DE2640225C2

DE2640225C2 - Kathode für die Elektrolyse von Wasser oder Alkalichloridlösungen und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2640225C2
Application number: DE2640225A
Authority: DE
Inventors: James Ryan Painesville Ohio Brannan; Irving University Heights Ohio Malkin
Original assignee: Eltech Systems Corp
Current assignee: Eltech Systems Corp
Priority date: 1975-09-15
Filing date: 1976-09-07
Publication date: 1987-05-14
Also published as: DD131042A5; DE2640225A1; FI61048B; BR7606050A; BE846161A; NL183595C; NL7610210A; GB1533758A; SE7610148L; SE426407B; US4024044A; FI61048C; FR2323777B1; CA1068645A; NL183595B; FR2323777A1; FI762618A; JPS5236583A; JPS5917197B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Kathode für die Elektrolyse von Wasser oder Alkalichloridlösungen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie Verfahren zu deren Herstellung.
In Elektrolysezellen für die Wasser- oder Chloralkalielektrolyse mit Diaphragma oder Membran setzt sich die Arbeitsspannung im wesentlichen aus der Zersetzungsspannung der zu elektrolysierenden Substanz und den Spannungen zusammen, die zur Überwindung des Ohm'schen Widerstands des Elektrolyten und des Übergangswiderstands an den Anschlußstellen erforderlich sind, sowie den Potentialen, die man als Überspannungen bezeichnet und welche erforderlich sind, um den Stromdurchgang an den Oberflächen der Elektroden zu ermöglichen. Diese Überspannungen hängen ab von der Art der zu entladenden oder aufzuladenen Ionen, der Stromdichte an der Elektrodenoberfläche, dem Elektrodenwerkstoff, dem Zustand der Elektrodenoberfläche, d. h. ob diese glatt oder rauh ist, der Temperatur und der Anwesenheit von Verunreinigungen in den Elektroden oder im Elektrolyt. Obwohl bereits verschiedene Theorien zur Erklärung des Phänomens Überspannung aufgestellt wurden, ist das Wissen darüber noch vollständig empirisch. Man kann beobachten, daß eine charakteristische Überspannung für jede spezielle Kombination von zu entladendem (oder aufzuladendem) Ion, Elektrode, Elektrolyt, Stromdichte usw. besteht.

Wegen der vielen Millionen Tonnen Wasser und Chloralkali, die jährlich elektrolysiert werden, erbringt die Herabsetzung der Arbeitsspannung um auch nur 0,05 V bereits eine wesentliche an Energieeinsparung. Die Industrie macht daher große Anstrengungen zur Herabsetzung der Arbeitsspannung. Eine Möglichkeit besteht in der Herstellung von Kathoden mit geringerer Wasserstoffüberspannung, z. B. Kathoden aus oder überzogen mit gesintertem Nickel oder Stahlpulver oder auch Kathoden mit speziellen Metall- oder Legierungsschichten auf den Oberflächen (US-PS 32 82 808, 32 91 714 und 33 50 294). Es scheint jedoch, daß sich diese Kathoden bisher nicht durchsetzen konnten, denn die Eisen- oder Stahlkathoden überwiegen noch immer. Möglicherweise lassen die Herstellungskosten diese Kathoden bei Berücksichtigung der Standardzeit gegenüber der Energieeinsparung nicht attraktiv erscheinen. Ein anderer Grund mag sein, daß sie nicht leicht hergestellt werden können. So sind Sintermetallüberzüge schwierig gleichmäßig auf unregelmäßig geformte Kathodensubstrate wie Streckmetall oder Drahtnetze aufzubringen.

Ferner sind Elektroden bekannt, die man durch Aufbringen einer porösen Nickelschicht auf eine metallische Unterlage erhält, wobei die Nickelschicht anschließend anodisch oxidiert und dann das Oxidationsprodukt reduziert wird.

Bekannt sind auch Elektroden mit einem Stützgerüst, in dessen Poren ein Raneykatalysator durch Sinterkontakte festgelegt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, Kathoden verfügbar zu machen, die besonders geeignet sind für die Chloralkalielektrolyse in Zellen mit Diaphragma oder Membran oder auch für die Elektrolyse von Wasser, und zwar Kathoden mit geringerer Wasserstoffüberspannung und guter Standzeit, die leicht für Kathodenkerne der verschiedensten Konfigurationen herstellbar und die im wesentlichen nicht pyrophor sind. Aufgabe der Erfindung ist ferner, bipolare Elektroden für die Wasserelektrolyse zu schaffen, die außer den obigen Kathodeneigenschaften auch hervorragende Anodeneigenschaften zeigen, insbesondere geringe Sauerstoffüberspannung und lange Standzeit.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Kathode in Form eines elektrisch leitenden Kerns mit einem zumindest auf einen Teil der Oberfläche aufgebrachten porösen Überzug aus Nickel und/oder Kobalt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs vorgeschlagen. Derartige Kathoden verringern bei der Elektrolyse von Wasser mit Alkalihydroxid als Elektrolyt oder einer wäßrigen Alkalihalogenidlösung in Zellen mit einem Diaphragma oder einer Membran die Wasserstoffüberspannung um 0,05 bis 0,15 V, abhängig vom Kathodenkern und der Stromdichte. Sie zeichnen sich aus durch lange Betriebszeiten, das ist die Zeit, während der die Wasserstoffüberspannung geringer ist als die des Kathodenkerns. Befindet sich auf derartigen Kathoden auf beiden Seiten der poröse Nickel- und/oder Kobaltüberzug, so lassen sie sich wegen ihrer geringen anodischen und kathodischen Überspannungen und der guten Stabilität als bipolare Elektroden bei der Wasserelektrolyse anwenden.

Der Kathodenkern kann aus einem beliebigen elektrisch leitenden Material und entsprechenden mechanischen und chemischen Eigenschaften bestehen wie Eisen, Weichstahl, korrosionsbeständigem Stahl, Titan oder Nickel. Normalerweise sind die Kathodenkerne zur Erleichterung der Wasserstofffreisetzung an der Kathodenfläche während der Elektrolyse durchbrochen (Streckmetall, Metallnetz, Lochblech). Wegen der geringen Kosten, der guten Festigkeit und der leichten Herstellbarkeit bevorzugt man Weichstahl, im allgemeinen in Form eines Drahtnetzes oder als Lochblech. Werden die erfindungsgemäßen Kathoden als bipolare Elektrode bei der Wasserelektrolyse angewandt, soll man gasundurchlässige Kathodenkerne anwenden.
Vor dem Auftragen des Überzugs wird der Kathodenkern gereinigt, um alle Verunreinigungen zu entfernen, die die Haftung des Überzugs verschlechtern könnten, z. B. durch Entfetten im Dampf, Abätzen, Abstrahlen mit Sand oder Schrot. Eine gute Haftung und niedere Wasserstoffüberspannung erhält man mit abgestrahlten Stahlkernen.
Die ganze oder ein Teil der Kathodenfläche kann - unabhängig von der Art der Elektrolysezelle - beschichtet werden. Soll die Kathode in Chloralkalizellen mit direkt auf der Anodenseite der Kathode aufliegendem Diaphragma angewandt werden, wird im allgemeinen nur die andere Seite elektrolytisch aktiviert und muß daher überzogen werden. Wird jedoch die Kathode in einer Chloralkalizelle mit nicht auf der Kathode aufliegendem Diaphragma oder Membran angewandt, so sollten beide Kathodenseiten überzogen werden. Für die Wasserelektrolyse wird die Kathode auf beiden Seiten überzogen; dies gilt auch, wenn sie als bipolare Elektrode angewandt werden soll. Das Überziehen kann vor oder nach der Formgebung der Kathode selbst vorgenommen werden, abhängig von der Zugänglichkeit der zu überziehenden Kathodenflächen und dem Verfahren dazu.
Das angewandte Nickel- und/oder Kobaltpulver ist vorzugsweise ein solches hoher Reinheit, d. h. zumindest 95% Ni oder Co mit üblichen Begleitelementen. Man kann auch Pulver von Nickel- oder Kobaltlegierungen mit ausreichendem Nickel- bzw. Kobaltgehalt für die Herabsetzung der Wasserstoffüberspannung anwenden, und zwar solche mit zumindest 50 Gew.-% Nickel und/oder Kobalt, Rest andere Elemente, die im wesentlichen in wäßrigen Laugen unlöslich sind wie Eisen oder Kupfer. Im allgemeinen sind Pulver von Nickel- oder Kobaltlegierungen kostspieliger und nicht so wirksam zur Herabsetzung der Wasserstoffüberspannung wie reines Nickel bzw. Kobalt. Werden solche Legierungen jedoch ausschließlich oder anstelle eines Teils von Nickel oder Kobalt angewandt, so sollen Korngröße und Menge der Legierungen so bemessen sein, daß die angestrebte Verringerung der Wasserstoffüberspannung erreicht wird. Geeignete Korngrößen für Nickelpulver sind zwischen 10 und 106 µm und für Nickellegierungen bei maximal 150 µm. Bessere Ergebnisse erzielt man mit einem Nickelpulver von 10 bis 45 µm. Pulver von Nickel und/oder Kobaltmetall oder -legierung mit kleinerer oder größerer Körnung sind gegebenenfalls auch geeignet. Im folgenden umfaßt der Begriff Nickel- und/oder Kobaltpulver jeweils auch die entsprechenden Legierungen und Legierungsgemische.
Das Aluminiumpulver soll eine Körnung von 45 bis 90 µm aufweisen und eine Reinheit von mindestens 99% haben. Aluminiumpulver unterschiedlicher Zusammensetzungen und Körnungen können auch angewandt werden, solang sie auslaugbar sind und die damit hergestellten Kathoden die gewünschte Herabsetzung der Wasserstoffüberspannung zeigen. All diese Produkte umfaßt der Begriff Aluminiumpulver.
In dem zu verspritzenden Pulvergemisch betragen die Anteile an Nickel und/oder Kobalt 50 bis 95, vorzugsweise 67 bis 90 Gew.-%, und an Aluminium 50-5, vorzugsweise 30 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Pulvergemischs. Außerhalb dieser Mengenverhältnisse steigt die Wasserstoffüberspannung unannehmbar und/oder ist die Lebensdauer des Überzugs verringert, was auch die Standzeit der Kathode herabsetzt.
Verdünnende Stoffe wie pulverförmiges Eisen, Zinn, Aluminiumoxid, Titandioxid oder Raney-Nickel können im zu verspritzenden Pulvergemisch in geringen Mengen angewandt werden, d. h. weniger als 50 Gew.-%, bezogen auf das Pulvergemisch. Im allgemeinen erreicht man dadurch jedoch keine Vorteile. Zusammensetzung, Menge und Korngröße der Verdünnungsmittel müssen so gewählt werden, daß die angestrebte Wasserstoffüberspannungsverringerung erreicht wird.
Eine merkliche Herabsetzung der Wasserstoffüberspannung erreicht man bereits durch Schichtstärken von nur 76 bis 100 µm. Gute Beständigkeit und Lebensdauer der Kathoden erfordert jedoch Schichtstärken von zumindest 127 µm. Im allgemeinen werden Schichtstärken von mehr als 381 µm wegen der hohen Kosten und keines weiteren Vorteils mehr nicht angewandt. Für optimale Gleichmäßigkeit wird mehrfach gespritzt, wobei bei jeder Teilschicht mit 25 bis 76 µm gerechnet werden kann.
Diese Schichtstärke entspricht dem aufgespritzten Überzug vor Auslaugen des Aluminiums.
Der Überzug wird unter im wesentlichen nichtoxidierenden Bedingungen durch Schmelzspritzen des Pulvergemisches in einem Trägergasstrom bei entsprechenden Spritzbedingungen aufgetragen.
Dieses Schmelzspritzen erfolgt leicht und wirksam durch Flammspritzen oder Plasmaspritzen. Beim Flammspritzen wird das Pulver in der Flamme eines organischen Brennstoffes (Acetylen) und eines oxidierenden Gases (Sauerstoff) geschmolzen und verspritzt. Die Flamme ist nicht oxidierend einzustellen, d. h. Sauerstoffunterschuß im Hinblick auf die vollständige Oxidation des Brennstoffes. Beim Plasmaspritzen wird das Pulver in einem Plasmastrahl, der in einem elektrischen Lichtbogen bei hoher Temperatur aus einem inerten Trägergas wie Argon oder Stickstoff erhalten wird, gegebenenfalls mit geringen Mengen Wasserstoff, eingeschmolzen und verspritzt.
Die Spritzbedingungen wie Volumen und Temperatur des Spritzstrahls, Spritzabstand und Pulverzuführungsgeschwindigkeit werden so eingestellt, daß das Pulver im Strahl geschmolzen wird und sich auf dem Kathodenkern abscheidet, solange es im wesentlichen noch schmelzflüssig vorliegt, so daß man einen im wesentlichen ununterbrochenen Überzug erhält, d. h. daß die aufgespritzten Teilchen nicht als durchbrochene Struktur erkennbar sind. Hinsichtlich der verringerten Wasserstoffüberspannung erhält man etwas bessere Ergebnisse, wenn man während des Schmelzspritzens den Kathodenkern auf nahezu Raumtemperatur hält. Dies erreicht man durch Anblasen mit Luft oder Kühlen des Kerns zwischen den einzelnen Überspritzungen.
Nach dem Schmelzspritzen wird die überzogene Kathode in eine alkalische Lösung getaucht, um im wesentlichen das gesamte Aluminium herauszulösen. Art und Konzentration der alkalischen Lösung und die Auslaugbedingungen (Zeit und Temperatur) sind nicht besonders kritisch. Als alkalische Lösung eignet sich beispielsweise eine 10 bis 20%ige Natron- oder Kalilauge. Ausgelaugt wird in zumindest 16 Stunden zwischen 25 und 80°C. Längere Auslaugzeiten sind bei geringer konzentrierten Laugen und/oder tieferen Temperaturen erforderlich. Im allgemeinen wird das meiste Aluminium ausgelaugt, bevor die erfindungsgemäße Kathode in Betrieb genommen wird. Das restliche lösliche Aluminium kann während der Elektrolyse vom Elektrolyt gelöst werden. Eine Möglichkeit besteht auch darin, in einer Elektrolysezelle mit Alkalihydroxid, wie es bei der Wasserelektrolyse von Anfang an vorliegt oder bei der Chloralkalielektrolyse gebildet wird, auszulaugen. Damit werden aber die Elektrolyte mit Aluminiumionen verunreinigt, so daß diese Alternative weniger bevorzugt wird.
Wie erwähnt, eignen sich die erfindungsgemäßen Kathoden besonders in Elektrolysezellen mit Diaphragma oder Membran zur Chloralkalielektrolyse nach üblichen Verfahren, insbesondere für die Elektrolyse von Natrium- oder Kaliumchlorid. Die erfindungsgemäßen Kathoden können auch als Kathode und/oder Anode in Wasserelektrolyseuren angewandt werden, bei denen als Elektrolyt eine Alkalilauge dient, und zwar wegen der verringerten Wasserstoffüberspannung und/oder der geringen Sauerstoffüberspannung während langer Arbeitszeiten. Derartige Wasserelektrolyseure und Elektrolyseverfahren sind bekannt ("Water Electrolysis", 11 56 11 60, Encyclopedia of Electrochemistry).
Wird die erfindungsgemäße Kathode in einer Chloralkalizelle mit direkt auf der Kathode befindlichem Diaphragma angewandt, wobei das Diaphragma aus einer wäßrigen Aufschlämmung von Fasermaterial (üblicherweise Asbest) abgeschieden worden ist, so ist es im allgemeinen vorteilhaft, das Aluminium vor der Abscheidung der Diaphragmas auszulaugen, um eine Beschädigung des Diaphragmas zu vermeiden oder den Zusammenhalt zwischen Diaphragma und Kathode, der eventuell gelockert werden kann, beim Auslaugen nicht zu stören. Es wurde beobachtet, daß manche Überzüge nach dem Auslaugen beim Erwärmen an der Luft auf beispielsweise 280°C oder darüber die Wasserstoffüberspannung erhöhen. Wenn es also wünschenswert erscheint, die überzogenen Kathoden nach dem Auslaugen zu erwärmen, z. B. zum Verfestigen des Fasermaterials des Diaphragmas, so soll dies in Schutzgas wie Stickstoff oder Argon geschehen, um eine mögliche Erhöhung der Wasserstoffüberspannung zu vermeiden.
Im Gegensatz zu Raney-Nickel- oder Kobaltblechen (US-PS 36 37 473), die erhalten worden sind durch Plasmaspritzen von pulverförmigen Raney-Nickel- oder -Kobaltlegierungen (45 bis 55% Ni oder Co und 55 bis 45% Al) und Auslaugen des Aluminiums, zeigen die erfindungsgemäßen Kathoden - wenn überhaupt - nur einen geringen pyrophoren Charakter, d. h. sie sind im wesentlichen nicht pyrophor, wenn sie Luft oder Sauerstoff ausgesetzt werden.
Weiter wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäßen Überzüge, schmelzgespritzt aus im wesentlichen Nickel- und Aluminiumpulvern, d. h. ohne feinteiligem Raney-Nickel- Legierungsverdünnungsmittel, keine feststellbaren Mengen (Röntgenbeugungsdiagramm) von Raney-Nickel-Legierung enthalten und ein Erwärmen einer solchen überzogenen Kathode in Sauerstoff oder Wasserstoff während 1 Stunde bei 700°C unter geringer Bildung einer feststellbaren Legierung keine nennenswerte Änderung des Kathodenpotentials nach dem Auslaugen zeigt.

Beispiele 1 bis 10

Prüfkörper (25×86 mm) eines Stahldrahtnetzes (Maschenweite 3,36 mm) wurden abgestrahlt und auf beiden Seiten nach folgender Tabelle überzogen. Das Metallspritzen erfolgte entweder durch Flammspritzen oder durch Plasmaspritzen. Auf jeder Seite wurde für einen Auftrag einer mittleren Stärke von 127 bis 254 µm viermal übergespritzt.
Zum Flammspritzen wurde eine Pistole mit einer P7-G-Düse verwendet:
Acetylendruck 0,9 bar Überdruck; 0,93 m³/h
Sauerstoff 1,4 bar Überdruck; 1,7 m³/g
Auftraggeschwindigkeit etwa 100 g/min
Abstand zwischen Pistole und Kern 127 bis 178 mm
Zum Plasmaspritzen wurde eine Pistole mit einer Düse G und einer Pulverzuführung Nr. 2 bei folgenden Bedingungen verwendet:
Stickstoff 4,2 bar Überdruck; 4,24 m³/h
Wasserstoff 0,3 bar Überdruck; 0,28 m³/h
Auftraggeschwindigkeit etwa 80 g/min
Bogenspannung 65 bis 70 V
Stromstärke 400 A
Abstand zwischen Pistole und Kern 102 bis 152 mm
Nach dem Schmelzspritzen wurden die Kathoden bei Raumtemperatur mindestens 16 Stunden in eine 10%ige Natronlauge zum Auslaugen des Aluminiums getaucht. Nach 16 Stunden stellte man, wenn überhaupt, nur eine geringe Wasserstoffentwicklung fest.
Zur Ermittlung des Kathodenpotentials wurde die Prüfkathode (einer Fläche von 25×25 mm) in Natronlauge (100 g/l NaOH) von 90°C getaucht, wobei eine beschichtete Seite einer eingetauchten dimensionsstabilen Anode (6,45 cm² eingetauchter Bereich) gegenüberstand. Gegenüber einer Kalomel-Elektrode (Luggin Kapillare) wurde das Potential in der Mitte der überzogenen Kathodenfläche für Stromdichten von 15,5; 31; 46,5 bzw. 62 A/dm² (1, 2, 3, 4, A) zwischen den Elektroden ermittelt. Zum Vergleich diente ein unüberzogenes Substrat, welches nur sandgestrahlt war.
Die Verringerung der Wasserstoffüberspannung (nach Tabelle und Beschreibung) ist die Differenz zwischen dem Potential der unbeschichteten und der beschichteten Kathode bei einer beliebigen gegebenen Stromdichte; sie beträgt zumindest etwa 0,05 V bei einer Kathodenstromdichte von 15,5 A/dm² und einer erfindungsgemäßen Schicht mit einer Stärke von zumindest 127 µm auf obigem Drahtnetz als Kathodenkern.
Aus Tabelle 1 ergibt sich
daß die in den Beispielen 1 bis 10 besprochenen Überzüge die Wasserstoffüberspannung um 0,06 bis 0,16 V verringern,
daß das Plasmaspritzen etwas besser zu sein scheint als das Flammspritzen und
daß Nickelpulver (10 bis 45 µm) etwas besser in der Verringerung der Wasserstoffüberspannung ist als gröberes Pulver (45 bis 106 µm).
In weiteren Versuchen in Abwandlung der Beispiele 1 bis 10 konnte festgestellt werden, daß man ähnliche Ergebnisse erhält, wenn als Kathodensubstrat ein Lochblech aus Stahl angewandt wird. Die Wasserstoffüberspannungsverringerung ist jedoch geringer.

Beispiel 11

Eine Kathode aus obigem Stahldrahtnetz mit einem Durchmesser von 58,7 mm wurde abgestrahlt und dann auf einer Seite durch mehrfaches Überspritzen im Plasmabogen während gleichzeitiger Luftkühlung mit einem Überzug von zumindest 127 µm überzogen. Das verspritzte Gemisch war eine homogene Mischung von 80% Nickelpulver und 20% Aluminium. Das Aluminium wurde ausgelaugt mit einer 10%igen Natronlauge in etwa 16 h. Die unbeschichtete Kathodenseite wurde mit einem Asbestfaserdiaphragma, modifiziert mit Polytetrafluorethylenfasern, versehen und in einer Laboratoriumsdiaphragmazelle geprüft, wozu als Elektrolyt eine Natriumchloridlösung mit 310 g/l NaCl, angesäuert mit HCl auf einen pH-Wert von etwa 2, und eine Katholytkonzentration von 130 bis 140 g/l NaOH bei einer Stromdichte von 15,5 A/dm² und einer Katholyttemperatur von 65 bis 75°C diente. Zum Vergleich diente eine ähnliche Diaphragmazelle, deren Kathode jedoch nur sandgestrahlt war und Potentiale während der Versuchszeit von 1,29±0,01 V ergab. Die erfindungsgemäße Kathode arbeitete unter einer verringerten Wasserstoffüberspannung um anfänglich 0,11 V, welche nach einer ununterbrochenen Arbeitszeit von 12 Monaten noch unverändert das gleiche niedere Potential von 1,18 V ohne sichtbare Anzeichen für Beschädigung hatte.
Eine zweite Kathode wurde analog behandelt, jedoch ein Pulvergemisch von 67% Nickel und 33% Aluminium verspritzt. Die Potentiale lagen anfänglich bei 1,17 V und nach 12 Monaten bei 1,21 V, wobei sich noch keine Anzeichen für einen Ausfall der Kathode bemerkbar machten. In allen Fällen waren die Potentiale gegen gesättigte Kalomel-Elektrode bestimmt worden.

Beispiel 12

Aus obigem Stahldrahtnetz wurden zwei Proben 25×76 mm als Kathodenkerne geschnitten, sandgestrahlt und auf beiden Seiten im Plasma mit einem homogenen Gemisch von 80% Nickel und 20% Aluminium bespritzt, und zwar vier Überspritzungen auf jeder Seite, so daß man eine durchschnittliche Schichtstärke von etwa 127 µm erhielt. Während des Spritzens wurde der Kern zum Kühlen mit Luft angeblasen. Die Proben wurden dann 16 h in eine 10%ige Natronlauge zum Herauslösen des gesamten Aluminiums getaucht.
Wurden diese Kathoden zur Elektrolyse von Natronlauge (100 g/NaOH, 90°C; 15,5; 31; 46,5 und 62 A/dm²) geprüft, so beobachtete man gegenüber gesättigter Kalomel-Elektrode Anodenpotentiale von 0,39, 0,41, 0,43 bzw. 0,44 V und Kathodenpotentiale von 1,09, 1,12, 1,14 bzw. 1,16 V. Die Proben wurden als einpolare Elektroden in einem Wasserelektrolyseur angewandt, wobei die Laugenkonzentration durch Zugabe von Wasser auf etwa 100 g/l gehalten wurde; Temperatur 25 bis 30°C; Stromdichte 46,5 A/dm². Nach ununterbrochener Betriebszeit von 65 Tagen wurden neuerlich die Potentiale bestimmt, und zwar an der Anode 0,38, 0,40, 0,41 bzw. 0,43 V und an der Kathode 1,12, 1,15, 1,17 bzw. 1,19 V.
Aus obigem ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Elektrode bei der Wasserelektrolyse im wesentlichen konstantes Anodenpotential und einen Anstieg des Kathodenpotentials von nur 0,03 V zeigte. Gegenüber einem nicht beschichteten Drahtnetz unter den gleichen Bedingungen sank die Wasserstoffüberspannung bei den erfindungsgemäßen um 0,09, 0,10, 0,11 bzw. 0,12 V.

Beispiel 13

Obiges Stahldrahtnetz wurde abgestrahlt und im Plasma auf einer Seite mit einem homogenen Gemisch von 67% Ni und 33% Al in zwei Spritzungen für eine Schichtstärke von 152,4 bis 203 µm überzogen und während des Spritzens mit Luft gekühlt; dann wurden aus diesem Drahtnetz Prüfkörper 25×76 mm geschnitten und jede dieser Proben an Luft oder Wasserstoff 1 h auf 700°C erhitzt. Nach dem Erhitzen wurden erhitzte und einige unerhitzte Proben bei Raumtemperatur zumindest 16 h in 10%iger Natronlauge ausgelaugt und das Kathodenpotential nach den Beispielen 1 bis 12 ermittelt. Darüber hinaus wurde durch Röntgenbeugungsanalyse die Zusammensetzung der Überzüge der verschiedenen Proben, also nichterhitzt, erhitzt, ausgelaugt und nichtausgelaugt, festgestellt und die Ergebnisse in der Tabelle 2 zusammengefaßt.
Aus Tabelle 2 ergibt sich, daß keine nennenswerten Mengen an Raney-Nickel-Legierung (NiAl&sub2; und/oder Ni&sub2;Al&sub3;) in dem schmelzgespritzten Überzug vorhanden waren. Die an Luft oder Wasserstoffatmosphäre erhitzten Überzüge zeigten eine geringe Menge an Raney-Nickel-Legierung Ni&sub2;Al&sub3;, die jedoch keinen Einfluß auf die Verringerung der Wasserstoffüberspannung hatte. Tabelle 1 Tabelle 2 &udf53;VU10&udf54;&udf53;VZ21&udf54;

Claims

1. Kathode für die Elektrolyse von Wasser oder Alkalichloridlösungen in Form eines elektrisch leitenden Kerns mit einem zumindest auf einen Teil ihrer Oberfläche durch Schmelzspritzen aufgebrachten Überzug aus Nickel und/oder Kobalt, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Nickel und/oder Kobalt durch Schmelzspritzen eines Pulvergemischs von 50 bis 95 Gew.-% Nickel und/oder Kobalt und 5 bis 50 Gew.-% Aluminium und anschließendes Herauslösen des Aluminiums hergestellt ist, wobei durch mehrfaches Aufspritzen von Teilschichten mit 25 bis 76 µm Stärke eine gleichmäßige Schicht mit einer Gesamtstärke von 127 bis 381 µm erzeugt wird.

2. Verfahren zur Herstellung der Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Überzug auf dem elektrisch leitenden Kern durch Schmelzspritzen eines Pulvergemischs von 50 bis 95 Gew.-% Nickel und/oder Kobalt und 5 bis 50 Gew.-% Aluminium und anschließendem Herauslösen des Aluminiums herstellt, wobei man durch mehrfaches Aufspritzen von Teilschichten mit 25 bis 76 µm Stärke eine gleichmäßige Schicht mit einer Gesamtstärke von 127 bis 381 µm erzeugt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Pulvergemisch aus 67 bis 90 Gew.-% Nickel und/oder Kobalt und 30 bis 10 Gew.-% Aluminium verwendet.