AT206025B - Vorrichtung zur selbsttätigen Steuerung von unter Bildung von Wasserstoff ablaufenden Reaktionen in Brennstoffelementen - Google Patents

Description

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   Vorrichtung zur selbsttätigen Steuerung von unter Bildung von Wasserstoff ablaufenden Reaktionen in Brennstoffelementen 
Es wurden bereits Katalysator-Sieb-Elektroden - in der Folge kurz"KS-Elektroden"genannt-beschrieben, die aus zwei etwa parallelen oder als koaxiale Zylinder ausgebildeten elektrisch leitenden Sieben bestehen, zwischen denen katalytisch aktive Materialien gelagert sind. Sie finden Verwendung in Brennstoffelementen zur direkten Umsetzung chemischer Energie flüssiger Brennstoffe in elektrische Energie. Die Umsetzung an Katalysator-Elektroden erfolgt bekannterweise derart, dass aus einer katalysierten Dehydrierungs- bzw.

   Zersetzungsreaktion Wasserstoff frei wird, von dem dann ein Teil entsprechend der angelegten anodischen Belastung elektrochemisch   umgesetz1 ; d. h.   zu Wasser verbrannt wird, während der andere Teil zu molekularem Wasserstoff vereinigt wird und unter Bildung von Gasbläschen vom Katalysator zu entweichen sucht. Ein Betriebszustand, in welchem zu jedem Zeitpunkt der aus einer WasserstoffBildungsreaktion freiwerdende Wasserstoff sofort quantitativ elektrochemisch umgesetzt wird, ist nicht realisierbar, sondern lediglich durch Steuerung des Betriebes von Brennstoffelementen, wie BelastungsÅanderung, Temperaturänderung usw., angenähert erreichbar. 



   Es ist das Ziel der Erfindung, diese Wasserstoffbildungsgeschwindigkeit innerhalb gewisser Grenzenin Abhängigkeit von der angelegten anodischen Belastung zu beeinflussen und Wasserstoff in Bläschenform zu speichern und für alsbaldigen Verbrauch bereit zu halten. 



   Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Vorrichtung zur selbsttätigen Steuerung von unter Bildung von Wasserstoff ablaufenden Reaktionen in Brennstoffelementen zur direkten Umsetzung der chemischen Energie flüssiger Brennstoffe in elektrische Energie in Gestalt einer aus zwei etwa parallelen elektrisch leitenden Sieben mit zwischengelagertem elektrisch leitendem katalytisch wirksamem Material gebildeten Katalysator-Sieb-Elektrode, die dadurch gekennzeichnet   ist, dass die Siebe emen hydraulischen Durchmesser der   
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 trichterartige Fortsätze oder konische Verengungen der Sieböffnungen dem katalytisch wirksamen Material zugewendet sind, so dass dem Durchtritt von Gasbläschen, die aus dem am Katalysator gebildeten Wasserstoff entstehen, ein hoher Strömungswiderstand entgegengesetzt wird,

   während das flüssige Elektro-   lyt-Brennstoff-Reaktionsprodukt-Gemisch   unter geringerem Strömungswiderstand passieren kann. 



   Der Vorgang der selbsttätigen Steuerung der   Wasserstoifbildungsgescllwmdigkeit   (gemessen in Mol   H   pro Zeiteinheit und Einheit der geometrischen Elektrodenoberfläche) kann verstanden werden, wenn man sich das Prinzip des   Kipp'sehen Appar3 ; tes,   auf kleine Volumen-Bereiche der Katalysator-Sieb-Elektrode angewandt, vorstellt. Wasserstoff, der am Katalysator zwischen den Sieben aus einer Dehydrierungsreaktion oder einer Zersetzungsreaktion entwickelt und nicht sofort elektrochemisch genutzt   wird, bildet Bias-   chen, die ihrerseits ein entsprechendes Volumen des flüssigen Elektrolyt-Brennstoff-Gemisches vom Kontakt weg und ohne wesentliche Behinderung aus der Elektrode herausdrängen. Hiedurch wird die Wasserstoff-Bildungsgeschwindigkeit verlangsamt.

   Das Entweichen des gasförmigen Wasserstoffs wird im Gegensatz zur Flüssigkeit weitestgehend durch die kleinen Sieböffnungen, deren hydraulischer Durchmesser im Bereich von 1 bis 200   IL   liegen, oder insbesondere die Anordnung der mit trichterartigen Fortsätzen oder konischen Verengungen der Sieböffnungen versehenen Mikrosiebe verhindert.

   Der hydraulische Durchmes- 

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 ser steht zum hydraulischen Radius   r'im   Verhältnis d'= 2   r'.   Auf dem Wege über die nicht von Gasblasen abgedeckten Sieböffnungen wird nun bei angelegter anodischer Belastung der angesammelte Wasserstoff elektrochemisch in Lösung geschickt, dadurch verringert sich das Gaspolster wieder und es erreicht mehr flüssiges Elektrolyt-Brennstoff-Gemisch den Katalysator, wodurch die Wasserstoff-Bildungsgeschwindigkeit wieder vergrössert wird.

   Diese gewissermassen für einen sparsamen Brennstoffverbrauch und grossen Katalysatorschutz vor oxydierenden Gasen ausgebildeten Katalysator-Sieb-Elektroden sind naturgemäss nicht so belastbar wie Katalysator-Sieb-Elektroden mit Mikrosieben maximaler Durchlässigkeit, zwischen denen sich gekörntes oder pulverförmiges elektrisch leitendes katalytisch wirksames Material befindet oder Katalysator-Sieb-Elektroden mit selbsttätiger, gerichteter Durchströmung, bei denen die einander gegenüberstehenden Siebe so ausgebildet sind, dass sie dem in der Elektrode entstehenden Gas einen unterschiedlichen Strömungswiderstand entgegensetzen, wobei das Sieb mit geringerem Widerstand auf jener Seite der Elektrode angeordnet ist, von der das Gas bevorzugt abströmen soll.

   Es ist von Fall zu Fall mit Hilfe eines Vorversuches schnell zu entscheiden, welche speziellen Katalysator-Sieb-Elektroden für den jeweiligen Verwendungszweck geeignet sind. Das erfindungsgemässe Prinzip der selbsttätigen Steuerung wird man jedoch zur Vermeidung von Erstickungseffekten dann   anwenden, wenn nebendem   aus einer   Dehydrierungs-bzw. Zersetzungsreaktion   freiwerdenden Wasserstoff keinerlei andere, nicht mehr nutzbare Gase (wie z. B.   N,   oder CO,) entstehen.

   Dies ist insbesondere der Fall bei der Dehydrierung einoder mehrwertiger Alkohole, von Formaldehyd oder   von Alkaliformiat an Raney - Metall (bevorzugt   RaneyNickel)-Katalysatoren von Katalysator-Sieb-Elektroden im stark alkalischen (KOH und/oder NaOH) und/ oder alkalisch hydrolysierten   (KCO, Na CO)   Elektrolyten. 



   Die erfindungsgemässen Elektroden können in der in Fig. 1 und 2 beschriebenen Weise ausgebildet werden. 



   Fig. 1 veranschaulicht den Schnitt durch eine solche Elektrode, deren Siebe mit trichterförmig ausgebildeten Sieböffnungen ausgestattet sind, wobei die   Trichteröffnungen   dem katalytisch wirksamen Material zugekehrt sind. 



   Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt hieraus in stärkerer Vergrösserung. 



   Hierin bedeuten 1 die obere Verschlussplatte der Elektrode mit der   Stromzuführung, 2, 3   und 4 die   M,iRrosiebe,   5 das katalytisch wirksame Material und 6 die Bodenplatte der Elektrode.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH : Vorrichtung zur selbsttätigen Steuerung von unter Bildung von Wasserstoff ablaufenden Reaktionen in Brennstoffelementen zur direkten Umsetzung der chemischen Energie flüssiger Brennstoffe in elektrische Energie in Gestalt einer aus zwei etwa parallelen elektrisch leitenden Sieben mit zwischengelagertem elektrisch leitendem katalytisch wirksamem Material gebildeten Katalysator-Sieb -Elektrode, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Siebe einen hydraulischen Durchmesser der Sieböffnungen von 1 bis 200 u, vorzugsweise 10 bis 150 g, insbesondere 30 bis 100 , aufweisen und/oder trichterartige Fortsätze oder konische Verengungen der Sieböffnungen dem katalytisch wirksamen Material zugewendet sind, so dass dem Durchtritt von Gasbläschen,

   die aus dem am Katalysator gebildeten Wasserstoff entstehen, ein hoher Strö- EMI2.1