NO150047B - Fremgangsmaate til produksjon av hydrogen ved elektrolyse - Google Patents
Fremgangsmaate til produksjon av hydrogen ved elektrolyse Download PDFInfo
- Publication number
- NO150047B NO150047B NO773665A NO773665A NO150047B NO 150047 B NO150047 B NO 150047B NO 773665 A NO773665 A NO 773665A NO 773665 A NO773665 A NO 773665A NO 150047 B NO150047 B NO 150047B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- hydrogen
- electrolysis
- oxygen
- stated
- cathode material
- Prior art date
Links
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims description 46
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims description 46
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical class [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 41
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 11
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 42
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 19
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 claims description 18
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 11
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 6
- GEYXPJBPASPPLI-UHFFFAOYSA-N manganese(iii) oxide Chemical compound O=[Mn]O[Mn]=O GEYXPJBPASPPLI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000007868 Raney catalyst Substances 0.000 claims description 4
- 229910000564 Raney nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 4
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ABLLXXOPOBEPIU-UHFFFAOYSA-N niobium vanadium Chemical compound [V].[Nb] ABLLXXOPOBEPIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Inorganic materials [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 13
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 5
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 5
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 5
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HZEWFHLRYVTOIW-UHFFFAOYSA-N [Ti].[Ni] Chemical compound [Ti].[Ni] HZEWFHLRYVTOIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- -1 hydrogen halides Chemical class 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical group [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019758 Mg2Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010340 TiFe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000274 adsorptive effect Effects 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010349 cathodic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000039 hydrogen halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012433 hydrogen halide Substances 0.000 description 1
- KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N iminotitanium Chemical compound [Ti]=N KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004681 metal hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 229940008718 metallic mercury Drugs 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Description
Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til produksjon av hydrogen
ved elektrolyse av vann eller vandige oppløsninger.
Hydrogen har stadig økende betydning som grunnstoff i den kjemiske industri, f.eks. som råstoff ved fremstilling av kunst-stoffer eller ved direkte reduksjon av jernmalmer og også som frem-tidig energibærer - ved siden av eller i stedet for elektrisk strøm (jfr. f.eks. "Naturwissenschaftliche Rundschau", 27. årgang, 1974, side 370-372). Fremstilling av hydrogen foregår for tiden vesentlig via petrokjemiske prosesser ( ca. 78%), som bygger på fossile brenn-stoffer som jordolje og kull som primære energibærere.
Produksjonen av hydrogen ut fra slike energibærere er imidlertid relativt kostbar, og dertil kommer at særlig forekomstene av jordolje, d.v.s. av disponible hydrokarboner,er begrenset. Der har derfor ikke manglet på forsøk på å gjøre hydrogenproduksjonen uavhengig av hydrokarboner. For ■ hydrogenproduksjonen synes det derfor særlig aktuelt å gjøre bruk av vannelektrolyse, altså spaltning av vann ved tilførsel av elektrisk energi. Denne prosess, hvor der foruten hydrogen også dannes oksygen, kan for tiden gjelde som teknisk moden, skjønt der ennå er behov for å bedre energi-virkningsgraden, som for nærværende ligger på ca. 45-65%. Noe som ytrer seg ugunstig ved vannelektrolyse, er ennvidere at den samlede energi som skal presteres,må anvendes i form av verdifull elektrisk energi. Der er derfor også allerede blitt kjent en rekke forslag til å dele opp bruttoreaksjonen ved vannspaltning i enkeltskritt på den måte at der fremkommer en rent termisk cyklus. (Jfr. f.eks. de tyske"Offenlegungsschriften" 22 06 283, 23 65 120, 24 06 107,
24 09 762 og 24 11 286). Slike termomekaniske kretsprosesser er
imidlertid stadig forbundet med vanskeligheter når det gjelder gjennomførligheten av de enkelte prosess-skritt, og de er dessuten beheftet med fremdeles uløste problemer når det gjelder stoff-separasjon,såvel som ennå ubesvarte materialspørsmål.
Oppfinnelsens oppgave er ved en fremgangsmåte til produksjon av hydrogen ved elektrolyse av vann eller vandige oppløsninger å minske behovet for elektrisk energi uten å måtte ta med på kjøpet de ulemper som knytter seg til termokjemiske prosesser.
Dette blir ifølge oppfinnelsen oppnådd ved at der anvendes
et katodemateriale som binder hydrogenet på overflaten eller bygger det inn i krystallgitteret i et potensialområde som er
mer positivt enn det reversible hydrogenpotensial, og at det bundne hydrogen så utenfor elektrolysecellen frigjøres fra katodematerialet ved tilførsel av varmeenergi.
Fremgangsmåten til hvdroaenproduksjon ved elektrolyse av vann,resp. av vandige oppløsninger,i samsvar med oppfinnelsen ut-gjør en kombinert elektrokjemisk og termisk fremgangsmåte. Ved denne fremgangsmåte blir en del av den elektriske energi som ellers behøves for elektrolysen,erstattet med termisk energi, altså varmeenergi. Dette blir oppnådd ved at den termodynamisk beregnede spaltningsspenning for vann ved elektrolysen blir nedsatt ved over-lagring resp. sammenkobling med en kjemisk reaksjon som har en negativ dannelsesentalpi. Til dette blir der som katodemateriale, d.v.s. som elektrodemateriale for den (negative) elektrode hvor hydrogenet utvikles ved den konvensjonelle elektrolyse,anvendt et materiale som har evne til,i et potensialområde som er mer positivt enn det reversible hydrogenpotensial - et område som i det følgende også vil bli betegnet som underspenningsområde - å binde, altså adsorbere hydrogen på overflaten eller bygge det inn i gitteret.
I tilslutning til dette blir det bundne hydrogen så i et annet prosess-skritt - utenfor elektrolysecellen - fraspaltet katodematerialet ved tilførsel av varmeenergi, d.v.s. at elektrodematerialet blir regenerert på termisk vei. Etter å være befridd for hydrogenet blir katodematerialet så påny benyttet ved elektrolysen og til dette formål ført tilbake til elektrolysecellen.
Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen lar seg således ved vann-elektrolysen inndele i følgende prosess-skritt (Me = hydrogenlagrende materiale):
1. Elektrolytisk spaltning:
Katodereaksjon:
Anodereaksjon:
Bruttoreaksjon:
2. Termisk spaltning:
Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen svarer innsparingen
av elektrisk energi, som tidligere ble frembragt i et konvensjonelt kraftverk eller også ved hjelp av kjerne- eller solenergi med en virkningsgrad mellom 15 og 35%, teoretisk til den frie dannelsesentalpi ved de reaksjoner som forløper samtidig under elektrolysen som sammenkoblede reaksjoner. Det annet prosess-skritt' som kreves
ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, nemlig termisk spaltning eller nedbrytning, kan i alminnelighet gjennomføres i temperatur-området opp til ca. 900°C. Dette prosess-skritt er derfor også f.eks. tilgjengelig for kombinasjon med en høytemperaturreaktor (HTR). Fordelen ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er særlig å se i redusert behov for høyverdig elektrisk energi og i de prosessteknisk enklere gjennomførlige stoffseparasjoner.
For økning av ledningsevnen blir der ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, likedan som ved den konvensjonelle vannelektrolyse, hensiktsmessig tilsatt lut eller syre, spesielt natronlut eller svovelsyre.
Foruten slikt vann med tilsetninger kan der ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen også benyttes vandige oppløsninger av andre stoffer, spesielt oppløsninger av hydrogenhalogenider eller alkalihalogenider. Elektrolysen av en hydrogenkloridoppløsning, altså av saltsyre, forløper f.eks. da etter følgende skjema:
2 HC1 » H2 + C<l>2,
idet der ved katoden utvikles hydrogen og ved anoden klor. Ved den elektrokjemiske spaltning av en vandig natriumkloridoppløsning, den såkalte kloralkali-elektrolyse, foregår følgende reaksjon:
2 H20 + 2 NaCl > H2 + 2 Na0H + C12'
Disse to reaksjoner kan følgelig tjene til fremstilling av klor foruten hydrogenfremstilling. Ved kloralkali-elektrolysen dannes i tillegg natronlut.
Ved elektrolysen av slike vandige oppløsninger kan man ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, likedan som ved vannelektrolysen, for å minske behovet for elektrisk energi anvende et katodemateriale som binder hydrogen i underspenningsområdet, nærmere bestemt et hydriddannende metall, særlig tantal eller palladium, eller en hydriddannende metallegering, særlig av vanadium-niob eller nikkel-titan. Prinsipielt er imidlertid alle slike metaller og legeringer anvendelige som har en negativ hydriddannelses-entalpi, dvs. innbygger hydrogenet i gitteret under avgivelse av energi (eksoterm reaksjon). Slike stoffer er f.eks.: Mg, Ti, V, Nb, U, Mg2Ni,
TiFe, LaNig og PrCo^. Som katodemateriale kan der imidlertid
også anvendes et metall som adsorberer hydrogen på overflaten under avgivelse av energi, særlig platina eller Raney-nikkel.
F.eks. i systemet LaNi,-/H2 må der ved avspaltningen av hydrogen presteres en desorpsjonsvarme på 7,2 kcal/mol H2.
Omtrent med den samme mengde vil da også den frie reaksjonsentalpi
AG av den elektrolytiske vannspaltning minke, dvs. fra 56,7 kcal/
mol til ca. 50 kcal/mol. Dette betyr en vinning av elektrisk energi på ca. 12%. Vinningen i elektrisk energi kan imidlertid,
som det vil bli påvist i det følgende, være enda høyere, opptil 30% og mer.
Ved vannelektrolysen kan der ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ennvidere fordelaktig anvendes et anodemateriale som i det tilhørende underspenningsområde, dvs. i et potensialområde som er mer negativt enn det reversible oksygenpotensial, danner et oksyd, for på denne måte blir det mulig å minske behovet for elektrolytisk energi til elektrolysen enda mer. Fra det ved elektrolysen dannede oksyd blir så oksygenet avspaltet termisk utenfor elektrolysecellen. Som anodemateriale anvendes i den forbindelse fortrinnsvis et metall, særlig sølv eller kvikk-sølv, eller et metalloksyd, særlig mangan(III)-oksyd Mn203-
På tilsvarende måte kan der f.eks. ved elektrolysen av
vandige hydrogenhalogenid- eller alkalihalogenid-oppløsninger anvendes anodematerialer som i underspenningsområdet danner halogenider. Disse halogenider blir så igjen spaltet termisk under avspaltning av energi. Det potensialområde hvori halogenid-dannelsen skjer, må i den forbindelse stadig være mer negativt enn det reversible oksygenpotensial som ligger på + 1,2 3 V,
regnet på potensialet av den reversible hydrogenelektrode. I
tillegg må dette potensialområde også være mer negativt enn det tilsvarende reversible halogenpotensial, som f.eks. utgjør + 1,0 7 V ved brom og + 1,36 V ved klor.
Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gjør man fortrinns-
vis bruk av pulverformede elektrodematerialer. Slike materialer for katoden og eventuelt også for anoden har den fordel at de oppviser en stor overflate og dermed en stor lagringsevne for hydrogen resp. oksygen eller halogen.
For å gi et mest mulig fullstendig bilde av oppfinnelsens nyhetsstilling skal der i det følgende omtales endel publikasjoner som menes å være av interesse.
Fra DE-AS 1 065 821 er anvendelsen av katoder av Raney-nikkel og anoder av sølv kjent i forbindelse med elektrolyse av vann. Imidlertid dreier det seg bare om avspaltning av vann i en vann-elektrolysør, en prosess som skiller seg prinsipielt fra fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, da der blir utviklet hydrogen ved katoden og oksygen ved anoden, og ikke som i det foreliggende tilfelle ved katoden bundet hydrogen, resp. dannet en metall-hydridfase, mens der ved anoden fortrinnsvis dannes et metalloksyd, og videre blir energien til spaltning av vannet i hydrogen og oksygen ved den kjente vannelektrolyse utelukkende levert i form av elektrisk energi. Spenningen mellom elektrodene blir valgt slik at der her danner seg nok hydrogen og oksygen i elementærs form som dermed kan føres bort fra elektrolysecellene i gassform, mens hydrogen og eventuelt oksygen ved den foreliggende fremgangsmåte ikke blir frembragt i gassformet tilstand,men der takket være valg av spenning og elektrodematerialer skjer en adsorptiv resp. absorptiv eller kjemisk binding av hydrogen og eventuelt oksygen på de respektive elektrodematerialer, og der så fra cellen blir ført ut ett eller to faste produkter som inneholder henholdsvis hydrogen og oksygen i bundet form, hvoretter frigivelsen av gassene skjer i en separat operasjon utenfor cellen.
Likeoverfor kjente metoder kan i det hele tatt oppfinnelses-gjenstanden sies å ha som vesentlig særtrekk at den rent elektrokjemiske prosess ved vannelektrolysen blir overført til "en elektrokjemisk-termisk prosess,uansett om der i den forbindelse vil kunne anvendes i og for seg kjente elektrodematerialer,som imidlertid må være i stand til i det tilhørende potensialområde å binde hydrogen resp. oksygen og dermed gjøre det mulig å minske cellespenningen.
Denne redegjørelse gjelder i det vesentlige også med hensyn til DE-AS 2 307 851 og US-PS 3 959 018,som angår henholdsvis en hydrogenlagringselektrode og en lavtrykksnikkel/hydrogencelle,
og hvorfra det bl.a er kjent å benytte en hydriddannende metall-legering, spesielt titannikkel,resp. et hydriddannende metall som platina eller palladium.
Oppfinnelsen vil bli belyst ytterligere ved en del utførelses-eksempler og en tegning.
Eksempel 1
Katodemateriale: Ta
Anodemateriale: M^O^ resp. MnO(OH)
Elektrolytt: Vandig NaOH
Under den elektrolytiske prosess blir der ved katodisk reduksjon ved katoden dannet hydrogenatomer, som i underspenningsområdet blir bygget inn i tantalets metallgitter. Ved anoden opp-står der samtidig fra mangan(III)-oksydet ved anodisk oksydasjon mangan(IV)-oksyd, altså Mn02- Innsparingen i energi i det reversible tilfelle, sammenholdt med vanlig vannelektrolyse,kan utledes av figuren: I stedet for den ellers nødvendige verdi på 1,23 V utgjør spaltningsspenningen for vannet nu bare 0,83 V. Dette svarer til en minskning av behovet for elektrisk energi fra 237,4 kJ/mol H20 til 16 0,2 kJ/mol H20. Ved spaltningen av tantalhydridet i tantal og hydrogen og spaltningen av Mn02 i Mn2°3°9 °2
blir da differansen på 77,2 kJ/mol å prestere som termisk energi. Denne energi må i tilfellet av tantalhydrid tilføres ved ca. 400°C og for MnC>2 ved ca. 500°C. Den teoretiske innsparing av elektrisk energi utgjør 32,5%.
Da der tilstrebes en endelig reaksjonshastighet,vil man ved den praktiske gjennomførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, likedan som ved den konvensjonelle elektrolyse, anvende høyere spaltningsspenninger. I praksis forløper elektrolyseprosessene omtrent ved en spenning på 2,0 - 2,2 V med en strømtetthet av 200mA/cm 2. Den høye overspenning beror i den forbindelse vesentlig på irreversibiliteten av oksygenelektroden. Men da man ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omgår oksygendannelsen, er over-spenningen her lavere,så innsparingen av energi faller enda gunstig-ere enn ved den teoretiske betraktning.
For ved elektrolysen å komme frem til høye strømtettheter og holde diffusjonsveiene i det faste legeme små, er det hensiktsmessig å anvende elektrodematerialer med stor overflate. Til dette foreligger særlig de følgende muligheter: a) Pressede og/eller sintrede plater av pulvermateriale, som etter avslutning av den elektrolytiske prosess kan uttas fra elektrolysen og etter en vaske- og tørreprosess tilføres den termiske
regenerering;
b) pulverformede materialer som innføres i det respektive elektrode-rom og bringes til å danne en deig med elektrolytt-væsken. I
elektrolytt-rommet finnes der dessuten en metallisk leder til påtrykning av spenningen, f.eks. i form av et metallblikk ved bipolar anordning,og en gitterplate eller et diafragma til å begrense elektrolyse-rommet.
Anvendelsen av pulverformede elektrodematerialer har også den fordel at elektrolysen kan utføres kontinuerlig.
For regenereringen blir elektrodematerialet tatt ut fra cellen, vasket, tørket og tilført den termiske spaltning. I den forbindelse foregår ved de ovennevnte elektrodematerialer de følgende reaksjoner:
Den termiske spaltning av manganmalm (MnC^) skjer ved ca. 530 C med påtagelig reaksjon; mellom ca. 850 og 940°C blir der under videre avgivelse av oksygen dannet Mn^O^.
Eksempel 2
Katodemateriale: Pd
Anodemateriale: Ag
Elektrolytt: Vandig KOH
Palladium innleirer hydrogenatomer med en underspenning av ca. 50 mV i gitteret. Spenningen forblir i den forbindelse konstant inntil fullstendig omdannelse til B-palladiumhydrid. Sølv blir ved -56 mV - målt mot det reversible oksygenpotensial - oksydert til Ag20. Avspaltningen av hydrogen fra palladiumhydridet kan foretas ved ca. 200°C. Likevekts-dissosiasjonstrykket utgjør da 5 bar. Avgivelsen av hydrogen fra Ag20 skjer ovenfor 350°C.
Eksempel 3
Katodemateriale: Ni
Anodemateriale: Hg
Elektrolytt: Vandig KOH
Ved anvendelse av en nikkelkatode blir der under elektrolysen ikke dannet noe hydrid, men oppnådd en overfladisk belegning av nikkelet med hydrogenatomer. For å oppnå en tilfredsstillende belegningskapasitet benyttes et materiale med stor spesifikk overflate. Et slikt materiale foreligger f.eks. i Raney-nikkel: til 5 Ni-atomer kommer der her nemlig 1 H-atom.
Ved anvendelse av platina som katodemateriale er det også mulig å arbeide med sur oppløsning. Oppbygningen av det katodiske hydrogenbelegg skjer da allerede i underspenningsområdet fra 100 til 300 mV. Det metalliske kvikksølv blir ved -303 mV i forhold til det reversible O2~potensial oksydert til HgO, som så tilføres den termiske spaltning.
Eksempel 4
Katodemateriale: VNb
Anodemateriale: Mn2°3
Elektrolytt: Vandig KOH
Man går frem på tilsvarende måte som i eksempel 1. Under elektrolysen danner seg på katoden hydridet VNbH^, hvorfra der allerede ved 100°C fraspaltes hydrogen under et trykk av 10 bar.
Eksempel 5
Katodemateriale: Ni-Ti-legering
Anodemateriale: Hg
Elektrolytt: Vandig NaOH
Som katodemateriale anvendes særlig NiTi2- Ved elektrolysen blir hydrogenet da innbygget i gitteret.
Claims (6)
1. Fremgangsmåte til produksjon av hydrogen ved elektrolyse av vann eller vandige oppløsninger, karakterisert ved at der anvendes et katodemateriale som binder hydrogenet på overflaten eller innbygger det i krystallgitteret i et potensialområde som er mer positivt enn det reversible hydrogenpotensial, og at det bundne hydrogen så utenfor elektrolyse-cellen frigjøres fra katodematerialet ved tilførsel av varmeenergi .
2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at der som katodemateriale anvendes et hydriddannende metall, særlig tantal.eller palladium,eller en hydriddannende metallegering, særlig en vanadium-niob- eller en nikkel-titan-legering.
3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 , karakterisert ved at der som katodemateriale anvendes et hydrogenadsorberende materiale, særlig platina eller Raney-nikkel.
4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, 2 eller 3, hvor der ved anoden produseres oksygen,
karakterisert ved at der anvendes et anodemateriale som i et potensialområde som er mer negativt enn det reversible oksygenpotensial, danner et oksyd, og at oksygenet så utenfor elektrolyse-cellen avspaltes termisk fra oksydet.
5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4,karakterisert ved at der som anodemateriale anvendes et metall, særlig sølv eller kvikksølv, eller et metalloksyd, særlig mangan(III)-oksyd.
6. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved at der anvendes pulverformede elektrodematerialer.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2650217A DE2650217C2 (de) | 1976-11-02 | 1976-11-02 | Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO773665L NO773665L (no) | 1978-05-03 |
NO150047B true NO150047B (no) | 1984-04-30 |
NO150047C NO150047C (no) | 1984-08-08 |
Family
ID=5992267
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO773665A NO150047C (no) | 1976-11-02 | 1977-10-26 | Fremgangsmaate til produksjon av hydrogen ved elektrolyse |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4146446A (no) |
DE (1) | DE2650217C2 (no) |
NO (1) | NO150047C (no) |
SE (1) | SE7711675L (no) |
Families Citing this family (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IN153057B (no) * | 1978-09-21 | 1984-05-26 | British Petroleum Co | |
US4259418A (en) * | 1979-11-09 | 1981-03-31 | The International Nickel Co., Inc. | Photoelectrochemical cell with in-situ storage using hydrogen storage electrodes |
US4342792A (en) * | 1980-05-13 | 1982-08-03 | The British Petroleum Company Limited | Electrodes and method of preparation thereof for use in electrochemical cells |
US5041197A (en) * | 1987-05-05 | 1991-08-20 | Physical Sciences, Inc. | H2 /C12 fuel cells for power and HCl production - chemical cogeneration |
JPH05508713A (ja) * | 1990-05-25 | 1993-12-02 | ドレクスラー,ジェロウム | 分布された重水素―リチウムエネルギー装置 |
US20050276366A1 (en) * | 1995-05-12 | 2005-12-15 | Electrochemical Innovations, Inc. | Low temperature nuclear fusion |
US5968325A (en) * | 1997-01-07 | 1999-10-19 | A.T.S. Electro-Lube Holdings Ltd. | Auto-electrolytic hydrogen generator |
CA2243219A1 (en) | 1998-07-14 | 2000-01-14 | A.T.S. Electro-Lube Holdings Ltd. | Electrolytic generation of nitrogen |
US7125480B2 (en) * | 2001-06-18 | 2006-10-24 | Austin & Neff, Llc | Methods for affecting the ultra-fast photodissociation of water molecules |
US6939449B2 (en) * | 2002-12-24 | 2005-09-06 | General Atomics | Water electrolyzer and system |
DE10305153B4 (de) * | 2003-02-08 | 2008-10-02 | Gct Gas-Cell-Tec Ag | Elektrochemisch und/oder chemisch regenerierbare Metallhydrid-/Wasserstoffzelle und Gerät für die wiederholbare elektrochemische Erzeugung von Wasserstoff |
US20060088138A1 (en) * | 2004-04-07 | 2006-04-27 | Andre Jouanneau | Method and apparatus for the generation and the utilization of plasma solid |
FR2871478B1 (fr) * | 2004-06-15 | 2006-12-22 | Arash Mofakhami | Systeme d'intrusion et de collision cation-electrons dans un materiau non conducteur |
US7727373B2 (en) * | 2006-03-17 | 2010-06-01 | Lawrence Curtin | Hydrogen absorption rod |
US20070215201A1 (en) * | 2006-03-17 | 2007-09-20 | Lawrence Curtin | Photovoltaic cell with integral light transmitting waveguide in a ceramic sleeve |
FR2913417B1 (fr) * | 2007-03-06 | 2009-11-20 | Ceram Hyd | Procede et unite de stockage d'hydrogene |
JP5189781B2 (ja) * | 2007-03-23 | 2013-04-24 | ペルメレック電極株式会社 | 水素発生用電極 |
FR2916906B1 (fr) * | 2007-05-28 | 2009-10-02 | Ceram Hyd Soc Par Actions Simp | Membrane echangeuse protonique et cellule comportant une telle membrane |
FR2928492B1 (fr) * | 2008-03-06 | 2011-10-21 | Ceram Hyd | Materiau pour un dispositif electrochimique. |
US20110139631A1 (en) * | 2009-12-11 | 2011-06-16 | Anthony Scott Brown | Gas generation and management system |
US8764966B2 (en) | 2011-11-10 | 2014-07-01 | GM Global Technology Operations LLC | Electrochemical process and device for hydrogen generation and storage |
AU2015101511A4 (en) * | 2015-02-23 | 2015-11-19 | Rodolfo Antonio Gomez | Electrolytic storage of hydrogen |
JP7248531B2 (ja) * | 2019-07-22 | 2023-03-29 | トヨタ自動車株式会社 | 水素ガスの製造装置、水素ガスの製造方法、および水素吸蔵合金 |
CN114477379A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-05-13 | 中山市英熊电器有限公司 | 一种饮用水活化水装置及其制备方法 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA635934A (en) * | 1962-02-06 | Steinkohlen-Elektrizitat Aktiengesellschaft | Water electrolyzer | |
DE1546728C3 (de) * | 1965-09-18 | 1975-07-17 | Varta Batterie Ag, 3000 Hannover | Verfahren zur Herstellung eines silberhaltigen pulverförmiger! Katalysators für Sauerstoffelektroden |
FR2278396A1 (fr) * | 1974-06-12 | 1976-02-13 | Electricite De France | Electrolyse a alimentation electrique autonome |
-
1976
- 1976-11-02 DE DE2650217A patent/DE2650217C2/de not_active Expired
-
1977
- 1977-10-06 US US05/839,784 patent/US4146446A/en not_active Expired - Lifetime
- 1977-10-17 SE SE7711675A patent/SE7711675L/xx not_active Application Discontinuation
- 1977-10-26 NO NO773665A patent/NO150047C/no unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2650217A1 (de) | 1978-07-13 |
DE2650217C2 (de) | 1981-10-01 |
NO150047C (no) | 1984-08-08 |
US4146446A (en) | 1979-03-27 |
SE7711675L (sv) | 1978-05-03 |
NO773665L (no) | 1978-05-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO150047B (no) | Fremgangsmaate til produksjon av hydrogen ved elektrolyse | |
McHugh et al. | Decoupled electrochemical water splitting: from fundamentals to applications | |
CA2769559C (en) | Method for co-generation of electric energy and hydrogen | |
US4235863A (en) | Method of and cell for generating hydrogen | |
US5219671A (en) | Hydrogen generation and utility load leveling system and the method therefor | |
CA2676755C (en) | Electrolysis cell for the conversion of cuprous chloride in hydrochloric acid to cupric chloride and hydrogen gas | |
JPS6122036B2 (no) | ||
CN101796220A (zh) | 包含二氧化硫去极化阳极的电解槽和使用其产生氢的方法 | |
JP2008539328A (ja) | 亜鉛と水の酸化還元によって水素を生成及び吸蔵するための電気化学的方法 | |
US8470156B2 (en) | Electrochemical process and production of novel complex hydrides | |
Zhou et al. | Decoupled water electrolysis: Flexible strategy for pure hydrogen production with small voltage inputs | |
Shao et al. | Decoupled hydrogen and oxygen evolution for efficient water splitting by using nickel hydride batteries | |
Dong et al. | Ion-conducting ceramic membranes for renewable energy technologies | |
CN114402095A (zh) | 错流式水电解 | |
Zhao et al. | Contemporaneous oxidation state manipulation to accelerate intermediate desorption for overall water electrolysis | |
US9850585B1 (en) | Enhancing electrochemical methods for producing and regenerating alane by using electrochemical catalytic additive | |
Mahdavi et al. | A comparison of nickel boride and Raney nickel electrode activity in the electrocatalytic hydrogenation of phenanthrene | |
EP3724372B1 (en) | Method for storing electrical energy in solid matter | |
JP2003247088A (ja) | 水素化硼素化合物の製造方法および装置 | |
Afshan et al. | Green H2 Generation from Seawater Deploying a Bifunctional Hetero‐Interfaced CoS2‐CoFe‐Layered Double Hydroxide in an Electrolyzer | |
Grigor’ev et al. | Electrolyzers with solid polymer electrolyte for getting special-purity gases | |
US3577329A (en) | Process for the production of high purity hydrogen | |
US20240014409A1 (en) | Electrode For A Redox Flow Battery, Redox Flow Battery And Hydrogen Generation With A Redox Flow Battery | |
SE546000C2 (en) | Electrochemical system comprising two half-cells and method for electrochemical production of gas | |
Zhao et al. | Recent Advances in Electrochemical Cell Design for Concurrent Chemical Production and Electricity Generation |