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DE1958385A1 - Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff

Info

Publication number
DE1958385A1
DE1958385A1 DE19691958385 DE1958385A DE1958385A1 DE 1958385 A1 DE1958385 A1 DE 1958385A1 DE 19691958385 DE19691958385 DE 19691958385 DE 1958385 A DE1958385 A DE 1958385A DE 1958385 A1 DE1958385 A1 DE 1958385A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cell
cathode
anode
hydrogen
oxygen
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
DE19691958385
Other languages
English (en)
Inventor
Harold Shalit
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.)
Atlantic Richfield Co
Original Assignee
Atlantic Richfield Co
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 Atlantic Richfield Co filed Critical Atlantic Richfield Co
Publication of DE1958385A1 publication Critical patent/DE1958385A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

ATLANTIC RICHFIELD COMPAM, New York, NoYo /USA
"Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff11
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff durch Elektrolyse.
Bekanntlich kann man Wasser elektrolytisch spalten um Wasserstoff und Sauerstoff herzustellen« Als ionische Leiter werden dabei Säuren, wie z.B. Schwefelsäure, oder Basen, wie ζ„Bo Natriumhydroxyd, in das Wasser eingebrachte Eine äußere Gleichstromquelle sorgt für den Strom, der nötig ist, die Reaktion ablaufen zu lassen. Die Spannung an der Zelle wird durch zwei Hauptkomponenten bestimmt t die Polarisation der beiden Elektroden und der innere Widerstand des Elektrolyts. Bei der üblichen Wasserelektrolyse geht der größte Teil der Spannung, der über den Betrag liegt, der theoretisch zur Zersetzung des Wassers nötig ist, aufgrund einer Polarisation an der Sauerstoffelektrode verloren. Da die Energiekosten den Hauptfaktor der Kosten der Wasserstoff- und Sauerstoffherstellung bei der herkömmlichen Wasserelektrolyse
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darstellen, ist es nötig, Mittel zu finden, den Energiebedarf bei der Elektrolyse zu senken, wenn dieses Verfahren der Wasserstoffherstellung in der Großtechnik konkurrieren können solle
Es ist bekannt, daß die theoretische Spannung, die für die Elektrolyse von Wasser bei Baumtemperatur erforderlich ist, 1„23 Volt beträgt ο Aufgrund von Polarisation und Innenwiderstands Verlusten arbeiten die in der Großtechnik verwendeten Seilen im allgemeinen mit einer Spannung von mindestens 2 Volt. Wenn bei Temperaturen im Bereich von 400 bis 6000G gearbeitet wirds dann wird die erforderliche theoretische Spannung auf weniger als 1,0 Volt verringert« Auch ist es durch Verwendung eines geschmolzenen alkalischen Elektrolyts und durch fortlaufende Einführung von Dampf in die Zelle möglich, die Zelle wirtschaftlicher zu betreiben, d„h., daß die überspannung an der Sauerstoff ersseugenden Elektrode der theoretisch erforderlichen Spannung angenähert werden kann«
Gemäß der Erfindung wird eine elektroIytische Zelle verwendet, bei der ein geschmolzenes Hydroxyd mit einer Temperatur von 4-00 bis 6000G als Elektrolyt verwendet wird» Geeignete Hydroxyde sind Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd, Cäsiumhydroxyd, Rubidiumhydroxyd und Lithiumhydroxyd sowie Gemische derselben. Ein Elektrolyt aus 10 % Natriumhydroxyd und 90 % Kaliumhydroxyd, der auf 450 bis 550°C gehalten wird, ergibt bei . einer Spannung von 1„5 Volt an den Elektroden gute Resultate ο Die elektrolytische Zelle besitzt eine Trennwand, die die Zelle in einen Kathodenraum und einen Anodenraum teilt. Die Trennwand ißt unterhalb des Elektrolytepiegels poröe, so daß Ionen hindurchgehen könne.». Das zu elektrolysierende Wasser wird in den Kathodenraum als Dampf, der die Arbeitstemperatur der Zelle aufweist, eingeführt„ Die Kathode kann eine feste
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Metallplatteroder ein poröses gesintertes Metall, das richtig katalysiert ist, sein, und kann auch aus irgendeinem Metall bestehen, welches eine niedrige Wasserstoffüberspannung besitat, wie z.B„ Nickel, Platin oder Palladium in Form von Platten oder von gesinterem Metall, das richtig katalysiert istβ Die Anode besteht vorzugsweise aus richtig katalysiertem Platin- oder Nickelmetall entweder als feste Platte oder in gesinterter Form» Andere Metalle können für die Anode und Kathode verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie gute elektrische Leiter sind und gegenüber dem Elektrolyt bei der Arbeitstemperatur der Zelle verhältnismäßig inert sind und geeignete Katalysatoren tragen können., Die Reaktionen beim erfindungsgemäßen Verfahren sind die folgenden :
*4 OH"" ^ Qo~ (oder ein anderes Peroxydanion) +
* 2 H2O + 2 e
Anode
oder
(2 H2O2) ——* O2 + H2O O2 + 2 e
Kathode M- H2O + 4 e —? 4 OH" + 2
Während des Betriebs der Vorrichtung wird an der Anode und der Kathode der Zelle ein Gleichstrom angelegt, der den geschmolzenen. Elektrolyt ionisiert» Wenn Dampf in den Kathodenraum eintritt, dann reagiert er an der Kathode und entwickelt Wasserstoff und entläßt Hydroxydionen in den Elektrolytr Diese Hydroxydionen gehen durch die poröse trennwand hindurch und reagieren an der Kathode gemäß der obigen Gleichung, wobei Sauerstoff gebildet wird . \
In der beigefügten Zeichnung ist schematisch eine elektro-Iytieehe Zelle 21 dargestellt, die einen geschmolzenen Elektrolyt 31 enthält« Dampf wird in den Kathodenraum 24 eingeführt« Hierdurch wird Wasserstoff im Kathodenraum 24
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und Sauerstoff im Anodenraum 22 entwickelt.
Die elektrolytische Zelle 21 besitzt ein Zellengehäuse 23, daß aus irgendeinem Material hergestellt ist, welches gegenüber dem Elektrolyt bei den Betriebsbedingungen der Zelle inert ist, wie z.B» aus Aluminium oder beschichtetem Eisen ο Eine Trennwand 25, die unterhalb des Spiegels des geschmolzenen Elektrolyts 31 porös ist, ist in die Zelle eingefügt, so daß ein Anodenraum 22 und ein Kathodenraum 24 gebildet werden. Eine Anode 27 und eine Kathode 29 sind in dan geschmolzenen Elektrolyt 31 eingetaucht, und eine Gleichstromquelle 33 ist mit den Elektroden verbunden. Eine Leitung 35 verläuft durch das Zellengehäuse in den Kathodenraum, so daß Dampf in diesen Baum eingeführt werden kann» Eine Leitung 37 ist im Zellengehäuse an der Oberseite des Kathodenraums angeordnet, um den an der Kathode entwickelten Wasserstoff aus der Zelle abziehen zu können. Eine Leitung 39 verläuft durch das Zellengehäuse an der Oberseite des Anodenraums, so daß das an der Anode entwickelte Sauerstoffgas aus der Zelle entfernt werden kann·
Beispiel
Ee wird eine Zelle gebaut, die aus einem Aluminiumkörper, der mit Eisen beschichtet ist, und aus einer porösen gesinterten Aluminiumplatte, die die Zelle in einen Anoden-und einen Kathodenraum trennt, besteht. Ein Gemisch aus 90 Gew.$ Kaliumhydroxyd und 10 Qew«~% Natriumhydroxyd wird in dieser Zelle geschmolzen, und zwei Elektroden aus ^latinisiertem Platin, die gleichen Flächen aufweisen, werden in die Schmelze eingetaucht, eine in den Anodenraum und die andere in den Kathodenraum ο Ein Rohr aus mit einer Aluminiuiaschicht versehenem Eisen ist ebenfalls in die Kathode eingetaucht»
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ORIGINAL INSPECTED
Sie öffnung dieses Rohrs endet in der Nähe der Unterseite der Kathode· Die Zelle wird auf 4800C erhitzt, und eine Spannung,von 1,3 Volt wird an die Elektrode angelegt, wodurch ein Strom von 500 mA/cia Elekfcrodenoberfiäche durch das System hindurchgeht■> An der Kathode wird Jteiner Wasserstoff und an der Anode reiner Sauerstoff entwickelt. Diese Bedingungen können mindestens mehrere Stunden aufrechterhalten «erden, wenn ein Strom aus inertem Gas, das Wasserdampf enthält, durch das Kathodenrohr hindurchgeführt wird. Das Wasser entspricht der 3«r bis 4-fachen Menge der entwickelten stöchiometrischen Wasserstoff mengeο
PATENTANSPRÜCHE
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Claims (1)

  1. ρ α τ is tr α? ans.prüoh. jb
    (λ) Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser in einer Zelle, die eine Anode und eine Kathode aufweist, wobei ein Gleichstrom an den Elektroden angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle eine poröse Trennwand aufweist und daß man in der Zelle einen Elektrolyt schmilzt, der in Hydroxylionen ionisiert, den Elektrolyt zwischen 400 und 6000C hält, kontinuierlich Dampf in den Kathodenraum auführt, Wasserstoff während seiner Entwicklung aus dem Kathodenraum abführt und Sauerstoff während seiner Entwicklung aus dem Anodenraum abführt»
    2«, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschmolzene Elektrolyt aus 10 % Natriumhydroxyd und 90 % Kaliumhydroxyd besteht.
    3ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode und die Kathode für die Entwicklung von Sauerstoff bzw. Wasserstoff katalysiert eindc
    4·. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Anode und die Kathode angelegte Spannung weniger als 1,5 Volt beträgt«
    5« Elektrolytische Zelle für die Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff, bei der eine Anode und Kathode in einen Elektrolyt eingetaucht sind und bei ά·τ ein Gleichstrom an die Elektroden angeschlossen werden kann, dadurch gekennzeichnet« daß sie einen geschmolzenen Elektrolyt mit
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    einer Temperatur zwischen 400 und 6000C, eine poröse Trenn« wand (25), die die Zelle in einen Anoden- und einen Kathodenraum teilt, und eine Quelle 05) für die Einführung von Dampf in den Kathodenraum aufweist.
    6β Zelle nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (27» 29) aus einem Material mit niedriger Wasserstoffüberspannung hergestellt sind*
    7· Zelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus platinisiertem Platin bestehen»
    8· Zelle nach einem der Ansprüche 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Trennwand (25) aus einer porösen gesinterten Aluminiumplatte besteht.
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    Leerseite
DE19691958385 1969-03-17 1969-11-20 Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff Pending DE1958385A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

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US80779169A 1969-03-17 1969-03-17

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Application Number Title Priority Date Filing Date
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JP (1) JPS4831471B1 (de)
DE (1) DE1958385A1 (de)
FR (1) FR2030828A5 (de)
NL (1) NL6918562A (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2835150A1 (de) * 1977-08-10 1979-02-22 Hitachi Ltd Waermeisolationsanordnung zum transport und zur verarbeitung unter hohem druck stehender heisser gase
EP0022252A1 (de) * 1979-07-07 1981-01-14 Forschungszentrum Jülich Gmbh Diaphragma für alkalische Wasserelektrolysen und Verfahren zur Herstellung desselben sowie dessen Verwendung
DE3105168A1 (de) * 1981-02-13 1982-08-19 Brown Boveri Reaktor GmbH, 6800 Mannheim Anordnung zur versorgung einer wassergekuehlten kernreaktoranlage mit wasserstoff

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2756569C3 (de) * 1977-12-19 1981-02-12 Kernforschungsanlage Juelich Gmbh, 5170 Juelich Verfahren und Elektrolysezelle zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff
FR2445394B1 (fr) * 1978-12-27 1985-09-06 Kernforschungsanlage Juelich Procede pour augmenter le rendement en courant d'une electrolyse a electrolyte fondu avec degagement d'oxygene a l'anode

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FR2030828A5 (en) 1970-11-13
NL6918562A (de) 1970-09-21
JPS4831471B1 (de) 1973-09-29

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