DE1596163A1 - Brennstoffelement - Google Patents
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Description
PATENTANWALT
MÜNCHEN 5
RtICHE*.BACHSTR. 51
TELMSf 51
Die Erfindung betrifft ei;i Brennstoffelement« das als oxydierende
Elektrode oder Kathode ein«! poröee Nickelelektrode und als
Elektrolyt eine wäßrige ALkallhydroxydlöeung enthält.
Nickelkathoden haben sich bei ihrer Verwendung In Brennstoffelementen
als electroohemisch sehr aktiv und
korrosionsfest gegenüber dom Elektrolyten erwiesen. Nach längerer Betriebsdauer bildet sioh jedoch auf der
Oberfläche einer solchen Elektrode eine Schicht von grünem Nickeloxyd, die vollständig oder praktisch vollständig
nicht-leitend ist. Gleichzeitig mit der Bildung dieser
Nickeloxydschicht sinkt die Energieauebeute des Elements. Um diese Schwierigkeit zu Überwinden, sind die Nickelelektroden
schon vor ihrer Verwendung In einem Brennstoffelement mit
Lithium oder Kobalt behandelt worden. Die bei einer
10 9 815/0198 -
BAD
solchen Behandlung gebildete Nickel/Lithium- und bzw. oder Nickel/Kobalt-Oberfläche verzögert den Aufbau der Oxydaohicht,
und die Elektrode bleibt über längere Zeiten aktiv. Durch die Anwesenheit von Kobalt in der Oberfläche der Elektrode
werden außerdem deren elektrochemische Eigenschaften verbessert. Es hat sich jedoch gezeigt« daß die Einbringung von
Lithium oder Kobalt in die Oberflächenschicht einer Nickelelektrode
die Bildung von Dendriten auf den Elektroden begünstigt, was möglicherweise auf die Auflösung von Niokel
von der Elektrode zurückzuführen let.
Gegenstand der Erfindung ist «In Brennstoffelement, das
als oxydierende Elektrode eine poröse Niokelelektrode und
als Elektrolyt eine wäßrig· Alkalihydroxydlösung enthält und dadurch gekennzeichnet ist« daS der wäflrig-alkalische
Elektrolyt noch ein Kobaltsalz enthält.
Die Nickelelektrode kann alt Lithiue oder Kobalt Toraktiviert
sein.
Das Kobaltsalz kann irgendein SaIs von Kottal t, dssaaft
Anlonen unter den Betrlebsbed1ng\ing»n dt· Branstoff«l«Mnt«e
inert sind« beispielsweise Kobaltnitrat, Kob*ltsulfat oder
Die Menge des Kobaltsalzes in G*m Elektrolyten 1st nloht
von wesentlicher Bedeutung« solang· di··· Ksfkge ausnlolMixl
109815/0198 bad original
ist, um die Kathode zu schützen. Vorzugsweise ist das
Kobaltsalz in einer Menge von 0,5 bis 5*0 Gew.-Jl» des Elektroly
ten in diesem anwesend.
Beim Betrieb eines Brennstoffelementes gemäß der Erfindung wird aus der Elektrolytlösung auf der Nickeloberfläohe eine
Schicht von Co2O, abgeschieden. Diese Abscheidung erfolgt
in der Form eines sehr gleichmäßigen Films, der eine Auflösung von Nickel von der Elektrode während des Betriebs
des Elementes verhindert, während die Integrität des Porengefüges
der Elektrode erhalten bleibt und keine oder eine nur geringfügige Dendritbildung erfolgt. Das in dem Elektrolyse
gelüste Kobalt hat eine Affinität zur Nickelkathode, so daß es
nicht zur Anode wandern und deren Aktivität beeinträchtigen kann.
Das Brennstoffelement der Erfindung kann mit Luft
oder Sauerstoff als Oxydationsmittel und beispielsweise mit Wasserstoff, Hydrazin oder Ammoniak als Brennstoff betrieben
werden. Die Betriebstemperatur des Elementes kann zwischen 20 und 6500C liegen und liegt zweckmäßig zwischen etwa 120
und 25OT und vorzugsweise zwischen 200 und 2501C. Bei höherer
Temperatur werden die Eigenschaften der Elektroden mit zunehmender Geschwindigkeit verschlechtert. Die Anode kann
Irgendeine der für eine Verwendung in Brennstoffelementen
bekannten Anoden sein.
109815/0190 BAD ORIGINAL
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Beispiels
näher erläutert werden,
In einen Brennstoffelement wurde als Anode eine 0*013 cm
dicke Membran aus einer Palladiumsilberlegierung mit 25% Silber«
Rest Palladium»verwendet. Die in einem Abstand von 0,16
cm von der Anode angeordnete Kathode war eine bipcröse NickeIelel~trode, die mit Ausnahme der Lithiumvorbehandlung
fcie in der USA-Patentschrift 2 716 670 beschrieben hergestellt
war. Der Raum zwischen Anode und Kathode war mit einen Elektrolyten aus einer 8o£-lgen geschmolzenen Kaliumhydroxydlösung,
die 2 0ew.-£ Kobaltnitrat enthielt, ausgefüllt.
Unter einem Druck von 0,7 atü wurden der Anode Wasserstoff und der Kathode Sauerstoff zugeführt. Bei 200"C wurde bei
einer Spannung von 0,9 V eine Stromdichte von 250 mA/era erzielt. Noch nach 50 Stunden kontinuierlichem Betrieb war
kein Anzeichen eines Absinkenc der Energieausbeute des
Elementes zu erkennen, noch zeigte sich eine Dendritbildung
auf der Kathode.
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Claims (4)
1. Brennst of feleroent, das als Kathode eine
poröse Nickelelektrode und als Elektrolyt eine wäßrige
Alkalihydroxydlösung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der wäßrig-alkalitohe Elektrolyt noch ein Kobalt aal;: enthält.
2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die poröse Niokslkathode biporös ist.
3. Brennstoffelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daS der Elektrolyt ein Oemisch von Kaliumhydroxyd
mit Rubidiumhydroxyd oder Caesiumhydroxyd ist. * -- ■
4. Brennstoffelement nach eines der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daB das Kobaltsalz in einer Menge
von 0,5 bis 5,0 Ctew.-£ des Elektrolyten in diesem anwesend
ist.
BAD ORiGJIMAL
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