DE19728772C1 - Water electrolysis hydrogen cell shut down by termination of electrical supply - Google Patents
Water electrolysis hydrogen cell shut down by termination of electrical supplyInfo
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- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Elektro lyse-Vorrichtung sowie eine Elektrolyse-Vorrichtung zum Erzeu gen von Wasserstoff mit einem durch den Elektrolyseraum hin durchgeführten Wasserkreislauf.The invention relates to a method for operating an electrical system lysis device and an electrolysis device for generating hydrogen with one through the electrolysis room performed water cycle.
Derartige Elektrolyse-Vorrichtungen zum Erzeugen von Wasser stoff laufen normalerweise im Dauerbetrieb. Wenn sie im inter mittierenden Betrieb, z. B. in Kopplung mit einem Solarfeld betrieben werden, müssen bei herkömmlichen Systemen die Elektroden mit einem Schutzpotential versehen wer den, um der Korrosion an diesen entgegenzuwirken. Das heißt, daß während der Stillstandszeiten eine Polarisationsspannung an die Elektroden angelegt werden muß, die üblicherweise 1,3 Volt pro Zelle beträgt.Such electrolysis devices for generating water normally run in continuous operation. If you are in the inter middle operation, e.g. B. in coupling to be operated with a solar field, conventional Systems who provide the electrodes with a protective potential to counteract corrosion on them. This means, that a polarization voltage is present during downtimes the electrodes must be applied, which is usually 1.3 volts per cell.
Diese Spannungsbeaufschlagung der Elektroden während der Still standszeiten der Elektrolyse-Vorrichtung bringt Probleme in der technischen Durchführung mit sich und verschlechtert die Gesam tenergiebilanz des Systems deutlich.This application of voltage to the electrodes during breastfeeding Service life of the electrolysis device brings problems in the technical implementation with it and worsens the overall System energy balance clearly.
Aus der US-A-5,013,617 ist es bekannt, während Stillstandszei ten von Elektroden mit Stickstoff verdünnten Sauerstoff in den Kathodenbereich und Stickstoff in den Anodenbereich einer Zelle einzubringen. Aus der Beschreibung geht hervor, daß dies an ei ner Zelle mit Phosphorsäure als Elektrolyt erfolgt, in der im Kathodenbereich aus Luft Sauerstoff und im Anodenbereich aus einem wasserstoffreichen Gasstrom Wasserstoff abgeschieden wird. Die Zufuhr des Stickstoffs in den freiwerdenden Wasser stoff erfolgt, um die Bildung von Nickeltetracarbonyl an dem Katalysator zu verhindern. Der mit Stickstoff verdünnte Sauer stoff dient dazu, an der Kathode ein annehmbares Schutzpotenti al von ca. 0,8 Volt aufrechtzuerhalten.From US-A-5,013,617 it is known during downtime electrodes diluted with nitrogen in the electrodes Cathode area and nitrogen in the anode area of a cell bring in. From the description it appears that this on ei ner cell with phosphoric acid as the electrolyte takes place in the Oxygen in the cathode area and oxygen in the anode area a hydrogen-rich gas stream separated hydrogen becomes. The supply of nitrogen to the water released is done to prevent the formation of nickel tetracarbonyl on the To prevent catalyst. The acid diluted with nitrogen Substance serves to provide an acceptable level of protection at the cathode al of about 0.8 volts.
In der US-A-5,419,978 wird ebenfalls eine derartige Zelle be schrieben, bei der im Anschluß an die oben beschriebenen Schritte ein natürliches Gas wie entschwefeltes Methan auf die Anoden aufgebracht wird, um diese zu passivieren, d. h. ein mi nimales Elektrodenpotential der Anode in Stillstandszeiten zu erreichen.Such a cell is also disclosed in US-A-5,419,978 wrote, following the above Steps on the natural gas like desulfurized methane Anodes are applied to passivate them, i. H. a mi nimal electrode potential of the anode during downtimes to reach.
Bei Vorliegen von Gasen innerhalb einer Zelle wie beim oben be schriebenen Stand der Technik ist ein Wechsel des beaufschlag ten Gasstroms relativ leicht durchführbar, was bei der Elektro lyse-Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff, bei der Wasser inner halb der Zelle vorliegt, nicht ohne großen Aufwand erreichbar ist.If gases are present within a cell, as in the case above The current state of the art is a change in the charge ten gas flow relatively easy to carry out, which is the case with electronics Lysis device according to the preamble, in which water is internal half of the cell, not easily accessible is.
Aus der DE-U-91 15 337 ist schließlich eine Elektrolyse- Vorrichtung bekannt, bei der dem in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegendem Wasser neben Kalilauge schlecht leitendes Gas zugegeben wird, um die Streuströme zu reduzieren. Durch die so erreichbare Reduktion der Streuströme wird der Wirkungsgrad der Elektrolyse-Vorrichtung erhöht.Finally, from DE-U-91 15 337 an electrolysis Device known in which in hydrogen and oxygen water to be separated apart from potassium hydroxide, poorly conductive gas is added to reduce the stray currents. Because of that achievable reduction in stray currents becomes the efficiency of the Electrolysis device increased.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Verfahren zum Betrieb einer Elektrolysevorrichtung sowie eine Elektrolyse-Vorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff mit einem durch den Elektroly seraum hindurchgeführten Wasserkreislauf derart weiterzubilden, daß das Aufbringen eines Schutzpotentials zur Vermeidung von Korrosion im Bereich der Elektroden während Stillstandszeiten der Elektrolyse-Vorrichtung nicht mehr erforderlich ist.The object of the invention is therefore a method for operation an electrolysis device and an electrolysis device to generate hydrogen with one through the electroly to further develop the water cycle passed through it in such a way that the application of a protective potential to avoid Corrosion in the area of the electrodes during downtimes the electrolysis device is no longer required.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei ei ner Unterbrechung der Wasserstofferzeugung die Elektroden span nungsfrei geschaltet werden und daß der Sauerstoffgehalt des im Elektrolyseraum befindlichen Wassers reduziert wird.This object is achieved in that at egg interruption of hydrogen production, the electrodes span be switched free and that the oxygen content of the im Electrolysis room water is reduced.
Die erfindungsgemäße Elektrolyse-Vorrichtung zeichnet sich da durch aus, daß Mittel zum Unterbrechen des durch den Elektroly seraum hindurchführenden Wasserkreislaufs vorhanden sind.The electrolysis device according to the invention stands out from that means for interrupting the electroly water circulation leading through it.
Die Vorteile der Erfindung bestehen im wesentlichen darin, daß auch bei Stillstand der Elektrolyse-Vorrichtung kein Schutzpo tential mehr angelegt werden muß, um eine Korrosion der Elek troden zu vermeiden. Dies führt neben dem geringeren konstruk tiven Aufwand insbesondere zu einer deutlichen Verbesserung der Gesamtenergiebilanz.The advantages of the invention are essentially that no protective po even when the electrolysis device is at a standstill tential more must be created to prevent corrosion of the elec avoid treading. In addition to the lower construct tive effort in particular to a significant improvement in Total energy balance.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Un teransprüchen.Advantageous further developments of the method according to the invention and the device according to the invention result from the Un claims.
Es liegt z. Bsp. im Rahmen der Erfindung, daß zur Reduktion des Sauerstoffgehalts ein anderes Gases als Sauerstoff in das im Elektrolyseraum befindliche Wasser eingeblasen wird. Dazu wird bevorzugt Stickstoff verwendet.It is e.g. For example, in the context of the invention that to reduce the Oxygen content of a gas other than oxygen in the Electrolysis room water is injected. This will preferably nitrogen.
Eine weitere bevorzugte Methode zur Reduzierung des Sauerstoff gehalts besteht darin, den Elektrolyten, vorzugsweise kurz vor der Unterbrechung der Wasserstofferzeugung, nicht mehr zu bewe gen, also nicht mehr umzuwälzen. Dies führt zu einer Sauer stoffverarmung in Elektrodennähe.Another preferred method of reducing oxygen content is the electrolyte, preferably just before the interruption of hydrogen production can no longer be proven not to circulate anymore. This leads to an acid material depletion near the electrodes.
Besonders bevorzugt ist es, beide Methoden miteinander zu kom binieren.It is particularly preferred to combine both methods binieren.
Als Mittel zum Unterbrechen des Wasserkreislaufs ist vorzugs weise ein zweiter Wasserkreislauf mit sauerstoffgas-freiem Was ser vorgesehen. Mit anderen Worten: Es ist kein gasförmiger Sauerstoff im Wasser absorbiert. As a means of interrupting the water cycle is preferred a second water cycle with oxygen gas-free water water provided. In other words, it is not a gaseous one Oxygen absorbed in the water.
Die Erfindung kann dadurch weitergebildet werden, daß der Elek trolytkreislauf in einen Anolyt- und einen Katholytkreislauf aufgeteilt ist.The invention can be further developed in that the elec trolyte circuit into an anolyte and a catholyte circuit is divided.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die negative Elektrode eine Metall-Wasserstoffelektrode ist.According to the invention it is provided that the negative electrode is a Metal hydrogen electrode is.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described below described in a drawing.
Es zeigt Fig. 1 den Verlauf der Zellspannung (als O. C. V.) als Funktion der Zeit bei verschiedenen Randbedingungen.It shows Fig. 1 shows the course of the cell voltage (as OCV) as a function of time at different conditions.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das Elektrodenpo tential aufrechterhalten werden kann, wenn während Stillstands zeiten im Elektrolyten kein Sauerstoff vorhanden ist.The invention is based on the knowledge that the electrode po potential can be maintained if during standstill there is no oxygen in the electrolyte.
Es wurde im Rahmen der Erfindung im Rahmen von Laborversuchen festgestellt, daß die Zellspannung nach einstündigem Elektroly sebetrieb und anschließendem Abschalten innerhalb von Minuten zusammenbrach, wenn der Elektrolyt durch Rühren stark bewegt wurde oder unter Rühren Sauerstoff in den Elektrolyten einge bracht wurde.It was used in the scope of the invention in the context of laboratory tests found that the cell voltage after one hour of electroly operation and then switching off within minutes collapsed when the electrolyte is agitated by stirring was or oxygen was stirred into the electrolyte was brought.
Andererseits konnte gezeigt werden, daß eine Zellspannung von mindestens 1,3 Volt nach einstündigem Elektrolysebetrieb und anschließendem Abschalten über mehrere Stunden aufrecht erhal ten werden konnte, wenn der Elektrolyt nicht bewegt wurde (und es infolgedessen in Elektrodennähe zu einer Sauerstoffverarmung des Elektrolyten kam) oder wenn unter Rühren Stickstoff in den Elektrolyten eingeblasen wurde.On the other hand, it could be shown that a cell voltage of at least 1.3 volts after one hour of electrolysis and then keep it switched off for several hours if the electrolyte was not moved (and consequently oxygen depletion near the electrodes of the electrolyte) or if nitrogen was added to the Electrolyte was injected.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wurde die folgende Versuchsrei he durchgeführt. Zunächst wurde die Kurve 1 aufgenommen, bei der der Elektrolyt gerührt wurde. Bereits kurz nach Abschalten der Elektrolyse-Vorrichtung im Zeitpunkt 0 sinkt das Elektro denpotential stark und unterschreitet nach etwa 15 Minuten be reits den Wert von 1,3 Volt.As can be seen from Fig. 1, the following experimental series was carried out. First curve 1 was recorded, in which the electrolyte was stirred. Shortly after switching off the electrolysis device at time 0, the electrode potential drops sharply and falls below the value of 1.3 volts after about 15 minutes.
Ohne Rühren des Elektrolyten ist dagegen nur ein sehr geringer Abfall des Elektrodenpotentials zu beobachten, wie Kurve 2 zeigt. Hier liegt noch nach 180 Minuten, also drei Stunden Stillstand der Elektrolysezelle ein Elektrodenpotential von ca. 1,3 Volt vor.By contrast, without stirring the electrolyte, only a very slight drop in the electrode potential can be observed, as curve 2 shows. After 180 minutes, i.e. three hours of standstill of the electrolysis cell, there is an electrode potential of approximately 1.3 volts.
Die Wirkung einer den im Wasser gebundenen Sauerstoff austrei benden Stickstoffzufuhr läßt sich aus der Kurve 3 ablesen. Hier tritt, obwohl wie bei Kurve 1 gerührt wurde, ein nur geringfü gig über der Kurve 2 liegender Verlauf des Elektrodenpotentials auf.The effect of a nitrogen supply expelling the oxygen bound in the water can be read from curve 3 . Here, although stirring was carried out as in curve 1 , the profile of the electrode potential is only slightly above curve 2 .
Kurve 4 zeigt schließlich eine Gegenprobe, wobei unter Rühren Sauerstoff zugegeben wurde und ein noch schnellerer Abfall des Elektrodenpotentials zu noch geringeren Werten als bei Kurve 1 zu beobachten ist.Curve 4 finally shows a cross-test, with oxygen being added with stirring and an even faster drop in the electrode potential to even lower values than in curve 1 can be observed.
Aus dieser Meßreihe kann gefolgert werden, daß das Elektroden potential am besten erhalten bleibt, wenn der Elektrolyt mög lichst wenig bewegt wird und zusätzlich noch der Sauerstoff aus dem Elektrolyten ausgetrieben wird, beispielsweise durch eine Stickstoffzugabe.From this series of measurements it can be concluded that the electrodes potential is best preserved if the electrolyte is possible is moved as little as possible and additionally the oxygen is out is driven out of the electrolyte, for example by a Nitrogen addition.
Diese Bedingungen können in der Praxis beispielsweise dadurch erreicht werden, indem ein zweiter Elektrolytkreislauf vorgese hen wird, in dem ein sauerstoffgas-freier Elektrolyt vorliegt. Des weiteren ist es sinnvoll, den Elektrolyten während Stillstands zeiten nicht weiter umzuwälzen, sondern die Umwälzung bereits kurz vor dem Abschaltvorgang zu beenden.In practice, for example, these conditions may result from this can be achieved by vorese a second electrolyte circuit hen is in which there is an oxygen gas-free electrolyte. Of further it makes sense to check the electrolyte during standstill not to circulate times anymore, but the upheaval already to finish shortly before the shutdown process.
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5013617A (en) * | 1989-12-29 | 1991-05-07 | International Fuel Cells Corporation | Air ejector system for fuel cell passivation |
DE9115337U1 (en) * | 1991-12-11 | 1992-05-21 | Schulien, Sigurd, Prof., 6508 Alzey, De | |
US5419978A (en) * | 1994-03-17 | 1995-05-30 | International Fuel Cells Corporation | Phosphoric acid fuel cell passivation with natural gas |
-
1997
- 1997-07-05 DE DE1997128772 patent/DE19728772C1/en not_active Expired - Fee Related
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