DE1206974B

DE1206974B - Electrolyte for a hydrogen-oxygen fuel element

Info

Publication number: DE1206974B
Application number: DEN18882A
Authority: DE
Inventors: Thomas Francis Bacon
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1959-09-11
Filing date: 1960-09-09
Publication date: 1965-12-16
Also published as: CH365767A; GB906664A; BE594845A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

HOImHOIm

Deutsche Kl.: 21 b -14/01 German class: 21 b - 14/01

Nummer: 1206 974Number: 1206 974

Aktenzeichen: N18882 VI b/21 bFile number: N18882 VI b / 21 b

Anmeldetag: 9. September 1960Filing date: September 9, 1960

Auslegetag: 16. Dezember 1965Opening day: December 16, 1965

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Elektrolyten aus Magnesiumhydroxyd und einer Lösung von Alkalihydroxyd.The invention relates to the use of an electrolyte made from magnesium hydroxide and a solution of alkali hydroxide.

Es ist bekannt, eingedickte Elektrolyten aus Magnesiumhydroxyd und einer Lösung von Alkalihydroxyd bei Trockenelementen zu verwenden, bei welchen infolge der Art der Elemente die Verwendung eines flüssigen Elektrolyten nicht möglich ist. Dort mußte also der Elektrolyt der Art des Elementes angepaßt werden.It is known, thickened electrolytes made from magnesium hydroxide and a solution of alkali hydroxide to be used in dry elements where the nature of the elements means that they are not used a liquid electrolyte is not possible. So there the electrolyte had to be of the type of element be adjusted.

Es ist bei Brennstoffelementen bekannt, welche Kohle als Brennstoff und einen Karbonat-Elektrolyten verwenden, dem Elektrolyten eine pastenartige Konsistenz zu geben, um eine Zirkulation in ihm mit nachteiligen chemischen Auswirkungen, einen chemischen Angriff der mit ihm in Verbindung stehenden Elementteile und ein Hinaufkriechen an der Elektrode und Zusetzen der Poren mit einer Beeinträchtigung der Reaktion zu verhindern. Die Eindickung des Elektrolyten hat dort einen vollkommen anderen Zweck als bei der Erfindung, so daß diese Maßnahme keinerlei Hinweise für die Lösung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems gibt.It is known in fuel elements that use carbon as fuel and a carbonate electrolyte use to give the electrolyte a paste-like consistency to allow circulation in it with adverse chemical effects, a chemical attack associated with it standing element parts and creeping up the electrode and clogging of the pores with an impairment to prevent the reaction. The thickening of the electrolyte has a perfect one there different purpose than in the invention, so that this measure does not give any indications for the solution of the the problem underlying the invention is.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einem Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffelement mit porösen Elektroden zu verhindern, daß bei einer fehlerhaften Elektrodenstruktur, beispielsweise bei Rissen oder zu großen Poren, das Gas in den Elektrodenraum eindringen kann. Dies wird gemäß der Erfindung durch die Verwendung eines Elektrolyten aus Magnesiumhydroxyd und einer Lösung von Alkalihydroxyd in einem Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffelement mit porösen Elektroden erreicht. Durch das Eindicken des Elektrolyten wird verhindert, daß er in Risse oder zu große Poren der Elektroden eindringen und dann in den Gasraum gelangen kann.The purpose of the present invention is for a hydrogen-oxygen fuel element with porous electrodes to prevent a faulty electrode structure, for example If there are cracks or pores that are too large, the gas can penetrate into the electrode space. This is done according to of the invention through the use of an electrolyte of magnesium hydroxide and a solution of alkali hydroxide in a hydrogen-oxygen fuel element with porous electrodes achieved. Thickening the electrolyte prevents it from cracking or pores that are too large Electrodes can penetrate and then get into the gas space.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich dabei bei der Verwendung einer Wasserstoffelektrode, die aus Nikkei mit einer maximalen Porengröße von 10 μ besteht, weil sich dann nur eine kleine Druckdifferenz zwischen dem Gas und dem Elektrolyten ergibt und dadurch die poröse Nickelschicht sehr wenig verformt wird.A particular advantage is obtained when using a hydrogen electrode from Nikkei with a maximum pore size of 10 μ, because then there is only a small pressure difference between the gas and the electrolyte and thereby deforms the porous nickel layer very little will.

Die Partikelgröße des Magnesiumoxyds ist nicht kritisch, es hat sich aber herausgestellt, daß das wirtschaftlich zur Verfügung stehende Leichtmagnesiumoxyd, welches eine Partikelgröße hauptsächlich in dem Breich von 0,7 bis 1,5 μ mit einem kleinen Partikelanteil bis hinab zu 0,2 μ hat, sehr gute Resultate ergibt. Eine zweckmäßige Mischung zur Herstellung des Elektrolyten enthält 20 g Leichtmagne-Elektrolyt für ein Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffelement The particle size of the magnesium oxide is not critical, but it has been found to be economical available light magnesium oxide, which has a particle size mainly in ranging from 0.7 to 1.5 μ with a small proportion of particles down to 0.2 μ has very good results results. A suitable mixture for the production of the electrolyte contains 20 g of light magnetic electrolyte for a hydrogen-oxygen fuel element

Anmelder:Applicant:

National Research Development Corporation,
LondonNational Research Development Corporation,
London

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. H. Begrich, Patentanwalt,
Regensburg, Lessingstr. 10Dipl.-Ing. H. Beschich, patent attorney,
Regensburg, Lessingstr. 10

Als Erfinder benannt:
Thomas Francis Bacon, LondonNamed as inventor:
Thomas Francis Bacon, London

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 11. September 1959
(31099)Claimed priority:
Great Britain 11 September 1959
(31099)

siumoxydgemisch mit 50 cm³ einer Kaliumhydroxydlösung enthaltend 50 g Kaliumhydroxyd in 100 g Lösung. In Abänderung dazu kann ein gleichwertiges Gewicht von Magnesiumhydroxyd zur Herstellung des gleichen Elektrolyten verwendet werden.siumoxide mixture with 50 cm ^{3 of} a potassium hydroxide solution containing 50 g of potassium hydroxide in 100 g of solution. Alternatively, an equivalent weight of magnesium hydroxide can be used to make the same electrolyte.

Eine Ausführungsform des Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffelementes ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt, wobei das Element im Querschnitt in einem weit übertriebenen Maßstab dargestellt ist. Das in der Zeichnung dargestellte Element enthält als Grundlage eine Wasserstoffelektrode 1 und eine Sauerstoffelektrode 2, wobei der Zwischenraum zwischen ihnen mit einem entsprechend dem oben angegebenen Beispiel eingestellten Elektrolyten 3 ausgefüllt ist, der eine breiige Konsistenz hat. Hinter der Wasserstoffelektrode 1 ist ein Zwischenraum 4 für den Zutritt von Wasserstoff und hinter der Sauerstoffelektrode 2 ein Zwischenraum 5 für den Zutritt von Sauerstoff vorhanden. Der Zwischenraum 4 ist durch eine Nickelendplatte 6 und der Zwischenraum 5 durch eine Nickelplatte 7 hinterlegt, die von einer Endplatte 8 durch eine Isolierscheibe 9 getrennt ist. Die Elektroden 1 und 2 werden durch einen Nickelring 10 im Abstand voneinander gehalten, und es sind Isolierabdichtungen 11 zwischen die Elektroden und den Ring und zwischen Elektroden und die Platten 6 und 7 eingepaßt. Die ganze Anordnung wird durch Schraubenbolzen 12 mit Muttern 13 zusammengehalten. An embodiment of the hydrogen-oxygen fuel element is shown in the accompanying drawing, the element being shown in cross-section on an exaggerated scale. The element shown in the drawing contains a hydrogen electrode 1 and an oxygen electrode 2 as a basis, the space between them being filled with an electrolyte 3 adjusted according to the example given above, which has a pulpy consistency. Behind the hydrogen electrode 1 there is an interspace 4 for the entry of hydrogen and behind the oxygen electrode 2 there is an interspace 5 for the entry of oxygen. The intermediate space 4 is backed by a nickel end plate 6 and the intermediate space 5 by a nickel plate 7, which is separated from an end plate 8 by an insulating washer 9. The electrodes 1 and 2 are spaced apart by a nickel ring 10 and insulating seals 11 are fitted between the electrodes and the ring and between electrodes and the plates 6 and 7. The whole arrangement is held together by bolts 12 with nuts 13.

509 758/158509 758/158

Eine Leitung 15 für den Durchtritt von Wasserstoff führt unmittelbar zu dem Zwischenraum 4 durch eine Schraubverbindung 16 und einen Kanal 17 durch die Endplatte 6. Die Sauerstoffverbindung ist durch eine Leitung 18 mit einer Schraubverbindung 19 hergestellt, die zu dem Kanal 20 durch die Endplatte 6 führt. Der Kanal 20 geht durch die Elektroden 1 und 2 in ihrer Dicke und durch den Ring 10 und die Abdichtungen 11. Um eine gleichmäßige Verteilung beider Gase und eine Zirkulation erforlichenfalls sicherzustellen, sind diametral entgegengesetzte Paare von Leitungen 15 und 18 vorgesehen.A line 15 for the passage of hydrogen leads directly to the intermediate space 4 a screw connection 16 and a channel 17 through the end plate 6. The oxygen connection is made by a conduit 18 with a screw connection 19 leading to the channel 20 through the end plate 6 leads. The channel 20 extends through the electrodes 1 and 2 in their thickness and through the ring 10 and the seals 11. To ensure an even distribution of both gases and circulation if necessary To ensure, diametrically opposed pairs of lines 15 and 18 are provided.

Jede der Elektroden 1 und 2 enthält eine Schicht von porösem Nickel 25, getragen von einer perforierten Platte 26, wobei die Perforationen in der Platte es den entsprechenden Gasen gestatten, in die Poren des Nickels einzutreten und von dort in Berührung mit dem Elektrolyten zu kommen. Die elektrische Energie wird bei 27 und 28 abgenommen. Andere Ausführungsformen können verwendet werden, sie sind aber nicht besonders in der Zeichnung dargestellt. Each of the electrodes 1 and 2 contains a layer of porous nickel 25 supported by a perforated one Plate 26, the perforations in the plate allowing the appropriate gases to enter the pores of the nickel and from there to come into contact with the electrolyte. The electric Energy is decreased at 27 and 28. Other embodiments can be used them but are not particularly shown in the drawing.

Auf diese Weise kann jede Elektrode mit Schichten von porösem Nickel mit verschiedener Porengröße hergestellt werden. Als eine Alternative kann die Sauerstoffelektrode 2 nur eine großporige Schicht mit einer Porengröße im Bereich von 30 μ haben. Aus den bereits beschriebenen Gründen besteht keine Gefahr, daß der Elektrolyt in die Poren der Elektrode eindringt, so daß kein Differentialdruck zwischen dem Gas und dem Elektrolyten erforderlich ist. Bei solch einer Sauerstoffelektrode kann die Wasserstoffelektrode sowohl eine großporige als auch eine feinporige Schicht haben; als eine weitere Alternative aber soll die Wasserstoffelektrode nur eine feinporige Schicht mit einer maximalen Porengröße von ungefähr 10 μ haben. Bei solch einer Ausführungsform der Wassertsoffelektrode kann sich eine kleine Druckdifferenz zwischen dem Gas und dem Elektrolyten aufbauen. Dadurch wird die poröse Nikkeischicht sehr wenig verformt, und dieses stellt eine gute Berührung zwischen der Elektrode und dem Elektrolyten trotz der Verschiedenheiten in dem Gesamtbetrag des in dem Elektrolyten vorhandenen Wassers sicher. Zu diesem Zweck muß die poröse Nickelschicht ein wenig biegsam und an der perforierten Platte 26 in verhältnismäßig weiten Abständen befestigt sein.In this way, each electrode can be coated with layers of porous nickel with different pore sizes getting produced. As an alternative, the oxygen electrode 2 can only have a large pore layer with a pore size in the range of 30 μ. For the reasons already described, there is no risk of the electrolyte penetrating into the pores of the electrode, so that there is no differential pressure between the gas and the electrolyte is required. In the case of such an oxygen electrode, the hydrogen electrode have both a large-pored and a fine-pored layer; as another alternative but the hydrogen electrode should only have a fine-pored layer with a maximum pore size of about 10 μ. In such an embodiment of the hydrogen electrode, a build up a small pressure difference between the gas and the electrolyte. This becomes the porous Nikke layer deformed very little, and this provides good contact between the electrode and the Electrolytes despite the differences in the total amount of water present in the electrolyte secure. For this purpose, the porous nickel layer must be a little flexible and adhere to the perforated Plate 26 be attached at relatively wide intervals.

Die Ausführungsform des dargestellten Elements ist in vollem Umfang umkehrbar, und darüber hinaus werden die Gase bei Verwendung als ein Elektrolyseur auf der Rückseite des porösen Nickels entwickelt, so daß sie getrennt in die entsprechenden Gasräume 4 und 5 eintreten, ohne daß die Notwendigkeit für irgendein Diaphragma besteht. Um Wasser dem Element hinzuzufügen, um den Verlust bei der Elektrolyse auszugleichen, wird Dampf in den Elektrolyten entlang der Leitung 15 eingeführt, durch welche der Wasserstoff in Zirkulation versetzt wird.The embodiment of the element shown is fully reversible and beyond When used as an electrolyzer, the gases are evolved on the back of the porous nickel, so that they enter the corresponding gas spaces 4 and 5 separately, without the need for any diaphragm. To add water to the element to reduce the loss To balance the electrolysis, steam is introduced into the electrolyte along line 15, through which the hydrogen is put into circulation.

Claims

Patent claims:

1. Use of an electrolyte made from magnesium hydroxide and a solution of alkali hydroxide in a hydrogen-oxygen fuel element with porous electrodes.

2. Using a hydrogen electrode made of nickel with a maximum pore size of 10 μ consists in a fuel element with the electrolyte according to claim 1.

Considered publications:

German Patent Nos. 279 911, 280 908, 367 151;

German Auslegeschrift No. 1051350;

British Patent No. 667298;

U.S. Patent No. 2384463;

Drotschmann, "Trockenbatterien", Leipzig, 1945, p. 321;

Römpp, "Chemielexikon", 4th edition, 1958, columns 2361 to 2366.

1 sheet of drawings