DE1119352B - Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffelementes zum Betrieb mit gasfoermigen Brennstoffen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffelementes zum Betrieb mit gasfoermigen Brennstoffen

Info

Publication number
DE1119352B
DE1119352B DEN15571A DEN0015571A DE1119352B DE 1119352 B DE1119352 B DE 1119352B DE N15571 A DEN15571 A DE N15571A DE N0015571 A DEN0015571 A DE N0015571A DE 1119352 B DE1119352 B DE 1119352B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrode
powder
electrodes
electrolyte
gas
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
Application number
DEN15571A
Other languages
English (en)
Inventor
Dr Gerard H J Broers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Original Assignee
Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO filed Critical Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Publication of DE1119352B publication Critical patent/DE1119352B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9041—Metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H01M4/8621—Porous electrodes containing only metallic or ceramic material, e.g. made by sintering or sputtering
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • 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
    • H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
    • H01M8/141—Fuel cells with fused electrolytes the anode and the cathode being gas-permeable electrodes or electrode layers
    • H01M8/142—Fuel cells with fused electrolytes the anode and the cathode being gas-permeable electrodes or electrode layers with matrix-supported or semi-solid matrix-reinforced electrolyte
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • 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
    • H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
    • H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
    • H01M2300/0051—Carbonates
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • 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

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren von Elektoden für ein Brennstoffelement zum Betrieb mit gasförmigen Brennstoffen, wobei das Brennstoffelement entweder einen festen oder einen in einem geeigneten indifferenten, gesinterten oder nicht gesinterten Träger aufgenommenen flüssigen Elektrolyten aufweist, der beidseitig pulverförmige Elektroden trägt.
Die Verwendung von pulverförmigen Elektroden in einem Brennstoffelement ist bekannt. Bei derartigen bekannten Elementen hat der feste oder der in einem festen, indifferenten Träger gebundene flüssige Elektrolyt die Form eines unten geschlossenen Rohres. Dieses Rohr wird mit einem Pulver angefüllt, das die erste Elektrode bildet, und von einem Pulver umgeben, das die zweite Elektrode darstellt.
In diesen Elementen bilden in das Pulver eingesteckte Eisenstäbchen die Klemmen für die Stromabnahme.
Ein Nachteil einer derartigen Ausbildung ist, daß die Konzentrationspolarisation und der Strömungswiderstand der Gase infolge des langen Weges, den die reagierenden Gase durch die pulverförmigen Elektroden zurücklegen müssen — da die Gase einfach durch diese Pulver geleitet werden —, erheblich sind.
Bei Verwendung von festen Elektrolyten ist der Ohmsche Widerstand des Elementes groß, es sei denn, daß sehr hohe Temperaturen von ungefähr 1000° C angewandt werden.
Es ist auch bekannt, daß bei einer niedrigeren Betriebstemperatur eine Herabsetzung des Widerstandes erzielt werden kann, indem man den festen Elektrolyten durch einen halbfesten Elektrolyten ersetzt. Dieser halbfeste Elektrolyt kann z. B. bestehen aus einem gesinterten, porösen Träger wie Magnesiumoxyd, imprägniert mit einem Gemisch von geschmolzenen Alkalikarbonaten. Ein derartiger halbfester Elektrolyt hat eine genügende Leitfähigkeit bei einer Betriebstemperatur von 450 bis 750° C.
Ein weiterer bekanntgewordener Vorschlag zur Ausbildung eines Brennstoffelementes besteht darin, daß das Elektrodenpulver durch Aufspritzen od. dgl., aber ohne irgendwelche Vorbehandlung, auf den Elektrolyten aufgebracht wird.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Elemente nur eine geringe Lebensdauer haben, da die auf diese Weise angeordneten und hergestellten Elektroden sich schnell verändern, da die Elektrodenpulver bei der Betriebstemperatur zusammensintern und dadurch die Elektrodenoberfläche verkleinert wird.
Dieser Nachteil ist nun bei den Elementen, die
Verfahren zur Herstellung
eines Brennstoffelementes zum Betrieb
mit gasförmigen Brennstoffen
Anmelder:
Nederlandse Organisatie
voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk
Onderzoek ten behoeve van Nijverheid,
Handel en Verkeer, Den Haag
Vertreter: Dipl.-Ing. R.Amthor, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Eysseneckstr. 36
Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 12. September 1957
Dr. Gerard H. J. Broers, Alkmaar (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind, dadurch behoben, daß man die Elektrodenpulver vor der Anbringung im Element sintert, und zwar bei einer Temperatur, die gleich der Betriebstemperatur des Elementes oder nur ein wenig höher als diese ist.
Demgemäß ist das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Elektrodenpulver zunächst bei einer der Betriebstemperatur entsprechenden Temperatur zusammengesintert und hierauf auf die Elektrolytoberfläche aufgebracht werden und durch je eine Metallgaze abgedeckt werden, welche durch starre, mit Gasdurchlässen versehene Platten an die Elektrode angedrückt wird.
Die erfindungsgemäß hergestellten Elektroden bzw. Elemente zeichnen sich durch einen niedrigen Strömungswiderstand gegen die zirkulierenden Gase aus und zeigen demgemäß eine niedrige Konzentrationspolarisation bei hoher elektrischer Leistung und langer Lebensdauer.
In allen Brennstoffelementen mit pulverförmigen Elektroden kann die Elektrodenreaktion nur in dem aktiven Gebiet stattfinden, in dem die drei Phasen
109 749/127
Gas, Elektrode und Elektrolyt gleichzeitig Kontakt miteinander haben. Deshalb hat es keinen wesentlichen Zweck, lediglich ein großes Volumen an Elektrodenmaterial zu verwenden, denn nur durch die Vergrößerung der aktiven Gebiete, wo Gas, Elektrode und Elektrolyt miteinander Kontakt haben, kann eine größere Stromdichte erhalten werden.
Als Elektrolyt kann ein fester Elektrolyt verwendet werden, der z. B. durch Schmelzen oder Zusammensintern eines Alkalikarbonats oder eines Gemisches von Alkalikarbonaten hergestellt ist.
Gemische von Lithiumkarbonat, Kaliumkarbonat, Natriumkarbonat, Rubidiumkarbonat und Zäsiumkarbonat sind für diesen Zweck sehr geeignet. Es ist auch möglich, in bekannter Weise einen festen, porösen Träger zu verwenden, der mit einem der obigen Alkalikarbonatengemische imprägniert ist und wobei sich dieses Gemisch bei der Betriebstemperatur des Elementes im geschmolzenen Zustand befinden soll.
Als Träger kann eine Platte, Scheibe oder Röhre aus porösem Material verwendet werden, das kein Ionenleiter und indifferent gegenüber den Gasen und geschmolzenen Salzen ist, die damit in Kontakt kommen.
Das genannte poröse Material kann z. B. aus Magnesiumoxyd bestehen oder aus jedem anderen Oxyd, das bei der Betriebstemperatur des Elementes nicht mit den Reaktionsgasen oder den geschmolzenen Salzen reagiert.
Aus diesem Material wird eine Platte, Scheibe oder Röhre in Form gepreßt und nachher gesintert.
Die Dicke der Elektrolytschicht oder des Trägers, der mit dem Elektrolyten imprägniert ist, wird vorzugsweise so dünn wie möglich gehalten, um den inneren elektrischen Widerstand auf ein Minimum einzuschränken; wobei die Dicke der Schicht bloß eine Funktion der erforderlichen Steifheit ist.
Eine Elektrolytdicke zwischen 1 und 10 mm wird im allgemeinen genügen.
Eine wesentliche Bedingung für die andauernde gute Wirkung eines Brennstoffelementes, in das oxydierendes Gas und Brenngas laufend zugeführt werden, ist, daß die Elektroden sich nicht ändern und gute Elektronenleiter sind.
Als negative Elektroden, d. h. als Brenngaselektroden, genügen im allgemeinen Metalle oder Metallgemische der Eisen- und Platingruppen, wie Eisen, Kobalt, Nickel, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin sowie Kupfer, Silber, Gold, Chrom und Mangan dieser Anforderung.
Bisher wurde allgemein Eisenpulver für die negative Elektrode verwendet. Es wurde nun gefunden, daß sich bei Anwendung von pulverförmigen Elektroden Schwierigkeiten ergaben.
Im kontinuierlichen Gebrauch ergab sich, daß der Strom nach einiger Zeit geringer wurde, der von den mit derartigen schichtförmigen Pulverelektroden ausgestatteten Elementen abgenommen werden konnte. Dies wurde durch die Sinterung der Pulverelektrodenkörner verursacht, wodurch das aktive Gebiet des gleichzeitigen Kontaktes von Gas, Elektrode und Elektrolyt kleiner wurde.
Diesem Übel ist nun erfindungsgemäß abgeholfen, indem man das Elektrodenmetallpulver vor dem Einbringen in das Element so vorbehandelt, daß während des normalen Gebrauches eines solchen Elementes keine Veränderungen in der Größe der Metallpulverkörnung vorkommen.
Dies kann dadurch erreicht werden, daß man das Pulver, bevor es in das Element gebracht wird, bei einer Temperatur sintert, die gleich der Betriebstemperatur des Elementes oder ein wenig höher als diese ist, z. B. durch Reduktion eines Oxydes des Metalls mit einem reduzierenden Gas, wie z. B. Wasserstoff, Kohlenoxyd oder Methan. Andere Metallverbindungen, die durch Erhitzung, entweder in einem reduzierenden Gas oder in Luft, in das Metall umgewandelt werden, können auch als Ausgangsmaterial für die Herstellung des Pulvers verwendet werden.
Wenn ein auf diese Weise vorbehandeltes Pulver verwendet wird, genügt eine Schichtdicke von 1 mm oder weniger; denn jede Zunahme der Dicke verursacht eine Zunahme der Konzentrationspolarisation durch die Abnahme der Gaszufuhr zum aktiven Gebiet.
Von den gesinterten pulverförmigen Elektroden wird keine mechanische Festigkeit gefordert. Die Körner sind nur in losem Zusammenhang verbunden. Um die Stromabnahme von den Metallkörnern zu ermöglichen, werden die Metallkörner mit einer gegen die Reaktionsgase und gegen das Elektrodenpulver beständigen Gaze bedeckt.
Diese Metallgaze besteht vorzugsweise aus einem feinmaschigen Drahtgeflecht, das für die negative Seite des Elektrolyten aus Metallen, wie für die negative Elektrode angegeben, besteht und für die positive Seite aus Metallen, die später im Zusammenhang mit der Beschreibung der positiven Elektrode erwähnt werden.
Vorteilhaft sind Nickel-Chrom-Gazen, weil sie beiderseits des Elektrolyten angebracht werden können und dazu billig und leicht im Handel erhältlich sind. Gazen mit Maschen zwischen 1 und 0,01 mm sind besonders geeignet.
Die Pulverkörner werden vorzugsweise auf dem mit dem Elektrolyten imprägnierten Träger mit einem Bindemittel befestigt. Als Bindemittel kann z.B. Wasserglas verwendet werden. Wenn das Element erhitzt wird, verdunstet das Wasser aus dem Wasserglas. Die kleine übrigbleibende Menge an Na2SiO3 stört die Wirkung des Elementes nicht, und Adhäsionskräfte zwischen dem Elektrolyten und den Pulverkörnern übernehmen die bindende Funktion des Wasserglases.
Die mit Öffnungen für den Durchgang der Gase
versehene Platte verhindert, daß die Metallgaze im Betrieb eine Formveränderung erfährt, wodurch der Kontakt zwischen ihr und den pulverförmigen Elektrodenkörnern verringert würde.
Wenn diese Platten aus Metall hergestellt sind, können die Anschlußklemmen des Elementes unmittelbar an den Platten befestigt werden. Sind die Platten aus einem nichtleitenden Material, z. B. aus keramischem Material, hergestellt, darm werden die Metallgazen mit Anschlußklemmen versehen.
Als Material für die positive Elektrode kann Silberpulver verwendet werden, das bis zu einer Stromdichte von mindestens 15 A/dm2, bei der Betriebstemperatur des Elementes von 500° C oder höher, keine chemische Polarisation bei Verwendung von Sauerstoff oder Luft zeigt und das z. B. auf dem Elektrolyten auch aufgerieben werden kann. Die auf diese Weise erzielte Silberschicht hat eine Schichtdicke von 0,5 mm oder weniger; die Metalle Rhodium, Palladium, Nickel, Osmium, Iridium, Platin oder Gold in Pulverform können aber ebenfalls als
Material für die positive Elektrode Verwendung finden. Die eben genannten Metalle werden dann an dem Elektrolytträger auf ähnliche Weise aufgebracht wie die negative Schicht und haben dabei dieselbe Dicke wie dort angegeben.
Die auf diese Weise gebildeten, aus einer dünnen Elektrodenpulverschicht mit der darauf angeordneten Gaze und der starren, mit öffnungen versehenen Platte bestehenden Elektroden erlauben eine gute Gaszirkulation zur Elektrodenoberfläche hin.
Die Erfindung wird näher erörtert an Hand von Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel mit einer Elektrolytscheibe dargestellt ist, ohne daß etwa dieses Ausführungsbeispiel allein maßgeblich sein soll für den Rahmen der beanspruchten und beschriebenen Erfindung. Es zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf das Brennstoffelement,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Elementes nach Fig. 1 gemäß H-II in Fig. 1;
Fig. 3 ist ein Schema eines wärmeisolierten Ofens, der eine Anzahl von erfindungsgemäßen Elementen enthält, die elektrisch zum Teil in Reihe und zum Teil parallel geschaltet sind.
Das Element in Fig. 1 und 2 besteht aus einem Elektrolyten 1, z. B. einem in einer gesinterten Magnesiumscheibe aufgenommenen geschmolzenen Gemisch von Alkalikarbonaten. Auf dieser Scheibe ist auf einer Seite eine Eisenpulverschicht 2 von 0,5 mm Dicke — erhalten durch Reduktion von Eisenoxyd mit einem gasförmigen Reduktionsmittel, z. B. Wasserstoff, bei ungefähr 800° C — als Elektrode für das Brenngas und auf der anderen Seite eine Silberpulverschicht 3 von 0,1 mm Dicke als Elektrode für das oxydierende Gas aufgebracht.
Eine Gaze 4 stellt den elektrischen Kontakt mit den Eisenpulverkörnern der Pulverschicht 2 her, wobei diese Gaze durch eine perforierte, starre Metallplatte 5 an die Eisenpulverschicht angedrückt wird.
An dieser Metallplatte 5 ist der Stromabnehmer 6 befestigt; sie bildet den negativen Pol des Elementes.
Eine Gaze 7 stellt den elektrischen Kontakt mit der Silberpulverschicht 3 her und wird durch die perforierte Platte 8 an die Silberpulverschicht angedrückt.
Der Stromabnehmer 9 ist an der Metallplatte 8 befestigt und bildet den positiven Pol des Elementes.
Glimmerringe 10 dienen zur Abdichtung zwischen den Metallplatten 5 bzw. 8 und dem Träger des Elektrolyten 1.
Asbestringe 17 dienen zur Abdichtung der Elementdeckel 13 und 14 mit den Metallplatten 5 und 8. Das Ganze wird mit einer Anzahl von Klemmschrauben 15 zusammengehalten.
In dem Elementdeckel 13 sind Rohre 16 für die Zu- und Abfuhr des Brenngases angeordnet, im Elementdeckel 14 ähnliche Rohre 18 für die Zu- und Abfuhr des Sauerstoffs oder der Luft.
Elemente nach dem Ausführungsbeispiel wurden, nachdem sie einige Monate bis ein halbes Jahr in Betrieb gewesen waren, auseinandergenommen. Dabei konnte keinerlei Anzeichen einer bevorstehenden Beendigung der Lebensdauer der Elemente nach einer solchen Betriebszeit festgestellt werden, während die bis jetzt bekannten Elemente eine Lebensdauer von höchstens 2 Wochen hatten.
Mit Kohlenmonoxyd als Brenngas und Luft als oxydierendem Gas wurden bei einer Temperatur von 700° C nach einer Betriebsperiode von einigen Monaten folgende Werte erhalten:
Klemmen
spannung
Volt		 Stromdichte
A/dm2 		Leistung
Watt/dm2 		Ausbeute
in % der
theoretischen
EMK
1,08
(theoretischer
Wert)		 0 0 100
1,05 offenes
Element		 0 97
0,94 2 1,88 87
0,84 4 3,36 77
0,75 6 4,50 70
Um einen größeren Strom zu erhalten, wurde eine Anzahl dieser Elemente (s. Fig. 3 in der Zeichnung) in einem wärmeisolierten Ofen 21 angeordnet, der bis auf 700° G mittels eines Heizelementes 19 erhitzt wurde.
Danach wurde das Brenngas, in Form eines gasförmigen Produktes mit einer Zusammensetzung von 80 Molprozent CO und 20 Molprozent C O2 und mit
einem Überdruck von ungefähr 12,5 mm WS, durch das Rohr 22 zu den negativen Elektroden der Elemente 20 geleitet, während gleichzeitig Luft mit einem Druck von ungefähr 20 mm WS durch das Rohr 23 zu den positiven Elektroden dieser Elemente 20 geführt und Strom entnommen wurde.
Dem inneren Widerstand des Elementes entsprechend entwickelt sich Wärme, die zur Aufrechterhaltung des Wärmegleichgewichtes im Inneren des Ofens verwendet wird.
Um dieses Gleichgewicht auf ungefähr 700° C zu erhalten, ist der Ofen mit einem Regelapparat ausgestattet, der aus einer Meßvorrichtung, z. B. einem Thermoelement 24, einem Verstärker 25, einem Schalter 26 und Hähnen 27 und 28 besteht.
Eine genaue Beschreibung dieses Regelapparates ist nicht erforderlich, da ähnliche Vorrichtungen allgemein bekannt sind.
Die Temperatur im Ofenraum 29 wird mit dem Thermoelement 24 gemessen, und sobald diese 700° C beträgt, schaltet der Verstärker das Heizelement 19 mit Hilfe des Schalters 26 ab.
Die Wärme der Abgase, die durch die Leitungen 30 und 31 strömen, findet Verwendung zur Vorwärmung des oxydierenden Gases und des Brenngases in einem Wärmetauscher.
Die Hähne 27 und 28 in den zusätzlichen Gasableitungen 32 und 33, die auch von dem Verstärker 25 geregelt werden, sind so lange geschlossen, wie die Temperatur im Ofenraum unter 720° C beträgt.
Wenn jedoch durch Wärmeentwicklung im Element die Temperatur auf höhere Werte ansteigt, öffnen sich diese Hähne 27 und 28, wodurch ein Teil der Abgase in die Luft entweichen kann, bevor sie den Wärmeaustauscher erreichen. Diese Abgasmenge trägt also nicht zur Vorwärmung des oxydierenden Gases oder des Brenngases bei. In diesem Fall wirken Brenngas und oxydierendes Gas als Kühlmittel für den Ofenraum 29, und die Temperatur im Ofen sinkt auf den gewünschten Wert ab.
In dieser Anordnung wurde eine hochprozentige Ausnutzung des Brenngases erzielt, da die Zusammensetzung des Abgases, das frei in die Luft ausströmte, 15 Molprozent CO und 85 Molprozent CO2
betrug, während die ausströmende Luft eine Zusammensetzung von 12 Molprozent O2 und 88 Molprozent N2 hatte.
Der Strom wurde an den Klemmen 34 und 35 abgenommen.
Die Elemente ergaben eine Leistung von 1,75 Watt pro Quadratdezimeter Elektrodenoberfläche, bei einer Stromdichte von 2,5 A/dm2 betrug die Spannung durchschnittlich 0,7 V.
Es ist auch möglich, einen derartigen Ofen 21 mit einem warmen Brenngas zu betreiben, wobei der Wärmetauscher lediglich zur Vorwärmung der oxydierenden Gase dient, während dann ein Kühlelement im Ofen angeordnet und wieder von einem Verstärker, wie in Fig. 3 angegeben, geregelt werden kann.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffelementes zum Betrieb mit gasförmigen Brennstoffen mit beiderseitig vom Elektrolytträger schichtförmig angeordneten, durch eine MetaE-gaze abgedeckten, pulverförmigen Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Elektrodenpulver zunächst bei einer Temperatur,
die gleich der Betriebstemperatur des Elementes oder etwas höher als diese ist, zusammengesintert und hierauf auf die Oberfläche des Elektrolytträgers aufgebracht werden und daß die zur Abdeckung verwendeten Metallgazen durch starre, mit Gasdurchlässen versehene Platten an die Elektroden angedrückt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die negative Elektrode pulverförmiges Eisen und für die positive Elektrode pulverförmiges Silber verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenpulver hergestellt wird durch Reduktion von Eisenoxyd mit einem reduzierenden Gas bei einer Temperatur, die gleich der Betriebstemperatur des Elementes oder etwas höher als diese ist.
4. Elektroden nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenpulverschicht nicht stärker als 1 mm und die Silberpulverschicht nicht stärker als 0,5 mm ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 650 224, 899 212.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
109 749/127 12.61
DEN15571A 1957-09-12 1958-09-10 Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffelementes zum Betrieb mit gasfoermigen Brennstoffen Pending DE1119352B (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL220741 1957-09-12
NL2980749X 1957-09-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1119352B true DE1119352B (de) 1961-12-14

Family

ID=32396388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEN15571A Pending DE1119352B (de) 1957-09-12 1958-09-10 Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffelementes zum Betrieb mit gasfoermigen Brennstoffen

Country Status (7)

Country Link
US (1) US2980749A (de)
BE (1) BE571123A (de)
DE (1) DE1119352B (de)
FR (1) FR1233529A (de)
GB (1) GB850706A (de)
LU (1) LU36393A1 (de)
NL (1) NL107965C (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3206332A (en) * 1961-11-24 1965-09-14 Prototech Inc Electrolytic cell structure
WO1997002614A1 (de) * 1995-06-30 1997-01-23 Siemens Aktiengesellschaft Hochtemperatur-brennstoffzellenanlage und verfahren zu ihrem betrieb
US5942344A (en) * 1995-06-30 1999-08-24 Siemens Aktiengesellschaft High-temperature fuel cell system and method for its operation

Families Citing this family (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3321334A (en) * 1967-05-23 Fuel cell unit
BE591690A (de) * 1959-06-10
GB931959A (en) * 1960-03-04 1963-07-24 Kettering Found Charles F A fuel cell
US3223597A (en) * 1960-03-07 1965-12-14 Paul A Hersch Method and means for oxygen analysis of gases
US3174881A (en) * 1960-05-31 1965-03-23 Air Prod & Chem Method for making porous contact masses
NL265638A (de) * 1960-06-10
BE605105A (de) * 1960-07-21 1900-01-01
US3231428A (en) * 1961-01-03 1966-01-25 Exxon Research Engineering Co Fuel cell with catalytic electrodes
US3147149A (en) * 1961-02-27 1964-09-01 Mc Graw Edison Co Fuel cell construction
US3223556A (en) * 1961-04-13 1965-12-14 Engelhard Ind Inc Fuel cell
US3510354A (en) * 1961-07-03 1970-05-05 Northern Natural Gas Co Fuel cell
US3288645A (en) * 1961-07-21 1966-11-29 Svenska Ackumulator Ab Gas electrode for fuel cell, method of producing same, and fuel cell
DE1187697B (de) * 1961-08-05 1965-02-25 Siemens Ag Verfahren und Einrichtung zum Betrieb elektrisch parallel geschalteter Gaselektroden mit inertgashaltigen Reaktionsgasen
US3216911A (en) * 1961-09-29 1965-11-09 Union Carbide Corp Method of determining gas concentration and fuel cell construction
NL284769A (de) * 1961-10-26
US3160528A (en) * 1961-11-30 1964-12-08 Exxon Research Engineering Co Portable power plant
US3269866A (en) * 1962-02-28 1966-08-30 United Aircraft Corp Low loss heat mounting system
US3257239A (en) * 1962-03-05 1966-06-21 Inst Gas Technology Method of making combined fuel cell electrolyte and electrodes
US3206333A (en) * 1962-03-20 1965-09-14 Prototech Inc Electrochemical structure
US3288652A (en) * 1962-03-27 1966-11-29 Leesona Corp Riveted fuel cell electrode assembly
US3196050A (en) * 1962-05-29 1965-07-20 Exxon Research Engineering Co Method of preparing a catalyst impregnated carbon electrode
US3287172A (en) * 1962-05-29 1966-11-22 Exxon Research Engineering Co Electrode and method for preparation thereof
US3309229A (en) * 1962-06-18 1967-03-14 Leesona Corp Fuel cell module
US3288644A (en) * 1962-06-18 1966-11-29 Leesona Corp Fuel cell moudule with palladium-silver alloy anode
US3306774A (en) * 1962-06-21 1967-02-28 Exxon Research Engineering Co Fuel cell with horizontal electrodes
NL294315A (de) * 1962-06-27 1900-01-01
US3287170A (en) * 1962-06-29 1966-11-22 Walter B Hobbs Voltaic cell having a silver oxide positive electrode and a manganese negative electrode
US3372060A (en) * 1962-12-26 1968-03-05 Allis Chalmers Mfg Co Fluid distribution means in a fuel cell
US3356535A (en) * 1962-12-26 1967-12-05 Allis Chalmers Mfg Co Fluid distribution means in a fuel cell
US3150657A (en) * 1963-04-08 1964-09-29 Inst Gas Technology Heating furnace
US3212934A (en) * 1963-04-10 1965-10-19 Gen Motors Corp Silver oxide palladium electrode
US3296113A (en) * 1963-10-15 1967-01-03 Union Carbide Corp Gas-stream monitor
US3357862A (en) * 1964-02-04 1967-12-12 Greenberg Jacob Combined electrolysis device and fuel cell and method of operation
US3431220A (en) * 1964-07-06 1969-03-04 Exxon Research Engineering Co Particulate metal catalysts obtained by support removal and a base activation treatment
US3475222A (en) * 1964-11-04 1969-10-28 Union Oil Co Fuel cell with gravity supply fuel and electrolyte means
US3462306A (en) * 1964-11-06 1969-08-19 Eindhoven Tech Hogeschool High temperature fuel cell
DE1299156B (de) * 1965-03-05 1969-07-10 Dechentreiter Josef Vorrichtung zum Transportieren und zum Ausbringen von duennfluessigem, dickfluessigem oder rieselfaehigem Duengematerial
US3522102A (en) * 1965-07-07 1970-07-28 Texas Instruments Inc Method of producing electricity in fuel cell by sequentially increasing and decreasing temperature
US3453149A (en) * 1965-10-01 1969-07-01 Engelhard Ind Inc Fluorocarbon matrix membrane containing free acid and method of fabricating
US3488226A (en) * 1965-11-08 1970-01-06 Inst Gas Technology Process for generation of hydrogen from hydrocarbons and use thereof in molten carbonate fuel cells
US3539395A (en) * 1966-02-25 1970-11-10 Gen Electric System and process for the indirect electrochemical combination of air and a reformable fuel
US3523830A (en) * 1966-09-26 1970-08-11 Inst Gas Technology Fuel cell and method of controlling the temperature of said cell
US3380934A (en) * 1966-10-20 1968-04-30 Exxon Research Engineering Co Noble metal catalysts and their production
US3485676A (en) * 1966-12-27 1969-12-23 James E Hodgson Fuel cell including fire-glazed ceramic walls and ceramic electrolyte impregnated partition
US3539397A (en) * 1967-05-23 1970-11-10 United Aircraft Corp Fuel cell with temperature control
US3470031A (en) * 1967-09-11 1969-09-30 Atlantic Richfield Co Process for the preparation of a fuel electrode for a fuel cell
FR2108135B1 (de) * 1970-04-16 1973-08-10 Inst Francais Du Petrole
US3718506A (en) * 1971-02-22 1973-02-27 Bbc Brown Boveri & Cie Fuel cell system for reacting hydrocarbons
US4389467A (en) * 1979-12-27 1983-06-21 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Porous electrolyte retainer for molten carbonate fuel cell
US7169281B2 (en) * 2002-02-01 2007-01-30 Hy9Corporation Electrochemical pressurizer/purifier of hydrogen for operation at moderately elevated temperatures (including high-temperature electrochemical pump in a membrane generator of hydrogen)
US7222406B2 (en) * 2002-04-26 2007-05-29 Battelle Memorial Institute Methods for making a multi-layer seal for electrochemical devices
KR101146944B1 (ko) * 2010-04-14 2012-05-22 두산중공업 주식회사 대면적 전해질 함침형 공기극 제조방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE650224C (de) * 1935-04-06 1937-09-18 Siemens & Halske Akt Ges Zur Stromlieferung geeignetes galvanisches Element bzw. Elementkette
DE899212C (de) * 1951-06-04 1953-12-10 Ruhrchemie Ag Verfahren zur direkten UEmwandlung der chemischen Energie des Kohlenstoffes oder brennbarer Gase in elektrische Energie auf elektrischer Wege

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE431354A (de) * 1937-11-30
US2384463A (en) * 1938-12-06 1945-09-11 Gunn Ross Fuel cell
BE511830A (de) * 1951-06-04
US2581650A (en) * 1951-08-31 1952-01-08 Consolidation Coal Co Method of converting carbon to electrical energy
US2914596A (en) * 1958-01-17 1959-11-24 Consolidation Coal Co Shaped porous semi-conducting compositions of lithiated nickel oxide

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE650224C (de) * 1935-04-06 1937-09-18 Siemens & Halske Akt Ges Zur Stromlieferung geeignetes galvanisches Element bzw. Elementkette
DE899212C (de) * 1951-06-04 1953-12-10 Ruhrchemie Ag Verfahren zur direkten UEmwandlung der chemischen Energie des Kohlenstoffes oder brennbarer Gase in elektrische Energie auf elektrischer Wege

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3206332A (en) * 1961-11-24 1965-09-14 Prototech Inc Electrolytic cell structure
WO1997002614A1 (de) * 1995-06-30 1997-01-23 Siemens Aktiengesellschaft Hochtemperatur-brennstoffzellenanlage und verfahren zu ihrem betrieb
US5942344A (en) * 1995-06-30 1999-08-24 Siemens Aktiengesellschaft High-temperature fuel cell system and method for its operation

Also Published As

Publication number Publication date
NL107965C (de)
US2980749A (en) 1961-04-18
FR1233529A (fr) 1960-10-12
BE571123A (de)
GB850706A (en) 1960-10-05
LU36393A1 (de)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1119352B (de) Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffelementes zum Betrieb mit gasfoermigen Brennstoffen
DE1180014B (de) Galvanisches Brennstoffelement zum Umsetzen von Gasen
DE202013012748U1 (de) Elektrisch leitfähiges Element, Zellenstapel, elektrochemisches Modul und elektrochemische Vorrichtung
DE2238137A1 (de) Elektrochemische zelle und elektromatrize fuer eine solche zelle
DE4009138A1 (de) Festelektrolyt-hochtemperatur- brennstoffzellenmodul
EP1455404A2 (de) Brennstoffzelle und Verfahren zur Herstellung einer solchen Brennstoffzelle
DE3527673A1 (de) Thermoelektrischer generator und verfahren zur herstellung desselben
DE4235514C2 (de) Poröse sauerstoffverzehrende Elektrode, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung
DE1765403A1 (de) Elektrische Leiter fuer hohe Temperaturen
EP2149171B3 (de) Trägervorrichtung für eine elektrochemische funktionseinrichtung, brennstoffzellemodul und verfahren zur herstellung einer trägervorrichtung
DE1023099B (de) Brennstoff-Element
DE4120359A1 (de) Verfahren zur herstellung einer elektrochemischen zelle und deren verwendung
DE3815266A1 (de) Elektrolyseur
DE1596092A1 (de) Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie mit Hilfe einer elektrochemischen Zelle
DE1596609C3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Glas
DE1671718A1 (de) Katalysator fuer Brennstoffelemente
DE4030944A1 (de) Karbonatschmelzen-brennstoffzelle
DE912106C (de) Brennstoffbatterie
EP2744028A1 (de) Elektrode zum Betrieb einer Brennstoffzelle und Verfahren zur ihrer Herstellung
DE1086768B (de) Brennstoffelement zur Gewinnung elektrischer Energie durch direkte Umsetzung gasfoermiger Brennstoffe mit oxydierenden Gasen
EP2850687B1 (de) Elektrischer energiespeicher
DE1269215B (de) Hochtemperatur-Brennstoffzellen
AT208606B (de) Fester Stromleiter und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2801170C2 (de) Graphitheizkörper zur Beheizung von Öfen und Pressen und Verfahren zur Herstellung solcher Heizkörper
DE3912320A1 (de) Einrichtung zur kalten kernfusion sowie elektrode dafuer