DE2936142C2 - Verfahren zur Herstellung einer Doppelschicht-Meßelektrode für eine elektrochemische Zelle - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Doppelschicht-Meßelektrode für eine elektrochemische Zelle

Info

Publication number
DE2936142C2
DE2936142C2 DE2936142A DE2936142A DE2936142C2 DE 2936142 C2 DE2936142 C2 DE 2936142C2 DE 2936142 A DE2936142 A DE 2936142A DE 2936142 A DE2936142 A DE 2936142A DE 2936142 C2 DE2936142 C2 DE 2936142C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ptfe
layer
catalyst
pressing
produced
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE2936142A
Other languages
English (en)
Other versions
DE2936142A1 (de
Inventor
Harald Dr.phil.nat. 6241 Glashütten Böhm
Bernd Dr.rer.nat. 6053 Obertshausen Rothmann
Ingeborg 6251 Münster Schmelzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pronova Elektronik & Co Kg 13347 Berlin De GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Licentia Patent Verwaltungs GmbH filed Critical Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority to DE2936142A priority Critical patent/DE2936142C2/de
Publication of DE2936142A1 publication Critical patent/DE2936142A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2936142C2 publication Critical patent/DE2936142C2/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8875—Methods for shaping the electrode into free-standing bodies, like sheets, films or grids, e.g. moulding, hot-pressing, casting without support, extrusion without support
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/404—Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
    • H01M4/8885—Sintering or firing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8896—Pressing, rolling, calendering
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Doppelschicht-Meßelektrode für eine elektrochemische Zelle zur Erfassung von Luftverunreinigungen, welche aus einer PTFE-gebundenen Katalysatorschicht und einer PTFE-Rückschicht besteht, wobei die Katalysatorschicht aus einer pastenartigen Mischung von Katalysator, PTFE-Suspension sowie organischem Lösungsmittel hergestellt wird und der Verbund beider Schichten durch Pressen und Sintern bzw. Heißpressen erfolgt.
Eine elektrochemische Zelle zur Erfassung von Luftverunreinigungen, wie z. B. Kohlenmonoxid, besteht aus einer Meß-, Gegen- und Bezugselektrode in einem meist sauren Elektrolyten. Unter potentiostatischer Regelung wird die Luftverunreinigung elektrochemisch oxidiert oder reduziert, wobei der fließende Zellstrom ein Maß für die Konzentration des gemessenen Stoffes ist (Chem.-Ing.-Techn. 51 (1951), Nr. 6, S. 649-651).
Die Elektroden müssen als Gasdiffusionselektroden ausgeführt werden und bestehen aus der elektrolyseseitigen Katalysatorschicht, die Edelmetalle, wie z. B. Platinmohr, Raney-Gold usw., enthalten kann, und einer gasseitigen. porösen Rückschicht, die zwei Aufgaben zu erfüllen hat. Sie muß durch ihre Poren das Gas ungehindert zur Katalysatorschicht diffundieren lassen und andererseits so hydrophob sein, daß der wäßrige Elektrolyt nicht durch die Poren der Rückschicht in den Gasraum gelangen kann. Um eine gleichmäßige und schnelle Versorgung der Katalysatorschicht mit Meßgas zu gewährleisten, muß die Rückschicht eine möglichst homogene Porenverteilung aufweisen.
Der Umsatz des Meßgases findet in der Dreiphasenzone Gas-Elektrolyt-Katalysator statt, die sich an der Berührungsfläche zwischen Rück- und Katalysatorschicht einstellt. Um eine möglichst große Reaktionszone zu gewährleisten, sollte die Phasengrenze zwischen Rück- und Katalysatorschicht rauh und uneben ausgebildet sein. Besondere Bedeutung kommt auch einer über längere Zeiträume stabilen Haftung zwischen Katalysatorschicht und Rückschicht zu. Bei unzureichender Haftung gelangt nämlich der Elektrolyt zwischen die beiden Elektrodenschichten, und die erwähnte Dreiphasenzone wandelt sich in eine Zweiphasenzone Elektrolyt-Katalysator um. Die Elektrode arbeitet dann nicht mehr als Gasdiffusionselektrode, und ihre Empfindlichkeit nimmt drastisch ab.
Bei dem eingangs definierten Verfahren zur Herstellung einer Doppelschicht-Meßelektrode (DE-AS 25 10 738) werden die Katalysatorschicht und die Rückschicht durch Sintern bzw. Heißpressen verbunden, wobei die Katalysatorschicht aus einer pastenartigen M·- schung von Katalysator, PTFE-Suspension sowie organischem Lösungsmittel hergestellt wird. Mit der bekannten Doppelschicht-Meßelektrode soll eine hohe Empfindlichkeit bei gleichzeitiger Unabhängigkeit vom Wasserdampfgehalt des Meßgases erzielt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Empfindlichkeit der Doppelschicht-Meßzelle durch Vergrößerung der Reaktionszone bei gleichzeitig verbesserter Haftung zwischen Katalysatorschicht und Rückschicht weiter zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Rückschicht durch Sedimentieren von PTFE-Partikeln aus einem organischen Losungsmittel und nach dessen Verdunsten durch anschließendes Pressen, Sintern bzw. Heißpressen hergestellt wird und daß die PTFE-Partikeln einheitliche Kornstruktur im Bereich zwischen 20 und 50 μηι Teilchengröße oder unterschiedliche Kornstruktur mit einer Korngrößenfraktion in diesem Bereich und einer weiteren Korngrößenfraktion mit einem um den Faktor 5 bis 10 größeren Bereich haben.
Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Rückschicht wird aus reinem PTFE ohne Zusätze von Porenbildnern hergestellt, wodurch eine optimale Hydrophobie der Rückschicht gewährleistet ist. Die
so Verwendung von zwei PTFE-Kornfraktionen, von denen eine im Bereich zwischen 20 und 50 μιη Teilchengröße liegt, und deren andere um den Faktor 5 bis 10 größer ist, bewirkt zum einen, daß der Anteil an feinem PTFE-Material für eine große Anzahl homogenverteilter, kleiner Poren sorgt, die eine gleichmäßige Gasversorgung der Katalysatorschicht gewährleisten. Das grobe Material hingegen erzeugt eine unebene, rauhe Oberfläche der Rückschicht, was sowohl zu einem haltbaren Verbund zwischen der PTFE-Rückschicht und der Katalysatorschicht als auch zu einer großen Berührungsfläche zwischen beiden Schichten und somit zu einer großflächigen Reaktionszone für den Gasumsatz führt. Dieser Effekt wird noch durch eine mechanische Strukturierung der Oberfläche der Rückschicht verstärkt.
Das Wesen der Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.
Für eine Folienstärke von 1 mm werden pro cm2
Rucksch'chtfläche 0,1 g PTFE einer Teilchengroße von 100 μΐη und 0,05 g PTFE einer Teilchengröße von 20 μίτι in einem Überschuß von Hexan aufgeschlämmt- Nachdem das Hexan bei Raumtemperatur langsam verdunstet wurde, wird die PTFE-Schicht bei ca. 600 K gesintert. Danach sind die PTFE-Teilchen soweit miteinander verbunden, daß die PTFE-Folie aus der Form herausgenommen und zwischen zwei Stempeln einer Presse unter Druck gesintert werden kann. Zur mechanischen Strukturierung der Oberfläche kann ein Stempel viele feine Rillen aufweisen. Alternativ dazu kann man bei der Drucksinterung ein Metallnetz, z. B. aus Edelstahl, auf die PTFE-Folie aufpressen. Die Maschenweite des Netzes beträgt zwischen 0,2 und 3 mm. Bei einem Druck von 0,5 bis 1 N/cm2 wird die Folie bei 600 bis 700 K. fertiggesintert.
Nach dem Abkühlen werden die Elektrodenrückschichten ausgestanzt und auf Gasdurchlässigkeit überprüft. Diese soll über 100 cm3 N2/cm2 min bei einem Gasdruck von 5 mbar liegen.
Die Katalysatorschicht hat beispielsweise folgende Zusammensetzung:
50 mg/cm2 Platinmohr,
5 mg/cm2 Natriumsulfat, gesiebt, und
0,001 ml/cm2 PTFE-Suspension.
Das Platinmohr wird mit Natriumsulfat in Hexan kräftig aufgeschlämmt, wobei langsam die Teflonsuspension zugegeben wird. Nachdem der Platinbrei gleichmäßig verteilt wurde, wird er bis zu einer Enddikke von 0,1 bis 0,3 mm ausgewalzt, und es werden die Arbeitselektroden ausgestanzt Diese Rohlinge werden sodann auf die Rückschicht aufgelegt, mit einem feinen Metallnetz (0,2—1 mm Maschenweite) abgedeckt und mit einem Druck von ca. 1500 N/cm2 aufgepreßt. Nach Entfernen des Netzes werden die Elektroden bei einer Gewichtsbelastung von beispielsweise 1 N/cm2 einige Minuten bei ca. 600 K fertiggesintert.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer Doppelschicht-Meßelektrode für eine elektrochemische Zelle zur Erfassung von Luftverunreinigungen, welche aus einer PTFE-gebundenen Katalysatorschicht und einer PTFE-Rückschicht besteht, wobei die Katalysatorschicht aus einer pastenartigen Mischung von Katalysator, PTFE-Suspension sowie organischem Lösungsmittel hergestellt wird und der Verbund beider Schichten durch Pressen und Sintern bzw. Heißpressen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschicht durch Sedimentieren von PTFE-Partikeln aus einem organischen Lösungsmittel und nach dessen Verdunsten durch anschließendes Pressen, Sintern bzw. Heißpressen hergestellt wird und daß die PTFE-Partikeln einheitliche Kornstruktur im Bereich zwischen 20 und 50 μιη Teilchengröße oder unterschiedliche Kofnstruktur mit einer Korngrößenfraktion in diesem Bereich und einer weiteren Korngrößenfraktion mit einem um den Faktor 5 bis 10 größeren Bereich haben.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorschicht durch Auswalzen hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Katalysator- und der Rückschicht während oder nach ihrem Herstellungsvorgang durch mechanische Verformung strukturiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Strukturierung der Katalysator- und der Rückschicht durch Aufdrücken eines mit Rillen versehenen Stempels oder eines Metallnetzes erfolgt.
DE2936142A 1979-09-07 1979-09-07 Verfahren zur Herstellung einer Doppelschicht-Meßelektrode für eine elektrochemische Zelle Expired DE2936142C2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2936142A DE2936142C2 (de) 1979-09-07 1979-09-07 Verfahren zur Herstellung einer Doppelschicht-Meßelektrode für eine elektrochemische Zelle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2936142A DE2936142C2 (de) 1979-09-07 1979-09-07 Verfahren zur Herstellung einer Doppelschicht-Meßelektrode für eine elektrochemische Zelle

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2936142A1 DE2936142A1 (de) 1981-03-19
DE2936142C2 true DE2936142C2 (de) 1984-04-12

Family

ID=6080262

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2936142A Expired DE2936142C2 (de) 1979-09-07 1979-09-07 Verfahren zur Herstellung einer Doppelschicht-Meßelektrode für eine elektrochemische Zelle

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE2936142C2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4041143C1 (en) * 1990-12-21 1992-03-12 Daimler-Benz Aktiengesellschaft, 7000 Stuttgart, De Electrochemical sensor for detecting pollutants in gaseous mixt. - consists of chamber contg. acidic electrolyte, 2 layered electrodes, catalyst layer and porous PTFE backing layer

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2504021A1 (fr) * 1981-04-17 1982-10-22 Gipelec Membrane de regulation de diffusion gazeuse, son procede de fabrication et pile a electrode positive a diffusion gazeuse utilisant une telle membrane
DE3432950A1 (de) * 1984-09-07 1986-03-20 Draegerwerk Ag Elektrochemische messzelle mit zusatzelektrode
DE3432949A1 (de) * 1984-09-07 1986-03-20 Drägerwerk AG, 2400 Lübeck Elektrochemische messzelle
DK151394C (da) * 1985-06-18 1988-05-16 Radiometer As Polarografisk oxygenelektrodeanordning af clark-type med pt-sort katalysator og membran til anvendelse i elektrodeanordningen
US9784708B2 (en) 2010-11-24 2017-10-10 Spec Sensors, Llc Printed gas sensor
CN106537131A (zh) * 2014-06-27 2017-03-22 斯佩克传感器有限责任公司 印刷的气体传感器
WO2016040771A1 (en) 2014-09-12 2016-03-17 Spec Sensors, Llc Breath sampling devices and methods of breath sampling using sensors
WO2016191552A1 (en) 2015-05-26 2016-12-01 Spec Sensors, Llc Wireless near-field gas sensor system and methods of manufacturing the same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2510738C3 (de) * 1975-03-12 1980-06-26 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Elektrode für eine elektrochemische Meßzelle zur quantitativen Konzentrationsmessung von leicht löslichen Gasen in flüssigem Elektrolyten

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4041143C1 (en) * 1990-12-21 1992-03-12 Daimler-Benz Aktiengesellschaft, 7000 Stuttgart, De Electrochemical sensor for detecting pollutants in gaseous mixt. - consists of chamber contg. acidic electrolyte, 2 layered electrodes, catalyst layer and porous PTFE backing layer

Also Published As

Publication number Publication date
DE2936142A1 (de) 1981-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1728896B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Gasdiffusionselektroden
DE3813744A1 (de) Verfahren zur herstellung von werkstoffverbunden als blechtafeln, blechbaender und folien mit oberflaechiger skelettstruktur und verwendung der werkstoffverbunde
DE2856262C2 (de)
EP1402587B1 (de) Verfahren zum herstellen von gasdiffusionselektroden
EP3642391B1 (de) Verfahren, verwendung und elektrolysezelle mit gasdiffusionselektrode zur reduktion von kohlendioxid
DE2936142C2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Doppelschicht-Meßelektrode für eine elektrochemische Zelle
DE2208632B2 (de) Verfahren zur Herstellung von kohlehaltigen Gaselektroden mit hydrophober Rückschicht
DE1942057C3 (de) Elektrode für Brennstoffelemente und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE4417403C2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Gaselektrode
DE19722088A1 (de) Verfahren zur Herstellung von flächenhaften Werkstoffverbunden
DE1771399A1 (de) Duenne Elektroden fuer Brennstoffelemente und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE3708296A1 (de) Verfahren zur herstellung von katalysatorelektroden mit strukturell verbundenem traegerkoerper und geeignete katalysatorsuspension
DE1806703C3 (de) Verfahren zur Herstellung poröser katalytisch aktiver Elektroden
CH635467A5 (de) Verfahren zur herstellung einer luftsauerstoffelektrode.
DE1103415B (de) Verfahren zur Herstellung von poroesen Elektroden fuer Akkumulatoren
DE1421613C3 (de) Verfahren zum Herstellen einer porösen Elektrode für stromliefernde Elemente, insbesondere für Brennstoffelemente
DE1671713A1 (de) Verfahren zur Herstellung von katalytisch aktiven,einseitig hydrophoben Kohleelektroden
DE1471765B2 (de) Verfahren zum Herstellen von gesinterten Mehrschicht-Gerüstkörpern aus Nicke] für positive Brennstoffzellenelektroden
DE2539771A1 (de) Polarographischer messaufnehmer vom clark-typ zur bestimmung des partialdruckes von gasen, insbesondere von sauerstoff in fluessigkeiten
EP0641033B1 (de) Verfahren zur Herstellung katalytisch wirksamer Gasdiffusionselektroden für elektrochemische Zellen
DE2504194C3 (de) Verfahren zur Herstellung von aus einer verfestigten katalytischen Pulversubstanz und einem Kunststoffbinder bestehenden dünnen, großflächigen Elektrodenschichten für Brennstoffzellen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE3437472C2 (de)
DE2510738C3 (de) Elektrode für eine elektrochemische Meßzelle zur quantitativen Konzentrationsmessung von leicht löslichen Gasen in flüssigem Elektrolyten
DE4419383A1 (de) Verfahren zur Herstellung katalytisch wirksamer Gasdiffusionselektroden für elektrochemische Zellen
DE2455431C3 (de) Sauerstoffaiiflösungs- und -ab-Scheidungselektrode für Metall/Luft-ZeUen

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: PRONOVA ELEKTRONIK GMBH & CO KG, 13347 BERLIN, DE

8339 Ceased/non-payment of the annual fee