專利名稱：電化氣體擴(kuò)散半電池的制作方法
在壓力補(bǔ)償?shù)碾娀姵刂惺褂脷怏w擴(kuò)散電極在較大結(jié)構(gòu)高度的情況下需要將氣室再分成上下平放的區(qū)段即所謂氣袋，這些氣袋在相應(yīng)邊緣區(qū)內(nèi)與電極電接觸，并須氣密性密封。例如在德國(guó)專利公開(kāi)說(shuō)明書(shū)DE 44 44 114 A1中描述了具有這種基本結(jié)構(gòu)的半電池。但該專利文獻(xiàn)提出的結(jié)構(gòu)有一個(gè)缺點(diǎn)氣體擴(kuò)散電極的接通和密封相當(dāng)麻煩。為了使相對(duì)于電極反應(yīng)的電極的無(wú)效面積保持盡可能小，電極與氣袋盡可能以窄的空間進(jìn)行接觸和密封。
本發(fā)明旨在提出一種盡可能充分利用有效電極面積的電化氣體擴(kuò)散半電池，其中，電極設(shè)計(jì)成與氣袋一起在必要時(shí)以組件的方式可以取出，這樣就可在邊緣接觸下氣密地將電極預(yù)裝在氣袋上，而且簡(jiǎn)化了在半電池中氣體擴(kuò)散電極工作時(shí)的電接通。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是這樣設(shè)計(jì)半電池和電極-氣袋組件，使半電池的組件也可用簡(jiǎn)單方式與一個(gè)常規(guī)電極例如產(chǎn)生氫氣的鎳電極進(jìn)行更換。
本發(fā)明的上述目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，裝有氣體擴(kuò)散電極的氣袋設(shè)計(jì)成在必要時(shí)也可單個(gè)從半電池中取出，并與其氣體供應(yīng)管或壓力補(bǔ)償管以及與電連接可拆卸。其中，氣袋作成緊湊的平面元件，其前端由氣體擴(kuò)散電極這樣封閉，即在電極裝入半電池中時(shí)，電解液不流到氣室中，或沒(méi)有氣體從氣袋中反方向流出。
根據(jù)本發(fā)明，基于一個(gè)氣體擴(kuò)散電極作為陰極或陽(yáng)極的電化半電池具有一個(gè)由一個(gè)或多個(gè)氣袋構(gòu)成的氣體擴(kuò)散電極用的氣室、一個(gè)離子交換隔膜、一個(gè)安裝電極用的支承結(jié)構(gòu)、電極的電連接、到氣袋的一根進(jìn)氣管、到氣袋的一根壓力補(bǔ)償出氣管、一根電解液進(jìn)入管和一根電解液排出管以及一個(gè)用來(lái)安裝電池組成部分的外殼，其特征在于，氣體擴(kuò)散電極與氣袋連成一個(gè)組件，該組件可拆卸地固定在支承結(jié)構(gòu)上，其中，進(jìn)氣管和出氣管與氣袋構(gòu)成可拆卸的連接。
在一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)型式中，氣室分成多個(gè)相互獨(dú)立地供應(yīng)電極氣體的氣袋，這些氣袋必要時(shí)相對(duì)于位于氣體擴(kuò)散電極前面的電解液室進(jìn)行壓力補(bǔ)償。
在多個(gè)氣袋組件情況下將單個(gè)組件相互獨(dú)立地、可拆卸地固定在支承結(jié)構(gòu)上，這樣的半電池是特別有利的。
固定在氣袋上的氣體擴(kuò)散電極易于拆卸，以便可更換老化的電極，這種結(jié)構(gòu)型式也是特別有利的。
進(jìn)氣管或出氣管最好用彈性軟管與氣袋連接，以便于在松開(kāi)離子交換隔膜后取出氣袋。
另一個(gè)可選方案是，也可用作為鎖緊密封加工的和作為氣泡通道設(shè)計(jì)的進(jìn)氣管，并用相應(yīng)的壓力補(bǔ)償插入元件。
在本發(fā)明半電池的又一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)型式中，氣袋組件借助于結(jié)構(gòu)元件定位在半電池中，并與外部電源電連接，以及在必要時(shí)密封到這樣的程度，使來(lái)自通流的電解液間隙的電解液不以無(wú)控制的方式流入氣袋后面的壓力補(bǔ)償空間。其中，結(jié)構(gòu)元件這樣定位氣袋組件，使氣體擴(kuò)散電極同時(shí)用作在電解液流入氣體擴(kuò)散電極和離子交換隔膜之間的電解液室中時(shí)所通過(guò)的電解液間隙。
氣袋組件與一個(gè)外部的例如連接在半電池外殼上的電源的接通可這樣改進(jìn)，即除了在邊緣區(qū)的擠壓接觸外，這些氣袋組件借助于一個(gè)例如從其后側(cè)，即離氣體放電電極的一側(cè)與半電池外殼壓接的下部結(jié)構(gòu)通過(guò)彈性導(dǎo)電接觸元件(例如彈簧接點(diǎn))接通。
通過(guò)邊緣區(qū)的電接觸和通過(guò)分布在電極整個(gè)面積上的電極的接觸可實(shí)現(xiàn)低電阻的電極供電。
在本發(fā)明半電池的另一個(gè)優(yōu)選方案中，氣體擴(kuò)散電極朝氣袋氣室的一側(cè)上借助于一個(gè)支承格構(gòu)在其面積上電接通。該支承格構(gòu)與氣袋后壁電接觸。
在氣體擴(kuò)散電極和氣袋之間的下邊緣上形成的一個(gè)附加的槽可用來(lái)在必要時(shí)收集產(chǎn)生的冷凝液。這些冷凝液可與剩余氣體一起經(jīng)位于最低點(diǎn)的出氣管流到后面的電解液室中。
在一個(gè)優(yōu)選的方案中，可這樣避免位于氣體擴(kuò)散電極之前的電解液室的新電解液供應(yīng)的不均勻性，即半電池在電解液輸入管后面具有一個(gè)附加的電解液分配器，該分配器把電解液流均勻分布在半電池的整個(gè)寬度上。在這種結(jié)構(gòu)型式中，壓力補(bǔ)償?shù)暮笫乙膊煌麟娊庖?，該后室只在半電池上端與電解液流連通。
根據(jù)本發(fā)明，半電池結(jié)構(gòu)的一個(gè)特大的優(yōu)點(diǎn)是，即使在氣袋組件簡(jiǎn)便地用常規(guī)的電極，特別是用產(chǎn)生氫的電極例如鎳電極更換時(shí)，半電池能工作。所以在一個(gè)優(yōu)選的方案中，氣袋組件設(shè)計(jì)成可與常規(guī)電極更換，而且到氣袋的進(jìn)氣管必要時(shí)可關(guān)閉或拆卸。
根據(jù)本發(fā)明，電化半電池同樣適用于電化電池，特別是電解電池，以便可選擇地用氣袋組件或用常規(guī)電極，特別是用產(chǎn)生氫的電極，尤其是用激活的鎳電極工作。
下面結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。附圖表示

圖1表示從離子交換隔膜觀察氣體擴(kuò)散電極和位于其間的氣袋支架的本發(fā)明半電池的一個(gè)橫斷面；圖2表示沿圖1剖面線A A剖開(kāi)的封閉的半電池的一個(gè)斷開(kāi)的縱斷面；圖3表示帶有離子交換隔膜和氣袋組件的打開(kāi)的半電池在松開(kāi)電池外殼后沿圖1剖面線A-A＇剖開(kāi)的一個(gè)斷開(kāi)的縱斷面；圖4表示用來(lái)說(shuō)明氣袋電接通的圖2的詳圖；圖5a表示從半電池進(jìn)氣管21方向看去的剖面線B-B＇的橫斷面；圖5b表示圖1半電池的上面部分沿剖面線C-C＇剖開(kāi)的部分?jǐn)嗝?；圖6表示氣袋組件可用一個(gè)具有支承結(jié)構(gòu)31的常規(guī)鎳電極30代替的半電池沿圖1剖面線D-D＇剖開(kāi)的部分橫斷面；圖7表示半電池按圖6用一個(gè)鎳電極30工作的方案沿圖1剖面線A-A＇剖開(kāi)的一個(gè)縱斷面。
舉例例1電化半電池的結(jié)構(gòu)如下框架結(jié)構(gòu)11以及一個(gè)與外部電源(圖中未示)連接的下部結(jié)構(gòu)12牢固錨定在一個(gè)耐電解液的半殼殼體13(見(jiàn)圖3)中。在該外殼中設(shè)置了一根氣管21(見(jiàn)圖1)、一根電解液進(jìn)入管20以及一根電解液和氣體組合排出管22。在支承框架結(jié)構(gòu)11上借助于垂直的夾緊條8和水平的夾緊條9將氣袋單元1與氣體擴(kuò)散電極5固定在外殼13中。半電池通過(guò)隔膜40密封，該隔膜經(jīng)一個(gè)密封41粘合在外殼13的周邊上(見(jiàn)圖2)，并例如用法蘭與未示出的另一個(gè)半電池壓接在外殼1的周邊上而不滲透電解液。從氣體分配器開(kāi)始的軟管6a、6b、6c、6d(見(jiàn)圖1)用相應(yīng)支點(diǎn)6e上的法蘭連接在氣袋單元上。
圖1結(jié)構(gòu)型式表示通過(guò)排氣管7分成具有相應(yīng)壓力補(bǔ)償?shù)乃膫€(gè)氣袋2a、2b、2c、2d。氣袋1由金屬外殼2組成，該外殼通過(guò)電流接點(diǎn)例如彈簧接點(diǎn)14、電刷接點(diǎn)15或在突起部16直接與導(dǎo)電的下部結(jié)構(gòu)12連接(見(jiàn)圖4詳圖)，通過(guò)夾緊條8、9和支承結(jié)構(gòu)11之間的金屬接觸在外殼2的整個(gè)邊緣區(qū)實(shí)現(xiàn)供電。通過(guò)表面精制例如鍍金減小接觸電阻。氣袋單元1具有電極氣體的另外的進(jìn)出管6e和7、一個(gè)支承氣體擴(kuò)散電極5用的支承結(jié)構(gòu)3以及一個(gè)電極支承格構(gòu)4、氣體擴(kuò)散電極5整個(gè)面積支承在該格構(gòu)上。四個(gè)氣袋1a、1b、1c、1d的每一個(gè)都在氣袋組件范圍內(nèi)具有一個(gè)氣密連接的、在這里同時(shí)電連接的氣體擴(kuò)散電極5。在氣體擴(kuò)散電極具有導(dǎo)電的后側(cè)時(shí)可在整個(gè)電極支承格構(gòu)上進(jìn)行完全的電接通。
如圖5a所示，在運(yùn)行時(shí)，電解液從電解液進(jìn)入管20通過(guò)電解液分配器23經(jīng)孔24和水平夾緊條中的另外的孔10流入氣體擴(kuò)散電極5之前的電解液室27中。電解液沿四個(gè)氣袋組件1a至1d流經(jīng)電解液室27，并經(jīng)最上方的水平夾緊條9中的孔流入電解液收集槽26中。電解液從該處經(jīng)氣體擴(kuò)散電極后面的后室中的孔25流出，并經(jīng)下降管22與剩余的電極氣體一起從半電池排出(見(jiàn)圖5b)。半電池在作為電解池工作時(shí)，在前側(cè)用一個(gè)離子交換隔膜40封閉，該隔膜根據(jù)相應(yīng)的電解液反應(yīng)從本發(fā)明半電池到另一個(gè)連接的半電池或必要時(shí)在反方向內(nèi)提供離子的通道。
電極氣體在進(jìn)入管21進(jìn)入半電池，并經(jīng)氣體分配器19比較均勻地分配到單個(gè)氣袋組件內(nèi)節(jié)流的進(jìn)入管6a、6b、6c和6d進(jìn)入四個(gè)氣袋組件1a、1b、1c、1d(見(jiàn)圖1)。電極氣體沿縱向流經(jīng)氣袋，未消耗的剩余氣體以及可能產(chǎn)生的冷凝液在對(duì)應(yīng)端上經(jīng)氣體溢流管7從氣袋流向電解液間隙的電解液。從而達(dá)到壓力補(bǔ)償。氣體從氣體溢流管7經(jīng)位于氣袋組件后面的空間向上冒氣泡，并經(jīng)接頭22的端部收集在一個(gè)空間中。氣體從該處經(jīng)下降管22從半電池排出。
例2在用常規(guī)電極運(yùn)行時(shí)，氣袋組件1a至1d可象圖3所示那樣與夾緊條8和9一起拆卸，并用一個(gè)鎳陰極30代替，該鎳陰極具有一個(gè)作為電流進(jìn)線和支架用的下部結(jié)構(gòu)31。進(jìn)氣管6a至6d封閉。常規(guī)電極例如一個(gè)激活的鎳陰極用螺絲32連接在半電池的框架結(jié)構(gòu)11上(見(jiàn)圖6和圖7)。在電極反應(yīng)時(shí)生成的氫氣可與流出的電解液一起經(jīng)下降管22排出。
權(quán)利要求
1．基于氣體擴(kuò)散電極(5)作為陰極或陽(yáng)極的電化半電池，具有由一個(gè)或多個(gè)氣袋(2a,2b,2c,2d)構(gòu)成的氣體擴(kuò)散電極的一個(gè)氣室、一個(gè)離子交換隔膜(40)、一個(gè)支承結(jié)構(gòu)(11)、一根進(jìn)氣管(21)、一根出氣管(22)、一根電解液進(jìn)入管(20)、一根電解液排出管(22)和一個(gè)外殼(13)，其特征在于，氣體擴(kuò)散電極(5)與一個(gè)或多個(gè)氣袋(1a,1b,1c,1d)連接成一個(gè)或多個(gè)組件(1a,1b,1c,1d)，這些組件可拆卸地固定在支承結(jié)構(gòu)(11)上，其中進(jìn)氣管(21)和出氣管(22)與氣袋(2a,2b,2c,2d)構(gòu)成可拆卸的連接。
2．按權(quán)利要求1的半電池，其特征在于，該氣室分成多個(gè)必要時(shí)相互獨(dú)立供氣的氣袋組件(1a,1b,1c,1d)，這些氣袋相對(duì)于電解液室(27)進(jìn)行壓力補(bǔ)償。
3．按權(quán)利要求2的半電池，其特征在于，氣袋組件(1a,1b,1c,1d)相互獨(dú)立地，可拆卸地固定在支承結(jié)構(gòu)(11)上。
4．按權(quán)利要求1至3的半電池，其特征在于，進(jìn)氣管(6a,6b,6c,6d)作成彈性軟管與氣袋(2a,2b,2c,2d)連接。
5．按權(quán)利要求1至4的半電池，其特征在于，氣袋組件(1a、1b、1c、1d)通過(guò)結(jié)構(gòu)元件(9)定位在半電池中、進(jìn)行電接通和必要時(shí)進(jìn)行不透水密封，該結(jié)構(gòu)元件必要時(shí)同時(shí)構(gòu)成一個(gè)有效的流動(dòng)電解液間隙。
6．按權(quán)利要求1至5的半電池，其特征在于，氣袋組件(1a、1b、1c、1d)通過(guò)接觸元件(14、15、16)與下部結(jié)構(gòu)(21)電接通。
7．按權(quán)利要求1至6的半電池，其特征在于，氣體擴(kuò)散電極(5)在氣袋(2a,2b,2c,2d)內(nèi)腔中的一個(gè)支承格構(gòu)(4)上構(gòu)成面積電接觸。
8．按權(quán)利要求1至7的半電池，其特征在于，該半電池具有一個(gè)電解液分配器(23)，以便對(duì)電解室(27)均勻供給電解液。
9．按權(quán)利要求1至8的半電池，其特征在于，氣袋組件(1a,1b,1c,1d)可用常規(guī)電極(30)更換。
10．按權(quán)利要求1至9的半電池，其特征在于，氣體擴(kuò)散電極(5)與組件(1a至1d)可拆卸連接。
11．按權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)的半電池用于電化電池可選擇用氣袋組件(1a,1b,1c,1d)或常規(guī)電極(30)工作。
全文摘要
基于一個(gè)氣體擴(kuò)散電極(5)作為陰極或陽(yáng)極的電化半電池具有一個(gè)由一個(gè)或多個(gè)氣袋(2a，2b，2c，2d)構(gòu)成的氣體擴(kuò)散電極的氣室、一個(gè)離子交換隔膜(40)、一個(gè)支承結(jié)構(gòu)(11)、一根進(jìn)氣管(21)、一根出氣管(22)、一根電解液進(jìn)入管(20)、一根電解液排出管(22)和一個(gè)外殼(13)，其特征在于，氣體擴(kuò)散電極(5)與一個(gè)或多個(gè)氣袋(2a，2b，2c，2d)連接成一個(gè)或多個(gè)組件(1a、1b、1c、1d)，該組件可拆卸地固定在支承結(jié)構(gòu)(11)上，其中進(jìn)氣管(21)和出氣管(22)與氣袋(2a、2b、2c、2d)構(gòu)成一個(gè)可拆卸的連接。
文檔編號(hào)C25B9/08GK1238014SQ97199694
公開(kāi)日1999年12月8日 申請(qǐng)日期1997年10月31日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月13日
發(fā)明者F·格斯特曼, H·-D·平特爾, J·坎普豪森 申請(qǐng)人:拜爾公司