DE1958385A1 - Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und SauerstoffInfo
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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
009839/1855
1953385
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·
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»
009839/1855
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
009839/1855
Claims (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 eindc4·. 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 mit009839/1855einer 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.009839/1855Leerseite
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OHW | Rejection |