DE1596205C - Amalgam Sauerstoff Brennstoffelement - Google Patents

Description

teilnehmen, wie die Natriumamalgam /Sauerstoff- io Metalls. Sie werden nach verschiedenen Methoden Brennstoffelemente. Die Erfindung bezieht sich ■ wie einer einfachen Auflösung des Metalls in den insbesondere auf die letztere Art von Brennstoff- angegebenen Mengen in Quecksilber oder indem man elementen. . ein Salz des zu amalgamierenden Metalls, beispiels-

Amalgam/Sauerstoff-Elemente sind von größter weise Bariumchlorid, mit einem anderen Amalgam, Bedeutung für die Zersetzung des bei der Metall- 15 beispielsweise Natriumamalgam, bei etwa 32 bis Chloridelektrolyse in wäßriger Lösung unter Verwen- 38° C in Kontakt bringt, hergestellt. Als Amalgame dung einer Quecksilberkathode anfallenden Amalgams können auch diejenigen verwendet werden, die bei unter Rückgewinnung von Energie, die wieder in der der Elektrolyse wäßriger Metallchloridlösungen unter Elektrolyse eingesetzt werden kann. Aufbau und Verwendung von Quecksilber als Kathode erhalten Betrieb solcher Amalgam/Sauerstoff-Elemente sind 20 werden. Während des Betriebs eines Brennstoffjedoch so aufwendig, daß die Vorteile der Energie- elementes gemäß der Erfindung, in dem ein Amalgam gewinnung weitgehend aufgehoben werden. Insbeson- als Brennstoff verwendet wird, unterliegt das Queckdere kann Amalgam, das eine Flüssigkeit hoher silber praktisch keiner elektrochemischen Verände-Dichte ist, nicht einfach in für die Verwendung von rung, d. h. es ist praktisch inert und wird als Queckgasförmigem Wasserstoff als Brennstoff konstruierten 35 silber oder verarmtes Amalgam zurückgewonnen.
Brennstoffelementen, beispielsweise dem aus der Das Oxydationsmittel, das mit der positiven

französischen Patentschrift 1236 824 bekannten, Elektrode des Brennstoffelementes der Erfindung in verwendet werden, und außerdem bedarf ein Kontakt gebracht wird, kann irgendein Mittel sein, Amalgam/Sauerstoff-Element der Wartung und das Elektronen aufzunehmen vermag. Dazu gehören gelegentlicher Reinigung, was mit einem Element, 30 die Halogene und Sauerstoff, entweder in der Form wie es aus der erwähnten französischen Patentschrift von reinem molekularem Sauerstoff oder eines 1236 824 bekannt ist, nicht möglich ist, da in diesem
Brennstoff- und Sauerstoffelektroden fest mit Deckel
und Boden der Elektrolytkammer verbunden sind.

Aufgabe der Erfindung ist ein Brennstoffelement, 35 in dem als Brennstoff ein Amalgam verwendet wird " und dessen Aufbau, Betrieb und Wartung so einfach sind, daß der Energiegewinn die Kosten beträchtlich übersteigt.

Gegenstand der Erfindung ist ein Brennstoffelement 40 dung, wie ein Alkali- oder Erdalkali-hydroxyd oder mit einem Gehäuse, welches einen wäßrigen Elektro- -halogenid zugesetzt wird.
Iy ten, Brennstoff elektroden mit Vorrichtungen zur
Zuführung eines flüssigen Amalgams und positive
Gasdiffusionselektroden mit Vorrichtungen zur
Zuführung eines Oxydationsmittels enthält und das 45
dadurch gekennzeichnet ist, daß das Gehäuse aus
drei Abschnitten besteht, daß der mittlere Abschnitt
an sich bekannte hohle positive Gasdiffusionselektroden trägt, daß die oberen und unteren

Abschnitte des Gehäuses lösbar am mittleren 50 Natriumamalgam an Stelle von Bariumamalgam Abschnitt befestigt sind und daß der obere Abschnitt erhaltene Kurve zeigt.

mit ihm elektrisch leitend verbundene Brennstoff- Das in Fig. 1 gezeigte Brennstoffelement weist

elektroden trägt, welche in den mittleren Abschnitt' ' ein Gehäuse aus drei Abschnitten auf. Der obere ragen. . ., Abschnitt A ist mit den negativen Elektroden 84

Vorzugsweise dient der untere Abschnitt des 55 verbunden und weist einen Elek.trolyteinlaß 89 auf. Gehäuses als Auffangraum für das flüssige Amalgam In dem mittleren Abschnitts sind positive Gas-, und besitzt einen Auslaß sowie einen oberhalb dieses diffusionselektroden 86 angeordnet, und der untere Auslasses angeordneten weiteren Auslaß für den Abschnitte weist ein Elektrolytauslaßrohr98 und Elektrolyten. einen Auslaß 97 für verbrauchtes Amalgam auf.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist leicht 60 Der obere AbschnittA und der untere Abschnitte zum Zwecke der Reinigung oder Wartung oder zum bestehen aus einem elektrisch nicht leitenden Material Transport auseinanderzunehmen, wobei die positiven oder sind mit einem Überzug aus einem solchen Gasdiffusionselektroden getrennt von den Brennstoff- Material versehen, während der mittlere Abschnitt B elektroden zugänglich gemacht werden, da die einen aus einem elektrisch leitenden Material, wie Stahl, am mittleren Abschnitt und die anderen am oberen 65 oder einem anderen Metall besteht. Oberer und

sauerstoffhaltigen Gases, wie Luft oder Gemischen von Sauerstoff mit Stickstoff oder anderen inerten Gasen in irgendeinem Molverhältnis.

Der Elektrolyt kann anfangs Wasser ohne Zusatz einer ionisierbaren Verbindung sein. Jedoch werden Betrieb des Elementes und. Leitfähigkeit verbessert, wenn als eine Komponente des Elektrolyten wenigstens eine wasserlösliche ionisierbare Verbin-

Fig. 1 der Zeichnungen zeigt einen Längsschnitt durch ein Brennstoffelement gemäß der Erfindung, während

Fig. 2 Auftragungen der Spannung gegen die Stromdichte bei Verwendung von Bariumamalgam und Sauerstoff als Reaktionsteilnehmer in einem Brennstoffelement gemäß der Erfindung und Figi 3 eine entsprechende, bei Verwendung von

Abschnitt des Elements, die lösbar miteinander verbunden sind, befestigt sind, und der Bodenteil des Elements, in dem sich das verarmte Amalgam

unterer Abschnitt sind, beispielsweise durch Schrauben 83 bzw. 93, an dem mittleren Abschnitt befestigt und gegen diesen, beispielsweise durch Isolierplatten

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91 bzw. 92, isoliert. Die Isolierplatten bestehen verbrauchtes Amalgam angesammelt hat, wird es

zweckmäßig aus Hartgummi, Polytetrafluorethylen, durch Auslaß 97 abgezogen. Elektrolyt wird mittels

Polyäthylen, Polytrifluorchloräthylen. Der Quer- eines im unteren Teil des Elementes über dem

schnitt des Elementes kann rechteckig oder kreis- Niveau des verbrauchten Amalgams im Bodenteil

förmig sein oder irgendeine andere zweckmäßige 5 angeordneten Auslaßrohres 98 abgezogen. Das Niveau

Form haben. des Elektrolyten in dem Element wird zweckmäßig

Der obere Abschnitt A besteht im wesentlichen aus durch die Höhe, bis zu der das Auslaßrohr 98

der Kuppel oder dem Deckel 81, an dem eine aufsteigt, reguliert. Während des Betriebs tauchen

horizontale Amalgamverteilerplatte 85 befestigt ist. die Elektroden vorzugsweise vollständig in den

Die Verteilerplatte 85 steht in Verbindung mit dem io Elektrolyten, der noch einen Teil des oberen

• Bariumamalgam-Einlaß 88 und trägt eine Anzahl Abschnittes ausfüllt, ein.

sich nach unten erstreckender negativer Elektroden Die Stromentnahme erfolgt über Stromsammel-

84. An der Verteilerplatte 85 ist auch der Anschluß schienen vom Anschluß 101 an der Amalgam-

101 für die Brennstoffelektroden angeordnet. Wenig- verteilerplatte 85 und Stromsammeischienen "vom

stens derjenige Teil der Brennstoff elektroden 84, der 15 Anschluß 99 der positiven Elektroden an dem

in den Elektrolyten 104 eintaucht, besteht aus einem mittleren metallischen Abschnitt 96. Der Strom kann

elektrisch leitenden Metall, wie Stahl, rostfreiem als Energiequelle für eine Elektrolyse verwendet

Stahl, Nickel usw. Der Deckel 81 weist auch einen werden.

Elektrolyteinlaß 89 und einen Auslaß 82, durch den Die Kurven der Fig. 2 veranschaulichen die

Wasserdampf und nicht-umgesetzte Gase aus dem 20 Beziehung von Spannung und Stromdichte bei einem

Element abgelassen werden können, auf. Brennstoffelement gemäß der Erfindung bei der

Die positiven Gasdiffusionselektroden 86 sind in Temperatur der Umgebung, 25° C, und Atmosphärendem mittleren Abschnitts angeordnet, und wenig- druck, wobei als Brennstoff Bariumamalgam mit stens derjenige Teil dieser Elektroden, 103, der den einem Gehalt von 0,28 Gewichtsprozent Barium in Brennstoffelektroden 84 zugewandt ist, besteht aus 25 Kontakt mit der Oberfläche von Stahlelektroden vereinem porösen elektrisch leitenden Material oder wendet und ein gasförmiges Oxydationsmittel durch weist einen Oberflächenüberzug aus einem solchen die poröse Oberfläche einer Silber-Gasdiffusionselek-Material auf. Das gasförmige Oxydationsmittel wird trode geleitet wird. Die Kurve A wurde bei Verwendurch den Einlaß 94 in die Innenkammer 102 dung von Sauerstoff als Oxydationsmittel und einer eingeleitet und diffundiert durch den den negativen 30 gesättigten wäßrigen Lösung von Bariumhydroxyd Elektroden 84 zugewandten Teil 103 der hohlen (etwa 0,22 m) als Elektrolyt, die Kurve B bei Verpositiven Gasdiffusionselektroden 86 zu dem wäßrigen wendung von Sauerstoff als Oxydationsmittel und Elektrolyten. Das elektrisch leitende Material, durch einer wäßrigen Lösung, die Bariumchlorid in einer das das gasförmige Oxydationsmittel diffundiert, ist Konzentration von 0,44 m und Natriumhydroxyd in eines der Elemente der Gruppen IB, HB, III bis VIII 35 einer Konzentration von 0,65 m enthielt, als Elektrodes Periodischen Systems oder eines der Seltenen lyt und die Kurve C bei Verwendung von Chlor als Erdmetalle oder eine Kombination von diesen. Der Oxydationsmittel und einer 1,62 m wäßrigen Barium-Leiter kann in der Form eines gesinterten Pulvers chloridlösung als Elektrolyt erhalten,
oder eines besonders präparierten porösen Metalls Die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung kann auch mit oder Kohlenstoffs vorliegen. Auch Gasdiffusions- 4° einem anderen flüssigen Brennstoff als Bariumelektroden, die das elektrisch leitende Metall, amalgam, wie den obengenannten, und insbesondere einschließlich von Salzen, Oxyden usw. davon, mit Alkaliamalgamen betrieben werden. Die Kurve homogen wenigstens innerhalb der Poren eines von Fig. 3 zeigt das Verhältnis von Spannung zu inerten Trägers, wie beispielsweise Polyäthylen, Stromdichte beim Betrieb eines Brennstoffelementes verteilt enthalten, können verwendet werden. Die 45 gemäß der Erfindung mit einer 50prozentigen wäßri-Elektrode kann auch aus Kohlenstoff oder Graphit gen Natriumhydroxydlösung als Elektrolyten, einer bestehen und kann Katalysatoren, wie einen Zusatz porösen Kohlenstoff-Gasdiffusionskathode und einer von Silber/Silbersalz, enthalten. Anode der gleichen Größe mit einer vertikalen

Beim Betrieb eines Brennstoffelementes gemäß der Stahloberfläche, wobei Natriumamalgam mit einem Erfindung, wie es in F i g. 1 gezeigt ist, wird beispiels- 50 Natriumgehalt von 0,23 Gewichtsprozent mit der verweise Bariumamalgam, wie es beispielsweise bei der tikalen Stahlfläche der Brennstoff elektrode in Kontakt Elektrolyse einer gesättigten wäßrigen Lösung von gebracht wurde, während gasförmiger Sauerstoff Bariumchlorid erhalten wird, und das beispielsweise durch die poröse positive Elektrode geleitet wurde, etwa 0,8 bis etwa 1,0 Gewichtsprozent Barium Der Sauerstoffdruck an der Kathodenoberfläche war enthält, durch den Einlaß 88 in das Element eingelei- 55 Atmosphärendruck. Das Element wurde unter kontitet und strömt dann durch die Löcher der Verteiler- nuierlichem Durchströmen von wäßrigem Elektroplatte 85 und von dort als kontinuierlicher Strom längs lyten und bei einer Temperatur von etwa 80° C beder Oberfläche der negativen Elektroden 84 nach trieben. Der Betrieb des Natriumamalgam/Sauerstoffunten, während das Oxydationsmittel, beispielsweise Brennstoffelementes ist bei erhöhten Temperaturen gasförmiger Sauerstoff, an die Gasdiffusionselektro- 60 optimal.

den 86 geleitet wird. Als Elektrolyt wird eine wäßrige Eine Anzahl von Brennstoffelementen gemäß

Lösung von Natriumhydroxyd und einem Bariumsalz, der Erfindung kann kombiniert werden, wobei

die etwa 0,65 m an Hxydroxylionen und 0,44 m an Mittel, beispielsweise Pumpen, Rührmittel oder

Bariumionen ist, durch Einlaß 89 in solcher Menge, Abzugsrohre, vorgesehen werden können, um

daß die Elektroden 84 und 86 vollständig darin 65 den wäßrigen Elektrolyten umlaufen zu lassen,"

eintauchen, in das Element geleitet. Das verbrauchte damit lokale Schwankungen der Elektrolytkonzen-

Amalgam fällt auf die geneigte Bodenfläche 87 des tration oder der Temperatur möglichst vermieden

Elementes. Wenn sich im Bodenteil des Elementes werden.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   ■ 1. Brennstoffelement mit einem Gehäuse, welches einen wäßrigen Elektrolyten, Brennstoffelektroden mit Vorrichtungen zur Zuführung eines flüssigen Amalgams und positive Gasdiffusionselektroden mit Vorrichtungen zur Zuführung eines Oxydationsmittels enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus drei Abschnitten (A, B, C) besteht, daß der mittlere Abschnitt (B) an sich bekannte hohle positive Gasdiffusionselektroden (86) trägt, daß die oberen und unteren Abschnitte (A> C) des Gehäuses lösbar am mittleren Abschnitt (B) befestigt sind und daß der obere Abschnitt (A) mit ihm elektrisch leitend verbundene Brennstoffelektroden (84) trägt, welche in den mittleren Abschnitt (B) ragen.
2. 2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Abschnitt (C) des Gehäuses als Auffangraum für das flüssige Amalgam dient und einen Auslaß (97) sowie einen oberhalb dieses Auslasses angeordneten weiteren Auslaß (98) für den Elektrolyten besitzt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen