DE1224798B

DE1224798B - Fuel element

Info

Publication number: DE1224798B
Application number: DEL40828A
Authority: DE
Inventors: Ralph Barton Rozelle; George Jamison Young
Original assignee: Leesona Corp
Current assignee: Leesona Corp
Priority date: 1961-01-23
Filing date: 1961-12-29
Publication date: 1966-09-15
Also published as: CH440398A; NL273310A

Description

Brennstoffelement Die Erfindung betrifft Brennstoffelemente, die mit gesättigten Kohlenwasserstoffen mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen als Brennstoff betrieben werden können. Diese Kohlenwasserstoffe, d. h. Äthan und insbesondere Propan und Eutan, sind einerseits leicht erhältlich und gut lagerfähig, sind andererseits aber bekanntlich chemisch inert und insbesondere in bei niedrigen Temperaturen arbeitenden Brennstoffelementen schwer oxydierbar, so daß mit den bisher in Brennstoffelementen verwendeten Elektroden keine ausreichend hohen Stromdichten erzielt werden konnten.Fuel element The invention relates to fuel elements with saturated hydrocarbons with 2 to 4 carbon atoms operated as fuel can be. These hydrocarbons, i.e. H. Ethane and especially propane and Eutan are on the one hand easily available and can be stored well, but on the other hand are is known to be chemically inert and especially when working at low temperatures Fuel elements are difficult to oxidize, so that with the previously in fuel elements electrodes used could not achieve sufficiently high current densities.

Aus »Industrial and Engineering Chemistry«, 52 (1960, 4); S. 299, ist es- bekannt, daß -Metalle der Gruppe VIII die »Verbrennung« von Äthylen und Acetylen in Brennstoffelementen katalysieren. Über die Verwendbarkeit gesättigter Kohlenwasserstoffe als Brennstoffe in Brennstoffelementen ist dieser Literaturstelle nichts zu entnehmen.From "Industrial and Engineering Chemistry", 52 (1960, 4); P. 299, it is known that group VIII metals cause the "combustion" of ethylene and Catalyze acetylene in fuel elements. About the availability of saturated This reference is made up of hydrocarbons as fuels in fuel elements nothing to be found.

Gegenstand der Erfindung ist ein Brennstoffelement mit einem Elektrolyten, wenigstens einer positiven Elektrode und wenigstens einer Brennstoffelektrode. Das Brennstoffelement ist dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff ein - gesättigter Kohlenwasserstoff mit 2 bis 4 K_ohlenstoffatomen ist und die Brennstoffelektrode als katalytisch wirksamen Bestandteil ein Metall der zweiten oder dritten Reihe der Gruppe VIII des Periodischen Systems der Elemente enthält.The invention relates to a fuel element with an electrolyte, at least one positive electrode and at least one fuel electrode. That Fuel element is characterized in that the fuel is a - saturated Is a hydrocarbon with 2 to 4 carbon atoms and is the fuel electrode a metal of the second or third row as the catalytically active component of Group VIII of the Periodic Table of the Elements.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß bei der Verwendung von Äthan als Brennstoff bei 650° C in Phosphorsäure unter Verwendung von Platin als Katalysator in den Elektroden eine Stromdichte von 2,0 mA/cm2, bei Verwendung von Äthylen dagegen nur eine Stromdichte von 1,0 m/Acm2 bei 0,5 V, bezogen auf das reversible Wasserstoffpotential, erzielt wird. Es mußte erwartet werden, daß die ungesättigte Verbindung Äthylen für die Reaktion zugänglicher wäre als das gesättigte Äthan.Surprisingly, it was found that when using ethane as fuel at 650 ° C in phosphoric acid using platinum as a catalyst a current density of 2.0 mA / cm2 in the electrodes, but when using ethylene only a current density of 1.0 m / Acm2 at 0.5 V, based on the reversible hydrogen potential, is achieved. It was to be expected that the unsaturated compound would be ethylene would be more accessible for the reaction than the saturated ethane.

Die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Elektroden können hergestellt werden, indem man ein geeignetes Gerüst, wie porösen Kohlenstoff, in bekannter Weise mit Ruthenium, Rhodium, Palladium; Osmium, Iridium oder Platin aktiviert.The electrodes used in accordance with the present invention can can be made by placing a suitable scaffold, such as porous carbon, in known way with ruthenium, rhodium, palladium; Osmium, iridium or platinum activated.

Alternativ können in ebenfalls bekannter Weise die obigen Metalle in Pulverform gesintert werden. Solche SinterelektrQden sind jedoch teuer. Die Verfahren zur Herstellung der Elektroden bilden nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.Alternatively, the above metals can also be used in a known manner be sintered in powder form. However, such sintered electrodes are expensive. The proceedings for producing the electrodes do not form the subject of the present invention.

Es wurde gefunden, daß Rhodium sich besonders gut als Katalysator für die elektrochemische Oxydation von Propan oder anderen niedrigmolekularen Beispiel 1 Eine mit Palladium aktivierte Kohlenstoffelektrode wurde wie folgt hergestellt: Eine 10°/oige wäßrige Lösung von Palladiumnitrat wurde auf eine Temperatur von 65° C erwärmt. In diese Lösung wurde eine poröse Kohlenstoffplatte getaucht und 11/2 Stunden bei vermindertem Druck darin gehalten: Das imprägnierte Kohlenstoffgerüst wurde aus dem Bad entnommen und in einen Ofen von 400° C gegeben, durch den Wasserstoff geleitet wurde, so daß die Oberfläche des Kohlenstoffgerüstes mit Palladium aktiviert wurde.It has been found that rhodium works particularly well as a catalyst for the electrochemical oxidation of propane or other low molecular weight example 1 A palladium activated carbon electrode was made as follows: A 10% aqueous solution of palladium nitrate was heated to 65 ° C heated. A porous carbon plate was immersed in this solution and 11/2 Held in it for hours at reduced pressure: the impregnated carbon structure was removed from the bath and placed in an oven at 400 ° C, through the hydrogen was passed so that the surface of the carbon skeleton is activated with palladium became.

Mit einer mit Silber aktivierten Kohlenstoffplatte als positiver Elektrode und der wie oben beschrieben mit Palladium aktivierten Kohlenstoffplatte als Brennstoffelektrode wurde unter Verwendung einer 8molaren wäßrigen Kaliumhydroxydlösung als Elektrolyt mit einem geeigneten Gehäuse ein Brennstoffelement hergestellt. Das Element wurde -bei Atmosphärendruck mit Propan als Brennstoff betrieben, wobei die folgenden Werte für Temperatur, Spannung und Stromdichte gemessen wurden: Polarisation der Tempe- Brennstoffelektrode ratur Sprung Stromdichte gegen eine reversible o C Volt mA/em2 Wasserstoffelektrode in der gleichen - Lösung 79 0,40 7,0 0,5 79 0;35 16,8 0,53 56 0,35 1,5 0,6 56 0,30 10,0 0,65 43 0,25 4,1 0,65 43 0,15 14,0 0,78 27 0,20 4,0 0,69 27 0,10 14,0 0,75 Beispiel 2 Mit einem geeigneten Gehäuse wurde unter Verwendung einer positiven Elektrode aus porösem Kohlenstoff und einer Brennstoffelektrode aus mit Platin aktiviertem Kohlenstoff unter Verwendung einer 5molaren wäßrigen Kaliumhydroxydlösung als Elektrolyt ein Brennstoffelement hergestellt. Temperatur, Spannung und Stromdichte ergaben sich bei Atmosphärendruck und unter Verwendung von Propan als Brennstoff wie folgt: Polarisation der Tempe- Brennstoffelektrode ratur Sprung Stromdichte gegen eine reversible a C Volt mA/cm2 Wasserstoffelektrode in der gleichen Lösung 79 0,35 1,3 0,6- 79 0,25 4,8 0,67 79 0,15 8,3 0,72 64 0,25 0,85 0,68 64 0,15 2,7 0,75 64 0,10 3,7 0,79 60 0,20 1,6 0,71 60 0,10 3,5 0,79 52 0,10 1,6 0,79 Beispiel 3 Mit einem geeigneten Gehäuse wurde unter Verwendung von porösem Kohlenstoff als positiver Elektrode, einer mit Rbodium aktivierten Brennstoffelektrode und einer 5molaren wäßrigen Kaliumhydroxydlösung als Elektrolyt ein Brennstoffelement hergestellt. Temperatur, Spannung und Stromdichte ergaben sich bei Atmosphärendruck und bei Verwendung von Propan als Brennstoff wie folgt: Polarisation der Tempe- Brennstoffelektrode ratur Sprung Stromdichte gegen eine reversible o C Volt mA/cm2 Wasserstoffelektrode in der gleichen Lösung 89 0,30 I 9,5 0,6 89 0,25 . 19,6 0,62 89 0,175 35,0 0,65 53 0,15 9,2 0,7 53 0,02 15,6 0,78 27 0,05 2,0 " 0,84 With a carbon plate activated with silver as the positive electrode and the carbon plate activated with palladium as described above as the fuel electrode, a fuel element was produced with a suitable housing using an 8 molar aqueous potassium hydroxide solution as the electrolyte. The element was operated at atmospheric pressure with propane as fuel, the following values for temperature, voltage and current density being measured: Polarization of Tempe fuel electrode rature jump current density against a reversible one o C volt mA / em2 hydrogen electrode in the same - Solution 79 0.40 7.0 0.5 79 0; 35 16.8 0.53 56 0.35 1.5 0.6 56 0.30 10.0 0.65 43 0.25 4.1 0.65 43 0.15 14.0 0.78 27 0.20 4.0 0.69 27 0.10 14.0 0.75 Example 2 A fuel element was manufactured with a suitable housing using a positive electrode made of porous carbon and a fuel electrode made of platinum activated carbon using a 5 molar aqueous potassium hydroxide solution as the electrolyte. The temperature, voltage and current density at atmospheric pressure and using propane as fuel were as follows: Polarization of Tempe fuel electrode rature jump current density against a reversible one a C volt mA / cm2 hydrogen electrode in the same solution 79 0.35 1.3 0.6- 79 0.25 4.8 0.67 79 0.15 8.3 0.72 64 0.25 0.85 0.68 64 0.15 2.7 0.75 64 0.10 3.7 0.79 60 0.20 1.6 0.71 60 0.10 3.5 0.79 52 0.10 1.6 0.79 Example 3 A fuel element was produced with a suitable housing using porous carbon as the positive electrode, a fuel electrode activated with carbon and a 5 molar aqueous potassium hydroxide solution as the electrolyte. The temperature, voltage and current density were as follows at atmospheric pressure and when propane was used as fuel: Polarization of Tempe fuel electrode rature jump current density against a reversible one o C volt mA / cm2 hydrogen electrode in the same solution 89 0.30 I 9.5 0.6 89 0.25. 19.6 0.62 89 0.175 35.0 0.65 53 0.15 9.2 0.7 53 0.02 15.6 0.78 27 0.05 2.0 "0.84

Claims

Claims: 1. Fuel element with an electrolyte, at least a positive electrode and at least one fuel electrode, d a d u r c h g e - indicates that the fuel is a saturated hydrocarbon with 2 to 4 carbon atoms and the fuel electrode as catalytically effective Part of a metal of the second or third row of Group VIII of the Periodic System of elements contains. z. Fuel element according to Claim 1, characterized in that that the fuel is propane. 3. Fuel element according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the catalytic metal is rhodium. Considered publications: German Auslegeschrift No. 1036 345; Industrial and Eng. Chemistry, 52 (1960, 4), P.299. -