DE1496217A1 - Fuel elements for aqueous electrolytes - Google Patents

Fuel elements for aqueous electrolytes

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DE1496217A1 DE19641496217 DE1496217A DE1496217A1 DE 1496217 A1 DE1496217 A1 DE 1496217A1 DE 19641496217 DE19641496217 DE 19641496217 DE 1496217 A DE1496217 A DE 1496217A DE 1496217 A1 DE1496217 A1 DE 1496217A1
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Description

Oipl.-lng.nipl.oec.publ. · .Oipl.-lng.nipl.oec.publ. ·. DIETRICH LEWINSKYDIETRICH LEWINSKY PATENTANWALTPATENT ADVOCATE MlKku -PmIm. Aams-BwMiier-Slrri· 2iJMlKku -PmIm. Aams-BwMiier-Slrri · 2iJ TeWon18139 27. Februar 1964 TeWon18139 February 27, 1964

74 - L/W74 - L / W

Societe Generale de Constructions Bleotriques et Meoanlques (ALSTHOM), Paris 16, Avenue Kleber 16 (Prankreich)Societe Generale de Constructions Bleotriques et Meoanlques (ALSTHOM), Paris 16, avenue Kleber 16 (France)

"Brennstoffelemente für wäßrige Elektrolyse""Fuel elements for aqueous electrolysis"

Französische Priorität vom 1. März 1963 aus der französischen Patentanmeldung Nr. 2389 (Beifort)French priority dated March 1, 1963 from the French Patent application No. 2389 (Beifort)

Es sind zahlreiche. Typen von Brennstoffelementen für wäßrige Elektrolyte bekannt, die bei niedriger Temperatur ar» beiten und direkt Sauerstoff und einen Brennstoff, meist Wasserstoff, verbrauchen. Diese Elemente haben im allgemeinen eine mit dem Brennstoff gespeiste Elektrode, der sich elektrochemisch oxydiert, indem er Elektronen verliert, und eine mit Sauerstoff gespeiste Elektrode, der sich elektrochemisch reduziert, indem er Elektronen aufnimmt, wobei diese Elektroden beide mit demselben Elektrolyten in Kontakt stehen, der sie trennt und der die Lösung einer Säure, einer Base oder eint* Salzes sein kann« Meist wird wegen der sehr schlechten Fedhiktionskinetik des Sauerstoffs in saurem Milieu eine konzentriert« Basenlösung verwendet. Aber dieses basische Milieu ist nicht unbedingt dasjenige, das für die Oxydation des Brennstoffes am günstigsten wäre. Außerdem tritt im Falle der Wendung von Kohlen stoff-haltigen Brennstoffen häufig eine zunehmende Bildung von kohlen« oder ameisensäure» Salzen in der basischen Lösung auf.There are numerous. Types of fuel elements known for aqueous electrolytes, which operate at low temperatures » and use oxygen and a fuel, usually hydrogen, directly. These elements generally have a electrode fed with the fuel, which oxidizes itself electrochemically by losing electrons, and one with Oxygen-fed electrode that electrochemically reduces itself by accepting electrons, these electrodes both are in contact with the same electrolyte as they are separates and the solution of an acid, a base or a * "Most of the time, because of the very poor reaction kinetics of the oxygen in an acidic environment, one is concentrated" Base solution used. But this basic environment is not necessarily that which is responsible for the oxidation of the fuel would be cheapest. In addition, in the case of carbon-containing fuels being turned, there is often an increasing formation of carbon «or formic acid» salts in the basic solution.

BA »271-2 309820/1028 . 2 -B/s BA »271-2 309820/1028. 2 - fps

Aus runden der elektrochemischen Kinetik könnte man für die Reduktion des Sauerstoffes und für die Oxydation des Brennstoffes Elektrolyse mit verschiedenen pH-Werten wählen. Ein Element, das tatsächlich einen Elektrolyten mit bestimmtem pH für die Elektrode des Brennstoffs und einen anderen Elektrolyten mit einem anderen pH für die Elektrode des Sauerstoffs verwenden würde, müßte zwischen den beiden Elektrolyten eine Trennwand haben, die eine Diffusion zwischen beiden verhindert« aber nur einen geringen elektrischen Widerstand aufweist. Eine Trennung der beiden Halbelemente mit einem einfachen porösen Diaphragma verhindert entweder nicht eine rasche.DIffusion,From round the electrochemical kinetics one could for the Select the reduction of oxygen and, for the oxidation of the fuel, electrolysis with different pH values. A Element that actually has an electrolyte with a certain pH for the electrode of the fuel and another electrolyte with a different pH for the electrode of the oxygen would use, there would have to be one between the two electrolytes Have a partition that prevents diffusion between the two « but has only a low electrical resistance. A separation of the two half-elements with a simple porous Diaphragm either does not prevent rapid diffusion,

was zur Neutralisation der beiden Elektrolyten führt, oder beWiderstand, sitzt einen zu hohen/Brennstoffelemente vom genannten Redox-which leads to the neutralization of the two electrolytes, or resistance, sits too high / fuel elements of the mentioned redox Typ, die bei tiefer Temperatur mit wäßrigen Elektrolyten arbeiten, benutzen nicht die direkte elektrochemische Reduktion des Sauerstoffs und die direkte elektrochemische Oxydation des Brennstoffs, sondern verwenden Zwischen-Redoxsysteine. Diese Redoxsysteme, die jedes in einem Elektrolyten gelöst sind, gehen innerhalb des Elementes elektrochemisch von einem Oxydationsgrad in den anderen über und werden außerhalb des Elements chemisch in den Ausgangszustand zurückgeführt. Letzter«« erfolgt unter der Einwirkung des Sauerstoffs bzw. des Brennstoffs, während der Elektrolyt zwischen dem Element, wo er an einer Elektrode verbeifließt, und dem Regenerator zirkuliert.Type that operate at low temperature with aqueous electrolyte, do not use the direct electrochemical reduction of oxygen and the direct electrochemical oxidation of the fuel, but use etween-Redoxsysteine. These redox systems, which are each dissolved in an electrolyte, go electrochemically from one degree of oxidation to the other within the element and are chemically returned to the initial state outside the element. The latter takes place under the influence of the oxygen or the fuel, while the electrolyte circulates between the element, where it flows to an electrode, and the regenerator.

Daß" Redoxsystera also, das als Zwischensystera für den Sauerstoff dient, reduziert sich im Element elektrochemisch anThe redox system, which serves as an intermediate system for the oxygen, is reduced electrochemically in the element

909820/1028 " 3 "909820/1028 " 3 "

BAD ORIGiMALBATH ORIGiMAL

einer Elektrode, wo ihm Elektronen entzogen werden, und wird dann in dem Regenerator außerhalb des Elements durch Sauerstoff wieder oxydiert. Das Redoxsystem, das als liwischensystem für den Brennstoff dient, wird im Element an einer anderen Elektrode elektrochemisch oxydiert, indem Ihm Elektronen zufließen, und wird dann in einem Regenerator außerhalb des Elements durch den Brennstoff wieder reduziert.an electrode, where electrons are withdrawn from it, and will then re-oxidized by oxygen in the regenerator outside the element. The redox system, which serves as an intermediate system for the fuel, is electrochemically oxidized in the element at another electrode by electrons flow in, and is then reduced again in a regenerator outside the element by the fuel.

Die beiden Systeme müssen schnell und reversibel arbeiten. Das Redcx element hat mindestens eine Elektrode, um die der Trägerelektrolyt des einen Redoxeystems fließt, eine Elektrode, um die der Trägerelektrolyt des anderen Redcxsystems fließt, und ein Diaphragma, das das Element in zwei Teile teilt und die beiden Trägerelektrolyten voneinander trennt. Dieses Diaphragma soll dl« Diffusion zwischen beiden Redoxsystemen und damit ihre Vermischung verhindern, dabei aber nur ..einen geringen elektrischen Widertand aufweisen.The two systems must work quickly and reversibly. The Redcx element has at least one electrode around which the Carrier electrolyte of one redox system flows, an electrode, around which the carrier electrolyte of the other Redcx system flows, and a diaphragm dividing the element into two parts and separates the two carrier electrolytes from one another. This diaphragm is intended to allow diffusion between the two redox systems and thus prevent their mixing, but only have ... a low electrical resistance.

übrigens soll Jedes Redoxsystem ein Oleiohgewichtspptential in der Nähe des des Sauerstoffs und des Brennstoffs haben unter den Jeweiligen Milieubadingungen, um in Form Von elektrischer Energie ein Maximum an freier Enthalpie der Oxydation des Brennstoffs durch den Sauerstoff zu gewinnen.By the way, every redox system should have an oleic weight potential in the vicinity of the oxygen and the fuel have, under the respective environmental conditions, a maximum of free enthalpy of oxidation in the form of electrical energy of the fuel through the oxygen.

Bekanntlich ändert sich das Gleiehgewlohtspotential des Systems Sauerstoff - Wasser (oder Ionen des Wassers) mit dem pH des Elektrolyten. Unter Bedingungen normaler Temperatur und normaleα Druckes und in Bezug auf eine Normal-Wasserstoffelektrode folge es der Bsziahung: 909820/1028As is well known, the gleiehgewloht potential of the changes System oxygen - water (or ions of water) with the pH of the electrolyte. Under conditions of normal temperature and normal pressure and in relation to a normal hydrogen electrode, it follows the line: 909820/1028

W-- 4-W-- 4 -

H96217H96217

E1 (Volt) - 1,23 ~ 0,058 1 E 1 (volts) - 1.23 ~ 0.058 1

Das Redoxsystem, das als Zwischensystem für den Sauerstoff wählt wird» soll ein Gleichgewichtspotential so nahe wie möglich bei E1, aber etwas niedriger haben.The redox system that is chosen as the intermediate system for the oxygen »should have an equilibrium potential as close as possible to E 1 , but somewhat lower.

Dasselbe giJlt für den Brennstoff. Zum Beispiel folgt bei Wasserstoff das Gleichgewichtspotential des Systems Wasserstoff - Wasser (oder Ionen des Wassers) unter Bedingungen normaler Temperatur und normalen Druckes unfl in Bezug auf die Normal--Wasserstoff elektrode bei wechselndem pH des Elektrolyten der Beziehung:The same applies to fuel. For example, follows at Hydrogen is the equilibrium potential of the system hydrogen - water (or ions of water) under conditions of normal temperature and normal pressure unfl in relation to the Normal - hydrogen electrode with changing pH of the electrolyte the relationship:

E2 (Volt) - 0,00 τ'0,058 PH2 E 2 (volts) - 0.00 τ'0.058 PH 2

Das Redoxsystem, das als Zwischensystem für den Wasserstoff gewfehlt wird, soll ein GleichgewichtspotentIaI so nahe wie möglich bei E2, aber etwas höher haben.The redox system, which is chosen as the intermediate system for the hydrogen, should have an equilibrium potential as close as possible to E 2 , but somewhat higher.

Wenn der pH des Elektrolyten In den beiden Halbelementen derselbe ist, sind E. und Eg nicht unabhängig, Bei de« Element, das Wasserstoff und Sauerstoff verbraucht, ergibt dich dann:When the pH of the electrolyte In the two half-elements is the same, E. and Eg are not independent. which consumes hydrogen and oxygen then gives you:

H1 ■« Ii^ + 1,25 (Volt;)H 1 ■ « Ii ^ + 1.25 (volts;)

Di· GIeiobgewichtspotentiale der beiden Redoxayeteme sind also nicht mehr unabhängig. Wenn die Wahrscheinlichkeit, ein Redoxsystem zu finden, da3 allen GeEichtepunkten entspricht, klein istf so ist die Wahrscheinlichkeit, davon zwei zu finden, die durch die Bedingung verschiedenen Gleichgewichtspotentiale miteinander vsrbrtiiden sind, noch viel geringer. Man hat sichThe equilibrium weight potentials of the two redox elements are therefore no longer independent. If the probability of finding a redox system that corresponds to all points of weight is small istf so the probability of finding two of them is the due to the condition that different equilibrium potentials are compared with one another, much less. One has

909820/1028909820/1028

.- K' —.- K '-

-5- U96217-5- U96217

übrigens bis Jetzt auf Elektrolyse starker Säuren und starker Basen beschränkt. Damit wird nicht nur die Differenz der Gleichgewichtspotentiale» sondern mehr noch ihre absolute Höhe festgelegt unf führt zur Erforschung nur eines sehr beschränkten Bereichs von Redoxsystemen. By the way, until now on electrolysis of strong acids and stronger Bases limited. In this way, not only the difference between the equilibrium potentials becomes »but even more so its absolute Set altitude and leads to exploration of only a very limited range of redox systems.

In der Tat wechselt das Gleichgewichtspotential zahlreicher Redoxsysteme nach einer Hegel, die von O4058 pH verschieden ist (und oft sogar in einem gewissen pH-Bereich sich garnicht ändert}* Für eine große Zahl solcher löslicher, schneller und reversibler Systeme wird es möglich sein, einen pH-Wert so zu wählen» daß ihr Gleichgewichtspotentlal bei diesem pH in der Nähe von E, liegt. Ebenso wird es für eine große Zahl solcher löslicher, schneller und reversibler Systeme möglichIn fact, the equilibrium potential of numerous redox systems changes according to a Hegel that differs from O 4 058 pH (and often does not change at all even in a certain pH range) * It will be possible for a large number of such soluble, faster and reversible systems to choose a pH value so that its equilibrium potential at this pH is close to E. It is also possible for a large number of such soluble, faster and reversible systems

sein» einen pH-Wert so zu wählen, daß ihr Gleiohgewlohtspotentia.l in der Nähe von E2 liegt. Man kann also das Redoxelement so aufbauen* daß man je ein Redoxsystem der ersten und der zweiten Gruppe auswählt« die beide einen Elektrolyten mit geeignetem pH verwenden. Aber das Diaphragma» das die beiden Elektrolyten eines solchen Elements voneinander trennt» soll eine Diffusion zwischen den beiden Elektrolyten und damit ihre Neutralisation verhindern« dabei Jedoch nur einen geringen elektrischen Widerstand aufweisen.. Weiterhin soll das optimale Element eine theoretische elektromotorische Kraft beibehalten» die der eines optimalen Elements mit Elektrolyten desselben pH-Wertes in beiden Halbelementen gleich ist (z.B. 1,23 V für das Element unter Normalbedingungen» das Wasserstoff und Sauerstoff verbraucht.its »to choose a pH value so that its Gleiohgewlohtspotentia.l is in the vicinity of E 2 . The redox element can therefore be built up in such a way that one selects a redox system from the first and the second group, both of which use an electrolyte with a suitable pH. But the diaphragm "that separates the two electrolytes of such an element" is intended to prevent diffusion between the two electrolytes and thus their neutralization of an optimal element with electrolytes of the same pH value is the same in both half-elements (e.g. 1.23 V for the element under normal conditions that uses hydrogen and oxygen.

9 0 9 8 2 0/1 ff 2%"9 0 9 8 2 0/1 ff 2% "

BADBATH

Die Erfindung bat eine besondere Trennvorrichtung zumThe invention asked a special separator for

and^ die unter definierten Bedingungen arbeitet. Diese Vorrichtung gestattet es* verschiedene pH-Werte in beiden Halbelementen zu verwenden, setzt der Diffusion zwischen beiden einen erhöhten Widerstand entgegen* hemmt dagegen kaum die Wanderung gewisser anwesender Ionen und gestattet es* eine theoretische elektromotorische Kraft beizubehalten« die gleich ist derjenigen, die ein Element haben würde» das dieselben Ausgangsmaterlalien unter Verwendung nur eines Elektrolyten verbraucht. Die Erfindung stellt also eine zusätzliche aufbaumäßige Variante dar. für die Einrichtung von Brennstoffelementen mit wäßrigen Elektrolyten im allgemeinen und insbesondere für Redoxelsmente, indem sie in diesem Falle die beiden verwendeten Redoxsysteme teilweise oder vollständig unabhängig voneinander macht»and ^ which works under defined conditions. These Device allows * different pH values in both Using half-elements opposes the diffusion between the two with an increased resistance *, on the other hand, hardly inhibits the Migration of certain ions present and allows it * one theoretical electromotive force to maintain «the same is the one who would have an element »the same Starting materials using only one electrolyte consumed. The invention thus represents an additional structural variant. For setting up fuel elements with aqueous electrolytes in general and especially for Redoxel ducks by using the two in this case Makes redox systems partially or completely independent of each other »

Diese Trennvorrichtung besteht erflndungsgemäJä in der Kombination einer oder mehrerer Ionenaustauseherraembranen und bestimmten Elektrolyt lösungen, die so beschaffen sind;, das die Zahl der transportierten Kationen außer H+ entweder null oder nur sehr gering gegenüber deren von ft* ia den kationischen Membranen und die Zahl der transportierten Anionen außer OH" entweder null oder nur sehr gering gegenüber der von OH" in den anionischen Membranen ist.According to the invention, this separating device consists of a combination of one or more ion exchange membranes and certain electrolyte solutions that are designed in such a way that the number of cations transported except H + is either zero or only very low compared to those of the cationic membranes and the number of transported anions other than OH "is either zero or only very low compared to that of OH" in the anionic membranes.

lonenaustausehermemforanen wurden in Brennstoffelementen schon verwendet* hauptsächlich als Slekfcrolvte in fester Form oder als 909820/1028 Ion exchanger membranes have already been used in fuel elements * mainly as Slekfcrolvte in solid form or as 909820/1028

BAD ORIQ m$L BAD ORIQ m $ L

Diaphragmen, die dazu bestimmt sind, nur den Durchgang von Ionen, aber nicht den von neutralen Molekülen zu ermöglichen» Im Falle von Redoxelementen dienen diese Diaphragmen dazu» die Diffusion der Bestandteile des Redoxsystenis zu verhindern. Bei der vorrichtung gemäß der Erfindung üben die lonenaustau3chermeisbranen ebenfalls ihre schon bekannten Funktionen aus« hinzu tritt jedoch ihre Fähigkeit der selektiven Ionendurchlässigkeit und die dadurch entstehenden Membranpotentiale· Diaphragms that are designed to allow only the passage of ions, but not that of neutral molecules »In the case of redox elements, these diaphragms serve to» prevent the diffusion of the constituents of the redox system. In the device according to the invention, the ion exchangers also exercise their already known functions, but their ability to selectively permeate ions and the resulting membrane potentials are added.

Es ist bekannt» daß wenn eine Membran (selektiv oder nicht) zwischen zwei Lösungen gestellt wird, die. mehrere Ionenarten in verschiedenen Konzentrationen enthalten, sich zwischen den Oberflächen der Membran ein Potential EM = E0 ~ E1 ausbildet» das sich errechnet.zuIt is known that when a membrane (selective or not) is placed between two solutions, the. contain several types of ions in different concentrations, a potential E M = E 0 ~ E 1 develops between the surfaces of the membrane, which is calculated

Lösung (2)Solution (2)

• ^- /2; Ii d L°e a] i Z1 • ^ - / 2; Ii d L ° e a ] i Z 1

'Lösung (1)'Solution (1)

in der R die Gaslconstante» T die absolute Temperatur, F die Faraday" sehe ZaIiX und a^y t± und Z^ Öle Aktivität, die Transport zahl und die Wertigkeit (als algebraischen Wert) des Ions i darstellen. .in which R has the Gaslconstante »T is the absolute temperature, F is the Faraday" see ZaIiX and a ^ y ^ t, and Z ± oils activity, the transport number and the value (as algebraic value) of the ion i represent..

Wenn die Membran kationisch und von hoher Selektivität, d.h. praktisch undurchlässig für Anionen 1st, sind die diesbezüglichen Werte für die Anionen In dem Ausdruck von En vernachlässigbar. \iGwi weiterhin das die Membran umgebende MilieuIf the membrane is cationic and of high selectivity, ie practically impermeable to anions, the relevant values for the anions In in the expression of E n are negligible. The environment surrounding the membrane continues to exist

909820/1028 .δ.909820/1028. δ .

H96217H96217

außer H+ nur solche Kationen enthält, die nicht durch die Membran hindurchdiffundieren können, sei es» daß sie zu groß sind oder aus einem anderen Orunde, so geht das Potential zu rück auf dieapart from H + only contains those cations which cannot diffuse through the membrane, be it because they are too large or from another orund, the potential goes back to the

|2L| 2L

- |2L Log -^-[|t]- - 0,058 (PH2 - PH1) Volt- | 2L Log - ^ - [| t] - - 0.058 (PH 2 - PH 1 ) volts

Wenn die Membran anionisch und von hoher Selektivität« d.h. praktisch undurchlässig für Kationen ist» sind die diesbezüglichen Werte für die K&t&onen in dem Ausdruck für E^ vernachlässigbar. Wenn weiterhin das die Membran umgebende Milieu außer OH" nur solche Anionen enthält« die nicht durch die Heabrän hindurch diffundieren können» sei es» daß sie zu groß sind oder aus einem anderen Gründe, so geht das. Potential zurück auf die GleichungIf the membrane is anionic and of high selectivity, i. is practically impermeable to cations »the relevant values for the K & t & ons in the expression for E ^ are negligible. If the environment surrounding the membrane continues apart from OH "only contains such anions" which cannot diffuse through the Heabrän "be it" that they are too large are or for some other reason, so that goes. Potential goes back to the equation

0*058 (PH2 -0 * 058 (PH 2 -

Verbindet man mehrere anionisch© und kationische MembranenIf several anionic and cationic membranes are connected

) ■ · ■ ) ■ · ■

so, daß Jede von ihnen unter zu definierenden Bedingungen, arbeitet, so 1st leicht zu sehen, daß die Potentialdifferenz zwischen den Lösungen, die diese Verbindung umgeben» entsprechen wird der so that each of them works under conditions to be defined, it is easy to see that the potential difference between the solutions surrounding this compound will correspond to the

B14 «0,058 (pH2 - PH1)VoItB 14 «0.058 (pH 2 - PH 1 ) VoIt

Zwischen Membranen, die unter den oben definierten Bedingungen arbeiten, ist die Diffusion der Lösungen 1 und 2 sehr gering, wenn die Selektivität groß 1st (sie wird gleich null»Between membranes operating under the conditions defined above, the diffusion of solutions 1 and 2 is very low if the selectivity is high (it becomes zero »

■ ■ * in wenn die Selektivität lOOg beträgt, was/einigen speziellen ■ ■ * in if the selectivity is 100g, what / some special

BAJj-BAJj-

U96217 νU96217 ν

tatsächlich eintritt), pas reale Potential der Membran wird um so näher an seinem oben abgeleiteten theore« tischen Wert !!«gen* Je höher die Selektivität ist.actually occurs), pas real potential of the membrane becomes all the closer to his theore derived above " table value !! «gen * The higher the selectivity.

Es stehen zur Zeit zahlreiche Typen von anionischen und kationischen Austausehermembranen zur Verfügung·» die eine hohe Ionenselektivität haben und d@a Durchgang von !deinen ein-, wertigen Ionen nur einen geringen Widerstand entgegensetzen.There are currently numerous types of anionic and cationic exchanger membranes available · »which have a high Have ion selectivity and the passage of! Your one, offer only a slight resistance to valuable ions.

Man kann an dem Beispiel des Elements Wasserstoff - Sauerstoff zeigen* dag die theoretische elektromotorische Kraft des Elements der direkten Oxydation - Reduktion mit zwei Elektrolyten unö einer Trennvorrichtung gemäß der Erfindung dieselbe bleibt wie die bei einem einzigen Elektrolyten. Wenn man ein Elem&nt betrachtet» das direkt Wasserstoff und Sauerstoff verbraucht und zwei Elektrolyten mit verschiedenen pH hat, von denen der ©ine in Berührung mit der Elektrode für den Sauerstoff «ad der andere in Bsrühnsng mit der Elektrode für den Wasserstoff steht« wobei diese Elektrolyten durch eine oder mehrere loneimratauscheriaeratoranen getrennt sind und solche Verbindungen ©nthalten^ daß dl® Zahl der transportierten Kationen außer E"5" gleich null oder sein» gering gegenüber der von Ef* in ^eder kafcionischen Membran und die Zahl der transportierten Anionen auser OH"" gleieh null oder sehr gering gegenüber der von OH* in Jeder anionischen Membran ist, so ist unter Bedingungen normaler Temperatur und normalen Druckes und in Bezug auf die Korjaal-Ifasserstoffelektroö© das Gleiengewiehtspotential des Systems Sauerstoff - Wasser (oder Ionen des Wassers)The example of the element hydrogen - oxygen shows that the theoretical electromotive force of the element of direct oxidation - reduction with two electrolytes and a separating device according to the invention remains the same as that of a single electrolyte. If one considers an element "which directly consumes hydrogen and oxygen and has two electrolytes with different pH, of which the one in contact with the electrode for oxygen" and the other in contact with the electrode for hydrogen "with these electrolytes are separated by one or more Ioneimratauscheriaeratoranen and hold such connections ^ that the number of transported cations except E " 5 " is equal to zero or is »low compared to that of Ef * in ^ eder kafcionic membrane and the number of anions transported other than OH""Equal to zero or very low compared to that of OH * in every anionic membrane, then under conditions of normal temperature and normal pressure and in relation to the Korjaal -Ihydrogenelectroö © the equilibrium potential of the system oxygen - water (or ions of water)

9 0 9 8 2 0 / 1 Ö 2 8 bad 0ί:.:·3!:-ί&.9 0 9 8 2 0/1 Ö 2 8 bad 0ί : .: · 3!: - ί &.

E1 (Volt) » 1,25 - 0,058 PH1 - 1 0 -E 1 (volt) »1.25 - 0.058 PH 1 - 1 0 -

-xo- ■ - H96217-xo- ■ - H96217

und das des Systems Wasserstoff - Wasser (oder Ionen des Wassers)and that of the system hydrogen - water (or ions of water)

E2 (Volt) =0,00 - 0,0158 PH2
Dann ist die Potentialdifferenz zwischen den Oberflächen der Trennvorrichtung:
E 2 (volts) = 0.00-0.0158 PH 2
Then the potential difference between the surfaces of the separator is:

EM (Volt) - 0,058 (PH1 - PH2)
Die theoretische elektromotorische Kraft des Elementes ist also:
E M (volts) - 0.058 (PH 1 - PH 2 )
The theoretical electromotive force of the element is thus:

E * E1 - Eg Ψ Ej^ = 1,25 Volt
das ist die gleiche wie die bei nur einem Elektrolyten«
E * E 1 - Eg Ψ Ej ^ = 1.25 volts
this is the same as with only one electrolyte «

► Man kann ferner ara Beispiel des Elements Sauerstoff - Wasserstoff zeigen, daß die theoretische elektromotorische Kraft eines Redoxelemmits mit zwei Elektrolyten und einer Trennvorrichtung gemäß der Erfindung diessolbe bleibt wie die mit nur einem Elektrolyten· Wenn man ein Redoxelement betrachtet, das Elektrolyt© von verschiedenem j?H in jedem Halbelement enthält, wobei diese Elektrolyten durch eine oder mehrere Ionenaustauscher· membranen voneinander getrennt sind und solche Verbindungen enthalten, daß die Zahl der transportierten Kationen außer. H+ gleich null oder sehr gering gegenüber der von H+ in jeder kationischen Membran und die Zahl der transportierten Anionen außer 0Hr gleich null oder sehr gering gegenüber der von OH" in jeder anionischem Membran sind, so .hat unter theoretischen Bedingungen jedes Redoxsyst&m sein Glelchgewiehtspotential, das gleich ist► One can also show, as an example of the element oxygen - hydrogen, that the theoretical electromotive force of a redox elemite with two electrolytes and a separating device according to the invention remains the same as that with only one electrolyte Contains? H in each half-element, these electrolytes being separated from one another by one or more ion exchange membranes and containing such compounds that the number of cations transported except. H + equal to zero or very low compared to that of H + in each cationic membrane and the number of anions transported other than 0H r are equal to zero or very low compared to that of OH "in each anionic membrane, so every redox system has to be under theoretical conditions Equal weight potential that is equal

to dem System H0 - Masser (oder Ionen des Wassers) und 0_ « Wasser ο *2 2to the system H 0 - mass (or ions of water) and 0_ «water ο * 2 2

«o. (oder Ionen des Wassers)."O. (or ions of water).

_a Unter Bedingungen normaler Temperatur und normalen Druckes_a Under conditions of normal temperature and normal pressure

iv> und in B@EUg auf die Hormal-Wasserstoffelektrode ist das Glsich-iv> and in B @ EUg on the normal hydrogen electrode, the equation

gewicht »potential des Redoxsys terns* das als Zwischen - ^ ""..'■ weight »potential of the redox system * that as an intermediate - ^ ""..'■

H96217 - ii - H96217 - ii -

den Sauerstoff dient« also:serves the oxygen «so:

E1 (Volt) « 1,25 - 0,058 PH1 E 1 (volt) «1.25 - 0.058 PH 1

und das Redoxsystem, das als Zwischenaystem für den Wasserstoff dient:and the redox system, which serves as an intermediate system for the hydrogen:

E2 (Volt) »0,00 - 0,058 PH2 E 2 (volts) »0.00 - 0.058 PH 2

Die Potentialdifferenz zwischen den Oberflächen der Trennvorrichtung ist also:The potential difference between the surfaces of the separator is therefore:

E14 (Volt) - 0,058 (PH1 - PH2)E 14 (volt) - 0.058 (PH 1 - PH 2 )

Daraus ergibt sich die theoretische elektromotorische Kraft des Elementes zu:This results in the theoretical electromotive force of the element as:

E = E1 - E2 + EM » 1,2? VoltE = E 1 - E 2 + E M »1.2? volt

das 1st dieselbe wie die theoretische eines Redoxeleraentes, dessen zwei Elektrolyten dasselbe pH haben.this is the same as the theoretical of a redox element, whose two electrolytes have the same pH.

Der Aufbau der Trennvorrichtung und der Zustand der beiden Elektrolyten, deren allgemeinen Definition bereits gegeben wurde, werden durch einige Beispiele näher erläutert.The construction of the separator and the condition of the two Electrolytes, the general definition of which has already been given, are explained in more detail by means of a few examples.

Es sei zunächst daran erinnert, daß ein wäßriger Elektrolyt hier zwei Bedingungen genügen sollte: Er soll ein Leiter sein, und sein pH soll gepuffert sein* Wenn er aus der konzentrierten Lösung einer starken Säure oder einer starken Base besteht, sind diese beiden Bedingungen gleichzeitig erfüllt. Wenn man, dagegen einen Elektrolyten zu verwenden wünscht, dessen pH -weder stark sauer noch stark basisch ist, muß man ihn auf den gewünschten pH puffern, was auf verschiedene Welse erfolgen kann. Die Beispiele beschränken sich auf solche Fälle, in denenIt should first be remembered that an aqueous electrolyte should meet two conditions here: It should be a conductor, and its pH should be buffered * If it consists of the concentrated solution of a strong acid or a strong base, these two conditions are met at the same time. If, on the other hand, if you want to use an electrolyte whose pH is neither strongly acidic nor strongly basic, you have to set it to the Buffer desired pH, which is done in different catfish can. The examples are limited to those cases in which

909820/102 8 -12*909820/102 8 -12 *

BAD ORIQiMALBATH ORIQiMAL

„ diese Pufferung mittels Mischungen von Pufferlösungen erzielt wird. Bekanntlich besteht eine Puffermischung aus der Mischung äquivalenter Mengen einer entsprechenden Säure und Base« beide“This buffering is achieved by means of mixtures of buffer solutions will. It is known that a buffer mixture consists of a mixture of equivalent amounts of an appropriate acid and base, both of which

im Brönsted*sehen Sinne definiert. :defined in the Brönsted * sense. :

Di® hier betrachteten Puffermischungen sind solche» deren Base und Säure Moleküle mit höherem Molgewicht sind« groß genug« um nicht durch die Membranen hinduroh zu können; die ündurehlgssigkeit einer Membran ist offenbar nicht eine ein» fache Funktion des Molekulargewichtes des Teilchens» sondern hängt von sehr zahlreichen Faktoren ab» wie die physikalische Struktur und die chemische Natur der Membran« die chemische Natur« die Form, die Wertigkeit des Teilchens» usw.; sehr zahlreiche organische Systeme sind brauchbar» die den ganzen pH-Bereich überdecken. Diese nicht diffundierbaren Teilchen werden mit dem Buchstaben K gekennzeichnet.The buffer mixes considered here are »theirs Base and acid molecules with a higher molecular weight are "big enough" not to be able to pass through the membranes; the The indurability of a membrane is evidently not an » multiple function of the molecular weight of the particle »but depends on numerous factors» such as the physical Structure and chemical nature of the membrane «the chemical Nature "the form, the value of the particle" etc .; very numerous organic systems are useful »all of them Cover the pH range. These non-diffusible particles are marked with the letter K.

Zwei Typen von Puffermischungen sind zu unterseheidem 2sää!£JLl Wenn die Säure des Puffers ein Kation R+ («lie entsprechende Base,ist dann ein anderes Kation oder ein neutrales Teilchen, das man ROH schreiben kann) ist» stellt sie sich in Fojrtn des Salzes RX einer starken Säure HX dar (Xr - SO·,*"*, Cl", NOj » usw.). In der Lösung sind dann folgende Ttilchenarten in merklichen Konzentrationen \ orhanden: R+» ROH, X~.Two types of buffer mixtures are unterseheidem 2sää! £ JLL When the acid of the buffer a cation R + ( "lie corresponding base, then another cation or a neutral particle that can be ROH review) is" they arose in Fojrtn of Salt RX of a strong acid HX (X r - SO ·, * "*, Cl", NOj »etc.). Following Ttilchenarten are in the solution then orhanden in appreciable concentrations \: R + »ROH, X ~.

Type 2; Wenn die Base des Puffers ein Anion R" (die entsprechende Säure 1st dann ein andere« Anion oder ein neutrales' Teilchen» das man RH schreiben kann) ist, stellt sie sich in Type 2; If the base of the buffer is an anion R "(the corresponding acid is then another" anion or a neutral 'particle "that can be written RH), it turns into

909820/1028 - W " 909820/1028 - W "

U96217 - 13 - U96217 - 13 -

Form eines Seizes MR einer starken Base MOH dar (H+ => Na+, K*, usw.)· In der Lösung sind dann folgende Teilchenarten in merklichen Konzentrationen vorhanden: R"*, RH, M+.In the form of a base MR of a strong base MOH (H + => Na + , K *, etc.) · The following types of particles are then present in the solution in noticeable concentrations: R "*, RH, M + .

Die folgenden Beispiele zeigen» daß die Trennvorrichtung mit pH-Püfferung des einen und des anderen Elektrolyten durchgeführt werden kann: mit starker Säure, starker Base oder einer Puffermischung des einen oder des anderen Typs.The following examples show that the separation device can be carried out with pH buffering of one and the other electrolyte: with strong acid, strong base or a Buffer mix of one type or the other.

Beispiel 1example 1

Die· beiden Puffer sind vom Typ 1 Elektrolyt 1 kationische Membran Elektrolyt 2The two buffers are of type 1 Electrolyte 1 cationic membrane electrolyte 2

R+ ROHR + RAW

x'x '

R1OHR 1 OH

Im Grenzfall, in dem das eine Milieu stark sauer ist, wird der Puffer durch eine starke Säure HX' ersetzt:In the borderline case, in which one milieu is strongly acidic, becomes the buffer is replaced by a strong acid HX ':

Elektrolyt 1 kationische Membran Elektrolyt 2Electrolyte 1 cationic membrane electrolyte 2

R"*R "*

H4 H 4

.1'.1'

ROHRAW

(X' kann übrigens hler ein großes Anion sein). Als Basen ROH und R1OH können hler zum Beispiel Verbindungen dienen wie Lauryl-pyridiniura-hydröxyde Cetyl-pyrldlnium-hydoxyd, Hexamethyisntetramin, Polyvinylpyridin* larigkettige. quaternäre Amine usw. Als katlonisohe Membranen kann man z.B. verwenden die Membranen "ASAHI* Typ CSO und CMQ, die Membranen "AMP"(Incidentally, X 'can also be a large anion). As bases ROH and R 1 OH, compounds such as lauryl-pyridiniura-hydroxides, cetyl-pyrldinium-hydroxide, hexamethyl-tetramine, polyvinylpyridine * larigkettige can serve as bases. quaternary amines, etc. The membranes "ASAHI * type CSO and CMQ", the membranes "AMP" can be used as catlonisohe membranes.

typ C-60 und C-IOJ-C usw.type C-60 and C-IOJ-C etc.

909820/1028909820/1028

.- 14 -.- 14 -

EAD OBGiMEAD OBGiM

- l4 -- l4 -

Beispiel 2 Example 2

Die beiden Puffer sind vom Typ II: Elektrolyt 1 anionische Membran M* R**The two buffers are of type II: electrolyte 1 anionic membrane M * R **

RHRH

Im Grenzfall s in dem das; eine Milieu stark basisch ist, wird der Puffer durch eine starke Base M'OH ersetzt: Elektrolyt 1 anionisch© Membran . Elektrolyt 2In the borderline case s in which the; an environment is strongly basic, the buffer is replaced by a strong base M'OH: electrolyte 1 anionic © membrane. Electrolyte 2

Elektrolyt 2Electrolyte 2

M'+ R1- M '+ R 1-

R1HR 1 H

trtr R""R "" RHRH

OH*OH*

(M'"*" kann übrigens hier ein grosses Kation sein). Als Säuren BH und B*H können ,hiQr z.B. Verbindungen dienen wie Polystyrolsulfonsäure., Naphthalin~äisulfonsäure5 Zitronensäure, Konyl-naphthalin-sulfonsäure* langkettige Sulfon- und Carbonsäuren usw. Als anionische Membranen kann man z.B. verwenden die Membranen ^kShEl"-Typ ASG und AMG* die Membranen "AMP" Typ iU60 Tjnd Ä-104 B usw. .(Incidentally, M '"*" can be a large cation here). As acids BH and B * H, compounds such as polystyrene sulfonic acid, naphthalene sulfonic acid 5 citric acid, conyl naphthalene sulfonic acid * long-chain sulfonic and carboxylic acids, etc. can be used as anionic membranes, for example the membranes "kShEl" type ASG and AMG * the membranes "AMP" type iU60 Tjnd Ä-104 B etc..

Beispiel 3Example 3

Die Puffer sind verschiedenen
Elektrolyt 1 kationlsehe Membran anionisch« Membran Elektrolyt
The buffers are different
Electrolyte 1 cationic membrane, anionic «membrane electrolyte

M+ Rf"M + R f "

ROH R1HROH R 1 H

Als Säuren R1H* Basen ROH und kationisehe und anionische Membranen können z.B. die in den vorhergehenden Beispielen genann-As acids R 1 H * bases ROH and cationic and anionic membranes, for example, those mentioned in the preceding examples

909820/1028 ■ ■ ... - 15 - .909820/1028 ■ ■ ... - 15 -.

BAD ORGi'JA!BAD orgi 'J A!

-is - - H96217-is - - H96217

ten Verbindungen und Membranen verwendet werden.th connections and membranes are used.

Die Verbindung zwischen den beiden Membranen kann eine direkte sein. Man kann auch einen mit Flüssigkeit ausgefüllten Zwischenraum lassen« die dann entweder die Lösung einer starken Säure RH mit großem Anion oder die Lösung einer starken Base ROH mit großem Kation sein muß.The connection between the two membranes can be a direct one. You can also fill one with liquid In between, they leave either the solution of a strong acid RH with a large anion or the solution of a strong base Must be RAW with large cation.

Auch hier wird, wenn der Elektrolyt 1 stark sauer sein sollte, der Puffer durch ein© starke Säure HX ersetzt; ebenso wird, wenn des» Elektrolyt 2 stark basisch sein sollte, der Puffer durch eine starke Base MOH ersetzt. Wenn diese beiden Grenzfälle gleichzeitig herbeigeführt werden, so hat man: Elektrolyt 1 kationische Membran anionische Membran ElektrolytHere, too, if the electrolyte 1 should be strongly acidic, the buffer is replaced by a strong acid HX; likewise, if the electrolyte 2 should be strongly basic, the buffer replaced by a strong base MOH. If these two borderline cases are brought about at the same time, one has: electrolyte 1 cationic membrane anionic membrane electrolyte

H"1 H " 1

M+ M +

OHOH

Wenn man eine starke Säure mit großem Anion verwendet, kann die kationiswshe Membran in Fortfall kommen. Verwendet man eine starke Base mit großem Kation, so kann die anionische Membran in Fortfall kommen. Verwendet man gleichzeitig eine starke Säure mit großem äülon und eine starke Base mit großem Kation, so kann man eine einzige Membran einsetzen, die sowohl von dem einen wie dem anderen Typ sein kann. In diesem letzteren FallIf a strong acid with a large anion is used, the cationic membrane can be lost. If you use a strong base with a large cation, the anionic membrane can be omitted. If you use a strong one at the same time Acid with a large aeolon and a strong base with a large cation, in this way a single membrane can be used, which can be of either type. In this latter case

ist die Diffusion praktisch null,
co
diffusion is practically zero,
co

JJJ Die Leitfähiglceit der Elektrolyten wird im wesentlichen durchJJJ The conductivity of the electrolytes is essentially determined by

ο „," j. ·.·■ο "," j. ·. · ■

^. die kleinen beweglichen Ionen X und M gesichert, wenn man die ο betrachteten Puffermischungen verwendet; im Falle einer starken Säure oder einer starken Base tragen alle vorhandenen Ionen zu der Leitfähigkeit bei, wenn es sich um eine Base mit kleinem ^. the small mobile ions X and M secured when using the buffer mixtures considered ο; in the case of a strong acid or a strong base, all ions present contribute to the conductivity, if it is a base with a small

- 16 -- 16 -

- - ■ BAD ORIGINAL- - ■ ORIGINAL BATHROOM

- Io -- Io -

Kation und eine Säure mit kleinem Anion handelt, und fast ausschließlich die Ionen H* und OH*, wenn es sich um eine Särace mit großem Anion und eine Base mit großem Kation handelt. Man kann die Leitfähigkeit, falls erforderlieh, noch steigern, indem man im Falle eines Elektrolyten mit einem Puffer des Typs 1 ein Sals RX einer starlssn Säure mit kleinem Anion und einer sbarken Base mit großem Kation, und im Falle eines Elektrolyten mit einem Puffer des Typs 2 ein Salz MR einer starken Säure mit großem Anion und einer starken Base mit kleinem Kation hinzufügt. Natürlich sollen die gewählten Säuren, Basen, Puffer und SaIse unter den Arbeitsbedingungen elektrochemisch indifferent sein* .Cation and an acid with a small anion, and almost only the ions H * and OH *, if it is a Särace with a large anion and a base with a large cation. The conductivity can be increased if necessary, by, in the case of an electrolyte, with a buffer of the Type 1 is a Sals RX of a strong acid with a small anion and a weak base with a large cation, and in the case of an electrolyte with a type 2 buffer, a salt MR of a strong acid with a large anion and a strong base with a small cation adds. Of course, the acids, bases, buffers and salts chosen should be electrochemical under the working conditions be indifferent *.

Im Falle von Redoxelementen sollen die den Elektrolyten hinzugefügten Redoxsysteme diese in ihrer allgemein definierten Zusammensetzung belassen, was einfach zu machen ist, wenn die Redoxsysteme im übrigen geeignet sind, d.h., wenn sie nicht ; durch das Diaphragma hindurch diffundieren können« Man vird für die Wahl solcher geeigneten Redoxsystene alle verschiedenen Eigenschaften von lonenaustauschermembranen heranziehen, z.B. gegenüber den Bestandteilen der Redoxsysteme. (Besonders die organischen Redoxsysteme, im Übrigen die meisten, haben sehr oft Teilchen mit hohem Molekulargewicht, die nicht durch die Ionenaustauschermembran@n hindurchdringen können). Natürlich müssen die verwendeten Redoxsysteme mit allen anderen in den lösungen vorhandenen Bestandteilen verträglich sein·In the case of redox elements, they should be the electrolyte added redox systems leave them in their generally defined composition, which is easy to do if the Redox systems are otherwise suitable, i.e. if they are not ; can diffuse through the diaphragm «Man vird for the selection of such suitable redox systems all the different properties of ion exchange membranes can be used, e.g. compared to the components of the redox systems. (Especially the organic redox systems, by the way most of them, have very often high molecular weight particles that cannot penetrate the ion exchange membrane @ n). Naturally must use the redox systems with all others in the solutions existing components are compatible

909 820/1028909 820/1028

Wenn ein Brennstoffelement mit einer erfindungsgem&flen Trennvorrichtung ausgestattet ist, lädt die Oxydation des Wasser* Stoffs oder eins© der Redoxsysteme den entsprechenden Uektro-Iyten mit positiven Xonen auf, während die Reduktion des Sauerstoffs oder eines anderen Redoxsystems den entsprechenden Elektrolyten mit negativen Ionen auflädt* Der Wanderungestrom, der die Elektroneutral!tat usr* Lööiwßen wieder herzustellen sucht, erfolgt in den lcit$.on±sQhsa Koipbranea durch die H+ »Ionen und in den anionisahen Membranen durch die OH" -Ionen,, Ionen, denen dig entsprechenden Membranen, mir einen geringen Wider» stand bieten.If a fuel element is equipped with a separating device according to the invention, the oxidation of the water * substance or one of the redox systems charges the corresponding electrolyte with positive xons, while the reduction of oxygen or another redox system charges the corresponding electrolyte with negative ions Wanderungestrom, the electric neutral! did usr * Lööiwßen restore searches, done in LCIT $ .on ± sQhsa Koipbranea by the H + "ion and the anionisahen membranes through the OH" ions ,, ions, which dig respective membranes offer me little resistance.

Die vorstehenden Beispiele sollen lediglieh zeigen, daß es viel« Möglichkeiten gibt, verschiedene . pH- Wert® in den beiden erfindungsgfimäQen Halbelementen zn verwenden. Man kann außerdem alle Herkiaale von Selektivität und Spezifizität von Mem» brauen verwenden«, die sich nicht nur, auf die Art der Ionen beziehen; s.B. werden gewisse !cationische (oder anionische.) Mem« brane gegenüber selbst kleinen Kationen (oder Anionen) imnier weniger durchlässig, wenn deren Wertigkeit steigt. Alle verschiedenen Eigenschaften von Ionenaustauschermembranen können vorteilhaft ausgenutzt werden? um &a£ die verschiedenste yeiae die Elektrolyt lösungen hersustellen unter Berücksichtigung der allgemeinen definition der Trennvorrichtung.The above examples are only intended to show that there are many possibilities, different ones. Use pH value® in the two half- elements according to the invention. One can also "brew" all Herkiaale of selectivity and specificity of Mem, which not only relate to the type of ions; For example, certain cationic (or anionic) membranes become less permeable to even small cations (or anions) when their valency increases. All the different properties of ion exchange membranes can be used to advantage ? to & A £ the various solutions yeiae the electrolyte hersustellen taking into account the general definition of the separation device.

'in bestimmten KUlen kann bei den Elementen selbst der eine der beiden Elektrolyten einfach aus der Maabran selbst; bestehen« wenn die Trennvorrichtung nur eice vmfaflt4 oder aus einer derIn certain cases, in the case of the elements themselves, one of the two electrolytes can simply come from the Maabran itself; consist «if the separating device only consists of 4 or one of the

909820/1028909820/1028

- 1.8 - EAD ORIGIMM- 1.8 - EAD ORIGIMM

beiden Membranen» wenn sie zwei umfaßt. Sine kationiaehe Hern· bran in der H^-Form (oder eine anionische Membran in der OH" •Form) stellt definitionsgemäß selbst ein elektrolytisches Milieu dar.two membranes "if it comprises two. Sine kationiaehe Hern bran in the H ^ form (or an anionic membrane in the OH " • Shape) itself represents an electrolytic environment by definition.

Es ist außerdem bei R©dox<3l©ra©nten zu ' bemerken, daß es möglieh ist* ein Zwisehen-Redoxsystera nur für eine Elektrode zu verwenden» Mährend die andere Elektrode direkt Sauerstoff oder auch Brennstoff yerbraueht. In diesem Fall kann der Elektrolyt.» der mit dieser letzteren Elektrode in Berührung steht, einfach aus der Membran selbst bestehen, wenn es nur eine gibt, oder aus der Membran^ die der Elektrode am nächsten ist» wenn das Diaphragma mehrere Membranen hat.It is also to be noted in the case of R © dox <3l © ra © nten that it is possible is * a dual redox system only for one electrode to use »while the other electrode is directly oxygen or consumes fuel. In this case, the electrolyte. " which is in contact with this latter electrode, simply consist of the membrane itself, if there is only one, or from the membrane which is closest to the electrode if the diaphragm has several membranes.

- 19 -- 19 -

90 98 20/102890 98 20/1028

Claims (12)

/Ore/ Ore — '. ~19' U96217- '. ~ 19 'U96217 Patentansprüche:Patent claims: (1.)Trennvorrichtung für bei tiefer Temperatur arbeitende Brenn-(1.) Separating device for burners working at low temperatures stoffelemente für* wiisrlga Elektrolyte, die direkt den Sauerstoff und den Brennstoff verbrauchen, wobei ein Elektrolyt mit bestimmtes pH in Kontakt mit der Sauerstoffelektrode und ein anderer El©3ctroiyt mit anderem pH in Kontakt mit der Breimstoffelektrode stsht, und für bei tiefer Temperatur arbeitende Brennstoffelemente für wäßrige Elektrolyte vom Redoxfcyps wobei ein Elektrolyt mit bestimmtem pH in einem der beiden Halbelemente und ein anderer Elektrolyt mit anderem pH Iki dem anderen der beiden Halbelemente sich befinden, eine Trennvorrichtung, die der Diffusion der beiden Elektrolyten einea erhöhten Widerstand bietet, dabei aber nur einen geringen elektrischen Widerstand aufweist, dem Element eine theoretische elektromotorische Kraft bewahrt gleich der, die ein Element mit nur einem Elektrolyten oder mit zwei Elektrolyten mit gleichem pH hätte, und so bei dem Aufbau des Elements ein© zusätzliche Variable dargestellt, die besonders brauchbar im Fall« von Redoxelemehten 1st, da sie deren beiden Redoxsysterosn eine teilweise oder vollständige Unabhängigkeit verleiht, dadurch gekennzeichnet, das sie aus einer oder mehreren anlonisehen und Icationlschen lonenaustausohermembranen besteht, die von eine:-n dazwischen liegenden flüssigen ElektrolytenMaterial elements for * wiisrlga electrolytes, which directly consume the oxygen and the fuel, whereby an electrolyte with a certain pH is in contact with the oxygen electrode and another electrolyte with a different pH is in contact with the pulp electrode, and for fuel elements working at low temperatures for Aqueous electrolytes of the redox type with an electrolyte with a certain pH in one of the two half-elements and another electrolyte with a different pH in the other of the two half-elements, a separating device which offers increased resistance to the diffusion of the two electrolytes, but only a low one electrical resistance, the element retains a theoretical electromotive force equal to that which an element with only one electrolyte or with two electrolytes with the same pH would have, and thus represented an additional variable in the structure of the element which is particularly useful in the case of Redox elements 1st, since they are e whose two redox systeresis give partial or complete independence, characterized in that they consist of one or more analogous and cationic ion exchange membranes, which are composed of a liquid electrolyte lying in between ° umgeben oder getrennt sind, verbunden mit solchen Elektrolyt-° are surrounded or separated, associated with such electrolyte ro Lösungen, dis an jede Membran angrenzen, daß die Zahl der ro solutions that adjoin each diaphragm dis that the number of ο .ο. v. transportierten Kationen außer H gleich null oder nur sehr ° gering gegenüber der von H+ in jeder kationisohen Membran und die Zahl der transportierten Anlernen außer OH* gleich null oderv. transported cations other than H equal to zero or only very low compared to that of H + in each cationic membrane and the number of transported cations other than OH * equal to zero or nur sehr gering gegenüber der von OH* in jeder anioniachen Membran is*;« .p/,r, o-R^t^'AL ^n only very little compared to that of OH * in every anionic membrane is *; «. p /, r, oR ^ t ^ 'AL ^ n H96217H96217 2. Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt an einer kationischen Membran die Lösung einer Puffermischung mit gewünschtem pH ist, deren Säure (im Sinn«? . von Brönsted) ein Kation ist, das durch die Membran nicht hindurch diffundieren kann, wobei der Puffer in Form des Salzes der entsprechenden Base und einer starken Säure mit kleinem beweglichen Anion vorliegt..2. Separating device according to claim 1, characterized in that the electrolyte is the solution of a cationic membrane Buffer mixture with the desired pH is the acid (in the sense of «?. von Brönsted) is a cation that does not pass through the membrane can diffuse, the buffer in the form of the salt the corresponding base and a strong acid with a small mobile anion is present. jj. Trennvorrichtung naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt an einer kationischen Membran die Lösung einer starken Säure ist.yy. Separating device according to claim 1, characterized in that the electrolyte on a cationic membrane is a strong acid solution. ^. Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt an einer kationischen Membran die Lösung einer starken Base mit einem Kation ist, das nicht durch die Membran hindurch diffundieren kann.^. Separating device according to claim 1, characterized in that The electrolyte on a cationic membrane is the solution of a strong base with a cation that does not cross the membrane can diffuse through. 5. Trennvorrichtung naoh Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyten an einer kationischen Membran erhöht ist durch Zugabe eines Salzes einer starken Säure mit kleinem beweglichen Anion und einer starken Base mit einem Kation, das nicht durch die Membran hindurch diffundieren kann.5. Separating device naoh claim 1 to 4, characterized in that that the electrical conductivity of the electrolyte on a cationic membrane is increased by adding a salt a strong acid with a small mobile anion and a strong base with a cation that does not cross the membrane can diffuse through. 6. Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt an einer anionischen Membran die Lösung einer Puffermischung mit gewtinsehtem pH ist, deren Base (im Sinne von Brönsted) ein Anion ist, das nicht durch die Membran hindurch diffundieren kann, wobei der Puffer in Form de« Salzes6. Separation device according to claim 1, characterized in that the electrolyte on an anionic membrane is the solution of a buffer mixture with a pH value whose base (in the sense of Br ö nsted) is an anion which cannot diffuse through the membrane, wherein the buffer in the form of salt 909820/10 23 - 21 -909820/10 23 - 21 - der entsprechenden Säure mit einer starken Base mit kleinem beweglichen Kation vorliegt.the corresponding acid is present with a strong base with a small mobile cation. 7. Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt an einer anionischen Membran die Lösung einer starken Base ist,7. Separating device according to claim 1, characterized in that the electrolyte on an anionic membrane is a solution of a strong base, 8. Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt an einer anionischen Membran die Lösung einer starken Säure mit einem Anion 1st, das nicht durch die Membran hindurch diffundieren kann.8. Separating device according to claim 1, characterized in that the electrolyte is the solution of an anionic membrane strong acid with an anion that cannot diffuse through the membrane. 9. Trennvorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyten an einer anionischen Membran erhöht 1st durch Zugabe eines Salzes einer starken Säure mit einem Anion, das nicht durch die Membran hindurch diffundieren kann, und einer starken Base mit kleinem beweglichen Kation.9. Separating device according to claim 1 to 8, characterized in that that the electrical conductivity of the electrolyte on an anionic membrane is increased by adding a salt strong acid with an anion that cannot diffuse through the membrane and a strong base with small mobile cation. 10. Trennvorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anionen und Kationen, die nicht durch die lonenaus« tausohermembranen hindurch diffundieren können, organische Teilchen mit hohem Molekulargewicht sind.10. Separating device according to claim 1 to 9, characterized in that that the anions and cations that are not just as thermal membranes can diffuse through, organic ones Are high molecular weight particles. 11. Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Elektrolyten des Elements eine Ionenaustauschermembran selbst ist. -.11. Separating device according to claim 1, characterized in that one of the two electrolytes of the element is an ion exchange membrane itself is. -. / ~ 22 «/ ~ 22 « 9098^0/10289098 ^ 0/1028 H9621-7H9621-7 12. T, nnvorrichtung nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet« daß die in den Elektrolyten gelösten Redoxsysteme organische Systeme sind, deren Bestandteile von so hohem Molekulargewicht sind, daß sie nicht durch die lonenaustauschermem« branen hinduoh diffundieren können.12. T, nnvorrichtung to A n demanding I 1 characterized in 'that the organic into the electrolyte dissolved redox systems, their components are of such high molecular weight that they do not by the membranes lonenaustauschermem "can diffuse hinduoh. 13« Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Redoxelement nur fUr eine Elektrode ein Zwischen-Redox-· system verwendet, während die andere Elektrode direkt entweder den Sauerstoff oder den Brennstoff verbraucht.Separating device according to claim 1, characterized in that the redox element only uses an intermediate redox system for one electrode, while the other electrode consumes either the oxygen or the fuel directly. 909820/1028909820/1028
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