DE1421355A1 - Process for the manufacture of porous electrodes for electrochemical devices - Google Patents

Process for the manufacture of porous electrodes for electrochemical devices

Info

Publication number
DE1421355A1
DE1421355A1 DE19621421355 DE1421355A DE1421355A1 DE 1421355 A1 DE1421355 A1 DE 1421355A1 DE 19621421355 DE19621421355 DE 19621421355 DE 1421355 A DE1421355 A DE 1421355A DE 1421355 A1 DE1421355 A1 DE 1421355A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
temperature
powder
inactive
pressed
mixed
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
DE19621421355
Other languages
German (de)
Inventor
Auf Nichtnennung Antrag
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BBC Brown Boveri France SA
Original Assignee
BBC Brown Boveri France SA
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 BBC Brown Boveri France SA filed Critical BBC Brown Boveri France SA
Publication of DE1421355A1 publication Critical patent/DE1421355A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/0009Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
    • B01J37/0018Addition of a binding agent or of material, later completely removed among others as result of heat treatment, leaching or washing,(e.g. forming of pores; protective layer, desintegrating by heat)
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/98Raney-type electrodes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

' * -1· iJ°9 Sta/uk' * - 1 · iJ ° 9 Sta / uk

Η2Ί355Η2Ί355

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)Public limited company Brown, Boveri & Cie., Baden (Switzerland)

Verfahren zur Herstellung von porösen Elektroden für elektrochemische VorrichtungenProcess for the manufacture of porous electrodes for electrochemical devices

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Elektrode für elektrochemische Vorrichtungen durch Zusammenbringen eines katalytisch aktiven Metalls mit einem katalytisch inaktiven, in einer Lauge oder Säure löslichen Metall und anschliessendem Herauslösen des löslichen Bestandteiles. The invention relates to a method for producing a porous electrode for electrochemical devices by Combining a catalytically active metal with a catalytically inactive metal that is soluble in an alkali or acid Metal and then dissolving out the soluble component.

Zur Herstellung einer Elektrode dieses Typs für Brennstoffelemente wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem diese katalytisch aktiven Metalle in Pulverform mit einem Pulver der genannten katalytisch inaktiven Metalle gemischt und zu einem festen Formkörper gepresst und gesintert werden und der Formkörper anschliessend zur Herauslösung der inaktiven Komponente mit Alkalilauge behandelt wird. Solche Elektroden werden in der Folge als Monoskelett-Katalysator-Elektroden bezeichnet.For making an electrode of this type for fuel elements a method has been proposed in which these catalytically active metals in powder form with a powder of said catalytically inactive metals are mixed and pressed and sintered to form a solid shaped body and the shaped body is then treated with alkali to dissolve out the inactive component. Such electrodes are hereinafter referred to as monoskeleton catalyst electrodes.

ßßi diesen» vorgeschlagenen Verfahren entsteht bejhvi Mischen der Metallpulver zwischen den aktiven und den inaktiven np,G(NAL In this proposed process, mixing of the metal powder between the active and the inactive np , G (NAL

009841/138* ' BAD 009841/138 * ' BAD

- B - 143/62- B - 143/62

H21355H21355

Metallkörnern eine Grenzflächenverbindung, die sich durch die anschliessende Wärmebehandlung als Schicht auf den aktiven Metallkörnern befindliche Phasen zwischen den beiden Metallen überführen lässt. Solche Phasengemische, aus denen das inaktive Metall herausgelöst wird, führen zu aktiven Metalloberflächen, die besonders gute katalytisehe und elektrochemische Eigenschaften haben. Es zeigt sich aber, dass nach dieser Behandlung die Mischphasen nur in geringem Masse auftreten, so dass sie für die katalytischen Eigenschaften und damit für die elektrochemische Brauchbarkeit des Elektrodenmaterials gegenüber dem aktiven Metall kaum Vorteile bringen, weil sich beim Herauslösen des inaktiven Metalls aus geordneten Mischphasen die aktiven Metallatome neu gruppieren. Metal grains form an interfacial compound, which, as a result of the subsequent heat treatment, forms a layer on the active Can transfer metal grains located phases between the two metals. Such phase mixtures from which the inactive metal is dissolved out, lead to active metal surfaces that are particularly good catalytic and electrochemical Have properties. It turns out, however, that after this treatment the mixed phases are only slight occur so they for the catalytic properties and thus hardly any advantages for the electrochemical usability of the electrode material compared to the active metal because when the inactive metal is dissolved out of the ordered mixed phases, the active metal atoms regroup.

Durch die Erfindung soll eine Monoskelett-Katalysator-Elektrode geschaffen werden, deren katalytisehe und elektrochemische Eigenschaften aufgrund mehrphasiger Schichten auf der Oberfläche der katalytisch aktiven Metallkörnern besonders vorteilhaft sind.The invention is intended to provide a monoskeleton catalyst electrode are created whose catalytic and electrochemical properties due to multiphase layers the surface of the catalytically active metal grains are particularly advantageous.

Das Verfahren zur Erzeugung einer Monoskelett-Katalysator-Elektrode für elektrochemische Vorrichtungen gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das katalytisch aktive Metallpulver mit dem katalytisch Inaktiven Metallpulver unter Anwendung von mechanischen Druck gemischt wird und dass d r FoMnköiv^r vor dem Sintern bet einer Temperauu* getempert > rd, bei der noch kein Verglühen auftritt.The method of making a monoskeleton catalyst electrode for electrochemical devices according to the invention is characterized in that the catalytic active metal powder is mixed with the catalytically inactive metal powder using mechanical pressure and that the foMnköiv ^ r bet a temperau * tempered> rd, at which no glowing occurs.

6ADOnk-iAL6ADOnk-iAL

H21355H21355

Das Mischen unter mechanischem Druck unterscheidet sich von dem herkömmlichen Mischen durch einfaches Rühren, Schütteln usw., beispielsweise in einem würfelförmigen Behälter, dadurch,dass das Pulvergemisch beim Mischvorgang gleichzeitig gepresst wird. Dies geschieht beispielsweise in einem rotierenden Gefäss, in welchemMixing under mechanical pressure is different from conventional mixing by simply stirring, shaking, etc., for example in a cube-shaped container, in that the powder mixture is pressed at the same time during the mixing process. This happens, for example, in a rotating Vessel in which

U21355U21355

das Pulver gleichzeitig durch eine walzenartige Vorrichtung gepresst wird. Hierbei kommen Drucke zur Anwendung, die eine plastische Deformation der inaktiven Netallkörner bewirken.the powder is pressed simultaneously through a roller-like device. Here, prints are used, which cause a plastic deformation of the inactive metal grains.

Bei einem Pulvergemisch, das unter mechanischem Druck gemischt wurde, bilden sich nach einer Wärmebehandlung auf der Oberfläche der aktiven Netallkörner in grossem Ausmasse mehrphasige Schichten, die beispielsweise bei Verwendung von Nickel als katalytisch aktives und Aluminium als inaktives Netall in der Zusammensetzung NiAl, und NIgAl. vorliegen. Nach Herauslösen der inaktiven Netallkonponente, im vorliegenden Beispiel des Aluminiums, bilden diese Schichten eine äusserst aktive Oberfläche.A powder mixture that has been mixed under mechanical pressure will form on the surface after heat treatment of the active metal grains to a large extent multiphase layers, which, for example, when using nickel as catalytic active and aluminum as inactive metal in the composition NiAl and NIgAl. are present. After releasing the inactive metal components, in the present example aluminum, they form Layers create an extremely active surface.

Ein weiterer Vorteil des Mischens unter mechanischem Druck ist das gleichzeitig erfolgende Aufreissen einer möglicherweise vorhandenen Oxydschicht auf den Oberflächen der inaktiven Netallkörner. Dadurch wird die Wechselwirkung zwischen aktiven und den inaktiven Metallkörnern wesentlich verbessert, so dass nach dem Mischen und der Wärmebehandlung die aktiven Metallkörner die erwünschten Nischphasen auf der ganzen Oberfläche aufweisen. Dieser Vorteil ist besonders gross bei Inaktiven Netallen wie Aluminium, die sehr leicht oxydleren.Another benefit of mixing under mechanical pressure is the simultaneous tearing of a possibly existing oxide layer on the surfaces of the inactive metal grains. This significantly improves the interaction between the active and the inactive metal grains, so that after the mixing and the heat treatment, the active metal grains have the desired mixing phases over the entire surface. This advantage is particularly large with inactive nets such as aluminum, which is very easily oxidize.

Schllesslich besteht der Vorteil, dass die Sinterung der aktiven Netallkörner im Pressling zur Erzeugung eines' mechanisch festen Skeletts unter Bildung von Brücken zwischen der Mehrzahl der aktiven Metallkörner schon bei verhKltnlsmässig tiefen Temperaturen unterhalb der tiefsten Schmelztemperatur des Systems vorgenommenFinally, there is the advantage that the sintering is the active Metal grains in the pellet to create a mechanically strong skeleton with the formation of bridges between the majority of the active metal grains even at relatively low temperatures made below the lowest melting temperature of the system

143/62 -<--' H21355143/62 - <- 'H21355

werden kann. Beim Beispiel eines aus Nickel und Aluminium zusammengesetzten Pulvergemisch^ werden durch Sinterung bei 460° C bis 600° C mechanisch stabile Ni/Ni-BrUcken erzeugt, die auch durch die chemische Aktivierung, das Herauslösen des Aluminiums, im Gegensatz zu reinem Raney-Nickel nicht zerstört werden, so dass ein mechanisch stabiler Elektrodenkörper erhalten wird.can be. In the example of a powder mixture composed of nickel and aluminum, sintering at 460 ° C to 600 ° C Mechanically stable Ni / Ni bridges are created, which are also produced by chemical activation, the leaching of the aluminum, in contrast to pure Raney nickel cannot be destroyed, so a mechanically stable electrode body is obtained.

Es besteht die Möglichkeit, dass der nach dem Mischen ,unter mechanischem Druck und Fressen vorliegende Formkörper beim Erwärmen auf die Sintertemperatur verglühen und zusammenschmelzen kann, so dass schlieeslich In nachteiliger Weise eine Raney-Legierung vorliegt, die nicht mehr zu einer geformten Gasdiffusionselektrode verarbeitet werden kann. Diese nachteilige Erscheinung kann leicht vermieden werden, wenn der Formkörper vor dem Sintern bei einer Temperatur getempert wird, bei der noch kein Verglühen auftritt. Vorteilhafterwelse wird das Tempern in mehreren Schritten bei jeweils erhöhter Temperatur unterhalb der VerglUhungstemperatur vorgenommen. Hierauf kann die Sinterung ohne nachteilige Folgen durchgeführt werden und schliesslich die katalytisch inaktive Metallkomponente durch Behandlung mit Lauge oder Säure herausgelöst werden. Bei der schon erwähnten Verwendung von Nickel und Aluminium 1st es zweokmässig, die Temperung zwischen 350 C und 450 C vorzunehmen.There is the possibility that the molded body, which is present after mixing, under mechanical pressure and seizure, will open up when heated the sintering temperature can burn up and melt together, so that Finally, a Raney alloy is disadvantageously present, which can no longer be processed into a shaped gas diffusion electrode. This disadvantageous phenomenon can easily be avoided if the shaped body is tempered before sintering at a temperature at which no annealing occurs. Tempering is more advantageous in several steps, each time increased Temperature made below the glowing temperature. On that the sintering can be carried out without disadvantageous consequences and finally the catalytically inactive metal component can be dissolved out by treatment with alkali or acid. With the already mentioned use of nickel and aluminum, it is two-fold to carry out the tempering between 350 ° C and 450 ° C.

Anhand eines Beispiele soll die Herstellung einer Monoskelett-Katalyeator-Elektrode gemäss der Erfindung beschrieben werden.The production of a monoskeleton catalyst electrode according to the invention will be described using an example.

B* wird von einen Pulvergemenge ausgegangen, das zu yz Gewichtsprozenten au· Nickel und zu 68 Gewichtsprozenten aus Aluminium (entspre-B * is based on a powder mixture, yz percent by weight of nickel and 68 percent by weight of aluminum (corresponding

009841/1386009841/1386

145/62 - * -145/62 - * -

U21355 ί U21355 ί

chend je zu etwa 50 Atomprozenten) besteht. Die Korngrösse soll zwischen etwa 10 und.40fliegen. Das Pulver wird während einer Stunde in einer Druckmisch-Vorrichtung innigst vermischt. Anschlies send werden aus jeweils IJ g der Pulvermischung durch Pressen Formkörper von 40 mm Durchmesser hergestellt. Der Pressdruck beträgt 4 to/cm , womit eine VolumenfUllung von etwa 8θ£ erreicht wird. Hernach werden die Formkörper auf einer Nickelunterlage in ein Quarzrohr mit reinster Wasserstoffatmosphäre gebracht und vorerst während 2 Stunden bei 400° C und dann während 2 Stunden bei 440° C getempert. Anschllessend wird die Temperatur auf 550° C erhöht und bei dieser Temperatur während einer halben Stunde gesintert. Die Abkühlung erfolgt während 1 Stunde auf eine unterhalb 50° C liegende Temperatur. Aus den Sinterkörpern wird nun das Aluminium zur Aktivierung der inneren Oberflächen der Elektrode herausgelöst. Hierzu wird der Sinterkörper wie folgt behandelt:accordingly each to about 50 atomic percent) exists. The grain size should between about 10 and 40 fly. The powder is during a Thoroughly mixed in a pressure mixing device for an hour. Afterwards send molded articles with a diameter of 40 mm are produced from each 1J g of the powder mixture by pressing. The pressure is 4 to / cm, with which a volume filling of about 8θ £ is achieved. Afterwards, the shaped bodies are placed on a nickel base in a quartz tube with the purest hydrogen atmosphere and for the time being for 2 hours at 400 ° C and then for 2 hours at 440 ° C annealed. The temperature is then increased to 550 ° C. and sintered at this temperature for half an hour. the Cooling takes place for 1 hour to a temperature below 50 ° C. The aluminum is now turned from the sintered bodies Activation of the inner surfaces of the electrode released. For this purpose, the sintered body is treated as follows:

24 Stunden mit n/10 KOH bei 25° C, 24 Stunden mit 2n KOH bei 25° C, 24 Stunden mit 2n KOH bei 50° C, 24 Stunden mit 6n KOH bei 50° C und 24 Stunden mit 6n KOH bei 80° C.24 hours with n / 10 KOH at 25 ° C, 24 hours with 2n KOH at 25 ° C, 24 hours with 2N KOH at 50 ° C, 24 hours with 6N KOH at 50 ° C and 24 hours with 6n KOH at 80 ° C.

Hierbei ist es zweckmässig, der Kalilauge Weinsäure als Komplexbildner zuzusetzen.It is useful to add tartaric acid to the potassium hydroxide solution as a complexing agent.

009841/1386 - 6.=_009841/1386 - 6. = _

Claims (3)

- -6- 145/62- -6- 145/62 Patentansprüche:Patent claims: 1· Verfahren zur Herstellung einer porösen Elektrode für elektrochemische Vorrichtungen, bei dem katalytisch aktive Metalle in Pulverform mit Pulver katalytisch inaktiver, in einer bestimmten Lauge oder Säure löslicher Me talle gemischt, zu einem Formkörper gepresst und gesintert, bzw. warmgepresst werden, der anschliessend zur Herauslösung der inaktiven Komponente mit dieser Lauge oder Säure behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das katalytisch aktive Metallpulver mit dem katalytisch inaktiven Metallpulver unter Anwendung von mechanischen Druck gemischt wird und dass der Formkörper vor dem Sintern bei einer Temperatur getempert wird, bei der noch kein Verglühen auftritt.1 · Method of making a porous electrode for electrochemical devices, in which catalytically active Metals in powder form with powder catalytically inactive, Me that is soluble in a certain alkali or acid talle mixed, pressed into a shaped body and sintered, or hot-pressed, which is then used for Dissolving out the inactive component is treated with this alkali or acid, characterized in that the catalytically active metal powder with the catalytically inactive metal powder using mechanical Pressure is mixed and that the shaped body is tempered before sintering at a temperature at which still no glowing occurs. 2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in mehreren Schritten bei jeweils erhöhter Temperatur unterhalb der VerglUhungstemperatür getempert wird.2. Electrode according to claim 1, characterized in that in several steps at an elevated temperature in each case is tempered below the glowing temperature. 3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Nickel- und Aluminiumpulver unter mechanischem Druck gemischt und zu einem Formkörper gepresst werden, der bei 350° C bis 450° C getempert und bei 46o° bis 600 ° C gesintert wird, und anschliessend mit einer Alkalilösung steigender Konzentration und Temperatur behandelt wird.3. Electrode according to claim 1, characterized in that Nickel and aluminum powder are mixed under mechanical pressure and pressed into a molded body, which is used in Tempered 350 ° C to 450 ° C and sintered at 46o ° to 600 ° C, and then with an alkali solution with increasing concentration and temperature. 009841/1386009841/1386
DE19621421355 1962-09-07 1962-09-07 Process for the manufacture of porous electrodes for electrochemical devices Pending DE1421355A1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEA0041106 1962-09-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1421355A1 true DE1421355A1 (en) 1970-10-08

Family

ID=6932332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19621421355 Pending DE1421355A1 (en) 1962-09-07 1962-09-07 Process for the manufacture of porous electrodes for electrochemical devices

Country Status (4)

Country Link
AT (1) AT247939B (en)
BE (1) BE624358A (en)
DE (1) DE1421355A1 (en)
NL (1) NL284984A (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1282004B (en) * 1965-07-10 1968-11-07 Basf Ag Use of electrodes made of alloys of tungsten and / or molybdenum with metals of the iron group
DE1288572B (en) * 1965-12-30 1969-02-06 Basf Ag Cathodic reduction of nitrous gases and / or nitric acid with electrodes containing titanium and / or tungsten
DE102014109071A1 (en) * 2014-06-27 2015-12-31 Inp Greifswald E.V. Process for the production of gas diffusion electrodes for fuel cells, as well as gas diffusion electrode and fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
AT247939B (en) 1966-07-11
BE624358A (en)
NL284984A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2658647A1 (en) KERMET AND PROCESS FOR ITS MANUFACTURING
DE69602690T2 (en) Process for producing an alloy of tungsten and lanthanum oxides
CH433208A (en) Process for the production of a catalyst electrode
DE1571980A1 (en) Process for the production of electrodes for galvanic high-temperature fuel cells with solid electrolyte
DE1290612B (en) Process for the manufacture of electrodes for fuel elements
DE1300597B (en) Process for the production of a carbon electrode for fuel elements which contains a catalytically active metal
DE2549298C2 (en) Process for the production of a sintered silver-cadmium oxide alloy
DE1421355A1 (en) Process for the manufacture of porous electrodes for electrochemical devices
DE2163866A1 (en) Process for the production of finely divided metallic nickel powder with a spherical shape
DE1209110B (en) Method for manufacturing a gas diffusion electrode
DE1496186C3 (en) Process for the production of sintered electrodes for fuel elements
DE1671710A1 (en) Process for the production of electrodes with Raney catalysts for fuel cells
DE1542552B1 (en) Process for the preparation of a porous, metal-containing and shaped catalyst
DE1273826B (en) Process for the production of porous metal bodies, in particular for use as catalysts
DE2853931A1 (en) METHOD FOR PRODUCING METALLIC POWDER
CH618808A5 (en) Process for preparing an electroconductive material.
DE2411324A1 (en) Process for the production of dispersion strengthened kneading nickel
DE727022C (en) Process for carrying out exothermic catalytic reactions, the temperature of which must be kept between very narrow limits
DE2617225A1 (en) PROCESS FOR MANUFACTURING MOLYBDA ALLOYS
DE2713855A1 (en) METHOD OF MANUFACTURING A SILVER CATALYST FOR ELECTROCHEMICAL CELLS
AT225010B (en) Process for the production of porous electrode bodies serving as carriers of the active material for alkaline accumulators
DE555786C (en) Process for making a hard alloy
DE2121748C3 (en) Process for the production of a silver catalyst for fuel elements
DE2341731C2 (en) Material for electrical contacts and process for their manufacture
DE1542443C3 (en) Process for increasing the activity and stability of pure, doped and promoted catalysts of the Raney type