DE1696549B2 - Vorrichtung zum Korrosionsschutz im Elektrolytkreislauf einer elektrochemischen Zelle - Google Patents

Description

trode mit der ersten Schutzelektrode galvanisch Die zu schützenden Bauteile bestehen aus einem

verbunden ist. ₃₀ Material, welches in der Elektrolytflüssigkeit erst

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- bei einem Potential korrodiert, das positiver ist als kennzeichnet, daß die zusätzliche Elektrode mit das Wasserstoffpotential. Die Elektrode ist noch mit der Elektrode der elektrochemischen Zelle mit _ei_ner Versorgungsleitung für Betriebsstoffe verbundem negativsten Potential galvanisch verbunden den. Die zusätzliche Elektrode ist außerdem galva- *^st· 35 nisch mit dem zu schützenden Bauteil verbunden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Durch diese Ausführungsform der erfindungsgemäkennzeichnet, daß die zusätzliche Elektrode gal- ßen Vorrichtung wird besonders wirkungsvoll die vanisch über einen Belastungswiderstand mit der Korrosion der Bauteile durch im Elektrolyten gepositiven Elektrode der Batterie verbunden ist. lösten Sauerstoff verhindert. Die mit dem geeigneten

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der 40 Betriebsstoff, beispielsweise Methanol. Formaldehyd, Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoffgas und anderen wasserstoffhaltigen Verzwischen der zusätzlichen Elektrode und der bindungen, versorgte zusätzliche Elektrode stellt ein positiven Elektrode dci Batterie im Elektrolyt- Potential in der Nähe des reversiblen Wasserstoffsystem ein mit Elektrolyt gefüllter Bauteil mit potentials ein. Durch die Verbindung mit dem Bauhohem elektrischen Widerstand des Elektrolyt- 45 teil wird dieser selbst ebenfalls auf dieses Potential fadens in diesem Bauteil angeordnet ist. gebracht, welches negativer ist als das Potential, bei

dem der Bauteil, beispielsweise Kupfer, Nickel, Eisen

und die verschiedensten Metallegierungen, korrodiert.
50 Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kor- erfindungsgemäßen Vorrichtung erhält man, wenn

rosionsschutz im Elektrolytkreislauf einer elektro- man in dem Elektrolytsystem zu beiden Seiten des

chemischen Zelle, insbesondere einer Elektrolyse- zu schützenden Bauteils eine Elektrode anordnet und

zelle, einer Akkumulatorbatterie oder einer Brenn- diese beiden zusätzlichen Elektroden galvanisch mit-

stoffbatterie, wobei die Zelle mindestens eine Elek- 55 einander verbindet. Korrosionsströme werden dann

trode mit negativer Polarität enthält, welche ein von dem Bauteil ferngehalten. Die beiden Elektro-

elektrochemisches Potential Li der Nähe des rever- den können noch mit dem Bauteil galvanisch ver-

siblen Wasserstoffpotentials besitzt. bunden werden, und das Bauteil kann auf diese Weise

Es ist bei elektrochemischen Zellen mit einem auf das Elektrodenpotential gebracht werden.

Elektrolytkreislauf in vielen Fällen erforderlich, kor- 60 Bei einer vorzugsweisen Ausführungsform der er-

rosionsgefährdete metallische Bauteile im Elektro- findungsgemäßen Vorrichtung kann die zweite Elek-

lytkreislauf unterzubringen. Durch die Nebenströme trode eingespart werden.

in der elektrochemischen Zelle, welche durch den Die zusätzliche Elektrode wird dann mit der Elek-

als Nebenwiderstand wirkenden Elektrolytleitungs- trode der elektrochemischen Zelle mit dem nega-

zug fließen, erhalten in dem Kreislauf angeordnete 6_S tivsten Potential galvanisch verbunden. Der beispiels-

B auteile, beispielsweise Elektrolytkühler. Pumpen weise bei der elektrochemischen Auflösung von Was-

und Ventile, ein Potential, bei dem sie korrodieren serstoffgas an der zusätzlichen Elektrode entstehende

können. Außerdem wirkt im Elektrolyten gelöster Elektronenstrom wird dann beispielsweise bei einer

Brennstoffzelle über den Verbraucher an die positive Elektrode der Batterie geleitet.

Bei einer anderen Ausführungsform der erfinduagsgemäßen Vorrichtung wird die zusätzliche Elektrode über einen Belastungswiderstand mit der positiven Elektrode der Batterie verbunden und der Stromkreislauf auf diese Weise geschlossen.

Über dem durch den Elektrolytkreislauf gebildeten Nebenwiderstand liegt die gesamte Klemmenspannung der elektrochemischen Zelle. Der Strom, mit dem die zusätzliche Elektrode belastet wird, kann daher durch geeignete Maßnahmen zur Vergrößerung dieses Widerstandes veringert werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird daher zwischen der zusätzlichen Elektrode und der positiven Elektrode in dem Elektrolytkreislaufsystem ein Bauteil angeordnet, welcher mit Elektrolyt gefüllt ist und bei dem der Eiektrolytfaden in diesem Bauteil einen hohen elektrischen Widerstand besitzt

Die Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit einer Brennstoffbatterie. Die Brennstoffbatterie besteht aus 6 einzelnen Brennstoffelementen, welche jeweils eine Wasserstoff-Diffusionselektrode 2 bzw. 2' und eine Sauerstoff-Diffusionselektrode 3 bzw. 3' enthalten. Zur Vereinfachung dir zeichnerischen Darstellung sind die Gasversorgungsleitungen an die porösen Elektroden nicht eingezeichnet. Die einzelnen Elemente der Brennstoffbatterie sind elektrisch in Reihe geschaltet, das heißt, die Wasserstoffelektrode einer Brennstoffzelle ist jeweils mit der Sauerstoffelektrode einer angrenzenden Brennstoffzelle elektrisch verbunden duch eine Leitung. Di; Elektrolytflüssigkeit wird über die Sammelleitung 9 und die von dieser abzweigenden Zuführungs.' ütungen den einzelnen Brennstoffelementen parallel zugeführt und über die Sammelleitung 4 wieder abgeführt. Die beiden Anschlußklemmen 16 und 17 der Brennstoffbatterie sind über eine Leitung mit dem dazwischengeschalteten Verbraucherwiderstand 10 miteinander verbunden. Das Teil 5 bezeichnet eine Vorrichtung mit hohem elektrischem Widerstand der Elektrolytflüssigkeit.

Die zusätzliche Elektrode 6 — dies ist eine Wasserstoffdiffusionselektrode entsprechend der Elektrode 2 in der Brennstoffbatterie — ist durch eine elektrische Leitung 11 mit dem beispielsweise aus Kupfer bestehenden metallischen Kühler 8, welcher von der Elektrolytflüssigkeit durchströmt wird, verbunden. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist besonders zweckmäßig, wenn der Widerstand der Elektrolytflüssigkeit in dem Leitungsstück 4 und in der Vorrichtung mit ftohem Widerstand S so groß ist, daß ein lonenstrom zwischen der Sauerstoffelektrode 3 und der Wasserstoffelektrode 6 weitgehend verhindert wird. Die zusätzliche Elektrode 6 verhindert dann durch den an ihr elektrochemisch in Lösung gebrachten Wasserstoff eine Korrosion des Kupferkühlers 8 durch den in der Elektrolytflüssigkeit gelöst enthaltenen Sauerstoff.

Eine Ausführungsform der Erfindung nach F i g. 2 ist zweckmäßig, wenn zwischen den beiden Elektroden 3 und 6 in der Elektrolytleitung noch ein lonenstrom fließt. Zum Abfluß der von der Elektrode 6 gelieferten Elektronen ist die Elektrode 6 über die Leitung 20 noch mit der Elektrode 2 galvanisch verbunden. Bei der elektrochemischen Auflösung des an die Elektrode 6 über eine nicht gezeichnete Gasleitung gelieferten Wasserstoffs gehen Wasserstoffionen in die Elektrolytlösung, und an der Elektrode werden Elektronen frei. Die Elektronen können dann über die Leitung 20 zusammen mit dem von der Brennstoffbatterie gelieferten Strom über den Verbraucher 10 an die Sauerstoffelektrode 3 zurückfließen. In einer anderen Ausführungsform können die Elektronen an Stelle der nunmenr weggelassenen

ίο Leitung 20 über eine Leitung 21 und einen Belastungswiderstand 12 an die Sauersteffelektrode 3 zurückfließen. Der Belastungswiderstand 12 kann beispielsweise eine Glühfadenlampe sein, welche anzeigt, ob die Elektrode 6 arbeitet.

Die F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In diesem Fall ist in der Elektrolytleitung 4 bzw. 9 zu beiden Seiten des Kühlers 8 eine zusätzliche Elektrode 6 angeordnet. Die beiden Elektroden 6 sind durch die Leitung 11 ealvanisch miteinander verbunden. Die zusätzlichen Elektroden 6 sind Wasserstoff-Diffusionselektroden. Die Gaszuführungsleitungen zu den Elektroden 6 sind zur Vereinfachung der Zeichnung nicht eingezeichnet. Mit der Verbindungsleitung 13 können

die Elektroden 6 noch mit dem zu schützenden Bauteil 8 verburden werden. Die Verbindungsleitungen 20 bzw. 21 mit den eingeschalteten Verbraucherwiderständen 10 bzw. 12 werden wie in F i g. 2 wahlweise verwendet. Die vorzugsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Zusammenhang mit der in Fig. 3 dargestellten Brennstoffbatterie erhält man, wenn eine der beiden Elektroden 6 weggelassen und ersetzt wird durch die Wasserstoff-Diffusionselektrode 2 mit dem negativsten Potential.

Beispiel 1

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch zusammen mit einer Brennstoffbatterie betrieben werden, welche Methanol als Brennstoff verwendet. Die F i g. 4 zeigt eine entsprechende Anordnung einer Brennstoffbatterie 1 mit 24 Einzelzellen, welche elektrisch miteinander in Serie geschaltet sind und jeweils eine positive Sauerstoffelektrode 3 und eine negative

Methanolelektrode 25 enthalten. Der Brennstoff Methanol wurde den porösen Brennstoffelektroden 25 über die Elektrolytleitung 9 mit dem Elektrolyten zugeführt. Als Elektrolytflüssigkeit wurde eine wäßrige 6 η-Kalilauge verwendet. Die positiven

Sauerstoffelektroden 3 waren nach der Art der bekannten porösen Sauerstoffdiffusionselektroden aus gesintertem Raney-Silber und Carbonylnickel aufgebaut. Der Kühler8 bestand aus Kupferrohr und wurde durch die erfindungsgemäße Vorrichtung vor

Korrosion geschützt. Hier/u ist zwischen dem Kühler 8 und der Sauerstoffelektrode 3 im Elektrolytkreislauf die zusätzliche Elektrode 6 und die Labyrinthscheibe 5 angeordnet. Die zusätzliche Elektrode 6 ist eine an sich bekannte Methanoleiektrode mit Edelmetallkatalysator, welche in ihrem elektrochemischen Verhalten und in ihrem Aufbau völlig der Elektrode 25 der Brennstoffbatterie 1 entspricht. Der Brennstoff Methanol wird auch der zusätzlichen Elektrode 6 über den Elektrolytkreislauf zugeführt.

Der Kupferkühler 8 ist durch die elektrische Leitung Leitung 11 mit der zusätzlichen Elektrode 6 verbunden. Die zusätzliche Elektrode 6 ist über die Leitung 20 mit der negativsten Methanolelektrode 25 der

sätzüchen Methanolelektrode 6 gehalten, welches in der Nähe des Wasserstoffpotentials liegt, und wi 3 auf diese Weise vor Korrosion geschützt Die Leitung 20 dient zur Ableitung des in dem TeU 4 der Elektrolytleitung fließenden und von der zusätzlichen Methanolelektrode 6 übernommenen Shuntstroms Die Wirkamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtuns

konnte mit Hilfe eines Meßinstruments zur Messung des Stroms in der Leitung 20 überprüft werden Der von der zusätzlichen Elektrode 6 übernommene Strom, welcher auf diese Weise nicht eine Korrosionswirkung an dem Kupferkühler 8 ausüben konnte betrug etwa 1OmA. '

^BeisP^{iel 2}

Die Fig.5 zeigt die erfindungsgemäße Vorrich tang zusammen mit einer Elektrolysevorrichtung. Die Vorrichtung 28 zur Elektrolyse einer wäßrigen 6 η-Kalilauge enthält 24 einzelne elektrisch in Reihe hintereinandergeschalteteElektrolysezellen.JedeZelle enthält eine Elektrode 26 für" die Abscheidung von Wasserstoff und eine Elektrode 27 für die Abscheidung von Sauerstoff. Die porösen Elektroden 26 und 27 enthalten jeweils eine mittlere grobporöse Katalysatorschicht und eine äußere feinporöe Deckschicht. Wasserstoffgas bzw. Sauerstoffgas wird dann in der Arbeitsschicht abgegeben und über entsprechende Leitungen dem Verbraucher zugeführt Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Sauer! stoffleirungen nicht gezeichnet. Der Elektrolytkreislauf besteht aus den beiden Leitungsstücken 4 und 9 und enthält noch die beiden zusätzlichen Elektroden 6 zu beiden Seiten des Kühlers 8, welcher geschützt werden soll. Die beiden zusätzlichen Eltktroden 6 sind Wasserstoff-Diflfusionselektroden entsprechend den Elektroden 26. Sie erhalten ihren Brennstoff unmittelbar aus der Leitung 14 welche mit den Elektroden 26 des Elektrolyseufs verbunden ist. Sie sind untereinander und mit dem vor Korrosion zu schützenden Kühler» galvanisch durch die Leitungll verbunden. Außerdem sind sie mit der negativsten Elektrode 26 des Elektrolyseurs 28 vcrbunden, welche zugleich die Kathode ist. Der Querschnitt und die Länge der Elektrolytleitung 4 fet so dfe

^ist> ^un* den durch

* ^übe™«^en zen.

B e i s d i e 1 3

^{g zeigt die erfind}"ngsgemäße Vorrich- ^zu.^s.^a™^mcn, ^{mit ein}em alkalischen Nickel-CadiiT.^lat°i ^- ^Der Akkumulator 31 be-^EinzelzeIlen· Die einzelnen Zellen wer- ;Γ ffij ^{VOn der}„ Elektrolytflüssigkeit durchflos-7' © anschließend durch eine nicht gezeich-

Zr- Γϋ?⁹? Jx? ^{den äußeren} Elektrolytkreislauf S^eto™er1.wird. Der äußere Elektolytkreislauf besteht

^^S v-i?^lde _o ⁿ L^gen 4 und 9 und enthält noch £"*° ^K"^hle5^{8 a}"s Eisenrohr, die beiden zusätzlichen SrLS ?? ^nnthscheibe 5. In den Dfe Sie ,"^„'T ^EIektroIy^elle 29 ^ '■, -I ^ktroi>'^{sezelle 29} enthält zwei Elek-V μ ^Vorwiderst^ 30 an den angeschlossen und erhält auf diese

Zd sfuerSioiS ί ^^ussi«^{keit itt} Wasserstoffgas _a5 wWeStS ?,^ie ?³Ϊ>^^{Γden an der} P^orösen ven Sktrodf« l^l·^{32 bzw}· ^der Sauerstoff-S S ί_τ MYlf³^^ ^{DaS Wass}erstoffgas S enl_ml f-°u °^{ht der} Wasserstoflfelektrodc

zusäSST^lv? λ < ^ ^** ^{U den beidcn} Ϊ SS^S ί °,^ ^{n 6 zu}8^eführt· Das Sauerstoff-

£31^152^""I *T ™" ™ ^{Ventil 3S} LabvrinthschX ς ■ ?""* ^{dle Verwe}ndung der beiden zusäSlth! L.t ⁿ&^Kh' ^{den von den} Shuntstmm nntl Elektroden 6 übernommenen

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tiven

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

38

Claims (2)

ι 2 Sauerstoff korrodierend auf viele metallische Werk-Patentansprüche: stoffe. In einem Elektrolyten befindliche Metallteile durch

1. Vorrichtung zum Korrosionsschutz im Elek- kathodischen Schutz vor Korrosion zu bewahren, ist trolytkreislauf einer elektrochemischen Zelle, ins- 5 bekannt. Der kathodische Schutzstrom kann entbesondere einer Elektrolysezelle, einer Akku- weder einer äußeren Gleichstromquelle entnommen mulatorbatterie oder einer Brennstoffbatterie, werden oder der kathodische Schutzstrom wird durch wobei die Zelle mindestens eine Elekrode mit Kurzschließen des zu schützenden Metalls mit einem negativer Polarität enthält, welche ein elektro- im gleichen Elektrolyt befindlichen unedleren Metall chemisches Potential in der Nähe des reversiblen io gewonnen. Äußere Gleichstromquellen stehen jedoch Wasserstoffpotentials besitzt, dadurch ge- nicht immer zur Verfügung, und Elektroden aus unkennnzeichnet, daß in dem Elektrolytkreis- edlerem Metall werden im Laufe der Zeit aufgezehrt, lauf in der Nähe der zu schützenden Bauteile, Es ergab sich daher die Aufgabe, eine Vorrichwelche in der Elektrolytflüssigkeit erst bei einem rung zum Korrosionsschutz im Elektrolytkreislauf Potential korrodieren, welches positiver ist als 15 einer elektrochemischen Zelle zu finden, bei weldas Wasserstoffpotential, eine zusätzliche Brenn- eher die letztgenannten Nachteile vermieden werden. Stoffelektrode mit dem gleichen elektrocbenii- Diese Aufgabe wird eriindungsgemäß dadurch gesehen Charakter wie die negative Elektrode, ins- löst, daß in dem Elektrolytkreislauf in der Nähe der besondere eine Wasserstoffdiffusionselektrode, zu schützenden Bauteile, welche in der Elektrolytangeordnet ist, und die zusätzliche Elektrode mit _ao flüssigkeit erst bei einem Potential korrodieren, weleiner Versorgungsleitung für Betriebsstoffe ver- ches positiver ist als das Waserstoffpotential, eine bunden ist, wobei die Elektrode galvanisch mit zusätzliche Brennstoffelektrode mit dem gleichen dem zu schützenden Bauteil verbunden ist. elektrochemischen Charakter wie die negative Elek-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- trode, insbesondere eine Wasserstoffdiffusionselekkennzeichnet, daß eine zweite zusätzliche Elek- 35 trode, angeordnet ist, und die zusätzliche Elektrode trode an der entgegengesetzten Seite des zu mit einer Versorgungsleitung für Betriebsstoffe verschützenden Bauteils im Elektrolytsystem ange- bunden ist. wobei die Elektrode galvanisch mit dem ordnet ist und daß diese zusätzliche zweite Elek- zu schützenden Bauteil verbunden ist.