DE1180014B

DE1180014B - Galvanisches Brennstoffelement zum Umsetzen von Gasen

Info

Publication number: DE1180014B
Application number: DEN19817A
Authority: DE
Inventors: Phys Gerard Herman Jelke Br Dr
Original assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Current assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Priority date: 1960-04-09
Filing date: 1961-03-30
Publication date: 1964-10-22
Also published as: GB916910A; NL250386A; BE602349A; LU39931A1; NL110876C; US3120456A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIm Deutsche Kl.: 21b-14/01

Nummer: 1180014

Aktenzeichen: N19817 VIb /21b

Anmeldetag: 30. März 1961

Auslegetag: 22. Oktober 1964

Es ist bereits eine Vielzahl von galvanischen Brennstoffelementen bekanntgeworden. Die meisten haben miteinander gemeinsam, daß der Elektrolyt flüssig ist oder zumindest eine butterartig teigige Masse bildet, um eine gute spezifische Leitfähigkeit zu erreichen. Dieser Zustand erfordert jedoch einen besonderen Behälter oder eine Membran für den Elektrolyten; außerdem muß das gesamte Brennstoffelement im Betrieb in einer bestimmten Lage gehalten werden, um funktionsfähig zu bleiben. Dieses Erfordernis stellt jedoch eine Beschränkung der Verwendungsmöglichkeiten dar.

Weiterhin ist es bekannt, einen flüssigen Elektrolyten, z. B. aus geschmolzenen Salzen, von einem Diaphragma aufzusaugen. Dies hat zunächst den Vorteil, daß das Brennstoffelement im wesentlichen unabhängig von seiner Lage arbeitsfähig bleibt. Dieses Aufsaugen hat jedoch den Nachteil, daß sich der spezifische Widerstand des Elektrolyten stark erhöht, so daß die Leistung und der Wirkungsgrad reduziert werden.

Außerdem ist ein galvanisches Brennstoffelement zum Umsetzen von Gasen bekannt, bei dem zwei Elektroden einen Block aus einem Elektrolyten berühren, der ein Gemisch aus mindestens zwei Alkalimetallkarbonaten enthält und bei dem die Zusammensetzung so gewählt ist, daß der Elektrolyt im Bereich der Arbeitstemperatur eine pastenförmige Masse bildet. Hierdurch wird erreicht, daß der Elektrolyt einen im wesentlichen selbsttragenden Körper bildet, so daß ein besonderer, den Elektrolyten zusammenhaltender Behälter entfallen kann.

Der Elektrolyt zur Bildung dieser pastenförmigen Masse besteht z. B. aus 85 % Lithiumkarbonat und 15% Natriumkarbonat. Da sich während des Betriebes des Brennstoffelementes jedoch erhebliche Mengen Verlustwärme entwickeln, müssen thermostatisch gesteuerte Kühlmittel vorgesehen werden, damit der Elektrolyt im pastenförmigen Zustand verbleibt.

Diese Notwendigkeit zur Kühlung des Elektrolyten stellt jedoch einen erheblichen Nachteil dar. Hierdurch wird der Gesamtwirkungsgrad des Elementes verschlechtert, und außerdem bedeutet dies einen erheblichen Aufwand sowie zusätzliche Fehlerquellen.

Um diese bei der bekannten Anordnung notwendigen Kühlmittel zum Abführen der Verlustwärme zu vermeiden, liegt es zunächst nahe, die in diesem enthaltene Salzkonzentration zu erniedrigen und durch irgendwelche Füllstoffe eine bessere Formstabilität des Elektrolyten bei höheren Temperaturen zu erreichen. Dies führt jedoch wiederum zu einer un-

Galvanisches Brennstoffelement zum
Umsetzen von Gasen

Anmelder:

Nederlandse Organisatie voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek ten behoeve van Nijverheid, Handel en Verkeer, Den Haag

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Amthor, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Mittelweg 12

Als Erfinder benannt:

Dr. Phys. Gerard Herman Jelke Broers,

Alkmaar (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 9. April 1960 (250 386)

erwünschten Erhöhung des spezifischen Widerstandes, was im Grunde auf das gleiche hinauskommt, als wenn ein nicht formbeständiger Elektrolyt durch eine Membran oder durch ein sonstiges Gefäß zusammengehalten wird.

Die Erfindung geht von diesem bekannten Brennstoffelement mit einem bei und unterhalb der Arbeitstemperatur formfesten Körper aus. Der Elektrolyt besteht dabei aus einer Mischung von Magnesiumoxydpulver und einem sich bei der Betriebstemperatur des Elementes in geschmolzenem Zustand befindlichen Alkali- oder Erdalkalikarbonat oder einem Gemisch dieser Karbonate. In diesem Elektrolytkörper verlaufen zwei Gruppen von Kanälen, von denen die eine für das oxydierende Gas und die andere für das Brennstoff gas dient. An- den Wandungen dieser Kanäle des Elektrolyten befinden sich die Elektroden zur Abnahme der elektrischen Energie.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein galvanisches Brennstoffelement mit einem Elektrolyten mit hohem Salzgehalt und einer derartigen Zusammensetzung vorzuschlagen, daß die Formbeständigkeit des Elektrolyten ohne besondere Vorkehrungen, wie Kühlen oder einen besonderen Behälter zur Aufnahme des Elektrolyten, gewährleistet ist. Das erfindungsgemäße Brennstoffelement ist dadurch gekeimzeicbiiet, daß der Elektrolyt aus einer Mischung von 40 bis 60% Magnesiumoxydpulver

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mit einer Teilchengröße von weniger als 3 μ und 60 bis 40% eines Alkali- oder Erdalkalikarbonates oder einem Gemisch dieser Karbonate besteht. Vorzugsweise ist die Teilchengröße des Magnesiumoxydpulvers kleiner als 0,1 μ.

Die Herstellung des Brennstoffelementes erfolgt vorteilhaft in der Weise, daß das Magnesiumoxydpulver mit einem oder mehreren der Karbonate in Kornform gemischt wird, danach zumindest einmal bis über die Schmelztemperatur der Salze erhitzt und nach jeder Erhitzung gemahlen wird, wonach aus dem so erhaltenen Elektrolytpulver der Elektrolyt in die gewünschte Form gepreßt wird.

Als Salz findet vorzugsweise eine niedrigschmelzende Aus der obenstehenden Tabelle ergibt sich, daß aus einer Mischung von 30 Gewichtsprozent an Lithiumnatriumkarbonat und 70 Gewichtsprozent an Magnesiumoxydpulver mit einer Teilchengröße von 30 bis 100 μ schon ein gut formbeständiger Elektrolytkörper erhalten werden kann. Der Salzgehalt ist aber ziemlich gering und somit ist die Leitfähigkeit verhältnismäßig niedrig. Bei einer Teilchengröße von ungefähr 10 μ ist die Mischung, selbst mit einem SaIzgehalt von 40%, über der Schmelztemperatur formbeständig. Bei diesem Salzgehalt sind die Gasdichte und die spezifische Leitfähigkeit des Körpers aber erheblich besser als bei den bis jetzt verwendeten Elektrolytkörpern, die aus einem porösen Träger-

Dieses Verfahren hat dazu noch den Vorteil, daß das Raumgewicht des Elektrolypulvers erheblich vergrößert wird, was bei der Bildung des Elektrolytkörpers durch Pressen wichtig sein kann.

Es wurde, wie obenstehend schon bemerkt, gefunden, daß ein Verhältnis zwischen der Teilchengröße des Magnesiumoxydpulvers und dem im Elektrolytkörper zulässigen Salzgehalt besteht.

Mischung, wie z. B. Lithiumnatriumkarbonat, dessen 15 körper bestehen, dessen Poren mit geschmolzenem Schmelzpunkt bei 510° C liegt, Verwendung oder eine Salz angefüllt sind. Die besten Resultate werden quaternäre Mischung von Li₂CO₃, Na₂CO₃, K₂CO₃ erzielt mit dem Pulver mit einer Teilchengröße von und CaCO₃ mit einem Schmelzpunkt von 365° C. 0,08 bis 0,1 μ, wobei mit einem Salzgehalt in der Andere Mischungen von Alkalikarbonaten und/oder Mischung von 50% und einer hohen Leitfähigkeit Erdalkalikarbonaten können ebenfalls verwendet so eine genügende Formbeständigkeit erreicht wird. In werden. der F i g. 1 ist die spezifische Leitfähigkeit einer solchen

Mischung angegeben, im Vergleich mit den bekannten Elektrolytkörpern.

Die Kurve 1 stellt den spezifischen Widerstand eines aus einem mit einer geschmolzenen Salzmischung imprägnierten, gesinterten Magnesiumoxydträger angefertigten Elektrolytkörpers bei verschiedenen Temperaturen dar. Die Zusammensetzung des Elektrolytkörpers war: 70 Gewichtsprozent MgO, 10 Gewichts-

Dieses Verhältnis wurde mittels aus Salz und 3o prozent Na₂CO₃, 10 Gewichtsprozent Li₂CO₃ und Magnesiumoxydpulver von verschiedener Teilchen- 10 Gewichtsprozent K₂CO₃.

größe hergestellter Mischungen untersucht. Die Kurve 2 stellt den Verlauf des spezifischen

Aus jeder Pulverfraktion wurden fünf Mischungen Widerstandes eines erfindungsgemäßen Elektrolytzusammengesetzt, die der Reihe nach 10, 20, 30, 40 körpers dar, der aus einer Mischung von 50 Gewichtsund 50 Gewichtsprozent an Lithiumnatriumkarbonat 35 prozent MgO-Pulver von ungefähr 0,1 μ und 50 Geenthielten wichtsprozent LiNaCO₃ besteht. In der Kurve 3 ist Aus diesen Mischungen wurden Zylinder von 1,3 cm zum Vergleich der Widerstand einer Salzmischung bei Durchmesser und 1,5 cm Höhe gepreßt. verschiedenen Temperaturen angegeben; die SaIz-Diese Zylinder wurden erhitzt, zuerst während mischung war aus gleichen Gewichtsmengen an 24 Stunden auf 700° C und, nach Beobachtung ihrer 40 Li₂CO₃, Na₂CO₃ und K₂CO₃ zusammengesetzt.
Form, noch einmal während 24 Stunden auf 850° C. Es ist aus dieser Figur ersichtlich, daß ein erfin-Hierbei stellte es sich heraus, daß alle diese Zylinder, dungsgemäßer Elektrolytkörper einen um etwa zehndie bei 700° C nicht deformiert wurden, bei 850° C mal niedrigeren spezifischen Widerstand hat als die ebensowenig eine Formänderung erfuhren. bekannten, aus einem mit Salzen imprägnierten Träger Die nachstehende Tabelle gibt eine Übersicht über 45 hergestellten Elektrolytkörper und daß seine Leit-

die Resultate.

Tabelle!

Teilchengröße
MgO

0,08 bis 0,1 μ

10

Gewichtsprozent LiNaCO₃ , 20 I 30 i 40

50

1 bis 3 μ ...,

3 bis 10 μ ..
10 bis 25 μ ...
25 bis 40 μ ...
30 bis 100 μ ..

— = keine Deformation.
-f — -f = starke Formänderung.
-i- — = mäßige Formänderung.
-f- = gerade wahrnehmbare Deformation.

Formänderung von LiNaCO₃ — MgO-Mischungen bei 24stündiger Erhitzung auf 700° C und darauffolgender Erhitzung auf 850° C.

fähigkeit derjenigen einer geschmolzenen Salzmischung annähernd gleich ist, so daß die Verluste in einem Element des neuen Elektrolytkörpers sehr niedrig gehalten werden können.

Bei der Verwendung des Elektrolytkörpers in einem Brennstoffelement, wobei beiderseitig des Elektrolytkörpers Pulverformelektroden anwesend sind, soll das »Ertrinken« der Elektrodenpulver im geschmolzenen Salz bei der Betriebstemperatur verhütet werden.

Zu diesem Zweck müssen die Elektrodenpulverteilchen (und damit die Poren zwischen diesen Teilchen) merklich größer sein als die mit Salz angefüllten Räume zwischen den Magnesiumoxydteilchen im Elektrolytkörper.

Andererseits sollen die Elektrodenpulver nicht zu grob sein, da die elektrochemische Aktivität von der Gesamtoberfläche der in dem Element vorhandenen Dreiphasenkontaktstellen Gas-Elektrode-Elektrolyt abhängig ist, und bei gröberen Elektrodenpulvern nimmt die Größe dieser Oberfläche ab.

Es ist somit klar, daß die besten Resultate mit dem Magnesiumoxydpulver von der kleinsten Teilchengröße erzielt werden, da bei diesem sowohl der Salz-

5 6

gehalt als auch die Leitfähigkeit am höchsten sind Ableitungsrohre 14 und 16 für das Brennstoffgas,

und die elektrochemische Aktivität dazu optimal sein Diese Rohre sind mit einem Kitt 17, IS, 19, 20 gasdicht

kann. im Block 1 befestigt. Zweckentsprechend kann dieser

Die Figuren stellen ein erfindungsgemäßes Aus- Kitt aus einer Mischung von Magnesiumoxyd und

führungsbeispiel eines Elektrolytkörpers und eines 5 Karbonaten von etwa derselben Zusammensetzung

mit einem solchen Körper versehenen Brennstoff- wie der Körper 1 bestehen,

elementes dar. Es zeigt F i g. 4 zeigt ein vollständiges Brennstoffelement,

F i g. 2 einen Elektrolytkörper, das mit 1 bezeichnet und mit Ein- und Ableitungen

F i g. 3 einen Querdurchschnitt durch den mit versehen ist, in einem zur thermischen Isolation

Elektroden und mit Zu- und Abfuhrleitungen für die io dienenden Ofen 21. Die Seiten des Ofens sind mittels

Gase versehenen Elektrolytkörper von Fig. 2 längs aus feuerfestem Material27, 28 bestehender.Platten,

der Linie II-II in Fig. 2, durch welche die Leitungen25, 26, 31, 32 hindurch-

F i g. 4 ein mit einem Elektrolytkörper nach F i g. 2 geführt sind, abgeschlossen,

versehenes Brennstoffelement. Wenn verlangt, kann der Block 1 zusammen mit dem

In Fig. 2 ist 1 ein Elektrolytkörper aus einer 15 flachen metallenen Trog22 in den Ofen geschoben

Mischung von Magnesiumoxydpulver und einer werden.

Karbonatmischung. Alle Gaszuleitungen 32 sind auf eine gemeinsame

In der Längsrichtung dieses Körpers sind Kanäle 2 Leitung 29 angeschlossen, die zugleich als Stromvorhanden, die einen Durchmesser von 1 cm und abnehmer dient, und auf gleiche Weise sind die Lufteinen Abstand zwischen den Mittellinien von 1,5 cm 20 leitungen 31 mit einer gemeinsamen Leitung 30 verhaben. bunden. v

Im Ausführungsbeispiel werden acht Kanäle zur Auf gleiche Weise werden die Abgase durch geDurchführung von Luft und acht Kanäle für das zu meinsame Leitungen abgeführt,
verbrennende Gas benutzt. Ein Elektrolytblock gemäß F i g. 1 mit Abmes-

Es ist aber auch möglich, besonders wenn das 25 sungen von 6,5 · 6,5 · 25 cm wurde dadurch herge-Brennstoffgas wenig reaktiv ist wie z. B. CH₄, die stellt, daß eine erfindungsgeaaaäße Mischung aus Stromdichte an der Brennstoffgasseite zu verringern, 50 Gewichtsprozent Magnesiumoxydpulver mit einer z. B. durch Verwendung von sechs Kanälen für Luft Korngröße von weniger als 0,1 μ und 50 Gewichtsund zehn Kanälen für das Brennstoffgas, da sich hier- prozent Lithiumnatriumkarbonat bis auf etwa 700° C durch die Polarisation an den Brennstoffelektroden 3° erhitzt wurde, daß die erhaltene Masse darauf zu einem verringert. , Pulver zermahlen wurde und daß danach dieses

In Fig. 3 sind ein Brennstoffgaskanal7 und ein Pulver bei etwa 600° C in einer wärmebeständigen Luftkanal 4 des Blockes 1 angegeben. Auf der Wand 8 Matrize zu einem Block gepreßt wurde. Der gepreßte des Brennstoffgaskanals 7 ist als Elektrode eine dünne Block wurde mit Hilfe eines geküHten Stempels aus Metallpulverschicht 6, die beispielsweise aus einer 35 der Matrize gedrückt und in -einem auf etwa 600^p G Mischung aus Eisen- und Nickelpulver besteht, vor- vorerhitzten Ofen langsam abgekühlt. Hiernach banden. Hieran liegt eine zur Stromabnahme dienende wurden in diesen Körper die Kanäle 2 gebohrt. Es ist Metallgaze 10 an. Die Gaze, die z. B. aus Nickel be- auch möglich, die Preßmatrize mit Kernen zu versehen, steht, hat eine Maschenweite von 1 bis 2 mm. Mittels die bei 600" C diese Kanäle bilden, und dies ist um einer Schraubenfeder 12, die aus einem federnden 40 so empfehlenswerter,, da das Durchbohren des abger-Metall, wie z. B. Chromnickel, mit einem Durchmesser kühlten Materials schwierig und zeitraubend ist. von etwa 1 mm besteht, wird die Nickelgaze gegen das Während des Betriebes heften sich die Elektroden-Metallpulver 6 gedruckt. Diese Feder hat eine pulver ohne weiteres an den Elektrolytkörper. Beim Steigung von 10 bis 15 mm, ist an dem metallenen Auftragen dieser Pulver auf die Wand der Kanäle Einleitungsrohr 14 und an dem Ableitungsrohr 16 für 45 eines abgekühlten Elektrolyten soll, um eine Schicht das Brennstoffgas befestigt und führt diesen Rohren, gut anschließender Körner von 0,1 bis 0,2 mm Dicke die zugleich als elektrische Anschlüsse des Elementes zu erhalten, ein Bindemittel, wie z. B. Wasserglas, verwendet werden, den Strom von der Nickelgaze zu. verwendet werden. Die verwendeten Metallpulver

Auf dieselbe Weise ist im Luftkanal 4 an der Wand 5 wurden mittels Reduktion der entsprechenden Oxyde

ein Metallpulver 3 als Sauerstoff elektrode (z. B. Silber- 50 auf die in der deutschen Auslegeschrift 1119 352

pulver) vorhanden, wobei die Metalldrahtfeder 11 die beschriebene Weise erhalten.

Metallgaze 9 gegen die pulverf örmige Elektrode preßt, Die Abmessungen des Blockes sind derart gewählt

und zugleich den Strom den Einleitungs- und Ablei- worden, daß ein beträchtlicher Strom abgenommen

tungsrohren 13, 15 für das sauerstoff haltige Gas zu- werden kann; die Spannung ist jedoch geringer; und

führt. Die Gaze kann aus Silber oder irgendeinem 55 um höhere Spannungen zu erhalten, muß man mehrere

anderen Material, wie beispielsweise eines der be- Elemente in Serie schalten.

kannten Legierungen aus Nickel und Chrom mit Die Metalldrähtfedern'11 und 12 sind, beispielsweise gegebenenfalls einem geringen Gehalt aus Eisen oder durch Schweißen, mit den Einleitungs-und Ableitungs-Silizium, bestehen. rohren 13,14,15,16 verbunden. Diese Federn werden Es ist auch möglich, die Gazezwischenschicht 60 derart gewickelt, daß ihr Außendurchmesser etwas ganz fortzulassen, und die Metallfedern unmittelbar kleiner ist als der Innendurchmesser der, Kanäle 2. mit den pulverförmigen Elektroden in Berührung zu Nachdem die Federn in die Kanäle gebracht worden bringen. In diesem Falle ist es aber empfehlenswert, sind, werden die Federn durch eine Drehung der eine Feder mit einer kleineren Steigung, von z. B. Rohre so weit ausgedehnt, daß sie fest gegen¹ die 3 bis 5 mm, zu verwenden. ■ 65 Metallgaze oder gegen die Elektrode 'drücken, so daß

An den Enden des Kanals 4 sind die metallenen ein bleibender guter Kontakt versichert wird.

Einleitungs- und Ableitungsrohre für Luft 13 und 15 Dieses Brennstoffelement wurde längere Zeit in

angegeben und beim Kanal 7 die Einleitungs- und Betrieb gehalten,. ohne daß sich Störungen zeigten.

Als Brennstoffgas wurde Wassergas mit 50 Molprozent CO und 50 Molprozent H₂, als oxydierendes Gas eine Mischung von 71 Molprozent Luft und 29 Molprozent CO₂ verwendet. Brennstoffgas und Luft wurden stets in stöichiometrischem Verhältnis zugeführt, so daß etwa dreieinhalb soviel von der Luftmischung als von der Brennstoffgasmischung verwendet wurde. Sowohl für das Brennstoffgas als auch für die Luftmischung wurden je acht Kanäle benutzt.

Bei Inbetriebnahme soll das ganze Element langsam auf Betriebstemperatur gebracht werden. Dies kann sowohl durch Hineinleiten von vorerhitztem Brennstoffgas und Luft als auch durch Erwärmung des Ofens geschehen.

Während des Betriebes, besonders bei Verwendung von sehr hohen Temperaturen, zeigte es sich manchmal, daß sich ein wenig geschmolzenes Salz aus dem Block heraussenkte und im Trog 22 angesammelt wurde. Wenn verlangt, kann zur Ausgleichung dieses Verlustes von Zeit zu Zeit an der Obenseite des Elektro- so lytkörpers ein wenig geschmolzenes Karbonat zugeführt werden. Bei Verwendung von Betriebstemperaturen von nicht höher als 600° C blieb ein Herabsenken des geschmolzenen Elektrolyten praktisch völlig aus.

In den nachfolgenden Tabellen sind die Ergebnisse des Betriebes dieses Elements unter verschiedenen Umständen aufgestellt. Die Temperatur war stets 70O⁰C; die wirksame Elektrodenoberfläche beider Elektroden war je 500 cm². Unter idealen Bedingungen kann bei vollständiger galvanischen Umsetzung ein Strom von maximal 2,24 Ampere pro Liter (20° C, 1 Atm) verbranntes Gas pro Stunde erhalten werden (der idealere Wirkungsgrad der vollständigen galvanischen Verbrennung bei 700° C ist für diese Gasmischung 69%; ^Dei unvollständiger Verbrennung kann dies höher sein).

In den Tabellen II und III ist angegeben, wie das Element bei Variation der Einleitungsgeschwindigkeit der Gase und einer konstanten Stromabnahme von 25 bzw. 50 Ampere arbeitet. Tabelle IV zeigt die Werte, die bei einer konstanten Einleitungsgeschwindigkeit von 31 1 pro Stunde der CO- und H₂-Mischung und von 108 1 der Luft- und Kohlensäuremischung und bei variierender Stromabnahme erhalten wurden.

In den Tabellen finden die nachfolgenden Symbole Verwendung:

ν = Einleitungsgeschwindigkeit von Brennstoffgas bzw. Luft in Litern pro Stunde ί-τΑ;

Im = die ν entsprechende maximale Stromstärke in Ampere (A);

/ = die dem Element entnommene Stromstärke in A;

/ = Stromdichte in ^^ der Elektrodenoberfläche; λ = Umsetzungsgrad Brennstoffgas und Luftsauerstoff = j—; g

V_k = Klemmenspannung des Elementes in Volt; w = 7-Vit äußere elektrische Leistung in Watt; t]th = thermischer Wirkungsgrad der galvanischen Umsetzung, bezogen auf die gesamte durchgeleitete Gasmenge;

■~Y = thermischer Wirkungsgrad, bezogen auf die gesamte umgesetzte Gasmenge.

Tabelle II

γ	V	25	Im	λ	*v_k*	W	*nth*	*r\th*
Gas	Luft	25					°/„	λ
	+ CO_a	25	101	24,8	0,94	23,5	17,0	V.
45	158	25	50,5	49,5	0,87	21,8	31,5	69,0
22,5	79		33,6	74,5	0,80	20,0	43,7	64,0
15	52,5	28	89,0	0,71	17,8	46,5	59,0
12,5	43,8					52,0

Tabelle III

	V	50	*In,*	λ	*v_k*	41,5	*nth*	λ
V Gas	Luft	50				39,5	Vo	°U
	+ CO,	50	134	37,2	0,83	37,0	22,5	60,5
60	210	50	101	49,5	0,79	33,5	28,6	58,0
45	158		67,2	74,5	0,74		40,2	54,0
30	105	56	89,0	0,67	43,6	49,0
25	87,5

Tabelle IV

	Im	i	λ	*v_k*	14,1	*>lth*	Vt*
¹	70	28	20	1,01	25,2	14,8	λ ⁰U
14	70	56	40	0,90	33,2	26,5	74,0
28	70	84	60	0,79	39,2	35,0	66,2
42	70	112	80	0,70	40,3	41,2	58,3
56	70	126	90	0,64		42,5	51,5
63					47,2

In der F i g. 5 sind diese Ergebnisse im Vergleich mit der Verbrennung unter idealen Bedingungen wiedergegeben. Die Kurve 1 gibt die theoretische Vt an, welche sich aus der Energie, die bei einer idealen (reversiblen) Umsetzung als Funktion des Umsetzungsgrades λ erhalten werden kann, berechnen läßt; die Kurve 2 die (niedrigere) theoretische EMK, welche aus der Zusammensetzung des ausströmenden Gases, ebenfalls als Funktion des Umsetzungsgrades λ, berechnet worden ist. Die Kurven 3, 4 und 5 stellen die Vk als Funktion von λ dar, wie diese mit den in den Tabellen aufgeführten Messungen erhalten wurde. Aus diesen Kurven ist deutlich ersichtlich, daß die erhaltene Spannung, und somit auch die erhaltene Leistung, dem theoretisch Möglichen annähernd ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Galvanisches Brennstoffelement zum Umsetzen von Gasen mit einem Elektrolyten in Form eines bei und unterhalb der Arbeitstemperatur formfesten Körpers, der aus einer Mischung von Magnesiumoxydpulver und einem sich bei der Betriebstemperatur des Elementes in geschmolzenem Zustand befindlichen Alkali- oder Erdalkalikarbonat oder einem Gemisch dieser Karbonate besteht und in dem zwei Gruppen von Kanälen verlaufen, von denen die eine für das oxydierende Gas, die andere für das Brennstoffgas dient und an deren Wandungen sich die Elektroden befinden, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt aus einer Mischung von 40 bis 60% Magnesiumoxydpulver mit einer Teilchengröße von

weniger als 3 μ und 60 bis 40% eines Alkali- oder Erdalkalikarbonates oder einem Gemisch dieser Karbonate besteht.

2. Brennstoffelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße des Magnesiumoxydpulvers kleiner als 0,1 μ ist.

3. Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffelementes gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesiumoxydpulver mit einem oder mehreren der Karbonate in Kornform

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gemischt wird, danach zumindest einmal bis über die Schmelztemperatur der Salze erhitzt und nach jeder Erhitzung gemahlen wird, wonach aus dem so erhaltenen Elektrolytpulver der Elektrolyt in die gewünschte Form gepreßt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 367 151, 570 600; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 064 576; USA.-Patentschriften Nr. 2 175 523, 2276 188.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 708/154 10.64 9 Bundesdruckerei Berlin