DE1771369C - Verfahren zur Abscheidung von Karbo nationen aus alkalischen Elektrolyten von Brennstoffelementen - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur ist dabei, daß überraschend die Anwesenheit von Al

Abscheidung von Karbonationen aus alkalischen kohol die Löslichkeit kaum beeinflußt und daher die

Elektrolyten von Brennstoffelementen. as Karbonatfällung nvt einer Elektiolytflüssigkeu

Bei Brennstoffelementen, die mit Luftsauerstoff durchgeführt werden kann, die noch einen erhebli

betrieben werden, bilden sich aus dem Kohlendioxid chen Gehalt an Alkohol aufweist Wird beispielsweise

der Luft und dem alkalischen Elektrolyten Karbo- das aus einer Methanol-Luft-Brennstoffbatterie stam

nate, die schwerlös"ch sind und durch Abscheidung mende, mit Kaliumkarbonat und Rcaküonswasser

den Betrieb der Brennstoffbatterie stören. 30 verunreinigte Elektrolyt-Brennstoff Gemisch über

Große Mengen an Karbonaten entstehen außerdem eine Schüttung von festem Kaliumhydroxid geleitel,

bei Brennstoffelementen, die mit org-nischen Brenn- so scheidet sich das in dem Elektrolyten enthaltene

stoffen, insbesondere Methanol oder Äthanol, betrie- Kaliumkarbonat nahezu vollständig aus.

ben werden. · Zusätzlich werden pro Mol abgeschiedenen Karbo-

Aus der älteren Anmeldung P 15 96 291 der glei- 35 nats noch 2MoI Kristallwasser aufgenommen, wo-

chen Anmelderin ist ein Verfahren zur Entfernung durch der Elektrolytverdünnung entgegengewirkt

des Reaktionswassers und zur Konstanthaltung der wird.

Elektrolytkonzentration von Brennstoffelementen be- Am Boden der Schüttung tritt eine praktisch kar-

kanntgeworden, bei dem nach Bildung einer vorgege- bonatfreie, gesättigte Kalilauge £»us, die noch Brenn-

benen Reaktionswassermenge automatisch nebenein- 40 stoff, insbesondere Methanol oder Äthanol enthält,

ander verdünnter Elektrolyt aus dem System abgelas- Sie wird in einem Mischtank mit weiterem Alkohol

sen und der Restelektrolyt aufkonzentriert wird. Die und/oder mit Wasser zur Einstellung einer gewünsch-

Dichte der Elektrolytflüssigkeit wird dabei in einem ten Elektrolytonzentration gemischt und in den

Meß- und Mischgefäß mit einem Schwimmkörper ge- Elektrolytkreislauf zugeführt.

regelt, an dem ein Magnet angebracht ist. Durch Her- 45 In einer Vorrichtung zur Durchführung des erfin-

absenken und Aufsteigen des Schwimmkörpers wer- dungsgemäßen Verfahrens ist der Elektrolytkreislauf

den Magnetschalter außerhalb des Elektrolytgefäßes nut einem Vorratsgefäß für festes Alkalihydroxid

betätigt, welche Magnetventile auf- und zumachen, verbunden, das wahlweise durch eine Regelautomatik

wodurch bei Erreichen einer vorgegebenen kleinsten oder von Hand eingeschaltet werden kann, wenn der

Dichte verdünnter Elektrolyt abgelassen und konzen- 50 Gehalt an Alkalikarbonat m der aus der Brennstoff-

trierter Elektrolyt so lange zugeführt wird, bis die batterie austretenden Elektrolytflüssigkeit einen vor-

Dichte der Elektrolytflüssigkeit den vorgegebenen gegebenen Wert überschreitet Aus dem Vorratsgefäß

Werterreicht. tritt eine praktisch karbonatfreie gesättigte Lösung

Dieses Verfahren ist dann nicht empfehlenswert, des Alkalihydroxids aus. Die gesättigte Lösung kann

wenn die alkalische Elektrolytflüssigkeit einen was- '55 unmittelbar dem Elektrolytraufa der Brennstoffzelle

serstoffhaltigcn Brennstoff wie z.B. einen niederen zugeführt werden.

Alkohol enthält, da dieser Brennstoff während des In einer bevorzugten Ausführungsform der erfin-

Betriebes des Elementes stets eine Mindestkonzentra- dungsgemäßen Vorrichtung ist der Ausgang des Vor-

tion aufweisen muß, so daß beim Elektrolytaustausch ratsgefäßes mit einem Mischgefäß für die Zumi-

jedes Mal eine bestimmte Brennstoffmenge unausge- 60 schung von Brennstoffen und Wasser verbunden,

nutzt verlorengeht. Da die Füllung des mit festem Al- Neben dem Alkalihydroxid kann die Schüttung in

kalihydroxid versehenen Behälters durch Abzwei- dem Vorratsgefäß noch Raschig-Ringe oder andere

gung eines Teilstroms des Elektrolyten erfolgt und Füllkörper enthalten, die die Schüttung auflockern

schon vor dem Austausch des verdünnten Elektroly- und zu einem besseren Durchsatz der Elektrolytflüs-

ten beendet sein kann, ist es möglich, daß vor dem 65 sigkeit führen.

Wechsel stark karbonathaltiger Elektrolyt das Brenn- Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung für die

stoffelemcnt durchläuft und die Poren der Elektroden Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in

verstnnft. einer Methanol-Sauerstoff-Brennstoffbatterie. Die

aus festem Alkalihydroxid bestehende Schüttung, bei- Elektrolytflüssigkeit über die AJ^S^rfS?

spielsweise festes KOH, befindet sich im Behälter 1 rung im Behälter 1 geleitet Anschießend ertoigt

oberhalb des Siebbodens 2. Bei der Inbetriebnahme Mischer 7 gegebenenfalls der Ζ"«

der Brennstoffbatterie wird zunächst aus dem Vor- chen Menge an Methanol aus dem

ratsbehälter 3 über das Ventil 4 Wasser über die Al- S Wasser aus dem Behälter^. ^

kalihydroxidschüttung gefördert, bis sich in dem gleichzeitig ein entsprechender Tefl £r τ

Raum5 unterhalb des Siebbodens 2 eine ausrei- lyt-Brennstoff-Mischung aus dem Miscner /

chende Menge gesättigter Lauge angesammelt hat, führt. w„«„ auf das bei

die über das Ventil 6 dem Mischer 7 zugeführt wird. Im Behälter 1 befindet sich, bezogen^aut das Dei

Im Mischer 7 werden aus dem Behälter 3 bzw. 8 über i» der vollständigen Umsetzung des Methanol_im_vor-

die Ventile 9 bzw. 10 Wasser bzw. Methanol zugege- ratsbehälter 8 entstehende KoUnduod. ein UDer-

ben, so daß eine Brennstoff-Hektrolyt-Mischung ent- schuß von festem Alkalihydrond, sodaB die κλγοο-

steht, die auf 8MoI Alkalihydroxid 4 Mol Methanol natabscheidung bis zum vollständigen umsaiz aes

und 37,2 MoI Wasser enthält Methanols gewährleistet wird. ^

Aue dem Mischer7 gelangt die Mischung über das 15 Bei der Verwendung von "f*"""™¹ ^mx oie Ventil 11 in den Speicher 12 und von hier !us in den Sauerstoffelektroden der Breimstoffbatenemuß der Elektrolytraum der Brennstoffbatterie 13. In der Bat- Vorrat an festem Alkalihydroxid so .^messen senj

terie 13 wird das Methanol elektrochemisch unter daß auch das durch den Kohl· ^<gf ^αζ

Bildung von Alkalikarbonat umgesetzt. Die aus der gebildete Alkalicarbonat a Brennstoffbatterie austretende Elektroiytflüssigkeit ao kann. .

wird über das Ventil 14 dem Speicher 12 zugeführt, Für die Brennstoffbatterie 13 ^f

wo sie sich mit der vorhandenen Flüssigkeit mischt folgt die Sauerstoffversorgung «™ «™™*

Wenn die Mischung im Speicher 12 auf 4 Mol Alkali- 30'Voigen wäßrigen Lösung von ^™™¹^

hydroxid weniger als 2 Mol Methanol bzw. mehr als aus dem Vorratsbehälter 17 im

43,3MoI Wasser bzw. mehr als 2MoI Alkalikarbo- a₅ Sauerstoffgas wird den S^^

nat enthält, wird durch einen geeigneten Regelkreis terie 13 über die Leitung 19 ^

das Ventil 14 geschlossen, die Ventile 15 und 16 ge- kann aus dem Zersetzer 18 in den

öffnet und ein Teil der im Speicher 12 enthaltenen gefördert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Es ergab sich daher die Aufgabe, die Karbonate

   Patentanspruch: aus der Elektrolytflusäglceit der Brennstoffbatterie zu

   entfernen. .

   Verfahren zur Abscheidung von Alkalikarbo- Diese Aufgabe wird dadurch gelost, daß das an Alnaten aus brennstoffhaltigen alkalischen Elektro- 5 kalihydroxid verarmte, karbonatnatuge Brenrjstorflyten von Brennstoffelementen, dadurch ge- Elektrolytgemisch dann, wenn eme bestimmte Karbokennzeichnet, daß das an Alkalihydroxid nat-Ionen-Konzentration überschntten wird, über verarmte, karbonathaltige Brennstoff-Elektrolyt- eine Schüttung von festem Alkalihydroxid geriet, an gemisch dann, wenn eine bestimmte Karbonat- Alkalihydroxid angereichert, dem entkarbomsierten Ionen-Konzentration überschritten wird, über io Gemisch Brennstoff und/oder Wasser zugesetzt und eine Schüttung von festem Alkalihydroxid gelei- es dem Brennstoffelement wieder zugeführt wird,
   tet, an Alkalihydroxid angereichert, dem eatkar- Die mit Karbonat angereicherte Elektrolytflussigbonisierten Gemisch Brennstoff und/oder Wasser keit, die außerdem noch durch das beim Betrieb der zugesetzt und es dem Brennstoffelement wieder Brennstoffbatterie entstehende Reaktionswasser verzugeführt wird. 15 dünnt ist, wird dem Elektrolytraum bzw. dem Elektrolytkreislauf der Brennstoffbatterie entnommen und über die Schüttung von festem Alkalihydroxid geleitet.

   ■ Die Abscheidung des Karbonats beruht dabei aiii

   ao der Schwerlöslichkeit der Alkali-Karbonate in gesät tigter Lauge.

   Vorteilhaft für die Durchführung des Verfahren