DE10322781B4

DE10322781B4 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE10322781B4
Application number: DE10322781A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Lipski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2023-05-20
Also published as: DE10322781A1

Abstract

Brennstoffzellensystem mit Anode und Kathode und sie trennenden Elektrolyten, mit einem auf Anode und Kathode wirkenden Magnetfeld, dadurch gekennzeichnet, daß
– die Anode und Kathode aus mit Legierungszusätzen chemisch passiviertem ferromagnetischem Edelstahl bestehen, und
– das Magnetfeld durch eine hinter der Anode mit ihrem einem Pol und der Kathode mit ihrem anderen Pol angeordnete Permanentmagneteinrichtung gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Bei Brennstoffzellen wird Strom und Wärme durch Umwandlung von Wasserstoff H₂ und Sauerstoff O₂ auf chemischen Wege ohne thermische oder mechanische Zwischenschritte gewonnen. Der Wasserstoff und der Sauerstoff werden durch einen Elektrolyseur oder Reformer für Erdgas gewonnen. Ähnlich wie in einer Batterie besitzt eine Brennstoffzelle zwei Elektroden (Anode und Kathode), die miteinander durch einen Elektroly ten verbunden sind. An der Anode wird kontinuierlich Wasserstoff herangeführt und an der Kathode Sauerstoff.
Der Elektrolyt ist dabei als Trennwand zwischen beiden Elektroden ausgeführt und sorgt dafür, dass Sauerstoff und Wasserstoff nicht direkt aufeinandertreffen, sondern nur positiv geladene Wasserstoff-Ionen (2H+) hindurchgelangen, nachdem ein Wasserstoffatom bei der Ionenbildung der Anode ein Elektron an einen Stromkreis abgegeben hat.
Die so entstehende elektrische Spannung ist wie an einer Batterie durch einen elektrischen Verbraucher nutzbar. Statt Sauerstoff kann auch Luft an der Kathode zugeführt werden. Sauerstoffatome an der Kathode aus Luft oder aus reinem Sauerstoff nehmen die Elektroden auf und es entstehen negativ geladene Sauerstoff-Ionen O2-, die zusammen mit den durch die Membran hindurchgehenden Wasserstoff Ionen zu Wasser reagieren.
Es sind nun verschiedene Brennstoffzellentypen auf der Basis dieses Konzeptes realisiert worden, die grob in zwei Gruppen, die Niedertemperaturbrennstoffzellen mit Betriebstemperaturen bis ca. 200°C und Hochtemperaturbrennstoffzellen mit Betriebstemperaturen zwischen 650°C und 1000°C unterschieden werden. Die Brennstoffzellentypen nutzen unterschiedliche Elektrolyten z. B. Kalilauge oder Festpolymere oder sogar Phosphorsäure.
Als Brennstoff wird bei den alkalischen Brennstoffzellen (mit Kalilauge als Elektrolyt) Wasserstoff eingesetzt. Bei Hochtemperatur-Brennstoffzellen wird jedoch auch Erdgas direkt als Brennstoff verbrannt werden können und als Elektrolyt Lithium- oder Kaliumkarbonat und Zirkoniumoxid verwandt werden können. Die Wirkungsweise der Brennstoffzellen hängt jedoch auch von der Wahl des Materials der Anode und der Kathode ab. Hier wird jedoch meist mit chemisch inaktiven Metallen gearbeitet.
Im Stand der Technik, aus der WO 2001/28025 A1, sind bereits Brennstoffzellen zur Reformation von organischem Treibstoff bekannt, die ein magnetisches Feld in Kathode oder Anode vorschlagen. Weiter sind aus der DE 36 24 054 A1 bereits inerte Elektroden mit katalytischer Wirksamkeit und aus der DE 196 39 068 A1 eine (Demonstrations-) Anlage zur Wasserstoff-Energieerzeugung bekannt.
Die Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle, insbesondere den des Ionen-Übergangs an Anode und Kathode weiter zu verbessern.
Hierzu wird vorgeschlagen, ferromagnetische Materialien zu verwenden, die gegebenenfalls durch Legierungszusätze chemisch passiviert werden (z. B. als nichtrostender Edelstahl) und diese in ein magnetisches Feld einzubringen, indem an der Rückseite der Anode und Kathode der Nord- bzw. Südpol eines vorzugsweise durch einen Dauermagneten ausgebildeten Magnetfeldes angeordnet wird. Die Nord- und Südpole können aber für – einige Anode-/Kathode- und Elektrolyt-Kombinationen auch getauscht in anderer polarer Ausrichtung angeordnet werden, wobei zusätzlich durch einen Eisenrückschluß ihre Wirksamkeit verbessert werden kann.
Dieses Prinzip kann neben der Verbesserung des Wirkungsgrades als Brennstoffzelle auch bei Elektrolyseuren die Aufspaltung des Wassers in Sauerstoff und Wasserstoff im Wirkungsgrad verbessern.
Als Material für Anode und Kathode werden neben Eisen insbesondere Nickel und Kobalt vorgeschlagen, und es wird zusätzlich noch eine Verbesserung des Ionen-Übergangs an Anode und Kathode vorgeschlagen, durch zusätzliches Beleuchten entweder mit einer künstlichen Lichtquelle, beispielsweise hellen LEDs, oder – sofern dies in Gegenden mit hoher Sonneneinstrahlung leicht möglich ist -, durch Sonnenlicht, das durch geeignete Prismen auf die Anoden- und Kathodenoberflächen gelenkt wird.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnung.
Dabei zeigt die
1 eine schematische Darstellung einer Brennstoffzelle,
2 eine schematische Darstellung eines Elektrolyseurs, wobei durch ein Solarmodul der elektrische Strom zugeführt werden kann und
3 eine schematische Darstellung, bei der sowohl bei einem Elektrolyseur, als auch bei einer Brennstoffzelle magnetische Einrichtungen mit Nord-/Südpol vorhanden sind.
In der 1 ist anhand einer schematischen Darstellung gezeigt, wie der Elektrolyt angeordnet ist, in dem die Ionen hindurchwandern (gezeigt ist ein Beispiel, in dem auch die O₂-Ionen in den Elektrolyt einwandern). Dies ist mit Pfeilen veranschaulicht.
Hinter den grau gerasterten Anoden und Kathoden sind Nord- und Südpol eines mit Eisenrückschluß ausgeführten Permanentmagneten in Hufeisenkonfiguration dargestellt. Es ist jedoch auch denkbar, Elektromagneten zu verwenden oder zwei separate Magneten.
In der 2 wird anhand eines Elektrolyseurs gezeigt, wie auch hier die Wirkung der Anode und Kathode verbessert werden kann. Die Spannung wird dabei beispielsweise durch ein Solarmodul erzeugt.
Schließlich ist in 3 eine Kombination von Elektrolyseur und Brennstoffzelle in einem Brennstoffzellensystem dargestellt.

Claims

Brennstoffzellensystem mit Anode und Kathode und sie trennenden Elektrolyten, mit einem auf Anode und Kathode wirkenden Magnetfeld, dadurch gekennzeichnet, daß – die Anode und Kathode aus mit Legierungszusätzen chemisch passiviertem ferromagnetischem Edelstahl bestehen, und – das Magnetfeld durch eine hinter der Anode mit ihrem einem Pol und der Kathode mit ihrem anderen Pol angeordnete Permanentmagneteinrichtung gebildet wird.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine die den Elektrolyten kontaktierende Oberfläche der Anode und Kathode mit Licht beaufschlagende Einrichtung aus einem Prisma zum Umleiten von Sonnenlicht auf die Anoden- und Kathodenoberflächen.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch direkte Einstrahlung von Licht mittels LEDs in die Wasser- und Sauerstoffkanäle der Brennstoffzelle.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eisenrückschluß den Süd- und Nordpol der Permanentmagneteinrichtung zur Ausbildung eines hufeisenförmigen Dauermagneten miteinander verbindet.