DE102006049351A1

DE102006049351A1 - Elektrochemischer Gasgenerator für Schwefelwasserstoff

Info

Publication number: DE102006049351A1
Application number: DE200610049351
Authority: DE
Inventors: Kerstin Caro; Peter Dr. Tschunky
Original assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2007-08-09

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Gasgenerator mit
- einer Elektrolysezelle (1) mit einem gasundurchlässigen Gehäuse, welches durch eine gasdurchlässige Membran (2) für den Austritt eines Prüf- oder Kalibriergases H₂S versehen ist,
- einer chemisch inerten Anode (5) aus einem Edelmetall, einem Gemisch aus Edelmetallen oder aus einem Kohlenstoff enthaltenden Material, welche in direktem Kontakt mit einem Elektrolyten (7) steht,
- einer Kathode (4) aus einem Edelmetall, einem Gemisch aus Edelmetallen oder aus einem Kohlenstoff enthaltenden Material, welche in direktem Kontakt mit einem Elektrolyten (7) und mit einem Gemisch aus Metallsulfid und Schwefel steht,
- einer auch als Stromquelle dienenden Steuereinheit (6), welche mit den Elektroden (4, 5 und gegebenenfalls 8) verbunden ist (Figur 1).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Gasgenerator für Schwefelwasserstoff
Zur Funktionsüberprüfung bzw. Kalibrierung von Gassensoren werden diese im Allgemeinen in zeitlich festgelegten Zeitintervallen mit dem zu detektierenden Messgas oder einem geeignet erscheinenden Ersatzgas beaufschlagt. Hierzu kann man entweder Prüfgas in Druckgasbehältern zusammen mit geeigneten Begasungseinrichtungen, beispielsweise mit Druckminderern, verwenden oder das Prüfgas direkt erzeugen. Die Verwendung von Druckbehältern mit entsprechenden Einrichtungen ist aufwändig und erfordert eine entsprechende Logistik und Handhabung.

Für die Funktionsüberprüfung von Schwefelwasserstoffsensoren existieren zurzeit kommerziell erhältliche, unter anderem auch elektrochemische Gasgeneratoren, die das Prüfgas H₂S durch kathodische Umsetzung von Metallsulfiden erzeugen können. Diese elektrochemisch basierten Geräte weisen aber den Nachteil auf, dass ihre Fähigkeit, Gas zu erzeugen, rasch abnimmt. Die Lebenszeit eines solchen Gasgenerators ist daher stark limitiert.

Es besteht also Bedarf für die Breitstellung eines möglichst langzeitstabilen elektrochemischen Gasgenerators für Schwefelwasserstoff.

Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1.

Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausbildungen des elektrochemischen Gasgenerators nach Anspruch 1 an.

Es wurde gefunden, dass die Ursache der nachlassenden Gasgenerierungskapazität von elektrochemischen H₂S-Generatoren in der Ausbildung einer Metallschicht auf dem umzusetzendem Metallsulfid liegt. Das ursächlich gaserzeugende Sulfid wird von der Metallschicht ummantelt und auf. diese Weise deaktiviert. Durch Verwendung hoher Stromdichten und den daraus resultierenden hohen Gasdrücken an gebildetem H₂S kann die ummantelnde Metallschicht zwar aufgebrochen werden, dabei wird aber auch entsprechend mehr Sulfid umgesetzt und verbraucht, wodurch die Lebenszeit herabgesetzt wird.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Hilfe von 1 erläutert, die schematisch einen langzeitstabilen elektrochemischen Gasgenerator für das Prüf- oder Kalibriergas H₂S mit den wichtigsten Bauelementen darstellt.
In einer Elektrolysezelle 1 mit einem Gehäuse, die durch eine für Gas permeable Membran 2 verschlossen ist, wird ein Pressling 3 aus Silbersulfid und Schwefel im Massenverhältnis 1:1 mit Hilfe eines als Kathode 4 geschalteten Platinnetzes elektrochemisch umgesetzt. Als Anode 5 dient ebenfalls vorzugsweise eine Elektrode aus Platin.
Die Elektroden 4, 5 sind an eine auch als Stromquelle dienende Steuereinheit 6 angeschlossen. Eine Elektrolyse in einem Elektrolyten 7, speziell bestehend aus Schwefelsäure, wird nun mittels einer Stromquelle durchgeführt und metallisches Silber neben freien Sulfidionen gebildet. Eine Beimengung von elementaren Schwefel ermöglicht nun, daß der frisch gebildete Silberspiegel sofort wieder zum Sulfid umgesetzt und erneut in die Reaktion eingebunden wird. Die ablaufenden Reaktionen sind:
Das an der Anode 4 gebildete H₂S tritt durch die permeable Membran 2 aus dem Gehäuse der Elektrolysezelle 1 aus und kann als Prüf- oder Kalibriergas für einen Gassensor verwendet werden, der in Verbindung mit dem Prüf- oder Kalibriergas steht.
2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Bauform des Gasgenerators für H₂S. Hier ist zusätzlich eine Referenzelektrode 8 aus Ag/Ag₂S in die Elektrolysezelle 1 in direktem Kontakt mit dem Elektrolyten eingebracht, die insbesondere gegenüber H₂S stabile Potentiale aufweist.
Als Steuereinheit 6 kann für beide beschriebene Bauformen sowohl eine eine Stromquelle als auch eine einen Potentiostat enthaltende Einheit benutzt werden.

Claims

Elektrochemischer Gasgenerator mit – einer Elektrolysezelle (1) mit einem Gehäuse, welches durch eine gasdurchlässige Membran (2) für den Austritt des Prüf- oder Kalibriergases H₂S versehen ist, – einer Anode (5) aus einem Edelmetall, einem Gemisch aus Edelmetallen oder aus einem Kohlenstoff enthaltenden Material, welche in direktem Kontakt mit einem Elektrolyten (7) steht, – einer Kathode (4) aus einem Edelmetall, einem Gemisch aus Edelmetallen oder aus einem Kohlenstoff enthaltenden Material, welche in direktem Kontakt mit einem Elektrolyten (7) und mit einem Gemisch aus Metallsulfid und Schwefel steht. – einer auch als Stromquelle dienenden Steuereinheit (6), welche mit den Elektroden (4, 5) verbunden ist.
Elektrochemischer Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Referenzelektrode (8) in Kontakt mit dem Elektrolyten (7) in der Elektrolysezelle (1) enthalten ist.
Elektrochemischer Gasgenerator nach Ansprüchen 1 oder 2, der eine einen Potentiostaten enthaltende Steuereinheit (6) enthält.
Elektrochemischer Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Anode (5) als auch Kathode (4) aus Platin bestehen und die Kathode (4) als Netz ausgebildet ist.
Elektrochemischer Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Kathode (4) umgesetzte Substanz aus einem Gemisch von Silbersulfid und Schwefel im Massenverhältnis (Ag₂S:S) zwischen 1:5 und 5:1, vorzugsweise 1:1 besteht.
Elektrochemischer Gasgenerator, dadurch gekennzeichnet, dass das an der Kathode (4) umgesetzte, in Mischung mit Schwefel vorliegende Metallsulfid ein Metall aufweist, das ein in Wasser und Säuren schwerlösliches Metallsulfid bildet.
Elektrochemischer Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Kathode (4) umgesetzte Substanz vorzugsweise in Form eines auf die Kathode (4) aufgebrachten Presslings (3) oder in Form eines um die Kathode (4) herum zusammengepressten Gefüges eingesetzt wird.
Elektrochemischer Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein protischer, saurer Elektrolyt (7) verwendet wird.
Elektrochemischer Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schwefelsäure als Elektrolyt (7) verwendet wird.
Elektrochemischer Gasgenerator nach einem der Ansprüche 4 zusammen mit 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling (3) mit dem als Kathode (4) geschalteten kontaktierenden Platinnetz unmittelbar an die Membran (2) angrenzt.
Elektrochemischer Gasgenerator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet, dass das Gehäuse der Elektrolytzelle (1) aus einem chemisch inerten Polymer, vorzugsweise aus Polyethylen und/oder Polypropylen besteht.
Elektrochemischer Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (2) aus einem mikroporösen, perfluorierten Polymer besteht.
Elektrochemischer Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzelektrode (8) aus einem mit Silbersulfid überzogenem Silbernetz besteht.