DE202015106071U1 - Electrochemical cell, electrode and electrocatalyst for an electrochemical cell - Google Patents
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Abstract
Elektrokatalysator für eine Elektrode (38) einer elektrochemischen Zelle (10), welcher Elektrokatalysator mindestens eine erste aktive Katalysatorsubstanz (54), insbesondere zur Anregung der Entwicklung von Sauerstoff, umfasst, gekennzeichnet durch mindestens eine auf einer ersten, elektrisch nicht-leitfähigen Trägersubstanz (58) abgeschiedene oder auf diese aufgebrachte zweite aktive Katalysatorsubstanz (56), insbesondere zur Anregung der Oxidation von Wasserstoff.Electrocatalyst for an electrode (38) of an electrochemical cell (10), which electrocatalyst comprises at least one first active catalyst substance (54), in particular for exciting the evolution of oxygen, characterized by at least one first electrically non-conductive carrier substance (58 ) deposited or applied to this second active catalyst substance (56), in particular for the excitation of the oxidation of hydrogen.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektrokatalysator für eine Elektrode einer elektrochemischen Zelle, welcher Elektrokatalysator mindestens eine erste aktive Katalysatorsubstanz, insbesondere zur Anregung der Entwicklung von Sauerstoff, umfasst.The present invention relates to an electrocatalyst for an electrode of an electrochemical cell, which electrocatalyst comprises at least a first active catalyst substance, in particular for stimulating the evolution of oxygen.
Ferner wird nachfolgend ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrokatalysators für eine Elektrode einer elektrochemischen Zelle beschrieben, wobei eine erste aktive Katalysatorsubstanz, insbesondere zur Anregung der Entwicklung von Sauerstoff, bereitgestellt wird.Further, a method for producing an electrocatalyst for an electrode of an electrochemical cell will be described below, wherein a first active catalyst substance, in particular for exciting the development of oxygen, is provided.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Katalysator-beschichtete Membran umfassend eine Ionenaustauschmembran, welche mindestens einseitig, insbesondere beidseitig, mit einem Elektrokatalysator beschichtet ist.In addition, the invention relates to a catalyst-coated membrane comprising an ion exchange membrane which is coated on at least one side, in particular on both sides, with an electrocatalyst.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Membran-Elektroden-Einheit umfassend eine Ionenaustauschmembran, welche mindestens einseitig, insbesondere beidseitig, mit einem Elektrokatalysator beschichtet ist.Moreover, the invention relates to a membrane-electrode assembly comprising an ion exchange membrane which is coated on at least one side, in particular on both sides, with an electrocatalyst.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Elektrode für eine elektrochemische Zelle, welche Elektrode mindestens eine Katalysatorschicht umfasst.Furthermore, the present invention relates to an electrode for an electrochemical cell, which electrode comprises at least one catalyst layer.
Und schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch einen elektrochemischen Reaktor, insbesondere in Form einer elektrochemischen Zelle, umfassend mindestens zwei Elektroden.Finally, the present invention also relates to an electrochemical reactor, in particular in the form of an electrochemical cell, comprising at least two electrodes.
Verfahren, Elektrokatalysatoren, Katalysator-beschichtete Membranen, Membran-Elektroden-Einheiten, Elektroden und elektrochemische Reaktoren der eingangs beschriebenen Art sind in vielfältiger Weise bekannt. Insbesondere elektrochemische Reaktoren, welche ausgebildet sind zur Durchführung einer elektrochemischen Reaktion und mindestens zwei Elektroden umfassen, kommen in vielfältiger Form zum Einsatz. So gewinnen beispielsweise elektrochemische Reaktoren in Form von elektrochemischen Zellen, insbesondere hocheffiziente Brennstoffzellen und Elektrolyseure, aufgrund der in Deutschland beschlossenen Energiewende, zunehmend an Bedeutung. Methods, electrocatalysts, catalyst-coated membranes, membrane-electrode assemblies, electrodes and electrochemical reactors of the type described above are known in many ways. In particular, electrochemical reactors, which are designed to carry out an electrochemical reaction and comprise at least two electrodes, are used in various forms. For example, electrochemical reactors in the form of electrochemical cells, in particular highly efficient fuel cells and electrolysers, are increasingly gaining in importance due to the German energy transition.
Die Hauptreaktion an der Anode einer Brennstoffzelle ist die Oxidation des Wasserstoffs (HOR – "Hydrogen Oxidation Reaction") und bei einem Elektrolyseur die Sauerstoffentwicklung (OER – "Oxygen Evolution Reaction"). An der Kathode der Brennstoffstoffzelle wird Sauerstoff reduziert (ORR – "Oxidation Reduction Reaction") und bei der Elektrolyse Wasserstoff entwickelt (HER – "Hydrogen Evolution Reaction"). Für alle genannten Reaktionen werden bislang Elektrokatalysatoren aus reinem Edelmetall oder zumindest mit einem sehr hohen Edelmetallanteil verwendet. Insbesondere kommen Platin und Iridium zum Einsatz. Die Kosten solcher Elektrokatalysatoren sind dementsprechend hoch.The main reaction at the anode of a fuel cell is the oxidation of hydrogen (HOR - "Hydrogen Oxidation Reaction") and in an electrolyzer oxygen evolution (OER - "Oxygen Evolution Reaction"). Oxygen is reduced at the cathode of the fuel cell (ORR - "Oxidation Reduction Reaction") and hydrogen is developed during electrolysis (HER - "Hydrogen Evolution Reaction"). For all of these reactions, electrocatalysts of pure precious metal or at least a very high proportion of noble metal have hitherto been used. In particular, platinum and iridium are used. The cost of such electrocatalysts are correspondingly high.
Ein insbesondere bei Elektrolyseuren auftretendes Problem ist die Diffusion von an der Kathode gebildetem molekularem Wasserstoff H2 durch eine die Kathode von der Anode trennende Ionenaustauschmembran hin zur Anode. Dadurch bildet sich an der Anode eine Mischung aus molekularem Sauerstoff O2 und molekularem Wasserstoff H2, sogenanntes Knallgas, im englischen Sprachraum auch Oxyhydrogen genannt. Ein reaktives Gemisch liegt vor, wenn der Wasserstoffanteil des Gasgemischs an der Anode mindestens 4 % des Gasvolumens beträgt. Es ist bekannt, zur Verhinderung einer überhöhten anodenseitigen Wasserstoffkonzentration eine zusätzliche Schicht Platin auf die Membran-Elektroden-Einheit oder den Stromkollektor aufzubringen. Allerdings ist diese Vorgehensweise sehr teuer, da hierfür sehr viel des seltenen Edelmetalls benötigt wird.A particular problem encountered with electrolyzers is the diffusion of molecular hydrogen H 2 formed at the cathode through an ion exchange membrane separating the cathode from the anode toward the anode. This forms at the anode a mixture of molecular oxygen O 2 and molecular hydrogen H 2 , so-called oxyhydrogen, also called oxyhydrogen in English-speaking countries. A reactive mixture is when the hydrogen content of the gas mixture at the anode is at least 4% of the gas volume. It is known to apply an additional layer of platinum on the membrane-electrode assembly or the current collector to prevent an excessive anode-side hydrogen concentration. However, this approach is very expensive, as this much of the rare precious metal is needed.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, elektrochemische Reaktoren, Katalysator-beschichtete Membranen, Membran-Elektroden-Einheiten, Elektroden und Elektrokatalysatoren der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, dass elektrochemische Reaktoren möglichst sicher betrieben werden können.It is therefore an object of the present invention, electrochemical reactors, catalyst-coated membranes, membrane electrode assemblies, electrodes and electrocatalysts of the type described above in such a way that electrochemical reactors can be operated safely.
Zu diesem Zweck wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, dass auf mindestens einer ersten, elektrisch nicht-leitfähigen Trägersubstanz eine zweite aktive Katalysatorsubstanz zur Anregung der Oxidation von Wasserstoff abgeschieden oder auf diese aufgebracht und dass die auf der ersten Trägersubstanz abgeschiedene oder aufgebrachte zweite aktive Katalysatorsubstanz mit der ersten aktiven Katalysatorsubstanz gemischt wird.For this purpose, it is proposed in a method of the type described above that deposited on at least a first electrically non-conductive carrier substance, a second active catalyst substance for exciting the oxidation of hydrogen or applied thereto and that deposited on the first carrier or applied second active catalyst substance is mixed with the first active catalyst substance.
Durch die zweite aktive Katalysatorsubstanz ist es möglich, durch die Membran des elektrochemischen Reaktors diffundierenden molekularen Wasserstoff zu oxidieren, um so die Ausbildung eines reaktiven Knallgasgemisches an der Anode zu verhindern. Durch den Einsatz der mindestens einen ersten, elektrisch nicht-leitfähigen Trägersubstanz kann die zweite aktive Katalysatorsubstanz teilweise substituiert werden, so dass mit minimaler Beladung der mindestens einen ersten Trägersubstanz mit der zweiten aktiven Katalysatorsubstanz eine maximale HOR-Aktivität erreicht werden kann. So kann insbesondere der Einsatz von Edelmetallen als zweite aktive Katalysatorsubstanz trotz effizienter Wasserstoffumsetzung minimiert werden. Durch die Oxidation des zur Anode diffundierenden Wasserstoffs ist es zudem möglich, eine Dicke der Membran weiter zu verringern, wodurch die Gesamteffizienz des elektrochemischen Reaktors, insbesondere eines Elektrolyseurs, weiter verbessert werden kann. Die mindestens eine erste, elektrisch nicht-leitfähige Trägersubstanz verhindert insbesondere, dass die zweite aktive Katalysatorsubstanz auf Potential liegt. Zudem ist es ferner auch möglich, auf diese Weise ein mögliches Vergiften der ersten aktiven Katalysatorsubstanz für die Sauerstoffentwicklung zu verhindern. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren lässt sich der Elektrokatalysator umweltfreundlich produzieren und lässt insbesondere auch weitere Effizienzoptimierungen durch Verringerung der Membrandicke zu. Die erste Trägersubstanz kann auch die zweite aktive Katalysatorsubstanz umgeben.The second active catalyst substance makes it possible to oxidize molecular hydrogen diffusing through the membrane of the electrochemical reactor so as to prevent the formation of a reactive oxyhydrogen gas mixture at the anode. By using the at least one first electrically nonconductive carrier substance, the second active catalyst substance can be partially substituted, so that a maximum HOR activity can be achieved with minimal loading of the at least one first carrier substance with the second active catalyst substance. In particular, the use of noble metals as a second active catalyst substance, despite efficient Hydrogen conversion can be minimized. Moreover, by oxidizing the hydrogen diffusing to the anode, it is possible to further reduce a thickness of the membrane, whereby the overall efficiency of the electrochemical reactor, particularly an electrolyzer, can be further improved. The at least one first, electrically non-conductive carrier substance prevents in particular that the second active catalyst substance is at potential. Moreover, it is also possible in this way to prevent possible poisoning of the first active catalyst substance for the evolution of oxygen. With the proposed method, the electrocatalyst can be produced in an environmentally friendly manner and, in particular, also allows further efficiency optimization by reducing the membrane thickness. The first carrier may also surround the second active catalyst substance.
Die Oxidation des Wasserstoffs kann insbesondere durch gezielte Reaktion mit Sauerstoff zur Ausbildung von Wasser führen. Von Vorteil ist es daher, wenn die mindestens eine erste Trägersubtanz hydrophob ist.The oxidation of the hydrogen can lead to the formation of water, in particular by targeted reaction with oxygen. It is therefore advantageous if the at least one first carrier substance is hydrophobic.
Vorteilhaft ist es, wenn eine erste Trägersubstanz mit einer elektrischen Leitfä higkeit von maximal 1 × 10–3 S/m verwendet wird, um die vorzugsweise gewünschte Isolationseigenschaft der mindestens einen ersten Trägersubstanz sicherzustellen, sollte deren elektrische Leitfähigkeit stets unterhalb des angegebenen Grenzwerts liegen, um sicher zu vermeiden, dass die zweite Katalysatorsubstanz auf Potential liegt.It is advantageous if a first carrier substance having an electrical conductivity of not more than 1 × 10 -3 S / m is used in order to ensure the preferably desired insulating property of the at least one first carrier substance, if its electrical conductivity should always be below the specified limit value to safely avoid that the second catalyst substance is at potential.
Ferner ist es günstig, wenn eine erste Trägersubstanz verwendet wird, die eine Keramik, ein Polymer, insbesondere Tetrafluorethylen,(PTFE), und/oder ein Metalloxid ist oder enthält. Eine solche erste Trägersubstanz ermöglicht es auf einfache Weise, die zweite aktive Katalysatorsubstanz zur Anregung der Oxidation von Wasserstoff darauf abzuscheiden oder auf diese aufzubringen. Ferner gibt es zahlreiche geeignete Keramiken oder Metalloxide, die nicht-leitfähig sind.Furthermore, it is favorable if a first carrier substance is used, which is or contains a ceramic, a polymer, in particular tetrafluoroethylene, (PTFE), and / or a metal oxide. Such a first carrier substance makes it possible in a simple manner to deposit or apply the second active catalyst substance for exciting the oxidation of hydrogen thereon. Furthermore, there are many suitable ceramics or metal oxides that are nonconductive.
Vorteilhaft ist es, wenn eine Keramik oder ein Metalloxid verwendet wird, das Titan enthält. Auf diese Weise lässt sich eine erste Trägersubstanz ausbilden, die deutlich kostengünstiger ist als die zweite aktive Katalysatorsubstanz ohne Träger, also ungeträgert, auf den Stromkollektor oder die Membran aufzubringen.It is advantageous if a ceramic or a metal oxide is used which contains titanium. In this way, a first carrier substance can be formed, which is significantly more cost-effective than the second active catalyst substance without carriers, that is to say unsupported, applied to the current collector or the membrane.
Besonders kostengünstig ausbilden lässt sich der Elektrokatalysator, wenn Titanoxid (TIO) oder Titandioxid (TIO2) als Metalloxid verwendet wird. The electrocatalyst can be formed particularly cost-effectively if titanium oxide (TIO) or titanium dioxide (TIO 2 ) is used as the metal oxide.
Günstig ist es, wenn die erste aktive Katalysatorsubstanz auf mindestens einer zweiten, elektrisch leitfähigen Trägersubstanz abgeschieden oder auf diese aufgebracht wird. Diese Weiterbildung ermöglicht es insbesondere, Elektrokatalysatoren herzustellen, deren katalytische Aktivität mit herkömmlichen bekannten Elektrokatalysatoren vergleichbar ist, welche jedoch eine deutlich geringere Menge der ersten aktiven Katalysatorsubstanz, insbesondere Edelmetalle, enthalten. Dies wird insbesondere durch den Einsatz einer oder mehrerer elektrisch leitfähiger zweiter Trägersubstanzen ermöglicht, durch welche eine aktive Oberfläche des Elektrokatalysators vergrößert wird, ohne die Menge der ersten aktiven Katalysatorsubstanz zu erhöhen. Im Gegenteil: Die zweite Trägersubstanz ermöglicht die Anlagerung der ersten aktiven Katalysatorsubstanz, so dass trotz verringerter Menge derselben eine vergleichbare katalytische Aktivität erreichbar ist, was einer Erhöhung der Leistungsdichte der ersten Katalysatorsubstanz gleichkommt. Damit einhergehend ist eine signifikante Kostenreduktion, da beispielsweise beim Einsatz von Iridium als aktiver erster Katalysatorsubstanz im Vergleich zu Elektrokatalysatoren, die aus reinem Iridium bestehen, nur noch ein deutlich geringerer Anteil an Iridium erforderlich ist, um dieselbe katalytische Aktivität zu erreichen. Dies gilt entsprechend auch für Platin.It is advantageous if the first active catalyst substance is deposited on or applied to at least one second, electrically conductive carrier substance. This development makes it possible in particular to produce electrocatalysts whose catalytic activity is comparable with conventional known electrocatalysts, but which contain a significantly smaller amount of the first active catalyst substance, in particular noble metals. This is made possible in particular by the use of one or more electrically conductive second carrier substances, by means of which an active surface of the electrocatalyst is increased without increasing the amount of the first active catalyst substance. On the contrary, the second carrier substance allows the addition of the first active catalyst substance, so that despite a reduced amount of the same a comparable catalytic activity can be achieved, which is equivalent to an increase in the power density of the first catalyst substance. This is accompanied by a significant cost reduction, since, for example, when using iridium as the active first catalyst substance in comparison to electrocatalysts which consist of pure iridium, only a significantly lower proportion of iridium is required to achieve the same catalytic activity. This also applies to platinum.
Um den Einsatz des Elektrokatalysators in elektrochemischen Zellen oder Reaktoren zu verbessern, ist es günstig, wenn eine hochleitfähige und/oder korrosionsbeständige zweite Trägersubstanz eingesetzt wird. Insbesondere bei häufig zum Einsatz kommenden sauren Elektrolyten kann so die Lebensdauer des Elektrokatalysators signifikant verlängert werden.In order to improve the use of the electrocatalyst in electrochemical cells or reactors, it is favorable if a highly conductive and / or corrosion-resistant second carrier substance is used. In particular, in acidic electrolyte often used so the life of the electrocatalyst can be significantly extended.
Vorzugsweise wird eine zweite Trägersubstanz mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mindestens 1 × 106 S/m eingesetzt. Eine solche zweite Trägersubstanz ermöglicht die optimale Ableitung der bei der elektrolytischen Spaltung von Wasser entstehenden Elektronen.Preferably, a second carrier substance with an electrical conductivity of at least 1 × 10 6 S / m is used. Such a second carrier substance enables the optimum derivation of the electrons produced during the electrolytic splitting of water.
Hervorragende Aktivitäten für die Sauerstoffentwicklungsreaktion und/oder die Wasserstoffoxidationsreaktion lassen sich erreichen, wenn eine erste und/oder eine zweite aktive Katalysatorsubstanz verwendet wird, welche ein Edelmetall oder eine Mischung aus zwei oder mehr Edelmetallen ist oder enthält. Es können also insbesondere Edelmetalle oder Edelmetallmischungen eingesetzt werden, die für die angegebenen Reaktionen besonders gut geeignet sind. Durch den Einsatz der ersten beziehungsweise ersten Trägersubstanz lässt sich jedoch die Menge der bei herkömmlichen Elektrokatalysatoren einzusetzenden Edelmetalle deutlich verringern.Excellent activities for the oxygen evolution reaction and / or the hydrogen oxidation reaction can be achieved if a first and / or a second active catalyst substance is used, which is or contains a noble metal or a mixture of two or more noble metals. It is therefore possible in particular to use noble metals or mixtures of noble metals which are particularly suitable for the reactions indicated. By using the first or first carrier substance, however, the amount of noble metals to be used in conventional electrocatalysts can be significantly reduced.
Vorteilhaft ist es, wenn eine erste und/oder eine zweite Katalysatorsubstanz verwendet wird, welche Platin (Pt), Iridium (Ir), Ruthenium (Ru), Palladium (Pd), Iridium-Vanadium (IrV), Platin-Iridium (PtIr) oder Platin-Iridium-Vanadium (PtIrV) oder eine Mischung aus einem oder mehreren dieser Stoffe ist. Die genannten Stoffe und Stoffmischungen ermöglichen es insbesondere, mit dem Elektrokatalysator gewünschte Aktivitäten für die Sauerstoffentwicklungsreaktion sowie die Wasserstoffoxidationsreaktion zu erreichen.It is advantageous if a first and / or a second catalyst substance is used which comprises platinum (Pt), iridium (Ir), ruthenium (Ru), Palladium (Pd), iridium-vanadium (IrV), platinum-iridium (PtIr) or platinum-iridium-vanadium (PtIrV) or a mixture of one or more of these substances. The substances and mixtures mentioned make it possible, in particular, to achieve desired activities for the oxygen evolution reaction and the hydrogen oxidation reaction with the electrocatalyst.
Vorteilhaft ist es, wenn zur Ausbildung eines geträgerten Nanokatalysators die mindestens eine erste aktive Katalysatorsubstanz in Form von Nanopartikeln auf der zweiten Trägersubstanz abgeschieden oder auf diese aufgebracht wird und/oder wenn die mindestens eine zweite aktive Katalysatorsubstanz in Form von Nanopartikeln auf der ersten Trägersubstanz abgeschieden oder auf diese aufgebracht wird. Insbesondere können auch die erste und/oder die zweite Trägersubstanz in Form von Nanoartikeln bereitgestellt werden, so dass insgesamt eine deutliche Vergrößerung der aktiven Oberfläche des Elektrokatalysators erreicht werden kann, und zwar ohne die Menge der ersten und/oder zweiten aktiven Katalysatorsubstanz zu erhöhen. It is advantageous if, to form a supported nanocatalyst, the at least one first active catalyst substance is deposited or applied to the second carrier substance in the form of nanoparticles and / or if the at least one second active catalyst substance is deposited in the form of nanoparticles on the first carrier substance or is applied to this. In particular, the first and / or the second carrier substance can also be provided in the form of nanoparticles, so that overall a significant increase in the active surface of the electrocatalyst can be achieved, without increasing the amount of the first and / or second active catalyst substance.
Vorzugsweise wird die mindestens eine erste aktive Katalysatorsubstanz durch eine wasserfreie chemische Reaktion auf der zweiten Trägersubstanz abgeschieden oder auf diese aufgebracht und/oder wird die mindestens eine zweite aktive Katalysatorsubstanz durch eine wasserfreie chemische Reaktion auf der ersten Trägersubstanz abgeschieden oder auf diese aufgebracht. Insbesondere wird die chemische Reaktion bei Raumtemperatur und insbesondere auch unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt. Beispielsweise kann als Schutzgas Argon zum Einsatz kommen. Eine chemische Reaktion bei Raumtemperatur durchzuführen bedeutet insbesondere einen deutlich geringeren Herstellungsaufwand als beispielsweise das Aufbringen einer Katalysatorschicht auf eine Trägerplatte mittels thermischem Spritzen. Preferably, the at least one first active catalyst substance is deposited or applied to the second carrier substance by an anhydrous chemical reaction and / or the at least one second active catalyst substance is deposited or applied to the first carrier substance by an anhydrous chemical reaction. In particular, the chemical reaction is carried out at room temperature and in particular under a protective gas atmosphere. For example, argon can be used as protective gas. To carry out a chemical reaction at room temperature means, in particular, a significantly lower production outlay than, for example, the application of a catalyst layer to a carrier plate by means of thermal spraying.
Auf besonders einfache Weise herstellen lässt sich der Elektrokatalysator, wenn die zweite Trägersubstanz und mindestens ein Edelmetallsalz, insbesondere ein Chlorsalz, des mindestens einen Edelmetalls in einem ersten Lösungsmittel aufgelöst werden und wenn die mindestens eine erste aktive Katalysatorsubstanz durch Reduktion des mindestens einen Edelmetallsalzes durch Zugeben eines in einem zweiten Lösungsmittel gelösten Reduktionsmittels auf der zweiten Trägersubstanz abgeschieden oder auf diese aufgebracht wird und/oder wenn die erste Trägersubstanz und mindestens ein Edelmetallsalz, insbesondere ein Chlorsalz, des mindestens einen Edelmetalls in einem dritten Lösungsmittel aufgelöst werden und wenn die mindestens eine zweite aktive Katalysatorsubstanz durch Reduktion des mindestens einen Edelmetallsalzes durch Zugeben eines in einem vierten Lösungsmittel gelösten Reduktionsmittels auf der ersten Trägersubstanz abgeschieden oder auf diese aufgebracht wird. Als Reduktionsmittel kann beispielsweise Natriumborhydrid (NaBH4) eingesetzt werden. Die beschriebene Vermischung zweier Lösungen stellt eine einfache Herstellungsmethode des Elektrokatalysators dar. The electrocatalyst can be produced in a particularly simple manner if the second carrier substance and at least one noble metal salt, in particular a chlorine salt, of the at least one noble metal are dissolved in a first solvent and if the at least one first active catalyst substance is obtained by reducing the at least one noble metal salt by adding a deposited in a second solvent reducing agent deposited on the second carrier substance or is applied thereto and / or when the first carrier substance and at least one noble metal salt, in particular a chlorine salt, of the at least one noble metal are dissolved in a third solvent and if the at least one second active catalyst substance by depositing or depositing onto the first support substance by reduction of the at least one noble metal salt by adding a reducing agent dissolved in a fourth solvent. As a reducing agent, for example, sodium borohydride (NaBH 4 ) can be used. The described mixing of two solutions represents a simple production method of the electrocatalyst.
Vorzugsweise wird als erstes, zweiten, drittes und/oder viertes Lösungsmittel ein Lösungsmittel auf Kohlenwasserstoff-Basis, insbesondere wasserfreies Ethanol, eingesetzt. Ethanol stellt ein umweltfreundliches Lösungsmittel dar und ist kostengünstig verfügbar. Insbesondere dann, wenn sowohl die erste und/oder die zweite Trägersubstanz als auch das mindestens eine Edelmetallsalz im selben Lösungsmittel gelöst werden, kann auf die Bereitstellung eines zweiten, dritten und vierten Lösungsmittels verzichtet werden. Beispielsweise kann als erstes, zweiten, drittes und/oder viertes Lösungsmittel auch Xylen eingesetzt werden.Preferably, a hydrocarbon-based solvent, in particular anhydrous ethanol, is used as the first, second, third and / or fourth solvent. Ethanol is an environmentally friendly solvent and is available at low cost. In particular, when both the first and / or the second carrier substance and the at least one noble metal salt are dissolved in the same solvent, the provision of a second, third and fourth solvent can be dispensed with. For example, xylene can also be used as the first, second, third and / or fourth solvent.
Um eine Oberflächenaktivität bei der Reaktion zu verbessern, ist es günstig, wenn im ersten und/oder dritten Lösungsmittel vor dem Auflösen der ersten und/oder zweiten Trägersubstanz ein Tensid, insbesondere ein kationisches Tensid, aufgelöst wird.In order to improve a surface activity in the reaction, it is favorable if a surfactant, in particular a cationic surfactant, is dissolved in the first and / or third solvent before dissolving the first and / or second carrier substance.
Vorzugsweise wird als kationisches Tensid Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB) eingesetzt. Dieses Tensid wirkt insbesondere oberflächenaktiv und verhindert, dass bei der durchgeführten Reaktion Nanopartikel der ersten und/oder zweiten Trägersubstanz agglomerieren und so eine Oberfläche zum Abscheiden der mindestens einen ersten und/oder zweiten aktiven Katalysatorsubstanz minimieren.Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is preferably used as the cationic surfactant. This surfactant is particularly surface-active and prevents nanoparticles of the first and / or second carrier substance from agglomerating during the reaction carried out and thus minimizing a surface for depositing the at least one first and / or second active catalyst substance.
Günstig ist es, wenn aus der zweiten Trägersubstanz und dem ersten Lösungsmittel eine erste Lösung hergestellt wird, wenn aus dem mindestens einen Edelmetallsalz und dem zweiten Lösungsmittel eine zweite Lösung hergestellt wird und wenn die erste und die zweite Lösung vor dem Zugeben des Reduktionsmittels gemischt werden und/oder wenn aus der ersten Trägersubstanz und dem dritten Lösungsmittel eine dritte Lösung hergestellt wird, wenn aus dem mindestens einen Edelmetallsalz und dem vierten Lösungsmittel eine vierte Lösung hergestellt wird und wenn die dritte und die vierte Lösung vor dem Zugeben des Reduktionsmittels gemischt werden. Auf diese Weise kann mehr als eine homogene Durchmischung der ersten und/oder der zweiten Trägersubstanz und der Edelmetallionen in der Lösung vor der Reduktion der Edelmetallionen erreicht werden.It is advantageous if a first solution is prepared from the second carrier substance and the first solvent, if a second solution is prepared from the at least one noble metal salt and the second solvent and if the first and the second solution are mixed prior to adding the reducing agent, and when a third solution is prepared from the at least one noble metal salt and the fourth solvent and when the third and fourth solutions are mixed prior to adding the reducing agent. In this way, more than a homogeneous mixing of the first and / or the second carrier substance and the noble metal ions in the solution can be achieved before the reduction of the noble metal ions.
Um das Durchführen der chemischen Reaktion zu verbessern und insgesamt eine möglichst hohe elektrochemische Oberfläche des Elektrokatalysators zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die erste und/oder die zweite Trägersubstanz in Pulverform eingesetzt werden. Insbesondere kann das Pulver Partikel der ersten oder der zweiten Trägersubstanz im Nanometerbereich umfassen. Vorzugsweise liegt eine Größe der Nanopartikel der ersten und/oder der zweiten Trägersubstanz in einem Bereich von etwa 10 nm bis 500 nm, insbesondere etwa 50 nm.In order to improve the performance of the chemical reaction and to achieve the highest possible overall electrochemical surface area of the electrocatalyst, it is advantageous if the first and / or the second carrier substance are used in powder form. In particular, the powder Particles of the first or the second carrier substance in the nanometer range include. Preferably, a size of the nanoparticles of the first and / or the second carrier substance is in a range of about 10 nm to 500 nm, in particular about 50 nm.
Vorzugsweise wird eine zweite Trägersubstanz eingesetzt, welche Titan und/ oder Sauerstoff und/oder Iridium und/oder Antimon und/oder Zinn und/oder ein Metall und/oder Silizium und/oder Kohlenstoff und/oder Bor und/oder Gold und/oder eine Elektrokeramik ist oder enthält. Derartige zweite Trägersubstanzen, insbesondere auch Mischungen der angegebenen Stoffe, eignen sich hervorragend für die Ausbildung von Elektrokatalysatoren mit einer hohen katalytischen Aktivität insbesondere für die Sauerstoffentwicklungsreaktion und einem geringen Edelmetallanteil. Unter einer Elektrokeramik ist insbesondere eine elektrisch leitfähige Keramik zu verstehen.Preferably, a second carrier substance is used, which is titanium and / or oxygen and / or iridium and / or antimony and / or tin and / or a metal and / or silicon and / or carbon and / or boron and / or gold and / or a Electroceramics is or contains. Such second carrier substances, in particular also mixtures of the specified substances, are outstandingly suitable for the formation of electrocatalysts with a high catalytic activity, in particular for the oxygen evolution reaction and a low noble metal content. Under an electroceramic is to be understood in particular an electrically conductive ceramic.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als zweite Trägersubstanz Titansuboxid (Ti4O7) oder Iridium in der Modifikation Ir-Black oder Antimon-Zinn-Oxid (ATO) oder Titan-Metalloxid (Ti1-xMxO2 mit M = W, Nb, Mo) oder Bor dotiertes Siliziumkarbid (SiC:B) oder Fluor dotiertes Zinnoxid (SnO2:F) oder Gold (Au) eingesetzt wird. Insbesondere Titansuboxid hat hervorragende Eigenschaften, die das Abscheiden von Edelmetallen auf der zweiten Trägersubstanz ermöglichen.It is particularly advantageous if titanium suboxide (Ti 4 O 7 ) or iridium in the modification Ir black or antimony tin oxide (ATO) or titanium metal oxide (Ti 1 -x M x O 2 with M = W , Nb, Mo) or boron-doped silicon carbide (SiC: B) or fluorine-doped tin oxide (SnO 2 : F) or gold (Au) is used. Titanium suboxide, in particular, has excellent properties that enable the deposition of noble metals on the second support.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird bei einem Elektrokatalysator der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dieser mindestens eine auf einer ersten, elektrisch nicht-leitfähigen Trägersubstanz abgeschiedene oder auf diese aufgebrachte zweite aktive Katalysatorsubstanz zur Anregung der Oxidation von Wasserstoff umfasst.In the case of an electrocatalyst of the type described in the introduction, the object stated in the introduction is achieved according to the invention by comprising at least one second active catalyst substance deposited on a first, electrically nonconductive carrier substance or applied thereto to excite the oxidation of hydrogen.
Wie bereits oben beschrieben lassen sich solche Elektrokatalysatoren mit relativ geringem Aufwand und umweltfreundlich herstellen. Zudem sind die Kosten solcher Elektrokatalysatoren im Vergleich zu herkömmlichen Elektrokatalysatoren, die überwiegend oder ganz aus Edelmetallen bestehen, deutlich geringer, ohne eine Einbuße der katalytischen Aktivität in Kauf nehmen zu müssen. Durch die zweite aktive Katalysatorsubstanz kann effektiv Wasserstoff an der Anode mit Sauerstoff zu Wasser oxidiert werden, wodurch die Gefahr einer Knallgasreaktion signifikant vermindert wird. Der Einsatz einer ersten, elektrisch nicht-leitfähigen Trägersubstanz hat zudem den Vorteil, dass keine großen Mengen der zweiten aktiven Katalysatorsubstanz benötigt werden. As already described above, such electrocatalysts can be produced with relatively little effort and in an environmentally friendly manner. In addition, the cost of such electrocatalysts compared to conventional electrocatalysts, which consist mainly or entirely of precious metals, significantly lower without having to accept a loss of catalytic activity in purchasing. The second active catalyst substance can effectively oxidize hydrogen at the anode with oxygen to water, thereby significantly reducing the risk of an oxyhydrogen gas reaction. The use of a first, electrically non-conductive carrier substance also has the advantage that no large amounts of the second active catalyst substance are needed.
Durch die Trägerung der zweiten Katalysatorsubstanz wird von dieser nur eine im Vergleich deutlich geringere Menge benötigt. Als erste Trägersubstanz kann insbesondere ein kostengünstiges Material, das elektrisch nicht leitfähig ist, eingesetzt werden. Die erste Trägersubstanz kann auch die zweite aktive Katalysatorsubstanz umgeben.Due to the support of the second catalyst substance of this only a comparatively smaller amount is needed. In particular, a cost-effective material which is not electrically conductive can be used as the first carrier substance. The first carrier may also surround the second active catalyst substance.
Vorteilhafterweise weist die erste Trägersubstanz eine elektrische Leitfähigkeit von maximal 1 × 10–3 S/m auf. Eine solch geringe elektrische Leitfähigkeit verhindert, dass die zweite Katalysatorsubstanz auf Potential liegt.Advantageously, the first carrier substance has an electrical conductivity of at most 1 × 10 -3 S / m. Such low electrical conductivity prevents the second catalyst substance from being at potential.
Auf kostengünstige Weise lässt sich die zweite Katalysatorsubstanz zumindest teilweise in der sonst erforderlichen Menge reduzieren, wenn die erste Trägersubstanz eine Keramik, ein Polymer, insbesondere Tetrafluorethylen (PTFE), und/oder ein Metalloxid ist oder enthält. In a cost effective manner, the second catalyst substance can be at least partially reduced in the otherwise required amount, if the first carrier substance is or contains a ceramic, a polymer, in particular tetrafluoroethylene (PTFE), and / or a metal oxide.
Auf einfache Weise herstellen lässt sich der Elektrokatalysator, wenn die Keramik oder das Metalloxid Titan enthält. Zudem kann eine solche erste Trägersubstanz im Vergleich zu einer zweiten aktiven Katalysatorsubstanz, die aus einem Edelmetall oder einer Mischung aus Edelmetallen besteht, deutlich kostengünstiger hergestellt werden.The electrocatalyst can be produced in a simple manner if the ceramic or the metal oxide contains titanium. In addition, such a first carrier substance compared to a second active catalyst substance, which consists of a noble metal or a mixture of noble metals, can be produced significantly cheaper.
Insbesondere gute Eigenschaften der ersten Trägersubstanz zum Abscheiden beziehungsweise Aufbringen der zweiten aktiven Katalysatorsubstanz lassen sich erhalten, wenn das Metalloxid Titanoxid (TIO) oder Titandioxid (TIO2) ist.In particular, good properties of the first carrier substance for depositing or applying the second active catalyst substance can be obtained if the metal oxide is titanium oxide (TIO) or titanium dioxide (TIO 2 ).
Vorteilhaft ist es, wenn die erste aktive Katalysatorsubstanz auf einer ersten, elektrisch leitfähigen Trägersubstanz abgeschieden oder auf diese aufgebracht ist. So kann der Elektrokatalysator bei gleicher Aktivität mit deutlich weniger Edelmetalleinsatz ausgebildet werden.It is advantageous if the first active catalyst substance is deposited on or applied to a first, electrically conductive carrier substance. Thus, the electrocatalyst can be formed with the same activity with significantly less precious metal.
Um die katalytische Aktivität des Elektrokatalysators zu optimieren, ist es vorteilhaft, wenn die zweite Trägersubstanz hochleitfähig und/oder korrosionsbeständig ist. Insbesondere bei Verwendung von sauren und alkalischen Elektrolyten ist eine hohe Korrosionsbeständigkeit wünschenswert.In order to optimize the catalytic activity of the electrocatalyst, it is advantageous if the second carrier substance is highly conductive and / or corrosion resistant. Especially when acidic and alkaline electrolytes are used, high corrosion resistance is desirable.
Günstigerweise weist die zweite Trägersubstanz eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 1 × 106 S/m auf. Durch eine solche Leitfähigkeit wird insbesondere sichergestellt, dass bei der Zersetzung von Wasser gebildete Elektronen von der Anode sicher abgeleitet werden können.Conveniently, the second carrier substance has an electrical conductivity of at least 1 × 10 6 S / m. Such a conductivity ensures, in particular, that electrons formed in the decomposition of water can be safely removed from the anode.
Vorzugsweise ist die erste und/oder die zweite Katalysatorsubstanz ein Edelmetall oder eine Mischung aus zwei oder mehr Edelmetallen. Edelmetalle oder Edelmetallmischungen eignen sich hervorragend, um die Entwicklung von Sauerstoff und/oder die Oxidation von Wasserstoff anzuregen beziehungsweise zu unterstützen.Preferably, the first and / or the second catalyst substance is a noble metal or a mixture of two or more noble metals. Precious metals or precious metal mixtures are outstandingly suited to stimulate or assist the development of oxygen and / or the oxidation of hydrogen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste und/oder die zweite Katalysatorsubstanz Platin (Pt), Iridium (Ir), Ruthenium (Ru), Palladium (Pd), Iridium-Vanadium (IrV), Platin-Iridium (PtIr) oder Platin-Iridium-Vanadium (PtIrV) oder eine Mischung aus einem oder mehreren dieser Stoffe ist. Die angegebenen Stoffe ermöglichen eine effiziente Entwicklung von Sauerstoff und auch eine gute Oxidation von Wasserstoff. Übergangsmetalle aus der vierten Nebengruppe (Titangruppe) oder der fünften Nebengruppe (Vanadiumgruppe) des Periodensystems der Elemente mit Edelmetallen zu Katalysatorsubstanzen zu mischen ermöglicht es insbesondere, im Vergleich zu reinen Edelmetallen deutlich kostengünstigere Elektrokatalysatoren herzustellen. Zudem erlaubt eine solche Mischung auch die Ausbildung von Legierungen mit Edelmetallen, insbesondere auch auf den vorgeschlagenen Trägersubstanzen, und zwar sowohl auf Metallen und metallischen Legierungen als auch auf Keramiken, insbesondere elektrisch leitfähigen Keramiken, oder nicht-leitfähigen Trägersubstanzen wie Keramiken oder nicht-leitfähigen Metalloxiden. Übergangsmetalle wie Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob oder Tantal sind im Vergleich zu Edelmetallen deutlich kostengünstiger und ermöglichen eine optimale Legierung mit Edelmetallen und entsprechenden Trägersubstanzen. According to a preferred embodiment of the invention it can be provided that the first and / or the second catalyst substance platinum (Pt), iridium (Ir), ruthenium (Ru), palladium (Pd), iridium-vanadium (IrV), platinum-iridium ( PtIr) or platinum-iridium-vanadium (PtIrV) or a mixture of one or more of these substances. The specified substances allow an efficient evolution of oxygen and also a good oxidation of hydrogen. To mix transition metals from the fourth subgroup (titanium group) or the fifth subgroup (vanadium group) of the Periodic Table of the Elements with noble metals to catalyst substances makes it possible in particular to produce much cheaper electrocatalysts compared to pure precious metals. In addition, such a mixture also permits the formation of alloys with noble metals, in particular also on the proposed carrier substances, both on metals and metallic alloys and on ceramics, in particular electrically conductive ceramics, or non-conductive carrier substances such as ceramics or non-conductive metal oxides , Transition metals such as titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium or tantalum are significantly cheaper compared to precious metals and allow an optimal alloy with precious metals and corresponding carrier substances.
Günstig ist es, wenn der Elektrokatalysator in Form eines geträgerten Nanokatalysators ausgebildet ist, bei welchem die erste aktive Katalysatorsubstanz in Form von Nanopartikeln auf der zweiten Trägersubstanz abgeschieden oder auf diese aufgebracht ist und/oder bei welchem die zweite aktive Katalysatorsubstanz in Form von Nanopartikeln auf der ersten Trägersubstanz abgeschieden oder auf diese aufgebracht ist. Ein solcher Elektrokatalysator weist eine hohe aktive Oberfläche auf. Insbesondere können auch die erste und/ oder die zweite Trägersubstanz in Form von Nanopartikeln zur Ausbildung des Elektrokatalysators eingesetzt werden, wodurch eine aktive Oberfläche des Elektrokatalysators weiter erhöht werden kann. Bei gleicher Edelmetallmenge weist ein solcher Elektrokatalysator eine deutlich verbesserte Leistungsdichte auf, da für eine vergleichbare katalytische Aktivität deutlich geringere Mengen an aktiven Katalysatorsubstanzen, insbesondere Edelmetallen, eingesetzt werden müssen. It is advantageous if the electrocatalyst is designed in the form of a supported nanocatalyst, in which the first active catalyst substance is deposited in the form of nanoparticles on the second carrier substance or applied thereto and / or in which the second active catalyst substance in the form of nanoparticles on the deposited or applied to the first carrier substance. Such an electrocatalyst has a high active surface area. In particular, the first and / or the second carrier substance in the form of nanoparticles can be used to form the electrocatalyst, whereby an active surface of the electrocatalyst can be further increased. With the same amount of precious metal, such an electrocatalyst has a significantly improved power density, since for a comparable catalytic activity significantly lower amounts of active catalyst substances, in particular precious metals, must be used.
Vorteilhaft ist es, wenn die mindestens eine erste aktive Katalysatorsubstanz durch eine wasserfreie chemische Reaktion auf der zweiten Trägersubstanz abgeschieden oder auf diese aufgebracht ist und/oder wenn die mindestens eine zweite aktive Katalysatorsubstanz durch eine wasserfreie chemische Reaktion auf der ersten Trägersubstanz abgeschieden oder auf diese aufgebracht ist. Ein solcher Elektrokatalysator lässt sich mit relativ geringem apparativem Aufwand und kostengünstig herstellen.It is advantageous if the at least one first active catalyst substance is deposited on or applied to the second carrier substance by an anhydrous chemical reaction and / or if the at least one second active catalyst substance is deposited on or applied to the first carrier substance by an anhydrous chemical reaction is. Such an electrocatalyst can be produced with relatively low expenditure on equipment and at low cost.
Um eine möglichst große aktive Oberfläche des Elektrokatalysators zu erzeugen, ist es günstig, wenn die erste und/oder die zweite Trägersubstanz pulverförmig sind. Insbesondere kann es sich bei der ersten und/oder der zweiten Trägersubstanz um ein Pulver mit Partikeln handeln, welche eine Größe im Nanometerbereich aufweisen. Insbesondere können die Partikel eine Größe in einem Bereich von 10 nm bis 800 nm aufweisen, insbesondere in einem Bereich von 50 nm bis etwa 400 nm.In order to produce the largest possible active surface of the electrocatalyst, it is favorable if the first and / or the second carrier substance are powdery. In particular, the first and / or the second carrier substance may be a powder with particles which have a size in the nanometer range. In particular, the particles may have a size in a range from 10 nm to 800 nm, in particular in a range from 50 nm to about 400 nm.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zweite Trägersubstanz Titan und/oder Sauerstoff und/ oder Iridium und/oder Antimon und/oder Zinn und/oder ein Metall und/oder Silizium und/oder Kohlenstoff und/oder Bor und/oder Gold und/oder eine Elektrokeramik ist oder enthält. Mit den genannten Stoffen lassen sich insbesondere hochleitfähige und/oder korrosionsbeständige Pulver herstellen, die mit einer ersten aktiven Katalysatorsubstanz versehen werden können.According to another preferred embodiment of the invention it can be provided that the second carrier substance is titanium and / or oxygen and / or iridium and / or antimony and / or tin and / or a metal and / or silicon and / or carbon and / or boron and / or gold and / or an electroceramics is or contains. In particular, highly conductive and / or corrosion-resistant powders which can be provided with a first active catalyst substance can be produced with the abovementioned substances.
Besonders gute katalytische Aktivitäten lassen sich erreichen, wenn die zweite Trägersubstanz Titansuboxid (Ti4O7) oder Iridium in der Modifikation Ir-Black oder Antimon-Zinn-Oxid (ATO) oder Titan-Metalloxid (Ti1-xMxO2 mit M = W, Nb, Mo) oder Bor dotiertes Siliziumkarbid (SiC:B) oder Fluor dotiertes Zinnoxid (SnO2:F) oder Gold (Au) ist. Insbesondere Titansuboxid hat hervorragende Eigenschaften, die das Abscheiden von Edelmetallen auf der zweiten Trägersubstanz ermöglichen.Particularly good catalytic activities can be achieved if the second carrier titanium suboxide (Ti 4 O 7 ) or iridium in the modification Ir-black or antimony-tin-oxide (ATO) or titanium metal oxide (Ti 1-x M x O 2 with M = W, Nb, Mo) or boron doped silicon carbide (SiC: B) or fluorine doped tin oxide (SnO 2 : F) or gold (Au). Titanium suboxide, in particular, has excellent properties that enable the deposition of noble metals on the second support.
Ferner wird die Verwendung eines der oben beschriebenen Elektrokatalysatoren zur Herstellung von Katalysator-beschichteten Membranen und Membran-Elektroden-Einheiten für elektrochemische Zellen vorgeschlagen, insbesondere für Brennstoffzellen und Elektrolyseure, weiter insbesondere Ionenaustauschmembran-Brennstoffzellen und Ionenaustauschmembran-Wasserelektrolyseure.Further, the use of one of the electrocatalysts described above for the production of catalyst-coated membranes and membrane electrode assemblies for electrochemical cells is proposed, in particular for fuel cells and electrolyzers, more particularly ion exchange membrane fuel cells and ion exchange membrane water electrolyzers.
Auf diese Weise lassen sich insbesondere leistungsstarke Katalysator-beschichtete Membranen und Membran-Elektroden-Einheiten kostengünstig herstellen.In particular, high-performance catalyst-coated membranes and membrane-electrode assemblies can be produced inexpensively in this way.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner bei einer Katalysator-beschichteten Membran der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Elektrokatalysator in Form eines der oben beschriebenen Elektrokatalysatoren ausgebildet ist.The object stated in the introduction is further achieved according to the invention in the case of a catalyst-coated membrane of the type described in the introduction in that the electrocatalyst is in the form of one of the electrocatalysts described above.
Eine solche Katalysator-beschichtete Membran weist die oben im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen von Elektrokatalysatoren beschriebenen Vorteile auf. Insbesondere kann sie im Vergleich zu herkömmlichen Membran-Elektroden-Einheiten deutlich kostengünstiger ausgebildet werden.Such a catalyst-coated membrane has the advantages described above in connection with preferred embodiments of electrocatalysts. In particular, it can be compared to conventional membrane electrode Units are designed significantly cheaper.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner bei einer Membran-Elektroden-Einheit der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Elektrokatalysator in Form eines der oben beschriebenen Elektrokatalysatoren ausgebildet ist.The object stated in the introduction is also achieved according to the invention in a membrane-electrode assembly of the type described in the introduction in that the electrocatalyst is in the form of one of the electrocatalysts described above.
Eine solche Membran-Elektroden-Einheit weist die oben im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen von Elektrokatalysatoren beschriebenen Vorteile auf. Insbesondere kann sie im Vergleich zu herkömmlichen Membran-Elektroden-Einheiten deutlich kostengünstiger ausgebildet werden.Such a membrane-electrode assembly has the advantages described above in connection with preferred embodiments of electrocatalysts. In particular, it can be formed much cheaper compared to conventional membrane electrode assemblies.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner bei einer Elektrode der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die mindestens eine Katalysatorschicht einen der oben beschriebenen Elektrokatalysatoren umfasst oder durch einen der oben beschriebenen Elektrokatalysatoren gebildet ist.The object stated in the introduction is further achieved according to the invention in an electrode of the type described in the introduction in that the at least one catalyst layer comprises one of the above-described electrocatalysts or is formed by one of the electrocatalysts described above.
Eine solche Elektrode weist die oben im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen von Elektrokatalysatoren beschriebenen Vorteile auf. Insbesondere kann sie im Vergleich zu herkömmlichen Elektroden deutlich kostengünstiger ausgebildet werden.Such an electrode has the advantages described above in connection with preferred embodiments of electrocatalysts. In particular, it can be formed significantly cheaper compared to conventional electrodes.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Katalysatorschicht in Form einer anodischen oder kathodischen Katalysatorschicht ausgebildet ist. So lassen sich insbesondere Katalysatorschichten von Anoden und Kathoden elektrochemischer Zellen oder Reaktoren ausbilden.Preferably, the at least one catalyst layer is in the form of an anodic or cathodic catalyst layer. In particular, catalyst layers of anodes and cathodes of electrochemical cells or reactors can be formed.
Insbesondere ist es günstig, wenn die Elektrode in Form einer Anode für einen Wasserelektrolyseur ausgebildet ist. Insbesondere kann es sich dabei um einen Ionenaustauschmembran-Wasserelektrolyseur, beispielsweise in Form eines Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyseurs, handeln. Mit einer solchen Elektrode lässt sich Wasser deutlich kostengünstiger in seine Bestandteile Wassersoff und Sauerstoff zerlegen.In particular, it is favorable if the electrode is designed in the form of an anode for a water electrolyzer. In particular, it may be an ion exchange membrane water electrolyzer, for example in the form of a proton exchange membrane water electrolyzer. With such an electrode, water can be decomposed much more cost-effectively into its constituents water oxygen and oxygen.
Ferner ist es günstig, wenn die Elektrode in Form einer Kathode für eine Brennstoffzelle ausgebildet ist. Insbesondere kann es sich dabei um eine Ionenaustauschmembran-Brennstoffzelle handeln, beispielsweise in Form einer Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle. Eine solche erfindungsgemäß vorgeschlagene Elektrode ist im Vergleich zu herkömmlichen Elektroden deutlich kostengünstiger herzustellen.Furthermore, it is favorable if the electrode is designed in the form of a cathode for a fuel cell. In particular, it may be an ion exchange membrane fuel cell, for example in the form of a proton exchange membrane fuel cell. Such an electrode proposed according to the invention is significantly cheaper to produce compared to conventional electrodes.
Um insbesondere kompakte elektrochemische Zellen und Reaktoren ausbilden zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Elektrode einen Elektrodenträger in Form einer Bipolarplatte umfasst. Diese kann beispielsweise aus einem geeigneten Metall gebildet sein und Gasleitungskanäle aufweisen, um beim Einsatz der elektrochemischen Zelle gebildete Gase abzuleiten oder dieser zugeführte Gase zu den Elektrokatalysatoren zu leiten.In order to be able to form in particular compact electrochemical cells and reactors, it is advantageous if the electrode comprises an electrode carrier in the form of a bipolar plate. This may for example be formed from a suitable metal and having gas ducts to divert gases formed during use of the electrochemical cell or to direct these supplied gases to the electrocatalysts.
Um einen Durchtritt gebildeter Gase oder das Zusammenführen derselben bei elektrochemischen Reaktoren und Zellen zu verbessern, ist es günstig, wenn die Elektrode eine auf dem Elektrodenträger aufgebrachte Gasdiffusionsschicht umfasst.In order to improve a passage of formed gases or the merging thereof in electrochemical reactors and cells, it is advantageous if the electrode comprises a gas diffusion layer applied to the electrode carrier.
Um eine Reaktion der elektrochemischen Zelle zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine Katalysatorschicht auf der Gasdiffusionsschicht aufgebracht ist. Beispielsweise können in einer elektrochemischen Zelle oder einem elektrochemischen Reaktor zwei solche Elektroden zusammengefügt werden, wobei sie durch eine Protonenaustauschmembran voneinander getrennt sind. Mit anderen Worten können dann auf beiden Seiten einer Protonenaustauschmembran Katalysatorschichten ausgebildet sein, die wiederum jeweils durch eine Gasdiffusionsschicht von einem Elektrodenträger getrennt sind. In order to improve a reaction of the electrochemical cell, it is advantageous if the at least one catalyst layer is applied to the gas diffusion layer. For example, in an electrochemical cell or electrochemical reactor, two such electrodes may be joined together, separated by a proton exchange membrane. In other words, then catalyst layers can be formed on both sides of a proton exchange membrane, which in turn are each separated by a gas diffusion layer of an electrode carrier.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner bei einem elektrochemischen Reaktor der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine der zwei Elektroden in Form einer der oben beschriebenen vorteilhaften Elektroden ausgebildet ist. In the case of an electrochemical reactor of the type described in the introduction, the object stated in the introduction is also achieved according to the invention in that at least one of the two electrodes is designed in the form of one of the advantageous electrodes described above.
Eine solcher elektrochemischer Reaktor ist im Vergleich zu herkömmlichen elektrochemischen Zellen deutlich kostengünstiger, da die benötigte Menge an Edelmetallen signifikant verringert ist. Zudem ist bei ihm das Risiko einer Knallgasexplosion verringert.Such an electrochemical reactor is significantly cheaper compared to conventional electrochemical cells, since the required amount of noble metals is significantly reduced. It also reduces the risk of a blast gas explosion.
Günstig ist es, wenn der elektrochemische Reaktor in Form einer Ionenaustauschmembran-Brennstoffzelle, eines Ionenaustauschmembran-Wasserelektrolyseurs, einer Redox-Flussbatterie, eines elektrochemischen Reaktors zur Kohlenstoffdioxid- und Stickstoffreduktion, eines elektrochemischen Reaktors zur Oxidation und/oder Reduktion von Lignin, eines elektrochemischen Reaktors zur Hydrierung von Gasen oder Flüssigkeiten, eines elektrochemischen Zelle zur elektrochemischen Wasseraufbereitung, Lithium-Luft-Batterie, Metall-Luft-Batterie oder eines Metallschicht-Abscheidungselektrolyseurs ausgebildet ist. Bei all diesen verschiedenen Einsätzen elektrochemischer Zellen und Reaktoren können so signifikant Kosten insbesondere bei der Herstellung derselben eingespart wenden, ohne eine Wirkungsweise und Effizienz des elektrochemischen Reaktors oder der elektrochemischen Zelle zu verringern.It is favorable if the electrochemical reactor in the form of an ion exchange membrane fuel cell, an ion exchange membrane water electrolyzer, a redox flow battery, an electrochemical reactor for carbon dioxide and nitrogen reduction, an electrochemical reactor for the oxidation and / or reduction of lignin, an electrochemical reactor for Hydrogenation of gases or liquids, an electrochemical cell for electrochemical water treatment, lithium-air battery, metal-air battery or a metal-layer deposition electrolyzer is formed. With all these different uses of electrochemical cells and reactors, it is possible to significantly save costs, especially in the production thereof without reducing the operation and efficiency of the electrochemical reactor or the electrochemical cell.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments of the invention is used in conjunction with the drawings for further explanation. Show it:
In
Die elektrochemische Zelle
Auf die kathodische Bipolarplatte
Auf die kathodische Gasdiffusionsschicht
Auch in der anodischen Bipolarplatte
In
Die Katalysatorschicht
Um den durch die Ionenaustauschmembran
Die elektrische Leitfähigkeit der zweiten Trägersubstanz
Durch die Trägerung der ersten Katalysatorsubstanz
Die erste Katalysatorsubstanz
Die chemischen Reaktionsgleichungen bei der Elektrolyse von Wasser sind nachfolgend wiedergegeben:
Die Bildung molekularen Wasserstoffs erfolgt an der Kathode, wobei abhängig von der Dicke der Ionenaustauschmembran
In den
In
Bei der in
Wie in
In
Eine besonders einfache Variante der Membran-Elektroden-Einheit
In
Zunächst wird Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB), welches als oberflächenaktiver Stoff wirkt, in wasserfreiem Ethanol gelöst, beispielsweise kann es dann in einen Dreihalskolben gegeben werden. Die Zugabe von CTAB fördert zum einen die Distorsion auf dem Trägermaterial, zum anderen dient es zur Bildung von Nanopartikeln.First, cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), which acts as a surfactant, is dissolved in anhydrous ethanol, for example, it may then be placed in a three-necked flask. The addition of CTAB on the one hand promotes distortion on the support material, on the other hand it serves to form nanoparticles.
Anschließend wird das Trägermaterial TiO2 beigemischt. Zur besseren Vermischung kann die Lösung in ein Ultraschallbad gegeben werden. Subsequently, the carrier material TiO 2 is added. For better mixing, the solution can be placed in an ultrasonic bath.
Ferner wird Platinum(IV)-Chlorid (PtCl4) in wasserfreiem Ethanol gelöst und dann der im Dreihalskolben enthaltenen Mischung zugeführt. Die gesamte Mischung wird für mehrere Minuten nochmals im Ultraschallbad behandelt. Dann wird Argon zugeströmt und die Rotation eingeschaltet. Further, platinum (IV) chloride (PtCl 4 ) is dissolved in anhydrous ethanol and then supplied to the mixture contained in the three-necked flask. The entire mixture is treated again for several minutes in an ultrasonic bath. Then argon is added and the rotation is switched on.
Nach einigen Stunden wird die Temperatur der Mischung, die bei Raumtemperatur erfolgte, mit Hilfe eines Eisbades abgekühlt und die Rotation erhöht. After a few hours, the temperature of the mixture, which took place at room temperature, is cooled by means of an ice bath and the rotation is increased.
Das Reduktionsmittel Natriumborhydrid (NaBH4) wird in wasserfreiem Ethanol gelöst und tröpfchenweise zugegeben. Durch die niedrige Temperatur, die die Reaktionsgeschwindigkeit herabsetzt, die erhöhte Rotation und durch das langsame Zutropfen von NaBH4 wird sowohl eine gute Verteilung der katalytisch aktiven Substanz auf dem Trägermaterial garantiert als auch die Agglomeration von Katalysatormaterial zu großen Partikeln unterbunden. The reducing agent sodium borohydride (NaBH 4 ) is dissolved in anhydrous ethanol and added dropwise. The low temperature, which reduces the reaction rate, the increased rotation and the slow dropwise addition of NaBH 4 guarantees both a good distribution of the catalytically active substance on the carrier material and the agglomeration of catalyst material into large particles.
Nachdem das Gemisch mehrere Stunden mit dem Magnetrührer durchmischt wurde, wird die Argonzufuhr abgestellt und die Rotation des Magnetrührers ausgeschaltet. After the mixture has been mixed with the magnetic stirrer for several hours, the argon supply is turned off and the rotation of the magnetic stirrer is switched off.
Mit Hilfe einer Woulffschen Flasche wird die Mischung über einen Papierfilter gefiltert und mehrere Male mit Ethanol gewaschen. Danach wird das Filtrat, also der erhaltene HOR-Elektrokatalysator Pt/TiO2, im Ofen bei 65˚C getrocknet. Using a Woulff bottle, the mixture is filtered through a paper filter and washed several times with ethanol. Thereafter, the filtrate, ie the obtained HOR electrocatalyst Pt / TiO 2 , dried in an oven at 65 ° C.
Alternativ kann der Elektrokatalysator mittels einer Zentrifuge aufbereitet werden. Mehrere Waschgänge mit Wasser, Ethanol oder alternativ H2SO4 Lösung reinigen den Elektrokatalysator von CTAB Verunreinigungen und von Salzen, die sich während der Synthese gebildet haben. Hierfür wird das Katalysatorpulver abwechselnd in der jeweiligen Waschlösung dispergiert und anschließend mittels einer Zentrifuge wieder getrennt.Alternatively, the electrocatalyst can be prepared by means of a centrifuge. Several washes with water, ethanol or, alternatively, H 2 SO 4 solution purify the electrocatalyst of CTAB impurities and salts formed during the synthesis. For this purpose, the catalyst powder is alternately dispersed in the respective washing solution and then separated again by means of a centrifuge.
Optional kann der HOR-Elektrokatalysator Pt/TiO2 mit einem Übergangsmetall behandelt werden, beispielsweise mit Vanadium. Für eine Vanadiumbehandlung wird Vanadylsulfat (VOSO4) in Schwefelsäure (H2SO4) gelöst und der gereinigte und getrocknete Elektrokatalysator Pt/TiO2 wird hinzugegeben. Die Lösung wird gut durchmischt und das in der Mischung enthaltene Wasser anschließend verdampft. Der verbleibende Rest der Mischung wird im Ofen bei 500˚C unter Wasserstoffatmosphäre getrocknet. So wird der Katalysator PtV/TiO2 hergestellt. Optionally, the HOR electrocatalyst Pt / TiO 2 can be treated with a transition metal, for example with vanadium. For vanadium treatment, vanadyl sulfate (VOSO 4 ) is dissolved in sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and the purified and dried electrocatalyst Pt / TiO 2 is added. The solution is thoroughly mixed and the water contained in the mixture is subsequently evaporated. The remainder of the mixture is dried in an oven at 500 ° C. under a hydrogen atmosphere. Thus, the catalyst PtV / TiO 2 is produced.
Bei der beschriebenen Synthese wird lediglich das umweltfreundliche Ethanol als Lösungsmittel verwendet. Titandioxid (TiO2) wird als Trägermaterial verwendet. Um zusätzlich die Menge des eingesetzten Platins als zweite aktive Katalysatorsubstanz zu verringern, kann wie beschrieben der HOR-Elektrokatalysator optional durch Zugabe von Vanadium modifiziert werden. Dadurch lässt sich eine Platin-Beladung des Katalysators im Vergleich zu reinem Platin signifikant senken und auf einen Wunschwert kontrollieren. Die Kosten für die Herstellung eines solchen geträgerten Katalysators sind unter Berücksichtigung aktueller Edelmetallpreise im Vergleich zu reinem Platin signifikant geringer. In the synthesis described, only the environmentally friendly ethanol is used as the solvent. Titanium dioxide (TiO 2 ) is used as a carrier material. In order to additionally reduce the amount of platinum used as the second active catalyst substance, as described, the HOR electrocatalyst can optionally be modified by adding vanadium. As a result, a platinum loading of the catalyst can be significantly reduced compared to pure platinum and controlled to a desired value. The cost of producing such a supported catalyst is significantly lower when compared to pure platinum, considering current precious metal prices.
Die Herstellung des OER-Elektrokatalysators ist beispielsweise in der
Bildet man die anodische Katalysatorschicht
In
Zum Vergleich zeigt
In
Die
Die
In
Die Aktivität von Elektrokatalysatoren in der Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) sind beispielhaft in
Ein weiteres Beispiel für die Herstellung insbesondere eines OER-Elektrokatalysators ist schematisch in
Zunächst wird zur Synthese von PtIr/Ti4O7 1,17 g Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB, VWR Chemicals), ein kationisches Tensid, welches die Grenzflächenspannung zwischen zwei Phasen herabsetzt, in 120 ml wasserfreiem Ethanol mit einem Wassergehalt von maximal 0,01 % gelöst und in einen Dreihalskolben gegeben. Die Zugabe von CTAB fördert zum einen die Dispersion der Edelmetalle auf dem Trägermaterial zum anderen dient es zur vollständigen Reduktion der metallischen Ausgangsstoffe und der Abscheidung auf dem Trägermaterial, der sogenannten Nanopartikelbildung. First, for the synthesis of PtIr / Ti 4 O 7, 1.17 g of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB, VWR Chemicals), a cationic surfactant which reduces the interfacial tension between two phases, is dissolved in 120 ml of anhydrous ethanol having a maximum water content of 0.01% and put in a three-necked flask. The addition of CTAB on the one hand promotes the dispersion of the noble metals on the support material and on the other hand it serves for the complete reduction of the metallic starting materials and the deposition on the support material, the so-called nanoparticle formation.
Anschließend werden 0,15 g des Trägermaterials Ti4O7 dem Dreihalskolben zugefügt und zur besseren Vermischung mittels eines Magnetrührers bei 500 Umdrehungen/min gerührt. Subsequently, 0.15 g of the support material Ti 4 O 7 are added to the three-necked flask and stirred for better mixing by means of a magnetic stirrer at 500 revolutions / min.
Ferner wird der Lösung Argon zugeströmt, um eine inerte Gasphase zu schaffen. Further, argon is added to the solution to create an inert gas phase.
53 mg des rotbraunen, kristallinen und hygroskopischen Salzes Platinum(IV)-chlorid (99,9 %, PtCl4 der Firma Alfa Aesar) werden mit 47 mg Iridium(III)-chlorid (99,9 %, IrCl3 der Firma Alfa Aesar), einem stark hygroskopischen Salz, in 50 ml wasserfreiem Ethanol gelöst und nach dreißig Minuten ebenfalls dem Dreihalskolben zugeführt.53 mg of the reddish-brown, crystalline and hygroscopic salt platinum (IV) chloride (99.9%, PtCl 4 from Alfa Aesar) are mixed with 47 mg iridium (III) chloride (99.9%, IrCl 3 from Alfa Aesar ), a highly hygroscopic salt, dissolved in 50 ml of anhydrous ethanol and also fed to the three-necked flask after thirty minutes.
Nach vier Stunden werden 152 mg des Reduktionsmittels Natriumborhydrid (NaBH4 der Firma Merck Millipore), ein Komplexsalz, welches aus einem Natri umkation Na+ und einem komplexen Tetrahydridoboratanion BH4 – besteht, in 20 ml wasserfreiem Ethanol gelöst und zügig der Mischung zugegeben. After four hours, 152 mg of the reducing agent sodium borohydride (NaBH 4 from Merck Millipore), a complex salt consisting of a sodium cation Na + and a complex tetrahydridoborate anion BH 4 - dissolved in 20 ml of anhydrous ethanol and added quickly to the mixture.
Die Drehzahl des Magnetrührers wird auf 1100 Umdrehungen/min erhöht und die Lösung für weitere vier Stunden bei Raumtemperatur durchmischt, um so eine vollständige Reduktion zu erreichen.The speed of the magnetic stirrer is increased to 1100 rpm and the solution mixed for another four hours at room temperature to achieve complete reduction.
Danach wird die Mischung mit Hilfe einer Woulffschen Flasche und zwei Blaubandfilterpapieren, die für sehr feine Niederschläge geeignet sind, gefiltert und mehrere Male mit reinem Ethanol (99,0 %) gewaschen, damit Nebenprodukte sowie CTAB entfernt werden.The mixture is then filtered using a Woulff bottle and two blue-band filter papers suitable for very fine precipitates and washed several times with pure ethanol (99.0%) to remove by-products as well as CTAB.
Das Filtrat, der erhaltene Elektrokatalysator PtIr/Ti4O7, im Ofen bei 40˚C getrocknet und anschließend mit einem Mörser gemahlen.The filtrate, the resulting electrocatalyst PtIr / Ti 4 O 7 , dried in an oven at 40˚C and then ground with a mortar.
Um den Elektrokatalysator vollständig von CTAB zu reinigen, wird dieser optional einer Wärmebehandlung unterzogen oder mit Ethanol gewaschen, bis in der Mutterlauge kein CTAB mehr detektierbar ist. Bei der Wärmebehandlung wird der Elektrokatalysator in einer Gasatmosphäre von 5 % Wasserstoff und 95 % Argon bei 250˚C für zwei Stunden erhitzt. Die Starttemperatur beträgt 30˚C mit einer Temperaturrampe von 5˚C/min und einem Volumenstrom des Reinigungsgases von 30 ml/min.In order to completely clean the electrocatalyst of CTAB, it is optionally subjected to a heat treatment or washed with ethanol until CTAB is no longer detectable in the mother liquor. In the heat treatment, the electrocatalyst is heated in a gaseous atmosphere of 5% hydrogen and 95% argon at 250 ° C. for two hours. The starting temperature is 30˚C with a temperature ramp of 5˚C / min and a flow rate of the cleaning gas of 30 ml / min.
Die einzelnen Syntheseschritte sind wie bereits angemerkt in
Im Anschluss an die Synthese kann der OER-Elektrokatalysator PtIr/Ti4O7 optional mit Vanadium behandelt werden. Dazu wird Vanadylsulfat (VOSO4) der Firma Alfa Aesar in demineralisiertem Wasser gelöst und zur besseren Vermischung ins Ultraschallbad gegeben. Anschließend wird der Elektrokatalysator hinzugegeben und die Mischung für weitere dreißig Minuten im Ultraschallbad behandelt. Nachdem die Lösung gut durchmischt wurde, wird diese in einem Ofen bei 40˚C erhitzt, um das Wasser zu verdampfen. Das getrocknete Pulver wird anschließend einer Wärmebehandlung bei 550˚C in Luftatmosphäre für zwei Stunden unterzogen. Am Ende dieses Behandlungsprozesses erhält man so den Elektrokatalysator PtIrV/Ti4O7. Following the synthesis, the OER electrocatalyst PtIr / Ti 4 O 7 can optionally be treated with vanadium. For this purpose, vanadyl sulfate (VOSO 4 ) from Alfa Aesar is dissolved in demineralized water and added to the ultrasonic bath for better mixing. Subsequently, the electrocatalyst is added and the mixture is treated for an additional thirty minutes in an ultrasonic bath. After the solution has been well mixed, it is heated in an oven at 40 ° C. to evaporate the water. The dried powder is then subjected to a heat treatment at 550 ° C. in air atmosphere for two hours. At the end of this treatment process, the electrocatalyst PtIrV / Ti 4 O 7 is obtained .
Die oben beschriebenen Elektrokatalysatoren können für zahlreiche kommerzielle Anwendungen im Bereich der Nieder-zu-Mitteltemperatur-elektrochemischen Anwendungen und Techniken genutzt werden. Dies sind insbesondere Katalysatorschichten in Membran-Elektroden-Einheiten sowie Katalysator-beschichteten Membranen, Polymer-Elektrolyt-Membran-Elektrolyseure (PEM-Elektrolyseure), reversible Brennstoffzellen (RBZ), Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen (PEBZ), Sauerstoffelektroden für verschiedene Elektrolyse-Anwendungen, Satellitenantriebe, Wasseraufbereitung sowie elektrochemische Membranreaktoren zur CO2- und N2-Reduktion von Biomasse und auch Lithium-Luft-Batterien und Metall-Luft-Batterien. The electrocatalysts described above can be used for numerous commercial applications in the field of low-to-medium temperature electrochemical applications and techniques. These are in particular catalyst layers in membrane-electrode assemblies and catalyst-coated membranes, polymer electrolyte membrane electrolyzers (PEM electrolysers), reversible fuel cells (RBZ), polymer electrolyte fuel cells (PEBZ), oxygen electrodes for various electrolysis applications , Satellite propulsion, water treatment and electrochemical membrane reactors for CO 2 and N 2 reduction of biomass and also lithium-air batteries and metal-air batteries.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- elektrochemische Zelle electrochemical cell
- 1212
- Wasserelektrolyseur water electrolyser
- 1414
- Ionenaustauschmembran-Wasserelektrolyseur Ion exchange membrane water electrolyzer
- 1616
- Ionenaustauschmembran Ion exchange membrane
- 1818
- Katalysator-beschichtete Membran Catalyst-coated membrane
- 2020
- Kathode cathode
- 2222
- kathodische Bipolarplatte cathodic bipolar plate
- 2424
- Strömungsfeld der kathodischen Bipolarplatte Flow field of the cathodic bipolar plate
- 2626
- Kanal channel
- 2828
- Wasserstoffverteiler/anodische Gasdiffusionsschicht Hydrogen Distributor / Anodic Gas Diffusion Layer
- 3030
- Kontaktoberfläche contact surface
- 3232
- kathodische Gasdiffusionsschicht cathodic gas diffusion layer
- 3434
- kathodische Katalysatorschicht cathodic catalyst layer
- 3636
- anodische Katalysatorschicht anodic catalyst layer
- 3838
- Anode anode
- 4040
- Stromkollektor current collector
- 4242
- anodische Bipolarplatte Anodic bipolar plate
- 4444
- Kontaktoberfläche contact surface
- 4646
- Kanal channel
- 4848
- Strömungsfeld flow field
- 5050
- Wasserverteiler water distributor
- 5252
- zweite Trägersubstanz second carrier substance
- 5454
- erste Katalysatorsubstanz first catalyst substance
- 5656
- zweite Katalysatorsubstanz second catalyst substance
- 5858
- erste Trägersubstanz first carrier substance
- 6060
- Membran-Elektrodeneinheit Membrane electrode assembly
- 6262
- HOR-Segment HOR segment
- 6464
- OER-Segment OER segment
- 6666
- Mischschicht mixed layer
- 6868
- OER-Schicht OER layer
- 7070
- Ionenaustausch-Membranschicht Ion-exchange membrane layer
- 7272
- HOR-Katalysatorpartikel HOR catalyst particles
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102015101249 [0119] DE 102015101249 [0119]
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DE102020200686A1 (en) | 2020-01-22 | 2021-07-22 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method for operating a fuel cell and electrochemical system |
-
2015
- 2015-11-11 DE DE202015106071.8U patent/DE202015106071U1/en active Active
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DE102020200686A1 (en) | 2020-01-22 | 2021-07-22 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method for operating a fuel cell and electrochemical system |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R163 | Identified publications notified | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |