Verfahren zur direkten Umwandlung der chemischen Energie des Kohlenstoffs
oder brennbarer Gase in elektrische Energie auf elektrochemischem Wege Zusatz zum
Patent 899 212 Im Patent 899 Zig wurde ein 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
beschrieben. Die Umsetzung der Kohle oder Gase soll hier in Form einer Brennstoffkette
erfolgen, wobei als Festleiter für diese Brennstoffkette ein poröser keramischer
Körper, der mit einem Elektrolyt getränkt ist, verwendet wird. Auch trägerlose Körper
aus Alkali- oder Erdalkalicarbonat, die durch Schmelzen oder Sintern hergestellt
wurden, können bei dieser Arbeitsweise verwendet werden. Voraussetzung ist in allen
Fällen, daß die Umwandlung in elektrische Energie bei Temperaturen erfolgt, bei
welchen sich der Elektrolyt noch unterhalb seines Schmelzpuniktes befindet. Als
Sauerstoffüberträge.r wurde im allgemeinen Eisenoxyduloxyd (Fe304), z. B. Magnetit,
bei dem erwähnten Verfahren verwendet, das die positive Elektrode bildete. Es hat
sich gezeigt, daß das Fei 04 für diesen Zweck erhebliche Mängel aufweist, die dadurch
hervorgerufen werden, daß das Fe304 mit dem Alkali bzw. dem Erdalkali des Elektrolyts
chemische Verbindungen (beispielsweise Natriumferrite) eingeht, die allmählich zu
einer Zerstörung des festen Elektrolyts führt. Ferner entstehen aus der Mischung
von Fe 0 und Fee 03 im Fei 04 unkontrollierbare
Gegenspannungen,
die ihre Ursache in den gleichen elektrochemischen Verhältnissen haben, wie sie
in einem Konzentrationselement vorliegen.Process for the direct conversion of the chemical energy of carbon
or flammable gases in electrical energy by electrochemical addition to the
Patent 899 212 In the patent 899 Zig a process for the direct conversion of the
chemical energy of carbon or flammable gases such as hydrogen, methane,
Carbon dioxide or mixtures thereof, in electrical energy by electrochemical means
described. The implementation of the coal or gases is supposed to be in the form of a fuel chain
take place, with a porous ceramic as the fixed conductor for this fuel chain
Body soaked with an electrolyte is used. Strapless bodies too
made from alkali or alkaline earth carbonate, which is produced by melting or sintering
can be used in this procedure. Requirement is in all
Cases that the conversion into electrical energy takes place at temperatures
which the electrolyte is still below its melting point. as
Oxygen transfers were generally ferric oxide (Fe304), e.g. B. magnetite,
used in the aforementioned method which constituted the positive electrode. It has
it has been shown that the Fei 04 has considerable shortcomings for this purpose
caused that the Fe304 with the alkali or the alkaline earth of the electrolyte
chemical compounds (such as sodium ferrites) that gradually increase
leads to destruction of the solid electrolyte. Furthermore arise from the mixture
from Fe 0 and Fee 03 in Fei 04 uncontrollable
Counter voltages,
which have their cause in the same electrochemical conditions as them
are present in a concentration element.
Dieser unerwünschte Effekt kann nun vermieden werden, wenn an Stelle
des Fei 04 ein Kupferoxyd in nicht stöchiometrischer Zusammensetzung verwendet wird.This undesirable effect can now be avoided if in place
des Fei 04 a copper oxide is used in a non-stoichiometric composition.
Es wurde gefunden, daß das Verfahren zur direkten Umwandlung der chemischen
Energie des Kohlenstoffs oder brennbarer Gase in elektrisc'heEnergi.e auf elektrochemischem
Wege unter Umsetzung der Kohle oder Gase in Form einer Brennstoffkette unter Verwendung
eines porösen keramischen Körpers, der mit einem Elektrolyt getränkt wurde, bzw.
eines aus dem reinen Elektrolyt bestehenden. Fest-Leiters nach Patent 899 2r2 wesentlich
verbessert werden kann, wenn für die bei diesem Verfahren verwendete Sauerstoffelektrode
als Material Kupferoxyd von der Zusammensetzung Cu, O verwendet wird, wobei für
X ein Wert größer als 1 und 'kleiner als 2 vorliegen muß.It has been found that the process for direct conversion of the chemical
Energy of carbon or flammable gases in elektrisc'heEnergi.e on electrochemical
Ways using the conversion of coal or gases in the form of a fuel chain
a porous ceramic body that has been soaked with an electrolyte, or
one consisting of the pure electrolyte. Fixed conductor according to patent 899 2r2 essential
can be improved if for the oxygen electrode used in this method
copper oxide of the composition Cu, O is used as material, whereby for
X must be a value greater than 1 and 'less than 2.
Wie Untersuchungen von J. A. H e d w a 11 und Mitarbeitern (Zeitschr.
f. anorgan. u. allgem. Chemie, Bd. 119 [192r]) gezeigt haben, gehen die Kupferoxyde
mit Alkali- bzw. Erdäl'kalicarbonaten keine chemischen Verbindungen ein. Außerdem
ist bekannt, däß stöchiometrischzusammengesetztes Kupferoxyd (Cu0) oder Kupferoxydul
(Cu20) einen Isolator darstellt, während ein Kupferoxyd von der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung bei den im Brennstoffelement verwendeten Temperaturen ausgezeichnete,
halbleitende Eigenschaften besitzt (vgl. E. Justi, »Leitfä'hig'keit und Leitungsmechanismus
fester Stoffe«,. 1948, S-. 171, Tabelle 15).As studies by J. A. H e d w a 11 and co-workers (Zeitschr.
f. inorganic and in general Chemie, Vol. 119 [192r]) have shown, the copper oxides go
no chemical compounds with alkali or Erdäl'kalicarbonaten. aside from that
it is known that stoichiometrically composed copper oxide (CuO) or copper oxide
(Cu20) represents an insulator, while a copper oxide of the invention
Excellent composition at the temperatures used in the fuel element,
has semiconducting properties (cf. E. Justi, »Leitfä'hig'keit und Leitfä'hig'keit und Conducting Mechanism
solid substances «,. 1948, S-. 171, table 15).
Für die Verwendung als Sauerstoffelektrode ist es auch von wesentlicher
Bedeutung, daß das Herstellungsverfahren für die Kupferoxydelektrode nicht ohne
Einfluß auf die späteren Eigenschaften ist. So hat es sich gezeigt, daß die Kupferoxydolektrode
dann besonders günstige Eigenschaften aufweist, wenn sie durch Oxydation sehr reiner
Kupferkörner oder 'kurzer Kupferdrahtstücke in oxydierender Atmosphäre hergestellt
wird. Als ungünstig hat sich z: B; die Herstellung durch Bearbeitung von massivem
Kupfer mit dem Schweißbrenner erwiesen.It is also essential for use as an oxygen electrode
Meaning that the manufacturing process for the copper oxide electrode is not without
Influence on the later properties. It has been shown that the copper oxide electrode
then has particularly favorable properties when it is very pure through oxidation
Copper grains or short pieces of copper wire produced in an oxidizing atmosphere
will. The following has proven to be unfavorable: B; the manufacture by machining of solid
Copper proved with the welding torch.
Bei Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Sauerstoffelektrode
werden auch die Übergangswiderstände, die für den inneren Widerstand des Elementes
von besonderer Bedeutung sind, klein gehalten. Ein weiterer Vorteil liegt darin,
daß die O-xydstückchen mit dem festen Elektrolyt oberflächlich zusammenfritten und
auf diese Weiseebenfalls den inneren Widerstand des Elementes stark herabsetzen.
Schließlich ist es auch praktisch vorteil,haft, die Oxydation des Kupfers ganz oder
teilweise im Brennstoffelement selbst vorzunehmen, da auf diese Weise das Zusammenfritten
zwischen dem Kupferoxyd und dem festen Elektrolyt besonders gut vonstatten geht.When using the oxygen electrode produced according to the invention
are also the contact resistances, which are responsible for the internal resistance of the element
are of particular importance, kept small. Another advantage is
that the o-oxide pieces frit together on the surface with the solid electrolyte and
in this way also greatly reduce the internal resistance of the element.
Finally, it is also practically advantageous to completely or completely oxidize the copper
partially to be carried out in the fuel element itself, as in this way the fritting
goes particularly well between the copper oxide and the solid electrolyte.