DE1905453A1 - Speichersystem fuer elektrische Energie - Google Patents
Speichersystem fuer elektrische EnergieInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
Dr. D. Thomsen H. Tiedtke G. Bühling
Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. Dipl.-Chem.
8000 MÖNCHEN 2
TAL 33
TELEFON 0811 /22 68 94
TELEGRAMMADRESSE: THOPATENT
München February 4, 19 case M 20816 / T 3001
Imperial Metal Industries (Kynoch) Limited Birmingham / Großbritannien
Speichersystem für elektrische Energie
Die Erfindung bezieht sich auf Speichersysteme für elektrische Energie und insbesondere auf Elektroden für die Verwendung in
derartigen Systemen.
Vor vielen Jahren bestand ein Interesse an der Entwicklung von praktikablen Brennstoffzellen, in denen elektrische Energie
durch elektrochemische Reaktion zwischen Sauerstoff und Wasserstoff entwickelt werden kann, die der Zelle aus geeigneten Behältern zugeführt
werden. Jedoch beschränkt die Notwendigkeit von Vorratsbehältern für Sauerstoff und Wasserstoff die praktische Anwendung
derartiger Zellen, obwohl die Anpassung einer derartigen Zelle für die Verwendung von Luft anstelle von Sauerstoff diese Schwierigkeit
für die Fälle zu einem gewissen Grad erleichterte, bei
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Mündliche Abreden, insbesondere durch Telefon, bedürfen schriftlicher Bestätigung
Dresdner Bank München Kto. 109103 ■ Postscheckkonto München 1168 74
denen die Zellen für Verwendung in Umgebungsluft bestimmt waren. Die Schwierigkeit, eine derartige Zelle mit Wasserstoff zu versorgen,
blieb.
Als Folge hiervon verlegte sich das Gewicht an der Entwicklung dieser Zellen auf die Entwicklung von Zellen, die' als
"Speicherzellen für elektrische Energie" bezeichnet werden, bei denen zwar eine äußere Zufuhr von Luft für die Lieferung von Sauerstoff
vorliegt, in denen jedoch durch die Speicherung von Wasserstoff in der Zelle Energie gespeichert wird. Es läßt sich sagen,
daß diese Zellenart noch mehr einer Batterie verwandt ist, wenigstens insoweit als der Wasserstoffteil der Zelle betroffen
ist.
Dementsprechend besteht eine Notwendigkeit für die Schaffung eines geeigneten Systems für das Speichern von Wasserstoff
in der Speicherzelle für elektrische Energie. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Elektrode zu schaffen, die V/asser stoff speichern
kann und die zur Verwendung in einer Energxespeicherzelle bestimmt ist.
Erfindungsgemäß besitzt eine Wasserstoffspeicherelektrode
zur Verwendung in einer Speicherzelle für elektrische Energie eine ausgedehnte Oberflächenmasse aus einem Material, von dem wenigstens
eine Oberflächenschicht eine Titanlegierung aufweist,
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- - -...,= BAD ORIGINAL
• ■* - -9- -
die bei der Betriebstemperatur der Speicherzelle für elektrische Energie Beta-Struktur hat, wobei wenigstens die Oberfläche dieser
Titanlegierung mindestens eine Spur wenigstens eines Elements aufweist,
das den Eintritt von Wasserstoff in die Titanlegierung und 'den Austritt von Wasserstoff aus der Titanlegierung erleichtert.
Der in der Beschreibung verwendete Ausdruck "Titanlegierung" schließt im wesentlichen reines Titanmetall mit ein, wo der Zusammenhang
dies erlaubt.
Das Element, das den Eintritt von Wasserstoff in die Titanlegierung
und den Austritt von Viasserstoff aus der Titanlegierung erleichtert, wird vorzugsweise aus der Gruppe Eisen, Molybdän,
Nickel, Platin, Iridium, Rhodium, Palladium, Osmium und Ruthenium ausgewählt.
Außerdem besitzt vorzugsweise die Titanlegierung als Le-: gierungszusatz ein Element, das den Eintritt von Wasserstoff in
die Titanlegierung und den Austritt von Wasserstoff aus dieser Legierung erleichtert.
Ferner besteht vorteilhaft das Material der ganzen ausgedehnten Oberflächenmasse aus der Titanlegierung, deren Oberfläche
wenigstens eine Spur mindestens eines Elements aufweist, das den Eintritt von Viasserstoff in die Titanlegierung und dessen Austritt
aus dieser Legierung erleichtert.
909835/1131 BAD 0R|Q|NA1.
Handelsübliches Titan besitzt eine Alpha-zuBeta-Umwandlungstemperatur
von 8 8O°C, so daß zur Vermeidung einer derartig hohen Betriebstemperatur das"Titan vorzugsweise mit wenigstens
einem anderen. Element legiert wird, um die Betriebstemperatur beträchtlich zu'verringern. Eine typische Titanlegierung ist eine
Legierung aus Titan mit 30 Gewichts% Molybdän, die bei Raumtemperatur
eine Beta-Phasenstruktur besitzt. Es können andere Legierungen verwendet werden, die bei der Betriebstemperatur der Zelle
normalerweise nicht Beta-Struktur haben. Bei diesen Legierungen wird die Beta-Struktur durch .Erhitzen der Legierung auf oberhalb
Alpha-zu-Beta-Sprungtemperatur mit anschließendem Abschrecken zur Beibehaltung der Beta-Struktur herbeigeführt. Ein Beispiel für eine
derartige Legierung ist die Legierung aus Titan mit 15 Gewichts% Molybdän. Diese Legierung kann nach geeigneter Erhitzung auf Raumtemperatur
abgeschreckt werden, so daß sie bei Raumtemperatur eine All-Beta-Struktur besitzt.
Erfindungsgemäß besitzt ferner eine Speicherzelle für elektrische Energie eine V/asserstoff speicherelektrode mit einer'
ausgedehnten Oberflächenmasse aus einem Material, von dem wenigstens eine Oberflächenschicht aus einer Titanlegierung besteht,
die bei. der Betriebstemperatur der Speicherzelle für elektrische Energie Beta-Struktur besitzt, Wobei wenigstens auf der Oberfläche
der Titanlegierung mindestens eine Spur wenigstens eines Elements vorgesehen ist, das den Eintritt von Wasserstoff in die Titanlegierung
und den Austritt von Wasserstoff aus dieser Legierung erleichtert.
909836/1131.
Erfindungsgemäß besteht ferner ein Verfahren zur Herstellung
eines Materials, das für die Verwendung als eine Wasserstoffspeicherelektrode in einer Speicherzelle für elektrische Energie
geeignet ist, darin, daß ein teilchenförmiges Titanmetall mit einem
Überzug aus einem Legierungselement versehen wird, welches für die Erzeugung einer Beta-Struktur in einer Legierung zwischen, dem
Titanmetall und dem Legierungselement brauchbar ist und den Ein- — tritt von Wasserstoff in die Titanlegierung und den Austritt von
Wasserstoff aus dieser Legierung erleichtert, daß man das mit dem Überzug versehene teilchenförmige Titanmetall auf eine Temperatur
erhitzt, bei der der Legierungszusatz wenigstens teilweise in das Titanmetall diffundiert und dadurch eine Titanlegierung bildet,
daß man die Titanlegierung zur Erzeugung einer Beta-Struktur abkühlt, wobei ein Überschuß des Legierungselements auf der Oberfläche
des Materials verbleibt, um den Eintritt von Wasserstoff in die Titanlegierung und den Austritt von Wasserstoff aus dieser Legierung
erleichtern.
Da3 Legierungselement ist vorzugsweise Molybdän.
Eine Titanlegierung mit einer Beta-Struktur bei der Betriebstemperatur
der Speicherzelle für elektrische Energie absorbiert Wasserstoff zwischenräumlich, wobei die Verwendung eines Materials,
das den Eintritt von Wasserstoff in die Titanlegierung und den Austritt von Wasserstoff aus dieser Legierung erleichtert, leicht Austritt
von Zwischenraumwasserstoff aus der Legierung hervorruft. Es kann wenigstens etwas Wasserstoff in Form eine's Hydrids gespeichert
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werden, wobei die Verwendung des einen Elements die Freigabe des als ein Hydrid gespeicherten Wasserstoffs erleichtern kann. In der
Legierung kann bei geeigneten Bedingungen bis zu 2 Gewichts% Wasserstoff zwischenräumlich gespeichert werden.
Bei einer typischen Ausführungsform der Erfindung wird eine
Wasserstoffspeicherelektrode dadurch hergestellt, daß man eine Mas-"
se aus teilchenförmigen! Titanmetall nimmt und dieses beispielsweise
durch Vakuumniederschlag oder durch ein Mal-Verfahren mit einer Oberflächenschicht aus Molybdän überzieht. Das mit Überzug versehene
teilchenförmige Metall wird auf eine geeignete Diffusionstemperatur, z.B. auf etwa 8000C erhitzt.,:; um das Molybdän in das Titanmetall
zu diffundieren. Erhitzung und Diffusion kann in einem Fließbett oder durch andere Mittel, z.*B. auf erhitzten Trögen durchgeführt werden.
k Vorzugsweise wird eine ausreichende Menge Molybdän dem .
teilchenförmigen Material zugeführt, um eine Diffusion zur Erzielung
einer Legierung aus Titan mit 30 Gewichts% Molybdän zu erzielen und einen Molybdän-Überschuß über diesen Prozentsatz auf der
Oberfläche des teilchenförmigen.Materials zu erhalten. Diese Legierung
hat eine Beta-Struktur bei Raumtemperatur, so daß das teilchenförmige Material nach der Diffusionsbehandlung normal auf Raumtemperatur
abkühlen kann.
Der Molybdän-Überschuß erleichtert den Übergang von na9cie-
rendem Wasserstoff, worauf nasGierender Wasserstoff leicht
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zvjischenräumlich in die Legierung eindringen kann. Etwas Wasserstoff
kann in Form eines Hydrids gespeichert werden, obwohl es nicht sicher ist, ob die Hydriderzeugung in einem angemessenen
Ausmaß derart reversibel ist,daß der in dieser Weise gespeicherte Wasserstoff elektrolytisch bei Raumtemperatur freigegeben wird.
Jedoch ist der zwischenräumlich gespeicherte Wasserstoff bei Raumtemperatur leicht freisetzbar.
Titan erhält dann, wenn es der Luft oder dem Wasser ausgesetzt wird, leicht einen Oberflächenbelag aus Oxyd; dies dient
als Barriere -für die Absorption von molekularem Wasserstoff. Diese
Barriere kann durch die Anwendung eines anderen Metalls, wie Molybdän,
Eisen, Nickel oder ein Metall aus der Platinmetallgruppe (d.h. Platin, Iridium, Rhodium, Palladium, Osmium und Ruthenium)
aufgebrochen werden. Dieses weitere Metall erleichtert den Eintritt von Wasserstoff in die Legierung und den Austritt von Wasserstoff
aus der Legierung. ,. ·
Das auf diese Weise hersgestellte teilchenförmige Material wird als eine der Elektroden in einer Speicherzelle für elektri-
sehe Energie untergebracht, wobei die andere.Elektrode eine in einer
geeigneten parmeablen Barriere oder Sperre enthaltene Luftelektrode ist. Eine typische Elektrode für die Zelle ist eine
wässrige Lösung aus Kaliumhydroxyd.
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Der Elektrolyt in der Zelle wird durch Anlegen einer geeigneten Spannung an die Zellenelektroden elektrolysiert, so daß nascierender
Wasserstoff an der Wasserstoffspeicherelektrode freigegeben wird, wobei dieser Wasserstoff durch die Wasserstoffspeicherelektrode
absorbiert wird. Da sich der freigegebene Wasserstoff in Status nascendi befindet, wird dieser Wasserstoff zwischenräumlich
leicht von dem teilchenförmigen Material absorbiert; sollte
molekularer Wasserstoff erzeugt werden,, so sollte die Speicherung
•dieses Wasserstoffs durch die Gegenwart von Molybdän, Eisen, Nickel oder ein Metall aus der Platinmetallgruppe an der Oberfläche des
Materials gemäß Vorbeschreibung erleichtert werden. Auf diese Weise speichert die Wasserstoffelektrode Wasserstoff.
Die Zelle wird dann zur Erzeugung von Elektrizität benutzt, indem man die Wasserstoff- und die Saüerstoffelektroden über die
gewünschte äußere Schaltung verbindet. Wasserstoff wird in der Wasserstoffspeicherelektrode freigegeben und oxydiert und reagiertmit
von der Luftelektrode freigegebenem und reduziertem Sauerstoff.
Bei Abwandlung von dieser Ausführungsform kann die Betaphasen-Titanlegierung
lediglich 15 Gewichts% Molybdän und ihre Oberfläche einen Überschuß über 15 Gewichts% Molybdän enthalten." Diese
Legierung muß von etwa 800° C abgeschreckt werden, um eine All-Betaphasenlegierung
zu erhalten. -
Andere All-Beta-Phasenlegierungen, die verwendet werden können, sind binäre Legierungen von Titan mit mehr als 15 Gewichts%
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Molybdän, von Titan mit mehr als 15 Gewichts% Vanadium, von Titan
mit mehr als 30 Gewichts% Niobium und von Titan mit mehr als 40 Gewichts% Tantal.
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Claims (1)
- Patentansprüche:M. )/Wasserstoffspeicherelektrode zur Verwendung in einer Speicherzelle für elektrische Energie, gekennzeichnet durch eine ausgedehnte Oberflächenmasse aus einem Material, von dem wenigstens eine Oberflächenschicht aus einer Titanlegierung besteht, die bei Betriebstemperatur der Speicherzelle für elektrische Energie Beta- :struktur besitzt, wobei wenigstens auf der Oberfläche der Titanlegierung mindestens eine Spur wenigstens eines Elements vorgesehen ist, das den Eintritt von Wasserstoff in die Titanlegierung und den Austritt von Wasserstoff aus der Titanlegierung erleichtert.2) Elektrode nach Anspruch I9 dadurch gekennzeichnet, daß das Element für die Erleichterung des Eintritts von. Wasserstoff in die Legierung und die Erleichterung des Austritts von Wasserstoff aus der Legierung aus der Gruppe aus Eisen, Nickel, Molybdän, Platin, Iridium, Rhodium, Palladium, Osmium und Ruthenium ausgewählt ist. .3) Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Titanlegierung als Legierungszusatz ein Element für die Erleichterung des Eintritts von Wasserstoff in die Titanlegierung und für die Erleichterung des Austritts von Wasserstoff aus der Titanlegierung aufweist.909835/1131-Μι*) Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Titanlegierung eine Legierung aus Titan mit wenigstens 15 Gewichts% Molybdän ist.5) Elektrode nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der Legierung aus Titan mit wenigstens 15 Gewichts% Molybdän mehr als 15 Gewichts% Molybdän vorgesehen ist.6) Elektrode nach einem dtr vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte ausgedehnte Oberflächenmasse aus .der Titanlegierung besteht, auf deren Oberfläche wenigstens eine Spur mindestens eines Elements vorgesehen ist, das den Eintritt von Wasserstoff in die Titanlegierung und den Austritt von Wasserstoff aus der Titanlegierung erleichtert.7) Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse mit ausgedehnter Oberfläche Teilchenform besitzt. :8) Speicherzelle für elektrische Energie, gekennzeichnet durch eine Wasserstoffspeicherelektrode aus einer ausgedehnten Oberflächenmasse aus einem Material, von dem wenigstens eine Oberflächenschicht aus einer Titanlegierung besteht, die bei Betriebstemperatur der Speicherzelle für elektrische Energie Beta-Struktur besitzt, wobei wenigstens auf der Oberfläche der Titanlegierung909 8 3 5/1131mindestens eine Spur wenigstens eines Elements vorgesehen ist, das den Eintritt von Wasserstoff in die Titanlegierung und den Austritt von Wasserstoff· aus der Titanlegierung erleichtert.9) Verfahren zur Herstellung .eines Materials zur Verwendung als Wasserstoffspexcherelektrode in einer Speicherzelle für elektrische Energie, dadurch gekennzeichnet, daß man ein teilchenförmiges Titanmetall nimmt, dieses Metall mit einem Überzug aus einem Legierungselement versieht, das zur Erzeugung einer Beta-Struktur in einer Legierung zwischen dem Titanmetall und dem Legierungselement brauchbar ist und den Eintritt von Wasserstoff in die Titanlegierung und den Austritt von Wasserstoff aus der Titanlegierung erleichtert, daß man das mit Oberzug versehene teichenförmige Titan auf eine Temperatur erhi· tzt, bei der der Legierungszusatz wenigstens teilweise in das Titanmetall diffundiert und damit eine Titanlegierung bildet und daß man die Titanlegierung zur Erzielung einer Beta-Struktur abkühlt, wobei auf der Oberfläche des Materials ein Überschuß des Legierungselements verbleibt, um den Eintritt von Wasserstoff in die Titanlegierung und den Austritt von Wasserstoff aus der Titanlegierung zu erleichtern.10) Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungselement Molybdän ist.H) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionstemperatur etwa 8000C beträgt.909835/1131
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- 1969-02-07 NL NL6901954A patent/NL6901954A/xx unknown
Also Published As
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