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DE1240571B - Method for reducing the polarization at a gas diffusion electrode in a fuel element and an arrangement for carrying out the method - Google Patents

Method for reducing the polarization at a gas diffusion electrode in a fuel element and an arrangement for carrying out the method

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Publication number
DE1240571B
DE1240571B DEA41467A DEA0041467A DE1240571B DE 1240571 B DE1240571 B DE 1240571B DE A41467 A DEA41467 A DE A41467A DE A0041467 A DEA0041467 A DE A0041467A DE 1240571 B DE1240571 B DE 1240571B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrolyte
electrode
fuel
pores
gas
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
DEA41467A
Other languages
German (de)
Inventor
Dr Olle Lindstroem
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Norden Holding AB
Original Assignee
ASEA AB
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 ASEA AB filed Critical ASEA AB
Publication of DE1240571B publication Critical patent/DE1240571B/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/08Fuel cells with aqueous electrolytes
    • 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

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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int. Cl.:FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY Int. Cl .:

HOImHOIm

!DEUTSCHES! GERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Deatsche Kl.: 21 b -14/01Deatsche Kl .: 21 b -14/01

Nummer: 1240571Number: 1240571

Aktenzeichen: A41467 VI b/21 bFile number: A41467 VI b / 21 b

Anmeldetag: 25. Oktober 1962 Filing date: October 25, 1962

Auslegetag: 18. Mai 1967Open date: May 18, 1967

Ein Brennstoffelement zum Erzeugen von elektrischer Energie durch Reaktion zwischen einem kontinuierlich zugeführten Brennstoff, z. B. Wasserstoffgas, und einem kontinuierlich zugeführten oxydierenden Stoff, z.B. Sauerstoffgas, Luft oder Halogen, kann in ihrer einfachsten Form aus einem flüssigen Elektrolyten und zwei porösen Elektroden bestehen, von denen die eine zwischen dem Elektrolyten und dem Brennstoff und die andere zwischen dem Elektrolyten und dem oxydierenden Stoff angeordnet istA fuel element for generating electrical energy by reacting between a continuously supplied fuel, e.g. B. hydrogen gas, and a continuously supplied oxidizing Substance, e.g. oxygen gas, air or halogen, in its simplest form can be derived from a liquid Electrolytes and two porous electrodes are made, one of which is between the electrolyte and the fuel and the other between the electrolyte and the oxidizing substance

Die Elektrodenreaktion in den Brennstoffelementen erfolgt in den Kontaktstellen zwischen Elektrolyt, Brennstoff und oxydierendem Stoff und Elektrode. Biese Kontaktstellen liegen an den Stellen in den Poren der Elektroden, wo Elektrolyt und Brennstoff bzw. oxydierender Stoff aneinandergrenzen. Die Folge ist, daß nur ein sehr kleiner Teil der Porenfläche der Elektroden für die dort stattfindende Reaktion ausgenutzt und die Konzentrationspolarisation bedeutend wird.The electrode reaction in the fuel elements takes place in the contact points between the electrolyte, Fuel and oxidizing substance and electrode. These contact points are at the points in the Pores of the electrodes where the electrolyte and fuel or oxidizing substance meet. the The result is that only a very small part of the pore area the electrodes are used for the reaction taking place there and the concentration polarization becomes significant.

Der Brennstoff kann indessen auch in dem Elektrolyten dispergiert oder gelöst sein. Dies ist bei Elementen für flüssigen Brennstoff der Fall. Auch gewisse Oxydationsmittel, z. B. Wasserstoffperoxyd, können im Elektrolyten gelöst sein. Kombinationsformen zwischen Elementen mit gasförmigem und flüssigem Brennstoff sind auch denkbar, z. B. Brennstoffelemente mit einem Brennstoff, der aus aufgelöstem Methanol und gasförmigem Wasserstoffgas besteht, die beide an der porösen Brennstoffelektrode reagieren. In galvanischen Elementen war es früher bekannt, die Polarisation bei porösen Elektroden mit Hilfe einer Anordnung zu vermindern, die eine kontinuierliche Zirkulation des Elektrolyten in einer Richtung besorgt.The fuel can, however, also be dispersed or dissolved in the electrolyte. This is with elements the case for liquid fuel. Certain oxidizing agents, e.g. B. hydrogen peroxide, can be dissolved in the electrolyte. Combination forms between elements with gaseous and liquid fuel are also conceivable, e.g. B. fuel elements with a fuel that consists of dissolved Methanol and gaseous hydrogen gas are made up, both of which are attached to the porous fuel electrode react. In galvanic elements it was previously known to use polarization in porous electrodes Help an arrangement to diminish the continuous circulation of the electrolyte in one Direction worried.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermindern der Polarisation an der Elektrode und zum Verbessern des Ausnutzens der Porenoberfläche der Elektrode für die dort stattfindende Reaktion bei einer porösen Elektrode in einem Brennstoffelement, an deren einer Seite ein flüssiger Elektrolyt angeordnet ist, der wenigstens teilweise die Poren der Elektrode ausfüllt und durch die Poren der Elektrode mit einem auf der anderen Seite der Elektrode angeordneten, an der Elektrode reagierenden Gas Kontakt bildet.The present invention relates to a method for reducing the polarization on the electrode and to improve the utilization of the pore surface of the electrode for the reaction which takes place there with a porous electrode in a fuel element, on one side of which a liquid electrolyte is arranged, at least partially the Fills pores of the electrode and passes through the pores of the electrode with one on the other side of the Electrode arranged, at the electrode reacting gas forms contact.

Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt in den Poren der Elektrode mit Hufe einer Pulsierungsvorrichtung hin- und herbewegt wird.The method according to the invention is characterized in that that the electrolyte in the pores of the electrode with the aid of a pulsation device and is moved.

Elektrolyt und Gas bilden wenigstens während der Pulsierung Grenzflächen in den Poren. Wenn sowohl Verfahren zum Vermindern der Polarisation
an einer Gasdiffusionselektrode in einem
Brennstoffelement und eine Anordnung zum
Ausführen des Verfahrens
Electrolyte and gas form interfaces in the pores at least during the pulsation. If both methods of reducing polarization
on a gas diffusion electrode in one
Fuel element and an arrangement for
Carrying out the procedure

Anmelder:Applicant:

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget,Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget,

Västeräs (Schweden)Västeräs (Sweden)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. H. Missling, Patentanwalt,Dipl.-Ing. H. Missling, patent attorney,

Gießen, Bismarckstr. 43Giessen, Bismarckstrasse. 43

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dr. Olle Lindström, Västeräs (Schweden)Dr. Olle Lindström, Västeräs (Sweden)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Schweden vom 28. Oktober 1961 (10 738)Sweden October 28, 1961 (10 738)

a5 Brennstoff als auch Oxydationsmittel aus an porösen Elektroden befindlichen Gasen bestehen, kann natürlich die Bewegung des Elektrolyten an beiden Elektroden gleichzeitig erfolgen. In dem Fall, wo der Brennstoff oder das Oxydationsmittel im Elektrolyten ausgelöst sind, kann die beschriebene Bewegung der Grenzfläche zwischen Elektrolyten und gasförmigem Stoff nur an der einen Elektrode erfolgen, an der Gas vorhanden ist. Für diese Bewegungen des Elektrolyten kann eine Pulsiervorrichtung, z. B. ein Impulsgenerator verwendet werden, der am Elektrolytraum der Brennstoffzelle angeschlossen ist. Der Impulsgenerator kann dabei aus einem Kolben bestehen, der dem Elektrolyten in einem Zylinder eine hin- und hergehende Bewegung erteilt, oder aus einer Membran, die in analoger Weise auf den Elektrolyten einwirkt. Durch die Bewegungen des Elektrolyten in den Poren findet eine wirksame Umrührung des Elektrolyten statt, was die Umsetzung von herein- und herauskommenden Reaktionsprodukten im Porensystem beschleunigt, so daß die Zusammensetzung des Elektrolyten im Porensystem konstanter gehalten und die Konzentrationspolarisation reduziert wird.a5 fuel as well as oxidizer from an porous If there are gases located in the electrodes, the movement of the electrolyte at both can of course Electrodes take place at the same time. In the case where the fuel or oxidizer is in the electrolyte triggered, the described movement of the interface between electrolyte and gaseous Substance can only be made on the one electrode where gas is present. For these movements of the Electrolytes can be a pulsing device, e.g. B. a pulse generator can be used on the electrolyte compartment the fuel cell is connected. The pulse generator can consist of a piston, which gives the electrolyte a reciprocating motion in a cylinder, or from a Membrane that acts in an analogous manner on the electrolyte. By the movements of the electrolyte an effective stirring of the electrolyte takes place in the pores, which the conversion of in- and emerging reaction products accelerated in the pore system, so that the composition of the electrolyte in the pore system is kept more constant and the concentration polarization is reduced will.

Wenn die Grenzfläche zwischen Elektrolyten und Gas sich in den Poren hin- und herbewegt, kommt ein Effekt von besonders großer Bedeutung hinzu. Wenn der Elektrolyt aus den Poren gezogen wird,When the interface between electrolyte and gas moves back and forth in the pores, comes an effect of particularly great importance is added. When the electrolyte is drawn from the pores,

709 580/96709 580/96

3 43 4

bleibt nämlich ein Flüssigkeisfilm auf den Flächen Teil durch die Ventile 12 und 13 zum Druckaus-namely, a liquid film remains on the surfaces part through the valves 12 and 13 for pressure

des Porensystems der betreffenden Elektrode zurück, gleichbehälter 14 geführt. Bei der Rückbewegung desof the pore system of the electrode in question, the same container 14 out. When the

der schnell mit dem vorhandenen Gas gesättigt wird. Kolbens 15 schließt das Rückschlagventil 12 und öff*·which is quickly saturated with the gas present. Piston 15 closes the check valve 12 and öff *

Wenn der Elektrolyt zurückgeführt wird, werden die net das Rückschlagventtil 10. Das Drosselventil IiWhen the electrolyte is returned, the net will be the check valve 10. The throttle valve Ii

Reaktionsprodukte entfernt, und der Flüssigkeitsfilm 5 ist so eingestellt, daß der Elektrolyt, der bei der vpr-Removed reaction products, and the liquid film 5 is adjusted so that the electrolyte, which in the vpr-

wird bei Rückgang des Elektrolyten erneuert. Bei herigen Vorwärtsbewegung des Kolbens 15 in dieis renewed when the electrolyte drops. With previous forward movement of the piston 15 in the

Verwendung von Luft als Oxydationsmittel wird Elektroden gepreßt worden ist, dabei zurückgesaugtUsing air as an oxidizing agent, electrodes have been pressed, thereby being sucked back

außerdem der besondere Vorteil erreicht, daß. das wird. Eine Regelung des Differenzdruckes zwischenalso achieved the particular advantage that. that will. A regulation of the differential pressure between

Stickstoffgas herausventiliert wird. den Gasräumen 5 und 7 und dem Elektrolytraum 4Nitrogen gas is vented out. the gas spaces 5 and 7 and the electrolyte space 4

Die Bedingungen für die Pulsierung hängen in io kann mit druckempfindlichen Organen 16 und 17 er-The conditions for the pulsation depend in io can be established with pressure-sensitive organs 16 and 17

erster Linie von den Durchmessern der Poren ab. Die folgen, die den Mittelwert für die Druckunterschiedeprimarily on the diameter of the pores. The follow which are the mean value for the pressure differences

Porendurchmesser sind oft von der Größenordnung messen und die Reglerventile 19 und 20 für die Gas-Pore diameters are often of the order of magnitude and the regulator valves 19 and 20 for the gas

1 bis 30 μ. Bei diesen Porendurchmessern kann mit zufuhr steuern. Es handelt sich um bekannte druck-1 to 30 μ. With these pore diameters, you can control the supply with. These are well-known pressure

Vorteil eine Pulsierung mit einer Frequenz von 10 empfindliche Organe, die vorzugsweise verwendetAdvantage of a pulsation with a frequency of 10 sensitive organs, which are preferably used

bis 200 Schwingungen je Minute verwendet werden 15 werden, um ein pneumatisches oder elektrisches Si-up to 200 vibrations per minute can be used 15 to generate a pneumatic or electrical safety

und eine so große Amplitude, wie mit Rücksicht auf gnal zu geben, das die Druckdifferenz auf elek-and such a large amplitude as to be given in consideration of the gnal, so that the pressure difference on elec-

Druckabfall, mechanische Festigkeit der Brennstoff- trischem Weg auf ein anderes Organ überträgt, dasPressure drop, mechanical strength of the fuel transferring way to another organ that

zelle, besonders der Elektroden, und Leistungsbedarf die Ventile beeinflußt. In der in der Figur gezeigtencell, especially the electrodes, and the power requirement of the valves. In the one shown in the figure

für die Pulsierung möglich ist. Die Amplitude für die Anordnung dient die Pulsiervorrichtung 9 gleichzeitigfor pulsation is possible. The amplitude for the arrangement is used by the pulsating device 9 at the same time

Pulsierung ist wesentlich größer als die Porendurch- 20 als Zirkulationspumpe für den Elektrolyten. DieThe pulsation is much greater than the pore size as a circulation pump for the electrolyte. the

messer. Elektroden 2 und 3 können so ausgeformt sein, daßknife. Electrodes 2 and 3 can be shaped so that

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind eine Pulsierung hauptsächlich in der reaktionsträgerenSeveral embodiments of the invention are pulsation mainly in the more reactive

im folgenden an Hand der schematischen Zeichnung Elektrode dadurch stattfindet, daß der Widerstandin the following on the basis of the schematic drawing electrode takes place in that the resistance

näher beschrieben. Jn der Zeichnung zeigt für die Flüssigkeitsströmung in dieser niedriger ge-described in more detail. In the drawing shows for the liquid flow in this lower

F i g. 1 eine Anordnung zum Ausführen des erfin- 25 macht wird (größerer Porendurchmesser) als in derF i g. 1 an arrangement for carrying out the invention is made (larger pore diameter) than in FIG

dungsgemäßen Verfahrens, in der der Elektrolyt zwi- anderen.according to the method in which the electrolyte between others.

sehen zwei porösen Elektroden angeordnet ist, von In dem oben beschriebenen Fall kann die Elek-see two porous electrodes arranged from In the case described above, the elec-

denen die eine an der Außenseite in Kontakt mit trode2 aus einer aktiven Nickelelektrode bestehen;one of which on the outside in contact with trode2 consists of an active nickel electrode;

einem gasförmigen Brennstoff und die andere an der die in bekannter Weise durch Pressen und Sinterna gaseous fuel and the other to the in a known manner by pressing and sintering

Außenseite in Kontakt mit einem gasförmigen Oxy- 30 einer Pulvermischung von 30 Gewichtsprozent AIu-Outside in contact with a gaseous oxy- 30 a powder mixture of 30 weight percent AIu-

dationsmittel steht, minium-Nickel-Legierung, die gleiche Teile derdation agent stands, minium-nickel alloy, the same parts of the

F i g. 2 eine Anordnung, bei der der Brennstoff im beiden Metalle enthält, und 70 GewichtsprozentF i g. 2 shows an arrangement in which the fuel contains both metals, and 70 percent by weight

Elektrolyten aufgelöst ist, der dabei die eine der Karbonylnickel hergestellt ist, wonach das gesinterteElectrolyte is dissolved, one of which is made of carbonyl nickel, after which the sintered

Elektroden völlig und die andere teilweise ausfüllt, Produkt durch Herauslösen des Aluminiums mitElectrodes completely and the other partially filled, product by leaching out the aluminum with

wo das Oxydationsmittel in der Form eines Gases an 35 einer Lauge aktiviert wird, und bei welcher die Porenwhere the oxidizing agent is activated in the form of a gas on an alkali, and in which the pores

der Außenseite angeordnet ist. einen Durchmesser von etwa 2 bis 4 μ haben und diethe outside is arranged. have a diameter of about 2 to 4 μ and the

Die Brennstoffzelle! enthält gemäß Fig. 1 zwei Porosität etwa 50°/o beträgt. Die Elektrode3 kannThe fuel cell! contains according to FIG. 1 two porosity is about 50%. The electrode3 can

poröse Elektroden 2 und 3. Zwischen den Elektroden aus einer Silberelektrode bestehen, die in analogerporous electrodes 2 and 3. Between the electrodes consist of a silver electrode, which in analog

befindet sich der Elektrolyt im Elektrolytraum 4. und gleichfalls bekannter Weise aus einer Pulver-the electrolyte is in the electrolyte compartment 4. and also, as is known, from a powder

Außerhalb der Elektrode 2 befindet sich ein Gas- 40 mischung hergestellt ist, die aus 30 GewichtsprozentOutside the electrode 2 there is a gas mixture made up of 30 percent by weight

raum 5, der einen gasförmigen Brennstoff enthält, der Silber-Aluminium-Legierung, die gleiche Teile derspace 5, which contains a gaseous fuel, the silver-aluminum alloy, the same parts of the

über die Zuführleitung 6 zugeführt wird. Außerhalb beiden Metalle enthält, und 70 Gewichtsprozentis supplied via the supply line 6. Outside contains both metals, and 70 percent by weight

der Elektrode 3 befindet sich ebenfalls ein Gas- Karbonylnickel hergestellt ist und bei der die Porenthe electrode 3 is also a gas carbonyl nickel is made and in which the pores

raum 7, der ein gasförmiges Oxydationsmittel enthält, einen Durchmesser von etwa 3 bis 5 μ haben und dieSpace 7, which contains a gaseous oxidizing agent, have a diameter of about 3 to 5 μ and the

das über die Zufuhrleitung 8 zugeführt wird. Die 45 Porosität etwa 50% ist. Der Elektrolyt kann auswhich is supplied via the supply line 8. The 45 porosity is about 50%. The electrolyte can run out

Pulsierung wird im Prinzip von der Pulsiervorrich- Kalilauge bestehen, die 300 g KOH je Liter enthält,Pulsing will in principle consist of the pulsing device - potassium hydroxide solution, which contains 300 g of KOH per liter,

tung 9 im Zusammenwirken mit einem Rückschlag- Die Betriebstemperatur ist etwa 80° C. Der gasför-device 9 in conjunction with a non-return The operating temperature is about 80 ° C. The gas conveying

ventil 10 und Drosselventil 11 erreicht, die beide vor mige Brennstoff kann aus Wasserstoffgas bestehenvalve 10 and throttle valve 11 reached, both before moderate fuel can consist of hydrogen gas

der Brennstoffzelle angeordnet sind, und mit einem und das gasförmige Oxydationsmittel aus Sauerstoff-the fuel cell are arranged, and with one and the gaseous oxidizing agent from oxygen

zweiten Rückschlagventil 12 und Drosselventil 13, die 50 gas. Die Pulsierung findet mit einer Frequenz vonsecond check valve 12 and throttle valve 13, the 50 gas. The pulsation takes place at a frequency of

beide hinter der Brennstoffzelle angeordnet sind. An 20 Schwingungen je Minute und mit einer Amplitudeboth are arranged behind the fuel cell. At 20 oscillations per minute and with one amplitude

den Elektrolytraum 4 der Brennstoffzelle ist ein statt, die einer mittleren Verschiebung der Grenz-the electrolyte space 4 of the fuel cell is a place that a mean shift of the boundary

Kreislaufsystem 18 angeordnet, das ein Gefäß 14 für fläche in den Poren von etwa 0,3 mm in jeder Elek-Circulatory system 18 arranged, which has a vessel 14 for area in the pores of about 0.3 mm in each elec-

Druckausgleich und Druckhaltung enthält. Dieses trode entspricht.Contains pressure equalization and pressure maintenance. This trode corresponds.

Kreislaufsystem enthält die obengenannten Rück- 55 An Stelle der beschriebenen Brennstoffzelle kannCirculatory system contains the above-mentioned return 55 Instead of the fuel cell described

schlag- und Drosselventile, und die Pulsiervorrich- nach Fig. 1 eine Brennstoffzelle mit Nickelelek-impact and throttle valves, and the Pulsiervorrich- according to Fig. 1, a fuel cell with Nickelelek-

tung 9 ist in einer Zweigleitung 21 zu diesem ange- troden verwendet werden. Diese werden in bekannterDevice 9 is used in a branch line 21 to this electrode. These are known in

ordnet. Der Pulsgenerator kann auch direkt am Elek- Weise durch Pressen einer Pulvermischung von 20 Ge-arranges. The pulse generator can also be operated directly on the elec-

trolytraum 4 der Brennstoffzelle über eine eigene Lei- wichtsprozent Ammoniumbikarbonat und 80 Ge-troly space 4 of the fuel cell has its own weight percent ammonium bicarbonate and 80 weight

tung angeschlossen sein. Die Flüssigkeit in dem 60 wichtsprozent Karbonylnickel, Typ B, bei hoherconnected. The liquid in the 60 weight percent carbonyl nickel, type B, at high

Kreislaufsystem und der Pulsiervorrichtung ist die- Temperatur hergestellt, wonach eine dünne SchichtCirculatory system and the pulsing device is made the-temperature, after which a thin layer

selbe wie in der Brennstoffzelle, d. h. der Elektrolyt. von Karbonylnickel, Typ A, auf die gepreßte Elek-same as in the fuel cell, i.e. H. the electrolyte. of carbonyl nickel, type A, on the pressed elec-

Wenn der Kolben 15 der Pulsiervorrichtung sich in trode durch einen Sedimentierungsprozeß aufge-When the piston 15 of the pulsing device is in trode by a sedimentation process.

Richtung gegen die Brennstoffzelle bewegt, schließt bracht wird. Dabei erhält man eine sogenannte Dop-Moved towards the fuel cell, closes is brought. This gives a so-called double

das Rückschlagventil 10 und öffnet das Rückschlag- 65 pelschichtelektrode, in der die zuerst hergestelltethe check valve 10 and opens the check 65 pelschichtelectrode in which the first made

ventil 12. Auf Grund des Widerstandes im Drossel- Schicht Poren mit einem größten Durchmesser vonvalve 12. Due to the resistance in the throttle layer pores with a largest diameter of

ventil 13 wird ein Teil des pulsierenden Volumens etwa 30 μ und die zuletzt angebrachte Schicht Porenvalve 13 is a part of the pulsating volume about 30 μ and the last layer attached pores

von den porösen Elektroden aufgenommen und ein mit einem größten Durchmesser von etwa 16 μ hat.picked up by the porous electrodes and has a largest diameter of about 16 μ.

Um die Leitfähigkeit der Sauerstoffelekrode zu erhöhen, kann diese mit einer Lithiumverbindung imprägniert sein. Der Brennstoff kann Wasserstoffgas sein. Jede Elektrode ist so angeordnet, daß die Schicht mit den feineren Poren dem Elektrolyten zugekehrt und die Schicht mit den gröberen Poren dem gasförmigen Brennstoff bzw. dem gasförmigen Oxydationsmittel zugekehrt ist. Der Elektrolyt kann aus Kalilauge bestehen, die 300 g KOH je Liter enthält. Die Betriebstemperatur ist etwa 200° C und der Betriebsdruck etwa 40 atm. Die Pulsierung kann mit einer Frequenz von 100 Schwingungen je Minute stattfinden und mit einer Amplitude, die einer mittleren Verschiebung der Grenzfläche in den Poren von etwa 0,3 mm in jeder Elekrode entspricht.To increase the conductivity of the oxygen electrode, it can be impregnated with a lithium compound. The fuel can be hydrogen gas . Each electrode is arranged so that the layer with the finer pores faces the electrolyte and the layer with the coarser pores faces the gaseous fuel or the gaseous oxidizing agent. The electrolyte can consist of potassium hydroxide solution, which contains 300 g KOH per liter. The operating temperature is around 200 ° C and the operating pressure is around 40 atm. The pulsation can take place with a frequency of 100 oscillations per minute and with an amplitude which corresponds to a mean displacement of the interface in the pores of about 0.3 mm in each electrode.

In der Brennstoffzelle in der Anordnung nach Fig. 2 wird kein in einem Gasraum angeordneter Brennstoff verwendet. Statt dessen ist der Brennstoff im Elektrolyten aufgelöst. Der Elektrolyt füllt dabei die Poren in der Elektrode 2 völlig aus und bewegt sich bei der Pulsierung in den Poren hin und her. Außerhalb der Elektrode 3 ist wie vorher ein gasförmiges Oxydationsmittel im Gasraum 7 angeordnet. Die Elektrode 2 kann aus einer bekannten platinierten Nickelelektrode mit einem Durchmesser der Poren von etwa 10 μ und die Elektrode 3 aus der früher beschriebenen Silbernickelelektrode mit einem Durchmesser der Poren von etwa 3 bis 5 μ bestehen. Das gasförmige Oxydationsmittel kann Sauerstoffgas sein. Der Elektrolyt kann aus einer Kalilauge bestehen, die 100 g KOH je Liter enthält. In dieser ist der Brennstoff Methanol aufgelöst in einer Konzentration von etwa 100 g/l. Die Betriebstemperatur ist zweckmäßig 80° C. Die Pulsierung kann mit einer Frequenz von 60 Schwingungen je Minute ausgeführt werden und mit einer Amplitude, die einer mittleren Verschiebung des Elektrolyten in den Poren von etwa 0,5 mm in der Elektrode 2 entspricht. Nachdem der Brennstoff in dem Elektrolyten verbraucht worden ist, wird der Elektrolyt durch einen neuen und neuen Brennstoff enthaltenden ersetzt.In the fuel cell in the arrangement according to FIG. 2, none is arranged in a gas space Fuel used. Instead, the fuel is dissolved in the electrolyte. The electrolyte fills up the pores in the electrode 2 completely and moves back and forth in the pores with the pulsation. Outside the electrode 3, a gaseous oxidizing agent is arranged in the gas space 7, as before. The electrode 2 can consist of a known platinized nickel electrode with a diameter of the pores of about 10 μ and the electrode 3 from the earlier described silver nickel electrode with a diameter the pores consist of about 3 to 5 μ. The gaseous oxidizing agent can be oxygen gas. The electrolyte can consist of a potassium hydroxide solution containing 100 g KOH per liter. In this is the fuel Methanol dissolved in a concentration of about 100 g / l. The operating temperature is appropriate 80 ° C. The pulsation can be carried out with a frequency of 60 oscillations per minute and with an amplitude corresponding to a mean displacement of the electrolyte in the pores of about 0.5 mm in the electrode 2 corresponds. After the fuel in the electrolyte has been consumed, will the electrolyte is replaced with a new and new fuel containing one.

Wenn an Stelle von Kalilauge in der zuletzt beschriebenen Anordnung ein saurer Elektrolyt verwendet wird, kann bei Betrieb der Brennstoffzelle gebildetes Kohlendioxyd in der Anordnung 14 abgegast werden, und Brennstoff, d. h. in dem angeführten Fall Methanol, gleichfalls in der Anordnung 14 kontinuierlich zugeführt werden.If an acidic electrolyte is used instead of potassium hydroxide in the arrangement described last is, carbon dioxide formed in the arrangement 14 can be exhausted during operation of the fuel cell and fuel, d. H. in the cited case methanol, likewise in the arrangement 14 continuously are fed.

Die im Anschluß an die Beschreibung der F i g. 1 und 2 dargestellten Elektroden, Brennstoffe, Oxydationsmittel und Elektrolyten sind nur Beispiele von geeignetem Material. Es ist offenbar, daß die Erfindung bei allen Brennstoffzellen mit porösen Elektroden und flüssigen Elektrolyten in Kontakt mit einem gasförmigen Brennstoff oder gasförmigen Oxydationsmittel verwendet werden kann.Following the description of FIG. Electrodes, fuels, oxidizers and electrolytes shown in FIGS. 1 and 2 are only examples of suitable material. It is evident that the invention can be used in all fuel cells with porous electrodes and liquid electrolytes in contact with a gaseous fuel or gaseous oxidizing agent.

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum Vermindern der Polarisation an einer Gasdiffusionselektrode in einem Brennstoffelement, die an der einen Seite mit dem flüssigen Elektrolyten und an der anderen Seite mit dem Gas in Kontakt steht, dadurchgekennzeichnet, daß der (Elektrolyt in den Poren der Elektrode mit Hilfe einer Pulsiermaschine \ hin-" und herbewegt wird.1. A method for reducing the polarization at a gas diffusion electrode in a fuel element, which is in contact on one side with the liquid electrolyte and on the other side with the gas, characterized in that the (electrolyte in the pores of the electrode with the aid of a pulsing machine \ is moved back and forth. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Elektrolyten in den Poren der Elektrode mit einer Frequenz von 10 bis 200 Schwingungen je Minute durchgeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the movement of the electrolyte in the pores of the electrode with a frequency of 10 to 200 oscillations per minute is carried out. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsiervorrichtung (9) auf den Elektrolytraum (4) des Brennstoffelementes (1) einwirkt.3. The method according to claim 1, characterized in that the pulsing device (9) acts on the electrolyte space (4) of the fuel element (1). 4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Elektrolytraum (4) ein Kreislaufsystem (18) angeschlossen ist, daß die Pulsiervorrichtung (9) an die Zuführungsleitung des Kreislaufsystems (18) zum Elektrolytraum (4) zwischen letzterem und einem Rückschlagventil (10) angeschlossen ist, daß in der Zuführungs- und Abführungsleitung des Kreislaufsystems je ein Rückschlagventil (10, 12) und ein Drosselventil (U, 13) in Reihe miteinander angeordnet sind und daß sich in dem Kreislaufsystem ein Druckausgleichbehälter (14) befindet.4. Arrangement for performing the method according to claims 1 to 3, characterized in that that a circulatory system (18) is connected to the electrolyte space (4), that the pulsing device (9) is connected to the supply line the circulatory system (18) to the electrolyte space (4) between the latter and a check valve (10) is connected that in the supply and discharge line of the circulatory system one check valve (10, 12) and one throttle valve (U, 13) are arranged in series with one another and that there is a pressure equalization tank (14) in the circulatory system. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings 709 580/96 5.67 © Bundesdruckerei Berlin709 580/96 5.67 © Bundesdruckerei Berlin
DEA41467A 1961-10-28 1962-10-25 Method for reducing the polarization at a gas diffusion electrode in a fuel element and an arrangement for carrying out the method Pending DE1240571B (en)

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DE (1) DE1240571B (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1284499B (en) * 1962-08-29 1968-12-05 Bbc Brown Boveri & Cie Hydrogen-oxygen fuel element

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