DE701803C - Verfahren zur Verminderung der UEberspannung bei der elektrolytischen Entwicklung von Wasserstoff in Wasserzersetzern - Google Patents

Description

• Verfahren zur Verminderung der TJberspannung bei der elektrolytischen Entwicklung von Wasserstoff in Wasserzersetzern Bekanntlich spielt bei vielen Elektrolysen die sog. Überspannung eine erhebliche Rolle. Bei denjenigen Prozessen, =die, wie z. B. die Chloralkalielektrölyse oder die Wasserzersetzung, der Gewinnung von Wasserstoff dienerv ist .eine zu hohe Überspannung vom Übel, da durch sie der Betrieb der Anlage weniger wirtschaftlich wird.
• Zum Zwecke einer solchen Verminderung der Überspannung sind schon Veränderungen der Oberfläche der Kathode vorgeschlagen worden. Man hat beispielsweise die Kathode mit Überzügen .aus verschiedenen Metallen, z. B. Eisen, Nickel, Kobalt, Chrom usw., versehen. oder einen kolloidalen Kathodenüberzug, z. B. aus Magnesiumsilicat; Kalk, Kohle, Ferrihydroxyd usw., hergestellt. Mit- diesen Maßnahmen gelang es jedoch nur, die überspannung für eine gewisse Zeit zu verringern, so daß bei lang dauernden Prozessen die Nachteile zu hoher Überspannung wieder voll zur Wirksamkeit gelangten.
• Gemäß der Erfindung werden anhaltende.. Verringerungen der Überspannung dadurch erreicht, daß man die Kathoden zunächst in einem Elektrolyten arbeiten läßt, der uniersetzt lösliche Salze von Metallsauerstoffsäuren in geringer Menge enthält. Die erfindungs. gemäße Regel kann dadurch verwirklicht werden, daß man in einem besonderen Formierungsbad derartige uniersetzt lösliche Salze von Metallsäuerstoffsäuren, wie z. B. Chromate; Molybdate, Wolframate, Niobate, Titanate und ähnliche, auflöst und die so vorbereitete Elektrode dann für die Wasserstoffgewrinnungselektrolyse benutzt. Es ist auch möglich, die genannten Salze von Metallsauerstoffsäuren dem Wasser des Wasserzersetzers selbst zuzufügen. Erfindungsgemäß werden geringe Mengen dieser Salze für die Verminderung oder Aufhebung der Überspannung benötigt, vorzugsweise haben sich Mengen von o, 5 g/1 bewährt.
• Man hat schon vorgeschlagen, z. B. Chromate und Vanadate zu Elektrolyten zuzusetzen, die der Darstellung von Halogensauerstoffsal= zen dienen sollten.- Bei diesem Prozeß handelt es sich lediglich darum, eine möglichst .gute -anodische Stromausbeute zu erhalten, während die meist gleichzeitig stattfindende kathodische Wasserstoffentwicklung lediglich von sekundärer Bedeutung ist. Es ist lediglich erforderlich, daß diese kathodische Stromausbeute i oo (1,1o beträgt, und daß diese kathodische Stromarbeit nicht zu Reduktionsvorgängen verbraucht wird, indem anodisch gebildete Oxydationsprodukte an der Kathode wieder reduziert werden, was die anodische., Stromausbeute praktisch vermindern würde: Tritt ein solcher Fall ein, so wird natürlich die kathodische Wasserstoffentwicklung entsprechend vermindert sein. Die Bedingungen der Elektrolyse zur Herstellung von Halogensauerstoffsalzen sind also gegenüber den Verfahren, die für die Erfindung in Betracht kommen, grundverschieden. Während der Zusatz von z. B. Chromaten zu Elektrolyten bei der Darstellung von Halogensauerstoffsalzen dazu dient, die Kathode mit einer Schicht zu überziehen, die ein Herantreten der Oxydationsprodukte an das Kathodenmetall verhindert und somit auch eine unerwünschte Reduktion dieser Produkte unmöglich macht, kommt bei den Prozessen nach dem neuen Verfahren keine Änderung in den kathodischen Prozessen als solche in Frage. Während daher auch der Zusatz der z. B. Chromate bei den früheren Verfahren eine Veränderung der kathodischen Stromausbeute hinsichtlich der Wasserstoffentwicklung zur Folge hatte, indem eine Verringerung der Stromausbeute unter ioo% vermieden werden sollte, wird die an sich schon i oo o,'oige Stromausbeute an entwickeltem Wasserstoff bei den Prozessen, für die die Anwendung des Erfindungsgegenstandes in Frage kommt, nicht verändert, es ändert sich lediglich durch Verminderung der Überspannung die Energieausbeute. Wie sich aus dem Schrifttum eindeutig ergibt, wird durch den bekannten Chromatzusatz sogar das Gegenteil von der durch die Erfindung erstrebten Verringerung der Überspannung erreicht. Man erzielt nämlich bei dem bekannten Verfahren eine Spannungserhöhung, die darauf zurückzuführen ist, daß nunmehr der gesamte Strom an der Kathode zur Abscheidung von Wasserstoff verbraucht wird, was eine höhere Spannung erfordert als zuvor die kathodisch bewirkten Reduktionsvorgänge.
• Im völligen Gegensatz dazu bewirkt die erfindungsgemäße Zugabe von Chromat usw. zum Elektrolyten einer Wasserzersetzungsanlage keine Veränderung der kathodischen Stromausbeute, es wird bei ihr infolge der Verringerung der Überspannung lediglich eine Erhöhung der Energieausbeute erreicht.
• Als besonders günstig für die Verringerung der Überspannung haben sich gleichmengige Gemische von Alkalichromat und Alkaliwolframat erwiesen.
• Eine Erhöhung des erfindungsgemäßen Salzgehaltes hat keine Verbesserung der Spannungs- und damit Energieverhältnisse mit sich gebracht.
• Ausführungsbeisipiel In einem elektrolytischen Wasserzersetzer mit Nickelanode und Eisenkathode wurden bei verschiedenen Elektrolyttemperaturen die Spannungsabfälle an der Eisenkathode gemessen.
• Darauf wurden im Sinne der Erfindung unter völlig gleichen Betriebsverhältnissen wie zuvor Kaliumchromat und Wolframat in Mengen von je o,5 g pro Liter Elektrolyt zugesetzt. Nach Auflösung dieser Zusätze ergab sich eine Verminderung des Spannungsabfalles an der Eisenkathode zwischen 13 bis 26%, also eine erhebliche Verminderung der Überspannung.
• Wie schon weiter oben ausgeführt, kann die Kathode gemäß der Erfindung auch in einem besonderen Formierungsbad vorbehandelt werden. Bei dieser Arbeitsweise ist darauf zu achten, daß die formierten Kathoden möglichst rasch in die Zersetzerzellen eingebaut werden, um unerwünschte Veränderungen an der Oberfläche der Kathode zu vermeiden. Da die elektrolytischen Wasserzersetzer mit Diaphragma arbeiten, so ist es zweckmäßig, die Salzzusätze in den Kathodenraum einzubringen.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von Wasserstoff in Wasserzersetzern, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden in einem Elektrolyten benutzt bzw. eingearbeitet werden, der unzersetzt lösliche Salze von Metallsauerstoffsäuren von der Art der Chromate in geringer Menge, z. B. 0,5 g/1, enthält.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Alkalichromat und Alkaliwolframat in etwa gleichen Mengen im Elektrolyten enthalten sind.