DD284058A5 - Elektrochemisches verfahren - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein elektrochemisches Verfahren, in dem eine gasfoermige Substanz an der Katode reduziert wird und in dem Mikroemulsionen des Wasser-in-OEl-Typs als Katolyte genutzt werden, wobei besagte Mikroemulsionen die Faehigkeit zum elektrischen Ionentransport und zum Substanz-Interphasen-Transport haben, und in dem die OElphase aus einem Perfluorpolyaether besteht und Perfluoralkyl-Endgruppen oder funktionale Endgruppen des hydrophilen Typs hat oder aus einem Perfluorkohlenstoff, wobei besagte Mikroemulsionen mit Hilfe von perfluorierten oberflaechenaktiven Substanzen gewonnen werden, insbesondere mittels solcher oberflaechenaktiven Substanzen, die eine Perfluoralkylpolyaetherstruktur haben und/oder mittels eines Alkohols als ein weiteres oberflaechenaktives Mittel.{Verfahren, elektrochemisch; Substanz, gasfoermig; Katode, reduziert; Katolyte-Mikroemulsionen; Wasser-in-OEl-Typ}
Description
Hierzu 1 Seite Zeichnung
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrochemisches Verfahren, in dem Wasser-in-Perfluoröl-Mikroemulsionen als Katolyte verwendet werden. Bei den perfluorierten Ölen handelt es sich insbesondere um Öle des perfluorpolyätherischen Typs.
Charakteristik de· bekannten Standes der Technik
Anhand elektrochemischer Verfahren, insbesondere der Voltametrie, ist allgemein bekannt, wie eine saturierte wäßrige Salzlösung (z. B. Oj-gesättigt) Grenzwerte des reduzierenden Stroms des besagten Gases als Funktion der Temperatur und der Winkelgeschwindigkeit (ω) der Arbeitselektrode aufweist, die durch die geringe Löslichkeit des Gases im Elektrolyt bestimmt werden. Umgekehrt i3t der H2-Evolutionsstrom nur eine Funktion des Potentials urd de' Temperatur, da die Reduktion der Ionen H+ in H2 im wesentlichen unabhängig von der Diffusion und folglich unabhängig davon ist.
Es wurde als notwendig erachtet, elektrochemisches Verfahren zur Verfügung zu haben, die es ermöglichen, eine hohe Stromdichte bei minimaler Zellspannung zu erreichen, indem beispielsweise dje Wasserstoffentladeüberspannung durch die Verwendung von katalysierten Elektroden als Katode reduziert wird.
Eine mögliche Alternative stellt eine katodische Reaktir- d^r, die - bei gleicher anodischer Reaktion - bei einem niedrigeren reversiblen Potentialdifferenzwert erfolgen sollte.
Ziel der Erfindung
Mit der Erfindung wird ein elektrochemisches Verfahren bereitgestellt wobei durch Verwendung von Mikroemulsionen des Wasser-in-öl-Typs als Katolyte eine hohe Stromdichte bei minimaler Zellspannung erreicht wird.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, elektrochemische Verfahren zur Verfügung zu stellen, die es ermöglichen, eine hohe Stromdichte bei minimaler Zellspannung zu erreichen.
Der Anmelder hat überraschenderweise festgestellt, daß bei Durchführung voltametrischer Verfahren in Wasser-in-ÖI-Mikioemulsionen nach der vorliegenden Erfindung, die eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 1 mS cm"1 haben, die Gasdiffusionsgrenzstromdichte, die an der Katode reduziert wird, viel höher ist als der Diffusionsstrom desselben Gases in einer wäßrigen Salzlösung, die mit der gleichen Temperatur und bei der gleichen Rotationsgeschwindigkeit der Elektrode betrieben wird.
Ein weit ei er überraschender Aspekt dieser Erfindung besteht darin, daß bei gleicher Stromdichte und anodischem Prozeß die Differenz zwischen de.η katodischem Potential eines Prozesses in einer Mikroemulsion (zum Beispiel die Reduktion von O2 zu OH-) und dem katodisi hen Potential eines Bezugsprozesses in einer wäßrigen Lösung (typisch ist die H2-Evolution) so ist, daß die F.lektrolyse in der Mikroemulsion die Einsparung von Energie ermöglicht, anders als das bei Elektrolyse in wäßriger Phase der Fall ist.
beobachten Ist.
einer wäßrigen Lösung bei gleichen Strombedingungen zu vergleichen, da die CvReduktion in einer wäßrigen Lösung nur bei einer geringen Stromdichte erfolgen kann, die durch die geringe Löslichkeit des Gases und folglich durch den Diffusionsprozeß begrenzt wird.
daß es sich bei den Mlkroemulsionen gemäß vorliegender Erfindung um solche des Wasser-in-ÖI-Typs handelt, d. h. um
reduziert und in dem Wasser-in-öl-Mikroemulsionen eine elektrische Leitfähigkeit haben (infolge von lonentransport), die mindestens 1 Millislemens · cm"1 beträgt und als Katolyt genutzt werden.
haben.
die Molekülausrichtung in der Zwischenphase zur Bildung nichtoptischer isotroper Systeme führt, die durch Doppelrefraktion charakterisiert werden und die wahrscheinlich aus ausgerichteten Strukturen des Fastkristalltyps (flüssige Kristalle) bestehen.
nur aus einer durchsichtigen oder opaleszierenden Phase bestehen, die im Betriebstemperaturbereich indefinit stabil ist. Die besagten Gemische bestehen aus:
a) einer wäßrigen Flüssigkeit, die wahlweise eine oder mehrere Elektroden enthält;
b) einem Medium mit Perfluorpolyätheretruktur mit Perfluoralkyl- oder funktionalen Endgruppen, mit Karboxyl-, Alkohol-, Polyoxyalken-OH-, Äther-, Amid-Funktionalität usw., und möglichst mit hydrophilen funktionalen Gr . >pen, wie z. B. Karboxyl- und PoJyoxyalken-OH-Gruppen, und insbesondere die Karboxylgruppe. ,
c) einem fluorierten oberflächenaktiven Mittel, das vorzugsweise eine Perfluorpolyätherstruktur aufweist; und/oder:
- einem hydrierten Alkohol C)-C12, vorzugsweise C1-Ce, und wahlweise einem fluorierten Alkohol (als weiteres oberflächenaktives Mittel).
Die Mikroemulsionen gemäß vorliegender Erfindung können wahlweise isotrop oder birefraktiv sein und entsprechen dem . Wasser-in-ÖI-Typ. Es ist charakteristisch für sie, daß sie leitfähig sind, wobei ihre Leitfähigkeit mindestens 1 Millisiemens cm'1 beträgt.
Da die Mikroemulsionen gemäß vorliegender Erfindung dem Wasser-in-ÖI-Typ entsprechen, müssen sie PFPE als »zusammenhängende Phase" enthalten: aus diesem Grunde sollte die PFPE-Phase (dem Volumen nach) stärker sein als die wäßrige Phase.
Sowohl das Vorhandensein von Wasser-in-ÖI-Mikroemulsionen als auch die Leitfähigkeitsmerkmale sind nicht „a prk.vi" zu erwarten. Aus diesem Grunde können die Mikroemulsionen gemäß vorliegender Erfindung im allgemeinen ALS DER LEITFÄHIGE Teil der Einfachphasenbereiche beschrieben werden; dieser Teil zeigt sich in der rechten Hälfte eines Ternärdiagramms aus Wasser/oberflächenaktives Mittel/PFPE, wie in Abbildung 1 dargestellt. (Fig. 1) In Fig. 1 wird die Winkelhalbierende zur Seite Wasser/PFPE durch ein konstantes Verhältnis Wasser:PFPE gleich 1 charakterisiert.
Im Prinzip ist es jedoch nicht möglich, das Vorhandensein von leitfähigen Einfachphasenbereichen des Wasser-in-ÖI-Typs selbst bei einem Wasser/PFPE-Verhältnis vor größer 1 auszuschließen, da es unmöglich ist, das Vorhandensein solcher Gebiete vorauszusehen.
Die Tatsache, daß die Wasser-in-Perfluorpolyäther-Mikroernulsionen im Beroich der vorliegenden Erfindung liegen, ist problemlos durch einen entsprechend geschulten Techniker mittels einer einfachen Messung der elektrischen Leitfähigkeit, wie oben angegeben, nachzuweisen. Perfluorpolyäther (PFPE), die zur Bildung von Mikroemulsionen gemäß vorliegender Erfindung geeignet sind, umfassen: a) Perfluorpolyäther mit einer durchschnittenen relativen Molekülmasse von SOO bis 10000, vorzugsweise von 600 bis 6000, mit Perfluoralkylendgruppen und zu einer oder zu mehreren der folgenden Klassen gehörig:
CF3 CF3
mit einer zufälligen Verteilung der Perflvior-oxyalken-Einheiten, wobei RF und R^-CF3-, -CjF5 und -C3F sind und gleich oder unterschiedlich sind, und m, η und u haben solche mittleren Werte, daß sie den oben genannten Anforderungen an die ( urchschnittliche relative Molekularmasse gerecht werden.
2) R|O(CFjCFjO)n(CF2O)mR'f mit einer zufälligen Verteilung der Perfluor-oxyalken-Einhelten, wobei R1 und RVCFa oder -C2F« sind und gleich oder unterschiedlich sind, und m und η haben solche mittleren Werte, daß sie de·! oben genannten Anforderungen gerecht werden.
3) RfO(CF2CF20)n(CF20)m(Clr0)p(CF-CF20)q-Rl f
CF3 CF3
mit einer zufälligen Verteilung der Perfluor-oxyalken-Einheiten, wobei R1 und R1I-CFj1-C2F6 OdOr-C3F7 sind und gleich oder unterschiedlich sind, und m, η, ρ und q haben solche mittleren Werte, daß sie den oben genannten Anforderungen gerecht werden.
4) RjO(CF-CF2O)n -R'(
CF,
wobei Rr und R'(-C2F6 oder-C3F7 sind und gleich oder unterschiedlich sind, und η hat einen solchen mittleren Wert, daß die oben genannten Anforderungen erfüllt werden.
5) RfO(CFaCFi)nRV wobei Rf und R'i-CFj=, -C2F6 sind und gleich oder unterschiedlich sind, und η hat einen solchen mittleren Wert, daß die oben genannten Anforderungen erfüllt werden.
6) RiO(CF2CF2O)nRV wobei R( und R'(-CF3 oder-C2F6 oder-C3F7 sind und gleich oder unterschiedlich sind, und η hat einen solchen mittleren Wert, daß die oben genannten Anforderungen erfüllt werden.
7) Der PFPE hat die Struktur der Klasse 1 oder 3, wobei eine der beiden Endgruppen Ri oder R'i ein oder zwei Chloratome enthält, wie in der italienischen Patentanmeldung Nr. 20,406 A/88 des Anmelders beschrieben.
b) Der PFPE gehört zu den obigen Klassen und hat eine durchschnittliche relative Molekularmasse von 1500 bis 10000, möglichst unter 6000, und er wird dadurch charakterisiert, daß er durchschnittlich 0,1 bis 4 Nicht-Perfluoralkyl-Endgruppen pro Polymerkette enthält, vorzugsweise 0,3 bis 1.
c) Die in Patentanmeldung Nr. 20,346 A/86 im Namen des Antragstellers beschriebenen Perfluorpolyäther haben funktioneile Gruppen an der Perfluorpolyätherkette und Endgruppen des Perfluoralkyl- oder funktionellen Typs.
die Karboxylgruppe.
eine-CFX-Gruppe angeschlossen werden, in der X F oder CF3 ist, wahlweise gefolgt von einer Pei fluorpolyätherkette durch eine verbindende Gruppe, die aus einem bivalenten, nichtfluorierten Radikal des Alkyl· oder Aryltyps besteht und bis zu 20
2 und 3 angehören und saure Endgruppen besitzen, die als Rohprodukte des Phqtooxidationsprozesses anfallen, der zur
der Klasse 2) kennt man kommerziell unter der Warenzeichenbezeichnung „ Fomblin0 Z". Alle werden von der Firma Montedison
beschrieben, dessen Inhaber Daikin ist.
1201 beschrieben.
ionisch oder nichtionisch sein. Insbesondere können die folgenden Substanzen genannt werden:
a) die Salze der Perfluoralkylkarboxylsäuren, die 5 bis 11 Kohlenstoffatome haben;
b) die Salze der Perfluorsulfonsäuren, die 5 bis 11 Kohlenstoffatome haben;
c) die nichtionischen oberflächenaktiven Substanzen, die in der Europäischen Patentanmeldung 0051526 genannt werden, bestehend aus einer Perfluoralkenkette und einem Polyalkenkopf, der hydrophil ist;
d) die Salze der Mono- und Bikarboxylsäuren, abgeleitet aus den Perfluorpolyäthern;
e) die nichtionischen oberflächenaktiven Substanzen, bestehend aus einer Perfluorpolyätherkette, die an eine Polyoxyalkenkette angeschlossen ist.
- hydrierte Alkohole mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen;
- Alkohole mit einer Perfluorpolyätherkette;
- teilfluorierte Alkohole.
bestehen.
genutzt und können in einer zusammenhängenden Ölphase anstelle eines Perfluorpolyäthers einen Perfluorkohlenstoff enthalten, jedoch unter der Bedingung, daß derartige Mikroemulsionen eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 1
beispielsweise durch Messung der Veränderung der spezifischen Leitfähigkeit —(X) des Systems öl/oberflächenaktive
elektrolytische Reaktionen eines beliebigen Gases, das an der Katode reduziert werden kann. Die genannten Mikroemulsionen müssen eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 1 Millisiemens cm"' haben.
die entsprechenden Einschätzungen die folgende katodische Reaktion:
aber es ist offensichtlich, daß die besagten Bewertungen der Veranschaulichung dienen und keinen limitierenden Charakter haben.
von der Diffusion und folglich unabhängig von ω ist.
verwendet, wobei folgendes zu beachten ist:
1) O2-Diffu8ionsgrenz8tromdichte und Erhöhung derselben im Vergleich zu einem entsprechenden Diffusionsstrom in einem wäßrigen Medium;
2) katodischer Potentialunterschied-bei gleicher Stromdichte-zwischen einem katodischen Prozeß in Mikroemulsion (im allgemeinen eine O2-Reduktion) und einem für Vergleichszwecke durchgeführten katodischen Prozeß in wäßriger Lösung (im allgemeinen eine H2-Evolution).
20OmV geringer ist als der Wert, bei dem die H2-Evolution in dem untersuchten System beginnt.
verschiedene pF. und als Anolyt eine wäßrige Lösung eines konzentrierten anorganischen Elektrolyts verwendet.
- Arbeitselektrode des Pt-Typs mit rotierender Scheibe mit einer geometrischen Oberfläche von 3,14 mm2, eingetaucht in μΕ;
- Pt-Gegenelektrode, eingetaucht in eine wäßrige Lösung von (NH4I2SO4 (3Mol/Liter), von μΕ durch eine Agar-Agar-Scheidewand getrennt;
- Bezugskalomelelektrode (SCE), eingetaucht in eine Salzbrücke (KCI-Lösung, 3 Mol/Liter), wobei ein Luggin-Kapillarröhrchen der Oberfläche der Arbeitselektrode gegenüber liegt.
gesättigt.
spezifisch an Leitfähigkeit von 172 Millisiemens · cm"1 erfolgt die H2-Evolution bei einem katodischen Potential von größer -70OmV(SCE).
1500min"', bei 40°C und ω = 0 werden 3pArnm"2 ermittelt, und bei = 1500min"' liegt der Wert bei etwa 10μΑ mm"2.
elektrolytischen wäßrigen Lösung beobachtet wird, so wurde dieser Vergleich bei gleicher Temperatur durchgeführt. Der pH-Wert der elektrolytischen wäßrigen Lösung wurde in diesem Falle dem pH-Wert der wäßrigen Lösung des fluorierten oberflächenaktiven Mittels, das zur Herstellung der Mikroemulsion verwendet worden war, so nahe wie möglich angeglichen.
nicht eingrenzen.
cm"1 und enthielten 14,3Ma.-% disperse wäßrige Phase.
von 20μθ einen Oj-Reduktionsgrenzstrom zu berechnen, der bei ω = 0 85μΑ mm"1 und bei ω = 1500min"1200 μΑ mm"2 beträgt, was einem 40mal höheren Strom entspricht, als unter den gleichen Bedingungen für beide Tests in einer wäßrigen Lösung erreicht werden kann.
mm"2. Diese Werte entsprechen Reduktionestromwerten, die 40 bzw. 25mal höher sind als die unter gleichen Bedingungen in wäßriger Lösung erzielten Werte. Es ist möglich, die Stromdichte in μΕ weiter zu erhöhen, indem intensiver umgerührt wird.
3mal so hoch war wie der entsprechende Wert in wäßriger Lösung.
von -85OmV in wäßriger Lösung erreicht. Dieses Ergebnis bedeutet, daß bei gleicher Stromdichte die Elektrolyse in einer
wäßriger Lösung erforderlich sind. Die Energieeinsparung beträgt dabei 0,06mW/mm2.
Bei Einhaltung der im vorangegangenen Beispiel beschriebenen Modalitäten wurde eine Wassisr-in-öl-Mikroemulsion mit folgenden Bestandteilen hergestellt: 32,42g PFPE mit Perfluoralkylendgruppen, zu Klasse 1 gehörig, und mit einer durchschnittlichen relativen Molekularmasse von etwa 800; 12ml doppelt destilliertes Wasser; 47,88g Ammoniumsalz einer Monokarboxylsäure mit Perfluorpolyätherstruktur, zu Klasse 1 gehörig, mit eng beieinander liegenden relativen Molekülmassen und einer Äquivalentmasse von 520; 20,99 g eines monofunktionellen Alkohols mit einer Perfluorpolyätherstruktur und einer durchschnittlichen relativen Molekülmasse von 678. Durch Mischung der Bestandteile bei Zimmertemperatur wurde ein durchsichtiges isotropes System in einfacher Phase hergestellt, bei dem X O 2,99mS · cm"1 und 10,6% H2O auftraten. Anhand der in diesem Falle ermittelten voltametrischen Diagramme wurden die folgenden Werte für die Stromdichte aufgrund von OrReduktion ermittelt:
- bei T = 20°C 80μΑ mm"2 ohne zu rühren und 12OuA mm"2 bei ω = 1500min"1, wobei diese Werte 40 bzw. 24mal höher lagen als die in wäßriger Lösung gewonnenen Werte;
- beiT = 40°Cetwa90μΑιτΐΓη"2οθίω = Ound 185μAmm"2bθiω= 1500min~1,wobeidieGrenzstromwerte30bzw.19malhöher lagen als die entsprechenden Werte in wäßriger Lösung;
- bei T = 60°C etwa 75μΑ mm"2 bei ω = 0 und 183uA mm"2 bei ω = 1500min"1, wobei die ohne zu rühren erreichten Werte 2,5mal höher lagen als die in wäßriger Lösung erzielten Ergebnisse.
- bei 40°C bei -68OmV in μΕ gegenüber —75OmV in wäßriger Lösung, was einer Energieeinsparung von 0,014mW/mm2 entspricht;
- bei 6O0C bei -60OmW gegenüber -750mV in wäßriger Lösung, wobei eine Energieeinsparung von 0,03mW/mm2 erzielt wurde.
destilliertes Wasser, 0,50g Isopropylalkohol und 29,75g Ammoniumsalz einer Monokarboxylsäure mit Perfluorpolyätherstruktur
und eng beieinander liegenden relativen Molekülmassen und einer mittleren Äquivalentmasse von 692.
3,72 Millisiemens · cm"1 und einen pH-Wert von ungefähr 5,5.
- bei T = 2OpC zirkulierten 90 μΑ mm~2 ohne zu rühren, und bei ω = 1500 min"1 betrug der Wert 126uA mm"2, wobei diese Werte 40 bzw. 25mal höher lagen als die in wäßriger Lösung unter gleichen Bedingungen ermittelten Werte;
- bei T = 4O0C zirkulierten 75uA mm"2 bei ω = 0 und 200μΑ mm"2 bei ω = 1500min"1, wobei die besagten Werte etwa 40 bzw. 20mal höher waren als die entsprechenden Werte in wäßriger Lösung;
- bei T = 6O0C zirkulierten 12OuA mm"2 bei ω = 0 und 215μΑ mm"2 bei ω = 1500min"1; ohne zu rühren wurde erreicht, daß ungefähr der vierfache Strom in einem wäßrigen Elektrolyt zirkulierte.
- bei T = 4O0C bei -700 mV gegenüber -75OmV in wäßriger Lösung, was einer Energieeinsparung von 0,01 mW/mm2 entspricht;
- bei T = 6O0C bei -60OmV gegenüber -750 mV in wäßriger Lösung, wobei eine Energieeinsparung von 0,03 mW/mm2 erreicht wurde.
mit einer durchschnittlichen relativen Molekularmaese von 800, und 34,87g Ammoniumsalz der gleichen Säure, dia fm vorangegangenen Beispiel verwendet wurde, sowie 3ml Wasser enthielt.
- bei 20°C betrug die Oj-Reduklioneetromdlchte ohne zu rühren 6OuA mm"2 und bei ω = 1600 min'193uA mm"2;
- bei 40°C wurden bei O) = O 10OuA mm"1 und belw = 1500min"1165uA mm"2 erzielt.
Die mit feuchtem N2 gesättigte gleiche Mikroemulsion zeigte bei Zimmertemperatur bei einem katodischen Potential von kleiner -85OmV keine erkennbare Stromzirkulation; bei Ec größer als -85OmV wurde eine H2-Evolution beobachtet.
20ml doppelt destilliertes Wasser, 4,5ml Karboxylsäure mit einer Äquivalentmasse von 361, wobei beide Karboxylsäuren eine
gehörig, mit einer.durchschnittlichen relativen Molekularmasse von 2860 bezüglich der Säuregruppen und einer durchschnittlichen viskoslmetrischen Molekularmasse von 2080, bostehend aus einem Gemisch von Polymeren mit unterschiedlicher Molekülmasse, neutralisiert mit 13ml Ammoniumlösung bei 10Ma.-% NH3, zugegeben.
stabil war und die folgende Zusammensetzung nach Masse aufwies:
- grobe Perfluorpolyäther 49,8%
- wäßrige Phase 22,5%
- fluorierte oberflächenaktive Substanzen 27,7%
Die Mikroemulsion hatte einen Leitfähigkeitswert von 21 Millisiemens -cm"1 bei einer Temperatur von 250C. Anhand der voltametrischen Diagramme wurden die folgenden Oj-Reduktionsdichtöwerte ermittelt:
- bei 20°C und einer Rotationsgeschwindigkeit der Arbeitselektrode = 0 etwa 55 uA mm"2 und bei ω = 1500min"17OuA mm"2; diese Werte liegen 28 bzw. 14mal höher als die in wäßriger Lösung ermittelten Werte.
- bei 4O0C ω = 0 90μΑ mm"2 und bei ω = 1500min"1125uA mm"2; diese Zirkulationswerte lagen 30 bzw. 13mal höher als die entsprechenden Werte, die in einer wäßrigen Lösung ermittelt wurden.
20ml doppelt destilliertes Wasser, 4,5ml einer Karboxylsäure mit einerÄquivalentmassevon668, und 18ml einer Karboxylsäure mit einer Äquivalentmasse von 361, wobei beide Karboxylsäuren eine Perfluorpolyätherstruktur haben und zu Klasse 1 gehören, wurden 40,5 ml Perfluorpolyäther mit Säureendgruppen, zu Klasse 1 gehörig, mit einer durchschnittlichen Äquivalentmasse von 2860 bezüglich der Säuregruppen und einer durchschnittlichen viskosimetrischen Molekularmasse von 2080, bestehend aus einem Gemisch von Polymeren mit unterschiedlicher Molekülmasse, neutralisiert mit 13ml einer NAOH-Lösung mit 2,5M Konzentration, zugegeben.
Das daraus resultierende System bestand nur aus einer einfachen durchsichtigen Phase, die im Temperaturbereich von 25 bis 750C stabil war und die folgende Zusammensetzung nach Masse aufwies:
- grobe Perfluorpolyäther 49,8%
- wäßrige Phase 22,5%
- fluorierte oberflächenaktive Substanzen 27,7%.
Die Mikroemulsionen hatten einen Leitfähigkeitswert von 10,5 Millisiemens · cm"1 bei einer Temperatur von 250C. Anhand der voltametrischen Diagramme wurden die folgenden O2-Reduktionsstromdichtewerte ermittelt:
- bei T = 2O0C: 38 uA mm"2 ohne zu rühren und 65 uA mm"2 bsi einer Rotationsgeschwindigkeit der Arbeitselektrode von
1500min"1; diese Werte liegen 19 bzw. 23mal höher als die entsprechenden Werte, die in einer wäßrigen Lösung ermittelt wurden;
- bei T = 4O0C; 105uA mm"2 ohne zu rühren und 123μΑ mm"2 bei ω = 1500min"1; diese Werte liegen ungefähr 35 bzw. 12mal höher als die entsprechenden Werte, die in einem wäßrigen Elektrolyt erzielt wu:den;
- bei T = 600C: 75uA mm"2 ohne zu rühren und 135μΑ mm"2 bei ω = 1500 min"1; der Wert lag bei ω = 0 ungefähr 2,5mal höher als der entsprechende Wert in wäßriger Lösung.
demgegenüber lag der in wäßriger Lösung erreichte Wert bei -500, was einer Energieeinsparung von 0,016mW/mm2 entspricht.
0,045mW/mm2 entspricht.
wäßrigen Elektrolyt erforderlich sind. Dabei liegt die Energieeinsparung über 0,06mV/mm2.
relativen Molekülmasse von etwa 800, und 12 ml Wasser ergaben bei 200C ein durchsichtiges isotropes System mit einer spezifischen elektrischen Leitfähigkeit von 0,2 Millisiemens cm'1.
bestimmt werden. Im Potentialbereich von -100 mV bis -190 mV wurde in jedem Falle eine Stromdichte von kleiner 0,1 μΑ mm"' ermittelt.
von etwa 40 μΑ mm"2 bei -800 mV erreicht.
1,26g einer Monokarboxylsäure mit Perfluorpolyätherstruktur, zu Klasse 1 gehörig und mit dicht beieinander liegenden
in 3,80g PerfluoMO-Wasser-Naphtalin (Perfluordecalin) in Gegenwart von 0,39g Isopiopylalkohcl.
von 443 sowie eng beieinander liegenden Molekülmassen, mit 1,35g Ammoniaklösung mit 10 Ma.-% NH3 ein Salz gebildet hatte, wurde es in 10,27g Perfluorheptan gelöst. Damit wurde ein durchsichtiges isotropes System bei 20°C gebildet, das eine spezifische Leitfähigkeit von 1,68 mS · cm'1 aufweist und 8,15% wäßrige Phase enthält.
ITi1H2O | Ma.-%W | XlmScrn'1} |
0,5 | 10,81 | 2,47 |
1,1 | 13,84 | 4,14 |
2,0 | 18,02 | 6,91 |
3,5 | 24,15 | 10,51 |
4,5 | 27,75 | 12,14 |
Dieses System war bei Zimmertemperatur in der Lage, bis zu 28% der wäßrigen Phaso zu lösen. Bei höheren Konzentrationen wurde eine Trennung in zwei Phasen beobachtet.
mit 10Ma.-% NH3 ein Salz gebildet hatte, ermöglichte es die Lösung von 0,3 ml doppelt destilliertem Wasser in 3,40g
relative Molekularmasse von 678 hat.
wäßriger Phase auf 19,03% gebracht und damit eine Mikroemulsion erreicht, deren leitfähigkeit bei 20°C X = 19,1 mS · cm'1 betrug, jedoch wurde der Stabilitätsbereich des durchsichtigen isotropen Systems auf T s£ 210C reduziert.
gehörig und mit eng beieinander liegenden relativen Molekülmassen und einer Äquivalentmasse gleich 448, mit 14,46g einer
monofunktionellen Alkohols mit Perfluorpolyätherstruktur und einer durchschnittlichen relativen Molekülmasse von 678 zur
spezifische Leitfähigkeit von 44,31 Millisiemenc · cm'1 auf. Der Gehalt an wäßriger Phase lag bei 15,47Ma.-%.
- im Gleichgewichtszustand mit Luft
- unter Blasenbildung von feuchtem N2
- unter Blasenbildung von feuchtem O2.
Anhand der voltametrischen Diagramme wurden die O2-Reduktionsgrenzstromwerte, gemessen bei einem katodischen Potential von 200mV, d. h. unter dem Wert, bei dem die Hj-Evolution in dem untersuchten System beginnt, bestimmt.
ω=-0 min"1 ω = 1500 min"1
O1 70uAmm~2 110|iAmm"2
als 20mal höher ist als die Dichte des Stroms, der infolge derselben elektrodischen Reaktion in wäßriger Lösung auftritt.
Claims (9)
1. Elektrochemisches Verfahren, gekennzeichnet dadurch, daß eine gasförmige Substanz an einer Katode reduziert wird, wobei Mikroemulsionen des Wasser-in-ÖI-Typs als Katolyte verwendet werden und wobei diese Mikroemulsionen durch lonentransport eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 1 Millisiemenscm"1 haben.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die gasförmige Substanz Sauerstoff ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Katode ein Metall ist, das in voltametrischen Prozessen Anwendung findet.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Katode aus Au, Pt oder Ni besteht.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1,gekennzeichne:dadurch,daßdieMikroemui£ion (Wasser-in-ÖI),die eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 1 Millisiemens cm"1 hat, durch eine flüssige, durchsichtige oder opaleszierende, makroskopisch einfachphasige Substan; gebildet wird, die durch Mischen der folgenden Stoffe entsteht:
a) einer wäßrigen Flüssigkeit, die wahlweise ein oder mehrere Elektrolyte enthält;
b) eines flüssigen Mediums mit Perfluorpolyätherstruktur mit Perfluoralkyl- oder funktionell. Endgruppen, mit Karboxyl-, Alkohol-, Polyoxyalken-OH-, Ester- und Säureiunkiionalität usw., und vorzugsweise mit funktioneilen Gruppen des hydrophilen Typs, wie z. B. die Karboxyl- und die Polyoxyalken-OH-Gmppen, und insbesondere die Karboxylgruppe.
c) eines f'uorierten oberflächenaktive,! Mittels, möglichst mit einer Perfluorpolyätherstruktur, und/oder
d) eines hydrierten Alkohols C1-C12 und wahlweise eines fluorierten Alkohols (zusätzliche oberflächenaktive Substanz).
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die fluorierte oberflächenaktive Substanz ausgewählt wird aus den folgenden Salzen:
a) Salze der Perfluoralkylkarboxylsäuren mit 5 bis 11 Kohlenstoffatomen;
b) Salze der Perfluorsulfonsäuren, die 5 bis 11 Kohlenstoffatome haben;
c) Salze der Mono- und Bikarboxylsäuren, die aus Perfluorpolyäthern deriviert werden.
7. Verfahren gemäß Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die fluorierte oberflächenaxtive Substanz dem nicht-ionischen Typ entspricht und durch eine Perfluoralkylkette und einen hydrophilen Polyoxyalkenkopf substituiert wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Öl ein Perfluorkohlenstoff ist.
9. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Öl ein Perfluorpolyäther ist, der aus den folgenden Klassen ausgewählt wurde:
a) Polyfluorpolyäther mit einer durchschnittlichen relativen 'Vlolekülmasse von 500 bis 10000, vorzugsweise von 600 bis 6000, mit Perfluoralkylendgri'ppen, und zu einer oderzu mehreren der folgenden Klassen gehörig;
υ Ό A^r1T? Γ*W Γ\\ f Γ*"ϊΐ\Τ\\ ( mil Γ\\ Wl
CF3 CF3
mit einer zufälligen Verteilung der Perfluoroxyalkeneinheiten, wobei Rf und R'f, die gleich sind oder sich voneinander unterscheiden, -CFr1 -C2Fs/ -C3F7 sind, und m, η und ρ haben solche Durchschnittswerte, daß sie den oben genannten Anforderungen an die durchschnittliche relative Molekülmasse gerecht werden;
2) RfO(CF2CF2O)n(CF2O)1nR^ mit einer zufälligen Verteilung der Perfluoroxyalkeneinheiten, wobei R und R'f, die gleich sind oder sich voneinander unterscheiden, -CF3 oder-C2F5 sind, und m und η haben solche mittleren Werte, daß sie den oben genannten Anforderungen gerecht werden;
3) Rf0(CF2CF20)n(CF20)m(CF0)p(CF-CF20)q-R'f
CF3 CF3
mit einer zufälligen Verteilung der Perfluoroxyalkeneinheiten, wobei Rf und R'f, die gleich sind odersich voneinander UnIOrSChOIdO^-CF3-C2F5OdOr-C3F7 sind, und m, η, ρ und q haben solche mittleren Werte, daß sie den oben genannten Anforderungen gerecht werden;
4) Rf O (OP-CP2O)n-R ^
5) R(O(CFjCF2O)nRV wobei Rf und R'f, die gleich sind oder sich voneinander unterscheiden, -CF3- und -C2Fb sind, und η hat einen solchen mittleren Wert, daß er den oben genannten Anforderungen gerecht wird;
6) R(O(CF2CF2CF2O)nR^, wobei R1 und R'f, die gleich sind oder sich voneinander unterscheidet, -CF3 oder-C2F5 oder-C3F7 sind, und η hat einen solchen mittleren Wert, daß er den oben genannten Anforderungen gerecht wird;
7) Perfluorpolyäther mit einer Struktur nach Klasse 1 oder Klasse 3, gekennzeichnet dadurch, daß eine der Endgruppen Rf oder R'f ein oder zwei Chloratome enthält, wie in der italienischen Patentanmeldung Nr.20406A/88aufden Namen des Antragstellers dieses Patents beschrieben;
b) Perfluorpolyäther, zu den oben beschriebenen Klassen gehörig, mit einer durchschnittlichen relativen Molekülmasse im Bereich von 1500 bis 10000: gekennzeichnet dadurch, daß sie im Durchschnitt für jede Polymerkette zwischen 0,1 und 4 Nichtperfluoralkylendgruppen enthalten;
c) Perfluorpolyäther mit funktioneflen Gruppen entlang der Perfluorpolyätherkette und Endgruppen des Perfluoralkyl- oder des funktionellen Typs.
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