DE69033969T2

Components for use in electrochemical cells and their use in oxygen separation

Abstract

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13 claims: 8 independent, 5 dependent

  1. 1
    Element zur Verwendung in einer elektrochemischen Zelle mit einer ersten Oberfläche, die Sauerstoff zu Sauerstoffionen reduzieren kann, einer zweiten Oberfläche, einem elektronenleitfähigen Weg zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche und einem sauerstoffionenleitfähigen Weg zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (A) eine feste Mehrkomponentenmembran, gekennzeichnet durch (1) einen Festelektrolyten, (2) ein inniges, gasundurchlässiges Mehrphasengemisch aus einer elektronisch leitfähigen Phase und einer sauerstoffionenleitfähigen Phase oder (3) ein Mischmetalloxidmaterial mit einer Perovskitstruktur und (B) eine leitfähige Beschichtung, einen Katalysator oder eine einen Katalysator umfassende leitfähige Beschichtung umfasst, wobei der Katalysator, der mit mindestens der ersten Oberfläche verbunden ist, mindestens ein Mitglied der Gruppe, bestehend aus La&sub2;O&sub3;, mit Europium dotierten Oxiden von Lanthan, Oxiden eines Gemisches von Lanthan, Strontium und Cobalt, Oxiden eines Gemisches von Zink und Eisen, Oxiden von Molybdän und Oxiden von Wolfram umfasst.
  2. 2
    Element nach Anspruch 1, wobei die leitfähige Beschichtung ein Alkali- oder Erdalkalimetall- oder Metalloxid in einer Menge im Bereich von etwa 1% bis etwa 50 Gew.-% der leitfähigen Beschichtung oder (2) einen oxidativ kuppelnden Katalysator umfasst, mit der Maßgabe, dass, wenn das Element den Festelektrolyten (1) umfasst, (B) eine leitfähige Beschichtung oder eine einen Katalysator umfassende leitfähige Beschichtung auf jeder der leitfähigen Oberflächen umfasst und die leitfähigen Oberflächen an einen äußeren Kreis angeschlessen sind.
  3. 3
    Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, das außerdem einen porösen Träger für die Membran umfasst.
  4. 4
    Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Katalysator eine elektrisch leitfähige Beschichtung ist.
  5. 5
    Element nach Anspruch 4, wobei die leitfähige Beschichtung ein Dünnfilm und/oder eine poröse Beschichtung auf mindestens der ersten Oberfläche ist.
  6. 6
    Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der ersten und zweiten Oberfläche der Membran mit Metall, Metalloxid oder Perovskit, das Stabilität gegen ein Gas aufweist, in dem es bei der Verwendung in Kontakt ist, formuliert oder beschichtet ist.
  7. 7
    Element nach Anspruch 6, wobei mindestens eine der ersten und zweiten Oberfläche der Membran mit einer Schicht, die im Lanthanid und Chrom enthält, formuliert oder beschichtet ist.
  8. 8
    Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Katalysator auch zur Minimierung der Bildung von kohlenstoffhaltigen Abscheidungen dient.
  9. 9
    Element nach Anspruch 8, wobei der Katalysator Platin umfasst.
  10. 10
    Element nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei der poröse Träger ein Material einschließt, das Sauerstoffionen leitet.
  11. 11
    Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Katalysator sowohl mit der ersten als auch der zweiten Oberfläche der Membran verbunden ist.
  12. 12
    Elektrochemischer Reaktor zum Trennen von Sauerstoff aus einem Sauerstoff enthaltenden Gas, gekennzeichnet durch:eine Schale mit einem Eintritts-, einem Austrittsende und einem Durchgang dazwischen für die Bewegung von einem oder mehreren Gasen von dem Eintrittsende zu dem Austrittsende und mindestens eine in der Schale angeordnete elektrochemische Zelle mit einem Eintrittsende, einem Austrittsende und einem Durchgang dazwischen für die Bewegung von einem oder mehreren Gasen von dem Eintrittsende zu dem Austrittsende, sodass die Schale und die Zelle zusammen eine von einer ersten und einer zweiten Zone zur Einführung und zum Ausstoß eines ersten Gases oder Gasgemisches bilden, und der Durchgang durch die Reaktorzelle die andere der ersten und zweiten Zonen in dem elektrochemischen Reaktor zur Einführung und zum Ausstoß eines zweiten Gases oder Gasgemisches bildet, und wobei die elektrochemische Zelle ein wie in einem der vorangehenden Ansprüche definiertes Element umfasst.
  13. 13
    Elektrochemisches Verfahren zum Trennen von Sauerstoff aus einem Sauerstoff enthaltenden Gas, gekennzeichnet durch:Bereitstellung eines wie in Anspruch 12 definierten, elektrochemischen Reaktors, Erhitzen der elektrochemischen Zelle auf eine Temperatur von etwa 300ºC bis etwa 1400ºC und Leiten des Sauerstoff enthaltenden Gases in Kontakt mit der Membran in die erste Zone.
Independent claims13