178654. lajstromszámú szabadalom • Szervetlen anizotróp üreges szálak
33 168654 34 pedig szabályos elrendezésben 3 kis kerámiakarmantyúk tartják. Visszatérve a 9. ábrához, a fűtő- és oxigén•elektródelemek csigavonalszerűen vannak elrendezve, amelyeket egy 17 hordozószerkezet tart. 5 Egy 8 bevezető vég csatlakozik a fűtőelektródhoz, egy 9 bevezető vég pedig az oxigénelektródhoz és ezek a végek kinyúlnak az elektrolitból. Ezek közül az egyik egy hidrogén-forrással (például szénhidrogén-víz-eleggyel vagy metanol-víz-eleggyel), io a másik pedig egy oxigénforrással, például levegővel, áll kapcsolatban. Az elektrolitból 10 és 11 kivezető végek nyúlnak ki a nem-diffundált gázoknak a cellából való eltávolítására. Magas hőmérsékleteken a fűtőgázt betápláljuk az üreges 15 szál 8 bevezető végébe, ahonnan tovább jutva, a hidrogén átdiffúndál a cellafalon és a 16 elektrolittal érintkező felületen lejátszódik az anódreakció. A hidrogénben való elszegényedés miatt több hidrogén fejlődik az üreges szál furatában, mint 2o amennyi átmegy a csigavonalszerű spirálon. Az üreges szál anódként szolgál és elektromosan az 5 negatív vezetékhez csatlakozik. Itt jegyezzük meg, hogy a hidrogén disszociál, amint átdiffúndál a szálfalon. Az oxigént szállító gázt a 9 bevezető 25 végen át tápláljuk be, amikoris a reakció végbemegy az elektrolit felületén. A cső hatódként szolgál és a 6 pozitív vezetékhez csatlakozik. Az elektrolitban a proton elvándorol, hogy a hidroxil-ionnal víz képzése közben egyesüljön, a víz a magas 30 hőmérséklet miatt könnyen eltávozik a reakciózónából. Áram halad át az 5 és 6 vezetékeken amikor a cella működik és a vezetékek a 7 ellenálláson keresztül össze vannak kötve. Ilyen cellának az az előnye, hogy nagy fajlagos teljesítménnyel és 35 energiasűrűséggel rendelkezik, a hidrogént pedig aktivált formában szolgáltatja. Az üreges szál saját áramkollektorként működik és ugyanígy viselkedik az ezüstcső is. Itt nincsenek pórusbeli problémák, sem pedig indokolatlan feszültségcsökkenés. A szál, 40 például a nikkelszál, ellenáll olvadt elektrolitoknak, és nincs Carnot korlátozás az energiaátalakulásnáL Csupán egyetlen fő üzemi hátrány áll fenn, mégpedig az, hogy emelt hőmérsékleten kell üzemeltetni, 45 A hidrogént átengedő fémeket magában foglaló és lényegében nem-pórusos tömör réteget tartalmazó találmány szerinti üreges szálak különösen használhatók ilyen fűtőelemekben. A fűtőelemek területén munkálkodó kutatok 50 mind pórusos, mind pedig nem-pórusos, hidrogént diffundáló membránokat alkalmaztak hidrogénvagy fűtőelektródként. A 3 092 517 számú amerikai szabadalmi leírásban például egy vékony, nem-porusos palládium-ezüstötvözetből álló membránnak 55 hidrogéndiffúziós elektródként való használatai Tják le. Hasonló módon a 3 332 806 számú amerikai szabadalmi leírásban arany-nikkelrács hordozókra felvitt palládium-ezüstötvözetből készült vékony fóliák használatát ismertetik. Ez utób- 60 h» elektródok sík alakzatúak. Újabban a 3981 749 számú amerikai szabadalmi leírásban foglalkoztak olyan sík alakzatú gázdiffúziós elektróddal, amelynek a pórusossága változik az egész szerkezetben, amely kötőanyagot tartalmaz és bizonyos 65 anyag, így grafit, nikkeloxid, alumíniumoxid és hasonló anyag van felvive a pórusos elektród elektrolit felőli oldalára. Az itt leírt üreges szálak jóval felülmúlják ezeket. Jellegzetes katalizátor-anyagnak - amennyiben szükséges — a könnyű alkalmazhatósága az üreges szál belső felületén kisebb mennyiségű drága fémkatalizátor használatát teszi lehetővé. Az üreges fémszál továbbá nikkel vagy kobalt lehet, ahol a felületek könnyen módosíthatók kémiailag a katalitikus aktivitás biztosítására. Levegőnek a fűtőelembe való bevitelére is felhasználhatjuk a találmány szerinti üreges szálakat. Ilyen oxigénelektródoknál nagy diffúziós felületekre van szükség annak érdekében, hogy az oxigént elkülönítsük a nitrogéntől és a széndioxidtól (elektrolit-karbonátok kicsapódásának a megakadályozására), továbbá katalitikus felületet alakítsunk ki az oxidációra vagy az oxigén redukciójára, ezenkívül a szétválasztó rendszer képességét kiterjesszük az oxigénelektródnál használható hőmérséklettartományra, valamint áramgyűjtő felületet létesítsünk az elektród számára. Mindezeket a feladatokat megvalósíthatjuk a találmány szerinti üreges szálakkal. A katalitikus elemet a szál felületére vihetjük vagy - amennyiben gazdaságossági szempontok megengedik - a katalitikus elemet használhatjuk az egész szálban. Ezenkívül olyan felületet létesítünk, amely lehetővé teszi az oxigénelválasztást. Ez ugyanaz a fém lehet, mint a tömör rétegben levő katalizátor, de lehet más fém is vagy valamely megfelelő polimer anyag, amelyet a szál kialakítása után viszünk fel. Egy kiviteli mód szerint levegőt cirkuláltatunk a szál furatában. Bizonyos mennyiségű oxigén átdiffundál a lényegében nem pórusos tömör rétegen a szál külső oldalára, a visszamaradó nitrogént és a széndioxidot pedig eltávolíthatjuk a szál furatából. Az oxigénben kis veszteség keletkezhet az üreges szál furatán áthaladó levegőáramban. Az üreges fémszálat, példáid ezüstöt, tartalmazó oxigénelektród lehetővé teszi az elektród működését a polimer üreges szálak hőmérséklete feletti hőmérsékleten is Ezüst és platina használható katalizátorként ebben az elektródban. A leírt oxigénelektród használható fűtőcellákban, így metanol-oxigén-cellában. Egy még egyedülállóbb alkalmazása a lényegében nem-pórusos tömör réteggel rendelkező találmány szerinti szálaknak a nátrium-kén-telepekben való használat. Ebben a telepben vékonyfalú szilárd elektrolit, így (3-alumíniumoxid, különíti el a nátriumot a kéntől. Ez a telep technikailag megvalósítható. A /3-alumíniumoxid, mint a találmány szerinti szál szinterezhető szervetlen anyaga, kitűnő szilárd elektrolit ilyen telepekben történő felhasználásra. A találmányt a továbbiakban nem korlátozó jellegű kiviteli példákon is bemutatjuk. 1. példa 599 g hematitot (Fej 03), 500 g magnetitot (Fe304) és 212,1 g akrilnitril-kopolimert (körülbelül 93% akrilnitril és körülbelül 7% vinilacetát) 17
