DE1209111B - Verfahren zum Herstellen eines niederohmigen Kontaktes zwischen einer Bleidioxydelektrode und ihrer Stromzuleitung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 12h-2

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1209111
P16996VIb/12h
14. September 1956
20. Januar 1966

Die Erfindung betrifft elektrisch leitende Verbindungen mit Bleidioxydelektroden.

Bleidioxydelektroden eignen sich für manche elektrolytische Verfahren. So kann z. B. eine Bleidioxydanode gut in einem Verfahren verwendet werden, bei 5 dem man eine inerte, nicht korrodierende Anode benötigt, z. B. für eine Chlorat-Perchlorat-Zelle. Massive Bleidioxydanoden für derartige Zwecke können durch anodisches Plattieren von Bleidioxyd in geeigneter Stärke auf einen leitenden Träger hergestellt werden. So kann Bleidioxyd z. B. aus einem sauren Bleinitratbad auf ein dünnes Tantalnetz plattiert werden.

Obwohl die Bleidioxydelektroden in wünschenswertem Maße inert und korrosionsbeständig sind, so wurden sie bisher nur in beschränktem Maße verwendet, da man kein brauchbares Verfahren kannte, um eine leitende Verbindung zu diesen Elektroden herzustellen. Verglichen mit dem relativ geringen Innenwiderstand haben massive Bleidioxydelektroden mit den bisher bekannten Kontaktmitteln einen verhältnismäßig hohen Kontaktwiderstand. An die Außenfläche des Bleidioxydkörpers angepreßte Metallplatten und Klemmen ergeben keinen geringen Kontaktwiderstand und können selbst bei mäßiger Stromstärke eine Erwärmung der Kontaktflächen nicht verhindern.

Es ist bekannt, zum Zwecke einer guten Korrosionsbeständigkeit und eines besseren Kontaktes Nickel, Nickellegierungen oder Chrom auf einer Graphitelektrode sowie auf einer aus Eisen bestehenden Stromzuführungsplatte nach einem Metallspritzverfahren aufzubringen, um sodann die beiden besprühten Kontaktflächen mittels einer Schraubenverbindung gegeneinanderzupressen.

Weiterhin ist es bekannt, in Fluorzellen die außerhalb des Elektrolyten liegenden Kontaktstellen auf Graphit- oder Kohlenstoffelektroden mit elektrolytisch aufgebrachten Kupfer- bzw. Nickelüberzügen zu versehen.

Ebenso hat man bereits in Chloralkalizellen zur Verhinderung der Korrosion der Stromzuführungskontakte an den verwendeten Graphit- bzw. Kohlenstoffelektroden auf diesen Elektroden Zinnüberzüge aufgebracht, nachdem sich die Korrosion durch nicht poröse Kohle- oder Edelmetallzwischenschichten nicht verhindern ließ.

In einer weiteren bekannten Anordnung wird auf die Graphit- bzw. Kohlenstoff elektrode gepreßtes Platin als korrosionsbeständiger Kontakt verwendet.

Die vorliegende Erfindung entstand während umfangreicher, zur Lösung dieses Problems angesetzter Verfahren zum Herstellen eines niederohmigen
Kontaktes zwischen einer Bleidioxydelektrode
und ihrer Stromzuleitung

Anmelder:

Pennsalt Chemicals Corporation,

Philadelphia, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. F. Zumstein, Dr. E. Assmann

und Dr. R. Koenigsberger, Patentanwälte,

München 2, Bräuhausstr. 4

Als Erfinder benannt:
Casimir Grigger, Oreland, Pa.;
Conrad Miller, Hatfield, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 15. September 1955
(534 617)

Versuche, in deren Verlauf viele Verfahren ohne Erfolg erprobt wurden. So wurde das obere Ende einer Bleidioxydelektrode eng mit Kupfer- oder Nickeldraht umwickelt und dann mit einer tief schmelzenden Legierung, z. B. mit Woodschem Metall, vergossen. Obwohl man dadurch den Kontaktwiderstand gegenüber dem Widerstand bei Kontakten mit Druckplatten senken konnte, so war diese Anordnung doch nicht befriedigend, da sie zu massig war und da das Woodsche Metall die Bleidioxydoberfläche nicht benetzte, so daß der Kontakt nicht zuverlässig war. Machmal wurde die Elektrode trotz geringer Stromstärke infolge der kleinen Kontaktfläche heiß, und das Woodsche Metall schmolz und fiel in die Zelle. Bei einem anderen Versuch wurde Nickeldraht dicht um das obere Ende eines Tantalträgers gewickelt und das Bleidioxyd dann auf diese Anordnung plattiert. Beim Betrieb wurde der Strom der so hergestellten Bleidioxydelektrode über das freie Ende des Nickeldrahtes zugeführt. Diese Anordnung hatte jedoch den Nachteil, daß der Nickeldraht in dem Plattierungsbad (saures Bleinitrat) erodiert wurde, wenn er innerhalb oder außerhalb des Bades mit dem Träger in Berührung kam. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung bestand darin, daß sich das Bleidioxyd schwerer auf

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Nickel als auf Tantal abschied, so daß eine Knotenbildung auftrat und die Dicke ungleichmäßig wurde.

Gemäß der Erfindung läßt sich nun ein niederohmiger Kontakt zwischen einer Bleidioxydelektrode und ihrer Stromzuleitung dadurch herstellen, daß über die Bleidioxydschicht in an sich bekannter Weise eine der Stromzuführung dienende dünne metallische Kontaktschicht aufgebracht wird, wobei diese Metallschicht aus Silber besteht.

Das Entstehen eines sehr niedrigen Kontaktwider-Standes gerade beim Aufbringen eines Silberüberzuges auf die Bleidioxydkontaktschicht ist äußerst überraschend, da an sich zu erwarten wäre, daß das Edelmetall Silber beim Aufbringen auf die Bleidioxydelektrode keinerlei Veränderungen erfahren sollte, so daß sich einerseits ein großes Kontaktpotential und somit ein großer Kontaktwiderstand ergeben sollte und man andererseits erwarten müßte, daß das Silber gar nicht an der Bleidioxydfläche haften würde.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es nunmehr ermöglicht, die besonders inerten und korrosionsbeständigen Bleidioxydelektroden von relativ geringem Innenwiderstand großtechnisch mit bedeutend geringeren Betriebskosten zu verwenden, da es durch den herabgesetzten Kontaktwiderstand möglich wird, große Stromstärken mit gleichzeitig geringem Energieverlust an den Kontaktstellen zu erreichen.

Nach einer vorzugsweisen Ausführungsform bringt man auf den Silberüberzug eine verhältnismäßig dickere Schicht eines weniger edlen Metalls, insbesondere Kupfer, auf.

Der dicke Teil schützt das dünne Edelmetall, ermöglicht eine leichte Verbindung durch Löten oder Klemmen und setzt die Erwärmung an der Kontaktstelle auf ein Minimum herab, da durch die größere Metallfläche ein stärkerer Strom ohne Erwärmung fließen kann. Darüber hinaus kann der dicke, aus Kupfer od. dgl. bestehende Teil bearbeitet werden, so daß er glatte Oberflächen erhält, was insbesondere bei der Verwendung von Klemmen von Bedeutung ist.

Man kann den Kontakt dabei so herstellen, daß ein dünner Silberüberzug auf die Kontaktfläche einer Bleidioxydelektrode und darauf dann ein dicker Decküberzug aus Kupfer aufgesprüht wird. Die Oberfläche einer Bleidioxydelektrode ist, so wie sie aus dem Bad kommt, mehr oder weniger kristallin und ähnelt einem feinen Filtriertuch. Sie hat daher viele Stellen, die für eine Bindung mit einem Überzug aus Silber od. dgl. geeignet sind. Das Aufbringen, beispielsweise Aufsprühen, des Überzuges fördert das innige Haften des Metalls an der rauhen Oberfläche der Bleidioxydelektrode. So ist ein dünner Silberüberzug auf der Oberfläche der Bleidioxydelektrode wegen ihrer Oberflächenbeschaffenheit mechanisch daran gebunden, und durch diese innige Bindung entsteht ein außerordentlich geringer Kontaktwiderstand.

Bei einer praktischen Anwendung des Verfahrens wurde ein 3,2 mm Silberdraht in eine Metallspritzpistole eingeführt und aufgesprüht. Obwohl man das Aufsprühen des Silbers bevorzugt, können auch andere Auftragsverfahren angewandt werden, so kann es z. B. durch Reduktion aus einer Silbersalzlösung auf dem Bleidioxyd abgeschieden werden.

Das Aufbringen des Decküberzuges aus Kupfer od. dgl. kann ebenfalls in verschiedener Weise vorgenommen werden, obwohl auch hier das Aufsprühen auf das Silber vorzuziehen ist. Als Material für den Decküberzug bevorzugt man Kupfer, da es gut leitet, die entsprechende Härte hat und leicht zu bearbeiten ist.

Man verwendet zweckmäßigerweise nicht mehr Silber als zur Erzielung des gewünschten niedrigen Kontaktwiderstandes erforderlich ist, weil das Silber nicht nur teuer ist, sondern weil ein dünner Überzug auch besser an der Bleidioxydoberfläche bindet. Versuche ergaben, daß ein Überzug von nur 0,025 mm Stärke genügt. Der Kupferüberzug sollte so dick sein, daß seine Oberflächen gewünschtenfalls plan bearbeitet werden können und die Strombelastung ohne merkliche Erwärmung aufnehmen können. Versuche ergaben, daß eine Stärke von 3,2 mm genügt.

Praktische Prüfungen ergaben weiterhin, daß man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einen sehr geringen Kontaktwiderstand bei Bleidioxydelektroden erhält. Bei diesen Prüfungen ließ man einen Strom von 1A über den Kontakt fließen und maß den Spannungsabfall am Kontakt mit einem Präzisionspotentiometer. Nach dem Ohmschen Gesetz war dann der Kontaktwiderstand bei einer Stromstärke von 1 A numerisch gleich dem Spannungsabfall. Es ergab sich ein Widerstand von 0,0002 Ohm, also viel weniger als bei den nach anderen Verfahren hergestellten Kontakten.

Als Beispiel sei erwähnt, daß eine Bleidioxydelektrode mit einem gemäß der Erfindung hergestellten Kontakt als Anode in einer Chlorat-Perchlorat-Zelle bei einer Stromstärke von 100 A und einer Anodenstromdichte von 28 A/dm² verwendet wurde. Die Spannung der Zelle betrug dabei 6,3 V. Die Anode blieb kühl, und es trat keine örtliche Erwärmung an der Kontaktfläche auf.

Ferner kann man, obwohl dem Aufsprühen der Vorzug zu geben ist, in manchen Fällen einen genügend kleinen Kontaktwiderstand erhalten, wenn man Folien, Bleche oder Draht aus Edelmetall um die Bleidioxydelektrode wickelt oder an sie preßt. Schwerere Platten aus billigerem leitendem Material, z. B. Kupfer, können an das Edelmetall geklemmt werden, um dieses gegen das Bleidioxyd zu pressen und so einen guten Kontakt herzustellen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines niederohmigen Kontaktes zwischen einer Bleidioxydelektrode und ihrer Stromzuleitung, dadurch gekennzeichnet, daß über die Bleidioxydschicht in an sich bekannter Weise eine der Stromzuführung dienende dünne metallische Kontaktschicht aufgebracht wird, wobei diese Metallschicht aus Silber besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Silberüberzug eine verhältnismäßig dickere Schicht eines weniger edlen Metalls, insbesondere Kupfer, aufgebracht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 528 011;
österreichische Patentschrift Nr. 30 812;
Schweizerische Patentschrift Nr. 106 552;
britische Patentschriften Nr. 549 148, 651107,
685 461.

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