DE2816054A1

DE2816054A1 - Metall-wasserstoff-sekundaerbatterie

Info

Publication number: DE2816054A1
Application number: DE19782816054
Authority: DE
Inventors: Edward S Dennison
Original assignee: Yardney Electric Corp
Current assignee: Yardney Electric Corp
Priority date: 1977-04-14
Filing date: 1978-04-13
Publication date: 1978-10-26
Also published as: IT7848828A0; MX149011A; FR2387525A1; IL54445A0; IT1102582B; BR7802260A; DE2816054B2; JPS5846833B2; US4098962A; FR2387525B1; JPS53128734A; CA1111101A; IL54445A; GB1548557A

Description

Metall-Wasserstoff-Sekundärbatterie

Die Erfindung betrifft Stromanlagen und insbesondere eine verbesserte Anlage bei Verwendung von Metall-Wasserstoff-Sekundärbatterien bzw. Sammlern.

Es ist erwünscht, elektrische Stromerzeuger so kontinuierlich wie möglich mit konstanter Belastung zu fahren, vorzugsweise im Bereich ihrer errechneten Belastung oder Belastung grossten Wirkungsgrades. Der Energiebedarf verändert sich jedoch im Verlauf des Tages. Spitzenbelastungen treten gewöhnlich untertags auf, so während des Nachmittags, während kleinerer bzw. minimaler Energiebedarf gewöhnlich während der Nacht, insbesondere nach Mitternacht, besteht. Im täglichen Zyklus eines Stromnetzes kann der Bedarf an Strom eine Veränderung in einem Verhältnis von 2:1 oder mehr erfahren.

Es können verschiedene Einrichtungen verwendet werden, um Energie während der Zeitabschnitte zu speichern, wenn der Strombedarf gering ist. Derartige Einrichtungen eignen sich dazu, gespeicherte Energie während Spitzenbelastungen wieder abzugeben. Batterien müssen für diesen Zweck sehr gross sein und müssen tausende von Zyklen ohne Zerstörung aushalten können. Darüber hinaus sollten derartige Batterien gegenüber plötzlichen Belastungen unempfindlich sein, so gegen Überladung, gegen zu starke Entladung oder gegen längere Bereitschaft. Die Batterien sollten ein sehr hohes Energieverhältnis von beispielsweise 80 % besitzen, d.h. sie sollten verhältnismässig wirksam sein und die erwünschten Funktionen mit verhältnismässig geringen Kosten erbringen. Verschiedene bisher verwendete Batterien

809843/0766

haben jedoch in der einen oder in der anderen Hinsicht nicht die erwünschte Leistung erbracht, d.h. sie waren nicht geeignet, bei niedrigen Kosten während längerer Zeit hohen Wirkungsgrad bzw. hohe Leistung zu vermitteln. Infolgedessen besteht Bedarf an einem wirksamen Ladungs-Nivelliersystem für Stromanlagen.

Durch das verbesserte Metall-Wasserstoff-Sekundärbatteriesystem bzw. Sammlersystem gemäss der Erfindung wurde den vorstehend genannten Erfordernissen Rechnung getragen. Das erfindungsgemässe System eignet sich insbesondere zur Nivellierung oder Abgleichung von Strombedarf an einem Stromerzeuger, es ist jedoch auch für andere Zwecke geeignet.

Die Anlage nach der Erfindung weist mehrere in Reihe geschaltete Strom-Baueinheiten auf, welche in der Nähe einer Strom erzeugenden Anlage oder entfernt von dieser angeordnet werden können. Jede einzelne Baueinheit besteht aus einem abgedichteten Druckbehälter, innerhalb welchem sich ein verhaltnismassig grosses Volumen von Wasserstoff und mehrere parallel geschaltete Batterien befinden. Die Batterien sind in einem herausnehmbaren Rahmen oder Gestell gestapelt. Jede Batterie besteht aus einem Stapel von in Reihe miteinander verbundenen Metall-Wasserstoff-Zellen.

Wasserstoff wird kontinuierlich mittels eines in der Wasserstoff-Strömungsbahn im Behälter befindlichen Gebläsesystems um und durch jede der Zellen zirkuliert. Eine Kühleinrichtung ist entweder innerhalb oder ausserhalb des Behälters vorgesehen und kühlt den in der Strömungsbahn befindlichen Wasserstoff. Die Strömungsbahn weist einen mittleren Kanal auf, welcher durch mittige Öffnungen in den gestapelten Zellen gebildet ist, als auch einen am Umfang sich

809843/0766 ~⁷

erstreckenden Kanal, welcher das Gestell bzw. den Rahmen umgibt. Die beiden Kanäle sind durch Querkanäle verbunden, welche jeweils zwischen den einzelnen Zellen bestehen, derart, dass die anodischen Flächen jeder Zelle dem Wasserstoff ausgesetzt sind.

Jede Zelle ist vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet und weist eine geeignete Kathode auf, wie beispielsweise eine poröse, gesinterte Nickelkathode, welche in ihren Zwischenräumen Nickelhydroxyd enthält. Jede Zelle weist ferner eine Anodenfläche auf, welche beispielsweise aus einem Gitter besteht, welches mit porösem Tetrafluoräthylen bedeckt ist, wobei auf dieser Schicht ein Film von fein verteiltem Platin- Mohrpulver -Katalysator oder dergleichen aufgebracht ist. Ein Trennkörper befindet sich zwischen der Kathode und der Anode. Der Trennkörper besteht beispielsweise aus Asbest, aus Papier oder dergleichen, welches als Elektrolyt wässriges Kaliumhydrat enthält. Ein Metallgitter in Form eines gewellten, gestreckten Metalls ist zwischen der anodischen Fläche einer Zelle und der Kathode der anderen Zelle angeordnet und wird als Reihenverbinder für die Zellen als auch als Einrichtung verwendet, um Wasserstoff in Richtung der anodischen Fläche und in den mittleren Kanal zu leiten.

Die Baueinheiten sind in Reihe geschaltet und können in Rahmen oder dergleichen angeordnet sein, welche sich einer gemeinsamen Kühleinrichtung, so eines Wassersprühturmes bedienen. Das auf die AussenhüUe jedes Behälters versprühte Wasser kann die Wärme wirksam von dem innerhalb jedes Behälters nahe der AussenhüUe zirkulierenden Wasserstoff abführen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung enthält jeder Behälter sein eigenes Kühlsystem, wobei Wärmetauscherrohre, Kühlmittel und Pumpeinrichtungen zur Anwendung gelangen.

809843/0766 "⁸~

Vorzugsweise besitzt jede Baueinheit die Form eines länglichen Zylinders mit geschlossenem Boden und abnehmbarer oberer Abdeckung, an welcher der die Batterien enthaltende Rahmen befestigt ist. Die Batterien befinden sich dabei in Fächern bzw. Regalen des Rahmens. Der Rahmen kann herausgehoben werden, indem man die Abdeckung abhebt, derart, dass die einzelnen Batterien untersucht, ersetzt, repariert etc. werden können.

Das beschriebene System ist in der Lage, beispielsweise 1000 Ampere bei 62,5 Volt jeder Baueinheit zu erzeugen. Sechzehn derartige Baueinheiten, welche in Reihe geschaltet sind, befähigen zur Entladung bzw. Stromentnahme von 1000 Ampere bei 1000 Volt während 10 Stunden. Durch das erfindungsgemässe System kann verschiedenen anderen Strombedürfnissen Rechnung getragen werden. Die Anlage kann während einer grossen Anzahl von Zyklen der Ladung und Entladung betrieben werden, so bei Zyklen von 5000 bis 10 000 oder mehr, wobei nicht mehr als eine periodische Überwachung der elektrischen und physikalischen Funktionen erforderlich ist. Die Zellen der Anlage nach der Erfindung sind sehr dauerhaft und wirksam. Die Wartung ist entweder vollständig überflüssig oder nur sehr gering. Die Anlage eignet sich infolgedessen ideal für das Nivellieren oder Abgleichen von Strombedarf.

Die Erfindung ist verwirklicht in einer Anlage mit mehreren elektrisch in Verbindung befindlichen Strom-Baueinheiten, von welchen jede mit einem abgedichteten Druckbehälter versehen ist. Innerhalb dieser Druckbehälter befindet sich je ein Volumen von Wasserstoff und mehrere Batterien, welche parallelgeschaltet sind und welche sich in einem abnehmbaren Gestell oder Rahmen befinden. Jede Batterie besteht aus einem Stapel von in Reihe geschalteten Metall-

809843/0766 "⁹~

2816ÜB4

Q

Wasserstoff-Zellen. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, um den im Behälter befindlichen Wasserstoff um die Zellen und zwischen den Zellen im Umlauf zu halten und um den Wasserstoff zu kühlen. Die Kühlung der Zellen kann ausserhalb des Behälters oder innerhalb des Behälters vorgenommen werden. Ein Gebläse oder dergleichen erleichtert den Umlauf oder die Zirkulation des Wasserstoffs.

Die Baueinheiten sind in Reihe geschaltet, um eine erwünschte grosse Amperezahl zu liefern, so beispielsweise um den Spitzenbelastungen einer kommerziellen Stromerzeugungsanlage oder dergleichen gerecht zu werden. Die Anlage kann vom Stromerzeuger während der Zeitabschnitte geringen Bedarfs schnell Strom aufnehmen und kann diesen während der Zeitabschnitte von Spitzenbelastungen wieder schnell abgeben, so dass der Bedarf ausgeglichen werden kann. Die Anlage arbeitet während längerer Zeit optimal und mit geringen Kosten.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische, teilweise gebrochen wiedergegebene Vorderansicht einer Ausführungsform einer der Strom-Baueinheiten für das erfindungsgemässe Sekundärbatteriesystem nach der Erfindung;

Fig. 2 ist eine teilweise gebrochene und teilweise geschnittene Seitenansicht mehrerer der in Fig. 1 dargestellten Baueinheiten, welche sich innerhalb eines Rahmens befinden und der Kühlung durch einen Sprühturm ausgesetzt sind; in Fig. ist ausserdem ein Batterien enthaltender Rahmen dargestellt,

809843/0766 ¹°~

wenn dieser aus einer der Einheiten herausgehoben wird;

Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht der Baueinheiten nach Fig. 2, in zusammengesetzter Lage innerhalb eines Rahmens; und

Fig. 4 ist eine teilweise geschnittene schematische Seitenansicht der oberen und unteren Teile eines Stapels von Metall-. Wasserstoff-Zellen, welche je eine einzelne Batterie innerhalb eines Regals im Rahmen der Baueinheit nach Fig. 1 bilden.

In Fig. 1 der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform einer der Einheiten des verbesserten Sekundärbatteriesystems nach der Erfindung in schematischer Vorderansicht wiedergegeben. Eine derartige Einheit 10 besteht gemäss Darstellung aus einem abgedichteten Druckbehälter 12, welcher vorzugsweise im wesentlichen zylindrische Formgebung besitzt und eine untere Wand 14, eine Seitenwand 16 und eine abnehmbare Abdeckung 18 aufweist. Der Behälter 12 ist hohl und mit einer Leitung 20 zum Einleiten von Wasserstoffgas versehen. Im Betrieb ist der Behälter 12 mit Wasserstoffgas gefüllt.

Inn Behälter 12 befindet sich ein länglicher, vorzugsweise vertikal sich erstreckender Rahmen 22, welcher mit mehreren Regalen 24 ausgestattet ist. Das untere Ende des Rahmens 22 ist durch einen eine Platte 26 durchdringenden Vorsprung 25 zentriert, während das obere Ende des Rahmens 22 mit Hilfe von Bügeln 28 an einem isolierten Tragflansch 30 befestigt ist. Der Tragflansch 30 ist an der Unterseite der Abdeckung 18 angebracht. Jeder Regalkörper 24 weist, wie insbesondere aus Fig. 4 hervorgeht, in der Mitte eine Öffnung 32 auf,

- 11 -

in welche ein zusammendrückbarer hohler Balg 34 eingeführt ist. Der Balg drückt auf einen Stapel 35 von Zellen 36, welche innerhalb des Regalabteils als Batterie 38 gestapelt sind. Das untere Ende des Balgs 34 befindet sich innerhalb fluchtender mittiger Öffnungen 40 und 42 einer isolierenden Platte 44 und einer elektrischen Endplatte 46, als auch über den fluchtenden Mittel Öffnung en 48 des Stapels 35 von Zellen 36. Infolgedessen bildet der Balg 34 zusammen mit den Öffnungen 32, 40, 42 und 48 für die verschiedenen Fächer bzw. Regale 24 einen kontinuierlichen mittigen Kanal 50, der sich von der Platte 26 zum oberen Ende 52 des Rahmens 22 erstreckt. Am oberen Ende 52 ist das Einlassende 54 eines Gebläses 56 an den Kanal 50 angeschlossen. Das Gebläse 56 kann einen Motor 58 und eine Welle 60 aufweisen, an welcher ein Gebläseflügel 62 (Fig. 2) angeschlossen ist. Das Gebläse kann elektrisch durch eine Leitung 64 gespeist werden, die sich durch die Abdeckung 18 erstreckt. Das Gebläse 56 kann beispielsweise durch eine Platte 65 oder dergleichen an der oberen Abdeckung 18 befestigt sein.

In Fig. 4 ist ein Stapel von Zellen 36 innerhalb des Regals 24 des Rahmens 22 dargestellt. Die Zellen sind durch den Balg 34 zusammengedrückt. Oberhalb des Stapels von Zellen 36 befindet sich die isolierende Platte 44, welche beispielsweise aus Kunststoff oder dergleichen besteht. Unmittelbar unterhalb der Platte 44 befindet sich eine elektrische Anschluss- oder Endplatte 46 aus Nickel, Kupfer etc. Vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, sind die Zellen 36 und die Platten 44 und 46 am Aussenumfang im wesentlichen kreisförmig. Darüber hinaus ist der Rahmen 22, wie insbesondere in Fig. 1 dargestellt ist, unter einem Abstand innerhalb der Seitenwand 16 des Behälters 12 angeordnet, so dass am Umfang ein Kanal 66 zwischen dem Rahmen 22 und der Seitenwand 16 existiert.

809843/0766 -12-

Jede Zelle 36 innerhalb des Stapels 35 im Regal 24 ist durch ein Gitter 68 unter Abstand von der nächsten Zelle 36 gehalten. Durch die Gitter 68 sind mehrere quer sich erstreckende Kanäle 70 zwischen jedem am Umfang verlaufenden Kanal 66 und dem Mittelkanal 50 gebildet. Jedes Gitter 68 ist so angeordnet, dass es durch Wasserstoff frei passiert werden kann und eine enge Berührung des Wasserstoffes mit der anodischen Fläche 72 jeder Zelle 36 sichergestellt ist. Gleichzeitig wirkt der Wasserstoff als Kühlmittel. Die Gitter 68 besitzen die zusätzliche Funktion der elektrischen Reihenverbindung der gesamten Zellen 36 im Stapel 35.

Jedes Element bzw. jede Zelle 36 kann aus einem geeigneten Material bestehen, wodurch eine wirksame MetaU-Wasserstoff-Zelle gebildet ist. Die Kathode 74 jeder Zelle 36 kann beispielsweise als Platte aus Nickelpulver gebildet sein. Das Nickelpulver wurde verdichtet und gesintert und zu einem porösen, selbsttragenden Aufbau geformt, wobei die Zwischenräume Nickelhydroxyd enthalten. Die Kathode 74 jeder Zelle 36 ist durch einen Trennkörper 76 von der anodischen Fläche 72 dieser Zelle getrennt. Der Trennkörper 76 kann als Platte oder dergleichen aus geeignetem nichtleitendem Material bestehen, so aus Asbest, aus Papier oder aus anderem Zellulose-Fasermaterial oder dergleichen, wobei diese Materialien mit wässrigem Kaliumhydrat oder mit einem anderen geeigneten Metall-Wasserstoff-Elektrolyten imprägniert oder belegt sind. Der anodische Teil bzw. die Anodenfläche 72 jeder Zelle 36 kann aus Metall bestehen (so aus Nickel). Der Teil 72 kann auch aus einem nichtmetallischen Gitter oder Sieb (beispielsweise aus Nylon) bestehen, welches mit Tetrafluoräthylen bedeckt ist, um die poröse Beschaffenheit herbeizuführen, und auf welchem ein geeigneter Katalysator aufgebracht ist, so fein verteiltes Platin- Mohrpulver als Film oder dergleichen. Innerhalb einer Me-

- 13 -

809843/0766

tall-Wasserstoff-Zelle ist der Wasserstoff die eigentliche Anode, während die anodische Komponente bzw. der anodische Teil 72 den Katalysator für die Reaktion bildet.

Das sich nahe der Zellen 36 befindende Gitter 68 kann aus jedem geeigneten, elektrisch leitfähigem Material bestehen, so beispielsweise aus einem gewellten, expandierten Nickel oder aus einem sonstigen Material, vorzugsweise aus einem Material, welches korrosionsresistent ist.

Obwohl Nickel-Wasserstoff-Zellen 36 vorzugsweise zur Anwendung kommen und vorstehend beschrieben wurden, können auch andere Metall-Wasserstoff-Zellen bekannter Art zur Anwendung gelangen, so zum Beispiel Zellen mit Oxyden und Oxydgemischen von Kobalt, Kupfer, Silber, Quecksilber, Mangan, Chrom und Blei, welche in Batterien 38 Verwendung finden.

Vorzugsweise ist jeder Stapel 35 von Zellen 36 innerhalb jedes Regals 24, welche eine einzelne Batterie 38 bilden, in zwei Hälften unterteilt, d.h. in eine obere Hälfte oberhalb einer mittleren Endplatte 78 und in eine untere Hälfte, die sich unterhalb der mittleren Endplatte 78 befindet. Das untere Ende des Stapels 35 liegt auch an einer elektrischen Anschluss- oder Endplatte 80 an, die sich auf einer isolierenden Platte 82 befindet. Die Endplatten oder Anschlussplatten 46 und 80 besitzen die gleiche Polarität, welche Polarität derjenigen der Platte 78 entgegengesetzt ist. Die Zellen-Stapelfolge innerhalb der oberen Hälfte des Stapels 35 in jedem Regal 24 ist entgegengesetzt zur Stapelfolge innerhalb der unteren Hälfte des Stapels 35, wie aus Fig. 4 hervorgeht, so dass die einzelne mittlere End- oder Anschlussplatte 78 beiden Hälften des Stapels 35 dienen kann,

809843/0766 ~¹⁴~

Die Batterien 38 innerhalb jeder Einheit 10 sind vorzugsweise elektrisch parallelgeschaltet. So erstreckt sich jede mittlere Anschlussplatte 78 in Verbindung mit einer elektrischen Leitung 84, welche ausserhalb des Rahmens 22 innerhalb des Behälters 12 in Längsrichtung desselben verläuft. Die Leitung 84 verläuft durch einen Anschluss 86 aus dem Behälter nach aussen. Alle End- oder Anschlussplatten 46 und 80 erstrecken sich in Verbindung mit einer Zwischenleitung 88, die sich gleichfalls ausserhalb des Rahmens 22 im Behälter 12 in Längsrichtung desselben erstreckt und über einen Anschluss 90 aus dem Behälter 12 nach aussen geführt ist.

In Fig. 2 und 3 der Zeichnung sind mehrere Einheiten 10 in zusammengefügter Lage als verbessertes Sekundär-Batteriesystem 86 gemäss der Erfindung dargestellt. Die Einheiten sind vorzugsweise in Reihe geschaltet (nicht dargestellt). Die Einheiten 10 befinden sich innerhalb eines Gestells oder Rahmens 94, welcher auf einem mit Wasser gefüllten Kühlbecken oder Kühlbassin 96 aufliegt. Das Becken 96 ist mit einer Pumpe 98, mit einer Saugleitung 100 und mit einer Wassersprühleitung 102 versehen. Mit Hilfe der Wassersprühleitung 102 wird kühlendes Wasser über die Aussenfläche jedes Behälters 12 im Gestell 94 versprüht.

Fig. 2 veranschaulicht ferner, dass ein Rahmen 22 einer Einheit 10 aus der Oberseite der jeweiligen Einheit herausgehoben werden kann, wobei Kabel 104 an Haken oder Ösen 106 der Abdeckung 18 angreifen. So können die Batterien 38 innerhalb des Rahmens 22 schnell herausgenommen, untersucht, repariert, ersetzt etc. werden.

Während des Betriebs der Einheit 10 bringt das Gebläse 46 kontinuierlich Wasserstoff entlang der gewünschten Bahn im Behälter 12 in Um-

809843/0766 ~ ¹⁵~

2816Ü54

lauf. Diese Bahn ist durch den am Umfang bestehenden Kanal 66, durch die quer verlaufenden Kanäle 70 und durch den Mittelkanal 50 bestimmt. Die kontinuierliche Rezirkulation von Wasserstoff vei— mittelt eine Wärmeübertragung zwischen den Zellen 36 und dem Wasserstoff und zwischen dem Wasserstoff und der Hülle (Wände 14, 16 und 18) des Behälters 12, derart, dass der Wasserstoff und die Zellen 36 gekühlt werden. Gleichzeitig wird Wasserstoff kontinuierlich in Berührung mit den anodischen Flächen 72 gebracht, um den Betrieb der Zellen optimal zu gestalten. Die Hülle des Behälters 12 kann als einzige Kühleinrichtung für den Wasserstoff wirken, indem Wärme in die Atmosphäre abgestrahlt wird. Dieser Kühl effekt wird vorzugsweise durch Versprühen von Wasser auf der Hülle jedes Behälters 12 verstärkt, so durch Betätigung der Pumpe 98 und durch Verwendung der Leitungen 100 und 102 (Fig. 2). Nach Wunsch kann auch ein inneres Kühlsystem (nicht dargestellt) innerhalb jeder Einheit 10 verwendet werden. Ein derartiges System kann beispielsweise aus Kühlschlangen bestehen, innerhalb welchen ein Wärmeübertragungsmedium umläuft, so durch Pumpwirkung oder dergleichen.

Das verbesserte Sekundär-Batteriesystem bzw. Sammlersystem nach der Erfindung stellt eine optimale Konstruktion und Anordnung für die Ausbeutung der verfügbaren Eigenschaften von Metall-Wasserstoff-Zellen dar, insbesondere von Nickel-Wasserstoff-Zellen. Durch diese Anordnung ist jede Zelle 36 in die für ihre Funktion beste Arbeitslage gebracht. Darüber hinaus gestattet das aus Baueinheiten bestehende System nach der Erfindung eine unbegrenzte Erweiterung und Vergrösserung der Zahl der Einheiten, derart, dass einem weiten Bereich von Energiebedarf Rechnung getragen werden kann.

- 16 -

809843/0766

28160b*

Alle aktiven Materialien der Zellen 36 werden beliebig oft in Umlauf gebracht. Jeder Behälter ist abgedichtet und weist ausreichendes Volumen auf, um die volle Ladung von Wasserstoff aufnehmen zu können. Wasserstoff ist Sauerstoff zum Zwecke der Wärmeübei— tragung und als Kühlmedium vorzuziehen. Diese Tatsache als auch der hohe Wirkungsgrad der Zellen 36 ermöglicht eine Kühlung im Inneren der Behälterhülle, anstatt hierfür einen inneren Wärmetauscher einsetzen zu müssen.

ο Die Temperatur des Wasserstoffes wird innerhalb von etwa 33 C derjenigen der Atmosphäre gehalten, vorzugsweise mit Hilfe des auf der Aussenseite jedes Behälters aufgesprühten Wassers. Die Zellen 36 können nicht überhitzt oder auf sonstige Weise durch Überladung oder durch zu starke Entladung zerstört werden. Darüber hinaus ist der Druck des Wasserstoffes in jedem Behälter ein verlässliches Maß des Ladungszustandes. Hochdruck- und Niederdruckgrenzen können gemessen und eingestellt werden, um die Ladung und Entladung jedes Behälters zu steuern. Chemisch ist jede Zelle 36 stabil und nicht unerwünschten Reaktionen ausgesetzt. Der Wasserstoff innerhalb jedes Behälters 12 kann frei um die eingenässten Nickel-Kathoden strömen, ohne dass hier ein nachteiliger Effekt auftritt. Jede Zelle ist geringer Entladung ausgesetzt, wobei jede Batterie immun gegenüber atmosphärischen Bedingungen ist. Der einzige durch tiefe Temperatur bedingte Abschaltpunkt der Batterien ist durch den Gefrierpunkt des Elektrolyten bestimmt, welcher ge-

o
wohnlich bei minus 40 C liegt. Jede Zelle arbeitet normalerweise auf einer beträchtlich höheren Temperatur, so bei etwa 71 C. Die Einheiten 10 bedürfen keines Wetterschutzes.

- 17 -

809843/0766

Falls eine verhältnismässig hohe Spannung, so zum Beispiel 1000 Volt, benötigt werden, ist es nicht zweckmässig, eine einzelne Batterie zu verwenden, da die Gefahr der Funkenbildung und zu hoher Kurzschluss-Verluste besteht. Vielmehr werden mehrere in Reihe geschaltete Einheiten gemäss der Erfindung verwendet, um diesem Problem zu begegnen. So ist die erwünschte Spannung mit Hilfe des vorliegenden Systems in sicherer und wirksamer Weise erreichbar. Bei einem in der Praxis verwendbaren, erfindungsgemässen Sekundär-Batteriesystem bzw. Sammlersystem werden 16 aus Stahl bestehende zylindrische Einheiten verwendet. Jede derartige Einheit besitzt einen vertikalen Stahlrahmen, der mit seiner Abdeckung verbunden ist, wobei 16 Batterien in Parallelschaltung innerhalb der Regale des Rahmens gelagert sind. Jeder einzelne Behälter der einzelnen Einheiten ist vollständig abgedichtet und mit Wasserstoff eines Druckes von etwa 35 bar - 7 bar geladen. Der maximale Druck gibt den vollständig geladenen Zustand wieder, während der minimale Druck den vollständig entladenen Zustand wiedergibt. Die tatsächlichen Drücke sind innerhalb dieser Grenzen. Jede Batterie innerhalb jeder Einheit kann 48 Zellen besitzen, wobei jede Zelle beispielsweise 1,304 Volt erzeugt, derart, dass insgesamt 62,5 Volt verfügbar sind. Jede Zelle kann beispielsweise einen Aussendurchmesser von 71 cm aufweisen sowie einen Innendurchmesser von 21 cm besitzen. Die Zellen innerhalb jeder Batterie sind in Reihe geschaltet und die 16 Einheiten sind ihrerseits in Reihe geschaltet, so dass bei 1000 Ampere 1000 Volt zur Verfügung stehen. Der Stromausgang jeder Batterie ist 62,5 Ampere. Der Ausgang jeder Einheit ist infolgedessen 1000 Ampere bei 62,5 Volt.

8098A3/0766

Claims

PATENTANSPRÜCHE

(L

1 ..' Metall-Wasserstoff-Sekundärbatterie, welche als Batterieanlage mehrere elektrisch in Verbindung stehende Baueinheiten aufweist, dadurch gekennzeichnet,

A. dass jede der Baueinheiten einen abgedichteten Druckbehälter (12) mit Endwänden (14, 18) und Seitenwänden (16) aufweist, in welchem sich ein Volumen von Wasserstoff befindet,

B. dass mehrere im wesentlichen gleiche und gestapelte Batterien (38) in Parallelschaltung in jedem der Behälter (12) angeordnet sind, wobei jede Batterie (38) aus einem Stapel von Abstand aufweisenden, in Reihe geschalteten Metall-Wasserstoff-Zellen (36) besteht,

C. dass die gestapelten Batterien mittels einer Einrichtung (22) innei— halb des Behälters (12) gehaltert und aus diesem schnell heraushebbar sind, und

D. dass Wasserstoff mittels einer Einrichtung (56) um die Zellen und zwischen den Zellen zum Zwecke der Zirkulation und zum Zwecke der Kühlung in Umlauf gebracht wird.

809843/0766

Deutsche Bank München, Kto.-Nr. 82/08050 (BLZ70070010)

Postscheck München Nr. 163397-802
2. Sekundärbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheiten in Reihe geschaltet sind, um I Ampere bei E Volt unter Verwendung von N Baueinheit zu liefern, wobei jede Baueinheit N Batterien enthält und jede Batterie geeignet ist, I/N Ampere bei E/N Volt zu liefern.
3. Sekundärbatterie nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die gestapelten Batterien (38) unter Abstand innerhalb der Behälterwände (16) befinden, derart, dass am Umfang ein Kanal (66) gebildet ist, dass die Zellen (36) und die Batterien (38) einen mittleren Kanal (50) bilden, welcher mit dem am Umfang befindLichen Kanal in Verbindung steht, und dass die den Wasserstoff in Umlauf bewegende Einrichtung aus einem Gebläse (56) besteht.
4. Sekundärbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (12) zylindrisch ist, und dass sich die Batterien in quergerichtet sich erstreckenden Regalen eines vertikalen Rahmens (22) befinden, welcher die Halteeinrichtung bildet.
5. Sekundärbatterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (12) eine abnehmbare Abdeckung (18) aufweist, und dass der Rahmen (22) durch die Abdeckung (18) getragen ist.
6. Sekundärbatterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen (36) Scheibenform besitzen, wobei eine in der Mitte befindliche Öffnung einen Teil des mittleren Kanals (50) bildet, und dass der mittlere Kanal vertikal verläuft und am Saugende des Gebläses endet.

809843/0766 *™γγτ&)

OPTIMAL- lr4SPL·^ s ευ

28160b4
7. Sekundärbatterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass angrenzende Zellen mittels eines offenen metallischen Gitters (68) in Reihe geschaltet sind und gegenseitigen Abstand besitzen, derart, dass zwischen den Zellen ein Kanal (70) besteht, welcher den am Umfang verlaufenden Kanal (66) und den mittleren Kanal (50) verbindet, so dass eine Wasserstoff-Strömungsbahn im Behälter besteht.
8. Sekundärbatterie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel von Zellen in jeder Batterie jeweils in obere und untere Hälften unterteilt ist, wobei die angrenzenden Enden der beiden Hälften mit einem mittleren Anschluss (78) einer bestimmten Polarität verbunden sind, während die entgegengesetzten Enden der Hälften mit Anschlüssen einer Polarität verbunden sind, welche entgegengesetzt gerichtet ist.
9. Sekundärbatterie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wärme absorbierende Abschnitt der Kühlungseinrichtung innerhalb des Behälters in der Strömungsbahn des Wasserstoffs befindet.
10. Sekundärbatterie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühleinrichtung ausserhalb des Behälters befindet, derart, dass eine indirekte Wärmeübertragung über die Behälterwände besteht und sich der Wasserstoff in der Strömungsbahn innerhalb des Behälters befindet.
11 . Sekundärbatterie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stapel innerhalb jedes Regals (24) durch einen abnehmbaren Balg (34) lösbar zusammengedrückt ist, und dass jede Zelle

809843/0766

eine Nickelhydroxyd enthaltende Nickelkathode aufweist, welche mittels eines wässrigen Kaliumhydrat-Trennkörpers von einer Platin als Katalysator tragenden anodischen Fläche getrennt ist.
12. Sekundärbatterie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheiten an eine gemeinsame äussere Kühleinrichtung angeschlossen sind.

809843/0766