DE1421596C3 - Fuel electrode structure - Google Patents

Fuel electrode structure

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DE1421596C3
DE1421596C3 DE1421596A DE1421596A DE1421596C3 DE 1421596 C3 DE1421596 C3 DE 1421596C3 DE 1421596 A DE1421596 A DE 1421596A DE 1421596 A DE1421596 A DE 1421596A DE 1421596 C3 DE1421596 C3 DE 1421596C3
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John Roos South Acton Mass. Ehrenfeld (V.St.A.)
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof

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Description

3 43 4

gehend gleichmäßigen Einführen von Brennstoff wobei dieses in Kohlenmonoxid und Wasserstoffgoing uniform introduction of fuel, this in carbon monoxide and hydrogen

durch die poröse Elektrodenoberfläche 1 als auch umgewandelt wird; sodann wird bei der zweitenis converted through the porous electrode surface 1 as well; then the second

als Elektrodenträger verwendbar. Katalysatorschicht 10" aus Eisenoxid eine Umwand-Can be used as an electrode carrier. Catalyst layer 10 "made of iron oxide a conversion

Die Eigenschaften des Trägers Iß ermöglichen die lung oder »Umlagerung« zu Kohlendioxid und Druchführung von Mehrfachkatalysatorvorgängen. 5 Wasserstoff bewirkt, wobei nach dem Durchgang In Fig. 2 ist beispielsweise ein Überzug 10' aus durch die poröse Elektrode 1 Wasserstoffionen entspäter beschriebenem Katalysatormaterial auf das stehen. Auf diese Weise wird das einheitliche Gerüst Zellengerüst 10 aufgebracht, das in irgendeiner Weise 10,10', 10" sowohl für Mehrfachkatalysatorfunkdie poröse Elektrode 1 trägt. Der Brennstoff wird, tionen als auch als Elektrodenträger ausgenutzt. Die wie in F i g. 2 gezeigt, durch den axial zu den Zellen io Wärme aus der elektrochemischen Reaktion in der angeordneten Einlaß 4 eingeführt. Brennstoffzelle kann auch nutzbringend gleichmäßigThe properties of the carrier Iß enable the development or "rearrangement" to carbon dioxide and Implementation of multiple catalyst processes. 5 causes hydrogen, after which passage In FIG. 2, for example, a coating 10 ′ made of hydrogen ions through the porous electrode 1 is depicted described catalyst material on the stand. In this way the unified scaffolding becomes Cell framework 10 applied, which in any way 10,10 ', 10 "both for multiple catalyst functions porous electrode 1 carries. The fuel is used as well as an electrode carrier. the as in Fig. 2 shown by the axial to the cells io heat from the electrochemical reaction in the arranged inlet 4 introduced. Fuel cell can also be beneficial evenly

Beispielsweise ist der Elektrodenaufbau nach über die Elektrode 1 in die Zellen 10 zur Unter-Fig. 2 außerordentlich gut zur Umwandlung von Stützung der Umwandlungswärme abgeleitet werden. Brennstoffen, wie Methan, Methanol usw. geeignet. Die Elektrode 1 selbst kann andererseits das Eisen-Wenn ein Kohlenwasserstoff oder ein anderer geeig- 15 oxid tragen, um einer katalytischen Funktion in der neter Brennstoff bei 4 eingeführt und ein Überzug vorstehend beschriebenen Weise zu dienen, oder 10 aus Nickel beispielsweise im ersten Teil der jeder der Fläche des Gerüstes 10 kann mit einer Kanäle 10 'und ein zweiter Überzug 10" aus beispiels- porösen Elektrode oder einer Katalysatorschicht verweise Eisenoxyd auf einem zweiten Teil der Kanäle sehen sein. Selbstverständlich kann darüber hinaus angewendet wird, findet die folgende Mehrfach- 20 das Kata'ysatormaterial 10' oder 10" in vorbestimmkatalysatorreaktion innerhalb des Elekirodenträger-. ten Bereichen lediglich des Trägers angewendet oder gerüstes statt: zuerst wirkt die kaialytische Nickel- angeordnet sein, falls dies aus besonderen örtlich schicht 10' bei einer Temperatur von 500° C oder bedingten oder anderen Gründen erwünscht sein mehr auf das durchströmende Methan od. dgl. ein, sollte.For example, the electrode structure is shown via the electrode 1 in the cells 10 to the sub-Fig. 2 can be derived exceptionally well for conversion by supporting the conversion heat. Fuels such as methane, methanol, etc. are suitable. The electrode 1 itself, on the other hand, may be iron-if a hydrocarbon or other suitable oxide to carry out a catalytic function in the neter fuel introduced at 4 and a coating to serve in the manner described above, or 10 made of nickel, for example, in the first part of each of the surface of the framework 10 can be provided with a Channels 10 'and a second coating 10 "made, for example, of a porous electrode or a catalyst layer, refer Iron oxide can be seen on a second part of the canals. Of course, you can also is applied, the following multiple 20 finds the catalyst material 10 'or 10 "in predetermined catalyst reaction within the electrode carrier. th areas only applied to the carrier or Scaffolding instead: first acts the kaialytic nickel-be arranged, if this is special locally layer 10 'at a temperature of 500 ° C or conditional or other reasons may be desirable more on the methane flowing through or the like, should.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

1 2 der Schichten geeignet sind und die insbesondere Patentansprüche: für die Herstellung darin enthaltener Poren als Ergebnis des Sinterprozesses über kleine und große1 2 of the layers are suitable and the claims in particular: for the production of pores contained therein as a result of the sintering process over small and large 1. Brennstoffelektrodenaufbau mit einem po- Flächen geeignet sind.1. Fuel electrode construction with a po surfaces are suitable. rösen elektronisch nicht leitenden Träger, der 5 Bevorzugte Materialien des obenbeschriebenen mit einer Vielzahl gleichförmiger benachbarter, £harakters sind feuerkeramische und hochtemperaweitgehend paralleler Kanäle versehen ist, die turkeramische Stoffe, die eine mindestens zu 50%, senkrecht zu einer auf einer Seite aufgebrachten vorzugsweise größere, offene Fläche haben und porösen Elektrodenschicht verlaufen, dadurch honigwabenartige Zellen von vorzugsweise porösgekennzeichnet, daß die Elektrodenschicht io wandiger Bauart aufweisen, wobei die Wändstärke dem Elektrolyten zugewandt ist und daß Mittel etwa einige zehn /<m, die Wandporosität etwa 4O0Zi) zum Einbringen eines Kohlenwasserstoff-Brenn- und die Zellenquerausdehnung etwa 0,125 mm stoffes in die Kanäle vorgesehen sind und daß beträgt.red, electronically non-conductive carrier, the 5 Preferred materials of the above-described with a large number of uniform, adjacent, character are fire-ceramic and high-temperature largely parallel channels, the tur-ceramic materials, which are at least 50% perpendicular to one on one side, preferably larger, Have open surface and run porous electrode layer, characterized by honeycomb-like cells of preferably porous that the electrode layer has a walled construction, the wall thickness facing the electrolyte and that means about a few tens / <m, the wall porosity about 40 0 Zi) for introducing one Hydrocarbon fuel and the transverse cell expansion about 0.125 mm are provided in the channels and that is. die Wände der Kanäle mit mindestens einem Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einesthe walls of the channels with at least one object of the invention is to provide one Katalysator zum Umsetzen des Kohlenwasser- 15 neuen und verbesserten Brennstoffelektrodenaufbaus,Catalyst for converting the hydrocarbon 15 new and improved fuel electrode structure, stoffes in Kohlendioxid und Wasserstoff bedeckt der den vorstehend erörterten Prinzipien entspricht,substance covered in carbon dioxide and hydrogen which corresponds to the principles discussed above, sind. jedoch darüber hinaus weitere Vorteile bietet, z. B.,are. however, it also offers other advantages, e.g. B., 2. Elektrodenaufbau nach Anspruch 1, dadurch daß der Träger selbst einen Einlaß für Brennstoff - . gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von oder Oxydationsmittel in eine Brennstoffzelle, wobei2. Electrode assembly according to claim 1, characterized in that the carrier itself has an inlet for fuel -. characterized in that when using or oxidizing agents in a fuel cell, wherein Methan als Brennstoff der Katalysator aus so dieser Aufbau die Anwendung eines Mehrfach-Methane as fuel the catalyst from so this structure the application of a multiple aneinandergrenzenden Nickel- und Eisenoxid- katalysatorvorganges innerhalb des Elektroden-adjacent nickel and iron oxide catalyst process within the electrode - schichten besteht, wobei sich das Nickel an der gerüstes oder seiner Umgebung gestattet und insvon der Elektrode abgewandten Seite befindet. besondere zum Arbeiten mit hohen Temperaturen- There are layers, with the nickel permitting itself to the framework or its surroundings and insvon the side facing away from the electrode. especially for working with high temperatures geeignet ist.
35 Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß
suitable is.
35 According to the invention, the object is achieved
vorgeschlagen, daß die Elektrodenschicht demsuggested that the electrode layer the Elektrolyten zugewandt ist und daß Mittel zum Einbringen eines Kohlenwasserstoff-Brennstoffes in dieElectrolyte facing and that means for introducing a hydrocarbon fuel into the Die Erfindung betrifft einen Brennstoffelektroden- Kanäle vorgesehen sind und daß die Wände derThe invention relates to a fuel electrode channels are provided and that the walls of the aufbau mit einem porösen elektronisch nicht leiten- 30 Kanäle mit mindestens einem Katalysator zum den Träger, der mit einer Vielzahl gleichförmiger, Umsetzen des Kohlenwasserstoffes in Kohlendioxid benachbarter, weitgehend paralleler Kanäle versehen und "Wasserstoff bedeckt sind. * Structure with a porous, electronically non-conductive channels with at least one catalyst for the carrier, which are provided with a large number of uniform, largely parallel channels and are covered with a large number of uniform, largely parallel channels that convert the hydrocarbon into carbon dioxide. * ist, die senkrecht zu einer auf einer Seite aufgebrach- Die Erfindung ist nachstehend an Hand von Aus-which is perpendicular to one on one side. The invention is described below with reference to ten porösen Elcktrodenschicht verlaufen. führungsbeispiclen in Verbindung mit der Zeichnungth porous electrode layer run. management examples in connection with the drawing In der Patentanmeldung P 14 21372.0 wird ein 35 näher beschrieben. Es zeigtIn the patent application P 14 21372.0 a 35 is described in more detail. It shows neuartiger Elektrodenaufbau vorgeschlagen, der die F i g. 1 eine schematische perspektivische Ansicht,novel electrode structure proposed, which the F i g. 1 a schematic perspective view, praktische Herstellung und Verwendung dünner die die Einführung von Brennstoff in eine Brennstoffelektronenleitender Schichten ermöglicht, die sonst zelle mit einem Elektrodenaufbau nach der Erfinnicht selbsttragend sind und in manchen Fällen dung jedoch der Deutlichkeit halber ohne Kata-practical manufacture and use of thinner the the introduction of fuel into a fuel electron conductor Allows layers that would otherwise not have a cell with an electrode structure according to the invention are self-supporting and in some cases, however, for the sake of clarity, without a cata- schwierig in porösem Zustand herzustellen sind, wie 40 lysatorbeschichtung, zeigt, und
es für bestimmte Verwendungszwecke für Elektroden, F i g. 2 eine ähnliche Ansicht einer abgeänderten
are difficult to manufacture in a porous state, as shown in FIG. 40 lysator coating, and
it for certain uses for electrodes, F i g. Figure 2 is a similar view of a modified one
einschließlich bei Brennstoffzellen, erforderlich ist. Ausführungsform, die für Mehrfachkatalysatorvor-Gemäß der dort beschriebenen Ausführung haften gänge geeignet ist.including fuel cells. Embodiment suitable for multiple catalyst according to the design described there is suitable. solche elektronenleitenden Schichten an elektronen- In F i g. 1 ist eine dünne elektronenleitende porösesuch electron-conducting layers on electron- In F i g. 1 is a thin electron conductive porous isolierenden, vorzugsweise porösem, Material, was 45 Schicht oder Fläche 1 gezeigt, die aus gesintertem z.-B. durch Ansintern erreicht werden kann, wobei platinierten Nickel, platiniertem Silber, Nickel, Silber der nichtleitende Träger mit einer Vielzahl von oder Magnetit usw. bestehen kann und die nach gleichförmigen, benachbarten, weitgehend parallelen Ansintern auf der Oberfläche einer Reihe oder Viel-Kanälen versehen ist. Sintertechniken zum Ausbilden zahl von gleichförmigen, benachbarten, weitgehendinsulating, preferably porous, material, what 45 layer or surface 1 shown, made of sintered e.g. can be achieved by sintering, being platinized nickel, platinized silver, nickel, silver the non-conductive support may consist of a variety of or magnetite, etc. and the after uniform, adjacent, largely parallel sintering on the surface of a row or multiple channels is provided. Sintering techniques to form a number of uniform, adjacent, largely und Anbacken von porösen leitenden an Träger- 50 parallelen Kanälen 10 aus elektronenisolierendem schichten sind beispielsweise in »Treatise on Powder Material, beispielsweise dem oben beschriebenen Metallurgy« von C. Goetzel, Interscience Publishers, porösen feuerkeramischen Material, haftet und von 1949, Band 1, Kap. 14, 15, beschrieben. Mit dem dieser getragen wird.and bonding of porous conductive channels 10 made of electron-insulating material parallel to the carrier 50 layers are, for example, in "Treatise on Powder Material, for example the one described above Metallurgy «by C. Goetzel, Interscience Publishers, porous fire-ceramic material, adheres and from 1949, volume 1, chap. 14, 15. With which this is worn. hier verwendeten Ausdruck »Elektronenisolator« Die Zellenwände 10 sind porös, was durch dieThe term "electron insulator" used here. The cell walls 10 are porous, which is caused by the werden darüber hinaus sowohl Materialien, die keine 55 Punktierung veranschaulicht ist, um die Einführung Elektronenleitfähigkeit zeigen, wie z. B. gebrauch- des Brennstoffes durch die Poren in der dünnen liehe Isolatoren aus Glas, Keramik usw., als auch Elektrodenoberfläche 1, z. B. in den Elektrolyten ionenleitende feste Substanzen, wie Ionenaustauscher, einer Brennstoffzelle oder einer ähnlichen Kammer, bezeichnet, die in »Ion Exchange Resine« von Robert wie sie begrenzt durch eine zweite ähnliche poröseIn addition, both materials that no 55 puncturing is illustrated in order to introduce Show electron conductivity, such as B. use of fuel through the pores in the thin borrowed insulators made of glass, ceramic, etc., as well as electrode surface 1, z. B. in the electrolyte ion-conducting solid substances such as ion exchangers, a fuel cell or a similar chamber, referred to in "Ion Exchange Resine" by Robert as bounded by a second similar porous Kunin, zweite Auflage, 1958, John WiIy & Sons, 60 Elektrode 1' dargestellt ist, zu gestatten. Der dar-Inc, New York, Kap. 5 und 11, näher erörtert gestellte Einlaß 4 erstreckt sich durch eine zellenwerden. abdichtende obere Wand, wobei er die SeitenkantenKunin, Second Edition, 1958, John WiIy & Sons, 60 Electrode 1 '. The Dar Inc, New York, chap. 5 and 11, further discussed inlet 4 extends through a cell. sealing top wall, being the side edges Wie in der genannten Anmeldung dargelegt ist, der Zellen offen läßt, um Brennstoff in die poröswurde gefunden, daß das Ansintern dünner Metall- wandigen, mit mindestens einem Katalysator bc-As set out in the cited application, the cells leave open to allow fuel into which has become porous found that the sintering of thin metal walls with at least one catalyst bc- od. ä. elektronenleitender Schichten an solche elek- 65 schichteten (in Fig. 1 nicht dargestellt) Kanäle 10 tronenisolierenden Stoffe zu robusten Elektroden- in Richtung der Reihen einzulassen. Der Träger 10 anordnungen führt, die außerordentlich gut zum ist hinsichtlich seiner eben erwähnten Eigenschaften Tragen sosnt nicht selbsttragender clektroncnleiten- somit sowohl als Bestandteil de:: Einlasses zum weit-or the like. Electron-conducting layers on such electrically-layered (not shown in FIG. 1) channels 10 Electron-insulating fabrics to allow sturdy electrodes- in the direction of the ranks. The carrier 10 arrangements that are extremely good in terms of its properties just mentioned Carrying is not a self-supporting clektroncnleiten- thus both as part of the :: admission to the wide-
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