JPS5999681A - 水素・臭素セル - Google Patents

水素・臭素セル

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JPS5999681A
JPS5999681A JP58211684A JP21168483A JPS5999681A JP S5999681 A JPS5999681 A JP S5999681A JP 58211684 A JP58211684 A JP 58211684A JP 21168483 A JP21168483 A JP 21168483A JP S5999681 A JPS5999681 A JP S5999681A
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JP
Japan
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cell
hydrogen
bromine
electrode
cell frame
Prior art date
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JP58211684A
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English (en)
Inventor
カ−ル・ヘ−ネ
ゲルト・シユタルベツク
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
Original Assignee
Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/96—Carbon-based electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/186—Regeneration by electrochemical means by electrolytic decomposition of the electrolytic solution or the formed water product
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電極を囲む黒鉛からなるセル枠を有する水素・
臭素セルに関する。
従来技術 入円や風のような再生性の工坏ルギー源を幅広く使用ノ
ーるため（こは、著しく変動するエネルギー洪銘を需要
ｉ’Ｙ、ｉ１％合させるために多くの利用分野（（＋３
℃・て蓄ｌ′Ｉ′Ｉ装置が必要である。また、負荷平衡
のために／、）散した設（茹にお（・てエネルギー蓄積
し得る可能性も探し求められている。これらの条件のた
めには鉛蓄電池を使用することか又きるが、この鉛蓄′
電池は比較的高価で重く、かつ特にエネルギー密度が小
さいという欠点を有する。
上記の目的に対して使用することがてきる新しい型の蓄
積装置は水素・臭素セルである（Ｊ、Ｅｌ−、Ｉ’ｅｃ
ｔｒｏｃｈｅｍ、　３ｏｃ、第１２７巻（１９８０年）
５４９〜５５５ページ参照）。このセルにおいては亀気
工ネルギーの蓄積のために臭化水素酸（ＨＢｒ）の電気
分解が用いられる。
放電 ＨＢｒ電気分解の際には水素（Ｈ２）と臭素（Ｂｒ２）
が生じ、それらは別々に蓄えられ、需要のある場合には
、すなわち電気エネルギーを得るためには再び臭化水素
酸へ、しかも燃料電池反応でもって変換される（例えば
ｌＥ：ｎｅｒｇｙ第４巻（１９８０年）６１〜６６ペー
ジ参照）。水素／臭素系をそれに対応する水素／酸素系
と比較した場合の利点は、臭素電極の高い再生性にある
。
エネルギー変換器の出力当たりの重量および寸法ケでき
るだけ低くするためには、前述の両反応、すなわち電気
分解と燃料電池反応は一つの同じセルの中で進行しなけ
ればならない。そのよ５々水素・臭素セルは一方では適
当な価格でなければならず、他方では反応物に対して耐
食性のある材料から構成しなければならない。
腐食性の媒質としてＨ２・Ｂｒ２セルｌ／１１．・テハ
特に臭素および臭化水素酸があげられる。セル構造の材
料、すなわちセル枠に対する材料としてはそし故特にポ
リテトラフルオルエチレンのような合成樹脂が考えられ
るじＨｙｄｒｏｇｅｎ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓｙｓ−ｔｅｍ
ｌｌｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　２ｎｄ　
Ｗｏｒｌｄ　Ｈｙｄｒ−ｏｇｅｎ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏ
ｎｆｅｒｅｎｃｅ、　ｐｅｒｇａｍｏｎ　ｐｒｅｓｓ。
１９７８年、７０９〜７３０ページ参照）。これらの材
料はもちろん非導電性であり、すなわちそれは絶縁性を
有するから、電極における電流取り出しもしくは電流供
給は困難を伴なう。
導電材料のうち、腐食性化学薬品である臭素および臭化
水素酸に対してはパラジウムおよび白金のような貴金属
ならびにニオブおよびタンタルだけが安定なだけである
。これらの材料はしかし高価でありその上非常に重く、
その結果セルの出力当たシの重量に不利に影響する。
Ｈ２・Ｂｒ２セルに対する材料としてはすでに黒鉛が存
在する。この材料は価格も適当であり、導電性でもある
。しかしＨ２・Ｂｒ２セルにおけるセル枠材料として黒
鉛を使用すると、短かい作動時間の後に早くも（材料の
多孔性に基づいて）黒鉛を通じて臭素の拡散が起こり、
すなわちセル枠を通じて臭素が抜けることが分かった。
発明の目的 本発明の目的は、黒鉛からなるセル枠を有するＨ２・Ｂ
ｒ２セルを、セル枠を通ずる臭素の拡散が阻止されるよ
うに改善することにある。
発明の構成 この目的は本発明によれば、臭素電析上のセル枠の少な
くとも電極に対向する表面がパイロ黒鉛からなる層を備
えることによって達成される。
本発明によるＨ２・ＢｒＺセルは絶対的にＢｒ２にまた
ＨＢｒにも密であり、すなわちセル枠を通じてこれらの
物質が拡散するの全完全に阻止する。
本発明によるＨ２・Ｂｒ２セルは有利なことにはＨ２側
においてＢＦ２側におけるものに相当するセル枠、すな
わち少なくとも水素電極に向いた表面にパイロ黒鉛から
なる層を備えるセル枠を有してもよ℃・。
そのようなセル枠はすなわち絶対的にＨ２に対して密で
あり、従って水素の逸出を胆上する。その上このように
してＢｒ２もしくはＨＢｒの逸出を、しかもこれらの物
質がＢｒ２電極をＨ２電極から分離する膜を通じて通り
抜けなければならぬ場合においても阻止する。異なるセ
ル枠の使用を許せるならば、本発明によるセルにお（・
てＨ２側に、例えば枠材料として、樹脂含浸カーボンを
使用してもよい。
黒鉛セル枠上に存在するパイロ黒鉛からなる層はほぼ２
０ないし３０μｍの層厚を有することが望ましし・。「
パイロ黒鉛」とは熱分解黒鉛とも呼ば、れるが、ここで
はメタン、エタン、プロパンおよびアセトンのようなガ
ヌ状あるいは蒸気状の炭化水素を１８００Ｕ以上の流度
で熱分解することによって得られる材料を意味する。低
い温度（＜　１７００　ｃ）で形成され、主として微結
晶で等方性であるいわゆるパイロカーボンと異なり、パ
イロ黒鉛は強い異方性で黒鉛と同様な層構造を特徴とす
る特実施例 次に本発明の実施例を図面について説明する。
図示された１１２・Ｂｒ２セル１０はＢｒ２ｉＩｌｌＩ
にセル枠１１、Ｉ２側にセル枠１２を有する。両セル枠
は黒鉛からなり、その場合枠のそれぞれ対応する電極に
対向した表面にパイロ黒鉛層を備えて（・る。黒鉛は人
造黒鉛の形で使用するのが望ましい。セル枠１１は臭素
電極１３ケ、セル枠１２は水素電極１４を囲む。両セル
枠はそのために対応した凹所を有する。セル枠１１中の
凹所の表面およびセル枠１２中の凹所の表面はパイロ黒
鉛によって被覆されている。
臭素電極］３は、同時に接続に役立つ黒鉛フェルトから
なるのが望ましい。水素電極１４は白金で被覆された炭
素からなるのが望まし−・。黒鉛フェルト１５は水素電
極１４とセル枠１２との間の電稜的接続に役立つ。電極
１３およびＩ４は膜１６によって互いに分離されている
。＆１６としては陽イオン交換膜、特に過フルオロポリ
テトラフルオルエチレンを基材とした陽イオン交換膜が
役立つ。
反応物もしくは反応生成物の供給および排出のために、
Ｂｒ２側では導管１７およびＩ８．　Ｉ２側では導管１
９および２０が用いられ、それらはセル枠１１もしくは
１２を孔の形て貫通する。対応する孔を二つの金属板２
１および２２も有し、それらによって（絶縁ねじを用い
て）両枠ＩＩおよびＩ２が押し合わされる。
例えば不銹銅からなりあたかもセル民の両糧として働く
板２１および２２は、他の方法で電流の供給あるいは取
出しが行われるならばなくてもよい。電Ｍ及、すなわち
ＨＢｒ−Ｂｒ２混合物は膜ポンプを用いて七ノへすなわ
ちＨＢｒ−ＢＹ２部分を通じて循環される。
パイロ黒鉛によるセル枠の被覆は、例えばその表面が高
い温度に加熱されたセル枠にガス状の炭化水素を供給す
る方法で行われる。その場合、炭化水素は熱的に分解し
、基台、すなわちセル枠の上にパイロ黒鉛が高い密度と
層構造をもつ異方性の層として析出する。析出は次の反
応条件で行われるのが望ましい。すなわち温度１９００
Ｃ，炭化水素として５　ｍ　ｂａｒの圧力をもつメタン
、析出速度は一般に０５ないし０８μｍ／分である。
本発明によるセルの研究室における実施では例えば次の
寸法を有する。すなわち、円形金属板は８、５　ｃｍの
直径と８ｍｍの厚さを持ち、セル枠はそれぞれ５．７　
ｃｍの直径と約５．２　ｃｍの厚さを持つ。Ｉ２電極は
ほぼ２５ないし５　ｍ９．Ｐ　ｔ／ｃｒｉを含み、Ｉ　
２．５　ｃｒｔｔ２の活性表面を有する。
そのようなセルは簡単なやり方で個々のセルがそれぞれ
電気的に直列に接続されたバッテリの構成に用いること
ができる。そのために両側に凹所を備えたセル枠が用い
られる。この場合例えばセル枠１２の二つの凹所中に臭
素電極が配置され、その上に（板２２を省略して）別の
膜が配置され、その上にそれから水素電極がさらに続く
。Ｂｒ２側では対応して逆にされる。供給および排出導
管はこの場合もちろん他の径路を取らなければならない
。
電気分解、すなわちエネルギー蓄積の場合は、例えば６
モルＨＢｒから出発し、それは１モルＨＢｒまで圓下す
る。１　ｋＷｈの蓄電のためには１３４Ｑの６モルＨＢ
ｒが必要である（電圧・５６０ｍＶ）。燃料電池反応の
際には１モルのＨＢｒが再び６モルＨＢｒまで濃くなる
。その場合５００　ｆｆ／ｋＷｈのＩ２が必要となる。
しかし本発明に基づくセルは例えば電気分解のために３
６５モルＨＢｒおよび０．１モルＢｒ２の初期濃度をも
つ電解質を、燃料電池反応のために１．６５モルＨＢｒ
および１３モルＢｒ２の初期濃度をもつ電解質を使用す
る（温度・５０ｃ）方法で駆動することもできる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の一実施例の断面図である。 １Ｏ−Ｉ２・Ｂｒ２セル、１ｌ−Ｂｒ２側セル枠、１２
−・・Ｉ２側セル枠、１３・　Ｂｒ２電極、１４・・・
Ｉ２電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）電極を囲む黒鉛からなるセル枠を有し、臭素電極上
    のセル枠の少なくとも電４夕に対向する表面がパイロ黒
    鉛からなる層を備えることを特徴とする水素・臭素セル
    。 ２）セル枠の水素電極上での電極に対向する表面がパイ
    ロ黒鉛からなる層を備えることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項記載の水素・臭素セル。 ３）パイロ黒鉛層がほぼ２０ないし３０μ＋１１の層厚
    を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項または
    第２項記載の水素・臭素セル。 ４）臭素電極が炭素、特に黒鉛からなることケ特徴とす
    る特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載
    の水素・臭素セル。 ５）水素″電極が白金で被覆された炭素からなることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
    かに記載の水素　臭素セル。
JP58211684A 1982-11-11 1983-11-10 水素・臭素セル Pending JPS5999681A (ja)

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DE32418019 1982-11-11
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