartung und Unterhaltung ais Vorbeugung gegen l.cistungsvcrlustc mit der Alternative abzuwägen, die Speicherkapazität

für Gas in den Gaskammern und die Fähigkeit zur Wasserstoffoxidalion zu steigern. Es bereitet einem Fachmann jedoch keine Schwierigkeiten, diese Optimierung für eine Nickel/Eiscn-Battcrie für jeden einzelnen Fall in Abhängigkeit von den Winschaftlichkeitsanforderungen und sonstigen relevanten Umständen durchzuführen.

Die vorstehende Beschreibung ist speziell dem Nickel/Eisen-Systcm gewidmet. Die Erfindung läßt sich in gleicher Weise jedoch auch auf andere alkalische Elektrodensysteme wie die Kombinationen Cadmium/ Nickelhydroxid, Zink/Nickelhydroxid, Zink/Silberoxid, Cadmium/Silberoxid, Eisen/Silberoxid usw. anwenden. Es bereitet für einen Fachmann keine Schwierigkeiten, die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele für diese is verschiedenen Elektrodenmaterialien zu modifizieren, wobei er sich auf das allgemeine Wissen über die Technologie alkalischer Batterien stützen kann, wie sie in dem oben zitierten Buch von FaIk und Salkind niedergelegt ist. Systeme mit Zink erfordern hierbei 2n besondere Aufmerksamkeil mit Rücksicht auf die bekannten Formänderungen an der Zinkelektrode durch Dendritenwachstum und dergleichen Erscheinungen. Man kann sich dabei bekannter Methoden bedienen, die zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten in der Praxis üblich sind, wie beispielsweise einer Minimalbemessung des Elektrolyten, eines Zusatzes von Kalziumhydroxid zur negativen Elektrodenmasse, der Verwendung wirksamer sogenannter anorganischer Separatoren oder katalytisch aktiver Abschirmungen im Zellenraum, die von den Zinkdendriten nicht durchsetzt werden können. Das System Silber/Zink anstelle von Nickel/Eisen in dem oben beschriebenen Beispiel führt zu Batterien mit einer sehr hohen Energiedichte und großem Nutzen für spezielle Anwcndungsfällc.

Nickelhydroxid ergibt eine brauchbare positive Eilcktrodcnmasse für die meisten dieser Anwendungen. Zu erwähnen bleibt jedoch, daß auch Silberoxid für Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Energicdichte in Betracht kommt, wenn die Preisempfindlichkeit nicht zu hoch ist. Es gibt auch Anwcndungsfälle, wo die Forderung nach einem niedrigen Preis ein entscheidender Faktor ist und auch die Forderung nach einem hohen Wirkungsgrad für den Energieeinsatz gestellt werden muß, während das Verlangen nach hoher Energiedichte weniger ausgeprägt ist. Ein solcher Anwendungsfall ist beispielsweise bei Pufferbattcricn für Leistungsnetze gegeben. In diesen Fällen kann als negatives Elektrodenmaterial Eisen und als positives Elektrodenmaterial Eisen-Ill-Hydroxid entsprechend der sogenannten zweiten Entladestufe verwendet werden. Diese Systeme können in bekannter Weise durch Zusätze von Sulfiden oder anderen Additiven stabilisiert werden. Eine weitere brauchbare Kombination ist auch die Kombination Eisen/Bleidioxid.

Die Erfindung ist weiter nicht beschränkt auf Batterien mit alkalischem Elektrolyten, sie läßt sich auch bei sauren Systemen wie dem System Blei/Schwefelsäure/Bleidioxid einsetzen, wobei spezielle Anforderungen an die Trennwand zu stellen sind, die dann beispielsweise aus Titan hergestellt werden oder eine mit Bleistiften durchsetzte Kunststoffwand sein kann. Weiter ist es in diesem Falle erforderlich, mit Rücksicht auf die relativ geringe chemische Rekombination mit den Elektrodenmaterialien, die heute für Blei/Säure-Traktionsbatterien üblich sind, die Gasverzehrwirkung mittels Rekombinationskatalysatoren zu verstärken.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrochemische Batterie, die in einer Mehrzahl von Zellen jeweils mindestens eine positive Elektrode und eine negative Elektrode enthält, die durch einen Elektrolytraum mit einem flüssigen Elektrolyten voneinander gelrennt sind, wobei die Elektroden als bipolare Elektroden mit auf der einen Seite einer elektrisch leitenden und elektrolytundurchlässigen Trennwand angeordneter positiver Elektrodenmasse und auf der anderen Seite dieser Trennwand angeordneter negativer Elektrodenmasse ausgebildet sind und die Elektrolyträume der einzelnen Zellen miteinander in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Elektrolytraum (6) in dessen in der bevorzugten Betriebslage der Batterie oberem Abschnitt je e^;ne Gaskammer (8) vorgesehen ist, die mit einem Gasverzehr bewirkenden Substanzen wie chemisch oder katalytisch aktiven Stoffen, vorzugsweise den Elektrodenmassen in Berührung steht und daß die Verbindungen (5; 20; 21; 24; 31; 33; 39; 43; 44) zwischen den einzelnen Elektrolyträumen (6) auch deren Gaskammern miteinander verbinden.

2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindung (5; 33) der Elektrolyträume (6) ein oder mehrere durchgehende Löcher in den bipolaren Elektroden (1) vorgesehen sind.

3. Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Löchern (5; 33) ein poröser Stopfen (32a,J aus hydrophobem Material angeordnet ist

4. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teilbereich (34,35) der Elektrodenmassen mit hydrophobem Material imprägniert ist.

5. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungen (43, 44) der Elektrolyträume (6) in einem die bipolaren Elektroden (1) aufnehmenden Rahmen (42) angeordnet sind.

6. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungen (21) der Elektrolyträume (6) in einer bipolaren Elektrode (1) in Form einer Schleife oder Spirale mit die Elektrodendicke übersteigender Länge ausgebildet sind.

7. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenstapel in einer isolierenden Hülle (9; 45) angeordnet ist, die ihrerseits in einem Druckbehälter (14; 50) mit isolierenden Anschlüssen (19; 51) für Polbolzen (12, 13) und andere Verbindungen (15,16; 48) enthalten ist.

8. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenmassen der bipolaren Elektroden (1) aus Eisen und Eisen (III)-Hydroxid hergestellt sind.

9. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daO die Elektrodenmassen der bipolaren Elektroden (1) aus Eisen und Bleidioxid hergestellt sind.