AT413109B - Diamantelektrode auf kunststoffbasis - Google Patents

Description

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  Einleitung: Gegenstand der Anmeldung ist eine Elektrode auf Basis von Kunststoff, die zumindest an ihrer Oberfläche leitfähige Diamanten enthält. 



  Die Herstellung von Elektroden aus leitfähigen Kunststoffen ist seit langer Zeit Stand der Technik. Derartige Elektroden werden zum Teil aus Kunststoffen mit elektronischer Eigenleitfähigkeit beispielsweise Polypyrrol oder Polyacetylen hergestellt. Solche Elektroden weisen aber im Allgemeinen nur eine geringe Beständigkeit auf. 



  Leitfähige Kunststoffe werden vielfach durch Zumischung leitfähiger Stoffe wie Kohlenstoff (Russ,Graphit), Metallpartikel oder Metalloxide hergestellt. 



  Leitfähige Diamanten werden nach heutigem Stand der Technik üblicherweise durch Dotierung von synthetischen Diamanten hergestellt. 



  Diamantschichten mit elektronisch halbleitenden Eigenschaften weisen in elektrochemischen Zellen zum Teil hohe Reaktionshemmungen, sogenannte Überspannungen, für eine Reihe elektrochemischer Reaktionen auf, während andere Reaktionen an Diamantelektroden mit geringen Hemmungen ablaufen. 



  Insbesondere die Zersetzungsreaktionen von Wasser, also die kathodische Abscheidung von Wasserstoff sowie die anodische Entwicklung von Sauerstoff laufen an solchen Elektroden mit hoher Überspannung ab. Diamantelektroden weisen daher ein elektrochemisches Fenster auf, das weit über die Zersetzungsspannung von Wasser, also über 1.23V hinausgeht. 



  Demgemäss können Diamantelektroden für eine Vielzahl von Elektrodenreaktionen Anwendung finden, deren reversible Potentiale für negativer als das Pot. der rev. Wasserstoffelektrode bzw. positiver als das Potential der reversiblen Sauerstoffelektrode liegen. 



  Beispiele für solche Reaktionen sind:   #   Negative Elektrodenpotentiale: o Abscheidung von unedlen Metallen o Abscheidung von Schwermetallen aus stark verdünnten Lösungen (z. B. Abwässern,
Schlämmen etc.) o Allgemein elektrochemische Reduktion anorg. oder organischer Verbindungen   #   Positive Elektrodenpotentiale: o Oxidativer Abbau organischer Verunreinigungen o Elektrodenreaktionen am Pluspol von elektrochemischen Energiewandlern, insbes. bei der Aufladung von Akkumulatoren, z.B.

   Zn-Halogen-, Vanadium-Redox- sowie
Blei-Lösungsakkumulatoren o Allgemein elektrochemische Oxidation anorganischer oder organischer Verbindungen o Herstellung oder Reduktion von Halogenen, Ozon und Peroxoverbindungen Nach heutigem Stand der Technik werden Diamantelektroden vorwiegend durch CVDBeschichtung metallischer oder halbleitender Substrate mit synthetischem Diamant und anschliessender Dotierung mit Bor hergestellt. 



  Diese Beschichtungen weisen neben den hohen Herstellungskosten verschiedene technische Nachteile auf. Insbesondere neigen solche Schichten zu Rissbildung, wodurch das freigelegte Substratmaterial ungeschützt dem Angriff u. U. sehr korrosiver Lösungen und positiven Elektrodenpotentialen ausgesetzt ist. 

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 Andererseits kommt es bei vielen metallischen Substraten zu einer unerwünschten Reaktion des Kohlenstoffs mit dem Metall unter Bildung von Metallkarbiden. 



  Daneben stellt die gleichzeitige Entstehung von graphitischem Kohlenstoff ein weiteres Problem dieser Herstellungsmethode dar. 



  Beschreibung : Die erfindungsgemässe Elektrode wird vorzugsweise aus nichtleitfähigen Kunststoffen wie Polyolefinen sowie halogenierten Polymeren wie Teflon, Viton u.ä. einerseits durch Zumischen von leitfähigen Partikeln, insbesondere von Kohlenstoff oder halbleitenden Metalloxiden wie Pb02, Mn02 etc., sowie andererseits durch Zusatz von leitfähigem Diamant hergestellt. 



  Als Herstellungsverfahren kommen etablierte Verfahren der Kunststofftechnik, insbesondere Spritzguss, Extrusion sowie Press- und Walzvorgänge in Betracht. 



  Wegen der geringeren Leitfähigkeit von Kunststoffelektroden sind derartige Elektroden bevorzugt in bipolarer Anordnung verwendbar. Für monopolare Schaltung sowie für die endständigen Stromkollektoren in bipolarer Anordnung sind die Elektroden in einem mehrschichtigen Aufbau mit metallischem Kern bzw. als einseitig mit leitfähigem Kunststoff beschichtete Metallkollektoren auszubilden. 



  Der Zusatz von Diamant kann sowohl im gesamten Volumen des Elektrodenmaterials mit oder ohne Zusatz anderer leitfähiger Komponenten (z. B. Russ) erfolgen, als auch nur in beidseitig oberflächennahen Schichten bzw. Filmen mit einem leitfähigen Kern : Dieser Kern kann sowohl aus Metall wie auch aus leitfähigem Kunststoff mit geringem bzw. fehlendem Diamantgehalt gebildet werden. 



  Die erfindungsgemässen Elektroden weisen gegenüber bisherigen Diamantelektroden entscheidende Vorteile auf :   #   Mechanische Stabilität und Flexibilität   #   Korrosionsbeständigkeit   #   Nichtleitende Kunststoffanteile verhalten sich elektrochemisch inaktiv, d. h. keine Einengung des elektrochemischen Fensters   #   geringes Gewicht   #   Kostenvorteile (Material, Herstellungsverfahren) Patentansprüche : 1. Eine Elektrode für elektrochemische Anwendungen, auf Kunststoffbasis, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Elektrodenmaterial elektrisch leitfähige Diamanten enthält.

Claims (1)

1. 2. Eine Elektrode für elektrochemische Anwendungen nach Anspruch 1 dadurch gekenn- zeichnet, dass der Kunststoff aus einem nichtleitfähigen Material wie Polyolefinen insbe- sondere Polypropylen und Polyethylen sowie halogenierten Polymeren besteht.

   3. Eine Elektrode für elektrochemische Anwendungen nach Anspruch 1 dadurch gekenn- zeichnet, dass der Kunststoff durch Zumischen von leitfähigen Partikeln insbesondere von Kohlenstoff in Form von Graphit, Kohlefasern, Carbon-Nanotubes, Russ o.ä., Metallpartikel oder halbleitenden Metalloxiden wie Pb02, Mn02 etc., in leitfähiger Form hergestellt wird.

   4. Eine Elektrode für elektrochemische Anwendungen nach Anspruch 1-2 dadurch gekenn- zeichnet, dass synthetisch hergestellter, leitfähiger Diamant im gesamten Volumen des <Desc/Clms Page number 3> Elektrodenmaterials mit oder ohne Zusatz anderer leitfähiger Komponenten vorliegt.

   5. Eine Elektrode für elektrochemische Anwendungen nach Anspruch 1 dadurch gekenn- zeichnet, dass die Elektrode einen leitfähigen Kern aufweist der sowohl aus Metall, Carbon- fasern, Graphit, wie auch aus leitfähigem Kunststoff mit geringem bzw. fehlendem Dia- mantgehalt gebildet werden kann.