RU1840846C

RU1840846C - High-temperature fuel cell with molten electrolyte

Info

Publication number: RU1840846C
Application number: SU715446/07A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Константинович Степанов; Алексей Михайлович Трунов; Глеб Георгиевич Архипов; Эмилия Николаевна Родигина; Вольдемар Александрович Гааг
Priority date: 1962-04-02
Filing date: 1962-04-02
Publication date: 2013-01-20

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used in high-temperature fuel cells. High-temperature fuel cell with fused electrolyte has electrodes separated by rings from serpentine with clearance therebetween filled with magnesium oxide pellets.

EFFECT: higher efficiency of fuel cell operation.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области конструкций высокотемпературных топливных элементов [1-10]. The invention relates to the field of high-temperature fuel cell structures [1-10].

Имеющиеся в настоящее время конструкции высокотемпературных топливных элементов работают с применением электродов, имеющих обычно однослойную структуру [6-9]. Рабочие газы подводятся к электродам с одной стороны при помощи специальных камер, что сильно усложняет конструкцию элемента, увеличивает непроизводительный объем и вес. Применяемые носители электролита (матрицы) имеют мелкопористую структуру, в результате чего пропитывающий их электролит имеет большое омическое сопротивление, что препятствует съему высоких плотностей тока.Currently available designs of high-temperature fuel cells operate using electrodes that usually have a single-layer structure [6–9]. Working gases are supplied to the electrodes on one side by means of special chambers, which greatly complicates the design of the element, increases unproductive volume and weight. The used electrolyte carriers (matrices) have a finely porous structure, as a result of which the electrolyte impregnating them has a large ohmic resistance, which prevents the removal of high current densities.

В описываемой конструкции топливного элемента (см. рис.1) применяются три электрода: один кислородный (серебряный) (1) и два топливных (никелевых) (2). Электроды имеют круглую форму (⌀ 4,5 см). Конструкция и технология изготовления электродов подробно описаны ранее. Между собой электроды разделяются серпентиновыми кольцами (3). Расстояние между электродами 2 мм. На нижний и средний электроды в полости колец насыпан крупно размолотый порошок предварительно спеченной окиси магния, служащий для удержания слоя электролита между электродами. По неплотностям между кольцами и электродами электролит постепенно протекает сверху вниз. Для предотвращения полного вытекания электролита осуществляется его циркуляция с помощью насоса (7), работающего по принципу аэролифта. Насос изготовлен из нихромовых трубок. Он подает электролит на верхний электрод. Для работы насоса используются отходящие газы.In the described design of the fuel cell (see Fig. 1), three electrodes are used: one oxygen (silver) (1) and two fuel (nickel) (2). The electrodes are round in shape (⌀ 4.5 cm). The design and manufacturing technology of the electrodes are described in detail previously. The electrodes are separated by serpentine rings (3). The distance between the electrodes is 2 mm. Coarsely ground powder of pre-sintered magnesium oxide is poured onto the lower and middle electrodes in the cavity of the rings, which serves to hold the electrolyte layer between the electrodes. According to leaks between the rings and electrodes, the electrolyte gradually flows from top to bottom. To prevent the complete leakage of the electrolyte, it is circulated by means of a pump (7) operating on the principle of an airlift. The pump is made of nichrome tubes. It supplies electrolyte to the upper electrode. Exhaust gases are used to operate the pump.

Вся система (электроды, кольца) лежит на подставке (4) из спеченной окиси магния, находящейся в круглом сосуде (5) из нихрома, в котором скапливался стекающий электролит. Токоотводами служат газоподводящие трубки (8). Вся ячейка помещается в круглой печи (6) со съемной боковой стенкой (см. рис.2). Температура замеряется термопарой (12), касающейся верхнего электрода. Ток газов регулируется кранами с плавной регулировкой (9) и контролируется манометрами (10). На выходе газовых цепей установлены контрольные барботеры (11).The whole system (electrodes, rings) lies on a stand (4) made of sintered magnesium oxide, located in a round vessel (5) of nichrome, in which the draining electrolyte was accumulated. The down conductors are gas supply tubes (8). The whole cell is placed in a circular furnace (6) with a removable side wall (see Fig. 2). The temperature is measured with a thermocouple (12) touching the upper electrode. The gas flow is regulated by taps with smooth adjustment (9) and is controlled by pressure gauges (10). At the outlet of the gas chains, control spargers are installed (11).

Характеристики ячейкиCell characteristics

Используемые газы: топливный газ - водород или конвертированный водород; окислитель - кислород, углекислый газ (1:2). Рабочее давление газов 1 ати. Рабочая температура 600°C. ЭДС не нагруженной ячейки 1,14 В. Плотность тока при 0,4 В 0,325 А/см².Gases used: fuel gas - hydrogen or converted hydrogen; oxidizing agent - oxygen, carbon dioxide (1: 2). Working gas pressure 1 ati. Operating temperature 600 ° C. The EMF of an unloaded cell is 1.14 V. The current density at 0.4 V is 0.325 A / cm ² .

Настоящее предложение может найти применение во всех областях народного хозяйства. ЛитератураThis proposal can find application in all areas of the national economy. Literature

1. О.К.Давтян. "Проблема непосредственного превращения химической энергии топлива в электрическую", Из-во АН СССР, М., 1947 г.1.O.K. Davtyan. "The problem of the direct conversion of the chemical energy of fuel into electrical energy", From the Academy of Sciences of the USSR, M., 1947

2. D.L.Duglas, Ind. Engin. Chem. 52, №4, 308, 1960.2. D.L. Duglas, Ind. Engin. Chem. 52, No. 4, 308, 1960.

3. H.H.Chambers, Desmond, Герм. пат. 1023099 от 23 янв. 1958.3. H. H. Chambers, Desmond, Germ. US Pat. 1023,099 Jan 23 1958.

4. H.HChambers, A.D.S.Tantram, Ind. Engin. Chem., 52, №4, 295, 1960.4. H.H. Chambers, A.D. S. Tantram, Ind. Engin. Chem., 52, No. 4, 295, 1960.

5. E.Rideal, Z.Elektrochem, 62, №3, 325, 1958.5. E. Rideal, Z. Elektrochem, 62, No. 3, 325, 1958.

6. E.Gorin, H.Z.Recht, Chem. Engin. Prog., 55: №8, 51, 1959.6. E. Gorin, H.Z. Recht, Chem. Engin. Prog., 55: No. 8, 51, 1959.

7. G.H.T.Broers, "High Temperature Fuel Cell" dissert. Amsterdam 1958.7. G.H.T. Broers, "High Temperature Fuel Cell" dissert. Amsterdam 1958.

8. G.H.T.Broers, J.A.A.Ketelar, Ind. Engin. Chem. 52, №4, 303, 19608. G.H.T. Broers, J.A. A. Ketelar, Ind. Engin. Chem. 52, No. 4, 303, 1960

9. Е.А.Дезьюбей. "Высокотемпературные топливные элементы" Перевод доклада на конференции американского общества инженеров по автомобилестроению, апрель 1960, г.Нью-Йорк. Исследовательский отдел фирмы Кертнес Райт.9. E.A. Desubey. "High-Temperature Fuel Cells" Translation of a report at a conference of the American Society of Automotive Engineers, April 1960, New York. Research department of the company Curtnes Wright.

10. E.B.Schultz, L.G.Marinowski, H.R.Linden, Amerikan Gas Journal, 188, №5, 24, 1961.10. E. B. Schultz, L. G. Marinsowski, H. R. Linden, Amerikan Gas Journal, 188, No. 5, 24, 1961.

Claims

1. The design of a high-temperature fuel cell with a molten electrolyte and three-layer electrodes, characterized in that, in order to increase the efficiency of the cell, the electrodes are separated by serpentine rings with filling the gaps between them with magnesium oxide in the form of granules (grains).

2. The design according to claim 1, characterized in that for the purpose of circulating the electrolyte, a pump of the type of aerial lift of nichrome tubes is used.