DE1005938B - Elektrolytischer Wasserzersetzer und Verfahren zur Aktivierung seiner Kathodenflaechen - Google Patents
Elektrolytischer Wasserzersetzer und Verfahren zur Aktivierung seiner KathodenflaechenInfo
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- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
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Description
Die bei der elektrolytischen Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff an der Kathode des Elektrolyseurs
auftretende Überspannung setzt den Wirkungsgrad der Elektrolyse bekanntlich so stark herab, -daß
sich bei technischen Elektrolyseuren mit wirtschaftlicher Strombelastung ein Energieaufwand von 5,2
bis 5,4 kWh je Nm3 erzeugtem Wasserstoff ergibt; da die Überspannung im Dauerbetrieb langsam weiter
ansteigt, ergeben sich in der praktischen Produktion oft Werte von 5,6 kWh/Nm3 Wasserstoff und mehr.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Kathodenflächen von elektrolytischen Wasserstofferzeugern
durch eine mechanische oder elektrolytische Aufrauhung bzw. durch das Auftragen von Chrom-, Tantal-
oder Schwammeisenschichten so zu aktivieren, daß sich die Wasserstoffüberspannung merklich vermindert.
Alle diese Aktivierungsschichten üben ihre Wirkung jedoch nur für kurze Zeit aus, so daß sich
schon nach wenigen Tagen, spätestens aber nach einigen Wochen, wieder die gewohnten Überspannungs- ao
werte einstellen.
Aus dem Laboratorium ist es bekannt, daß an platiniertem Platin, d. h. an massiven Platinkathoden,
welche mit Platinmohr überzogen sind, keine Wasserstoffüberspannung entsteht. Für die Kathoden von
industriellen Elektrolyseuren, welche oft einige hundert Quadratmeter Oberfläche besitzen, kommt aber
die Verwendung von Platinblech natürlich nicht in Frage; überdies verläuft die Gasentwicklung bei den
technisch üblichen, unter Atmosphärendruck arbeitenden und normal mit etwa 10 Amp./dm2 belasteten
Elektrolyseuren derart stürmisch, daß eine normale Platinmohrauflage in kurzer Zeit von den Kathoden
weggespült sein würde.
Es wurde nun gefunden, daß man durch das Auftragen von dünnen Edelmetallschichten auf Eisenoberflächen
zu einer Kathode gelangt, welche eine stark verminderte Wasserstoffüberspannung aufweist.
Als Edelmetall kommen hierbei in erster Linie Platin und Palladium in Frage, und es genügen bereits Auflagen
von weniger als 10 g/m2, um eine lange Zeit wirksame Aktivierung zu erzielen. Hierbei ergeben
sich besonders aktive und trotzdem mechanisch widerstandsfähige Schichten, wenn man diese Schichten
aus einer wäßrigen Edelmetallsalzlösung von sehr niedriger Konzentration auf den Kathodenflächen
niederschlägt. Speziell bewährt haben sich hierbei Lösungen mit weniger als 5 g, vorzugsweise sogar
mit nur 0,1 bis 0,5 g Edelmetall je Liter.
Man kann die Aktivierungsschicht z. B. dadurch erzeugen, daß man in den fertig montierten und mit
Elektrolyt gefüllten Apparat einige Liter einer alkalischen Platinsalzlösung einpumpt, deren Konzentration
so bemessen ist, daß im Apparat eine Konzentra-Elektrolytischer Wasserzersetzer und
Verfahren zur Aktivierung seiner
Katho denflächen
Anmelder:
Lonza Elektrizitätswerke und Chemische
Fabriken Aktiengesellschaft, Gampel,
Wallis (Schweiz)
Vertreter: Dr.-Ing. W. Klose, Patentanwalt,
Mannheim O 6, 7 (Planken)
Mannheim O 6, 7 (Planken)
Beanspruchte .Priorität:
Schweiz vom 1. April 1955
Schweiz vom 1. April 1955
Ewald Arno Zdansky, Monthey, Wallis (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
tion von weniger als 0,2 g Pt je Liter Elektrolyt entsteht. Auch bei sehr großen Apparaten mit vielen
Kubikmetern Elektrolyt kommt man hierfür mit wenigen Gramm Platin 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 Apparates bleibt wochenlang bestehen und läßt sich später wiederholt dadurch zurückgewinnen,
daß man den Strom für einige Stunden ausschaltet.
Als noch günstiger hat es sich erwiesen, die einzelnen Kathoden vor dem Einbau zu dekapieren und
dann in einem wäßrigen Bad zu aktivieren, welches die Edelmetalle in Gestalt von gelösten Chloriden enthält;
die als Elektroden dienenden Lochbleche oder Metallgewebe werden zu diesem Zweck in einer
flachen Schale mit der Lösung übergössen und dann
einige Minuten in der Lösung bewegt. Die Edelmetalle schlagen sich dann ohne Einwirkung einer
äußeren Spannungsquelle unmittelbar durch Ionenaustausch auf der Eisenoberfläche nieder. Sie wandern
hierbei in das Kristallgitter des Eisens ein, wobei für jedes niedergeschlagene Edelmetallatom
ein Eisenatom in Lösung geht. Setzt man die wäßrige Chloridlösung mit etwa 0,5 g Platin je Liter in destilliertem
Wasser an, so bildet sich auf einer mit
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dem Grundmetall fest verwachsenen Platingrundschicht eine fest haftende Platinmohrauflage von
hoher und sehr konstanter Aktivität. Die aufgetragene Platinmenge wird hierbei zwar wesentlich höher,
als im vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel; sie bleibt jedoch auch in diesem Falle unter
10 g Pt je m2 Kathodenfläche.
Nahezu die gleichen Ergebnisse wie mit reinen Platinauflagen erzielt man mit entsprechenden Palladiumauflagen
oder mit Auflagen, welche aus einem Gemisch von Platin und Palladium bestehen. Als besonders
zweckmäßig erweist es sich jedoch, der Aktivierungsschicht außer einem oder mehreren Metallen
der Platinmetallgruppe (Pt, Rh, 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 Verfahrens genügt es hierfür, dem Platin- oder Palladiumchlorid etwa 10
bis 30% Goldchlorid zuzugeben, um die entstehende Schicht mit Goldatomen zu durchsetzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für Druckelektrolyseure, d. h. für elektrolytische
Wasserzersetzer, welche bei einem Gasdruck von mehr als 5 Atm., vorzugsweise bei einem Druck von
20 bis 50 Atm., betrieben werden. Bei diesen Drücken wird nämlich das Volumen der aufsteigenden Gasblasen
so klein, daß die Blasen mit dem Elektrolyt eine milchige, langsam nach oben strömende Emulsion
bilden, welche keinerlei Erosionswirkung mehr auf die Kathodenflächen ausübt. Auch schwammige
Platinmohr- bzw. Palladiummohrschichten bleiben unter diesen Betriebsverhältnissen jahrelang unverändert
und voll aktiv, so daß man bei normaler Flächenbelastung (10 bis 15 Amp./dm2) eine dauernd
konstante Zellenspannung von etwa 1,70 bis 1,75 Volt erhält.
Claims (8)
1. Elektrolytischer Wasserzersetzer mit einer die Überspannung herabsetzenden Aktivierungsschicht auf den Kathodenfiächen, dadurch gekenn
zeichnet, daß die genannte Aktivierungsschicht aus einer dünnen Edelmetallauflage auf einer
Eisenoberfläche besteht.
2. Elektrolytischer Wasserzersetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke
der Edelmetallauflage weniger als 10 g Edelmetall je Quadratmeter Oberfläche beträgt.
3. Elektrolytischer Wasserzersetzer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Auflage aus einer schwammigen Platinschicht besteht.
4. Verfahren zur Herstellung der Aktivierungsschichten in Elektrolyseuren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Edelmetall auf den Eisenoberflächen der Kathoden aus einer wäßrigen
Edelmetallsalzlösung niedergeschlagen wird, welche weniger als 5 g, vorzugsweise nur etwa 0,1
bis 0,5 g Edelmetall je Liter enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der fertig montierte und mit Elektrolyt
gefüllte Elektrolyseur mit einer konzentrierten alkalischen Edelmetallösung in solcher Menge beschickt
wird, daß die entstehende Mischung von Lösung und Elektrolyt weniger als 0,2 g je Liter
Metall enthält und daß man danach das Edelmetall auf den Elektrodenflächen elektrolytisch
abscheidet.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden des Apparates vor dem
Einbau dekapiert und in einem wäßrigen Bad aktiviert werden;, welches das Edelmetall in Gestalt
von gelösten Chloriden enthält, so daß sich das Edelmetall durch Ionenaustausch auf der Eisenoberfläche
niederschlägt.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Aktivierung in einem Bad vorgenommen wird, welches das Chlorid eines Platinmetalls
enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennr zeichnet, daß die Aktivierung in einem Bad vorgenommen
wird, welches das Chlorid eines Platinmetalls in Mischung mit Goldchlorid enthält.
© 609 868/393 4.57
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1274089B (de) * | 1960-10-07 | 1968-08-01 | Pintsch Bamag Ag | Elektroden fuer elektrolytische Wasserstofferzeuger |
DE1294943B (de) * | 1964-11-19 | 1969-05-14 | Pintsch Bamag Ag | Elektrode fuer die Wasserelektrolyse |
DE3116032A1 (de) * | 1980-04-22 | 1982-02-18 | Johnson, Matthey & Co., Ltd., London | Kathode fuer elektrochemische reaktionen und verfahren zu ihrer herstellung |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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GB8617325D0 (en) * | 1986-07-16 | 1986-08-20 | Johnson Matthey Plc | Poison-resistant cathodes |
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1956
- 1956-03-23 CH CH340810D patent/CH340810A/de unknown
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- 1956-03-29 DE DEL24490A patent/DE1005938B/de active Pending
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Also Published As
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FR1152911A (fr) | 1958-02-27 |
CH340810A (de) | 1959-09-15 |
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