DE264026C

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Publication number: DE264026C
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KAISERLICHES /,IMPERIAL /,

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

l/l 264026 KLASSE 21 h. GRUPPEl / l 264026 CLASS 21 h. GROUP

Dr.WALTHER NERNST in BERLIN.Dr WALTHER NERNST in BERLIN.

Brennstoffelement mit unangreifbaren Elektroden.Fuel element with unassailable electrodes.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 15. Juni 1912 ab.Patented in the German Empire on June 15, 1912.

Bekanntlich sind viele Versuche gemacht worden, um die chemische Energie der Kohle direkt in elektrische Energie mit Hilfe geeignet konstruierter galvanischer Elemente überzuführen, jedoch bisher ohne praktischen Erfolg. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Beschreibung eines galvanischen Elementes, in welchem die eine Elektrode mit Sauerstoff oder einfacher mit atmosphärischer Luft bespült wird, während an die andere Elektrode Wasserstoff, Kohlenwasserstoffe oder Wassergas (im wesentlichen ein Gemenge von Wasserstoff und Kohlenoxyd) geleitet werden. ~~ .It is well known that many attempts have been made to obtain the chemical energy of coal directly into electrical energy with the help of suitably constructed galvanic elements to be transferred, but so far without practical success. Subject of the present invention is the description of a galvanic element in which one electrode is purged with oxygen or more simply with atmospheric air, while to the other Electrode hydrogen, hydrocarbons or water gas (essentially a mixture hydrogen and carbon dioxide). ~~.

Es ist' seit langem bekannt, daß zwei unangreifbare Elektroden, z. B. platiniertes Platin, einen dauernden Strom zu liefern vermögen, wenn die eine Elektrode von Luft, die andere von Wasserstoff bespült wird (Grovesche Gaskette). Diese Ströme sind aber außerordentlich schwach, weil das Element sich stark bei Stromentnahme polarisiert. Ersetzt man den Wasserstoff durch Kohlenoxyd oder Kohlenwasserstoffe, also ebenfalls reduzierend wirkende Gase, so sinkt der Strom praktisch auf Null, weil diese Gase die unangreifbare Elektrode nicht aufzuladen vermögen.It has long been known that two unassailable Electrodes, e.g. B. platinum-coated platinum, capable of delivering a continuous current, when one electrode is flushed with air and the other with hydrogen (Grove's gas chain). These currents are but extremely weak because the element polarizes strongly when it draws current. If the hydrogen is replaced by carbon oxide or hydrocarbons, i.e. gases that also have a reducing effect, the temperature drops the current is practically zero, because these gases do not charge the unassailable electrode capital.

: Als Elektrolyt diente bisher in der Regel wässerige Schwefelsäure oder auch eine alkalische Lösung. Viele Versuche haben gezeigt, daß die Stromstärke, welche ein Element ohne allzustarken Spannungsabfall bei einer gegebenen Elektrodengröße zu liefern vermag, stark ansteigt, sobald Oxydationsqder Reduktionsmittel zugegen sind, welche, durch den Sauerstoff oxydiert, durch den Wasserstoff reduziert werden.: Up to now, aqueous sulfuric acid or an alkaline acid has usually been used as the electrolyte Solution. Many tests have shown that the amperage which an element generates without an excessive voltage drop a given electrode size, increases sharply as soon as Oxydationsqder Reducing agents are present which, oxidized by the oxygen, are reduced by the hydrogen.

Es empfiehlt sich aber noch eine weitere Vorkehrung, wenn man die Energie der benutzten Brennstoffe möglichst weitgehend in elektrische Energie überführen will. Benutzt man z. B. als Lösung Schwefelsäure mit Zusatz eines Eisensalzes, etwa Eiscnsulfat, so gehen zwar unter den oben beschriebenen Bedingungen an den Elektroden fortdauernd die ReaktionenBut there is one more precaution you should take when using the energy of the Wants to convert fuels as much as possible into electrical energy. Used one z. B. as a solution of sulfuric acid with the addition of an iron salt, such as ice sulfate, so go continuously on the electrodes under the conditions described above the reactions

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Fe + H — Fe + H (Wasserstoffelektrode) Fe + H - Fe + H (hydrogen electrode)

2Fe + 0 = 2Fe + 0 (Sauerstofielektrode) 2Fe + 0 = 2Fe + 0 (oxygen electrode)

vor sich, während der vom Element gelieferte Strom umgekehrt an der Wasserstoffelektrode die Ferroionen zu Ferriionen oxydiert und an der Sauerstoffelektrode der umgekehrte Vorgang stattfindet. Das Element arbeitet also als eine sogenannte Oxydations- und Reduktionskette. Solche Elemente sind bereits vorgeschlagen worden; vergl. z. B. die französische Patentschrift 345118.in front of you, while the current supplied by the element is reversed at the hydrogen electrode the ferrous ions are oxidized to ferric ions and the reverse process is carried out on the oxygen electrode takes place. The element works as a so-called chain of oxidation and reduction. Such elements have already been proposed; cf. z. B. the French Patent 345118.

Nun lehrt aber die vom Erfinder entwickelte Theorie der galvanischen Stromerzeugung, daß erhebliche elektromotorische Kräfte nur dann auftreten können, wenn an der Wasserstoffelektrode die Konzentration der Ferriionen, an der Sauerstoffelektrode die der Ferroionen ganz ungeheuer klein ist. Da nun selbst eine schwache Stromentnahme diese Bedingung sofort stört, so muß das Element, wie auch die Erfahrung bestätigt, stark polarisierbar sein und man erhält in der Praxis viel kleinere elektromotorischeBut now the theory of galvanic power generation developed by the inventor teaches that considerable electromotive forces can only occur when the concentration at the hydrogen electrode the ferric ions, at the oxygen electrode that of the ferric ions is extremely small. There now even a weak current draw immediately disturbs this condition, the element must, as experience confirms, be highly polarizable and you get in practice much smaller electromotive

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IWKIWK

Kräfte, als der Bildung des Wassers aus . Wasserstoff und Sauerstoff entspricht (1,23 Volt nach Nernst und von Wartenberg). Dies ; bedeutet aber eine ähnlich beschränkte Ausi nutzung, der Energie der Steinkohle, wie sie die Dampfmaschine und die Gasmotoren geben. . _t ■ ■' ■ . Forces than the formation of water. Corresponds to hydrogen and oxygen (1.23 volts according to Nernst and von Wartenberg). This ; but means a similarly limited use of the energy of the hard coal as it is produced by the steam engine and gas engines. . _t ■ ■ '■.

: Ganz anders liegt die Sache, ^!wenn man zwei oder mehrere Salze von Metallen verwendet, die ähnlich wie das Eisen verschie-: The matter is completely different ^! if one uses two or more salts of metals which, like iron, are different

; dene Oxydationsstufen besitzen. Man kann dann das eine Metall so wählen, daß das Elektrodenpotential, das eine eingetauchte Platinelektrode annimmt, bei äquivalentem Mengenverhältnis der beiden Oxydationsstufen für das eine Metall in der Nähe der Wasserstoffelektrode, für das andere Metall in der Nähe der Sauerstoffelektrode liegt. Diese Bedingung findet sich z. B erfüllt beim Titansalz, dessen Gleichgewichtspotential nach Diethelm und Foerster (Zt. f. physik, Chem. 62 p. 143, 1908) in der Nähe der Wasserstoffelektrode liegt und bei Thalliumsalz, woselbst das Gleichgewicht zwischen Thalli- und Thalloionen in der Nähe des Sauerstoffpotentials liegt. Dementsprechend findet man, daß man mit Schwefelsäure, der gleichzeitig Thalliumsulfat und Titansulfat beigemengt wird, eine Wasserstoff-Sauerstoffkette erhält, die selbst bei starker Stromentnahme elektromotorische Kräfte von 1 Volt und mehr liefert. Dies bedeutet aber eine Ausnutzung des Brennstoffs, die den Nutzeffekt aller bisher bekannten Motore weit hinter sich läßt.; have dene levels of oxidation. One can then choose one metal in such a way that that Electrode potential that a submerged platinum electrode assumes at equivalent Quantity ratio of the two oxidation stages for the one metal near the hydrogen electrode, for the other metal is near the oxygen electrode. This condition can be found e.g. B fulfilled with the titanium salt, its equilibrium potential according to Diethelm and Foerster (Zt. f. physik, Chem. 62 p. 143, 1908) in the vicinity of the Hydrogen electrode and thallium salt, where the equilibrium between Thalli and thallo ions is close to the oxygen potential. Accordingly finds that one is mixed with sulfuric acid, which is simultaneously admixed with thallium sulfate and titanium sulfate , a hydrogen-oxygen chain is maintained, which even with high power consumption supplies electromotive forces of 1 volt and more. But this means an exploitation of fuel, which leaves the efficiency of all previously known engines far behind.

(So Prozent Nutzeffekt gegen etwa 20 Prozent Nutzeffekt bei Gasmotoren, die durch Wassergas gespeist werden.) Natürlich betrachtet der Erfinder die obigen beiden Salze nur als Beispiele; es kann anstatt des Thalliumsalzes auch etwa ein Cersalz benutzt werden usw.(So percent efficiency versus about 20 percent efficiency in gas engines powered by water gas Of course, the inventor regards the above two salts as only Examples; instead of the thallium salt, a cerium salt can also be used, etc.

Es ist übrigens nicht notwendig, daß, wie es .z. B. bei den Versuchen von Lan.ger und Mond der Fall war, Sauerstoff und Wasserstoff oder Luft und Wassergas direkt an die Elektrode geleitet werden; die oben beschriebene Arbeitsweise des Elementes gestattet es sehr wohl, daß die betreffenden Lösungen in besonderen Gefäßen, in denen sich etwa große Mengen des festen Katalysators befinden, mit Sauerstoff oder mit Wasserstoff behandelt werden, und daß die so oxydierten, beziehentlich reduzierten Lösungen an die Elektroden geleitet und elektromotorisch wirksam gemacht werden.Incidentally, it is not necessary that, as it is. B. in the experiments of Lan.ger and The moon was the case, oxygen and hydrogen or air and water gas directly to the Electrode to be conducted; the above-described mode of operation of the element allows it very well that the solutions in question are placed in special vessels in which there are about large Quantities of the solid catalyst are located, treated with oxygen or with hydrogen and that the thus oxidized, or respectively reduced, solutions to the electrodes guided and made effective by an electric motor.

Claims

Patent claims:

1. Fuel element with unassailable electrodes, in which the electrolyte Contains metal salts of different valency levels, which are able to add hydrogen or oxygen, thereby characterized in that the electrolyte contains such metal salts, their equilibrium partly close to the hydrogen, partly close to the oxygen potential, z. Legs . Mixture of titanium sulfate and thallium sulfate or of titanium sulfate and cerium sulfate or of titanium sulfate, thallium sulfate and cerium sulfate.

2. Mode of operation for fuel elements according to claim 1, characterized in that that the absorption of hydrogen or oxygen is not in the element itself, but in separate spaces and allows the liquid to circulate through the elements.