NL7907602A - Werkwijze voor het voortbrengen van waterstofgas uit een elektrolietoplossing. - Google Patents

Werkwijze voor het voortbrengen van waterstofgas uit een elektrolietoplossing. Download PDF

Info

Publication number
NL7907602A
NL7907602A NL7907602A NL7907602A NL7907602A NL 7907602 A NL7907602 A NL 7907602A NL 7907602 A NL7907602 A NL 7907602A NL 7907602 A NL7907602 A NL 7907602A NL 7907602 A NL7907602 A NL 7907602A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
solution
semiconductor
bromide
electrolyte
electrode
Prior art date
Application number
NL7907602A
Other languages
English (en)
Original Assignee
United Technologies Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by United Technologies Corp filed Critical United Technologies Corp
Publication of NL7907602A publication Critical patent/NL7907602A/nl

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0656Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by electrochemical means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/50Processes
    • C25B1/55Photoelectrolysis
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Description

' - iï'1 .
- 1 - 3
Werkwijze voor het vóórtbrengen van waterstofgas, uit een elektrolietoplossing.
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het voortbrengen van waterstofgas uit een elektroliet-oplossing in een elektrolietcel.
Xn de Amerikaanse octrooiaanvrage Serial 956.761, .5 getiteld: "Method and Apparatus for Producing HBr
Utilizing a Consumable Bromine Electrode" wordt een methode en apparaat behandeld voor het voortbrengen van waterstof-bromide, dat kan worden gebruikt als elektroliet bij de uitvinding.
10 Het gebruik van zonne-energie voor het energie leve ren aan elektrolytische cellen heeft wijd verspreide aandacht ontvangen in verband met de huidige problemen van energietekort en omgevingsverontreiniging. De voortbrenging van waterstof uit elektrolytische cellen en het gebruik , 15 van zonne-energie om dergelijke cellen van energie te voorzien is in de techniek onderkend als een verbindingsmogelijkheid van twee technieken met grote mogelijkheden voor de oplossing van deze beide problemen. Hoewel er veel werk is gedaan voor het verbeteren van het rendement 20 van dergelijke systemen, is er meer werk nodig in verband met de lage energieniveau's bij het ontlenen van nuttige energie aan de zon (namelijk lage ontneembare spanningen 2 van zonlicht per m collecteringsapparaat) en wegens de overspannings- en corrosieproblemen, geassocieerd met 25 het gebruik van gebruikelijke elektrolieten in deze omgeving. Het gebied van halfgeleidermateriaal, bruikbaar voor het verzamelen van deze potentieel grote energiebron in deze omgeving is eveneens beperkt gebleven in verband met de corrosieve effekten van gebruikelijke elektrolieten 30 op zulke halfgeleiders.
Wat nodig is, is een elektrolietsysteem, dat bruikbaar is in in wezen gebruikelijke elektrolytische cellen, die ten minste gedeeltelijk van energie worden voorzien door stralingsenergie, en die waterstof voortbrengen voor 35 het van energie voorzien van een brandstofcel, terwijl de problemen van inefficiënte overpotentiaal en corrosie- 790 76 02 --2- problemen geassocieerd met het gebruik, van gebruikelijke elektrolletsystemen, worden opgelost. Wat eveneens nodig is, is een systeem, dat het gebruik van beschikbaar half-geleidermateriaal, dat kan worden gebruikt in dergelijke 5 systemen expandeert teneinde· meer flexibiliteit te verkrijgen bij foto-elektrolytische processen met een hoger rendement.
Volgens de uitvinding zijn elektrolytische processen ontwikkeld voor het voortbrengen van waterstofgas, dat IQ bruikbaar is voor het van energie voorzien van een brandstofcel, die bromides gebruikt en in het bijzonder waterstof-bromide als essentiële elektroliet, en daardoor de over-potentiaal en corrosieproblemen geassocieerd met het gebruik van gebruikelijke elektrolieten in deze omgeving 15 oplost, en tevens het gebied van bruikbare halfgeleiders verbreedt, die beschikbaar zijn in deze omgeving teneinde een rendement van dergelijke foto-elektrolytische processen te maximaliseren.
Dit en andere doeleinden,, aspecten en voordelen van 2Q de uitvinding zullen thans nader worden toegelicht aan de hand van de volgende gedetaillêerde beschrijving van voorkeursuitvoeringen onder verwijzing naar de tekening.
In de tekening toont: fig. 1 een kenmerkend celarrangement, waarbij een 25 standaard-foto-elektrolytische cel wordt gebruikt, fig. 2 een tweede uitvoeringsvorm, waarbij de stralingsenergiebron activeert vanaf de droge zijde van de cel, en fig. 3 een andere uitvoeringsvorm, waarbij de 3Q stralingsenergiebron activeert vanuit de oplossingszijde van de cel.
Zoals boven beschreven, is er veel werk gedaan voor het combineren van zonne-energie met dat gebied van de elektrolysetechniek, dat waterstof produceert voor het 35 bedrijven van bijv. een brandstofcel, waarbij de verbinding van deze twee technieken zorgt voor een grote bron van elektrische energie met onbegrensde mogelijkheid.
Een dergelijke combinatie is evenwel moeilijk gebleken in verband met de kleine energiehoeveelheden, die van 40. de zon kunnen worden verkregen zonder zeer omvangrijke '790 7 6 02 '3 “ £ uitrusting, en de corrosie, overpotentiaal, en andere problemen, geassocieerd met het gebruik van gebruikelijke elektrolieten. De toepassing van bromideverbindingen, èn in het bijzonder waterstofbromide als elektrolieten 5 in een dergelijke celomgeving geeft verrassende voordelen. De langere potentialen, waarop een waterstofbromidecel kan werken in vergelijking met bijv. de hogere celpotentialen nodig voor de dissociatie van water of chlorideverbindingen, zorgen zowel voor een verhoging van de levensduur van de 10 componenten van de cel, alsook voor het beschikbaar maken van een breder gebied van halfgeleidermateriaal, dan thans bruikbaar is in dergelijke cellen. Verder bestaan de dissociatieprodukten van andere halogeenelektrolieten, zoals waterstofjodide of waterstoffluoride als vaste 15 stoffen of als meer corrosieve gassen onder normale condities van atmosfeer en druk. Dit betekent een myriade van problemen van precipitatie en speciale behandeling in zowel de elektrolytische cel als de brandstofcel. Een waterstofbromide-elektroliet levert verder meer energie-20 opslag meer kilogram dan bijv. waterstof jodide in een elektrolytische celomgeving.
Hoewel de uitvinding in het bovenstaande is beschreven in termen van het voortbrengen van waterstof voor het gebruik daarvan in een brandstofcel, heeft het.geproduceer-25 de broom eveneens een bruikbaarheid voor een brandstofcel.
In dit verband zij gewezen op een artikel van Glass e.a., "Performance of Hydrogen-Bromine· Fuel Cells", Advances Xn Chemistry Series, vol. 47, 1964, A.C.S. Applied Publications, waarin de verschillende voordelen van een 30 dergelijk systeem worden beschreven.
De bromidecel volgens de uitvinding kan tevens worden bedreven bij gereduceerde drukken en concentraties zodat de foto-elektrolytische cel kan worden gebruikt met spanningen equivalent aan het gebruik van cellen 35 met waterstofjodide, maar met de voordelen van het te maken hebben met het geproduceerde vloeibare broom, waardoor de problemen worden geëlimineerd, geassocieerd met een produkt, dat bestaat uit een vaste stof zoals jodium onder normale oplossingscondities. Ook de grote optische -40 absorptiecoëfficiënten van zelfs verdunde oplossingen 790 76 02 - 4 - van andere halogeendissociatieprodukten zoals jodium geven een ernstig nadelig effekt op de doelmatigheid, van een systeem, dat gebruik maakt van stralingsenergie zoals licht als energiebron, zoals bij de uitvinding het geval 5 is.
Een ander voordeel van het bromide-elektrolietsysteem is, dat gebruikelijke elektrolytische cellen voor de dissociatie van -water gemakkelijk aangepast kunnen worden aan een bromide-elektrolietsysteem met weinig of géén 10 modificatie.
Chloride-of fluoride-elektrolietsystemen bijvoorbeeld, die veel corrosiever zijn dan zelfs gebruikelijke water-dissociatiesystemen en vaste jodiumdissociatieprodukten zouden duidelijk een veel grotere modificatie vereisen.
15 Er zijn verder uitgesproken voordelen van het bromide-systeem bij de eliminatie van de overspanningen, geassocieerd met chloride en in het bijzonder waterdissociatie-produkten. In dit verband zij gewezen op het genoemde artikel van Glass in het bijzonder blz. 204 en het « 20 Amerikaanse octrooischrift 4,021.323 in kolom 7„
Hoewel zonne-energie de voorkeursstralingsbron is in de werkwijze en apparatuur volgens de uitvinding, kunnen ook andere stralingsenergiebronnen worden gebruikt zoals laserstraling of lichtemitterende halfgeleiderdiodes, 25 waarbij: het enige vereiste is, dat de stralingsenergie de juiste golflengte heeft en een voldoende intensiteit • om waterstofgas te ontwikkelen in de speciale cel, die wordt bestraald, De vereiste golflengte staat.in verband met de speciale halfgeleider, die wordt gebruikt. De 30 golflengte moet voldoende kort zijn om ten minste aangepast te zijn aan de karakteristiek aan de speciale halfgeleider die gebruikt wordt. Deze halfgeleider zal geen stralingsgolflengtes absorberen die langer zijn dan zijn bandsprongstralingskarakteristiek. In féite is 35 één van de voordelen van de uitvinding de eliminatie van de corrosie en oxydatieproblemen van gebruikelijke elektrolyeten, die veel halfgeleidermaterialen aantasten, waardoor een breder gebied van halfgeleidermateriaal om te gebruiken mogelijk wordt gemaakt. Met een breder 40 gebied van half geleidermateriaal dat beschikbaar is ge- 790 76 02 -5- worden kan een breder gebied van lichtgolflengte worden gebruikt .teneinde op meer efficiënte wij ze bet systeem van energie te voorzien. Hoewel het de voorkeur verdiént om. de elektrolyse te laten lopen uitsluitend van energie 5 voorzien door stralingsenergie, zoals licht, kan ook een groot voordeel worden verkregen door het door licht gevoede systeem te combineren met een uitwendige energiebron zoals een batterij. Dit is van bijzondere waarde in gevallen, waar de halfgeleiderstralingscombinatie 10 onvoldoende fotospanning levert om de drempelspanning te bereiken, die vereist is voor het bedrijven van de cel.
In dit verband zij alvast gewezen op de later in deze beschrijving gegeven vergelijking van Nernst.Voor een 48 %’s oplossing van HBr zou bijv. 0,6 volt vereist zijn 15 om de cel te bedrijven, zodat elke halfgeleider-stralings-combinatle, die minder dan deze spanning voortbrengt met een dergelijke oplossing, een uitwendige energiebron zou vereisen. Zelfs met voldoende spanning geleverd door de stralingsbron kan verder de uitwendige energiebron 20 worden gebruikt teneinde de snelheid te verhogen van de waterstofgasontwikkeling, zij het ten koste van het rendement van het systeem. In-elk geval dient de hoeveelheid spanning, geleverd door deze uitwendige energiebron minder te zijn, dan die, vereist voor het elektrolyseren 25 van de bromideverbinding in afwezigheid van de door licht bestraalde halfgeleiderelektrode, teneinde een gua energie rendabel systeem te hebben. In een dergelijke situatie zal de energie teruggewonnen door de recombinatie van bijv. waterstof en broom in een brandstofcel bij 30 benadering gelijk zijn aan de som van de ingevoerde zonne-energie en de toegevoerde uitwendige spanning.
Elk gebruikelijk halfgeleidermateriaal met foto-elektrische eigenschappen kan voor de uitvinding worden gebruikt, bijv. silicium of titaniumdioxyde. Dit represent 35 teert een meer uitgebreide klasse van halfgeleiders, aangezien halfgeleiders zoals silicium niet kenmerkend bruikbaar zijn in gebruikelijke systemen volgens de techniek wegens de nadelige effekten van de gebruikelijke elektrolleten op dergelijk halfgeleidermateriaal bij de 40 gebruikelijke celpotentialen, waarop zulke cellen worden 790 7 6 02 f * * a*. ..··' -6- gedreven, namelijk, groter dan 1,25 volt. -
Gebruikelijke waterstofvoortbrengende elektrolyse— systemen zoals bijv. systemen gebaseerd op waterdissociatie, laten bet gebruik van siliciumbalfgeleiders niet toe in 5 verband met de corrosieve effekten van de eveneens geproduceerde vrije zuurstof op dergelijke halfgeleiders. Wegens de overpotentiaal, vereist om een dergelijke cel te laten lopen, zouden de corrosieve effekten van bet zuurstof in een dergelijke omgeving veel te boog zijn. Bij de uitvin-10 ding 'evenwel kan wegens het ontbreken van bet overspannings- probleem bij bet gebruik van bromides zoals HBr en de niet-corrosieve effekten van bet geproduceerde broom op de siliciumhalfgeleider in een dergelijke omgeving een siliciumbalfgeleider wel worden gebruikt. Aangezien sili-15 ciumhalfgeleiders effectief werkzaam zijn voor bet omzetten ' ' van stralingsenergie tot elektrische energie bij golf lengtes tot 11.000 £, kan daarom een grotere meer rendabele lichtverzamelingsbron worden gebruikt in bet systeem volgens de uitvinding. Indien men bijv. beperkt zou zijn tot 20 Ti02 halfgeleiders, die anderzijds vereist zouden zijn in verband met bun meer corrosiebestendige eigenschappen, zouden slechts golflengtes van licht beneden ongeveer 4.000 & kunnen worden gebruikt. Hierdoor zou feitelijk ongeveer 97 % van bet zonnespectrum zijn uitgesloten.
25 Uit meer lagen bestaand halfgeleidermateriaal, dat een gradiënt heeft van bandsprongmateriaal met kléiner wordende bandbreedte kan eveneens worden gebruikt vóór de werkwijze volgens de uitvinding in verband met de voordelen die opgesloten zijn in bet gebruik van het bromide-elektro-30 liet. In dit verband zij bijv. gewezen op het Amerikaanse octrooischrift 4.011.149, kolom 2, regels 18-20.
De vergelijking van Nemst, die de celpotentiaal-betrekking, vereist voor elektrolyse in bet proces van de uitvinding bepaalt, is als volgt te beschrijven: 35 E=E° + 0,059 log P„ + 0,059 log Ch -0,059 log C„' xi^ üi 2 JrU?4e , waarin E° = standaard-σelpotentiaal voor celverbindingen (bijv. voor HBr elektrolyse 1,06 volt), 790 76 02 -7-.
P„. = partiële druk. van in de cel geproduceerd waterstof,.
Br2= molaire concentratie van vloeibaar broom, voortge-bracht in de cel, CHBr~ m°laire concentratie van waterstofbromide of ander 5 bromide in de cel, E -de drempelspanning of celpotentiaal die door de fotospanning moet worden overwonnen. Dit is de spanning, waarbij stroomt begint te lopen in de cel en significante hoeveelheden waterstof en 10 broom zich ontwikkelen.
De voorkeursparameters voor rendabel bedrijf van de cel volgens de uitvinding zijn: • P_ > 345 Pa' H2 cb£ > 0,1 % 15 CHBr < 48 %
Een cel met dergelijke parameters kan op rendabele wijze werken bij temperaturen tussen ongeveer 0°C en 100°C. Hier en in het verdere van de beschrijving zijn met percentages steeds gewichtspercentages bedoeld.
20 Het speciale bromide-èlektrolytsysteem van de uitvinding en de voordelen inherent aan het gebruik ervan wegens de celpotentiaal, ontbreken van oxydatie-corrosie- problemen en eliminatie van overspanningsproblemen van gebruikelijke cellen, maken veel verschillende cel- 25 arrangementen mogelijk, die kunnen worden gebruikt bij - . het ten uitvoer leggen van de· uitvinding. Eën zo'n arrangement kan een standaard-celarrangement omvatten, waarbij de gehele cel wordt onderworpen aan straling door een lichtbron. Andere arrangementen kunnen cellen 30 omvatten met ëén metaalelektrode en één halfgeleider- elektrode, waarbij de halfgeleiderelektrode kan worden bestraald hetzij vanaf de oplossingszijde hetzij vanaf de droge zijde van de cel.
Zoals boven opgemerkt is de sleutelverbinding in 35 de elektrolytische oplossing de bromideverbinding, die aanwezig is in een oplossing in hoeveelheden tot ongeveer 50 gew. %, met bij voorkeur een concentratie van ongeveer 48 gew. %. Hierdoor wordt de waterstof.(en desgewenst het broom! geleverd om de uiteindelijke brandstofcel 40 te bedrijven, waarvoor de foto-elektrolytische cel is 790 76 02 * - 8 -
Bedoeld. Hoewel water het voorkeursoplosmiddel is voor het elektroliet en waterstof bromide het voorkeurselektroliet, kan het systeem gemakkelijk worden aangepast aan andere oplosmiddelen en bromide-bevattende elektrolieten. Zo 5 kunnen bijv. alcoholen of aminen worden gebruikt als oplosmiddelen voor het systeem en kunnen bromide-elektro-1ieten zoals KBr, NaBr, LiBr, CsBr, en SrBr^ worden gebruikt hetzij afzonderlijk, hetzij als mengsels of toemengingen met het HBr. Indien alcohol of amine-oplosmiddelen worden 10 gebruikt, verdient het de voorkeur- ten minste kleine hoeveelheden water toe te voegen aan het systeem, in het bijzonder als een bromide dan HBr wordt gebruikt als bromide-elektroliet. Het waterstofbromide kan in elke concentratie worden gebruikt tot aan het verzadigingspunt van de oplos-15 sing, vooropgesteld dat de celpotentiaal niet de corrosie- · potentiaal bereikt voor de daarbij gebruikte halfgeleider.
Het systeem kan tevens werken bij elke bruikbare druk met bij voorkeur tot één atmosfeer.
Zoals boven opgemerkt kan de energiebron nodig om de 20 cel te bedrijven elke stralingsenergiebron zijn, die golflengtes heeft korter., dan de bandsprongstralings-karakteristiek van de gebruikte halfgeleider. Voor een siliclumhalfgeleider bijvoorbeeld, kan elke lichtbron met golflengtes minder dan 11.000 £ het systeem doen 25 werken. Verder is, zoals boven opgemerkt, ëën van de voordelen van het waterstofbromidesysteem het verbrede gebied van halfgeleidermateriaal beschikbaar gemaakt door het bromide-elektroliet te gebruiken, en de celpotentialen en ontbreken van corrosie, resulterende uit zo'n gebruik.
30 Niet metallische materialen met foto-elektrische eigenschappen kunnen worden gebruikt en in het bijzonder titaniumdioxyde en silicium kan worden gebruikt, waarbij silicium het voorkeurshalfgeleidermateriaal is. Tevens bruikbaar bij de uitvinding is een alternatieve vorm van 35 elektrode, die een veellaags struktuur bevat van band-sprongmateriaal met een bandsprong van afnemende breedte.
Thans zal worden verwezen naar de verschillende figuren aan de hand waarvan details van de celconfiguratie worden besproken. In fig. 1 bevat een gebruikelijke elek— 40 trolytische celbehuizing 1 een n—type halfgeleideranode 2 7907602 λ - 9 - en een p-type halfgeleiderkathode 3, die met elkaar verbonden zijn via een uitwendig circuit 4. De elektroliet-oplossing 5 bestaat uit een 48 %'s oplossing van waterstof-bromide en water, en wordt gescheiden door een voor water-5 stofionen permeabel membraan 6, zoals Nafion (E.I. Dupont de Nemours and Co. I, dun kwarts, polyvinylchloride, of polytetrafluoretheen, welke een vrije waterstofionentransport in het systeem mogelijk maken. Bij activering met licht of andere stralingsenergie 7 wordt er stroom geleid door het 10 uitwendige circuit 4 bij dissociatie van het waterstof-bromide, resulterende in de produktie van waterstofgas 8 in de p-elektrodekamer en vloeibaar broom 9 in de n-elektrode-kamer.
In fig. 2 is een cèlarrangement met bestraling aan 15 droge zijde weergegeven, waarin de celbehuizing 10 een metaalelektrode 11 bevat, bijv. van platina of titanium, door een uitwendig circuit 12 verbonden met de halfgeleider-elektrode 13, die een uitwendige tinoxydelaag 14 bevat.
Wanneer licht of andere stralingsenergie 15 invalt op de 20 halfgeleider 13, dissocieert de waterstofbromide-elektro-lytoplossing 16, waardoor de migratie wordt veroorzaakt e t van de waterstofionen naar· de platina- of titaniumelektrode 11, terwijl bromide-ionen gaan naar de halfgeleiderelektro-de 13, resulterende in ontwikkeling van waterstofgas 17 25 aan elektrode 11 en vloeibaar broom 18 aan elektrode 13.
Fig. 3 toont een andere uitvoering van een apparaat met bestraling aan natte oplossingszijde. De behuizing 19 bevat de uit waterstofbromide en water bestaande elektrolyt-' oplossing 20, die wordt onderworpen aan licht of andere 30 bestraling 21. Wanneer deze bestraling het halfgeleider-vlak 12 treft, vindt ladingsoverdracht plaats langs het elektrolyt-halfgeleidertussenvlak, waardoor ëên van de ionen in oplossing wordt ontladen en waterstof 23 wordt ontwikkeld aan de platina-elektrode 24 en vloeibaar broom 35 25 aan de elektrode 22. De ladingsoverdracht over het elektroliet-halfgeleidertussenvlak resulteert in een onbalans van lading in de halfgeleider en een drijfspanning voor een stroomflux door een uitwendig circuit 26 naar elektrode 24, die ingedompeld is in elektroliet.
790 7 6 02
• - ίο -VOORBEELD' I
Een 48 %'s oplossing van waterstof bromide in water werd geplaatst in een elektrolytische cel met een n-type siliciumanode en een platinakathode van het type beschreven 5 in fig» 1. De siliciumelektrode werd bestraald met een lichtbron met een golflengte van 6328 S, waardoor ongeveer 0,2 volt geleverd werd.. Een aanvullende uitwendige energiebron leverde ongeveer 0,4 volt. Er werd vloeibaar broom ontwikkeld vanaf de siliciumelektrode en waterstofgas 10 vanaf de platina-elektrode.
' VOORBEELD II
De platinakathode van voorbeeld I werd vervangen door een p-type siliciumhalfgeleiderelektrode. Beide elektrodes werden bestraald zoals in voorbeeld 1,- waardoor 15 een spanning werd geproduceerd van ongeveer 0,4 volt.
De uitwendige energiebron werd dienovereenkomstig gereduceerd voor het leveren van slechts 0,2 volt. Evenals in voorbeeld I werd het broom geproduceerd aan de n-type siliciumelektrode, terwij1 waterstof werd voortgebracht 20 aan de p-type siliciumelektrode.
* Hoewel de uitvinding in het voorgaande is beschreven en getoond aan de hand van voorkeursuitvoeringen, zal het .duidelijk zijn, dat er tal van variaties en omissies in vorm en detail mogelijk zijn zonder daardoor te treden 25 buiten het kader van de uitvinding.
- conclusies - 790 7 6 02

Claims (13)

1. Werkwijze voor het voortbrengen van waterstofgas van een elektrolietoplossing in een elektrolytische cel, met het kenmerk., dat een broraideverbinding als elektroliet wordt gebruikt in samenhang met stralings- 5 energie voor het ten minste gedeeltelijk van energie voorzien van de elektrolytische cel.
2. Werkwijze volgens conclusie 1, gekenmerkt door: het verschaffen van een elektrolytische-celomhulsel, 10 dat een oplossing bevat van bromide-elektroliet, het indompelen van een n-type halfgeleideranode en een p-type halfgeleiderkathode in de oplossing van het bromide-elektroliet, het scheiden van de elektrodes door-een voor 15 waterstof ionen permeabel membraan, dat eveneens is ingedompeld in de bromide-elektrolietoplossing, en het blootstellen van de halfgeleiderelektrodes aan stralingsenergie van de juiste golflengte en voldoende intensiteit teneinde de ontwikkeling te veroorzaken van 20 waterstofgas aan de kathode en vloeibaar broom aan de anode.
3. Werkwijze volgens conclusie 1, gekenmerkt door:' het verschaffen van een elektrolytisch-ê-celomhulsel, 25 dat een oplossing bevat van bromide-elektrolyt, het plaatsen van een platina-elektrode en een half-geleiderelektrode in de oplossing van het bromide-elektro— liët,waarbij de halfgeleiderelektrode eveneens deel vormt van de wand van het elektrolytischecelomhulsel, dat de 30 platina-elektrode en de waterstofbromide-oplossing bevat, en het bestralen van de halfgeleiderelektrode vanaf de zijde van de halfgeleider, die het wandgedeelte representeert van de cel, die de waterstofbromide-oplossing 35 bevat, met stralingsenergie van de juiste golflengte en voldoende intensiteit om te resulteren in de ontwikkeling 790 76 02 7 -,z- ^7 7 van waterstofgas aan de platina—elektrode en, vlöeibaar broom aan de balfgeleiderelektrode.
4. Werkwijze volgens conclusie 1/ gekenmerkt door: 5 het verschaffen van een elektrolytische-celomhulsel, dat een bromide-elektrolietoplossing bevat, het plaatsen van een platina-elektrode en een halfgeleiderelektrode in de bromide-elektrolietoplossing en 10 het onderwerpen van de halfgeleiderelektrode aan een stralingsenergiebron van de juiste golflengte en voldoende intensiteit om waterstofgas te ontwikkelen vanaf de platina-elektrode in de ruimte tussen de twee elektrodes, en vloeibaar broom in de oplossing tussen 15 het gebied gedefinieerd door de elektrodes.
5. Werkwijze volgens één der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat het bromide-elektroliet is gekozen uit de groep bestaande HBr, NaBr, KBr, LiBr, CsBr, SrBr2, en mengsels daarvan.
6. Werkwijze volgens conclusie 5, m e t h e t .k e n- m e r k, dat de bromideverbindihg aanwezig is in een hoeveelheid van tot ongeveer 50 gew. %, en dat het oplosmiddel water is.
7. Werkwijze volgens één der conclusies 1-4, 25 met het k e n m e r k, dat de stralingsenergie zonne-energie is.
8. Werkwijze volgens één der conclusies 1 - 4, met het kenmerk, dat de stralingsenergie 30 laserstraling is.
9. Werkwijze volgens één der conclusies 1 - 4, met het kenmerk, dat de stralingsenergie wordt voortgebracht door een lichtemitterende halfgeleider-diode. 790 76 02 'v. V - 13 - *
10. Werkwijze volgens één der conclusies 1-4, met Let kenmerk, dat de stralingsenergie bestaat uit licht met golflengte van tot 11.Q00 £.
11. Werkwijze volgens één der conclusies 1-4, 5 met Let kenmerk, dat Let elektroliet een 48 gew. %'s oplossing van HBr in water is.
12. Werkwijze volgens één der conclusies 1-4, met Let k e n m e:r k, dat de halfgeleiderelektrodes van silicium zijn.
13. Werkwijze volgens één der conclusies 1-4, met Let kenmerk, dat ten minste een deel van de energie nodig om de cel te voeden, wordt geleverd door een uitwendige energiebron, die bestaat uit een batterij. 790 76 02
NL7907602A 1978-11-01 1979-10-15 Werkwijze voor het voortbrengen van waterstofgas uit een elektrolietoplossing. NL7907602A (nl)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US95676178 1978-11-01
US05/956,761 US4203813A (en) 1978-11-01 1978-11-01 Method for producing HBr

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL7907602A true NL7907602A (nl) 1980-05-06

Family

ID=25498666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL7907602A NL7907602A (nl) 1978-11-01 1979-10-15 Werkwijze voor het voortbrengen van waterstofgas uit een elektrolietoplossing.

Country Status (11)

Country Link
US (1) US4203813A (nl)
JP (1) JPS5569273A (nl)
AU (1) AU525868B2 (nl)
BR (1) BR7906798A (nl)
CA (1) CA1154714A (nl)
CH (1) CH642685A5 (nl)
DE (1) DE2943574A1 (nl)
FR (1) FR2440416A1 (nl)
GB (1) GB2036796B (nl)
NL (1) NL7907602A (nl)
SE (1) SE449010B (nl)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0029628A1 (en) * 1979-11-21 1981-06-03 United Technologies Corporation Hydrogen gas generation utilizing a bromide electrolyte, an amorphous silicon semiconductor and radiant energy

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3241801A1 (de) * 1982-11-11 1984-05-17 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Wasserstoff/brom-zelle
DE3324945C2 (de) * 1983-07-11 1986-04-17 Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser
US4561945A (en) * 1984-07-30 1985-12-31 United Technologies Corporation Electrolysis of alkali metal salts with hydrogen depolarized anodes
US5132851A (en) * 1987-04-15 1992-07-21 Bomar Leslie A Side mirror rotating apparatus including a transducer with a signal transmitter and a signal receiver
US5520793A (en) * 1995-04-03 1996-05-28 Benham Electrosynthesis Company, Inc. Methods of producing hydrogen iodide electrochemically
NL1015183C2 (nl) * 2000-05-12 2001-11-13 Universiteit Twente Mesa Res I Werkwijze en inrichting voor het door electrochemisch genereren van een of meer gassen.
US20030008192A1 (en) * 2001-04-10 2003-01-09 Freund Michael S. Actuatable and reversible pressure generation based on fuel cell operation
US20030186107A1 (en) * 2002-03-04 2003-10-02 Maston Valerie A. High performance fuel cells
US20040067192A1 (en) * 2002-10-07 2004-04-08 The Procter & Gamble Company Conversion of sodium bromide to anhydrous hydrobromic acid and sodium bisulfate
US6811763B2 (en) * 2002-10-07 2004-11-02 The Procter & Gamble Company Conversion of sodium bromide to anhydrous hydrobromic acid and sodium bisulfate
US20130134046A1 (en) * 2011-11-30 2013-05-30 John R. Fanchi Method of Increasing Hydrogen Production by Infrared Electrolysis
CN114893792B (zh) * 2022-05-24 2023-11-21 金宏气体股份有限公司 一种用于溴化氢合成炉的远程点火系统及方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US394638A (en) * 1888-12-18 brevoort
US807640A (en) * 1895-06-25 1905-12-19 Roberts Chemical Company Manufacture of hydrochloric acid.
DE2033802A1 (de) * 1970-07-08 1972-01-20 Basf Ag Verfahren zur elektrolytischen Wiedergewinnung von Chlor aus wäßriger Salzsäure
US3954577A (en) * 1974-11-27 1976-05-04 Texaco Inc. Electrochemical preparation of aluminum bromide
US4021323A (en) * 1975-07-28 1977-05-03 Texas Instruments Incorporated Solar energy conversion
US4042758A (en) * 1975-11-03 1977-08-16 The Superior Oil Company Photochemical cell
US4011149A (en) * 1975-11-17 1977-03-08 Allied Chemical Corporation Photoelectrolysis of water by solar radiation
DE2615302A1 (de) * 1976-04-08 1977-11-03 Rheinische Braunkohlenw Ag Thermo-elektrochemisches kreislaufverfahren zur gewinnung von wasserstoff und sauerstoff aus wasser
US4110180A (en) * 1976-04-28 1978-08-29 Diamond Shamrock Technologies S.A. Process for electrolysis of bromide containing electrolytes
US4069120A (en) * 1976-09-21 1978-01-17 United Technologies Corporation Photo-electrolytic production of hydrogen
US4053376A (en) * 1976-10-27 1977-10-11 Ppg Industries, Inc. Electrolytic production of hydrogen iodide
GB1581422A (en) * 1976-11-26 1980-12-10 Allied Chem Photoelectrolysis of water by solar radiation
US4147601A (en) * 1977-07-28 1979-04-03 Ppg Industries, Inc. Electrolytic production of hydrobromic acid
US4124464A (en) * 1977-10-19 1978-11-07 Rca Corporation Grooved n-type TiO2 semiconductor anode for a water photolysis apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0029628A1 (en) * 1979-11-21 1981-06-03 United Technologies Corporation Hydrogen gas generation utilizing a bromide electrolyte, an amorphous silicon semiconductor and radiant energy

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6120633B2 (nl) 1986-05-23
CH642685A5 (de) 1984-04-30
CA1154714A (en) 1983-10-04
AU525868B2 (en) 1982-12-02
US4203813A (en) 1980-05-20
AU5173079A (en) 1980-05-08
GB2036796A (en) 1980-07-02
BR7906798A (pt) 1980-06-24
SE7908884L (sv) 1980-05-02
FR2440416A1 (fr) 1980-05-30
DE2943574C2 (nl) 1987-04-09
JPS5569273A (en) 1980-05-24
SE449010B (sv) 1987-03-30
FR2440416B1 (nl) 1984-02-24
DE2943574A1 (de) 1980-05-14
GB2036796B (en) 1983-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4203814A (en) Hydrogen gas generation utilizing a bromide electrolyte and radiant energy
Licht et al. Over 18% solar energy conversion to generation of hydrogen fuel; theory and experiment for efficient solar water splitting
Liu et al. Photoelectrochemical behavior of thin cadmium selenide and coupled titania/cadmium selenide semiconductor films
Mavroides et al. Photoelectrolysis of water in cells with SrTiO3 anodes
US7271334B2 (en) Photocatalytic film for the cleavage of water into hydrogen and oxygen
Khaselev et al. A monolithic photovoltaic-photoelectrochemical device for hydrogen production via water splitting
Levy‐Clement et al. Spontaneous photoelectrolysis of HBr and HI
Fan et al. Semiconductor electrodes. 31. Photoelectrochemistry and photovoltaic systems with n-and p-type tungsten selenide (WSe2) in aqueous solution
NL7907602A (nl) Werkwijze voor het voortbrengen van waterstofgas uit een elektrolietoplossing.
US4236984A (en) Hydrogen gas generation utilizing a bromide electrolyte, an amorphous silicon semiconductor and radiant energy
Licht et al. Light invariant, efficient, multiple band gap AlGaAs/Si/metal hydride solar cell
Malpas et al. Semiconductor electrodes. 20. Photogeneration of solvated electrons on p-type gallium arsenide electrodes in liquid ammonia
Thompson et al. Photoelectrochemical Generation of Chlorine on Catalytically Modified n‐Silicon/Indium Tin Oxide Anodes
Mavroides Electrode materials for the photoelectrolysis of water
US4227977A (en) Hydrogen gas generation utilizing a bromide electrolyte, a boron phosphide semiconductor and radiant energy
Calabrese et al. Photoelectrochemical Reduction of 2‐t‐Butyl‐9, 10‐Anthraquinone at Illuminated P‐Type Si: An Approach to the Photochemical Synthesis of Hydrogen Peroxide
JPS59157976A (ja) 光電極及び光電化学セル
Forouzan et al. Solution‐Modified n‐GaAs/Aqueous Polyselenide Photoelectrochemistry
Folmer et al. Photoelectrochemical characterization of CdSnP2 crystals
JPS5927391B2 (ja) 光エネルギ−利用の水分解装置
AU537037B2 (en) Hydrogen gas generation utilizing a bromide electrolyte, a boron phosphide semiconductor and radiant energy
EP0062035B1 (en) Hydrogen gas generation utilizing a bromide electrolyte, a boron phosphide semiconductor and radiant energy
Cojocaru et al. Use of porous GaAs electrodes in photoelectrochemical cells
Calabrese et al. Photoassisted reduction of sulfur dioxide in nonaqueous solutions at p-type semiconductor electrodes
US4218301A (en) Apparatus for producing HBr utilizing a consumable bromine electrode

Legal Events

Date Code Title Description
BA A request for search or an international-type search has been filed
BB A search report has been drawn up
A85 Still pending on 85-01-01
BC A request for examination has been filed
BV The patent application has lapsed