DE10322781B4

DE10322781B4 - The fuel cell system

Info

Publication number: DE10322781B4
Application number: DE10322781A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Lipski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2023-05-20
Also published as: DE10322781A1

Abstract

Brennstoffzellensystem mit Anode und Kathode und sie trennenden Elektrolyten, mit einem auf Anode und Kathode wirkenden Magnetfeld, dadurch gekennzeichnet, daß
– die Anode und Kathode aus mit Legierungszusätzen chemisch passiviertem ferromagnetischem Edelstahl bestehen, und
– das Magnetfeld durch eine hinter der Anode mit ihrem einem Pol und der Kathode mit ihrem anderen Pol angeordnete Permanentmagneteinrichtung gebildet wird.Fuel cell system with anode and cathode and separating electrolytes, with a magnetic field acting on the anode and cathode, characterized in that
- The anode and cathode consist of alloyed with chemically passivated ferromagnetic stainless steel, and
- The magnetic field is formed by a behind the anode with its one pole and the cathode with its other pole arranged permanent magnet device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.The The invention relates to a fuel cell system according to the preamble of the main claim.

Bei Brennstoffzellen wird Strom und Wärme durch Umwandlung von Wasserstoff H₂ und Sauerstoff O₂ auf chemischen Wege ohne thermische oder mechanische Zwischenschritte gewonnen. Der Wasserstoff und der Sauerstoff werden durch einen Elektrolyseur oder Reformer für Erdgas gewonnen. Ähnlich wie in einer Batterie besitzt eine Brennstoffzelle zwei Elektroden (Anode und Kathode), die miteinander durch einen Elektroly ten verbunden sind. An der Anode wird kontinuierlich Wasserstoff herangeführt und an der Kathode Sauerstoff.In fuel cells, electricity and heat are obtained by the conversion of hydrogen H ₂ and oxygen O ₂ in a chemical way without thermal or mechanical intermediate steps. The hydrogen and the oxygen are recovered by an electrolyzer or reformer for natural gas. Similar to a battery, a fuel cell has two electrodes (anode and cathode), which are connected to each other by an electrolyte. Hydrogen is continuously introduced at the anode and oxygen at the cathode.

Der Elektrolyt ist dabei als Trennwand zwischen beiden Elektroden ausgeführt und sorgt dafür, dass Sauerstoff und Wasserstoff nicht direkt aufeinandertreffen, sondern nur positiv geladene Wasserstoff-Ionen (2H+) hindurchgelangen, nachdem ein Wasserstoffatom bei der Ionenbildung der Anode ein Elektron an einen Stromkreis abgegeben hat.Of the Electrolyte is designed as a partition between the two electrodes and makes sure that Oxygen and hydrogen do not meet directly, but only positively charged hydrogen ions (2H +) pass through after a hydrogen atom in the ion formation of the anode is an electron has delivered to a circuit.

Die so entstehende elektrische Spannung ist wie an einer Batterie durch einen elektrischen Verbraucher nutzbar. Statt Sauerstoff kann auch Luft an der Kathode zugeführt werden. Sauerstoffatome an der Kathode aus Luft oder aus reinem Sauerstoff nehmen die Elektroden auf und es entstehen negativ geladene Sauerstoff-Ionen O2-, die zusammen mit den durch die Membran hindurchgehenden Wasserstoff Ionen zu Wasser reagieren.The so resulting electrical voltage is like a battery through an electrical consumer usable. Instead of oxygen can also Air supplied at the cathode become. Oxygen atoms at the cathode from air or pure Oxygen absorbs the electrodes and creates negatively charged ones Oxygen ions O2-, which together with the passing through the membrane Hydrogen ions react to water.

Es sind nun verschiedene Brennstoffzellentypen auf der Basis dieses Konzeptes realisiert worden, die grob in zwei Gruppen, die Niedertemperaturbrennstoffzellen mit Betriebstemperaturen bis ca. 200°C und Hochtemperaturbrennstoffzellen mit Betriebstemperaturen zwischen 650°C und 1000°C unterschieden werden. Die Brennstoffzellentypen nutzen unterschiedliche Elektrolyten z. B. Kalilauge oder Festpolymere oder sogar Phosphorsäure.It are now different fuel cell types based on this Concept realized roughly in two groups, the low-temperature fuel cells with operating temperatures up to approx. 200 ° C and high-temperature fuel cells with operating temperatures between 650 ° C and 1000 ° C can be distinguished. The Fuel cell types use different electrolytes z. B. Potassium hydroxide or solid polymers or even phosphoric acid.

Als Brennstoff wird bei den alkalischen Brennstoffzellen (mit Kalilauge als Elektrolyt) Wasserstoff eingesetzt. Bei Hochtemperatur-Brennstoffzellen wird jedoch auch Erdgas direkt als Brennstoff verbrannt werden können und als Elektrolyt Lithium- oder Kaliumkarbonat und Zirkoniumoxid verwandt werden können. Die Wirkungsweise der Brennstoffzellen hängt jedoch auch von der Wahl des Materials der Anode und der Kathode ab. Hier wird jedoch meist mit chemisch inaktiven Metallen gearbeitet.When Fuel is added to the alkaline fuel cells (with caustic potash used as electrolyte) hydrogen. For high temperature fuel cells However, natural gas can also be burned directly as fuel and be used as the electrolyte lithium or potassium carbonate and zirconium oxide can. However, the mode of action of the fuel cell also depends on the choice of the material of the anode and the cathode. Here, however, mostly worked with chemically inactive metals.

Im Stand der Technik, aus der WO 2001/28025 A1, sind bereits Brennstoffzellen zur Reformation von organischem Treibstoff bekannt, die ein magnetisches Feld in Kathode oder Anode vorschlagen. Weiter sind aus der DE 36 24 054 A1 bereits inerte Elektroden mit katalytischer Wirksamkeit und aus der DE 196 39 068 A1 eine (Demonstrations-) Anlage zur Wasserstoff-Energieerzeugung bekannt.In the prior art, from WO 2001/28025 A1, fuel cells for reformation of organic fuel are already known, which propose a magnetic field in the cathode or anode. Next are from the DE 36 24 054 A1 already inert electrodes with catalytic activity and from the DE 196 39 068 A1 a (demonstration) plant for hydrogen energy production known.

Die Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle, insbesondere den des Ionen-Übergangs an Anode und Kathode weiter zu verbessern.The Invention has now set itself the task of the efficiency of Fuel cell, in particular that of the ion transition at the anode and cathode continue to improve.

Hierzu wird vorgeschlagen, ferromagnetische Materialien zu verwenden, die gegebenenfalls durch Legierungszusätze chemisch passiviert werden (z. B. als nichtrostender Edelstahl) und diese in ein magnetisches Feld einzubringen, indem an der Rückseite der Anode und Kathode der Nord- bzw. Südpol eines vorzugsweise durch einen Dauermagneten ausgebildeten Magnetfeldes angeordnet wird. Die Nord- und Südpole können aber für – einige Anode-/Kathode- und Elektrolyt-Kombinationen auch getauscht in anderer polarer Ausrichtung angeordnet werden, wobei zusätzlich durch einen Eisenrückschluß ihre Wirksamkeit verbessert werden kann.For this It is proposed to use ferromagnetic materials which optionally be chemically passivated by alloying additions (For example, as stainless steel) and this in a magnetic Field by placing on the back of the anode and cathode the north or south pole a magnetic field preferably formed by a permanent magnet is arranged. The north and south poles can but for - some Anode / cathode and electrolyte combinations also exchanged in another polar orientation can be arranged, in addition by an iron yoke their effectiveness can be improved.

Dieses Prinzip kann neben der Verbesserung des Wirkungsgrades als Brennstoffzelle auch bei Elektrolyseuren die Aufspaltung des Wassers in Sauerstoff und Wasserstoff im Wirkungsgrad verbessern.This Principle can in addition to improving the efficiency as a fuel cell also in electrolyzers the splitting of the water into oxygen and improve hydrogen efficiency.

Als Material für Anode und Kathode werden neben Eisen insbesondere Nickel und Kobalt vorgeschlagen, und es wird zusätzlich noch eine Verbesserung des Ionen-Übergangs an Anode und Kathode vorgeschlagen, durch zusätzliches Beleuchten entweder mit einer künstlichen Lichtquelle, beispielsweise hellen LEDs, oder – sofern dies in Gegenden mit hoher Sonneneinstrahlung leicht möglich ist -, durch Sonnenlicht, das durch geeignete Prismen auf die Anoden- und Kathodenoberflächen gelenkt wird.When Material for Anode and cathode are in addition to iron, in particular nickel and cobalt suggested, and it will be additional proposed an improvement of the ion transition at the anode and cathode, by additional Illuminate with either an artificial one Light source, such as bright LEDs, or - if in areas with high Sunlight easily possible is, by sunlight, by suitable prisms on the anode and cathode surfaces is steered.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnung.Further Advantages and features of the invention will become apparent from the following Description of a preferred embodiment with reference to attached Drawing.

Dabei zeigt diethere show the

1 eine schematische Darstellung einer Brennstoffzelle, 1 a schematic representation of a fuel cell,

2 eine schematische Darstellung eines Elektrolyseurs, wobei durch ein Solarmodul der elektrische Strom zugeführt werden kann und 2 a schematic representation of an electrolyzer, which can be supplied by a solar module, the electric current and

3 eine schematische Darstellung, bei der sowohl bei einem Elektrolyseur, als auch bei einer Brennstoffzelle magnetische Einrichtungen mit Nord-/Südpol vorhanden sind. 3 a schematic representation in which there are magnetic devices with north / south pole both in an electrolyzer, as well as in a fuel cell.

In der 1 ist anhand einer schematischen Darstellung gezeigt, wie der Elektrolyt angeordnet ist, in dem die Ionen hindurchwandern (gezeigt ist ein Beispiel, in dem auch die O₂-Ionen in den Elektrolyt einwandern). Dies ist mit Pfeilen veranschaulicht.In the 1 is shown by a schematic representation of how the electrolyte is arranged, in which the ions migrate through (shown is an example in which also the O ₂ ions migrate into the electrolyte). This is illustrated with arrows.

Hinter den grau gerasterten Anoden und Kathoden sind Nord- und Südpol eines mit Eisenrückschluß ausgeführten Permanentmagneten in Hufeisenkonfiguration dargestellt. Es ist jedoch auch denkbar, Elektromagneten zu verwenden oder zwei separate Magneten.Behind the gray-rastered anodes and cathodes are north and south poles of one with iron yoke designed permanent magnets presented in horseshoe configuration. However, it is also conceivable To use electromagnet or two separate magnets.

In der 2 wird anhand eines Elektrolyseurs gezeigt, wie auch hier die Wirkung der Anode und Kathode verbessert werden kann. Die Spannung wird dabei beispielsweise durch ein Solarmodul erzeugt.In the 2 is shown by an electrolyzer, as well as the effect of the anode and cathode can be improved here. The voltage is generated for example by a solar module.

Schließlich ist in 3 eine Kombination von Elektrolyseur und Brennstoffzelle in einem Brennstoffzellensystem dargestellt.Finally, in 3 a combination of electrolyzer and fuel cell shown in a fuel cell system.

Claims

Fuel cell system with anode and cathode and separating electrolytes, with a magnetic field acting on the anode and cathode, characterized in that - the anode and cathode consist of alloyed with chemically passivated ferromagnetic stainless steel, and - the magnetic field through a behind the anode with its one pole and the cathode is arranged with its other pole arranged permanent magnet device.

Fuel cell system according to claim 1, characterized by a surface which contacts the electrolyte Anode and cathode with light acting device of a Prism for redirecting sunlight to the anode and cathode surfaces.

Fuel cell system according to claim 1, characterized by direct irradiation of light by means of LEDs into the water and oxygen channels the fuel cell.

Fuel cell system according to one of the preceding Claims, characterized in that a Iron conclusion the south and north pole the permanent magnet device for forming a horseshoe-shaped permanent magnet connects with each other.