DE1596321B1 - HIGH TEMPERATURE FUEL ELEMENT WITH OXYGEN ION CONDUCTING SOLID ELECTROLYTE - Google Patents
HIGH TEMPERATURE FUEL ELEMENT WITH OXYGEN ION CONDUCTING SOLID ELECTROLYTEInfo
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Description
3 43 4
A b b. 3 ein Diagramm von Entladungskurven ver- fersulfat CuSO4 · 5 H8O, 6,16 g Magnesiumsulfat
gleichsweise gegenübergestellter Sauerstoffelektroden MgSO4 · 7H2O, 23,7 g Aluminiumkaliumsulfat
undA b b. 3 shows a diagram of discharge curves of sulfate CuSO 4 · 5 H 8 O, 6.16 g of magnesium sulfate, similarly opposed oxygen electrodes MgSO 4 · 7H 2 O, 23.7 g of aluminum potassium sulfate
and
A b b. 4 ein Diagramm der Entladungskurve des er- K2Als(SO4)4 · 24H2OA b b. 4 shows a diagram of the discharge curve of the er K 2 A ls (SO 4 ) 4 · 24H 2 O
findungsgemäßen Brennstoffelementes im Vergleich 5 in 1 Liter Wasser gelöst und dann mit ungefähr 1 Mol mit herkömmlichen Elementen. verdünnter Ammoniaklösung neutralisiert. Das sofuel element according to the invention in comparison 5 dissolved in 1 liter of water and then with about 1 mol with conventional elements. diluted ammonia solution neutralized. That so
Das Brennstoffelement nach A b b. 1 weist auf der erhaltene Hydroxyd wird in Wasser ausgewaschen, bei einen Seite eines Festelektrolyten 3 eine Brennstoff- 10O0C getrocknet und anschließend bei 105O0C etwa elektrode 1 und auf der anderen Seite eine Sauerstoff- 10 Stunden in Luft erhitzt. Die Röntgenanalyse zeigt, elektrode 2 auf. Das so aufgebaute Element ist unter io daß die derart hergestellten Metalloxide verschiedene Bildung eines Brennstoff-Gasraums 5 und eines Sauer- feste Lösungen bilden und Spinell-Kristallstruktur stoff-Gasraums 6 in ein Gehäuse 4 aus wärmebe- aufweisen.The fuel element according to A b b. 1 points to the hydroxide obtained is washed out in water, a fuel 10O 0 C is dried on one side of a solid electrolyte 3 and then at 1050 0 C about electrode 1 and on the other side an oxygen 10 hours in air. The X-ray analysis shows electrode 2. The element constructed in this way is under io that the metal oxides produced in this way form various forms of a fuel-gas space 5 and an acidic solution and have spinel crystal structure material-gas space 6 in a housing 4 made of heat.
ständigem Isolierstoff eingesetzt. Der Brennstoff wird Für die Herstellung einer Sauerstoffelektrode giltpermanent insulating material used. The fuel will apply to the manufacture of an oxygen electrode
•durch die Einlaßöffnung 7 des Gehäuses 4 eingespeist, das folgende Beispiel: Fünf Metalloxide, ζ. B. Mangan-
und er verläßt dieses als Abgas durch die Auslaß- 15 dioxid, Nickeloxid, Kobaltoxid, Aluminiumoxid und
Öffnung 8, nachdem er mit der Brennstoffelektrode 1 Magnesiumoxid werden moläquivalent gemischt. Beizur
Reaktion gebracht worden ist. Der Sauerstoff wird spielsweise werden 6,3 g Mangannitrat Mn(NO3)2 ·
•durch die Öffnung 9 eingespeist und die Abgase bei 10 4H2O, 6,55 g Nickelsulfat NiSO4 · 6H2O, 7,03 g Koabgeführt.
Der negative Pol 11 und der positive Pol 12, baltsulfat CoSO4-7H2O, 6,16 g Magnesiumsulfat
beide aus Pt, sind an der Stirnseite des Gehäuses 4 20 MgSO4 · 7H2O, 23,7 g Aluminiumkaliumsulfat
angeordnet. Die Brennstoffelektrode 1 und/oder die• fed through the inlet opening 7 of the housing 4, the following example: Five metal oxides, ζ. B. Manganese and he leaves this as exhaust gas through the outlet 15 dioxide, nickel oxide, cobalt oxide, aluminum oxide and opening 8, after he is mixed with the fuel electrode 1 magnesium oxide are molar equivalent. Has been brought to a reaction. The oxygen is, for example, 6.3 g of manganese nitrate Mn (NO 3 ) 2 · • are fed in through opening 9 and the exhaust gases are discharged at 10 4H 2 O, 6.55 g of nickel sulfate NiSO 4 · 6H 2 O, 7.03 g of Ko. The negative pole 11 and the positive pole 12, balt sulfate CoSO 4 -7H 2 O, 6.16 g magnesium sulfate both made of Pt, are on the front of the housing 4 20 MgSO 4 · 7H 2 O, 23.7 g aluminum potassium sulfate
arranged. The fuel electrode 1 and / or the
Sauerstoffelektrode 2 können aus feinem Pulver ihrer K-2Al2(bO4)4 · 24H2OOxygen electrode 2 can be made from a fine powder of their K-2Al 2 (bO 4 ) 4 · 24H 2 O
Gemischanteile gesintert sein. in 1 Liter Wasser gelöst und dann mit ungefähr 1 MolMixture portions be sintered. dissolved in 1 liter of water and then with about 1 mol
Die Redox-Wirkung läuft innerhalb einer sehr ge- verdünnter Ammoniaklösung neutralisiert. Das geringen Fluktuationsbreite mit großer Geschwindigkeit 25 wonnene Hydroxyd wird in Wasser ausgewaschen, bei ab, und zwar ebenso an der Brennstoffelektrode wie an 100° C getrocknet und danach bei 1050° C etwa der Sauerstoffelektrode. Dabei findet mit dem Sauer- 10 Stunden in Luft erhitzt. Die Röntgenanalyse zeigt, stoffträger eine Festphasenreaktion statt. Die Sauer- daß die bereiteten Oxide wie im Falle der Brennstoffstoffelektrode wird dabei praktisch stufenweise zwi- elektrode feste Lösungen sind und Spinell-Kristallschen einer höheren Oxydationsstufe und einer nied- 30 struktur aufweisen.The redox effect is neutralized within a very dilute ammonia solution. The little Fluctuation range at high speed 25 Hydroxide recovered is washed out in water at dried on the fuel electrode as well as at 100 ° C and then at 1050 ° C the oxygen electrode. This takes place with the Sauer- 10 hours heated in air. The X-ray analysis shows A solid phase reaction takes place on the material carrier. The acid - that the prepared oxides as in the case of the fuel electrode is practically stepwise between electrodes are solid solutions and spinel crystals have a higher oxidation level and a low structure.
rigeren Oxydationsstufe oxydiert, ohne daß dabei die Der feste Elektrolyt wird in bekannter Weise da-The solid electrolyte is oxidized in a known manner.
Spinellstruktur der Elektrode eine Beeinträchtigung durch hergestellt, daß Zirkondioxid ZrO2 und Kaierfahrt, ziumoxid CaO2 in einem Molverhältnis von 0,85: 0,15Spinel structure of the electrode is impaired by the fact that zirconium dioxide ZrO 2 and Kaierfahrt, zium oxide CaO 2 in a molar ratio of 0.85: 0.15
Der Redox-Mechanismus der Brennstoff- und der gemischt werden, die Mischung dann pulverisiert, ge-Sauerstoffelektrode wird nachfolgend an Hand von 35 rührt, durch ein Sieb mit der Sieb-Nr. 0,08 nach elektrochemischen Reaktionsgleichungen erläutert. Der DIN 1171 passiert, anschließend unter einem Druck Vorgang an der Brennstoffelektrode stellt sich folgen- von ungefähr 1 t/cm2 gepreßt und schließlich etwa dermaßen dar: 10 Stunden bei 1500°C gesintert wird.The redox mechanism of the fuel and that are mixed, the mixture is then pulverized, ge-oxygen electrode is subsequently stirred by means of 35, through a sieve with the sieve no. 0.08 explained according to electrochemical reaction equations. The DIN 1171 is passed, then under a pressure process on the fuel electrode is followed by about 1 t / cm 2 pressed and finally about as follows: 10 hours at 1500 ° C is sintered.
Unter Verwendung der so erhaltenen ElektrodenUsing the electrodes thus obtained
MO»+ Brennstoff ^-MOn _»+oxydiertes Produkt 40 wurde ein Brennstoffelement gemäß Abb. 1 hergestelltMO »+ fuel ^ -MO n _» + oxidized product 40 a fuel element according to Fig. 1 was produced
(1) und folgende Versuche über die Entladungscharakteristik durchgeführt, wobei die Eigenschaften der MOn-X +x-O*- ->M0n + 2xe- (2) Brennstoffelektrode des Elementes getestet wurden.(1) and the following experiments on the discharge characteristics were carried out, whereby the properties of the MO n -X + xO * - -> M0n + 2xe- (2) fuel electrode of the element were tested.
An der Sauerstoff elektrode: 45 BeispiellOn the oxygen electrode: 45 example
M'Om + —- x · O2 -> M'Om+x (3) Das feine Pulver des festen Elektrolyten wurde zu M'Om + - x · O 2 ->M'Om + x (3) The fine powder of the solid electrolyte became to
2 einer Platte von ungefähr 1 mm Dicke geformt, auf2 formed a plate approximately 1 mm thick
,n _ , . . deren eine Oberfläche eine Paste aufgebracht wurde,, n _,. . one surface of which a paste has been applied,
M Um+X + ZXQ -+ M O7n + x · O ifi) 50 die durch Kneten des feinen pavers aus Metalloxiden U M m + X + ZXQ - + MO 7n + x · O ifi) 50, by kneading the f a pavers of metal oxides
für die Verwendung in der Brennstoffelektrode mitfor use in the fuel electrode with
Daraus ergibt sich der Gesamtumsatz: Äthylalkohol bereitet wurde. Auf die andere SeiteThis gives the total sales: Ethyl alcohol was prepared. On the other side
2 wurde eine Paste aufgebracht, welche durch Kneten2, a paste was applied, which by kneading
Brennstoff H χ · O2 -> oxydiertes Produkt (5) von feinem Platinschwarzpulver für die VerwendungFuel H χ · O 2 -> oxidized product (5) of fine platinum black powder for use
2 55 in der Sauerstoffelektrode mit Äthylalkohol erhalten2 55 obtained in the oxygen electrode with ethyl alcohol
wurde. Dann wurde bei 135O0C etwa 2 Stunden ge-became. Then at 135O 0 C about 2 hours
In den Reaktionsgleichungen bedeuten MO» und sintert. Die Elektroden waren ungefähr 1 mm stark. M'Om ein Metalloxid der Brennstoff- bzw. Sauerstoff- An die Elektrode wurde ein Platindraht als Leitdraht elektrode. zur Messung des elektrischen Stroms und der Spannung Nachfolgend wird an Hand eines Beispiels die Her- 60 angelötet. Der Reaktionsbereich der Elektrode betrug stellung der Brennstoffelektrode erläutert. Sieben ver- 3,2 cm2, und der Gesamtaufbau des Elementes entschiedene Metalloxide, und zwar Mangandioxid, Zink- sprach dem in A b b. 1 Wiedergegebenen. Als Brennoxid, Chromoxid, Eisenoxid, Kupferoxid, Magne- stoff wurde Propan und als Sauerstoffträger Sauerstoff siumoxid und Aluminiumoxid, werden moläquivalent bei geringem Durchfluß von 100 ml/Min, eingespeist, gemischt. Beispielsweise werden 6,37 g Mangannitrat 65 In den A b b. 2 bis 4 ist die Entladungsspannung (V) Mn(NOg)2 · 4H2O, 7,19 g Zinksulfat ZnSO4 · 7H2O, auf der Ordinate und die Stromdichte (mA/cm2) auf 20,0 g Chromnitrat Cr(NO3)3 · 9H2O, 19,6 g Eisen- der Abszisse aufgetragen. Die im Augenblick des ammonsulfat FeSO4(NH4)2 · SO4 · 6H2O, 6,24 g Kup- Betriebs des erfindungsgemäßen Elementes bei 1000° CIn the reaction equations, MO means »and sinters. The electrodes were approximately 1 mm thick. M'Om a metal oxide of the fuel or oxygen to the electrode, a platinum wire was used as a guide wire electrode. for measuring the electrical current and the voltage Below, the Her- 60 is soldered on using an example. The reaction area of the electrode was explained in the position of the fuel electrode. Seven divided 3.2 cm 2 , and the overall structure of the element decided metal oxides, namely manganese dioxide, zinc spoke to the one in A b b. 1 reproduced. Propane was mixed as fuel oxide, chromium oxide, iron oxide, copper oxide, and magnesium, and oxygen and aluminum oxide were mixed in as oxygen carriers, molar equivalents being fed in at a low flow rate of 100 ml / min. For example, 6.37 g of manganese nitrate 65 In the A b b. 2 to 4 is the discharge voltage (V) Mn (NOg) 2 · 4H 2 O, 7.19 g of zinc sulfate ZnSO 4 · 7H 2 O, on the ordinate and the current density (mA / cm 2 ) on 20.0 g of chromium nitrate Cr (NO 3 ) 3 · 9H 2 O, 19.6 g iron - plotted on the abscissa. At the moment of the ammonium sulfate FeSO 4 (NH 4 ) 2 · SO 4 · 6H 2 O, 6.24 g copper operation of the element according to the invention at 1000 ° C
5 65 6
Arbeitsteöiperatur erhaltene charakteristische Kurve Beispiel 3Characteristic curve obtained from working oil temperature Example 3
ist in A b b. 2 mit A bezeichnet. Bei einer Temperaturis in A b b. 2 denoted by A. At one temperature
von 91O0C ergibt sich die Kurve B. Ein weiterer Versuch wurde mit der bevorzugten 0 of 91o C results in the curve B. A further experiment was preferred with the
Das Brennstoffelement herkömmlicher Bauart, wel- Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffches in gleicher Weise wie das erfindungsgemäße durch 5 elementes durchgeführt, wobei Metalloxid-Katalysa-Kombination des aufgeführten festen Elektrolyten toren sowohl für die Brennstoff- als auch für die Sauermit der Brennstoff- und der Sauerstoffelektrode her- Stoffelektrode verwendet wurden. Dieses Brennstoffgestellt worden ist, wobei für beide das bekannte feine element wurde bei Zellentemperaturen von 1010 und Platinschwarzpulver verwendet wurde, wurde bei 8900C betrieben, und es ergaben sich dabei die Kurven Zeilentemperaturen von 1010 und 9160C betrieben. io G bzw. Hin A b b. 4. Das hier verwendete herkömm-Die erhaltenen Ergebnisse zeigen die Kurven C bzw. liehe Element war das gleiche wie im Beispiel 1, wofür D. Wie ersichtlich, liegt die Leistung des erfindungs- die Kurven C und D gelten.The fuel element of conventional design, wel- embodiment of the fuel according to the invention carried out in the same way as the inventive by 5 element, with metal oxide-catalysis combination of the listed solid electrolyte goals for both the fuel and for the acid with the fuel and oxygen electrodes - cloth electrodes have been used. This fuel Placed has been wherein for both the known fine element was used in cell temperatures of 1010 and platinum black powder, was operated at 890 0 C, and there were thereby the curves lines temperatures of 1010 and 916 0 C operated. io G or Hin A b b. 4. The conventional used here The results obtained show the curves C and the element was the same as in Example 1, for which D. As can be seen, the performance of the invention, the curves C and D apply.
gemäßen Elementes in beiden Fällen über der des her- Aus der A b b. 4 ist die Überlegenheit des Brenn-appropriate element in both cases above that of the A b b. 4 is the superiority of the burning
kömmlichen Elementes. Stoffelements gemäß der Erfindung gegenüber desconvenient element. Fabric element according to the invention compared to the
Die Eigenschaften der Sauerstoffelektrode des er- 15 herkömmlichen Elements ersichtlich, und aus den findungsgemäßen Brennstoffelementes wurden wie Ab b. 2 und 3 ergeben sich die hervorragenden Eigenfolgt untersucht: schäften der Brennstoff- bzw. Sauerstoff elektrode.The properties of the oxygen electrode of the conventional element can be seen, and from the fuel element according to the invention were as Ab b. 2 and 3 result in the excellent self-following examined: shafts of the fuel or oxygen electrode.
B . -ίο *-**e Kombination eines Festelektrolyten mit einer B. -ίο * - ** e combination of a solid electrolyte with a
eI P e Elektrode aus Metalloxiden zeigt, daß durch das eI P e electrode made of metal oxides shows that the
Das Brennstoffelement gemäß der Erfindung wurde 20 Sintern das Adhäsionsvermögen zwischen der Elek-The fuel element according to the invention was 20 sintering the adhesiveness between the elec-
in gleicher Weise wie gemäß Beispiel 1 unter Ver- trode und dem Festelektrolyten wesentlich stärker istin the same way as according to Example 1 under Verode and the solid electrolyte is much stronger
Wendung von Metalloxiden als Sauerstoffelektrode als bei bloßer Anlagerung, so daß nicht nur die me-Use of metal oxides as oxygen electrodes than with mere accumulation, so that not only the me-
und feinem Platinschwarzpulver als Brennstoffelek- chanische Festigkeit, sondern auch die Leitfähigkeitand fine platinum black powder as fuel electrical strength, but also conductivity
trode hergestellt. Dieses Element wurde bei 1020 und verbessert wird. Das Brennstoffelement macht nicht nurtrode manufactured. This item was at 1020 and is being improved. The fuel element doesn't just do
89O0C betrieben, wobei sich die Kurven E bzw. F in 25 teure Metalle entbehrlich und ermöglicht die Ver-89O 0 C operated, whereby the curves E and F in 25 expensive metals are unnecessary and enables the
A b b. 3 ergeben. Das Element herkömmlicher Bauart Wendung von relativ billigen Metalloxiden, sondernA b b. 3 result. The element of conventional design twist of relatively cheap metal oxides, rather
"war die gleiche wie im Beispiel 1, es ergab die Kurven sie ist auch in einfacher Weise zu handhaben und be-"was the same as in Example 1, it resulted in the curves it is also easy to handle and handle
C und D. sitzt eine kompakte Bauform.C and D. sits a compact design.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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-
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- 1966-07-22 GB GB33075/66A patent/GB1147033A/en not_active Expired
- 1966-10-05 DE DE19661596321 patent/DE1596321B1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
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DE912106C (en) * | 1944-02-27 | 1954-06-28 | Anny Biefeld Geb Huber | Fuel battery |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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