DE1071175B - Verfahren zur direkten Umwandlung der chemischen Energie brennbarer Flüssigkeiten in elektrische Energie auf elektrochemischem Wege - Google Patents
Verfahren zur direkten Umwandlung der chemischen Energie brennbarer Flüssigkeiten in elektrische Energie auf elektrochemischem WegeInfo
- Publication number
- DE1071175B DE1071175B DENDAT1071175D DE1071175DA DE1071175B DE 1071175 B DE1071175 B DE 1071175B DE NDAT1071175 D DENDAT1071175 D DE NDAT1071175D DE 1071175D A DE1071175D A DE 1071175DA DE 1071175 B DE1071175 B DE 1071175B
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- fuel
- electrolyte
- electrode
- fuels
- electrical energy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
• Die Erfindung bezieht sich auf die Herabsetzung des inneren Widerstandes bzw. die Erhöhung der
Stromdichte solcher galvanischer Elemente, die zur ökonomischen Erzeugung elektrischer Energie durch
eine reversibel geführte Oxydation von Flüssigkeiten mit brennbaren Bestandteilen bestimmt sind.
Es ist schon vorgeschlagen worden, eine aus hochaktivem Nickel ader Kobalt oder Eisen mit Zusatzmetallen bestehende DoppelskelettkatalysatoTelektrode
zu verwenden, die als Diffusionselektrode in Brenn-Stoffelementen mit flüssigem Elektrolyten schon bei
Temperaturen von 20 bis 90° C mit genügender Geschwindigkeit arbeitet. Gleichzeitig zeigte diese Elektrode
eine hohe Lebensdauer. Bei einer derartigen Diffusionselektrode dringt gewöhnlich der gasförmige
oder flüssige Brennstoff von innen, der Elektrolyt jedoch von außen her in den porösen Elektrodenkörper
ein, der die bei der reversiblen Oxydation frei werdenden elektrischen Ladungen aufnimmt und an die angeschlossenen
Verbraucher abführt. Dabei verläuft die Phasengrenzfläche Brennstoff/Elektrolyt im Innern
des porösen Körpers und bildet mit der Elektrodenoberfläche die elektrochemisch allein wirksame Dreiphasengrenze
aus. Für den stromliefernden Prozeß ist nur die Dreiphasengrenze, also lediglich ein sehr geringer
Bruchteil der inneren Elektrodenoberfläche wirksam, wodurch die Stromdichte verhältnismäßig
gering und der innere Widerstand Rt verhältnismäßig
groß wird.
Es wurden auch bereits zweizeilige Brennstoffelemente mit negativen Luft- bzw. Sauerstoffelektroden
beschrieben, bei denen in alkalischer Flüssigkeit suspendierte bzw. gelöste organische Stoffe, wie Steinkohlepulver,
Pflanzenreste in den Raum um die positive Elektrode gebracht und dort langsam oxydiert
werden sollen.
Nach einem anderen Verfahren werden alkalilösliche ligninhaltige Stoffe in Elementen mit einer unangreifbaren
Anode derart verbrannt, daß eine alkalisch gemachte Sulfitablauge.oder ,alkalische Lauge aus dem
Holzauf Schluß verfahren,, sogenannte Schwarzlauge, mit einem pH-Wert von etwa 1.0 und höher als Anoderiflüssigkeit
verwendet'wird. .',..'
Die erwähnte elektromotorische Aktivierung von Kohle und ähnlichen Stoffen ist praktisch nicht durchführbar,
weil sie bei.normaler Temperatur zu träge verläuft.
Elemente, in denen alkalilösliche ligninhaltige Stoffe elektromotorisch, verbrannt werden,· zeigen eine so geringe
Belastbarkeit, daß «ie technisch nicht brauchbar sind. . '....,.·'...,.
Nach der Erfindung kann die gesamte innere Oberfläche
und nicht nur eine Grenzlinie auf ihr .'für den stromliefernden Vorgang in der Brennstoffelektrode
Verfahren zur direkten Umwandlung
der chemischen Energie brennbarer
Flüssigkeiten in elektrische Energie
auf elektrochemischem Wege
Anmelder:
Ruhrchemie Aktiengesellschaft,
Ruhrchemie Aktiengesellschaft,
Oberhausen (RhId.)-Holten,
und Steinkohlen-Elektrizitäts-
Aktiengesellschaft, Essen
Dr. Eduard Justi und Dipl.-Phys. August Winsel,
Braunschweig,
sind als Erfinder genannt worden
sind als Erfinder genannt worden
ausgenutzt werden. Es wurde gefunden, daß das Verfahren zur direkten Umwandlung der chemischen
Energie brennbarer Flüssigkeiten in elektrische Energie auf elektrochemischem Wege unter Umsetzung in
einem einzelligen Brennstoffelement mit im Elektrolyten gelösten Brennstoff 'und einer Sauerstoffelektrode
in wesentlich günstigerer Weise möglich ist, wenn nichtionisierte Brennstoffe mit dem Elektrolyten vollständig
durchmischt werden, und die Brennstoff elektrode, die in das Brennstoff-Elektrolyt-Gemisch eintaucht,
als katalytisch aktiven Bestandteil ein Raney-Metall der VIII. Gruppe des Periodisoben Systems der
Elemente enthält, während die ebenfalls in dieses Elektrolyt-Brennstoff-Gemisch eintauchende Sauerstoffelektrode
dem Brennstoff gegenüber elektrochemisch indifferent ist. Es wird also der wasserlösliche
flüssige Brennstoff, wie z. B. Äthylalkohol oder Methylalkohol, nicht mehr getrennt in den Hohlraum der
Brenns-toffelektrode eingefüllt, sondern einfach mit dem Elektrolyten, 2: B. 6n-KOH, vermischt.
Im Elektrolyten unlösliche Brennstoffe werden durch Zusatz eines Lösungsvermittlers löslich gemacht.
Die Brennstoffelektrode braucht nicht mehr hohl zu sein, sondern kann beispielsweise Blechform haben und
kann vom Elektrolyt-Brennstoff-Gemi'sch entsprechend der Belastung des Elements durchströmt werden.
Das Material der Sauerstoffelektrode muß sich gegen den gelösten Brennstoff indifferent verhalten,
damit keine elektrochemisch ungenutzte Oxydation des Brennstoffs an der Sauerstoffelektrode stattfindet.
909 689/138
Für diesen Zweck hat sich eine Sauerstoffelektrode besonders bewährt, die aus Kohleformstücken besteht,
die einen mittleren Porendurchmesser von 10 bis 100 Angström (vorzugsweise 20 bis 40 Ängström)
und eine innere Oberfläche von 10 bis 50 m2/g (vorzugsweise
10 bis 30 mVgJ haben und die durch Erhitzen auf Temperaturen oberhalb 650° C, anschließendes
plötzliches Abschrecken auf Temperaturen unterhalb 50° C 'bei ein- oder mehrmaliger Wiederholung dieses
Verfahrens hergestellt wurden.
Die Brennstoffelektrode.kann aus einem Doppelskelettkatalysator,
vorzugsweise aus einem Nickeldoppelskelettkatalysator, bestehen.
Die Reaktion an der hochaktiven Brennstoffelektrode verläuft so, daß an der gesamten Katalysatoroberfläche
Elektrolyt- und Brennstofrteilcheii, und
zwar sowohl Ionen wie Moleküle, nebeneinander adsorbiert werden. Durch die Wechselwirkungskräfte
werden die organischen Brennstofrmoleküle bei der Adsorption gespalten, die Spaltstücke, die an der
Katalysatoroberfläche ebenfalls chemisorbiert vorliegen, reagieren mit dem Elektrolyten unter Aufnahme
von Hydroxyl-Ionen und geben Elektronen an die Brennstoffelektrode ab, die sich.hierdurch negativ auflädt.
Die Brennstoffmoleküle werden aus der flüssigen Phase durch Diffusion an das katalysierende Adsorbens
nachgeliefert, das umgekehrt die Reaktionsprodukte durch Diffusion in den Elektrolyträum rückliefert
unter der allgemeinen Tendenz einer maximalen Durchmischung bzw. Unordnung.
Da Elektrode, Elektrolyt und Brennstoff in jedem Punkt der Oberfläche der·Brennstoffelektrode zusammenstoßen,
falls man Brennstoff und Elektrolyt erfindungsgemäß mischt, ist also die gesamte innere Oberfläche,
nicht nur eine Linie auf ihr, elektrochemisch wirksam. Durch die Maßnähme der Mischung von
Elektrolyten und Brennstoff kann die Stromdichte des Brennstoffelementes um fast eine Zehnerpotenz erhöht
werden. Außerdem ergeben: sich wesentliche konstruktive Vereinfachungen der Apparatur des Brennstoffelementes.
;
Die Verminderung des -inneren Widerstandes R( wäre
noch größer, wenn nicht die Zugabe des meist elektrisch schlecht leitenden Brennstoffs den spezifischen
Widerstand des Elektrolyten erhöhte. Andererseits verlaufen die Reaktionen an der Brennstoffelektrode
mit steigender Brennstoffkonzentration schneller, so daß der Polarisationswiderstand mit steigender Konzentration
sinkt. Beide Anteile des inneren Widerstandes Rj sind also als Funktion der B nenn stoff konzentration
gegenläufig und führen zu optimalen Mischungsverhältnissen, die erfindungsgemäß zur weiteren
Steigerung des Wirkungsgrades ausgenutzt werden.
Beispiel
Es wurde das Verhalten des Elementes
Es wurde das Verhalten des Elementes
Kohle+O2/6n-KOH + C2 H5 O H/Ni-Doppel-
skelettelektrode
untersucht, wobei die Polarisation der Alkoholelektrode in üblicher Weise gegen eine gesättigte Kalomelelektrode
gemessen wurde. Die elektromotorische Kraft dieser Äthylalkoholelektrade gegen Kalomel beträgt
danach 1,04 V bei 65° C. Da man aus den bekannten Tabellen für die Enthalpieänderung bei Verbrennungsreaktionen
des Alkohols je nach der Art der Endprodukte Spannungen bis zu 1,09 V, wiederum
auf Kalomel bezogen, berechnet, so bedeutet dieser Meßwert, daß nach der Erfindung für verschwindende
■■■ Belastung ein theoretischer Wirkungsgrad von mindestens
95% erreicht wurde. Außerdem ergab sich eine wesentlich vereinfachte Konstruktion des Brennstoffelementes
sowie eine Herabsetzung des inneren Wider-Standes und eine Vermehrung der Stromdichte gegenüber'den
bisher bekannten Arbeitsweisen.
Bei einer Belastung von 70 mA/cm2, die alle bisher bekannten Stromausbeuten um mehrere Zehnerpotenzen
übertrifft, polarisierte die Brennstoffelektrode
ίο anfänglich mit 0,10 V. Die Klemmenspannung des
Elementes fiel bei längerer Belastung kontinuierlich ab. Bei einer Belastung von 10 mA/cm2 blieb die Polarisation
stationär auf etwa 0,09 V.
Der Abfall der Klemmenspannung bei dieser hohen
Belastung dürfte auf die Diffusion der Verbrennungsprodukte als zeitbestimmender Vorgang zurückzuführen
sein, die zu einer Verstopfung der Poren der Elektrode führt. Diese Schwierigkeit läßt sich weitgehend
beseitigen, entweder durch die Verwendung von weitporigen Elektroden oder durch eine wirksame Rüh-
■'. rung. Eine wirksame Rührung in technischen Brennstoffelementen,
die mit im Elektrolyten gelösten Brennstoffen arbeiten, wird durch die in der Figur
dargestellte Weise erreicht. Hierbei wird das Elektrolyt-Brennstoff-Gemisch
in einem geeigneten Reaktionsgefäß 3 langsam durch die scheiben-oder zylinderförmigen
porösen Doppelskelettelektroden 1 mit den Stromableitungen 4 hindurchgeleitet. Der Elektrolyt
strömt daher laminar in Pfeilrichtung durch die kleinen Poren der Doppelskelettelektroden 1 und sorgt so
für die Heranführung des Brennstoffes und für die Fortführung der Verforennungsprodukte von der aktiven
Oberfläche der Elektrode.
Die nach dem obenerwähnten Verfahren hergestellten Sauerstoffelektroden sind mit 2 bezeichnet.
Die erwähnten scheibenförmigen Elektroden 1 können auch horizontal gestellt werden und nicht, wie in
der Figur wiedergegeben, vertikal. Hierbei entfällt eine Zirkulation durch besondere Pumpen, da das
frische Elektrolyt-Brennstoff-Gemisch durch seine eigene Schwere langsam durch die porösen Elektroden
nach unten sickern kann, wo die Flüssigkeit mit ihren Reaktionsprodukten regeneriert und wieder hochgepumpt
werden kann.
Das Verfahren nach der Erfindung beschränkt sich also keineswegs auf solche flüssigen Brennstoffe, die
mit dem Elektrolyten ohne weiteres mischbar sind. Es kann auch mit solchen flüssigen Brennstoffen durchgeführt
werden, die in dem wäßrigen Elektrolyten zunächst unlöslich sind, wie z. B. Dieselöl. In einem solchen
Fall werden die nicht löslichen flüssigen Brennstoffe mit einem Lösungsvermittler versetzt, wobei
sich besonders Neutralseifen bewährt halben. Durch Zusatz von etwa 10 Gewichtsprozent eines solchen
Lösungsvermittlers konnte billigen Brennölen in wirtschaftlicher Weise eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit
verliehen werden. Es konnte festgestellt werden, daß nicht etwa nur der Lösungevermittler in
einem Brennstoffelement im Sinne der Erfindung verbraucht wir.d und elektrische Energie liefert.
Die Erfindung ermöglicht also auch die Ausnutzung flüssiger mineralischer Brennstoffe auf direktem elektrochemischem
Wege, wobei unter einem hohen Wirkungsgrad gearbeitet wird.
Claims (5)
1. Verfahren zur direkten Umwandlung der
chemischen Energie brennbarer Flüssigkeiten in elektrische Energie auf. elektrochemischem Wege
unter Umsetzung in einem einzelligen Brennstoff-
1 071
•element mit im Elektrplyten gelösten Brennstoff und einer Sauerstoffelektrode, dadurch gekennzeichnet,
daß nichtionisierte Brennstoffe mit dem Elektrolyten vollständig durchmischt werden, daß
die Brennstoffelektrode, die in das Elektrolyt-Brennstoff-Gemisch eintaucht, als katalytisch aktiven
Bestandteil ein Raney-Metall der VIII. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente enthält
und daß die ebenfalls in dies Gemisch eintauchende Sauerstoff elektrode dem Brennstoff gegenüber
elektrochemisch indifferent ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Elektrolyten unlösliche Brennstoffe
durch Zusatz eines Lösungsvermittlers löslich gemacht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrolyt-Brennstoff-Gemisch
entsprechend der Belastung des Elementes durch die Brennstoffelektrode hindurchströmt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoff elektrode des
Brennstoffelementes aus Kohleformstücken besteht,. die einen mittleren Porendurchmesser von 10 bis
100 Ängström, vorzugsweise 20 bis 40 Ängström,
und eine innere Oberfläche von 10 bis 50, vorzugsweise 10 bis 30 m2/g besitzen und die durch Erhitzen
auf Temperaturen oberhalb 650° C und anschließendes plötzliches Abschrecken auf Temperaturen
unterhalb 50° C bei ein- oder mehrmaliger Wiederholung dieses Verfahrens hergestellt
wurden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffelektrode aus
einem Niokeldoppelskelettkatalysator besteht.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 747 203, 957 491.
Deutsche Patentschriften Nr. 747 203, 957 491.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 909 689/138 12.59
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE821688X | 1955-02-12 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1071175B true DE1071175B (de) | 1959-12-17 |
Family
ID=6740939
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DENDAT1071175D Pending DE1071175B (de) | 1955-02-12 | Verfahren zur direkten Umwandlung der chemischen Energie brennbarer Flüssigkeiten in elektrische Energie auf elektrochemischem Wege |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
BE (1) | BE545125A (de) |
CH (1) | CH34166A (de) |
DE (1) | DE1071175B (de) |
FR (1) | FR1148012A (de) |
GB (1) | GB821688A (de) |
LU (1) | LU34166A1 (de) |
NL (2) | NL204239A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1241506B (de) * | 1961-01-26 | 1967-06-01 | Allis Chalmers Mfg Co | Brennstoffzelle fuer Demonstrationszwecke |
-
0
- NL NL110406D patent/NL110406C/xx active
- DE DENDAT1071175D patent/DE1071175B/de active Pending
- LU LU34166D patent/LU34166A1/xx unknown
- BE BE545125D patent/BE545125A/xx unknown
- NL NL204239D patent/NL204239A/xx unknown
-
1905
- 1905-04-19 CH CH34166A patent/CH34166A/de unknown
-
1956
- 1956-01-27 GB GB2808/56A patent/GB821688A/en not_active Expired
- 1956-02-09 FR FR1148012D patent/FR1148012A/fr not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1241506B (de) * | 1961-01-26 | 1967-06-01 | Allis Chalmers Mfg Co | Brennstoffzelle fuer Demonstrationszwecke |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB821688A (en) | 1959-10-14 |
FR1148012A (fr) | 1957-12-03 |
NL110406C (de) | |
NL204239A (de) | |
BE545125A (de) | |
CH34166A (de) | 1906-03-15 |
LU34166A1 (de) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69918450T2 (de) | Erdgas-unterstüzter dampfelektrolyseur | |
DE2851225C2 (de) | ||
DE1421548C3 (de) | Brennstoffelement | |
DE3382719T2 (de) | Brennstoffzelle mit hochmolekularem organischem Elektrolyt. | |
DE7638054U1 (de) | Elektrochemische zelle | |
DE1421529A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Elektroden fuer elektrochemische Verbrennungszellen | |
DE2328050A1 (de) | Elektrokatalysator | |
WO2005052214A2 (de) | Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines oder mehrerer gase | |
DE2220258A1 (de) | Aktivierte Aluminium-Anode für elektrochemische Energieumwandlerzelle | |
DE2531449B2 (de) | Verfahren zur elektrochemischen stromerzeugung und elektrochemischer generator zur durchfuehrung dieses verfahrens | |
DE1771420A1 (de) | Aufladbares Brennstoffelement | |
DE1162433B (de) | Verfahren zum Betrieb von Brennstoffelementen und ein dafuer geeignetes Brennstoffelement | |
DE1071175B (de) | Verfahren zur direkten Umwandlung der chemischen Energie brennbarer Flüssigkeiten in elektrische Energie auf elektrochemischem Wege | |
DE1952871A1 (de) | Elektrochemische Zelle | |
DE2928983A1 (de) | Verfahren zum herstellen von wasserstoff | |
DE102008002108B4 (de) | Verwendung einer Elektrolytlösung mit Wasser, zumindest einer ionischen Verbindung und zumindest einem Chelatbildner in einem Elektrolyseur für eine Wasserstofferzeugungsvorrichtung | |
DE1941931C3 (de) | Elektrode mit Katalysator und Verfahren zu deren Herstellung | |
Hussein et al. | Metal electrodes and organic enrichment in doubled and single chambered Microbial Fuel Cell (MFC) for electricity generation. | |
DE1280362B (de) | Vorrichtung zur direkten Umwandlung der chemischen Energie brennbarer Fluessigkeitenin elektrische Energie auf elektrochemischem Wege | |
DE1926303A1 (de) | Katalytisches Material | |
DE10359509B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer Gase | |
DE1596105A1 (de) | Brennstoffelement | |
DE3334330A1 (de) | Verfahren zur herstellung einer elektroden-membran-einheit fuer wasserstoff/brom-zellen | |
DE1671880C3 (de) | Brennstoffelement zur Umsetzung von in einem Elektrolyten gelöstem Hydrazin und gasförmigem Sauerstoff | |
AT207430B (de) | Verfahren zur Speicherung und Rückgewinnung von elektrischer Energie |