DE4004220C1 - Electrochemical semi:system for high temp. fuel elements - has carbonate electrolyte melt with added carbon - Google Patents
Electrochemical semi:system for high temp. fuel elements - has carbonate electrolyte melt with added carbonInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrochemisches Halbsystem (Elektrode) zur Anwendung in galvanischen Hochtemperatur-Brennstoffelementen, bei dem Kohlenstoff einem Elektrolyten aus Carbonatschmelze zugeführt und galvanisch verbrannt wird. Ein solches Halbsystem (Elektrode) dient dazu, in Kombination mit einem geeigneten Halbsystem entgegengesetzten Vorzeichens (Gegenelektrode) die chemische Energie der Verbrennungsreaktion C+O₂→CO₂ direkt in elektrische Energie umzuwandeln.The invention relates to an electrochemical Semi-system (electrode) for use in galvanic High temperature fuel elements where carbon fed to an electrolyte from carbonate melt and is galvanically burned. Such one Semi-system (electrode) is used in combination with a suitable semi-system of opposite sign (Counter electrode) the chemical energy of the Combustion reaction C + O₂ → CO₂ directly in electrical Convert energy.
Die Idee, Kohlenstoff und kohlenstoffhaltige Verbindungen galvanisch zu verbrennen, taucht schon um die Jahrhundertwende auf. So wurden beispielsweise - wie aus den DE-PS 92 327 und CH-PS 78 591 bekannt ist - Hochtemperatur-Brennstoffzellen beschrieben, bei welchen eine der Elektroden aus festem Kohlenstoff besteht, der gegen eine sauerstoffumspülte Metallelektrode gekoppelt und galvanisch verbrannt wird. Diese vom Standpunkt der Energieverwertung sehr vorteilhaften Elemente weisen zwei schwerwiegende Nachteile auf, die ihrer Verwirklichung im technischen Maßstab entschieden im Wege stehen:The idea of carbon and carbonaceous compounds Burning galvanically is already dipping the turn of the century. For example, as is known from DE-PS 92 327 and CH-PS 78 591 - High temperature fuel cells described at which one of the electrodes made of solid carbon exists against an oxygen-flushed metal electrode coupled and galvanically burned. This very much from the point of view of energy recovery advantageous elements have two serious ones Disadvantages due to their realization in the technical Scale stand in the way:
- 1. Kohlenstoff in kompakter Form hat eine zu geringe Reaktionsoberfläche und vermag nur wenig Strom zu liefern. 1. Carbon in a compact form has too little Reaction surface and can only use little electricity deliver.
- 2. Kohlenstoff in dispergierter Form eignet sich wegen schlechter oder fehlender Leitfähigkeit nicht als Elektrodenmaterial.2. Carbon in dispersed form is suitable due to poor or lack of conductivity not as electrode material.
Auf der anderen Seite - wie aus den CH-PS 78 591 und DE-PS 5 70 600 bekannt ist - wurden Systeme vorgeschlagen, bei welchen Gase wie CO oder CH₄ Verwendung finden, welche in einem vorgeschalteten Schritt aus Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltigem Material gewonnen werden. Diese Elemente weisen allerdings eine zu geringe Nutzung der Primärenergie des Kohlenstoffes auf. Bei dem in der DE-PS 5 70 600 beschriebenen System, von der bei der Fassung des Oberbegriffes ausgegangen worden ist, ist die Verwendung einer Carbonatschmelze als Elektrolyt vorgesehen, der in einem Diaphragmabehälter aufgenommen ist, welcher vom Kohlenstoffgas umströmt wird.On the other hand - as from CH-PS 78 591 and DE-PS 5 70 600 is known - systems have been proposed with which gases such as CO or CH₄ use find which one in an upstream step Carbon or carbonaceous material obtained will. However, these elements assign one low use of the primary energy of carbon on. In the described in DE-PS 5 70 600 System from which in the wording of the generic term has been assumed is the use of a Carbonate melt provided as an electrolyte, which in a diaphragm container is received, which from Carbon gas flows around.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbsystem zu schaffen, das den hohen Nutzungsgrad der mit fester Kohle arbeitenden Brennstoffelemente mit einer guten Strombelastbarkeit vereinigt.The invention has for its object a semi-system to create that with the high degree of utilization solid coal fuel elements with a good current carrying capacity combined.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen,To achieve this object, the invention provides
- - daß eine Metallschmelze als Sekundär-Brennstoff verwendet wird, deren Metall bei der Betriebstemperatur eine im Vergleich zum Kohlenstoff oder Kohlenmonoxid deutlich kleinere Affinität (freie Reaktionsenthalpie) gegenüber Sauerstoff aufweist,- That a molten metal is used as a secondary fuel will whose metal at the operating temperature one compared to carbon or carbon monoxide significantly lower affinity (free reaction enthalpy) towards oxygen,
- - daß die Metallschmelze und die Carbonatschmelze in einem beheizbaren Tiegel aufgenommen sind und unmittelbar miteinander in Berührung stehen,- That the molten metal and the carbonate melt in a heated crucible are included and immediately to be in contact with each other
- - daß die Metallschmelze an eine Stromableitelektrode angeschlossen ist, - That the molten metal to a current collector connected,
- - daß bei Stromfluß Metall aus der Metallschmelze in Ionenform in die Carbonatschmelze übergeht, wobei der Metall/Metallionen-Übergang den potentialbestimmenden und stromliefernden Schritt darstellt,- That in current flow metal from the molten metal in Ion form passes into the carbonate melt, whereby the metal / metal ion transition determines the potential and represents the electricity supply step,
- - und daß der Carbonatschmelze fester Kohlenstoff als Primär-Brennstoff in einer solchen Menge zugeführt wird, daß bei Stromfluß die Mengen und Konzentrationen der an der potential- und stromliefernden Reaktion teilnehmenden Stoffe durch einen Brennstoff- Konversionsschritt unverändert bleiben, indem die bei Stromfluß infolge des Überganges Metall/Metallionen verbrauchte Menge des elementaren Metalls durch einen entgegengesetzten Übergang Metallionen/ Metall aufgrund der chemischen Reduktion der Metallionen in der Schmelze durch den zugeführten Kohlenstoff nachgebildet wird.- And that the carbonate melt as solid carbon Primary fuel supplied in such an amount will that the quantities and concentrations the one at the potential and current supply Reaction substances by a fuel Conversion step remain unchanged by those with current flow due to the metal / metal ion transition Amount of elemental metal consumed through an opposite transition metal ions / Metal due to the chemical reduction of the Metal ions in the melt by the supplied Carbon is reproduced.
Bei der Erfindung wird ein Flüssig-Metall Me(l), das mit einem schmelzflüssigen Medium (elektrolytische Phase) in Berührung steht und mit den darin gelösten Ionen Men+ den potentialbestimmenden und stromliefernden Teil des Halbsystems bildetIn the invention, a liquid metal Me (l) is in contact with a molten medium (electrolytic phase) and forms the potential-determining and current-supplying part of the semi-system with the ions Me n + dissolved therein
4 · Me(l) → 4 · Men+ + 4 · n e- , (1)4Me (l) → 4Me n + + 4ne - , (1)
in einem nachgeschalteten Konversionsschritt durch die chemische Reduktion der vorerwähnten Metallionen durch den von außen zugeführten Kohlenstoff (Primär-Brennstoff) stetig nachgebildetin a subsequent conversion step through the chemical reduction of the aforementioned metal ions by the carbon supplied from the outside (Primary fuel) constantly replicated
n · C + 4 · Men+ → n · C4+ + 4 · Me(l) , (2) nC + 4Me n + → nC 4+ + 4Me (l) , (2)
so daß es in der entsprechenden Bruttoreaktion [(1)+(2)]so that it is in the corresponding gross reaction [(1) + (2)]
n · C → n · C4+ + 4 · n e- (3)nC → nC 4+ + 4ne - (3)
nicht mehr auftritt. Somit bleibt bei der Erfindung die Gesamtmenge des Flüssigmetalls (Sekundär-Brennstoff) auch bei Stromfluß unverändert.no longer occurs. Thus, the invention remains the total amount of liquid metal (secondary fuel) unchanged even with current flow.
Die Kriterien für die Wahl des Metalls als Sekundär-Brennstoff sind gemäß der Erfindung wie folgt:The criteria for choosing the metal as Secondary fuels according to the invention are as follows:
- 1. Das Metall liegt bei der Arbeitstemperatur in flüssigem Zustand vor.1. The metal is at the working temperature liquid state.
- 2. Bei der angegebenen Arbeitstemperatur liegt die thermodynamische Affinität (freie Reaktionsenthalpie) des Metalls zum Sauerstoff deutlich unter der des Kohlenstoffs und Kohlenmonoxids.2. At the specified working temperature thermodynamic affinity (free enthalpy of reaction) of the metal to oxygen clearly below that of carbon and carbon monoxide.
- 3. Das elementare Metall ist unter den gegebenen Arbeitsbedingungen elektrochemisch aktiv und bildet mit den in der elektrolytischen Phase vorliegenden Eigenionen ein definierbares und reproduzierbares galvanisches Potential (Elektromotorische Kraft).3. The elemental metal is among the given Working conditions electrochemically active and forms with those in the electrolytic phase present self ions a definable and reproducible galvanic potential (electromotive Force).
Als Elektrolyt eignen sich gemäß der Erfindung bevorzugt Carbonatschmelzen als binäre bzw. ternäre Gemische, mit oder ohne Zusätze, die einen möglichst niedrigen Schmelzpunkt aufweisen und Metallionen des als Sekundär-Brennstoff bezeichneten Metalls in oxidischer Form enthalten. Insbesondere kann der Elektrolyt aus einem äquimolekularen Gemisch aus Natriumcarbonat, Lithiumcarbonat und Zinnoxid bestehen.According to the invention, suitable electrolytes are preferred Carbonate melts as binary or ternary Mixtures, with or without additives, that one if possible have low melting point and metal ions of referred to as secondary fuel metal contain oxidic form. In particular, the Electrolyte from an equimolecular mixture Sodium carbonate, lithium carbonate and tin oxide exist.
Eine bevorzugte Anwendung des Halbsystems nach der Erfindung kann durch die Kopplung mit einer Sauerstoff(Luft-) Elektrode bekannter Art realisiert werden, deren potentialbestimmende Reaktion wie folgt lautet:A preferred application of the semi-system according to the Invention can be coupled with an oxygen (air) Electrode of known type can be realized, whose potential-determining reaction is as follows:
n · O₂ + 4 · n · e- → 2 · n · O2- . (4)n · O₂ + 4 · n · e - → 2 · n · O 2- . (4)
Unter Berücksichtigung der Sekundär-Reaktion in der SchmelzeTaking into account the secondary reaction in the melt
n · C4+ + 2 · n · O2- → n · CO₂ (5) nC 4+ + 2nO 2- → nCO₂ (5)
ergibt sich aus (3), (4) und (5) die Bruttoreaktion des Gesamtsystems (Brennstoffelement, Brennstoffzelle)the gross reaction results from (3), (4) and (5) of the overall system (fuel element, fuel cell)
n · C + n · O₂ → n · CO₂ , (6)nC + nO₂ → nCO₂, (6)
also die Verbrennungsreaktion des Kohlenstoffs bzw. die Zellreaktion des seither im technischen Maßstab nicht verwirklichten "klassischen Brennstoffelements", nämlich fester Kohlenstoff/Schmelze/Sauerstoff(Luft-) Elektrode.thus the combustion reaction of the carbon or the cell reaction of since then on an industrial scale not realized "classic fuel element", namely solid carbon / melt / oxygen (air) Electrode.
Die Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, in der zeigenThe invention is described below in connection with the Drawing explained in more detail in the show
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer unter Verwendung eines Halbsystems nach der Erfindung ausgebildeten Brennstoffzelle, Fig. 1 is a schematic representation of a formed using a semi-system according to the invention, the fuel cell,
Fig. 2 ein Diagramm zur Temperaturabhängigkeit der freien Enthalpie, hier als Spannung V an der Brennstoffzelle ausgedrückt, verschiedener Reaktionen und Fig. 2 is a diagram of the temperature dependence of the free enthalpy, here expressed as voltage V across the fuel cell, various reactions and
Fig. 3 eine gegenständliche Ausführungsform eines Halbsystems nach der Erfindung. Fig. 3 shows an objective embodiment of a semi-system according to the invention.
Fig. 1 zeigt eine Brennstoffzelle, bei welcher eines der Halbsysteme (Elektrode) gemäß der Erfindung als Brennstoff-Konversionselement ausgestaltet ist. Die Zelle enthält einen Regenerierkreis, in welchem das bei Stromfluß in die Salzschmelze als Ionen Mez+ wechselnde Metall durch den zugeführten Kohlenstoff C kontinuierlich zurückgebildet wird. Fig. 1 shows a fuel cell in which one of the half-systems (electrode) according to the invention as a fuel conversion element is configured. The cell contains a regeneration circuit in which the metal which changes as ions Me z + when the current flows into the salt melt is continuously reformed by the supplied carbon C.
Eine bevorzugte Ausführung des Halbsystems nach der Erfindung arbeitet mit geschmolzenem Zinn (Sn) als Sekundär-Brennstoff bei einer Arbeitstemperatur von 900°C und mit einem äquimolekularen Gemisch aus Na₂CO₃, Li₂CO₃ und SnO₂ als Elektrolyt (Schmelze). Wie dem Diagramm in Fig. 2 entnommen werden kann, sind bei Temperaturen oberhalb von etwa 600°C die vorerwähnten thermodynamischen Bedingungen voll erfüllt: Die freie Enthalpie (hier als Zellspannung dargestellt) der Reaktion C+O₂→CO₂ liegt bei 900°C um etwa 10% höher als die der Reaktion Sn+O₂→SnO₂, und die freie Enthalpie der Reaktionen CO+1/2 O₂→CO₂ und H₂+1/2 O₂→H₂O liegt bei 900°C ebenfalls noch deutlich höher als die der Reaktion Sn+O₂→SnO₂.A preferred embodiment of the semi-system according to the invention works with molten tin (Sn) as a secondary fuel at a working temperature of 900 ° C and with an equimolecular mixture of Na₂CO₃, Li₂CO₃ and SnO₂ as the electrolyte (melt). As can be seen from the diagram in Fig. 2, the aforementioned thermodynamic conditions are fully met at temperatures above about 600 ° C: The free enthalpy (shown here as cell voltage) of the reaction C + O₂ → CO₂ is around 900 ° C 10% higher than that of the reaction Sn + O₂ → SnO₂, and the free enthalpy of the reactions CO + 1/2 O₂ → CO₂ and H₂ + 1/2 O₂ → H₂O is also significantly higher at 900 ° C than that of the reaction Sn + O₂ → SnO₂.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines elektrochemischen Systems, bei welchem eines der Halbsysteme gemäß der Erfindung ausgestaltet ist. Am Boden eines Tiegels 1 aus Al₂O₃ (Korund), der von außen beheizt wird, befindet sich das geschmolzene Metall 2 und darüber die Schmelze 3 der vorerwähnten Zusammensetzung. Mit Hilfe eines Stromableiters 5 aus Platin, der durch die Wände eines Al₂O₃-Röhrchens 4 von der Schmelze getrennt ist, kann das Metall elektrisch angekoppelt werden. Durch ein separates Röhrchen 6 wird Argon 7 als Inertgas in den Tiegel eingeleitet, damit die heiße Schmelze von der Umgebung abgetrennt bleibt. Durch eine trichterförmige Vorrichtung 10 wird feingemahlene Kohle 8 (Anthrazit oder Graphit) kontinuierlich und mit einer dem Stromfluß angemessenen Rate zugeführt. Fig. 3 shows an embodiment of an electrochemical system, in which one of the half systems of the invention is designed in accordance with. At the bottom of a crucible 1 made of Al₂O₃ (corundum), which is heated from the outside, there is the molten metal 2 and above it the melt 3 of the above-mentioned composition. With the help of a current conductor 5 made of platinum, which is separated from the melt by the walls of an Al₂O₃ tube 4 , the metal can be electrically coupled. Argon 7 is introduced into the crucible as an inert gas through a separate tube 6 , so that the hot melt remains separated from the surroundings. Through a funnel-shaped device 10 , finely ground coal 8 (anthracite or graphite) is fed continuously and at a rate appropriate to the current flow.
Die Gegenelektrode aus Platin 9 zählt hier nicht zur Erfindung; sie dient dazu, die Fähigkeit des Halbsystems zu demonstrieren, den elektrischen Strom zu liefern. In Abhängigkeit von der angelegten Spannung (Potentialdifferenz) zwischen den Stromableitern 5 und 9, wobei an 5 eine positive Spannung anliegt, fließt durch die Zelle eine Stromdichte bis ca. 1 A/cm², bezogen auf die Oberfläche der Phasengrenze Zinn/Carbonatschmelze. Eine ausreichende Zufuhr vom Kohlenstoff vorausgesetzt, zeigt der Metallspiegel auch nach einer andauernden Belastung keine meßbare Veränderung. Bei der vorerwähnten Stromdichte liegt die Spannungsdifferenz zwischen den Stromleitern 5 und 9 bei 0,92-0,93 V, bei geringen Belastungen, d. h. bei ca. 0,001 A/cm², bei 0,90 V.The counter electrode made of platinum 9 is not part of the invention here; it serves to demonstrate the ability of the semi-system to supply the electrical current. Depending on the applied voltage (potential difference) between the current conductors 5 and 9 , with a positive voltage applied to 5 , a current density of up to approx. 1 A / cm² flows through the cell, based on the surface of the tin / carbonate phase boundary. Assuming a sufficient supply of carbon, the metal level shows no measurable change even after continuous exposure. With the aforementioned current density, the voltage difference between the current conductors 5 and 9 is 0.92-0.93 V, at low loads, ie approx. 0.001 A / cm², at 0.90 V.
Ein wichtiger Vorzug des Brennstoffelementes, welches das Halbsystem (Elektrode) gemäß der Erfindung und eine Sauerstoff(Luft-)Elektrode von bekannter Art verwendet, liegt in dem hohen thermodynamischen Wirkungsgrad, der im vorliegenden Fall als das Verhältnis zwischen der freien Reaktionsenthalpie ΔGi der stromliefernden Reaktion und der Reaktionswärme W der Kohlenstoffverbrennung C+O₂→CO₂ zu definieren ist:An important advantage of the fuel element, which uses the semi-system (electrode) according to the invention and an oxygen (air) electrode of known type, lies in the high thermodynamic efficiency, which in the present case is the ratio between the free reaction enthalpy ΔG i of the current supply The reaction and the heat of reaction W of carbon combustion C + O₂ → CO₂ must be defined:
Yth = ΔGi/W . (7)Y th = ΔG i / W. (7)
Bei dem "klassischen Brennstoffelement", d. h. fester Kohlenstoff/Schmelze/Sauerstoff(Luft-)Elektrode, ist die Verbrennungsreaktion C+O₂→CO₂ zugleich auch der stromliefernde Schritt und somitIn the "classic fuel element", i.e. H. firmer Carbon / melt / oxygen (air) electrode the combustion reaction C + O₂ → CO₂ at the same time the electricity supplying step and thus
ΔGi = ΔGv , (8)ΔG i = ΔG v , (8)
wobeiin which
ΔGv = W - T · ΔSv = W - T · (d ΔGv/dT) , (9)ΔG v = W - T · ΔS v = W - T · (d ΔG v / dT), (9)
wo ΔSv die Zunahme der Entropie bzw. den Temperaturkoeffizienten der Reaktionsenthalpie bezeichnet. Weil die freie Reaktionsenthalpie der Kohlenstoffverbrennung, bzw. die ihr proportionale Elektromotorische Kraft V, - wie in Fig. 2 deutlich erkannbar - kaum temperaturabhängig ist, kommt der thermodynamische Wirkungsgrad sehr nahe an den Idealwert von 1=(100%) heran.where ΔS v denotes the increase in entropy or the temperature coefficient of the reaction enthalpy. Because the free reaction enthalpy of carbon combustion, or its proportional electromotive force V, as can be clearly seen in FIG. 2, is hardly temperature-dependent, the thermodynamic efficiency comes very close to the ideal value of 1 = (100%).
Bei dem Ausführungsbeispiel giltIn the exemplary embodiment applies
ΔGi = ΔGv - ΔGr , (10)ΔG i = ΔG v - ΔG r , (10)
wo ΔGi die freie Reaktionsenthalpie der stromliefernden Reaktionwhere ΔG i the free reaction enthalpy of the current-supplying reaction
Sn(l) + O₂ ↔ SnO₂ , (11)Sn (l) + O₂ ↔ SnO₂, (11)
und ΔGr die der nachgelagerten Metallreduktion durch Kohlenstoffand ΔG r that of the downstream metal reduction by carbon
C + SnO₂ ↔ Sn(l) + CO₂ (12)C + SnO₂ ↔ Sn (l) + CO₂ (12)
bezeichnen. Die maximal zur Stromerzeugung nutzbare Energie ist hier gegenüber dem Idealfall um den Betrag der freien Enthalpie der nachgeschalteten Reaktion (12) gemindert. Nach Fig. 2 ist ΔGi≅0,9 · ΔGv, woraus sich für den thermodynamischen Wirkungsgrad ein Wert von ca. 0,9 (90% der primären Energie) ergibt. Demgegenüber liegt der thermodynamische Wirkungsgrad der Wärmemaschinen zur Stromerzeugung (nach Carnot) nur bei etwa 0,6 (60%). describe. The maximum energy that can be used to generate electricity is reduced by the amount of the free enthalpy of the subsequent reaction (12) compared to the ideal case. According to FIG. 2, ΔG i ≅0.9 · ΔG v , which results in a value of approximately 0.9 (90% of the primary energy) for the thermodynamic efficiency. In contrast, the thermodynamic efficiency of the heat machines for power generation (according to Carnot) is only about 0.6 (60%).
Ein wichtiger Vorzug des Brennstoffelementes, welches das Halbsystem (Elektrode) gemäß der Erfindung verwendet, besteht in der hohen Strombelastbarkeit, die als Grundvoraussetzung angesehen werden muß, die Brennstoffelemente in einem Batterie-Verband zur Stromerzeugung in großem Maßstab einzusetzen.An important advantage of the fuel element, which the semi-system (electrode) according to the invention used, is the high current carrying capacity, which must be regarded as a basic requirement, which Fuel elements in a battery pack Use electricity generation on a large scale.
Claims (7)
- - daß als Sekundär-Brennstoff ein Metall verwendet wird, welches bei der Betriebstemperatur flüssig ist und eine im Vergleich zum Kohlenstoff oder Kohlenmonoxid deutlich kleinere Affinität (freie Reaktionsenthalpie) gegenüber Sauerstoff aufweist,
- - daß die Metallschmelze und die Carbonatschmelze in einem beheizbaren Tiegel aufgenommen sind und unmittelbar miteinander in Berührung stehen,
- - daß die Metallschmelze an eine Stromableitelektrode angeschlossen ist,
- - daß bei Stromfluß Metall aus der Metallschmelze in Ionenform in die Carbonatschmelze übergeht, wobei der Metall/Metallionen-Übergang den potentialbestimmenden und stromliefernden Schritt darstellt,
- - und daß der Carbonatschmelze fester Kohlenstoff als Primär-Brennstoff in einer solchen Menge zugeführt wird, daß bei Stromfluß die Mengen und Konzentrationen der an der potential- und stromliefernden Reaktion teilnehmenden Stoffe durch einen Brennstoff-Konversionsschritt unverändert bleiben, indem die bei Stromfluß infolge des Überganges Metall/Metallionen verbrauchte Menge des elementaren Metalls durch einen entgegengesetzten Übergang Metallionen/Metall aufgrund der chemischen Reduktion der Metallionen in der Schmelze durch den zugeführten Kohlenstoff nachgebildet wird.
- a metal is used as the secondary fuel which is liquid at the operating temperature and has a significantly lower affinity (free reaction enthalpy) for oxygen compared to carbon or carbon monoxide,
- that the molten metal and the carbonate melt are received in a heatable crucible and are in direct contact with one another,
- that the molten metal is connected to a current dissipation electrode,
- that metal flows from the metal melt in ionic form into the carbonate melt when the current flows, the metal / metal ion transition representing the potential-determining and current-supplying step,
- - And that the carbonate melt solid carbon is supplied as the primary fuel in such an amount that the amounts and concentrations of the substances participating in the potential and current-supplying reaction remain unchanged by a fuel conversion step in the case of current flow, by the current flow due to the transition Metal / metal ions The amount of elemental metal consumed by an opposite transition metal ions / metal is simulated due to the chemical reduction of the metal ions in the melt by the supplied carbon.
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