Verfahren zur Herstellung einer Edelmetallschicht auf Eisenkathoden elektrolytischer Wasserzersetzer und Eisenkathode mit nach dem Verfahren hergestellter Edelmetallschicht Die bei der elektrolytischen Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff an der Ka thode eines elektrolytischen Wasserzersetzers auftretende Überspannung setzt den Wir kungsgrad der Elektrolyse bekanntlich so stark herab, dass sich bei technischen Wasser zersetzern mit wirtschaftlicher Strombela stung ein Energieaufwand von 5,2 bis 5,
4 kWh je Nni3 erzeugtem Wasserstoff ergibt; da die Überspannung im Dauerbetrieb langsam wei ter ansteigt, ergeben sich in der praktischen Produktion oft Werte von 5,6 kWh/Nni3 Wasserstoff und mehr.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Kathodenflächen von elektrolytischen Wasser zersetzern durch eine mechanische oder elek trolytische Aufrauhung bzw. durch das Auf tragen von Chrom-, Tautal- oder Schwamm- eisenschiehten so zu aktivieren, dass sich die Wasserstoffüberspannung merklich vermin dert. Alle diese Aktivierungssehichten üben ihre Wirkung jedoch nur für kurze Zeit aus, so dass sich schon nach wenigen Tagen, spä testens aber nach einigen Wochen, wieder die gewohnten Überspannungswerte einstellen.
Aus dem Laboratorium ist es bekannt, dass an platiniertem Platin, das heisst an massiven Platinkathoden, welche mit Platinmohr über zogen sind, keine Wasserstoffüberspannung entsteht.. Für die Kathoden von industriellen elektrolytischen Wasserzersetzern, welche oft einige hundert Quadratmeter Oberfläche be sitzen, kommt aber die Verwendung von Platinblech natürlich nicht in Frage;
über dies verläuft die Grasentwicklung bei den technisch üblichen, unter Atmosphärendruck arbeitenden und normal mit etwa 10 Amp.Idm2 belasteten Wasserzersetzern derart stürmisch, dass eine normale Platinmohrauflage in kur zer Zeit von den Kathoden weggespült sein würde.
Es wurde nun gefunden, dass man durch das Auftragen von dünnen Edelmetallschieli- ten auf Eisenoberflächen zu einer Kathode gelangt, welche eine stark verminderte Was serstoffüberspannung aufweist. Als Edel metall kommen hierbei in erster Linie Platin und Palladium in Frage, und es genügen be reits Auflagen von weniger als 10 g/m2, um eine lange Zeit wirksame Aktivierung zu er zielen. Hierbei ergeben sich besonders aktive und trotzdem mechanisch widerstandsfähige Schichten, wenn man diese Schichten aus einer wässerigen Edelmetallsalzlösung von sehr nied riger Konzentration auf den Kathodenflächen niederschlägt.
Speziell bewährt haben sich hierbei Lösungen mit weniger als 5 g, vor zugsweise sogar mit nur 0,1 bis 0,5 g, Edel metall je Liter.
Demgemäss besteht das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung einer die Überspan nung herabsetzenden Edelmetallschicht auf Eisenkathoden elektrolytischer NV--asserzerset- zer darin, dass die Edelmetallschicht aus einer wässerigen Edelmetallsalzlösung, welche weni ger als 5 g wenigstens eines tdelmetalles pro Liter enthält, niedergeschlagen wird.
Ausser diesem Verfahren betrifft das Pa tent eine erfindungsgemässe Eisenkathode eines elektrolytischen Wasserzersetzers, mit einer die Überspannung herabsetzenden Edel- metallsehicht, welche nach dem erfindungs gemässen Verfahren hergestellt ist.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Verfahrens näher be schrieben.
Gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel wird die Edelmetallschicht dadurch erzeugt, dass in den fertig montierten und mit Elektro lyt gefüllten Wasserzersetzer einige Liter einer alkalischen Platinsalzlösung eingepumpt werden, deren Konzentration so bemessen ist, dass im Wasserzersetzer eine Konzentration: von weniger als 0,2 g Platin je Liter Elektro lyt entsteht. Auch bei sehr grossen Wasser- zersetzern mit vielen Kubikmetern Elektrolyt kommt man hierfür mit wenigen Gramm Pla tin aus.
Schaltet man nunmehr den Strom ein, so schlägt sich das Platin in sehr dünner Schicht auf den Kathodenflächen nieder und vermindert die Wasserstoffüberspannung schlagartig um mehrere Zehntel Volt. Die erzielte Erniedrigung der Betriebsspannung des Wasserzersetzers bleibt wochenlang be stehen und lässt sich später wiederholt dadurch zurückgewinnen, dass man den Strom Tür einige Stunden ausschaltet.
Als noch günstiger hat es sieh erwiesen, die einzelnen Kathoden, gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel, vor dem Einbau zu de kapieren und dann in einem wässerigen Bad zu aktivieren, welches die Edelmetalle in Ge stalt von gelösten Chloriden enthält; die als Elektroden dienenden Lochbleche oder Metall gewebe werden zu diesem Zweck in einer flachen Schale mit der Lösung übergossen und dann einige Minuten in der Lösung be wegt.: Die Edelmetalle schlagen sich dann ohne Einwirkung einer äussern Spannungs- quelle unmittelbar durch lonenaustausch auf der Eisenoberfläche nieder. Sie wandern hier bei in das Kristallgitter des Eisens ein, wobei für jedes niedergeschlagene Edelmetallatom ein Eisenatom in Lösung geht.
Setzt man die wässerige Chloridlösung mit etwa 0,5 g Platin je Liter in, destilliertem Wasser an, so bildet sich auf einer mit dem Grundmetall fest ver wachsenen Platingrundsehicht eine fest haf tende Platinmohrauflage von hoher und sehr konstanter Aktivität. Die aufgetragene Pla tinmenge wird hierbei zwar wesentlich höher als im vorangehend beschriebenen Ausfüh rungsbeispiel; sie bleibt jedoch mich in diesem Falle unter 10 g Platin je m2 Kathodenfläche.
Nahezu die gleichen Ergebnisse wie mit. reinen Platinauflagen erzielt man gemäss wei teren ALisführungsmöglichkeiten des Verfah rens mit entsprechenden Palladiumauflagen oder mit Auflagen, welche aus einem Gemisch von Platin und Palladium bestehen. Als be sonders zweckmässig erweist es sich jedoch, der Aktivierungssehieht ausser einem oder mehreren Metallen der Platinmetallgruppe (Pt, Rli, Pd, Os, Ir) zusätzlich noch kleine Mengen von Gold einzuverleiben; hierdurch wird die Schicht noch haltbarer und die Wasserstoffüberspannung noch kleiner.
Im Rahmen des zuletzt beschriebenen Ausfüh rungsbeispiels genügt es hierfür, dem Platin- oder Palladiumchlorid etwa 10 bis 30 % Gold- chlorid zuzugeben, um die entstehende Schicht mit Goldatomen zu durchsetzen.
Das beschriebene Verfahren eignet. sieh besonders für Druckelektroly seure, das heisst für elektrolytische Wasserzersetzer, welche bei einem Gasdruck von mehr als 5 Atm., vor zugsweise bei einem Druck von ?0 bis 50 Atm., betrieben werden. Bei diesen Drücken wird nämlich das Volumen der aufsteigenden Gas blasen so klein, dass die Blasen mit. dem Elek trolyt eine milchige, langsam nach oben strö mende Emulsion bilden, welche keinerlei Ero- sionswirkung mehr auf die Kathodenflächen ausübt.
Auch schwammige Platinmohr- bzw. Palladiummohrschiehten bleiben unter diesen Betriebsverhältnissen jahrelang unverändert und voll aktiv, so dass man bei normaler Flächenbelastung (10 bis 15 Amp./dm") eine dauernd konstante Zellenspannung von etwa 1,70 bis 1,75 Volt erhält.