DE1596038A1 - Verfahren und Brennstoffzelle zur Erzeugung elektrischer Energie - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf di· Erzeugung von elektrischer Energie unu insbesondere «mf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie»

Brennstoffzellen als Vorrichtungen für die direkte Umwandlung der chemischen Energie eines Brennstoffs in elektrische Energie sind an sich bekannt. Die Zellen bestehen im wesentlichen aus einer Sauerntoff elektrode, einer Brennstoffelektrode und einem Elektrolyten. Verschiedene organiBohe Verbindungen! su denen normalerweise gasförmige und flüssige Kohlenstoffe gehören, z.B. Methan und Benaol und sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe» beispielsweise Methanol, wurden zur Verwendung als Brennstoff an der Anode oder Brennetoffelektrode und mit Platinmohr als Anodenkatalyaator untersucht Früher wurde platin als der wirksamste Katalysator zur Verwendung an der Anode in Nledertemparatur~Niedardruok~Brennstoffseilen betrachtet.

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Neue Unterlagen (Art.7 η Ab..2NrM sat«36M Andvun·^»v.va.u^ BAD ORIGiNAt

Jedoch führte die Verwendung solcher organischen Brennstoffe an der Anode mit dem Platin als Anodenkatalysator zu einer starken anodischen Polarisation unter Belastung, d.h. während der Stromentnahme· Bie Folge der starken Polarisation war eine erhebliche Verringerung der Gesamtleistung der Zellen.

Ferner ist es, wenn ein organischer Brennstoff an der Brennstoffelektrode verwendet wird, ungünstig, Elektrolyten zu verwenden, die eine freie Base enthalten, da die Elektrolyten durch Reaktion mit CO₂ unter Bildung von Karbonaten unbrauchbar werden· Hinsichtlich der Wahl zwischen starken Säuren und neutralen Salzen werden Säuren bevorzugt* hauptsächlich wegen der besseren Kathodenarbeitsweiae mit den.Säuren» Bei der Verwendung von sauren Elektrolyten tritt jedoch ein Korrosionsproblem auf, so daß die Wahl der Materialien sum Aufbau der Zelle sienlioh beschränkt ist und die Verwendung von teueren besonderen Materialien erforderlich ist, die korrosionsbeständig sind.

Sie Bezeichnungen "Brennetoffelektrode" und "Anode" werden hier ebenso wie die Bezeichnungen "Sauerstoffelektrode¹* und "Oxydationaaittelelektrode^N und "Kathode" austauschbar verwendet·

*> Erflndungegemäfi wurde festgestellt, daß die starke anodieohe PoIa-

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"^ risation, die während der Stromentnahme bei den vorangehend erwähn-ο ten Brennstoffsellen auftritt, welche mit organischen Brennstoffen

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i*> und Platinmohr als Anodenkatalysator arbeitet, ausgeschaltet wird,

«ad daß elektrische Knergie ait einer anodlsohen Polarisation, die

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wesentlich niedriger ist, als diejenige der vorerwähnten Zellen_t durch die Verwendung eines besonderen Materials als Katalysator an der Brennstoffelektrode zusammen mit der Zufuhr einer besonderen anorganischen Verbindung; als Brennstoff zur Brennstoffelelctrode erzeugt wird. Als Katalysator kann entweder Ruthenium, Kobalt öder Nickel verwendet werden. 9er Brennstoff ist Ammoniak. Ausser der Vermeidung der starken anodischen PoIa- | risätion, die beim Betrieb der vorangehend erwähnten Zellen auftritt» ist die Erfindung ferner Tor teilhaft, da sie keine teueren korrosionsbeständigen Baustoffe für die Zellen erfordert, die bei sauren Elektrolyten notwendig sind ο

Ruthenium wird vorzugsweise auf einem porösen Träger aufgelagert» der sweckmässig ein Träger ist, der in an sieh bekannter Weise naßfest gemacht wird· Jedoch kann das Ruthenium beispielsweise die Form einer selbsttragenden» porösen katalytischen Elektrode von der gewünschten Gestalt» beispielsweise * die Form einer porösen Platte oder Scheibe haben. Kobalt und Wickel können in ähnlicher Weise aufgelagert oder gegebenenfalls die form einer selbsttragenden porösen Hasse z.B. einer porösen Platte oder Folie haben.

Der verwendete Elektrolyt enthält keine freie Säure und ist vorzugsweise ein alkalischer Elektrolyt» obwohl gegebenenfalls ein neutraler oder im wesentlichen neutraler Elektrolyt verwendet werden kann. Als Elektrolyt können beispielsweise wäßrige Lösungen von

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Alkalinetallhydroxyden τοη typischen Konzentrationen von 2o - 80 Alkalimetallhydroxyden z.B. wäßrige Kaliumhydroxyd- und Natriumhydroxydlösungen von solchen Konzentrationen und wäßrige Lösungen ▼on Alkalimetallcarbonaten und Bicarbonaten a.B. von Kaliumcarbonat, RubidiuMoarbonat, Kaliumbicarbonat und Rubidiumbioarbonat. Typische Konzentrationen sind wäßrige Kaliumcarbonatlösungen mit 3o - 7o °f> Kaliumcarbonat ·

Dae erfindungegemässe Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie besteht im wesentlichen darin, daß eine katalytische Brennstoffelektrode einer Brennstoffzelle mit Ammoniak in Kontakt gebracht wird, wobei der Katalysator an der Brennstoffelektrode entweder Ruthenium, Kobalt oder nickel ist und die Brennstoffelektrode sich mit einem Elektrolyten in Kontakt befindet, der frei oder praktisch frei von freier Säure ist und vorzugsweise der alkali· echo Elektrolyt ist. Die Oxydationsmittelelektrode wird mit einem Oxydationsmittel in Kontakt gebracht, z.B. mit einem oxydierend wirkenden Gas, beispielsweise Luft, wobei sich die Oxydationsmittelelektrode ferner mit dem Elektrolyten in Kontakt befindet. Als Ergebnis einer innerhalb der Zelle auftretenden elektrochemischen Reaktion werden Elektronen an der Brennstoffelektrode freigesetzt, von der Elektrode abgezogen und an der Oxydationsmittelelektrode wiedergewonnen, wobei der Elektronenfluß durch einen äuseeren Stromkreis hindurchtritt und zur Arbeitsleistung verwendet wird, bevor er an der Oxydationsmittelelektrode wiedergewonnen

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Die in der erfindungsgemäsaen Brennstoffseile stattfindenden leak tionen sind in den folgenden Gleichungen angegeben»

Anodenreaktion

HH₅ + 3OH" ^ 1/2 H₂ + 3H₂O ♦ 3e

Kathodenreaktion

+ 2H₂O + 4e ^, 4OH

Gesamtreaktion In der Zelle

+ 3O₂ ^ 2H₂ + 6H₂O

Wenn erfindungsgeaafi Aussenluft als oxydierend wirkendes Gas verwendet wird, wird die Luft vorzugsweise »dt einer alkalischen Waschflüssigkeit gewaschen, bevor sie in die Zelle eintritt» um das normalerweise in ihr enthaltene Kohlendioxyd su entfernen* Y/enn das Kohlendioxyd nicht entfernt wird, ist ea für den kontinuierlichen Betrieb der Zelle mit einen alkalischen Elektrolyten nachteilig, da es mit dem alkalischen Elektrolyten reagiert und die Eigenschaften des Elektrolyten nachteilig verändert· Beispiele alkalischer Wasohflüssigkeiten, die tür den beabsichtigten Zweck verwendbar werden können, sind wäßrig» Lösungen von kaustisohen Alkalien, s.B· wässerige Lösungen von Matriumhydroxyd und Kalioa-

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hydroxyd nit typischen Konzentrationen -von Jo $ lfaOH oder 5o # KOH und Honoäthanolamin. Das Kohlendioogrd kann ferner dadurch entfernt werden, daß der Luftstrom in Kontakt Bit einem festen Absorptionsmittel geleitet wird» das beispielsweise aus Natriumhydroxyd und Asbest bergeeteilt und unter der Handelsbezeichnung "ASCARITE" in den Handel gebracht wird.

Die erfindungsgeaässen Brennstoffsellen werden vorzugsweise bei erhöhten Temperaturen im Bereich -von etwa 80⁰C und -23o°C betrieben, obwohl sie gegebenenfalls bei eiser Umgebungstemperatur betrieben werden können* Ausreichend Wärme für den Betrieb der Zellen wird gewöhnlich durch die geringe Polarisation erzeugt, die unvermeidbar noch auftritt. Zu« Anfahren des Zellenbetriebes und gegebenenfalls während dee Zellenbetriebes kann Wärme von einer äusseren Quelle augeführt werden, s.B« durch Dampf, der einem geeigneten Dampfmantel W augeführt wird. Die Temperatur der Zelle kann beispielsweise durch die Menge des verwendeten ^soliermaterials geregelt werden oder durch den Umlauf von Kühlluft oder eines anderen Kühlgases um die Zelle.

Die Kathode kann eine katalytisch· oder nichtkatalytiaohe Elektrode •ein. Wenn eine katalytisch« Kathode verwendet wird, kann der Katalysator an der Kathode beispielsweise Silber, Palladium oder Platin •ein.

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Wenn der erfindimgsgeaässe Katalysator auf eine» Träger aufgebracht wird, kann er auf die Fläche von porösen nichtmetallischen Trägern, z.B. auf !Prägern aus porösen Kunststoffen, z.B. porösen "Teflon"-Platten, Kohle u. dgl. auf porösen Metallischen Trägern wie porösen Metallplatten, »Gittern oder anderen porösen Metall trägern aufgemacht werden. Im Falle einer Zelle mit einem quasifeaten Elektrolyten, wie einer Ionenaustausehmembran kann der Katalysator in die Fläche dieses Elektrolyten eingebettet werften· Es wurden gute Ergebnisse durch haftendes Aufbringen der Katalyaator-Metallpulverteilchen auf poröse Kunst stoff träger, wie poröse "T_eflon^H-Platten erzielt, wobei die Teilchen in die Oberfläche des "Teflon·* bei normaler Temperatur mit Hilfe einer geeigneten Fresse» beispielsweise einer hydraulischen Fresse, eingepreßt wurden, wodurch die Teilchen auf den Trägern hafteten. Der Katalysator kann ferner auf den porösen Träger aufgebracht werden duroh Eintauchen des Trägers in eine oder duroh eine anderweitige Behandlung desselben mit i einer wässerigen Lösung aus einer wasserlöslichen Verbindung des katalytisches Metalls a.B. Kobaltnitrat, lickelnitrat, Rutheniumtetrachlorid oder Iridiumtetrachlorid, worauf der in der beschriebenen Weis· behandelte Träger erhitzt wird, um das katalytisch« Metall aufzulagern und dann der aufgebrachte Katalysator mit einem reduzierend wirkenden Gas,z.B. Wasserstoff in Kontakt gebracht wird. Die erfiadungsgemässe katalytische Elektrode kann auch hergestellt werden, indem der Katalysator und der Träger in Form τοη Pulvern gemischt werden» worauf eine Verdichtung in einem Gesenk

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durch Druckanwendung und Sinterung folgt.

Die erfindungsgemässen porösen selbsttragenden Katalysatorelektrodenplatten, -Folien oder andere Formen werden dadurch hergestellt« daß eine Hasse der katalytisch wirksamen Metallpulverteilchen, z.B. in einem Gesenk durch Druokanwendung, verdichtet wird. Die Pulverteil ohen sind von einer Teilohengrösse, die für das Erzielen der im gesinterten Produkt gewünschten Parengrösse geeignet ist. Z.B.

^r ist für dae Erzielen einer mittleren Porengrösae, d.ho von einem Durchmesser von etwa 5-4 Mikron im gesinterten Preßling die Teilchengrösse des katalytisohen wirksamen Metalle derart, daß die Teilchen durch ein Sieb mit einer lichten Maeohenweite von 0,044 am (525 mesh, VS sieve series) hindurchtreten und auf einem Sieb mit einer Höhten Maeohenweite von o,oJ7 mm (400 mesh, US sieve series) zurückgehalten werden· Als Beispiel für die Herstellung einer porösen Kiokelplatte wird ein sphärisches Hiokelpulver, das duroh ein Sieb mit einer Höhten Maschenweite von 0,044 mm (325 mesh» TJS ) sieve series) hindurohtritt, jedoch auf einem Sieb mit einer lichten Maeohenweite von o_foj7 mm (400 nesh, US sieve series) zurückgehalten wird« gereinigt, um den Oxydfilm durch laschen mit einer wässerigen BCl Lösung mit einer Konzentration von 2o i» HCl zu entfernen, mit Wasser gespült und getrocknet. Bas Pulver wird dann in einem Gesenk gepreßt» um einen porösen "Grünling·· von einer zur Handhabung ausreichenden Festigkeit zu bilden* Der Grünling wird dann typieoh bei etwa lloo°C in Wasserstoff gesintert und kann dann entweder kalt- oder warmgepreßt werden.

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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung werden die nachfolgenden Beispiele gegeben*

Beispiel I

Es wurde eine Reihe von Versuchen sum Vergleich einer Anaabi Edelmetalle ala Anodenkatalyaator für die elektrochemische Oxydation von Ammoniak in Brennstoffzellen durchgeführt. Sine Halbselle mit einer porösen massiven Trägersehe!be» die mit katalytischem Metall imprägniert war. wurde mit konzentrierten wässerigen Lösungen aus kaustischen Alkalien als Elektrolyten bei Betriebstemperaturen bis zu 2oo°C beliefert. Für den Betrieb der Zelle bei 2oo°C wurde ein 80 #iger KOH-Elektrolyt mit einem Schmelzpunkt von etwa I50 ⁰C verwendet und für den Betrieb bei loo°G oder 12o°C wurde ein 5o ^iger KOH-Elektrolyt verwendet, der bei Baumtemperatur flüssig war. Alle Versuche wurden unter atmosphärischem Druok durchgeführt· Die Anode war eine poröse mit pulverförmiger«! Metall imprägnierte "Teflon"-ücheibe. Sie Scheiben waren je mit pulverförmiges! Metall impräg-

2 niert. um eise katalytisohe Elektrodenfläche von etwa 3»72 om su erhalten« 2ur Bewerbung der Metalle alt Anodenkatalyeatoren wurden Sie Blskt?odenpoi#&tial· gegen ein· umkehrbare Wasseretoffelektrode unter άνη Elektrolyt- und Temperaturbedingungen Jedes Versuchs gemessen. Di« Ergebnisse der Versuchsreihen sind in der Tabelle Z gegeben*

Sie Spannungen sind in der Tabelle I für die verschiedenen Anodenkatalysatoren mit Ammoniak als Brennstoff im Vergleich au den umkehrbaren Wasserstoffelektrodenpotentialen angegeben. Die niedrigsten gemessenen Spannungen in der Tabelle I für eine gegebene Stromdichte zeigen daher die überlegenen Katalysatoren an.

Tabelle I

Ver- Katalysator- Elektrolyt suchs-Zusammenstell- 0 KOH T C reihe ung
Ho.

Spannung gegen umkehrbare H₂ Elektrode, Stromdichte in mA/cm² 0 7 27 54 8o

1	Pt-Schwamm	5o	loo	ο,ο7	ο, 28	0,34	..36	ο,38	ο,39
2	Rh-Schwamm	5o	loo	ο,ο8	0,23	ο,3ο	ο,38	ο,42	(ο,5ο)
3	Ir-Schwamm	5o	12ο	ο,ο7	ο,2ο	ο,23	ο,26	ο,28	ο,3ο
4	Ru-Schwamm	5o	12ο	ο,οΐ	ο,25	ο,ο4	ο,13	ο,2ο	-
5	Raney-Silber	5o	12ο	ο,ο6	ο, 32	ο,43	(ο»75)
6	Pt-Sohwamm	8o	2οο	ο,12	ο,22	ο,29	ο,32	ο,35	ο,37
7	Ru-Sohwamm	So	2οο	ο,οο5	ο,ο2	ο,ο7	0,11	ο,16	0,22
8	Ir-Sohwamm	8o	200	ο,ο2	ο,ο7	ο,12	ο,15	ο,19	ο,24

Die Werte der Tabelle I aeigen die Überlegenheit von Ru und Ir als Anodenkatalyeatcren gegenüber Pt, Rh und Ag. In der Tabelle I seigt der Strich an, dafl keine Messung vorgenommen wurde, während Klammern anseigen, daß kein stabiler Strom während 5 Minuten bei einer gegebenen Stromdichte erhalten wurde. Alle als Anodenkatalyaatoren bewer-

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teten Metalle waren auf poröaen "Teflon"-Seheiben aufgelagert.

Beispiel II

Es wurden ferner yereuohereihen sum Vergleich τοη Eieengruppeaetallen ale Anodenkatalysatoren für die elektrochemische Oxydation von Ammoniak in Brennstoffzellen durchgeführt. Ee wurden HalDsellen unter ähnlichen Versuchebedingungen der Elektrolyten, Temperaturen und der Stromdichte wie in Beispiel I durchgeführt. Di· Ergebnisse sind in der Tabelle II angegeben.

Tabelle II Ver- Katalysator- Elektrolyt Spannung gegen umkehrbare H₂

suche- Zusammenstell- <$> KOH T C Elektrode, Stromdichte in mi/em² reihe ung '

Ho. * Q 7 27 54 80 Io7

1	Pt-Schwamm	50	80	loo	0,12	ο,28	ο,34	..3«	ο,3β	ο,39
2	Pt-Sohwama	80	80	2oo	ο,13	ο»22	ο,29	ο,32	ο,35	Ο.37
3	poröse Ki-Platte5o	80	12ο	ο,οΐ	0,15	ο,17	ο,19	ο,21	0,24
4	η η η	80	2oo	ο,12	ο,ο2	ο,35	ο,ο5	ο,ο6	ο,ΙΙ
3	Co-PuIver	löBäl	2oo	ο,ο7	0,16	ο,22	ο,27	ο,3ο	ο,34
β	Go-Pulver ge- aaischt mit Teflon-Pulver	2oo	ο,ο3	ο,ΙΙ	0,12	ο,15	0,16	0,17
7	Je—IPulver ge— »ieoat nit	2oo	0236	ο,ο4	ο,31	ο,41	ο,59	(..η)
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Di· Überlegenheit des Hi und dee Co als Anodenkatalyaatoren gegenüber Pt und Fe ergibt eich aus den Werten der Tabelle II. Wie Tabelle Il seigt, wurden bei den Versuchsreihen 1» 2 und 5 Katalysatoren in Font von auf ^HTeflon"-Scheiben aufgelagerten Metall« pulvern verwendet« Bei der Versuchsreihe 6 wurde eine verbesserte Haftung dee Metallpulvere auf den "Teflon*¹ durch Mischen von " 5oo mg dee Metallpulvere alt 2oo mg ^MTeflon"-Pulvere vor dee Aufpressen des Metallpulvere auf die poröse ^MTeflon^M-Soheibe gemischt» Bei den Versuchsreihen 3 und 4 wurden auf ^MTeflon^M-Trägern aufgebrachte Katalysatoren durch selbsttragende poröse Hiokelplatten ersetat. Die Klaanera in der Tabelle II seigen an, daß während 5 Minuten bei der besonderen Stromdichte kein stabiler Strom erhalten wurde·

Vaohfolgend wird die Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden fc Zeichnungen näher beschrieben und zwar zeigent

Fig· 1 einen Längsschnitt in sohematleoher Darstellung durch eine erfindungegeaäaee Brennstoffseile|

Fig« 2 in eoheaatiecher Saretellung und in vergrößertem Maßstab eine Ansicht im Schnitt der erfindungegemäseen Brennstoff* elektrode und

Fig. 3 in eohematieoher Saretellung und in vergröeeertem Maßstab

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eine Ansieht ia Schnitt durch eine «eitere erfindungsgeaässe Brennstoffelektrode.

Die in Fig. 1 gezeigte Brennstoffzelle 4 besitzt einen Behälter 5 aus "Teflon" oder aus einen anderen Material τοη geringer elektrischer Leitfähigkeit, in welchem sich Elektroden 6 und J τοη entgegengesetzter Polarität biw. die Brennstoffelektrode und die Sau- g erstoffelektrode bsw. Oxydationsmittelelektrode und ein flüssiger alkalischer Elektrolyt β befinden» der alt den gegenüberliegenden Flächen 5 und 7 Kontakt hat. Die Brennstoffelektrode 6, die in Fig. 2 Alt näheren Einselhelten geseigt ist, ist gasdurchlässig und aus einem porösen Substrat oder aus eines porösen Trager 9 von β·** ringer elektrischer Leitfähigkeit hergestellt, «.B. aus einer Schicht aus poröse» "Teflon¹⁴-Schauastoff alt einer durohlässigen Kataljeetoreohioht U aus Ruthenium, Kobalt oder Hiokel» die auf dem Träger aufgebracht ist. Wenn eine selbsttragende poröse Fora des Katalysators, s.B· eine poröse Platte, wie in Fig· 3 geseigt, aus Ru, Co oder Wi ale Brennstoffelektrode benutet wird, wird das poröse Substrat oder der poröse Träger $ nloht verwendet. Die Oxydationeaittelelektrode 7 let ebenfalls gasdurchlässig und welet ein poröses Substrat bsw. einen porösen Träger Io aus einem Material von geringer elektrischer Leitfähigkeit, s.B. eine Sohioht aus porösem "Teflon^M-Sohattaetoff alt einer durohlässigen Katalysatoraohioht 12 aus Platin auf, die auf dea Träger haftend aufgebracht ist* Auster dea Katalysator, der aa der Ausββnflache der Träger 9 und Io der Elektroden 6 und 7 vorhanden 1st»

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ist der Katalysator auch an den Wänden, die zugängliche Poren des porösen Trägers oder des porösen Substrate 9 und Io begrenzen, vorhanden. Ss wird ein dreiphasiger Kontakt von Katalysator* Elektrolyt und gasförmigem Brennstoff in den Poren des Substrats 9 der Brennstoffelektrode 6 erzielt, in welchen der Katalysator mit der Grenzfläche zwischen dem Elektrolyten und dem gasförmigen Brennstoff Kontakt hat. Eine einlagige Gaze 13 bzw. 14 aus Platin liegt Fläche an Fläche an den Katalysatorschichten 11 und 12 an den Oberflächen der Elektroden 6 und 7 an, wobei die Gaze 13 bzw· 14 dazu dient, Elektronen von der Brennstoffelektrode als elektrischen Strom zur Verwendung in der gewünschten Weise und zur Vervollständigung des äueseren Stromkreises abzuleiten. Die Verbindung zu der herkömmlichen (nicht gezeigten) Bezugselektrode ist mit 26 bezeichnet. Ringe 27 und 28 aus Gold und Sichtungsringe 29 und 3o aus Neopren dienen dazu, die Gase 14 bzw. 13 in Kontakt mit den Katalyaatorachichten 12 bzw. 11 zu halten und die Anordnung abzudichten. Wenn die selbsttragende nicht aufgelagerte poröse Form des katalytischen wirksamen Metalls, z.B. die selbsttragende poröse Platte aus katalytisch wirksamem Metall nach Fig. 3, als Brennstoffelektrode anstelle der in Figo 2 gezeigten Elektrode bei der sioh das katalytisehe wirksame Metall auf einem Träger befindet, verwendet wird, kann die Metallgaze 13 zum Sammeln und Abziehen der Elektrode weggelassen werden, vorausgesetzt daß die selbsttragende Platte oder ein« andere Form gans oder praktisch ganz aus dem katalytisch wirks«men Metall gebildet wird, das ein·

109814/0236 8ad o_R|_GINAl

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zufriedene teilende elektrieohe Leitfähigkeit beeitxt. In diese« Falle braucht ein geeignet·· elektrisch leitendes Element, s.B. ein leitender Draht b»w. ein leitendes Band des äuaaeren Stromkreises, nur mit einen Teil der leitenden Anode und alt eine« Endteil derselben Kontakt su haben.

Die Brennetoffzuführleitung 15 und die Auetritteleitung 16 ermöglichen eine kontinuierliche Zufuhr τοη Aamonlakbrennetoff in Gas· forn in das Anodenabteil 17 «nd den Austritt der gasförmigen Be» aktioneprodukte aus diesen Abteil. Bas gasförmige Ammoniak diffundiert in das Innere der porösen GesdiffusloneanoA« 6 su der durch die Anode und dem Elektrolyten gebildeten Gren*flache. Der auch an dieser Grensfläche vorhandene Katalysator fördert das Freleetsen ■von Elektronen sur Anodenfläche, welohe elektronen durch die äusseren Stromkrelee abgeleitet oder abgesogen werden«

Ein Strom atmosphärischer Inft wird als bevorsugtes Oxydationsmittel, kontinuierlich in einen unteren fell des Gaswäschers 3² durch eine Zufuhrleitung 33ι die mit einem Kompressor 34 versehen 1st, und unter der Oberfläche einer wässerigen VaOH Lösung typiseherweiee von einer Jo #Lgen KaOH-Konsentration eingeleitet· Die Luft nimmt in innigem Kontakt mit der wässerigen HaOH-Lösung ihren leg nach oben, wodurch das CO₂ entfernt wird. Die von 0O₂ freie im wesentlichen freie Luft wird aus dem Qaswäsoher 32 durch Leitung 33 abgesogen und in das Kathodenabteil 18 eingeleitet·

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SiMi. /(

Sie Luft diffundiert in das Innere der porösen Gasdiffusionekathode 7 BU der durch die Kathode und den Elektrolyten gebildeten Grenzfläche» Der an dieser Greneflache vorhandene Katalysator fördert die elektrochemische Ionisation des Sauerstoffe. Die an der Kathode gebildeten negativ geladenen Ionen wandern dann durch den Elektrolyten zur Anode zur Reaktion mit dem Brennstoff. Der Kathodenabflufi tritt durch den Auslaß 21 aus. Gegebenenfalle kann Sauerstoff allein als oxydierend wirkendes Gas verwendet werden.

Bei der in Fig. 2 gezeigten erfindungsgemässen Brennstoffelektrode stehen die Poren 22 des porösen Trägersubstrate 9 uit dessen entgegengesetzten Seiten in Verbindung. Der Katalysator ist auf dem Substrat 9 als durchlässige Sohioht 11 aus Pulverteilchen aufge« lagert» wobei eich einige der Katalysatortelichen an den Wänden befinden« welche die zugänglichen Poren des Substrate 9 begrenzen, wie vorangehend beschrieben. Ein elektrisch leitendes Element« z.B* die in Fig. 1 gezeigte Platingaze 13« befindet sich in Kontakt mit der Katalysatorschioht 11« um die Elektronen su sammeln und abzuziehen. Bei der in Fig. 3 gezeigten erfindungegenäeaen selbsttragenden porösen Plattenelektrode aus katalytisch wirksamem Metall gemäß der Erfindung stehen Poren 37 mit entgegengesetzten Seiten der porösen Platte 38 in Verbindung. Wenn die Platte 38 ganz aus dem katalytisch wirksamen Metall« beispielsweise aus Nickel, besteht und als Brennstoffelektrode verwendet wird, ist ein Stromsammel- und Ableitungselement in Flächenkontakt mit der

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Platt« nioht erforderlich, sondern lediglich «in Stroaableitungseleaent, s.B* «in elektrisch leitender Draht oder ein Streifen» . der sich gewöhnlich alt eine« Endteil der Viokelplatte in Eontakt befindet, da das katalytisch wirksaae Metall selbst οine sufrledenstellende elektrische Leitfähigkeit bealtst.

Elektrlsoh leitende Eleaente 23 and 24 aind alt de« oberen Teil der Platingase-Stroaeaaaler IJ bsw· 14 Yertranden. Leitende Elemente 23 und 24 eind in einen iusseren Stroakreis alt eine· e*«icn*ten Widerstandf beispielsweise eine (nioht eeseiete) Oltthlejip·» geaohaltet und der Stroaflufl In dieses Stromkreis al« folge des duroh die elektroohealsohe Reaktion innerhalb der Zelle entstehenden llektronenflueses führt stm Aufleuohten der Laape.

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Claims (1)

1. P 15 96 <&8· 0-45 25. JuU 1969

   Engelhard Induetrlte, Ine. Β-841/Κ 29 Ο9β

   Patentansprüche

   1. Terfahren sur Erzeugung von elektrischer Energie, dadurch gekenneeichnet, dafi eine katalytisch· Brennstoffelektrode einer Brennstoffselle Bit Ammoniak als Brennstoff in Kontakt gebracht wird, der Katalysator aus der Gruppe Ruthenium, Kobalt und Wickel ausgewählt ist, die Brennstoffelektrode sioh in Kontakt Bit eines Elektrolyten befindet, der keine freie Sture enthalt, und eine Oxydationsmittelelektrode der Zelle alt eines OxydationsBittel in Kontakt gebracht wird, wobei sich dl« Oxydationsmittelelektrode auch in Kontakt Bit des Elektrolyten befindet.

   2. Terfahren naoh Anspruoh 1, daduroh gekennseiohnet, dafi der Brennstoffelektrodenkatalysator Ruthenium ist.

   3. Terfahren naoh Anepruoh I₁ daduroh gekennseiohnet, daß der Brennstoffelektrodenkatalysator Kobalt iat.

   4· Terfahren naoh Anspruch 1, daduroh gekennseiohnet, daß der Brenn-

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   NOUd Unterlaflen tArt 711 Ab·, a Nr. l

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   BAD ORiGiNAL

   etoffelektrodenkatalyaator Nickel ist.

   Terfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt ein alkalischer Elektrolyt ist.

   6· Terfahren nach Anspruch 1» dadurch gekennselohnet« daß das {

   Oxydationsmittel Lttft ist.

   7. Terfahren nach Anspruch I₉ dadurch gekennseiehnet_v daß die Brennstoff seile hei einer Temperatur im Bereich von etwa 8o - 2Jo⁰C betriehen wird.

   8· Terfahren sur Ersaugung elektrischer Energie» dadurch gekenn* zeichnet, daß eine katalytisch* Brennetoffelektrode einer Brennstoffselle ait Ammoniak ale Brennstoff in Kontakt gebracht wird, , der Katalysator aus der Gruppe Ruthenium» Kobalt und liokel gewählt ist, die Brennstoffelektrode sich mit einem Elektrolyten in Kontakt befindet» der keine freie Säure enthält» das Kohlendioxyd aus einem Strom atmosphärischer Luft entfernt wird und die Luft von verringerte» Kohlendioxydgehalt in Kontakt mit einer Oxydationsmittelelektrode der Zelle gebraoht wird» wobei sieh die Oxydationsmittelelektrode auch in Kontakt mit dem Elektrolyten befindet«

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   9· Verfahren nach Anspruch 8t dadurch gekennseichnet, dafi das Kohlendioxyd aus der Luft dadurch entfernt wird, daß der LuftetroB «it einer alkalischen Flüssigkeit in innigen Kontakt gebracht wird.

   Ic. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennseichnet, daß die

   alkalische Flüssigkeit eine wässerige Natriumhydroxydlösung ist.

   21. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die alkalische Flüssigkeit Monoäthynolamin ist.

   12. Brennstoffselle» gekennzeichnet durch eine Oxydationsmittelelektrode» eine katalytisohe Brennstoffelektrode« einen von freier Säure freien Elektrolyten» der sich mit einer Fläche jeder Elektrode in Kontakt befindet» der Brennetoffelektrodenkatalysator aus der Gruppe Ruthenium» Iridium, Kobalt und Nickel gewählt ist» Mittel tür die Zufuhr van Luft sur Oxydationemitteleldktrode, . Mittel sum Entfernen von Kohlendioxyd aue der Luft bevor sie der Oxydationemitteleltktrod9 zugeführt wird und Mittel für die Zufuhr von Ammoniak sur Bremst off elektrode.

   15. Zeil« nach Anspruch 12» daduxoh gekennzeichnet» daß die Mittel sum Entfernen des Kohlendioxid· umfassen ein Qaswasehgefäß» in dem eioh eine alkalisch» Waschflüssigkeit befindet» eine Leitung

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   BAD ORIGINAL

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   für dit Zufuhr Kohlendioxyd enthaltender ataoephärieeher Luft in einen unteren Teil des Gaewaaohgef&ssee sua Waeohen Bit der alkalischen Flüssigkeit, und eine «eitere Leitung, die einen oberen Teil des Qaewasohgefäseee und ein Kathodenabteil der Brennstoff»eile Miteinander verbindet» um die Luft von verringertes Kohlendioxydgehalt aus den Geawaeohgefäö *ur Kathode su m führen.

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   Leerseite