Diaphragmenloses Brennstoffelement Von den zum Betriebie von Brennstoffelementen
bei höheren Temperaturen benutzten Sauerstoff- moder Luftelektroden ist zu fordern,
daß sie das richtige Potential liefern und unter den Arbeitsbedingungen der Zelle
beständig isind, d. h. weder vom Elektrolyten noch vom Sauerstoff angegriffen werden.
Voraussetzung für,ie Bildung der richtigen EMK ist das Vorhandensein seiner dünnen
Oxydschicht auf dem Metall, die den Austausch der Sauerstoffionen vermittelt. Man
hat vorgeschlagen, für derartige Elektroden Eisen, Nickel, Nickel-Eisen- odcrNickel-Eisen-Chrom-Legfierungen
zu verwenden. Derartige Werkstoffe sind indessen auf die Dauer nicht beständig,
denn .sie bedecken sich mit einer porösen, abblätternden Oxydschicht, in der sich,
die Schmelae empo:rsaugt und die den S:anerstoffaustaus:ch vermittelnden Zentren
erstickt.Diaphragmless fuel element From those used to operate fuel elements
Oxygen - moderate air electrodes used at higher temperatures are required,
that they deliver the correct potential and under the working conditions of the cell
are persistent, d. H. are attacked neither by the electrolyte nor by the oxygen.
The prerequisite for the formation of the correct EMF is the presence of its thin
Oxide layer on the metal, which mediates the exchange of oxygen ions. Man
has proposed iron, nickel, nickel-iron or nickel-iron-chromium alloys for such electrodes
to use. Such materials, however, are not permanent in the long run,
because they are covered with a porous, flaking oxide layer in which
the Schmelae picks up and the centers mediating the oxygen exchange
suffocated.
Unter :den korrosionsfesten Legierungen. gibt es nun solche, welche
die an sich bereits wertvolle Eigenschaft zeigen, daß sie sich unter den Arbeitsbedingungen
eines bei erhöhter Temperatur betriebenen Brennstoffelem@entes äußerlich mit einer
festhaftenden Oxydschicht überziehen, die so dicht ist, daß das därunterliegende
Metall vor weiterem Angriff durch den Sauerstoff weitgehend schützt wird. Derartige
Legierungen sind daher zur Herstellung von Luftelektroden für Brennstoffelemente
vortrefflich geeignet, da sie einerseits nicht verzundern, anderseits. aber bei
Ingebrauchnahme sich mit einer Oxydschicht bedecken und dadurch die Eigenschaft
erhalten, #,dae sie zur Verwendung als Luftelektroden überhaupt geeignet macht.Among: the corrosion-resistant alloys. there are now those who
which in themselves are valuable properties show that they can be found under the working conditions
a fuel element operated at an elevated temperature externally with a
A tightly adhering oxide layer, which is so dense that the one underneath it
Metal is largely protected from further attack by the oxygen. Such
Alloys are therefore used in the manufacture of air electrodes for fuel elements
excellently suited because on the one hand they do not scale, on the other hand. but with
In use, cover with an oxide layer and thereby the property
obtained # because it makes them suitable for use as air electrodes at all.
Es wurde nun darüber hinaus überraschenderweisie gefunden, daß Legierungen
der vorstehend beschriebenen Art auch noch eine zweite äußerst wertvolle Eigenschaft
zeigen. Die bisher für Luftelektroden verwendeten Stoffe,dürfen nämlich vom -Elektrolyten
nicht benetzt werden, da sonst die Spannung an der Elektrode zusammenbricht (sog
Ersaufen der Elektrode). Durch Umgeben der Elektroden mit Diaphragmen oder diaphragmaartig
wirkenden Massen hat man däe Erscheinung des Ersaufens bisher zu verhindern gesucht,
rußte
dabei aber in Kauf nehmen, daß durch das Diäphragniä de/ innere
Widerstand der Zelle erheblich heraufgesetzt wurde, ganz abgese davon, daß es 'bisher
keine Diaphragmen di,e sich in der Schmelze nicht auflösen. wendet man dagegen de.,
genannten Legi V> gen als Werkstoffe für die Elektroden, insbesondere die Luftelektroden,
so tritt ein Ersaufen nicht ein, d. h. diese Legierungen zeigen dem schmelzflüssigen
Elektrolyten gegenüber gleichsam ein hydrophobes- Verhalten. Man kann daher bei
Anwendung derartiger Legierungen das Diaphragma oder ähnlich wirkende Vorrichtungen
fortlassen.It has now also surprisingly been found that alloys
of the type described above also has a second extremely valuable property
demonstrate. The substances previously used for air electrodes are actually allowed from the electrolyte
are not wetted, otherwise the voltage on the electrode collapses (so-called
Drowning the electrode). By surrounding the electrodes with diaphragms or diaphragm-like
effective masses have hitherto tried to prevent the phenomenon of drowning,
soot
but accept that through the diaphragnia de / inner
The resistance of the cell has been increased considerably, quite apart from the fact that it has been so far
no diaphragms di, e do not dissolve in the melt. if you turn it against de.,
named Legi V> gen as materials for the electrodes, in particular the air electrodes,
so there is no drunkenness, d. H. these alloys show the molten one
A hydrophobic behavior, as it were, towards electrolytes. One can therefore at
Use of such alloys the diaphragm or similarly acting devices
leave out.
Als Material für .die Luftelektroden sind alle Legierungen brauchbar,
welche die obengenannte Eigenschaft zeigen, sich mit einer festhaftenden dichten
Oxydschicht zu überziehen, welche das darunter befindliche Metall vor weiterer Oxydation
schützt. Solche Legierungen sind in erster Linie siliciumhaltige Chrom-Aluminium-Legierungen,
die außerdem Mangan und Kohlenstoff als Zusätze :enthalten können, ferner siliciumhaltige
Eisen-Nickel-Chrom-Legerungen, -ebenfalls mit Zusätzen von Mangan und Kohlenstoff.All alloys can be used as material for the air electrodes,
which show the above property to seal with a firmly adherent
Oxide layer to coat which the underlying metal from further oxidation
protects. Such alloys are primarily silicon-containing chromium-aluminum alloys,
which can also contain manganese and carbon as additives, as well as silicon-containing ones
Iron-nickel-chromium alloys, also with additions of manganese and carbon.
Die vorteilhafte Wirkungsweise .aus derartigen Werkstoffen hergestellter
Luftelektroden geht .aus folgendem Vergleichsversuch hervor: In einem elektrisch
geheizten Ofen befindet ch in' einem Eisentiegel eine Elektrolytkehmelze, z. B.
aus 5o Teilen K2 C 03 -I- 5o Teilen Na3 C 03, die auf etwa 8oo° gehalten wird. In
die Schmelze taucht ein Kohlenstab und, konzentrisch zu diesem, ein Eisenzylinder
ein. Der Kohlenstab arbeitet als Brennstoff-, der Eisenzylinder als Sauerstoff-
bzw. Luftelektrode. Bei einer derartigen Anordnung erhält man eine elektromotorische
Kraft von nur etwa o,28 Volt. Ersetzt man dagegen den Eisenzylinder durch einen
Zylinder aus einer siliciumhaltigenEisen-Nickel-Chrom-Legierung der ungefähren Zusammensetzung
250b Cr, 200/0 Ni, 53010 Fe, 0,5 bis 2, 5 0,1o Si, o,5 bis i % Mn
und 0, 15 % C, so erzielt man Spannungen von dauernd etwa i Volt.The advantageous mode of operation of air electrodes made from such materials is evident from the following comparative experiment: In an electrically heated furnace there is an electrolyte clay in an iron crucible, e.g. B. from 5o parts of K2 C 03 -I- 5o parts of Na3 C 03, which is kept at about 8oo °. A carbon rod and, concentric to it, an iron cylinder are immersed in the melt. The carbon rod works as a fuel, the iron cylinder as an oxygen or air electrode. With such an arrangement, an electromotive force of only about 0.28 volts is obtained. If, on the other hand, the iron cylinder is replaced by a cylinder made of a silicon-containing iron-nickel-chromium alloy with the approximate composition 250b Cr, 200/0 Ni, 53010 Fe, 0.5 to 2.5 0.1o Si, 0.5 to 1.5% Mn and 0, 1, 5% C, we achieved voltages of continuous about i volts.