167032. lajstromszámú szabadalom • Eljárás villamos energia tárolására és előállítására villamos energiát tároló berendezés alkalmazásával és bipoláris elektród az eljárás foganatosítására

9 167032 10 elektródcsoport egyik végén levő porózus szénelektródhoz, a negatív pólusát pedig az elektródcsoport másik végén levő át nem eresztő grafitfalhoz kötjük. Az áramot addig hagyjuk folyni, amíg a grafitfalon a kielégítő töltöttséget 5 jelző, megfelelő vastagságú cinkréteg ki nem alakul. A porózus elektródelemen a töltési üzemállapotban keletkező klórt az elektrolittól elválasztjuk és alkalmas módon klórhidráttá alakítjuk, amely a telep kisütése során klórforrásként 10 szolgál. A cinkklorid elektrolit cink-ionjai fémes cinkké alakulnak és a reakciótérrel szomszédos át nem eresztő grafitelektródón bevonatot képeznek. A reakciótérből kiáramló elhasznált cinkkloridelektrolit nagyobb koncentrációjú cinkklorid ol- 15 dattal, vagy szilárd cinkkloriddal kerül érintkezésbe, és kiegészítőleges sómennyiséget vesz fel, hogy a kívánt koncentráció helyreálljon. A találmány szerinti bipoláris elektródókra 20 épülő telep áramszolgáltatása folyamatos és úgyszólván üzemzavarmentes. A porózus szén és a cink közé, a klór és a cink érintkezésének megakadályozása céljából, kívánság esetén diafragma helyezhető. Bár ez növeli a cella 25 hatékonyságát, a cella enélkül is működik. A diafragmát általában elhagyjuk, mivel a találmány szerinti elektródok kivitelezésénél legtöbbször olyan vékony cellákat alakítunk ki, amelyekben az olcsó diafragmaanyago v megereszkedési, nyu- 30 lási, tágulási vagy lágyulási tendenciái az elektrolit cellán át való áramlásának megszűnéséhez és a cella működésképtelenségéhez vezethetnek. Az alábbi példák a találmány szerinti bipoláris elektród működését szemléltetik. 35 1. példa Nagy energiasűrűségű szekunder telep cellájához 40 bipoláris elektródot készítünk. Ehhez előregyártott, porózus szénből levő elektródelemet alkalmazunk (porózus grafitból is lehet), amelyhez át nem eresztő grafitlapot ragasztunk. Az át nem eresztő grafitot igen erősen elektropozitív fémmel 45 vonjuk be. Az elektród négyszögletes, felülete körülbelül 170 cm2

, vastagsága körülbelül 3 mm. A felhasznált ragasztóanyag az alkalmazott elektrolitnak és klórnak ellenálló epoxigyanta-észter. A porózus szén körülbelül 2,5 mm vastag, és járatok 50 vannak benne, a grafit vastagsága körülbelül 1/5-e a szén vastagságának. A járatok a porózus szén vastagsága felének megfelelő mélységüek, és majdnem az elektród végéig terjednek (2. ábra). Derékszögű keresztmetszetűek, szélességük mintegy kétszerese a 55 mélységüknek. A grafit a gyártó Union Carbide Corporation által ATJ jellel jelölt nem porózus grafit. Porozitása korlátozott (gyakorlatilag nem porózus), sűrűsége elég nagy, amit gyantával való többszöri telítéssel és kisütéssel érnek el. A grafit tehát sűrű és nem 60 ereszti át a gázt. Az alkalmazott porózus, amorf szén az Union Carbide osztályozása szerint 45-ös vagy 60-as. A szén porozitása olyan, hogy 45-50%-a likacs, és a pórusok mérete 25—50 mikron között van. 65 Az alkalmazott elektrolit cinkklorid vizes oldata, amely a cella kisülése során körülbelül 3 gr/liter oldott klórt tartalmaz. A kisülés kezdetén az elektrolit cinkklorid-tartalma körülbelül 15%, ez a kisülés végén körülbelül 35%-ra nő. A töltés kezdetén viszont 35% az elektrolit cinkkloridtartalma, ami a töltés végén körülbelül 15%-ra csökken. Kisütésnél a cella 2,1 V üresjárási feszültséget ad, amely 8 A-es terhelőáram esetén 1,65-1,7 V-ra csökken. 24 sorbakapcsolt cellából álló és az elektrolit hozzá- és elvezetésére közös csatornákkal ellátott egység 50 V üresjárási feszültséget szolgáltat, amely 8 A-es terhelőáram esetén 40 V-ra csökken. A telep töltésekor az elektrolit áramlási sebessége körülbelül 600 mililiter/perc cellánként, a kisütéskor körülbelül 400 mililiter/perc cellánként. A rajzokon bemutatott konstrukciójú cella első üzembehelyezésekor a porózus szénből levő anódon át 35% cinkkloridot tartalmazó elektrolitot szivattyúzunk a cella reakcióterébe, az említett töltési sebességgel. Az adott példában a nyomást általában a légköri érték és az áramoltatáshoz szükséges mintegy 0,07-0,14 at összege adja. Ha a telepre körülbelül 60 V, vagy egy cellára mintegy 2,5 V feszültséget adunk, a cellák a rajtuk átáramló elektrolit hatására feltöltődnek, miáltal a porózus elektródok felületén klór és a grafit felületén cink válik ki. A töltés általában körülbelül 2 órát vesz igénybe, a közben lerakódott cinkréteg vastagsága körülbelül 200 mikron. A használat során 15% cinkklorid koncentrációjú és literenként mintegy 3 gramm oldott klórt tartalmazó vizes elektrolitot áramoltatunk át a cellán, mintegy 400 mililiter/perc sebességgel, amely áthatol a porózus szénelektródón, és a reakciótérbe jut. Cellánként körülbelül 2,1 V üresjárási feszültség keletkezik, amely 8 A-es terhelőáram esetén mintegy 1,7 V-ra csökken. Mint az 1. ábra nyilai, mutatják, az áramlás a porózus szénben egyenletes, a reakciótérben pedig a cella felső részéhez közeledve erősödik. Az elektrolit körülbelül 2,5 másodpercenként cserélődik ki. A kisülés során a cellán átáramlott, oldott klórban szegény elektrolitot klórral való telítéssel regeneráljuk és visszavezetjük a cellába, ahol folytatódik a kisülés. A kisülés során a katódon levő cink a klórhoz hasonlóan feloldódik a porózus anódon átáramoltatott elektrolitban, és a cinkklorid-koncentráció fokozatosan megközelíti a 35%-ot, amelynél a telep gyakorlatilag teljesen kisütött állapotban van, és fel kell tölteni. A töltésnél természetesen a fordított reakció játszódik le. A kisütésnél a teljes elektrolitáramlás a töltésnél alkalmazott érték mintegy 70%-ára csökkenthető. A cella legelőnyösebb alkalmazásánál a cellából felépített több telepet együttesen elektromos gépjármű hajtására használjuk, 150 km feletti távolságra és mintegy 50 km/óra sebesség mellett. Ha összehasonlítást végzünk azokkal a hasonló telepekkel, amelyekben az alkalmazott elektródok 5