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Brennstoffzellenelektrode Diese Erfindung betrifft verbesserte Brennstoffzellen
und insbesondere Anoden, die in Brennstoffzellen verwendet werden.
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Unter einer Brennstoffzelle wird im hier verwendeten Sinne eine Vorriohtung
verstanden, die durch Oxidation ein.. Brennstoffs elektrische Energie erzeugen kann.
Genauer gesagt, um. fasst eine Brennstoffzelle ein Gehäuse, zwei elektrisch leiste
fähige Elektroden, die aus einem katalytischen Material bestehen oder damit imprägniert
sind, Verbindungsklemmen, die an 3eder Elektrode angebracht sind, um einen elektrischen
Kontakt mit einem äusseren Stromkreis herzustellen, und einen Elektrode lyten, der
als Ionenübertragungsmedium wirkt. Ein oxidierendes Gas, wie Luft, wird der Oxidanselektrode
(der Kathode) zugerührt; und ein Brennstoff, wie Wasserstoff, Methanol, Formaldehyd
usw., wird der Brennstoffelektrode (der Anode) zugeführt, An der Kathode werden
Elektronen verbraucht, so dass das Oxidans in Ionen Ubergeruhrt wird; und an der
Anode wird der Brennstoff
unter Freisetzung von Elektronen oxidiert.
Es fliesst daher eih nutzbarer Elektronenstrom von der Anode durch den äusseren
elektrisch leitfähigen Kreis zu der Kathode. Wenn der Elektrolyt alkalisch ist,
wandern negative Ionen nach der Anode und nehmen an der Oxidationsreaktion teil.
Wenn der Elektrolyt sauer ist, wandern positive tonen nach der Kathode und nehmen
an der Reduktionsreaktion teil.
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Die Anoden, die sich bei Verwendung in Brennstoffzellen bislang am
besten bewährt haben, sind entweder aus sehr teuren Materialien gebildet oder enthalten
solche Materialien als Katalysatoren. Platin, Palladium, Rhodium, silber und Verbindungen
solcher Stoffe sind als Anodenkatalysatoren verwendet worden und haben dazu geführt,
dass die Brennstoffzelle wirtschaftlich uninteressant wird. Obwohl weniger kostspielige
Materialien vorgeschlagen worden sind, bietet keines dieser Materialien genügend
niedrige Kosten je Leistungseinheit, insbesondere bei Verwendung zusammen mit dem
erwünschteren, sauren Elektrolyten, um mit Platin und dgl. bei der Verwendung als
anodische Katalysatoren in Brennstoffzellen konkurrieren zu können.
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Im breitesten Sinne stellt die vorliegende Erfindung eine Brennstoffzelle
bereit, in der der Anodenkatalysator ein säureunlösliches, festes Material ist (praktisch
unlöslich in einer 15%igen, wässrigen Lösung von Chlorwasserstoffsäure bei 90 °C),
das aus 10 bio 99 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 90 %, mindestens eines Molybdänoxids
und aus 1 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 90 % Wolframdisulfid besteht, wobei
dem Oxid die Fonnel MOOx zukommt, wobei "x" einen Wert von 2 bis 2,86 hat, und wobei
mindestens die exponierten Bereiche des festen Materials das Wolframdisulfid enthalten.
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Dass das Wolframdisulfid des Katalysators in denjenigen Bereichen
des resten Materials angeordnet wird, die dem Elektrolyten ausgesetzt sind (bezw.
mit ihm in Berührung kommen), ist fur die Betriebsfähigkeit des Katalysators wichtig.
Es sollte daher derart als Schicht oder Überzug auf dem Molybdänoxid vorliegen,
dass es vom Inneren des festen Materials mikroskowisch oder analytisch unterscheidbar
ist. Die innere und die äussere Schicht müssen so innig miteinander vereinigt sein,
dass die Elektronenleitung zwischen den Bereichen erleichtert wird. Einfache Mischungen
von Molybdänoxidteilchen mit Wolframdisulf'idteilchen sind als Katalysator rur die
vorliegende Erfindung brauchbar. Solche Mischungen werden aber nicht bevorzugt,
da an den Teilchenberührungsflächen ein Widerstand gegen elektrische Leitung auftritt.
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Der Katalysator kann aus einzelnen Teilchen des wie oben definierten,
säureunlöslichen, festen Materials zusammengesett sein, so dass jedes Teilchen katalytisch
aktiv ist. Andererseits kann der Katalysator auch eine verhältnismässig ausgedehnte
Molybdänoxidtafel sein, welche das Wolframdisulfid in ihrer äusseren Schicht aufweist.
Die zuletzt genannte Struktur stellt den minimalen Schwefelgehalt bereit, der in
dem Katalysator vorhanden sein kann. In einer Oxidtarel mit einem monomolekularen
äusseren Bereich aus Disulfid Uber einer Molybdändioxid-Platte beträgt der Schwefelgehalt
im allgemeinen etwa 0,4 Gew.-, was einem Oxid:Disulfid-Verhältnis von 99 : 1 entspricht.
Der maximale Schwefelgehalt tritt in winzigen Molybdänoxidplättchen auf, in denen
die äusseren Bereiche überwiegend, aber nicht vollständig mit dem Disulfid überzogen
sind. In diesem Falle ist der Katalysator erfindungsgemäss brauchbar, und das Oxid
: Disulfid-Verhältnis liegt Uber 1 : 9,
Katalysatorherstellung Im
allgemeinen eignet sich jede beliebige Methode zum Vereinigen von Oxiden mit Sulfiden
fur die Herstellung des erfindungsgemäss verwendeten Katalysators. Gemäss einer
dieser Methoden wird eine Suspension des Oxids mit einer tidaung des Sulfids unter
Bildung des unlöslichen Produktes behandelt. Wenn das Molybdinoxid als Aus:angsmaterial
für die Herstellung des Katalysators verwendet wird, kann es das stöchiometrische
Oxid (MoO2) oder nicht-stöchiometrische Oxide (Mo4O11, Mo8O23, Mo9O26, etc..) sein.
Die Abstimmung des Molybdänoxids im Endprodukt reicht jedoch von MoOS bis Mo8O23,
d. h. MoO2, wobei "x" 2 bis 2,88 beträgt.
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Gemäss einer bevorzugten Methode zur Herstellung des katalytischen
Materials wird das Molybdänoxid innig mit Wolframdisulfid vermischt. Mahlen des
Oxids und des Disulfids mit grossen (1,27 cm; 1/2 inch) keramischen Kugeln bringt
ausreichend hohe Energie hervor, um einen brauchbaren Katalysator zu ergeben. Auch
einfaches Mischen von Hand oder durch Schleudern der Materialien in einer Trommel
ergibt ein als Katalysator brauchbares Material, Oxidplatten können durch Abscheidung
aus der Dampfphase oder andere Methoden mit einer dünnen Disulfidschicht derart
überzogen werden, dass die exponierten Bereiche der Platte sulfuriert sind. Es ist
auch möglich, die Platten durch Verpressen von zuvor herge stellten Teilchen des
katalytischen Materials herzustellen.
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Wenn Teilchen des oben definierten, säureunlöslich, festen Materials
hergestellt werden, reicht die Grösse solcher Teilchen von 1 bis 10 Mikron. Die
Erfindung ist jedoch nicht darauf begrenzt, da kleinere und grössere Teilchen ebenfalls
aktive Katalysatoren bilden. Es ist auch darauf hinzuweisen,
dass
die Verminderung der Teilchengrösse, nachdem der Katalysator gebildet worden ist,
nicht wünschenswert ist. Körnen oder Mahlen des säureunlöslichen, festen Materials
führt leicht zu Änderungen der Sulfidverteilung in dem Teilchen und kann die sulfurierten
Bereiche einwärts verlegen.
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Anoderherstellung Die erfindungsgemässe Anode besteht vorzugsweise
aus einer Grundschicht, die gewöhnlich ein elektrisch leitfähiges, gegenüber dem
Elektrolyten chemisch beständiges Material ist, das das zuvor beschriebene katalytische
Material trägt, Obgleich jedes beliebige elektrisch leitfähige Material, einschliesslich
Gold und den jenigen Metallen der Gruppe VIII des Periodensystems der Elemente,
die gegenüber dem Elektrolyten beständig sind, brauobbar ist, ist die Verwendung
von solchen Materialien vorzuziehen, die verhältnismässig wohlfeil sind, damit die
massgeblichen Vorteile des Katalysators erhalten bleiben. So können einige Übergangsmetalle,
w wie Wolfram und tantal, als solche oder in ihren legierungen, z.B. in rostfreien
Stahl, Nickel-Alumlnium-Legierungen usw., verwendet werden. Geeignete Elektroden
können ausserdem auch aus Metalloxiden, Kohlenstoff, Carbiden, leitfähigen keramischen
Stoffen, leitfähigen polymeren Massen oder den in der US-Patentschrift 3 297 487
offenbarten Hetall/Silicium~Kombinationen geformt werden. Die Elektrodengrundschicht
kann in Platten-, Stab- oder Zylinderform oder vorzugsweise in Form einer porösen
oder löcherigen Grundlage» z.B. als Sieb, Geflecht, Wolle usw., um eine maximale
Oberfläche bereit zu stellen, verwendet werden.
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Das katalytische Material kann einem Bindemittel einverleibt und die
Kombination kann unter Druck aur die elektrisch leitfähige Grundschicht aufgebracht
werden. Als Bindematerial lassen sich Polymere, wie chlorierter Butylkautschuk,
Polystyrol, Polymethylmethacrylat,
Polyäthylenterephthalat, Polyvinylchlorid,
Polyvinylfluorid, Polytetrafluoräthylen und andere Fluorkohlenstoffpolymere, Polyurethane,
Polybutadien, Polyisopren, Polyamide, Polyimide, chlorsulfoniertes Polyäthylen,
chlorierte Polyäthylene und dgl., verwenden.
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Im wünschenswertesten System wird das katalytische Material als Teil
eines doppelpoligen Leitersystems verwendet. Doppelpolige Leitersysteme bicten die
folgenden Vorteile: Die Brenn stoffzellenausführung wird vereinfacht; der Aufbau
kann gedrungen s sein; und äussere Zellenschaltverluste werden auf ein Mindestmass
begrenzt. Diese Vorteile werden in 15th Annual Power Sources Conference Proceedings,
1961; Seiten 31 bis 32@ der Veröffentlichung "Liquid Alkaline Fuel Cells" von P.G.
Grimes et al erörtert. Die doppelpolige fl-e e aus den für die vorliegende Erfindung
nützlichen Materiadien gebildet werden, indem das katalytische Material auf einem
fräger aus porösem Graphit oder Kohlenstoff oder dergleichen abgeschieden wird,
wobei das tragende Material als eine Seite (die Anode) eines leiters wirkt, während
die Rückseite als Kathode wirkt.
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Es versteht sich jedoch, dass es nicht notwendig ist, dass das katalytische
Material der Elektrode einverleibt wird. Teilchen des katalytischen Materials kßnnen
in dem Anolyten (dem' mit der Anode in Berührung stehenden Elektrolyten) suspendiert
werden.
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Andererseits kann das katalytische Material, da es elektrisch leitfähig
ist, auch selbst als Elektrode verwendet werden.
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Genauer gesagt, kann es mit oder ohne einem polymeren Bindemittel
zu einer fUr die Aufnahme einer elektrischen Zuleitung gee eigneten Form gepresst
werden; od'er es kann in feinteiliger Form in einem Gasdispersionsrohr verwendet
werden.
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Elektrolyte Die in den erfindungsgemässen Brennstoffzellen und Halbzellen
zur Verwendung kommenden Elektrolyte können beliebige der gewöhnlich verwendeten
Elektrolyte sein, die mit den verwendeten, besonderen Brennstoffen, Oxidantien,
durchlässigen Membraunen Usw. verträglich sind. Gewöhnlich stellen sie wässrige
Mischungen mit aneiessener Leitfähigkeit für die bei den Reaktionen in der Haibzefle
in Frage kommenden Ionen dar. Zu nützlichen,wässrigen Elektrolyten gehören Lösungen
der Alkalimetallhydroxide, z.B. Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid; die gewöhnlichen
Säuren, z.B. Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Chlorwasserstoffsäure; Alkalisalze,
z.B. die Chloride, Sulfate oder Carbonate des Natriums, Kaliums oder lithiums; usw.
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Die in Frage kommenden Konzentrationen werden gewöhnlich im Hinblick
aut hohe Leitfähigkeit und zweckmässige Handhabung gewählt. Für die Zwecke der vorliegenden
Erfindung werden saure Elektrolyte bevorzugt. In solchen Elektrolyten fallen gasförmige
Abfallprodukte an, die leicht entfernt werden.
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Genauer gesagt, werden 5 bis 45 % Schwefelsäure, 10 bis 85 ffi Phosphorsäure
und 5 bis 15 % Chlorwasserstoffsäure empfohlen.
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3ei Verwendung von Formaldehyd als Brennstoff enthält ein bevorzugter
Anolyt 20 bis 30 % Formaldehyd, 2 bis 7 % Chlor wasserstoffsäure und als Rest Wasser.
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Obwohl es gewöhnlich wünschenswert ist, in den erfindungsgemässen
Brennstoffzellenanordnungen denselben Elektrolyten fUr die Brennstoff- und Oxidans-Halbzelle
zu verwenden, ißt die Verwendung eines gemeinsamen Elektrolyten nicht wesentlich.
Zwei unterschiedliche Elektrolyte können verwendet werden, Indem in den Brennstorfzellenaufbau
eine geeignete Membram eingefUgt wird, die die Elektrolyte ineinander trennt, aber
einen angemessenen Ionenstrom zwischen den Halbzellen erlaubt. Eine bevorzugte Klasse
von Ionenaustausch-Membranen,
die sich fUr eine Verwendung in der
erfindungsgemässen Brennstoffzelle eignen, sind dUnne Folien aus fluorierten Mischpolymeren
mit seitenständigen Sulfonsäuregruppen, vorzugsweise den Mischpolymeren aus Trifluorvinylsulfonsäure
und fluorierten Xthylenen. Durch Verwendung einer geeigneten, ionendurchlässigen
Membran kann in der einen Halbwelle ein löslicher Brennstoff oder Oxidans in einem
Elektrolyten verwendet werden, während in der anderen Halbwelle ein gase förmiger
oder flüssiger Brennstoff oder Oxidans benutzt wird, wobei die Membran dazu dient,
eine Wanderung des löslichen Brennstoffs oder Oxidans nach der anderen Elektrode
zu verhindern.
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Brennstoffe und Oxidantien Obwohl die hier beschriebenen Katalysatoren
zusammen mit niadrigmolekularen, wasserstoffhaltigen Brennstoffen besonders ntitzlich
sind, ist die Erfindung doch darauf nicht begrerirtt, Ausser Wasserstoff sind nützliche
Brennstoffe, beispielsweise stickstoffhaltige Brennstoffe, wie Ammoniak und Hydrazin;
oxygenierte Kohlenwasserstoffbrennstoffe, wie Formaldehyd, Methanol, Ameisensäure
und Kohlenmonoxid. Der Brennstoff kann aus einem oder mehreren der vorstehend genannten
Stoffe bestehen. Nützliche Brennstoffe sind beispielsweise Erdgas, das eine Mischung
aus Wasserstoff und Methan ist, und rerormiertes Erdgas, das eine Mischung aus Wasserstoff,
Methan und Kohlenmonoxid ist. Die Auswahl des zu verwendenden, besonderen Brenn
stoffs hängt von seiner Verfügbarkeit; sowie dem Grad und der Leichtigkeit ab, mit
der er in Gegenwart des besonderen Elektrolyten oxidiert wird. In jedem Falle sollte
der Brennstoff nicht direkt mit dem Elektrolyten oder mit den Materialien des Zellenaufbaus
reagieren.
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Die Öxidationsmittel, die verwendet werden kennen, sind vorzugsweise
Lurt und reiner, Sauers'toff. Andere in Betracht kommende Oxidantien sind beispielsweise
Stickstoffoxid, wie Stickoxid ("nitric oxide") oder Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid,
Chlor, flüssiges Wasserstoffperoxid, flüssige organische Peroxide, Salpetersäure
usw. Wie im Falle der Brennstoffe sind einige dieser Oxidantien zusammen mit bestimmten
Elektrolyten und Kathodenkatalysatoren nützlicher als mit anderen.
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Es kann vorteilhaft sein, einige dieser oxidantien in Verbindung mit
einem in dem Elektrolyten gelösten, reduzierbaren 8alz zu verwenden.
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Kathoden Die Kathode sollte ein Elektrizitätsleiter sein, der Elektronen
aufnimmt und eine Oberfläche flir die Elektrodenreaktion in Anwesenheit oder Abwesenheit
eines Katalysators bereit stellt.
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Geeignete Elektroden, welche diese Anforderungen erfüllen, sind bekannt;
viele solcher Elektroden sind beispielsweise in "Catalysis, Inorganic and Organic",
Berkman, Morrel und Egloff, Reinhold Publishing Co., New York (1940) beschrieben.
Zu geeigneten Elektrodenmaterialien gehören Elektroden, die aus Metallen der Gruppe
VIII des Periodensystems der Elemente, wie Rhodium, Palladium, Iridium und Platin,
gebildet sind.
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Ausser aus dieaen Metallen kannen die Elektroden auoh aus Platin-
oder Palladiumschwarz, das auf einer Metallgrundlage, wie rostfreiem Stahl, Eisen,
Nickel und dgl., abgeschieden -ist, gebildet werden. Abgesehen davon können geeignete
Elektroden auoh aus der in der US-Patentschrift 3 297 487 beschriebenen Metall-Silizium
Kombination odor aus Metalloxiden oder aus mit Platin oder Palladium aktiviertem
Kohlenstoff gebildet werden.
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Für die Verwendung zusammen mit den vorher offenbarten Kupfer(II)-chlorid-Chlorwasserstoffsäure-Katholyt-Systemen
werden als Kathodenmaterialien die verhältnismässig wohlfeilen Materialien bevorzugt,
die im Zusammenhang mit den Anoden offenbart wurden, z. B. Tantal, Kohlenstoff usw.
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Die Elektrodenmaterialien können in Plattenform oder in Form von Sieben,
Geflechten oder porösen Metallen Verwendung finden.
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Sie können Kombinationen von resten Elektroden, die mit porösein,
mit organischen Stoffen und Kunststoffen gebundenen Katalysatoren überzogen sind,
sein. Möglich ist auch die Verwendung einer Kombinationskathode und eines festen
Oxidans. Beispielsweiae kann die Bleidioxidplatte der Art, wie sie in Akkumulatoren
verwendet wird, in der erfindungsgemässen Brennstoffzelle oder zumindest als Mittel
zur PrÜfung der Wirksamkeit von Brennstoffen in Anwesenheit der erfindungsgemässen
Anoden und Katalysatoren Verwendung finden.
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Die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle kann von etwa 2,0 bis etwa
150 °C reichen, während der Druck gleich dem Atmosphärendruck ist oder geringfügig
aber liegt, damit der Siedepunkt des Elektrolyten erhöht wird. Im allgemeinen kahn
einer Brennstoffzelle bei konstantem Potential mehr Strom entnommen werO denn wenn
die Temperatur erhöht wird. Bei Temperatur oberhalb etwa 150 0C wird jedoch die
korrosive Wirkung des sauren Elektrode lyten auf Metalle in der Brennstoffzelle
beschleunigt.
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Durch die elektrochemischen Reaktionen erzeugtes Wasser sollte entfernt
werden, um unangemessene Verdünnung zu vermeiden. Dies kann zweckmässigerweise bei
einer Temperatur oberhalb 100 °C dadurch geschehen, dass die gesamte Zelle an einen
Kühler angeschlossen wird, der die geeignete Menge Wasser selektiv entfernt.
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Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele noch besser verständlich.
Diese Beispiele sollten nicht so angesehen werden, dass sie die Erfindung in irgendeiner
Weise begrenzen. Teile und Prozentzahlen in den Beispielen sind, soweit nicht anders
angegeben, Gewichtsteile und Gewichtsprozentzahlen.
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B e i 5 D i e 1., e 1 bis 4 Eine Reihe von Katalysatormassen wurde
hergestellt» Indem im Handel erhältliches Wolframdisulfidpulver in einer 0,2265
1 (8 oz.) fassenden, runden Flasche 12 Stunden lang mit Molybdändioxidpulver.geschleudert
wurde. 2~g-Portionen dieser Massen wurden mit 0,2 g Polytetrafluoräthylen-Harz vermischt
und unter einem Druck von 2722 kg (60 000 lbs.) auf einen 200-mesh-Tantal-Drahtgitter-Kreis
mit einem Durchmesser von 2,54 cm (1 inch) gepresst, an den eine 10,16 (4 inch)-Leitung
aus o,5OS mm (20mil)-Tantaldraht punktgesöhweisst worden war. Diese Elektroden wurden
dann in der Anodenkammer einer normalen 2-Kammer-Glas-Brennstoffzelle (Iaboratoriumsmodell)
verwendet, die als Anolyten eine auf 85 °C erhitzte, wässrige, 18,5 % und 5 % Schwefelsäure
enthaltende Lösung enthielt. Me Kathode bestand aus einer normalen Bleioxid-Elektrode
in einer 10%igen Schwefelsäurelösung. Die Anoden- und Kathodenkammern wurden durch
eine Protonenaustauschmembran getrennt (Verkauf durch die Firma Americah Machine
and Foundry Corp. als AMF type C-310). Die folgenden Stromdichten wurden bei einem
Anodenpotential von 0,3 Volt (gegen die gesättigte Calomelelektrode) erhalten: Katalysatorzusammensetzung
Beispiel WS2 MoO2 Stromdichte (Gew.-%) (Gew.-%) (Ampere/dm2) Kontrolle 100 0 0,0215
(0,2 A/sq.ft.) 1 80 20 1,615 2 60 40 4,198 3 20 80 5,920 4 10 90 5,382 Kontrolle
0 100 @
B e i s p i e l e 5 bis 9 Eine Reihe von Elektroden wurde
gemäss der in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise hergestellt. Zine Masse, die
2 g des Sulfid-Oxid-Katalysators und 4 g Tantalfasern (3,175 mm lang; 1» inch) enthielt,
wurde in das in Beispiel 1 genannte, im Durchmesser 2,54 cm messende Tantaldrahtgitter
eingebracht.
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Der Anolyt war eine wässrige Lösung von 23,7 % Formaldehyd und 4,1
% Chlorwasserstoffsäure. Die Kathodenkammer enthielt eine Mischung von 23 % Kupfer(II)-chlorid
in 3%iger Chlorwasserstoffsäure, in die reiner Sauerstoff eingeblasen wurde.
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Die folgenden Stromdichten wurden bei einem Anodenpotential von 0,3
Volt (gegen die gesättigte Calomelelektrode) bei 85 0C erhalten: Katalysatorzusammensetzung
Beispiel WS2 MoO2 Stromdichte (Gew.-%) (Gew.-%) (A/dm2) Koltrolle 100 0 0,0323 5
90 10 2,26 6 80 20 3,983 7 60 40 2,799 8 40 60 3,444 9 10 90 4,306 B e i s p i e
l e 10 bis 13 Eine Reihe von Katalysatormassen wurde hergestellt, indem Wolframdisulfid
in einer Kugelmühle und in einer Argonatmosphäre unter Verwendung von keramischen
Kugeln mit einem Durchmesser von 1,27 cm (1/2 inoh) 12 Stunden lang mit Molybdändioxidpulver
gemahlen wurde 2 g dieser Katalysatoren wurden mit 3 g Tantalwollfasern und 0,2
g Polytetrafluoräthylen-Harz gemischt und unter Anwendung eines Druckes von 2722
kg auf ein Tantaldrahtgitter
mit einem Durchmesser von 2,54 cm
gepresst. Die Anolyt-und Katholyt-Systeme waren die gleichen wie in Beispiel 1 beschrieben.
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Die folgenden Stromdichten wurden bei einem Anodenpotential von 0,3
Volt (gegen die gesättigte Calomelelektrode) erhalten: Katalysatorzusammensetzung
Beispiel WS2 MoO2 Stromdichte (Gew.-%) (Gew.-%) (A/dm2) Kontrolle 100 0 0,0323 10
90 10 3,014 11 67 33 5,490 12 50 50 6,674 13 20 80 6,458 Kontrolle 0 100 0 B e i
s p i e l e 14 bis 17 Unter Anwendung von Katalysatoren, die wie in den Beispielen
10 bis 13 hergestellt worden waren, und des in den Beispielen 5 bis 9 beschriebenen
Anolyt-Katholyt-Systems wurden die folgenden Stromdichten bei einem Anodenpotential
von 0,3 Volt (gegen die gesättigte Calomel-Elektrode) erhalten: Katalysatorzusammensetzung
Beispiel WS2 MoO2 Stromdichte (Gew.-%) (Gew.-%) (A/dm2) Kontrolle 100 0 0,0323 14
90 10 4,03 15 60 40 4,03 16 40 60 4,03 17 10 90 2,799 Kontroll O 100 °
B
e i s p i e l 18 Eine Mischung von 44 g Mo4O11 und 20 g Wolframdisulfid wurde in
einer keremischen Kugelmühle 14 Stunden lang gemahlen und zu einer Elektrode verarbeitet
und, wie in den Beispielen 1 bis 4 beschrieben, geprüft. Die folgenden Ergebnisse
wurden erhalten: Anodenpotential gegen gasättigte Calomelelektrode Stromdichte (mA/cm2)
(Volt) 5,0 0,12 8,1 0,40 B e i s p i e l 19 Wolframdisulfidpulver (33, Gew.-%) und
Molybdändioxidpulver (67 Gew.-%) wurden 5 Stunden lang in einer keramischen Kugelmühle
gemahlen. 4,2 g des gem@hlenen Produktes wurden mit 0,6 g eines Polyimidpulvers
gemischt und unter Anwendung eines Druckes von 5273 kg/cm2 auf ein Tantaldrahtgitter
gepresst, um die Elektrode zu bilden. 4 Die Elektrode wurde als Anode in einer Brennstoffzelle
unter Verwendung von Bleidioxid als sowohl Oxidans als auch Kathode betrieben. Der
Elektrolyt war eine wässrige Lösung, die 10 Gew.-% SchwefelsMure enthielt. Die Anode
wurde bewertet, indem ihre Wirksamkeit in Abwesenheit eines Brennstoffes mit ihrer
Wirksamkeit bei Verwendung von Formaldehyd als Brennstoff an der Anode verglichen
wurde.
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Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben: Stromdichte
Anodenpotential gegen gesättigte (mA/cm2) Calomelelektrode (Volt) kein Brennstoff
Formaldehyd geöffneter Stromkreis +0,14 -0,15 1 +0,16 -0,05 5 +0,24 +0,04 10 +0,34
+0,20
Zi. Abnahme der Spannung bei geöffnetem Stromkreis und daß
erniedrige Anoden-Vergleichspotential mit Bezug auf die gesättigte Calomelelektrode,
wenn Brennstoff verwendet wird, zeigen katalytische Wirksamkeit an.
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B e i s p i e l 20 2 g des gemahlenen Produktes des Beispiels 19 wurden
mit 1 g Tantalwolle, die Länge@n von 1,5875 mm bis 3,175 mm (1/16 inch to 1/8 inch)
aufwies @ und 0,2 g Polytetrafluoräthylen-Harz vermischt. Die Mischung wurde auf
ein Tantaldrahtgitter mit einem Durchmesser von 2,54 cm, an das ein Tantalzuleitungsdraht
punktgeschweisst worden war, gepresst, um die Elektrode zu bilden. tee Elektrode
wurde als Anode in einer Brennstoffzelle unter Verwendung von Bleidioxid als sowohl
Oxidans wie auch Kathode betrieben. Der Eletrolyt war eine wässrige Lösung, die
10 Gew.-% Schwefelsätwe enthielt. Die Anode wurde bewertet, indem ihre Wirksamkeit
in Abwesenheit eines Brennstoffes mit ihrer Wirksamkeit bei Verwendung von Porealdehyd
als Brennstoff an der Anode verglichen wurde.
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Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben: Strom
Anodenpotential gegen gesättigte (mA) Calomelelektrode (Volt) kein Brennstoff Formaldehyd
geöffneter Stromkreis +0,14 -0,08 20 +0,17 -0,05 50 +0,19 0 100 +0,20 +0,05 150
+0,22 +0,15
B e i s p i e l 21 Ein Katalysat'or wurde hergestellt,
indem eine Mischung, die 60 Gew.-% Wolframdisulfid und 40 Gew.-% Molybdändioxid
enthielt, 12 Stunden lang geschleudert wurde. 2 g dieser Mischung wurden mit 1,5
g Tantalwollfasern mit einer Lange von 3,175 mm bis 6,35 mm und 0,2 g Polytetrafluoräthylen-Harz
vermischt. Aus der Mischung wurde eine poröse Anode hergestellt, indem die Mischung
unter einem Gesamtdruck von 2722 kg auf ein Tantals drahtgitter mit einem Durchmesser
von 2,54 cm, an das ein Zuleitungsdraht angeschlossen war, gepresst wurde. Die Elektrode
wurde in eine Polytetrafluoräthylenhalterung gebracht und in eine 2,5 normale Lösung
von Chlorwasserstoffsäure bei 85 °C eingetaucht. Helium und Wasserstoff wurden unter
DrUcken von 0,11 bis 0,352 atU (2 bis 5 psig) durch die Elektrode geleitet. Die
Zelle wurde unter Verwendung eines normalen Labo ratoriumsmodells mit einer äusseren
Stromzufuhr zur Erzielung von Strom betrieben.
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Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben: Anodenpotential
gegen gesättigte Strom Calomelelektrode (mA) (Volt) Helium Wasserstoff 0 +0,3 -0,13
30 +0,35 -0,01 60 +0,45 +0,016 90 - +0,39