DE1471644A1 - Verfahren zur Herstellung poroeser Elektroden - Google Patents

Verfahren zur Herstellung poroeser Elektroden

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Description

Unsere Hi*. 10.962
Esso Research, and Engineering Company Elizabeth, IT.J., V.St.Ä.
Verfahren zur Herstellung poröser Elektroden .
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von porösen Elektroden, insbesondere von Elektroden, die in Zellen zur Erzeugung von elektrischer Energie durch elektrochemische Oxydation eines flüssiges Brennstoffes verwendet -werden. Die Erfindung bezieht sich ferner auf poröse Elektroden und elektrochemische Zellen, in denen diese verwendet werden.
Bisher bestanden Elektroden für elektrochemische Reaktionen und/oder Brennstoffelemente aus porösen Kohlekörpern, Metallgittern, metallüberzogenen Membranen, gesinterten Metallpulvern, die zu geformten Körpern gepreßt worden waren und metallüberzogenen, nichtleitenden Metallgittern.
Die gesinterten geformten Metallkörper wurden gewöhnlich dadurch erhalten, daß man ein oder mehrere fein verteilte Metallpulver mit, einem Bindemittel mischte, so daß die Pulver
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geformt werden konnten und dann den geformten Körper auf hohe Temperaturen erhitzte, um das Bindemittel zu verdampfen und die Metallteilchen zu schmelzen und zu sintern. Zu diesem Zweck mußte der geformte Körper auf Temperaturen von etwa 1040 C gebracht werden.
Es wurde nun gefunden, daß außerordentlich wirksame poröse Elektroden dadurch erhalten werden können, daß man ein fein verteiltes, elektrisch leitfähiges Material mit einem Bindemittel und einem Füllstoff mischt, welcher bei einer Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur des Bindemittels und des elektrisch leitfähigen Materials verdampft wird oder sich zu gasförmigen Produkten zersetzt., das Gemisch zu Gegenständen von gewünschter Form preßt und die geformten Gegenstände auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um den Füllstoff zu verdampfen oder zu zersetzen. Das Bindemittel dient zur Verteilung des Katalysators und verleiht den Elektroden bestimmte erwünschte Eigenschaften; beispielsweise macht es die Elektrode mehr oder weniger hydrophob, verbessert die mechanische Beständigkeit der Elektrode und verringert die Kosten der Elektrode. Die geringeren Kosten werden lei.cht erkenntlich, wenn die erfindungsgemäße Elektrode mit der bisherigen Elektrode verglichen wird, die aus einem Edelmetallgitter mit einem Katalysator, wie z.B. darauf befindlichem Platinsohwarz besteht. Der Füllstoff, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ermöglicht die Regulierung der Porosität der Elektrode. Die erfindungsgemäß hergestellten Elektroden sind außer ordentlich brauchbar in Systemen, in denen der Brennstoff und/oder das Oxydationsmittel die Gegenelektrode vergiften würden. Bisher wurden in Systemen dieser Art Membranen verwendet, um zu verhindern, daß der Brennstoff mit der Kathode und das Oxydationsmittel mit der Anode in Berührung kommen.
Es wurde nun gefunden, daß bei Verwendung einer erfindungsgemäß hergestellten Elektrode eine Membrane nicht nötig ist, um zu verhindern, daß der Brennstoff die Kathode berührt. Mit der erfindungsgemäßen Elektrode kann ein Wandern
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des Brennstoffes dadurch verhindert werden, daß man die Elektrode zwischen eine Brennstoffkammer und die Elektrolytkammer bringt. Die hydrophobe Natur der erfindungsgemäß hergestellten Elektroden verhindert, daß der wässrige Elektrolyt die Poren der Elektrode füllt.
Das erfindungsgemäße Bindemittel kann irgend ein hochmolekulares Material sein, das unter den Bedingungen, bei denen der Füllstoff entfernt wird und unter den Betriebsbedingungen der elektrolytischen Zelle beständig ist. Geeignete Materialien sind halogenierte Kohlenwasserstoffpolymere, wie z.B. Tetrafluoräthylenpolymer, Hexafluorpropylenpolymer, Fluoräthylenpropylenpolymer, ChIortrifluoräthylenpolymer, Polyvinylidenfluoridpolymer, chlorierte Ätherpolymere und wässrige Suspensionen oder Emulsionen der Polymeren.
Die elektrisch leitfähigen Materialien bestehen aus fein verteilter Kohle, Holzkohle, Metallen der Gruppe VIII, Legierungen und Oxyden von Metallen der Gruppe VIII, Gemischen und Legierungen von Metallen der Gruppe VIII und Gruppe VIIB mit Kohle oder Holzkohle, die mit Metallen der Gruppe VIII gesättigt ist, Legierungen oder Oxyden von Metallen der Gruppe VIII und Gemischen und Legierungen von Metallen der Gruppe VIII und der Gruppe VIIB. Nachfolgend werden Beispiele von Metallen angegeben, die bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können s Pt-Au, Pt-Re, Pt-Ir, Pt-Au-Fe, Pt mit Re3O7, Au, Ag und Ni. Die erfindungsgemäßen, elektrisch leitfähigen Materialien wirken sowohl als das elektrisch leitfähige Element, als auch als Katalysator für die Oxydation- und Reduktionsumsetzungen, in der Zelle. Wenn Kohle verwendet wird, ist es am besten, sie mit einem Katalysator, wie z.B. Pt-Re, Pt-Ir oder einem der anderen angegebenen Metalle zu imprägnieren. Die Imprägnierung der fein verteilten Kohle kann nach bekannten Verfahren, wie z.B. Vakuuaufdampfung, Elektroabscheidung oder Sättigung der Lösung mit an schließendem Verdampfen des Lösungsmittels vorgenommen werden.
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Der "Füllstoff kann ein beliebiges feinteiliges Material sein, das sich beim Erhitzen völlig zu gasförmigen Produkten zersetzt oder mittels chemischer Stoffe, die das Bindemittel oder den Katalysator nicht beeinträchtigen, ausgewaschen wird. Der feinteilige Füllstoff muß notwendigerweise bei einer Temperatur, bei der das Bindemittel und die elektrisch leitfähigen Materialien beständig sind, entweder sublimieren oder verdampfen. Als Füllstoffe geeignete Materialien sind Polyäthylen, Polypropylen, Ammoniumoxalat und Ammoniumcarbonat. Die zu wählende Teilchengröße des Füllstoffes richtet sich nach der gewünschten Größe der Poren, da die Größe der Pore im wesentlichen der des Teilchens entspricht.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden außerordentlich wirkungsvolle poröse Elektroden für Brennstoffelemente oder andere elektrochemische Zellen erhalten. Das Bindemittel, das elektrisch leitfähige Material und der Füllstoff werden alle innig gemischt und zu einem starren oder halbstarren Körper gepreßt. Der gepreßte Körper wird dann allmählich bis auf die Zersetzungstemperatur (oder Verdampfungstemperatur) des Füllstoffes erhitzt. Es ist notwendig, daß der gepreßte Körper von einer Temperatur an erhitzt wird, die wesentlich unter der Temperatur liegt, bei der der Füllstoff entfernt wird, und dann allmählich auf diese letztere Temperatur gebracht wird. Während dieses Verfahrens der allmählichen Temperatursteigerung setzen sich zuerst die Füllstoffteilchen an der Oberfläche des Körpers unter Zurücklassen von Hohlräumen. Dann werden die Füllstoffteilchen nacheinander von der Oberfläche in Richtung zur Mitte des Körpers zersetzt, wenn der Körper sich von der Oberfläche zur Mitte hin erwärmt. Die gasförmigen Produkte entweichen aus dem Inneren des Körpers durch die Hohlräume, die von den näher an der Oberfläche befindlichen Teilchen zurückgelassen wurden. Dieser Vorgang der allmählichen Temperatursteigerung zur Entfernung des Füllstoffes führt zu einem porösen Körper, der im
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wesentlichen aus Bindemittel und elektrisch leitfähigem Material besteht, welches als Elektrode in einer elektrochemischen Zelle verwendet werden kann»
Die Wirksamkeit dieser Elektrode kann ferner durch Erhitzen der porösen ElektperSe auf etwa 377° erhöht werden. Diese Färmehehandlungsstufe verlängert die Lebensdauer der Elektrode. Diese Stufe kann während oder nach dem Erhitzen des gepreßten, geformten Körpers zur Zersetzung des Füllstoffes durchgeführt werden. Nachdem der Eulistoff entfernt ist, wird der Körper unter einer Stickstoffatmosphäre etwa 0,1 bis 1,5 Stunden auf 371° bis 385°C erhitzt.
Solche Elektroden können in Brennstoffelementen entweder als Anoden oder Kathoden verwendet werden, wobei die Anode die Elektrode ist, an der ein Brennstoff oxydiert wird, und die Kathode die Elektrode ist, an der das Oxydationsmittel reduziert wird.
Die prozentuale Zusammensetzung der Materialien zur Herstellung der Elektroden beträgt etwa 22 bis 60 Gew.-# elektrisch leitfähiges Material, etwa 10-35 Gew.-# Bindemittel und etwa 15 bis 55 Gew.;-# Füllstoff. Der Druck, bei dem die Elektrode gepreßt wird, kann zwischen etwa 210 und 1400 atü liegen. Jeder Druck innerhalb der vorstehenden Grenzen ist anwendbar. Drucke unterhalb oder oberhalb dieser Grenzen führen zu minderwertigen oder nicht ordentlich arbeitenden Elektroden.
Die nach dem vorstehenden Verfahren erhaltenen Elektroden können durch Imprägnieren der fertigen Elektrode· mit einem Katalysator, nachdem sie in die gewünschte Form gepreßt und durch Erhitzen penräs gemacht wurden, noch wirksamer gemacht werden* Nachdem d±e Elektrode gepreßt und porös gemacht worden ist» wird sie in einen Tank gegeben, in welchem zwei verschiedene flüssige lösungen: je eine Fläche der Elektrode ber&hren»J6Öimen* Die Seite der Elektrode, die bei Verwendung iTKßeinieÄ Brennstoftelememt normalerweise mit dem ElektrolytfiK indBerüshrung ist*
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mit Wasser oder einem Elektrolyten, z.B. HpSO., IaOH oder KOH bedeckt, und die andere Seite wird einer Lösung des Katalysatorsalzes ausgesetzt, in der das Lösungsmittel eine Oberflächenspannung von nicht mehr als 50 dyn/em hat. Fach. Absorption des Katalysatorsälzes wird das Salz durch Behandeln mit einem Reduktionsmittelj, wie z.B. Hatriuraborhydrid, Arylsilan, Alkylsilan, Formaldehyd oder Ameisensäure zu seiner aktiven Form reduziert. Die Elektrode wird dann gewaschen und getrocknet. Dieses Verfahren der Imprägnierung der Elektrode mit einem Katalysator ist sehr wirksam, da der Katalysator an der Stelle der Elektrode abgelagert wird, wo er am besten ausgenutzt wird. Die Katalysatorimprägnierung ist be-* sonders wirksam, wenn das elektrisch leitfähige Material in der Elektrode fein verteilte Kohle ist.
Das Lösungsmittel für das Katalysatorsalz ist eine Flüssigkeit, die eine Oberflächenspannung von nicht mehr als 30 dyn/cm, vorzugsweise von etwa 15 bis 30 dyn/cm und besonders zwischen 22 und 29 dyn/cm hat. Flüssig·?· keiten, die als Lösungsmittel für das Katalysatorsalz verwendet werden können, sind Acetaldehyd, Aceton, Allylalkohol, Benzol, sec, normal- und tert.-ButylalköhoXe, Chloroform, Äthylalkohol, A'thyläther, Isobutylalkohol, Isopropylalkohol, Methylalkohol, 0ctylalkohol, Propylalkohol, Propylamin, Toluol, Trichloräthan und meta- und para-Xylol.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele eingehender beschrieben, die lediglich der Erläuterung dienen und nicht den Rahmen 4er„Erfindung, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen festgelegt wird, beschränken sollen.
Beispiel It ; ,
Eine Elektrode wurde vorbereitet durch iraiiges Mischen von 1 g Tetrafluoräthylenpolymer, 2 g eines Katalysators aus pulverisierter Kohle, die mit 6 # Pt-Ir
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imprägniert war, und 1 g Ammoniumoxalat als Füllstoff. Dieses Gemisch, wurde in einer Kugelmühle innig gemischt. Dann wurde das Gemisch bei 1050 atil zu einer festen Waffel gepreßt. Diese wurde dann langsam eine Stunde lang an der Luft auf 193°0 erhitzt, wobei das Ammoniumoxalat verdampfte und aus dem Körper austrat. Die auf diese Weise erhaltene Elektrode wurde als Anode in einem Brennstoffelement getestet, das mit einem organischen Brennstoff und einem 30 Gew.-# Schwefelsäure enthaltenden Elektrolyten arbeitete und bei 100 G betrieben wurde. Mit dieser Zelle wurden zwei Versuche vorgenommen. Beim ersten Lauf wurde Ithan und beim zweiten lauf wurde Äthylen als Brennstoff verwendet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle I angegeben:
Tabelle It
Brennstoff Polarisation in Bruchteilen des theoretischen
Wertes bei den angegebenen Mill iamp«/cm2-Wert en.
108
* 0 0, 4_ 10,8 21, L·
Äthan 0 ,12 0, 25 0,32 o, 45
Äthylen 0 ,12 25 0,31 0, 38
Beispiel 2:
0,49 0,60
Eine Anzahl von Elektroden wurde gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt und als Elektrode in einem Brennstoffelement getestet. Die Elektroden wurden hergestellt, um verschiedene prozentuale Zusammen Setzungen zu testen. Alle hergestellten Elektroden arbeiten wirkungsvoll als Elektrode in einem Gaselement. Die hergestellten Elektroden hatten die folgenden Zusammensetzungexit
A. 50 Gew.% eines elektrisch leitenden Materials
aus 12,5 # Pt-Au auf Kohle, 25 Gew,# Tetrafluoräthyl en als Bindemittel und 25 Gew.# Ammoniumoxalat als !Hillstoff*
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B. 50 Gew.$ eines elektrisch leitenden Materials aus 6 $> Pt-Ir auf Kohle, 25 Gew.?S Tetrafluoräthylen als Bindemittel und 25 Gew.$ Ammoniumcarbonat als füllstoff.
C. 33 Gew.# eines elektrisch leitenden Materials aus 6 % Pt-Ir auf Kohle, 17 Gew.# Tetrafluoräthylen als Bindemittel und 50 Gew.# Ammoniumoxalat als Füllstoff.
D. 25 Gew.?£ eines elektrisch leitenden Materials aus Platinschwarz, 25 Gew.$ Tetrafluoräthylen als Bindemittel und 50 Gew.$ Ammoniumcarbonat als Füllstoff.
B. 57,1 Gew»% Platinschwarz als elektrisch leitendes Material, 14,3 Gew.-?6 Tetrafluoräthylen als Bindemittel und 28,6 Gew.# Ammoniumcarbonat als Füllstoff.
F. 40 Gew.# eines elektrisch leitenden Materials aus 6 # Pt-Ir auf Kohle, 20 Gew.# Tetrafluoräthylen als Bindemittel und 40 Gew.-^ Ammoniumcarbonat als Füllstoff.
Jede der Elektroden A bis F wurde bei Drücken von 246 bis 703 atü gepreßt und dann allmählich auf die Zersetzungstemperatur des Füllstoffes erhitzt. In federn der Fälle wurde eine poröse Elektrode erhalten, die im wesentlichen aus dem Katalysator und dem Bindemittel bestand.
Beispiel 3:
Eine Elektrode wurde vorbereitet durch inniges Mischen von 1 g eines fein verteilten Tetrafluoräthylen-
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U71644
polymeren mit im wesentlichen gleichmäßigen Teilchendurchmessern von etwa 55 Mikron, 2 g pulverisierter Kohle, die mit 6 # Pt-Ir imprägniert worden war, und 1 g Ammoniumoxalat als Füllstoff. Dieses Gemisch wurde in einer Kugelmühle innig gemischt. Dann wurde das Gemisch bei 550 atü zu einer festen Waffel gepreßt. Die Waffel wurde dann langsam in luft auf 195 C erhitzt und etwa eine Stunde bei dieser Temperatur gehalten, während welcher Zeit das Ammoniumoxalat verdampfte und aus dem Strukturkörper austrat. Der erhaltene poröse Körper wurde dann als Kathode in einem Brennstoffelement unter Erzielung der folgenden Ergebnisse verwendet.
Tabelle II:
Oxydations- Polarisation in Bruchteilen des theore- «
mittel tischen Wertes b.d. angegeb.Milliamp./cm -
Werten
0 1Q.8 54 108
luft 0,25 0,27 0,57 0,45
809813/1066 ^ >" \ϊ
Beispiel 4
Die Elektrode wurde vorbereitet durch. Mischen von 2 g eines fein verteilten Tetrafluoräthylenpolymeren, 2 § Platinschwarz und 4- g .Ammoniumcarbonat« Die Stoffe wurden innig gemischt und bei 492 atü zu einer festen Waffel gepreßte Diese Waffel wurde dann allmählich in Luft während einer Stunde auf 60°C erhitzt, während welcher Zeit das Ammoniumcarbonat verdampfte und aus dem Körper austrat· Der poröse Körper wurde dann als Anode in einem Brennstoffelement verwendet, das mit einem organischen Brennstoff und einem Gew,-% Phosphorsäure enthaltenden Elektrolyten bei 150°C arbeitete.» Mit dieser Zelle wurden 3 Versuche durchgeführte Im. ersten Lauf wurde Propan als Brennstoff verwendet, im zweiten Lauf Äthan, und im dritten Lauf Isobutene Die bei diesem Versuch erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle III angegeben.
Tabelle III
Brenn- Polarisation in Bruchteilen d. theoret· Wertes stoff b.do angegeb. Milliamp/cm Werten
0 10,8 21,6 0,40
Propan O1OO 0,21 0,26 0,46
Äthan 0,05 0,26 0,31 _.—
Isobutan 0,05 0,30 0,38
Beispiel 5
Eine Elektrode wurde durch, inniges Mischen von 4 g fein verteilter, mit einem 6%-igen Pt-Ir-Katalysator impräg-
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nierter Kohle, 2 g Tetrafluoräthylenpolymer und 2 g Ämmoniumoxalat vorbereitet« Das Gemisch wurde 20 Min· in einer Kugelmühle gemahlen und dann "bei 703 atü gepreßte Dann wurde die Elektrode unter einer Stickstoffatmosphäre 2 Std. allmählich bis auf eine Temperatur von 377°C erhitzt. Die erhaltene Elektrode wurde getestet und erwies sich bei wiederholten Versuchen 4se^ beständige Anode in einem Brennstoffelement, das mit 30 Gew.-% Schwefelsäure als Elektrolyt und Äthan als Brennstoff arbeitete0 Die Temperatur der Zelle wurde bei etwa 10O0O gehalten, und Luft wurde als primäres Oxydationsmittel verwendet« Die Polarisation der Elektrode betrug 0,56 Volt bei 20 Milliamperes/
cm in aufeinanderfolgenden Versuche« Dies ist überraschend, da normalerweise die Elektroden in aufeinanderfolgenden Versuchen eine Zunahme der Polarisation zeigen·
Beispiel 6
Eine Elektrode wurde durch inniges Mischen von 4 g $ein verteilter, mit 6 % Pt-Ir-gesättigter Kohle, 2 g Tejbra— fluoräthylen und 2 g Ammoniumoxalat vorbereitet« Das Gemisch wurde bei 703 atü gepreßt und dann allmählich in Luft auf 193°C erhitzt« Bei dieser Temperatur trat Zersetzung des Ammoniumoxalats ein, das dadurch aus der gepreßten porösen Elektrode ausgetrieben wurde. Die Elektrode wurde dann in eine Stickstoff atmosphäre gebracht und zwei Stunden auf 3790C erhitzt« Sie wurde als Anode in einem Brennstoffelement getestet, bei dem Äthan als Brenn» stoff, 30 Gew.%-ige Schwefelsäure als Elektrolyt und Luft als Oxydationsmittel verwendet wurden. Die Zelle wurde bei etwa 10O0G betrieben. Die Tests zeigten, daß die Elektrode
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beständig ist, d.ho daß sie während aufeinanderfolgender Versuche eine im wesentlichen konstante Polarisation auf
Beispiel 7
Eine Elektrode, die nach dem "Verfahren des Beispiels 1 erhalten worden war, wurde so in einen .Behälter gegeben^ daß sie denselben in zwei Kammern teilteo Die Seite der Elektrode, die normalerweise in der Zelle mit dem Elektrolyten in Berührung kommen würde, wurde mit destilliertem Wasser bedeckt« Die andere Seite der Elektrode wurde mit einer Lösung bedeckt, die aus einer 5 %-igen Lösung von Chlorplatinsäure.in Äthylalkohol bestand. Man ließ die Elektrode mit den Lösungen 16 Std0 in Berührung, zog sie dann heraus und trocknete sie bei etwa 1CW-0Co Die getrocknete Elektrode wurde dann in eine 1 9^-ige wässrige NaBEL-Lösung 30 Minuten eingetauchte Dann wurde die Elektrode entnommen und aLs Anode in einem Brennstoffelement getestet, das Äthan als Brennstoff und als Elektrolyt 30 Gew^-ige Schwefelsäure enthielt und bei etwa 10O0C betrieben wurde. Durch dieses Verfahren wurde die Energieabgabe der Zelle über den Wert der nach dem Beispiel 1 erhaltenen Elektrode angehoben.». Die Polarisation bei 21,4 Milliamp^res/cm betrug.für die Elektrode dieses Beispiels 0,27 Volt, während die der Elektrode nach Beispiel 1 0,45 Volt betrüge Eine anschließende gesteuerte Sättigung erhöht die Wirksamkeit der Elektroden«.
Beispiel 8
Bs wurde eine Elektrode hergestellt, bei der Tetrafluoräthylen in Form einer wässrigen Suspension statt als ge-
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trocknetes Pulver verwendet wurde« Diese Elektrode wurde durch Mischen von 10 g Kohle, welche mit einem 6 ^igen Pt-Ir-Katalysator imprägniert worden war, 100 ecm Wasser und 0,5 ecm eines oberflächenaktiven Mittels
Hi9Cft —ν /7— (Ogohzl)v-°cohc» wobei χ 8 oder 9 bedeutet, und 5»3 ecm einer wässrigen 33 Gewo%-igen Tetrafluoräthylenpolymer-Suspension erhalten. Dieses Gemisch wurde dann filtriert und 2 StjAunden an der Luft getrocknet. Das Material wurde dann in fiwei Teile geteilt, und 2 Elektroden wurden daraus hergestellt©
A. Die Elektrode wurde durch Trocknen des lufttrockenen Gemisches bei 1100C4 Mahlen des Gemisches in einer Kugelmühle mit 3 g Ammoniumoxalat während 20 Minuten und Pressen des Gemisches bei 703 atü zu der gewünschten Gestalt hergestellt» Die gepreßte Elektrode wurde dann unter Stickstoff eine Stunde auf 3820C erhitzt«, Die Elektrode wurde dann, als Anode in einem BrennstofiäLement getestet, bei dem Wasserstoff als Brennstoff verwendet wurde. Bei 500 Milliamp./cm betrug die Polarisation der Elektrode nur 0,11 YoIt.
B·. Die zweite Elektrode wurde durch Mahlen der luflgetrockneten Paste in einer Kugelmühle mit 3 g Ammoniumoxalat während 20 Minuten und Pressen zu einer Form bei 703 atü hergesteEt« Die Elektrode wurde dann unter einer Stick— Stoffatmosphäre 65 Min«, auf 3820C erhitzte Die Elektrode wurde dann getestet, und es wurde gefunden, daß sie im wesentlichen der ersten, in Absatz A. beschrg&benen Etektro· de entsprach·
Beispiel 9
Eine Elektrode wurde durch Mischen von 10 g einer mit Pt-
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nierten Kohle mit 100 ecm i/asser und O1,5 ecm eines oberflächenaktiven Mittels, wie z.B. H^ög/^-COögH.)x-0G2% ' bei dem χ 8 oder.9 ist, und 5,3 ecm einer Tetraf^luoräthylensuspension mit einein Gehalt von 33 Gew«-$ Tetrafluoräthylen vorbereitet« Das Gemisch wurde filtriert und etwa 2 Stunden an der Luft getrocknet, und dann in einer Kugelmühle mit 6 g Ammoniumoxalat etwa 20 Minuten gemahlen» Dann wurde das Gemisch bei 603 atii zu einem Körper gepresst ο Der gepresste Körper wurde dann langsam 20 Minuten lang bis auf 199°C erhitzte Dadurch wurde das Ammoniumoxalat langsam unter Zurücklassen einer porösen Struktur zersetzt» Die Elektrode wurde In einem Brennstoffelement getestet, bei dem Wasserstoff als Brennstoff verwendet wurde, und sie wurde als sehr wirkungsvoll befunden,
Beispiel 10
Um eine leichtere Handhabung der Elektroden zu ermöglichen, wurden zwei Elektroden durch Mischen von 2 g eines pulverisierten Tetrafluoräthylenpolymeren, 4 g pulverisierter, mit 6 Gew.-$ Pt-Re imprägnierter Kohle und 2 g Ammoniumoxalat als .Füllstoff vorbereitet. Das Gemisch, wurde dann in einer Kugelmühle innig vorbereitet» Das Gemisch wurde in einer Kugelmühle innig vermählen» Dann wurde es in 2 Teile geteilt, und die beiden Elektroden wurden wie folgt hergestellt :
a) Der erste Teil wurde auf ein Tantal-Gitter aufgetragen und bei 630 atü zu einer festen Waffel gepresst, Diese Waffel -wurde dann langsam in Luft auf 193°0 erhitzt, um das Ammoniumoxalat zu zersetzen» Dadurch wurde eine mit
A. bezeichnete poröse Elektrode erhalten.
b) Der zweite Teil wurde auf ein Glasfaser-Gitter aufgetragen und dann bei 703 atü zu einer Waffel gepresst»
809813/1066 BAD 0B1G4MAL
Diese Waffel wurde, dann laiig sam bis auf 193 C erhitzt, u.a. den Füllstoff zu zersetzen,, Auf diese Weise wurde
ein"als Elektrode B bezeichneter poröser Körper erhalten«
Die beiden Elektroden A und B wurden dann auf ihre Be-' ständigkeit bei der Handhabung getestete Die Elektroden' mit den darin befindlichen" Gittern erforderten weniger ^ Sorgfalt, da sie nicht so'brüchig waren'wie Elektroden ' ohne Gitter«, Die Wirksamkeit der Elektroden wurde durch die Gegenwart der Gitter tiicht beeintrachtigtV
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Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1. Verfahren zur Herstellung einer porösen Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß man ein fein verteiltes, elektrisch leitendes Material mit einem Bindemittel und einem !Füllstoff micht, der verdampft oder sich zu einem gasförmigen Produkt zersetzt, wenn er auf eine Temperatur erhitzt wird, dio unterhalb der Temperatur liegt, hei der sich das elektrisch leitende Material und das Bindemittel zersetzen, das Geraisch zu einer gewünschten Struktur preßt und das gepreßte Material auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um den Füllstoff zu zersetzen oder zu verdampfen.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein halogeniertes Kohlenwasserstoffpolymer ist.
    3· Verfahren nach .Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel polymerisiertes Tetrafluoräthylen ist.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Material ein zur Katalysierung der Beduktions- oder Oxydationsumsetzung in einem Brennstoff element geeigneter Katalysator ist oder einen solchen enthält«
    5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Material Holzkohle oder ein Metall, eine Legierung oder ein Oxyd eines Metalls der Gruppe VIII oder Gemische von Metallen, Legierungen oder Oxyden der Metalle der Gruppe VIII mit Me-
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    BAD ORIGINAL
    ballen der Gruppe VII ist oder aus Kohle oder Holzkohle "besteht, die mit einem der vorstehenden Metalle, Legierungen oder Oxyde», oder Gemische imprägniert ist·
    6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Material itohle ist, die mit 6 Gew.-% eines Gemische aus Platin und Iridium imprägniert ist.
    7. Verfahren nach Anspruch 1 Ms S, dadurch gekennzeichnet, daß der Baustoff ein Kohlenwasserstoff polymer oder ein flüchtiges Salz ist.
    Ο» Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Polyäthylen oder Polypropylen ist.
    9» Verfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß der lUllstoff ein flüchtiges Salz, wie z.B. Amraoniumoxalat oder Ammoniumcarbonat ist.
    10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet» daß das Bindemittel in F.-rm eines fein verteilten Pulvers verwendet wird.
    11« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel in Form einer wässrigen Suspension verwendet und das Gemisch erhitzt wird, um das Wasser vor dem Pressen zu dem geformten Gegenstand zu entfernen.
    12· Verfahren nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Geaiach bei einem Druck zwischen 210 und 1.400 kg/cm Überdruck in die gewünschte Gestalt gepreßt wird·
    15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, eßte Gegenstand
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    daß der gepreßte Gegenstand auf 1950C erhitzt wird, um
    den Füllstoff zu entfernen«
    14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode gleichzeitig mit oder nach der TSatfernuns dos Füllstoffs auf 371 bis 332°C erhitzt wird.
    15· Vorfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dal» im Auscnluii au die Eubfexmuns des Füllstoffes die i&ektrode auf 371 bis 3820C in einer Stickstoffatmosphäre erhitzt wird.
    16. Verfahren nach Anspruch 1 bi3 15, dadurch gekennzeichnet, daß die fertige Elektrode nit einem Katalysatormaterial imprägniert Mrd·
    17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator eines der Metalle, Oxyde oder Gemische des Anspruchs 2 ist.
    18. Verfahren nach Anspruch 16 und 17» dadurch, gekennzeichnet, daß die nach dbm Verfahren der Ansprüche 1 bis· 17 erhaltene poröse Elektrode so in ein Gefäß gegeben wird, daß sie das Gefäß in zwei Teile teilt, »der Teil des Gefäßes auf der Seite der Elektrode, die mit dem ÜLektrolyten in dem Brennstoffelement in Kontakt kommen soll, mit einem wässrigen Medium gefüllt wird, der Teil auf dtr anderen Seite der .Elektrode mit einer Lösung eines 3alaee des gewünschten Katalysatormaterials in einem Lösungsmittel mit einer Oberflächenspannung zwischen 15 und 50 dyn/cm für eine genügend longe 2eit gefüllt wird, um die Elektrode mit der Lösung zu imprägnieren, darauf die Lösung entfernt wird und dieser Teil des Gefäßes mit einer
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    v.dssrigen L'isurig eines reduzierenden Mittels gefüllt wird, Uli das in der elektrode abgelagerte Metallsalz zu reduzieren.
    19· Verfahren nach Auupruch 16, dadurch gekennzeichnet, daii das Lösungsmittel .für das katalytische 2äet allsalz Äthylalkohol ist.
    20. Verfahren üaon Anspruch. 16, dadurch gekennzeichnet, daß das "aiisarige Üediim Wasser ο dar eine wässrige Lösung von Schwefelsäure, Phosphorsäure, Natriumhydroxid oder Ammonluirihydröxyd ist.
    21· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das reduzierende Mittel Eatriumborhydrid, ein Arylsilan, ein Alkyloilan, For^ialdehyd oder Aaieisensäure ist·
    22. Verfahren zur Herstellung einer porösen Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß man fein verteiltes Tetrafluorethylen, fein verteilte, elektrisch leitende Teilchen, die aus einer ia.it 6 % Pt-Ir gesättigten Kohle bestehen, und Ammoniumoxalat innig miecht, das Gemisch bei 551 "titü' preist tind den gepreßten Körper langsam auf 1930G orhitzt« :'■■■■■■
    25· Verfahren zur Herstellung einer poxH5se.n Hlektrode, dadui^ch gekennzeichnet·, daß man
    a) fein verteilte, katalysierte Kohle, Ammoniumoxalat und eine τ/ässrige Susijension von Setraflxioräthylen mit V/asser, das H17C8 —v N—(002H4)x~0C?H5, vjol'öi χ ,' oder 9 bedeutet, enthält, innig rai
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    b) das Gemisch filtriert und trocknet,
    c) das Gemisch zu einer gewünschten Gestalt preßt, und
    d) den geformten Körper langsam auf etwa 193 "bis 1980G in Luft erhitzt, um einen porösen Körper zu bilden·
    24. Verfahren nach Anspruch 23» dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Körper unter Stickstoff auf etwa 371 bis 382°G erhitzt wird.
    25· Verfahren zur Herstellung einer porösen Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß man
    a) Tetrafluoräthylenpolymer, fein verteilt Kohle und Ammoniumoxalat innig mischt,
    b) das Gemisch zu einer gewünschten Gestalt preßt,
    c) den geformten Körper in Luft unter Bildung eines porösen Körpers auf etwa 1930C erhitzt,
    d) den porösen Körper unter einer Stickstoffatmosphäre auf etwa 371 bis 3820C erhitzt,
    e) gleichzeitig eine Seite des porösen Körpers mit destilliertem Wasser und die andere Seite desselben mit einer Lösung in Berührung bringt, die ein katalytisches Metallsalz in einem Lösungsmittel mit einer Oberflächenspannung zwischen etwa 15 und 30 dyn/cm gelöst enthält, und
    f) den porösen Körper mit einer reduzierenden Lösung von Natriumborhydrid in Wasser in Berührung bringt.
    26. Brennstoffelement, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Elektroden der vorstehend beschriebenen Art darin verwendet werden.
    Für Esso Research and Eng. Comp.
    BAD ORIGINAL 13/1066
    Rechtsanwalt
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