DE1442548A1 - Silberkatalysator mit grosser Oberflaeche - Google Patents
Silberkatalysator mit grosser OberflaecheInfo
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Description
Silberkatalysator mit grosser Oberfläche
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur· Herstellung von
Silber mit grosser Oberfläche, das sich besonders eignet als Silberkatalysator für die Elektroden von elektroche
mischen Zellen und vor allen solcher elektrochemischer Zellen, die als Brennstoffzellen bekannt sind.
Der Auedruck Brennstoffzellen bezieht sich auf solche
elektrochemische Vorrichtungen, die die freie Energie einer chemischen Reaktion direkt in elektrische Energie
^ umwandeln. Solche Vorrichtungen sind in der Technik gut o bekannt, und trotz der Unterschiede zwischen den ver-
co schiedenen Zellen durfte eine Erörterung einiger ihrer
gemeinsamen Eigenschaften dem Verständnis der Erfindung
; j* dienen.
Bekanntlich werden Bedoxreaktionen von dem Elektronenübergang
vom Reduktionsmittel auf das Oxydationsmittel begleitet. Bei einzelnen Brennstoffzellen erfolgt die
Oxydationsreaktion und die Reduktionsreaktion in räumlich getrennten Elektroden, An jeder Elektrode kommt es zu
einer sogenannten Halbzellenreaktion. Die eine, Anode genannte
Elektrode ist der Sitz der Halbzellenoxydationsreaktion. Ein als Brennstoff bezeichneter Reaktant, der
bezüglich irgendeines Oxydationsmittels oxydierbar ist, wird durch geeignete Mittel zur Anode geführt und dort
elektrochemisch oxydiert. Bei der Oxydation des Brennstof fes werden Elektronen an die Anode abgegeben. An der anderen
Elektrode, die Kathode genant wird und die von der Anode durch einen geeignet; Elektrolyten getrennt angeordnet
ist, läuft gleichzeitig die andere Halbzellenreaktion ab. Ein als das Oxydationsmittel bezeichneter Reaktant,
der durch den Brennstoff reduzierbar ist, wird durch geeignete Mittel zu der Kathode geführt und dort
elektrochemisch reduziert. Bei dieser Reaktion werden von der Kathode Elektronen aufgenommen.
Diese zwei Halbzellenreaktionen haben zur Folge, dass die Kathode zu einem Elektronenmangel und die Anode zu einem
Elektronenüberschuss hin tendiert. Diese Tendenz wird elektronisch durch den Ladungsübergang über einen äusseren
die Elektroden verbindenden Kreis abgeschwächt, wobei
BAD bU9Büb/ü78 1
H42548
tonenlttÄungaübergeng durch den Elektrolyten
erfolgt« Defr Ib äusteren Kreis erzeugte Strom kann zur
werden. Pie Stromerzeugung
und Oxi iatione«ittel Ia-*
\u4j4U AtoftL|lprodukte at ge f Ohr t werden.
lr^eit*teeperatrur der Brennstoffzelle.
durch dl* HiMUt- :-■ ;
die Öx4ft« der Stelle. Xn der Praxis erden
einnelne Brennstoff«eilen elektrisch zusamme.-
W| 60 den gewünschten Ausgang zu erzielen.
»Q'.^e|*unde.ne Zellen sind «1« zusaamengefaester
erzeugten Silber angefertigte ist t»eeonders für solch« Brennbei diaen Saueratoff oder LoIt der
1 Ή 2 5 4 8
;ier ce
bad
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Eie Zi«l der Erfindung ist die Herstellung eines Silbers
■it grosser Oberfläche, das zur Verarbeitung in Elektroden
d#e ^rps geeignet ist, der für Brennstoffzellen Verwendung
findet.
Bin weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines
zur Herstellung von Brennstoffzellenkatalysa-
tor#a duxph dl« Zersetzung von Sllbercarboxylaten.
Sag erfindungsgenäese Verfahren zur Herstellung von Silber
mit grosser Oberfläche besteht darin, dass ein wasserlösliches Silbersalz und eine wasserlösliche Carboxylaäure
und/oder ein wasserlösliches Carboxylat in einem
wässrigen Medium vermischt werden, dass der gebildete
Silbercarboxylatniederechlag dann abgetrennt, getrocknet und auf eine Temperatur von etwa 35° üb?·ν der Zersetzungstemperatur des Silbercarboxylates bis etwa 375°C erhitzt wird, «ski um so ein reduziertes Silber zu erhalten.
wässrigen Medium vermischt werden, dass der gebildete
Silbercarboxylatniederechlag dann abgetrennt, getrocknet und auf eine Temperatur von etwa 35° üb?·ν der Zersetzungstemperatur des Silbercarboxylates bis etwa 375°C erhitzt wird, «ski um so ein reduziertes Silber zu erhalten.
Vorzugsweise wird dieses Silbercarboxylat durch Aufgeben
auf eine geheiste Oberfläche erhitzt.
Vorzugsweise wird der getrocknete Silbercarboxylatniederschlag
zu einer Teilchengrössenfraktion aussortiert, die eine Siebnummerndifferenz von 10 (25 Tyler mesh) hat,
, und bei der der die Teilchengrösse zwischen den Siebnummern
4 bis 14 (10 - 35 Tyler mesh) liegen kann.
• ftpttOS/078.1 ' BADOP1G1NAL
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Vorzugsweise wird der Silbercarboxylatniederschlag durch.
Infrarotbestrahlung getro. ,net.
Vorzugsweise wird der Niederschlag vor der Trocknung mit Wasser gewaschen.
Vorzugsweise wird das Silv3rcarbo.xylat; in eine dünne
Schicht verteilt, wobei man es bis ζιυη Abblättern trocknen
lässt.
Das wasserlösliche Silbersalz kann Sixbernitrat sein.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand
der Zeichnung beschriov , j.n dieser zeigen:
Fig,1 einen Längsschnitt einer Vorrichtung, die zur Durchführung der Explosionszersetzung von Silbercarboxylat
geeignet ist, das für die Herstellung eines erfindungsgemässen Brennstoffzellen-Qualitäts-fiLlberkatalysators
erforderlich ist, und
Fig.2 einen Schnitt nach Linie II-II in Pig.1.
Bei der Durchführung der Erfindung ist Silberformiat und
Silberoxalat anderen organischen Silbersalzen vorzuziehen,
da diese bevorzugten Salze genügend Sauerstoff im Molekül
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enthalten, um den ganzen anwesenden Kohlenstoff zu Koh
lendioxyd zu oxydieren. Darüber hi aus zersetzen diese
sich sauber ohne die Bildung von festen Nebenprodukten.
Silberoxalat wird gegenüber Silberfors: at bevorzugt,
da dieses nur Silber und Kohlendioxyd al. Pi od.ukte er-
gibt, wie aus der folgenden Gleichung hervorgeht:
OO
Ag-O-S-C-OAg-^ 2Ag + 2GO
Ag-O-S-C-OAg-^ 2Ag + 2GO
ί Da die besten Ergebnisse mit Silberoxalat erz.: +, wurden,
. soll im Xqlgenden eine bevorzugte Durchiü^ un^ssr der
Γ Erfindung unter Verwendung von Silber ox-iiri ν 'is Bei. -)iel
für zersetzbare Silbercarboxylete Uo.. . :. w-r-ii'::;,
B6i der Durchführung der Erfindung wir 3 d--· ; Silbercarb-
oxylat; zuerst in einer feinen kristallirim fomi gewonnen.
Dies kann durch Umsetzung von Silberionen eg it Oxalationen
in einem wässrigen Medium nach folgender Gleichung erj_
folgen:
JfVUbCLe. ge£anä.en, dass sich diese Reaktion am besten
ausfimren läset, wenn man Silbernitrat mit Wasser und
oder einem wasserlöslichen O:xäat vermischt.
J^ ψσψρΐύ. das Silbernitrat wie auch die Oxalsäure
t Jv
'-J- BAD ORIGINAL
80Ö806/0781
oder das Oxalat in fester Form dem wässrigen Medium zugegeben
werden können, ist die vorherige Auflösung von wenigstens
einer der kristallinen Substanzen erwünscht. So wird vorzugsweise zuerst die Oxalsäure oder das Oxalat in
Wasser gelöst, wobei man genügend Oxalsäure oder Oxalat verwendet, um so eine gesättigte Lösung herzustellen.
Hierauf wird kristallinies Silbernitrat unter Rühren dieser gesättigten Oxalsäure- oder Oxalatlösung zugesetzt.
Sofort kommt ee zu einer Reaktion, die zur Ausfällung von Silberoxalat in Form einer Schar sehr feiner Partikelchen
führt.
Man wartet bis sich dieser- Niederschlag abgesetzt hat und
dekantiert sodann den Überschuss an Mutterlauge von dem Niederschlag. Nun wird das silberoxalat von der "verbleibenden
Mutterlauge durch Filtration oder andere geeignete Abtrennmittel abgetrennt, wobei mehrere Male während des
Abtrennens mit Wasser gewaschen wird.
Die gesammelten Silberoxalatkrietalle werden dann getrocknet.
Anscheinend ist der Trocknungsschritt wichtig für die Durchführung der später beschriebenen Zersetzungsatufe.
Um eine gute Trocknung zu erzielen, sollten die Kristalle in einer dünnen Schicht statt beispielsweise auf eint Glasoberfläche
auf eine glatte Oberfläche eines Behälters aufgetragen werden, der ein guter Wärmeleiter wie beispiele-,
BAD ORIGWAL Annonc/r)7Ri
weise Aluminium ist« I>er TrockemTorgang kann je nach
wünsch durch irgendeine Erwärmung beschleunigt werden,
und es Herde gefunden, dass die beste Wärmequelle aus
Irtlampen bestellt. Die Kristalle trocknen zu einem
serreibDaren Konglomerat zusammen. Ausreichende Trocknung der SilJbaraxalatikTistalle wird durch die Bildung von
angezeigt, die sich von der Oberfläche abheben.
9er niehste Terfahrenssehritt besteht darin, die getrockiwttil
Kristalle auf eine geeignete Korngrösse zu bringen.
Die richtige Bemessung 1st wichtig. Bei der späteren Zer-
sgastnfe wird Warme von einer geheizten Oberfläche
auf dl· auf Grosse gebrachtem Teilchen, von Silbercarb-
Me Tejaperatur der geheizten Oberfläche
wird unter Berücksichtigung der Teilchengröase ausgewählt,
so dass bsi der liSrmeübertragnng auf die einzelnen Teilchen,
diese gleichmässig und rasch die Zersetzungstemperatur
erreichen·
JDIe. geeigaete Bemessung der Silberoxalatkristalle wird
dadurch erreicht, dass das harte und spröde Kristall-Irrninsln—ι
nt solange gebrochen wird, bis alle Teilchen durch ein. Sieb Ar· 4 (Tyler mesh 10) hindurchgehen. Diese
Teilchen, die non alle kleiner sind,als dem Sieb Nr.4-10)
entspricht, werden auf ein Sieb Hr. 14 35) geschüttet. Die auf dem Sieb zurückblei-
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benden Teilchen sind für die Zersetzung zu einem Katalysatorsilber
geeignet. Die für das erfindungsgemässe Verfahren als besonders erwünscht gefundene Teilchengrösse
liegt somit zwischen den Siebnummern 4 bis 14 (Tyler mesh 10 - 35).
Die ausgemusterten Teilchen, die kleiner sind als dem Sieb Nr. 14 entspricht, können gesondert zersetzt werden,
wobei das Silber gesammelt und in Salpetersäure gelöst wird. Das Silbernitrat wird aus Salpetersäure auskristallisiert
und für eine spätere Ausfällung von Silbercarboxylat aufgehoben.
Der nächste Schritt bei der Herstellung des Silberkatalysators ist die Reduktion der auf Grosse gebrachten SiI-beroxalatkristalle
zu metallischem Silber. Dieser Zersetzungsvorgang lässt sich am besten unter Bezug auf
die Zeichnung verstehen. In der gezeigten Vorrichtung weist ein Gehäuse 10 Stirnwände 20,21, Seitenwände 22
und 23 und einen Boden 19 auf. Ein Deckel 13 ist auf der oberen Umrandung 18 der Gehäusewände 20,21,22 und
durch mehrere Streben 24 abgestützt, die an den Seitenwänden 22 und 23 an geeigneten Stellen verankert sind.
Der Deckel 13 hat an seinem Rand nach unten stehende Laschen 171 um so einen Teil der Gehäusewände 20,21,22
809806/0781
und 23 zu überlappen. Die Seitenwände 22,23 haben nach
innen gekehrte Laschen 25» die in Zusammenwirkung mit den Laschen 17 des Deckels 13 einen Abzugskanal 26
schaffen, der als Abzug für die beim Betrieb erzeugten Gase dient.
Durch Stützvorrichtungen 27 ist an dem Deckel 13 ein
Fülltrichter 28 angebracht, um die SilbBrcarboxylatkristalle
48 vor der Zersetzung zu speichern. Vom Fülltrichter
28 führt eine Röhre 29 durch den Deckel 13 nach unten. Ein abgedeckter Behälter 31 ist unter der
Röhre 29 angeordnet und dient zur Aufnahme und zeitweiligen Stapelung des Silbercarboxylates, das aus dem
Fülltrichter 28 durch die Röhre 29 geshickt wird.
Der Behälter 31 erstreckt sich seitlich, quer über den
Kasten 10 And wird durch Befestigung an den Seitenwänden 22,23 getragen. Längs des Bodens des Behälters 31 befindet
sich eine Reihe von Auslassöffnungen 36 zur . Aufgäbe des Silbercarboxylates 30 aus dem Behälter 31
auf eine geheizte Zersetzungsoberfläche.
Bine Well« 32, die durch entsprechende Lagervorrichtung
, gen 34· und 35 drehbar angeordnet ist, befindet sich im
, unteren Teil dee Behälters 31· Mehrere quer herausra
gende Zinken 33 sind auf der Welle 32 aur Durchmiechung
von Silbercarboxylat angeordnet und dienen zu dessen Verteilung durch die Löcher 36.
In die Seitenwände 22,23 unterhalb der Welle 32 sind Wellen 38,^39 eingebaut, die jeweils drehbar in Lagermitteln
gelagert sind, von denen lediglich die Mittel 52 und 53 für die Welle 39 in Fig.2 gezeigt sind. Um die Wellen 38,
39 herum sind Rollen 46,47 angeordnet, die eine aus einem rostfreien Stahlgeflecht oder einem anderen guten Wärmeleitmittel
angefertigte Förderbahn 37 tragen.
An einem Ende der Welle 32 und der Welle,39 befinden sich
Befestigungsmittel 41 bzw.· 42 zum Anbringen von Antriebsmitteln 43, um eine Kraft von einer nicht gezeigten Quelle
zu übertragen und damit die Wellen 32,38 und 39 in die von den Pfeilen auf den Rollen 46,47 angezeigte Richtung zu
drehen.
Eine Heizvorrichtung 40 ist vor der Stelle angeordnet, an der das Silbercarboxylat das Förderband 37 berührt.
Die Vorrichtung 40 erwärmt das Band 37 auf die gewünschte Arbeitstemperatur.
Da die Reaktion im Gehäuse 10 heftig werden kann, sind
Prallwände 44,45 innerhalb des Gehäuses 10 angebracht,
um das weggeschleuderte nicht umgesetzte Silbercarboxylat
809806/078 1 ■·
auf das erhitzte Band 37 zurückzuleiten.
Beim Betrieb der Vorrichtung wird das Band 37 durch Mittel 40 auf eine Temperatur erhitzt, die etwa 3Γι°0 höher
ale die Zersetaungstemperatur des Silbercarboxylates ist.
Die Temperatur darf jedoch 375° nicht überschreiten, da die Silberteilchen oberhalb dieser Temperatur einer gewissen
Sinterung unterliegen, was wegen der durch die Sinterung verursachten Oberflächenabnahme unerwünscht ist.
Beispielsweise berühren bei der Zersetzung von Silberoxalat die Silberoxalatteilchen vorzugsweise eine Oberfläche
von 175 Ms 3750C
Venn die angetriebenen Wellen 32 und 39 umlaufen, bewegen die Zinken 33 das Silbercarboxylat im Behälter 31s so dass
dieses durch die Löcher 36 auf das sich c wegende geheizte
Band 37 fällt. Das Silbercarboxylat zersetzt sich fast
unmittelbar bei der Berührung des erhitzten Bandes 37· Die als Nebenprodukt entstehenden Gase entweichen durch
den Absug 26, und das Silber 51» das auf das Band 37 zu
rückfällt, wird hinter die Reaktionszone gebracht und
sammelt sich in dem Behälter 50.
Dae ill dem Behälter 50 gesammelte Silber 51 kann nun
durch irgend-ein geeignetes Verfahren zu einer Brennstoff-
«elleaelektrode verarbeitet werden.
ί442548
Um jedoch, die Ausgangseigenschaften einer Elektrode zu zeigen,
die aus dem erfindungsgemäss hergestellten Silber mit hoher Oberfläche angefertigt wurde, sollen nun ein Verfahren
zur Herstellung einer Brennstoffzellenkathode aus dem
erfindungsgemäss hergestellten Silber sowie die Leistungen beschrieben werden, die mit einer Brennstoffzelle erzielt
wurden, die mit dieser Kathode arbeitet.
Das Silberpulver wurde in Wasser eingerührt, das ein Netzmittel enthielt, beispielsweise einen Alkylarylpolyätheralkohol
und zwar in einem Verhältnis von 1 Gramm Silberpulver auf 4 ml einer 4:1-Netzmittel-Wasser-Lösung. Die überschüssige
Flüssigkeit wurde in einer Nutsche abgezogen und das feuchte Silber wurde einer wässrigen Dispersion von
Polytetrafluoräthylen zugesetzt und zwar in einem Verhältnis von 1 Gramm Silber (Trockenbasis) zu 2 ml einer 5:1
wässrigen Polytetrafluoräthylendispersion (5 Gewichtsteile Wasser auf 1 Gewichtsteil einer handelsüblichen wässrigen Polytetrafluoräthylendispersion mit einem spezifischen
Gewicht von 1,1).
Polytetrafluoräthylen zugesetzt und zwar in einem Verhältnis von 1 Gramm Silber (Trockenbasis) zu 2 ml einer 5:1
wässrigen Polytetrafluoräthylendispersion (5 Gewichtsteile Wasser auf 1 Gewichtsteil einer handelsüblichen wässrigen Polytetrafluoräthylendispersion mit einem spezifischen
Gewicht von 1,1).
Der ilüssigkeitsüberschuss wurde wieder in einem Saugtrichter
abgesaugt, und das Silber wurde in einem Trockenschrank
bei 1600O etwa eine Stunde lang getrocknet.
809806/078Λ
Das ofengetrocknete Silberpolyt^trafluoräthylenpulver
ρ ρ
wurde in eine Schablone gegeben (0,108 g/cm ) (0,7 g/in )
und auf Niveau abgestrichen. Ein Halterost für das Nickel wurde oben auf das nivellierte Pulver aufgebracht. Das
Silberpolytetrafluoräthylenpulverund dej* Rost wurden unter
so hohen Druck gesetzt, dass es zur Bildung einer zusammenhängenden Platte kam. Die Platte wurde sodann in
einem Ofen auf etwa 355°0 etwa 20 Minuten lang erhitzt.
Die Elektrode wurde als Kathode in einer Wasserstoff-Sauerstoff -Brennstoff zelle verwendet, die eine 2">-20
Platin-Palladiumanode hatte. Der Elektrolyt der Zt.: Ie
war 35 bis 38 %-ige wässrige Kaliumhydroxydlösung; die
Arbeitstemperatur der Zelle betrug 920O; die Reaktion;
gase wurden mit einem Druck von 25 p.s.i.g.* eingespeist,
Die Zelle wurde einem Test bezüglich ihrer Lebensdauer unterworfen, und der Spannungsabfall betrug nur 1,2 % nach
900 Betriebsstunden. Die folgende Tabelle beschreibt die
Volt-Ampere-Oharakteristiken der Zellen nach 812 Betriebsstunden :
ASF** Volt ASi1 VOLT
0 | 1,06 |
20 | 1,01 |
40 | 0,973 |
60 | 0,950 |
100 | 0,909 |
150 | 0,860 |
200 | 0,816 |
250 | 0,773 |
300 | 0,726 |
350 | 0,695 |
400 | 0,670 |
p.s,i,g. =s pounds per square inch gage
ASff ».-Ampere per square foot
v, . ■ - Patentansprüche -
s 809806/Gt$1
Claims (1)
- PatentansprücheZS « SS SS « S! SSCX ZU SS ™£3 « — SSt SSSS S SX SS SS SS St-™S SI SS SS. SS SS1. Verfahren zur Herstellung von Silber mit grosser Oberfläche, dadurch gekennzeichnet , dass ein wasserlösliches' Silbersalz und eine wasserlösliche Qarboxylsäure und/oder ein wasserlösliches öarbosylat in einem wässrigen Medium vermischt werden, dass der gebildete Silbercarbosylatniederschlag dann abgetrennt, getrocknet imd auf eine Temperatur von etwa, 350C ü"be;? der Zersetzungstemperatur des Silbercarboxylates bis auf etwa 375°G erhitzt XvIMj ma so reduziertes Silber zu erhalten«ο Verfahren nach Anspruch 1-5 dadurch gelcennzeichn e t r: dass bei dem Heizprosess da,s Silbercarborr^lat auf eine erhitzte Fläche aufgebracht wirdoο Verfahren nach Anspruch 1 oder 29 dadurch gekennzeichnet a dass in einem weiteren Verfahrensschritt der getrocknete Silbercarboxylatniederschlag auf eine Teilchengrössenfraktion mit einer Siebnummerndifferenz von 10 (25 Tyler mesh) gebracht wird.Verfahren nach Anspruch 3j dadurch g e k e η η ζ e i α h- · η e t j dass die Teilchen auf eine Grosse zwischen den Siebnummern 4- und 14- (10 bis 35 Tyler mesh) gebracht werden.8D9806/07815. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Silbercarboxylatniederschlag durch Ifrarotbestrahlung getrocknet wird.6· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e kennzeichnet , dass in einem weiteren, Verfahrensschritt der Niederschlag vor der Trocknung ait Vas·er gewaschen wird.7. Verfahren pÄeh einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass in einem ■ weiteren Verfahrensschritt das Silbercarboxylat zu einer düna#a Schicht verteilt wird und dass man diese bis zum Abblättern trocknen lässt.8· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet , dass das wasserlösliche Silbersalz ßilbernitrat ist.9· Verfahren nach einem der vorhergehdnen Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet , dass das Silbercarboacylat unter Verwendung von Oxalsäure oder Ameisensäure hergestellt wird.0 9 8 0 6/0781;■'
Applications Claiming Priority (1)
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DE1442548A1 true DE1442548A1 (de) | 1968-10-31 |
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