DE2906927A1

DE2906927A1 - Kathode fuer eine elektrolysezelle und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2906927A1
Application number: DE19792906927
Authority: DE
Inventors: Anthony-John Appleby; Gilles Crepy
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1978-02-28
Filing date: 1979-02-22
Publication date: 1979-08-30
Also published as: FR2418281B1; JPS6139398B2; JPS54123582A; DE2906927C2; IT1164927B; GB2015579A; IT7967155A0; GB2015579B; OA06191A; FR2418281A1

Description

KATHODE FUR EINS ELEKTROLYSEZELLE UHD VEKF2\HREH SU IHKER HERSTELLUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kathode einer Elektrolysezelle für basische, insbesondere wässrige Lösungen, bei der an der Anode Sauerstoff und an der Kathode Wasserstoff freigesetzt \:±"ά.

ijie bezieht sich außerdem auf ein Verfahren, nach dem eine derartige Kathode hergestellt v/erden kann.

In bekannten Elektrolysezellen, die bei Umgebungstemperatur und -druck oder höheren Temperaturen und Drücken arbeiten, läßt sich eine gewisse Schwankung der Betriebskonnwerte in ;\bhängigkeit von der Zeit feststellen, insbesondere eine Schwankung in der für die Elektrolyse notwendigen Spannung.

Eine derartige Schwankung ergibt sich bei Verwendung basischer Elektrolyten aus der Strukturänderung der Elektroden, vor allen der Kathode, die sich aus der Agressivität des Elektrolyten herleiten, vor allem, wenn die Elektrolyse bei einer über der Umgebungstemperatur liegenden Temperatur erfolgt.

Durch die Erfindung sollen diese Hacheeile behoben werden. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kathode für eine Elektrolysezelle mit basischen Lösungen anzugeben, die eine hohe Betriebsstabilität, eine lange Lebensdauer und dabei minimalen Energieverbrauch aufweist.

Diese Jiufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kathode für eine Elektrolysezelle mit basischem Elektrolyten, die

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ein po.-röses, leitfähigen Material umfaßt, zu dem mit einem Katalysator imprägniertes gesintertes Nickel gehört, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Katalysator um ein. Molybdat mindestens eines Metalls handelt, das aus der Gruppe von Metallen gewählt wird, die Nickel und Eisen enthält. Vorteilhafterweise liegt das Gewichtsverhältnis des Molybdate bezogen auf das gesinterte Hickel zwischen etwa 20 und 4050.

Bezüglich eines bevorzugten Verfahrens zur Herstellung einer derartigen Kathode sowie Toezüglich von Mermalen bevorzugter Äusführungsformen dieser Kathode wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Entsprechend der Erfindung wird eine Kathode folgendermaßen hergestellt :

Zunächst mischt man :
Nickelpulver 1000 g

Karbomethylzellulose 14,5 g Uasser 1 Liter

Die Teilchengröße des verwendeten Nickelpulvers beträgt etwa 5 Mikron und wird durch VJärmecracken von Nickel-Tetrakarbonyl Ni(CO)^₁ erhalten.

Es ergibt sich eine dicke Paste, mit der eine aus bei— ■ spielsweise getriebenem rostfreiem Nickel hergestellte leitende Platte eingestrichen wird.

Nach dem Trocknen wird bei einer IO Minuten bis 1 Stunde beibehaltenen Temperatur zwischen 800 und 1000°C ein Sintervorgang durchgeführt, wobei das Ansteigen und Absinken der Temperatur in dem genannten Zeitraum nicht enthalten sind und das Ganze unter Wasserstoffatmosphäre abläuft.

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Gemäß einer bevorzugten Aus führ ungjfojrm wird 3O Minuten lang eine S inter tempera tür von 950 C aufrechterhalten.

Jinschließend wird der oben erhaltene Träger imprägniert. Hierzu wird er in eine wässrige /immoniummolybdatlösung getaucht, deren Konsentration 2 Hol pro Liter Molybdäntrioxyd entspricht und die sich beim nachfolgenden Erwärmen in Molybdändioxyd oder -trio;;yd norsetrst. Nach dem 33intauehen wird in Luft auf eine. Temperatur zwischen 200 und 9OO C erwärmt und diese Temperatur 1 bis 2 Stunden beibehalten. '

Danach wird ein zweiter Tauchvorgang in einer Nickeloder Eisennitratlösung öder eine Mischung dieser Salze enthaltenden Lösung durchgeführt, dem eine wärmebehandlung unter Wasserstoffatmosphäre und bei einer Temperatur von etwa 450 C folgt. Eine Verfahrensvariante besteht darin, diese beiden Tauchverfahren gleichzeitig durchzuführen, d.h. in einer wässrigen Lösung von 2\mmoniummolybdat und Nickelnitrat oder Eisennitrat oder einer Mischung dieser letzteren.

Vorteilhafterweise wird bei niedriger Temperatur und unter Vakuum eine Gefriertrocknung durchgeführt, und zwar vor dem Erwärmen in Wasserstoffatmosphäre.

So ergibt sich eine Kathode, die in einer Elektrolysezelle für basische wässrige Lösung zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff verwendet werden kann.

Erfindungsgemäß besteht eine derartige Kathode aus gesintertem Nickel, dessen Porosität zwischen etwa 3O und 50% liegt, wobei dieses Nickel mit nickel- oder Eisenraolybdat (oder deren Mischung) imprägniert ist; dabei sind die Mengenverhältnxsse so,

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daß gewichtsmäßig das Verhältnis Molybdat sum Nickel zwischen 20 und 40% liegt.

Die /snode kann beliebiger bekannter Bauart sein, vorteilhafterweise jedoch entsprechend der ^Ausführung, die in der DE-OS 77 37 041 beschrieben ist.

Eine derartige Elektrode gestattet einen sehr stabilen Betrieb der Elektrolysezelle, insbesondere bei Temperaturen von etwa 160 G, ohne die Gefahr einer Korrosion durch den basischen Elekt3:olyten und unter Beibehaltung der vorteilhaften Stabilitätskennwerte .

Eine derartige in einer Elektrolysezelle mit einer Elektrode gemäß der oben genannten DE-Ol eingesetzte Kathode zeigte nach 100 Betriebatagen keinerlei sichtbare Veränderungen.

Die Elektrolysezelle wird vorteilhafterweise zur elektrolytischen Herstellung von Wasserstoff aus einer wässrigen alkalischen Lösung verwendet.

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Claims

Fo Ii 124 D 21, Feb. 1979

COMPr₁GHIE GEIlEPJiLE D'ELECTRICITE 'i .h . 54, rue La Boetie, 75382 PARIS CEDEX OO Frankreich

KATHODE FÜR EIlIE ELEKTROLYSEZELLE UND VERFJiHREN ZU IHRER HERSTELLUNG

PATENTANSPRÜCHE

1 — Kathode für eine Elektrolysezelle mit basischem Elektrolyten, die ein poröses, leitfähiges Material umfaßt, zu dem mit einem Katalysator imprägniertes gesintertes Nickel gehört, dadurch gekennzeichnet, dai3 es sich bei dem Katalysator um ein Molybdat mindestens eines Metalls handelt, das aus der Gruppe von Metallen gewählt wird, die Nickel und Eisen enthält.

2 - Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis des Molybdats in Bezug auf das gesinterte Nickel zwischen 20 und 40% liegt.

3 - Kathode nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse leitende Material eine Porosität aufweist, die zwischen 30 und 50% liegt.

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4 - Herstellungsverfahren für eine Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger aus gesintertem Nickel imprägniert wird, indem er mindestens einmal in eine v/ässrige Lösung einer löslichen Molybdänverbindung, vorzugsweise I\mmonium-Molybdat, getaucht wird, das sich später unter Wärmeeinwirkung in Molybdänojjyd zersetzen kann, daß auf dieaeo erste Eintauchen ein Erwärmen in nicht reduzierender atmosphäre, vorzugsweise Luft, bei einer Temperatur zwischen 200 und 900°C, vorzugsweise 450°C_# erfolgt und daß der Träger gleichzeitig mit dem ersten Eintauchen oder nach dem ersten Erwärmen in eine Lösung aus mindestens einem Salz des nickels oder des Eisens, vorzugsweise Nickelnitrat oder Eisennitrat getaucht wird, woraufhin eine Wärmebehandlung in Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von etwa 450 C erfolgt.

5 - Verfahren nach Anspruch 4, dadurch

gekennzeichnet, daß die beiden Tauchvorgänge gleichzeitig vor dem Erwärmen in nicht reduzierender i^tmpsphäre erfolgen.

6 - Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Erwärmen in nicht reduzierender Atmosphäre eine Gefriertrocknung unter Vakuum ausgehend von einer bei niedriger Temperatur gefrorenen Lösung durchgeführt wird.

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