CZ20023946A3 - Rozměrově stabilní plynová difúzní elektroda - Google Patents

Rozměrově stabilní plynová difúzní elektroda Download PDF

Info

Publication number
CZ20023946A3
CZ20023946A3 CZ20023946A CZ20023946A CZ20023946A3 CZ 20023946 A3 CZ20023946 A3 CZ 20023946A3 CZ 20023946 A CZ20023946 A CZ 20023946A CZ 20023946 A CZ20023946 A CZ 20023946A CZ 20023946 A3 CZ20023946 A3 CZ 20023946A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
gas diffusion
diffusion electrode
catalyst
catalyst support
base plate
Prior art date
Application number
CZ20023946A
Other languages
English (en)
Inventor
Fritz Gestermann
Hans-Dieter Pinter
Alfred Soppe
Peter Weuta
Original Assignee
Bayer Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayer Aktiengesellschaft filed Critical Bayer Aktiengesellschaft
Publication of CZ20023946A3 publication Critical patent/CZ20023946A3/cs

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8807—Gas diffusion layers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C25B11/031—Porous electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8828—Coating with slurry or ink
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
    • H01M4/8885—Sintering or firing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8896—Pressing, rolling, calendering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0232—Metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0234—Carbonaceous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0241—Composites
    • H01M8/0245—Composites in the form of layered or coated products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

Oblast techniky
Vynález se týká rozměrově stabilní plynové difúzní elektrody, která zahrnuje alespoň elektricky vodivý nosič katalyzátoru pro zabudování povlakové kompozice obsahující katalyzátor do tohoto nosiče katalyzátoru a elektrické spojení, a způsobu výroby této elektrody. Nosičem pro katalyzátor je tkanina, pás spojených vláken, slinuté kovové tělo, pěna nebo plst z elektricky vodivého materiálu, mřížková kovová deska nebo kovová deska s množinou perforací, přičemž na vrchní část každé z těchto struktur je nanesena povlaková kompozice obsahující katalyzátor a každá z uvedených struktur je nepřetržitě spojena mechanicky nebo elektricky s kovovou základovou deskou, která je propustná pro plyn a je vyrobena, zejména ze slitiny niklu nebo slitiny niklu a stříbra nebo kovu odolného vůči alkáliím. Má-li nosič katalyzátoru přiměřenou tuhost, nemusí se použít základnová deska a nosič katalyzátoru, opatřený povlakovou kompozicí obsahující katalyzátor, se může přímo začlenit do elektrochemického reakčního zařízení.
Dosavadní stav techniky
Plynové difúzní elektrody se používají v různých sestavách pro realizování elektrochemických procesů. V palivových článcích, které zahrnují pevnou elektrolytickou polymerní membránu, např. plynové difúzní elektrody ve formě
85142 (85142a)
PV 2002-3946 « · ·· ·»· · vodí k-spctřebovávajíci anody a kyslík-spotřebovávající katody, 'v dalším textu je tato katoda označována jako katoda OCC = oxygen-consuming cathode), jsou umístěny přímo na vrchní části membrány.
V případě elektrolýzy chloridu sodného, používající katodu OCC, se ukázalo jako výhodné použít katodu OCC oddělenou od membrány mezerou, kterou prochází roztok alkálie a která má šířku několik mm. Membrána OCC, která se obvykle používá v průmyslu a má celkovou výšku vyšší než jeden metr, může výhodně pracovat s tlakovou kompenzací podle principu plynové kapsy, jak to je popsáno v patentovém dokumentu US-A-5 693 202. Při obvyklé výšce plynových kapes 15 až 35 cm elektroda volně stojí mezi roztokem hydroxidu sodného a kyslíkem. Poněvadž na katodu OCC, která má stejně jako mendcrána relativně pružnou strukturu, působí na nadmořské výšce závislý diferenciální tlak, který je omezen, avšak dosud přítomen, katoda OCC musí být podepřena distančními prvky, aby se zabránilo vyboulení katody OCC směrem k membráně nebo jiným směrem k plynové kapse. Neregulované vyboulení katody OCC směrem k membráně vede k omezení mezery pro katolyt a případně dokonce ke kontaktu mezi katodou OCC a membránou. To způsobuje narušení toku alkálie společně s nerovnoměrnou distribucí koncentrace a případné poškození membrány. Libovolné bubliny plynného kyslíku, procházející skrze katodu OCC, nemohou volně pokračovat ven a shromaždují se nad místem, ve kterém mezera pro elektrolyt je výrazně zmenšena. To vede k zakrytí membrány a elektrody a tudíž ke zvýšení lokální proudové hustoty ve zbývající oblasti elektrody. Výše popsané efekty mají za následek zvýšený k faktor, tj. nadměrné zvýšení provozního napětí jako odezvu na zvýšení proudové hustoty, a nadměrnou specifickou spotřebu energie.
85142 (85142a)
PV 2002-3945 • ΦΦ Φ · Β «φφ*
Φ·Φ ΦΦ ΦΦ ΦΦΦΦ φφ Φ»
Distanční člen, zejména mezi elektrodou a membránou, opětovně způsobuje problémy. Tak např. lokální kontaktní místa ve spojení s pohybem struktury v elektrolytickém článku příležitostně vedou k tvorbě obroušených oblastí na membráně, které jsou při prodloužené provozní době příčinou úniků. Stejně tak, na katodě rovněž vznikají tlakové stopy, které mohou membránu úplně poškodit při požadované provozní době několik let. Kromě toho distanční prvky zakrývají jak oblasti elektrody tak i oblasti membrány, což rovněž vede k vysokým proudovým hustotám a následně k vysokým napětím a vysoké spotřebě specifické energie. V důsledku toho se hledala řešení, která by se obešla bez těchto distančních prvků.
V minulosti selhalo mnoho pokusů o aplikování netuhé katody OCC na tuhý nosič kvůli problému, který spočíval v tom, že elektroda musela být nejdříve slinuta a formována lisováním, aby elektroda měla žádoucí hustotu a pórovitost, a potom struktura elektrody obsahující fluorovaný polymer musela být spojena kovovým spojem, jakým je např. svarový nebo pájený spoj, s tuhým nosičem. V praxi tento spoj nebyl trvanlivý a v důsledku uvolňování fluoridů byl velmi náchylný ke korozi.
Podstata vynálezu
Cílem vynálezu bylo poskytnout stabilní plynovou difuzní elektrodu a způsob výroby této elektrody, které by neměly uvedené nedostatky.
Řešení spočívá v nanesení povlakové kompozice
85142 (85142a)
PV 2002-3946 • *
Φ· Φ φ 4 > Φ φ φφφφ
ΦΦ ΦΦΦΦ ΦΦ ΦΦ obsahující katalyzátor kalandrováním za mokra nebo za sucna, jehcž princip je o sobě známý, na kovový jednovrstvý nebo vícevrstvý nosič, jehož struktura je popsána v dalším textu.
Vynález se týká rozměrově stabilní plynové diíúzní elektrody, která zahrnuje alespoň elektricky vodivý nosič katalyzátoru pro zabudování povlakové kompozice obsahující katalyzátor do tohoto nosiče katalyzátoru, přičemž tato povlaková kompozice zahrnuje, zejména směsi jemně dispergovaného práškového stříbra nebo jemně dispergovaného prášku oxidu stříbra nebo směsi stříbrného prášku a prášku oxidu stříbra a teflonového prášku nebo směsi jemně dispergovaného práškového stříbra nebo prásku oxidu stříbra nebo směsi práškového stříbra a prášku oxidu stříbra, práškového uhlíku a teflonového prášku, přičemž elektroda dále zahrnuje elektrické spojení, přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že nosič katalyzátoru je textilie, tkanina se spojenými vlákny, slinuté kovové tělo, pěna nebo plst elektricky vodivého materiálu, mřížkový plech nebo kovová deska s vícečetnou perforací, přičemž na vrchní část těchto struktur je nanesena povlaková kompozice obsahující katalyzátor, přičemž nosič katalyzátoru má přiměřenou pevnost v ohybu, takže dodatečné vyztužení, dosažené použitím dodatečné základnové desky, může být vynecháno nebo nosič katalyzátoru je nepřetržitě spojen mechanicky a elektricky vodivě s tuhou kovovou základnovou deskou propouštějící plyn nebo tuhou textilií nebo mřížkovou kovovou deskou, zejména obsahující nikl nebo jeho slitiny nebo slitiny kovu odolné vůči alkáliím.
Otevřená struktura, která působí jako nosič katalyzátoru, je tvořena jemným drátěným pletivem nebo vhodnou mřížkovou kovovou fólií, filtračním sítem, plstí,
85142 (85142a)
PV 2002-3946 • 4 · · · · · · · « ·♦· «« ·· ···· ·· ·· pěnou nebo slinutým materiálem, přičemž do této struktury se válcováním zabuduje povlaková kompozice, obsahující katalyzátor. V jednom příkladu provedeni se tato otevřena struktura tecnnikou na bázi kovové vazby, jakou je např. slinování, spojí se zcela otevřenou, avšak více celistvou a tuhou podstrukturou dokonce předtím, než povlaková kompozice, obsahující katalyzátor, je zatlačena nebo zaválcována do uvedené otevřené struktury.
Funkce této podstruktury je tvořit oporu, když se povlaková kompozice, obsahující katalyzátor, vtlačuje do strukturových mezer mezi dvěma vrstvami, což má za následek ještě účinnější zabudování povlakové struktury.
Kov pro základnovou desku je výhodně tvořen niklem nebo slitinou niklu odolnou vůči alkáliím, zejména slitinou niklu a stříbra, nebo niklem potaženým stříbrem nebo kovovou slitinou odolnou vůči alkáliím.
Alternativně v některých speciálních případech základnová deska může být tuhou pěnou nebo tuhou slinutou strukturou nebo perforovanou deskou nebo štěrbinovou deskou z materiálu tvořeného niklem, niklovou slitinou odolnou vůči alkáliím nebo kovovou slitinou odolnou vůči alkáliím, zejména slitinou niklu se stříbrem nebo niklem potaženým stříbrem. Povlaková kompozice obsahující katalyzátor, která se ve výše uvedených operací zaválcovaia do otevřené struktury nosiče, se v tomto případě přímo zaválcuje do struktury základnové desky, která současně plní funkci nosiče katalyzátoru. V tomto případě se tudíž nepoužije žádný dodatečný nosič katalyzátoru.
Nosič katalyzátoru výhodně obsahuje uhlík, kov, zejména
85142 (85142a)
PV 2002-3946
4
4
444 ·· «
·· 4444 nikl nebo slitiny niklu nebo slitiny kovu odolné vůči aikálii.
Aby průchod reakčního plynu skrze základnovou desku byl více účinný, základnová deska má množinu perforací, zejména štěrbin a vrtaných otvorů.
Perforace mají výhodně šířku nejvíce 2 mm, zejména nejvíce 1,5 mm. Štěrbiny mohou mít délku až 30 mm.
Když se použije pěnová nebo porézní slinutá struktura, póry mají střední průměr výhodně nejvíce 2 mm. Tato struktura se vyznačuje vysokou tuhostí a pevností v ohybu.
V konkrétním příkladě provedení plynové difúzní elektrody se jako nosiče katalyzátoru použije pěna nebo tělo ze slinutého kovu a okraj určený pro spojení elektrody s elektrochemickým reakčním zařízením se stlačí k dosažení žádoucí nepropustnosti pro plyn a kapalinu.
Výhodná variace plynové difúzní elektrody se vyznačuje tím, že základnová deska má neperforovaný obvodový okraj alespoň 5 mm, který slouží k připevnění elektrody, zejména svařovací nebo pájecí technikou nebo připevňovací technikou používající šrouby nebo nýty nebo svěrky nebo připevňovací technikou používající elektricky vodivá adheziva, k okrají plynové kapsy, která má být připevněna k elektrodě.
Zvolená forma plynové difúzní elektrody se vyznačuje tím, že nosič katalyzátoru a povlaková kompozice obsahující katalyzátor jsou spojeny dohromady kalandrováním za sucha.
V rámci výhodného provedení plynové difúzní elektrody
85142 (85142a)
PV 2002-3946 • * · * · 9 · · ··♦·♦· ···· · • · » ·«· «·«· ·* 99 9· «·· «· ·· povlaková kompozice obsahující katalyzátor se nanese na nosič katalyzátoru tím, že se povlaková kompozice, která obsahuje vodu a případně organické rozpouštědlo, jakým je např. alkohol, nalije na nosič katalyzátoru nebo za mokra zaválcuje do nosiče katalyzátoru, načež se spojí s nosičem katalyzátoru vysušením, slinováním a případně zhutňováním.
Za účelem zlepšené rovnoměrné dodávky plynu do plynové difúzní elektrody ve specifickém provedení této elektrody mezi základnovou deskou a nosičem katalyzátoru je umístěna dodatečná elektricky vodivá plynová distribuční textilie, která je zhotovena z materiálu, zejména obsahující uhlík nebo kov, zejména nikl, nebo slitinu niklu odolnou vůči alkáliím, zejména slitinu niklu se stříbrem, nebo nikl potažený stříbrem nebo kovovou slitinu odolnou vůči alkáliím.
Ve specifickém provedení plynové difúzní elektrody má základnová deska rozsáhlé vybrání k uložení plynové distribuční textilie.
Zjistilo se, že dobré funkce plynové difúzní elektrody se dosáhne provedením plynové difúzní elektrody, ve kterém vrstva nosiče katalyzátoru a povlakové kompozice obsahující katalyzátor je spojena obvodově a nepropustně pro plyn v okrajové oblasti uvnitř elektrody k okraji základnové desky.
Spoj nepropustný pro plyn může být proveden, např. utěsněním nebo válcováním hladkými válci, případně účinek těchto technik může být zlepšen použitím ultrazvuku.
Při použití pěnových a porézních slinutých struktur
85142 (85142a)
PV 2002-3946 • * ***** · ······ · ··· ·*· ···· ··· ·· ·· ··** ·· · jako nosiče katalyzátoru nebo základnové desky po potaženi těchto struktur povlakovou kompozicí obsahující katalyzátor se obvodová okrajová oblast tlakem spojí k dosazení okrajové oblasti nepropustné pro plyn.
Plynová difuzní elektroda má výhodně okraj bez perforací nebo okraj utěsněný porézní základnovou strukturou spojenou tlakem a je při tomto neperforovaném okraji spojena nepropustně pro plyn a elektricky vodivě s elektrochemickým reakčním zařízením svařovací technikou, pájecí technikou nebo připevňovací technikou používající šrouby, nýty nebo svěrky, nebo lepící technikou používající elektricky vodivá adheziva odolná vůči alkáliím.
Když se uvedené spojení plynové difuzní elektrody í elektrochemickým reakčním zařízením provede svařovací nebo pájecí technikou, neperforovaný okraj je výhodně prostý stříbra.
Naopak, když se spojení plynové difúzni elektrody s elektrochemickým reakčním zařízením provede připevňovací technikou používající šrouby, nýty, svěrky nebo elektricky vodívá adheziva, neperforovaný okraj výhodně zahrnuje stříbro.
V případě, že se plynová difúzni elektroda integruje do elektrochemického reakčního zařízení připevňovací technikou používající šrouby, nýty nebo svěrky, okrajová oblast základnové desky je výhodně utěsněna vůči připevňovací straně elektrochemického zařízení pružnou vložkou.
Vynález se rovněž týká způsobu výroby plynové difúzni elektrody podle vynálezu, ve kterém se nosič katalyzátoru
85142 (85142a)
PV 2002-3946 ···* · * 0 « • · · · · 0 ·««« «
0 0 000 0000 ··· ·· ·« 0000 00 00 slone· váním spojí se základnovou deskou, která mé množenu perforací, načež se na nosič katalyzátoru nanese práškové nese vláknitá povlaková Kompozice obsahující kaoaiyzáoor, která muže být zaválcována co určité vrstvy v průběhů předběžné operace, kalandrováním za sucha při tlaku alespoň 3.10r Pa.
Vynález se dále týká alternativního způsobu výroby plynové difuzní elektrody, který spočívá v nanesení nízkovizkozní až pastovité směsi katalyzátoru s vodou a případně organickým rozpouštědlem, jakým je např. alkohol, mající rozpouštědlovou frakci mezi 0 a 100 % a podíl sušiny mezi 5 a 95 %, přičemž uvedené nanesení se provede válcováním, nanesením špachtlí nebo litím, přičemž po uvedeném nanesení následuje sušení a slinování při vysoké teplotě, zejména teplotě alespoň 100°C a nejvíce 400°C a pod ochranným plynem, jakým je zejména dusík, oxid uhličitý, vzácný kov, zejména výhodně argon, neon, krypton, butan, a případně další válcování slinuté kompozice při tlaku alespoň 3.105 Pa.
Výhodně se potom, co se nosič katalyzátoru spojí se základnovou deskou slinováním, na povrch nosiče katalyzátoru nanese vrstva stříbra, zejména elektrodovou depozicí nebo bezproudovou depozicí.
V jednom příkladě provedení se předtím, co se k základnové desce přiloží nosič katalyzátoru, k základnové desce přiloží plynová distribuční textilie, která se se základnovou deskou spojí slinováním.
V jednom výhodném provedení uvedeného způsobu se spojení nosiče katalyzátoru, plynové distribuční fólie a
85142 (85142a)
PV 2002-3946 · · ··· *·· ··· ·· ·* ···« ·· ·« základnové desky slinováním provede současně.
Za účelem zamezení nežádoucí deformace nadstruktury do podstruktury v průběhů válcování by měly být vhodně vzájemně přizpůsobeny vzdálenosti mezi perforacemi dvou dotyčných vrstev. Kromě toho, musí být zajištěno přiměřené odvádění kondenzátu nebo roztoku hydroxidu sodného k zamezení blokování kanálků pro přepravu plynu.
V průběhu provozu plynové difúzní elektrody podle vynálezu působící jako katoda spotřebovávající kyslík, tj . katoda OCC, uvedená struktura dodává do katalyticky aktivní vrstvy kyslík skrze její otvory a tvoří tuhou základnu, která činí plynovou difúzní elektrodu rozměrově stabilní a stabilní vůči deformaci.
Avšak je třeba uvést, že současné použití nadstruktury a podstruktury není opravdu nutné, to znamená, že přímé povlečení základnové desky je rovněž možné.
Další příklad provedení uvedeného způsobu spočívá v nanesení kompozice, obsahující katalyzátor, ve formě nízkoviskózní kompozice nebo pasty nalitím nebo nanesením špachtlí této kompozice za použití válcování za mokra a v následném vysoušením, slinováním a případným zhutňováním provedené válcováním.
K uložení elektrody do struktury plynové kapsy připevňovacími technikami používajícími šrouby, nýty, svěrky pájené spoje, svarové spoje nebo adheziva se může výhodně použít nepatrně vybíhající okraj podstruktury, který je výhodně umístěn pod strukturou nosiče katalyzátoru a může být vhodně chráněn vůči fluorovaným polymerům zatímco se
85142(85142a)
PV 2002-3946 povlaková kompozice obsahující katalyzátor nanáší kalandrováním. Je zejména výhodné, aby tato část byla při ovorbě perforací ve formě otvoru, štěrbin, apod. vynechána, tj. aby zůstala celistvá, což umožní zabránit laterálrim únikům kyslíku. Úniku kyslíku z hraniční oblasti mezi dvěma vrstvami se může zamezit vhodným zaválcováním, prováděným hladkými válci, úzkého okrajového pásku, vyplněného katalyzátorem, vrchní vrstvy do podstruktury, která by neměla být již opatřena štěrbinami nebo měla by být pokryta kovem nějakým jiným způsobem a měla by být nepropustná. Dobrá účinnost válcování okrajového pásku plochými válci se dosáhne, např. použitím rotačního válce buzeného ultrazvukem. Přenos tlaku nebo vibrací vede k úplnému vyplnění mezer povlakovou kompozicí obsahující katalyzátor.
V případě použití pěny nebo otevřené porézní slinuté struktury jako základnového těla úniku kyslíku z okrajové oblasti je zabráněno nuceným stlačením porézní struktury v obvodové okrajové oblasti. Nucené zhutnění vede k vytvoření struktury nepropustné pro plyn.
Způsob, kterým se nanese katalyzátor, zejména způsob spočívající v kalandrování za sucha, avšak také v kalandrování za mokra a nanášení špachtlí, dovoluje vyjmutí vrstev vyčerpaného katalyzátoru vyfukovací nebo vyplachovací technikou, čímž umožňuje opětovné pokrytí kovové nosné struktury.
V závislosti na způsobu uložení plynové difúzní elektrody, jakou je např. katoda 00C, do plynové kapsy nebo způsobu připevnění k plynové kapse je docela možné, aby tato dvojitá struktura byla opětovně použita vícekrát, což dovoluje značné snížení nákladů. Naopak katalyzátor se může
85142 (85142a)
PV 2002-3946 • · » «
izolovat chemicky a/nebo elektrochemicky ~ edncuucnymt technikami z vyjmuté kompozice, což umožňuje jene recyklaci.
Vynález se dále týká elektrochemického plynového difúzního článku, který zahrnuje plynovou difúzni elektrodu podle vynálezu, jak byla popsána ve výše uvedeném textu.
V tomto uspořádání muže být elektrochemický plynový difúzni článek uspořádán s permanentně umístěnými plynovými kapsami nebo alternativně s vyjímatelnými plynovými kapsami.
Přehled obrázků na výkresech
Za účelem úplného pochopení vynálezu je v následující části této přihlášky vynálezu uveden popis příkladů provedení vynálezu, ve kterém jsou činěny odkazy na přiložené výkresy, na kterých obr. 1 zobrazuje jeden příklad provedení plynové difúzni elektrody podle vynálezu, obr. 2 zobrazuje řez plynovou difúzni elektrodou zobrazenou na obr. 1 vedený podél roviny A-A zobrazené na obr. 1, obr. 3 zobrazuje druhý příklad provedení plynové difúzni elektrody, která představuje variantu plynové difúzni fólie, zobrazené na obr. 1 a zahrnuje dodatečnou plynovou difúzni textilií 10, obr. 4 zobrazuje řez plynovou difúzni elektrodou zobrazenou na obr. 3 vedený podél roviny B-B
85142 (85142a)
PV 2002-3946 i ’ : t .· obr. 5 zobrazuje eiekirclyzzcký článek, plynovou difúzr.í elektrodu.
• ·· zobrazené na ozr. z,
Příklady provedení -vynálezu
Procenty, uvedenými v následujícím textu, se rozumí hmotnostní procenta, pokud není uvedeno jinak.
Příklad 1 (obr. 1+2)
Výroba rozměrově stabilní plynové difuzní elektrody s dvěma vrstvami:
Základnová deska _1 sestává z niklové desky, která má tloušťku 1,5 mm a ve které jsou vytvořeny perforace 2, tvořené v tomto příkladě provedeni štěrbinami, které jsou 1,5 mm široké a 15 mm dlouhé (od společnosti Fiedler/D). Uspořádání štěrbin je zvoleno tak, že štěrbiny jsou vzájemně odsazeny o 5 mm v podélném směru a o 2 mm v příčném směru. Podélné řady štěrbin, probíhající jedna vedle druhé, jsou vzájemně posunuty o polovinu délky štěrbiny tak, že mezi přesahujícími částmi štěrbin jsou větší mezery.
Základnová struktura má okraj 3 prostý štěrbin. Jako nosič 4 katalyzátoru je použito niklové drátěné pletivo, které má průměr drátu 0,14 mm a velikost oka 0,5 mm (od společnosti Haver&Boevker/D). Okraj drátěného pletiva je vyrovnán s okrajem 3 základnové desky JL. Tato sestava se spojí slinováním při teplotách mezi 800 až 1200°C za účelem vytvoření nepřetržité struktury.
B5142 (85142a)
PV 2002-3946 : · t · * : , : i ·.
..... ·..··.,·
Scrana, která nese drátěné pletivo je elektrolyticky pokryta stříbrem. Za účelem nanesení katalyzátoru je c-kraj prostý štěrbin maskován vhodným materiálem, jakým je např. vosk, nátěrová barva, adhezivní pásek, apod. Úplná elektrodová struktura se potom pokryje povlakovou kompozicí 5 obsahující katalyzátor, která předtím byla zaválcována do vrstvy a která obsahuje 85 % sazí (Vulkán XC-72, 10 ?. Agj ,
I produktu HOSTAFLON TF 2053 (PTFE) , při množství 500 g/nú, přičemž tato povlaková kompozice 5 se spojí s drátěným pletivem zaválcováním povlakové kompozice 5 do drátěného pletiva nebo jiným podobným způsobem. Po vyjmutí vrstvy, maskující okraj 3 základnové desky 1, se okrajová oblast 6 za účelem dosažení přiměřené nepropustnosti pro plyn zaválcuje do plochy, přičemž při válcování se použije ultrazvuková svářečka se švovou svářecí hlavicí (od Stapla/D), načež je do elektrochemického
Začlenění elektrody do elektrochemického reakčního zařízení se provede připevňovací technikou používající svarový spoj, pájený spoj, šrouby, nýty, svěrky nebo elektricky vodivé adhezivo, apod., v celistvém okraji 3.
elektroda připravena reakčního zařízení.
společnosti k umístění
V případě, elektrochemické připevňovacími že plynová difúzní elektroda a reakční zařízení se spojí dohromady technikami používajícími svěrky, nýty, šrouby, potom se mezi plynovou difúzní elektrodu a nosnou stranou elektrochemického reakčního zařízení vloží pružné těsnění k zamezení smísení plynné fáze a kapalné fáze.
Příklad 2
85142 (85142a)
PV 2002-3946 : ’ * · * · * · · · ♦ · β • * · · v ·«· ·· ··«··· ϊ \ * · 9 ·· 9» • ·
Výroba rozměrově stabilní plynové difúzr.i elektrody s dvěma vrstvami:
rody je stetne jaro se použijí odlišné povlakové Kompozice nanesení dodatečné
Provedení plynové difúzní elektr provedení z příkladu i až na to, že nanášecí techniky pro nanesení obsahující katalyzátor a provede se nekatalyzované plynové difuzní vrstvy.
Strana, která nese drátěné pletivo se bezproudově pokryje stříbrem. Za účelem nanesení povlakové kompozice obsahující katalyzátor a dodatečné nekatalyzované plynové difúzní vrstvy se okraj 3_ základnové desky 1 zamaskuje na obou stranách vhodným materiálem, jakým je např. vosk, nátěrová barva, adhezivní pásek, apod. Elektrodová struktura se potom pokryje na straně, která nenese drátěné pletivo 4, dodatečnou nekatalyzovanou difúzní plynovou vrstvou, která se předtím zaválcuje do vrstvy a která obsahuje 70 1 sazí (Vulcan XC-72, nekatalyzované) , 30 % HOSTAFLON TF 2053 (PTFE), při množství 750 g/nr, přičemž tato nekatalyzované dodatečná plynová vrstva se spojí se základnovou deskou ý se štěrbinami jejím zaválcováním, tlakovým spojením, apod.
Za účelem nanesení povlakové kompozice 5 obsahující katalyzátor se na stranu základnové desky 1, která nese drátěné pletivo 4, rozetře špachtlí směs, která byla předtím promísena k vytvoření pastovité kompozice a která obsahuje 70 % sazí (Vulcan XC-72, 10 % směsi Ag/PTFE (85 %/15 %)) a 30 % isopropanolu, načež se tato strana vysuší při 65°C a zhutní válcováním k dosažení přiměřené nepropustnosti pro plyn. Za účelem zpevnění elektrody se dále provede žíhání při 250°C/lh. Začlenění elektrody do elektrochemického reakčního zařízení se provede jako v příkladu 1.
85142 (05142a)
PV 2002-3946 » 0
Přiklad 3
Výroba rozměrově stabilní plynové difúzní elekrrohy se dvěma vrstvami:
Provedení plynové difúzní elektrody v tomto příkladě provedení je stejné, jako je provedení této elektrody v příkladu 1 až na to, že pro nesení katalyzátoru se použije odlišný nosič, a to nosič sestávající z mřížkované kovové tažené fólie typu S-Ni-5-050 (tloušťka startovacího materiálu: 0,127 mm, šířka pásu:0,127,LWD:1,27 mm, od společnosti DELKER/USA) . Použití mřížkové kovové fólie vede zejména k pevnému vzájemnému zabudování povlakové kompozice obsahující katalyzátor a nosič katalyzátoru.
Příklad 4 (obr. 3+4)
Výroba rozměrově stabilní plynové difúzní elektrody s třemi vrstvami:
Základnová deska 7 elektrody sestává ze štěrbinové desky, která má tloušťku 2 mm a ve které jsou vytvořeny perforace 8_, které jsou v tomto příkladě provedení tvořeny štěrbinami, které mají šířku 1,5 mm a délku 25 mm (od společnosti Fíedler/D). Rozmístění štěrbin je zvoleno tak, že štěrbiny jsou vzájemně od sebe vzdálené o 5 mm v podélném směru a o 2 mm v příčném směru. Podélné řady štěrbin, probíhající jedna vedle druhé, jsou vzájemně posunuty o polovinu délky štěrbiny tak, že mezi přesahujícími částmi štěrbin jsou větší mezery.
65142 (85142a)
PV 2002-3946 ♦ « > · « · · I *· 4i
Základnová deska 7 má okraj 9 prostý štěrbin, který se nemusí nacházet ve stejné výšce jako štěrbinový nosný povrch. Ukázalo se totiž, že použiti okraje, umístěného ve vyšší poloze, je výhodné z hlediska dosažení nepropustnosti pro plyn. Na základnovou desku 7 se položí plynová distribuční vrstva 10, která je v tomto příkladě provedení tvořena drátěným pletivem, které má průměr drátu 0,5 mm a velikost oka 0,8 mm (od společnosti Haver&Boecker/D). Plynová distribuční vrstva 10 se překryje nosičem 11 katalyzátoru, který je v tomto příkladě provedení tvořen jemným niklovým drátěným pletivem, které má průměr 0,14 mm a velikost oka 0,5 mm (od společnosti Haver&Boecker/D) a které je vyrovnáno s okrajem 9 základnové desky 7_.
Další vrstva, tj. plynová distribuční vrstva 10 zlepšuje přepravu plynu a kapaliny a dodatečně napomáhá k zabudování povlakové kompozice obsahující katalyzátor do struktury elektrody.
Celá sestava je spojena slinováním při teplotách mezi 800 až 1200°C k dosažení celistvé struktury. Strana, která nese drátěné pletivo, je bezproudově pokryta stříbrem.
Za účelem nanesení povlakové kompozice obsahující katalyzátor se okraj 9, prostý štěrbin a umístěný výše vzhledem k štěrbinové nosné části základnové desky zamaskuje vhodným materiálem, jakým je např. vosk, nátěrová barva, adhezivní pásek, apod. Úplná elektrodová struktura se nato pokryje povlakovou kompozicí 5 obsahující katalyzátor, která se předtím zaválcovaia do vrstvy a která obsahuje 85 1 sazí (vulcan XC-72, 10 % Ag), 15 % produktu HOSTAFLON TF
2053 (PTFE) s pokrytím 500 g/m2, přičemž tato povlaková
85142(95142a)
PV 2002-3946 • ·
Kompozice 5 se spojí s nosičem 11 katalyzátoru, tj. jemným drátěným pletivem zaválcováním povlakové kompozice 5 do tohoto jemného drátěného pletiva, nebo vyvinutím tlaku na povlakovou kompozici 5, apod. Potom, co se odstranila vrstva, které maskovala okraj 9 základnové desky 7, zaválcuje se okrajová oblast 13 za účelem dosažení přiměřené nepropustnosti pro plyn do roviny, přičemž se použije ultrazvuková svářečka (od společností Stapla/D), čímž je elektroda připravena k umístění na žádoucí místo. Začlenění elektrody do elektrochemického reakčního zařízení se provede připevňovacímí technikami, používajícími svarové spoje, pájené spoje, šrouby, nýty, svěrky nebo elektricky vodivá adheziva, apod., v celistvém okraji 9 základnové desky 1_.
V případě, že se okraj oblast 13 plynové difuzní elektrody a elektrochemického reakčního zařízení spojí dohromady svěrkami, nýty nebo šrouby, potom se mezi plynovou difúzní elektrodu a nosnou stranu elektrochemického reakčního zařízení umístí pružné těsnění k zamezení smísení plynové fáze a kapalné fáze.
Příklad 5
Výroba rozměrově stabilní plynové difúzní elektrody s třemi vrstvami:
Provedení plynové difúzní elektrody v tomto příkladě je stejné jako provedení plynové difúzní elektrody v příkladě 4 s tím rozdílem, že se použije odlišný nosič katalyzátoru, a to nosič katalyzátoru, tvořený taženou mřížkovou kovovou fólií typu 5-NÍ-5-050 (tloušťka startovacího materiálu: 0,127 mm, šířka pásu: 0,127 mm, LWD: 1,27 mm, od společnosti
85142 (85142a)
PV 2002-3946 • · ··· ♦· * -* · · ·· · ·· »··· ,, * ieiker/USA;. Použití mřížkově kovové fólie vede k, zejména pevnému vzájemnému zabudování nosiče katalyzátoru a povlakové Kompozice obsahující katalyzátor.
Příklad 6
Výroba rozměrově stabilní plynové difúzní elektrody se třemi vrstvami:
Provedení plynové difúzní elektrody v tomto příkladě je stejné jako provedení plynové difúzní elektrody v příkladě 4 až na to, že je použit odlišný nosič katalyzátoru, a to nosič tvořený tenkou štěrbinovou deskou mající aperturní průměr 0,3 mm a trojúhelníkovou rozteč 0,6 mm (od společnosti Fiedler/D).
Příklad 7
Výroba rozměrově stabilní plynové difúzní elektrody s třemi vrstvami:
Provedení plynové difúzní elektrody je stejné jako provedení plynové difúzní elektrody v příkladě 4 s tím rozdílem, že se použije odlišný nosič katalyzátoru a odlišná technika nanášení povlakové kompozice obsahující katalyzátor, přičemž tento odlišný nosič katalyzátoru je tvořen opakní slinutou niklovou plstí mající tloušťku 0,3 mm (od společnosti Nitech/F). Na tuto absorpční strukturu se nalije tekutá směs obsahující 36 % sazí (Vulkán XC-72, 10 ‘í Ag) a 64 % suspenze produktu HOSTAFLON TF 5033 (10% PTFE) při množství 250 g/m2, načež se uvedená směs vysuší při 95°C
85142 (85142a)
PV 2002-3946 • * i; oosažení přiměřené nepropustnosti pro
rlvn se zhu
Začlenění elektrody do elektrochemického reakčního zařízení se provede jako v příkladě 4.
Příklad 8
Výroba rozměrově stabilní plynové difúzní elektrody s jednou jedinou vrstvou:
Základnová deska sestává z niklové pěny, která má tloušťku 5 mm (od společnosti Dunlop/USA). Střední průměr póru je 1 mm a objem pórů je 80 %.
Tato základnová deska před tím, než se dokončí potahová operace, má neporézní okraj. Nosná struktura není použita.
Strana, která je určena pro následné potažení, se elektrolyticky pokryje stříbrem. Za účelem nanesení povlakové kompozice obsahující katalyzátor se okraj základnové desky maskuje vhodným materiálem, jakým je např. vosk, nátěrová barva, adhezivní pásek, apod. Úplná elektrodová struktura se potom pokryje povlakovou kompozicí obsahující katalyzátor, která se předtím zaválcuje do roviny a která obsahuje 85 % sazí (Vulcan XC-72, 10 I Ag) , 15 i produktu HOSTAFLON TF 2053 (PTFE), při množství 500 g/nr, přičemž se tato povlaková kompozice spojí s pěnovou strukturou zaválcováním povlakové kompozice do pěnové struktury nebo působením tlaku na povlakovou kompozici, apod. Potom, co se vrstva, která maskuje okraj základové
85142 (85142a)
PV 2002-3946 • fr fl desky, odstraní, stlačí se okraj základnové desky za účelem dosažení přiměřené nepropustnosti pro plyn na tloušťku 1 mn, čímž se elektroda připraví k umístění na žádoucí místo. Začlenění plynové difúzní elektrody do elektrochemického zařízení se provede připevňovacími technikami, používajícími svarové spoje, pájené spoje, šrouby, nýty, svěrky nebo elektricky vodivá adheziva, v celistvém okraji základnové desky.
V případě, že se plynová difúzní elektroda a elektrochemické reakční zařízení spojí pomocí svěrek, nýtů nebo šroubů, vloží se mezi okraj plynové difúzní elektrody a nosnou stranu elektrochemického reakčního zařízení pružné těsnění k zabránění smísení plynné fáze a kapalné fáze.
Příklad 9
Výroba rozměrově stabilní plynové difúzní elektrody s jednou jedinou vrstvou:
Základnová deska sestává z niklové desky, která má tloušťku 1,5 mm a ve které jsou vytvořeny štěrbiny, které mají šířku 1,5 mm a délku 15 mm (dostupná od společnosti Fiedler/D). Uspořádání štěrbin je zvoleno tak, že štěrbiny jsou vzájemně odsazeny o 5 mm v podélném směru a o 2 mm v příčném směru. Podélné řady štěrbin, probíhající jedna vedle druhé, jsou vzájemně posunuty o polovinu délky štěrbiny tak, že mezi přesahujícími částmi štěrbin jsou větší mezery.
Tato základnová struktura má okraj prostý štěrbin.
Nosná struktura pro katalyzátor se nepoužije.
85142 (85142a)
PV 2002-3946 «
» φ «φ * φ · φ φφφ ··· «φ ♦
• * φφ
Strana, která je určena pro následné povlečení elektricky postříbřena. Za účelem nanesení povlakové kompozice obsahující katalyzátor se okraj prostý štěrbin zamaskuje vhodným materiálem, jakým je např. vosk, nátěrová barva nebo adhezivní pásek, apod. Úplná elektrodová struktura se potom pokryje povlakovou kompozicí obsahující katalyzátor, která se předtím zaválcuje do vrstvy a která obsahuje 85 % sazí (Vulkán XC-72, 10 % Ag) , 15 i produktu HOSTAFLON TF 2053 (PTFE) , při množství 500 g/rtr, přičemž tato povlaková kompozice se spojí se štěrbinovou základnovou deskou zaválcováním do základnové struktury nebo působením tlaku na povlakovou kompozici, apod. Potom, co se vrstva, která maskovala okraj základnové desky, odstranila, je elektroda připravena pro uložení na žádoucí místo. Začlenění elektrody do elektrochemického reakčního zařízení se provede připevňovacími technikami, používajícími svarové spoje, pájené spoje, šrouby, svěrky, nýty nebo elektricky vodivá adheziva, v celistvém okrají základnové desky.
V případě, že se plynová difúzni elektroda a elektrochemické reakční zařízení spoji pomocí svěrek, nýtů nebo šroubů, mezi okraj plynové difúzni elektrody a nosnou stranu elektrochemického reakčního zařízení se vloží pružné těsnění k zabránění smísení plynné fáze a kapalné fáze.
Příklad 10
Výroba plynové difúzni elektrody s jednou jedinou vrstvou:
Provedení plynové difúzni elektrody v tomto příkladu je stejné jako provedení plynové difúzni fólie v příkladu 9
85142 (85142a)
PV 2002-3946 » * · 1 ·· ·· s tím rozdílem, že se použije dodatečná plynová difúzní vrstva.
Strana, která je určena pro následné pokrytí, je bezproudově pokryta stříbrem. Za účelem nanesení povlakové kompozice obsahující katalyzátor a dodatečné nekatalyzované plynové difúzní vrstvy se okraj základnové desky prosté štěrbin zamaskuje na obou stranách vhodným materiálem, jakým je např. vosk, základnová barva nebo adhezivní pásek, apod. Elektrodová struktura se potom na straně, která se nepokryla stříbrem, pokryje dodatečnou nekatalyzovanou plynovou difúzní vrstvou, která se předtím zaválcovala do vrstvy a která obsahuje 70 % sazí (produkt Vulcan XC-72, nekatalyzovaný)a 30 % produktu HOSTAFLON TF 2053 (PTFE), při množství 750 g/m2, přičemž tato dodatečná vrstva se spojí se základnovou štěrbinovou strukturou zaválcování této dodatečné vrstvy do základnové struktury nebo působením tlaku na dodatečnou vrstvu, apod.
Nanesení povlakové kompozice obsahující katalyzátor a začlenění elektrody do elektrochemického reakčního zařízení se provede stejným způsobem jako v příkladě 9.
Příklad 11 (zkouška elektrody)
Plynová difúzní elektroda, popsaná v příkladě 1, byla připevněna v elektrolytickém článku, zobrazeném na obr. 5 a stávajícím se z konvenčního anodového polovičního článku 18. s membránou .14.. Avšak provedení katodového polovičního článku se výrazně liší od konfigurace, použité v konvenčních článcích, to znamená, že tento katodový poloviční článek zahrnuje katolytovou mezeru 15, katodu 16 spotřebovávající
85142 (65142a)
PV 2002-3946
• • : : ·: : ’* ·· ·· *..··..·
kyslík, rj, katodu OCC, a plynovou mezeru ; 17.
Katoivcová mezera 15 má konvenční funkci. Při katodě
OCC 16 se uskutečňuje redukce kyslíku, která má za následek úsporu majoritní energie ve srovnání s uvolňováním vodíku. Za katodou OCC 16 je plynová mezera 17, která slouží pro přivádění kyslíku a odvádění procházející reakční vody nebo roztoku zředěného hydroxidu sodného.
Katoda OCC 16 měla velikost 18 cm x 18 cm a byla v provozu po dobu 100 dní při stabilním článkovém napětí 1,98 V. Maximální naměřená hodnota ohnutí katody OOC za provozních podmínek byla 0,5 mm.
Při měření byly nastaveny následující parametry: proudová hustota: 3 kA/m teplota článku: 85°C koncentrace roztoku hydroxidu sodného: 32 hmotnostních procent koncentrace solanky: 210 g chloridu sodného/1 maximální diferenciální tlak: 24 cm vodního sloupce.

Claims (22)

1. Rozměrově stabilní plynová difúzní elektroda, která sestává z alespoň elektricky vodivého nosiče katalyzátoru pro zabudování povlakové kompozice, obsahující katalyzátor, do tohoto nosiče, přičemž povlaková kompozice zahrnuje, zejména směsi jemně dispergovaného práškového stříbra nebo jemně dispergovaného prášku oxidu stříbra nebo směsi prášku stříbra a prášku oxidu stříbra a teflonového prášku nebo směsi jemně dispergovaného prášku stříbra nebo prásku oxidu stříbra nebo směsi prášku stříbra a prášku oxidu stříbra, práškového uhlíku a teflonového prášku, přičemž uvedená elektroda dále sestává z elektrického spojeni, vyznačující se tím, že nosič katalyzátoru je tvořen textilií, tkaninou se spojenými vlákny, pěnou, slinutým kovovým tělem nebo plstí z elektricky vodivého materiálu, mřížkovou kovovou deskou nebo kovovou deskou s množinou perforací, přičemž na vrchní část nosiče katalyzátoru je nanesena povlaková kompozice, obsahující katalyzátor, a nosič katalyzátoru má přiměřenou pevnost v ohybu, takže dodatečné vyztužení, dosažené použitím základnové desky, může být vynecháno nebo nosič katalyzátoru je nepřetržitě spojen mechanicky nebo elektricky vodivě s tuhou kovovou základnovou deskou, propouštějící plyn, nebo tuhou textilií nebo mřížkovou kovovou deskou, zejména obsahující nikl nebo jeho slitiny nebo slitiny kovu odolného vůči alkáliím.
2. Plynová difúzní elektroda podle nároku 1, vyznačující se tím, že kov pro základnovou desku je zvolen z množiny kovů, zahrnující nikl, slitinu niklu
16 65142 (85142a)
PV 2002-3946 odolnou vůči alkáiiím, jakou je zejména slitina niklu a stříbra, nikl potažený stříbrem a slitinu kovu odolnou vůči alkáiiím.
3. Plynová difúzní elektroda podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že materiál nosiče katalyzátoru obsahuje uhlík, kov, zejména nikl nebo slitinu niklu odolnou vůči alkáiiím, jakou je zejména slitina niklu a stříbra, nikl potažený stříbrem nebo slitinu kovu odolnou vůči alkáiiím.
4. Plynová difúzní elektroda podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že základnová deska má množinu perforací, tvořených zejména štěrbinami nebo vyvrtanými otvory.
5. Plynová difúzní elektroda podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že základnová deska mé obvodový okraj, který je prostý perforací a má šířku alespoň 5 mm.
6. Plynová difúzní elektroda podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že nosič katalyzátoru je tvořen pěnou nebo tělem ze slinutého kovu a okraj, určený pro spojení elektrody s elektrochemickým reakčním zařízením je stlačen.
7. Plynová difúzní elektroda podle některého z nároku 1 až 6, vyznačující se tím, že nosič katalyzátoru a povlaková kompozice obsahující katalyzátor jsou spojeny dohromady kalandrováním za sucha.
8. Plynová difúzní elektroda podle některého z nároků
16 85142 (05142a)
PV 2002-3946
1 až vyznačující se tím, že povlaková Kompozice, která obsahuje vodu a případně organické rozpouštědlo, výhodně alkohol, a která rovněž obsahuje katalyzátor, je nanesena na nosič katalyzátoru litím povlakové kompozice na nosič katalyzátoru nebo válcováním povlakové kompozice za mokra a je spojena s nosičem katalyzátoru následným sušením, slinováním a případným zhutňováním.
9. Plynová difuzní elektroda podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že mezi základnovou deskou a nosičem katalyzátoru je umístěna dodatečná elektricky vodivá plynová distribuční textilie, která je zhotovena zejména z uhlíku, kovu, niklu, slitiny odolné vůči alkáliím, jakou je zejména slitina niklu a stříbra, nebo niklu potaženého stříbrem nebo slitiny kovu odolného vůči alkáliím.
10. Plynová difúzní elektroda podle některého z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že základnová deska má zvýšený okraj k umístění plynové distribuční textilie.
11. Plynová difúzní elektroda podle některého z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že nosič katalyzátoru a povlaková kompozice obsahující katalyzátor jsou spojeny obvodově a nepropustně pro plyn v okrajové oblasti uvnitř elektrody s okrajem základnové desky.
12. Plynová difúzní elektroda podle některého nároku 11, vyznačující se tím, že nepropustnost pro plyn v okrajové oblasti je dosažena utěsněním, přímým válcováním do roviny nebo válcováním do roviny podpořeným ultrazvukem.
13. Plynové difúzní elektroda podle některého z nároků
16 85142 (85142a)
PV 2002-3946 « ·
1 až 12, vyznačující se tím, že nosič katalyzátoru nebo základnová deska má otevřenou porézní strukturu, zejména strukturu pěny, textilie, sítě se spojenými vlákny nebo slinutou strukturou, přičemž okrajová oblast nosiče katalyzátoru nebo základnové desky je stlačena k dosažení nepropustnosti pro plyn.
14. Plynová difúzní elektroda podle některého z nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že plynová difúzní elektroda má okraj bez perforací a při tomto okraji je plynová difúzní elektroda spojena nepropustně pro plyn a elektricky vodivě s elektrochemickým reakčním zařízením svarovým spojem, pájeným spojem, šrouby, nýty, svěrkami nebo elektricky vodivým adhezivem odolným vůči alkáliím,
15. Plynová difúzní elektroda podle nároku 14, vyznačující se tím, že spojení plynové difúzní elektrody s elektrochemickým reakčním zařízením je provedeno svařovací nebo pájecí technikou, přičemž neperforovaný okraj je prostý stříbra.
16. Plynová difúzní elektroda podle nároku 14, vyznačující se tím, že spojení plynové difúzní elektrody s elektrochemickým reakčním zařízením je provedeno připevňovacímí technikami používajícími šrouby, nýty, svěrky nebo elektricky vodivá adheziva, přičemž neperforovaný okraj obsahuje stříbro.
17. Plynová difúzní elektroda podle některého z nároku 14 až 16, vyznačující se tím, že v případě, že plynová difúzní elektroda je začleněna do elektrochemického reakčního zařízení, je okraj základnové desky utěsněn vůči připevňovací straně elektrochemického zařízení pružnou
16 85142 (85142a)
PV 2002-3946 ··· *· • · • · • · ·* ···· > · • · · ·· vložkou.
13. Způsob výroby plynové difúzní elektrody podle nároku 1, vyznačující se tím, že nosič katalyzátoru se slinováním spoji se základnovou deskou, mající množinu perforací, načež se na nosič katalyzátoru nanese práškový nebo vláknitý katalyzátor kalandrováním za sucha při tlaku alespoň 3.105 Pa, přičemž katalyzátor se před nanesením na nosič katalyzátoru zaválcuje do vrstvy při samostazné operaci.
19. Způsob výroby plynové difúzní elektrody podle nároku 1, vyznačující se tím, že se na nosič katalyzátoru nanese nízkoviskozní až pastovitá směs povlakové kompozice obsahující katalyzátor s vodou a případně organickým rozpouštědlem, jakým je např. alkohol, přičemž tato směs má frakci ředidla mezi 0 a 100 % a podíl sušiny mezi 5 a 95 % a na nosič katalyzátoru se nanese válcováním, nanášením špachtlí nebo litím, načež se povlaková kompozice obsahující katalyzátor spojí s nosičem katalyzátoru sušením a slinováním při vysoké teplotě, zejména alespoň 100°C a nanejvýš 400°C, pod ochranným plynem, zejména dusíkem, oxidem uhličitým, vzácným plynem nebo redukčním prostředím, výhodně argonem, neonem, kryptonem, butanem, a případně dalším válcováním slinutého kompozitu při tlaku alespoň 3.105 Pa.
20. Způsob podle nároku 18 nebo 19, vyznačující se tím, že se po spojení nosiče katalyzátoru se základnovou deskou slinováním povrch nosiče katalyzátoru opatří vrstvou stříbra, zejména elektrodovou depozicí nebo bezproudovou depozicí.
16 85142 (85142a)
PV 2002-3946 • « • « ♦ · · • · > · ··
21. Způsob podle nároku 18 až 20, vyznačující se tím, že se před přiložením nosiče katalyzátoru k základnové desoe k základnové desce přiloží plynová distribuční textilie, načež se tato plynová distribuční textilie spojí se základnovou deskou slinováním.
« v • · • fl ·· ·· : ♦ · * · · *· ···♦
22. Způsob podle nároku 21, vyznačující se tím, že se nosič katalyzátoru, plynová distribuční textilie a základnová deska spojí slinováním současně.
23. Elektrochemický plynový difúzní článek, vyznačující se tím, že zahrnuje plynovou difúzní elektrodu podle některého z nároků 1 až 17.
CZ20023946A 2000-06-02 2001-05-21 Rozměrově stabilní plynová difúzní elektroda CZ20023946A3 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10027339A DE10027339A1 (de) 2000-06-02 2000-06-02 Dimensionsstabile Gasdiffusionselektrode

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ20023946A3 true CZ20023946A3 (cs) 2003-05-14

Family

ID=7644441

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20023946A CZ20023946A3 (cs) 2000-06-02 2001-05-21 Rozměrově stabilní plynová difúzní elektroda

Country Status (16)

Country Link
US (1) US20030162081A1 (cs)
EP (1) EP1293005A1 (cs)
JP (1) JP2003535449A (cs)
KR (1) KR20030007825A (cs)
CN (1) CN1240155C (cs)
AR (1) AR028638A1 (cs)
AU (1) AU2001262303A1 (cs)
BR (1) BR0111268A (cs)
CZ (1) CZ20023946A3 (cs)
DE (1) DE10027339A1 (cs)
HU (1) HUP0302063A2 (cs)
MX (1) MXPA02011798A (cs)
PL (1) PL361832A1 (cs)
RU (1) RU2002135624A (cs)
TW (1) TW533618B (cs)
WO (1) WO2001093353A1 (cs)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004207088A (ja) * 2002-12-26 2004-07-22 Nissan Motor Co Ltd ガス透過性基体及びこれを用いた固体酸化物形燃料電池
EP1492184A1 (de) * 2003-06-27 2004-12-29 Umicore AG & Co. KG Verfahren zur Herstellung einer katalysatorbeschichteten Polymerelektrolyt-Membran
JP2005174621A (ja) * 2003-12-09 2005-06-30 Hitachi Ltd 燃料電池部材とその製造方法およびそれを用いた燃料電池
JP2008288145A (ja) * 2007-05-21 2008-11-27 Toyota Motor Corp 燃料電池
KR101104987B1 (ko) * 2009-07-21 2012-01-16 최용환 여닫이식 자동 도어의 구동장치
KR101230892B1 (ko) 2010-11-05 2013-02-07 현대자동차주식회사 연료전지용 금속다공체
DE102010062421A1 (de) * 2010-12-03 2012-06-06 Bayer Materialscience Aktiengesellschaft Sauerstoffverzehrelektrode und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102010062803A1 (de) * 2010-12-10 2012-06-14 Bayer Materialscience Aktiengesellschaft Verfahren zum Einbau von Sauerstoffverzehrelektroden in elektrochemische Zellen und elektrochemische Zellen
TWI568888B (zh) * 2011-09-15 2017-02-01 第諾拉工業公司 氣體擴散電極及其製法和電化電解池
EP2573213B1 (de) * 2011-09-23 2017-10-25 Covestro Deutschland AG Sauerstoffverzehrelektrode und verfahren zu ihrer herstellung
FR2983645B1 (fr) * 2011-12-02 2014-01-24 Peugeot Citroen Automobiles Sa Electrode anodique pour pile a combustible
PT2957659T (pt) 2014-06-16 2019-05-31 Siemens Ag Camada de difusão de gás, célula eletrolítica pem com uma camada de difusão de gás desta natureza assim como eletrolisador
EP2985096B1 (de) 2014-08-14 2016-11-02 Melicon GmbH Gasdiffusionselektrode
RU2612195C1 (ru) * 2015-10-28 2017-03-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) Способ получения порошков для изготовления газодиффузионных электродов
CN107342423B (zh) * 2017-05-22 2020-09-01 深圳市航盛新材料技术有限公司 空气电极极片及其制备方法和空气电池
CN107317069B (zh) * 2017-08-06 2023-10-03 鲁壮 一种金属空气电池
DE102017219453A1 (de) * 2017-10-30 2019-05-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Funktionselements für eine Elektrodeneinheit einer Batteriezelle
CN108063219B (zh) * 2017-11-23 2020-01-10 浙江大学 一种高效液态碱金属合金电极及其制备方法和应用
KR102657747B1 (ko) * 2019-03-01 2024-04-17 다나카 기킨조쿠 고교 가부시키가이샤 다공질체, 전기 화학 셀, 및 다공질체의 제조 방법

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1222172A (en) * 1967-04-05 1971-02-10 Sony Corp Fuel cell electrode and a method of making the same
GB1284054A (en) * 1971-04-06 1972-08-02 Esb Inc Improvements relating to the preparation of an air breathing electrode
US4518705A (en) * 1980-10-31 1985-05-21 Eltech Systems Corporation Three layer laminate
US4551220A (en) * 1982-08-03 1985-11-05 Asahi Glass Company, Ltd. Gas diffusion electrode material
DE3332566A1 (de) * 1983-09-09 1985-03-28 Hoechst Ag, 6230 Frankfurt Gasdiffusionselektrode mit hydrophiler deckschicht und verfahren zu ihrer herstellung
US4927514A (en) * 1988-09-01 1990-05-22 Eltech Systems Corporation Platinum black air cathode, method of operating same, and layered gas diffusion electrode of improved inter-layer bonding
DE4444114C2 (de) * 1994-12-12 1997-01-23 Bayer Ag Elektrochemische Halbzelle mit Druckkompensation
JPH08283979A (ja) * 1995-04-10 1996-10-29 Permelec Electrode Ltd ガス拡散電極とそれを使用する電解方法
DE69701103T3 (de) * 1996-02-28 2006-02-02 Johnson Matthey Plc Katalytisch aktive Gasdiffusionselektroden mit Faservliessubstrat

Also Published As

Publication number Publication date
WO2001093353A1 (de) 2001-12-06
CN1240155C (zh) 2006-02-01
KR20030007825A (ko) 2003-01-23
AR028638A1 (es) 2003-05-21
TW533618B (en) 2003-05-21
EP1293005A1 (de) 2003-03-19
RU2002135624A (ru) 2004-04-27
BR0111268A (pt) 2003-06-10
PL361832A1 (en) 2004-10-04
US20030162081A1 (en) 2003-08-28
DE10027339A1 (de) 2001-12-06
JP2003535449A (ja) 2003-11-25
MXPA02011798A (es) 2003-05-14
HUP0302063A2 (hu) 2003-09-29
CN1443378A (zh) 2003-09-17
AU2001262303A1 (en) 2001-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ20023946A3 (cs) Rozměrově stabilní plynová difúzní elektroda
JP5057698B2 (ja) ガス拡散電極を製造する方法
US9312544B2 (en) Fuel cells
JPH0774469B2 (ja) 電気触媒ガス拡散電極及びその作成方法
JP5000121B2 (ja) 酸素還元ガス拡散陰極及び食塩電解方法
US3553029A (en) Electrode with carbon layer and fuel cell therewith
JP4501342B2 (ja) 固体高分子型燃料電池のセパレータの製造方法
Wu et al. Hierarchical and self-supporting honeycomb LaNi5 alloy on nickel foam for overall water splitting in alkaline media
EP1724863A1 (en) Metal foam materials in alkaline fuel cells and alkaline electrolysers
US7691242B2 (en) Electrochemical half-cell
US4197367A (en) Porous manganese electrode(s)
EP1724861A1 (en) Novel materials for alkaline electrolysers and alkaline fuel cells
CA1330316C (en) Process for the production of porous electrodes
US20040043280A1 (en) Cell assembly for an electrochemical energy converter and method for producing such a cell assembly
US11136677B2 (en) Method for mounting oxygen-consuming electrodes in electrochemical cells and electrochemical cells
JP5099017B2 (ja) 固体高分子型燃料電池のセパレータ
JP3373140B2 (ja) ガス拡散電極
US5149414A (en) Oxygen gas diffusion electrode
JPS6018756B2 (ja) 電解用電極の製造法