DE102008057865B3

DE102008057865B3 - Zinktablette zur Verwendung als Korrosionselement oder als Anode in Gasentwicklungszellen zur Erzeugung von Wasserstoff für die Förderung von fließfähigen Stoffen in mechanischen Spritzen

Info

Publication number: DE102008057865B3
Application number: DE102008057865A
Authority: DE
Inventors: August Winsel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2028-11-19
Also published as: WO2010057875A1

Abstract

Mittel zur Erzeugung von Wasserstoff aus wässriger Lösung, bei dem Zinkteilchen mit einem edleren Metall beschichtet sind, wobei das Zinkpulver nach Kontamination seiner Oberfläche mit einem Anteil von 0,1 bis 10 Atom-% eines Metalls der 11. Spalte des Periodischen Systems der Elemente bezogen auf die Gesamtzinkmenge und ggf. nach Vermischen mit unbehandeltem Zinkpulver zu Tabletten verpresst ist.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Mittel zur Erzeugung von Wasserstoff aus wässriger Lösung, bei denen Zinkteilchen mit einem edleren Metall kontaminiert oder beschichtet und mit Hilfe eines Thermoplasten zu Tabletten ausgeformt sind.
Stand der Technik.
Der Stand der Technik ist am nächsten durch die DE 36 02 214 C1 beschrieben. Darin wird Zinkpulver nach Kontaminierung seiner Oberfläche mit einem Anteil von 0.1 bis 10 Atom-% eines Metalls der 8. Spalte des Periodischen Systems der Elemente bezogen auf die Gesamtzinkmenge und ggf. nach Vermischen mit unbehandeltem Zinkpulver zu Tabletten verpresst. Weiterhin wird dort beschrieben, dass das Kontaminationsmetall vorteilhaft Nickel ist. Auch wird beschrieben, dass die Tablette aus einem Gemisch von Zinkpulver mit Raney-Nickelpulver zu Tabletten verpresst ist und dass als Presshilfsmittel ein Thermoplast enthalten ist.
Als weiteres Kennzeichen wird die Verwendung von Polytetrafluorethylen als Presshilfsmittel beschrieben. Danach kann die Herstellung so erfolgen, dass Zinkpulver in die Lösung eines Salzes eines Metalls aus der 8. Spalte des Periodischen Systems der Elemente mit saurem pH-Wert eingetragen wird und dass das Zinkpulver danach gewaschen, getrocknet, ggf. mit Polytetrafluorethylen-Pulver vermischt und anschließend zu Tabletten verpresst wird.
Auch wird eine Variante des Verfahrens zur Herstellung eines Mittels so gekennzeichnet. dass Zinkpulver durch Behandlung mit Metallformiat-Lösung oder durch Behandlung mit Metallformiat-Pulver oberflächlich mit einem Niederschlag aus Forniat versehen wird, dass das Pulver anschließend ggf. unter Zuhilfenahme eines thermoplastischen Binders zu Tabletten verpresst wird und dass das Formiat zum Schluss oder vor dem Verpressen durch Erwärmung auf eine Temperatur oberhalb seiner Zersetzungstemperatur zersetzt wird. Auch wird beschrieben, dass anstelle von Formiat ein anderes thermisch zersetzbares Salz einer organischen Säure verwendet werden kann.
Beschreibung.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Zink-Korrosionselement mit definierter Wasserstoff-Entwicklungsrate aus wässriger Lösung. Das Element besteht auch jetzt aus Zinkpulver, dessen Teilchen oberflächlich mit einem Fremdmetall kontaminiert sind. Zink ist ein unedles Metall, das bestrebt ist, im Kontakt mit Wasser unter Bildung von Wasserstoff und Zinkoxid bzw. Zinkhydroxid in Lösung zu gehen. Diese Eigenschaft steht in scheinbarem Widerspruch zur großtechnischen Verwendung des Zinks als Korrosionsschutz auf Eisen. Ursache für diese Verwendungsmöglichkeit des Zinks ist die hohe Wasserstoffüberspannung, die reines Zinkmetall besitzt und die den geschilderten Lösungsvorgang des Zinks kinetisch behindert. Es ist bekannt, dass Metallverunreinigungen des Zinks die Korrosion beschleunigen, wenn sie aus Metallen mit niedriger Wasserstoffüberspannung bestehen, dass aber andererseits auch Metallverunreinigungen die Korrosionsneigung behindern können. Beschleunigende Wirkung erzielt man durch Elemente wie Nickel, Palladium und Eisen, während Cadmium, Blei und sonders Quecksilber die Korrosionsbeständigkeit des Zinks verbessern. Besonders Quecksilber hat diese Wirkung. Deshalb ist die Amalgamierung der Zinkanoden seit vielen Jahrzehnten geübte Praxis in der Primärzellen-Technik.
Aus GB 14 37 689 A1 ist bekannt, dass Metalle, die Amminkomplexe auf Zinkkörnern bilden, in ammonialkalischer Lösung Wasserstoff entwickeln, jedoch nicht in lang anhaltender und kontinuierlicher Weise. Für den letzteren Fall ist sogar ausdrücklich vorgesehen, den direkten Kontakt zwischen Zink und dem 2. Metall zu vermeiden, und das 2. Metall separat in die Elektrolytlösung zu geben. Ein Einsatz von Zinkpulver in Tablettenform war also vor der DE 36 02 214 C1 nicht nahegelegt.
Es ist bekannt, dass man Flüssigkeiten wie Wasser und Schmierfette sehr unterschiedlicher Konsistenz mit Hilfe von gasentwickelnden Elementen fördern kann. So wird in den automatischen Fettspendern des Systems „Perma” (Hersteller: Fa. Satzinger, Bad Kissingen) ei ne massive Zinkronde verwendet, in deren zentrale Bohrung ein zylindrischer Molybdän-Stab eingelötet ist. Je nach Größe des Durchmessers des Molybdän-Stabs und damit der dem Elektrolyten ausgesetzten Fläche entwickelt dieses Element, nachdem es zur Inbetriebnahme in einen kleinen Kalilauge-See gestoßen wurde, kontinuierlich eine gewisse Gasmenge, die der Betriebszeit von 1–12 Monaten angepasst ist. Es liegt in der Elektrochemie des Molybdäns begründet, dass dieses Kurzschlusselement in seiner Gasentwicklung schwer vorherbestimmbar ist. Außerdem sind eine Reihe von Arbeitsschritten, wie das Einlöten des Molybdänstäbchens in die Zinkronde und das Amalgamieren, erforderlich, um das Element zu fertigen. So war es ein großer Fortschritt, dass man nach der DS-PS 36 02 214 ein Wasserstoff entwickelndes Element mit gleichmäßigen Eigenschaften auch für eine lange Betriebszeit herstellen konnte. Bei diesem geht man von einem reinen Zinkpulver aus, das man mit einem Fremdmetall oberflächlich belegt und zu Tabletten presst. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, quecksilberfrei zu arbeiten, denn einerseits ist Quecksilber teuer und umweltschädlich, es hat aber auch die unerwünschte Wirkung, dass es die Atome des Kontaminierungsmetalls mit der Zeit bedeckt und die Wasserstoff-Abscheidung inhibiert. So hat man Zinktabletten auch schon aus Zinkpulver hergestellt, das mit Molybdänpulver kontaminiert war. Auch diese Tabletten funktionieren leidlich, doch entwickeln sie Wasserstoff, der mit dem toxischen Stibin-Gas, (SbH₃), verunreinigt ist. Auch dies war ein Grund, nach einer anderen Zinktablette zu suchen. Das Ergebnis ist der Gegenstand der in dieser Erfindung beschriebene Tablette.
Diese Erfindung folgt einigen der in der DS 36 02 214 C1 beschriebenen Fertigungsschritte, stellt allerdings deren Philosophie auf den Kopf. Im ersten Verfahrensschritt wird möglichst reines Zinkpulver mit gleichmäßiger Korngröße mit einem edleren Fremdmetall belegt. Bevorzugt verwendet man hierfür Kupfer, das man als feines Pulver dem Zink zumischt. Seine Wirkung ist der des Nickels in der DS 36 02 214 C1 konträr. Im Kontakt mit dem Zinkmetall bleibt das Kupfer metallisch; seine Oberflächenoxide werden sogar unter Bildung von Zinkoxiden reduziert. Dieses ist gegensätzlich zur Kontaminierung mit Ni, das die Korrosion des Zinks im Kontakt mit einer wässrigen Lösung begünstigt. Presst man aus diesen Pulver Tabletten, so besitzen diese eine gute elektronische Leitfähigkeit. Sie bleibt vermöge der Kupferbrücken lange erhalten, auch wenn die Tablette zur Wasserstoffentwickelt in eine korrodierende Lösung eingetaucht wird.
Die Wasserstoffentwicklung ist jedoch der Zweck des Korrosionselements: Sie wird durch die Bedeckung der Zinkoberfläche mit der Kupferschicht behindert, denn Kupfer und Zink besitzen beide hohe Wasserstoffüberspannungswerte. Um die Wasserstoffentwicklung in einer vorbestimmbaren Weise einzurichten, wird die Korrosionslösung mit dem Salz eines Metalls verunreinigt, das die folgenden Eigenschaften aufweist:

1. Es scheidet sich im Kontakt mit der Tablette möglichst spontan im Porensystem auf der inneren Zinkoberfläche ab.
2. Es inhibiert nicht die Wasserstoffentwicklung in Gegenwart von Zink- und Kupfermetall.
3. Es ist ein Metall der 8. Spalte des Periodischen Systems der Elemente, zum Beispiel Nickel.

Bei Untersuchungen der Wasserstoffauflösung und -abscheidung an Gaselektroden wurde gefunden, dass Kupfer als Metall für poröse Elektrodengerüste in Kombination mit Nickel als Katalysator sehr geeignet ist. (E. Justi und A. Winsel, Kalte Verbrennung – Fuel Cells, Steiner-Verlag, Wiesbaden 1962, Seite 64 ff.) Somit empfehle ich hier als Korrosionsbad eine wässrige Lösung von Nickelformiat.
Der veränderte Umgang mit den metallischen Komponenten der Zinktablette erlaubt auch andere Herstellungsschritte. So kann man das Zinkpulver verkupfern, indem man es in ein galvanisches Verkupferungsbad einträgt, wäscht und trocknet. Als Presshilfsmittel kann man Polyethylen, Polytetrafluorethylen und auch andere Kunststoffpulver verwenden. Die Mischung wird reaktiv in einem schnell laufenden Mischer vermischt und zu einem Band ausgewalzt. Daraus werden Tabletten gestanzt. Man kann das Walzband auch ein weiteres Mal aufschlagen und das entstandene Pulver in einer Tablettiermaschine zu Tabletten ausformen.
Vorgegeben durch das teilweise hydrophobe Porengerüst der Tablette entstehen im Betrieb große Wasserstoffblasen, die sich von Zeit zu Zeit von der Oberfläche lösen. Es ist nur wichtig, dass das Presshilfsmittel das Pulver ausreichend rieselfähig erhält, so dass es in einer Tablettiermaschine ausgeformt werden kann.

Claims

Mittel zur Erzeugung von Wasserstoff aus wässriger Lösung, bei dem Zinkteilchen mit einem edleren Metall beschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Zinkpulver nach Kontamination seiner Oberfläche mit einem Anteil von 0,1 bis 10 Atom-% eines Metalls der 11. Spalte des Periodischen Systems der Elemente bezogen auf die Gesamtzinkmenge zu Tabletten verpresst ist.
Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zinkpulver nach dem Kontaminieren seiner Oberfläche und nach Vermischen mit unbehandeltem Zinkpulver zu Tabletten verpresst ist.
Mittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontamination- bzw. Beschichtungsmetall Kupfer ist.
Mittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Presshilfsmittel ein Thermoplast enthalten ist.
Mittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Presshilfsmittel Polytetrafluorethylen enthalten ist.
Verfahren zur Erzeugung eines Mittels nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Zinkpulver in die Lösung eines Metallsalzes der 11. Spalte des Periodischen Systems der Elemente mit saurem pH-Wert eingetragen, gewaschen, getrocknet, ggf. mit Polytetrafluorethylen-Pulver vermischt und anschließend zu Tabletten verpresst wird.
Mittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung aus Kupfersulfat besteht.
Erzeugung von Wasserstoff durch Eintragung des Mittels nach einem der vorhergehenden Ansprüche in die Lösung eines Metallsalzes der achten Spalte des Periodensystems der Elemente, vorzugsweise in eine Nickelsalzlösung.