DE1233834B - Elektrode fuer Elektrolyseure und Brennstoff-elemente mit oberflaechlicher Doppelskelett-Katalysator-Struktur - Google Patents

Elektrode fuer Elektrolyseure und Brennstoff-elemente mit oberflaechlicher Doppelskelett-Katalysator-Struktur

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DE1233834B DER22829A DER0022829A DE1233834B DE 1233834 B DE1233834 B DE 1233834B DE R22829 A DER22829 A DE R22829A DE R0022829 A DER0022829 A DE R0022829A DE 1233834 B DE1233834 B DE 1233834B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
BOIk
C 25B- 1 1
Deutsche Kl.: 12h-2
Nummer: 1 233 834
Aktenzeichen: R 22829 VI b/12 h
Anmeldetag: 5. März 1958
Auslegetag: 9. Februar 1967
Es ist bekannt, daß sich Doppelskelett-Katalysator-Elektroden, sogenannte DSK-Elektroden, von großer mechanischer Festigkeit und hoher metallischer, thermischer und elektrischer Leitfähigkeit herstellen lassen, die aus einem als Träger dienenden metallisch leitenden Skelett mit eingebetteten Raney-Metallkörnern bestehen. So erhält man z. B. hochaktive Wasserstoffdiffusionselektroden, wenn man eine Raney-Nickel-Legierung, bestehend aus 60 Gewichtsprozent Aluminium und 40 Gewichtsprozent Nickel, fein pulvert und mit Carbonylnickelpulver im Verhältnis von etwa 1:2 Volumteilen vermischt, die Mischung unter einem Druck von 3000 bis 7000 kg/cm2 in die gewünschte Form preßt und den Preßling bei 700° C in reduzierender Atmosphäre etwa 30 Minuten lang sintert. Danach wird das Aluminium aus der Raney-Nickel-Legierung mittels konzentrierter Kalilauge herausgelöst.
Diese Wasserstoffelektroden liefern bei sehr kleinen Polarisationen (<C 50 mV) Stromdichten von »o mehr als 200 mA/cm2 schon bei Zimmertemperatur.
Weiterhin wurden bereits Doppelskelett-Katalysator-Elektroden beschrieben, die 1 bis 80 Gewichtsprozent Raney-Silber in ein elektronisch leitendes Stützgerüst eingebettet enthalten, eine hohe katalytische Aktivität zeigen und sich besonders als Kathoden in Elektrolyseuren sowie als Gasdiffusionselektroden für das oxidierende Gas in Brennstoffelementen eignen.
Die Verwendung in Elektrolyseuren bietet große Vorteile, da die niedrige Wasserstoffüberspannung besonders an Ni-DSK-Elektroden und die geringe Sauerstoffüberspannung besonders an Raney-Silber enthaltenden DSK-Elektroden eine große Energieeinsparung bewirken.
Der Betrieb von DSK-Elektroden hat jedoch auch gewisse Nachteile und Mängel aufgezeigt, wie z. B. die hohen Materialkosten, die der Einführung großer Elektroden dieser Art z. B. in Elektrolyseuren im Wege stehen.
Inzwischen wurde gefunden, daß im Falle der Elektrolyse nur eine 0,3 mm starke Oberflächenschicht der Ni-DSK-Elektroden an der Wasserstoffabscheidung beteiligt ist; die Verwendung von Elektroden, die dicker als 0,3 mm sind, ist demnach gar nicht erforderlich. Die Verwendung dünner DSK-Elektroden mit Dicken unterhalb 1 mm wird aber durch die dann nicht mehr ausreichende mechanische Festigkeit unmöglich.
Ein weiterer Nachteil der bekannten DSK-Elektrode besteht darin, daß sie gegen Biegebeanspruchung wegen ihrer großen Sprödigkeit sehr emp-Elektrode für Elektrolyseure und Brennstoffelemente mit oberflächlicher Doppelskelett-Katalysator-Struktur
Anmelder:
Siemens Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50;
VARTA AKTIENGESELLSCHAFT,
Hagen (Westf.)
Als Erfinder benannt:
Dr. August Winsel,
Dr. Eduard Justi, Braunschweig
findlich ist und deshalb nach ihrer Herstellung keine weiteren Fonnveränderungen außer Bohren, Fräsen und Schleifen erlaubt.
Ziel der Erfindung war, Elektroden für Elektrolyseure und Brennstoffelemente herzustellen, die in sich die mechanischen Eigenschaften der kompakten reinen Metalle oder Legierungen mit katalytischen Eigenschaften, insbesondere der elektrochemischen Aktivität der bisherigen DSK-Elektroden vereinigen und deshalb in technische Anlagen eingebaut werden können, ohne gegen Biegebeanspruchungen und andersartige Verformungen anfällig zu sein.
Es wurde nun gefunden, daß diesen Erfordernissen dann Rechnung getragen wird, wenn die Elektroden aus einem kompakten oder perforierten metallischen Formkörper mit einer Katalysatorschicht an der Oberfläche bestehen, wobei die Katalysatorschicht ein dünnes, fest mit der Oberfläche verbundenes, poröses elektronisch leitendes Stützgerät besitzt, in dessen Poren ein Raney-Katalysator durch Sinterkontakte festgelegt ist.
Die Dicke der mit der Oberfläche des Formkörpers verbundenen Stützgerüstschicht mit eingelagertem Raney-Katalysator beträgt vorteilhafterweise 0,1 bis 0,3 mm.
Als metallische Formkörper sind Folien, Bleche, Drähte und Drahtnetze geeignet, die beliebig geformt, bzw. angeordnet sein können, z. B. als Ringe, Zylinder, kreisrunde oder polygonale Scheiben, je nach dem Verwendungszweck, für den sie eingesetzt werden sollen. Sie bestehen meist aus kompaktem Me-
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tall, doch können sie selbst auch eine vorgewählte Um der Stützskelettschicht eine möglichst hohe
Porosität besitzen, d. h., man kann sie aus Sinter- Porosität zu verleihen, kann das zu ihrer Herstellung
metall u. dgl. herstellen. dienende pulverförmige Stützskelettmaterial in be-
Skelettelektroden, bei denen auf ein Geflecht oder kannter Weise mit einem bei Zimmertemperatur
Gewebe aus Trägermetall eine Skelettschicht aufge- 5 festen, aber bei Sintertemperatur flüchtigen poren-
sintert ist, sind bereits beschrieben worden. Diese bildenden Stoff, z. B. feinteiliger Zitronensäure,
Elektroden haben jedoch den Nachteil, daß der Oxalsäure, Ammoniumcarbonat oder einem anderen
Skelettträger als fester Körper von bestimmter Aus- anorganischen oder organischen Stoff, der bei oder
dehnung die gleichmäßige Porosität der Elektrode unter Sintertemperatur verdampft oder ohne Bildung
stört und somit keine gleichmäßige elektrochemische io eines Rückstandes zersetzt entweicht, gemischt wer-
Wirkung ihrer Oberfläche gegeben ist. Ist eine zu- den, der demgemäß beim Sintern entfernt wird,
sätzliche Katalysatorschicht vorgesehen, so befindet Die Sintertemperatur richtet sich jeweils nach dem
sie sich außerhalb der Skelettschicht und ist nicht in zu verarbeitenden Skelettmaterial und der Raney-
diese eingebaut. Legierung; im allgemeinen sind Temperaturen von
Weiterhin ist bekannt, einen Katalysator für die 15 600 bis 11000C günstig und ausreichend.
Oxydation von Äthylen durch Aufbringen einer Eine poröse Stützskelettschicht, die aus demselben Silber-Erdalkali-Legierung auf einen metallischen Metall wie der Grundkörper besteht, kann weiterhin Träger mittels Kaltverschweißen oder Legieren und auch durch eine bekannte porenbildende Behandlung anschließende Aktivierung herzustellen. der Oberfläche des metallischen Grundkörpers erWürde man entsprechend diesem Verfahren bei- 20 zeugt werden, z. B. durch Anätzen mit Säuren oder spielsweise eine Nickel-Aluminium-Legierung auf Laugen, durch Anoxydieren in einer geeigneten Gaseinen Nickelträger aufbringen, so würde bei der an- atmosphäre und anschließende Reduktion, durch schließenden Aktivierung durch Herauslösen des elektrochemische anodische Oxydation und anAluminiums nur eine wenige Atomlagen dicke Schicht schließende Reduktion, durch teilweise galvanische von Raney-Nickel auf dem Träger haften, da das 25 Abtragung der Oberflächenschicht oder durch teil-Gitter der Legierung beim Aktivieren zerfällt. weise Abtragung der Oberflächenschicht durch Be-
Durch die erfindungsgemäße Aufbringung einer handlung mit Kohlenmonoxid, sofern das Metall des
Doppelskelettstruktur gelingt es, eine dickere Schicht Grundkörpers ein flüchtiges Carbonyl bilden kann,
aktiven Raney-Metalls auf der Oberfläche des Me- Weiterhin kann man eine derartige poröse Stütz-
tallkörpers festzulegen. Die Doppelskelettstruktur der 30 skelettschicht auch durch Bildung eines porösen
Oberfläche bildet das wesentliche unterscheidende elektrolytischen Niederschlags des Stützskelettmetalls
Merkmal des erfindungsgemäßen Körpers von dem auf dem Grundkörper und gegebenenfalls anschlie-
erwähnten Katalysator. ßendes Festsintern desselben bei Temperaturen ober-
Die metallischen Festkörper wie auch das Mate- halb 4000C, vorzugsweise 600 bis HOO0C erzeugen,
rial des Stützgerüstes bestehen vorzugsweise aus 35 In die aus dem metallischen Grundkörper selbst
wenigstens einem Metall der VIII. Gruppe und der erzeugte oder auf diesen niedergeschlagene poröse
I., IV., V., VL, VII. Nebengruppe des periodischen Stützskelettschicht bringt man die Raney-Legierung
Systems der Elemente und/oder aus einer Legierung, vorteilhafterweise ebenfalls durch Einklopfen, Ein-
die ein oder mehrere der genannten Metalle enthält. bürsten od. dgl. ein, sintert sie in der oben erwähn-
Die Herstellung erfolgt derart, daß die Oberfläche 40 ten Weise fest und behandelt den Körper schließlich
des betreffenden kompakten oder porösen Metall- mit Laugen oder Säuren, um die löslichen Kompo-
körpers mit einem porösen, fest mit diesem verbun- nenten der Raney-Legierung zu entfernen und die
denen Stützskelett versehen wird, in dem die als Doppelskelettstruktur zu erreichen.
Ausgangsmaterial für die Herstellung der Raney- Abgesehen davon, ob man eine Mischung aus
Skelettkörner dienende Legierung eingelagert und 45 Stützgerüst- und Raney-Legierungspulver auf den
fest damit verbunden wird, worauf der Körper an- Grundkörper aufsintern will, oder ab man zunächst
schließend in bekannter Weise mit einer Lauge oder nur die Stützskelettschicht auf dem metallischen
Säure zum Herauslösen der löslichen Komponenten Körper anbringen möchte, ist es zur Vergrößerung
der Raney-Legierung behandelt wird. der Reaktivität und der Oberfläche vorteilhaft, den
Man kann zur Erzeugung dieser Körper verschie- 5° Formkörper zunächst nach einem der obenerwähnten
dene Wege beschreiten. So kann man z. B. eine aus Verfahren zum Aufrauhen der Metalloberfläche zu
pulverförmigem Stützgerüstmaterial und pulverför- behandeln.
miger Raney-Legierung bestehende Mischung auf die Durch Aufwalzen oder Aufpressen der Mischung Oberfläche des metallischen Formkörpers aufbringen, aus Stützgerüstmaterial und Raney-Legierungspulver aufpressen oder aufwalzen, den Körper bei Tempe- 55 auf den Grundkörper bzw. der in das fertige Stützraturen oberhalb 4000C sintern und anschließend gerüst einzulagernden pulverförmigen Raney-Legiemit einer Lauge oder Säure zum Herauslösen der rung vor dem Sintern erreicht man einen innigeren löslichen Komponente der Raney-Legierung be- Kontakt zwischen den durch Sintern zu verbindenhandeln, den Komponenten und erleichtert somit den Sinter-
Weiterhin kann man zunächst eine Schicht des 60 prozeß.
Stützskelettmaterials allein auf die Oberfläche des In vielen Fällen ist es möglich, die auf den Grundmetallischen Festkörpers aufbringen, aufpressen oder körper aufgebrachte Mischung aus Stützskelett- und aufwalzen und sintern, anschließend in deren Poren Raney-Legierungspulver bzw. das Stützskelettpulver die Raney-Legierung einbringen, einpressen oder ein- allein oder die in die poröse fest haftende Stützwalzen, den Körper bei Temperaturen oberhalb 65 skelettschicht eingebrachte Raney-Legierung durch 4000C sintern und anschließend die lösliche Korn- Pressen oder Walzen bei Temperaturen oberhalb ponente der Raney-Legierung in der angegebenen von 300° C, vorzugsweise bei 400 ... 600° C mit Weise entfernen. dem Festkörper zu verbinden und anschließend
durch Behandlung mit Lauge oder Säure die löslichen Komponenten aus der Raney-Legierung zu entfernen.
Verwendet man pulverförmiges Stützskelettmatertal, hat dieses vorteilhafterweise einen Korndurchmesser von 1 bis 200 μ, vorzugsweise 10 bis 50 μ. Der Korndurchmesser der Raney-Legierung soll vorteilhafterweise nicht mehr als die Hälfte des Porendurchmessers der Stützskelettschicht betragen.
Ob man die bei erhöhter Temperatur durchzuführenden Arbeitsvorgänge in reduzierender, inerter oder oxydierender Atmosphäre ausführt, richtet sich im wesentlichen nach dem Oxydationsbestreben der unedelsten der vorhandenen Komponenten. Im allgemeinen ist jedoch eine reduzierende Atmosphäre vorteilhaft, wenn nicht gar notwendig.
Das Herauslösen des Legierungselementes der Raney-Legierung aus den Körpern zur Erzielung der Doppelskelettstruktur an der Oberfläche erfolgt durch Behandlung mit Laugen oder Säuren. Dabei kann man entsprechend dem in der deutschen Patentschrift 1074 015 beschriebenen Verfahren zur Einstellung der Aktivität von Raney-Metall enthaltenden Katalysatoren dieses Herauslösen der löslichen Anteile aus der Raney-Legierung durch anodische Polarisation des erfindungsgemäßen Körpers in der Aktivierungslösung unterstützen, indem das Potential des erfindungsgemäßen Körpers während der Aktivierung ständig oder zeitweise 100 bis 2000 mV positiver gehalten wird als das Potential der reversiblen Wasserstoff elektrode unter Atmosphärendruck in derselben Lösung.
Die Zahl der Kombination der verschiedenen Metalle zur Herstellung von Körpern mit der erfindungsgemäßen Struktur ist naturgemäß sehr groß. Als Träger dienen Metalle, die der Aktivierungslösung gegenüber beständig sind. Insbesondere eröffnet diese Erfindung die Möglichkeit, das billige Eisen als Träger einzuführen. Das gleiche gilt auch für das Stützgerüstmaterial, ebenfalls mit der Bedingung der Beständigkeit gegen die Aktivierungslösung. AlS[_Raney-Katalysatoren sind insbesondere Nickel, Kupfer, Silber, Molybdän. Wolfram. Platinr PaIIa^ dium, Rhenium geeignet.»Als aktivierende Zusätze eignen sich \für'Raney-Nickel z. B. Kupfer, Palladium, Platin7~"&luminiumoxicCI£inkoxid, Lithium;· oxid;· Raney-Silber kann durch Chrom, Man&an,
"Vanadium, Niob, Platin, Osmium, Manganoxid, aktivier! werden; \Raney-Kupfer kann Zusätze von Nickel und/oder Nickeloxid erhalten.fiRanev-Molvb-^ dän solche von Kupfer, Nickel, Wolfram und/oder Wolframcarbid, ι Außer diesen nur beispielsweise genannten Stoffen sind zahlreiche andere geeignet, je nach dem Verwendungszweck des betreffenden Körpers.
Der metallische Grundkörper, das Stützskelett und der Raney-Katalysator können aus demselben Metall, z. BjNickel, Silber, Kupfer, Palladium u.dgl. bestehen. MärTKalin aber auch nur den metallischen" Grundkörper und das Stützskelett aus dem gleichen Metall, z. B. Nickel, herstellen und als Raney-Katalysator Silber oder ein anderes der obenerwähnten Metalle wählen. Verwendet man ein unedles Metall, z. B. Eisen, als Grundkörper, so kann man darauf eine Doppelskelettschicht aufbringen, deren Bauelemente aus dem gleichen oder verschiedenen Metallen bestehen; die Wahl der Stoffe für Stützskelett und Raney-Katalysator richtet sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Elek-: trode.
Metallische Träger, die nach Art der erfindungsgemäßen Elektroden mit einer oberflächlichen Doppelskelett-Katalysator-Struktur versehen wurden, kann man als Katalysatoren für chemische Reaktionen einsetzen, die man bisher mit den üblichen Raney-Metallen katalysierte, da sie hierbei dieselben katalytischen Eigenschaften zeigen wie das in ihnen
ίο enthaltene Raney-Skelett. Ein beachtlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Formkörpers mit oberfläch-, licher Doppelskelett-Katalysator-Struktur liegt in seiner mechanischen Festigkeit und in seiner guten elektrischen und thermischen Leitfähigkeit begründet, die ihn bei gleichen katalytischen Eigenschaften für viele katalytische Verfahren geeigneter erscheinen läßt als feinstpulverige Raney-Katalysatoren.
Besonders eignen sich die erfindungsgemäßen Körper als Elektroden für Elektrolyseure, Brennstoffen elemente und solche Zellen, in denen elektrochemische Oxydations- und Reduktionsprozesse durchgeführt werden; mit besonderem Vorteil verwendet man sie auch als Brennstoffelektroden in Brennstoffelementen zur elektrochemischen Energiegewinnung aus flüssigen Brennstoffen, die im Elektrolyten gelöst sind.
Die Vorteile derartiger sinngemäß als Doppelskelett-Katalysator-Sparelektroden zu bezeichnenden Elektroden gegenüber entsprechenden Doppelskelett-Katalysator-Elektroden sind insbesondere die größere mechanische Festigkeit, die spanlose Verformbarkeit, die Herstellung beliebig großer Elektroden und die bei gleicher Wirksamkeit erzielbare Materialeinsparung.
Zum besseren Verständnis soll die Erfindung an einigen Beispielen erläutert werden.
Beispiel 1
Eine ,Nickelfolie von 0,1 mm Stärke wurde mit Salzsäure angeätzt, gewaschen, getrocknet und mit einer Mischung aus 50 VolumprozentiCarbonyJnickelj jpulver^ und 50 Volumprozent ,jlaney-Nickel-Legiej-ungspiilverjbestreut. Die Raney-Legierung bestand aus 50 Gewichtsprozent Nickel und 50 Gewichtsprozent Aluminium und hatte eine Korngröße von 3 bis 5 μ. Die so bestreute Folie wurde mit einem Druck von 1 t/cm2 gepreßt und in reduzierender Atmosphäre bei 850° C 30 Minuten lang gesintert. Hiernach betrug die Stärke des Elektrodenkörpers 0,2 bis 0,3 mm; die Dicke der elektrochemisch aktiven Schicht betrug dabei 0,1 bis 0,2 mm. Er wurde schließlich mit 6n-Kalilauge behandelt, um das Aluminium herauszulösen. Als Wasserstoff-Abscheidungselektrode zeigte das Blech die geringe Polarisation der bekannten Doppelskelett-Katalysator-Elektrode.
Beispiel 2
Eine Nickelfolie von 0,1 mm Stärke wurde mit Salzsäure angeätzt, gewaschen, getrocknet und mit einer dünnen Schicht einer Mischung aus Carbonylnickel- undiZitronensäurepulver^bestreut. Die Folie wurde bei 1050° C im Wasserstoffstrom 20 Minuten lang gesintert, nochmals mit derselben Mischung bestreut und nochmals bei 1050° C gesintert. In den so entstandenen hochporösen Belag wurde Raney-Legierung (50 Gewichtsprozent Ni + 50 Gewichtsprozent Al) von 3 bis 5 μ Korngröße eingerieben, fest-
gewalzt und bei 750° C 30 Minuten lang im Wasserstoffstrom gesintert. Nach dem Auslaugen in 6n-KOH hatte dieses Blech als Wasserstoff-Abscheidungselektrode gleich gute Eigenschaften wie die Folie des Beispiels 1, jedoch haftete die Doppelskelett-Katalysator-Schicht noch besser auf dem Grundkörper als im vorigen Beispiel.
Beispiel 3
Auf ein < Silberblech t von 1 mm Stärke, durch anodische Oxydation in konzentrierter Kalilauge und anschließende Reduktion aufgerauht, wurde eine Mischung von feinem gilberpulver, und einer Raneyjülber-Legterung ,(65 Gewichtsprozent Ag + 3? Gewichtsprozent Al) bei 550° C mit einem Druck von 3 t/cma aufgepreßt. Anschließend wurde das Aluminium mit 6n-KOH bei einem Potential von + 60OmV gegen die reversible H2-Elektrode in derselben Lösung aus dem Körper herausgelöst. Als Abscheidungselektrode für Sauerstoff zeigte sie eine ao geringe Polarisation.
Beispiel 4
Eine Filterscheibe aus<rostfreiem Stahl, wurde mit einer Pulvermischung ausCärbonylnicEel und Zitronensäure (50 Volumprozent zu 50 Volumprozent) bestreut und bei 11000C 60 Minuten lang gesintert, so daß eine poröse Oberflächenschicht erhalten wurde. In diese wurde Raney-Legierungspulver (50 Gewichtsprozent Ni + 50 Gewichtsprozent Al) eingestrichen, festgepreßt und bei 750° C im Wasserstoffstrom festgesintert. Nach Behandlung mit 6n-KOH war die Elektrode als Wasserstoffdiffusionselektrode mit mehr als 50 mA/cm2 belastbar.

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Elektrode für Elektrolyseure und Brennstoffelemente, die aus einem, kompakten oder perforierten^ metallischen Formkörper ^mit einer Katalysatorschicht an der Oberfläche besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorschicht ein dünnes, fest mit der Oberfläche verbundenes, poröses, elektronisch leitendes Stützgerüst besitzt, in dessen Poren ein Raney-Katalysator durch Sinterkontakte festgelegt ist.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Oberfläche des Formkörpers verbundene Stützgerüstschicht 0,1 bis 0,3 mm stark ist.
3. Verfahren zur Herstellung der Elektrode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus pulverförmigem Stützgerüstmaterial und pulverförmiger Raney-Legierung bestehende Mischung auf die Oberfläche des metallischen Formkörpers aufgebracht, aufgepreßt oder aufgewalzt, der Körper bei Temperaturen oberhalb 400° C gesintert und anschließend in bekannter Weise mit einer Lauge oder Säure zum Herauslösen der löslichen Komponente der Raney-Legierung behandelt wird.
4. Verfahren zur Herstellung der Elektrode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf den Formkörper aufgebrachte Mischung aus Stützgerüst- und Raney-Legierungspulver bzw. des Stützgerüstpulvers allein oder die in die poröse festhaftende Stützgerüstschicht eingebrachte Raney-Legierung durch Pressen oder Walzen bei Temperaturen oberhalb von 3000C, vorteilhafterweise 400 bis 6000C, mit dem Festkörper verbunden wird und daß anschließend in bekannter Weise durch Behandlung mit Lauge oder Säure die löslichen Komponenten der Raney-Legierung entfernt werden.
5. Verfahren zur Herstellung der Elektrode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Schicht des Stützgerüstmaterials — gegebenenfalls in bekannter Weise unter Zusatz eines bei der Sintertemperatur flüchtigen, porenbildenden Stoffes — auf die Oberfläche des metallischen Festkörpers aufgebracht, aufgepreßt oder aufgewalzt und festgesintert, danach in deren Poren die Raney-Legierung eingebracht, eingepreßt oder eingewalzt wird, der Körper bei Temperaturen oberhalb 400° C gesintert und anschließend in bekannter Weise mit einer Lauge oder Säure zum Herauslösen der löslichen Komponente der Raney-Legierung behandelt wird.
6. Verfahren zur Herstellung der Elektrode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Stützgerüstschicht nach bekannten Methoden durch eine porenbildende Behandlung aus der Oberfläche des Formkörpers erzeugt und in die poröse Stützgerüstschicht Raney-Legierung eingebracht, eingepreßt oder eingewalzt wird, der Körper bei Temperaturen oberhalb 400° C gesintert und anschließend in bekannter Weise mit einer Lauge oder Säure zum Herauslösen der löslichen Komponente der Raney-Legierung behandelt wird.
7. Verfahren zur Herstellung der Elektrode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Stützgerüstschicht durch Bildung eines porösen elektrolytischen Niederschlags des Stützgerüstmetalls auf dem Formkörper — gegebenenfalls mit anschließendem Festsintern desselben bei Temperaturen oberhalb 400° C, vorzugsweise 600 bis 1100° C — erzeugt wird und in die poröse Stützgerüstschicht Raney-Legierung eingebracht, eingepreßt oder eingewalzt, der Körper bei Temperaturen oberhalb 400° C gesintert und anschließend in bekannter Weise mit einer Lauge oder Säure zum Herauslösen der löslichen Komponente der Raney-Legierung behandelt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 813 599, 825 195;
österreichische Patentschrift Nr. 191 484;
USA.-Patentschrift Nr. 2 384 463.
DER22829A 1958-03-05 1958-03-05 Elektrode fuer Elektrolyseure und Brennstoff-elemente mit oberflaechlicher Doppelskelett-Katalysator-Struktur Pending DE1233834B (de)

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US796713A US3150011A (en) 1958-03-05 1959-03-02 Shaped metal parts having a superficial double skeleton catalyst structure
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2640225A1 (de) * 1975-09-15 1977-03-24 Diamond Shamrock Corp Kathode fuer die elektrolyse und verfahren zu deren herstellung
DE3122526A1 (de) * 1980-06-05 1982-06-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd., Osaka Elektrode und verfahren zu deren herstellung

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL127685C (de) * 1962-01-19
US3428490A (en) * 1962-08-29 1969-02-18 Sun Oil Co Noble metal aluminum alloys as catalysts for fuel cell electrodes
DE1185589B (de) * 1962-12-01 1965-01-21 Varta Ag Verfahren zur Konservierung aktivierter Raney-Katalysatoren gegen Luft und Sauerstoff
US3429750A (en) * 1963-07-31 1969-02-25 Standard Oil Co Process for preparing an improved platinum electrode
US3416965A (en) * 1963-08-09 1968-12-17 K W Battery Company Fuel cell including chlorite containing electrolyte and method of operation
CH407264A (de) * 1963-10-08 1966-02-15 Bbc Brown Boveri & Cie Verfahren zur Herstellung einer Gasdiffusionselektrode für elektrochemische Brennstoffelemente
DE1458476B1 (de) * 1964-03-19 1970-01-29 Siemens Ag Verfahren zum Herstellen poroeser Formkoerper als Werkstoff fuer Gasdiffusionselektroden in Brennstoffelementen
US3481787A (en) * 1964-06-11 1969-12-02 Engelhard Ind Inc Fuel cell comprising a raney catalyst alloy consisting of platinum and a member selected from the group consisting of zirconium,tungsten and rhenium
US3356538A (en) * 1964-09-29 1967-12-05 Gen Electric Electrodeposited ion exchange membrane and method of forming
US3444003A (en) * 1965-09-30 1969-05-13 Leesona Corp Multilayer catalytic electrode having a layer of noble metal and lead and a surface layer free of lead and method of constructing same
US3351439A (en) * 1965-10-24 1967-11-07 Texas Instruments Inc Electrodes
US3496021A (en) * 1966-03-04 1970-02-17 Texas Instruments Inc Fuel cell comprising a foraminous electrode consisting essentially of nickel manganese alloy
US3549423A (en) * 1967-06-30 1970-12-22 Gen Electric Method for manufacturing foam type electrode
GB1268236A (en) * 1968-08-21 1972-03-22 Siemens Ag Improvements in or relating to electrodes
US3966493A (en) * 1969-04-02 1976-06-29 Varta Batterie Aktiengesellschaft Rechargeable mercury electrode
DE2829901A1 (de) * 1978-07-07 1980-01-24 Metallgesellschaft Ag Verfahren zur herstellung eines bleches oder bandes mit oberflaechiger katalysatorstruktur
EP0014896B1 (de) * 1979-02-27 1984-07-25 Asahi Glass Company Ltd. Gasdiffusionselektrode
JPS55148777A (en) * 1979-05-04 1980-11-19 Asahi Glass Co Ltd Manufacture of caustic alkali
FR2459298A1 (fr) * 1979-06-18 1981-01-09 Inst Francais Du Petrole Electrode activee a base de nickel et son utilisation notamment pour l'electrolyse de l'eau
DE3071904D1 (en) * 1980-08-28 1987-03-12 Olin Corp Improved raney alloy coated cathode for chlor-alkali cells and method for producing the same
DE3218429A1 (de) * 1982-05-15 1983-12-01 Heraeus-Elektroden Gmbh, 6450 Hanau Kathode fuer die chloralkali-elektrolyse und verfahren zu deren herstellung
DE3743354A1 (de) * 1987-12-21 1989-06-29 Kernforschungsanlage Juelich Verfahren zur herstellung von poroesen elektroden
DE3813744A1 (de) * 1988-04-23 1989-11-02 Metallgesellschaft Ag Verfahren zur herstellung von werkstoffverbunden als blechtafeln, blechbaender und folien mit oberflaechiger skelettstruktur und verwendung der werkstoffverbunde
GB9507012D0 (en) * 1995-04-05 1995-05-31 Johnson Matthey Plc Improved electrode
CN110975875B (zh) * 2019-12-19 2022-09-20 万华化学集团股份有限公司 一种包覆型骨架Ni催化剂制备方法及其应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT191484B (de) * 1954-10-23
US2384463A (en) * 1938-12-06 1945-09-11 Gunn Ross Fuel cell
DE813599C (de) * 1949-09-11 1951-09-13 Basf Ag Verfahren zur Herstellung poroeser Formstuecke
DE825195C (de) * 1950-02-01 1951-12-17 Basf Ag Verfahren zur Erzeugung rauher Metallschichten

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2291745A (en) * 1941-03-05 1942-08-04 Richardson Co Electrode for sea water detection
DE977070C (de) * 1948-05-04 1965-01-07 Hans Dr H C Vogt Alkalischer Akkumulator
GB703643A (en) * 1951-04-27 1954-02-10 Improvements in or relating to elect
US2845346A (en) * 1954-01-13 1958-07-29 Schwarzkopf Dev Co Method of forming porous cemented metal powder bodies
US2855296A (en) * 1955-08-17 1958-10-07 Gen Motors Corp Method of sintering nickel powder onto stainless steel

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2384463A (en) * 1938-12-06 1945-09-11 Gunn Ross Fuel cell
DE813599C (de) * 1949-09-11 1951-09-13 Basf Ag Verfahren zur Herstellung poroeser Formstuecke
DE825195C (de) * 1950-02-01 1951-12-17 Basf Ag Verfahren zur Erzeugung rauher Metallschichten
AT191484B (de) * 1954-10-23

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2640225A1 (de) * 1975-09-15 1977-03-24 Diamond Shamrock Corp Kathode fuer die elektrolyse und verfahren zu deren herstellung
DE3122526A1 (de) * 1980-06-05 1982-06-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd., Osaka Elektrode und verfahren zu deren herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
CH388916A (de) 1965-03-15
FR1221133A (fr) 1960-05-31
SE200062C1 (de) 1965-11-30
GB909459A (en) 1962-10-31
US3150011A (en) 1964-09-22

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