DE102004062449A1 - Fuel cell system for water mineralization comprises fuel cell based on micro hollow fiber, which contains electrolytes, which carries separately from each other anode and cathode wherein electrolyte is micro hollow fiber-matrix electrolyte - Google Patents

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Abstract

Fuel cell system comprises a fuel cell based on micro hollow fiber, which contains electrolytes, which carries separately from each other anode (3) and cathode (1). The electrolyte is a micro hollow fiber-matrix electrolyte whereby the micro hollow fiber of the electrolyte has a wall thickness of about 0.01 to 250 micrometer and an equal outer diameter of about 50 mu m to 3 mm. Hollow micro-fibers are arranged either in the form of filament or filament yarn fabrics with a dimensionally stable integration of the micro hollow fiber ends and partially laid open access to the lumen of the hollow fiber or in the form of staple fiber or staple fiber yarn fabrics. The hollow micro-fiber ends are bound in such a way that they are dimensionally stable and at least one of the electrodes is formed movable. An independent claim is also included for the procedure for the water mineralizing by means of a fuel cell system based on hollow micro-fiber.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystems auf Mikrohohlfaser-Basis zur Wassermineralisierung.The The present invention relates to a micro hollow fiber based fuel cell system for water mineralization.

Brennstoffzellen dienen, wie dies allgemein bekannt ist, der Stromerzeugung, genauer ausgedrückt, der Umwandlung von chemischer in elektrische Energie. Dabei werden an der Anode unter Freisetzung von Wasserstoffionen Elektronen abgegeben, die die Anode negativ aufladen. Von der Anode wird der Elektronenstrom über einen Stromverbraucher zu der Kathode geleitet. Gleichzeitig mit der Erzeugung des Elektronenflusses von der Anode zur Kathode findet die Emission des Reaktionsproduktes, beispielsweise von Wasser bzw. Wasserdampf (Aquadestillata- oder Kondensat-Emission), aus der Brennstoffzelle statt. Für den Betrieb einer Para-Elektrolyse oder Brennstoffzelle wird eine Versorgung mit Brennstoff benötigt. Brennstoff ist beispielsweise Wasserstoff oder ein anderer Wasserstoffträger, wie beispielsweise Erdgas, Kohlegas, Biogas und Methanol. Der Brennstoff muss zur Anode, der Sauerstoff oder Sauerstoffträger. d.h. das Oxidationsmittel, zur Oberfläche der Kathode, die durch den Feststoff-Elektrolyten von der Anode getrennt ist, strömen oder befördert werden. Neben dem oben genannten Brennstoff sind in einer Brennstoffzelle von entscheidender Bedeutung das ebenfalls oben erwähnte Oxidationsmittel, wobei es sich in den allermeisten Fällen um reinen Sauerstoff handelt, der Elektrolyt, dessen Wahl stark temperaturabhängig ist, die Elektroden, bei Gasen insbesondere Gasdiffusionselektroden für die drei Phasengrenze Gas/Elektrolyt/Elektrode, und der Katalysator, der die eigentliche Brennstoffzellenreaktion katalysiert.fuel cells serve, as is well known, power generation, more precisely expressed, the Transformation of chemical into electrical energy. It will be on the anode releases electrons releasing hydrogen ions, which negatively charge the anode. From the anode, the electron flow over a Power consumers passed to the cathode. Simultaneously with the generation the flow of electrons from the anode to the cathode finds the emission the reaction product, for example of water or water vapor (Aqua-distillate or condensate emission) from the fuel cell instead of. For the operation of a para-electrolysis or fuel cell is a Supply of fuel needed. For example, fuel is hydrogen or another hydrogen carrier, such as For example, natural gas, coal gas, biogas and methanol. The fuel must go to the anode, the oxygen or oxygen carrier. i.e. the oxidizing agent, to the surface the cathode passing through the solid electrolyte from the anode is separated, stream or promoted become. In addition to the above fuel are in a fuel cell of crucial importance the above-mentioned oxidizing agent, most of the time being pure oxygen, the electrolyte, whose choice is highly temperature dependent, the electrodes, at Gases in particular gas diffusion electrodes for the three phase boundary gas / electrolyte / electrode, and the catalyst, which is the actual fuel cell reaction catalyzed.

Aus dem Jahresbericht 1999/2000 des Instituts für Solar- und Energietechnik (ISE) der Fraunhofergesellschaft in Freiburg/Breisgau, Deutschland, ist bekannt, dass diese in Spanien eine Trinkwassererzeugung mit Mittelmeerwasser betreibt, und zwar aus dem Reaktionsprodukt einer bipolaren PEM-Brennstoffzelle mit UV-Licht-Entkeimung und nachträglichem Einspritzen von Meerwasser zur Mineralisierung des entkeimten Wassers zur Trinkwassergenerierung. Dies war ein EU-Förderprojekt zur Trinkwassergewinnung aus Aquadestillata mit bipolaren Brennstoffzellen. Dieses Verfahren ist jedoch nicht optimal, da zur Mineralisierung verkeimtes Wasser eingespritzt werden muss.Out the Annual Report 1999/2000 of the Institute for Solar and Energy Technology (ISE) of the Fraunhofer company in Freiburg / Breisgau, Germany, is known that these in Spain produce drinking water Operates from the reaction product of a bipolar PEM fuel cell with UV light sterilization and subsequent Injecting seawater to mineralize the sterilized water for drinking water generation. This was an EU funded project for drinking water from aquadestillata with bipolar fuel cells. This method However, it is not optimal because of the mineralization of contaminated water must be injected.

Aus der WO 02/45192 A1 ist ein Verfahren zur Wassermineralisierung mittels eines Brennstoffzellensystems bekannt, wobei Monosilan als Brennstoff und als Katalysator-Aktivator eingesetzt wird, und das Wasser mit dem bzw. den durch Oxidation und/oder Nitrierung von Monosilan erhaltenen Reaktionsprodukt(en) mineralisisert wird unter Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme aus chemischer Energie. Dabei weist die Mikrohohlfaser des Elektolyten eine Wandstärke von etwa 0,01 bis 50 μm und einen gleichwertigen Außendurchmesser von etwa 0,05 bis 280 μm auf. Derartige Brennstoffzellensysteme lassen jedoch noch Wünsche offen.Out WO 02/45192 A1 is a method for water mineralization by means a fuel cell system known, with monosilane as fuel and is used as a catalyst activator, and the water with the obtained by oxidation and / or nitration of monosilane Reaction product (s) is mineralized to produce electrical Energy and heat from chemical energy. In this case, the micro hollow fiber of the electrolyte a wall thickness from about 0.01 to 50 microns and an equivalent outside diameter from about 0.05 to 280 microns on. However, such fuel cell systems still leave something to be desired.

Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Brennstoffzellensystem zur Verfügung zu stellen. Dabei soll ein leicht verfügbarer und billiger Brennstoff zum Einsatz kommen soll, der darüber hinaus eine Aktivierung des bzw. der Katalysotoren bewirkt und auch zur Mineralisierung des erhaltenen Aquadestillata geeignet ist. Das zur Wassermineralisierung eingesetzte Brennstoffzellensystem soll auf kleinstmöglichem Raum eine große reaktive Oberfläche aufweisen, einfach herzustellen sein und bezüglich der Verwendung eine hohe Flexibilität aufweisen.outgoing from this known prior art, lies the present invention the task is based, an improved fuel cell system for disposal to deliver. It should be a readily available and cheaper fuel to be used, the above In addition, an activation of the catalyst (s) and also causes is suitable for mineralization of the obtained aqua-distillate. The fuel cell system used for water mineralization should on the smallest possible Room a big one reactive surface have to be easy to manufacture and high in terms of use flexibility exhibit.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.These The object is achieved by a fuel cell system having the features of claim 1. Advantageous Embodiments are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle auf Mikrohohlfaserbasis vorgesehen, das einen Elektrolyten enthält, welcher getrennt voneinander Anode und Kathode trägt, wobei der Elektrolyt ein Mikrohohlfaser-Matrixelektrolyt ist, wobei die Mikrohohlfaser des Elektolyten eine Wandstärke von etwa 0,01 bis 250 μm und einen gleichwertigen Außendurchmesser von etwa 50 μm bis 3 mm, inbesondere von 280 μm bis 1 mm, aufweisen, und wobei die Mikrohohlfasern entweder in Form von Filament- oder Filamentgarngelegen angeordnet sind mit einer formstabilen Einbindung der Mikrohohlfaserenden, und zumindest partiell freigelegtem Zugang zum Hohlfaserlumen oder in Form von Stapelfaser- oder Stapelfasergarngelegen angeordnet sind, wobei die Mikrohohlfaserenden formstabil gebunden sind, und wobei mindestens einer der Elektroden mobil ausgebildet ist.According to the invention is fuel cell system provided with at least one micro hollow fiber fuel cell, that contains an electrolyte, which separately carries anode and cathode, wherein the electrolyte is a micro hollow fiber matrix electrolyte, wherein the Micro hollow fiber of the electrolyte has a wall thickness of about 0.01 to 250 microns and a equivalent outside diameter of about 50 μm up to 3 mm, in particular of 280 μm to 1 mm, and wherein the micro hollow fibers either in shape of filament or Filamentgarngelegen are arranged with a dimensionally stable integration of the micro hollow fiber ends, and at least partially exposed access to the hollow fiber lumen or in the form of staple fiber or staple fiber yarn layers are arranged, wherein the micro hollow fiber ends bound dimensionally stable and at least one of the electrodes is mobile is.

Bevorzugt werden Nano- oder Mikropartikel als mobile Elektroden verwendet, insbesondere in SOFC- oder PEM-Brennstoffzellen. Dabei sind die Partikel bevorzugt bis zu Temperaturen von etwa 900°C verwendbar, das heißt sie sind auch für Hochtemperatur-Brennstoffzellen geeignet. Als Partikel (insbesondere in Form von Mikro- oder Nanopartikeln) kommen bevorzugt mobile, offenzellige Kohlenstoff-Partikel, beispielsweise aus Aktivkohle, und/oder Diamant-Partikel und/oder Silicium-Partikel in Frage, wobei sie bevorzugt gewichtsmäßig zumindest die Hälfte des Elektrodengewichts ausmachen.Prefers nano or microparticles are used as mobile electrodes, especially in SOFC or PEM fuel cells. Here are the Particles preferably usable up to temperatures of about 900 ° C, this means they are also for High temperature fuel cells suitable. As particles (in particular in the form of microparticles or nanoparticles) are preferably mobile, open-cell carbon particles, for example, from activated carbon, and / or diamond particles and / or Silicon particles in question, preferably by weight, at least the half of the electrode weight.

Bevorzugt ist zumindest ein Teil der die Elektrode bildenden Partikel mit einer Bordotierten Diamantbeschichtung versehen oder besteht aus Bor-dotiertem Diamant. Die Diamant-Partikel werden beispielsweise durch die Elektroerosion von mit Bor dotiertem Diamant hergestellt, wobei entstehenden Mikro- oder Nanopartikel, wobei sie in der Regel eigentlich als Abfall bei einem Schneidvorgang anfallen. Alternativ können die Partikel beispielsweise auch durch Vermahlen hergestellt werden. Um eine möglichst gleichmäßige Größe zu erhalten, können Folien aus mit Bor dotiertem Diamanten in schmale Streifen geschnitten und diese anschließend vermahlen werden.Prefers is at least a part of the particles forming the electrode with a boron doped diamond coating provided or consists of Boron-doped diamond. The diamond particles are, for example, through the electrical erosion of boron-doped diamond produced, wherein resulting micro or nanoparticles, which they usually actually incurred as waste in a cutting process. Alternatively, the particles can for example, be prepared by grinding. To one preferably to get even size can Sheets of boron-doped diamond cut into narrow strips and this afterwards be ground.

Auch können gemäß einer bevorzugten Ausführungsform Elemente aus der 8. Nebengruppe als Katalysatoren in der mobilen Elektrode verwendet werden.Also can according to a preferred embodiment Elements from the 8th subgroup as catalysts in the mobile Electrode be used.

Anode und Kathode können ferner durch mobile, offenzellige Kohlenstoffpartikel gebildet werden, die im Inneren der Mikrohohlfaser und/oder außen um die einzelnen Mikrohohlfaser herum angeordnet sind.anode and cathode can further formed by mobile, open-cell carbon particles, inside the hollow micro fiber and / or outside around the single micro hollow fiber are arranged around.

Außerhalb der Mikrohohlfaser(n) ist bevorzugt mindestens ein Gewebe und/oder eine gelochte oder geschlitzte Folie angeordnet, wobei die Öffnungen ausreichend klein sind, um die die Elektrode bildenden Partikel zurückzuhalten, jedoch ausreichend groß sind, um das oder die Reaktionsprodukte nach außen abzugeben.Outside the hollow micro fiber (s) is preferably at least one fabric and / or arranged a perforated or slotted foil, wherein the openings are sufficiently small to the particles forming the electrode restrain but are big enough, to deliver the reaction product or products to the outside.

Das Gewebe und/oder die Folie kann beispielsweise gemeinsam mit den Mikrohohlfasern in den Rahmen eingegossen sein. Das Gewebe kann aus Kohlenstofffasern bestehen, jedoch ist auch ein Metallgitter, insbesondere aus Platin oder mit einer Platinbeschichtung, oder eine andere elektrische leitende Anordnung, die insbesondere bevorzugt mit einer katalytischen Beschichtung versehen ist, möglich. Das Gewebe besteht bevorzugt aus einer in schmale Streifen geschnittenen Folie, wobei die Streifen anschließend verwebt sind. Bevorzugt ist ein Gewebe um eine einzelne Mikrohohlfaser herum unter Einschluss der mobilen Elektrode angeordnet. Die Dicke der in Streifen geschnittenen, geschlitzten oder mit sonstigen Öffnungen versehenene Folie beträgt bevorzugt maximal 10 μm. Für die Folie können entsprechende Materialien wie für das Gewebe verwendet werden. Sind zwei Gewebe oder Folien derart angeordnet, dass sie die Mikrohohlfasern zwischen sich aufnehmen, so kann der weitere Zwischenraum beispielsweise mit mobilen, offenzelligen Kohlenstoffpartikeln gefüllt werden, welche beispielsweise die mobile Elektrode bilden.The Tissue and / or the film may, for example, together with the Micro hollow fibers are poured into the frame. The tissue can consist of carbon fibers, but is also a metal mesh, in particular made of platinum or with a platinum coating, or another electrical conductive arrangement, which is particularly preferred with a catalytic Coating is provided, possible. The fabric preferably consists of a cut into narrow strips Foil, the strips are then woven. Prefers is a tissue around a single micro hollow fiber under confinement the mobile electrode arranged. The thickness of the cut in strips, slotted or with other openings provided film is preferably not more than 10 microns. For the Can slide appropriate materials as for the tissue will be used. Are two tissues or foils like this? arranged to receive the micro-hollow fibers between them, For example, the further gap can be with mobile, open-celled Filled carbon particles which form, for example, the mobile electrode.

Im Hohlraum der Mikrohohlfaser ist eine entsprechende Anordnung von mobilen, offenzelligen Kohlenstoffpartikeln vorgesehen, welche, gegebenenfalls auch mit einem in der Mikrohohlfaser angeordneten Gewebe o.ä. gemeinsam die zweite Elektrode bilden.in the Cavity of the micro hollow fiber is a corresponding arrangement of provided mobile, open-cell carbon particles, which, optionally also arranged with a micro hollow fiber Fabric or similar together form the second electrode.

Hierbei wird bei Verwendung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems bevorzugt Silicium, insbesondere in der Form von Monosilan, als Brennstoff und als Katalysator-Aktivator eingesetzt, und das Wasser wird mit dem bzw. den durch Oxidation und/oder Nitrierung von Monosilan erhaltenen Reaktionsprodukt(en) mineralisisert unter Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme aus chemischer Energie.in this connection is when using the fuel cell system of the invention preferably silicon, in particular in the form of monosilane, as Fuel and used as a catalyst activator, and the water is with the or by oxidation and / or nitration of monosilane obtained reaction product (s) mineralized to produce electrical energy and heat from chemical energy.

Um ein optimales Funktionieren des Brennstoffzellensystems zu ermöglichen, sind die Mikrohohlfasern bevorzugt derart angeordnet, dass sie gegenüber der Horizontalen und Vertikalen geneigt sind. Die Neigung gegenüber der Horizontalen beträgt bevorzugt 10° bis 75°, insbesondere bevorzugt 15° bis 60°.Around to allow optimal functioning of the fuel cell system the hollow micro fibers are preferably arranged such that they are opposite to the Horizontal and vertical are inclined. The inclination towards the Horizontal is preferably 10 ° to 75 °, in particular preferably 15 ° to 60 °.

Das im Brennstoffzellensystem kann vorzugsweise folgende Eigenschaften aufweisen:
Das einsetzbare Brennstoffzellensystem zur Gleichstromerzeugung durch Umwandlung chemischer Energie mit einem Hoch- oder Nieder- Temperatur-Elektrolyten, vorzugsweise einem Feststoff-Elektrolyten, welcher getrennt voneinander Anode und Kathode trägt, enthält einen Mikrohohlfaser-Matrixelektrolyten, wobei die Mikrohohlfasern eine Wandstärke von etwa 0,01 bis 250 μm und einen gleichwertigen Außendurchmesser von etwa 50 μm bis 3 mm aufweisen, wobei die Mikrohohlfasern entweder in Form von Filament- oder Filamentgarngelegen angeordnet sind, wobei die Mikrohohlfaserenden formstabil gebunden sind und für den Zugang zum Hohlfaserlumen zumindest partiell freigelegt sind, oder in Form von Stapelfaser- oder Stapelfasergarngelegen angeordnet sind, wobei die Mikrohohlfaserenden formstabil gebunden sind.The fuel cell system may preferably have the following properties:
The applicable fuel cell system for generating DC by converting chemical energy with a high or low temperature electrolyte, preferably a solid electrolyte, which carries separately anode and cathode, contains a micro hollow fiber matrix electrolyte, wherein the micro hollow fibers have a wall thickness of about 0.01 up to 250 microns and an equivalent outer diameter of about 50 microns to 3 mm, wherein the hollow micro fibers are arranged either in the form of filament or Filamentgarngelegen, the micro hollow fiber ends are dimensionally stable and are at least partially exposed for access to the hollow fiber lumen, or in shape staple fiber or Stapelfasergarngelegen are arranged, wherein the micro hollow fiber ends are dimensionally stable bound.

Durch diese Brennstoffzelleneinheit lässt sich bei kleinem Raumbedarf eine hohe aktive Fläche, beispielsweise etwa 11.000 cm2 pro cm3 Brennstoffzellenvolumen, erreichen.With a small space requirement, a high active area, for example about 11,000 cm 2 per cm 3 of fuel cell volume, can be achieved by this fuel cell unit.

Unter einem gleichwertigen Durchmesser wird, wie dies allgemein bekannt ist, bei geometrischen Gebilden mit lediglich näherungsweise kreisförmigem Querschnitt der Durchmesser desjenigen fiktiven Kreises verstanden, dessen Fläche gleich der Querschnittsfläche des geometrischen Gebildes ist. Im vorliegenden Text werden als Filamentgelege Schichtungen aus Fasern bezeichnet, bei denen mindestens einige der Fasern eine oder mehrere Windungen aufweisen, wohingegen sich die Fasern in Stapelfasergelegen ohne Windungen erstrecken. Garngelege zeichnen sich dadurch aus, dass mehrere Fasern bzw. Filamente miteinander verdrillt sind.Under an equivalent diameter, as is well known is, in geometric structures with only approximately circular cross-section understood the diameter of that fictive circle whose area is the same the cross-sectional area of the geometrical structure is. In the present text, as Filament-layered layers of fibers, where at least some of the fibers have one or more turns, whereas the fibers extend in staple fiber layers without turns. Garngelege are characterized by the fact that several fibers or filaments twisted together.

Da der Feststoffelektrolyt als Hohlfaser, d.h. als Kapillar- oder Hohlprofil, ausgebildet ist, lassen sich geringe Wandstärken des Elektrolyten ohne mechanische Stabilitätsprobleme verwirklichen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Mikrohohlfasern mit Wandstärke von etwa 0,01 bis 50 μm, oder gegebenenfalls auch mehr, und einem gleichwertigen Außendurchmesser von etwa 50 μm bis maximal 3 mm, insbesondere von maximal 1 mm, textile Eigenschaften aufweisen und sich aus diesem Grund leicht verformen lassen, ohne zu zerbrechen. Die inneren und äußeren Oberflächen der Mikrohohlfasern sind für ihre Funktion als Anode oder Kathode aktiviert. Die Art der Aktivierung ist von den jeweiligen für die Mikrohohlfasern gewählten Materialien abhängig. Beispielsweise ist eine Aktivierung durch eine geeignete Beschichtung denkbar.There the solid electrolyte as a hollow fiber, i. as capillary or hollow profile, is formed, can be small wall thicknesses of the electrolyte without mechanical stability problems realize. Another advantage is that micro hollow fibers with wall thickness from about 0.01 to 50 μm, or optionally more, and an equivalent outside diameter of about 50 μm up to a maximum of 3 mm, in particular of not more than 1 mm, textile properties and therefore easily deformed, without to break. The inner and outer surfaces of the Micro hollow fibers are for their function as anode or cathode activated. The type of activation is from the respective for the micro hollow fibers are chosen Materials dependent. For example, activation by a suitable coating conceivable.

Die Wandstärke der Mikrohohlfasern liegt vorzugsweise zwischen etwa 0,05 und 10 μm, insbesondere zwischen etwa 0,05 und 5 μm. Dabei liegt der gleichwertige Außendurchmesser der Mikrohohlfasern vorzugsweise zwischen etwa 1 und 100 μm, insbesondere zwischen etwa 2 und 25 μm. Die konkrete Auswahl der geeigneten Durchmesser und Wandstärken ist in Abhängigkeit von den verwendeten Materialien zu treffen. Die angegebenen unteren Werte für Wandstärke und Durchmesser sind insbesondere durch die Möglichkeiten der Herstellung bedingt.The Wall thickness the micro hollow fibers is preferably between about 0.05 and 10 microns, in particular between about 0.05 and 5 microns. In this case, the equivalent outer diameter of the hollow micro-fibers preferably between about 1 and 100 microns, in particular between about 2 and 25 μm. The concrete selection of suitable diameters and wall thicknesses is dependent on of the materials used. The specified lower Values for Wall thickness and diameter are particularly due to the possibilities of production conditionally.

Die Gelege können in Form einer Diskusscheibe angeordnet sein, wobei die Mikrohohlfaserenden so eingebunden sind, dass ein stabiler, selbsttragender Ring gebildet ist, an dessen äußerer ringförmiger Umfangsfläche die offenen Mikroholfaserenden freiliegen. Die Diskusscheibe kann, im Querschnitt gesehen, eine ebene Scheibe darstellen oder auch in Form einer Wellpappenlage ausgebildet sein. Die das Gelege bildenden Mikrohohlfasern weisen vorzugsweise einen gleichwertigen Außendurchmesser von etwa 0,5 μm bis 100 μm sowie eine Länge von vorzugsweise etwa 5 mm bis 1000 mm auf. Auf diese Weise lässt sich in einem Volumen, das etwa 3 bis 5 Stück DIN A 4 Bogen entspricht, eine Elektrolytoberfläche von etwa 1 m2 erreichen.The scrims may be arranged in the form of a disc disc, the micro hollow fiber ends being bound to form a stable, self-supporting ring, on the outer annular peripheral surface of which the open microfibre fiber ends are exposed. The Diskusscheibe, seen in cross section, represent a flat disc or be formed in the form of a corrugated cardboard layer. The micro hollow fibers forming the scrim preferably have an equivalent outside diameter of about 0.5 μm to 100 μm and a length of preferably about 5 mm to 1000 mm. In this way, in a volume corresponding to about 3 to 5 pieces of DIN A 4 sheet, an electrolyte surface of about 1 m 2 can be achieved.

Da die Mikrohohlfasern an beiden Enden offen sind, entspricht ihre Länge der Länge des Lumens bzw. Kanals, auf dessen Innenoberfläche entweder die Anode oder Kathode aufgebracht ist. Besonders bevorzugt wird eine Länge von etwa 30 mm bis etwa 300 mm. Die gewählte Länge der Mikrohohlfasern entspricht bevorzugt dem Durchmesser des Diskusscheibenringes. Die Mikrohohlfaserlänge kann auch durch Umlegen bzw. Biegen der Mikrohohlfaser ein Vielfaches des Diskusscheibendurchmessers betragen.There the micro hollow fibers are open at both ends corresponds to their Length of Length of the Lumens or channel, on the inner surface either the anode or Cathode is applied. Particularly preferred is a length of about 30 mm to about 300 mm. The selected length of the hollow micro fibers corresponds preferably the diameter of the Diskusscheibenringes. The micro hollow fiber length can also by folding or bending the micro hollow fiber a multiple of the disc disk diameter.

Für die Dicke des Ringes haben sich Werte zwischen etwa 1 mm und 35 mm als besonders geeignet erwiesen, damit die Funktion des Diskusscheibenringes als Formstabilisator erfüllt wird. Die Höhe des Diskusscheibenringes beträgt vorzugsweise etwa 0,5 mm bis 15 mm. Diese Höhe ist ausreichend, um mehrere Mikrohohlfaserlagen übereinander aufzunehmen. Ein derartiger Ring ist für einen Stack aus mehreren Brennstoffzelleneinheiten geeignet.For the thickness of the ring, values between about 1 mm and 35 mm have to be special proved suitable, so that the function of Diskusscheibenringes as Shape stabilizer fulfilled becomes. The height of Diskusscheibenringes preferably about 0.5 mm to 15 mm. This height is sufficient to several Micro hollow fiber layers on top of each other take. Such a ring is for a stack of several Fuel cell units suitable.

Alternativ dazu können die Gelege auch in Form eines Vielecks, insbesondere eines Rechtecks, angeordnet sein, wobei die Hohlfaserenden so eingebunden sind, dass ein stabiler, selbsttragender, vieleckiger, insbesondere rechteckiger, Rahmen gebildet ist, an dessen äußerer Umfangsfläche die offenen Mikrohohlfaserenden freiliegen. Die einzelnen Mikrohohlfasern können in diesem Fall entweder parallel zueinander oder über Kreuz angeordnet sein, wobei die Länge der Mikrohohlfasern vorzugsweise etwa der Länge bzw. Breite des Rahmens entspricht.alternative can do this the scrim also in the form of a polygon, in particular a rectangle, be arranged, wherein the hollow fiber ends are integrated so that a stable, self-supporting, polygonal, especially rectangular, Frame is formed on the outer peripheral surface of the open hollow micro fiber ends exposed. The individual micro hollow fibers can in this case, either parallel to each other or crosswise be arranged, with the length the hollow micro fibers preferably about the length or width of the frame equivalent.

Die Mikrohohlfasern werden aus Polymermaterialien, Metall, Keramik und/oder textilen Materialien hergestellt. Es können jedoch beliebige andere geeignete Materialien verwendet werden. Dabei können die Materialien sowohl oxidisch als auch nicht oxidisch sein. Falls nicht fluorierte Polymermaterialien für die Herstellung der Mikrohohlfasern ausgewählt werden, kann die Aktivierung der Oberfläche beispielsweise durch Sulfonieren erfolgen. Auch fluorierte Polymermaterialien sind vorzugsweise sulfoniert.The Micro hollow fibers are made of polymer materials, metal, ceramic and / or made of textile materials. However, it can be any others suitable materials are used. The materials can be both be oxidic and non-oxidic. If not fluorinated polymer materials for the Production of micro hollow fibers can be selected, the activation the surface for example, by sulfonation. Also fluorinated polymer materials are preferably sulfonated.

Von besonderem Vorteil haben sich solche Mikrohohlfasern im Rahmen der vorliegenden Erfindung erwiesen, die aus der internationalen Anmeldung WO 97/00225 hervorgehen, deren Offenbarung hier ausdrücklich vollinhaltlich einbezogen werden soll. Es handelt sich dabei um Mikrohohlfasern aus keramischem Material bzw. den entsprechenden Grünlingen. Wird im Zusammenhang hiermit von einem "keramischen Material" gesprochen, dann ist dieses in weitestem Sinne zu verstehen. Es handelt sich um eine Sammelbezeichnung für aus anorganischen und überwiegend nicht metallischen Verbindungen oder Elementen aufgebauten Materialien, die insbesondere zu mehr als 30 Vol.-% kristallisierte Materialien darstellen. In diesem Zusammenhang sei auf Römpp Chemie Lexikon, 9. Aufl., Band 3, 1990, S. 2193 bis 2195 verwiesen.From Such micro hollow fibers have particular advantage in the context of present invention, which is the international application WO 97/00225 emerge, the disclosure of which is expressly incorporated herein by reference should be included. These are micro hollow fibers made of ceramic material or the corresponding green bodies. In the context of this is spoken of a "ceramic material", then this is in the widest Meaning to understand. It is a collective term for inorganic and mostly non-metallic compounds or elements constructed materials, in particular to more than 30 vol .-% crystallized materials represent. In this connection, Römpp Chemie Lexikon, 9th ed., Volume 3, 1990, pp. 2193 to 2195.

Vorzugsweise bestehen die Keramikmikrohohlfasern aus einem oxidischen, silicatischen, nitridischen und/oder carbidischen Keramikmaterial. Besonders bevorzugt sind solche Keramikhohlfasern auf der Basis von Aluminiumoxid, Calciumphosphat (Apatit) oder verwandten Phosphaten, Porzellan- oder Cordierit-anigen Zusammensetzungen, Mullit, Titanoxid, Titanaten, Zirkonoxid, Zirkonsilikat, Zirkona ten, Spinellen, Smaragd, Saphir, Korund, Nitriden oder Carbiden von Silicium, Strontiumlanthanmanganat und Perowskiten oder anderen chemischen Elementen oder deren Mischungen. Als Dotierungsmittel werden gegebenenfalls die in der Keramik bekannten Stoffe, wie MgO, CaO, ZrO2, ZrSiO4, Y2O3 u.a. oder deren Vorläufer den anorganischen Hauptbestandteilen zugesetzt.Preferably, the Keramikmikrohohlfasern of an oxide, silicate, nitridic and / or carbidic ceramic material. Such hollow ceramic fibers based on aluminum oxide, calcium phosphate (apatite) or related phosphates, porcelain or cordierite-anigen compositions, mullite, titanium oxide, titanates, zirconium oxide, zirconium silicate, Zirkona ten, spinels, emerald, sapphire, corundum, nitrides or Carbides of silicon, strontium lanthanum manganate and perovskites or other chemical elements or mixtures thereof. As doping agents, if appropriate, the substances known in ceramics, such as MgO, CaO, ZrO 2 , ZrSiO 4 , Y 2 O 3, etc., or their precursors, are added to the inorganic main constituents.

Zur Herstellung dieser Mikrohohlfasern wird vorzugsweise eine Emulsion, Dispersion und/oder Supension, die den Vorläufer eines keramischen Materials und ein unter Hitzeeinwirkung entfernbares Bindemittel enthält, in an sich bekannter Weise zu grünen Mikrohohlfasern ausgeformt und das Bindemittel unter Hitzeeinwirkung entfernt. Alternativ kann die Dispersion auf eine Seele aus einer organischen Kompaktfaser aufgebracht werden, wobei anschließend sowohl die Seele als auch die Bindemittel unter Hitzeeinwirkung entfernt werden. Die Dispersion kann wechselnde Mengen, z.B. bis zu 95 Gew.-%, vorzugsweise etwa 40 bis 70 Gew.-%, an Dispersionsmedium enthalten. Ein Dispersionsmedium kann auch entfallen, wenn das Bindemittel z.B. thermoplastisch ist und ohne nennenswerte Zersetzung zu einer niedrig-viskosen Masse aufgeschmolzen werden kann.to Preparation of these hollow microfibers is preferably an emulsion, Dispersion and / or suspension, which is the precursor of a ceramic material and a heat-removable binder contains, in green way known Micro hollow fibers formed and the binder under heat away. Alternatively, the dispersion can be applied to a soul of one organic compact fiber are applied, followed by both the soul and the binders are removed under the action of heat. The dispersion may contain varying amounts, e.g. up to 95% by weight, preferably about 40 to 70 wt .-%, of dispersion medium. A dispersion medium may also be omitted if the binder e.g. is thermoplastic and without appreciable decomposition to a low viscous mass can be melted.

Als oben bezeichnete keramische Vorläufer bzw. Precursor kommen insbesondere in Frage:
Tonminerale, insbesondere Kaolin, Illit, Montmorillit, Metallhydroxide, wie Aluminiumhydroxid, gemischte Metallhydroxide/-oxide, wie AlOOH, gemischte Metalloxide/-halogenide, Metalloxide, wie BeO, MgO, Al2O3, ZrO2 und ThO2, Metallnitrate, wie Al(NO3)3, Metallalkoholate, insbesondere Aluminiumalkoholate, wie Al(iPrO)3, Al(sec-BuO)3, Magnesium-Alumosilicate, Feldspäte, Zeolithe, Böhmrite oder Mischungen zweier oder mehrerer der genannten Materialien sowie organische Metall- und Metalloxid-Verbindungen, die im Brand keramisiert, pyrolysiert oder karbonisiert werden, auch zu Perowskiten.As above-mentioned ceramic precursor or precursor come in particular:
Clay minerals, in particular kaolin, illite, montmorillite, metal hydroxides, such as aluminum hydroxide, mixed metal hydroxides / oxides, such as AlOOH, mixed metal oxides / halides, metal oxides, such as BeO, MgO, Al 2 O 3 , ZrO 2 and ThO 2 , metal nitrates, such as Al (NO 3 ) 3 , metal alcoholates, in particular aluminum alcoholates, such as Al (iPrO) 3 , Al (sec-BuO) 3 , magnesium aluminosilicates, feldspars, zeolites, Böhmrite or mixtures of two or more of said materials and organic metal and metal oxide Compounds which are ceramised, pyrolyzed or carbonated in fire, also to perovskites.

Bei der Wahl des unter Hitzeeinwirkung entfernbaren Bindemittels besteht im Rahmen der Erfindung keine kritische Beschränkung. Es ist allerdings bevorzugt, dass das Bindemittel filmbildend ist. Dabei kann es sich beispielsweise um Harnstoff, Polyvinylalkohol, Wachs, Gelatine, Agar, Eiweiß, Saccharide handeln. Gegebenenfalls können zusätzlich organische Hilfsmittel, wie Binder, Stellmittel, Entschäumer und Konservierer herangezogen werden. Die Mischung aus dem Vorläufer des keramischen Materials und dem unter Hitzeeinwirkung entfernbaren Bindemittel liegt in Form einer Dispersion vor, wobei dieser Begriff weit gefasst zu sehen ist. Es kann sich dabei insbesondere um Emulsionen und Suspensionen handeln, die regelmäßig in Form einer Paste vorliegen. Bei der Wahl des Dispersionsmediums besteht weitgehende Freiheit. Im allgemeinen wird es Wasser sein. Denkbar ist jedoch auch als Flüssigkeit ein organisches Lösungsmittel, wie ein Alkohol oder Aceton, gegebenenfalls auch in Vermischung mit Wasser. Besonders vorteilhaft sind hier sogenannte Sol-Gel-Prozesse, z.B. auf Basis von Polyvinylalkohol oder Diamidschmelzen bzw. Lösungen.at the choice of heat-removable binder no critical limitation in the context of the invention. However, it is preferable that the binder is film-forming. This can be for example urea, polyvinyl alcohol, wax, gelatin, agar, egg white, saccharides act. If necessary, you can additionally organic auxiliaries, such as binders, leveling agents, defoamers and Conservators are used. The mixture of the precursor of the ceramic material and removable under heat Binder is in the form of a dispersion, this term can be seen broadly. These may be, in particular, emulsions and suspensions which are regularly in the form of a paste. In the choice of the dispersion medium is extensive freedom. In general it will be water. However, it is also conceivable as liquid an organic solvent, such as an alcohol or acetone, possibly also in admixture with water. Particularly advantageous are so-called sol-gel processes, e.g. based on polyvinyl alcohol or diamide melts or solutions.

Hervorzuheben ist, dass bereits der oben angesprochene Grünling der Mikrohohlfaser grundsätzlich ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Insbesondere ist es hierbei vorteilhaft, den Grünling der Mikrohohlfaser nachträglich zu sulfonieren. Dies hat zur Folge, dass die wünschenswerte Protonenleitfähigkeit verbessert wird.highlight is that already the above-mentioned green compact micro hollow fiber in principle also can be used in the context of the present invention. Especially In this case, it is advantageous to subsequently add the green compact to the hollow micro fiber sulfonate. This has the consequence that the desirable proton conductivity is improved.

Zur Herstellung der oben bezeichneten Mikrohohlfasern wie auch der entsprechenden Grünlinge wird inbesondere im Rahmen eines Spinnverfahrens so vorgegangen, dass die Dispersion in einen Aufgabebehälter oder Druckgefäss einer Spinn vorrichtung gegeben, die Dispersion strömend bei einer Temperatur von etwa 20 bis 400°C durch die Spinnvorrichtung gefördert und durch Düsenringöffnungen oder Düsenprofilöffnungen, im Folgenden als Düsenöffnungen bezeichnet, gepresst wird. Die im Bereich der Düsenöffnungen erzeugten Teilströme werden mittig durch Kerne oder durch Einrichtungen zum Einblasen eines Gases geteilt, und die Teilströme werden durch Erwärmen, durch Bestrahlen oder durch Zutritt eines Reaktionspartners zu grünen Mikrohohlfasern verfestigt und dann gegebenenfalls zu dichten Mikrohohlfasern gebrannt. Weitere Einzelheiten gehen aus der bereits erwähnten internationalen Anmeldung WO 97/00225 hervor.For the preparation of the above-mentioned micro hollow fibers as well as the corresponding green compacts is in particular in a spinning process so that the dispersion in a feed tank or pressure vessel of a spinning device given, the dispersion flowing at a temperature of about 20 to 400 ° C by the spinning device promoted and is pressed by nozzle ring openings or nozzle profile openings, hereinafter referred to as nozzle openings. The partial streams generated in the region of the nozzle openings are divided in the middle by cores or by means for blowing in a gas, and the partial streams become green by heating, by irradiation or by the admission of a reaction partner Micro hollow fibers solidified and then optionally fired to dense micro hollow fibers. Further details emerge from the already mentioned international application WO 97/00225.

In Abhängigkeit von der beabsichtigten Anwendung sowie dem beabsichtigten Brennstoffeinsatz kann das Brennstoffzellensystem als PEM-, DM- und SO-Brennstoffzelleneinheit vorliegen. Wie dies bekannt ist, stehen die Abkürzungen "PEM", "DM" und "SO" jeweils für die Ausdrücke "Proton Exchange Membrane", "Direct Membrane" und "Solid Oxide". Für PEM-Brennstoffzelleneinheiten eignen sich insbesondere die polymeren Grünlinge der Mikrohohlfasern, wohingegen die Mikrohohlfasern in gebranntem Zustand besonders für die Herstellung von SO-Brennstoffzelleneinheiten geeignet sind. Als Ausgangsmaterial für Hochtemperatur-Brennstoffzellen kann Zirkoniumdioxid und insbesondere Zirkonium, da dieses Metall ein hohes Absorptionsvermögen für Wasser aufweist, empfohlen werden. Des weiteren haben sich die Materialien PEEK (Polyetheretherketon) sowie Victrex® im Rahmen des Einsatzes gemäß der vorliegenden Erfindung bewährt. Durch eine geeignete Materialauswahl läßt sich somit jede beliebige Art von Brennstoffzelle herstellen.Depending on the intended application as well as the intended fuel use, the fuel cell system may be present as a PEM, DM, and SO fuel cell unit. As is known, the abbreviations "PEM", "DM" and "SO" stand for the terms "proton exchange membrane", "direct membrane" and "solid oxide", respectively. For PEM fuel cell units, in particular, the polymeric green compacts of the micro hollow fibers are suitable, whereas the micro hollow fibers in fired condition are particularly suitable for the production of SO fuel cell units. As the starting material for high-temperature fuel cells, zirconia, and especially zirconium, since this metal has a high water absorption capacity, can be recommended. Furthermore, the materials PEEK (polyetheretherketone) and Victrex ® as part of the insert have proved according to the present invention. By a suitable choice of material thus any type of fuel cell can be produced.

Die Anode kann sowohl an den Lumeninnenflächen der Mikrohohlfasern als auch an den Außenumfangsoberflächen der Mikrohohlfasern angebracht sein. Es wird jedoch aus anwendungstechnischen Gründen, auf die später noch näher eingegangen werden wird, bevorzugt, dass sich die Anode auf dem Außenumfang des Elektrolyten und die Kathode an der Lumeninnenoberfläche der jeweiligen Mikrohohlfaser befinden.The Anode can both at the lumen inner surfaces of the micro hollow fibers as also on the outer peripheral surfaces of Micro hollow fibers attached. It becomes however from application-technical Reasons, up The later even closer will be preferred, that the anode on the Outer circumference of the Electrolytes and the cathode at the luminal surface of the respective hollow micro fiber.

Der mikrotubuläre Aufbau der Brennstoffzellen ermöglicht auch einen vorteilhaften Kreuzstrombetrieb, was zu höheren Leistungsdichten, verbessertem Betriebsverhalten und einer Senkung der Produktionskosten führt.Of the microtubular Structure of the fuel cell allows also a favorable cross-flow operation, resulting in higher power densities, improved performance and a reduction in production costs.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Brennstoffzelleneinheit mit einem Mikrowellenabschirmkäfig versehen. Dieser dient dazu, die Strahlen einer Mikrowellenheizung abzuschirmen, welche häufig dafür verwendet wird, die Brennstoffzelle auf ihre Anspringtemperatur, d.h. die Temperatur, bei der die elektrochemische Reaktion stattfindet, aufzuheizen.According to one particularly preferred embodiment the fuel cell unit is provided with a microwave shielding cage. This serves to shield the rays of a microwave heating, which often used for it when the fuel cell is raised to its light-off temperature, i. the Temperature at which the electrochemical reaction takes place to heat up.

Um Kurzschlüsse zwischen den einzelnen den Matrixelektrolyten bildenden Mikrohohlfasern zu vermeiden, kann ein Kurzschlussschutz in Form von Wendelfasern mit nicht aktivierter Oberfläche vorgesehen sein, die die Mikrohohlfasem umschlingen und mit deren Enden fest verbunden sind.Around shorts between the individual micro hollow fibers forming the matrix electrolyte To avoid a short circuit protection in the form of helical fibers with not activated surface be provided, which wrap around the Mikrohohlfasem and with their Ends are firmly connected.

Die eigentliche Brennstoffzellenreaktion, d.h. die anodische Oxidation des Wasserstoffs und die kathodische Reduktion des Sauerstoffs unter Bildung von Wasser erfordert zwingend einen Katalysator.The actual fuel cell reaction, i. the anodic oxidation of hydrogen and the cathodic reduction of oxygen below Formation of water necessarily requires a catalyst.

Die Mikrohohlfasern können, neben Anode und Kathode, ausschließlich aus Katalysator-Material bestehen, d.h. selbst den Katalysator darstellen, oder es kann eine Beschichtung mit dem Katalysator-Material auf einem Trägermaterial vorliegen. Die Mikrohohlfasern können teilweise oder bevorzugt komplett mit Katalysator-Material überzogen werden. So können beispielsweise Werkstoffe, wie Kohle, keramische Materialien, textiles Material, polymeres Material und auch sulfonierte bzw. fluorierte Polymere mit Katalysator-Material beschichtet werden. Die Dicke der aufgetragenen Schicht beträgt etwa einige Atomlagen, d.h. < 0,1 μm, bis 14 μm, vorzugsweise 0,1 bis 5 μm, und insbesondere etwa 1 bis etwa 3 μm.The Micro hollow fibers can, next to anode and cathode, exclusively of catalyst material exist, i. even the catalyst, or it can be a Coating with the catalyst material on a carrier material available. The hollow micro fibers can partially or preferably completely coated with catalyst material become. So can For example, materials such as coal, ceramic materials, textiles Material, polymeric material and also sulfonated or fluorinated Polymers are coated with catalyst material. The fat the applied layer is about a few atomic layers, i. <0.1 μm, to 14 μm, preferably 0.1 to 5 μm, and more preferably about 1 to about 3 μm.

Als Katalysatoren können verwendet werden Metalle, wie Kupfer, Zink, Aluminium, Platin, Palladium und Ruthenium, CuO, ZnO, Al2O3, TiO2 (insbesondere in seiner Anatasform), WO3, V2O5, Fe3O4, Fe2O3, Molybdänoxide, Nickeloxide, Manganoxide sowie Mischoxide hiervon, Aluminosilikate, wie beispielsweise Cordierit, Spinelle, auch mit Spuren von Strontium, Zeolithe, wie beispielsweise Faujasit, SiC, Hämatit und Magnetit. Ganz besonders bevorzugt als Katalysator sind Elemente der 8. Nebengruppen, insbesondere leichtes und schweres Platin, die bevorzugt aus der Salz-, Diamid- oder Carbonatphase aufgetragen werden.As catalysts it is possible to use metals such as copper, zinc, aluminum, platinum, palladium and ruthenium, CuO, ZnO, Al 2 O 3 , TiO 2 (in particular in its anatase form), WO 3 , V 2 O 5 , Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , molybdenum oxides, nickel oxides, manganese oxides and mixed oxides thereof, aluminosilicates, such as cordierite, spinels, also with traces of strontium, zeolites, such as faujasite, SiC, hematite and magnetite. Very particularly preferred as catalyst are elements of the 8th subgroups, in particular light and heavy platinum, which are preferably applied from the salt, diamide or carbonate phase.

Vorzugsweise werden textile Mikrohohlfasern eingesetzt, die aus einem Oxid der Titangruppe, das mit einem seltenen Erdmetall stabilisiert ist, hergestellt worden sind. Besonders bevorzugt sind textile Mikrohohlfasern, die aus Yttrium-stabilisiertem Zirkoniumoxid hergestellt worden sind. Diese textile Mikrohohlfasern sind auch lateral vergrößerbar, wie z.B. ein Balg oder Sägezahn, wie diese beispielsweise bei Trinkhalmen bekannt ist. Diese können zusätzlich auch Scandiumoxid enthalten.Preferably textile micro hollow fibers are used, which consist of an oxide of Titanium group stabilized with a rare earth metal, have been produced. Particularly preferred are textile micro hollow fibers, made of yttrium-stabilized zirconia are. These textile micro hollow fibers can also be enlarged laterally, such as. a bellow or sawtooth, as this is known for example with drinking straws. These can also be added Scandium oxide included.

Bekanntermaßen ist eine Aktivierung bzw. Reaktivierung des bzw. der für die eigentliche Brennstoffzellenreaktion 2H2 + O2 → 2H2O nötigen Katalysators(en), der bzw. die als Komplex bzw. als Tetramin in spongiösen Struktur aufgetragen wird, nötig. Bisher wurde dies durch Trocknen mit N2 und anschließendes Aktivieren mit beispielsweise H2 oder CO erreicht. Aus der WO 02/45192 A1 ist die Verwendung von Monosilan (SiH4) als thermisches Aktivierungsprodukt für die Anoden- und Kathodenkatalysatoren bekannt. Gleichzeitig dient hierbei Monosilan als Brennstoff so wie zur anschließenden Mineralisierung des mit der eigentlichen Brennstoffzellenreaktion erhaltenen Wassers.As is known, activation or reactivation of the catalyst (s) necessary for the actual fuel cell reaction 2H 2 + O 2 → 2H 2 O, which is applied as a complex or as a tetramine in a spongy structure, is necessary. So far, this has been achieved by drying with N 2 and subsequent activation with, for example, H 2 or CO. WO 02/45192 A1 discloses the use of monosilane (SiH 4 ) known as a thermal activation product for the anode and cathode catalysts. At the same time monosilane serves as a fuel as well as for the subsequent mineralization of the water obtained with the actual fuel cell reaction.

Prinzipiell kann mit Monosilan jeder in einer Brennstoffzelle einsetzbare spongiöse Katalysator aktiviert werden. Besonders bevorzugt ist jedoch die Aktivierung bzw. Reaktivierung von nichts elektiven heterogenen Reduktionskatalysatoren (NSCR-Katalysatoren), insbesondere von Gasdiffusionselektrodenkatalysatoren (GDE). Der Einsatz von Monosilan hat auch den Vorteil, dass bei hohem Temperaturniveau, z.B. bei SOFQ-Brennstoffzellen-Katalysatoren, eine nitrose Abgaserzeugung verhindert wird.in principle can with monosilane any usable in a fuel cell spongious catalyst to be activated. However, the activation is particularly preferred or reactivation of nothing elective heterogeneous reduction catalysts (NSCR) catalysts, in particular gas diffusion electrode catalysts (GDE). Of the Use of monosilane also has the advantage that at high temperature levels, e.g. in SOFQ fuel cell catalysts, nitrous exhaust generation is prevented.

Monosilan wird in Gegenwart von Luft in der Brennstoffzelle zu Siliciumnitrid (SiN4) in Hydratform, d.h. zu hydratisiertem SiN4, zu löslicher Kieselsäure Si(OH)4 deren Löschung mit Wasser unter Wärmefreisetzung erfolgt, und zu, zum Ionenaustausch noch geeignetem, SiO2 in mineralogischer Form als Diatomeen, welches nicht wasserbeständig ist, umgewandelt. Die aus Monosilan erhaltenen Stoffe sind hygroskopisch, daher wasserlöslich und wirken als Trocknungsmittel. Sie reichern die Luft ab, so dass eine Belegung der Elektroden mit unlöslichem Siliciumdioxid nicht auftritt.Monosilane is in the presence of air in the fuel cell to silicon nitride (SiN 4 ) in hydrate form, ie to hydrated SiN 4 , to soluble silica Si (OH) 4 their deletion with water under heat release, and, for ion exchange still suitable, SiO 2 in mineralogical form as diatoms, which is not water resistant, converted. The substances obtained from monosilane are hygroscopic, therefore water soluble and act as a drying agent. They enrich the air, so that an occupancy of the electrodes with insoluble silicon dioxide does not occur.

Vielmehr bleibt die Funktionstüchtigkeit derselben erhalten. Nur der Einsatz eines Brennstoffzellensystems auf Mikrohohlfaser-Basis liefert Betriebssicherheit. Bipolare Brennstoffzellen dagegen würden verstopfen, da eine Kondensation an den bipolaren Platten auftritt. Die Elektroden werden vorzugsweise bei höheren Temperaturen betrieben als das Reaktionsprodukt. Auch deshalb sind keine dauerhaften Niederschläge möglich, was sich unmittelbar aus der Wärmelehre an Oberflächen mit höheren Temperaturen ergibt. Das gebildete Siliciumdioxid geht also keine Flächenkondensation ein, d.h. die Elektroden werden nicht mit Siliciumdioxid belegt, da dieses in hygroskopischer Form anfällt und wasserlöslich ist. Die Entstehung des Siliciumdioxids wird daher so gesteuert, dass sich dieses am sogenannten eutektischen Punkt befindet. Dieser ist in der Brennstoffzelle von der Betriebstemperatur abhängig, welche wiederum von Wärmeinhalt der Luft abhängt. Der Wärmeinhalt der Luft ist das Ergebnis des Wassergehaltes derselben. Je höher der Wassergehalt desto höher auch der Wärmeinhalt. Die Steuerung des Wassergehaltes kann der Durchschnittsfachmann ohne nähere Angaben durchführen.Much more the functionality remains receive the same. Only the use of a fuel cell system on micro hollow fiber basis provides operational safety. Bipolar fuel cells would be against it clog, as condensation occurs on the bipolar plates. The electrodes are preferably operated at higher temperatures as the reaction product. Also, therefore, no permanent rainfall is possible, which directly from the thermodynamics on surfaces with higher Temperatures results. The formed silicon dioxide is therefore none surface condensation on, i. the electrodes are not covered with silicon dioxide, since this is obtained in hygroscopic form and is water-soluble. The formation of the silica is therefore controlled so that this is at the so-called eutectic point. This is in the fuel cell depending on the operating temperature, which again of heat content the air depends. The heat content the air is the result of the water content of the same. The higher the Water content the higher also the heat content. Control of the water content can be achieved by one of ordinary skill in the art without further details Make statements.

Mit den aus Monosilan und Luft erhaltenen Reaktionsprodukten, wobei zusätzlich Calcium- und Magnesiumionen sowie Carbonate, Zucker, Lactat und Lipome eingebracht werden können, kann das bei der Brennstoffzellenreaktion erhaltene Aquadestillata (Reinstwasser ohne jegliche Mineralien) mineralisiert werden und zwar ohne und mit Trinkwasserherstellung.With the reaction products obtained from monosilane and air, wherein additionally Calcium and magnesium ions as well as carbonates, sugars, lactates and Lipomes can be introduced may be the aquadestillata obtained in the fuel cell reaction (Ultrapure water without any minerals) are mineralized and although without and with drinking water production.

Die Wassererzeugung mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle und die Verwendung von Monosilan, hat den Vorteil, dass das Siliciumdioxid in Form von Kleinsttröpfchen kondensiert, d.h. als feiner Sand. Dabei kommt es, wie bereits oben angesprochen. nicht zu Verklebungen, sondern das entstehende Siliciumdioxid ist abblasbar. Würde man beispielsweise eine übliche bipolare Brennstoffzelle, in dem Verfahren einsetzen, dann käme es zu Verklebungen und das ganze System würde unbrauchbar werden, denn diese bipolare Brennstoffzellen würden durch Sedimentation der entstandenen Feststoffe verstopfen.The Water generation with the fuel cell of the invention and the Use of monosilane, has the advantage that the silica in the form of tiny droplets condenses, i. as fine sand. It comes, as already above addressed. not to gluing, but the resulting silica is abblasbar. Would for example, a common one bipolar fuel cell, use in the process, then it would come to Gluing and the whole system would be useless, because These bipolar fuel cells would by sedimentation of the clogged solids.

Ein weiterer entscheidender Vorteil der Verwendung von Monosilan liegt ferner darin, dass als Oxidationsmittel nicht nur reiner Sauerstoff, sondern bevorzugt Luft verwendet werden kann. Der in der Luft enthaltene Stickstoff ist zum Verbrennen von Monosilan hervorragend geeignet, wobei nochmals ein zusätzlicher Wärmegewinn erfolgt. Am billigsten ist die Katalysator-Aktivierung mit einem Gemisch aus Monosilan und heißer, trockener Luft. Dies ist gleichzeitig auch ein sehr preiswertes Syntheseverfahren für Siliciumnitrid. Siliciumnitrid ist ein ungiftiger Werkstoff für superharte, heute sehr teure Keramik. Auch lässt sich Siliciumnitrid problemlos in Ammoniak überführen, den Grundstoff für Stickstoff-Kunstdünger. Die Ausnutzung beider Bestandteile der Luft, d.h. Sauerstoff und Stickstoff, hat den Vorteil, dass die Schadstoffemission minimiert wird, und dass beispielsweise bei zusätzlichem Einsatz von Methanol keine Emission des carbonisierten Wassers erfolgt. Auch der Einsatz von reinem Stickstoff wäre denkbar und in einer gefährdeter Umgebung sinnvoll.One Another key advantage of using monosilane is Furthermore, the fact that not only pure oxygen, but preferably air can be used. The airborne Nitrogen is excellent for burning monosilane, where again an additional heat gain he follows. The cheapest is the catalyst activation with a Mixture of monosilane and hot, dry air. This is also a very cheap one Synthesis method for Silicon nitride. Silicon nitride is a non-toxic material for superhard, very expensive ceramics today. Also lets Silicon nitride easily convert into ammonia, the basic material for nitrogen fertilizer. The Utilization of both components of the air, i. Oxygen and nitrogen, has the advantage that the pollutant emission is minimized, and that for example, with additional Use of methanol no emission of carbonized water occurs. Also, the use of pure nitrogen would be conceivable and in a vulnerable Environment makes sense.

Der Einsatz von Luft führt zur oben erwähnten Bildung von Siliciumnitrid, welches thermisch nicht stabil, also wasserlöslich ist. Diese Bildung eines löslichen Feststoffes, die auf die Reaktion von Monosilan mit Stickstoff zurückzuführen ist, ist ein entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Verbrennung von Monosilan mit Luft hat den Vorteil, dass die übliche negative Emission der Reaktionsprodukte vermieden wird.Of the Use of air leads to the above mentioned Formation of silicon nitride, which is not thermally stable, ie water soluble is. This formation of a soluble Solid due to the reaction of monosilane with nitrogen, is a decisive advantage of the method according to the invention. The burning of monosilane with air has the advantage that the usual negative Emission of the reaction products is avoided.

An und für sich kann jedes beliebig gewonnene Monosilan eingesetzt werden, es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, Monosilan einzusetzen, welches auf folgende Art und Weise erhalten wurden:
Zunächst ist die in situ Gewinnung von Monosilan aus Meersand und Erdrinde besonders bevorzugt. Meersalze werden in Verbindungen als Mischminerale, vorzugsweise als Magnesium/Silikat-Gemische, gefördert und gefunden. Monosilan wird aus Meersand gemäß der Reaktionen 2MgH2 + SiCl4 → 2MgCl2 + SiH4 und Mg2Si + 4HCl → 2MgCl2 + SiH4 gewonnen.In and of itself any monosilane won can be used, but it has as proved advantageous to use monosilane, which were obtained in the following manner:
First, the in situ recovery of monosilane from sea sand and earth crust is particularly preferred. Sea salts are promoted and found in compounds as mixed minerals, preferably as magnesium / silicate mixtures. Monosilane is made from sea sand according to the reactions 2MgH 2 + SiCl 4 → 2MgCl 2 + SiH 4 and Mg 2 Si + 4HCl → 2MgCl 2 + SiH 4 won.

Unter Erdrinde wird natriumhaltiger Sand verstanden, wie er beispielsweise in der Wüste zu finden ist. Die in situ Gewinnung von Monosilan aus Meersand und Erdrinde hat den bedeutsamen Vorteil, dass diese Ausgangsprodukte nahezu unbegrenzt verfügbar sind.Under Earth crust is understood to mean sodium-containing sand, as it is, for example in the desert can be found. The in situ recovery of monosilane from sea sand and earth bark has the significant advantage that these raw materials almost unlimited available are.

Die oben erwähnten keramischen Vorläufer bzw. Precursor können ebenfalls für die Monosilan-Gewinnung eingesetzt werden, wobei Monosilan hierbei im Eintropf-Verfahren gewonnen wird. Dabei ist die Solgelherstellung von Vorläufern von Mikrohohlfaserspinmassen besonders hervorzuheben. Hierbei wird Monosilan aus einem Spinell erhalten, der nicht gebrannt worden ist. Dies hat den Vorteil der eigenen Erstellung von Monosilan mit bereits in der Brennstoffzelle eingesetzten Materialien.The mentioned above ceramic precursor or precursor can also for monosilane recovery can be used, with monosilane in this case in the dripping process is won. The sol gel production is precursors of Micro hollow fiber spin masses especially to emphasize. This monosilane is made obtained a spinel that has not been burned. this has the advantage of own creation of monosilane with already in the fuel cell used materials.

Als besonders geeignete Ausgangsmischung hat sich dabei ein Gemisch von 3 Mol Al(OC4H5)2 (Aluminium-tri-sec-butylat), 1 Mol Mg(OC2H5)2 (Magnesiummethylat), 2,5 Mol Si(OCH3)4 (TMOS; Tetramethyl-ortho-silikat), 650 Mol Wasser und 2,5 Mol HCI herausgestellt.A particularly suitable starting mixture here is a mixture of 3 mol of Al (OC 4 H 5 ) 2 (aluminum tri-sec-butylate), 1 mol of Mg (OC 2 H 5 ) 2 (magnesium methoxide), 2.5 mol of Si ( OCH 3 ) 4 (TMOS; tetramethyl-ortho-silicate), 650 moles of water and 2.5 moles of HCl.

Als besonders geeignet hat sich auch die Monosilangewinnung, insbesondere im Eintropfverfahren, aus Magnesiumhydrid-Magnesium-Wasserstoffspeichersystemen, wie in den deutschen Offenlegungsschriften DE 28 04 445 A1 , DE 32 47 362 A1 und DE 32 47 360 A1 beschrieben, herausgestellt. Dabei wird aus Magnesium bzw. Magnesiumchlorid in Gegenwart von vorzugsweise Tetrahydrofuran und vorzugsweise CrCl3/TiCl4 als Katalysator Magnesiumhydrid gewonnen, welches, wie oben bereits erwähnt, in Monosilan überführt werden kann.The monosilane recovery, in particular in the dropping process, of magnesium hydride magnesium hydrogen storage systems, as described in German Offenlegungsschriften, has also proven to be particularly suitable DE 28 04 445 A1 . DE 32 47 362 A1 and DE 32 47 360 A1 described, exposed. In this case, magnesium or magnesium chloride is obtained in the presence of preferably tetrahydrofuran and preferably CrCl 3 / TiCl 4 as catalyst magnesium hydride, which, as already mentioned above, can be converted into monosilane.

Orthokieselsäure kann als Silikatsalz ebenfalls als Monosilanlieferant eingesetzt werden.Orthosilicic acid can as silicate salt also be used as Monosilanlieferant.

Das sehr gut abspeicherbare Magnesiumhydrid (MgH2) kann zusätzlich auch als Brennstoff eingesetzt werden. Dabei wird aus MgH2 Wasserstoff freigesetzt und in der Brennstoffzelle verbraucht. Das erhaltene reine Magnesium kann mit THF wieder aufgeladen werden.The very easily storable magnesium hydride (MgH 2 ) can also be used as fuel. In this case, hydrogen is liberated from MgH 2 and consumed in the fuel cell. The pure magnesium obtained can be recharged with THF.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, neben dem Monosilan Fremdstoffzusätze, wie CO, Methanol, NHx-Verbindungen, wie beispielsweise Ammoniumsalze, Ammoniak und Hydrazin, und/oder Wasserstoff zusätzlich zu verwenden, und zwar als Brennstoff, als Katalysator-Aktivator und/oder zum Mineralisieren.Especially advantageous has proven to be next to the monosilane impurity additives such as CO, methanol, NH x compounds, such as ammonium salts, ammonia and hydrazine, and / or hydrogen addition to use, as a fuel, as a catalyst activator and / or to mineralize.

Der gemeinsame Einsatz von Monosilan und Kohlenmonoxid hat den Vorteil, dass der Katalysator nicht mehr geschützt werden muss. Es können dann sogar Katalysatoren eingesetzt werden, die nicht CO-beständig sind. Dies ist eine enorme Kostenersparnis.Of the common use of monosilane and carbon monoxide has the advantage that the catalyst no longer needs to be protected. It can then even catalysts are used that are not CO-resistant. This is a huge cost savings.

Monosilan kann alleine, aber auch zusammen mit anderen Wasserstoffträgern, wie beispielsweise Erdalkali, Biomasse, Biogas, Ethanol, Methanol, Benzin, Diesel, Heizöl, Fetten, wie beispielsweise Aloe Vera, sowie Raps- und Leinenöl, aber auch Hydrazin und Magnesiumhydrid, in der Brennstoffzelle verbrannt werden, wobei folgende Reaktion abläuft:monosilane Can alone, but also with other hydrogen carriers, such as For example, alkaline earth, biomass, biogas, ethanol, methanol, gasoline, Diesel, fuel oil, Fats, such as aloe vera, as well as rapeseed and linseed oil, but also hydrazine and magnesium hydride, burned in the fuel cell with the following reaction:

Figure 00200001
Figure 00200001

In der Brennstoffzelle reagiert Monosilan mit Sauerstoff zu Si(OH)4. Sauerstoff kann mit Monosilan sowohl bei hohen als auch bei niederen Prozesstemperaturen reagieren.In the fuel cell, monosilane reacts with oxygen to form Si (OH) 4 . Oxygen can react with monosilane at both high and low process temperatures.

Wasserstoff reagiert mit Sauerstoff zu Aquadestillata, und Methanol wird, falls vorhanden, mit Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser umgesetzt.hydrogen reacts with oxygen to aqua-distillate, and methanol, if present, reacted with oxygen to carbon dioxide and water.

Dabei durchwandert der Sauerstoff das tubuläre Brennstoffzellensystem, d.h. geht beispielsweise durch protonenleitende Yttrium-stabilisierte Zirkoniumdioxid-Wandungen hindurch, wobei vorstehend genannte Reaktionen ablaufen.there oxygen passes through the tubular fuel cell system, i.e. goes for example by proton-conducting yttrium-stabilized Zirconia walls through, the above reactions take place.

Wie erwähnt, wird Monosilan nicht nur als Brennstoff eingesetzt, sondern auch zur Aktivierung der Katalysatoren an Anode und Kathode, insbesondere an Gasdiffusionselektroden, genutzt. Selbstverständlich ist auch die Reaktivierung von inhibierten Katalysatoren, was insbesondere durch entstehende Zwischenprodukte, wie beispielsweise Kohlenmonoxid, geschieht, möglich.As mentioned, Monosilane is not only used as fuel, but also for activating the catalysts at the anode and cathode, in particular used on gas diffusion electrodes. Of course, the reactivation is also of inhibited catalysts, which in particular by resulting Intermediates, such as carbon monoxide, happens, possible.

Die Mineralisierung von Wasser geschieht mit den aus Monosilan erhaltenen Reaktionsprodukten, wobei nach Bedarf weitere zur Mineralisierung geeignete Verbindungen, wie beispielsweise Calcium- und Magnesiumverbindungen, aber auch Nahrungsergänzungsmittel, wie beispielsweise diatomeenhaltige Substanzen, wie Korallen, Kieselgur, zugegeben werden können. Die Mineralisierung erfolgt dabei auf hygenische Art und Weise. Werden keine Zusätze zugegeben, dann bedeutet Mineralisierung de facto hier das Einbringen von Silicium- und Magnesiumverbindungen in Wasser.The Mineralization of water happens with those obtained from monosilane Reaction products, with further mineralization as needed suitable compounds, such as calcium and magnesium compounds, but also supplements, such as diatomaceous substances such as coral, diatomaceous earth, can be added. The mineralization is done in a hygenic way. Be no additives admitted, then mineralization de facto here means the introduction of silicon and magnesium compounds in water.

Das mineralisierte Wasser kann anschließend in an sich bekannter Weise in Trinkwasser überführt werden.The mineralized water can then in a conventional manner be converted into drinking water.

Der Einsatz von Monosilan alleine oder auch in Gemengen mit anderen Kohlenwasserstoffträgern hat den Vorteil, dass eine kohlensäurefreie Nitrierung und Aufoxidation möglich ist, da Kohlensäure gebunden vorliegt. Fällt beispielsweise Kohlendioxid in der Brennstoffzelle an, dann wird dieses nicht emittiert, sondern kann mit den Reaktionsprodukten des Monosilans zur Carbonisierung des Wassers eingesetzt werden.Of the Use of monosilane alone or in mixtures with others Hydrocarbon carriers has the advantage that a carbonated nitriding and oxidation possible is because carbonic acid is bound. falls For example, carbon dioxide in the fuel cell, then this does not emit, but can with the reaction products of the monosilane be used to carbonize the water.

Kern ist, wie erwähnt, der Einsatz von Monosilan zur Strom- und Wärmeerzeugung bei gleichzeitiger Trinkwassergenerierung. aus den entstehenden Reaktionsprodukten des Monosilans sowie die gleichzeitige Aktivierung des insbesondere mit Kohlenmonoxid vergiftenen Katalysators. Der Einsatz von Monosilan führt zu einer besseren Ausnutzungen des Wirkungsgrades, der bekanntermaßen sowohl den thermischen als auch den elektrischen Gewinn miteinbezieht. Die Ausnutzung der Gesamtbilanz ist bei keinem der bisher bekannten Brennstoffe so hoch wie bei Monosilan, was auch bei gleichzeitigem Einsatz von CnHm-Verbindungen, NHx-Verbindungen, Schwefelverbindungen sowie Gemischen davon zutrifft. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass Luft als Oxidationsmittel verwendet wird. Silicium (hier in Form von Monosilan eingesetzt) ist als Energieträger nicht nur unbegrenzt verfügbar, sondern auch ergiebiger als beispielsweise Erdöl oder Kohle, da Silicium im Gegensatz zu Kohlenstoff auch mit Stickstoff, dem größten Bestandteil der Luft, verbrennt. Das Verbrennen von Monosilan hat den Vorteil, dass keine Abgase entstehen, d.h. dass eine Null-Emission gegeben ist. Mit Sauerstoff reagiert Monosilan zu Siliciumdioxid, d.h. zu Sand.The core, as mentioned, is the use of monosilane for electricity and heat generation with simultaneous drinking water generation. from the resulting reaction products of the monosilane and the simultaneous activation of the particular poisoned with carbon monoxide catalyst. The use of monosilane leads to a better utilization of the efficiency, which is known to include both the thermal and the electrical gain. The utilization of the total balance is in none of the previously known fuels as high as in monosilane, which also applies to the simultaneous use of C n H m compounds, NH x compounds, sulfur compounds and mixtures thereof. This is especially true in the case where air is used as the oxidant. Silicon (used here in the form of monosilane) is not only available as an energy source indefinitely, but also more abundant than, for example, petroleum or coal, since silicon, in contrast to carbon, also burns with nitrogen, the largest constituent of air. The burning of monosilane has the advantage that no exhaust gases arise, ie that a zero emission is given. Monosilane reacts with oxygen to form silica, ie to sand.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:The Invention will be described below with reference to preferred embodiments with reference to the attached drawings described. In the drawings show:

1 einen Querschnitt durch eine keramische SOFQ-Mikrohohlfaser mit Elektroden, 1 a cross section through a ceramic SOFQ micro hollow fiber with electrodes,

2 einen Querschnitt durch eine polymere PEM-Mikrohohlfaser mit Elektroden, und 2 a cross section through a polymeric PEM micro hollow fiber with electrodes, and

3 eine schematische Darstellung in einem Rahmen angeordneter Mikrohohlfasern mit Elektroden. 3 a schematic representation arranged in a frame micro hollow fibers with electrodes.

In 1 liegt die mobile, spongiöse, katalytische Kathode 1 innen, wobei die die Kathode 1 bildenden Kohlenstoff-Partikel, vorliegend mit einem Katalysator, derart locker angeordnet sind, dass ein ausreichender Sauerstoffdurchfluss möglich ist. Die mobilen Partikel der Kathode 1 sind von einem Feststoffelektrolyten 2 aus Yttriumstabilisiertem Zirkoniumdioxid mit Spuren von SrOx umgeben. Außen befindet sich die mobile, spongiöse, katalytische Keramik-Peroxid-Anode 3 aus Strontiumlanthanmanganat, die durch ein Gewebe 4 gehalten wird. Der Sauerstoff penetriert durch den Feststoffelektrolyten. Das Gewebe 4 ist durch Platindrähte mit einem Durchmesser von ca. 10 μm gebildet.In 1 lies the mobile, cancellous, catalytic cathode 1 inside, where the the cathode 1 forming carbon particles, in the present case with a catalyst, are arranged so loosely that a sufficient oxygen flow is possible. The mobile particles of the cathode 1 are from a solid electrolyte 2 surrounded by yttrium-stabilized zirconia with traces of SrO x . Outside is the mobile, cancellous, catalytic ceramic peroxide anode 3 from strontium lanthanum manganate, which passes through a tissue 4 is held. The oxygen penetrates through the solid electrolyte. The tissue 4 is formed by platinum wires with a diameter of about 10 microns.

Gemäß einer Variante sind als Anode Partikel aus mit Bor dotiertem Diamant vorgesehen, welche durch das Gewebe gehalten werden. Ferner ist den Partikeln ein Katalysator beigemischt und/oder in den Partikeln enthalten.According to a variant, particles of boron-doped diamond are provided as anode be held by the tissue. Further, the particles are admixed with a catalyst and / or contained in the particles.

In 2 befindet sich die Anode 5 aus mobilen Kohlenstoff-Partikeln gebildet durch Aktivkohle innen, während die mobile, durch eine Vielzahl kleiner Silicium-Partikel gebildete Kathode 7 außen liegt und von einem Gewebe 8 gehalten wird. Als Feststoffelektrolyt 6 wird ein sulfoniertes Fluorpolymer eingesetzt. Hier durch strömt Wasserstoff den Feststoffelektrolyten 6. Das Gewebe 8 wird durch eine katalytisch beschichtete, in Streifen geschnittene Folie gebildet, welche eine Dicke von weniger als 10 μm aufweist. Die Streifenbreite beträgt ebenfalls weniger als 10 μm.In 2 there is the anode 5 of mobile carbon particles formed by activated carbon inside, while the mobile, formed by a plurality of small silicon particles cathode 7 lies outside and of a fabric 8th is held. As a solid electrolyte 6 a sulfonated fluoropolymer is used. Here, hydrogen flows through the solid electrolyte 6 , The tissue 8th is formed by a catalytically coated, cut into strips film having a thickness of less than 10 microns. The stripe width is also less than 10 microns.

Wie die Querschnitte der 1 und 2 zeigen, sind die Elektroden (Anode und Kathode) die elektrisch leitenden, spongiösen Träger für die Katalysatoren. Die Elektroden (Anode und Kathode) sind mobil und offenzellig gas- bzw. flüssigkeitsdurchlässig. Die Reaktionen erfolgen vektoriell und gravimetrisch auch im Lumen der Mikrohohlfasern, was zur Verminderung einer Sedimentation beiträgt. Eine Lumenverstopfung tritt nicht auf. Die spongiöse Ausgestaltung der Träger ist nötig, damit die benötigten Stoffe in die Elektroden gelangen können. Die entstehenden Reaktionsprodukte, Siliciumnitrid und SiO2, sind thermodynamisch nicht stabil und werden von Wasserdampf, insbesondere bei hohen Temperaturen, aufgelöst und/oder angelöst, sowie mit Kohlenstoffoxiden im Kondensat oder Wasser gebunden, wobei es zu einer Temperaturabsenkung kommt. Die Aspiration am Außenumfang findet sowohl bei der SOFQ- als auch bei der PEM-Mikrohohlfaser außen statt, was bedeutet in 1 an der Anode und in 2 an der Kathode.Like the cross sections of the 1 and 2 show, the electrodes (anode and cathode) are the electrically conductive spongy support for the catalysts. The electrodes (anode and cathode) are mobile and open-cell gas or liquid permeable. The reactions also occur vectorially and gravimetrically in the lumen of the micro hollow fibers, which contributes to the reduction of sedimentation. Lumen obstruction does not occur. The spongy design of the carrier is necessary so that the required substances can get into the electrodes. The resulting reaction products, silicon nitride and SiO 2 are not thermodynamically stable and are of water vapor, especially at high temperatures, dissolved and / or dissolved, and bound with carbon oxides in the condensate or water, which leads to a decrease in temperature. The aspiration on the outer periphery takes place on both the SOFQ and the PEM micro hollow fiber on the outside, which means in 1 at the anode and in 2 at the cathode.

Die Mikrohohlfasern samt die äußeren Elektroden haltenden Gewebe, in ihrer Gesamtheit in 3 mit dem Bezugszeichen F bezeichnet, sind in beiden beschriebenen Fällen in einem Rahmen R eingegossen, wie schematisch in 3 dargestellt. Hierbei ist der Rahmen R im Brennstoffzellensystem derart angeordnet, dass die Mikrohohlfasern in einem Winkel von minimal 10° und maximal 75° geneigt zur Vertikalen angeordnet sind. Die Öffnungen der Mikrohohlfasern sind hierbei am Rand des Rahmens R zugänglich und mit der Gaszu- und -ableitung verbunden, so dass gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel Sauerstoff und gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel Wasserstoff in den Mikrohohlfaser-Innenraum eingeleitet werden kann.The hollow micro fibers together with the outer electrodes holding tissue, in their entirety in 3 denoted by the reference F, are cast in a frame R in both cases described, as schematically in 3 shown. Here, the frame R is arranged in the fuel cell system such that the micro hollow fibers are arranged at an angle of at least 10 ° and at most 75 ° inclined to the vertical. The openings of the hollow micro-fibers are in this case accessible at the edge of the frame R and connected to the gas supply and discharge, so that according to the first embodiment oxygen and according to the second embodiment, hydrogen can be introduced into the micro hollow fiber interior.

Claims (20)

Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle auf Mikrohohlfaserbasis, das einen Elektrolyten enthält, welcher getrennt voneinander Anode und Kathode trägt, wobei der Elektrolyt ein Mikrohohlfaser-Matrixelektrolyt ist, wobei die Mikrohohlfaser des Elektolyten eine Wandstärke von etwa 0,01 bis 250 μm und einen gleichwertigen Außendurchmesser von etwa 50 μm bis 3 mm aufweisen, und wobei die Mikrohohlfasern entweder in Form von Filament- oder Filamentgarngelegen angeordnet sind – mit einer formstabilen Einbindung der Mikrohohlfaserenden, und zumindest partiell freigelegtem Zugang zum Hohlfaserlumen – oder in Form von Stapelfaser- oder Stapelfasergarngelegen angeordnet sind, wobei die Mikrohohlfaserenden formstabil gebunden sind, und wobei mindestens eine der Elektroden mobil ausgebildet ist.Fuel cell system with at least one fuel cell micro hollow fiber base containing an electrolyte which carries separately anode and cathode, wherein the electrolyte Micro hollow fiber matrix electrolyte, wherein the micro hollow fiber of the Elektolyten a wall thickness from about 0.01 to 250 microns and an equivalent outside diameter of about 50 μm to 3 mm, and wherein the micro hollow fibers either in the form Filament or Filamentgarngelegen are arranged - with a dimensionally stable integration of the micro hollow fiber ends, and at least partially exposed access to the hollow fiber lumen - or in the form of staple fiber or Stapelfasergarngelegen are arranged, wherein the Mikrohohlfaserenden are dimensionally stable bound, and wherein at least one of the electrodes is mobile. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode gewichtsmäßig zu mindestens der Hälfte durch mobile, offenzellige Kohlenstoff-Partikel und/oder Diamant-Partikel und/oder Silicium-Partikel gebildet ist.Fuel cell system according to claim 1, characterized in that that the electrode should be at least half by mobile, open-cell carbon particles and / or diamond particles and / or silicon particles is formed. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der die Elektrode bildenden Partikel mit einer Bor-dotierten Diamantbeschichtung versehen sind oder aus Bor-dotiertem Diamant bestehen.Fuel cell system according to claim 1 or 2, characterized characterized in that at least a part of the electrode forming Particles are provided with a boron-doped diamond coating or boron-doped diamond. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Mikrohohlfaser ein Gewebe und/oder ein anderes, die mobile(n) Elektrode(n) haltendes Element angeordnet ist.Fuel cell system according to one of the preceding Claims, characterized in that outside the micro hollow fiber is a tissue and / or another which is mobile (s) Electrode (s) holding element is arranged. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe aus einer in schmale Streifen geschnittenen Folie gebildet ist, wobei die Streifen anschließend verwebt und um eine einzelne Mikrohohlfaser herum unter Einschluss der mobilen Elektrode angeordnet sind.Fuel cell system according to claim 4, characterized in that that the fabric of a cut into narrow strips of foil is formed, the strips then interweaves and a single Micro hollow fiber arranged around the mobile electrode included are. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe oder das die mobile(n) Elektrode(n) haltende Element aus Platin besteht oder zumindest eine Platin-Beschichtung aufweist.Fuel cell system according to claim 4 or 5, characterized characterized in that the tissue or the mobile electrode (s) holding element consists of platinum or at least a platinum coating having. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrohohlfasern gegenüber der Horizontalen geneigt angeordnet sind, wobei die Neigung 10° bis 75°, insbesondere 15° bis 60° zur Horizontalen beträgt.Fuel cell system according to one of the preceding Claims, characterized in that the hollow micro fibers are opposite to the Horizontally inclined, the inclination 10 ° to 75 °, in particular 15 ° to 60 ° to the Horizontal is. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrohohlfasern entweder in Form von Filament- oder Filamentgarngelegen angeordnet sind mit einer formstabilen Einbindung der Mikrohohlfaserenden, und zumindest partiell freigelegtem Zugang zum Hohlfaserlumen oder in Form von Stapelfaser- oder Stapelfasergarngelegen angeordnet sind, wobei die Mikrohohlfaserenden formstabil gebunden sind.Fuel cell system according to one of the preceding Claims, characterized in that the hollow micro fibers either in the form of filament or Filament yarn are arranged with a dimensionally stable integration the hollow micro fiber ends, and at least partially exposed access to the hollow fiber lumen or in the form of staple fiber or staple fiber yarn layers are arranged, wherein the micro hollow fiber ends bound dimensionally stable are. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Mikrohohlfasern textile Mikrohohlfasern vorgesehen sind.Fuel cell system according to one of the preceding Claims, characterized in that micro hollow fibers are hollow microfibers are provided. Verfahren zur Wassermineralisierung mittels eines Brennstoffzellensystems auf Mikrohohlfaser-Basis, wobei Monosilan als Brennstoff und als Katalysator-Aktivator eingesetzt wird und das Wasser mit dem bzw. den durch Oxidation und/oder Nitrierung von Monosilan erhaltenen Reaktionsprodukt(en) mineralisisert wird unter Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme aus chemischer Energie, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Brennstoffzellensystems nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Method of water mineralization by means of a Micro hollow fiber fuel cell system, wherein monosilane is used as a fuel and as a catalyst activator and the water with the or by oxidation and / or nitration obtained from monosilane reaction product (s) mineralisisert is under Generation of electrical energy and heat from chemical energy, characterized by the use of a fuel cell system according to one of the claims 1 to 9. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass neben Silan Kohlenmonoxid, Methanol, NHx-Verbindungen und/oder Wasserstoff als Brennstoff, Katalysator-Aktivator und/oder zum Mineralisieren eingesetzt werden.Method according to claim 10, characterized in that that in addition to silane carbon monoxide, methanol, NHx compounds and / or Hydrogen used as a fuel, catalyst activator and / or mineralizing become. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass Monosilan in situ aus Meersalz oder Erdrinde gewonnen wird.Method according to one of claims 10 or 11, characterized that monosilane is recovered in situ from sea salt or earth crust. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Monosilan direkt aus einem oder mehreren Vorläuferprodukten des Materials, aus welchem die Mikrohohlfasern erhalten werden, gewonnen wird.Method according to one of claims 10 to 12, characterized that monosilane directly from one or more precursor products of the material from which the hollow micro fibers are obtained becomes. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Verläuferprodukt ein Solgel-Spinell-Precurser eingesetzt wird.Method according to claim 12, characterized in that as a by-product a sol gel spinel precursor is used. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass Monosilan aus Magnesiumhydrid-Magnesium-Wasserstoffspeichersysteroen gewonnen wird.Method according to one of the preceding claims 10 or 11, characterized in that monosilane of magnesium hydride magnesium hydrogen storage system is won. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Oxidationsmittel Luft, Sauerstoff oder Stickstoff eingesetzt wird.Method according to one of claims 10 to 15, characterized that used as the oxidizing agent air, oxygen or nitrogen becomes. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Oxidationsmittel Luft eingesetzt wird.Method according to claim 16, characterized in that that air is used as the oxidizing agent. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das erhaltene Aquadestillata mineralisiert wird.Method according to one of claims 10 to 17, characterized that the obtained aquadestillata is mineralized. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das erhaltene Aquadestillata in Trinkwasser überführt wird.Method according to one of claims 10 to 18, characterized that the obtained aqua-distillata is transferred into drinking water. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kohlendioxidemission nicht auftritt, auch bei zusätzlichem Einsatz von Methanol.Method according to one of claims 10 to 19, characterized that a carbon dioxide emission does not occur, even with additional Use of methanol.
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