DE1183150B - Brennstoffelektrode fuer die selbsttaetige Steuerung von unter Bildung von Wasserstoff ablaufenden Reaktionen - Google Patents

Description

• Brennstoffelektrode für die selbsttätige Steuerung von unter Bildung von Wasserstoff ablaufenden Reaktionen Die Erfindung betrifft eine Brennstoffelektrode für die selbsttätige Steuerung von unter Bildung von Wasserstoff ablaufenden Reaktionen bei Verwendung von flüssigen Brennstoff--Elektrolyt-Gemischen. Es sind bereits Katalysator-Sieb-Elektroden (KS-Elektroden) bekanntgeworden, die aus Siebplatten, zwischen denen katalytisch wirksame Matemialzen gelagert sind, bestehe und in Brennstoff-Elementen zur direkten Umsetzung chemischer Energie flüssiger Brennstoffe in elektrische Energie Verwendung finden.
• Die Umsetzung an Katalysator-Elektroden erfolgt bekannterweise derart, daß aus einer .katalysierten Dehydrierungs- bzw. Zersetzungsreaktion Wasser stoff frei wird, von dem dann ein: Teil entsprechend der angelegten Belastung elektrochemisch umgesetzt, d. h. zu Wasser verbrannt wird, während der andere Teil sich zu molekularem Wasserstoff vereinigt und unter Bildung von Gasbläschen vom Katalysator zu entweichen sucht.
• Ein Betriebszustand, in welchem zu jedem Zeitpunkt der aus einer Wasserstoffbildungsreaktion frei werdende Wasserstoff sofort quantitativ elektrochemisch umgesetzt wird, ist nicht zu verwirklichen, sondern lediglich durch Steuerung des Betriebes von Brennstoffelementen, wie Belastungsänderung, Temperaturänderung usw., angenähert zu erreichen.
• Ziel der Erfindung war es, diese Wasserstoffbildungsgeschwindigkeit innerhalb gewisser Grenzen in Abhängigkeit von der angelegten Belastung zu beeinflussen und den überschüssigen gasförmigen Wasserstoff in Bläschenform zu speichern, um ihn für den alsbaldigen Verbrauch bereit zu halten.
• Die Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß eine Brennstoffelektrode für die selbsttätige Steuerung von unter Bildung von Wasserstoff ablaufenden Reaktionen bei Verwendung von flüssigen Brennstoff-Elektrolyt-Gemischen entwickelt wurde, bei der sich das körnige, elektrisch leitende Katalysatormaterial zwischen zwei der Stromabfuhr dienenden Sieben befindet, deren Öffnungen auf der dem Katalysatormaterial zugewandten Seite einem Durchmesser von 1 bis 200 #L, vorzugsweise 10 bis 150 [., zweckmäßig 30 bis 100 u besitzen, wodurch dem Durchtritt von Gasbläschen, die aus am Katalysator gebildetem Wasserstoff entstehen, ein hoher Strömungswiderstand entgegengesetzt wird, während das flüssige Elektrolyt - Brennstoff - Reaktionsprodukt - Gemisch wegen des geringeren Strömungswiderstandes die Sieböffnungen passieren kann.
• Diesen hohen Strömungswiderstand den Gasen gegenüber bei geringerem Strömungswiderstand gegenüber dem flüssigen Elektrolyt-Brennstoff-Reaktionsprodukt-Gemisch erreicht man auf verschiedene Weise.
• An Stelle von Sieben mit kleinen Öffnungen, die einen konstant bleibenden Durchmesser aufweisen, kann man vorteilhafterweise Siebe mit trichterförmigen oder konischen Sieböffnungen benutzen; man ordnet diese so an, daß die engeren Enden der öffnungen, deren Durchmesser ebenfalls kleiner als 200 #t ist, dem katalytisch wirksamen Material zugekehrt sind.
• Der Vorgang der selbsttätigen Steuerung der Wasserstoffbildungsgeschwindigkeit (gemessen in Molen H2 pro Zeiteinheit und Einheit der geometrischen Elektrodenoberfläche) erklärt sich aus dem Prinzip des Kippschen Apparates.
• Der am Katalysator zwischen den Sieben aus einer Dehydrierungsreaktion oder einer Zersetzungsreaktion entwickelte und nicht sofort elektrochemisch genutzte Wasserstoff bildet Bläschen, die ihrerseits ein entsprechendes Volumen des flüssigen Elektrolyt-Brenmstoff-Gemi&ches vom Kontakt weg und ohne wesentliche Behinderung aus der Elektrode herausdrängen. Hierdurch wird die Wasserstoffbildungsgeschwindigkeit verlangsamt. Das Entweichen des gasförmigen Wasserstoffs wird im Gegensatz zur Flüssigkeit weitestgehend durch die kleinen Sieböffnungen, die hier im Bereich von 1 bis 200 u liegen, verhindert. Bei stärkerer Belastung wird der angesammelte Wasserstoff elektrochemisch umgesetzt; dadurch verringert sich das Gaspolster wieder, und es erreicht mehr flüssiges Elektrolyt-Brennstoff-Gemisch den Katalysator, wodurch die Wasserstoffbildungsgeschwindigkeit wieder vergrößert wird. Diese vor allem für einen sparsamen Brennstoffverbraucher ausgebildeten Katalysator-Sieb-Elek troden, die gleichzeitig das Katalysatormaterial besonders gut vor oxydierenden Gasen schützen, sind nicht so belastbar wie Katalysator-Sieb-Elektroden mit Mikrosieben maximaler Durchlässigkeit. Es ist aber leicht zu entscheiden, welche speziellen Katalysator-Sieb-Elektroden für den jeweiligen Verwendungszweck geeignet sind. Das durch die erfindungsgemäße Elektrode bewirkte Prinzip der selbsttätigen Steuerung wird man jedoch zur Vermeidung von Erstickungseffekten vor allem dann anwenden, wenn neben dem aus einer Dehydrierungs- bzw. Zersetzungsreaktion frei werdenden Wasserstoff keinerlei andere elektrochemisch nicht umsetzbare Gase, wie z. B. Stickstoff oder Kohlendioxyd, entstehen.
• Die erfindungsgemäßen Elektroden können in der in den F i g. 1 und 2 beschriebenen Weise ausgebildet sein.
• F i g. 1 veranschaulicht den Schnitt durch eine Elektrode, deren Siebe mit trichterförmig ausgebildeten Sieböffnungen ausgestattet sind, wobei sich die engen Trichteröffnungen dem katalytisch wirksamen Material zukehren; F i g: 2 zeigt einen Ausschnitt hieraus in stärkerer Vergrößerung.
• Hierin bedeutet 1 die obere Verschlußplatte der Elektrode mit der Stromzuführung 2; 3 und 4 sind die Mikrosiebe, 5 das katalytisch wirksame Material und 6 die Bodenplatte der Elektrode. y

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Brennstoffelektrode für die selbsttätige Steuerung von unter Bildung von gasförmigem Wasserstoff ablaufenden Reaktionen bei Verwendung von flüssigen Brennstoff-Elektrolyt-Gemischen, dadurch gekennzeichnet, daß sich das körnige, elektrisch leitende Katalysatormaterial zwischen zwei der Stromabfuhr dienenden Sieben befindet, deren Öffnungen auf der dem Katalysatormaterial zugewandten Seite einen Durchmesser von 1 bis 200 a, vorzugsweiss 10 bis 150 #t, zweckmäßig 30 bis 100 w besitzen. z. Brennstoffelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebe mit trichter- förmigen oder konischen Üffnungen versehen sind, deren E*tellen dem KatalysatormateriaI zugewandt 6ind,und einen Durchmesser von 1 bis. 200 #t besitzen. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 384 463.