DE1200903B - Verfahren zur Speicherung von elektrischer Energie - Google Patents

Verfahren zur Speicherung von elektrischer Energie

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DE1200903B
DE1200903B DER23702A DER0023702A DE1200903B DE 1200903 B DE1200903 B DE 1200903B DE R23702 A DER23702 A DE R23702A DE R0023702 A DER0023702 A DE R0023702A DE 1200903 B DE1200903 B DE 1200903B
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DE
Germany
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raney
weight
electrode
silver
nickel
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Pending
Application number
DER23702A
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English (en)
Inventor
Dipl-Phys Karl-Hermann Friese
Dr Eduard Justi
Dr August Winsel
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.)
Siemens AG
VARTA AG
Original Assignee
Siemens AG
VARTA AG
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Publication date
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Priority to GB20351/59A priority patent/GB922462A/en
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Publication of DE1200903B publication Critical patent/DE1200903B/de
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/98Raney-type electrodes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Description

  • Verfahren zur Speicherung von elektrischer Energie Zusatz zum Patent: 1167 406 Gegenstand des Hauptpatentes 1167 406 bildet ein Verfahren zur Speicherung von elektrischer Energie durch Druckelektrolyse des Wassers bei getrenntem Auffangen und Speichern und bedarfsweiser Wiedervereinigung der Elektrolysegase, wobei die elektrolytische Erzeugung und Wiedervereinigung von Wasserstoff und Sauerstoff in derselben, mit einer Vorrichtung für getrenntes Auffangen der Elektrolysegase ausgestatteten Zelle an einem Paar von Elektroden erfolgt, die aus einem als Träger dienenden, elektronisch leitenden Skelett mit eingebetteten Raney-Metallkörnern bestehen.
  • Man weiß, daß von allen Metallen Nickel die kleinste Sauerstoffmindestüberspannung hat, weswegen man dieses Metall besonders gern als Anodenmaterial in Elektrolysezellen verwendet.
  • Man kennt ebenso die hervorragenden katalytischen Eigenschaften des Silbers bei der kathodischen Reduktion des Sauerstoffs. Als Elektrode für die Sauerstoffabscheidung und -auflösung benutzt man bei dem Verfahren des Hauptpatentes deshalb vorteilhafterweise eine Silber-Doppelskelett-Katalysator-Elektrode, die aus einem als Träger dienenden elektronisch leitenden Stützskelett mit eingebetteten, aus Raney-Silber bestehenden oder Raney-Silber enthaltenden Skelett-Körnern besteht, wobei 1 bis 80 Gewichtsprozent Raney-Silber neben 99 bis 20 Gewichtsprozent Stützskelettmaterial vorliegen. Hierbei kann das elektrisch leitende Stützskelett aus Silber, Nickel oder anderen laugebeständigen Metallen sowie aus verhältnismäßig gut leitenden Halbleitern, z. B. graphitiertem Kohlenstoff, bestehen. Besonders günstig sind Elektroden, in denen die beiden Metalle Silber und Nickel in möglichst feiner Verteilung nebeneinander vorliegen. Sehr gut bewährt haben sich für den beschriebenen Zweck Doppelskelett-Katalysator-Elektroden (DSK-Elektroden), die 80 bis 20 Gewichtsprozent Raney-Silber in ein Stützgerüst aus 20 bis 80 Gewichtsprozent Nickelpulver, vorzugsweise Carbonylnickel, eingebettet enthalten. Auch der andere Fall, daß als Stützgerüst Silber und als Raney-Skelett Nickel verwendet wird, hat sich elektrochemisch bewährt, doch ist eine solche Elektrode wegen des hohen Silberpreises zu teuer und wegen der schlechteren mechanischen Eigenschaften des Stützgerüstes zu anfällig gegen Bruch, um Aussichten auf eine technische Verwendung zu haben.
  • Solche Elektroden vereinigen in sich die kleine Sauerstoffmindestüberspannung des Nickels mit der hervorragenden katalytischen Aktivität des Silbers bei der kathodischen Reduktion des Sauerstoffs; sie kommen somit dem Ideal der reversiblen Sauerstoffelektrode näher, als es eine aus einem einzigen Metall oder aus einer beliebigen anderen Metallkombination bestehende Elektrode vermag.
  • Es wurde nun gefunden, daß Elektroden, die neben Raney-Silber auch Raney-Nickel in ein Stützgerüst aus Carbonylnickelpulver eingebettet enthalten, einen besonders vorteilhaften Wirkungsgrad bei denn Verfahren nach dem Hauptpatent zeigen.
  • Für die Sauerstoffabscheidung und -auflösung wird deshalb eine Elektrode verwendet, die neben Raney-Silber 10 bis 80 Gewichtsprozent, bevorzugt 10 bis 30 Gewichtsprozent, Raney-Nickel - bezogen auf den gesamten Raney-Metallanteil der Elektrode -enthält.
  • Die Verbesserung des Wirkungsgrades durch die Benutzung von Raney-Silber und Raney-Nickel nebeneinander ist wahrscheinlich durch die niedrige Sauerstoffmindestüberspannung am großoberflächlichen Nickel begründet. Nach G. K o r t ü m , Lehrbuch der Elektrochemie, Verlag Chemie, Weinheim, 1952, S. 394, ist die Sauerstoffmindestüberspannung am schwammigen Nickel 0,05 Volt gegenüber 0,12 Volt am blanken Nickel. Da das Raney-Nickel eine im Vergleich zum Carbonylnickel sehr poröse Struktur besitzt, wirkt es vermöge seiner größeren Oberfläche begünstigend auf die Sauerstoffabscheidung, so daß die Polarisation bei größeren Stromdichten noch stärker erniedrigt wird als die Mindestüberspannung. Die Differenz der Mindestüberspannungen gewährleistet aber bei der Elektrolyse schon eine Wirkungsgradverbesserung von 61/u. Entsprechend verbessert sich der Wirkungsgrad des gesamten Speicherzyklus.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zur Herstellung des Raney-Silbers benutzte Raney-Silber-Legierung 0,01 bis 0,3 Gewichtsprozent Mangan, bezogen auf den Silberanteil, enthält. Durch diesen Zusatz erreicht man einmal eine bessere Mahlbarkeit der Raney-Legierung, so daß ihre Zerkleinerung zu außerordentlich feinen Pulvern sehr leicht möglich ist. Weiterhin wird dadurch das Ruhepotential der Elektrode wesentlich verbessert, so daß die Abweichung vom reversiblen Sauerstoffpotential besonders gering ist. Außerdem wird die Klemmenspannung bei gegebener Belastung durch das zulegierte Mangan größer.
  • Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens. Elektrode 1 Hergestellt durch Heißpressen bei 450° C mit 5 t/cm2 Preßdruck aus einer Pulvermischung, bestehend aus 1,5 Gewichtsteilen Carbonylnickelpulver mit einem Korndurchmesser von 1 bis 5 Mikron und 1,0 Gewichtsteilen pulverförmiger Raney-Nickel-Legierung der Zusammensetzung Ni: Al = 50: 50 Gewichtsprozent mit einem Korndurchmesser von 75 bis 100 Mikron. Die Elektrode wurde mit 6 n-KOH durch Herauslösen des Al aktiviert. Elektrode 2 Hergestellt aus feinem Molekularsilberpulver (Korndurchmesser < 10 Mikron) mit Ammoniumcarbonat als Porenbildner durch Pressen mit 2 t/cm2 Preßdruck und anschließendes Sintern bei 400° C.
  • Elektrode 3 Hergestellt durch Heißpressen bei 450° C mit 5 t/em2 Preßdruck aus einer Pulvermischung, bestehend aus 1,5 Gewichtsteilen Carbonylnickelpulver mit einem Korndurchmesser von 1 bis 5 Mikron, 0,3 Gewichtsteilen pulverförmiger Raney-Nickel-Legierung der Zusammensetzung Ni : Al = 50: 50 Gewichtsprozent mit einem Korndurchmesser von 75 bis 100 Mikron und 0,7 Gewichtsteilen pulverförmiger Raney-Silber-Legierung der Zusammensetzung Ag : Al : Mn = 64,7:35:0,3 Gewichtsprozent mit einem Korndurchmesser von 75 bis 100 Mikron.
  • Elektrode 4 Hergestellt durch Heißpressen bei 350° C mit 0,75 t/cm2 Preßdruck aus einer Pulvermischung bestehend aus 2 Gewichtsteilen Raney-Nickel-Legierung (50 Gewichtsprozent Ni und 50 Gewichtsprozent Al) mit einer Korngröße von 40 bis 50 Mikron, 3 Gewichtsteilen Raney-Silber-Legierung (65 Gewichtsprozent Ag und 35 Gewichtsprozent Al) mit einer Korngröße von 50 bis 75 Mikron, 5 Gewichtsteilen Carbonylnickelpulver mit einer Korngröße von 5 Mikron.
  • Die Aktivierung erfolgte in heißer 6 n-Kalilauge. Bei der fertigen Elektrode besteht das Katalysatormaterial zu etwa 34 Gewichtsprozent aus Raney-Nickel, Rest Raney-Silber. Elektrode 5 Hergestellt wie Elektrode 4 unter Verwendung der gleichen Pulversorten, jedoch in anderem Mischungsverhältnis: 3 Gewichtsteile Raney-Nickel-Legierung, 2 Gewichtsteile Raney-Silber-Legierung, 5 Gewichtsteile Carbonylnickelpulver.
  • Die fertige Elektrode enthält als Katalysatormaterial etwa 63,5 Gewichtsprozent Raney-Nickel, Rest Raney-Silber.
  • Elektrode 6 Hergestellt wie Elektrode 4 mit den gleichen Pulvern, jedoch in anderem Mischungsverhältnis: 4 Gewichtsteile Raney-Nickel-Legierung, 1 Gewichtsteil Raney-Silber-Legierung, 5 Gewichtsteile Carbonylnickelpulver.
  • Das Katalysatormaterial der fertigen Elektrode besteht zu etwa 75,5 Gewichtsteilen aus Raney-Nickel, Rest Raney-Silber.
  • Elektrode 7 Hergestellt wie Elektrode 4 aus den gleichen Pulvern, jedoch in anderem Mischungsverhältnis: 5 Gewichtsteile Raney-Nickel-Legierung, 5 Gewichtsteile Carbonylnickelpulver.
  • An Katalysatormaterial enthält die fertige Elektrode 100 Gewichtsprozent Raney-Nickel.
  • Die elektrochemischen Eigenschaften der Elektroden sind dem Diagramm zu entnehmen, in welchem die Kurven mit der Ziffer der jeweiligen Elektrode bezeichnet sind.
  • Man erkennt, daß der Sprung vom anodischen zum kathodischen Ast der Kennlinie bei der erfindungsgemäßen Elektrode 3 am kleinsten ist. Diese Elektrode kommt also dem Idealfall der reversiblen Sauerstoffelektrode am nächsten.
  • Beim Vergleich ist ferner festzustellen, daß die Elektroden 4, 5 und 6 im anodischen Bereich der Elektrode 2 und im kathodischen Bereich der Elektrode 7 deutlich überlegen sind.
  • Der nicht übereinstimmende Verlauf der Kurven 1 und 7, die beide das Verhalten von Elektroden wiedergeben, die nur aus Carbonyl- und Raney-Nickel bestehen, dürfte in der Hauptsache darauf zurückzuführen sein, daß bei der Herstellung der Elektroden andere Mischungsverhältnisse und unterschiedliche Heißpreßbedingungen angewendet wurden.

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Verfahren zur Speicherung von elektrischer Energie durch Druckelektrolyse des Wassers, getrenntem Auffangen und Speichern und bedarfsweiser elektrochemischer Wiedervereinigung der Elektrolysegase unter Verwendung von Gas-Diffusionselektroden mit Doppelskelettkatalysatorstruktur, wobei die Sauerstoffelektrode Carbonylnickel und Raney-Silber enthält, nach Patent 1167406, dadurch gekennzeichnet, daß als Raney-Metalle für die Sauerstoffelektrode 10 bis 80 Gewichtsprozent, bevorzugt 10 bis 30 Gewichtsprozent, Raney-Nickel, Rest Raney-Silber, verwendet werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 648 941; französische Patentschrift Nr. 1132 762.
DER23702A 1958-07-16 1958-07-16 Verfahren zur Speicherung von elektrischer Energie Pending DE1200903B (de)

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GB20351/59A GB922462A (en) 1958-07-16 1959-06-15 Process for producing electrical energy
US826891A US3230114A (en) 1958-07-16 1959-07-08 Catalyst electrodes and process for storing electrical energy

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE648941C (de) * 1932-03-24 1937-08-12 Hans Niederreither Dipl Ing Verfahren zum Speichern und Verteilen elektrischer Energie
FR1132762A (fr) * 1954-10-23 1957-03-15 Ruhrchemie Ag électrode de catalyse à double ossature

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE648941C (de) * 1932-03-24 1937-08-12 Hans Niederreither Dipl Ing Verfahren zum Speichern und Verteilen elektrischer Energie
FR1132762A (fr) * 1954-10-23 1957-03-15 Ruhrchemie Ag électrode de catalyse à double ossature

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