DE1496114A1 - Brennstoffzelle fuer gasfoermigen Brennstoff - Google Patents

Description

Anmelder} General Electric Company, Schenectady, New York, USA

Brennstoffzelle für gasförmigen, Brennstoff

Die Erfindung betrifft Brennstoffzellen für gasförmigen Brennstoff«

Obwohl die meisten bekannten Brennstoffzellen für Wasserstoff und Sauerstoff zufriedenstellend arbeiten, besitzen sie gewisse Bachteile, wenn Kohlenstoff enthaltende Brennstoffe verwandt werden. Die beiden Produkte der-Zellenreaktion sind Kohlendioxyd und Wasser, die beide aus der Zelle abgeführt werden müssen, wenn diese während längerer Zeitspannen arbeitet und die Zusammensetzung des Elektrolyts bei einer Arbeitsweise Im Gleichgewichtszustand konstant bleiben soll. Wenn Wasserstoff und Hauerstoff als Brennstoff verwandt werden» besteht dieses Problem ebenfalls für das Wasser» welches Produkt der Zellenreaktion ist«

Viele bekannte Brennstoffzellen benützen als Elektrolyt geschmolzene· Salz in einem festen Träger oder in einer Ionenaustauschermembran aus Bars, um diese Schwierigkeiten zu überwinden. Dadurch wird jedoch der imusr« Widerstand der Zellen wegen der Anwesenheit des trägers oder des fehlen« einer Wässrigen Phase erhöh«·

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Es Ist deshalb ein Ziel der Erfindung», trolyt anzugeben, der in konzentrierten wässrigen Lösungen ,.,-, unter Gleichgewichtsbedingungen in einer Brennstoff Brille, bei^ ^ _f ^ leicht aufrechtzuerhaltenden Temperaturen verwandt werden kann, und der gewünschtenfalls von sich aus Wasser abweist, wenn ein Betrieb mit Wasserstoff als Brennstoff erfolgt,« und sowohl. Wasser als auch .Kohlendioxyd, wenn ein Betrieb mit kohlenstoffhaltigen Gasen als Brennstoff erfolgt, z.B· mit Kohlensiasaer- istoffen, Kohlenmonoxyd, Dämpfen von Alkoholen, Äther, Aldehyden, Ketonen usw. , .

JBs ist ferner ein Ziel der Erfindung, eine Brennstoffzelle mit einem derartigen Elektrolyt anzugeben«

Die Erfindung bezieht sich deshalb auf eine Brenn-, ■-stoffzelle, die eine Einrichtung zur Zuführung eines gasförmigen Brennstoffs zu einer der Elektroden aufweist, sowie, eine . , Einrichtung zur Zufuhr eines oxydierenden Gases zu der anderen Elektrode, und ist durch einen Elektrolyt gekennzeichnet, aus einer wässrigen Lösung mit Kationen'von Subidium u Zäsium sowie Anionen deren Hydroxyde, Karbonate oder Bikarbonate oder Mischungen davon besteht. ■ -■ . .. . _?;. ,-^-v..^^,:, ■■;*.*.;;:.„■■'*£}:.€ , Eine wässrige Lösung der Hydroxyde,,Karbonat·.oder. · ,-, Bikarbonat* von Rubidium oder Zäsium bzw· Mischungen, davon er- _r gibt einen besonders guten, Elektrolyt für Brennstoffeellen, . inabeeondere tür. Brennstoffzellen für Kohlenstoff enthaltend· Brennetoffβ, da die elektronische Leitfähigkeit dieser wässrigen Löeungen sowohl in verdünnten als auch in konzentrierten Lösungen vernachlässigter ist, wahrend die elektrolytisch« Leit-

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fähigkeit sehr hoch ist· Diese wässrige Elektrolyts enthaltenden Brennstoffzellen sind innerhalb großer Temperatur- und Druck-» bareiche arbeitsfähig und können mit Wasserstoff und Luft bei Zimmertemperatur und Atmosphärendruck mit hoher Leistung und niedriger Polarisation sowie mit hohem spezifischen Wirkungegrad arbeiten, Gewünsentenfalls können die Zellen über oder unter dem Hormalzuetand von umgebungstemperatur und Druck innerhalb der Grenzen betrieben werden, die durch Gefrierpunkt und Siedpunkt des wässrigen Elektrolyts gegeben sind. Wenn dünne Elektroden verwandt werden, um den wässrigen Elektrolyt zu begrenzen, soll* te der Druck des in Berührung mit den Elektroden gelangenden Brennstoffs und oxydierenden Gases vorzugsweise gleich sein, während die Druckdifferenz in keinem Falle die Widerstandsfähigkeit der Elektroden gegen die auftretenden Kräfte überschreiten darf·

··■■'- Der wässrige Elektrolyt für Brennstoffzellen gemäß der Erfindung kann entweder ein Hydroxyd, Karbonat oder Bikarbonat von Rubidium, ein Hydroxyd, Karbonat oder Bikarbonat Ton Zäeiurn oder eine Mischung irgendwelcher oder aller dieser Terbindungen enthalten. Die wäesrige Lösung kann in jeder gewünschten Konzentration von der verdünnten bis zur gesättigten Lösung hergestellt werden, wobei die Auswahl von der gewünschten Leitfähigkeit und denBetriebszustand« der Brennstoffseil· abhängt. Wenn es erwünscht iet, daß die Zelle, Wasser abweist, sollte die Temperatur für den Betrieb der Zelle¹" oder die Konzentration des Elektrolyts so gewählt werden, daß: der Dampfdruck des Wassers in der Lösung groß- genug ist^; Um^die gewünschte

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. Verdampfungsgeschwindigkeit des Wassers aus der Zelle zu bewirken und die gewünschte Konzentration aufrechtzuerhalten. Im allgemeinen ergeben Temperaturen bis zu 25 - 10° 0 unter dem Siedepunkt der Lösung zufriedenstellende Verdampfungsgesohwindigkeiten des Wassers aus der Elektrolytlösung· Durch geeignet« Auswahl der Konzentration der Rubidium- und Zäsiumverbindungen, können Lösungen mit Siedepunkten von etwas oberhalb 100⁰C bis zu mehr als 200°0 hergestellt werden.

Der Dampfdruck des Wassers in der Elektrolytlösung ist sowohl von der Temperatur als auch von der Konzentration des Elektrolyts abhängig. Wenn es deshalb gewünscht 1st, die Brennstoffzelle so zu betreiben, daß sie von sich aus Wasser duroh Verdampfung des Wassers aus dem Elektrolyt durch dl« Elektroden in die Gaskammern bewirkt, etehen zwei Alternativen zur Verfügung. Die Brennstoffzelle kann bei einer gegebenen Konzentration des Elektrolyts durch Auswahl der temperatur batrieben werden, bei der das durch die Zellenreaktion erzeugte

so Wasser/schnell verdampft wird, wie es gebildet wird· Dft der Betrieb der Brennstoffzelle gemäß der Erfindung nicht empfindlich gegenüber der Konzentration des Elektrolyts 1st, muS dl· Verdampfungsgesohwlndlgkeit nicht genau überwacht werden, damit sie zu jeder Zeit genau mit der Oeeohwlndigkeit der Waseerbildung übereinstimmt. Der eine Faktor kann den anderen während einer längeren Zeltspanne überschreiten und duroh einen derartigen Betrieb der Zelle kompensiert werden, daß die Bedingungen hinsichtlich der Verdampfung und der Erzeugung des Wassers umgekehrt werden. Dadurch kann der Bedienende dl« Tm-

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peratur der Brennstoffseile leicht einstellen, bis die Konzentration des Elektrolyts konstant bleibt.

Wenn es gewünscht ist, die Brennstoffzelle bei einer speziellen Temperatur zu betreiben, kann andererseits die Konzentration des Elektrolyts eingestellt werden, um die gewünschte Geschwindigkeit für die Entfernung des Wassers aus der Zelle zu erzielen. Bei einer vorgegebenen Temperatur erniedrigt eine Erhöhung der Konzentration des Elektrolyts die Verdampfungsgesohwindigkeit des Wassers, während eine Erniedrigung der Konsentration die Verdampfungsgeβchwindigkeit erhöht. Wenn deshalb die Verdampfung des Wassers aus dem Elektrolyt zu langsam erfolgt, kann der Elektrolyt durch den Zusatz von Wasser verdünnt werden, oder die Zelle kann betrieben werden, bis das duroh die Zellenreaktion erzeugte Wasser den Elektrolyt auf die Konsentration verdünnt, bei der Wasser so sohneil verdampft wird, wie es gebildet wird. Wenn umgekehrt die Verdampfung zu schnell erfolgt, kann weiterer fester Elektrolyt zugesetzt werden oder die Zelle kann betrieben werden, bis die Konzentration erreicht ist« bei der Wasser nur so schnell verdampft wird, wie es gebildet wird. Duroh eine geeignete Auswahl der Temperatur und der Konzentration kann deshalb der Bedienende leicht bestimmbar· und steuerbare Maßnahmen ergreifen, um Wasser aus dem Elektrolyt so schnell herauszuholen, wie es gebildet wird. Bas abgewiesene Wasser kann leicht aus der Gaskammer entfernt werden, indem β.B. das feuchte Gfaa mit Hilfe von Trockenmitteln oder duroh Kondensation usw. gereinigt, entwässert oder getrocknet wird. Derartige Mittel sind bekannt und können ent-

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sprechend den vorliegenden Gegebenheiten geeignet ausgewählt werden.

Oberhalb 150°C sind sowohl Rubidium- als auch Zäsiumbikarbonat in wässriger Lösung bei Atmosphärendruck thermisch unstabil und zersetzen sich in die entsprechenden Karbonate unter Entwicklung von Kohlendioxyd. Unterhalb dieser Temperatur sind mehrere Gleichgewichtekonzentrationen vorhanden, bei denen sowohl Rubidium- als auch Zäsiumkarbonate und -bikarbonat· vorliegen, wobei das genaue Verhältnis von der Temperatur der Lösung und dem Partialdruok des vorhandenen Kohlendioxyds abhängt* In einer mit einem Kohlenwasserstoff als Brennstoff arbeitenden Brennstoffzelle wandelt deshalb das durch die Zellenreaktion erzeugte Kohlendioxyd Rubidium- und Zäsiumhydroxyde in die entsprechenden Karbonate und dann in die Bikarbonate um, bis das Verhältnis von Karbonat zu Bikarbonat in der Lösung den Gleichgewichtszustand erreicht, der durch die Temperatur des Elektrolyts, den Partialdruok des Kohlendioxyds und die Betriebsbedingungen der Brennstoffzelle bestimmt ist. Eine weitere Erzeugung von Kohlendioxyd durch die Zellenreaktion führt dazu, daß das überschüssige Kohlendioxyd von dem Elektrolyt in di· Anodenkammer verdrängt wird, in der es entweder absorbiert oder aus der Zelle herausgeleitet wird« Dieselbe Gleichgewichtskonzentration wird auch durch denselben Mechanismus erreicht, wenn der anfängliche Elektrolyt entweder aus Rubidium- und Zäsiumkarbonaten oder aus Rubidium- und Zäsiumbikarbonaten besteht. Zäsium und Rubidium sind die einzigen Alkalimetalle, deren Karbonate und Bikarbonate hinreichend gut in Wasser löslich

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sind, daß sehr konzentrierte Lösungen hergestellt werden können. Ferner sind ihre Bikarbonate selbst in Anwesenheit der entsprechenden Karbonate gut löslich. Deshalb sind Zäsium und Rubidium die einzigen Alkalimetalle, deren Hydroxyde, Karbonate und Bikarbonate als Elektrolyt in Konzentrationen verwandt werden können, die groß genug sind, um eine optimale Leitfähigkeit in einer Brennstoffzelle mit einem kohlenstoffhaltigen Gas als Brennstoff zu ergeben, ohne daß das Karbonat oder Bikarbonat aus dem Elektrolyt ausfällt und die Poren der Anode verstopft.

Wenn die Brennstoffzelle mit Wasserstoff und Sauerstoff oder Luft betrieben wird, werden an der Kathode Hydroxylionen ausgebildet, wodurch die Hydroxylionenkonzentration der Lösung steigt, so daß Kohlendioxyd von der Zelle abgewiesen wird, bis eine Gleichgewiohtskonzentration von Hydroxyd und Karbonat in dem Elektrolyt erreicht wird, wenn der Elektrolyt Karbonate oder Bikarbonate von Bubidium oder Zäsium aufweist· Wenn Luft als Oxydationsmittel verwandt wird, beeinträchtigt das darin enthaltene Kohlendioxyd nicht die Zellenreaktion, aus dem gleichen Grunde wie in den Falle, wenn Kohlendioxyd das Produkt der Zellenreaktion ist. Aus diesen Gründen sind die wässrigen Elektrolyt· aus Rubidium- oder Zäsiumhydroxyden, -karbonaten oder -bikarbonaten ideale Elektrolyt· für Brennstoffzellen mit Kohlenwasserstoffen als Brennstoff, oder wenn Luft oder andere Kohlendioxyd enthaltend· Gas· als Oxydationsmittel verwandt werden, entweder mit Kohlenwasserstoffen oder Wasserstoff als gasförmigem Brennstoff.

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Wenn jedoch andere Hydroxyde von Alkalinetallen, s.B. Lithium-, Kalium- oder Hatriumhydroxyde ale Elektrolyt in wä··- * rigen Lösungen mit Konzentrationen rerwandt werden, die groß gentig Bind, um den optimalen Bereich der Leitfähigkeit su ergeben, werden diese Gleichgewicht Bedingungen nicht erhielt. Während dieße Elektrolyte verhältnismäßig zufriedenstellend während längerer Zeitspannen mit Wasserstoff und Sauerstoff arbeiten, sind sie nicht zufriedenstellend, wenn sie während längerer Zeitspannen mit Wasserstoff als Brennstoff und Luft als Oxydationsmittel arbeiten. Sie arbeiten deshalb nicht «ttfriedenstellend, weil das Kohlendioxyd in der Luft das entsprechende Karbonat und das Bikarbonat bildet, welches aus dem Elektrolyt ausfällt, was besonders nachteilig in den Poren der Elektrode auftritt, bevor die aieichgewiohtesuständ· erreicht sind, durch die eine derartige Zelle Kohlendioxyd abweisen würde. Sie Ausscheidung des Karbonate oder Bikarbonat* tu dem Elektrolyt verursacht eine Erniedrigung der Wirksamkeit der Zelle wegen der Veränderung in der Elektrolytsusammensetsung, während das Ausfallen in den Poren der Elektroden «in Türstopfen der Elektroden zur Folge hat, wodurch die Elektrisität*- erBeugung der Zelle abfällt und eohlieSlich völlig aufhört. Diese durch die Ausfällung der Karbonat· und Bikarbonat· v*rursachten Bedingungen treten noch schneller und nachteiliger auf, wenn die Zellen mit Kohlenwasserstoffen al· Brennstoff und entweder Sauerstoff oder Luft ale Oxydationsmittel betrieben werden. Eine entsprechende Ausfällung de· Bikarbonat· tritt schneller auf, wenn das Karbonat anstelle des Hydroxyd· al·

BAD ORIGINAL '

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Elektrolyt verwandt wird« Diese Hachteile werden jedoch vollständig durch die Verwendung eines Elektrolyts gemäß der Erfindung aus den oben genannten Gründen vermieden*

Sobald die obigen Gleichgewichtszustände für Wasser und Kohlendioxyd für das Rubidium- oder Zäsiumhydroxyd, -karbonat oder -bikarbonat als Elektrolyt erreicht sind, erreicht die Brennstoffzelle gemäß der Erfindung eim>n stationären Zustand und arbeitet von dann an mit einem unveränderlichen Elektrolyt unter den Bedingungen, bei denen die Zelle zu der Zeit betrieben wird, bei der der stationäre Zustand erreicht wird. Wenn die Betriebsbedingungen der Zelle geändert werden, stellt die Brennstoffzelle yon selbst die neuen Arbeitsbedingungen ein, und stellt den Gleichgewichtszustand oder den stationären Zustand für die neuen Arbeitsbedingungen wieder her. Sobald die Gleichgewichtekonzentration für eine spezielle Temperatur und für Arbeitsbedingungen bestimmt ist, bei denen eine Brennstoff seile betrieben werden soll, z.B· durch Analyse des Elektrolyts der Brennstoffzelle, die unter den Bedingungen des stationären Zustande arbeitet, können weitere Brennstoffzellen hergestellt werden, in denen der Elektrolyt anfänglich entsprechend der Gleichgewichtekonzentration hergestellt wird, welche der Temperatur entspricht, bei der die Brennstoffzelle betrieben werden soll.

Bei vielen praktischen Verwendungen von Brennstoffsellen ist es wünschenswert, den wässrigen Elektrolyt unbeweglich SU machen, insbesondere wenn die Brennstoffzelle im sohwerefreien Baum benutzt werden soll. Die wässrigen Elektrolyts

Bad oßirti»... \

gemäß der Erfindung können in einfacher Weise dadurch unbe-_s . weglich gemacht werden, daß sie in einer festen Matrix aufgenommen werden, die aus einem gelartigen, schaumstoffartigen, pulverisierten oder faserigen Material besteht« Das faserige Material kann z.B. verweist sein oder als Pilz oder in einem . sonstigen nicht gewebten Zustand verwandt werden· Wenn das Material, aus dem die feste Matrix hergestellt werden soll, nicht in einfacher Weise einen Gleichgewichtszustand mit wässrigen Lösungen ermöglicht, muß die Matrix in einer solchen Weise hergestellt werden, daß Zwischenräume verbleiben, die eine Anlagerung der wässrigen Elektrolytlösung durch Kapillarkräfte ermöglichen. Wenn eine poröse Matrix aus einem monomeren Material durch Polymerisation, durch Verdampfung einer Lösung oder durch Verarbeitung des festen Polymers hergestellt werden soll, dann muß dafür Sorge getragen werden, daß entweder ein Schaummittel oder ein extrahierbares Material aufgenommen wird, das die Ausbildung einer Matrix ermöglicht, in der der Elektrolyt angelagert werden kann. Wenn die Matrix aus gewebtem Tuch oder aus Filz oder sonstigen Fasern enthaltenden Gebilden hergestellt wird, soll das verwandte Verfahren angeblich von sioh aus ein poröses Material ergeben, das die wässrige Elektrolytlösung aufnehmen kann, a.B. durch Docht- oder Kapillarwirkung« Wenn die Elektrodenstruktur selbst keine ausreichend· Gassohranke darstellt, um ein mögliches Vermischen des Brennstoff· und des oxydierenden Gases zu verhindern, dann kann eine Gasschranke aus dicht verfilzten Fasern, wie beispielsweise aus

der FlIs- oder Papierherstellung bekannt, mindestens als eine

Schicht eingesetzt werden, um eine lameliierte Matrix herzustellen, die hinreichend gasundurchlässig ist· Die Matrix muß keine gleichmäßige Ausbildung besitzen und kann z.B.. durch das Zusammensetzen verschiedener Schichten hergestellt werden, von denen nur eine die oben beschriebene Gasundurchlässigkeit besitzen muß. Die einzigen übrigen Anforderungen hinsichtlich der Matrix bestehen darin, daß sie widerstandsfähig gegen jedes Druckgefälle in der Zelle ist, daß sie die wässrige Elektrolytlösung aufnehmen kann, die nicht elektronisch leitfähig, aber in bevorzugter Wt.ise ionenleitend ist, und daß sie gegen chemischen Angriff durch den Elektrolyt inert ist. Geeignete Materialien sind beispielsweise Asbest, Vinylidenchlorid, Akrylonitrile Folytetrafluoräthylen usw., welche Materialien in faserigem, in verwebtem, geschichtetem oder verfilztem Zustand, oder in einem porösen, verformten, gegossenen, oder gespritzten Zustand oder auch in Form poröser Keramiken oder dergleichen verwandt werden können.

Obwohl eine Anzahl unterschiedlicher Elektrodenstrukturen für die Zellen gemäß der Erfindung verwandt werden können, sollte jede Elektrode ein elektronischer Leiter sein, den Brennstoff oder das Oxydationsmittel adsorbieren, als Katalysator für die Elektrodenreaktion dienen, sowie selbst unter den Arbeitsbedingungen der Zeil« nicht wesentlich oxydieren· Geeignete gasadsorbierende Metalle sind bekannt und sind beispielsweise in "Catalysts, Inorganic and Organic" Bergman, Morrel und Egloff, Heinhold Publishing Company, Hew York (1940); "Catalytic Chemistry» H.V. Lohse, Chemical Publishing Company, Inc., H*w York (1945) beschrieben. Geeignet«

r\ λ λ ^ λ λ Λ

Materialien sind B.B. die Edelmetalle der Till« Gruppe der Metalle des Periodischen. Systeme der Elemente, dl« Rhodium, Ruthenium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin sind· Andere geeignete Metalle sind die anderen Metalle der VIII. Gruppe, B.B. Nickel, Eisen, Kobalt usw., sowie andere Metalle, die katalytisch Gase adsorbieren können, wie E.B« Silber, Kupfer und Metalle der Übergangselemente, wie Mangan, Vanadium, Rhenium usw» Heben aus diesen Metallen gebildeten Elektroden können die Elektroden aus Platin- oder Palladiumsohwar« hergestellt werden, das auf ein Trägermetall wie rostfreier Stahl, Eisen, Nickel oder dergleichen niedergeschlagen wurde· Ferner ' können geeignete Elektroden aue Metalloxyden und Kohlenstoff hergestellt werden, die vorher mit Platin oder Palladium aktiviert wurden, oder aus Kohlenstoff, der mit Oxyden Ton Eisen, Magnesium, Kobalt, Kupfer usw. aktiviert wurde·

Sa die Adsorption von Gasen durch Festkörper ein Oberflächenphänomen ist, ist es wünschenswert, daß die Elektroden eine größtmögliche Oberfläche besitsen, und daß sich vorzugsweise die Oberfläche in ihrem aktivsten Zustand zur Adsorption von Gasen befindet. Für einen maximalen Zellen-Wirkungsgrad sollte ferner jede Elektrode so gleichmäßig wie möglich die gesamte effektive Hauptoberfläche der Matrix

bedecken oder sioh in Berührung mit dem maximal nutsb&ren Volumen des wässrigen Elektrolyts befinden. Der effektiv· Bereich ist derjenige Bereich, der eioh in Berührung mit dem gasförmigen Brennstoff befindet· Aus diesen Gründen werden fein verteilte Metallpulver befforsugt, die sehr gut entwickelte

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Oberfläehenbereiche besitzen, z.B. mindestens 10 m /g und vorzugeweise mindestens 100 a/g. Für eine optimale Betriebsweise der Zellen wird es vorgezogen, die Elektroden durch Verwendung der sehr aktiven Metallpulver der VIII. Gruppe der Metalle herzustellen, z.B. Platinschwarz, Palladiumsohwarζ, Kaneynickel usw. Bine hohe Lebensdauer der Zellen kann durch Verwendung irgendwelcher Metalle erzielt werden, die gegen Basen, z.B. der VIII· Gruppe der Metalle beständig sind, die nickel, Kobalt usw. sowie die anderen bekannten gasadsorbierenden Metalle wie beispielsweise Ihenium enthält. Sie Auswahl zwischen diesen Materialien hängt von den Anforderungen der Konstruktion, beispielsweise von dem Verwendungszweck, der gewünschten Lebensdauer, oder.von den als Brennstoff und Oxydationsmittel verwandten Gasen ab.

5b bestehen zahlreiche Möglichkeiten zur Ausbildung der katalytisch aktiven Elektroden« Z.B. können sie poröse Metallbleche sein, üt? nach üblichen Verfahren aus gesinterten Metallteilohsn oder durch Legierung zweier Metalle hergestellt werden, von welcher Legierung ein Metall gelöet wird und das andere Metall alc porös« Metallstruktur zurückläßt. Sie können auch durch Mischung von Metallpulvern mit einem inerten Bindungsmittel, beispielsweise mit Polytetrafluoräthyien hergestellt werden. Wenn ein wässriger Elektrolyt verwandt wird, der nicht in einer Matrix aufgenommen wird, kann eine sehr zweckmäßige Blektrodenatruktur durch Aufnahme von Metallpulver in PoIytetrafluorätiiylen hergestellt werden« das ein· zusätzliche Schicht warn Polytatrafluoräthylen ohne Metallteilehen auf der Elektroden-

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seite aufweist, die In Berührung mit dem Brennstoff bzw« dem Oxydationsmittel steht.

An Hand der Zeichnung soll ein bevorzugtes Äusführungsbeispiel einer Brennstoffzelle gemäß der Erfindung näher erläutert verden. Es zeigen:

Fig.1 eine auseinandergezogene schematische Darstellung einer Brennstoffzelle gemäß der Erfindung;

Fig.2 einen vergrößerten Querschnitt durch eine zusammengehaute Brennstoffzelle; und

?ig.3 einen vergrößerten Querschnitt durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel einer der in Pig.1 und 2 dargestellten Elektrodenstrukturen.

Diese Zeile besitzt eine Elektrolytkaumer* die durch Elektroden 2 und 3 gebildet wird, welche gegen einen Abstandshalter 1 anliegen, der Durchtritt soffnungen 22 und 23 zua füllen der Elektrolytkaimaer mit Elektrolyt 24 aufweist, und die außerdem gewünschtenfalls eine Zirkulation des Elektrolyts während des Betriebs der Brennstoffzelle von der Elektrolytkammer au einem nicht dargestellten Vorratsbehälter ermöglichen. Die alt An— schlußgittern 4 bzw. 5 verbundenen Leiter 6 und 7 werden zur Stromversorgung der durch die Zelle zu betreibenden Vorrichtung angeschlossen. Der gasförmige Brennstoff wird von einem nicht dargestellten Vorratsbehälter durch den Einlaß 8 zu der Elektrode 2 zugeleitet, oder ist allein in der Kammer 9 enthalten» die durch Endplatten aus Faserstoff, Fasern oder tuchar.tigea Phenolharnstoff oder aus Heiaminschichtungen, Hartgummi ubw»

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bestehen. In einem derartigen Pnlie können die isolierende Hüls· 20 und die isolierenden Unterlegscheiben 21 weggelassen werden. Die Dichtungen 11 und 15 können aus einem elastischen Material bestehen, das eine gasdichte Abdichtung um die Umrandung der Endplatten und der Abstandshalter gewährleistet und außerdem die Elektroden 2 und 3 flüssigkeitsdioht gegen den Abstandshalter 1 drückt. Als Material kann beispielsweise eine elastische Gummiart eines Polymers, vorzugsweise ein solches verwandt werden, das durch die zugeführten Gase oder die Reaktionsprodukte, mit denen es in Berührung gelangt, nicht beeinflußt wird und das durch die Betriebstemperaturen der Zelle nicht beeinflußt wird, E.B. synthetische gummiartige Elastomere wie Silikongummi, gummiartige Polymere aus fluoriniertem Äthylen usw. Die isolierenden Hülsen 20 und die isolierenden Unterlegscheiben 21 können aus irgendeinem bekannten Isolationsmaterial hergestellt Bein, das beispielsweise zur Herstellung der Endplatten 20 und 14 und des Abstandshalters 1 verwendet wird.

Fig.2 zeigt einen Querschnitt der in Fig.1 dargestellten Zelle in der Ebene der gasdichten Einlasse 8 und 16 und der Auslässe 12 und 18. In Fig.5 ist der Elektrolyt 24 als wässrige Lösung der oben beschriebenen Art dargestellt, die gewUnschtenfalls von einer Matrix aufgenommen sein kann. Die Anschlußgitter 4 und 5 können gemäß diesen Ausführungsbeispielen 'Metallgitter sein, die in den Elektroden enthalten sind, die isx Ausführungsbeispiel aus Metallpulver bestehen, das durch ein synthetisches Polymer zusammengehalten wird. Dieses Gitter

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. verstärkt dl« Elektrode und erhöht gleichseitig die elektrisch· Leitfähigkeit und den Strom au den Sammelgitter, üb einen Weg mit niedrigem elektrischen widerstand für den Strom in der Elektrode dareuetellen. Diese Aneohlußgitter können gevünschtenfalis in Berührung mit der Oberfläche der Elektrode gehalten werden» müssen jedoch einen Oberfläohenkontakt Bit den Metallteilchen der Elektrode machen. Wenn dl« Elektroden 2 und 3 aus einem porösen Metall bestehen, sind die Aneohlußgitter 5 und 4 nicht erforderlich» so daß die elektrischen Leiter 6 und 7 direkt an die Elektroden 2 und 3 angeschloesen werden können.

Pig.3 zeigt einen vergrößerten Querschnitt durch die Elektrode 2 einer bevorzugten Elektrode für Brennstoffseilen gemäß der Erfindung» wobei fein verteilte« Metallpulver Bit Polytetrafluoräthylen vermischt ist, üb eine möglichst gleichförmige Dispersion des Metallpulvere in dem Hars su ersielen. Zu dieses Zwecke ist es vorteilhaft, eine wässrige Emulsion aus P uly te traf luo rät hy 1 en mit 2 bis 20 Gramm des Metallpulvers pro Graam Tetrafluoräthylen in der Emulsion su vermischen und daraus eine möglichst dünne Schicht auf einer Gießoberfläohe wie beispielsweise einer Metallfolie, Metallplatte usw. auszubilden. Dabei kann die endgültige Gestalt der Elektrode gewünschtenfalle durch Verdampfen des Wassers aus der Saulsion ausgebildet werden, wonach das Polytetrafluoräthylen unter Druck gesintert wird, gewünscht enf alls bei einer hinreichend hohen Temperatur, um das Sintern der einseinen Teilchen des Polytetrafluorethylene su einer koherenten Masse su veranlassen.

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Danach wird die Elektrode von der Gießoberfläche entfernt und in der gewünschten Größe zugeschnitten, wenn sie sich bei dem Gießvorgang nicht bereits in dieser Größe ergeben hat. Bei der bevorzugten Elektrodenstruktur gemäß fig·3 ist es sowohl wünschenswert, eine Schicht 2b aus Polytetrafluoräthylen auf der Oberfläche der Elektrode au haben, deren Grundteil die Metallmischung 2a mit Polytetrafluoräthylen ist, sowie ein in dem Grundkörper der Elektrode enthaltenes Ansohlußglied 4 zu haben, wobei dia Gießoberfläche zuerst mit einer Schicht aus Polytetrafluoräthylen überzogen wird, in-dem entweder eine Emulsion getrocknet und gesintert odor indem eine Folie aus Polytetrafluoräthylen verwandt wird, auf die die Mischung aus Polytetrafluoräthylen und Metall gegossen wird, die das Gitter umgibt, worauf schließlich die Struktur au einem zusammenhängenden und zusammengesetzten Körper ausgeformt wird·

Zweokmäßigerweie« wird der Leiter 6, deir mit dem Ansohlußgitter el*!r-.;tisch verbunden ist, zu der Außenseite der Zelle zwischen der Dichtung 11 und dem Abstandshalter 1 geführt. Die Elektroden 2 und 3 benötigen diese Schicht 2b aus Pelytetrafluoräthylen nicht, wenn der Elektrolyt in einer Matrix aufgenomaan ist. Wenn jedoch der Elektrolyt 24 eine freibeweglich* flüssigkeit ist, kann diese in die Poren der Elektroden 2 und 3 eindringen und in die Gaskammern 9 und gelangen. Bern kann durch eine geeignete Überwachung des Drucke der als Brennstoff bzw· Oxydationsmittel dienenden Gase entgegengewirkt werden, wozu allerdings eine genaue Steuerung erforderlich ist» damit kein Gas durch die Poren in dl·

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Elektrolytkammer gedrückt wird, wo dieses sich vermischen würde und möglicherweise Beschädigungen der Brennstoffzelle hervorrufen könnte. Wenn die Elektroden 2 und 3 mit einer Oberflächen* schicht 2b aus Polytetrafluorethylen auf der Gasseite der Elektrode überzogen sind, wird ein Fluß des Elektrolyts 24 in die Gaskammern 9 und 13 wegen der wasserabstoßenden Eigenschaften des Polytetrafluorethylene verhindert. Jedoch ermöglicht diese Schicht, daß Gas in den Grundkörper der Elektrode diffundiert, um eine dreiphasige Zwischenschicht zwischen Gas, Elektrolyt und Elektrode zu bilden, wo die Zellenreaktion auftritt.

Venn die Brennstoffzelle mit Luft betrieben wird, kann die Endplatte 14 mit einer oder mehreren Öffnungen versehen sein oder selbst die Gestalt des Abstandshalters 1 einnehmen, so daß Luft gut zu der Elektrode 3 gelangen kann· In diesem Falle sind die Einlasse 16 und 17 für Gas nicht erforderlich·

Wenn die eben beschriebene Zelle Wasserstoff als Brennstoff und Sauerstoff als Oxydationsmittel verwendet, 1st die Gesamtreaktion die Oxydation von Wasserstoff zu Wasser, wobei die Elektrodenreaktionen lautem

H₂ + 2OH** - 2H₂O + 2e 1/2 O₂ + H₂O + 2e - 20H~

1$ diesem 7alle sammelt sich das Wasser an der Wasserstoffelektrode an und verdünnt entweder den Elektrolyt oder tritt

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ixt die Kammer dee gasförmigen Brennstoff« ein·

Wenn ale Brennstoff ein Kohlenwasserstoff wie Methan verwendet wird, ist die Geeamtreaktion in der Zelle die Oxydation von Methan zu Kohlendioxyd und Wasser. Das Kohlendioxyd, das sich in der Kammer 9 ansammelt, kann durch das Austrittsventil 12 zusammen mit dem Wasser abgezogen werden· Sie Zellenreaktionen sind die folgendem

Anode ι CH₄ + 4CO^ « 5C0_g + 2HgO + 8· und

400{J + 4H₂O + 40O₂ - 8HCOj

Kathode ι 8e + 2O₂ + 8HGOZ « 8C0« + Gesantreaktiont CSEL + 2O₂ * 2H₂O + CO₂

Si« folgenden Beispiele betreffen Ausführungsforaen der Erfindung und sollen zu deren weiteren Erläuterung dienen·

Sie bei den folgenden Beispielen verwandten Zellen besitzen im allgemeinen eine Ausbildung, die schematisoh in d#n yig,1 und 2 angedeutet ist, allerdings mit einigen kleineren Abänderungen. Sie allgemeine Gestalt der Elemente der Brennstoff seilen war rund und nicht quadratisch. Sie Endplatten und 14, d»x Abstandshalter 1 und die Sichtungen 11 und 15 be-. standen alle aus Folytetrafluoräthylen· Sie Abmessungen der Elektrolytkamnier betrugen etwa 1,5 mm bis 6 mm zwischen den Elektroden und 40 am Durchmesser für die flüssigen Elektrolyt·

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und 44 mm Durchmesser für die in einer Matrix aufgenommenen Elektrolyte, während die Brennstoffkammern etwa 3 tie 13 mm dick waren und einen Durchmesser von 40 mm besaßen.

Beispiel 1

Für eine Brennstoffzelle wurden zwei Elektroden im der folgenden Weiße hergestellt» Ein Kreis mit 40 am Durchmesser wurde auf die Oberfläche einer dünnen, starren Gießoberfläche aus Aluminium aufgezeichnet. Zn diesem Bereich wurden 0,005 cm⁵ einer wässrigen Emulsion mit 67»9 Gewichtsprozent Polytetrafluoräthylen mit einer Dichte von 1,5 mit 0,1 Gramm fein zerteiltem Platinschwarz zusammen mit einer ausreichenden Wassermenge vermischt, um eine dünne Paste herzustellen. Nach Erhalt einer gleichmäßigen Vermischung wurde die Mischung gleichmäßig über den kreisförmigen Bereich verbreitet und dann auf eine heiße Platte gebracht, um das Wasser zu verdampfen. Eine zweite Aluminiumfolie wurde über die getrocknete Schicht gelegt und die resultierend· Schichtung in eine hydraulische Presse gebracht und einem Druck von etwa 126 kg/o« bei 300⁰C ausgesetzt, um die Harzteilchen zu ein- ■ tern. lach dem Entfernen aus der Presse wurde das Aluminium in einer wässrigen lOjCigen Hatriumhydroxydlösung aufgelöst, so

♦
das die Elektrode ale selbsttragende Struktur übrigbleibt, die leicht gehandhabt werden konnte, ohne daß Beschädigungen auftraten. Nach gründlichem Abspülen wurde nie bis zur Verwendung in destilliertem Wasser aufbewahrt·

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Der Elektrolyt wurde hergestellt» indem Zäsiumbikarbonat in Wasser aufgelöst wurde, so daß sieh eine Lösung ergab, die bei 140⁰C siedete. Zweckmäßigerweise wurde dies dadurch, vorgenommen, daß etwa 75 Gramm Zäsiumbikarbonat in 25 Bl Wasser gelöst wurden, wonach das Wasser verdampft wurde« Bine Asbestschicht von 1,5 «m Dicke wurde mit dieser Lösung gesättigt,' während diese noch heiß war, und zwischen zwei parallele Pyrex-Glasplatten zum Abkühlen gelegt· Eine kreisförmige Scheibe mit 45 mm Durohmesser wurde aus dieser Schicht ausgeschnitten, um den in der Matrix aus Asbest enthaltenden Elektrolyt in die Brennstoffzelle zu bringen, welche Matrix in den ßingraum des Abstandshalters für den Elektrolyt gebracht wurde, der in diesem Falle keine Austrittsoffmangen für Elektrolyt aufwies. Die Elektroden wurden auf jeder Seite der Elektrolyteatrix zentriert und die stromsammelnden Anschlußgitter mit 40 mm Durchmesser und mit dünnen Leitern aus Platin wurden über den Elektroden zentriert, so daß bei der fertigen Brennstoffseile die Anschlußgitter fest gegen die Elektroden gehaltert wurden, die ihrerseits fest gegen den Elektrolyt gehaltert waren« Eine langsame Strömung aus Äthylen wurde durch die Brennstoffkammer, und eine langsame Strömung aus Sauerstoff durch die Qxydationsmlttelkammer geleitet.

Tabelle I zeigt die charakteristischen Eigenschaften dieser Zelle bei einem Betrieb mit fünf unterschiedlichen Temperaturen·

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Tabelle I

Brennstoffs Äthylen

Oxydationsmittel: Sauerstoff

Stromdichte	730O	Zellenspannung	1180O	1?1°0	147°0
	Ir ** 0.648	1000C	■ ι ι 0.709	0.737	I T TlL I I 0.753
0	0.180	0.643	0.440	0.485	0.539
1.0	0.089	0.338	0.373	0.415	0.473
2.0	0.030	0.276	0.326	0.372	0.430
3.0		0.232	0.291	0.338	0.397
4.0		0.199	0.265	0.311	0.370
5.0	..—	0.166	0.218	0.266	0.329
7.0	^ ^,-, M	0.100	0.161	0.214	0.274
to.o	0.005

Aue Tabelle I ist ersichtlich, daß die Brennstoffselle bei einer Temperatur von 147°C betrieben wurde, obwohl anfänglich der Elektrolyt einen Siedepunkt von nur 140⁰C besaß. Dies war möglich, weil während des Betriebe der Brennstoffzelle mit niedrigeren Temperaturen Wasser von dem Elektrolyt abgegeben wurde, wodurch der Siedepunkt des Elektrolyts erhöht wurde, so daß diese bei H7°C betrieben werden konnte, ohne daß die Elektrolytlösung siedete.

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Beispiel 2

Eine Brennstoffzelle wurde entsprechend Beispiel 1 hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, daß in diesen Falle der Elektrolyt aus einer äquimolaren Mischung von Zäsiumkarbonat und Zäsiumbikarbonat hergestellt wurde. Biese Zelle wurde bei 134°C unter Verwendung von Äthan anstelle von Äthylen als Brennstoff und Sauerstoff als Oxydationsmittel betrieben. Bie Eigenschaften dieser Brennstoffzelle sind in Tabelle II dargestellt.

Tabelle II

OJ.wLu.ia vwj. xt A iiuaxi	Zellenepannun«
Stromdichte mA/ca2	0.865
0	0.847 <
0.1	0.810
0.3	0.771
0.5	0.685
1.0	0.550
2.0	0.130
4.0

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Beispiel 3

Die Brennstoffzelle dee Beispiels 2 wurde mehr als 300 Stunden bei verschiedenen Belastungen betrieben, wobei Äthylen und Äthan als Brennstoffe Verwendung fanden. Während des ersten Betriebstags wurde die Temperatur auf 118⁰C gehalten, wonach sie auf 133⁰G erhöht wurde, Hach dem achten Betriebstag mit Äthylen wurde als Brennstoff anstelle von Äthylen Äthan verwandt, womit die Zelle einen lag lang bei 134⁰O und 36 Minuten lang bei 154⁰O betrieben wurde. Danach wurde die Zeil· zum Auegleioh bei 172⁰C betrieben. Während si· mit Äthylen bei 133⁰C betrieben wurde, wurde das Brennstoffsystem abgeschlossen, so daß kein zusätzlicher Brennstoff zu dem bereite in der Brennstoffkammer eingeschlossenen hinzutreten konnte, außer d*m in einem Vorratsbehälter »it etwa 100 ml Fassungsvermögen vorhandenen Brennstoff. Es wurde ein· Einrichtung verwandt, um den gasförmigen Brennstoff zwischen dem Vorratsbehälter und der Brennstoff«eil· zu zirkulieren und eine gleichmäßig· Zusammensetzung aufrechtzuerhalten. Di« Brennstoffzelle wurde mit eine» Ausgangastro» von 20 Milliampere betrieben. lach einer kurzen Betriebsdauer wurd« gasförmiger Brennstoff entnommen und analysiert und die Spannung der Brennstoffzelle notiert. Danach wurden periodisch dieselben Untersuchungen vorgenommen, deren Ergebnisse in Tabelle III enthalten sind. Di· Zeit der anfänglichen Prüfung ist in der Tabelle als Zeitpunkt 0 angegeben·

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~²⁵" 14961H

	Zellen- spannung	Tabelle	III	49	Kohlendioxyd
Zeit Minuten	0.52	Methan		52	28
O	0.45	2	Molprozent Äthan Äthylen	28	52
44	0.38	7	2t	21	58
56	0.50	5	9	17	65
64	0.20	5	9	12	70
70	0.05	5	9	0	77
78	0.0t	4	8		89
too	4	7
	7

Ergebnisse der Tabelle III zeigen« daß das Fiatin in der Elektrode eine Reaktion katalytisch beeinflußt, bei der Methan und Äthan von einest feil dee Äthylens traeugt werden, welche Stoff« aber noch als Brennstoffe für die Brennstoffseile dienen· Sie Ergebnisse zeigen ferner, daß Kohlendioxyd eufriedensteilend von des Elektrolyt in das als Brennstoff dienende gas abgewiesen wurde, wo das Gas leicht durch Adsorber entfernt werden konnte, oder dadurch, daß das Brennstoff gas periodisch abgezogen oder gereinigt wurde. Wie die Ergebnisse Jedoch zeigen, verhindert selbst ein sehr hoher Anteil von Kohlendioxid in dta Brennstoff nicht die Betriebsfähigkeit ul%t Brennstoff seile« Bas vollständig« Fehlen von Zwischenprodukten der Oxydation, wie von Kohlenmonoxyd zeigt, daß die Brennstoffcellen ge-säß der Erfindung dazu geeignet sind, als Brenn*

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stoffe dienende Kohlenwasserstoffe vollständig 2U Kohlendioxyd zu oxydieren.

Am Ende des gesamten Betriebs wurde der Elektrolyt selbst nach oxydierbarem Material analysiert, um damit zu überprüfen, ob gelöster organischer Brennstoff oder teilweise oxydierte Produkte vorhanden waren· Die analytischen Ergebnisse zeigten, daß mindestens 99»4 ⁰Jo des verbrauchten Brennstoffes zu Kohlendioxyd und Wasser oxydiert wurde, und daß nicht mehr als 0,1 Killiäquivalente von Brennstoff in dem Elektrolyten gelöst worden sein konnten. Dies liegt innerhalb der Meßgenauigkeit bei der Messung gelöster organischer Stoffe.

Deshalb zeigt dieses Beispiel, daß der Elektrolyt tatsächlich Kohlendioxyd abweist und die vollständige Oxydation gasförmiger Brennstoffe aus Kohlenwasserstoff unterstützt, während er nach Erreichung eines anfänglichen Gleichgewichtszustands unverändert bleibt.

Biese Ergebnisse zeigen ferner, daß die Brennstoffzellen gemäß der Erfindung so angeschlossen werden können, daß der gasförmige Brennstoff nacheinander von einer Zelle in eine andere fließt und dann in die Atmosphäre ausströmen kann, um eine fast vollständige Umwandlung des Brennstoffs in Elektrizität zu erzielen, ohne daß dabei Kohlendioxyd aus dem gasförmigen Brennstoff entfernt werden müßte.

Beispiel 4

Ea wurde eine Brennstoffzelle hergestellt, d,ie eine Abwandlung der in Beispiel 1 beschriebenen Zeil« darstellt.

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14961U

Der Elektrolyt war eine 85?5ige (Gewichtsprozent·) Lösung Ton Zäsiuiakarbonat in Wasser, die von einem Vorratsbehälter durch die Elektrolytkammer zirkuliert wurde, wobei jedoch kein· Matrix vorgesehen war. Die Elektroden waren in diesem Pail* Teilchen aus Platinmohr, die durch Polytetrafluorethylen gebunden waren, in das ein Platingitter mit 45 mesh Haschenweit· eingesetzt war, um als atromaaiameljidea AnschluBgitter au dienen. Auf der Gasseite jeder Elektrode war zusammenhängend damit auf der Oberfläche jeder Elektrode eine 0,01 mm dicke Schicht aus Polytetrafluoräthylen vorgesehen. Diese Zelle wurde bei 130⁰C mit Methanoldarapf als Brennstoff und Sauerstoff ale Oxydationeaittel betrieben. Pie Eigenschaft«! dieser Zelle sind in Tabelle ZY gezeigt.

	SDafeelXe IT
Stromdichte
■A/M2	Zellenepannung
0	0.950
1	0.916
5	0.699
9	0.620
15	0.463
50	0.298
49	0.128

Die Zelle wurde länger ale 170 Stunden bei verichiedenen Spannungen und Stromdiohten »ufriedeneteilend betrieben.

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Beispiel 5

Eine Brennstoffzelle wurde wie in Beispiel 1 beschrieben ausgebildet, wobei jedoch der in der Matrix absorbierte Elektrolyt eine wäesrige Lösung von RUbidiumbikarbonat mit einem Siedepunkt von 150⁰G war. Der Betrieb dieser Zelle bei 120⁰C mit Äthylen als Brennstoff und Sauerstoff als Oxydation«- mittel ist in Tabelle V erläutert.

	Sahelle T
Stromdichte
aA/om	Zellenspannung
0	0-.817
0.088	0.792
0.176	0.771
0.351	0.746
0.703	0.707
1.142	0.669
1.76	0.593

Beispiel 6

£· wurde eine Brennstoffeelle verwandt, die wie in Beispiel 4 ausgebildet war, bei der jedοoh die oxydierende Elektrode al· Oxydationsmittel dienender Luft ausgeeetst war· Al» Brennstoff wurde Wasserstoff verwandt, und die Zelle wurde bei Zimmertemperatur betrieben. Verschiedene Konzentrationen von Zäeiumkarbonat wurden als Elektrolyt verwandt, um den

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Einfluß der Konzentration festzustellen. Anfängliche Polarlsationedaten wurden für jede Konzentration des Elektrolyts abgeleitet. Die Brennstoffzelle wurde bei Stronidiehten von etwa 100 bis 200 bA/o» betrieben, bis eine stationäre Betriebsweise (konstante Spannung und Stromstärke) erzielt wurde, gewöhnlich während 6 bis 36 Stunden. Hach dem Erreichen der stationären Betriebsweise wurden die sohließlichen Polarisationsdaten für jede Konzentration abgeleitet. Die anfänglichen und sohließlichen Folarisationadaten sind in Tabelle VI aufgeführt.

Proben des Elektrolyts am Beginn und nach dem Erreichen dee stationären Betriebszustands wurden sowohl für die fünfals auch zehnnoraale Zäsiumkarbonatlösung analysiert« Kein Bikarbonat wurde in irgendeiner der Proben festgestellt* ebenfalls kein Hydroxyl in den anfänglichen Proben.. Im falle der fünf·» normalen. Ik?sung war die Normalität des Karbonats Ton 4»99 auf 2,20 abgefallen, während die Formalität dee Hydroxyl» Tea O auf 0,22 angestiegen war. Im ?alle der zehsmonaalen Lösung war die Formalität des Karbonations iron 10_s0 auf 8,35 abgefallen und die Normalität des Hydroxyllons von Q. auf 0,77 aagestiegen. jUioh diese Ergebnisse zeigen die Fähigkeit der Elektrolyte gemäß der Erfindung, Kohlendioxyd (in diesem Falle den CÖg-Sehalt der Luft) aus de» Elektrolyt abzuweisen·

Beispiel 7

Sine wie in Beispiel 6 beschriebene Brennstoffzelle wurde hergestellt, bei der der Elektrolyt eine fünf normalβ wässrige Jj'oetvpz von Zäsiumkarbonat und fünfnormale Lösung von

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Rubidiurakarbonat war. Diese Brennstoffzelle wurde bei Zimmertemperatur unter Verwendung von Wasserstoff ale Brennstoff und Luft als Oxydationsmittel "betrieben. Die Arbeitsweise dieser Zelle ist aus Tabelle VII ersichtlich.

	Tabelle VII	1.06
Stromdichte		0.79
0	Zeilenspannung Anfang Ende	0.55
20	1.06	0.22
40	0.46	0.07
60	0.25
80	0.09
■in ^ —

Aus den Torangegangenen Beispielen ist ersichtlich,

daß der Strom in Einheiten der Stromdichte pro Flächeneinheit

der Elektrode, d.h. in mA pro cm Blektrod enf läohe ausgedrückt ißt, und nicht in Einheiten de» gesamten Stroms füi* den gesamten Bereich der Experiment! er seile. Durch eine sol» ehe Umwandlung auf Flächeneinheiten ist ein Vergleich der Betriebsdaten τοη Zellen verschiedener Größen einfacher. Die oben erwähnten Maßnahmen bei den einzelnen Beispielen sind nicht auf Fiatin als Katalysatoren begrenzt. Es können auch andere metallische Katalysatoren verwandt werden?

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wie z.B. die oben beschriebenen katalytisch aktiven Metalle, für die spezielle Beispiele Silber, Palladium oder mit derartigen Metallen überzogener aktivierter Kohlenstoff sind·

Ss ist darauf hinzuweisen, daß die VoIumenVerhältnisse von Katalysator zu Bindemittel von größerer Bedeutung als die Gewichteverhältnisae sind. Die geeigneten Gewiohtsverhältnisie von Katalysator zu Bindemittel können deshalb mit den in den Beispielen aufgeführten Daten geschätzt werden, indem die Dichteverhältnisse verwandt werden, um die Gewichte der erforderlichen Materialien zu berechnen, damit dieselben Volumenverhältnisse wie für Platin und Polytetrafluoräthylen erreicht werden·

Xa Rahmen der Erfindung sind auch andere Ausführungen beispiele und zahlreiche Abwandlungen möglich. Beispielsweise kann die Gestalt der Zelle geändert werden und in zweckmäßiger Weise einem vorhandenen Baum angepaßt werden. 2w§i oder «ehr Zellen dieser Art können zur Herstellung von Batterien miteinander verbunden werden«

Die Brennstoffzellen gemäß der Erfindung können immer dann verwandt werden, wenn eine zuverlässige Gleichstromquelle erforderlich ist, um Motoren, Instrument·, Sander, Lichtquellen, Heizeinriohtungen oder dergleichen mit elektrischer Energie zu versorgen· Die Leistung der Brennstoffzelle kann ebenfalls zur Versorgung einer thermoelektrische^ Kühleinrichtung verwandt werden, die eine Gleichstromquell· niedriger Spannung benötigt. Obwohl Brennstoffzellen gemäß

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der Erfindung besonders gut für eine Betriebsweise ohne ein· zyklische Regeneration geeignet sind, können diese Zellen gewUnsohtenfalle auch als primäre Energiequelle eines RegeneratiVByklus verwandt werden«

Patentansprüche

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1» Brennstoffzelle für gasförmige Brennstoffe, insbesondere für kohlenstoffhaltige Gase, mit einer wässrigen. Elektrolytlösung zwischen und in direktem elektrischem Kontakt mit zwei gasdurchlässigen, elektronisch leitenden Elektrodenelementen, mit einer Einrichtung zur Zufuhr eines gasförmigen Brennstoffs zu einer der Slektrodenelem&nte, sowie mit einer Einrichtung zur Zufuhr eines als Oxydationsmittel dienendes. Gases zu dem anderen Elektrodenelement, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytlösung Kationen enthält, die Zäsium- und/oder Rubidiumionen sind, und dafl die Elektrolytlösung Anionen enthält, die Hydroxyd-, Karbonat«, Bikarbonationen oder Mischungen davon sind.

   2· Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kationen Rubidiumionen, und die Aiiionen ein® Mischung von Karbonat- und Bikarbonationen sind«

   3· Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kationen Bubidiumionen, und die Anlernen eine Mischung von Karbonat- und Hydroxydionen sind*

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   4· Brennstoff seile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kationen Zätiiumionen und die Anionen eine Mischung von Karbonat- und Bikarbonationen sind·

   5· Brennstoff seile nach Anspruch 1, dadurch g β k e η η -se lehnet, daß die Kationen ZäBiumionen und dl« Anionen eine Mischung von Karbonat- und Hydroxydionen sind·

   6· Brennstoff seile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kationen eine Miachuag von Zäsium- und Bubidiumionen ugd die Anionen ein· Mischung von Karbonat- und Bikarb nationen sind.

   7. Brennstoffselle naoh Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß dl· Kationen ein· Kisenung von Zäsium- und Rubidiumionen und die Anionen ein« Mischung τοη Karbonat- und Hydroxydionen sind«

   8. Brennstoffselle naoh einem der vorhergehenden Ansprüche, dadaroh gekennseichnet» daß eil« Elektrodenelemente gasadsorbierend· metallisch« Zusammensetzungen sind·

   9· Brennstoff seile naoh Anspruch β, daduroh g e k e η ß -• •lohnet» daß die Metallausanmensetasung mindesten· •la Metall der VIII. Gruppe τοη Metallen enthält.

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   10. Brennstoffzelle nach Anspruch 0, dadurch. gekennzeichnet, daß die Hetallzusanimensetzung mindestens eines der Edelmetalle der Gruppe VIII der Metalle enthält·

   11« Brennstoffzelle nach Ansprüchen 8 bis 10, dadurch, gekennzeichnet, daß die gasadsorbierenden Metallteilchen zu einer kohesiven Masse mit Polytetrafluorethylen gebunden sind.

   12. Brennstoffzelle naoh Anspruch 11, daduroh gekennzeichnet, daß die Elektrodenelemente einen zusammenhängenden, damit verbundenen Oberflächenüberzug aus Polytetrafluoräthylen auf der Seite der Elektroden aufweisen, die sich, in Berührung mit der Gasphase befindet.

   13· Brennstoff seile naoh einem der vorhergehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, daß der Brennstoff ein kohlenstoffhaltiges Gas ist.

   14· Brennstoff seile naoh einem der vorhergehenden Anspruch·, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlendioxid enthaltende Luft das oxydierende Gas 1st«

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