DE102017213473A1 - Electrolysis apparatus and method for operating an electrolyzer - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrolyseurs und einen Elektrolyseur mit einer Elektrolysezelle mit einem Kathodenraum und einem Anodenraum. Der Kathodenraum umfasst eine erste Eingangsöffnung und der Anodenraum eine zweite Eingangsöffnung für einen Elektrolyten und/oder ein Edukt. Die erste und/oder zweite Eingangsöffnung umfasst eine Düse, die geeignet ist, den Elektrolyten und/oder das Edukt im Anodenraum und/oder Kathodenraum zu verteilen und zu vermischen.The invention relates to a method for operating an electrolyzer and an electrolyzer with an electrolytic cell having a cathode compartment and an anode compartment. The cathode compartment comprises a first inlet opening and the anode compartment has a second inlet opening for an electrolyte and / or a starting material. The first and / or second inlet opening comprises a nozzle which is suitable for distributing and mixing the electrolyte and / or the educt in the anode space and / or cathode space.
Description
Die Erfindung betrifft eine Elektrolysevorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Elektrolysevorrichtung.The invention relates to an electrolysis apparatus and a method for operating an electrolysis apparatus.
Die Stromerzeugung schwankt mit zunehmendem Anteil an Strom aus erneuerbaren Energien während des Tagesverlaufs. Um ein Überangebot an Strom in Zeiten mit viel Sonne und starkem Wind bei niedriger Nachfrage nach Strom ausgleichen zu können, benötigt man regelbare Kraftwerke oder Speicher, um diese Energie zu speichern oder einen regelbaren Energieverbraucher, mit dem zweckmäßigerweise die Energie für die Herstellung von Wertprodukten eingesetzt wird.Electricity generation fluctuates with increasing share of electricity from renewable energies during the course of the day. In order to be able to compensate for an excess supply of electricity in times of high sun and strong wind with low demand for electricity, one needs controllable power plants or storage to store this energy or a controllable energy consumer, with which expediently uses the energy for the production of value products becomes.
Die Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff stellt eine im Stand der Technik bekannte Methode dar. Eine weitere Methode ist die elektrolytische Reduktion von Kohlenstoffdioxid zu Wertprodukten. Diese führt zu einer Verringerung der CO2-Emissionen. Typische Wertprodukte sind insbesondere Substanzen wie Kohlenmonoxid und Ethylen. Eine mögliche Technik zur Umwandlung der elektrischen Energie bei gleichzeitiger Herstellung von Wertprodukten aus Wasser oder Kohlenstoffdioxid stellt die Elektrolyse dar.The electrolysis of water to hydrogen and oxygen is a method known in the art. Another method is the electrolytic reduction of carbon dioxide to value products. This leads to a reduction of CO 2 emissions. Typical value products are in particular substances such as carbon monoxide and ethylene. One possible technique for converting the electrical energy while simultaneously producing valuable products from water or carbon dioxide is electrolysis.
Ein Elektrolyseur besteht üblicherweise aus mehreren elektrisch in Serie geschalteten, zu einem Elektrolysestack oder jeweils zu mehreren, in Reihe oder parallel verschalteten Elektrolysestacks, zusammengefassten Elektrolysezellen.An electrolyzer usually consists of several electrically connected in series, to an electrolysis stack or each to several, in series or parallel interconnected electrolysis stacks, combined electrolysis cells.
Ein Elektrolyseur, welcher aus Kohlenstoffdioxid Wertstoffe produziert, wird typischerweise mit einem flüssigen Elektrolyt betrieben. Dieser flüssige Elektrolyt wird durch einen Anoden- und/oder Kathodenraum geführt. Eine Elektrolysezelle umfasst dabei einen Anodenraum mit einer Anode und einen Kathodenraum mit einer Kathode. Derzeit werden das Edukt und der Elektrolyt insbesondere über Eingangsöffnungen in den Anodenraum beziehungsweise Kathodenraum zugeführt. Der Elektrolyt und/oder das Edukt verteilen sich dabei ungleichmäßig gemäß der Einströmrichtung in den Zellräumen. Dies führt nachteilig zu einem geringeren Umsatz an den Elektroden und schränkt die Effizienz des Elektrolyseurs ein.An electrolyzer which produces valuable materials from carbon dioxide is typically operated with a liquid electrolyte. This liquid electrolyte is passed through an anode and / or cathode compartment. An electrolytic cell comprises an anode compartment with an anode and a cathode compartment with a cathode. At present, the educt and the electrolyte are supplied in particular via inlet openings in the anode space or cathode space. The electrolyte and / or the educt are distributed unevenly according to the inflow direction in the cell spaces. This disadvantageously leads to a lower conversion at the electrodes and limits the efficiency of the electrolyzer.
Weiterhin weisen die Zellräume der Elektrolysezelle lokal unterschiedliche Nernstspannungen auf. Eine Elektrolyse wird stets bei einer Zellspannung betrieben, die oberhalb der Nernstspannung liegt. Nachteiligerweise wird durch diese Unterschiede eine hohe Spannung zum Durchführen der Elektrolyse benötigt, wodurch die Effizient nachteilig sinkt.Furthermore, the cell spaces of the electrolysis cell have locally different Nernst voltages. An electrolysis is always operated at a cell voltage that is above the Nernst voltage. Disadvantageously, these differences require a high voltage to carry out the electrolysis, as a result of which the efficiency drops disadvantageously.
Weiterhin können in den Zellräumen der Elektrolyse lokal unterschiedliche Leitfähigkeiten der Elektrolyte vorliegen. Auch dieser Effekt führt zu einer verminderten Effizienz der Elektrolyse.Furthermore, locally different conductivities of the electrolytes can be present in the cell spaces of the electrolysis. This effect also leads to a reduced efficiency of the electrolysis.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Elektrolyseur und ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrolyseurs anzugeben, der eine verbesserte Effizienz der Wertproduktherstellung aufweist.The object of the present invention is therefore to provide an electrolyzer and a method for operating an electrolyzer, which has an improved efficiency of the desired product production.
Die Aufgabe wird mit einem Elektrolyseur gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren zum Betreiben eines Elektrolyseurs gemäß Anspruch 7 gelöst.The object is achieved with an electrolyzer according to claim 1 and a method for operating an electrolyzer according to
Der erfindungsgemäße Elektrolyseur umfasst eine Elektrolysezelle mit einem Kathodenraum und einem Anodenraum. Der Kathodenraum weist eine erste Eingangsöffnung auf und der Anodenraum weist eine zweite Eingangsöffnung auf. Beide Eingangsöffnungen sind geeignet, einen Elektrolyten und/oder ein Edukt aufzunehmen. Die erste und/oder zweite Eingangsöffnung umfassen eine Düse, die geeignet ist, den Elektrolyten und/oder das Edukt im Anodenraum und/oder Kathodenraum zu verteilen und zu vermischen.The electrolyzer according to the invention comprises an electrolysis cell with a cathode space and an anode space. The cathode chamber has a first input opening and the anode compartment has a second input opening. Both inlet openings are suitable for receiving an electrolyte and / or a starting material. The first and / or second inlet openings comprise a nozzle which is suitable for distributing and mixing the electrolyte and / or the educt in the anode space and / or cathode space.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst mehrere Schritte. Zunächst erfolgt das Bereitstellen eines Elektrolyseurs mit wenigstens einer Elektrolysezelle. Die Elektrolysezelle umfasst einen Kathodenraum und einen Anodenraum, wobei der Kathodenraum eine erste Eingangsöffnung und der Anodenraum eine zweite Eingangsöffnung für einen Elektrolyten und/oder ein Edukt aufweist. Die erste und/oder zweite Eingangsöffnung umfassen eine Düse, die geeignet ist, den Elektrolyten und/oder das Edukt im Anodenraum und/oder Kathodenraum zu verteilen. In den Kathodenraum wird ein erstes Edukt zugeführt. In den Anodenraum wird ein zweites Edukt zugeführt. In dem Kathodenraum wird das erste Edukt zu einem ersten Produkt reduziert und in dem Anodenraum wird das zweite Edukt zu einem zweiten Produkt oxidiert. Das erste und das zweite Edukt können unterschiedliche Substanzen sein, insbesondere bei der Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser, dieselbe Substanz, also Wasser.The method according to the invention comprises several steps. First, the provision of an electrolyzer with at least one electrolytic cell takes place. The electrolysis cell comprises a cathode space and an anode space, the cathode space having a first inlet opening and the anode space having a second inlet opening for an electrolyte and / or a starting material. The first and / or second inlet openings comprise a nozzle which is suitable for distributing the electrolyte and / or the educt in the anode space and / or cathode space. In the cathode compartment, a first reactant is supplied. In the anode compartment, a second reactant is supplied. In the cathode space, the first starting material is reduced to a first product and in the anode space, the second starting material is oxidized to a second product. The first and the second educt may be different substances, in particular in the production of hydrogen and oxygen from water, the same substance, ie water.
Vorteilhaft werden das erste und zweite Edukt und der Elektrolyt durch die Düse der Eingangsöffnungen in den Anodenraum oder Kathodenraum geführt und somit gleichmäßig im Anodenraum oder Kathodenraum verteilt. Eine gleichmäßige Verteilung in diesen Räumen führt vorteilhaft dazu, dass die Edukte und der Elektrolyt auch an der Anode und Kathode gleichmäßig verteilt sind. Vorteilhaft erfolgt somit eine optimale Umsetzung der Edukte an den Elektroden. Dies führt vorteilhaft zu einer erhöhten Effizienz des Elektrolyseurs.Advantageously, the first and second starting materials and the electrolyte are guided through the nozzle of the inlet openings into the anode space or cathode space and thus distributed uniformly in the anode space or cathode space. A uniform distribution in these spaces advantageously leads to the educts and the electrolyte are evenly distributed at the anode and cathode. Thus, advantageously, an optimal conversion of the starting materials takes place at the electrodes. This leads advantageously to an increased efficiency of the electrolyzer.
Weiterhin sorgt eine gleichmäßige Verteilung des Elektrolyten und/oder Edukts dafür, dass innerhalb der Elektrolysezelle im Wesentlichen eine konstante Nernstspannung herrscht. Eine Elektrolyse wird stets bei einer Zellspannung betrieben, die oberhalb der Nernstspannung liegt. Durch die konstante Nernstspannung ist es nun vorteilhaft möglich, die Elektrolyse bei einer im Vergleich zum Stand der Technik niedrigeren Spannung durchzuführend, wodurch die Effizienz der Elektrolyse vorteilhaft steigt. Furthermore, a uniform distribution of the electrolyte and / or educt ensures that there is essentially a constant Nernst voltage within the electrolysis cell. An electrolysis is always operated at a cell voltage that is above the Nernst voltage. Due to the constant Nernst voltage, it is now advantageously possible to carry out the electrolysis at a lower voltage compared to the prior art, whereby the efficiency of the electrolysis advantageously increases.
Weiterhin wird vorteilhaft vermieden, dass gasförmige Produkte und, insbesondere bei der Kohlenstoffdioxid-Elektrolyse, auch gasförmige Edukte, vorliegen als inhomogen verteilte Gasvolumenanteile innerhalb der Elektrolysezelle vorliegen. Vorteilhafterweise werden somit lokal unterschiedliche Leitfähigkeiten der Elektrolyte vermieden, was die Effizienz der Elektrolyse weiter verbessert.Furthermore, it is advantageously avoided that gaseous products and, in particular in the case of carbon dioxide electrolysis, also gaseous educts, are present as inhomogeneously distributed gas volume fractions within the electrolysis cell. Advantageously, locally different conductivities of the electrolytes are thus avoided, which further improves the efficiency of the electrolysis.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist die Düse in die erste und/oder zweite Eingangsöffnung integriert. Vorteilhaft wird der Elektrolyt oder das Edukt direkt an der Eingangsöffnung in den Anodenraum oder Kathodenraum eingedüst.In an advantageous embodiment and development of the invention, the nozzle is integrated in the first and / or second inlet opening. Advantageously, the electrolyte or the starting material is injected directly at the inlet opening into the anode compartment or cathode compartment.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung verjüngt sich eine Zuleitung zur ersten und/oder zweiten Eingangsöffnung derart, dass die Zuleitung selbst eine Düse bildet. Die Düse ist in anderen Worten also kein separates Bauteil, sondern wird durch die Form der Zuleitung ausgebildet. Vorteilhaft wird somit ein Bauteil eingespart, was die Komplexität des Elektrolyseurs vereinfacht.In a further advantageous embodiment and development of the invention, a feed line to the first and / or second input opening tapers such that the feed line itself forms a nozzle. In other words, the nozzle is not a separate component, but is formed by the shape of the feed line. Advantageously, a component is thus saved, which simplifies the complexity of the electrolyzer.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist die Düse derart ausgerichtet, dass eine planare Kathode in dem Kathodenraum und/oder eine planare Anode in dem Anodenraum parallel anströmbar sind. Typischerweise befindet sich die Eingangsöffnung dann in einer zu der Kathode oder Anode senkrecht stehenden Elektrolysezellenwand. Diese Anordnung eignet sich insbesondere dann, wenn sowohl das Edukt als auch der Elektrolyt flüssig sind. Das Edukt und der Elektrolyt werden dann in der Düse miteinander vermischt und verteilen sich gleichmäßig entlang der planaren Elektrode. An der gesamten Elektrodenfläche kann dann vorteilhaft die Reduktion bzw. Oxidation stattfinden. Dies erhöht vorteilhaft die Effizienz der Elektrolyse.In a further advantageous embodiment and development of the invention, the nozzle is oriented such that a planar cathode in the cathode space and / or a planar anode in the anode space can be flowed parallel. Typically, the entrance opening is then located in an electrolytic cell wall perpendicular to the cathode or anode. This arrangement is particularly suitable when both the starting material and the electrolyte are liquid. The educt and the electrolyte are then mixed together in the nozzle and spread evenly along the planar electrode. The reduction or oxidation can then advantageously take place on the entire electrode surface. This advantageously increases the efficiency of the electrolysis.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist die Düse derart ausgerichtet, dass eine planare Kathode im Kathodenraum und/oder eine planare Anode im Anodenraum senkrecht anströmbar sind. Typischerweise befindet sich die Eingangsöffnung mit der Düse dann in einer zur Kathode oder Anode parallel angeordneten Elektrolysezellenwand.In a further alternative embodiment and further development of the invention, the nozzle is oriented such that a planar cathode in the cathode space and / or a planar anode in the anode space can be flowed perpendicularly. Typically, the inlet opening with the nozzle is then located in an electrolytic cell wall arranged parallel to the cathode or anode.
Zweckmäßigerweise umfasst die Düse bevorzugt ein Material, welches im Betrieb der Elektrolyse nicht korrodiert. Es ist also korrosionsbeständig gegenüber den Komponenten, die in der Elektrolyse verwendet werden.Conveniently, the nozzle preferably comprises a material which does not corrode during operation of the electrolysis. It is therefore resistant to corrosion by the components used in electrolysis.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird als das erste Edukt Wasser verwendet. Das Wasser wird im Kathodenraum zu Wasserstoff reduziert. Im Anodenraum wird das Wasser zu Sauerstoff oxidiert. Die Düse unterstützt das Vermischen des Elektrolyts mit dem Wasser beim Hineinführen in den Kathoden- bzw. Anodenraum. Weiterhin gewährleistet die Düse eine gleichmäßige Verteilung des Elektrolyts mit Wasser innerhalb des Kathoden- bzw. Anodenraums. Insbesondere unterstützt das Eindüsen eine Durchmischung entlang der Membran, welche zwischen dem Anodenraum und dem Kathodenraum angeordnet ist, sodass hier die Bildung von Gradienten, insbesondere von pH-Wert Gradienten, vorteilhaft vermieden wird. Weiterhin wir mittels der Düse vorteilhaft ein Unterdruck aufgebaut, welcher eine Rückführung, in anderen Worten eine Rezirkulation, des Elektrolyten ermöglicht. Das Rezirkulieren wiederum führt vorteilhaft ebenso zu einem Verringern der Gradienten in der Elektrolysezelle und somit zu einer verbesserten Effizienz.In a further advantageous embodiment and development of the invention, water is used as the first educt. The water is reduced to hydrogen in the cathode compartment. In the anode compartment, the water is oxidized to oxygen. The nozzle assists in mixing the electrolyte with the water as it is introduced into the cathode or anode compartment. Furthermore, the nozzle ensures a uniform distribution of the electrolyte with water within the cathode or anode space. In particular, the injection promotes mixing along the membrane, which is arranged between the anode space and the cathode space, so that here the formation of gradients, in particular of pH gradient, is advantageously avoided. Furthermore, we advantageously constructed by means of the nozzle, a negative pressure, which allows a return, in other words, a recirculation of the electrolyte. The recirculation, in turn, advantageously also leads to a reduction of the gradients in the electrolysis cell and thus to an improved efficiency.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird als das erste Edukt Kohlenstoffdioxid verwendet. Kohlenstoffdioxid wird insbesondere zu Kohlenstoffmonoxid und/oder Ethylen reduziert. Bei dieser Elektrolyse kann die Düse vorteilhaft eine gasförmige Komponente, dass erste Edukt, und eine flüssige Komponente, den Elektrolyten, vermischen. Das Vermischen erfolgt dabei energiearm, wodurch vorteilhaft die Effizienz des Elektrolyseurs steigt. In a further advantageous embodiment and development of the invention, carbon dioxide is used as the first educt. Carbon dioxide is particularly reduced to carbon monoxide and / or ethylene. In this electrolysis, the nozzle may advantageously mix a gaseous component, the first starting material, and a liquid component, the electrolyte. The mixing takes place low energy, which advantageously increases the efficiency of the electrolyzer.
Ein gutes Vermischen des Elektrolyts mit dem gasförmigen ersten Edukt gewährleistet, dass an der Elektrode sowohl das erste Edukt als auch der Katholyt anwesend sind, um ein Reduzieren des Kohlenstoffdioxids möglichst effizient zu ermöglichen. Die Düse sorgt weiterhin dafür, dass das vermischte Kohlenstoffdioxid mit dem Elektrolyt gleichmäßig im Kathodenraum verteilt wird. Es verhindert somit eine Gradientenbildung, insbesondere hinsichtlich des pH-Wertes. Ein niedriger pH-Wert, d.h. viele Protonen, führen dazu, dass an der Kathode Wasserstoff entstehen kann. Durch eine konstante pH-Wert Verteilung wird vorteilhaft vermieden, dass sich unerwünschter Wasserstoff in dem Kathodenraum bildet.Good mixing of the electrolyte with the gaseous first starting material ensures that both the first starting material and the catholyte are present at the electrode, in order to enable reduction of the carbon dioxide as efficiently as possible. The nozzle also ensures that the mixed carbon dioxide is evenly distributed with the electrolyte in the cathode compartment. It thus prevents a gradient formation, in particular with regard to the pH. A low pH, i. Many protons cause hydrogen to be generated at the cathode. By a constant pH distribution is advantageously avoided that forms undesirable hydrogen in the cathode compartment.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird ein Elektrolyt als Katholyt in den Kathodenraum geführt und wenigstens teilweise aus dem Kathodenraum herausgeführt und wiederum in den Kathodenraum zurückgeführt. Das Zurückführen des Katholyts verhindert zusätzlich das Ausbilden von Gradienten im Kathodenraum. Vorteilhaft wird der zurückgeführte Katholyt mittels einer Düse in den Kathodenraum eingeführt und dort mit dem bereits vorliegenden Katholyt vermischt. Es ist ebenso denkbar, dass eine Düse sowohl den zurückgeführten Katholyt als auch frischen Katholyt und das erste Edukt mischt und in den Kathodenraum eindüst.In a further advantageous embodiment and development of the invention is an electrolyte as a catholyte led into the cathode compartment and at least partially led out of the cathode compartment and in turn returned to the cathode compartment. The recycling of the catholyte additionally prevents the formation of gradients in the cathode space. Advantageously, the recirculated catholyte is introduced into the cathode compartment by means of a nozzle and mixed there with the catholyte already present. It is also conceivable that a nozzle mixes both the recirculated catholyte and fresh catholyte and the first starting material and injected into the cathode compartment.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Figuren. Darin zeigen schematisch:
-
1 eine Kohlenstoffdioxid Elektrolysezelle mit einer Gasdiffusionselektrode nach dem Stand der Technik; -
2 eine Kohlenstoffdioxid-Elektrolysezelle mit einer porösen planaren Kathode, einem ersten Kathodenteilraum und einem zweiten Kathodenteilraum; -
3 eine Kohlenstoffdioxid-Elektrolysezelle mit einer porösen planaren Kathode, einem ersten Kathodenteilraum, einem zweiten Kathodenteilraum und einer Rückführungsleitung für den Katholyt; -
4 eine Kohlenstoffdioxid-Elektrolysezelle mit einer integrierten Rückführungsleitung für den Katholyt und einer Düse.
-
1 a carbon dioxide electrolysis cell with a gas diffusion electrode according to the prior art; -
2 a carbon dioxide electrolysis cell having a porous planar cathode, a first cathode compartment and a second cathode compartment; -
3 a carbon dioxide electrolysis cell having a porous planar cathode, a first cathode compartment, a second cathode compartment, and a return conduit for the catholyte; -
4 a carbon dioxide electrolysis cell with an integrated recycle line for the catholyte and a nozzle.
Der erste Kathodenteilraum
Bei einer ausreichend hohen Konzentration an Hydrogencarbonat im Katholyt
Das Gemisch, welches sich durch den Kontakt mit Protonen bildet, enthält neben physikalisch gelöstem Kohlenstoffdioxid auch kleine gasförmige Bläschen aus Kohlenstoffdioxid. Der Katholyt
Der Katholyt
Der Einsatz einer Düse ist auch in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel sinnvoll, um eine gleichmäßige Verteilung des Anolyts oder Katholyts im Anoden- oder Kathodenraum zu gewährleisten. Auch in dem in
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102019127037A1 (en) * | 2019-10-08 | 2021-04-08 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Production of carbon monoxide |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2437273A1 (en) * | 1973-08-03 | 1975-02-20 | Parel Sa | ELECTROCHEMICAL PROCESS |
US20170037522A1 (en) * | 2010-07-04 | 2017-02-09 | Dioxide Materials, Inc. | Method And System For Electrochemical Production Of Formic Acid From Carbon Dioxide |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09176886A (en) * | 1995-12-27 | 1997-07-08 | Oji Paper Co Ltd | Production of hydrogen peroxide |
ATE497032T1 (en) * | 1999-08-27 | 2011-02-15 | Asahi Chemical Ind | ELEMENTARY CELL FOR USE IN AN ELECTROLYSIS CELL WITH AQUEOUS ALKALINE METAL CHLORIDE SOLUTION |
KR101448577B1 (en) * | 2012-11-12 | 2014-10-13 | 주식회사 파이노 | Manufacturing apparatus of Hydrogen water |
KR101639760B1 (en) * | 2014-05-22 | 2016-07-14 | 이명재 | Oxyhydrogen gas generator |
DE102015212504A1 (en) * | 2015-07-03 | 2017-01-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Electrolysis system and reduction process for electrochemical carbon dioxide recovery, alkali carbonate and alkali hydrogen carbonate production |
-
2017
- 2017-08-03 DE DE102017213473.9A patent/DE102017213473A1/en not_active Withdrawn
-
2018
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2437273A1 (en) * | 1973-08-03 | 1975-02-20 | Parel Sa | ELECTROCHEMICAL PROCESS |
US20170037522A1 (en) * | 2010-07-04 | 2017-02-09 | Dioxide Materials, Inc. | Method And System For Electrochemical Production Of Formic Acid From Carbon Dioxide |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102019127037A1 (en) * | 2019-10-08 | 2021-04-08 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Production of carbon monoxide |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2019025136A1 (en) | 2019-02-07 |
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