DE19902970A1 - Brennstoffzellen mit ionenleitenden permeablen Elektroden aus elektronenleitender Keramik - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle mit flüssigem Elektrolyten, deren Elektrodenwände aus permeablen bzw. semipermeablen elektronenleitenden Stoffen bestehen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird permeable elektronenleitende Keramik als Anoden- bzw. Kathoden-Material eingesetzt. Hierdurch können die sonst notwendigen Stromableiter entfallen, da die Stromabnahme direkt an einem Punkt der Elektroden erfolgen kann. Dies führt insgesamt zu einem größeren Wirkungsgrad mit erhöhter Zellspannung.

Description

Die Erfindung betrifft eine mit flüssigen Elektrolyten betriebene Brennstoffzelle, deren Elektroden aus perme­ abler elektronenleitender Keramik bestehen, wie nach der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art. Brennstoffzellen mit protonenleitenden flüssigen Elektrolyten sind in vielen unterschiedlichen Ausführungs­ formen bekannt und im Einsatz.

Wegen der teilweise hohen chemischen, thermischen und mechanischen Belastung stellen Elektroden, insbe­ sondere auch mit katalytisch wirksamen Beschichtungen, einen erheblich zeitlichen Limitierungsfaktor dar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch den Einsatz langlebiger, mechanisch einfacher und leistungsfähiger Elektroden, Brennstoffzellen mit flüssigen Elektrolyten noch wirtschaftlicher einsetzen zu können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die von diesem Anspruch abhängigen Ansprüche ge­ kennzeichnet.

In folgendem wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit zwei Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine vereinfachte Schnittzeichnung der Brennstoffzelle in Vorderansicht. In dem Behälter (9) mit dem Elektrolyten (10) sind die Anode (3) und die Kathode (11) isoliert aufgehängt bzw. besteht die Behälter­ wandung aus isolierendem Material. Über die Brennstoffzufuhr (5) und Sauerstoffzufuhr/Luftzufuhr (12) werden die Reaktionsmedien den Katalysatoren (2, 6), die mit den Elektroden in leitender Verbindung stehen, zugeführt. Über den Elektrolytzufluß (4) und den Elektrolytabfluß (8) kann die Temperatur und die Zusam­ mensetzung des Elektrolyten geprüft und geändert werden. Das Material der Anode (3) und der Kathode (11) besteht in einer bevorzugten Ausführungsform aus elektronenleitender permeabler bzw. semipermeabler Ke­ ramik. Durch diese Doppelfunktion können die sonst üblichen metallischen Elektroden-Stromableiter fehlen, da der Strom punktuell an den Elektroden über die Stromanschlüsse (1, 7) abgegriffen werden kann. Hierdurch ergeben sich Vorteile wie geringerer mechanischer Aufwand, weniger elektrische Verluste, gute Ionenleitfähig­ keit und damit insgesamt ein guter Wirkungsgrad mit höherer Zellspannung.

Fig. 2 eine Variante, bei der die Katalysatoren (2, 6) durch die Anodenionisationsstrecke (15) und die Katho­ denionisationsstrecke (16) ersetzt werden. Wird die Anoden-Ionisationsspannung (13) und die Kathoden- Ionisationsspannung (14) aktiviert, so können die zugeführten Reaktionsmedien selektiv ionisiert werden und an die Innenwände der Anode (17) und der Kathode (11) abgeleitet werden. Optional kann in die Elektrik auch eine Heizung integriert sein. 1 Stromanschluß
2 Katalysator
3 Anode
4 Elektrolytzufluß
5 Brennstoffzufuhr
6 Katalysator
7 Stromanschluß
8 Elektrolytabfluß
9 Behälter
10 Elektrolyt
11 Kathode
12 Sauerstoffzufuhr/Luftzufuhr
13 Anoden-Ionisationsspannung
14 Kathoden-Ionisationsspannung
15 Anodenionisationsstrecke
16 Kathodenionisationsstrecke
17 Anode
18 Kathode

Claims (6)

1. Brennstoffzelle mit zwei Elektroden und einen diese umgebenden oder durchströmenden Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen der Anode (3) und der Kathode (11), die mit ihren jeweiligen Enden im Behälter (9) gegenüber der Behälterwandung elektrisch isoliert montiert sind, aus permeablen oder semipermeablen und gleichzeitig elektronenleitenden bzw. nichtelektronenleitenden und/oder ionenleitenden Stoffen bzw. aus deren Kombinationen bestehen, wobei die Innenseiten der Elektroden mit den Katalysatoren (2, 6) elektrisch leitend verbunden sind und die Stromanschlüsse (1, 7) direkt mit der Anode (3) und der Ka­ thode (11) elektrisch leitend verbunden sind.

2. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (3) und die Kathode (11) direkt vom Elektrolyten (10) durchströmt werden, wobei die Katalysatoren (2, 6) nun auf der Außenseite der Elektroden angebracht sind und hier separat von den jeweiligen Reaktionsmedien umspült werden.

3. Brennstoffzelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (3) und die Kathode (11) in bevorzugten Ausführungsformen aus leitender Keramik, protonenleitender Oxidkeramik, leitendem Glas oder leitendem Kunststoff bestehen, wobei der jeweilige Katalysator auch porenbezogen und hier ebenfalls oberflächenwirksam, in das jeweilige Elektroden-Material chemisch und/oder physikalisch eingebunden sein kann.

4. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (3) und die Kathode (11) mit ihren nun offenen unteren Enden derart in den Elektrolyten (10) eintauchen, daß sie damit unmittelbar in Strömungsverbindung stehen und der hydrostatische Druck oder ein weiterer positiver Druck darin wirksam werden kann.

5. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (17) und die Kathode (18) von der Anodenionisationsstrecke (15) und der Kathodenionisationsstrecke (16) durchzo­ gen werden, an denen die steuerbare Anoden-Ionisationsspannung (13) und die Kathoden-Ionisationsspannung (14) anliegen, die die entstehenden Streamer an den Innenseiten der Elektroden als Masse ableiten oder auch potentialfrei gegenüber dem Elektrolyten steuerbar ionisieren, wobei auch eine elektrische Heizung mit zusätz­ licher oder ausschließlicher thermischer Ionisationsfunktion integriert sein kann.

6. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu ionisierenden Medien durch Laser, Hochfrequenz oder Strahlung ionisiert werden.