DE1496175A1 - Brennstoffelement - Google Patents
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Description
ILSE RUCH
PATENTANWALT H 9 6 1 7 R
REICHBSJBACHSTR. 51
TEL 863251
znug H. FEB. 1969
leesona Corporation,, Warwick, Bhode Island^ TJSA >
Br enns t of f el ement
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffelements, in dem der
als Brennstoff dienende Wasserstoff in situ aus einem wasserstoffhaltigen Material erzeugt wird und bei dem ^
Wasserstoffdiffusionsanode aus einer Palladiumlegierung in
innigem Kontakt mit einem Katalysator stehto
Ein Brennstoffelement ist eine Vorrichtung zur Umwandlung der chemischen Energie der Umsetzung zv&sohen einem Brennstoff
und einem Oxydationsmittel direkt in niedrig gespannten elektrischen Strom« Die fcel der Herstellung
■wirksamer Brennstoffelemente su lösenden Probleme liegen
hauptsächlich auf dem Gebiet der chemischen Kinetik» Doho·
damit ein solches Element wirksam arbeitet» muß die Menge an Ensrgiö der Umsetzung, die in Porm von Wärme frei wird
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und somit verlorengeht, so gering wie möglich-gehalten
werden.» während andererseits die !Reaktionsgeschwindigkeit
ausreichend hoch aein mu89 daß aus einem Element mit tragbaren
Abmessungen die erforderliche elektrische Energie
gewonnen werden
Ein Brennstoffelement enthalt eine Brennstoffelektrode„
eine oxydierende Elektrode, einen Elektrolyten zwischen
ä€>n Elektroden und Mittel sur Zuführung von Brennstoff und
Oxydationsmittel an die entsprechenden Elektroden. Beim
Betrieb eines Brennstoffelementes mit eines alkalischen
Elektrolyten wird daß Oxydationsmittel durch die Kathode
oder oxydierende Elektrode, wo es inne^lialb deren Poren
mit dem Elektrolyten reagiert t geleitet. Dabei v/erden
Hydroxy!ionen gebildet? die durch die Poren der Elektrode
hindurch und in den Elektrolyten eintreten s in d.em eie in
Sichtung sur Anode wandern. Der. Brennstoff wird an die
Anode geleitet9 wo ©ine elektroQ&eiaische Oxydation erfolgt.
Die Moleküle· des Brennstoffs dissoiaiiören.j und der positive
Seil des Moleküls Mldet mit deia Oxydationsmittel ein.
Keaktionsprodukt, daß die Elektrode mit negativer Aufladung
verläßt» Bei Verwendung eines sauren Elektrolyten ist der Mechanismus ähnlich. Jedoch wandert der positiv©
Teil des dissosiierten Brennstoffes sur Kathode und reagiert
dort mit dem negativen Anteil de^ Oxydationsmittels
unter Bildung eines neutralen Produktes. Sctvohl bei Verwendung
eine3 alkaliochen wie bei Verwendung eines sauren
Elektrolyten werden die elektrischen Ladtingen der Elektroden über eine äußer© Leitung abgesogen.
."Da im Gegensats su den meisten anderen Energiequellen
Brennstoffelemente nicht der Beschränkung des Oarnot1sehen
Kreisprozesses hinsichtlieh der maximalen Umwandlung von
Wärme in Energie unterliegen^ ist die Wirkung eines
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U96175
·. 3 —
Brennstoffelementes lediglich das Ergebnis der Umwandlung der freien Energie äer Umsetzung und des Grades der Irreversibilität
der Vorgänge in dem Element <. Daher sind Brennstoffelemente von großem v/irtschaftIiohem Interesse,
und es sind schon Brennstoffelemente mit einer- Energieaus-, beute bis zu etwa 9$fß>
hergestellt worden, -während die Energiaausbeute
beispielsweise einer Gasturbine zufolge der Beschränkung duroh den Carnot'sehen Kreisprozeß nur etwa
30$ beträgt. Außerdem ist die Konstruktion von Brennstoffelementen
derart einfach,, daß sie insbesondere als Energiequöllen in unterentwiekelten oder abgelegenen
Gegenden der Welt geeignet sind.
In dem Bemühen, technisch verwendbare Brennstoffelement β zu
entwickeln* ist solion viel lOrsohungsarbeit geleistet
worden* di© insbesondere auf die Auffindung von Elektroden,
die sich für die Verwendung billiger und leicht erhältlicher Brennstoffe eignent gerichtet war. Sine ideale Elektrode soll eine genaue Kontrolle der Grenzfläche, an der die
Reaktion erfolgt, d,h« der Grenzfläche zwischen der Elektro»
denoberf lache j, dem gasförmigen Brennstoff und dem Elektrolyten,
ermöglichen, eine hohe Aktivität bei Verwendung von technisch verfügbaren Brennstoffen haben, verhältnismäßig
leioht und in ihrer Herstellung billig sein. In früheren Brennstoffelementen wurden meist homoporöse Elektroden verwendet,
Um die Grensfläohe zwischen fester Elektrode, umzusetzendem Gas und Elektrolyt zu steuern, war es dabei
notwendig, die Porengröße der Elektrode während ihrer Herstellung genau zu regulieren und während des -Betriebs des
Elementes den Druckabfall dos Gases duroh die Elektrode und die überfläölienspannung des Elektrolyten genau zu steuern.
Praktisch ist es jedoch nicht möglich, eine vollständig einiieitliohe
PorengxSße zu erzielen. Daher vmräen bei Botrieb
dee Elementes zufolge der Kapillarität immer die kleineren
Poren von Elektrolyt überflutet t oder os perlte unverbrauchtes
Gas durch die größeren Poren. QfiQ819/09 6'A
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Dieses Problem wurde von Francis T. Bacon durch die Einführung
einer biporöaen Elektrode, bei deren Verwendung in einem Brennstoffelement die größeren Poren dem zuströmenden Sas
und die kleineren Poren dem Elektrolyten zugewandt sind, gelöst. Di© Drelphasöngrexiaf lache von Gas, Elektrode und
Elektrolyt bildet sioh an der biporösen Wand aus. Derartige
Elektroden aind jedoch verhältnismäßig teuer, da sie die Verwendung sorgfältig fraktionierter Metallpulver mit einheitlioher,
wohldefinierter Korngröße und ein vielstufiges Herst ellungsverfc-Jaren erfordern. Außerdem wird bei einem mit
. Sauerstoff und Wasserstoff betriebenen brennstoffelement
innerhalb der Poren Wasser gebildet, das nicht leicht zu entfernen 1st, und schließlich muß für den Betrieb des Elementes
praktisch reiner Wasserstoff verwendet v/erden, da Verunreinigungen
in dem Gas die Öffnungen.der Poren blockieren und dadurch die Geschwindigkeit der Diffusion von Wasserstoff au
der Grensflache, an der die Umsetsung erfolgt, vermindern. .
Seit-kurzem sind Elektroden aus nicht-porösen Membranen aus
Palladiumlegierungen bekannt. Solche Elektroden sind leicht„
ermöglichen die Diffusion von Wasserstoff und verhindern den Durchtritt inerter gasförmiger Verunreinigungen in den
Elektrolyten, und Wasser kann nur auf.£ar Elektrolytseite
y der Membran gebildet werden» Jedoch kann als Brennstoff nur
Wasserstoff verv/öiidet werden und Wasserstoff ist selbst in
unreiner !Form ein verhältnismäßig teures GaS9 das audem
hinsichtlich seiner Lagerung Probleme auf wirft, da er unter
Druck öder in kryogenoii, Tanks gehalten werden muß. Er iot
daher, insbesondere in beweglichen Einheiten, nur beschränkt als Brennstoff verwendbar. Es besteht daher eino Nachfrage
nach einer Elektrode für Brennstoffelemente,- die mit billigen flüssigen Brennstoffen, wie Methanol oder Äthanol, arbeitet„
dabei aber gleich gute elektrochemische-Eigenschaften beoitst
β
909819/0964 ω^
Es ist schon bekannt,.ein Brennstoffelement in Kombination
mit einem Wasserstoffgenerator, d*he einer Vorrichtung, in
der kohlenstoffhaltige Brennstoffe durch Wärme und vorzugsweise in Gegenwart eines Katalysators unter Bildung von
Wasserstoff und Nebenprodukten georackt und reformiert werden„ au betreiben. Der in dieser Vorrichtung erzeugte*
Wasserstoff wird dann der Brennstoffelektrode des Elementes
zugeführt. Die für ein solches Brennstoffelement mit Wanserstoffgenerator
erforderliche Hilfsausrüstung benötigt
aber viel Kaum, und außerdem arbeiten diese Wasserstoffgeneratoren, wie sich aua Gleichgewiehtebetrachtungen ergifcl·, λ
nur bei hohen !Temperaturen, d.h0 aur L/Beugung von Wasserstoff
aus den kohlenstoffhaltigen Brennstoffen ist eine be-,
träohtliohe Menge an Wärmeenergie erforderlich, wodurch wiederum
die Kosten erhöht v/erden. Auch derartige Kombinationen eignen sich nicht für bewegliche Anlagen»
e'er vorliegenden Erfindung ist daher ein kompaktes
Brennstoffelement, das mit einem Wasserstoff erzeugenden
Brannstoff betrieben werden kann und trotadem die gleiche
elektrochemische Aktivität besitst wie.ein mit reinem Wasser«
stoff betriebenes Brennstoffelement. .
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein kompaktes Brennstoffelement»
in dem praktisch die gesamte, bei der Energie liefernden
Umsetzung in dem "Element noch in 3?orm von Wärme freiwerdende Energie verbraucht wird»
EIa weiteres Ziel der Erfindung ist ein kompaktes Brennstoffelement,
mit dem überlangere Zelt bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen unter Verwendung Wasserstoff erzeugender
Brennstoffe hoho Stromdichten erzeugt werden können»
Bi-a weiteres 2iel der Erfindung ist ein kompaktes Brennstoff»
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element mit ©iner nicht-porösen Wassei^toffdiffusionslektro«
de, das einen "in siW-Waseerst off generator enthält« ·
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Brennstoffelement» das mit einem wasaerstoffhaltigen Brennstoff betrieben wird,,
wobei eich das Gleichgewicht der Y/araserstoff erzeugenden Umsetzung
nioht einstellen kann? weil der erseugte Wasserstoff
sofort verbraucht wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Heformierungs-
und/oder Wassergas~.Katalysator (shift catalyst) in innigem
™ Kontakt mit einer nloht-porösen Wassers*1;offdiffusionssnode,
wie einer Membran aus einer Palladiuinlegierung, oder in unmittelbarer
Hähe einer solchen Anode angeordnet. Als !katalytisches Material kann irgendein Heformierungs- oder.Waseergas-Katalysat-or
verwendet werden. Der Anode wird» vorzugsweise in Gegenwart von Nasser, ein wasserstofferseugeü&ar
Brennstoff, wie Methanol, üthanol oder Kohlenmono^iyd 9 suge^
führt, und dieser Brennstoff unterliegt an dem Katalysator einer Reformierung, bei der gasförmiger Waaaeretoff und SSebenprodutete
gebildet werden. Der ersseiigte Wasserstoff diffundiert
von der Stelle seiner Erzeugung sofort durch die nichtporöse
Yi/asserßtoffdiffusionsHiQfflbran, so daß sioh das Gleich~
gewicht der TTjnsetzuag nioht einstellen Kann und die Bildung;
von weiterem Wasserstoff begünstigt wird» Dia nicht-porös©
Membran fungiert also gleichseitig als Anode des Brennstoffelementes und· als Wasserstoffextraktor. Außerdem wird bei
TJiaset2ung in dem Brennstoffelement erzeugte Wärme für die
KefozBiierung verbraucht.
Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung .eines Brennet off element es gemäß der Erfindung6 bei dem ©in Wasserstoff
erseugender Brennstoff von einer Eagsrungsstelle in oine
Kammer A hinter einer nicht-porösen Wasserstoffdiffueions-
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membran 39 die in innigem Kontakt mi+ Einern katalytlsohen
.Material C Bteht oder diesem benachbart ist, geleitet wird.
Durch die Umsetzung an dor katalytisehen Sohiaht wird bei
"Verwendung eines Gemisches, von Methan und Dampf als Brennet
off nach den folgenden Gleichungen Ytesserstoff erzeugt:
CH4 + H2O «» 00 + 3H2 (1)
Der erseugte Wasserstoff diffunidert duroh die Membran B und
wird damit von der Stelle der Umsetzung abgezogen. An der
Diffueionsmembran B erfolgt ©ine Chemisorption, bei der ein
Elektron von dem V/asserstoffmolekül entfernt und über eine
äußere Leitung D i:n Richtung sur Kathode E geleitet wird»
Oxydationsmittel wird in eine Kammer G geleitet und wird
von der Kathode E absorbiert. Bei Verwendung eines alkalischen Elektrolyten wandern Hydroxyl!onen durch den Elektrolyten
zur Anode, wo eie unter Bildung von Wasser gebunden werden.
Da die katalytisohe Schicht in innigem. Kontakt mit der nichtporösen
WasserstoffdiffuB&onamembran steht oder sich nahe an
dieser Membran befindet und daher der erzeugte Y/asserstoff sofort abgezogen wird9 erfolgen die obigen Umsetzungen (1)
und (2) gleichseitig, so daß eine "lOO^-ige Umwandlung des
Kohlenwaaaeret of feg möglich-wird ο Andererseits sind aber
die Lagen der Gleichgewichte der Umsetzungen (1) und (2)
tompsraturabhtingig. So wäre beispielsweise noch bei einer
Reaktortemperatur von 3160C bei Verwendung der bekannten Katalysatoren
di© Umwandlung (i) gshr gering.» d.fcu eine hohe
Umwandlung kann nur bei verhältnismäßig hohen Temperattiren
erBioIt worden. Boi hohen Temperaturen ist jedoch der Was-
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seratoffgehalt des Gasgemisches der UiJ^etaung (2) verhältnismäßig
gering. Daher muß die !!temperatur gesenkt werden, um bei der Umwandlung (2) eine hohe Umwandlung zu ersielen-Außerdem
muß für die Ümeeteung (2) sin selektiver Katalysator
verwendet werden, damit die Umsetzung (2) nioht in umgekehrter Richtung verläuft und bei der niedrigen Temperatur
wieder Methan gebildet wird«
Die bei dem Brennstoffelement gemäß der Erfindung in situ erfolgende Bildung von Wasserstoff hat also gegenüber den
üblichen Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff naoh den
obigen Gtleioäungen (1) und (2) den wesentlichen Vorteil,
daß nicht wegen der lage der Gleiohgev/idate für die Umwandlung
des Brennstoffes in Wasserstoff UKd Kohlenmonoxyd hohe
und für die abschließende Umwandlung von Kohlenmonoxyd in Kohlsndioxyd und Wasserstoff niedrigere Temperaturen erforderlich
sind. Da Wasserstoff, unmittelbar nachdem er erzeugt iot, von der Stelle der Umsetzung abgezogen wird, kann, wie
erwähnt j bei praktisch jeder Temperatur, ©inaohließlioh der
Temperatur dar Umgebung, eine 100#-ige Umwandlung dee.Brenn- .„
Stoffs ersielt werden. Bei der praktischen Verwendung
der Brennstoffelemente der Erfindung erfolgt jedoeh die
Erzeugung, von Wasserstoff bei der Betriebstemperatur des
Elementes* Da die Wasserstofferzeugunssanlage. si oh in innigem
Kontakt mit der nioht-pcrösen Wasserstoffdiffusionsmembran
oder in deren unmitteluarer Nähe befindet, wird, wie oben
erwähnt, die in dem Brennstoffelement erzeugte Wärme verbraucht, d.h. katalytisohe Schicht und Brennstoffelektrode
arbeiten zusammen.
Da in den Brennstoffelementen gemäß der Erfindung nur Wasserstoff durch die nioht-poröse Wasser st of fdiffuaionsmembran
diffundiert β werden Verunreinigungen, wie bei der Umsetzung (2) gebildetes Kohlendioxyd, zweckmäßig durch geeignete Entlüftungen
von dem Element abgeführt. Da die Verunreinigungen
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an der Brennstoffseitβ der Anode bleiben 9 kann der
Elektrolyt nicht durch aie verunreinigt werden. Da andererselts
nur an der Elektrolytseite der Membran Wasser gebildet
wirdj kann es au keinem Überfluten von Poren der Elektrode
kommen*
Die nicht-poröse WasserstoffdiffusioEsmembran kann aus irgend™
einer Substanz bestehen» duroh die, vorzugsweise bei !Temperaturen von 75 bis 3500C, Wasserstoff mit genügender Geschwindigkeit
diffundiert; und die gute elektrochemische Eigenschaft or» besitat« Als besonders vorteilhaft haben sich die ä
Metalle der Gruppen V und VIII des Periodischen Systems der Elemente, wie Palladium, öolumbium \mC Tantal, und legierungen
davon erwiesen» legierungen von Palladium mit Silber oder Gold sind bevorzugt, weil sie leicht erhältlich sind,
d@n duroh die Umgebung in einem Brennstoffelement gegebenen Bedingungen gegenüber beständig sind« hohe elektrochemische
Aktivität besitzen und Wasserstoff leicht diffundieren lassen. Die in dem Brennstoffelement der Erfindung verwendeten
Wasserstoffdiffuslonsmembranen enthalten neben Palladium
etwa 5-40 Gewe~5& Gold oder Silber, itlr manche Verwendungszwecke
„ beispielsweise wenn besondere festigkeit erforderlich
ist, kann es jedoch vorteilhaft sein, warn, ein drittes j
Element, wie Kupfer, Platin oder üJeiXur in der Legierung anwesend
iat. Die Mange an diesem dritten Metall ist jedooh
gewöhnlich nicht größer als etwa 5 Gew»-# der Legierung*
Membranen mit einem Gehalt von weniger als 5$ an Gold oder
Silber haben nach längerer Verwendungsdauer in einem Brennstoffelement nicht mehr die erforderliche festigkeit oder
die erforderliche elektrochemische Aktivität. Dagegen iBt die Diffusionsgesohwindigkeit von Wasserstoff duroh Membranen
mit einem Gehalt von mehr als etwa 40^ Gold oder Silber für
ein Brennstoffalement zu gering«
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Die Dicke der nicht-porösen Membran, die als Brennstoffelektrode
in dem Brennstoffelement dei Erfindung verwendet
wird, hängt weitgehend von dem anzuwendenden Druckabfall durch die Elektrode und der gewünschten Y/asserstoffdiffusionsgesohwindigkeit
ab. Die Diffuaion von Wasserstoff durch
die Membran ist dem Druckabfall durch die Membran direkt und der Dicke der Membran umgekehrt proportional. Die Mindestdicke
der Membran ergibt sich aus der Forderung, daß die Membran vollständig nicht-porös und gegenüber dem in dem
Element auftretenden Druck beständig ist. Vorzugsweise beträgt die Dicke etwa (O95-50 mils) 0,013-0,76 mm. Die
Membranen können als flache oder gewellte Folien oder rohrförmig ausgebildet sein. Die in den Brennstoffelementen der
Erfindung als Brennst offelekt roden vorzugsweise verwendeten
Legierungen aus Palladium mit Gold oder Silber sind sehr
duktil und können gut nach den auf dem Gebiet der Metallverarbeitung übliohen Methoden verarbeitet werden« Die Membranen
sind außerordentlich korrosionsbeständig9 insbesondere
gegenüber starken Alkalien und starken Säuren bei niedrigen
Spannungen, doh» wenn sie als Anoden verwendet v/erden<>
Die nioht~porösen Membranen können naoh bekannten Methoden
hergestellt werden« Beispielsweise können Palladium lind Gold
oder Palladium und Silber in dem gewünschten Mengenverhältnis miteinander vermischt9 das SemiscL zum Sahmeisen erhitzt
und ausgegossen und der Gießling ausgewalzt und gezogen werden.
Weiterhin kann eine Membran aus einer Palladiumlegierung
durch chemische oder elektrochemische Abscheidung auf porösen metallischen !Trägern oder Hetzen abgeschieden werden»
Diese Verfahren sind bekannt und ai:ad nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Um der Brennstoffelektrode überlegene elektrochemische Eigenschaft
en au verleihenj kann es erwünscht sein9 auf die Ober-
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fläohe der nicht-porösen Membran eine aktivierende Schicht,
vorzugsweise eine dünne Schicht aus eirem Metallsohwarz aufzubringen·
Besonders vorteilhafte Metallschwarsabscheidungen sind solche aua Palladium, Platin^ Bhodium» Euthenium9 einem
Gemisch von Platin und Rhodium oder Platin und Iridium. Bei bestimmter Umgebung und insbesondere bei Verwendung eines
bestimmten Elektrolyten kann es vorteilhaft sein, auf die verschiedenen Membranoberfl&ohen verschiedenes Metallsohwarz
aufzubringen. So werden besonders gute Ergebnisse erzielt, wenn die der gasförmigen Beschickung zugewandte Seite der
Membran mit einem Überzug aus Palladiumschwärz versehen wirde
während es, insbescndere bei Verwendung eines sauren
Elektrolyten, erwünscht sein kann, auf der Elektrölytseite
der Membran einen Überzug aus Piatina „jawars} der gegenüber
Säuren außerordentlich beständig ist, aufzubringen. Die Eigenschaften einer Elektrode aus einer Palladiumlegierung 9 die
mit einer Schicht Metallachwars aktiviert ist, bei ihrer Verwendung
in einem Brennstoffelement sind denjenigen von Elektroden, die nicht in dieser Weise aktiviert sind, über*-
raschend überlegen. Das Metallsohwars wird in bekannter
Weise, beispielsweise durch galvanische Abscheidung des Metalles aus einer seiner Lösungen, beispielsweise von Palladium
aus einer Palladlumchloridlösung, erhalten.
Das Überziehen der nicht-porösen Membranen aus der Pallaüiumlegierung
mit dem Metallsohwarz kann in bekannter Weise, beispielsweise durch galvanische Abscheidung aus einer wäßrigen
sauren Lösung erfolgen. Weiterhin wurde ge:?undens daß
überlegene Ergebnisse, inabesondere hinsichtlich der Haftfestigkeit
der I?ilme, erzielt werden, wenn die mit dem Übersug
zu versehende Elektrode, bevor sie mit einem Metellschwarz
plattiert vd.rds der Einwirkung von Y/asserstoff ausgesetzt
wird j beispi€iloweise indem man Visaserstoff bei hoher Temperatur
unter Brück in die Membran leitet oder die Membran in
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verdünnter Schwefelsäure oder verdünntem Kaliumhydroxyd kathodisch
polarisiert« Nachdem die Membran der Einwirkung von V/asseretoff ausgesetzt ißtf kann sie plattiert werden, indem
man sie einfach in eine Lösung des abzuscheidenden Metalles, beispielsweise in eine 2^ige Lösung von Palladiumohlorid,
tauoht. Der Wasserstoff wirkt ale Reduktionsmittel, das die
Abscheidung des Metallsohwarz bewirkt.
Di© auf die Membran aufgebrachte Menge an Metallschwarz ist nloht kritisch. Eine Verbesserung des Betriebs eines Brennstoffelemente
wird bereite bemerkbar, wenn eine Menge Metall« schwarz von 0,5-50 mg/cm2 auf der Elektrodenoberflache
abgeschieden istf und aus wirtschaftlichen Erwägungen beträgt
die Menge an Hetallaohwarz gewöhnlich "\.oht mehr als etwa
1-15 ing/om « Praktisch kann Jede Menge Metallschwarz naoh den
obigen Methoden auf der Oberfläche der Membran abgeschieden
worden. Es kann jedooh notwendig sein« die su überziehende
Membran zwischendurch erneut mit Wasserstoff zu behandeln bsWö'kathodisch zu polarisieren. Auch kann es je nach.der
Umgebung, in der die aktivierte nicht-poröse Membran aus der Palladiumsilberlegiarung verwendet worden soll, erwünscht
sein, die eins Oberfläche mit einer Schicht Metallsohwarz, beispielsweise Palladiumschwarz, einer Dicke und die andere
mit einer Schicht Mstallsohwars, anderer Dicke ode-v - mit
einer Sohicht aus einem anderen Metallschwarz, wie Platinschwarz, zu tiberziehen. Die Herstellung solcher tiberzüge kann
in der Weise erfolgen, daß zunächst die erste der zu überziehenden
Oberflächen der Palttierungslösung ausgesetzt wird, während
die zweite Oberfläche abgedeckt ist, und danach die zweite Oberfläche überzogen wird. Durch Abänderung der Technik der
Herstellung der Überzüge können Modifikationen der tiberzüge
ersielt werden. Auch können andere Maßnahmen zur Aktivierung der Oberflächen der Membran angewandt werden.
Zu den Katalysatoren, die in innigem Kontakt mit der nicht-
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porösen Yiasserstoffdiffusionsmembran oder in deren unmittelbarer
Nähe gehalten werden, gehören die bekannten Keformierungakatalysatoren»
Je nach dem vervrr.Ieten, Wasserstoff
erzeugenden Brennstoff und der Betriebstemperatur dee Brennstoffelementes
kann ein bestimmter Katalysator wirksamer sein ala ein anderer. Iin allgemeinen können-elementar© Stoffe,
de^en" Oxyde und Gemische davon verwendet ?/erden. Semisohe
von Zink9 Kupfer und Chrom mit geringen Spuren v©n Eisen
sind sehr wirksam. Auch andere Katalysatorent ivi© Kickel^
Kobaltf. Eisen, Ruthenium, 5?horium, können entweder im elementaren
Zustand oder ale Oxyde, entweder einzeln oder mitein- |
•ander fecmbiniert verwendet v/erden, Der Katalysator ?jis?d,
wie erwähnt, in innigem Kontakt mit oder in ngohater Mhe
von der nicht-porösen Membran gehalten». Y/enn der Katalysator
in beträchtlicher Entfernung von a©r nioht-poröeen lea-'©ran
angeordnet v/irds wird &i& Diffusion von Wasesratoff
und die ¥/Urmeübertragung zwischen der Katalyeato^aeliisM waä
d©2* Membran und d^nit auch die Erzeugung von weiterem Wasser«
stoff versohlöchterfc. Dahe? wird eier Katalysator us2?mgsweiae
in innigem Kontakt mit äer äfembrsai gehalten wm awa^ entweder
in pulverisiertem 2ustand oder als Bin BMt die- niohtporöse
Membran aufgebrachter verhältnismäSig dünnes1 Überaus·
Beispielsweise kann sin pulvsrförmigQr ICatslysator in *
trockenem Zustand in innigem Kontakt wdt der nicht-gorösöa
Membran gehalten werden^ wenn ein geeignetes Hets öd@^ Sieb
als Sräg.er verwendet wird, odei* der Κε 'lalysaf or ksxssi in <#in
paste2ia3?tig©s öemisoh eingearbeitet w&ü txat die Membran
aufgebracht meTäen* Die Dicke der Katalyeatorgchioät ist
nicht kritisch ο Sie beträgt gewöhnlich swiseliea etwa 0f05 '
wa& 2e5 mm (2 und 100 nile), wann sie in Kontakt mit oder
in der ITäh© von einer Membran mit einer Dicke von 0^013-0^25 mm
COp5-10 rails) verwendet wird· Je dünner dies© Schicht ist,
desto bosser wird natürlich Wasserstoff abgezogen und desto
besser ist die Übertragung der bei der Umsetzung in dem Brenn-
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stoffelement frei werdenden ¥/ärme an die Stella der Erzeugung
γοη. Wasserstoff«
Die hier "beschriebenen Brennstoffelemente können in einem
ziemlich, weiten Temperaturbereich betrieben werden. Da Wasserstoff
von der Stelle seiner Erzeugung abgezogen wird, erfolgt
die Itosetsung, bei der er erseugt wird, bei jeder Tempe
ratur , einschließlich der Temperatur der Umgebung. KIr eine
gute Wasserstoff diffusion und eine wirksame V/ as se rat off erzeugung
ist es ^edooh erwünscht, daß die Temperatur in dem
* Element über etwa 250C und vorzugsweise nicht über etwa 400°0
liegtο Der optimale Temperaturbereich liegt bei 75-2750O.
Bin besonders erwünschtes Merkmal der Erfindung ist, wie oben erwähnt, die Abführung von Wärme der TJmsetsung in dem Brennstoffelement
an die Wasserstoff erzeugende Umsel;sung9 womit
ein bei Herstellung und Betrieb von Brennstoffelementen
auftretendes Problem gelöst ist.
In den Brennstoffelementen gemäß HeT Erfindung liönnen verschiedene
Elektrolyt©D einschließlich wäßriger Alkaliens wie Ea-*
Iiumhydro3yd, latritimhydroxydg, Kaliumcarbonat und d;Le Alkanolamine»
verwendet werden. Verwendbare saure Elektrolytβ
sind beispielsweise Schwefelsäure und Phosphorsäure. Y/enn
ein saurer Elektrolyt gewählt wird, ist es vorteilhaft, die
dem Elektrolyten zugewandte Seite der Wasserstoffdiifusionsmembran
mit einem säurebeständigen Me*?llaahwarz, wie Platin,
zu ttbersiehen, um zu vermeiden» daß die Membran duroh die
Säure angegriffen -wird. Ein besonders- vorteilhaftes Merkmal
der Anode der Erfindung besteht darin, daß diQ Bildurg von
Nebenprodukten nur auf der Elektrolytseite der Membran erfolgt,
und der Elektrolyt daher die Elektrode nicht überfluten
oder blockieren kann. Die Nebenprodukte können durcn geeignete Mittel von dem Elektrolyten entfernt werden. Daher
kann praktisoh jeder Elektrolyt verwendet werden9 dar Ionen
zu überführen vermag und bei den Betriebsbedingungen des
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BADORiGlNAL
- 15 Brennstoffelementes praktisch unverändert bleibt α
In den Brennst off element en der Erfindung kann praktisch jede
der für Brennstoffelemente bekannten kathoden verwendet
werden« Beispielsweise eignen sich besonders gut homoporöae
und biporöoe Elektroden, einschließIioh der in der
USA-Patentsohrift 2 716 670 beschriebenen Elektroden, die
aus ETiokel mit einem Oberflächenüberzug aus lithiieitem
Niokelosyd bestehen, und der mit Kobalt/Mickel aktivierten
biporösen Niokelelektroden. die in der USA-Patentanmeldung
Serial No» 165 212 von Lieb na*her beschrieben sind» Andere geeignete Kathoden sind Kohlenstoffelektroden oder mit Silber
aktivierte Kohlenstoffelektroden sowie Elektroden aus Silber oder Silberlegierungen. Die Wahl einer geeigneten Kathode
hängt von dem verwendeten Oxydationsmittel und davon abe ·
welohe Materialien zur Verfügung stehen. Auoh kann jedes
geeignete Oxydationsmittel, wie Sauerstoff oder Luft9 verwendet
werden« ,
Die in dem Brennstoffelement der Erfindung verwendbaren Brennstoffe
sind diejenigen, die unter geeigneten Bedingungen unter Bildung von Yfasserstoff abgebaut werden, einscihließliohder
niedrig molekularen Kohlenwasserstoffe, wie Methan» Äthan, Propan, Butan, Pentan, Heran und Heptan, sowie der
niedrig molekularen Alkohole6 wie Methanols Äthanol 9 Propanol,
laobutanol und Pentanol» Auoh Kohlenmonoxyd kann verwendet
werden» Außer kohlenstoffhaltigen Brennstoffen können aber auoh andere wasserstoff haltige Materialien, wie Ammoniak,
die unter Bildung von Wasserstoff, der em der Anode des
Brennstoffelementes verbraucht wird, zersetzt werden, verwendet
werden. Wie erwähnt, kann· sich ein bestimmter Katalysator für einen bestimmten Brennstoff besser eignen als ein
anderer. Die Wahl und Kombination von Katalysator und Brennstoff liegt im Hahmen des fachmännischen Könnens-
9098 19/0 964
Die Erfindung soll im folgenden anhand von Beispielen näher veranschaulicht werdenβ
,1
Eine nicht-poröse Membran aus einer Legierung aus 75$ Palladium
und 25$ Silber mit einer Dicke von 0,038 mm wurde wie
folgt mit Palladiumschwarz aktiviert ί Die Membran wurde gereinigt,
indem man sie mit mit Luft aufgeblasenen fein pulverisiertem
Aluminiumoxyd polierte. Danaoh wurde die Membran in 5#~igea wäßriges Kaliumhydroxyd gehängt * An jeder Seite
der nioht-porösen Membran aus der Pßlladiumeilberlegierung
wurden Piatizianoden eingehängt« Zwei Anoden wurden verwendet, um ©in Aufwölben der nicht-porösen Membran au verhindern.
Von einer Batterie wurde Strom geliefert. Die Elektrode wird acht. Minuten in dem wäßrigen Kaliuinhydroxyd gehalten,
zu welchem Zeitpunkt sich ein Vorhang aus Blasen auf der Elektrodenoberfläche bildete. Die Behandlungszeit ist nicht
kritisch, und es ist nur notwendig, ein© vollständige oder praktisch vollständige Schicht aus Blasen auf der zu
plattierenden Oberfläche bu erzeugen. Die Palladiumsilbermembran wurde aus dom Elektrolyten genommen, mit destilliertem
Wasser gespült und dann in eine 2?i-=ige PdGlg-Lösung getauchte
Sie wurde acht Minuten in dieser Lösung gehalten, wobei sich ein Film von Palladiunisehwars auf der Membran ab«
schied ο Etwa 4 mg/cm Palladium wurde: auf der Oberfläche
der Membran abgeschieden. Die Elektrode wurde dann mit destilliertem Wasser gewaschen, um überschüssige Palladiumohloridlösung
zu entfernen. Beide Seiten der Membran wurden Überzogen. Das Verfahren wurde bei Zimmertemperatur durchgeführt.
JJaohdem die Membran mit Palladiumschwarz aktiviert war, wur-
909 819/0964
de auf die Gaaseite der Elektrode ein Crack·- und Wassergasgleiohgewichtskatalysator
aufgebracht. Der Katalysator bestand aus fein verteiltem Kupfer und wurde hergestellts indem
Kupfer aus einer 15?S~igen Kupfersulf r*1.ösung mit Zink ausgefällt,
wurde. Die Dicke" der Katalysatorsohicht betrug 0s8 mm„
Die oben beschriebene Elektrode wurde als Aaode und eine mit
iCobalt'V&iokeloxyd aktivierte biporöse Mckelelektrode als
Kathode in einem Brennstoffelement verwendet» Die Aktivierung
der Kathode erfolgt© durch Imprägnieren dee porösen (JerüstkBrpera
mit einer lösung von Kobalt- und Mckelnitrat mit einem Verhältnis Kobalt2Nickel von 7:3 und einem Metallgehalt
von 10 Gewe-^j Trocknen und Oxydieren des Gerüstes in
Luft bei 5000Go Di© Herstellung derartiger Kathoden ist in
der erwähnten USA-Patentaüme!dung Serial Ho. 165 212 von Lieb
näher beschrieben. Der in dem Brennstoffelement verwendete Elektrolyt war eine 75$~iga wäßrige Kaliumhydroxydlösung.. Die
Betriebstemperatur betrug 20O0O. Der Anode wurde ein gasförmiges
Gemisch von Methanol und Wasser im Verhältnis 1:1 miter einem Druck von 0*35 atü zugeführt. Der Kathode
wurde Sauerstoff unter einem Druck von 7 atü zugeführt*. Die
Werte für Stromdichte und Spannung des Elementes warens
Stromdichte, mk/omr Spannung (YoIt)
0 | 19062 |
5 . | 1B010 |
10 | 0,973 |
25 | 0,916 |
33 | 0,896 |
9098197 0 964
- 18
2
2
Eine biporöse Hiekalkathode wurde aktiviert« indem, man si©
mit einer jjösung von Kobalt« und EFickaXnitrat mit einem Verhältnis
Kobalt:Nickel von 7:3 und einem Metallgehalt von 10 Gewo-?ö imprägnierte. Naoh Trocknen wurde das Gerüst bei
5000G an Luft oxydiert» Eine Anode wurde hergestellt, indem
man eine nicht-poröse Membran aue einer Palladiumsilberlegierung
mit 75$ Palladium und 25$ Silber, wie in Beispiel 1
beschriebene mit Palladiumschwarz aktivierte« Danach.wurde
pulverisierter Katalysator Girdler 6-66 mit einer Partikelgröße
von -230 mesh Tyler soale, der aus 66,6$ Zink, 9»6$
Kupfer, 5,7$ Chrom und qpuren von Eisen besteht und von der
Grirdler Catalyst, Chemical Products Division, Chemetron Corp»
auf dan Markt gebracht wird, hinter die nicht-poröse Membran gefüllt. Die Elektroden wurden in Haltern in einen Elektrolyten
aus 75/£-igeai Kaliumhydroxyd mi": einer Temperatur von 2000C
getaucht. Der Kathode wurde Sauerstoff mit einem Druck von Q„7 atü und der Anode ein Gemisuh aus Äthanol und Wasserdampf
im Holverhältnis 1?3 mit einem Druck von 0e7 atü zugeführt.
Der Abstand zwischen den Elektroden betrug 16 mm. Stromdiohten
und Spannungen waren wie folgt:
Stromdichte ? mA/oit Spannung, Volt
0 1?010
50 O0840
100 . 0,800 .
150 0,762
Ein Brennstoffelement wurde, wie in Beispiel 2 bssohrieben,
aufgebaut mit dem Unterschied Jedoch, daß der Abotand zwischen den Elektroden 19 mm betrug. Der Kathode wurde luft mit einem
§09819/0964
1 | ,130 |
1 | „025 |
O | „915 |
O | ,800 |
Druck von 0,7 atti tind der Anode ein Gemisch von Methanol
und Wasserdampf im Molverhältnis 1 s 1 mit einem Druck von 0s
attt zugeführt. Stromdichten und.Spannungen waren«
Stromdichte. mA/om Spannung (YoIt)
50
100
150
100
150
Eine Anode wurde hergestellt, indem der in Beispiel 2 beschriebene Girdler G-66 Katalysator auf eine !!teilchengröße^ von
-230 mesh Iyler scale vermählen und die Gasseite einer mit
Palladiumsohwarz aktivierten Wasserstoffdiffusionsmembran
aus einer Legierung aus 75$ Pd und 25$ Ag mit einer Dioke
von 0,038 mm mit dem Pulver beschichtet wurde. Die Aktivierung der Membran erfolgte naoh dem Verfahren von Beispiel
Die Dioke der katalytisch wirksamen Pulverschicht betrug 0,8 mm«
Die Elektrode wurde in einem Halter in eine 755S-ige wäßrige
Kaliumhydroxydlösung, die bei einer Temperatur von 20O0O
gehalten wurde, getauoht. Die Beschickung bestand aus einem
Gemisch von CO und H20-Dampf im Volun^verhältnis 2i3 unter
einem Druok von 0P21 attU Stromdichte und Spannung waren
wie folgti
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Stromdichte« mA/cm Anoden°>Polari8ation, Spannung im Brenn-(gemessen)
Volt, (gemessen) stoffelement, Volt*
(no IR less) , (geschätzt)
0 | 0 | 1,120 |
50 | 0,024 | 1,036 |
. 100 | 0,047 | 0,963 |
150 | O9 057 | 0-893 |
*Die Wert© erreohnen sioh unter der Voraussetzung, daß eine
mit Kobalt-Zfriokeloxyd aktivierte biporöse »iokelkathode
und IfUft unter einem Druck von 0,7 atü verwendet werden,
Eine Anode wurde hergestellt, indem eine nicht-poröse Membran aus einer legierung aus 75# Palladium und 25$ Silber mit einer
Dicke von 0,038 mm, wie in.Beispiel 1 beschrieben, mit PalladiumBohwarz
aktiviert wurde. Nach der Aktivierung wurde hin-.v
ter der Anode ein Reformierungskatalysator aus 58$ Niokel
auf Kieselgur mit einem Verhältnis von reduziertem Nickel zu Gesamtniokel von 0,60-0,65, wobei das Mokel zuvor reduziert
* und stabilisiert war und die Katalysatorteiloheh so klein waren,
daß sie ein 10 mesh Iyler scale Sieb passierten, gepackt.
Eine wie in Beispiel 1 besohrieben mit Kobalt-Aiokeloacyd
aktivierte biporöse Niokelkathode und die Anode wurden
in Haltern in eine 85#-ige Kaliumhydroxydlöeung, die bei
255 0 gehalten wurde, getaucht. Der Kathode wurde Sauerstoff '
unter einem Druok von 0,7 atü und der Anode ein Gemisch aus Methan und Wasserdampf im Molverhältnis 2,3 unter einem
Gesamtdruok von einer Atmosphäre zugeführt. Der Abstand zwi-.
sehen Kathode und Anode betrug 13 mm. Stromdichte und
4*098 19/0 964
Η96Ί75
Spannung waren*
Stromdichte« m | A/onr | St>annun£, Volt |
0 | 1,09 | |
22,5 | 1,02 | |
4595 | 1,88 | |
69 | 09625 |
Beispiel 6 ™
Sino biporöse Nickelkathode wurde wie in Beispiel 1 "beschrieben
mit Kobalt-/Nickeloxyd aktiviert. Die Anode wurde durch
Aktivieren einer Membran aus einer Legierung aus 75$ Palladium
und 25$ Silber mit Palladiumsohwara, wie in Beispiel 1 beschriebe^
hergestellt. Danach mirde ein Reformierungskata.--lyaator
aus 58$ Nickel auf Kieselgur mit einem Verhältnis
von reduziertem Nickel zu Gesamtnickel von 0,60-0,659 wobei
das Nickel vorredusiert und stabilisiert war und die Katalysatorteilohen
so klein waren^ daß sie ein 10 mesh Tyler
scale Sieb passierten, hinter die nicht-poröse Membran gefüllt» Die Elektroden wurden in Haltern in eine 85$-ige *
Kaliumhydroxydlösung, die bei 2500O gehalten wurde, getaucht.
Der Kathode wurde Sauerstoff unter einem Druck von 0,36 atü und der Anode ein Brennstoffgemisch aus η-Hexan und Wasser
in einem Gewichtsverhältnis von 1,15s1 unter einem Druck von
O939 atü zugeführt. Das Brennstoffgemisch wurde verdampft9
bevor es in die Anodenkammer eingeleitet wurde. Der Abstand
zwischen Anode und Kathode betrug 1/2 Zoll. Stromdichte und Spannung des Brennstoffelementes warens
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Stromdichte» mA/cm | Beispiel 7 | Suannunß,» Volt |
0 | 19030 | |
34,5 | 0,895 | |
50 | 0,826 | |
80,5 | 0,722 | |
100 | 09683 | |
126 | 0,650 | |
Sine biporöse ISfickelkathode wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben,
mit Kobalt-/Hickeloxyd aktiviert. Die Anode wurde duroh
Aktivieren einer Membran aus einer Legierung aus 75$ Palladium
und 25^ Silber mit Palladiumsohwara wie in Beispiel 1
beschrieben hergestellt. Danach wurde ein Reformierungskatalyaator
aus 5Q$ nickel auf Kieselgur mit einem Verhältnis
von reduziertem Slokel zn Gesamtniokel von 0e60-0,65,
wobei das iiiokel vorreduziert und stabilisiert war und die
Katalysatorteilohen so klein waren, daß sie ein 10 mesh
iüyler scale Sieb passierten, hinter die nicht-poröse Membran
gefüllt. Die Elektroden wurden in Haltern in ©ine 85^-ige
Kaliiamhydroxydlösung mit einer 3?emperatur von 25O0O getaucht.
Der Kathode wurde Sauerstoff mit einem Druck von O956 atü
und der Anode ein Brennstoffgemisoh aus bleifreiem hochwertigen
AMOCO-Gasolin (unleaded high test AMOGO gasoline) und
Wasser im Volumenverhältnis 0,538t 1 unter Atmosphärendruok
augeführt* (Das bleifreie aasolin hajte die folgenden Eigensohaftenj
Cetanzahl - 100,8» Schwefelgehalt - 090004$δ, Destillation
- 10# bei 49°C? 50jS bei 1160O9 9($ bei 1660O und
Deetillationsraokstand weniger als 1#). Das flüssige Brennstoffgemisoh
wurde verdampft und der Kathode augeführt. Der Abstand zwisohen Kathode und Anode betrug 13 mm. Stromdichte
909819/0964
- 23
und Spannung waren*
und Spannung waren*
Stromdichte. mA/om Spannung. YoIt | O | 1» 07 |
20 | 1,03 | |
40 | 0,98 | |
60 | 0,905 | |
80 | 0,805 | |
100 | 0,700 | |
Beispiel 8 |
Eine biporuse Niokelkathode wurde, wie in Beispiel 1 besahrie~
ben, mit Niokel-/Kobaltoxyd aktiviert. Sine Membran aue
einer legierung aus 75$ Palladium und 25$ Silber von 0,038 mm
Diokβ wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, mit Palladium- .
schwäre aktiviert. Danach wurde ein Reformierungskatalysator
in der Form von Pellets (4,8 ϊ 5,2 mm) hinter die Wasser
et off diffusionsmembr an gefüllt. Der Katalysator bestand
aus vorreduziertem Nickel, das so stabilisiert war, daß es
an Luft nicht-pyrophor war und 5Ο7& Nickel auf einem Kieselgurträger enthielt. Die Elektroden wurden in Haltern in
einen Elektrolyten aus einer 85#-igen KOH-lösung von 25O0O
getaucht. Der Kathode wurde Sauerstoff oder Ifuft unter einem
Druck von 5*6 atü und der Anode ein Brennst off gemi sah. aus
verdampftem und duroh bei 2400O siedendes Wasser unter Druck
geleitetem n-Heptan zugeführt. Der "Osruok auf das Brennstoff«
gemisch wurde auf 2,5 atü gesenkt, bevor es in die Anodenkammer eingeleitet wurde. Der Abstand zwischen Anode und
Kathode "betrug 13 mm. Stromdichte und Spannung waren«
90 9819/096A
U I / Ü
Stromdi cht e, mA/em
Spannung, | Volt |
Luft | |
1,09 | 1,09 |
i004 | 1,015 |
0,98* | 0s90 |
O 9 865 | 0,74 |
20 40 60
Anstelle dor für die Membranen der Beispiele 1»8 verwende«
ten Legierung aus 75# Palladium und 25?° Silber können
andere Palladitunlegierungen„ vorsugsweise solche mit einem
Gehalt von etwa 5-40 GeW0*^ Silber oder Gold verwendet werden..
und das zur Aktivierung der Membran verwendete Palladiumsohwars
kann durch anderes Metallsehwarz aus beispielsweise
Bhodiiüns, -Huthenium^- Pallaäium/iihodiume Platin/Kliodium und
Palladium/Iridium ersetzt; werden. Außerdem können auoh
andere Katalysatoren, die liolcel, ZlJk9 Shoriums Kobalt,.
Kupfer^ Eisen,, deren Oxyde und Gemische davon enthalten, und
ander® Wasserstoff erzeugende Brennstoffe» elnsohließlioh
Propanfi Buta^ip Pentan und Ammoniak9 venvendet werden«
Das Brennstoffelement der Erfindung hat» wie aus den obigen
Angaben arsiohtlioh» qiusge sei ahnet e elektrochemische Eigenschaften
und 1st in 3 ©der Hinsicht mit ein ©si mit reinem Wasserstoff betriebenen Brennstoffelement vergleichbar obwohl
ihm verhältnismäßig inslcfcive Wasserstoff erzeugende Brennstoffe angeführt werden. Bs ist sowohl"bei Verwendung eines
alkalischen als auch bei Verwendung "^nes sauren Elektrolyten
außerordentlich haltbar. Die als Anode verwendete Membran seigt auch nach längerem kontinuierlichem Betrieb keinerlei
Helgung au se rf allen oder inaktiv au werden«
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Claims (1)
- Paten taa.s p-?tie he1. Mit Wasserstoff als Brennstoff au betreibendes Brennstoffelements äaößyoli gelceaasi»ioliaetf daß es als Anode- eine niont-poröse vrasaerstoffdiffuftionsmem··» bran und la innigem Kontakt mit dieser Hesibran oder in unmittel barer HSho davon ©ine KatalysatorsohiQ&t» die die- Erzeugung von Wasserstoff ezw einem Brennstoff, der Wasserstoff m ■bilden versage begünstigt »■ aufweist«'2o Brennstoffelement .nach Anspruch 1-9. d a & u.r α h g θ ■=· Je © κ η a © i c h η © t9 daß. di© .Wasserstoffdiffusionsmeiabraa aus einer Logiaruag von Palladium zait 5-40^ Silber oder Sold und ggfso noQh bis au 5?& Kupfer9 Platin oder Sellur-besteht <.5o Brennst off element naote. eHnem der vorhergehenden -ansprüoh®9 d adur 8 h " g e k e η η s e i-..o h η e t„ daß· ä©r Katalysator eis. Heformieruag-akatalysator oder ein Shift-Kata» ist*4» Brennstoff element naoh einem-der vorhergehenden Aasprlilohe9 ä -a cZ Td s9 oh gskeanaeioliaeii, dao, di© kata«= lyt&@ohe SöMöht aus einemOendLeoh besteht} <äaa ββ9β^ zinlc, Svipfea? -und 5S7^ Chrom ent Mit» . ■ .5o Verfahren zur iärseragußg von elektrisehor Energie in einem felementv d a d u r ο la g β k e u s.a. e i α h.n ο sia ITaasorstoff enthaltender Brennstoff an-eine Wasisey-ratoff erJ33iagQaae lcatalytioohe Sohioht»' die sich, in Innigem• *££i.i'i#afct Füi'y oder in unrailttölbarer Mähe von ©iaer als Anode Wasserstoffdiffusionszaembran befindet 9 geführt90 9819/0 964β6 Verfahren aaefe A&gpruoh 5β & a .d u r ο h g -θ -k e η η ~ s e i β h «ι β t9 SaS als Katalysator ein Reformieruiagskata*» ljoator T7ο Verfahren naefr ©iaem der iln@pru.eiie 5 oder 6, d a a. u r ο h g e'k β a η s β 1 ο h ή a tj, ö.ai als Wasserst off* diffuaionsmeab^an sin© Meabrasi aus ©Inez? Legieximg PallaäLum alt 5-4CjS Silber oder'. GoIt. -verwendet wird8. ?erfahre2i naoJb. einem der AnspEüoJie-· 5 Ms T5 t a d u r c h g e It a η η s © 1 ο Ii η e t» daß der k sohea Sohiaht als Brsxmstoff Methanol9 Jtthanol;. Methan0 Haxaa oder -Heptan5 vorzugsweise, zusammen mit Wass@rdaiapf-9 oder einem" GeaisöL·. von Kohlesmonosyd imd Dampf'stigefttli.rt9098 19/0 964
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---|---|---|---|
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US355996A US3393098A (en) | 1963-04-30 | 1964-03-24 | Fuel cell comprising a hydrogen diffusion anode having two layers of dissimilar metals and method of operating same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1496175A1 true DE1496175A1 (de) | 1969-05-08 |
Family
ID=26958171
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GB (1) | GB1020944A (de) |
Families Citing this family (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3536533A (en) * | 1965-04-13 | 1970-10-27 | Masami Kitamura | Fuel cell electrode |
US3536534A (en) * | 1966-10-12 | 1970-10-27 | Tokyo Shibaura Electric Co | Fuel cell with nonporous hydrogen electrode and hydrogen generating means |
US3497390A (en) * | 1966-11-29 | 1970-02-24 | Us Air Force | Fuel cells:palladium hydrogen diffusion electrode |
US3640774A (en) * | 1967-10-09 | 1972-02-08 | Bolt Beranek & Newman | Method of increasing fuel cell current density |
US3498842A (en) * | 1967-10-25 | 1970-03-03 | Hughes Aircraft Co | Electrodes,electrode cells and method |
CA2016517C (en) * | 1989-05-11 | 1999-01-12 | Dale R. Shackle | Solid state electrochemical cell having microroughened current collector |
US5480735A (en) * | 1990-06-25 | 1996-01-02 | International Fuel Cells Corporation | High current alkaline fuel cell electrodes |
US5139541A (en) * | 1990-08-10 | 1992-08-18 | Bend Research, Inc. | Hydrogen-permeable composite metal membrane |
US5393325A (en) * | 1990-08-10 | 1995-02-28 | Bend Research, Inc. | Composite hydrogen separation metal membrane |
CA2048849A1 (en) * | 1990-08-10 | 1992-02-11 | David J. Edlund | Thermally stable composite hydrogen-permeable metal membranes |
US5645626A (en) | 1990-08-10 | 1997-07-08 | Bend Research, Inc. | Composite hydrogen separation element and module |
US6037514A (en) | 1994-01-14 | 2000-03-14 | Eltron Research, Inc. | Solid state proton and electron mediating membrane and use in catalytic membrane reactors |
US5821185A (en) * | 1994-01-14 | 1998-10-13 | Eltron Research, Inc. | Solid state proton and electron mediating membrane and use in catalytic membrane reactors |
US5804325A (en) * | 1995-01-13 | 1998-09-08 | Westfield Trading Corporation | Non poisoning fuel cell and method |
US6881308B2 (en) * | 2002-03-04 | 2005-04-19 | Lynntech, Inc. | Electrochemical synthesis of ammonia |
US20050087449A1 (en) * | 2002-03-04 | 2005-04-28 | Adrian Denvir | Electrochemical synthesis of ammonia |
US7001446B2 (en) * | 2002-03-05 | 2006-02-21 | Eltron Research, Inc. | Dense, layered membranes for hydrogen separation |
WO2003076050A1 (en) * | 2002-03-05 | 2003-09-18 | Eltron Research, Inc. | Hydrogen transport membranes |
US20050241477A1 (en) * | 2002-03-05 | 2005-11-03 | Mundschau Michael V | Hydrogen transport membranes |
DE10222568B4 (de) | 2002-05-17 | 2007-02-08 | W.C. Heraeus Gmbh | Kompositmembran und Verfahren zu deren Herstellung |
US7022165B2 (en) * | 2003-08-29 | 2006-04-04 | The Regents Of The University Of California | Tubular hydrogen permeable metal foil membrane and method of fabrication |
US7314544B2 (en) * | 2004-09-07 | 2008-01-01 | Lynntech, Inc. | Electrochemical synthesis of ammonia |
KR100803669B1 (ko) * | 2007-03-27 | 2008-02-19 | 한국과학기술연구원 | 에탄올을 직접 내부 개질하는 용융탄산염 연료전지용연료극, 그 제조방법, 및 그 연료극을 포함하는 용융탄산염연료전지의 직접 내부 개질 방법 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3180762A (en) * | 1960-08-24 | 1965-04-27 | Leesona Corp | Air or oxygen depolarized hydrogen concentration cell |
US3177097A (en) * | 1960-09-29 | 1965-04-06 | Standard Oil Co | Electrochemical reaction apparatus |
US3259523A (en) * | 1960-12-30 | 1966-07-05 | Standard Oil Co | Fuel cell including means for converting hydrocarbons and separating hydrogen |
-
1964
- 1964-03-24 US US355996A patent/US3393098A/en not_active Expired - Lifetime
- 1964-04-20 GB GB16339/64A patent/GB1020944A/en not_active Expired
- 1964-04-29 CH CH576764A patent/CH454239A/de unknown
- 1964-04-30 DE DE19641496175 patent/DE1496175A1/de active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH454239A (de) | 1968-04-15 |
GB1020944A (en) | 1966-02-23 |
US3393098A (en) | 1968-07-16 |
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---|---|---|
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