DE2655476A1

DE2655476A1 - ELECTROLYZER

Info

Publication number: DE2655476A1
Application number: DE19762655476
Authority: DE
Inventors: Nicole Chillier-Duchatel; Bernard Verger
Original assignee: Cegelec SA
Current assignee: Cegelec SA
Priority date: 1975-12-12
Filing date: 1976-12-08
Publication date: 1977-06-16
Also published as: BR7608297A; BE849094A; FR2334766B1; LU76336A1; ZA767304B; FR2334766A1; SE7613867L; NL7613796A; JPS5272377A; IT1123943B

Description

Fo 10 259 D 2 6 5 S 4 7 6Fo 10 259 D 2 6 5 S 4 7 6

^ 8.BsZ, 1978^ 8.BsZ, 1978

-V-V

SOCIETE GENERALE DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUESSOCIETE GENERALE DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES

ET MECANIQUES "ALSTHOM & CIE" 38, avenue Kleber, 75784 PARIS CEDEX 16, FrankreichET MECANIQUES "ALSTHOM & CIE" 38, avenue Kleber, 75784 PARIS CEDEX 16, France

ELEKTROLYSIERGERATELECTROLYZER

Die Erfindung betrifft ein Elektrolysiergerät zur industriellen Wasserstofferzeugung aus Wasser.The invention relates to an electrolyzer for the industrial production of hydrogen from water.

Bekannte Elektrolysxergerate werden mit einem Gleichstromspeisesystem versehen, das Transformatoren und Wechselstromgleichrichter, Kühlvorrichtungen sowie Regler aufweist.Known Elektrolysxergerate are with a direct current feed system provided, which has transformers and AC rectifiers, cooling devices and regulators.

Die Erfindung zielt auf ein Elektrolysiergerät ab, das direkt mit Wechselstrom gespeist werden kann, bei dem sich also der Einsatz eines teueren Gleichrichtungssystems erübrigt, ohne daß der Wirkungsgrad und die Leistung des Geräts darunter leiden.The invention aims at an electrolyzer that can be fed directly with alternating current, in which So the use of an expensive rectification system is unnecessary, without the efficiency and the performance of the device below To suffer.

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Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch das im Hauptanspruch definierte Gerät erreicht.According to the invention, this aim is achieved by the device defined in the main claim.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Preferred embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf zwei Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of two exemplary embodiments with reference to two figures explained.

Fig. 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Elektrolysiergerät. Fig. 1 shows schematically an electrolyzer according to the invention.

Fig. 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Elektrolysiergerät bestehend aus mehreren Einzelmoduln.Fig. 2 shows schematically an electrolyzer according to the invention consisting of several individual modules.

Es ist bekannt, daß gewisse Metalle in einen geeigneten Elektrolyten eingetaucht gegenüber Wechselstrom Gleichrichterwirkung zeigen. Beispielsweise bilden eine Aluminiumelektrode und eine Elektrode aus Nickel oder Kohlenstoff, eingetaucht in eine Borat- oder Karbonatlösung, ein System, das einer Diode entspricht, da es lediglich eine Halbwelle eines Wechselstroms durchläßt, d.h. die von der Elektrode aus Nickel oder Kohlenstoff zur Aluminiumelektrode fließende Halbwelle.It is known that certain metals are immersed in a suitable electrolyte to counteract alternating current rectifying action demonstrate. For example, an aluminum electrode and an electrode made of nickel or carbon, immersed in a borate or carbonate solution, a system that corresponds to a diode, since it is only a half-wave an alternating current, i.e. that flowing from the nickel or carbon electrode to the aluminum electrode Half wave.

Niobium und Tantal besitzen dieselben Eigenschaften wie Aluminium, können jedoch darüber hinaus mit einer größeren Anzahl von Elektrolyten mit praktisch beliebigem pH-Wert eingesetzt werden.Niobium and tantalum have the same properties as aluminum, but can also be used with larger ones Number of electrolytes with practically any pH value can be used.

Diese Eigenschaft wird durch die Erfindung systematisch ausgenutzt, indem solche Elektrodenpaare für die Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff verwendet werden. SoThis property is systematically exploited by the invention by such electrode pairs for the generation of hydrogen and oxygen can be used. So

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besteht in der in Pig. 1 dargestellten Ausführungsform ein erfindungsgemäßes Elektrolysiergerät I aus mehreren Elektroden 1, 2, 3, 4 ... (n-1), n.consists in the in Pig. 1 shown embodiment electrolyzer I according to the invention comprising several electrodes 1, 2, 3, 4 ... (n-1), n.

Bei diesen Elektroden handelt es sich mit Ausnahme der Endelektroden 1 und η um bipolare Elektroden, so daß folglich eine ihrer Seiten die Rolle der Anode und die andere die Rolle der Kathode spielt. Der von zwei benachbarten Elektroden begrenzte Zwischenraum bildet eine Elementarzelle, in der ein Elektrolyt fließt und in der sich eine Membran a befindet.With the exception of the end electrodes 1 and η, these electrodes are bipolar electrodes, so that consequently one of its sides plays the role of the anode and the other the role of the cathode. That of two neighboring ones A space limited by electrodes forms a unit cell in which an electrolyte flows and in which a membrane a is located.

Erfindungsgemäß wird die Elektrode 1 aus Aluminium, Niobium oder Tantal hergestellt, während die übrigen Elektroden 2, 3 ,,, η aus Nickel, Kohlenstoff oder einem mit Kohlenstoff geladenen Kunststoff bestehen.According to the invention, the electrode 1 is made of aluminum, niobium or tantalum, while the remaining electrodes 2, 3 ,,, η consist of nickel, carbon or a plastic charged with carbon.

Als Elektrolyt wird eine wässrige 8N-Kalilauge oder eine wässrige Karbonat- oder Boratlösung verwendet. Das Elektrolysiergerät wird von einem Wechselstromgenerator b gespeist.An aqueous 8N potassium hydroxide solution or an aqueous carbonate or borate solution is used as the electrolyte. The electrolyzer is fed by an alternator b.

Der elektrische Strom fließt im Gerät nur in der Richtung des Pfeils F, d.h. von der Elektrode η zur ElektrodeThe electric current flows in the device only in the direction of the arrow F, i.e. from the electrode η to the electrode

Die Wasserstoffabscheidung an den Elektroden wird durch voll ausgezogene kurze Pfeile angedeutet, während die Sauerstoffabscheidung entlang gestrichelt gezeichneten Pfeilen erfolgt.The hydrogen separation at the electrodes is indicated by solid short arrows, while the Oxygen separation takes place along dashed arrows.

Die nicht durchgelassene Halbwelle des vom Generator b gelieferten Wechselstroms wird zwischen der Aluminiumelektrode und dem Elektrolyten,, in den die Elektroden eingetaucht sind, blockiert, während die übrigen Elektroden 2 ... η sich praktisch auf demselben Potential befinden. Es ist daher notwendig,The non-let through half-wave of the alternating current supplied by generator b is between the aluminum electrode and the electrolyte in which the electrodes are immersed blocked, while the remaining electrodes 2 ... η are practically at the same potential. It is therefore necessary

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daß die Spannung dieser Halbwelle unter der Durchschlagsspannung des von den Elektroden 1, 2 und dem Elektrolyten gebildeten Gleichrichtersystems bleibt»that the voltage of this half-wave is below the breakdown voltage of the electrodes 1, 2 and the electrolyte formed rectifier system remains »

Wenn daher mit u die für jede Zelle zur Durchführung der Wasserelektrolyse notwendige Spannung bezeichnet ist, so muß die vom Generator b gelieferte Spannung (n-1)u sein. Wenn mit Ud die Durchschlagsspannung bezeichnet wird, so ergibt sich, daß mindestens — Aluminiumelektroden wie die Elektrode 1 vorgesehen werden müssen.Therefore, if u denotes the voltage necessary for each cell to carry out the electrolysis of water, then the voltage (n-1) supplied by generator b must be u. if If Ud denotes the breakdown voltage, it follows that at least - aluminum electrodes like the Electrode 1 must be provided.

Folglich ordnet man vorteilhafterweise in regelmäßigen Abständen eine Aluminiumelektrode innerhalb des Filterpressenaufbaus an. Beispielsweise werden die Elektroden 5, 10, 15 ... aus Aluminium hergestellt (bzw. Niobium oder Tantal), wobei die n-te Elektrode natürlich stets aus Nickel hergestellt sein muß. Selbstverständlich kann auch die n-te Elektrode aus Aluminium, Niobium oder Tantal bestehen, wenn dafür die Elektroden 1, 2, 3 ... (n-1) aus Nickel, Kohlenstoff oder einem mit Kohlenstoff gefüllten Kunststoff bestehen. In diesem Fall fließt der Strom in zum Pfeil F umgekehrter Richtung, und die Gasabscheidungen an den Elektroden sind dann im Verhältnis zur Darstellung in der Fig. 1 umgekehrt. Auch kann die Elektrode 1 (bzw. die Elektrode n) aus Nickel hergestellt sein, während die übrigen Elektroden aus Aluminium bestehen. In diesem Fall werden nach der oben beschriebenen Art auch die Zwischenelektroden, die der betreffenden Endelektrode entsprechen, aus demselben Material hergestellt.Consequently, it is advantageous to place an aluminum electrode within the filter press assembly at regular intervals at. For example, the electrodes 5, 10, 15 ... are made of aluminum (or niobium or tantalum), the n-th electrode must of course always be made of nickel. Of course, the n-th electrode can also be switched off Aluminum, niobium or tantalum are made if the electrodes 1, 2, 3 ... (n-1) are made of nickel, carbon or a are made of carbon-filled plastic. In this case, the current flows in the opposite direction to arrow F, and the Gas deposits on the electrodes are then reversed in relation to the representation in FIG. 1. The electrode can also 1 (or the electrode n) can be made of nickel, while the remaining electrodes are made of aluminum. In In this case, in the manner described above, the intermediate electrodes, which correspond to the relevant end electrode, made of the same material.

Derartige Elektrolyseergerate könnsn selbstverständlich untereinander in Reihe oder parallel geschaltet werden,Such electrolyzer devices can of course be used connected in series or in parallel with each other,

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- Sr· - Sr

solange die Stromflußrichtung wie in Fig. 1 beschrieben gewahrt bleibt, die stets von Nickel zum Aluminium führt.as long as the direction of current flow is maintained as described in FIG. 1, which always leads from nickel to aluminum.

Fig. 2 gibt eine derartige Möglichkeit wieder.Fig. 2 shows such a possibility.

In dieser Figur werden zwei in Reihe geschaltete Elektrolysxermoduln Il und 12 sowie zwei ebenfalls in Reihe geschaltete Moduln 13 und 14 gezeigt, wobei letztere zu den Moduln Il un d 12 parallel geschaltet sind und die gesamte Anlage durch einen Wechselstromgenerator b gespeist wird.In this figure, two Elektrolysxermoduln II and 12 connected in series and two also in series switched modules 13 and 14 shown, the latter to the Modules II and 12 are connected in parallel and the entire Plant is fed by an alternator b.

Die Elektroden 1 der der Elektrolysxermoduln Il und 12 bestehen aus Aluminium, Niobium oder Tantal, während die übrigen Elektroden aus Nickel oder Kohlenstoff gebildet werden,The electrodes 1 of the Elektrolysxermoduln II and 12 are made of aluminum, niobium or tantalum, while the other electrodes are made of nickel or carbon,

Die Elektroden η der Elektrolysxermoduln 13 und 14 sind aus Aluminium, Niobium oder Tantal hergestellt, während die übrigen aus Nickel oder Kohlenstoff bestehen.The electrodes η of the electrolyser modules 13 and 14 are made of aluminum, niobium or tantalum, while the rest are made of nickel or carbon.

So fließt der Strom im Elektrolysiermodul Il und entlang dem Pfeil Fl, und in den Elektrolysxermoduln 13 und in Richtung des Pfeils F2, d.h. in entgegengesetzter Richtung; damit können die beiden Halbwellen des Wechselstroms genutzt werden.So the current flows in the electrolyser module II and along the arrow F1, and in the electrolyser module 13 and in the direction of arrow F2, i.e. in the opposite direction; this means that the two half-waves of the alternating current can be used will.

Die Zusammensetzung dieser Elektroden kann auch umgekehrt werden, und zwar so, wie es unter Bezugnahme auf Fig. erläutert wurde.The composition of these electrodes can also be reversed as described with reference to Fig. was explained.

Es können außerdem Moduln parallel geschaltet werden. Hierzu wird in der Fig. 2 ein Modul 15 in Parallelschaltung zum Modul 13 dargestellt, dessen Elektrode 1 ebenfalls aus Aluminium, Niobium oder Tantal besteht, während die übrigen Elektroden aus Nickel oder Kohlenstoff hergestellt werden.Modules can also be connected in parallel. For this purpose, a module 15 is shown in parallel in FIG shown for module 13, whose electrode 1 is also made of aluminum, niobium or tantalum, while the rest Electrodes can be made from nickel or carbon.

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Die Stromrichtung für diesen Modul entspricht daher dem Pfeil F2. Ebenso können Moduln zu den Moduln II, 12 und 14 parallel geschaltet werden.The current direction for this module therefore corresponds to the arrow F2. Likewise, modules can be parallel to modules II, 12 and 14 be switched.

Es ist jedoch vorzuziehen, wenn jeder Stromzweig elektrische Eigenschaften aufweist, die in etwa gleich denen der anderen Stromzweige sind, um die Stromquelle b für beide Halbwellen etwa gleich zu belasten.However, it is preferred that each branch of the branch have electrical properties approximately the same as these of the other current branches are in order to load the current source b for both half-waves approximately equally.

PatentansprücheClaims

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Claims

PATENT CLAIMS

1 - electrolyzer consisting of several electrodes, which limit between them elementary cells in which an electrolyte flows, these electrodes being mutually exclusive clamp and are pressed between two end electrodes, so that a filter press structure results, thereby characterized in that one of the end electrodes is made of a metal selected from the group of metals made of aluminum, niobium and tantalum, and that the device is powered by an alternator (b).

2 - Device according to claim 1, characterized in that that in addition at least one of the remaining electrodes (2 ... (n-1)) excluding the other end electrode (n) is also made of aluminum, niobium or tantalum.

3 - device according to claim 2, characterized in that that the other electrodes also made of aluminum, niobium or tantalum, (5,10,15) in are arranged at regular intervals.

4 - Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electrodes are not consist of aluminum, niobium or tantalum, consist of a material that is nickel, carbon or an atomic Plastic containing carbon is.

709824/0793 *_DC^n 709824/0793 * _DC ^ n

ORIGINAL INSPECTED

2G5547G

5 - Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is at the electrolyte to an aqueous solution of an alkali metal hydroxide acts.

6 - Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is at the electrolyte is an aqueous solution of a carbonate or a borate.

7 - Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the electrodes (2, 3 ... n-1) with the exception of the end electrodes (1, n) are bipolar electrodes.

8 - Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that it is at least has two parallel branches fed by an alternator (b), each branch having at least one electrolysis module (II, 12, 13, 14), these modules so are connected so that the currents flow in opposite directions in two adjacent branches (Fl, F2).

9 - Device according to claim 8, characterized in that that at least one further module (15) is connected in parallel to at least one of the other modules (13) is.

10 - Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the in the Power branches consumed are approximately the same with each other. 70982A / 0793

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