Elektrolyse unter Druck und hohen Temperaturen

Wissenschaft Chemie
#1

Hallo liebe Chemiker,

ich habe gelesen, dass man Wasser-Elektrolyse-Zellen unter Druck setzen kann, damit man mit Temperaturen über 100°C arbeiten kann.
Wie soll das möglich sein? Ich habe da das Bild einer Shisha im Kopf, bei welcher auch mit Druckdifferenz der Effekt erzeugt wird, dass Luft durch Wasser „durchgezogen“ wird. Wenn ich jetzt in eine geschlossene Elektrolysezelle Wasser oder Luft pumpe, um den Druck zu erzeugen, entweicht doch wahrscheinlich Wasser bzw. Luft aus einem der „Ausgänge“ für die Elektrolyse-Produkte bzw. Wasserstoff und Sauerstoff, wenn der Elektrolyt Schwefelsäure ist. Liege ich mit meiner Annahme falsch? Lässt sich das verhindern?

Gruß

mnapster

#2

Hallo mnapster: Dein Problem ist längst technisch gelöst durch Überdruckventile die sich erst bei einem bestimmten Druck öffnen, und wieder schliessen wenn der Druck wieder unter dem Sollwert ist. Da die Gase H2 und O2 aus der schwefelsauren, wässrigen Lösung ausperlen wird beim ablassen der Gase keine Flüssigkeit mitgerissen. Bedingt durch die Konstruktion der Elektrolyse-Zellen ist der mögliche Überdruck (ev. 0,5-2 bar?)beschränkt Gruss. Paul

Hallo liebe Chemiker,
ich habe gelesen, dass man Wasser-Elektrolyse-Zellen unter
Druck setzen kann, damit man mit Temperaturen über 100°C
arbeiten kann.
Wie soll das möglich sein? Wenn ich jetzt in eine geschlossene Elektrolysezelle Wasser pumpe, um den Druck zu erzeugen, entweicht doch wahrscheinlich H2 und O2 aus einem der „Ausgänge“ wenn

der Elektrolyt Schwefelsäure ist. Liege ich mit meiner Annahme
falsch? Lässt sich das verhindern?

Gruß
mnapster

#3

Hallo,

ich habe gelesen, dass man Wasser-Elektrolyse-Zellen unter
Druck setzen kann, damit man mit Temperaturen über 100°C
arbeiten kann.

so ganz verstehe ich dein danach geschildertes Problem nicht.

sieh dir doch einmal den Hoffmannschen Wasserzersetzungsapparat an:
http://www.seilnacht.com/Lexikon/hofmann.gif

Das ist eine Wasser-Elektrolyse-Zelle.
Die beiden Schenkel der Anode und der Kathode haben hier schon ein Ventil. Jetzt zeichne noch ein Ventil ganz oben zum Verschluß der Verjüngung des mittleren Vorratsbehälters ein.
Die ganze Anlage in eine Umgebung mit 100 °C gebracht, sollte deinem Versuchansatz entsprechen.
Der Druck in der Anlage steigt automatisch, da brauchst du gar kein Wasser oder Luft einzupumpen:

ich jetzt in eine geschlossene Elektrolysezelle Wasser oder
Luft pumpe, um den Druck zu erzeugen, entweicht doch

Durch die zugegebene Schwefelsäure erhöht sich der Siedepunkt des Wassers, ein Sieden wird also bei 100 °C gerade noch nicht eintreten. Den Druck in der Anlage kann man mit ca. 2 bar Absolutdruck abschätzen.

Wie Paul bereits schrieb, müssen spezielle Druckventile eingesetzt und die Anlage überdrucksicher sein, dann hast du deine obige: „Wasser-Elektrolyse-Zelle unter Druck“.
Was allerdings neben Wasserstoff- und Sauerstoffgas noch entweicht ist Wasserdampf.

Gruß

watergolf

#4

Hallo,

vielen Dank für die Antworten! Eine Frage hab ich noch:

Durch die zugegebene Schwefelsäure erhöht sich der Siedepunkt
des Wassers, ein Sieden wird also bei 100 °C gerade noch nicht
eintreten. Den Druck in der Anlage kann man mit ca. 2 bar
Absolutdruck abschätzen.

Warum dieser Absolutdruck? Warum geht nicht mehr?

Wie Paul bereits schrieb, müssen spezielle Druckventile
eingesetzt und die Anlage überdrucksicher sein, dann hast du
deine obige: „Wasser-Elektrolyse-Zelle unter Druck“.

Reintheoretisch geht ja auch ein Manometer und normale Ventile. Wär günstiger.

Gruß

mnapster

#5

Hallo,

zur Beantwortung:

Warum dieser Absolutdruck? Warum geht nicht mehr?

Angenommen wurde, daß ein atmosphärischer Druck von 1 bar bei Raumtemperatur herrscht.
Erwärmt man die verschlossene „Wasser-Elektrolyse-Zelle“ auf 100 °C kommt noch der Druck von 1 bar (= Wasserdampfpartialdruck bei 100 °C) = insgesamt 2 bar (= Absolutdruck in der Anlage) hinzu.

Mehr Druck erreicht man
a) bei weiterer Erhöhung der Temperatur, oder
b) bei Duckbeaufschlagung über das mittlere Rohr.

Wie Paul bereits schrieb, müssen spezielle Druckventile
eingesetzt und die Anlage überdrucksicher sein, dann hast du
deine obige: „Wasser-Elektrolyse-Zelle unter Druck“.

Reintheoretisch geht ja auch ein Manometer und normale
Ventile. Wär günstiger.

So wird man es auch machen. Paul dachte mit den „speziellen Druckventilen“ bestimmt an Sicherheitsventile die man unbedingt zusätzlich noch braucht.

Grüße

watergolf