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Brennstoffzellensystem Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem
für H2-Brennstoffe unter Verwendung von Dünnschichtelektroden.
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Brennstoffzellensysteme sind an sich bekannt. Im allgemeinen unterscheidet
man zwischen alkalischen und sauren Niedertemperatur-Brennstoffzellen oder zwischen
diesen Niedertemperaturzellen und den Hochtemperaturzellen. Die einen benötigen
teuere Betriebsstoffe und die anderen teuere Katalysatorsubstanzen, während bei
der letztgenannten Brennstoffzellenart die Korrosionsbeständigkeit nicht gegeben
ist.
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Nun ist ein Brennstoffzellensystem bekannt geworden, dessen Elektrokatalysator
für Wasserstoff in sauren Brennstoffzellen Wolframkarbid ist Jedoch ist auch dieses
System noch mit Mängel behaftet 9 denn es bedarf einer Zusatzeinrichtung zur Entnahme
des überzähligen Wassers, was zu einer Volumens- und Gewichtsvermehrung führt Die
Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen,
das keine Zusatzeinrichtung für die Wassersntnahme mehr benötigt und außerdem absolut
explosionsgeschützt ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß einer Hydrolyseanordnung,
in der Nickelfolien angeordnet und mittels einer Sammelschiene an eine Batterie
angeschlossen sind, über ein Leitungssystem eine Brennstoffzellenbatterie zugeordnet
ist, deren H Mengenbedarf durch Eicizung oder Kühlung regulier-2 bar ist.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Elektroden aus einer porösen
Kohlenplatte und die Gegenelektroden aus einer porösen Wolframkarbid-Platte gebildet
sind.
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Durch diese Maßnahmen wird infolge der Hydrolyse das in den Brennstoffzellen
erzeugte überflüssige Wasser in 2 H2 und 0,2 gespalten, wovon der Sauerstoff in
die Atmosphäre entweicht und der Wasserstoff in Zwischengitterplätzen der Nickelfolien
eingespeichert wird. Dadurch aber kann keine Berührung mehr zwischen dem Wasserstoff
und dem Sauerstoff stattfinden, womit gleichzeitig- jede Explosionsgefahr beseitigt
ist.
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Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel beschrieben und gezeichnet.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt iinen Querschnitt durch den Aufbau der erfindungsgemäßen
Anordnung in schematischer Darstellung.
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Das vorgeschlagene Brennstoffzellensystem setzt sich im wesentlichen
aus zwei Baugruppen zusammen, nämlich der Hydrolyseanordnung e0 und der Brennstoffzellenbatterie
20. Diese beiden Baugruppen 10,20 sind mittels eines Leitungssystems 21,22 mit einander
verbunden und die am Eingang und Ausgang der Hydrolyseanordnung 10 angeordneten;
über eine nicht gezeichnete Regelvorrichtung gesteuerten,Ventile 15so6 bestimmen
den Arbeitstakt der Anlage.
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In der genannten EIydrolyseanadnung 10, die als sogenannte Brennstoff-Speichereinrichtung
dient, befindet sich in der mit Wasser versetzten Schwefelsäure ein System von Nickelfolien
lii die mittels einer Sammelschiene 12 an eine Gleichstromquelle 13 angeschlossen
sind.
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Diese Gleichstromquelle 13 ist über ein Neßgeriit 17 mit einem Platinschwamm
verbunden, der die Gegenelektrode i8 zu den als Elektroden dienenden Nickelfolien
11 bildet. Diese Gegenelektrode 18 liegt in dem Strömungsrohr 14 für den durch eine
Fritte 19 in die Atmosphäre entwdchenden Sauerstoff, während der gleichzeitig gespeicherte
Wasserstoff über das Ventil 16 und die Leitung 22 wieder der Brennstoffbatterie
22 zugeführt
wird.
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Die einzelnen Brennstoffzellen sind als sogenannte Dünnschichtzellen
aufgebaut und setzen sich zusammen aus einer porösen Kohlenplatte 23 als Elektrode,
die mit einer Seite zu dem Sauerstoffkanal 26 gerichtet ist und mit der anderen
Seite den Säureraum 25 begrenzt. Die Gegenelektrode dieser Zelle bildet eine poröse
Wolframkarbidpicatte 24, die die andere Seite des Säureraumes 25 begrenzt und diesen
vom Einlaufkanal 27 für den Wasserstoff trennt. Die daran anschließenden nächsten
Brennstoffzellen der Batterie 20 sind so angeordnet, daß die poröse Kohlenplatte
jeweils zwischen Säureraum und Sauerstoffkanal zu liegen kommt und die Wolframkarbidplatte
jeweils zwischen Säureraum und Wasserstoffeinlaufkanal liegt. Von diesen als Elektroden
dienenden Platten 23,24 wird über Anschleuse 28,29 der erzeugte Strom abgenommen.
Die Anlage funktioniert wie folgt: In den Zwischengitterplätzen der Nickelfolien
11 in der Hydrolyseanordnung 10 baut sich Wasserstoff auf. Der erzeugte Sauerstoff
entweicht in die Atmosphäre über das St#ömungsrohr 14, in dem die Gegenelektrode
18 - vorzugsweise aus Platin - ängeordnet ist. Während und nach Beendigung der Hydrolyse
entweicht 112 aus den Nickelfolien 11 und wird über ein regel-und steuerbares Ventil
16 zu der Brennstoffzellenbatterie 20 geführt. Hier wird der Wasserstoff in zwei
positive Ionen gespaltet, die in die Elektrolytlösung gehen und sich mit den negativen
Ionen des Sauerstoffs zu Wasser verbinden. Die an den Elektroden 23,24 freigewordene
Energie wird vom Verbraucher abgenommen.
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Diese Anordnung und Ausbildung bedarf keiner eigenen Einrichtung mehr
für die Xonzentrationsregulierung des Elektrolyts.
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Außerdem ist keine eigene Apparatur Mehr für die Ableitung des gebildeten
überschüssigen Wassers erforderlich, da dieses der Hydrolyseanordnung 20 zugeleitet
wird, wo es in H2 und 0 gespaltet
wird. Der dadurch erzeugte Wasserstoff
wird i#Zwischengitterplätzen des Nickels gespeichert, während der Sauerstoff - wie
schon erwähnt - in die Atmosphäre entweicht. Durch Verwendung katalytisc her Zusätze
werden Beladungen von 0,9 bis 1,4 Wasserstoffatomen pro Nickelatom erreicht. Dieser
Wasserstoff entweicht nach längerer Zeit:, läßt sich aber bei tieferen Temperaturen
in den Zwischengitterplätzen einfrieren". Durch eine entsprechende Einrichtung (nicht
gezeichnet) läßt sich durch Anheizen oder Abkühlen der Nickelfolien 11 der Bedarf
an Wasserstof# regeln.
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Ein weiterer Vorteil ist dadurch gegeben, daß infolge der Einspeicherung
des Wasserstoffs keine Berührung mehr mit dem freigewordenen Sauerstoff stattfindet
und somit jegliche Explosionsgefahr beseitigt ist. Statt der Nickelfolien 11 lassen
sich auch Folien aus Palladium verwenden. Der Wirkungsgrad beider Elemente ist nahezu
gleich. Gegenüber den bisher bekannten Anordnungen konnte eine acht- bis zehnfache
Volumensminderung und eine dreifache Gewichtsminderung des Brennstoffzellensystems
erreicht werden.