DE6803805U - OXYGEN ELECTRODE FOR FUEL CELLS - Google Patents

OXYGEN ELECTRODE FOR FUEL CELLS

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Description

Pioneer Research, Inc., Manchester, Connecticut, USA /sauerstoff-Elektrode für Brennstoffzellen /Pioneer Research, Inc., Manchester, Connecticut, USA / oxygen electrode for fuel cells /

Die Neuerung bezieht sich insbesondere auf ein aktives Material für Luft- bzw. Sauerstoff-ElektrocUm von Brennstoffzellen.The innovation relates in particular to an active material for air or oxygen electrocUm from Fuel cells.

Es sind bereits Brennstoffzellen mit porösen Katoden vorgeschlagen worden, die auf der einsn Seite mit dem Elektrolyten und auf der anderen Seite mit Sauerstoff (oder Luft) xn Berührung sind, so daß Sauerstoff (oder Luft) von der Katode durch den Elektrolyten zur Anode transportiert und dort mit dem Brennstoff umgesetzt wird. Im allgemeinen wird der Sauerstoff (die Luft) mit Überdruck durch die poröse Wand der Katode gepreßt, wobei darauf zu achten ist, daß der Überdruck nicht so groß ist, daß der Sauerstoff (die Luft) bia zur Elektrolytseite der Katode perlt, bevor er (sie) an der Katodenoberfläche chemisorbiert oder absorbiert wird. Solange die Sauerstoffzufuhr an der Katodenoberfläche aufrecht erhalten •wird und genügend Brennstoff an der Anode vorrätig ist, findet in der Zelle ein chemischer Umsatz statt, durch den ein Elektronenstrom erzeugt wird. Die poröse Katode kann aus Kohle, gesintertem Raney-Nickel, Silber oder einem anderen Katodenmaterial bestehen.There have already been proposed fuel cells with porous cathodes that are on the one side with the Electrolytes and on the other hand are in contact with oxygen (or air) xn, so that oxygen (or Air) from the cathode through the electrolyte to the anode transported and converted there with the fuel. In general, the oxygen (the air) pressed with overpressure through the porous wall of the cathode, taking care that the overpressure is not so is great that the oxygen (the air) bia to the electrolyte side the cathode pearls before it is chemisorbed or absorbed on the cathode surface. As long as the Oxygen supply is maintained at the cathode surface and • sufficient fuel is available at the anode, a chemical conversion takes place in the cell, through which a current of electrons is generated. The porous cathode can made of coal, sintered Raney nickel, silver, or one other cathode material.

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Die bereits vorgeschlagenen porösen Katoden "besitzen noch gewisse Nachteile. Insbesondere die Metallkatoden sind relativ teuer und müssen, wenn sie die gewünschte Porosität aufweisen sollen, sehr sorgfältig behandelt werden. Sie werden im allgemeinen durch Zusammensintern von Metallteilchen hergestellt und v/eisen daher eine relativ geringe mechanische Festigkeit auf. Außerdem werden diese Katoden häufig durch den in der Luft befindlichen Stickstoff vergiftet, wodurch ihr Wirkungsgrad schädlich beeinflußt wird. Wenn als Elektrolyt Kaliumhydroxid verwendet wird, dann besteht außerdem die Möglichkeit, daß das in der Luft befindliche Kohlendioxid durch die Katode in den Elektrolyten diffundiert, wodurch der Carbonatgehalt erhöht wird, was nicht erwünscht ist. Wegen dieser Nachteile ist man dazu übergegangen, anstelle von Luft reinen Sauerstoff zu verwenden. Dadurch werden jedoch die Kosten pro Einheit des erzeugten elektrischen Stroms so stark erhöht, daß derartige Zellen für die meisten kommerziellen Zwecke unbrauchbar sind. Schließlich ergeben sich bei den erwähnten Luftkatoden gewöhnlich Schwierigkeiten hinsichtlich ihrer Wartung.The already proposed porous cathodes "still have certain disadvantages. In particular, the metal cathodes are relatively expensive and must if they have the desired porosity should be treated very carefully. They are generally made by sintering together metal particles manufactured and therefore have a relatively low mechanical strength. Also, these are cathodes often poisoned by the nitrogen in the air, which has a detrimental effect on their efficiency. If potassium hydroxide is used as the electrolyte, then there is also the possibility that that which is in the air Carbon dioxide diffuses through the cathode into the electrolyte, which increases the carbonate content, which is not wanted. Because of these disadvantages, a move has been made to use pure oxygen instead of air. However, this increases the unit cost of the generated electric power so much that such Cells are unusable for most commercial purposes. Finally, there are those mentioned Air cathodes usually have difficulty in maintaining them.

Aufgabe der Neuerung ist es daher, aktive Elektrodenmaterialien bzw. Elektroden für Brennstoffzellen vorzuschlagen, die nur eine geringe Wartung erfordern. Insbesondere sollen Einrichtungen zum Überführen des Luftsauerstoffs in eine Lösung, z.B. Luftkatoden, geschaffen werden, die einfach und billig hergestellt werden können uud bei deren Her~The task of the innovation is therefore to propose active electrode materials or electrodes for fuel cells that require little maintenance. In particular, devices for transferring the atmospheric oxygen into a Solution, e.g. air cathodes, can be created, which can be produced simply and cheaply and at their manufacture

—2——2—

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stellung nicht so komplizierte i'abrikationsstufen wie bei der Herstellung von Sinterkatoden notwendig sind. Die Katoden sollen außerdem in beliebiger Form und Größe in i"* cinnstoffzellen, z.B. aufladbaren Sekundärbatterien, verwendbar sein, die mit metallenen, gasförmigen oder aus Kohlenwasserstoffen bestehenden Brennstoffen betrieben werden.production stages are not as complicated as with the manufacture of sintered cathodes are necessary. The cathodes should also be in any shape and size i "* Cinnamon cells, e.g. rechargeable secondary batteries, be used that operated with metal, gaseous or hydrocarbon fuels will.

Die Neuerung besteht darin, daß die Sauersxoff-Eiektrode aus einer elektrisch r.tlbleitenden, aufgeheizten M"'3chung aus Pluorkohlenstoffharz und einem in diesem dispergierten katdlytischen Silbernaterial besteht.The innovation is that the Oxoff electrode made of an electrically conductive, heated membrane made of a fluorocarbon resin and a dispersed therein Katdlytischen silver material consists.

Bei einem bevorzugxen Ausführungsbeispiel ist die Mischung aua katalytischem Silbermatorial und Pluorkohlenstoffharz als Überzug auf ein Substrat; aufgebracht. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist in die Elektrode zur Versteifung ein Metallnetz eingebettet. Vorzugsweise sind in der Elektrode außerdem eine Vielzahl von kraterförmigen Ausnehmungen vorgeseiien. In a preferred embodiment, the mixture is a catalytic silver material and a fluorocarbon resin as a coating on a substrate; upset. In another exemplary embodiment, the electrode is provided with a stiffening element Metal mesh embedded. Preferably are in the electrode in addition, a large number of crater-shaped recesses were provided.

Die Neuerung wird nun auch anhand der beiliegenden Abbildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehender. Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung dar Aufgabe im Sinne der Neuerung beitragen können.The innovation is now also based on the enclosed illustrations described in detail, all of which are more apparent from the description and the illustrations. Details or Features for solving the task in terms of the innovation can contribute.

—3 —-3 -

( III * < i lfl l<(III * <i lfl l <

Die Pig. 1 und 2 zeigen neuerungsgemäße Ausführungsbeispiele für Sauerstoff-Katoden im Schnitt.The Pig. 1 and 2 show exemplary embodiments according to the invention for oxygen cathodes in section.

Die Pig. 3 zeigt schematisch eine Brennstoffzelle mit einer neuerungsgemäßen Sauerstoff-Katode und einer katalytischen Anode.The Pig. 3 schematically shows a fuel cell with a according to the innovation oxygen cathode and a catalytic Anode.

Die Pig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel· für eine neuerungsgemäße Sauerstoff-Katode.The Pig. 4 shows a further exemplary embodiment for an oxygen cathode according to the invention.

Die Pig. 5 zeigt eine Brennstoffzelle mit einer verbrauchbaren Metallanode und einer neuerungsgemäßen Katode.The Pig. 5 shows a fuel cell with a consumable metal anode and a cathode according to the invention.

Die Pig. 6 zeigt eine neuerungsgemäße Brennstoffzelle, deren Anode aus einer flüssigen Quecksilber/Natrium-Legierung besteht.The Pig. 6 shows a fuel cell according to the invention, the anode of which is made from a liquid mercury / sodium alloy consists.

Bei Verwendung der neuerungsgemäßen Sauerstoff-Elektrode brauchen keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Sie kann beispielsweise porös oder praktisch nicht porös sein, ohne daß ihre Eigenschaft, den Sauerstoff aus der Luft in die Lösung zu überführen, in schädlicher Weise beeinflußt wird.No special precautionary measures need to be taken when using the new oxygen electrode will. For example, it can be porous or practically non-porous, without affecting its property of oxygen to transfer from the air into the solution, is adversely affected.

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Claims (12)

• Il · · Schutzanaprüche• Il · · Protection requirements 1. Sauerstoff-Elektrode, insbesondere für Brennstoffzellen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer elektrisch halbleitenden, ausgeheizten Mischung aus Fluorkohlenstoffharz unc. einem in diesem dispergierten katalytischen Silbermaterial besteht., 1. Oxygen electrode, especially for fuel cells, characterized in that it consists of an electrically semiconducting, baked mixture of fluorocarbon resin unc. a silver catalytic material dispersed in this ., 2. Sauerstoff-Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluorkohlenstoffharz Polytetrafluoräthylen verwendet ist./2. Oxygen electrode according to claim 1, characterized in that the fluorocarbon resin Polytetrafluoroethylene is used./ 3. Sauerstoff-Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r ch gekennze ich net, daß das Silbermaterial in einem Anteil verwendet ist, der einem Silbergehalt in der Mischung von etwa 8 bis 70 Gew.% entspricht,, während als Rest im3. Oxygen electrode according to claim 1 or 2, d a d u r ch I net that the silver material is used in a proportion that corresponds to a silver content in the mixture from about 8 to 70% by weight, while the remainder im ('} wesentlichen ein Polytetrafluoräthylenharz verwendet ist. f ('} essentially a polytetrafluoroethylene resin is used. f 4. Sauerstoff-Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Silbergeha.lt in der Mischung etwa 20 bis 60 Gew.?6 beträgt/4. Oxygen electrode according to claim 3, characterized characterized that the silver content in the mixture is about 20 to 60 wt. 5. Sauerstoff-Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, . dadurch gekennzeichnet, daßdie Mischung auf ein Substrat (11, 14) aus gesintertem Polytetraf luoräthylen aufgebracht isty5. Oxygen electrode according to one of claims 1 to 4,. characterized in thatthe mixture on a substrate (11, 14) made of sintered polytetraf luoroethylene is applied 6. Sauerstoff-Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von kraterförmigen Ausnehmungen aufweist.6. Oxygen electrode according to one of claims 1 to 5, characterized in that it has a plurality of crater-shaped recesses. 7. Saueistoff-Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in sie zur Versteifung ein Metallnetz (28) eingebettet ist.7. oxygen electrode according to one of claims 1 to 6, characterized in that a metal net (28) is embedded in it for stiffening. 8. Brennstoffzelle mit einer Sauerstoff-Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennz e i c hnet, daß der Elektrolyt einen pH-Wert von mindestens 7 aufweist./8. Fuel cell with an oxygen electrode after one or more of claims 1 to 7, characterized in that the electrolyte has a pH value of at least 7./ 9. Brennstoffzelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt ein Alkalimetallhydroxid ist. ,-9. Fuel cell according to claim 8, characterized in that that the electrolyte is an alkali metal hydroxide. , - 10. Brennstoffzelle nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die als Brennstoffquelle verwendete Anode aus Quecksilber/liatrium-Amalgam, Zink oder Cadmium besteht m/ 10. Fuel cell according to claim 8 or 9, characterized in that the anode used as the fuel source consists of mercury / liatrium amalgam, zinc or cadmium m / 11. Brennstoffzelle nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gexennzeicb.net, daß die Anode aus Raney-Ni ekel besteht und als Brennstoff ein verbrennbarer Kohlenstoff verwendet ist.,11. Fuel cell according to claim 8 or 9, characterized gexennzeicb.net that the anode from Raney-Ni is disgusting exists and a combustible carbon is used as fuel., -18--18- • ·• · 12. Lrennstoffzelle nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus Raney-Kobült besteht und als. Brennstoff Hydraainhydrat verwendet ist.12. Fuel cell according to claim 8 or 9, characterized characterized in that the anode from Raney-Kobält exists and as. Fuel hydraainhydrate is used. " :rsw*!i·. C-S-* liiiletl'j;.· ifi-t-iii-aib'Jivj und i-:ho\ioi\-pi) Ά1 <S:t /ulctzl eiiiijf-ieicMo. si* /.niclil ion der ^1',;,,., -■-,, ..,.Λ'.ι,ν.ΐΓ.Ί i'f,-.T-M-Ti 'ϋΛ··ν:ο<ν-η ob O> fliliKhc ϊ^-ιιΜ.ια <-;r,r A:-v,«ic!ning W ni-"hf q-v, ·■": rsw *! i ·. CS- * liiiletl'j;. · ifi-t-iii-aib'Jivj and i-: ho \ ioi \ -pi) Ά 1 <S: t / ulctzl eiiiijf-ieicMo. si * /.niclil ion der ^ 1 ',; ,,., - ■ - ,, ..,. Λ'.ι, ν.ΐΓ.Ί i'f, -. TM-Ti' ϋΛ ·· ν: ο <ν-η ob O> fliliKhc ϊ ^ -ιιΜ.ια <-; r, r A: -v, «ic! ning W ni-" hf qv, · ■ : ■;■■■■'-. >,■■(<:■! \ l->ti.iJmI Sicii 'r, ij.ifl Ar,,|C-j>\·. C-- · K W<1 jfv'*r'"^ -.l.iiH NOC.-i'it.ä: ■; ■■■■ '-. >, ■■ (<: ■! \ L-> ti.iJmI Sicii 'r, ij.ifl Ar ,, | Cj> \ ·. C-- · KW <1 jfv' * r '"^ -.l. iiH NOC.-i'it.ä ., , ,; ·/. i <j w-.-i.ii.* eingesehen wrd<n Aul Anlrc·^ H»?J».n iiierifon ouch FuhAoplen oder ;um-, ,.>-:., ; i,w P.ei-irt ·3«Ιίβί«τΐ. Deutich·» folenlom», GebMUChämuslafstelia..,,,; · /. i <j w -.- i.ii. * viewed wrd <n Aul Anlrc · ^ H »? J» .n iiierifon ouch FuhAoplen or ; um-,,.> -:., ; i, w P.ei-irt · 3 «Ιίβί« τΐ. Deutich · »folenlom», GebMUChämuslafstelia. -19--19-
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