DE2802257A1

DE2802257A1 - Membrane fuer eine elektrochemische zelle und ihre verwendung in einer elektrolysevorrichtung

Info

Publication number: DE2802257A1
Application number: DE19782802257
Authority: DE
Inventors: Leon Henri Joseph Mari Baetsle; Alain Paul Octave Blanchart; Roger Frans Rosa Leysen; Gustaaf Frans Josef Spaepen; Jan-Baptist Hugo Vandenborre
Original assignee: Studiecentrum Voor Kernenergie Sck
Current assignee: Vlaamse Instelling Voor Technologish Onderzoek NV VITO
Priority date: 1977-01-21
Filing date: 1978-01-19
Publication date: 1978-07-27
Also published as: IT7847716A0; DE2802257C2; IT1155777B

Description

Die Erfindung betrifft eine Membrane für eine elektrochemische
Zelle, welche die Diffusion von Gas verhindert und die Ionenleitung ermöglicht, wobei sie aus einem organischen Bindemittel und einem ionenleitenden, mineralischen Pulver zusammengesetzt ist, wobei dieses in das Bindemittel, in welchem es seine Ionenleitfähigkeit beibehält, eingebaut ist.
Membrane dieser Art sind aus der französischen Patentschrift 1 417 585 und der belgischen Patentschrift 649 390 bekannt.
Solche bekannten Membrane finden sich in Einheiten, welche lediglich für Brennstoffzellen bestimmt sind, und sie enthalten mineralische bzw. anorganische Körner, welche in basischem Medium nicht stabil sind.
Aufgabe der Erfindung sind neue Membrane dieser Art, welche in basischem Medium stabil sind.
Eine solche Membrane ist insbesondere zur Verwendung in einer Elektrolysevorrichtung bestimmt, und sie kann insbesondere, äedoch nicht ausschließlich in einer Elekt-rolysevorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff eingesetzt werden.
Zu diesem Zweck ist das ionenleitende Pulver Polyantimonsäure.
Polyantimonsäure mit der allgemeinen Formel: {( 3 305(0)8)3(EsSb5°6(0H)189 ist bekanntermaßen ein Ionenaustauscher, siehe insbesondere die Veröffentlichung von L.H. Baetslé und D. IIuys in J. inorg.
nucl. Chem., Vol. 30, (1968), 5. 639-649.
Jedoch weist eine Membrane mit Polyantiinonsäure als mineralischem bzw. anorganischem, ionenleitendem Pulver in überraschender Weise sehr besondere Eigenschaften auf: die erhöhte Kapazität der Polyantimonsäure zum Austausch von Kationen bleibt in der Membrane mit organischem Bindemittel erhalten. Die Membrane besitzt eine ausgeprägte Ionenselektivität; der spezifische Widerstand ist bei den normalen Anwendungstemperaturen wenig erhöht, insbesondere wenn die Menge an organischem Bindemittel in der Größenordnung von 20 % bleibt; der Widerstand der Membrane bleibt konstant als Funktion der Stromdichte; die Membrane behält ihre physikalisch-chemischen und elektrochemischen Eigenschaften bis zu einer Temperatur in der Grössenordnung von 150 0C in sehr konzentriertem, alkalischem Medium; die Trenneigenschaft der Membrane für Gas ist gut, und die Konzentration des Elektrolyten, mit welchem sich die Membran in Kontakt befindet, ist für die Leitfähigkeit der Membrane nicht kritisch.
Eine Membrane einer Einheit einer Elektrolysevorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff ist aus der Veröffentlichung von L.J. Nuttall und W.A. Titterington - Conference on the electrolytic production of hydrogen - City University London -25.-26. Februar 1975 bekannt.
In dieser bekannten Einheit besteht die Membrane aus sulfoniertem und polymerisiertem Tetrafluoräthylen, und sie befindet sich zwischen einer als Katalysator aktiven Elektrode, welche als Anode bestimmt und aus einer besonderen Legierung hergestellt ist, sowie einer als Katalysator aktiven Elektrode, welche als Kathode bestimmt und aus Platinschwarz hergestellt ist.
Diese bekannte Einheit funktioniert vorzugsweise in saurem Medium, was direkte Bolzen hinsichtlich der Auswahl und des Beroitstellungspreises der verwendeten Materialien hat.
Darüber hinaus erfährt die Membrane, wenn die Elektrolysevorrichtung in alkalischem Medium arbeitet, einen relativ hohen Gleichstrom-Spannungsabfall als Folge des relativ erhöhten, spezifischen Widerstandes des Membranmaterials und der Dicke der Membran, welche zur Verhütung der Diffusion von Gas erforderlich ist.
Die Erfindung vermeidet ebenfalls diese Nachteile und liefert eine Membran, welche bei dem Betrieb der Elektrolysevorrichtung einen geringeren Abfall der Gleichstromspannung erfährt.
Es ist darauf hinzuweisen, daß ionenleitende Membrane, welche ein Antimonoxid enthalten, aus den US-Patentschriften 3 346 422 und 3 437 580 bekannt sind. Die erfindungsgemäße Membrane unterscheidet sich von diesen vorbekannten Membranen insbesondere in folgendem: einerseits hat das Antimonoxid dieser bekannten Membrane keine polymeren Eigenschaften im Gegensatz zu der Polyantimonsäure der erfindungsgemäßen Membrane; diese Polyantimonsäure besitzt eine kristalline Struktur mit einer sich wiederholenden "Einheitszelle". Andererseits weisen die zuvorgenannten, vorbekannten Membrane eine Frittenstruktur aus komprimiertem, mineralischem bzw. anorganischem Material auf, während die erfindungsgemäßen Membrane aus einem organischen Bindemittel und Polyantimonsäure, damit einem mineralischen bzw. anorganischen Pulver gebildet wird; die erfindungsgemäße Membrane ist daher in den Sinne heterogen, als sie aus zwei unterschiedlichen, nicht gefritteten oder gesinterten Materialien zusammengesetzt ist, welche beispielsweise durch Trockenlaminieren bzw. Trockenwalzen agglomeriert bzw. zusammengefügt sind.
Die Qualitäten der erfindungsgemäßen Membrane unterscheiden sich grundsätzlich von denjenigen von bekannten Membranen, welche Antimonoxid enthalten. Insbesondere sind die Eigenschaften als lonenaustauscher, der spezifische Widerstand und der Widerstand der Membran bei der Elektrolyse in einem unerwarteten Ausmaß bei der erfindungsgemäßen Membrane verbessert. Darüber hinaus können auch noch unerwünschte, elektrochemische Sekundärreaktionen mit Sbg03 4 0 in einer Elektrolysevorrichtung auftreten.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Polyantimonsäure und das Bindemittel durch Trockenwalzen miteinander verbunden.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Oberfläche der Membrane mit einer Elektrode bedeckt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausfiihrungsform der Erfindung ist eine Oberfläche der Membrane mit einer als Katalysator aktiven und als Anode bestimmten Elektrode überzogen, und die andere Oberfläche der Membrane ist mit einer als Xatalysator aktiven und als Kathode bestimmten Elektrode überzogen.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine besondere Anwendung der zuvor beschriebenen Membrane.
Daher betrifft die Erfindung ebenfalls eine Elektrolysevorrichtung, welche umfaßt: - eine Elektrolyten enthaltende Anodenkammer, - eine Elektrolyten enthaltende Kathodenkammer, - einen ersten Flüssigkeitskreislauf, zu welchem die Anodenkammer gehört, - einen zweiten Flüssigkeitskreislauf, zu welchem die Kathodenkammer gehört, - eine zwischen diesen Kammern liegende Einheit, welche besteht aus - einer Anode auf der Seite der Anodenkammer, - einer Kathode auf der Seite der Kathodenkammer, und - einer Membran, auf welche sich diese Kathode und diese Anode aufstützen und welche Gase trennt und ionenleitend ist, und - eine Spannungsquelle, an welche die Anode und die Kathode angeschlossen sind.
Aufgabe der Erfindung ist eine Elektrolysevorrichtung, , welche sich von vorbekannten Elektrolysevorrichtungen dieser Art dadurch unterscheidet, daß sie aus weniger kostspieligen Materialien zusammengesetzt sein kann, welche Säuren nicht widerstehen müssen, weiterhin dadurch, daß sie weniger Energie für ein und denselben Elektrolyse effekt verbraucht.
Zu diesem Zweck besteht die Membrane einer solchen Elektrolysevorrichtung aus einem Polyantimonsäurepulver, das in einem organischen Bindemittel eingebaut ist, und der Elektrolyt dieser Elektro lys evorri chtung ist alkalisch.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer Membrane für eine elektrochemische Zelle und einer Elektrolysevorrichtung, welche eine solche erfindungsgemäße Membrane enthält; diese Beschreibung gibt nur ein Beispiel wieder.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung sind: Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Elektrolysevorrichtung, welche eine erfindungsgemäße Membrane aufweist; Fig. 2 eine Schnitt ansicht in größerem Maßstab durch einen Teil der Einheit der Elektrolysevorrichtung von Fig.1.
In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile.
Die Elektrolysevorrichtung gemäß Fig. 1 und die Einheit gemäß Fig. 2 umfassen eine mit der Bezugszahl 5 bezeichnete Membrane.
Im folgenden wird die Zusammensetzung der Membrane näher erläutert: Die Membrane 5 besteht aus Körnern von Polyantimonsäure, die in einem organischen Bindemittel und vorzugsweise Polytetrafluoräthylen eingehüllt sind. Polyantimonsäure, welche zur Herstellung dieser Membrane verwendet werden kann, ist eine an sich bekannte Substanz, siehe die zuvorgenannte Veröffentlichung von L.H. Baetsle und D. Huys.
Die Teilchen der Polyantimonsäure haben beispielsweise eine maximale Abmessung in der Größenordnunz von 500 i. Dennoch können mehrere Teilchen zusammen ein Konglomerat bilden, das eine maximale Abmessung in der Größenordnung von einigen zehn Mikron bzw. Zm haben kann. Diese Maximalabmessung sollte vorzugsweise 30 u (Mikron) nicht überschreiten.
Vorzugsweise umfaßt die Membrane als Bindemittel ein polymeres Material. Dieses polymere Material ist vorzugsweise das zuvorgenannte Polytetrafluoräthylen, obwohl auch ein hydrophiles Polymerisat wie z.B. Polyäthylen im Prinzip nicht ausgeschlossen ist.
Die Menge an Bindemittel bezogen auf die Menge des ionenleitenden Pulvers muß für die Bildung einer Membrane ausreichend sein. Falls Polytetrafluoräthylen als Bindemittel verwendet wird, beträgt die Ninimalmenge bezogen auf die fertige Membrane 2,5 Gew.-%. Vorzugsweise wird eine Membrane verwendet, welche wenigstens 5 Gew.-% Bindemittel enthält.
Die Menge an Bindemittel bezogen auf die Menge an Polyantimonsäurepulver darf nicht so erhöht werden, daß das Pulver seine Ionenleitfähigkeit in der Membrane verliert. Falls Polytetrafluoräthylen als Bindemittel verwendet wird, liegt die Maximolmenge, bezogen auf die fertige Membrane, bei 30 Gew.-%.
Vorzugsweise wird eine Membrane verwendet, welche maximal ungefahr 20 Gew.-% Bindemittel enthält.
Weitere Bedingungen, denen die Zusammensetzung unter Berücksichtigung der beabsichtigten Verwendung der Membrane genügen muß, ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von einigen Besonderheiten der Membrane.
Besonderheiten der Membrane Die Membrane 5, insbesondere in einer Einheit und bei einer Anwendung, die im folgenden noch beschrieben werden, weist Eigenschaften auf, welche nicht voraussehbar waren, weder auf Grundlage der bekannten Eigenschaften der betrachteten Polyantimonsäure als solcher noch auf Grundlage der bekannten Anwendungen von bisher bekannten Membranen, welche anorganische Pulver enthalten, in Brennstoffzellen.
a. Ionenaustauscheigenschaften der Membrane Als Folge des amphoteren Charakters der Polyantimonsäure ist die Membrane in saurem Medium ein Anionenaustauscher und in basischem Medium ein Kationenaustauscher.
I)ie aktiven OB-Gruppen ergeben lediglich H+-Ionen in basi schem Medium. Die Kati onenaust auscherkapazit ät ist daher ein Naß für die Menge an aktiven Gruppen in der Membrane, welche für einen H+-Ionenaustausch gegen andere Kationen wie insbesondere K+ und Na+ in der Lage sind.
Die folgende Tabelle I zeigt, daß die Kationenaustauscherkapazität des Polyantimonsäurepulvers beibehalten wird, nachdem das Pulver mit einem Bindemittel (Polytetrafluoräthylen) gebunden wurde, mit welchem es in Borm einer Membrane gebracht wurde.
Tabelle I : Kationenaustauscherkapazität bei pit = 7, ausgedrückt in Milliäquivalent pro g Polyantimonsäure

Kationenaustauscherkapazität (mäq. g-¹)

Pulver Membrane

I

NaOll 2,8 2,3

KOll 2,0 1,8

b. elektivität der Membrane für Ionen Außer ihrer hohen Kationenaustauscherkapazität besitzt die Membrane eine ausgeprägte Selektivität für Ionen.
Diese Selektivität der Membrane für Ionen ist durch die Uberführungszahlen für Kationen und für Anionen, 5+ bzw.
gekennzeichnet.
Die Uberführungszahl t. gibt den Bruchteil an, welchen die Ionen i bei dem Ladungstransport durch die Membrane ausmachen.
Eine dynamische Messung der Selektivität bei 300(3 ergibt bei der Membrane mit Polyantimonsäure eine Uberführungszahl von t+ - 0,75.
c. Spezifischer Widerstand der Membrane ct. Abhängigkeit von der Temperatur.
In der folgenden Tabelle II ist der Widerstand der Membrane als Funktion der Temperatur für einen Elektrolyten aus 1N NaOH und für einen Elektrolyten aus 1N KOH angegeben. Die Werte wurden durch eine Wechselstrombrücke (Hewlett-Packard) bei 1000 Hz gemessen.
Tabelle II : Widerstand der Membran als Funktion der Temperatur bei 1000 Hz

Temperatur Widerstand der Membran (t2 cm )

(°C) IN NaOH 1N EOH

25 1,25 1,75

50 0,91 1,16

75 0,69 0,96

Die Werte der Tabelle II beziehen sich auf eine Membrane, welche aus 80 % Polyantimonsäurepulver und 20 % Polytetrafluoräthylen besteht, wobei sich die Prozentzahlen auf Gewicht beziehen.
ß. Abhängigkeit von der Menge an Bindemittel.
Die folgende Tabelle III bezieht sich auf den spezifischen Widerstand als Funktion der Menge an Bindemittel (Polytetrafluoräthylen). Diese Werte wurden mit einer Wechselstrombrücke bei 1000 Hz bei Umgebungstemperatur und in 25 Gew.-%iger KOH gemessen.
Tabelle III: Spezifischer Widerstand als Funktion der Menge an Bindemittel

Bindemittel Spezifischer

(Gew.-%) Widerstand

(icm)

5 30

10 85

15 160

20 280

25 500

30 835

d. Widerstand der Membran bei der Elektrolzse.
ilinsichtlich der Verwendung der Membrane in einer Elektrolysevorrichtung wird auf die zuvor gegebene Beschreibung Bezug genonmen.
In der folgenden Tabelle IV ist der Widerstand der Membrane als Funktion der teEperatur angegeben, wobei dieser Widerstand ein IIaß für den Spannungsabfall quer zur Membrane ist.
Tabelle IV:

T(°C) R (#1 cm²)

30 5,8x10 1

83 2,8x70-1

105 2,5x10-1

Obwohl der Widerstand der Membrane als Funktion der Stromdichte konstant bleibt, kann sie beispielsweise in einer Elektrolysevorrichtung bei 10 bis 15 kAm 2 mit einem Spannungsabfall quer zur Membrane betrieben werden, welcher lediglich von 0,15 V bis 0,25 V bei 100°C übersteigenden Temperaturen beträgt.
e. Stabilität der Membrane.
Die hergestellte Membran behält ihre physikalisch-chemischen und elektrochemischen Eigenschaften bis zu 1500C in stark konzentriertem, alkalischem Medium bei, dies steht im Gegensatz zu häufig verwendeten, organischen lonenaustauschermembranen.
f. Trenneigenschaften der Membrane für Gase.
Aus dem Porenvolumen und der Verteilung des Volumens der Poren, bestimmt mittels Adsorptionsisotherme mit N2 (BET-Methode) für in den Versuchen verwendetes Polyantimonsäurepulver ergibt sich, daß die Körner keine innere Porosität aufweisen und einen Durchmesser von weniger als 500 2 besitzen. Diese Körner bilden Konglomerate, welche Durchmesser von einigen zehn Xm (Mikron) besitzen können.
Falls man als Ausgangsmaterial Makrokörner verwendet, deren Durchmesser zwischen 212 Zm und 38 µm liegt, um diese mit dem Polytetrafluoräthylen in einem Verhältnis von 80/20 zu vermischen, findet man bei der Elektrolyse von Wasser bei atmosphärischem Druck 18 % H2 in der Sauerstoffgasströmung. Wenn dagegen als Ausgangsmaterial Körner mit einer Abmessung un-terhalb von 38 µm verwendet werden, findet man unter den gleichen Arbeitsbedingungen H2-Mengen von 1 bis 2 % in der Sauerstoffgasströmung. Damit die Membrane für Gase trennend wirkt, ist es erforderlich, daß die Makrokörner einen oberen Grenzwert nicht überschreiten.
VerwendunE der Membrane in einer Elektrolzsevorrichtun.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die Elektrolyse von Wasser, das in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird, jedoch ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Membrane nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt.
Die in der Fig. 1 dargestellte Elektrolysevorrichtung umfaßt ein Gehäuse 1, das in Kammern 2 und 3 durch eine Einheit unterteilt ist. Diese Einheit setzt sich aus einer als Kathode bestimmten Elektrode 4, aus der zuvor beschriebenen Membrane 5 und einer als Anode bestimmten Elektrode 6 zusammen. Die Elektroden 4 und 6 sind mit einer Spannungsquelle 9 über Leiter 7 und 8, welche durch dieWand des Gehäuses 1 hindurchführen, verbunden.
Die Kammern 2 und 3, welche mit Elektrolyt gefüllt sind, befinden sich in nicht dargestellten Flüssigkeitskreisläufen.
Die Produkte, die bei der Elektrolyse entstehen, werden in den Kreisläufen außerhalb der Kammern 2 und 3 aufgefangen.
In der Kammer 2 strömt die Blüssigkeit von Eintritt 10 zum Austritt 11. Außerhalb der Kammer ist der Austritt 11 mit dem Eintritt 10 über eine Leitung, eine Pumpe und eine Auffangvorrichtung für das bei der Elektrolyse entwickelte Produkt verbunden; diese Leitung, diese Pumpe und diese Auffangvorrichtung sind in der Figur nicht dargestellt.
In der Kammer 3 strömt die Flüssigkeit vom Eintritt 12 zum Austritt 13.Außerhalb der Kammer ist der Austritt 13 mit dem Eintritt 12 über eine Leitung, eine Pumpe und eine Vorrichtung zum Auffangen des bei der Elektrolyse entwickelten proeduktes verbunden; diese Leitung, diese Pumpe und diese Auffangvorrichtung sind in der Figur nicht wiedergegeben.
Falls die Flüssigkeit alkalisch ist, laufen folgende elektrochemischen Reaktionen entsprechend der allgemein angenommenen Auffassung ab: An der Kathode : 4 HOO + 4 e 4 OH + 2 H2 An der Anode : 4 oir 2 H20 + 4 e + 02 Gesamtreaktion daher : 2 H20 2 H2 + 02 Die Elektronen (e ) werden durch die Spannungsquelle 9 von der Anode 6 zur Kathode 4 geführt. Der elektrische Kreis wird durch Leitung mittels Ionen durch die Membrane 5 geschlossen.
Die Membrane 5 stellt daher die Ionenleitung von einer Elektrode zu der anderen sichert darüber hinaus spielt die Membrane ebenfalls die Rolle eines Gasseparators für die durch die Elektrolyse gebildeten Gasprodukte.
Die lonenleitung erfolgt durch Kationen und/oder durch Anionen, und sie hängt von der Kapazität der Membrane als Anionenaustauscher oder als Kationenaustauscher ab. Die Selektivität der Membrane für Ionen bestimmt, ob der größere Anteil des Stromes in der Membrane durch die Kationen oder durch die Anionen transportiert wird. So ergibt sich, daß hauptsächlich das K+ -Ion von der Anode 6 zu der Kathode 4 im Fall von Polyantimonsäure in EOH-Medium wandert, im NaOH-Medium ist dies im wesentlichen das Na+-lon.
Zur Herbeiführung einer Gastrennung besitzt die Membrane eine Dicke bzw. Stärke, welche von ihrer Zusammensetzung wie auch von ihrer Art und der Menge des in ihr enthaltenen Bindemittels abhängig ist. Eine Membrane, welche 20 Gew.-% Polytetrafluoräthylen als Bindemittel aufweist, besitzt beispielsweise eine optimale Dicke bzw. Stärke von 200 P (Mikron).
Die Elektroden 4 und 6, zwischen denen die Membrane liegt, die sich gegen die Membrane aufstützen und die eine Einheit mit dieser Membrane bilden, können in unterschiedlichen Formen hergestellt sein.
Bei einer Einheit gemäß Fig. 2 besteht die als Kathode bestimmte Elektrode aus einer Gaze 15 und einer die Elektrizität leitenden Schicht 14, welche als Katalysator aktiv ist und die Gaze 15 einhüllt. Die als Anode bestimmte Elektrode besteht aus einer Gaze 17 und einer die Elektrizität leitenden Schicht 16, welche als Katalysator aktiv ist und die Gaze 17 umhüllt.
Die Gazen bzw. Siebe 15 und 17 bewirken die Herbeifuhrung und den transport des Stromes.
Die Einheit wird wie folgt hergestellt: Als Kollektor 15 wird eine Nickelgaze bzw. ein Nickelsieb von 55 Maschen (Maschenweite ca, 0,25 mm) bei einer Drahtstärke von 370 µm und einer Oberfläche von 100 cm2 verwendet.
Zur Ausbildung der Schicht 14 wird auf dieser Gaze bzw. diesem Sieb elektrolytisch Ilatin aus einer Lösung abgeschieden, welche 3 Gev ' ßalz von ll2PtCl6 enthält. Die elektrolytische Abscheidung erfolgt bei Umgebungstemperatur bei einer Stromdichte von 2 kS 2 während 30 tUnuten. Auf diese Weise bildet sich auf der Nickelgaze bzw. dem ilickelsieb 15 eine poröse Platinscllncht von ungefähr 1,5 mg pro cm2 geometrischer Oberfläche, welche als Katalysator aktiv ist.
Zur herstellung der Schicht 16 vermischt man Nickelnitrat und Kobaltnitrat im stöchiometrischen Verhältnis für die Bildung von NiCo204 in 1-Butanol. Als Kollektor 17 wird eine Nickelgaze bzw. ein Nickelsieb mit 55 Maschen (ca.
0,25 mm) und einer Drahtstärke von 370 Xm sowie einer Oberfläche von 100 cm2 verwendet. Diese Gaze wird in das Gemisch eingetaucht, danach wird sie während 2-3 Minuten bei 2500C in einem Ofen getrocknet. Dies wird zehnmal wiederholt, und man bringt die Elektrode abschließend auf 3500C und hält sie hierauf etwa 10 Stunden. Auf diese Weise erhält man eine als Katalysator aktive Schicht von NiCo204, welche um das Nickel porös abgelagert ist. In der Einheit stellt die Nickelgaze bzw. das Nickelsieb 17 den Transport von Elektronen sicher.
Die Herstellung der Schicht 16 erfolgt analog der Herstellung von Mischoxiden als Elektroden zur Entwicklung von Sauerstoff, wie dies von G. Sing, fl. H. Miles und S. Srinivasan, BKL - 20984 (1975) beschrieben wurde.
Zur Herstellung der Membrane 5 vermischt man 4 g Polyantimonsäurepulver mit Kornabmessungen unterhalb von 30 zur (Mikron) und einer spezifischen Oberfläche (B.E.T.-Oberfläche) von 25 m2/g (handelsübliches Produkt mit der Bezeichnung POLYEN von Applied Research, 1080 Brüssel/Belgien) und 1 g Polytetrafluoräthylen (handelsübliches Produkt von Du Pont, Type 6 N).
Die Herstellung von Polyantimonsäure ist aus der belgischen Patentschrift 649 746 bekannt, und die Eigenschaften einer solchen Polyantimonsäure sind aus der zuvorgenannten Veröffentlichung von L.H. Baetsle und D. Huys bekannt.
Das Pulver wird durch Walzen agglomeriert, und man reduziert die Dicke des Agglomerates bis auf 300 µm durch zehamaliges Durchführen durch das Walzwerk.
Die Membrane 5 wird auf die Gaze 15, die mit der als Katalysator aktiven Schicht 14 überzogen ist, aufgelegt.
Auf die Membrane 5 wird die Gaze 17, welche zuvor mit der als Katalysator aktiven Schicht 16 überzogen wurde, aufgelegt. Die mit der Schicht 14 bedeckte Gaze 15, die Membrane 5 und die mit der Schicht 16 bedeckte Gaze 17 werden durch Laminieren bzw. Walzen derart vereinigt, daß eine Einheit mit einer Stärke von 800 um erhalten wird.
Die auf diese Weise hergestellte Einheit wird in 6 N KOH eingeführt. Beim Verbinden der Gaze 15 und der Gaze 17 mit einer äußeren, stromerzeugenden Spannungsquelle erhält man mit dieser Einheit folgende Leistung: Der Gesamtspannungsabfall (E) quer durch die Einheit, ausgedrückt in Volt, wurde für Stromintensitäten, ausgedrückt in kA pro m2, für Xemperaturen von 220C, 500C und 850C gemessen. Hierbei wurden folgende Werte erhalten: I (kA/m2) E (V) bei 220C E (V) bei 5000 E (V) bei 850C) 2 1,61 1,55 1,47 4 1,73 1,65 1,57 6 1,86 1,75 1,63 8 2,00 1,84 1,70 10 2,14 1,94 1,77 Mehrere der zuvorgenannten Werte sind nicht kritisch und können in relativ großen Grenzenuariieren. Die Menge an Polytetrafluoräthylen in der Membrane 5 muß nicht notwendigerweise 20 Gew.-O/P betragen, sondern sie kann zwischen 5 Gew.-/o und 20 Gew.q% oder auch zwischen 2,5 Gew.-% und 30 Gew.-% variieren.
Die Gaze bzw. die Siebe der Elektroden können durch einen beliebigen Typ von Stromkollektor ersetzt werden, z.B.
durch eine durchlochte Platte.
Obwohl das zuvor aufgeführte Beispiel sich auf die Anwendung einer erfindungsgemäßen Membrane in einer Einheit bei einer Elektrolysevorrichtung für Wasser bezieht, kann die Erfindung ebenfalls bei Einheiten für andere Elektrolysevorrichtungen angewandt werden, z.B. zur Erzeugung von Chlor, in Einheiten von Brennstoffzellen und bei Einrichtungen zur Entsalzung von Meerwasser.
Die Membrane muß nicht notwendigerweise eine Einheit mit den Elektroden bilden, sondern sie kann ebenfalls in einer Zelle zwischen Elektroden, ohne auf letztere abgestütz-t zu sein, verwendet werden0

Claims

Membrane für eine elektrochemische Zelle und ihre Verwendung in einer EIekt;rolysevorrichtung Patentanspriiche: 1. Membrane für eine elektrochemische Zelle, welche die Diffusion von Gas verhindert und die Ionenleitung ermöglicht, wobei sie aus einem organischen Bindemittel und einem jonenleitenden, mineralischen Pulver zusammengesetzt ist, wobei dieses in das Bindemittel, in welchem es seine Ionenleitfähigkeit beibehält, eingebaut ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das ionenleitende Pulver Polyantimonsäure ist.
2. Membrane nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n æ e i c h -n e t , daß das Bindemittel Polytetrafluoräthylen ist.
3. Membrane nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Polyantimonsäure und das Bindemittel durch Trockenlaminieren bzw. Trockenwalzen agglomeriert sind.
4. Membrane nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens eine ihrer Oberflächen mit einer Elektrode bedeckt; ist.
5. Membrane nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß eine Oberfläche der Membran mit einer Elektrode bedeckt ist, welche als Anode bestimmt ist und als Katalysator aktiv ist, und daß die andere Oberfläche der Membran mit einer Elektrode bedeckt ist, welche als Kathode vorgesehen ist und als Katalysator aktiv ist.
6. Verwendung der Membrane nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Elektrolysevorrichtung.
7. Elektrolysevorrichtung, umfassend: - eine Elektrolyten enthaltende Anodenkammer, - eine Elektrolyten enthaltende Kethodenkammer, - einen ersten Flüssigkeitskreislauf, zu welchem die Anodenkammer gehört, - einen zweiten Flüssigkeitskreislauf, zu welchem die Kathodenkammer gehört, - eine zwischen diesen Klammern liegende Einheit, welche besteht aus - einer Anode auf der Seite der Anodenkammer, - einer Kathode auf der Seite der Kathodenkammer, und - einer Membran, auf welche sich diese Kathode und diese Anode aufstiitzen und welche Gase trennt und ionenleitend ist, und - eine Spannungsquelle, an welche die Anode und die Kathode angeschlossen sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Membrane aus einem Polyantimonsäurepulver, das in ein organisches Bindemittel eingebaut ist, besteht, und daß der Elektrolyt alkalisch ist.