DE1167406B - Verfahren zur Speicherung von elektrischer Energie - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIm

Deutsche Kl.: 21b-14/01

Nummer: 1 167 406

Aktenzeichen: R 22458 VI b / 21 b

Anmeldetag: 8. Januar 1958

Auslegetag: 9. April 1964

Die Speicherung elektrischer Energie mit geringem Kapitalaufwand, großem Wirkungsgrad und bescheidenem Bedienungsaufwand ist immer noch eine Hauptaufgabe der modernen Energiewirtschaft. In diesem Zusammenhang ist schon mehrfach die elektrolytische Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff durch Gleichstrom oder gleichgerichteten Wechselstrom, die getrennte Aufbewahrung dieser Gase und die Rückwandlung der Verbrennungswärme des Knallgases in elektrische Energie über Wärmekraftmaschinen und Dynamomaschinen vorgeschlagen worden. Vor zwei Jahrzehnten ist darauf hingewiesen worden, daß man die wegen des geringen spezifischen Volumens erwünschte Druckspeicherung des Knallgases verbilligen könnte, wenn man die kapitalintensiven und im Wirkungsgrad ungünstigen mechanischen Kompressoren durch eine Druckelektrolyse vermeidet. Nach der bekannten Nernstschen Formel steigt die reversible Zersetzungsspannung eines Elektrolyten bei Steigerung des Zersetzungsdruckes von P₁ auf p_o Atmosphären bei der Temperatur T⁰ K um

JE=[R-T ■ ln(pJ_Pl)]/z · F V

(R = Gaskonstante, ζ=Wertigkeit der Ionen, F=Faradaykonstante=96 494 Amp. Sek.); dieser Spannungs-Zuwachs, der durch Multiplikation mit der Stromstärke den Leistungsmehrbedarf J-E bei Drucksteigerung ausdrückt, wird in der Realität kaum überschritten, während die mechanischen Kompressoren das Mehrfache der durch den ersten Hauptsatz bekannten minimalen isothermen Kompressionsarbeit Verfahren zur Speicherung von elektrischer
Energie

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Varta Aktiengesellschaft,

Hagen (Westf.), Dieckstr. 42

Als Erfinder benannt:

Dr. Eduard Justi, Braunschweig

gleich dem Verhältnis des reversiblen Potentials E zu der gemessenen Zersetzungsspannung U, also )_h=E/U=l,23/U. Diese Wirkungsgrade betragen also für gewalzte Nickelblechelektroden bei 1000 Amp./m²

= 1,23/2,3 = 53,5%,

bei 2000 Amp./m²

_Vl = 1,23/2,55 = 48,3%.

A = RT-

brauchen.

Als erster Grund, warum diese Art der Energiespeicherung durch Hochdruckknallgas nicht Eingang gefunden hat, ist der bisher zu geringe Wirkungsgrad bei der Umwandlung der elektrischen Energie in die chemische Energie von Wasserstoff und Sauerstoff zu nennen, welcher nachfolgend als elektrochemischer Wirkungsgrad ^₁ bezeichnet werden soll. Wenn man nämlich die in der Technik gebräuchlichen Elektroden aus gewalztem Nickelblech in 6 n-Kalilauge benutzt, so mißt man bei 75 bis 80° C eine Zersetzungsspannung von etwa 2,3 V bei 1000Amp./m² Stromdichte, die bei der doppelten Stromdichte auf 2,55 V steigt, wie die Kurve α in F i g. 1 zeigt. Diese Zersetzungsspannung ergibt mit der Stromstärke / multipliziert den Leistungsaufwand U J; der Wirkungsgrad der Elektrolyse, definiert durch das Verhältnis der theoretischen Minimalleistung EJ zu der tatsächlich aufgewandten Leistung U · J, ist deshalb Die Kurve b in F i g. 1 zeigt, daß diese Zersetzungsspannungen auf 1,91V bzw. 2,08 V und die zu- gehörigen Wirkungsgrade auf ^₁ = 64,4 % bzw. 59,2 % verbessert werden können, wenn man Anoden aus porenfrei vernickeltem Stahlblech und als Kathoden solche mit einer aktiven Oberflächenbelegung verwendet.

Aber auch dann betragen die Leistungsverluste bei der Elektrolyse immer noch 100 — 64,4=35,6% bzw. 100-59,2=40,8% und damit allzuviel, als daß diese Art der Energiespeicherung ökonomisch sein könnte.

Der Gesamtwirkungsgrad der Energiespeicherung >1~^γ1ι'%' ^w°bei η_χ der elöktrochemische Wirkungsgrad und η₂ der Wirkungsgrad der Stromerzeugung ist, wird untragbar verschlechtert, wenn man das gewonnene Knallgas irreversibel verbrennt und damit über eine Wärmektiaftmaschine eine Dynamomaschine antreibt, selbst wenn es gelingen sollte, den Wirkungsgrad η₂ eines solchen thermischen Kraftwerkes in Zukunft von gegenwärtig etwa 30 auf 40% zu steigern. Es wurde nun schon öfter vorgeschlagen, die stromliefernde Rekombination des Knallgases nicht durch Wärmekraftmaschinen mit ihrem nach dem zweiten Hauptsatz unvermeidlich geringen

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Wirkungsgrad, sondern durch reversible Rekombination in Knallgaselementen vorzunehmen. Dieser Vorschlag scheiterte früher daran, daß es ein für praktische Zwecke genügend durchgebildetes Knallgaselement noch nicht gab. Die zur Durchführung des Verfahrens in Aussicht genommenen unveränderlichen Elektroden erlauben keine ökonomische Wiedervereinigung der Elektrolytgase, da die blechförmige Struktur für die elektrochemische Umsetzung von Gasen ungeeignet und die katalytische Aktivität gegenüber den Gasen zu gering ist. Auch müssen die für die Aufbewahrung der Elektrolytgase bestimmten Vorratsgefäße so bemessen sein, daß sie die gesamte Gasmenge aufnehmen können. Seit einigen Jahren gibt es aber ein Hochdruck-Knallgaselement (britische Patente 667298 und 725661, USA.-Patent 2716670), welches bei 40 at Betriebsdruck und maximal 2400 Amp./m² Stromdichte eine Klemmenspannung von 0,8 V und damit einen theoretischen Wirkungsgrad i_i2 von 65% besitzt. Indessen bedarf das Element zur Aufrechterhaltung seiner Betriebstemperatur von wenigstens 200° C einer dauernden elektrischen Heizung, so daß der Wirkungsgrad η* erheblich geringer als diese 65% werden dürfte. Damit wird der Gesamtwirkungsgrad der Energiespeicherung als Produkt des elektrochemischen Wirkungsgrades»/, der Wasserzersetzung und des Wirkungsgrades η., der Knallgasrekombination unter Benutzung des handelsüblichen Elektrolyseurs zur Wasserzersetzung nach Fig. 1, Kurve ft, bei einer Stromdichte von /=2000Amp./m² erheblich kleiner als z.B.

η = Jy₁ · η₂ = 59,2 · 65 = 38,5%.

Sowohl vom Standpunkt der steten Betriebsbereitschaft wie des ständigen Wärme Verbrauchs auch ohne Stromlieferung ist es unökonomisch, daß das bekannte Hochdruck-Knallgaselement dauernd auf über 200° C aufgeheizt sein muß und daß die Lebensdauer der Elektroden wenig mehr als 1000 Betriebsstunden betragen soll.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Speicherung elektrischer Energie, insbesondere von Gleichstrom.

Es wurde gefunden, daß ein besonders hoher Wirkungsgrad bei einem Verfahren zur Speicherung von elektrischer Energie durch Druckelektrolyse des Wassers, getrenntes Auffangen und Speichern und bedarfsweise elektrochemische Wiedervereinigung der Elektrolysegase H₃ bzw. O₂ in derselben mit einer Vorrichtung zum getrennten Auffangen der Elektrolysegase ausgestatteten Zelle, die als wäßrigen Elektrolyten Alkalilauge enthält, an einem Paar von ■Elektroden möglich ist, wenn als Elektroden Gas-Diffusionselektroden mit Doppelskelettkatalysatorstruktur verwendet werden, die aus einem als Träger dienenden elektronisch leitenden Skelett mit eingebetteten Raney-Metallkörnern bestehen.

Die Rückbildung des Wassers erfolgt vorzugsweise, indem man durch Elektrolyse erzeugten Wasserstoff und Sauerstoff wieder miteinander vereinigt. Man kann jedoch auch den elektrolytisch erzeugten Wasserstoff unter elektrochemischer Stromerzeugung mit einer entsprechenden Menge Luftsauerstoff vereinigen und den elektrolytisch erzeugten Sauerstoff als Produktgas gewinnen. Dieser kann dann für beliebige Verfahren, z. B. in Stahlwerken, Verwendung finden.

Die Betriebstemperatur soll nach Möglichkeit 100- C nicht überschreiten, da die katalytische Aktivität der Elektroden höhere Temperaturen überflüssig macht.

Als Elektrodenpaar der Zelle wird insbesondere eine Silber-Doppelskelettkatalysatorelektrode (DSK-Elektrode), die aus einem als Träger dienenden elektronisch leitenden Skelett mit eingebetteten Raney-Silberkörnern besteht, für die Sauerstoffabscheidung und -auflösung und eine Nickel-Doppelskelettkatalysatorelektrode, die aus einem elektronisch leitenden

ίο Skelett mit eingebetteten Raney-Nickelkömern besteht, für die Wasserstoffabscheidung und -auflösung benutzt.

Die Kurve c der Fig. 1 zeigt die beträchtliche Herabsetzung der Zersetzungsspannung bei Verwendung von Doppelskelett-Katalysatorelektroden, die in ein mechanisches Stützskelett aus gesintertem Nickelpulver oder Nickellegierungspulver Raney-Nickel als Katalysator eingebettet enthalten.

Die Kurve d der Fig. 1 wurde bei Verwendung

ao einer Silber-Doppelskelettkatalysatorelektrode für die Sauerstoffabscheidung und -auflösung und einer Nikkel-Doppelskelettkatalysatorelektrode für die Wasserstoffabscheidung und -auflösung erhalten. Hierbei kann man für kleine Stromdichten fast die theoretische Zersetzungsspannung von 1,23 V und damit den elektrochemischen Wirkungsgrad η₁ = 100% erreichen. Bei / = 1000 Amp./m² beträgt er immer noch >y, = 1,23/1,36 = 90,5%, bei einer so großen Stromdichte wie/=2000 Amp. Zm-'noch 1,23/1,47 = 83,7%.

Die Leistungsverluste bei der Elektrolyse sind damit auf 100-90,5 = 9,5% bzw. 100-83,7 =16,3 Vo herabgedrückt.

Die elektrolytische Erzeugung, Speicherung und Wiedervereinigung der Elektrolysegase erfolgt unter weitgehend konstantem Druck mit Hilfe je eines Gasometers für den Sauerstoff und den Wasserstoff Wird die Umsetzung des Wasserstoffs mit Luftsauerstoff vorgenommen, wird der Druck der zur Umsetzung dienenden Luft entsprechend eingestellt.

Man benutzt vorzugsweise eine Wasserstoffelektrode, die 10 bis 80 Gewichtsprozent Raney-Nickelpulver in ein elektrisch leitendes Skelett aus 90 bis 20% Carbonylnickel und'oder Carbonyleisen eingebettet enthält.

Als Sauerstoffelektrode dient vorzugsweise eine Doppelskelettkatalysatorelektrode, die 5 bis 80 Gewichtsprozent Raney-Silber in ein elektronisch leitendes Stützskelett aus 95 bis 20% Carbonyl-Nickel und/oder Molekularsilber eingebettet enthält. Sowohl die Doppelskelettkatalysatorelektrode für den Wasserstoff als auch die Doppelskelettkatalysatorelektrode für den Sauerstoff kann aus je einer engporigen, dem Elektrolyten zugewandten und einer weitporigen, dem Gasraum zugewandten Schicht bestehen.

Während der stromliefernden elektrochemischen Wiedervereinigung des Knallgases bzw. der elektrochemischen Umsetzung des elektrolytisch erzeugten Wasserstoffs mit Luftsauerstoff soll der hydrostatische Druck der Gase größer sein als die Summe aus dem hydrostatischen Druck des Elektrolyten und dem Kapilkrdruck des Elektrolyten in der gasseitigen, weitporigen Schicht, jedoch kleiner als die Summe aus dem hydrostatischen Druck des Elektrolyten und dem Kapillardruck des Elektrolyten in der engporigen, elektrolytseitigen Schicht.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist vorteilhafterweise zum getrennten Auffangen der Elektrolysegase eine zw!

sehen der Wasserstoff- und der Sauerstoffelektrode angebrachte gasundurchlässige Trennwand auf, die unterhalb des Elektrolytspiegels teilweise perforiert oder durch ein Kunststoff- oder Metallnetz ersetzt ist, wobei die Durchmesser besagter Perforationen und die Maschenweiten der Netze zwischen 20 und 100 // betragen.

Als Elektrolyt dient vorzugsweise Kalilauge maximaler elektrischer Leitfähigkeit.

Wie in F i g. 2 die Kurve e zeigt, erreicht man mit einer Wasserstoffelektrode, die mittels Windsichtung homogenisierte Körner aus Raney-Metall enthält und die dadurch kontrolliert aktiviert wurde, daß ihr Potential während des Herauslösens der inaktiven Legierungsbestandteile ständig oder zeitweise positiver gehalten wurde als das reversible Wasserstoffpotential in der Aktivierungslösung, eine Polarisation von nur £-t/=0,004V bei /=1000 Amp./m² und von nur 0,010 V bei /=2000 Amp./m². An der Sauerstoffelektrode wird, wie Kurve / anzeigt, die Polarisation bei denselben Stromdichten auf 0,275 bzw. 0,35 V vermindert, wenn man als Katalysator Raney-Silberlegierung mit einem Stützskelett aus 30% Ag und 70% Nickel wählt. Damit wird die Polarisation des Knallgaselementes

0,004 + 0,275 = 0,279 V

bei /=1000 Amp./m², die Klemmenspannung 1,23-0,28 = 0,95 V, der Wirkungsgrad ,_h also 0,95/1,23 = 77%. Demgemäß wird der Gesamtwirkungsgrad der Speicherung

η = Vi-Va = ⁹⁰>⁵ · ⁷⁷ = 69,5Vo bei / = 1000 Amp./m² und

η = 83,7-70,7 = 59%

bei /=2000 Amp./m². Dieser Gesamtwirkungsgrad kann nach den Zahlenwerten der Fig. 1 und 2 auf 96,7 · 81,2=78,5% gesteigert werden, wenn man sich sowohl bei der Elektrolyse als auch bei der Rekombination auf eine Stromdichte von 500 Amp./m^s beschränkt. Im übrigen zeigt die Fig. 2 die Kennlinien g und h eines bekannten Knallgaselementes mit aktivierten Kohleelektroden, und zwar g für platinierte und h für mit Spinellen katalysierte Kohleelektroden. Die Kurven lassen erkennen, wie bedeutend bei einem Knallgaselement die Verminderung der Polarisation bei Verwendung der obengenannten neuen Elektroden ist.

Es ist bemerkenswert, daß die Leistungsverhältnisse fast unabhängig vom Speicherdruck sind, denn die Zersetzungsspannung steigt nach der oben angegebenen Nemstschen Gleichung um denselben Betrag J E, der bei der Stromwiedergewinnung als Spannungsvermehmngdes Knallgaselements erscheint, wie durch besondere Messungen bestätigt werden konnte.

Selbstverständlich wird der Gesamtwirkungsgrad der elektrochemischen Energiespeicherung geringer als die oben angegebenen Ziffern von z. B. 69,5% bei / = 1000 Amp./m², denn man muß diesen Wirkungsgrad noch mit weiteren Teilwirkungsgradeti multiplizieren, z. B. wegen der Verluste infolge Joulescher Wärme bei der Elektrolyse und der Wiedervereinigung der Gase sowie wegen der Verluste bei der Gleichrichtung von Wechselstrom vor seiner Benutzung zur getrennten Erzeugung von H₂ und O₂ und zur Wechselrichtung, falls der Strom als Wechselstrom abgegeben werden muß. Trotzdem bleiben die erreichten Wirkungsgrade durchaus vergleichbar mit den nach dem neuesten Stand der Technik erreichten Wirkungsgrade von modernsten Pumpspeicherwerken. Gegenüber diesen Pumpspeicherwerken hat die elektrische Energiespeicherung nach der Erfindung wesentliche Betriebsvorteile. Während infolge der Pumpen- und Turbinencharakteristiken die Wirkungsgrade bei Schwachlast sehr stark abfallen, steigen dieselben bei der elektrochemischen Speicherung an, da die Elektroden den theoretisch möglichen Wirkungsgrad desto eher einstellen, je geringer die Belastung pro Flächeneinheit (mAmp./cm²) ist. Im Vergleich mit dem optimalen Wert des Wirkungsgrades eines Pumpspeicherwerkes bzw. einer elektrochemischen Speicherung liegt deshalb bei üblicher Ausnutzung der beiden Speichersysteme der Wirkungsgrad für die elektrochemische Speicherung günstiger ab der für das Pumpspeicherwerk. Da letztere aus omographischen Gründen nicht überall erstellt werden können, ist es notwendig, die zu speichernde und zu entnehmende Energie oft über größere Entfernungen zu leiten, wodurch bei der Speicherung noch zusätzliche Ubertragungsverluste entstehen, die den Gesamtwirkungsgrad der Energiespeicherung mittels eines Pumpspeicherwerkes weiter erniedrigen.
Demgegenüber ist eine elektrochemische Energiespeicherung nach der Erfindung nicht ortsgebunden und kann unmittelbar im Anschluß an jedes Kraftwerk durchgeführt werden.

Durch die Wahl der erfindungsgemäß zu benutzenden Elektroden kann das Verfahren zur Speicherung elektrischer Energie bei Druckelektrolyse des Wassers und elektrochemischer Wiedervereinigung der Elektrolysegase H₂ bzw. O₂ in derselben Zelle technisch befriedigend durchgeführt werden. Nimmt man z. B. einen der besten käuflichen Elektrolyseure, wie sie oben in zwei Typen erwähnt und in Kurve α und b der F i g. 1 charakterisiert wurden, und bespült die beiden Elektroden mit H₂ bzw. O₂, so entsteht zwischen diesen weder ein beträchtlicher Teil der reversiblen Urspannung von 1,23 V, noch kann man dieses System mit einer merklichen Stromdichte belasten. Andererseits ist es aber nicht möglich, das erwähnte Hochdruck-Knallgaselement zur Elektrolyse zu benutzen. Es ist nämlich ein wesentliches Merkmal dieses Elements, daß der Abstand der Elektroden bzw. die Dicke der Elektrolytschicht nur etwa 1 mm beträgt, damit der Innenwiderstand klein bleibt.

Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrolyse-Rekombinations-Einheitszelle. 1 ist das Gefäß einer solchen vorzugsweise aus laugefestem Stahl bestehenden Zelle. 2 ist die ebenfalls aus laugefestem Stahl hergestellte Halterung nebst H₂-Zuleitung für die poröse Wasserstoff-Doppelskeletteleiktrode 3; 4 ist die entsprechende Halterung mit Gaszuleitungen für die Sauerstoffelektrode 5. Die Zelle ist mit dem Elektrolyten 6, vorzugsweise Kalilauge, gefüllt; der linke und der rechte Zellenteil sind durch ein Fenster 7 in de^r aus laugefestem Stahl bestehenden Scheidewand 8 verbunden. Die Scheidewand hindert die bei der Elektrolyse entstehenden Gase H₂ (links) und O₂ (rechts) an der Vermischung, ehe sie durch die Zuleitungsrohre mit Ventilen 9 in den Sauerstoff-Druck-

behälter 11 bzw. in den Wasserstoff-Druckbehälter 10 gelangen. Das Fenster 7 ist durch feinmaschige Drahtgaze, vorzugsweise aus dünnsten Ni- oder Stahldrähten, vergittert. Das Flüssigkeitsvolumen 6 der Einheitszelle wird erfindungsgemäß wenigstens so groß gewählt, daß es für die Energiespeicherung einer Periode ausreicht, wobei pro kW ein Richtsatz von etwa 0,5 1 Lauge gilt. Durch das Ventil am Boden des Gefäßes kann entweder Lauge nachgefüllt oder zur Regenerierung abgezapft werden.

Ein offensichtlicher weiterer Vorteil dieser Zelle liegt darin, daß sie prinzipiell keinerlei laufenden Verbrauch an Wasser hat, während bekanntlich die modernen großen Pumpspeicherwerke nur dort gebaut werden können, wo größere Wassermengen zur Verfügung stehen.

Dieser geringe Wasserbedarf ist besonders vorteilhaft für die Speicherung von Sonnenenergie, die in tropischen Gegenden mittels Sperrschicht-Photoelementen oder Thermoelementen in elektrische Energie verwandelt wird; ihre Ausnutzbarkeit hängt bekanntlich nach den in den letzten Jahren ia der Verbesserung dieser Apparate erzielten Fortschritten hauptsächlich von der Lösung des Problems der Speicherung ab, weil die Sonne täglich nur stundenweise genügend strahlt und bei bewölktem Himmel als Energiequelle ausfällt, namentlich, wenn man mit Hohlspiegeln arbeitet. Gerade in den wolkenlosen Landschaften, wie z. B. den Wüsten von Nordafrika, Australien, Zentralasien und Südamerika, hat die Sonneneinwirkung die zur Anlage von Pumpspeicherwerken benötigten Wasservorräte vertrieben.

Weiterhin ist die erfindungsgemäße Zelle günstig für die Energiespeicherung bei Atomkraftwerken, die bekanntlich wegen ihrer hohen Anlagekosten mit einer hohen Benutzungsstundenzahl betrieben werden müssen, welche durch die vorgeschlagene Speichereinrichtung erhöht werden kann.

Ferner könnte sich auch eine neuartige Möglichkeit einer Verbundwirtschaft zwischen Elektrizitätsund Gasversorgung ergeben, wenn man an eine zeitweilige Lieferung von sehr reinem Wasserstoff oder Sauerstoff denkt.

1101 Wasserstoff unter Standardbedingungen gespeichert enthält, äquivalent einer Ladungsreserve von 250 Amp. Stunde. Diese Eigenschaft der erfindungsgemäßen Elektroden war überraschend, weil gewöhnliehe Nickelelektroden, wie sie als geeignet für ein bekanntes Verfahren zum Speichern und Verteilen elektrischer Energie beschrieben wurden, aus zugeführtem molekularem Wasserstoff nicht ohne weiteres ein energiespeicherndes metastabiles Nickelhydrid ίο bilden können.

Diese unerwartete hohe Speicherkapazität der erfindungsgemäß eingesetzten Doppelskelettkatalysatorelektroden ist für die Energiespeicherung in doppelter Hinsicht vorteilhaft:

1. Für die durch die Akkumulatorwirkung der Elektroden gespeicherte Energie benötigt man kein zusätzliches Gasometervolumen.

2. Die so gespeicherte Energie steht bei Spitzen_ao bedarf unmittelbar in der Zelle zusätzlich zur

Verfügung, so daß man das Rohrleitungssystem zwischen den Gasometern und den Zellen nur für eine Durchschnittsbelastung auszulegen braucht.

F i g. 4 zeigt in diesem Zusammenhang das gemessene Potential E einer Ni-DSK-Elektrode als Funktion der entnommenen spezifischen Ladungsmenge Q (Amp. Stunde/kg) nach Aufhören der Wasserstoffzufuhr; hierbei ist E auf die unbelastete Ag-DSK-Elektrode für O₂ bezogen, deren Potential in 6 n-KOH um etwa 0,05 V negativer liegt als das der gesättigten Kalomelelektrode.

Diese Ausnutzbarkeit der Speicherfähigkeit der DSK-Elektroden ist keineswegs trivial oder naheliegend, denn wenn man gemäß F i g. 4 solche Elektroden ohne Gaszufuhr entlädt, kann man sie nicht durch Einleiten von gewöhnlichem molekularem Gas (H.,) zu dem energieliefernden metastabilen Nickelhydrid regenerieren. Das gelingt nur, wenn man den Wasserstoff elektrolytisch in statu nascendi anbietet, wie es erfindungsgemäß geschieht, wenn man dieselbe Zelle zuerst als Elektrolyseur und anschließend als Element benutzt.

Die Kosten der Energiespeicherung je kW können noch gesenkt werden, wenn man das nach der Elektrolyse im Elektrolyten infolge des hohen D/H-Trennfaktors der verwendeten Doppelskelettkatalysatorelektroden besonders stark angereicherte Deuterium aus der Zelle entfernt und nach bekannten Methoden aufarbeitet.

Schließlich sei unter Hinweis auf F i g. 2 darauf aufmerksam gemacht, daß, wenn man eine erfindungsgemäße Zelle als Brennstoffelement bei einer Stromdichte von z. B. / = 1000 Amp./m² betreibt, um den hiermit verbundenen hohen elektrochemisehen Wirkungsgrad auszunutzen, man eine erhebliche Leistungsreserve besitzt, falls man z. B. die Elemente vorübergehend mit / = 5000 Amp./m² betreibt und den hiermit verbundenen geringeren Wirkungsgrad in Kauf nimmt.

Zu dieser Leistungsreserve tritt noch die hiervon zu unterscheidende Energiereserve hinzu, die auf dem großen Aufnahmevermögen der verwendeten DSK-Elektroden für Wasserstoff und Sauerstoff beruht; so nimmt eine Ni-DSK-Elektrode im aktivierten Zustand pro Raney-Ni-Atom mehr als 1 H-Atom auf. Das bedeutet, daß 1 kg Ni-DSK-Elektrode als Akkumulatorplatte eine Energiereserve von etwa

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Speicherung von elektrischer Energie durch Druckelektrolyse des Wassers, getrennter Auffangung und Speicherung und bedarfsweiser elektrochemischer Wiedervereinigung der Elektrolysegase H., bzw. O₂, wobei die elektrolytische Erzeugung und Wiedervereinigung des H, und O₂ in derselben, mit einer Vorrichtung zum getrennten Auffangen der Elektrolysegase ausgestatteten Zelle, die als wäßrigen Elektrolyten Alkalilauge enthält, an einem Paar von Elektroden erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektroden Gas-Diffusions-Elektroden mit Doppelskelettkatalysatorstruktur verwendet werden, die aus einem als Träger dienenden, elektronisch leitenden Skelett mit eingebetteten Raney-Metallkörnern bestehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Elektrolyse erzeugte Wasserstoff unter elektrochemischer Stromerzeugung mit Luftsauerstoff vereinigt und der elektrisch erzeugte Sauerstoff als Produktgas abgeführt wird.

3. Verfaihiien nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebstemperatur 100° C nicht überschreitet.

4. Verfahren, nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrodenpaar der Zelle eine Silber-Doppelskelettkatalysatorelektrode, die aus einem als Träger dienenden, elektronisch leitenden Skelett mit eingebetteten Raney-Silberkörnern besteht, für die Sauerstoffabscheidung und -auflösung und eine Nickel-Doppelskelettkatalysatorelektrode, die aus einem elektronisch leitenden Skelett mit eingebetteten Raney-Nickelkörnern besteht, für die Wasserstoffabscheidung und -'auflösung benutzt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Wasserstoffelektrode verwendet, die 10 bis 80 Gewichtsprozent Raney-Nickelpulver in ein elektronisch leitendes Stützskelett aus 90 bis 20 Gewichtsprozent Carbonylnickel und/oder 90 bis 20 Gewichtsprozent Carbonyleisen eingebettet enthält.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Sauerstoffelektrode verwendet, die 5 bis 80 Gewichtsprozent Raney-Silber in ein elektronisch leitendes Stützskelett aus 95 bis 20 Gewichtsprozent Carbonylnickel und/oder 95 bis 20 Gewichtsprozent Molekularsilber eingebettet enthält.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Doppelskelettkatalysatorelektrode für den Wasserstoff und eine Doppelskelettelektrode für den Sauerstoff verwendet, die aus je einer engporigen, dem Elektrolyten zugewandten und einer weitporigen, dem Gasraum zugewandten Schicht bestehen,

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß während der stromliefernden elektrochemischen Wiedervereinigung des Knallgases bzw. der elektrochemischen Umsetzung des elektrolytisch erzeugten Wasserstoffs mit Luftsauerstoff der hydrostatische Druck des Gases größer als die Summe aus dem hydrostatischen Druck des Elektrolyten und dem Kapillardruck des Elektrolyten in der gasseitigen, weitporigen Schicht, jedoch kleiner als die Summe aus dem hydrostatischen Druck des Elektrolyten und dem Kapillardruck des Elektrolyten in der engporigen, elektrolytseitigen Schicht gehalten wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Aufnahme der Gase in den Doppelskelettkatalysatorelektroden nach Art eines Akkumulators gespeicherte Energie unmittelbar zur Stromlieferung verwendet wird.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese zum getrennten Auffangen der Elektrolysegase eine zwischen der Wasserstoff- und der Sauerstoffelektrode angebrachte gasundurchlässige Trennwand aufweist, die unterhalb des Elektrolytenspiegels teilweise perforiert oder durch ein Kunststoff- oder Metallnetz ersetzt ist, und daß die Durchmesser besagter Perforationen und die Maschenweiten der Netze zwischen 20 und 100 μ betragen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 648 941;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 019 361;
französische Patentschrift Nr. 1132 762.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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