DE2445310A1

DE2445310A1 - Verfahren zur herstellung von katalysatorelektroden fuer elektrochemische prozesse

Info

Publication number: DE2445310A1
Application number: DE19742445310
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Brill; Christian Glassmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-09-23
Filing date: 1974-09-23
Publication date: 1976-04-08

Description

Verfahren zur Herstellung von Kftalysatoelektroden für elektrochemische Prozesse Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Katalysatorelektroden für elektrochemische Prozesse, insbesondere für die Verwendung in Brennstoffzellen.
Katalysatoren, die in Form eines Pulvers vorliegen, müssen zu praktisch verwendbaren Elektroden verarbeitet werden. Das kann je nach Stoff und Anwendungszweck z. B. durch Pressen bei hohem Druck oder durch Aufspritzen oder Aufwalzen auf ein Trägermaterial geschehen. Im allgemeinen muß hierbei ein Bindemittel verwendet werden, um die notwendige Haftung der Katalysatorteilchen untereinander und auf der Unterlage zu erreichen. So ist es beispielsweise bekannt, für derartige Katalysatorpulver Polyäthylen oder Polytetrafluoräthylen als Bindemittel zu verwenden. Derart hergestellte Elektroden weisen åedoch für manche Verwendungszwecke keine ausreichende mechanische Stabilität auf, darüberhinaus läßt ihre elektrische Leitfähigkeit zu wünschen übrig, die Beständigkeit gegen Temperaturen über ca. 1500 C ist nicht ausreichend, es kommt ferner vor, daß ein Teil der aktiven Oberfläche durch das Bindemittel abgedeckt wird, schließlich ist die Einstellung der Porosität der Elektrode nicht leicht zu handhaben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das es gestattet, aus pulverförmigen Katalysatoren oder Katalysatorvorstufen eine mechanisch stabile Elektrode herzustellen, die eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweist, die bei höheren Temperaturen noch beständig ist, die eine möglichst hohe Porosität aufweist und bei der die Aktivität des Katalysators möglichst vollständig ausgenützt werden kann. Das Verfahren soll darüberhinaus möglichst einfach durchzuführen sein und ohne großen apparativen Aufwand auskommen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Katalysator oder eine Vorstufe desselben mit Kunstharz gemischt, daß Gemisch gepreßt und dann einer thermischen Behandlung unterworfen wird, wobei sich das Kunstharz pyrolytisch zersetzt, woran sich gegebenenfalls die Umwandlung der Katalysatorvorstufe in den Katalysator anschließt. Als Kunstharze werden solche verwendet, die bei der Pyrolyse vernetzte Gerüste ergeben, um einen möglichst guten Zusammenhalt innerhalb der Elektrode zu gewährleisten. Als Kunstharz kommt insbesondere ein Phenolharz oder ein Polyacrylester in Betracht. Der Anteil des Kunstharzes soll zwischen 2 und 15 Gewichtspozent liegen.
Bei großflächigen Elektroden ist es vorteilhaft, zur Verbesserung der mechanischen Stabilität einen temperaturbeständigen Träger, zum Beispiel in Form korrosionsfester Metallnetze zu verwenden.
Durch die thermische Behandlung des Gemisches aus Katalysator bzw. aus Katalysatorvorstufe und Kunstharz wird das Kunstharz pyrolysiert und es entsteht ein mechanisch stabiles, elektrisch leitfähiges Kohlegerüst. Die Katalysatorteilchen werden während der Umsetzung im Kohlegerüst fest verankert. Darüberhinaus werden sie zugleich elektrisch kontaktiert, weil die Kohle eine gute elektrische- Leitfähgikeit hat.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von Beispielen noch näher erläutert werden.
1. Beispiel: Aktives Wolframcarbid-Pulver, das beispielsweise nach dem in der DT-OS 2 027 472 beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, wird mit pulverisiertem Phenolharz gemischt, wobei die Mischung 4 Gewichtsprozent Harz enthält. Die Teilchengröße beider Bestandteile soll unter 601in liegen. Von dieser Mischung werden 3 Gramm in einem Preßgesenk mit einem Preßdruck von 1 kp/cm2 zu einer Scheibe von 45 mm Durchmesser verpreßt. Die Scheibe wird im Vakuum 4 Stunden bei 900 Celsius vorgetrocknet und anschließend 4 Stunden bei 2000 C gehalten. Danach wird unter 0 Schutzgas die Temperatur auf 450 Celsius erhöht. Wenn die Gasentwicklung aufgehört hat, wird unter Schutzgas abgekühlt. Die Elektrode ist dann betriebsbereit.
2. Beispiel: Wolframoxi#-Pulver, das nach dem in der oben genannten DT-OS beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, wird mit Phendharz gemischt. Der Harzanteil beträgt 6 Gewichtprozent. Von diesem Pulvergemisch werden 4 g in einem Preßgesenk mit einem 2 Preßdruck mit 1 kp/cm zu einer Scheibe vom 45 mm Durchmesser und 1,25 mm Dicke verpreßt. Die thermische Behandlung bis zu der Temperatur von 4500 C erfolgt wie unter Beispiel 1 beschrieben. Danach wird die Schutzgasatmosphäre durch eine Kohlenmonoxydatmosphäre ersetzt und bis auf 7000 C weiter erhitzt. Diese Temperatur wird 4 Stunden gehalten. Während dieser Zeit wird das Wolframox-d in Wolframkarbid umgewandelt.
Danach wird die Elektrode in der Kohlenmonoxydatmosphäre abgekühlt und ist dann betriebsbereit.
Sie hat Jetztsnoch einen Durchmesser von 40 mm und eine Dicke von 0,9 mm. Der Anteil des reinen Kohlenjtoffs am Gesamtgewicht der Elek--; trode beträgt 3 bis 4 Lc Die Porosität liegt bei etwa 75 .
3. Beispiel: 8,7 g aktives Wolframkarbid-Pulver werden mit 0,8 g Phenolharz in einem Vibrationssieb vermischt. Die Pulvermischung wird mit einem schwefelsäurebeständigen Stahlnetz von 45 mm Durchmesser und einer Drahtstärke von 0,1 mm in einem Preßgesenk mit einem Preßdruck von 0,8 kp/cm2 verpreßt. Die so erhaltene Scheibe wird anschließend 4 Stunden bei 100 C vorgetrocknet und dann 4 Stunden bei 2000 C gehalten. Danach wird unter Schutzgas die Temperatur auf 4000 erhöht. Wenn nach ca. 2 Stunden die Gasentwicklung aufgehört hat, wird unter Schutzgas abgekühlt und die Elektrode ist dann betriebsbereit.
Die Erfindung gibt ein Verfahren an, mit dem es auf verhältnis mäßig einfache Weise gelingt, pulverförmige Katalysatoren oder Katalysatorvorstufen in die Form einer für elektrochemische Zwecke praktisch verwendbaren Elektrode zu bringen. Durch die Art der Herstellung ist der Katalysator fest in dem gebildete Kohlegerüst verankert, was seinerseits für eine gute elektrische Leitfähigkeit sorgt. Die Temperaturbeständigkeit der Elei:-trode wird im wesentlichen von der Temperaturbeständigkeit des Katalysators bestimmt #nd liegt somit höher als bei einer Elektrode, die ein Kunststoffbindemittel enthält.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Katalysatorelektroden für elektrochemische Prozesse, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator oder eine Vorstufe desselben mit Kunstharz gemischt, das Gemisch gepreßt und dann einer thermischen Behandlung unterworfen wird, wobei sich das Kunstharz pyro]ytisch zersetzt, woran sich gegebenenfalls die Umwandlun: der Katalysatorvorstufe in den Katalysator anschließt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunstharze solche verwendet werden, die bei der Pyrolyse vernetzte Gerüste ergeben.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunstharz ein Phenolharz oder ein Polyacrylester verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunstharzanteil zwischen 2 und 15 Gewichtsprozent liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Elektrode ein Drahtnetz eingearbeitet wird.