DE1162433B - Verfahren zum Betrieb von Brennstoffelementen und ein dafuer geeignetes Brennstoffelement - Google Patents

Verfahren zum Betrieb von Brennstoffelementen und ein dafuer geeignetes Brennstoffelement

Info

Publication number
DE1162433B
DE1162433B DEM49992A DEM0049992A DE1162433B DE 1162433 B DE1162433 B DE 1162433B DE M49992 A DEM49992 A DE M49992A DE M0049992 A DEM0049992 A DE M0049992A DE 1162433 B DE1162433 B DE 1162433B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel
electrolyte
electrodes
electrode
catalyst
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEM49992A
Other languages
English (en)
Inventor
Dr Heinz Gerischer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
VARTA AG
Original Assignee
VARTA AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by VARTA AG filed Critical VARTA AG
Priority to DEM49992A priority Critical patent/DE1162433B/de
Priority to CH936662A priority patent/CH408138A/de
Priority to FR906680A priority patent/FR1334627A/fr
Priority to GB30979/62A priority patent/GB1018825A/en
Publication of DE1162433B publication Critical patent/DE1162433B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/08Fuel cells with aqueous electrolytes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Description

  • Verfahren zum Betrieb von Brennstoffelementen und ein dafür geeignetes Brennstoffelement Brennstoffelemente sind schon seit langem bekannt. Obwohl ganz verschiedene technische Wege zu ihrer Verwirklichung beschritten wurden, liegt eine voll befriedigende und technisch brauchbare Lösung noch nicht vor. Am weitesten entwickelt sind Brenn.stoffelem;ente, die Wasserstoff als Brenngas benutzen, den man etwa auf dem Umweg über die Wassergasreaktion aus Kohle erhalten kann. Mit Wasserstoff als Breinnstoff und Sauerstoff als Oxydationsmittel kann man bei Zimmertemperatur, zumindest aber bei Temperaturen unter 200° C arbeiten. Als Elektrolyt dient üblicherweise Kalilauge, weil darin die Reduktion des Sauerstoffs am positiven Pol des Elementes am wenigsten gehemmt ablaufen kann.
  • Elemente, die eine direkte Verbrennung der Kohle anstreben oder unter Verwendung von Kohlenoxyd öder Brennstoffen, die aus Kohle hergestellt werden, arbeiten, werden bei höheren Temperaturen mit einer Salzschmelze als Elektrolyt betrieben.
  • Brennstoffelemente, die bei niedrigeren Temperaturen verwendet werden können, haben viele Vorteile. Neben anderem sind die Werkstoffprobleme leicht zu lösen. Die Elemente können auch schnell in Betrieb gesetzt werden.
  • Da die üblichen Brennstoffe jedoch recht reaktionsträge sind und das gleiche für den molekularen Sauerstoff zutrifft, hängt die Brauchbarkeit eines Elementes der üblichen Bauart entscheidend von der Möglichkeit ab, die Betriebsstoffe derart zu aktivieren, daß die elektrochemischen Reaktionen, die den Strom liefern, wenig gehemmt ablaufen. Beim Wassers:toff-Sauerstoff-Element handelt es sich z. B. um die Reaktionen: 2 H2 + 4 OH- -@ 4 H20 + 4 e-bzw. 02 + 2 H20 + 4 e- -- 4 OH-Der gehemmte Reaktionsschritt ist in beiden Fällen die Spaltung des Moleküls, die bisher durch die Elektroden katalysiert werden mußte.
  • Von verschiedenen Seiten sind solche aktivierenden Elektroden, z. B. als poröse Sinterelektroden, entwickelt worden.
  • Elektroden dieser Art haben zwei Funktionen zu erfüllen: Die katalytische Aktivierung des Brennsitoffes bzw. des Sauerstoffes sowie die Stromabnahme bzw. -abführung. Sie unterliegen deshalb einer grundsätzlichen Beschränkung, weil die Ausnutzung der beiden Funktionen stets nur m einer eng begrenzten Zone der Elektrode erfolgen kann.
  • Bei den von der Rückseite her mit Gas beströmten porösen Sinterelektroden verläuft die elektrochemische Reaktion in einem beschränkten Bereich, in dem der Elektrolyt, das Gas und die 'Elektrodenoberfläche mitennmder in Berührung kommen. Einer Vergrößerung dieser Oberfläche durch Aufrauhung oder Verfeinerung der Porenstruktur sind Grenzen gesetzt.
  • Um auf der begrenzten Fläche eine ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit zu erreichen, braucht man daher besonders hochaktivierte Elektroden:. Das .hat zur Folge, daß solche Elektroden. überaus empfindlich gegen Vergiftung sind und überdies leicht durch die sogenannte »Alterung« ihre hohe Aktivität verlieren.
  • Aus diesen Gründen wird eine frühzekige und häufige Auswechselung der Elektroden notwendig, was technisch überaus unerwünscht und sehr kostspielig ist.
  • Diese Nachteile können unter günstigen Umständen bei den, sogenannten Redox-Brennstoffelementen vermieden werden. Hier wird der Brennstoff dazu benutzt, um ein im Elektrolytm gelöstes Redoxsystem zu reduzieren, das dann an der Gegenelektrode leicht wieder oxydiert werden kann. Die Umsetzung zwischen: Brennstoff und Redoxsystem erfolgt in homogener Reaktion in der Lösung. Die Aktivierung des Brennstoffes durch den Redoxkatalysator und die Stromabnahme werden also her in getrennten Schritten vorgenommen.
  • Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß man durch die Umsetzung zwischen Brennstoff bzw. Sauerstoff und Redoxsystem bereits einen Teil der verfügbaren Energie verliert, weil diese Reaktionen irreversibel ablaufen. Außerdem kann die Oberfläche der Elektrode leicht vergiftet werden, falls das Redoxsystem nicht eine ungewöhnlich hohe Elektronenübertragungsgeschwindigkeit hat (hohe Austauschstromdichte).
  • Die Verwirklichung dieses Prinzips ist offenbar bisher am Fehlen technisch geeigneter Redoxsysteme gescheitert.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Verfahren zum Betrieb von Brennstoffelementen zu entwickeln, wc;nü.t die geschilderten Nachteile der bekannten Brennstoffelemente vermieden werden und mit dessen Hilfe Brennstoffelemente mit besonders hoher Leistung beitrieben werden können. Dies ist möglich mit Hilfe eines Brennstoffelementes, das ein Diaphragma zwischen den Elektrodenräumen aufweist und dessen Elektroden im wesentlichen der Stromableitung dienen. Gleichzeitig sollte auch ein für die Anwendung des Verfahrens besonders geeignetes Brennstoffelemententwickelt werden.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, Kohlenoxyd, Wassergas, Methylalkohol, Ameisensäure, und das Oxydationsmittel, beispielsweise Sauerstoff, Luft, Halogene usw., an in Form feinverteilter Teilchen im Elektrolyt aufgeschlämmte Katalysatoren herangeführt und von diesen aktiviert werden und daß durch eine relative Bewegung des Elektrolyten zur Elektrode die mit dem Brennstoff bzw. dem Oxydationsmittel beladenen Katalysatorteilchen zur Übertragung von elektrischen Ladungen in Berührung mit den Elektroden gebracht werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Elektrolyt mit den mit Brennstoff oder Oxydationsmitteln beladenen Katalysatorteilchen gegen die inerten Elektroden geschleudert, wobei die Katalysatorteilchen elektrische Ladungen an die Elektroden übertragen.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Elektrolyt durch Einblasen von Brenngas oder oxydierendem Gas bewegt und dadurch in Strömung in Richtung auf die Elektroden versetzt.
  • Es ist von Vorteil, wenn der Elektrolyt in den beiden durch ein Diaphragma voneinander getrennten Elektrodenräumen mit dem aufgeschlämmten Katalysator durch Umpumpen in Richtung auf die Elektrode bewegt wird.
  • Besonders zweckmäßig kann es - vor allem bei Parallelversorgung mehrerer Zellen - sein, den Elektrolyt mit dem aufgeschlämmten Katalysator außerhalb des Elementes mit Brennstoff oder Oxydationismitteln zu beladen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden als Katalysatoren für die Brennstoffaktivierung Platin oder andere Platinmetalle oder ihre Legierungen verwendet.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform werden als Katalysatoren für die Brennstoffaktivierung Nickel, insbesondere Raney-Nickel, oder Nickellegierungen verwendet.
  • Als Katalysatoren für die Sauerstoffaktivierung können Silber oder Silberlegierungen Verwendung finden.
  • Es kann aber auch durchaus vorteilhaft sein, als Katalysator für die Sauerstoffaktivierung aktive Kohle zu benutzen.
  • Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform des Verfahrens besteht weiterhin darin, die Katalysatoren auf geeignete Trägerpartikeln, z. B. aus Aluminiumoxyd oder Kieselsäure aufzubringen.
  • Bei dem Verfahren zum Betrieb von Brennstoffelementen nach der Erfindung erfolgt somit die Aktivierung des Brennstoffs bzw. des Sauersrtoffs an einem feinverteilten, in der Elektrolytlösung aufgeschlämmten Katalysatormaterial, deren Teilchengröße im allgemeinen unter 100 #t liegen wird und stets größer ist als der Porendurchmesser des jeweils verwendeten Diaphragmenmaterials. Dieser Katalysator belädt sich an seiner Oberfläche mit den reaktionsfähigen Zwischenprodukten; z. B. in einer mixt HE gesättigten Lösung mit adsorbierten H-Atomen oder mit den Spaltprodukten von Ameisensäure, von Mothanol oder irgendeinem anderen Brennstoff, der in der Lösung zugegen ist, oder für die Sauerstoffelektrode mit adsorbiertem Sauerstoff. Durch eine geeignete Führung der Elektrolytströmung werden die Katalysatorpartikeln gegen eine inerte, der Stromabnahme dienende Elektrode geschleudert. Beim Stoß der Katalysatorpartikeln wird ein elektrischer Kontakt mit der Elektrode 'herbeigeführt. Während der Dauer dieses Kontaktes überträgt die Katalysatorpartikel elektrische Ladung an die feste Elektrode.
  • Dieser Vorgang ist in den F i g. 1 und 2 schematisch für einen Wasserstoff aktivierenden Katalysator und einen Sauerstoff aktivierenden Katalysator dargestellt.
  • In F i g. 1 bedeuten 1 und 4 Katalysatorteilchen, 2 die adsorbierten H-Atome. Das an die negative Elektrode 5 herangebrachte Katalysatorteilchen 4 steht in elektrischem Kontakt mit der Elektrode und hat an diese Elektronen abgegeben, wobei gleichzeitig die H-Atome 2 in Protonen 3 übergehen.
  • F i g. 2 zeigt den entsprechenden Vorgang für die Sauerstoffseite. 6 ist das Katalysatorteilchen, das noch nicht mit der Elektrode in Berührung steht. An ihm sind O-Atome 8 adsorbiert. Das Katalysatorte lchen 7 steht in elektrischem Korntakt mit der positiven Elektrode 10 und hat von dieser Elektrode Elektronen übernommen, wobei die O-Atome in Hydroxylionen 9 umgewandelt werden.
  • Die Katalysatorpartikeln beladen sich danach in der Lösung erneut mit den elektrochemisch reaktionsfähigen Komponenten. Die Geschwindigkeit, mit der dies erfolgt, muß nur so groß sein, daß bis zum nächsten Stoß einer Partikel gegen die Elektrode, der Gleichgewichtszustand wiederhergestellt ist. Die Elektrode selbst braucht für die betreffende Elektrodenreaktion nicht aktiv zu sein, da die direkt an ihr ablaufende elektrochemische Reaktion nur einen unwesentlichen Anteil des Umsatzes ausmacht, wie man aus der F i g. 3 erkennt.
  • Der Stromübergang vom Katalysator zur Elektrode erfolgt mit einer überraschend hohen Ausbeute. Die der F i g. 3 zugrunde liegenden Versuchsergebnisse sind ohne Berücksichtigung günstiger Strömungsbedingungen und optimaler Katalysatorkonzentration gemessen worden; sie lassen sich noch wesentlich verbessern. F i g. 3 zeigt die Wirkung des Katalysatorzusatzes auf die Stromausbeute an einer Pt-Elektrode in 1 n-NaOH. Die Versuchsanordnung bestand aus einem zylindrischen Glasgefäß, in dem eine PI-Netz-Elektrode seitlich eintauchte. Der Elektrolyt bzw. die Suspension wurde mit Hilfe eines Magnetrührers umgewirbelt. Zugleich perlte Wasserstoff hindurch. Die Gegenelektrode befand sich in einem seitlichen, durch ein Glasdiaphragma abgetrennten Ansatz. Das Potential der Elektrode wurde in etwa 1 cm Abstand mit einer Sonde, die zu einer Kalomelelektrode führte, relativ zu dieser gemessen.
  • Man erkennt in F i g. 3 den geringen Oxydationsgrenzstrom für die Reaktion Hz .-> 2 H+ - aq + 2 eder direkt an der Platinelektrode entnommen werden kann. Setzt man Katalysatormaterial, hier Raney-Nickel, hinzu, so steigt der anodische Strom stark an. Bei geringen Konzentrationen des Katalysators erreicht man einen neuen Grenzstrom, dessen Höhe von der Rührgeschwindigkeit abhängt. Dieser Grenzstrom tritt bei höheren Katalysatorkonzentrationen nicht mehr auf. Der Strom steigt mit Zusatz von Katalysator rasch an, und de Stromspannungskurven nehmen anschließend einen linearen Verlauf nach Art einer durch einen Ohmschen Widerstand begrenzten Stromspannunggcharakteristik an. Dieser Widerstand wird vermutlich durch dien übergangswider-§tand zwischen Katalysatorpartikeln und Elektrode bestimmt und ist daher abhängig von der Zahl der Stöße gegen die Elektrode und von der Stoßdauer. Je mehr Partikeln: pro Zeiteinheit auftreffen, um so kleiner wird der Widerstand.
  • Den Einfloß der Rührgeschwindigkeit erkennt man an der linken, durch Kreuze gekennzeichneten Kurve, welche diejenigen Meßpunkte miteinander verbindet, die mit der gleichen Katalysatormienge wie bei der benachbarten Kurve, nämlich mit etwa 1 g Raney-Nickel, aber bei größerer Rührgeschwindigkeit erhalten wurden. Allee anderen Kurven werden bei konstanter, kleinerer Rührgeschwindigkeit aufgenommen.
  • Das gleiche Vierhalten zeigt die Sauerstoffelektrode, bei der als Katalysator aktives Silber verwendet wurde. Dieses aktive Silber' wurde hergestellt durch thermische Zersetzung von AgN03 in innigem Gemisch mit einem A1203 Pulver. Die Oberfläche der A1203-Partikeln wurde dadurch mit feinstem Silber überzogen. Ein solcher Silberkatalysator ist außerordentlich rea'ktionsfähiig, was schon daraus hervorgeht, daß er Sauerstoff bei Zimmertemperatur begierig bindet, sich aber auch bei der gleichen. Temperatur durch Wasserstoffgas regenerieren läßt.
  • F i g. 4 zeigt die durch Zusatz dieses aktiven Silbers erzielte Wirkung auf den kathodischen Strom gemäß der Reaktion: O., + 2 H.,0 + 4 e- --,- 4 OH-Die Versuchsanordnung war genau die gleiche, die oben für die Wasserstoffelektrode beschrieben wurde. Nur die Stromrichtung war umgekehrt.
  • In F i g. 5 sind zwei der Teilstromkurven nebeneinander eingetragen. Der Abstand der Kurven gibt die Spannung des Elementes an, die man durch Kombination einer solchen katalysierten Wasserstoff-und Sauerstoffelektrode bei den gegebenen Belastungen; erhält. Diese Werte könnten durch Erhöhung der Katalysatormenge und durch besserte Strömungsatnordnung noch wesentlich verbessert werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber den bekannten Verfahren folgende Vorteile: 1. Die katalytische Aktivierung des Brennstoffes wie des Sauerstoffes erfolgt in gleichmäßiger Verteilung im Elektrolyten und ohne Verluste an freier Energie, sofern man erreichen kann, daß sich Katalysatorbelegung und Brennstoffaktivierung ins Gleichgewicht setzen:.
  • 2. Die Elektroden dienen nur Dur Stromabnahme und brauchen die eigentliche Reaktion nicht zu aktivieren.
  • 3. Der Katalysator kann leicht erneuert werden (etwa zur Regenerierung), ohne daß das Element selbst geöffnet werden mu@ß.
  • 4. Die Alektrodon können nicht bei Schwankungen des Gasdrucks durch eindringenden Elektrolyten »ersaufen«; unabhängig vom Gasdruck und Kapillareffekten bleiben sie stets arbeitsfähig.
  • 5. Da im Viergleich zu Ionen die Katalysatorpartikeln recht groß sind, ist eine Trennung der Elektrodenräume durch Diaphragmen leichter durchzuführen.
  • Ein für die Durchführung dies erfindungsgemäßen Vierfahrens geeignetes Element muß notwendigerweise eine Vorrichtung besi@t7,an, durch die eine relative Bewegung zwischen Elektrode und Elektrolyt hervorgerufen wird.
  • Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, bei einem solchen Element eine Umpumpvorriichtung für den Elektrolyten vorzusehen, für die alle geeigneten Pumpen verwendet werden können.
  • Damit der mit Wasserstoff oder einem anderen Brennstoff beladene Elektrolyt sich nicht mit dem mit Sauerstoff beladenen Elektrolyten vermischt und die Reduktion ohne Stromlieferung im Elektrolyten abläuft, ist es erforderlich, die Elektrodenräume durch ein Diaphragma voneinander zu trennen. Als Diaphragma können dünne poröse Körper der üblichen Art verwendet werden, die gegenüber dem Elektrolyten und dem in ihm .enthaltenen Stoffen unempfin.dlich sind. Zweekmäßigerweise bestehern sie aus dünnen Membranen, die z. B. aus Ton oder aus Kunststoffen in Folien-, Gewebe- oder Faservliesform gefertigt sind. Auch feinporige Glas- oder Porzellanfritten eignen sich vorzüglich für diesen Zweck.
  • Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, die Elektrolyträume vorzugsweise ringförmig auszubilden, um auf diese Weise eine geschlossenen Umlauf dies Elektrolyten zu erwirken.
  • Die Elektroden .sind in den Elektrolyträumen so anzuordnen, daß sie auch von allen Katalysatorpartikeln getroffen werden können. Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen, die vorzugsweise aus mehreren Platten bestehenden Elektroden in einem Winkel zu der Strömungsrichtung des Elektrolyten anzuordnen.
  • Werden die aus mehreren Teilelektroden bestehenden Elektroden gestaffelt angeordnet, so daß sie nahezu den gesamten Querschnitt des Elektrodenraumes ausfüllen, so werden mit großer Wahrscheinlichkeit sämtliche Katalysatorteilchen, die im Elektrolyten aufgeschlämmt sind, bei Bewegung des Elektrolyten auf die Elektrodenoberfiäche auftreffen. Versuchte haben ergeben, daß der Winkel, in dem die Elektroden zur Strömungsrichtung des Elektrolyten angeordnet werden, vorteilhafterweise zwischen 20 und 50° liegt.
  • In einer besonderen Ausführungsform dies erfindungsgemäßen Bneanstoffelernentes sind die E1ektrodenräume durch konzentrisch ineinunder eingesetzte Rohre gebildet, wobei das Diaph ragma als Wandung des eingesetzten Rohres dient. In diesem Falle wird die Elektrode der einen Polarität, die vorzugswei. se aus mehreren Teilelektroden gebildet ist, in das innere Rohr eingesetzt, während sich die Elektrode der entgegengesetzten Polarität zwischen dem inneren und äußeren Rohr befindet, wobei das äußere Rohr gleichzeitig den Behälter der Zelle darstellt. Die Elektroden können aber ebenfalls rohrförmige Gestalt aufweisen oder auch aus Stäben, Drähten, Drahtnetzen usw. bestehen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dient das äußere Rohr zugleich als eine der Elektroden; sie besteht in diesem Falle aus einem elektronisch leitenden Material, vorzugsweise aus einem gegen den Elektrolyten beständigen Metall.
  • Rundwandige Brennstoffzellen sind deshalb so günstig, weil in ihnen die Elektrolyten mit den suspendierten Katalysatorteilchen unter Verwendung ringförmig ausgebildeter Stromabnehmerelektxoden in eine rotierende Bewegung versetzt werden können. Diese Strömungsart eignet sich besonders gut für die Übertragung der elektrischen Ladungen von den Katalysatorpartike:ln auf die Elektroden.
  • In F i g. 6 ist ein Brennstoffelement nach der Erfindung in schematischer Weise dargestellt. Es besteht aus zwei ringförmigen Elektrolyträumen 11 und 12, die durch ein Diaphragma 13 voneinander abgetrennt sind. Im Elektrolytraum 11 ist eine positive Elektrode 1.4, die aus mehreren Teilelektroden besteht, in einem Winkel zur Strömungsrichtung des Elektrolyten angeordnet, genauso im Elektrolytrau m 12 eine negative Elektrode 15. Durch Pumpen 16 werden die beiden Elektrolyte im Kreise umgepumpt. Am Elektrolytraum 11 isst eine Zuführungsvorrichtung 17 für Sauerstoff, am Elektrolytraum 12 eine Zuführungsvorrichtung 18 für Wasserstoff angeordnet.
  • F i g. 7 zeigt schematisiert eine Vorrichtung, bei der die für die beiden Elektrodenerten bestimmten, im Elektrolyten aufgeschlämmten Katalysatoren außerhalb des Elementes mit Brennstoff bzw. Oxydationsmitteln beladen werden.
  • Die Brennstoffelektrodenräume 19 sind von den Sauerstoffelektrodenräumen 20 durch Diaphragmen 30 getrennt und werden von der jeweiligen Katalysatorsuspension, die in den Mischbehältern 21 bzw. 22 aufbereitet sind, durchströmt. Das Wasserstoffgas wird bei 23, die entladene Katalysatorsuspünsion bei 28 eingeleitet und nach Durchmischung über die Pumpe 25 durch das Rohrsystem 26 den Brennstoffelektroden zugeführt und anschließend in den Mischbehälter 21 zurückbefördert.
  • Die Speisung der Sauerstoffelektroden erfolgt in gleicher Weise über den Mischbehälter 22 mit Elektrolyt-Katalysator-Zulauf 29 und Oxydationsmitteleinlaß 24, der Pumpe 25 und Rohrsystem 27. Die Beladung der Katalysatorteilchen in den Behältern 21 und 22 erfolgt zweckmäßig durch Gegenstromführung von Gas und Flüssigkeit, wobei letztere nach Kaskadenart über Leitbleche abwärts strömt.
  • Die F i g. 8, 9 und 10 beschreiben Vorrichtungen, bei denen die Elektrodenräume durch konzentrisch ineinandergesetzte Rohre gebildet werden. In diesen Vorrichtungen bildet das innere Rohr gleichzeitig das Diaphragma. Um den inneren Widerstand des Elementes. möglichst klein zu halten, empfiehlt es sich ganz allgemein, beide Elektroden in nahem Abstand von dem Diaphragma anzuordnen.
  • Nach F i g. 8 denen im Zellenbehälter 31 als Elektroden die nahe dem Diaphragma angeordneten Rohrelektroden 34 und 36. Den zur Erzeugung einer rotierenden Strömung tangemtial eingesetzten Zuführungen 37 und 39 für Brennsitoff und Oxydationsmittel entsprechen am unteren Behälterrand die Austrittsöffnungen 38 und 40. Bei langsamerer Strömungsgeschwindigkeit der Elektrolyte, wie insbesondere auch dann, wenn gasförmige Betriebsmittel durch nicht gezeigte, in den Öffnungen 38 und 40 eingesetzte Zuleitungen im Gegenstrom zur Katalysatorsuspension eingeleitet werden, empfiehlt es sich, die Elektroden mit zusätzlichen Prallflächen auszustatten, wie es in F i g. 8 durch Prallbleche 32 bzw. 33 angedeutet ist.
  • F i g. 9 zeigt eine ähnliche Vorrichtung im Schnitt; hier dienen schraubenförmig ausgebildete Leitbleche 43 und 44 als inerte Elektroden. Der Strom wird über die durch Ringe 50 isolierten Rohre 47 und 49 abgenommen. Der Zellenbehälter ist mit 42 gekennzeichnet, 46 und 48 sind die Zuleitungsrohre für den Brennstoff bzw. das Oxydationsmittel.
  • In F i g. 10 ist ein Brennstoffelement wiedergegeben, bei dem chs äußere Rohr 51, das bei langsamerer Elektrolytbewegung und/oder beim Einblasen gasförmiger Betriebsmittel zur Vergrößerung seiner Oberfläche zahlreiche Kurzrippen 58 besitzt, glcich zeitig die Elektrode bildet; die Schrägstriche 52 sollen andeuten, daß auch die Gegenelektrode geeignet ausgebildete Prallflächen für die beladenen Katalysatorteilchen besitzt. Die Einströmöfffnung 54 ist so angeordnet, daß der Elektrolyt in eine rotationsförmige Bewegung gerät, bevor er das Element bei 55 wieder verläßt. Das Diaphragma 53 trennt diese Katalysatorsuspension vom Raum der Gegenelektrode, der ebenfalls Öffnungen 56 und 57 für die Zufuhr von Betriebsstoff besitzt.

Claims (1)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Betrieb von mit einem Diaphragma zwischen den Elektrodenräumen versehenen Brennstoffelementen, bei denen die Elektroden im wesentlichen der Stromableitung dienen, dadurch gekennzeichnet, daß derBrennstoff und das oxydierende Gas am in Form feiner Teilchen im E1elctrolyten aufgeschlämmte Katalysatoren herangeführt und von diesen aktiviert werden, und daß durch eine relative Bewegung des Elektrolyten zur Elektrode die mit dem Brennstoff oder Oxydationsmittel beladenen Katalysatarteilchen zur Übertragung von elektrischen Ladungen in Berührung mit den Elektroden gebracht werden-2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt nebst den mit Brennstoff oder Oxydationsmitteln beladenen Katalysatorteilchen gegen die inerten Elektroden geschleudert wird. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt durch Einblasen von Brenngas oder oxydierendem Gas bewegt und dadurch in Strömung in Richtung auf die Elektroden versetzt wird. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt mit dem aufgeschlämmten Katalysator durch Umpumpen in Richtung auf die Elektroden bewegt wird. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt mit dem aufgeschlämmten Katalysator außerhalb des Elementes mit Brennstoff oder Oxydationsmitteln: beladen wird. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysatoren für die Brennstoffaktivierung in an sich bekannter Weise Platinmetalle oder ihre Legierungen oder Nickel, insbesondere Raney-Nickel, oder Nickellegierungen verwendet werden. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysatoren für die Sauerstoffaktivierung in an sich bekannter Weise Silber oder Silberlegierungen oder aktive Kohle verwendet werden. B. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatoren auf geeignete Trägerpartikeln, z. B. aus Aluminiumoxyd, Kieselsäure oder Kohle, aufgebracht werden. 9. Brennstoffelement nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyträume ringförmig ausgebildet sind und dadurch einen geschlossenen Umlauf des Elektrolyten gestatten. 10. Brennstoffelement nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise aus mehreren Platten bestehenden Elektroden in einem Winkel zu der Strömungsrichtung des Elektrolyten angeordnet sind. 11. Brennstoffelement nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aus mehreren Teilelektroden bestehendem Elektroden gestaffelt angeordnet sind und nahezu dem gesamten Querschnitt des Elektrodenraumes ausfüllen. 12. Brennstofklement nach dem: Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenmzeldhnet, daß die Elektrodenräume durch konzentrisch ineinander gestellte Rohre gebildet werden, wobei das innere Rohr das Diaphragmabldet und das äußere Rohr zugleich eine der Elektroden: darstellt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1059 990, 1065 489, 1069 585.
DEM49992A 1961-08-11 1961-08-11 Verfahren zum Betrieb von Brennstoffelementen und ein dafuer geeignetes Brennstoffelement Pending DE1162433B (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEM49992A DE1162433B (de) 1961-08-11 1961-08-11 Verfahren zum Betrieb von Brennstoffelementen und ein dafuer geeignetes Brennstoffelement
CH936662A CH408138A (de) 1961-08-11 1962-08-06 Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie mittels eines Brennstoffelementes und Brennstoffelement
FR906680A FR1334627A (fr) 1961-08-11 1962-08-10 Procédé pour la production d'énergie dans une pile à combustible et pile à combustible pour l'application dudit procédé
GB30979/62A GB1018825A (en) 1961-08-11 1962-08-13 Fuel cells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEM49992A DE1162433B (de) 1961-08-11 1961-08-11 Verfahren zum Betrieb von Brennstoffelementen und ein dafuer geeignetes Brennstoffelement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1162433B true DE1162433B (de) 1964-02-06

Family

ID=7306705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEM49992A Pending DE1162433B (de) 1961-08-11 1961-08-11 Verfahren zum Betrieb von Brennstoffelementen und ein dafuer geeignetes Brennstoffelement

Country Status (3)

Country Link
CH (1) CH408138A (de)
DE (1) DE1162433B (de)
GB (1) GB1018825A (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1301845B (de) * 1964-04-20 1969-08-28 Bschorr Brennstoffelement mit im Elektrolyten enthaltenen ferromagnetischen Katalysatoren
DE3221306A1 (de) * 1982-06-05 1983-12-08 Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich Verfahren zur reduktion oder oxidation von reduzierbaren oder oxidierbaren stoffen in waessriger loesung

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH468727A (de) * 1967-02-07 1969-02-15 Battelle Memorial Inst Interna Elektrischer Akkumulator
GB1596791A (en) * 1977-02-15 1981-08-26 Unilever Ltd Deodorant detergent composition
US20060088744A1 (en) 2004-09-15 2006-04-27 Markoski Larry J Electrochemical cells
US7901817B2 (en) 2006-02-14 2011-03-08 Ini Power Systems, Inc. System for flexible in situ control of water in fuel cells
US8158300B2 (en) 2006-09-19 2012-04-17 Ini Power Systems, Inc. Permselective composite membrane for electrochemical cells
US8551667B2 (en) 2007-04-17 2013-10-08 Ini Power Systems, Inc. Hydrogel barrier for fuel cells
US8163429B2 (en) 2009-02-05 2012-04-24 Ini Power Systems, Inc. High efficiency fuel cell system
US8783304B2 (en) 2010-12-03 2014-07-22 Ini Power Systems, Inc. Liquid containers and apparatus for use with power producing devices
US9065095B2 (en) 2011-01-05 2015-06-23 Ini Power Systems, Inc. Method and apparatus for enhancing power density of direct liquid fuel cells

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1301845B (de) * 1964-04-20 1969-08-28 Bschorr Brennstoffelement mit im Elektrolyten enthaltenen ferromagnetischen Katalysatoren
DE3221306A1 (de) * 1982-06-05 1983-12-08 Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich Verfahren zur reduktion oder oxidation von reduzierbaren oder oxidierbaren stoffen in waessriger loesung
EP0096759A2 (de) * 1982-06-05 1983-12-28 Forschungszentrum Jülich Gmbh Verfahren zur Reduktion oder Oxidation von reduzierbaren oder oxidierbaren Stoffen in wässriger Lösung
EP0096759A3 (en) * 1982-06-05 1986-10-29 Kernforschungsanlage Julich Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Method of reducing or oxidizing components in an aqueous solution

Also Published As

Publication number Publication date
CH408138A (de) 1966-02-28
GB1018825A (en) 1966-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2655070C2 (de) Sauerstoffkonzentrator
DE2445579C2 (de) Elektrolytische Zelle
DE60002036T2 (de) Verfahren zur durchführung elektrochemischer reaktionen mit einem elektrokatalysator
DE1162433B (de) Verfahren zum Betrieb von Brennstoffelementen und ein dafuer geeignetes Brennstoffelement
DE1209112B (de) Katalysatorelektrode fuer elektrochemische Zellen
DE1956732A1 (de) Gasdiffusionselektrode
DE1496119A1 (de) Brennstoffzelle
DE2827971A1 (de) Poroese elektrode
WO2002084773A2 (de) Brennstoffzelle
DE1771420A1 (de) Aufladbares Brennstoffelement
DE2210673A1 (de) Verbesserte Brennstoffzelle mit Elektrolytzirkulation und Elektrolytmatrize
DE1471800A1 (de) Brennstoffelement mit katalysierter Brennstoffelektrode,Sauerstoffelektrode und Elektrolyt
DE1496363A1 (de) Brennstoffzelle
DE3045589C2 (de) Flüssigkeitsbrennstoffzelle
DE2262166C2 (de) Verfahren zum Betreiben einer elektrochemischen Zelle
DE2632152C3 (de) Galvanische Zelle
DE1225256B (de) Bipolare Elektrode fuer eine Brennstoffbatterie
WO2007112912A1 (de) Sicherheitsschaltung für batteriezellen einer batterie
DE1150420B (de) Brennstoffelement zur direkten Umwandlung der chemischen Energie von im Elektrolyten geloesten fluessigen Brennstoffen in elektrische Energie
DE10359509B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer Gase
DE2005034C3 (de) Brennstoffzelle
DE1471789A1 (de) Brennstoffzelle
AT209877B (de) Poröse Mehrzweckelektrode für elektrochemische Prozesse
DE1546693A1 (de) Anoden fuer die elektrochemische Verbrennung von Methanol
DE1671725C3 (de) Verfahren zur reversiblen Energiespeicherung und Akkumulator zu seiner Durchführung