DE932137C

DE932137C - Process for the direct conversion of the chemical energy of carbon or combustible gases into electrical energy by electro-chemical means

Info

Publication number: DE932137C
Application number: DER8946A
Authority: DE
Inventors: Eduard Dr Justi; Herbert Dr Spengler
Original assignee: Ruhrchemie AG
Current assignee: Ruhrchemie AG
Priority date: 1951-06-04
Filing date: 1952-05-03
Publication date: 1955-08-25

Description

Die auf Grund des Patents 899 aia konstruierten Brennstoffelemente zeigen ohne Entnahme von Strom eine elektromotorische Kraft, die bis zu 9&°/o des theoretisch möglichen Wertes beträgt. Damit ist gemäß den allgemeinen Gesetzen der Thermodynamik ein gleich hoher Wirkungsgrad für die Umwandlung der chemischen) Bindungsenergie Sauerstoff—Kohle bzw. Sauerstoff—Brenngase in elektrische Energie gegeben. In der Praxis kommt es aber darauf an, nicht nur hohe Spannungen zu erhalten, sondern auch laufend Leistung zu entnehmen, also möglichst große Stromstärken zu erzielen. Um Verluste durch die Entwicklung von Joulescher Wärme im Element möglichst klein zu halten, muß der innere Widerstand soweit wie möglich verringert werden.The constructed on the basis of the patent 899 aia Without drawing electricity, fuel elements show an electromotive force that can be up to 9% of the theoretically possible value. This is in accordance with the general laws of thermodynamics an equally high degree of efficiency for the conversion of the chemical) binding energy Oxygen — coal or oxygen — fuel gases in given electrical energy. In practice, however, it is important not only to have high voltages but also to continuously draw power, i.e. to achieve the highest possible current strengths. In order to minimize losses due to the development of Joule heat in the element hold, the internal resistance must be reduced as much as possible.

Eingehende Messungen über die verschiedenen Anteile des inneren Widerstandes-, wie sie durch die Ausbreitungsswiderstände in der Kohle, im festen Elektrolyt und im Material der Sauerstoffelektrode (wie ζ. B. Fe₃ O₄) gegeben sind, haben gezeigt, daß diese Widerstände durch geeignete Wahl der Werkstoffe auf einen verhältnismäßig geringen Anteil des gesamten inneren Widerstandes vermindert werden können. Ein wesentlicher Anteil desi inneren Widerstandes ist gegeben durch die Kontaktwiderstände zwischen den Kohlekörnern untereinander, den Bestandteilen der Sauerstoff elektrode untereinander sowie zwischen die'sen genannten Teilchen und dem Diaphragma und den Elektroden.In-depth measurements of the various proportions of the internal resistance, as given by the expansion resistances in the carbon, in the solid electrolyte and in the material of the oxygen electrode (such as Fe ₃ O ₄ ), have shown that these resistances by suitable Choice of materials can be reduced to a relatively small proportion of the total internal resistance. A substantial part of the internal resistance is given by the contact resistances between the carbon grains with one another, the components of the oxygen electrode with one another and between the mentioned particles and the diaphragm and the electrodes.

Es ist bekannt, daß der Kontaktwiderstand zwischen zwei aufeinanderliegenden Stücken durch äußeren Druck vermindert werden kann, weil durch eine äußere Last die effektiven Kontaktflächen der nicht ganz starren' Werkstoffe vergrößert werden. Bekanntlich beruht hierauf die Wirkungsweise des Kohlemikrophons.It is known that the contact resistance between two superposed pieces by external pressure can be reduced because the effective contact areas of the not completely rigid 'materials can be enlarged. As is well known, the mode of action of the Carbon microphones.

Es wurde nun gefunden, daß das Verfahren zur direkten Umwandlung der chemischen Energie! 'des Kohlenstoffs oder brennbarer Gase, wie Wasserstoff, Methan, Kohlenoxyd oder deren Mischungen, in elektrische Energie auf elektrochemischem Wege unter Umsetzung der Kohle oder Gase in Form einer Brennstoff kette unter Verwendung eines porösen keramischen Körpers, der mit einem Elektrolyt getränkt ist, oder eines· aus einem elektrolytisch leitenden Material bestehenden Körpers unter wesentlicher Verbesserung der Stromausbeute durchgeführt werden kann, wenn die Kontaktwiderstände der einzelnen Bestandteile durch passende mechanische Belastung vermindert werden undIt has now been found that the method for the direct conversion of chemical energy! 'of Carbon or flammable gases such as hydrogen, methane, carbon oxide or their mixtures in electrical energy in an electrochemical way with conversion of the coal or gases in the form a fuel chain using a porous ceramic body filled with an electrolyte is impregnated, or a body consisting of an electrolytically conductive material with significant improvement in current efficiency can be done if the contact resistances the individual components can be reduced by appropriate mechanical stress and

somit der innere Widerstand der Brennsitoffkette gesenkt wird.hence the internal resistance of the fuel chain is lowered.

Eine allgemeine Abhängigkeit der erzielbaren Steigerung der Stromausbeute von der medianischen Belastung der Kohle- bzw. Oxydkörner läßt sich nicht angeben, da diese wesentlich von dem verwendeten Material, insbesondere der Kohlensorteij, wie auch von der Temperatur abhängt. In günstigen Fällen läßt sich der innere Widerstand durch einen Druck auf die Kohle von etwa 1 kg/qcm bis auf 20 bis 25 % des ohne Belastung gemessenen Wertes verringern.A general dependence of the achievable increase in the current yield on the median The load on the carbon or oxide grains cannot be specified, as these are essentially dependent on the material used, in particular the type of coal, as well as depends on the temperature. In favorable cases, the internal resistance by a pressure on the charcoal of about 1 kg / qcm up to 20 to 25% of that measured without load Reduce the value.

Die Zeichnung zeigt schematisch, in welcher Weise diese Belastung vorgenommen werden kann, ohne daß dieses Ausführungsbeispiel eine Begrenzung des mit dieser Erfindung beanspruchten Schutzrechtes darstellt. In der Zeichnung stellt 1 den aus zunderlbeständigem Material bestehenden Mantel mit dem Zuführungsrohr <2> für den iSlauerstoff dar. 3 ist ein, aus z. B. Alkalikarbonat bestehender Zylinder, der den Elektrolyt des- Elementes bildet. Der Zylinder 3 ist mit Kohle 4 gefüllt, die als negative Elektrode wirkt, während der Zwischenraum zwischen dem Elektrolytzylinder 3 und dem Stahlmantel 1 mit dem die positive Elektrode bildenden Metalloxyd gefällt ist. Auf die Kohle 4 drückt ein mit der Feder 5 belasteter Stempel 6. Die Federspannung ist durch die Schraube 7 zu regulieren und wird so eingestellt, daß eine weitere Anspannung keine wesentliche Verringerung des inneren Widerstandes mehr bringt. Damit positive und negative Elektrode nicht kurzgeschlossen werden, sind diese durch den aus Isolationsmaterial, z. B. Porzellan, bestehenden Ring 8 voneinander getrennt.The drawing shows schematically in which way this load can be made without this embodiment representing a limitation of the property right claimed with this invention. In the drawing, 1 represents the jacket made of scale-resistant material with the supply pipe <2> for the oxygen. B. Alkali carbonate existing cylinder, which forms the electrolyte of the element. The cylinder 3 is filled with carbon 4, which acts as a negative electrode, while the space between the electrolyte cylinder 3 and the steel jacket 1 is precipitated with the metal oxide forming the positive electrode. A plunger 6 loaded with the spring 5 presses on the carbon 4. The spring tension can be regulated by the screw 7 and is set so that further tension no longer brings about any significant reduction in the internal resistance. So that positive and negative electrodes are not short-circuited, they are made of insulating material, e.g. B. porcelain, existing ring 8 separated from each other.

Claims

PATENT CLAIM:

Process for the direct conversion of the chemical energy of carbon s or combustible Gases such as hydrogen, methane, carbon oxide or their mixtures are converted into electrical energy by electrochemical means Implementation of the coal or gases in the form of a fuel chain and using a porous ceramic body®, which was "impregnated with an electrolyte, ale solid conductors Patent 8992112, characterized in that, for the purpose of lowering the: internal resistance of the Bar fuel chain the contact resistance of the individual granular components through mechanical Load can be reduced.