DE1288403B - Vorrichtung zur Verhinderung von Korrosionen an Metallen in stromfuehrenden bewegten Elektrolyten - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verhinderung unerwünschter Korrosionen an Metallteilen, welche sich in einem stromführenden Elektrolyten befinden, wobei der Bereich des stromführenden Elektrolyten, in welchem sich die zu schützenden Metallteile befinden, durch einen Leiter mit geringem Widerstand überbrückt ist.
• Metallteile, welche sich in einem Elektrolyten befinden, sind besonders dann starken Korrosionen ausgesetzt, wenn dieser Elektrolyt von nennenswerten elektrischen Strömen durchflossen wird. Die dabei auftretende Korrosion übersteigt das Ausmaß der normalen Korrosion, welche z. B. durch sogenanute Lokalelemente verursacht - werden kann, um ein Vielfaches.
• In mehrzelligen Brennstoffbatterien wird im allgemeinen ein gemeinsamer Elektrolyt-Kreislauf verwendet, um die zur Regenerierung, zur Förderung und zur Kühlung des Elektrolyten notwendigen Apparate nur einmal aufwenden zu müssen. Da in mehrzelligen Brennstoffbatterien nennenswerte Gesamtspannungen auftreten, wird auch ein dieser Spannung und der Leitfähigkeit entsprechender Verluststrom in dem Elektrolyt-Kreislauf fließen. Selbstverständlich kann man einen großen Teil z. B. der Rohre des Elektrolyt-Kreislaufes aus nicht korrodierenden Stoffen, wie Kunststoffen, herstellen. Das gilt auch für die Pumpen, für Filter usw.; jedoch eignen sich solche Stoffe nicht für Elektrolytkühler bzw. Wärmeaustauscher, bei denen man darauf angewiesen ist, Metallteile zu verwenden, damit ein schneller und ausreichender Wärmeaustausch gewährleistet ist.
• Es ist bereits bekannt, Metallteile in stromdurchflossenen Elektrolyten, wie z. B. aus Metall hergestellte Pumpen u. dgl., durch Überbrückung mit einem metallischen Leiter zu schützen. Jedoch ist bei solchen Anordnungen damit zu rechnen, daß sich an den Übergangsstellen vom Ionenstrom zur Kurzschlußleitung Zersetzungsprodukte der Elektrolyse des Elektrolyten bilden. Diese Zersetzungsprodukte sind in den meisten Fällen Wasserstoff und Sauerstoff, die dann von dem bewegten Elektrolyten mitgeführt werden und deren Zündung zu schweren Unfällen führen kann.
• Besonders bei Brennstoffelementen muß unbedingt vermieden werden, daß Sauerstoffgas gebildet wird und mit dem bewegten Elektrolyten zu den Brennstoffelektroden transportiert wird, da bekanntlich diese Elektroden sehr empfindlich gegen Sauerstoff sind und das Brennstoffelement unter diesen Bedingungen sofort einen erheblichen Potentialabfall erleidet, der zum Zusammenbruch der gesamten Spannung führen kann.
• Aus der USA.-Patentschrift 2762767 ist bereits ein Verfahren bekannt zur Verhinderung der Abscheidung der Kupferionen als Zersetzungsprodukte der elektrolytischen Raffination von Kupferlegierungen an den zu schützenden Metallteilen, beispielsweise an den Pumpen. Hierzu wird die Pumpe durch eine Stromquelle auf ein geeignetes Potential gebracht und dadurch die Abscheidung der Kupferionen verhindert, welche mit der Elektrolytflüssigkeit in die Elektrolysequelle zurückgefördert und dort an der Kathode abgeschieden werden.
• Dieses Verfahren erfordert jedoch eine zusätzliche Stromquelle und verhindert nicht, daß die an den Übergangsstellen vom Ionenstrom zur Kurzschlußleitung.gebildeten Zersetzungsprodukte der Elektrolyse v, on dem bewegten Elektrolyten mitgeführt werden.
• In der deutschen Auslegeschrift 1067 279 wird ein Verfahren zum kathodischen Korrosionsschutz nach dem Fremdstromprinzip beschrieben, bei dem die Anode von einem Diaphragma in Form eines feindurchlöcherten Kunststoffes oder eines Kunststoffgewebes umgeben ist. Auf diese Weise wird ein Teil eines an der Anode abgeschiedenen- ,Gases abgeführt: . .
• Bei bewegten ' Elektrolyten wird jedoch der im Elektrolyten gelöste Teil des Gases mit dem Elektrolyten weggeführt. Außerdem wird durch das Diaphragma der elektrische Widerstand erhöht.
• Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu finden, welche solche Korrosionswirkungen in stromdurchflossenen bewegten Elektrolyten weitgehend verhindert, ohne daß der Elektrolyt durch chemische Zersetzungsprodukte verunreinigt wird.
• Es wurde nun gefunden, daß man Korrosionen an Metallteilen in stromführenden bewegten Elektrolyten durch Überbrücken mit einem elektronischen Leiter weitgehend verhindern kann, ohne daß Zersetzungsprodukte in den Elektrolytstrom gelangen, durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der an den Stromübergangsstellen Mittel zur Speicherung der elektrochemischen Umsetzungsprodukte angeordnet sind, welche den elektrischen Widerstand der Überbrückungsstrecke nicht wesentlich erhöhen.
• Die Mittel, welche in der erfindungsgemäßen Vorrichtung an den Stromübergangsstellen zur Abscheidung oder Speicherung der chemischen Umsetzungsprodukte angeordnet sind, richten sich naturgemäß nach der Art der Zersetzungsprodukte, die bei Stromübergang entstehen. Die Art der Zersetzungsprodukte ist selbstverständlich abhängig vom Elektrolyten und von der Spannung zwischen den Stromübergangsstellen. Unter normalen Bedingungen werden als chemische Zersetzungsprodukte vornehmlich Wasserstoff und Sauerstoff entstehen.
• Vorteilhaft verwendet man als Stromübergangselektroden sogenannte Ventilelektroden, die im Prinzip einer mehrschichtigen Gasdiffusionselektrode entsprechen und eine elektrolytseitig angeordnete fein poröse Deckschicht sowie gasseitig mindestens eine grob poröse Schicht besitzen. Auf diese Weise entweicht das durch' Elektrolyse entstehende Gas in Richtung der grob porösen Schicht aus der Elektrode.
• Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß an den Stromübergangsstellen an- sich bekannte Elektroden von Sekundärelementen angeordnet sind, an denen der Stromübergang unter bestimmten Bedingungen ohne. Gasentwicklung erfolgt. Der Aufbau dieser Elektroden kann in an sich bekannter Weise als Röhrchen-, Taschen- oder Gitterelektroden erfolgen und die Auswahl der aktiven Massen richtet sich naturgemäß nach dem Elektrolyten. Dieser Stromübergang über Elektroden von Sekundärelementen kann entweder zur Entladung der Elektroden oder aber zur Aufladung der Elektroden führen.
• Die Abbildung verdeutlicht in schematischer Darstellung die vorliegende Erfindung mit dem Elektrolytkreislauf 1, der als beispielhafte Angabe zu einem mehrzelligen Brennstoffelement 2 gehört und der durch eine Pumpe 3 umgewälzt wird. In diesem Laugekreislauf 1 befindet sich der Wasserentferner 4, ein Konzentrationsmeßgerät 5 und ein Kühler 6, welche an den Stromübergangsstellen 7 und 8 durch einen elektronischen Leiter 9 überbrückt sind. In dem elektronischen Leiter 9 ist ein Amperestundenzähler 10 vorgesehen, welcher zur Anzeige der Rufladung der aktiven Massen an den Stromübergangsstellen 7 und 8 dient.
• An den Stromübergangsstellen 7 und 8 sind Ventile 12 zur Entnahme der gegebenenfalls entstehenden Gase vorgesehen. Die Aufnahmekapazität der an den Stromübergangsstellen 7 und 8 angeordneten aktiven Massen, beispielsweise von mit elektrochemischer aktiver Masse versehenen Akkumulatorelektroden, ist begrenzt. Durch den Amperestundenzähler 10 ist es jedoch möglich, den Entladungszustand der aktiven Masse zu überwachen und vor dem Erreichen des Zeitpunktes, an dem eine Entladung einsetzt, eine Umkehrung der Stromrichtung in dem Leiter 9 auszulösen. Dies geschieht in der Anordnung nach der Abbildung dadurch, daß über eine geeignete elektrische oder mechanische Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Stand des Amperestundenzählers 10 ein Doppelweghahn 11 geschaltet wird. Durch den Doppelweghahn wird die am positiven Pol des Brennstoffelements 2 mündende Elektrolytleitung einmal mit der Stromübergangsstelle 8 und einmal mit der Stromübergangsstelle 7 verbunden und auf diese Weise die Stromrichtung in dem elektronischen Leiter 9 umgekehrt.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Verhinderung von Korrosionen an Metallteilen in stromführenden bewegten Elektrolyten durch Überbrücken mit einem elektronischen Leiter, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß an den Stromübergangsstellen Mittel zur Speicherung der elektrochemischen Umsetzungsprodukte angeordnet sind, welche den elektrischen Widerstand der Überbrückungsstrecke nicht wesentlich erhöhen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stromübergangsstellen Ventilelektroden angeordnet sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stromübergangsstellen an sich bekannte Elektroden von Sekundärelementen angeordnet sind, an denen der Stromübergang unter Rufladung bzw. Entladung der Elektroden erfolgt.