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DE4033286A1 - Verfahren zur umwandlung von in einem stoff als chemisches potential vorliegender energie in elektrische energie mittels einer brennstoffzelle - Google Patents

Verfahren zur umwandlung von in einem stoff als chemisches potential vorliegender energie in elektrische energie mittels einer brennstoffzelle

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DE4033286A1
DE4033286A1 DE4033286A DE4033286A DE4033286A1 DE 4033286 A1 DE4033286 A1 DE 4033286A1 DE 4033286 A DE4033286 A DE 4033286A DE 4033286 A DE4033286 A DE 4033286A DE 4033286 A1 DE4033286 A1 DE 4033286A1
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DE
Germany
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fuel cell
energy source
primary energy
fuel
temperature
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DE4033286A
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Ulf Dr Bossel
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ABB Asea Brown Boveri Ltd
ABB AB
Original Assignee
Asea Brown Boveri AG Switzerland
Asea Brown Boveri AB
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Publication date
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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
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Description

Technisches Gebiet
Hochtemperatur-Brennstoffzellen zur Umwandlung von chemi­ scher Energie in elektrische Energie. Die elektrochemische Energieumwandlung gewinnt dank ihres guten Wirkungsgrades gegenüber anderen Umwandlungsarten an Bedeutung.
Die Erfindung bezieht sich auf die Weiterentwicklung der elektrochemischen Hochtemperatur-Prozesse unter Verwendung von keramischen Feststoffelektrolyten als Ionenleiter, wobei das Verfahren weitgehend unabhängig vom Brennstoff angewen­ det werden soll.
Insbesondere betrifft sie ein Verfahren zur Umwandlung von in einem Stoff als chemisches Potential vorliegender Energie in elektrische Energie mittels einer Brennstoffzelle, wobei als Feststoffelektrolyt ein bei höherer Temperatur elektrisch leitfähiger keramischer Stoff auf der Basis von Zirkonoxyd im Temperaturbereich von 700°C bis 1200°C, als positive Sauerstoff-Elektrode (+) ein Perowskit auf Lanthan/Mangan- Basis und als negative Brennstoff-Elektrode (-) ein Cermet auf Nickelbasis, verwendet wird.
Stand der Technik
Die elektrochemische Umwandlung von chemischer in elektrische Energie mittels Brennstoffzellen ist allgemein bekannt. Auch wird der Einsatz von festen keramischen Elektrolyten auf der Basis von Zinkoxid seit 1973 experimentell untersucht. Eine gute Übersicht über die Entwicklung der Technik wird von F.J. Rohr (SOLID ELECTROLYTES, 1978, Seite 431) gegeben. Seither hat sich prizipiell wenig verändert. Die keramischen Werkstoffe wurden verbessert. Die Feststoffelektrolyt-Brenn­ stoffzellen werden im Hinblick auf eine kostengünstige Fer­ tigung optimiert (vergl. W.J. Dollard und W.G. Parker, An overview of the Westinghouse Electric Corporation solid oxide fuel cell program, Extended Abstracts, Fuel Cell Techno­ logy and Applications, International Seminar, Den Haag, Niederlande, 26. bis 29. Oktober 1987). Siehe auch US-A- 45 47 437; US-A-46 48 945; US-A-43 95 468; US-A-44 14 337.
Obwohl die Einsatzmöglichkeit technischer Gase (Erdgas, Kohlegas usw.) prinzipiell bereits in den 70er Jahren disku­ tiert worden ist, gibt es kaum Hinweise in der Literatur, daß mit solchen Gasen experimentiert wurde. Man hat sich vielmehr häufig auf die Umsetzung von Wasserstoff, eventuell Kohlenmonoxyd beschränkt und dafür geeignete Systeme ent­ wickelt. In beiden Fällen ist die Umsetzung nicht mit einer Volumenänderung verbunden. Aus einem Mol Brenngas entsteht in beiden Fällen ein Mol Abgas (H₂O oder CO₂). Auch handelt es sich bei beiden Brennstoffen um Gase, die im Original­ zustand der Brennstoffzelle zugeführt und umgesetzt werden können. Bezüglich technischer Gase geht man allgemein davon aus, daß deren Aufbereitung (z. B. Konvertierung von Methan mit Wasserdampf und Wärme zu Kohlenmonoxyd und Wasserstoff) extern erfolgen muß, wobei selbstverständlich die bei der elektrochemischen Umsetzung anfallende Wärme eingesetzt wird. Die Umformung in der Brennstoffzelle wird lediglich als mögliche Option angegeben und studiert.
Der Einsatz flüssiger Brennstoffe wird bisher jedoch nicht erwähnt. Diese müssen vor der elektrochemischen Umsetzung zuerst verdampft werden. Danach erfolgt eine Aufheizung der Dämpfe, was letztlich zu einer Aufspaltung der größeren Kohlenwasserstoffe führt. Die niedrigmolekularen Verbindungen werden danach erst im Beisein von Wasserdampf und Kohlen­ dioxyd chemisch umgewandelt in Wasserstoff und Kohlenmonoxyd. Die Umsetzung von flüssigen Brennstoffen in Brennstoff­ zellen erfordert also eine Aufbereitung der Brennstoffe durch eine Kette von thermischen und chemischen Prozessen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie mittels einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle anzugeben, welches einen hohen Wirkungsgrad aufweist und die Verwendung von Kohlenwasserstoffen und Alkoholen oder Kohlehydraten als Primärenergieträger gestattet. Das Verfahren soll einfach und betriebssicher durchgeführt werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im eingangs erwähnten Verfahren auf die Seite der negativen Elektrode als Primär­ energieträger ein Kohlenwasserstoff oder ein Alkohol oder ein Kohlehydrat oder eine Mischung von mindestens zweien der vorgenannten Stoffe in Gas- und/oder Dampfform zuge­ leitet und ein die Reaktionsprodukte Wasserdampf und Kohlen­ dioxyd enthaltendes und wenigstens zum Teil unveränderte Primärenergieträger mitführendes Gas abgeleitet wird und daß diesem Gas die Gelegenheit zur Expansion gegeben wird.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, durch Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben.
Dabei zeigt:
Fig. 1 einen schematischen, stark vergrößerten Schnitt durch eine keramische Brennstoffzelle mit den sich abspielenden Reaktionen bei Verwendung von Methan als Brennstoff,
Fig. 2 den grundsätzlichen schematischen Aufbau einer Vorrich­ tung inkl. Fließdiagramm zur Durchführung des Verfah­ rens.
In Fig. 1 ist ein schematischer, stark vergrößerter Schnitt durch eine keramische Brennstoffzelle mit den sich abspie­ lenden Reaktionen bei Verwendung von Methan als Brennstoff dargestellt. 1 ist ein als dünne ebene Platte vorliegender keramischer Feststoffelektrolyt (dotiertes ZrO₂), 2 die poröse Sauerstoff-Elektrode, welche den positiven Pol der elektrochemischen Zelle darstellt und aus einem elektrisch leitenden La/Mn-Perowskit besteht. 3 ist die ebenfalls po­ röse Brennstoff-Elektrode, die den negativen Pol darstellt und aus einem Ni-Center besteht. Der Pfeil 4 stellt die Zufuhr des gasförmigen Sauerstoffträgers, im vorliegenden Fall die aus 4N₂+O₂ bestehende Luft auf der positiven Seite dar. In analoger Weise steht der Pfeil 5 für die Zufuhr der gasförmigen Brennstoffe, im vorliegenden Fall von CH₄ auf der negativen Seite. Auf der positiven Seite verläßt das Ballastgas 4N₂ die Zelle, was durch den Pfeil 6 für dessen Abfuhr angedeutet ist. Der Pfeil 7 stellt die Abfuhr der gasförmigen Reaktionsprodukte, im vorliegenden Fall eine Mischung aus CO₂+H₂O auf der Kathodenseite dar. 8 ist der geschlossene äußere elektrische Stromkreis, in dem der Elektronenfluß 4e- angedeutet ist. 9 stellt einen äußeren elektrischen Verbraucher, zum Beispiel einen Wider­ stand R dar. Im Feststoffelektrolyten 1 erfolgt der Stromfluß durch negative Ladungsträger in Form von Sauerstoffionen, die durch Pfeile O2- angedeutet sind. Die Vorgänge, die sich in den porösen Elektrodenschichten 2 und 3 an deren Grenzflächen zum Feststoffelektrolyten 1 abspielen, sind stark vergrößert in entsprechenden Kreisen dargestellt. Auf der Sauerstoffseite wird der molekulare Sauerstoff O₂ durch Aufnahme von Elektronen 4e- in je 2 Sauerstoffionen O2- umgewandelt. Letztere reagieren auf der Brennstoffseite mit dem Methan CH₄ dermaßen, daß im Endeffekt die Reak­ tionsprodukte CO₂+H₂O gebildet werden, entsprechend den durch die Stoffbildung geforderten stöchiometrischen Bedingungen. Dabei spielen sich örtlich zwischen bereits gebildetem CO₂ und H₂O einerseits und dem zugeführten CH₄ andererseits Umwandlungsreaktionen ab, welche die Thermo­ dynamik und die Energiebilanz mitbestimmen. Es handelt sich im wesentlichen um die beiden nachfolgenden Konvertierungs­ reaktionen, die endotherm verlaufen und temperatur- und druckabhängig sind:
CH₄+H₂O→3H₂+CO
CH₄+CO₂→2H₂+2CO
H₂ und CO dienen dann in der Zelle als Sekundärbrennstoff.
In Fig. 2 ist der grundsätzliche schematische Aufbau einer Vorrichtung inkl. Fließdiagramm zur Durchführung des Verfah­ rens dargestellt. 4 ist die Zufuhr des gasförmigen Sauer­ stoffträgers, im vorliegenden Fall Luft O₂+4N₂ (gestrichelte Linie). 5 ist die Zufuhr des gasförmigen Brennstoffs (z. B. CH₄) und 10 diejenige des flüssigen Brennstoffs (z. B. ein Kohlenwasserstoff CnHm), durch eine ausgezogene Linie markiert. Das Verhältnis gasförmiger zu flüssigem Brennstoff kann ein beliebiges sein. Im Grenzfall kann je mit gasförmigem oder mit flüssigem Brennstoff gearbeitet werden. 6 stellt die Abfuhr des Ballastgases (Stickstoff) und 7 diejenige der gasförmigen Reaktionsprodukte (CO₂ und H₂O) dar. 11 ist die gesamte, aus N₂, CO₂ und H₂O bestehende Abgas-Abfuhr. Der Sauerstoffträger wird im Vorwärmer 14 vorgewärmt. Der flüssige Brennstoff wird zunächst im Verdampfer 12 verdampft und gelangt dann zusammen mit dem gasförmigen Brennstoff in den Vorwärmer 13. Dann werden die vorgewärmten Gase der Brennstoffzellen-Batterie zugeführt. Die keramischen Brenn­ stoffzellen 16 befinden sich in einem doppelwandigen, wärme­ isolierten Gefäß 15 (Doppelmantel-Behälter), dessen Raum zwischen den beiden Wänden zwecks weiterer Vorwärmung vom gasförmigen Sauerstoffträger durchströmt wird. Die kerami­ schen Brennstoffzellen 16 werden auf einer Seite mit dem Sauerstoffträger, auf der anderen Seite mit dem Brennstoff beaufschlagt. Durch das Gegenstromprinzip der Wärmeaustauscher 12, 13, 14 und 15 kann die Abwärme des Abgases weitgehend dahin ausgenutzt werden, um die kalten Frischgase (Reaktions­ partner + Ballast) auf die Reaktionstemperatur von ca. 800 bis 1000°C zu bringen. Dadurch kann mindestens ein Teil des durch den irreversiblen Anteil des Prozesses und durch die Joulesche Wärme (elektrischer Widerstand der Zelle) bedingten Energieverlustes zurückgewonnen werden.
Ausführungsbeispiel 1
Siehe Fig. 1 und 2!
In einer Vorrichtung, welche aus einem Stapel aus parallel und in Serie geschalteten Brennstoffzellen 16 bestand, wurde das Verfahren wie folgt durchgeführt:
Als Sauerstoffträger wurde Luft O₂+4N₂ in einem Volumen­ strom von 1,68 l/s unter Standardbedingungen zugeführt (4) und im Vorwärmer 14 auf eine Temperatur von ca. 500°C vorge­ wärmt. Die Luft durchströmte dann den Hohlraum des doppel­ wandigen wärmeisolierten Gefäßes 15 und wurde dabei weiter auf ca. 650°C aufgeheizt. Dann wurde sie gestaffelt und fächerförmig der jeweiligen Seite der positiven Sauerstoff­ Elektrode (Perowskit) der Brennstoffzellen 16 zugeführt. Als gasfömiger Brennstoff wurde Methan CH₄ in einem Vo­ lumenstrom von 0,084 l/s (Standardbedingungen) zugeführt (5) und im Vorwärmer 13 auf eine Temperatur von ca. 450°C vorgewärmt. Mit dem vorgewärmten Brennstoff wurde die jewei­ lige Seite der negativen Brennstoff-Elektrode (Ni-Cermet) der Brennstoffzellen 16 staffel- und fächerförmig beauf­ schlagt. Die Abfuhr 6 des in der Luft enthaltenen Ballastgases 4 N₂ und die Abfuhr 7 der gasförmigen Reaktionsprodukte CO₂+H₂O erfolgte an getrennten Stellen. Diese Gase wurden erst am Austritt aus dem doppelwandigen Gefäß 15 miteinander vermischt und zwecks Abgabe ihrer Wärme durch die Vorwärmer 14 und 13 als gemeinsames, aus Stickstoff, Kohlendioxyd und Wasserdampf bestehendes Produkt über die Abgas- Abfuhr 11 ins Freie geleitet. Der totale Volumenstrom betrug 1,76 l/s (Standardbedingungen).
Beim Anfahren der Vorrichtung wurde zwecks Aufheizung der Brennstoffzellen 16 wenigstens ein Teil des Brennstoffs mit einem Teil des Sauerstoffträgers vor und/oder an der Seite der negativen Brennstoff-Elektrode zur Reaktion gebracht. Diese Methode wird des weiteren auch zur Temperatur- und Leistungsregulierung während des Betriebs herangezogen.
Die Temperatur des Feststoffelektrolyten 1 betrug durchschnittlich 800°C. Die Brennstoffzufuhr wurde so eingestellt, daß die aus der hypothetischen reinen Verbrennung sich ergebende, dem chemischen Potential des Brennstoffs entsprechende Leistung gerade 3,0 kW betrug. Die elektrische Leistung an den Klemmen bei einer Stromdichte j von 0,14 A/cm² in den Brennstoffzellen 16 betrug ca. 1,56 kW, womit der Wirkungsgrad der elektrochemischen Energieumsetzung zu ca. 0,52 bestimmt wurde.
Im Gleichgewichtszustand spielten sich mindestens teilweise die in Fig. 1 dargestellten Konvertierungsreaktionen ab. Der für die endothermen Konvertierungsreaktionen notwendige Wärmestrom wird durch die Verlustwärme (durch inneren Widerstand und Polarisationseffekte bedingte Joulesche Wärme) der Brennstoffzellen 16 gedeckt. Diese Verlustwärme wird also mindestens teilweise als nutzbare Energie zurückgewonnen. Es kann deshalb mit hohen Umsetzungswirkungsgraden für größere Anlagen gerechnet werden.
Ausführungsbeispiel 2
Siehe Fig. 1 und 2!
In einer ähnlichen aber größeren Anlage, als in Beispiel 2 beschrieben, wurde das nachfolgende Verfahren durchgeführt:
Als Sauerstoffträger wurde technisch reiner Sauerstoff O₂ in einem Volumenstrom von 1,70 l/s unter Standardbedingungen zugeführt (4) und im Vorwärmer 14 auf eine Temperatur von ca. 550°C vorgewärmt. Der Sauerstoff wurde in analoger Weise, wie unter Beispiel 1 angegeben, durch den Vorwärmer 14 und das doppelwandige Gefäß 15 bis zu den keramischen Brennstoffzellen 16 geführt. Dabei wurde er auf ca. 700°C aufgeheizt. Als flüssiger Brennstoff wurde n-Oktan C₈H₁₈ in einer Menge von 1,035 g/s zugeführt (10), im Verdampfer 12 verdampft und auf eine Temperatur von ca. 200°C gebracht. Der Volumenstrom des Brennstoffdampfs auf Standardbedingungen bezogen betrug 0,063 l/s. Er wurde im Vorwärmer 13 weiter auf eine Temperatur von ca. 400°C vorgewärmt. Die Beaufschlagung der Brennstoffzellen 16 erfolgte in analoger Weise wie im Beispiel 1. Die Abfuhr 7 der gasförmigen Reaktionsprodukte mol CO₂+ mol H₂O entsprach einem totalen Volumenstrom von 4,04 l/s bezogen auf Standardbedingungen. Da der Ballaststickstoff im vorliegenden Fall fehlte, entsprach dieser Volumenstrom gleichzeitig der Abgas- Abfuhr 11 ins Freie.
Die Temperatur des Feststoffelektrolyten 1 betrug durchschnittlich 850°C. Die dem chemischen Potential entsprechende hypothetische Leistung errechnete sich zu ca. 45,5 kW. Die elektrische Leistung an den Klemmen bei einer Stromdichte j von 0,18 A/cm² in den Brennstoffzellen 16 betrug 26,4 kW, was einem Wirkungsgrad der elektrochemischen Energieumsetzung von ca. 0,58 entsprach.
Im Gleichgewichtszustand spielten sich mindestens teilweise die nachfolgenden endothermen Konvertierungsreaktionen ab:
C₈H₁₈ + 8 H₂O → 8 CO + 17 H₂
C₈H₁₈ + 8 CO₂ → 16 CO + 9 H₂
Die Energiebilanzen ergeben sich ähnlich wie beim Beispiel 1. Durch die energetische Aufwertung des Konvertierungsgases gegenüber dem Primärbrennstoff C₈H₁₈ kann mit einer Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades insbesondere bei größeren Anlagen gerechnet werden.
Ausführungsbeispiel 3
Siehe Fig. 1 und 2!
In der gleichen Vorrichtung wie unter Beispiel 1 beschrieben, wurde das Verfahren wie folgt durchgeführt:
Als Sauerstoffträger wurde Luft O₂+4 N₂ in einem Volumenstrom von 1,12 l/s unter Standardbedingungen (0,224 l/s O₂) zugeführt (4) und im Vorwärmer 14 auf eine Temperatur von ca. 500°C vorgewärmt. Die weitere Luftführung entsprach genau dem Beispiel 1. Die Temperatur nach der weiteren Aufheizung im doppelwandigen Gefäß 15 betrug ca. 650°C. Als flüssiger Brennstoff wurde Methylalkohol CH₃OH in einer Menge von 0,15 g/s zugeführt (10), im Verdampfer 12 verdampft und auf eine Temperatur von ca. 250°C gebracht. Der Volumenstrom des Brennstoffdampfes auf Standardbedingungen bezogen betrug 0,10 l/s. Er wurde im Vorwärmer 13 auf eine Temperatur von ca. 450°C vorgewärmt. Wie in Beispiel 1 beschrieben, erfolgte nun die Beaufschlagung der Brennstoffzellen 16 in analoger Weise. Die Abfuhr 7 der gasförmigen Reaktionsprodukte CO₂+ H₂O entsprach einem Volumenstrom von 0,31 l/s, diejenige (6) des Ballaststickstoffs 4 N₂ einem solchen von 1,01 l/s. Der totale Volumenstrom der Abgas-Abfuhr 11 erreichte somit den Wert von 1,32 l/s.
Die Temperatur des Feststoffelektrolyten 1 betrug 820°C. Die hypothetische kalorische Leistung der Anlage errechnete sich zu ca. 3,15 kW. Die elektrische Leistung an den Klemmen betrug bei einer Stromdichte j von 0,175 A/cm² ca. 1,95 kW, womit sich der Wirkungsgrad der elektrochemischen Umsetzung zu ca. 0,62 ergab.
Im Gleichgewichtszustand spielten die Zerfallsreaktion sowie möglicherweise Umsetzungen, die mit dem Wassergasgleichgewicht zusammenhängen, eine hervorragende Rolle:
CH₃OH → CO + 2 H₂
Dabei können ebenfalls endotherme Reaktionen auftreten, die eine wenigstens teilweise Nutzung der Verlustwärme und somit eine Wirkungsgradsteigerung ermöglichen.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Das Verfahren zur Umwandlung von in einem Stoff als chemisches Potential vorliegender Energie in elektrische Energie mittels einer Brennstoffzelle mit einem Feststoffelektrolyten in Form eines bei höherer Temperatur elektrisch leitfähigen keramischen Stoffes auf der Basis von Zirkonoxyd wird im Temperaturbereich von 700°C bis 1200°C durchgeführt, wobei als positive Sauerstoff-Elektrode (+) ein Perowskit auf Lanthan/Mangan-Basis und als negative Brennstoff- Elektrode (-) ein Cermet auf Nickelbasis verwendet wird. Auf die Seite der negativen Elektrode wird als Primärenergieträger ein Kohlenwasserstoff oder ein Alkohol oder ein Kohlehydrat oder eine Mischung von mindestens zweien der vorgenannten Stoffe in Gas- und/oder Dampfform zugeleitet und ein die Reaktionsprodukte Wasserdampf und Kohlendioxyd enthaltendes und wenigstens zum Teil unveränderte Primärenergieträger mitführendes Gas abgeleitet, wobei diesem Gas die Gelegenheit zur Expansion gegeben wird.
Das Verfahren wird vorzugsweise so durchgeführt, daß unmittelbar an der Seite der negativen Elektrode der Brennstoffzelle oder unmittelbar danach, in Strömungsrichtung gesehen, im Gasgemisch wenigstens ein Teil der Reaktionsprodukte Wasserdampf und Kohlendioxyd mit wenigstens einem Teil des Primärenergieträgers zu einer endothermen chemischen Reaktion gebracht wird, und daß diese Wärmetönung zur Temperaturregulierung der Brennstoffzelle herangezogen wird. Des weiteren wird die Brennstoffzelle vorteilhafterweise so betrieben, daß wenigstens ein Teil des Primärenergieträgers mit einem Teil des Sauerstoffträgers vor und/oder an der Seite der negativen Elektrode, in Strömungsrichtung gesehen, zu einer exothermen chemischen Reaktion gebracht wird, wobei diese Wärmetönung zur Aufheizung der Brennstoffzelle beim Anfahren und/oder zur Temperatur- und Leistungsregulierung während des Betriebs herangezogen wird.
Außerdem wird vorzugsweise wenigstens ein Teil des Primärenergieträgers mit einem Teil des Sauerstoffträgers an der Seite der negativen Elektrode der Brennstoffzelle oder unmittelbar danach, in Strömungsrichtung gesehen, zu einer exothermen chemischen Reaktion gebracht, wobei diese Wärmetönung zur Aufheizung der Brennstoffzelle beim Anfahren und/oder zur Temperatur- und Leistungsregulierung während des Betriebs herangezogen wird.
Als Primärenergieträger wird Methan oder ein anderer gasförmiger Kohlenwasserstoff oder CO oder H₂ oder eine Mischung von mindestens zweien der vorgenannten Stoffe oder ein flüssiger oder fester Kohlenwasserstoff oder ein flüssiger Alkohol verwendet, wobei diese Stoffe mit Hilfe der in der Brennstoffzelle im Betrieb entwickelten Wärmeenergie verdampft und der Seite der negativen Elektrode der Brennstoffzelle zugeführt werden.
Der entscheidende Vorteil des Betriebs einer Brennstoffzelle nach dem neuen Verfahren besteht darin, daß die Zelle nicht von außen gekühlt werden muß, um die Verlustwärme abzuleiten, sondern daß die Kühlung intern durch einen endothermen chemischen Prozeß bewerkstelligt wird.

Claims (6)

1. Verfahren zur Umwandlung von in einem Stoff als chemisches Potential vorliegender Energie in elektrische Energie mittels einer Brennstoffzelle, wobei als Feststoffelektrolyt ein bei höherer Temperatur elektrisch leitfähiger keramischer Stoff auf der Basis von Zirkonoxyd im Temperaturbereich von 700°C bis 1200°C, als positive Sauerstoff- Elektrode (+) ein Perowskit auf Lanthan/Mangan-Basis und als negative Brennstoff-Elektrode (-) ein Cermet auf Nickelbasis verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Seite der negativen Elektrode als Primärenergieträger ein Kohlenwasserstoff oder ein Alkohol oder ein Kohlehydrat oder eine Mischung von mindestens zweien der vorgenannten Stoffe in Gas- und/oder Dampfform zugeleitet und ein die Reaktionsprodukte Wasserdampf und Kohlendioxyd enthaltendes und wenigstens zum Teil unveränderte Primärenergieträger mitführendes Gas abgeleitet wird und daß diesem Gas die Gelegenheit zur Expansion gegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar an der Seite der negativen Elektrode der Brennstoffzelle oder unmittelbar danach, in Strömungsrichtung gesehen, im Gasgemisch wenigstens ein Teil der Reaktionsprodukte Wasserdampf und Kohlendioxyd mit wenigstens einem Teil des Primärenergieträgers zu einer endothermen chemischen Reaktion gebracht wird, und daß diese Wärmetönung zur Temperaturregulierung der Brennstoffzelle herangezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Primärenergieträgers mit einem Teil des Sauerstoffträgers vor und/oder an der Seite der negativen Elektrode der Brennstoffzelle, in Strömungsrichtung gesehen, zu einer exothermen chemischen Reaktion gebracht wird, und daß diese Wärmetönung zur Aufheizung der Brennstoffzelle beim Anfahren und/oder zur Temperatur- und Leistungsregulierung während des Betriebs herangezogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Primärenergieträgers mit einem Teil des Sauerstoffträgers an der Seite der negativen Elektrode der Brennstoffzelle oder unmittelbar danach, in Strömungsrichtung gesehen, zu einer exothermen chemischen Reaktion gebracht wird, und daß diese Wärmetönung zur Aufheizung der Brennstoffzelle beim Anfahren und/oder zur Temperatur- und Leistungsregulierung während des Betriebs herangezogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Primärenergieträger Methan oder ein anderer gasförmiger Kohlenwasserstoff oder CO oder H₂ oder eine Mischung von mindestens zweien der vorgenannten Stoffe verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Primärenergieträger ein flüssiger oder fester Kohlenwasserstoff oder ein flüssiger Alkohol verwendet wird, wobei diese Stoffe mit Hilfe der in der Brennstoffzelle im Betrieb entwickelten Wärmeenergie verdampft und der negativen Seite der Brennstoffzelle zugeführt werden.
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