DE714265C - Betrieb von Brennstoffelementen - Google Patents

Description

• Betrieb von Brennstoffelementen Der Betrieb von Brennstoffelementen mit schmelzfüssigen Elektrolyten stößt auf Schwierigkeiten, solange kein keramischer Baustoff bekannt ist, der den besonderen Ansprüchen an Mkalifestigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit genügt. Hinzukommt, daß bei der Übertragung der Arbeitsweise vom Laboratorium in den technischen Betrieb die Abmessung des Isolierkörpers derart wächst. daß es selbst bei Auffindung eines geeigneten Rohstoffes schwierig ist. ihn in ausreichender Größe zu verformen und maßhaltig zu brennen. Die Nachteile machen sich besonders bei solchen Verfahren bemerkbar, die ein keramisches Diaphragma als Bauelement zum Gegenstand haben.
• Erfindungsgemäß läßt sich dieser übelstand durch Ven=endung einer Zelle beseiti' gen, bei der die Elektroden einen Hohlraum bilden und die Temperaturen auf beiden Seiten dieses Hohlraumes verschieden eingestellt sind, derart, daß der schmelzflüssige Elekttolyt nach dem Durchtritt durch die Wand der einen Elektrode in den Hohlraum infolge der mit dem Temperaturunterschied verbundenen Abkühlung zähflüssig wird bz«-, :erstarrt. Auf diese Weise bildet der zähflüssige bzw..erstarrte Elektrolyt selbst das Diaphragma, so daß auf ein keramisches Diaphragma verzichtet werden kann. Diese Anordnung bietet außerdem den Vorteil, daß Undichtigkeiten von dem nachfließenden Elektrolyten automatisch gedichtet werden. Der Temperaturwnterschied läßt sich praktisch verwirklichen, wenn man das auf der einen Seite befindliche Gas, z. B. Luft, «eniger vorwärmt als das andere.
• Hierdurch entfallen alle Schwierigkeiten, die beim Betrieb größerer Zellen mit keramischen und metallischen Bauelemehten bei hoher Temperatur entstehen. denn das Springen und Reißen der keramischen Körper, das bei Zellen mit besonderem Diaphragma infolge der verschiedenen Ausdehnungkoeffizienten von keramischem Material und Metall= und der dadurch bedingten Zugspannung bei Betriebsunterbrechungen unvermeidlich ist, wird mangels Vorhandenseins eines keramischen Körpers gegenstandslos.. Auch der Sorge um die Alkalifestigkeit und um die Herstellung von keramischen Platten größeren NZaßstabes, deren Flächen sich beim Brennen nicht verziehen dürfen. sowie der Fertigung größer Formstücke mit ausreichender Maßhaltigkeit ist man enthoben.
• Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß man den Abstand der Elektroden auf ein Mindestmaß verringern kann, und auf diese Weise eine gute Ausbeute erzielt. während man bei Verwendung .eines keramischen Diaphragmas aus Gründen der Festigkeit und Verformung gezwungen ist, bei der Vergrößerung der Zelle auch größere Wandstärken in Kauf zu nehmen. Der Abstand der Elektroden wird nach der Erfindung dadurch gesichert, daß die Gaszu- und -ableitungen als isolierende Abstandhalter ausgebildet sind.
• Bei Brennstoffelementen größeren Ausmaßes von z. B. mehreren -Metern Länge, die bei hoher Temperatur betrieben werden, spielt die Standfestigkeit eine große Rolle. Letztere wird einerseits durch die Ausbildung der Elektroden als Hohlwand gewährleistet. andererseits dadurch erhöht, daß die Elektroden aus gefalzten Blechstreifen zusammengesetzt werden.
• Der Gegenstand der Erfindung sei an Hand des in der Abb. t dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Das im Aufriß dargestellte Element besteht aus der als Hohlkörper ausgebildeten Luftelektrode t, die im unteren Teil aus perforiertem oder gefalztem Eisenblech nach Abb. 2 hergestellt, im oberen jedoch flüssigkeits- und gasundurchlässig ausgeführt ist. Diese Elektrode bildet mit der ebenfalls als Hohlkörper ausgebildeten und vollständig aus perforiertem Eisenblech hergestellten Brenngaselektrode 2 einen Hohlraum 3. Das Element wird bis zur Höhe des flüssigkeitsundurchlässigen Teils mit Elektrolyten gefüllt, der je nach dem Temperaturgefälle, das man zwischen Innen-und Außenraum einstellt, innerhalb des Hohlraumes zähflüssig wird oder erstarrt. Nimmt man z. B. einen aus 30% Na.C03, 300;0 K- C 03, 3 6 0j0 Ba C O.; und 4o,'0 Lia C 03 bestehenden Elektrolyten, so erstarrt dieser bei einer Temperatur von 5.19'. Wärmt man das Brexmgas so vor, daß der flüssige Elektrolyt im- Innern des Elementes eine .Temperatur von 6oo' hat, so kühlt der Elektrolyt nach dem Durchtritt durch die `'Fand der Brenngaselektrode innerhalb des Hohlraumes 3 deraYt ab, daß er zähflüssig wird und das Diaphrhgmaersetzt. Für den Fall, daß man dem zäliflüssigeii Zustand den Vorzug gibt, wird durch den elektrisch beheizten Trichter. in den von der Gaselektrode umschlossenen Hohlraum so viel Elektrolyt nachgefüllt, wie än der Außemi#and der Luftelektrode abtropft. Der abtropfende Elektrolyt wird durch die Wanne 5 aufgefangen und nach außen abgeleitet. Der gegenseitige Abstand der Elektroden wird durch die Gaszu- 6 und -ableiturig 7 bzw. durch deren Isoliermuffen sichergestellt. Die Gaszuleitung 6 dient gleichzeitig als negative Stromableitung, die positive Ableitung erfolgt durch die Stromschiene B. Die gesamte Einrichtung ist von. einem Isolfermantel9 umschlossen. Ihre Beheizung erfolgt durch Vorwärmung des zugeführten Brenngases. Die Luft tritt durch den Stutzen to von unten ein, bewegt sich durch die Erwärmung langsam nach oben, wo sie durch die Durchführung des Deckels ins Freie tritt. Ausführungsbeispiel Ein nach den vorstehend angegebenen Grundsätzen hergestelltes Brennstoffelement wird mit Kohlenoxyd und Luft betrieben. Als Elektrolyt dient ei.i7e Schmelze aus 12 Gewichtsteilen Na Cl, 16 Teilen KCl, ¢ t Teilen K., C 03 und 31 Teilen Na. C 03. Die Elektroden sind aus Streifen von korrosionsfestem bzw. nichtzunderndem Stahlblech zusammengefalzt und haben im Mittel eine Oberfläche von Zoo qcm. Das Ganze ist frei in einem Behälter aus Isoliermasse untergebracht, so daß die Luft freien Zutritt hat. Die Beheizung erfolgt durch Einleiten von erhitztem CO in die hohle Brenngaselektrode. Die Temperatur wird im Innern des Elektrolytraums mit einem Thermoelement gemessen. Bei .einer Temperatur von 55o° ist der Elektrolyt noch starr, und die Vorrichtung liefert eine EMK von ;,o-. V; steigert man die Temperatur auf tioo°, so geht der Elektrolyt in den zähflüssigen Zustand über. und die EIYIN beträgt nunmehr o,98.'.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: t. Verfahren zum Betriebe von Brennstoffelementen mit schmelzflüssigem Elektrolyten, bei denen ineinandergeschobene, den Elektrolyten aufnehmende Hohlelektroden einen Wandhohlraum bilden, gekennzeichnet durch Einstellen eines derartigem Temperaturgefälles mittels der unterschiedlich- temperierten. KäthGden--und Anodengase zwischen der Innen- und Außenwand des Hohlraumes, daß der schmelzflüssige Elektrolyt nach dem Durchtritt durch die Wand der einen Elektrode in den Hohlraum zähflüssig wird bzw. erstarrt. '
2. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus gefalzten Blechstreifen zusammengesetzt sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszu- und -Ableitungen als Abstandhalter ausgebildet sind.