DE102011107383A1

DE102011107383A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff mit hohem Wirkungsgrad un dessen Verwendungen

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Publication number: DE102011107383A1
Application number: DE102011107383A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2013-01-03
Also published as: WO2013000580A2; WO2013000580A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse, mit einer Gleichstromquelle und pulsierendem Gleichstrom als elektrischer Energie für die Elektrolyse, sowie einem Elektrodenraum (3) mit einer Elektrolytflüssigkeit, der zumindest eine Anode (13; 113; 213; 313; 413) und zumindest eine Kathode (5; 105; 205; 305; 405) aufweist, die aus gleichem oder voneinander verschiedenem, elektrisch leitfähigem, widerstandsarmem Material gebildet sind. Jeweils zwischen Anode (13; 113; 213; 313; 413) und Kathode (5; 105; 205; 305; 405) ist zumindest eine neutrale Platte (7; 107; 207; 307; 407) aus oxidationsresistentem, elektrisch leitfähigem Material angeordnet. Die jeweils einander zugewandten Flächen von Anode (13; 113; 213; 313; 413), neutraler Platte (7; 107; 207; 307; 407) und Kathode (5; 105; 205; 305; 405) weisen eine Oberflächenstruktur mit hoher Oberfläche auf. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff, daß in der Vorrichtung durchgeführt wird, sowie bevorzugte Verwendungen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse, mit einer Gleichstromquelle, ein Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse, das in der Vorrichtung durchgeführt wird, sowie erfindungsgemäße Verwendungen des so erzeugten Wasserstoffs.
Die Erzeugung von Wasserstoff ist für eine die zukünftige Energieversorgung wichtige Frage, insbesondere unter Berücksichtigung der Tatsache, daß fossile Brennstoffe nur noch begrenzt zur Verfügung stehen und Atomenergie nicht in jedem Staat befürwortet wird. Gleichzeitig nimmt der Energieverbrauch durch das rasche Aufholen industrieller Standards und der Prosperität in Ländern wie China und Indien ebenso rasch zu, womit eine erhebliche zukünftige Umweltbelastung einhergeht, wenn konventionelle Methoden der Energieerzeugung und konventionelle Brennstoffe verwendet werden.
Wasserstoff ist an sich im Hinblick auf seine Umweltverträglichkeit ein idealer Energieträger. Doch bis heute ist die Erzeugung von Wasserstoff noch nicht mit ausreichend hohem Wirkungsgrad und gleichzeitig wirtschaftlich akzeptablen Kosten möglich.
Grundsätzlich sind zwei unterschiedliche Verfahren zu seiner Erzeugung bekannt, die in der Praxis in einem gewissen Umfang auch angewendet werden. Zum einen ist es bekannt, Wasserstoff aus den Kohlenwasserstoffverbindungen fossiler Treibstoffe abzuspalten. Langfristig kann dieses Verfahren jedoch schon deshalb keine Zukunft haben, weil die Ressourcen an fossilen Treibstoffen begrenzt sind.
Es besteht daher der dringende Bedarf, Wasserstoff aus sogenannten erneuerbaren Energiequellen herzustellen. Dazu ist es bereits bekannt, Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser zu erzeugen, indem das Wasser elektrolytisch in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird. Dabei entstehen heute bei den bekannten Verfahren aber noch hohe Energieverluste, u. a. weil der für die Elektrolyse benötigte Ampèrefluß zu hoch ist. So ist im Stand der Technik nach wie vor ein enormer Energieaufwand nötig, um eine nach bekannten technischen Maßstäben industriell gefertigte Elektrolyseanlage zu betreiben. Dies hängt insbesondere zusammen mit dem hohen Widerstand von etwa 720p (nΩm) von rostfreiem Stahl, der aufgrund seiner Materialbeständigkeit grundsätzlich bevorzugt in den bekannten Elektrolyseanlagen eingesetzt wird. Elektrolyseanlagen z. B. für Fabriken oder Schiffsmotoren benötigen auf diese Weise mehrere Tonnen Elektrodenmaterial, was zu einem ernormen Stromaufwand führte, um die Elektrolyseanlagen zu betreiben. Das ist wirtschaftlich nicht sinnvoll.
Um den erzeugten Wasserstoff für den Bedarfsfall zu lagern, ist es auch bekannt, ihn bei entsprechend tiefen Temperaturen zu verflüssigen oder gasförmig zu komprimieren.
Wasserstoff kann schon heute z. B. in Brennstoffzellen und als Treibstoff in Verbrennungsmotoren und Turbinen eingesetzt werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit denen Wasserstoff sehr effizient und kostengünstig erzeugt werden und für industriell nutzbare Verwendungen somit zur Verfügung gestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse, mit einer Gleichstromquelle und mit einem pulsierenden Gleichstrom als elektrischer Energie für die Elektrolyse, sowie einem Elektrodenraum mit einer Elektrolytflüssigkeit, wobei der Elektrodenraum zumindest eine Anode und zumindest eine Kathode aufweist, die aus dem gleichen oder voneinander verschiedenem, elektrisch leitfähigen, widerstandsarmen Material ausgebildet sind, wobei jeweils zwischen Anode und Kathode zumindest eine neutrale Platte aus einem oxidationsresistenten, elektrisch leitfähigen Material angeordnet ist, und die jeweils einander zugewandten Flächen von Anode, neutraler Platte und Kathode eine Oberflächenstruktur mit einer hohen Oberfläche aufweisen.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere der in dieser integrierten Elektrolyseeinrichtung, die durch den Elektrodenraum gekennzeichnet ist, kann Wasserstoff mit einem außerordentlich hohen Wirkungsgrad erzeugt werden. Die für die Elektrolyse benötigte Energie, die grundsätzlich eine Gleichspannungsquelle erfordert, welche dann zu dem Gleichstrom führt, wird erfindungsgemäß in Form eines pulsierenden Gleichstromes zur Verfügung gestellt. Dabei ist die neutrale Platte nicht an den Stromkreis angeschlossen. Bei der Elektrolyse entstehen regelmäßig Wasserstoff-Sauerstoff-Blasen, die zunächst für eine bestimmte Zeit an den Elektrodenoberflächen haften bleiben. Das hat ungünstige Auswirkungen auf den Wirkungsgrad der Elektrolyse. Dadurch, daß ein pulsierender Gleichstrom eingesetzt wird, wird gleichzeitig auch die Elektrolytflüssigkeit in dem Elektrodenraum in einem pulsierenden Rhythmus zwischen den Elektroden, einschließlich der neutralen Platten, hindurchbewegt. Die entstandenen Wasserstoff-Sauerstoff-Blasen werden mit Hilfe der Strömung des zirkulierenden Elektrolyten schneller abgelöst. Gegebenenfalls kann auch vorgesehen sein, daß die Elektrodenplatten in Vibration versetzt werden, um so zusätzlich ein schnelleres Ablösen der Blasen zu ermöglichen. Diese behindern dann den für eine kontinuierliche Blasenbildung erforderlichen Stromfluß deutlich weniger. Außerdem kann ein hoher Energieaufwand der Pumpe vermieden werden, der sonst erforderlich wäre, um die Ablösung der gebildeten Blasen zu befördern.
Das Pulsieren des Gleichstroms dient der Regulierung des Stromflusses. Um eine Überhitzung des Elektrolyts wirksam und effizient zu verhindern, kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine Zirkulationspumpe eingesetzt werden.
In bezug auf die zu verwendende Elektrolytflüssigkeit sollte beachtet werden, daß durch sie bei der Elektrolyse keine unerwünschten Nebenprodukte bzw. Gase erzeugt werden, die sich auf die Umgebung der Vorrichtung, in der sie eingesetzt wird, oder auf die Umwelt negativ auswirken. Als eine solche Umgebung, in welcher die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt werden kann, ist beispielsweise ein Verbrennungsmotor zu nennen.
Wenn auf eine Elektrolytflüssigkeit aufgrund ihrer sonst günstigen Eigenschaften nicht verzichtet werden soll, kann auch vorgesehen sein, entstehende unerwünschte Nebenprodukte zu entfernen. Beispielsweise können eventuell entstehende korrosive Gase durch einen geeigneten Filter abgefangen werden.
Ebenso sollte darauf geachtet werden, daß die Elektrolytflüssigkeit keine unerwünschte Galvanisierung hervorruft.
Unter Beachtung der vorgenannten Punkte gelten ansonsten für die Elektrolytflüssigkeit als solche keine besonderen, hier erwähnenswerten Beschränkungen. Vielmehr ist die Elektrolytflüssigkeit jeweils nach den Grundsätzen der Elektrolyse so zu wählen, daß sie zu den Materialien paßt, die als Anoden- und Kathodenmaterialien eingesetzt werden. So kann die Elektrolytflüssigkeit ausgewählt sein aus wäßriger HCl, vorzugsweise 1M HCl, wäßriger KCl-Lösung, vorzugsweise 1M KCl-Lösung, wäßriger Schwefelsäure (H₂SO₄), vorzugsweise 1M H₂SO₄, wenn ein saurer pH-Wert eingestellt werden soll, und aus wäßriger Natronlauge (NAOH), vorzugsweise 1M oder 4M NAOH, oder einer Natriumhydrogencarbonat-Lösung (NAHCO₃), wenn ein basischer pH-Wert erforderlich ist. Die Aufzählung dieser möglichen Elektrolytlösungen hat exemplarischen Charakter und ist daher nicht abschließend. Dem Fachmann sind weitere Elektrolytlösungen und Elektrolytkonzentrationen geläufig, die je nach verwendetem Elektrodenmaterial zum Einsatz kommen können. Grundsätzlich ist eine möglichst hohe Leitfähigkeit des Elektrolyts von großem Vorteil, was bei seiner Auswahl Berücksichtigung finden sollte. Ganz besonders ist in diesem Zusammenhang Schwefelsäure zu nennen, bei welcher die Leitfähigkeit sehr hoch ist.
Die Materialien der Kathode und/oder der Anode sind vorzugsweise ausgewählt aus Platin, Kohlenstoff, einschließlich Graphit, Blei, Bleidioxid, Kupfer, Silber, Gold, Palladium, Eisen, Edelstahl, Wolfram, Nickel, Zink, Zinn, Aluminium, Titan, Kombinationen und/oder Legierungen aus zwei oder mehr der vorgenannten Materialien bzw. Metalle.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff ist zumindest eine der Kathoden aus einem hochleitfähigen Material ausgewählt aus Kupfer, Silber, Aluminium oder sie ist als Kupfer/Silber-Kathode gebildet. Dabei sind die Edelmetalle Kupfer und Silber, auch in Form der Kupfer/Silber-Kathode, als besonders geeignete Elektrodenmaterialien hervorzuheben. Ihre besondere Eignung ist bedingt durch ihre jeweils hohe Leitfähigkeit bei gleichzeitig geringem Stromwiderstand. Der Stromverlust ist bedingt durch den geringen Widerstand von Kupfer mit 17.1 p(nΩm) im Vergleich zu Edelstahl als Elektrodenmaterial um etwa den Faktor 42 geringer. Nur vorsorglich wird darauf hingewiesen, daß diese Werte aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit der Metalle jeweils bei gleichen Temperaturbedingungen ermittelt worden sind.
D. h. die Edelmetalle Kupfer und Silber sind als Kathodenmaterial nicht ausschließlich, aber dennoch besonders gut geeignet, weil sie Stromleiter darstellen, die einerseits eine hohe Leitfähigkeit und andererseits nur einen geringen elektrischen Widerstand miteinander verbinden. Beide Kriterien sind wesentlich bei der Auswahl des geeigneten Kathodenmaterials für die Elektrolyseeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Grundsätzlich gilt, daß bei der Auswahl der Kathode jegliches Material bzw. Metall Verwendung finden kann und so ausgewählt werden sollte, dass ein angemessenes hochleitfähiges Material zum Einsatz kommt.
Für die Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Kathode(n) und die Anode(n) jeweils so gewählt sind, daß sie die gleiche Leitfähigkeit aufweisen. Es hat sich gezeigt, daß es, um ein Optimum des Stromflusses zu erreichen, darauf ankommt, eine ebenso optimale Durehflußquote beim Ein- und Austritt des Stromes an der Kathode und der Anode zu gewährleisten.
Eine für den erfindungsgemäßen Erfolg wesentliche Aufgabe hat auch die zumindest eine neutrale Platte, welche jeweils zwischen Anode und Kathode angeordnet ist. Diese neutralen Platten dienen dazu, die Energieeffizienz bzw. Wasserstoffproduktion durch eine hohe Oberflächenverfügbarkeit zu steigern. Sie können zusätzlich zur Regulierung des Stromflusses verwendet werden, d. h. mittels der neutralen Platten kann der Ampèrefluß reduziert werden. Dabei ist der Grundsatz zu beachten, daß bei einer hohen oder erhöhten Elektrolytleitfähigkeit auch der Bedarf an neutralen Platten steigt, so daß es dann auch aus diesem Grund erforderlich werden kann, mehr als eine neutrale Platte jeweils zwischen Anode und Kathode anzuordnen. Die Verwendung von mehr als einer neutralen Platte jeweils zwischen Anode und Kathode wirkt sich dann im Sinne einer Erhöhung der Oberfläche aus und optimiert die oben genannten Aufgaben der neutralen Platten. Eine möglichst hohe Leitfähigkeit ist auch hier von großem Vorteil.
Auch wenn es eine der Aufgaben der neutralen Platten sein kann, den Ampèrefluß zu reduzieren, ist doch darauf hinzuweisen, daß die Stromregulierung hauptsächlich durch eine Pulsmodulation, d. h. einen Ampèreregler, erfolgt.
Als Material für die neutrale(n) Platte(n) kommt ein korrosionsresistentes, hochleitfähiges Material oder Metall oder eine Kombination davon, vorzugsweise rostfreier Stahl, besonders bevorzugt rostfreier Edelstahl in Betracht. Dieser hat den Vorteil der Korrosionsbeständigkeit. Gleichwertig sind ebenso Materialkombinationen, die ausgewählt sind aus Blei, Nickel, Stahl, Graphit, Magnesium, Magnesiumlegierungen, Aluminiumlegierungen und Mischungen/Kombinationen davon.
Grundsätzlich gilt hier, daß bei dem Material für die neutrale(n) Platte(n) so ausgewählt werden sollte, dass sie aus einem korrosionsresistenten, hochleitfähigen Material bzw. Metall oder einer Kombination davon gebildet sind.
Gleichzeitig kann die neutrale Platte schichtförmig aufgebaut sein, wobei die eine Schicht als eine dünne Metallschicht bzw. -folie und die andere Schicht als hochporöses, faseriges Material ausgebildet ist und jede der Schichten jeweils eine der Seitenflächen der neutralen Platte bilden.
Da die neutrale Platte jeweils nicht selbst an den Stromkreis angeschlossen ist, kann an der oder den neutralen Platten nur Von einem passiven Stromdurchfluß gesprochen werden. Dabei entstehen an der neutralen Platte zwei Gase gleichzeitig, wobei die Plattenfläche an der Eintrittsseite des Stromes positiv polarisiert ist. An ihr bildet sich O₂. Und die Austrittsfläche ist negativ polarisiert. An ihr bildet sich H₂.
Dieses Phänomen kann zur Effizienzsteigerung auch bei der Auswahl der Materialien der jeweiligen neutralen Platte dann, wenn sie einen Schichtaufbau aufweist, durch Auswahl geeigneter Materialkombinationen berücksichtigt werden. So kann die neutrale Platte beispielsweise an der O₂-bildenden Fläche aus einer dünnen, oxidationsresistenten Schicht ausgewählt aus Nickel oder Stahlfolie bestehen, und die Fläche, an der sich H₂ bildet, aus einem hochporösen und/oder faserigen Material, ausgewählt aus Magnesium, einer Magnesiumlegierung, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, Graphit oder Eisen sowie Kombinationen davon gebildet sein.
Wenn die neutrale Platte nur aus einem Material bzw. einem Metall oder einer Legierung davon besteht, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, diese als dünnwandige, faserige Matte, z. B. in Form einer leicht gepressten und/oder gespannten Wolle, vorzugsweise ausgewählt aus Nickel oder hochwertigem Stahl sowie Kombinationen davon, auszubilden.
Ideal ist dabei ein solches Material zu nennen, das die Eigenschaften einer möglichst hohen Oxidationsresistenz und einer guten Leitfähigkeit auf sich vereint und gleichzeitig in wirtschaftlicher Hinsicht kostengünstig ist.
Die genannte dünnwandige Matte sollte sehr lose und fast lichtdurchlässig ausgebildet sein. Wandstärken von 2 mm haben sich dabei als ausgezeichnet erwiesen. Die Wahl kann z. B. auf eine solche neutrale Platte fallen, wenn eine Elektrolytflüssigkeit verwendet wird, die Magnesium als eine Schicht einer mehrschichtigen neutralen Platte angreifen würde. Weitere Ausgestaltungen der neutralen Platte(n) können möglich sein und werden nachfolgend noch erläutert.
Für den erfindungsgemäßen Erfolg der Elektrolyseeinrichtung der Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff kann es schon ausreichend sein, wenn der Elektrodenraum eine einzige Anode aufweist, der jeweils beidseitig eine Kathode zugeordnet und jeweils zwischen der Anode und der Kathode zumindest eine neutrale Platte angeordnet ist.
Wenn die neutrale Platte gemäß einer Ausführungsform als einmetallige Platte in Form eines dünnwandigen Lochblechs ausgebildet ist, können dadurch zwei Optimierungen des Wirkungsgrades der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff erreicht werden. Durch ein möglichst dünnwandiges Lochblech, z. B. aus rostfreiem Edelstahl einer Wandstärke von 1–3 mm, vorzugsweise 1,5–2 mm, ideal 2 mm, kann der elektrische Widerstand in optimaler Weise reduziert werden, was sich unmittelbar positiv auf den Wirkungsgrad der Elektrolyseeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auswirkt.
Durch die Ausbildung als Lochblech wird ein weiteres Kriterium für die Optimierung des Wirkungsgrades der Elektrolyseeinrichtung erfüllt, indem das Lochblech die zur Verfügung stehende Oberfläche der neutralen Platte oder neutralen Platten erhöht. Hier hat sich eine Ausgestaltung mit hexagonaler Lochform bewährt. Die hexagonalen Löcher sind dann wie Bienenwaben aneinandergereiht, wobei pro Wabenloch ein Durchmesser von 0,05–2,5 mm, bevorzugt 0,1–2 mm vorteilhaft ist.
Eine weitere vorteilhafte Erhöhung der Oberfläche und damit des Wirkungsgrades der Elektrolyseeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dadurch erreicht werden, daß die neutrale Platte als einmetalliges dünnwandiges Blech, vorzugsweise als dünnwandiges Lochblech aus leicht gepresster gespannter Edelstahlwolle, Edelstahlfaser oder einem anderen Gewebe in der Weise gebildet ist, daß eine hohe Oberflächenstruktur entsteht und/oder das Lochblech, die Wolle, Faser oder das andere Gewebe eine poröse Oberfläche aufweist.
Grundsätzlich sollte somit ein Material bzw. Gewebe jeglicher Art gewählt werden, dessen Oberflächenstruktur hoch ist.
Dabei wird vorzugsweise feine Edelstahlwolle verwendet, wie sie handelsüblich in den Feinabstufungen 0000, 000, und 00 erhältlich ist. Alternativ ist eine Wolle aus Nickel oder Inoxstahl, gegebenenfalls eine Legierung, verwendbar. Grundsätzlich gilt für das Material der dannen Platten, das es anhand der genannten Materialien als ein oxidationsresistentes, jedoch gut leitfähiges und dabei kostengünstiges Material ausgewählt werden sollte.
Eine weitere Optimierung kann erreicht werden, wenn jeweils zwischen der Anode und der Kathode zumindest zwei, bevorzugt drei, besonders bevorzugt vier und ganz besonders bevorzugt fünf oder mehr neutrale Platten angeordnet sind. Es hat sich gezeigt, daß die neutralen Platten in der Lage sind, den elektrischen Widerstand, der üblicherweise den Wirkungsgrad der im Stand der Technik bekannten Elektrolyseeinrichtungen begrenzt und niedrig hält, zu überbrücken, deutlich zu senken und somit wiederum die Effizienz der Wasserstofferzeugung deutlich zu steigern.
Die jeweilige Menge der einzusetzenden neutralen Platten ist jeweils durch ihren Abstand voneinander, durch die Wandstärke, Größe sowie den Anwendungszweck der Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff sowie der Leitfähigkeit des Elektrolyten bestimmt. Im übrigen gilt, je näher die Platten zueinander angebracht sind, umso mehr neutrale Platten können eingesetzt werden.
Als ein weiterer Vorteil der Elektrolyseeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zu nennen, daß sie weder bei Verwendung von nur einer neutralen Platte jeweils zwischen Anode und Kathode, noch dann, wenn mehrere neutrale Platten vorgesehen sind, deren Anzahl zwei bis fünf, aber auch mehr betragen kann, eine Größe erreicht, welche ihr Handling erschwert. Im Gegenteil ist z. B. der Abstand zwischen der neutralen Platte oder den neutralen Platten und jeweils zwischen der Anode und der Kathode und der benachbarten neutralen Platte in Richtung auf einen möglichst geringen Abstand zu optimieren. Dabei erweist sich jeweils ein Abstand von 1–10 mm, vorzugsweise 1–8 mm, besonders bevorzugt 1,5–8 mm als besonders vorteilhaft. Eine genaue Bestimmung des Abstands hängt dann regelmäßig von der angelegten Stromstärke (A), der eingesetzten Elektrolytmenge und der Leitfähigkeit des jeweiligen Elektrolyten ab. Zusätzlich ist der jeweilige Einsatzzweck von Bedeutung. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Kleinfahrzeug eingesetzt werden. Dann weist der Elektrodenraum z. B. in der Summe 41 Kathoden, Anoden und neutrale Platten auf. Ein solcher, genannter Reaktor aus 41 Platten kann dadurch gebildet sein, daß sechs Kathoden, fünf Anoden und dreißig neutrale Platten so miteinander kombiniert sind, daß jeweils drei neutrale Körper zwischen den Elektroden angeordnet sind. Unter Verwendung von Schwefelsäure als Elektrolyt wurde eine Distanz zwischen den Elektrodenelementen von 3 mm gewählt.
In einem anderen Ausführungsbeispiel betrug die Distanz der Kathoden, Anoden und neutralen Platten voneinander ca. 6 mm. Der pH-Wert kann leicht sauer, mit einem pH-Wert von 4,5–5,5, oder alkalisch, mit einem pH-Wert von 8–10, gewählt sein.
Je größer der Abstand zwischen den Elektroden gewählt wird, umso höher muß die Leitfähigkeit des Elektrolyten sein, wenn optimale Ergebnisse erzielt werden sollen.
Auch die grundsätzlich zu beobachtende Schaumbildung bei der Elektrolyse zwischen den Elektroden, die eine Verringerung der Leistungsfähigkeit der Vorrichtung bewirken kann, ist mitbestimmend für den gewählten Abstand. Grundsätzlich bestimmt sich der Abstand der Kathoden, Anoden und neutralen Platten sowie die Anzahl der eingesetzten neutralen Platten nach der Größenordnung der Vorrichtung, d. h. im wesentlichen nach ihrem Einsatzzweck und der dafür benötigten Leistungsfähigkeit.
Zu beachten ist außerdem, daß der Abstand der Kathoden, Anoden und neutralen Platten in einer Beziehung steht zu dem pH-Wert der Elektrolytlösung. Je größer der Abstand gewählt wird, umso höher muß auch der pH-Wert des Elektrolyten sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß die zumindest eine Kathode und die Anode eine allseitige Schutzschicht aus einem korrosionsbeständigen Material, vorzugsweise rostfreier Stahl, wie Edelstahl, Blei oder einer Bleilegierung, aufweisen. Dabei handelt es sich um eine bevorzugte Maßnahme zum Schutz der Kathode(n) und der Anode vor Oxidation und gegebenenfalls vor Zersetzung. Zumindest soll mit der Schutzschicht erreicht werden, daß im Fall einer auch noch so geringfügigen Oxidation des Kathoden- bzw. Anodenmaterials deren Stromleitfähigkeit nicht beeinträchtigt oder eingeschränkt werden.
Der Tatsache, daß diese zum Schutz der Kathode(n) und der Anode eingesetzten Materialien einen höheren Widerstand aufweisen als der Kathoden- und Anodenkern wird dadurch ausgeglichen, daß die Schutzschicht als dünne bis sehr dünne Schicht vorgesehen ist. Gleichzeitig kann aber die Wirksamkeit dieser dünnen Schutzschicht erhöht werden, indem deren Oberfläche vergrößert wird. Dies kann z. B. bei Verwendung von rostfreiem Stahl, bzw. Edelstahl, dadurch erreicht werden, daß die Oberfläche porös ausgebildet wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Fasern, z. B. in Form von feiner Stahlwolle, für die Ausbildung der Schutzschicht zu verwenden.
Hinsichtlich der Verwendung von Blei oder einer Bleilegierung als einer solchen Schutzschicht kann die Bildung von Dendritkristallen für die gewünschte hohe Oberfläche sorgen. Dendrite eignen sich hierfür aufgrund ihrer losen, verästelten Kristallform besonders gut. Für die Bildung von Dendritkristallen sind Blei und Silber als optimal zu nennen. Z. B. kann aber auch eine Blei-Zink-Legierung oder einer Blei-Zinn-Legierung mit 33% Zinn verwendet werden. In verschiedenen Testversuchen hat sich dieses Material bei der Erzeugung von Wasserstoff als sehr effizient erwiesen.
Aus diesen Erläuterungen ist ersichtlich, daß sich das Material für die Schutzschicht nicht auf rostfreien Stahl oder Edelstahl und das Schwermetall Blei, einschließlich geeigneter Legierungen, beschränkt. Grundsätzlich sind alle Materialien für die Schutzschicht geeignet, welche das eigentliche Kathoden- und Anodenmaterial, d. h. den Kathoden und Anodenkern, vor Oxidation schützen und bei denen vorzugsweise noch durch eine Oberflächenstruktur eine hohe Oberfläche ausgebildet werden kann.
Des weiteren kann vorgesehen sein, daß die zumindest eine Kathode zumindest in Richtung auf die Anode eine zusätzliche leitfähige Beschichtung aufweist, die ausgewählt ist aus Magnesium, Aluminium, Zinn, Graphit, Blei, Silber, Nickel, Edelstahl sowie Mischungen oder Legierungen davon, wobei die Beschichtung zusätzlich eine Materialoberflächenstruktur aufweist. Magnesium und Aluminium sind dabei geeignet vor Oxidation zu schützen.
Die Materialoberflächenstruktur kann in Form einer porösen Oberflächenstruktur oder als geometrische Formen, z. B. als Rauten, ausgebildet sein.
Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff vorgesehen, daß sie einen Elektrodenraum aufweist, mit einer Kupfer-Anode oder Kupfer/Silber-Anode, die zwischen zwei Kupfer-Kathoden und/oder Kupfer/Silber-Kathoden angeordnet ist, wobei zwischen der Anode und jeder der Kathoden jeweils zumindest eine neutrale Edelstahl-Platte angeordnet ist. Unter Edelstahl wird dabei nur solcher Stahl verstanden, der rostfrei ist.
Dann kann die Anode und/oder zumindest eine der Kathoden eine allseitige Schutzschicht aus feinfaseriger Edelstahlwolle aufweisen und/oder die zumindest eine neutrale Edelstahl-Platte kann als Edelstahlfasermatte ausgebildet sein. Die Edelstahlwolle ist rostfrei.
Neben der Möglichkeit, die Schutzschicht aus einem gestanzten, porösen Lochblech, z. B. aus rostfreiem Stahl, der Edelstahl sein kann, vorzusehen, wobei die gewünschte größere Oberfläche dann durch die Stanzung bewirkt wird, bietet diese Ausführungsform durch die Verwendung von feinfaseriger Edelstahlwolle, z. B. der Qualität 0000, 000 oder 00, eine einfache wie wirksame Alternative zur Erzeugung einer größeren Oberfläche.
Um die Edelstahlfasermatte zu erzeugen, aus der die neutrale Edelstahl-Platte gebildet ist, wird die Edelstahlwolle gepreßt oder in einen Rahmen gespannt, um die nötige Stabilität zu erhalten. Auf diese Weise können zwei Erfordernisse an die neutrale Platte konstruktiv einfach erfüllt werden. Zum einen kann die neutrale Platte so dünnwandig wie möglich ausgebildet werden, um den elektrischen Widerstand so klein wie möglich zu halten, und zum anderen bietet die so gefertigte Platte eine größtmögliche Oberfläche.
Eine Wölbung des Gitters, das die Edelstahlfasermatte bildet, durch Temperaturdifferenzen kann durch das Einspannen in einen Rahmen wirksam verhindert werden.
Die Wandstärken der Kupfer-Anode oder Kupfer/Silber-Anode. Kupfer-Kathoden und/oder Kupfer/Silber-Kathoden, ihrer Schutzschicht und der neutralen Platte liegen alle im Bereich von 0,5–1,5 mm.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher eine Kupfer-Anode und zwei Kupfer/Silber-Kathoden vorhanden sind, wobei zwischen der Anode und jeder der Kathoden jeweils eine neutrale Edelstahl-Platte angeordnet und jede der Kathoden zumindest teilweise mit einer leitfähigen äußeren Schicht versehen ist, die eine Materialoberflächenstruktur aufweist.
Wie weiter oben schon ausgeführt, kann diese Materialoberflächenstruktur in Form einer porösen Oberflächenstruktur oder als geometrische Formen, z. B. als Rauten, ausgebildet sein.
Es kann des weiteren vorgesehen sein, daß die Anode und/oder die Kathode(n) allseitig mit Edelstahl ummantelt sind, wobei die Kathode des weiteren, im Anschluß an die Edelstahlummantelung, zumindest an einer Seitenfläche eine leitfähige Schicht aufweist und die Anode in der Weise mehrschichtig aufgebaut ist, daß im Anschluß an die Edelstahlummantelung nach außen hin weitere Schichten angeordnet sind, die mit einer Oberflächenstruktur, bevorzugt durch eine zusätzliche Edelstahlschicht, abschließen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff, das auf die weiter oben erläuterte Vorrichtung in ihren vielfältigen Ausgestaltungsmöglichkeiten Bezug nimmt.
Bei dem Verfahren werden zumindest eine Anode und zumindest eine Kathode aus dem gleichen oder voneinander verschiedenem, elektrisch leitfähigen, widerstandsarmen Material in einem Elektrodenraum angeordnet. An diese Elektroden wird ein pulsierender Gleichstrom als elektrischer Energie für die Elektrolyse angelegt, wobei zusätzlich jeweils zwischen Anode und Kathode zumindest eine neutrale Platte aus einem oxidationsresistenten, elektrisch leitfähigen Material angeordnet wird. Diese neutrale Platte ist nicht an den Stromkreis angeschlossen. Eine Elektrolytflüssigkeit wird in einem pulsierenden Rhythmus zwischen der zumindest einen Anode, Kathode und neutralen Platte hindurchbewegt und bewirkt dabei, daß die bei der Elektrolyse gebildeten Wasserstoff-Sauerstoff-Blasen von den Oberflächen der Anode, Kathode und der neutralen Platte entfernt werden.
Der Vorteil dieser Maßnahme des unverzüglichen Entfernens der bei der Elektrolyse gebildeten Wasserstoff-Sauerstoff-Blasen wurde weiter oben, im Hinblick auf die erfindungsgemäße Vorrichtung, bereits erläutert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann außerdem vorgesehen sein, daß die Elektrolytflüssigkeit von unten nach oben, entgegen der Schwerkraft, durch den Elektrodenraum bewegt wird.
Durch diese Strömungsrichtung der Elektrolytflüssigkeit wird die Richtung unterstützt, in die sich die Wasserstoff-Sauerstoff-Blasen ohnehin bei ihrer Ablösung bewegen. Dadurch bewirkt diese Bewegungsrichtung der Elektrolytflüssigkeit eine Beschleunigung und Verstärkung der Ablösung der Wasserstoff-Sauerstoff-Blasen. Der Stromfluß wird dadurch möglichst wenig behindert und der Wirkungsgrad der Elektrolyse erhöht.
Wenn zusätzlich vorgesehen ist, daß die Elektroden und die neutrale Platte voneinander minimal beanstandet sind, erhöht sich noch die Effektivität der Ablösung der Wasserstoff-Sauerstoff-Blasen durch die gewählte Strömungsrichtung der Elektrolytflüssigkeit.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung von Wasserstoff, der in der zuvor erläuterten Vorrichtung und/oder nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen erzeugt worden ist, zur Energiespeicherung. Elementarer Wasserstoff kommt in der Natur kaum vor, da er sich in der Regel sofort mit anderen Stoffen umsetzt. Dabei wird in aller Regel Energie frei. Da mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren die bisher üblichen, bekannten Energieverluste von etwa 30–40% bei der Elektrolyse deutlich reduziert werden können und unterhalb von 20% liegen, kann der erfindungsgemäß bereitgestellte Wasserstoff optimal zur Energiespeicherung eingesetzt werden. Insbesondere sind dabei die Speicherung von Energie aus Wasserkraft, Windrädern und Solarzellen zu nennen.
Eine bevorzugte Verwendung des so erzeugten und gespeicherten Wasserstoffs sind Brennstoffzellen, insbesondere Niedertemperatur-Brennstoffzellen, in denen der einmal erzeugte, gespeicherte Wasserstoff durch Rückwandlung als Energiequelle genutzt werden kann.
Eine weitere bevorzugte Verwendung des so erzeugten und gespeicherten Wasserstoffs liegt darin, den Wasserstoff in Motoren und Turbinen als Treibstoff zu verbrennen. Dadurch setzt er die in ihm gespeicherte Energie sehr umweltschonend frei. Durch den erstaunlich hohen Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens wird diese Nutzung wirtschaftlich sinnvoll.
Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Elektrolysevorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff,
2 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung,
3 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung,
4a eine geschnittene Teilansicht einer erfindungsgemäßen Anode,
4b eine schematische Teilansicht der erfindungsgemäßen Anode nach 4a,
4c eine schematische und unvollständige Teilansicht mit Anschnitt zur schematischen Ansicht auf das Anodeninnere;
5a eine geschnittene Teilansicht einer erfindungsgemäßen Kathode,
5b eine schematische Teilansicht der erfindungsgemäßen Kathode nach 5a,
6 eine schematische Teilansicht einer erfindungsgemäßen neutralen Platte.
7a eine unvollständige, schematische Teilansicht der neutralen Platte mit Edelstahlrahmen,
7b eine schematische und geschnittene Teilansicht der neutralen Platte mit Edelstahlrahmen,
8 eine schematische und geschnittene Teilansicht der Kathode gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
9 eine schematische und geschnittene Ansicht der Anode gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, mit einer beigefügten schematischen Vergröße rung,
10 eine schematische Teilansicht der Anordnung der Elektroden gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
11 eine schematische Teilansicht der Elektrodenanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
12 eine schematische Ansicht einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung,
13a eine schematische und geschnittene Teilansicht der Anode gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel;
13b eine schematische Teilansicht der Anode nach 13a,
14a eine schematische und geschnittene Teilansicht der erfindungsgemäßen Kathode gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel,
14b eine schematische Teilansicht der Kathode nach 14a, und
14c eine schematische und unvollständige Teilansicht der erfindungsgemäßen neutralen Platte gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel.
1. Ausführungsbeispiel
In 1 ist eine erfindungsgemäße Elektrolysevorrichtung dargestellt, die insgesamt mit 1 bezeichnet ist und in welcher das nachfolgend ebenfalls erläuterte effiziente wie kostengünstige Verfahren zur Wasserstofferzeugung durchgeführt werden kann.
Um mittels dieser Elektrolysevorrichtung 1 Wasserstoff zu erzeugen, wird Wasser durch den Vorgang der Elektrolyse in die Elemente Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Hierfür dient der insgesamt mit 3 bezeichnete Elektrodenraum. In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist dieser Elektrodenraum 3 ausgestaltet, wie 2 es näher zeigt. Dabei befindet sich in dem Elektrodenraum 3 zwei, mit der Bezugsziffer 5 bezeichnete Kathoden. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Kathoden 5 aus Kupfer gebildet und weisen jeweils in Richtung auf die noch zu erläuternden neutralen Platten 7 eine leitfähige Beschichtung 9 mit einer hohen Oberfläche und einer speziellen Oberflächenstruktur auf. Diese wird erst später, insbesondere im Hinblick auf das zweite Ausführungsbeispiel, im Detail erläutert. Für das Erzielen eines guten Wirkungsgrades bei der Elektrolyse ist es grundsätzlich wichtig, die Kathoden 5 an den Seiten gut stromundurchlässig abzudichten. Dazu weisen sie eine Schutzschicht 11 auf. Die Schutzschicht 11 ist jeweils auch an der oberen und unteren Schmalseite der Kathoden 5, d. h. im 90° Winkel zu der längsseitigen Beschichtung 9, angebracht. Die Schutzschicht 11 besteht aus einem korrosionsbeständigen Material, in diesem Ausführungsbeispiel aus rostfreiem Edelstahl. Die Kanten können auch mit einer Kunststoffbarriere zur anderen Seite der Kathode 5 hin versehen sein, um ein Entweichen des Stroms zu verhindern. Grundsätzlich ist es ebenso von großer Bedeutung, den Elektrodenraum 3 selbst gut zu isolieren, um auf diese Weise möglichst jeglichen Energieverlust zu vermeiden.
Benachbart zu der leitfähigen Beschichtung 9 jeder Kathode 5 sind zwei neutrale Platten 7 angeordnet, wobei die zweite neutrale Platte 7, die jeweils entfernter von der Kathode 5 angeordnet ist, sich benachbart zu der einen Anode 13 befindet, die in diesem Ausführungsbeispiel in dem Elektrodenraum 3 angeordnet ist. Auch die Anode 13 ist aus Kupfer gebildet und weist jeweils an den Seiten und an ihrer oberen und unteren Begrenzung dieselbe Schutzschicht 11 aus korrosionsbeständigem Material, d. h. hier rostfreiem Edelstahl, auf, wie die Kathode 5. Ebenso können die Kanten mit einer Kunststoffbarriere versehen sein, wie dies für die Kathode 5 bereits erläutert worden ist. Grundsätzlich geht es bei diesen Maßnahmen immer darum, ein Entweichen des Stroms möglichst effektiv zu verhindern.
Die sich in dem Elektrodenraum 3 befindenden beiden Kathoden 5 sind beide in gleicher Art ausgebildet und beidseitig der Anode 13 angeordnet. Jeweils zwischen der Anode 13 und jeder der Kathoden 5 befinden sich die schon genannten jeweils zwei neutralen Platten 7.
In bezug auf die leitfähige Beschichtung 9 der Kathoden 5 ist bereits auf die spezielle Ausgestaltung in Form einer Oberflächenstruktur hingewiesen worden. Grundsätzlich ist diese Oberflächenstruktur so ausgestaltet, daß sie die Oberfläche der leitfähigen Beschichtung 9 erhöht. Es ist daher jede Oberflächenstruktur geeignet, die diesem Zweck dient. In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist diese Oberflächenstruktur als rautenförmiges Muster 15 gestaltet, und in 5b näher dargestellt.
Das für die Elektrolyse benötigte Wasser wird über eine Zirkulationspumpe 17 in den Elektrodenraum 3 gepumpt. Die für die Elektrolyse erforderliche Gleichstrom-Spannungsquelle weist eine Gleichstrom-Spannung von 12 V auf, entsprechend einer Stromstärke von 15 ⋀. Die neutralen Platten werden weder in diesem noch in den weiteren Ausführungsbeispielen an den Stromkreis angeschlossen.
Die Elektroden in Form der beiden Kathoden 5 und der Anode 13 tauchen in das Wasser ein, das außerdem Kupfersulfat (CuSO₄ ^–) als Elektrolytlösung enthält. Die Bildung von Wasserstoff im Kathodenraum sowie Sauerstoff im Anodenraum laufen nach folgenden, an sich bekannten Reaktionsgleichungen, ab: 2 H₂O + 2 e^– → H₂ + 2 OH^– (I) 4 OH^– → O₂ + H₂O + 4 e^– (II)
Um den auf diese Weise erhaltenen Wasserstoff mit einem hohen Wirkungsgrad und einem möglichst geringen Energieaufwand zu erzeugen, ist der Abstand zwischen den Elektroden in Form der beiden Kathoden 5 und der Anode 13 und damit genauso der Abstand zwischen jeweils einer der Kathoden 5 und der zu dieser benachbarten neutrale Platte 7, sowie der Abstand zwischen diesen Platten 7 untereinander und wiederum gegenüber der Anode 13 so gering wie möglich zu halten. Er ist im Ausführungsbeispiel, wie 2 es insbesondere zeigt, äußerst gering. Auf für die Durchführung der Elektrolyse geeignete Abstände wird an anderer Stelle noch näher eingegangen.
Für den erfindungsgemäßen Erfolg ist dabei das Wissen um das Erfordernis der genannten minimalen Distanzierung wesentlich, die Durchführung selbst, d. h. der in jedem praktischen Fall wieder zu ermittelnde minimale Abstand der Elektroden und der neutralen Platten 7 erfolgt dann durch Prüfen der Meßdaten bei Elektrolysenbeginn.
Die Elektrolytflüssigkeit wird in einem pulsierendem Rhythmus zwischen den minimal voneinander distanzierten Elektroden und neutralen Platten 7 hindurchbewegt. Dadurch wird erreicht, daß die üblicherweise bei der Herstellung von H₂ und O₂ entstehenden Wasserstoff- und Sauerstoffblasen zügig entfernt werden, ohne daß ein hoher Energieaufwand für den Betrieb der Pumpe, im Ausführungsbeispiel der Zirkulationspumpe 17, erforderlich ist. Die Wasserstoff- und Sauerstoffblasen haften grundsätzlich über einen bestimmten Zeitraum an der jeweiligen Elektroden- und Platten 7 – oberfläche, was dazu führt, daß für diesen Zeitraum der Stromfluß für eine kontinuierliche Blasenbildung behindert ist. Indem sich die Elektrolytflüssigkeit mit dem genannten pulsierenden Rhythmus zwischen den minimal distanzierten Elektroden, einschließlich der neutralen Platten 7, hindurchbewegt, kann die Zeit, in der die Wasserstoff- und Sauerstoffblasen jeweils an der Elektroden- bzw. Platten 7 – oberfläche anhaften, sehr gering gehalten werden.
Die neutralen Platten 7, die jeweils zwischen der Anode 13 und den beiden zu dieser benachbart angeordneten Kathoden 5 vorgesehen sind, dienen dazu, den Ampèrefluß, und damit die Stromstärke, die für die Elektrolyse benötigt wird, zu reduzieren. In vielfachen Versuchen hat sich gezeigt und bestätigt, daß die neutralen Platten 7 in der Lage sind, den Stromfluß effektiv zu bremsen, so daß die eingesetzte Energie effizienter zur Erzeugung von H₂O₂ genutzt werden kann. Somit wird der Strom- bzw. Ampèrefluß niedrig gehalten. Es hat sich als grundsätzlich wesentlich erwiesen, daß die Masse der neutralen Platten 7 möglichst klein gehalten werden muß. Das wird z. B. dadurch erreicht, daß die neutralen Platten 7 dünn bis hauchdünn ausgebildet werden, worauf in nachfolgenden Ausführungsbeispielen noch näher eingegangen wird. Neben der Minimierung der Masse ist gleichzeitig für die Effizienz der Wasserstofferzeugung von großer Bedeutung, die Leitfähigkeit und Oberfläche der verwendeten Materialien möglichst maximal einzustellen. Bei Kontrollversuchen mit grundsätzlich gleichem Versuchsaufbau, jedoch ohne Verwendung der neutralen Platten 7, ergab sich eine enorme Erhöhung des Stromverbrauchs. Zusätzlich mußten die Elektroden selbst stark voneinander distanziert und die Elektrolytleitfähigkeit verringert werden. Die Effizienz und damit auch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wurden auf diese Weise massiv verringert. Daher sind im Ausführungsbeispiel zwei neutrale Platten 7 jeweils benachbart zu der Anode 13 angeordnet. Dadurch ist z. B. bei einer erhöhten Elektrolytleitfähigkeit eine günstige Erhöhung der zur Verfügung stehenden Oberfläche gewährleistet.
Auf die wesentlichen Vorgänge, wie sie sich an jeder der neutralen Platten 7 abspielen, soll im folgenden noch näher eingegangen werden. Wie schon weiter oben angegeben, sind diese neutralen Platten in dem Elektrodenraum 3 nicht an den Stromkreis angeschlossen. Da sie sich aber genauso in dem Elektrodenraum 3 befinden, sind die Vorgänge an der jeweiligen Platte 7 durch einen passiven Stromdurchfluß gekennzeichnet. Aufgrunddessen bilden sich an der jeweiligen neutralen Platte 7 zwei Gase gleichzeitig. Bedingt ist dies durch die Tatsache, daß die Fläche der neutralen Platte 7, bei welcher der an den Elektrodenraum 3 über Kathode 5 und Anode 13 angelegte Strom eintritt, positiv polarisiert ist, und die jeweilige Austrittsfläche entsprechend negativ polarisiert. Auf diese Weise bildet sich an der einen Seite der neutralen Platte 7 Sauerstoff (O₂) und an der anderen Seite Wasserstoff (H₂) aus.
Neben der möglichst minimalen Distanz, die der Stromfluß zu überwinden hat, und der möglichst großen Oberfläche, die sowohl im Bereich der neutralen Platten 7 als auch im Bereich der Anode 13 und der Kathoden 5 erreicht werden sollte, ist für die Erhöhung des Wirkungsgrades bei der Wasserstofferzeugung noch der Material- und Elektrolytwiderstand von Bedeutung. Als Material für die Anode 13 und die Kathoden 5 ist grundsätzlich ein Material mit einer sehr guten Leitfähigkeit zu verwenden. Im Ausführungsbeispiel ist dieses Kriterium durch die Verwendung von Kupfer erfüllt.
Alternativ hat sich insbesondere im Hinblick auf die Kathoden 5 auch die Verwendung von Silber sehr bewährt, einschließlich einer gemeinsamen Verwendung beider Materialen als Kupfer/Silber-Kathode. Die Schutzschichten 11 aus rostfreiem Edelstahl, welche jeweils die neutralen Platten 7 sowie die Kathoden 5 und die Anode 13 umgeben, dienen dazu, die Elektroden möglichst unempfindlich gegen Oxidation auszubilden, um dadurch ihre Haltbarkeit zu erhöhen. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Schutzschicht 11 der Kathoden 5 und der Anode 13 aus demselben Material besteht. Es hat sich gezeigt, daß es dadurch eher möglich ist, einen sehr geringen elektrischen Widerstand zu erreichen.
Es ist jedoch zu beachten, daß das für den Schutz vor Oxidation eingesetzte Material der Schutzschicht 11 grundsätzlich einen hohen Stromwiderstand aufweist und somit zur Gewährleistung eines möglichst effizienten Stromflusses sehr sparsam eingesetzt werden sollte, z. B. durch Ausbildung gerade ausreichender, doch möglichst kleiner Schichten, die mit dem Material versehen sind. Wenn rostfreier Edelstahl verwendet wird, wie hier im Ausführungsbeispiel angegeben, wobei es sich dabei um Inox-Stahl 316 L, angegeben als US-Norm handelt, muß für dieses Material ein elektrischer Widerstand von 720.0 p (nΩm) berücksichtigt werden.
Deshalb wurde alternativ in diesem wie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen auch Nickel als Material für die Schutzschichten 13 an den Elektroden, d. h. den Kathoden 5 und der Anode 13 sowie den neutralen Platten 7 verwendet.
Nickel hat dabei den Vorteil, daß es eine gegenüber Edelstahl gute Leitfähigkeit mit der Eignung zum Schutz vor Oxidation verbindet. In wirtschaftlicher Hinsicht besteht aber trotz der herausragend guten Ergebnisse der Nachteil, daß Nickel als Material sehr teuer ist. Bei den Testversuchen wurde somit nach noch weiteren Alternativen gesucht und Blei als weiteres Material getestet. Gegenüber Edelstahl weist Blei immerhin einen etwa viermal geringeren Stromwiderstand auf. Im Vergleich zu Nickel ist es preislich deutlich günstiger, allerdings muß es aufgrund seiner Toxizität speziell behandelt werden und sollte deshalb auch nur in Mengen eingesetzt werden, die für einen Oxidationsschutz ausreichen, jedoch so gering wie möglich sind.
Ms eine der Funktionen der Schutzschicht(en) 11 ist darauf hinzuweisen, daß die Kathode durch die Schutzschicht 11, die sie aufweist, vor ungewollter Galvanisierung geschützt wird. Die Anfälligkeit für diese ungewollte Galvanisierung ist in Abhängigkeit von dem gewählten Elektrolyten größer oder geringer. Grundsätzlich muß auch der Sauerstoffgehalt der Elektrolytflüssigkeit als eine Ursache für die ungewollte Galvanisierung in Betracht gezogen werden. Testversuche haben jedoch übereinstimmend gezeigt, daß dieser Einfluß eher gering einzuschätzen ist. Der Sauerstoffgehalt der Elektrolytflüssigkeit beeinträchtigt die Funktion der Elektroden auch über einen langen Versuchszeitraum kaum.
Eine weitere Möglichkeit, den Stromwiderstand zu senken, besteht darin, die Oberfläche der jeweiligen Schutzschicht 11 zu vergrößern, indem diese porös ausgebildet wird. Dabei wurden im wesentlichen zwei Varianten getestet, die auch noch Gegenstand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele sind. Zum einen wurde die Schutzschicht aus einem Material, z. B. Stahl, ausgebildet und mit einer porösen Oberfläche bzw. einer Oberflächenstruktur versehen. Zum anderen wurde die Schutzschicht 11 aus zwei Materialien aufgebaut, wobei die poröse Struktur durch das zweite Material ausgebildet wurde. Als dieses zweite Material wurde für die Zwecke dieses und der nachfolgenden Ausführungsbeispiele Magnesium verwendet. So wurden eine dünne Folie aus Inox-Stahl oder anstelle der Folie ein entsprechendes dünnes Blech mit porösem Magnesium durch Aufdampfen kombiniert.
Die auf diese Weise durch Zerlegen des Wassers erzeugten Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff werden über die in 1 vorgesehenen Pfeile über den Ausgang 19 aus der Elektrolysevorrichtung 1 geführt. In der gemäß 1 dargestellten Elektrolysevorrichtung 1 bezeichnen des weiteren die Bezugsziffern 21 eine Elektrolyt-Nachfüllöffnung und 23 jeweils ein Überdruckventil. Der Wasserstand wird über die Sonde 25 kontrolliert, und ein für die Stromversorgung erforderliches Stromkabel ist mit der Bezugsziffer 27 bezeichnet. Die elektrolytisch durch Zerlegung in seine Bestandteile erzeugten Gase H₂/O₂ passieren nach dem Verlassen des Elektrodenraums 1 zumindest eine Kammer 29, in welcher Kunststoff/Keramik-Pellets angeordnet sind, durch welche der Gasfluß geleitet wird. Schon erwähnte Überdruckventile 23 sorgen für die notwendige Sicherheit der Elektrolysevorrichtung 1. Ein Kontrollmodul 33 sowie Sicherungen 35, hier im Umfang von 15 A, runden die Elektrolysevorrichtung 1 ab.
Es wird schon hier darauf hingewiesen, daß die in den folgenden Ausführungsbeispielen erläuterten Unterschiede zu der Elektrolysevorrichtung 1, wie sie bisher beschrieben worden ist, im wesentlichen die Ausgestaltung der Elektroden und der neutralen Platten 7 betrifft. Der grundsätzliche Aufbau dieser Elektrolysevorrichtung 1 bleibt an sich jeweils gleich. Im folgenden ist noch Näheres zu dem Abstand der Elektroden voneinander ausgeführt.
Elektrodenabstand
Im folgenden soll anhand eines konkreten Beispiels, in welchem die erfindungsgemäße Vorrichtung zu Testzwecken eingesetzt worden ist, näher auf den zu beachtenden Abstand der Elektroden eingegangen werden:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff wurde eingesetzt, um ein Kleinfahrzeug mit Wasserstoff zu versorgen. Dazu wurde ein Reaktor mit 41 neutralen Platten 7 eingesetzt, mit jeweils einer Distanz der neutralen Platten voneinander von 6 mm. Der Elektrolyt wurde jeweils so gewählt und seine Konzentration so eingestellt, daß er einmal einen pH-Wert von etwa 5 aufwies, d. h. schwach sauer eingestellt war, und in einem weiteren Versuch einen pH-Wert von ca. 8–9, so daß er alkalisch eingestellt war. Grundsätzlich gilt, daß die Anzahl der neutralen Platten 7, ihr Abstand voneinander und der pH-Wert des Elektrolyts sorgfältig aufeinander abzustimmen sind. Je größer der Abstand der neutralen Platen 7 voneinander ist, um so höher muß auch der pH-Wert des verwendeten Elektrolyten sein, wobei andererseits der pH-Wert beliebig an den Stromverbrauch und die H₂-Produktionsrate angepaßt werden kann.
2. Ausführungsbeispiel
Die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrolysevorrichtung 1 dient dazu, eine weitere Möglichkeit aufzuzeigen, wie eine möglichst große Oberfläche in bezug auf die Elektroden mit einer möglichst geringen Distanz für den Stromfluß und einem kleinstmöglichen Elektrolytwiderstand kombiniert werden kann, um den erfindungsgemäß hohen Wirkungsgrad der Elektrolysevorrichtung 1 zu erreichen. Deshalb unterscheidet sie sich vom ersten Ausführungsbeispiel im wesentlichen durch die Gestaltung der Elektroden und durch ihre Anordnung in dem Elektrodenraum 3.
Im folgenden werden daher gleiche Bestandteile der Elektrolysevorrichtung 1, wie die 3 bis 6 sie zeigen, mit denselben, jedoch um 100 erweiterten Bezugsziffern versehen. Und sofern nicht anderweitig genannt, gelten die Ausführungen und Erläuterungen zu der ersten Ausführung der Elektrolysevorrichtung 1 im wesentlichen genauso für diese zweite Ausführungsform der 3, 4a–4c, 5a, 5b und 6.
3 zeigt die gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel geänderte Anordnung der Elektroden und der neutralen Platten 107, während die 4a–4c, 5a, 5b und 6 im Detail den geänderten Aufbau von Kathode 105, neutralen Platten 107 und der Anode 113 darstellen. Zusätzlich ist die Flußrichtung der mit einem pulsierenden Rhythmus durch den Elektrodenraum bewegten Elektrolytlösung durch Pfeile angedeutet.
Zunächst unterscheidet sich diese Ausführungsform dadurch von der ersten Ausführung, daß jeweils nur eine neutrale Platte 107 zwischen Anode 113 und den beidseitig dazu benachbarten Kathoden 105 vorgesehen ist.
Diese in dem jeweiligen Zwischenraum von Anode 113 und Kathode 105 angeordnete neutrale Platte 107 ist jeweils wieder aus korrosionsbeständigem Material, im Ausführungsbeispiel aus rostfreiem Edelstahl gebildet. Jede neutrale Platte 107 weist zusätzlich eine spezielle Oberflächenstruktur in Form eines rautenförmigen Musters 115 auf.
Dabei ist für den Fachmann grundsätzlich ersichtlich, daß es hier lediglich darum geht, die verfügbare Oberfläche zu erhöhen. Um diesen Zweck erreichen, sind auch andere Oberflächenmuster oder -strukturen ohne weiteres möglich.
Zusätzlich dazu weisen auch die Kathoden 105 jeweils in Richtung auf die Anode 113 eine solche spezielle Oberflächenstruktur bzw. ein Oberflächenmuster auf, das hinsichtlich der Kathoden 105 in den 5a und 5b und hinsichtlich der Anode 113 in den 4a bis 4c dargestellt ist Die Oberflächenstrukturen sind in beiden Fällen als rautenförmiges Muster 137, 139 ausgebildet.
Die Anode 113 selbst weist einen gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel nochmals veränderten Aufbau auf, der im folgenden näher erläutert werden soll. Der Kern der Anode 113 besteht weiterhin aus Kupfer, hier einem Kupferblech, das mit einer Wandstärke von 1 mm gewählt wurde. Im Anschluß an dieses Kupferblech ist ein Edelstahlblech 141 vorgesehen, das als unterste Schicht einer weiteren Schichtabfolge dient und im Ausführungsbeispiel eine Wandstärke von 0.5 mm aufweist. Dieses Edelstahlblech 141 ist rostfrei und hat eine poröse Oberflächenstruktur.
Daran schließt sich ein gestanztes Edelstahl-Lochblech 143 an, das eine Wandstärke von 0,1–0,5 mm und ebenfalls eine poröse Oberflächenstruktur aufweist. Als letzte, oberste Schicht ist dann noch die Oberflächenstruktur in Form des rautenförmigen Musters 115 ausgebildet. Während jedoch das Edelstahlblech 141 als unterste Schicht und das darauffolgende Edelstahl-Lochblech 143 die Anode vollflächig umschließen, ist das rautenförmige Muster 115 jeweils nur an den Seitenflächen ausgebildet, welche in Richtung auf die Kathoden 105 weisen. Dies ist auch aus 3 ersichtlich.
Die Oberflächenstruktur 139 der Anode 113 ist anschaulich noch einmal in 4b dargestellt. 4c zeigt einen Ausschnitt dieser Oberflächenstruktur in Form des rautenförmigen Musters 139, mit einem ausgeschnitten Teilbereich 149, der einen Einblick auf den inneren Bereich der Anode 113 mit dem Edelstahl-Lochblech 143 zuläßt.
Die Kathode 105 dieses Ausführungsbeispiels, wie sie 5a näher zeigt, ist aus Kupfer/Silber gebildet und weist allseitig eine rostfreie Edelstahlschutzschicht 145 auf. Daran schließt sich an der seitlichen Begrenzung, welche in Richtung auf die Anode 113 weist, eine vollflächig ausgebildete Magnesiumschicht 147 an. Des weiteren ist die Kathode 105 an ihrer auf die Anode 113 weisenden Seitenfläche mit einer Oberflächenstruktur in Form des schon genannten rautenförmigen Musters 137 versehen. In 5b ist ein Ausschnitt der Kathode 105 gezeigt, der insbesondere das rautenförmige Muster 137 darstellt.
Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist hier jeweils auch die neutrale Platte 107 mit der Oberflächenstruktur in Form des rautenförmigen Musters 151 versehen.
3. Ausführungsbeispiel
Die dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrolysevorrichtung 1 unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel im wesentlichen durch die Gestaltung der Elektroden und ihrer Anordnung in dem Elektrodenraum 3. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel geht es im wesentlichen darum, die für die Elektrolyse zur Verfügung stehenden Oberflächen weiter in Richtung auf eine möglichst große Oberfläche der Elektroden und der neutralen Platten 207 zu erhöhen, gleichzeitig aber eine möglichst geringe Distanz untereinander zu erreichen, was sich positiv auf den Stromfluß als solchen auswirkt, und einen kleinstmöglichen Elektrolytwiderstand zu gewährleisten, um einen besonders hohen Wirkungsgrad der Elektrolysevorrichtung 1 zu erreichen.
Im folgenden werden wieder die in den dazugehörigen Fig. dargestellten, gleichen Bestandteile des Elektrodenraums 3 mit denselben, jedoch um 200 erweiterten Bezugsziffern bezeichnet.
Und sofern nicht anderweitig genannt, gelten die Ausführungen und Erläuterungen zu der ersten und zweiten Ausführung der Elektrolysevorrichtung 1 als solchen im wesentlichen genauso für diese dritte Ausführungsform, die in den 7a, 7b und 8–10 näher dargestellt ist.
In den 7a und 7b ist die gemäß der dritten Ausführung der Elektrolysevorrichtung 1 vorgesehene neutrale Platte 207 näher dargestellt, die vollständig aus einem korrosionsfreien Material in Form von rostfreiem Edelstahl besteht. Besonders an diesem Ausführungsbeispiel ist, daß die neutrale Platte 207 als Edelstahlfasermatte ausgebildet ist. Ein fester Edelstahlrahmen 253 umgrenzt die Edelstahlfasermatte vollständig, der sie auf diese Weise hält, stabilisiert und spannt. Über die Ausgestaltung der neutralen Platte 207 als Edelstahlfasermatte wird in einer konstruktiv sehr einfachen Art und Weise eine sehr hohe Oberfläche erzeugt. Dabei sind die Edelstahlfasern des so gebildeten Feinfasermantels in ihrer Struktur lose arrangiert. So wird erreicht, daß die Fasermatte, der Feinfasermantel, zwischen den einzelnen Fasern grundsätzlich etwas Spielraum aufweist, der als zusätzliche Oberfläche dient und diese dadurch noch einmal vergrößert, ohne daß eine komplizierte Oberflächenstruktur aufgeprägt werden muß. In 7b ist die neutrale Platte 207 noch einmal in geschnittener Form gezeigt, um die Edelstahlfasermatte, bzw. den Feinfasermantel und seine Verankerung in dem Edelstahlrahmen 253 zu veranschaulichen.
Die Anzahl der verwendeten neutralen Platten 207 in dem Elektrodenraum ist nicht auf eine neutrale Platte 207 jeweils zwischen Anode 213 und der Kathode 205 beschränkt, und auch nicht, wie im ersten Ausführungsbeispiel exemplarisch dargestellt, auf zwei neutrale Platten 207. Vielmehr kann durchaus vorgesehen sein, daß zumindest noch eine weitere neutrale Platte 207 eingefügt wird. Dies ist z. B. eine Frage der verwendeten Elektrolytlösung, bzw. Elektrolytmischung. Es hat sich gezeigt, daß die Leitfähigkeit dieser Elektrolytlösung die Anzahl der erforderlichen neutralen Platten 207 maßgeblich mitbestimmt. Bei einer hohen Leitfähigkeit der Elektrolytlösung bedarf es entsprechend einer größeren Anzahl von neutralen Platten 207, weil es dann einer weiteren Steigerung der zur Verfügung stehenden Oberfläche bedarf. Es wird aber in der Regel zumindest jeweils eine neutrale Platte 207 zwischen der Anode 213 und der Kathode 205 vorgesehen. Bei einer weniger guten Leitfähigkeit der Elektrolytlösung kann die Anzahl der neutralen Platten 207 entsprechend geringer ausfallen. Diese Maßnahme kann von Fall zu Fall anhand der Daten der Leitfähigkeit von einem Fachmann aufgrund seines Fachwissens gefunden werden. Erfindungsgemäß ist es wichtig zu wissen, daß die Anzahl der neutralen Platten 207 eine geringere bzw. höhere Leitfähigkeit der Elektrolytlösung auszugleichen vermag. Diese Grundsätze gelten im übrigen allgemein für die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. Elektrolyseeinrichtung und sind nicht etwa auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.
In 8 ist die gemäß diesem dritten Ausführungsbeispiel eingesetzte Kathode 205 dargestellt, die aus Kupfer besteht und mit einer Beschichtung 209 versehen ist. Wie 10 noch einmal näher verdeutlicht, weist die Kathode 205 bei ihrem Einsatz zusätzlich eine Schutzschicht 245 aus rostfreiem Edelstahl auf. Dabei wird aus 10 ersichtlich, daß die Schutzschicht 245 an der von der Anode 213 weggewandten Seite vollflächig angebracht ist, während sie an der zu der Anode 213 hinweisenden Seite nur als Nase über die eigentliche Elektrode gestülpt ist, um dann von der Beschichtung 209 abgelöst zu werden.
Die gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendete Anode 213 zeigt 9. Auch die Anode 213 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus Kupfer. Sie weist als Beschichtung ebenfalls ein Mehrschichtensystem aus einer unteren Schicht 241 aus rostfreiem Edelstahlblech und auf, wie dies bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Fall war. Hier besteht die korrosionsbeständige untere Schicht 241 aus feiner Edelstahlwolle, hier der Güte 000, die somit auch eine hohe Oberflächenstruktur gewährleistet. Umgeben Ist die Anode 213 dann noch von der weiteren, äußeren Beschichtung 243, die in zwei verschiedenen Versionen getestet wurde. Zum einen wurde eine äußere Beschichtung 243 aus einer Edelstahlfolie verwendet und alternativ dazu eine Bleiumhüllung. Beide Ausführungen der äußere Beschichtung 243 ergaben vergleichbare, gute Ergebnisse.
In bezug auf den Stromfluß ist noch zu erwähnen, daß dieser bevorzugt von unten nach oben geleitet werden sollte. Dies gilt sowohl für dieses dritte, als auch für alle weiteren, hier beschriebenen Ausführungsbeispiele. Die Elektrolytflüssigkeit wird hier wie in allen Ausführungsbeispielen mit einem pulsierenden Rhythmus von unten nach oben durch den Elektrodenraum bewegt, wie durch Pfeile in 10 angedeutet.
4. Ausführungsbeispiel
Das 4. Ausführungsbeispiel betrifft eine Variante des 3. Ausführungsbeispiels, die in 11 dargestellt ist und im folgenden kurz erläutert werden soll.
Entsprechend sind gleiche Bestandteile des unvollständig dargestellten Elektrodenraums 3 mit denselben, jedoch um 300 erweiterten Bezugsziffern versehen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Materialzusammenstellung für die Kathode 305 und die Anode 313 gleich gewählt. Dabei wird der Kern der beiden Elektroden aus einem elektrisch hochleitfähigen Metall, hier Kupfer, gewählt und mit einer ebenfalls elektrisch leitfähigen Schutzschicht 311 umgeben. Diese Schutzschicht 311 ist als Edelstahlfasermatte ausgebildet und wird dicht an die zu schützende Elektrode fixiert, um einen optimalen, gut über die gesamte Oberflächenstruktur der Edelstahlfasermatte verteilten Stromfluß zu gewährleisten. Zur Fixierung dient ein Edelstahlrahmen 357. Es wird jeweils rostfreier Edelstahl verwendet.
Es hat sich gezeigt, daß die Schutzschicht 311 dann, wenn ihre Leitfähigkeit geringer ist als der Kern der Anode 313, bzw. Kathode 305, besonders dünnwandig gebildet sein muß, ohne dessen Funktion zu beeinträchtigen.
Alternativ zu der Edelstahlfasermatte kann die Schutzschicht 311 auch in Form einer Edelstahlfolie gebildet oder aus Blei sein. Beide Alternativen haben sich als wirksam erwiesen, um das Kupfer der Anode 313 bzw. Kathode 305 vor Oxidation zu schützen.
Die neutrale Platte 307 besteht bei dieser modifizierten Ausführungsform ganz aus korrosionsfreiem Edelstahl in Form einer Edelstahlfasermatte. Diese Edelstahlfasermatte wird in einem festen Rahmen 355 aus Edelstahl gehalten und gespannt. Die Fasern dürfen nicht zu dicht verwoben sein, um das Ziel zu erreichen, eine möglichst hohe Oberfläche für die Elektrolysenreaktion zu erhalten.
5. Ausführungsbeispiel
Mit dieser weiteren, 5. Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrolysevorrichtung 1 wird noch einmal eine Möglichkeit aufgezeigt, wie der elektrische Widerstand möglichst gering gehalten und seine Erhöhung wirksam vermieden werden kann, um den erfindungsgemäß hohen Wirkungsgrad der Elektrolysevorrichtung 1 bei der Wasserstofferzeugung zu erreichen. Deshalb unterscheidet sie sich von den vorherigen Ausführungsbeispielen im wesentlichen durch die Anordnung der Elektroden in dem Elektrodenraum 3.
Im folgenden werden daher gleiche Bestandteile der Elektrolysevorrichtung 1, wie die 12, 13a, 13b und 14a bis 14c sie zeigen, mit denselben, jedoch um 400 erweiterten Bezugsziffern versehen. Und sofern nicht anderweitig genannt, gelten die Ausführungen und Erläuterungen zu der vorherigen Ausführungen der Elektrolysevorrichtung 1 im wesentlichen genauso für diese fünfte Ausführungsform.
12 zeigt die geänderte Anordnung der Elektroden und der neutralen Platten 407, während die 13a, 13b und 14a bis 14c im Detail den Aufbau von Kathode 405, neutralen Platten 407 und der Anode 413 darstellen.
Pfeile in 12 deuten die Fließrichtung der Elektrolytflüssigkeit an, die hier wieder mit einem pulsierenden Rhythmus von unten nach oben durch den Elektrodenraum bewegt wird.
Zunächst unterscheidet sich diese Ausführungsform dadurch von den bisherigen Ausführungen, daß jeweils fünf neutrale Platten 407 zwischen Anode 413 und den beidseitig dazu benachbarten Kathoden 405 vorgesehen sind.
Diese in dem jeweiligen Zwischenraum von Anode 413 und Kathode 405 angeordneten neutralen Platten 407 sind jeweils wieder aus korrosionsbeständigem Material, im Ausführungsbeispiel aus Edelstahl gebildet. Jede neutrale Platte 407 ist dabei ein sehr dünnes Edelstahlblech, im Ausführungsbeispiel in einer Stärke von 2 mm, das nicht, wie bisher beschrieben, eine spezielle Oberflächenstruktur aufweist, sondern das ganze Blech ist aus hexagonalen Lochformen 457 wie aneinanderhängende Bienenwaben gebildet. Die Wabenlöcher weisen alle denselben Durchmesser auf. Gute Ergebnisse ergaben sich bei Durchmessern zwischen 0,1 mm bis 2 mm. Der Plattenabstand betrug 1,5 bis 8 mm, wobei er je nach Elektrolytmenge und Stromstärke gewählt und variiert wurde.
Alternativ dazu ist die neutrale Platte 407 kein dünnes Edelstahlblech, sondern aus feiner Edelstahlwolle der Qualität 0000 gebildet. Diese Edelstahlwolle ist zu ihrer Formgebung gepreßt.
Die neutralen Platten 407 sind nicht an den Stromkreis angeschlossen. Dies ist in 12 ausdrücklich dargestellt. Dort sind Leitungen 459 für die Stromzufuhr der Anode 413 und der Kathoden 405 vorgesehen, jeweils mit 12 V Gleichstrom-Spannung und optimierter Pulsfrequenz. Die Ampèrezahl ist reguliert. Die neutralen Platten 407 weisen keine solche Stromzufuhr auf.
Es ist das Ziel, die neutralen Platten 407 so dünnwandig wie möglich auszubilden, damit sie den geringstmöglichen Widerstand in Kombination mit einer größtmöglichen Oberfläche bieten.
Die beidseitig der Anode 413 im Anschluß an die neutralen Platten 407 angeordneten Kathoden 405 weisen jeweils in Richtung auf die Anode 413 eine spezielle Oberflächenstruktur bzw. ein Oberflächenmuster auf, das hinsichtlich der Kathoden 405 in den 14a und 14b und hinsichtlich der Anode 413 in den 13a und 13b dargestellt ist. Die Oberflächenstrukturen sind in beiden Fällen als rautenförmiges Muster 437, 439 ausgebildet.
Die Anode 413 besteht im Kern aus einem Kupferblech mit einer Wandstärke von 1 mm. Als Ummantelung dieses Kupferblechs ist ein Edelstahlblech 441 vorgesehen, das als unterste Schicht einer weiteren Schichtabfolge dient und im Ausführungsbeispiel eine Wandstärke von etwa 0.5 mm aufweist. Dieses Edelstahlblech 441 hat eine poröse Oberflächenstruktur.
Daran schließt sich ein gestanztes Edelstahl-Lochblech 443 an, das eine Wandstärke von 0,1–0,5 mm und ebenfalls eine poröse Oberflächenstruktur aufweist. Als letzte, oberste Schicht ist dann nach die Oberflächenstruktur in Form des rautenförmigen Musters 439 ausgebildet. Während jedoch das Edelstahlblech 441 als unterste Schicht und das darauffolgende Edelstahl-Lochblech 443 die Anode vollflächig umschließen, ist das rautenförmige Muster 439 jeweils nur an den Seitenflächen ausgebildet, welche in Richtung auf die Kathoden 405 weisen. Die Oberflächenstruktur 439 der Anode 413 ist anschaulich noch einmal in 13b dargestellt.
Die Kathode 405 dieses Ausführungsbeispiels, wie sie 14a näher zeigt, ist aus Kupfer/Silber ausgebildet und weist allseitig eine Edelstahlschutzschicht 445 auf. Grundsätzlich können aber auch andere, hochleitfähige und elektrisch widerstandsarme Elektrodenmaterialien verwendet werden. Daran schließt sich an der seitlichen Begrenzung, welche in Richtung auf die Anode 413 weist, eine vollflächig ausgebildete Magnesiumschicht 447 an. Hier wurden jedoch auch weitere Materialien getestet, unter anderem Graphit, Blei, Silber, Nickel, Edelstahl, insbesondere Edelstahlfasern, als poröse Schicht. Des weiteren ist die Kathode 405 an ihrer auf die Anode 413 weisenden Seitenfläche mit einer Oberflächenstruktur in Form des schon genannten rautenförmigen Musters 437 versehen. In 14b ist ein Ausschnitt der Kathode 405 gezeigt, der insbesondere das rautenförmige Muster 437 darstellt.
Wie schon ausführlich im Hinblick auf das erste Ausführungsbeispiel erläutert, soll im Zusammenhang mit diesem Ausführungsbeispiel noch einmal grundsätzlich darauf hingewiesen werden, daß konstruktiv besonders darauf zu achten ist, daß kein Stromfluß über den Elektrodenrand hinaus entweicht. Er muß auf der Elektrodenoberfläche gehalten werden, sich dort über die ganze Oberfläche verteilen und darf nur hier fließen. Die Schichtfolge, wie oben im Rahmen der diversen Ausführungsbeispiele beschrieben, einschließlich der Schicht 447 aus Magnesium, bzw. einem der weiteren, in diesem Zusammenhang als möglich genannten Materialien/Metallen, leistet diesbezüglich wertvolle Dienste. Während die Edelstahlschutzschicht 445 die Lebensdauer und Leistungsbeständigkeit der Elektrode erhöht und als Oxidationsschutzhülle bezeichnet werden kann.
6. Ausführungsbeispiel
Die Ausführungen in diesem Ausführungsbeispiel dienen im wesentlichen der Erläuterung weiterer untersuchter optimierter Bedingungen für die Gestaltung der neutralen Platten.
Dabei wurden diese ebenfalls schichtförmig aufgebaut. Wie weiter oben in Zusammenhang mit dem 1. Ausführungsbeispiel bereits dargestellt, ist die jeweilige neutrale Platte durch einen passiven Stromfluß gekennzeichnet. Dadurch ist an einer der Seitenflächen, die positiv polarisiert ist, die Ausbildung von O₂ und an der anderen der Seitenflächen, die negativ polarisiert ist, die Ausbildung von H₂ zu beobachten.

Die neutralen Platten wurden in diesem Ausführungsbeispiel als Zwei-Schicht-System ausgebildet und dabei verschiedene Metallkombinationen getestet. Die nachfolgend angegebene Tabelle 1 listet die gewählten Kombinationen auf. Tabelle 1

Neutrale Platte, positiv polarisierte Seitenfläche	Neutrale Platte Negativ polarisierte Seitenfläche
Blei Nickel Stahlfolie (Inox)	Magnesium Magnesiumlegierung Aluminiumlegierung Graphit Stahl

Dabei wird die positiv polarisierte Seitenfläche, an welcher die Ausbildung von Sauerstoff zu beobachten ist, als dünne Schicht ausgebildet, während die negativ polarisierte Seitenfläche, an welcher die Ausbildung von H₂ zu beobachten ist, wahlweise aus einem hochporösen, faserigen Material der in Tabelle 1 genannten Art ausgebildet ist.
Die Angaben in Tabelle 1 sind nicht so zu verstehen, daß jeweils ein Material, wie in der Spalte für die positiv polarisierte Seitenfläche der neutralen Platte angegeben, mit ausschließlich dem Material kombiniert worden ist, das in derselben Zeile der Tabelle 1 stehenden Materialien für die negativ polarisierten Seitenfläche angegeben ist. Vielmehr wurden hier eine Reihe von Versuchen durchgeführt, in denen die Materialien, wie auf der linken Seite der Tabelle 1 angegeben, nacheinander mit jeweils mehreren Materialien, wie in der rechten Seite der Tabelle 1 angegeben, kombiniert worden sind, und umgekehrt.
Im folgenden werden nun Versuchsdaten angegeben, die anhand einer nach den vorstehend erläuterten Grundsätzen ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff erhalten worden sind.
Dabei wurde die nachfolgend beschriebene Vorrichtung eingesetzt, die nicht noch einmal gesondert in den Fig. der Zeichnung dargestellt ist. Dies wurde nicht als erforderlich erachtet, da der grundsätzliche Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den vorliegenden Fig. bereits ausführlich dargestellt sowie in der Beschreibung erläutert worden ist, wovon auch hier Gebrauch gemacht wird. Zur Erleichterung des Verständnisses für die verwendete und nachfolgend noch näher beschriebene Abwandlung der Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff werden daher – soweit möglich – der Einfachheit halber die Bezugsziffern des ersten Ausführungsbeispieles verwendet.
Beschreibung der verwendeten Vorrichtung:
Es wurde eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff als Elektrolysevorrichtung 1 verwendet, mit drei Kathoden 5, insgesamt fünfzehn neutralen Platten 7 und drei Anoden 13. Der Kern der Kathoden 5 besteht jeweils aus Kupfer. Die Kathoden 5 sind mit einer Schutzschicht 11 versehen, die aus Stahlwolle der Güte 0000 besteht, welche mit Aluminium und Zink beschichtet ist Dazu wurde die Stahlwolle mit einer Aluminium-Zink-Lösung besprüht. Alternativ wurde Edelstahlwolle eingesetzt, um dem Problem der Korrosion wirksam zu begegnen.
Die Kathoden 5 sind vollumfänglich mit einer Schutzschicht 11 aus einer elastischen Dichtmasse versiegelt, wobei diese Dichtmasse den Kontakt und somit die Oxidation des Kathodenkerns, d. h. des Kupfers, durch den Elektrolyten verhindert.
Die neutralen Platten 7 sind auf ihrer negativ polarisierten Seitenfläche ebenfalls mit einer Schicht aus Stahlwolle versehen.

Es ergeben sich bei diesem Ausführungsbeispiel Schichten der Abfolge:

Kathode:	Inox-Platte – Kupfer-Platte – Stahlwollmatte, beschichtet ...
Neutrale Körper:	Inox-Platte – Stahlwollmatte, beschichtet ...
Anode:	Inox-Platte – Kupfer-Platte – Stahlwollmatte, beschichtet ...

Sowohl die Kathoden 5 als auch die neutralen Platten 7 und die Anoden 13 sind 5 cm breit, 11 cm hoch und 0,5 mm dick.

Als Elektrolytgemisch werden auf 11 entkalktes Wasser 50 g Natron eingesetzt, so daß sich ein pH-Wert von ca. 8,5 einstellte. Folgende in Tabelle 2 angegebene Versuchsergebnisse wurden dabei erhalten: Tabelle 2:

Versuch Nr.	Strom	Temperatur [°C]	Gasproduktion [l/min]
1	13 A–12 V DC*	26,6	0,5
2	12 A–12 V DC*	39	0,35
3	15 A–12 V DC*	39	0,45
4	9 A–12V DC*	38,6	0,25
5	6 A–12V DC*	38,8	0,2
6	3A–12V DC*	36,6	0,11
7	1 A–12V DC*	37,7	0,1

*Mit DC ist pulsierender Gleichstrom bezeichnet.

Grundsätzlich konnte dabei beobachtet werden, daß sich der Widerstand bei steigender Temperatur erhöht, während die Gasproduktion (etwas) zurückgeht. Außerdem hat sich gezeigt, daß bei geringen Ampèrestärken ein kleiner Reaktor, mit weniger Widerstand, effizienter arbeitet.
Dieser für die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendete Elektrodenblock 1 ist insgesamt 5 cm × 11 cm × 14 cm groß, somit sehr platzsparend, und produziert bei 13 A und 26°C 30 l H₂/Stunde.
Folgende grundsätzliche Vorrichtungen zur Erzeugung von Wasserstoff wurden zusätzlich getestet. Dabei sind auch diese nachfolgend beschriebenen Vorrichtungen nicht noch einmal gesondert in den Fig. der Zeichnung dargestellt. Es wird darauf verwiesen, daß der grundsätzliche Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den Fig. der Zeichnung bereits ausführlich dargestellt sowie in der Beschreibung erläutert worden ist.
Zur Erleichterung des Verständnisses für die nachfolgend näher beschriebenen Vorrichtungen zur Erzeugung von Wasserstoff werden daher – soweit möglich – der Einfachheit halber die Bezugsziffern des ersten Ausführungsbeispieles verwendet.
I. Vorrichtung in Form eines kleinen Reaktors in Anlehnung an das erste Ausführungsbeispiel:
Eine erfindungsgemäße Elektrolysevorrichtung in Form eines kleinen Reaktors weist zwei Kathoden 5 mit einer Größe von 5 cm × 10 cm × 0,1 cm auf, die aus Kupfer ausgebildet sind und mit einer Schutzschicht 11 in Form einer Bleiummantelung mit einer Dicke von ca. 0,2 mm umgeben sind.
Es wird eine Anode 13 aus Kupfer verwendet, die eine Größe von 5 cm × 10 cm × 0,1 cm aufweist, und mit einer Bleiummantelung versehen ist, die ca. 0,2 mm dick ausgebildet ist.
Zwischen Kathode 5 und Anode 13 sind jeweils zwei neutrale Platten 7 angeordnet, so daß die Elektrolysevorrichtung 1 insgesamt vier neutrale Platten 7 aufweist, die alle als feine Inox-Drahtgitter ausgebildet sind.
Als Elektrolyt werden 5 dl wäßrige Natriumbicarbonat-Lösung mit einem pH-Wert von 8,5 verwendet. Die Temperatur in der Elektrolyseeinrichtung 1 beträgt 33°C, mit einem pulsierenden Gleichstrom von 12 V und einer Stromstärke von 6,2 A.
Die H₂O₂-Gasproduktion betrug 0,1 dm³/min.
II. Vorrichtung in Form eines mittelgroßen Reaktors
Eine erfindungsgemäße Elektrolysevorrichtung in Form eines mittelgroßen Reaktors weist zwölf Kathoden 5 mit einer Größe von 5 cm × 10 cm × 0,1 cm auf, die aus Kupfer ausgebildet sind und mit einer Schutzschicht 11 in Form einer Edelstahlummantelung mit einer Stärke von ca. 1 mm umgeben sind. Zusätzlich weist die Schutzschicht im Anschluß an die Ummantelung aus Edelstahl noch eine feine Schicht von etwa 0,01 mm aus poröser Aluminiumfolie als äußere Oberfläche auf. Es werden sechs Anoden 13 aus Kupfer verwendet, die eine Größe von 5 cm × 10 cm × 0,1 cm aufweisen, und die ebenfalls mit einer Edelstahlummantelung versehen sind, mit einer Stärke von ca. 1 mm.
Zwischen den Kathoden 5 und Anoden 13 sind insgesamt zwölf neutrale Platten 7 einer Größe von 5 cm × 10 cm × 0,1 cm aus Edelstahlblech angeordnet.
Als Elektrolyt werden 51 wäßrige Natriumbicarbonat-Lösung mit einem pH-Wert von etwa 8,0 verwendet. Die Temperatur in der Elektrolyseeinrichtung 1 beträgt 30°C, mit einem pulsierenden Gleichstrom von 12 V und einer Stromstärke von 8 A.
Die H₂O₂-Gasproduktion betrug 0,2 dm³/min.

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse, mit einer Gleichstromquelle und mit einem pulsierenden Gleichstrom als elektrischer Energie für die Elektrolyse, sowie einem Elektrodenraum (3) mit einer Elektrolytflüssigkeit, der zumindest eine Anode (13; 113; 213; 313; 413) und zumindest eine Kathode (5; 105; 205; 305; 405) aufweist, die aus dem gleichen oder voneinander verschiedenem, elektrisch leitfähigen, widerstandsarmen Material gebildet sind, wobei jeweils zwischen Anode (13; 113; 213; 313; 413) und Kathode (5; 105; 205; 305; 405) zumindest eine neutrale Platte (7; 107; 207; 307; 407) aus einem oxidationsresistenten, elektrisch leitfähigen Material angeordnet ist, und die jeweils einander zugewandten Flächen von Anode (13; 113; 213; 313; 413), neutraler Platte (7; 107; 207; 307; 407) und Kathode (5; 105; 205; 305; 405) eine Oberflächenstruktur mit einer hohen Oberfläche aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien der Kathode (5; 105; 205; 305; 405) und/oder der Anode (13; 113; 213; 313; 413) ausgewählt sind aus Platin, Kohlenstoff, einschließlich Graphit, Blei, Bleidioxid, Kupfer, Silber, Gold, Palladium, Eisen, Edelstahl, Wolfram, Nickel, Zink, Zinn, Aluminium, Titan, Kombinationen und/oder Legierungen aus zwei oder mehr der vorgenanten Materialien.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Kathoden (5; 105; 205; 305; 405) aus einem hochleitfähigen Material ausgewählt aus Kupfer, Silber, Aluminium oder daß sie als Kupfer/Silber-Kathode gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode(n) (5; 105; 205; 305; 405) und die Anode(n) (13; 113; 213; 313; 413) jeweils so gewählt sind, daß sie die gleiche Leitfähigkeit aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die neutrale Platte (7; 107; 207; 307; 407) aus einem korrosionsresistenten, hochleitfähigen Material oder Metall oder einer Kombination davon, vorzugsweise rostfreiem Stahl, besonders bevorzugt rostfreiem Edelstahl, gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenraum (3) eine Anode (13; 113; 213; 313; 413) aufweist, der jeweils beidseitig eine Kathode (5; 105; 205; 305; 405) zugeordnet und jeweils zwischen der Anode (13; 113; 213; 313; 413) und der Kathode (5; 105; 205; 305; 405) zumindest eine neutrale matte (7; 107; 207; 307; 407) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die neutrale Platte (7; 107; 207; 307; 407) als dünnwandiges Lochblech ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lochblech eine hexagonale Lochform aufweist, vorzugsweise mit einem Durchmesser der Löcher von 0,05–2,5 mm, bevorzugt 0,1–2 mm.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die neutrale Platte (7; 107; 207; 307; 407) als dünnwandiges Blech, vorzugsweise als dünnwandiges Lochblech, aus gepresster Edelstahlwolle, Edelstahlfaser oder einem anderen Gewebe in der Weise gebildet ist, daß eine hohe Oberflächenstruktur entsteht und/oder das Lochblech, die Wolle, Faser oder das andere Gewebe eine poröse Oberfläche aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine neutrale Platte (7; 107; 207; 307; 407) in Schichtform ausgebildet ist, wobei die eine Seitenfläche ein Material aufweist, das ausgewählt ist aus Blei, Nickel, Stahl, vorzugsweise in Form einer Stahlfolie, oder Kombinationen davon, und wobei die andere Seitenfläche aus einem hochporösen und/oder faserigen Material gebildet ist, das ausgewählt ist aus Magnesium, einer Magnesiumlegierung, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, Graphit oder Eisen sowie Kombinationen davon.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine neutrale Platte (7; 107; 207; 307; 407) aus einem Material bzw. einem Metall oder einer Legierung besteht und als dünnwandige, faserige Matte, vorzugsweise ausgewählt aus Nickel oder hochwertigem Stahl sowie Kombinationen davon ausgebildet ist, die besonders bevorzugt eine Wandstärke von 1,5 bis 2,5 mm aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen der Anode (13; 113; 213; 313; 413) und der Kathode (5; 105; 205; 305; 405) zumindest zwei, bevorzugt drei, besonders bevorzugt vier und ganz besonders bevorzugt fünf oder mehr neutrale Platten (7; 107; 207; 307; 407) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der neutralen Platte (7; 107; 207; 307; 407) oder den neutralen Platten (7; 107; 207; 307; 407) und jeweils zwischen der Anode (13; 113; 213; 313; 413) und der Kathode (5; 105; 205; 305; 405) und der benachbarten neutralen Platte (7; 107; 207; 307; 407) 1–10 mm, vorzugsweise 1–8 mm, besonders bevorzugt 1,5–8 mm beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Kathode (5; 105; 205; 305; 405) und/oder die Anode (13; 113; 213; 313; 413) eine allseitige Schutzschicht aus einem korrosionsbeständigen Material, vorzugsweise rostfreiem Stahl, Blei oder einer Bleilegierung, aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Kathode (5; 105; 205; 305; 405) in Richtung auf die Anode (13; 113; 213; 313; 413) eine zusätzliche leitfähige Beschichtung (9; 109; 209; 309; 409) aufweist, die ausgewählt ist aus Magnesium, Graphit, Silber, Nickel, Edelstahl sowie Mischungen oder Legierungen davon, wobei die Beschichtung (9; 109; 209; 309; 409) zusätzlich eine Materialoberflächenstruktur aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialoberflächenstruktur als eine poröse Oberflächenstruktur oder als geometrische Formen ausgebildet ist.
Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 16, mit einem Elektrodenraum (3), der eine Kupfer-Anode (13; 113; 213; 313; 413) oder Kupfer/Silber-Anode (13; 113; 213; 313; 413) aufweist, die zwischen zwei Kupfer-Kathoden (5; 105; 205; 305; 405) und/oder Kupfer/Silber-Kathoden (5; 105; 205; 305; 405) angeordnet ist, wobei zwischen der Anode (13; 113; 213; 313; 413) und jeder der Kathoden (5; 105; 205; 305; 405) jeweils zumindest eine neutrale Edelstahl-Platte (7; 107; 207; 307; 407) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (13; 113; 213; 313; 413) und/oder zumindest eine der Kathoden (5; 105; 205; 305; 405) eine allseitige Schutzschicht aus feinfaseriger Edelstahlwolle aufweisen und/oder daß die zumindest eine neutrale Platte (7; 107; 207; 307; 407) als Edelstahlfasermatte ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (13; 113; 213; 313; 413) und/oder zumindest eine der Kathoden (5; 105; 205; 305; 405) zusätzlich zumindest teilweise mit einer äußeren, leitfähigen Schicht versehen sind, die eine Materialoberflächenstruktur aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht der Kathode(n) (5; 105; 205; 305; 405) und/oder der Anode (13; 113; 213; 313; 413) und/oder die Edelstahlfasermatte der neutralen Platte (7; 107; 207; 307; 407) durch einen Edelstahlrahmen (253, 355) fixiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (13; 113; 213; 313; 413) und/oder die Kathode(n) (5; 105; 205; 305; 405) allseitig mit Edelstahl ummantelt sind, wobei die Kathode (5; 105; 205; 305; 405) des weiteren, im Anschluß an die Edelstahlummantelung, zumindest an einer Seitenfläche eine leitfähige Schicht aufweist und die Anode (13; 113; 213; 313; 413) in der Weise mehrschichtig aufgebaut ist, daß im Anschluß an die Edelstahlummantelung nach außen hin weitere Schichten angeordnet sind, die mit einer Oberflächenstruktur, bevorzugt durch eine zusätzliche Edelstahlschicht, abschließen.
Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse, das in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 durchgeführt wird, bei dem zumindest eine Anode (13; 113; 213; 313; 413) und zumindest eine Kathode (5; 105; 205; 305; 405) aus dem gleichen oder voneinander verschiedenem, elektrisch leitfähigen, widerstandsarmen Material in einem Elektrodenraum (3) angeordnet werden, an die ein pulsierender Gleichstrom als elektrische Energie für die Elektrolyse angelegt wird, wobei zusätzlich jeweils zwischen Anode (13; 113; 213; 313; 413) und Kathode (5; 105; 205; 305; 405) zumindest eine neutrale Platte (7; 107; 207; 307; 407) aus einem oxidationsresistenten, elektrisch leitfähigen Material angeordnet wird, eine Elektrolytflüssigkeit in einem pulsierenden Rhythmus zwischen der zumindest einen Anode (13; 113; 213; 313; 413), Kathode (5; 105; 205; 305; 405) und neutralen Platte (7; 107; 207; 307; 407) hindurchbewegt wird, und dabei die bei der Elektrolyse gebildeten Wasserstoff-Sauerstoff-Blasen von den Oberflächen der Anode (13; 113; 213; 313; 413), Kathode (5; 105; 205; 305; 405) und der neutralen Platte (7; 107; 207; 307; 407) entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytflüssigkeit von unten nach oben, entgegen der Schwerkraft, durch den Elektrodenraum (3) bewegt wird.
Verwendung von Wasserstoff, der in der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 und/oder nach dem Verfahren der Ansprüche 22, 23 erzeugt worden ist, zur Energiespeicherung.
Verwendung nach Anspruch 24 zur Speicherung von Energie aus Wasserkraft, Windrädern und Solarzellen.
Verwendung von Wasserstoff, der in der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 und/oder nach dem Verfahren der Ansprüche 22, 23 erzeugt worden ist, zur Erzeugung von Wasserstoff für Brennstoffzellen.
Verwendung von Wasserstoff, der in der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 und/oder nach dem Verfahren der Ansprüche 22, 23 erzeugt worden ist, zur Herstellung von Wasserstoff als Treibstoff in Verbrennungsmotoren und Turbinen.