DE3004262A1 - EFFECTIVE ELECTRODE FOR ELECTROCHEMICAL CELLS WITH REDOX SYSTEMS AND METHOD FOR PRODUCING THE ELECTRODE - Google Patents
EFFECTIVE ELECTRODE FOR ELECTROCHEMICAL CELLS WITH REDOX SYSTEMS AND METHOD FOR PRODUCING THE ELECTRODEInfo
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05. Februar 1980 5498/80-LsFebruary 05, 1980 5498/80-Ls
Yeda Research and Development Company Ltd. The Weizmann Institute of Science
P.O. Box 95, Rehovot, IsraelYeda Research and Development Company Ltd. The Weizmann Institute of Science
PO Box 95, Rehovot, Israel
Wirksame Elektrode für elektrochemische Zellen mit Redox-Systemen und Verfahren zur Herstellung der ElektrodeEffective electrode for electrochemical cells with redox systems and processes for the production of the electrode
Die Erfindung bezieht sich auf eine neue wirksame Elektrode für ein Redox-System wie S/S , Se/Se= und Te/Te=, oder Gemischen derselben und auf ein Verfahren zur Herstellung der Elektroden, sowie auf elektrochemische ZeI len, die solche Elektroden enthalten.The invention relates to a new effective electrode for a redox system such as S / S, Se / Se = and Te / Te = , or mixtures thereof, and to a method for producing the electrodes, as well as to electrochemical cells which contain such electrodes contain.
Die Verwendung von EIektro-Katalysatoren in Polychalkogenid-Redox-Systemen hat bis zur Gegenwart nur geringe Aufmerksamkeit gefunden. Allen et al. (Trans. Far. Soc. 53 (1957) 1626) untersuchten die anodiseheThe use of electric catalysts in polychalcogenide redox systems has received little attention to date. Allen et al. (Trans. Far. Soc. 53 (1957) 1626) examined the anodic
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Oxydation von wässrigen Polysulfid-Lösungen an verschiedenen Elektroden-Materialien. Unlängst haben jedoch Photo-elektrochemische Zellen auf der Basis von Polychaikogeninden für die Umwandlung von Licht in Elektrizität bedeutend an Interesse gewonnen (USP 4 064 326 und Nozik: Ann. Rev. Phys. Chem. 1978).Oxidation of aqueous polysulphide solutions on various electrode materials. Recently, however, photo-electrochemical cells based on polychaikogeninds have been used to convert light into Electricity gained significant interest (USP 4,064,326 and Nozik: Ann. Rev. Phys. Chem. 1978).
Es hat sich gezeigt, daß es für solche Systeme, die ein Minimum an Polarisation aufweisen sollen, da die Polarisation die Arbeitsleistung solcher Zellen und damit ihre Wirksamkeit vermindert, an geeigneten Gegenelektroden fehlt.It has been shown that there is a minimum for such systems Should have polarization, since the polarization reduces the work performance of such cells and thus their effectiveness, at suitable Counter electrodes are missing.
Das US-Patent 4 064 326 gibt verschiedene Metallsulfide an, die für das Polychalkogenid-System gute Elektrokatalysatoren sind. Indessen erfordert die Herstellung solcher Elektroden eine Mehrzahl von Arbeitsschritten, von denen einige mühsam und arbeitsintensiv sind. U.S. Patent 4,064,326 discloses various metal sulfides that can be used for the polychalcogenide system are good electrocatalysts. In the meantime The manufacture of such electrodes requires a plurality of operations, some of which are tedious and labor intensive.
Gemäß der Erfindung sollen verbesserte katalytisch wirksame Elektroden zur Verwendung in Polychalkogenid-Redox-Systemen bereitgestellt werden, welche vorzugsweise den Typen S/S=, Se/Se~ und bzw. oder Te/Te~ gehören. Die Redox-Paare können an den neuen Elektroden gemäß der Erfindung mit nur sehr geringer Polarisation oxydiert bzw. reduziert werden. Solche Redox-Reaktionen können bei Umgebungstemperaturen bewirkt werden.According to the invention, improved, catalytically active electrodes are to be provided for use in polychalcogenide redox systems, which preferably belong to the types S / S = , Se / Se ~ and / or Te / Te ~. The redox pairs can be oxidized or reduced with only very low polarization on the new electrodes according to the invention. Such redox reactions can be effected at ambient temperatures.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf elektrochemische Zellen und andere Vorrichtungen, in denen derartige Elektroden benötigt werden.The invention further relates to electrochemical cells and other devices in which such electrodes are required.
Schließlich bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Herstellung derartiger elektrokatalytisch wirksamer Elektroden.Finally, the invention also relates to a method of production such electrocatalytically active electrodes.
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Die neuen Elektroden gemäß der Erfindung können erzeugt werden, durch Aufbringen der vorgeschlagenen EIektro-Katalysatoren oder Vorprodukten von diesen auf einen geeigneten elektrisch leitenden Träger.The new electrodes according to the invention can be produced by Application of the proposed electro-catalysts or precursors of this on a suitable electrically conductive carrier.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine ein Element, das als Katalysator dient, oder welches ein Vorprodukt eines solchen Katalysators ist, und ein zweites Element ,welches als Matrix des Katalysators oder dessen Vorprodukt dient,enthaltende Legierung verwendet.According to another embodiment of the invention, an element is which serves as a catalyst, or which is a precursor of such a catalyst is, and a second element, which is used as the matrix of the catalyst or whose preliminary product is used, containing alloy is used.
Einige der Elektroden nach der Erfindung können in situ, d. h. in der Lösung des Systems, in dem sie benutzt werden, oder sie können in einem gesonderten System hergestellt und in ein Redox-System, in dem sie benutzt werden sollen, überführt werden.Some of the electrodes of the invention can be in situ, i.e. H. in the Solution of the system in which they are used, or they can be produced in a separate system and in a redox system in which they are used should be transferred.
Die neuen Elektroden gemäß der Erfindung können speziell in solchen Photo-elektro-chemischen Zellen, bei denen Schwierigkeiten zu überwinden sind, die auf der Polarisation beruhen, verwendet werden. Sie werden vorteilhafterweise benutzt als Gegenelektroden (z. B. als zusätzliche Elektroden neben der Anode und Kathode) in elektrochemischen Zellen, in denen Polychalkogenide die Leistung und Stabilität erhöhen.The new electrodes according to the invention can specifically in such Photo-electro-chemical cells in which difficulties have to be overcome based on polarization can be used. They are advantageously used as counter electrodes (e.g. as additional Electrodes next to the anode and cathode) in electrochemical cells, in which polychalcogenides increase performance and stability.
Die neuen Elektroden sind allen bisher beschriebenen Elektroden überlegen und in vielen Fällen billigerund relativ leicht herzustellen.The new electrodes are superior to all previously described electrodes and in many cases cheaper and relatively easy to manufacture.
Die Wirksubstanzen der neuen el ektro-katalytisch wirksamen Elektroden gemäß der Erfindung sind Sulfide, Selenide oder Telluride von geeigneten Übergangsmetallen, sowie von Kupfer und Blei- Es können auch Kombinationen von solchen Sulfiden, Seleniden und bzw. oder Telluriden verwendet werden.The active substances of the new electro-catalytically active electrodes according to the invention sulfides, selenides or tellurides are of suitable ones Transition metals, as well as copper and lead combinations of such sulfides, selenides and / or tellurides can be used.
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Die Ausdrücke Sulfide, Selenide und Tel luride schl ießen auch von den stöchiometrisehen Verhältnissen abweichende Verbindungen ein. D ie wirksame Substanz kann demgemäß ein Sulfid, Selenid, Tel lurid oder ein Gemisch derselben von Kobalt, Nickel, Kupfer, Blei, Molybdän oder Ruthenium sein. Gemische von verschiedenen Sulfiden, Seleniden und Telluriden können ebenfalls verwendet werden. Die vorgeschlagenen Verbindungen besitzen gute elektrische Leitfähigkeit und gute mechanische Stabilität in dem Systemen dem sie benutzt werden sollen. Die Verbindungen sollten schließlich chemisch stabil sein, so daß in dem Ausmaß des chemischen Austausches, den einige von ihnen mit dem Elektrolyten eingehen könnten, keine nennenswerten schädlichen Effekte auftreten. Geeignete wirksame Substanzen sind : CoS, Cu S, PbSe, RuS , MoS NiTe, Cu Se und dgl-. Substanzen,deren Zusammensetzung von den stöchiometrischen Verhältnissen in weiterem Bereich abweicht, können ebenfalls verwendet werden. Dies bezieht sich insbesondere auf Kupfer-Chalkogenide. Substanzen, wie Cu SThe terms sulfide, selenide and tel luride also include from the stoichiometric ratios deviating compounds. T he active substance can accordingly be a sulfide, selenide, Tel lurid or a mixture thereof of cobalt, nickel, copper, lead, molybdenum or ruthenium. Mixtures of various sulfides, selenides and tellurides can also be used. The proposed Connections have good electrical conductivity and good mechanical stability in the system in which they are to be used. The connections should eventually be chemically stable so that to the extent of chemical exchange some of them might make with the electrolyte, no significant harmful effects occur. Suitable active substances are: CoS, Cu S, PbSe, RuS, MoS NiTe, Cu Se and the like. Substances whose composition deviates from the stoichiometric ratios in a wider range can also be used. This relates especially on copper chalcogenides. Substances such as Cu S
1 , /θ1, / θ
sind sehr wirksame Elektro-Katalysatoren. Vorzugsweise sol !1^n die wirksamen Substanzen in solcher Weise hergestel It werden, daß sie eine hochentwickelte Oberfläche besitzen. Hierzu kann nach der Erfindung von verschiedenen Verfahren der Elektrodenerzeugung Gebrauch gemacht werden.are very effective electro-catalysts. Preferably sol! 1 ^ n is the effective substance in such a way hergestel It can be that they have a highly developed surface. For this purpose, according to the invention, use can be made of various methods of producing electrodes.
Die Grundlage oder der Träger, der in seiner Masse im System inert ist, kann aus der folgenden Gruppe:The base or support that is inert in its mass in the system, can be from the following group:
Stahl, rostfreier Stahl, poröse Kohle, Graphit, Kobalt, Titan, Tantal, Wolfram, Vandaium, ChromSteel, stainless steel, porous coal, graphite, cobalt, Titanium, tantalum, tungsten, vandaium, chrome
ausgewählt sein.be selected.
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In manchen Fällen, wie bei der Sulfidierung von Messing kann das Ausgangsmaterial der Elektrode (in diesem Fall Messing) sein eigener Träger sein- Der Grund für die Benutzung von Legierungen bei diesem Elektrodentyp - CuZn anstatt des anfangs stärker aktiven reinen Kupfers ist der, daß Kupfer weniger maßbeständig ist in Chalkogenid-Lösungen und allmählich aufgelöst wird bzw. zerfällt. Durch Hinzufügung steigender Mengen eines Matrixmetal les, z. B. Zink, wird die Maßbeständigkeit erhöht. Es sei bemerkt, daß außer handelsüblichen Legierungen (wie Messing) auch andere Kupfer enthaltende Legierungen verwendet werden können, soweit und solange wie die anderen Legierungsbestandteile keinen störenden Effekt auf die elektrodische Umwandlung ausüben. Solche Legierungen können nach gebräuchlichen Methoden hergestellt werden, z. B. durch Aufplattieren einer Legierung auf einen Träger aus rostfreiem Stahl, wodurch die benötigte Menge der Legierung beträchtlich reduziert wird.In some cases, such as the sulphidation of brass, this can Starting material of the electrode (in this case brass) his own Carrier- The reason for using alloys with this type of electrode - CuZn instead of the initially more active pure copper is that copper is less dimensionally stable in chalcogenide solutions and gradually dissolves or disintegrates. By adding increasing Quantities of a matrix metal, e.g. B. zinc, the dimensional stability is increased. It should be noted that in addition to commercially available alloys (such as brass) also other copper-containing alloys can be used as long as and as long as the other alloy constituents do not have a disruptive effect exercise on the electrodic conversion. Such alloys can be made by conventional methods, e.g. B. by plating an alloy on a stainless steel carrier, which considerably reduces the amount of alloy required.
Es ist zu betonen, daß die Aktivität der elektrokatalytischen Elektrode gemäß der Erfindung von der Zusammensetzung und der Temperatur des Elektrolyten stark abhängig ist. Wie in irgendeinem normalen elektrochemischen System steigt die Aktivität mit dem Anstieg der Temperatur und zunehmender Konzentration der elektroaktiven Bestandteile (d^ . reduzierte Form des Chaikogenides, z. B. S= für den anodischen Prozeß und die oxydierte Form für den kathodischen Prozeß) . Wenn indessen das Verhältnis der oxydierten zu der reduzierten Form größer als 1 wird, z. B. X/X~ ■> 1 fällt die Aktivität für beide Prozesse den kathodischen und den anodischen Prozeß ab, wobei der Abfall in dem Maße größer wird, wie das Verhältnis größer wird. Kurz gesagt, die beste Konzentration ist die maximale Konzentration der elektroaktiven Bestandteile, jedoch mit dem Verhältnis X/X~ < 1. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform wird eineIt should be emphasized that the activity of the electrocatalytic electrode according to the invention is strongly dependent on the composition and the temperature of the electrolyte. As in any normal electrochemical system, the activity increases with the rise in temperature and with increasing concentration of the electroactive constituents (i.e. the reduced form of the chaikogenide, e.g. S = for the anodic process and the oxidized form for the cathodic process). If, however, the ratio of the oxidized to the reduced form becomes greater than 1, e.g. B. X / X ~ ■> 1 the activity for both processes, the cathodic and the anodic process, decreases, the decrease increasing as the ratio increases. In short, the best concentration is the maximum concentration of the electroactive constituents, but with the ratio X / X <1. According to a preferred embodiment, a
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Elektrolyt-Zusammensetzung benutzt mit: [OHj = 1; |_X J = ^ > £xj = 1· Diese Zusammensetzung ist nahe der optimalen Zusammensetzung für die Gegenelektrode. Eine Zusammensetzung von LOHj = 2; £x~ j = 2; [_xj =2 ist sogar etwas besser, obwohl der Unterschied nicht sehr erheblich ist.Electrolyte composition used with: [OHj = 1; | _X J = ^> £ xj = 1 · This composition is close to the optimal composition for the counter electrode. A composition of LOHj = 2; £ x ~ j = 2; [_xj = 2 is actually a little better, although the difference is not very significant.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der folgenden Beispiele, auf deren Inhalt die Erfindung nicht beschränkt ist, erläutert.The invention is illustrated below by means of the following examples the content of which the invention is not limited, explained.
Beispiel 1 : Kobalt-Sulfid auf rostfreiem Stahl. Example 1 : Cobalt Sulphide on Stainless Steel.
Eine auf einen pH-Wert zwischen drei und sieben gepufferte, verdünnte Lösung von Co-SaIz wird als Galvanisierungsiösung benutzt, Eine nichtrostende Stahlunterlage dient als Kathode, Kobaltmetall als Anode, wobei beiderseits der Kathode je eine Anode angeordnet ist, um die Stromverteilung zu verbessern und einen gleichmäßigen nalvanischen Belag auf beiden Seiten der Unterlage zu erzeugen. Die Elektrolysebedingungen können variieren. Der Elektrolyt enthielt 20g CoS04/Liter, das mittels Kaliumdiphthaiat und NaOH auf einen pH-Wert von 4,5 gepuffert war.A diluted solution of Co-Salt, buffered to a pH value between three and seven, is used as the electroplating solution to create an even galvanic coating on both sides of the substrate. The electrolysis conditions can vary. The electrolyte contained 20 g CoS0 4 / liter, which was buffered to a pH of 4.5 by means of potassium diphthalate and NaOH.
Die Elektrolyse wurde bei Raumtemperatur ohne Umrühren mit einerThe electrolysis was carried out at room temperature without stirring with a
2
Stromdichte von 40mA/cm der Fläche der Unterlage während 5 Mi nuten
durchgeführt. Je niedriger der pH-Wert,umso größer ist die notwendige
Stromdichte. Zu niedrige Stromdichte, unter etwa 20mA/cm , oder zu niedriger pH-Wert unter etwa 3, führt zu einem an Kobaltmetall reichen
Belag, welcher weniger aktiv ist, als der unter optimalen Bedingungen niedergeschlagene Belag von Co (OH) .2
Current density of 40 mA / cm of the surface of the pad during 5 minutes carried out. The lower the pH value, the greater the necessary current density. Too low a current density, below about 20 mA / cm, or too low a pH value below about 3, leads to a deposit rich in cobalt metal, which is less active than the deposit of Co (OH) deposited under optimal conditions.
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Der niedergeschlagene Belag wird in einen Chalkogenid-Ionen-Elektrolyten eingetaucht und in CoX umgewandelt; z. B. wird in einer S~ Ionen enthaltenden Lösung CoS gebildet. Eine elektrolytische Reduktion auf ungefähr -1,2V mit Bezug auf die Standard-Calomel-Elektrode verbessert die Umwandlung. Eine solche Elektrode gibt unter Standardbedinungen (30 C,The deposited plaque is placed in a chalcogenide ion electrolyte immersed and converted to CoX; z. B. is contained in a S ~ ions Solution CoS formed. An electrolytic reduction to about -1.2V with respect to the standard calomel electrode improves conversion. Such an electrode gives under standard conditions (30 C,
1M KOH, 1M Na S · 9 H O1 1M S) 8mA/cm2 bei einer Polarisation von1M KOH, 1M Na S · 9 HO 1 1M S) 8 mA / cm 2 with a polarization of
2 10 mV und folgt einem geradlinigen Verhalten bis mindestens 60 mA/cm2 10 mV and follows a straight line behavior up to at least 60 mA / cm
2 sowohl in kathodischer aIs auch in anodischer Richtung, d. h. also 16 mA/cm bei 20 mV Polarisation usw.. Wenn ein dickerer Belag niedergeschlagen ist, ist die Elektrode stärker aktiv, jedoch mechanisch weniger stabil.2 both in cathodic and anodic direction, i.e. H. i.e. 16 mA / cm at 20 mV polarization, etc. If a thicker layer is deposited, the electrode is more active, but less mechanically stable.
Beispiel 2 : PbSQ g Se0 1 auf rostfreiem Stahl. Example 2 : PbS Q g Se 0 1 on stainless steel.
Auf eine Unterlage aus rostfreiem Stahl wird die aus einer wässrigen Lösung von 0,3 IvI Bleiacetat oder Bleinitrat mit Hilfe einer Platinkathode durch anodische Oxydation ein Belag von PbOp galvanisch niedergeschlagen.A base made of stainless steel is applied to an aqueous base Solution of 0.3 IvI lead acetate or lead nitrate using a platinum cathode A coating of PbOp is galvanically deposited by anodic oxidation.
2 D ie galvanische Elektrolyse wurde mit einem Strom von 40 mA/cm uei Raumtemperatur während 5 Minuten ausgeführt, wobei ein dunkel-rotbrauner Belag von ungefähr 5 Mikron Dicke erhalten wurde. D ie Elektrode wurde sodann in einer Polychalkogenid-Lösung unter den gierchen Bedingjngen wie bei CoS in Beispiel 1 reduziert. In diesem Fall ist die Reduktion eine2 T he galvanic electrolysis was carried out with a current of 40 mA / cm uei Room temperature carried out for 5 minutes, with a dark red-brown Overlay approximately 5 microns thick was obtained. T he electrode was then in a polychalcogenide solution under greedy conditions as for CoS in example 1 reduced. In this case the reduction is one
Notwendigkeit. In einem Elektrolyten mit 1M S , bestehend aus 0,9 M S und 0,1 M Se, wird ein gemischtes Biei-Sulfid/Selenid gebildet, welchesNeed. In an electrolyte with 1M S, consisting of 0.9 M S and 0.1 M Se, a mixed bisulfide / selenide is formed which
2
im gleichen Elektrolyten 7,5 mA/cm bei einer Pdarisation von 10 mV ergab2
in the same electrolyte resulted in 7.5 mA / cm with a Pdarization of 10 mV
::
und ein lineares I-V-Verhalten in beiden Richtungen bis mindestens 60 mA/cm zeigte.and a linear I-V behavior in both directions up to at least 60 mA / cm showed.
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Beispiel 3 : Cu S auf einer Legierungs-Matrix. Example 3 : Cu S on an alloy matrix.
2 Messing-Draht-Gaze (66% Cu, 34% Zn, 70 Maschen/cm ) wurde in eine2 brass wire gauze (66% Cu, 34% Zn, 70 mesh / cm) was made into a
Polysulfid-Lösung mit 1 M S, 1 M S= und 1 M OH"" welche zug leich der Polysulfid- bzw. Polychalkogenid-Elektrolyt sein kann, in dem die Elektrode benutzt werden soll, eingetaucht. Das Messing schwärzt sich im Verlauf einiger Tage, was auf die Sulfidierung des im Messing enthaltenen Kupfers hinweist. Der Prozeß kann durch anodische Oxydation des Messings in dem Polysulfid-Elektrolyten bei einem Potential von o,5 bis 1,0 V gegen die Standard-Calomel-Elektrode beschleunigt werden, in welchem Fall der Prozeß nur ungefähr 5 Minuten benötigt. Eine in dieser Weise vorbereitetePolysulphide solution with 1 MS, 1 MS = and 1 M OH "" which at the same time can be the polysulphide or polychalcogenide electrolyte in which the electrode is to be used, immersed. The brass blackens in the course of a few days, which indicates the sulphidation of the copper contained in the brass. The process can be accelerated by anodic oxidation of the brass in the polysulfide electrolyte at a potential of 0.5 to 1.0 V versus the standard calomel electrode, in which case the process only takes about 5 minutes. One prepared in this way
2 Elektrode gibt 25,5 mA bei 10 mV Polarisation auf 3 cm Elektrodenfläche,2 electrode gives 25.5 mA at 10 mV polarization on 3 cm electrode area,
2
d. h. also 8,5 mA/cm beim Eintauchen in einen Elektrolyten mit je 1 M KOH, Na S · 9H O und S. bei 30 C. Sie zeigt ein lineares I-V-Verhalten bis2
ie 8.5 mA / cm when immersed in an electrolyte with 1 M KOH, Na S · 9HO and S. at 30 C. It shows a linear IV behavior up to
mindestens 70 mA/cm aufwärts in beiden Richtungen. Die Messing-Gaze kann 60 bis 90 Mol-Prozent Kupfer enthalten, die bei Gazen von 30 bis 150at least 70 mA / cm upwards in both directions. The brass gauze may contain 60 to 90 mole percent copper, 30 to 150 mole percent for gauzes
Maschen/cm erhalten werden, ohne daß die Umwandlung dadurch wesentlich beeinflußt wird.Meshes / cm can be obtained without the conversion being significant being affected.
Beispiel 4 : Legierungsbelag von Kupfer enthaltender Legierung und Sulfidierung. Example 4 : Alloy coating of copper-containing alloy and sulfidation.
Es wurde eine Lösung von 4 g CuCN, 1,2 g Zn (CN) und 6,5 g NaCN in 100 ml Wasser hergestellt. Ein Stück rostfreier Stahl wurde sorgfältig gesäubert und durch Waschen in Trichloraethylen entfettet. Wie bei Beispiel 1 wurde der rostfreie Stahl als Kathode mit einer zusammengesetzten Anode von Kupfer und von Zink mit einem Flächenverhältnis von 9 Cu/1 ZnA solution of 4 g of CuCN, 1.2 g of Zn (CN) and 6.5 g of NaCN was obtained made in 100 ml of water. A piece of stainless steel was carefully cleaned and degreased by washing in trichlorethylene. As with example 1 was made of stainless steel as a cathode with a composite Anode of copper and zinc with an area ratio of 9 Cu / 1 Zn
2 verbunden. Die Elektrode wurde mit einem Sttum von 6 mA/cm des rostreien Stahls während 30 Minuten bei 40 C belastet. Die so erhaltene Elektorde wurde ohne weitere Behandlung in einer Chalkogenid-Lösung als Elektrolyt benutzt.2 connected. The electrode was rust-free at a rate of 6 mA / cm Stahls loaded at 40 C for 30 minutes. The Electorde thus obtained was used as an electrolyte in a chalcogenide solution without further treatment.
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Unter den Standardbedingungen von Beispiel 1 ergab diese ElektrodeUnder the standard conditions of Example 1, this gave an electrode
22
10 mA/cm bei einer Polarisation von 10 mV und zeigte bis i> 80 mA/cm aufwärts ein lineares Verhalten.10 mA / cm at a polarization of 10 mV and showed up to i> 80 mA / cm upwards a linear behavior.
Beispiel 5 : CoS auf Stahl. Example 5 : CoS on steel.
Äquivalente Lösungen von Kobalt-Acetat und Kai imhydroxyd wurden schnell gemischt, wobei ein grünes Präzipitat erhalten wurde.Equivalent solutions of cobalt acetate and kai imhydroxyd were made mixed rapidly to give a green precipitate.
2 Ein Blech aus rostfreiem Stahl von 0,7 mm Dicke und 4 cm Größe2 A stainless steel sheet 0.7 mm thick and 4 cm in size
wurde durch Sandstrahlgebläse gründlich gereinigt. Das grüne Präzipitat wurde auf die Blechunterlage mittels eines Malerpinsels aufgetragen und an der Luft unter Umgebungsbedingungen der Trocknung überlassen. Nach der Trocknung wurde ein zweiter Auftrag auf den ersten aufgestrichen. Nach erneuter Trocknung wurde die Elektrode in eine Lösung mit jeweils 1 M KOH, Na S · 9 HO und S/Liter getaucht. Die Elektrode wurde in dieser Lösung während 5 Minuten mit einem Potential von 1,2 V mit Bezug auf die Standard-Calomel-Elektrode reduziert. Nach der Reduktion zeigt diese Elektrode einewas thoroughly cleaned by sandblasting. The green precipitate was applied to the sheet metal base using a paintbrush and leave to dry in the air under ambient conditions. After drying, a second coat was painted on top of the first. To renewed drying, the electrode was in a solution with 1 M KOH, Na S 9 HO and S / liter immersed. The electrode was in this solution for 5 minutes at a potential of 1.2 V with respect to the standard calomel electrode reduced. After reduction, this electrode shows a
Polarisation von bis zu 20 mV bei einer Stromdichte von 10 mA/cm (insgesamt 40 mA). Sie ist relativ beständig an der Luft, jedoch sollte längeres Verweilen in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre vermieden werden.Polarization of up to 20 mV at a current density of 10 mA / cm (total 40 mA). It is relatively stable in the air, but should be longer Lingering in an atmosphere containing oxygen can be avoided.
Beispiel 6 : Rutheniumsulfid-Elektroden. Ex a mp le 6: ruthenium sulfide electrodes.
Es wurde eine wässrige Lösung von 5 mg RuCI in 10 ml Wasser vorbe-An aqueous solution of 5 mg RuCl in 10 ml water was
2 3 reitet. In dieser wurde Plantinblech von 1 cm Größe als Anode benutzt2 3 rides. In this sheet metal sheet 1 cm in size was used as the anode
2 und beiderseits derselben wurde je ein Stahlblech von 1 cm Größe als Kathode angeordnet. Die Galvanisierung wurde während 10 Minuten bei2 and on both sides of the same a steel sheet 1 cm in size was used as Arranged cathode. The electroplating was carried out for 10 minutes
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bei Strömen bis zu 60 mA (30 mA/cm ) durchgeführt. Darauf wurde die Elektrode zur Sulfidierung in eine Lösung mit je 1 M S, Na S · 9 HO und KOH gebracht. Es wurde eine Polarisation bis zu 90 mV bei Strom-performed at currents up to 60 mA (30 mA / cm). Then the Electrode for sulfidation in a solution with 1 M S, Na S · 9 HO each and brought KOH. A polarization of up to 90 mV for current
2
dichten von 10 mA/cm gemessen- Nachdem sodann die Elektrode mit ungefähr 1 V negativ relativ zur Standard-Kalomel-Elektrode rduziert
worden war, wurde die Polarisation bei gleicher Stromdichte zu 48 mV gemessen.2
densities of 10 mA / cm measured - After the electrode had then been reduced with approximately 1 V negative relative to the standard calomel electrode, the polarization was measured at the same current density as 48 mV.
Beispiel 7 : Nickel-Sulfid auf rostfreiem Stahl. Example 7 : Nickel Sulphide on Stainless Steel.
Es wurde eine Lösung von 4 g Nickel-Ammonium-Sulfat pro Liter Wasser vorbereitet (Alternativ dazu könnte auch eine Lösung gleich der im Beispiel 1 beschriebenen, jedoch mit Nickcloulfat anstatt Kobaltsulfat benutzt werden) .Die Elektrolysebedingungen waren die gleichen, wie die in Beispiel 1 beschriebenen. Der aufgebrachte Belag wurde getaucht in eine Lösung von je 1 M KOH, Na S ■ 9 HO und S. Es wurdeA solution of 4 g of nickel ammonium sulfate per liter of water was prepared (alternatively, a solution similar to the described in Example 1, but with nickel sulfate instead of cobalt sulfate The electrolysis conditions were the same, as described in Example 1. The applied coating was immersed in a solution of 1 M each of KOH, Na S 9 HO and S. It became
2 eine Polarisation von 10 mV bei einer Stromdichte von 5,8 mA/cm gemessen. Das Verhalten der Elektrode folgt einer linearen I-V-Kurve2 a polarization of 10 mV measured at a current density of 5.8 mA / cm. The behavior of the electrode follows a linear I-V curve
2
bis zu ungefähr 50 mA/cm aufwärts.2
up to about 50 mA / cm.
Beispiel 8 : Nickel-Selenid-Elektrode-Example 8: Nickel Selenide Electrode
Eine Elektrode wurde analog Beispiel 7 vorbereitet, jedoch wurdeAn electrode was prepared analogously to Example 7, but was
die präparierte Elektrode in eine Lösung von 3 M KOH, 0,3 M Se undthe prepared electrode in a solution of 3 M KOH, 0.3 M Se and
0,3 M Seienid eingetaucht. Nach Reduktion bei 30 mA/cm während 5 Minuten zeigt diese Elektrode eine Polarisation von 1Ö mV bei einem0.3 M Be submerged. After reduction at 30 mA / cm during 5 minutes this electrode shows a polarization of 10 mV for a
Stromdurchgang von 2,4 mA/cm ,-unter Standardbedingungen (Beispiel 1) zeigt eine solche Elektrode eine Polarisation von 10 mA bei einemCurrent passage of 2.4 mA / cm, -under standard conditions (example 1) such an electrode shows a polarization of 10 mA for a
Stromdurchgang von 4,8 mA/cm .Current passage of 4.8 mA / cm.
Q30036/O591Q30036 / O591
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
5493/80-Ls5493/80-Ls
- yc -- yc -
Beispiel 9 : NiSe Te -Elektrode. Example 9 : NiSe Te electrode.
Es wurde eine Elektrode wie in Beispiel 7 vorbereitet. Der galvanisch niedergeschlagene Belag wurde in eine Lösung von 2 M KOH; 0,25 M Se; 0,05 M Te und 0,25 M Selenid eingetaucht und anschließend mit einerAn electrode as in Example 7 was prepared. The galvanic Precipitated plaque was dissolved in a solution of 2 M KOH; 0.25 M Se; 0.05 M Te and 0.25 M selenide dipped and then with a
ari-ari-
2
Strombelastung von 20 mA/cm während 5 Minuten reduziert. Die Polarisation
der Elektrode betrug 10 mV bei einem Stromdurchgang von 4,5 mA/cm2
Current load of 20 mA / cm reduced for 5 minutes. The polarization of the electrode was 10 mV with a current passage of 4.5 mA / cm
2 unter Standardbedingungen (Beispiel 1) ergab ein Strom von 5,5 mA/cm eine Polarisation bis zu 10 mV.2 under standard conditions (example 1) gave a current of 5.5 mA / cm a polarization up to 10 mV.
Beispiel 10 : Kobalt-Tellurid-Elektrode. Example 10 : Cobalt Telluride Electrode.
Eine Elektrode gleich der in Beispiel 1 wurde vorbereitet und reduziertAn electrode similar to that in Example 1 was prepared and reduced
in einer Tellurid-Lösung (0, 1 Μ Te=; 4 M KOH; 0, 1 M Te) . Nach derin a telluride solution (0.1 Μ Te = ; 4 M KOH; 0.1 M Te). After
Reduktion in einer Tel lurid-Lösung mit 15 mA/cm während 5 MinutenReduction in a Tel lurid solution with 15 mA / cm for 5 minutes
2
wurde die Elektrode bei 7 mA/cm Stromdurchgang während 5 Minuten polarisiert, wobei die Polarisation bis zu 20 mV betrug. Unter Standardbedingungen
in einer Polysulf id-Lösung der Art , wie in Beispiel 1, gab2
the electrode was polarized at 7 mA / cm current passage for 5 minutes, the polarization being up to 20 mV. Under standard conditions in a polysulfide solution of the type as in Example 1 were
ein Stromdurchgang von 6 mA/cm einen Polarisationsanstieg bis aufa current passage of 6 mA / cm an increase in polarization up to
Beispiel 11 : CoSe Te_ -Elektrode.Example 11: CoSe Te_ electrode.
Eine Elektrode gleich der in Beispiel 1 wurde vorbereitet und inAn electrode similar to that in Example 1 was prepared and used in
einer Tellurid-Selenid-Lösung gleich der in Beispiel 9 während 5 Minutena telluride-selenide solution similar to that in Example 9 for 5 minutes
2
unter eino^ Strombelastung von 20 mA/cm reduziert. In dieser Lösung ergibt2
reduced under a current load of 20 mA / cm. In this solution results
ein Strom von 5 mA/cm eine Polarisation von 10 mV, während in der Standardlösung von Beispiel 1 die Polarisation 6 mV beträgt.a current of 5 mA / cm a polarization of 10 mV, while in the standard solution of Example 1 the polarization is 6 mV.
030036/0591030036/0591
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
5498/80-Ls5498/80-Ls
Beispiel 12 : Blei-Tel lurid-Elektrode. Example 12: Lead-Tel lurid-Electrode.
Es wurde eine Elektrode wie in Beispiel 2 vorbereitet und in einerAn electrode was prepared as in Example 2 and in a
Tellurid-Lösung wie in Beispiel 10 während 5 Minuten mit einer Strom-Telluride solution as in Example 10 for 5 minutes with a current
2
belastung von 15 mA/cm reduziert- Die Elektrode ergibt eine Polari-2
load of 15 mA / cm reduced - The electrode results in a polar
2 sationsspannung von 24 mV bei einer Strombelastung von 7 mA/cm .2 station voltage of 24 mV with a current load of 7 mA / cm.
Unter den Standardbedingungen des Beispiels 1 ist die Polarisations-Under the standard conditions of Example 1, the polarization
2 spannung 10 mV bei einer Strombelastung von 5,8 mA/cm .2 voltage 10 mV with a current load of 5.8 mA / cm.
Beispiel 13 : Blei-Selenid-Tel lurid-Elektrode.Example 13: Lead Selenide Tel luride Electrode.
Es wurde eine Elektrode wie in Bei spie! 2 vorbereitet und in einerAn electrode like the one in Bei spie! 2 prepared and in one
Seienid-Tellurid-Lösung wie in Beisoiel 9 während 5 Minuten bei einerSeienid telluride solution as in Example 9 for 5 minutes with a
2
Strombelastung von 20 mA/cm reduziert. Die Elektrode ergibt eine2
Current load reduced by 20 mA / cm. The electrode makes a
2 Polarisationsspannung von 10 mV bei einer Strombelastung von 4,0 mA/cm2 polarization voltage of 10 mV with a current load of 4.0 mA / cm
Unter den Standardbedingungen des Beispiels 1 ist die StrombelastungUnder the standard conditions of Example 1, the current load is
2
5,7 mA/cm bei gleicher Polarisatbnsspannung.2
5.7 mA / cm with the same polarization voltage.
Beispiel 14 : Molybdän-SuIfid-Elektrode. Example 14 : Molybdenum-SuIfid-Electrode.
Eine MoS -Elektrode auf Molybdän-Metall wurde durch AufstreichenA MoS electrode on molybdenum metal was painted on
von Molycote (Cl imax Molybdänü in Äthylenglykol auf Molybdän-Metal I,from Molycote (Cl imax molybdenum in ethylene glycol to molybdenum metal I,
ο Trocknung an der Luft und Erhitzen während 10 Minuten auf 450 C an derο Drying in the air and heating for 10 minutes at 450 C on the
Luft hergestellt. Unter den Standardbedingungen des Beispiels 1 betrugAir made. Under the standard conditions of Example 1 was
2 die Polarisationsspannung 10 mV bei einem Stromdurchgang von 1 mA/cm2 the polarization voltage 10 mV with a current passage of 1 mA / cm
- 13 -- 13 -
0 3 0 0 3 6/05910 3 0 0 3 6/0591
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
5498/80-Ls5498/80-Ls
~ ■~ ■
In der Tabelle sind Elektroden gemäß der Erfindung, ihre Herstellungsund Behandlungsweise, ihre katalytische Aktivität und die Elektrolyten, in denen ihre katalytische Aktivität gemessen wurde, aufgezeichnet. Als ein Maßstab für die katalytische Aktivität wurde die PolarisationsspannungIn the table are electrodes according to the invention, their manufacture and The way of treatment, its catalytic activity and the electrolytes, in which their catalytic activity was measured, recorded. The polarization voltage was used as a measure of the catalytic activity
2 in mV bei einer Strombelastung von 10 mA an einer Elektrode von 1 cm geometrischer Fläche bei beidseitiger Bedeckung mit dem Elektro-Katalysator angesehen. Je geringer die Polarisationsspannung, umso aktiver ist der Elektro-Katalysator. Da das I-V-Verhalten um das Redox-Potential linear verläuft, gelten diese Werte für beide, nämlich die anodische und die kathodische Richtung.2 in mV with a current load of 10 mA on an electrode of 1 cm geometrical area viewed with double-sided coverage with the electro-catalyst. The lower the polarization voltage, the more the electric catalytic converter is more active. Because the I-V behavior is about the redox potential runs linearly, these values apply to both, namely the anodic and the cathodic direction.
Obwohl die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf bestimmte aktive Substanzen, Unterlagen bzw. Träger, elektrochemische Zellen und auf Verfahren zu iherer Anwendung beschrieben worden ist, ist sie keineswegs auf die erläuterten speziellen Fälle beschränkt, sondern erstreckt sich auf alle entsprechenden und gleichartigen Falb, soweit diese unter den Umfang der Patentansprüche fallen.Although the invention has been described above with reference to certain active substances, supports, electrochemical cells and procedures for their application have been described, it is in no way restricted to the special cases explained, but rather extended refer to all corresponding and similar Falb insofar as these fall under the scope of the claims.
Tabelle - 14 -Table - 14 -
Q30036/0591Q30036 / 0591
5498/805498/80
Ji.Ji.
MaterialElectrodes
material
Herstellung (Vorbereitung)Way of
Manufacture (preparation)
(X=S,wenn nichts
anderes gesagt)OH / X 2 "/ X
(X = S if nothing
in other words)
Co(OH)2-GeISpread of
Co (OH) 2 gel
schlag Ni(OH)Galvanic down
blow Ni (OH)
schlag von Co(OH )Galvanic down
blow from Co (OH)
Cu S in KohleSuppression of
Cu S in coal
schlag von PbO und Reduktion in
Te X-Lösungbeat of PbO and reduction in
Te X solution
PbS0,9Se0,1 PbS 0.9 Se 0.1
13,013.0
Galvanischer Niederschlag von PbO2 uüd Reduktion in S Se 0,11-LösungGalvanic precipitation of PbO2 and Reduction in S Se 0.11 solution
MoS,MoS,
Galvanischer Niederschlag Galvanic precipitation
Aufstreichen von MoS, auf Molybdän-MetallBrushing MoS on molybdenum metal
PlatiniertesPlatinized
Platin zum Elektroplattierung VergleichPlatinum for electroplating comparison
75,075.0
75,075.0
110110
r/1/1r / 1/1
1/1/1 1/1/11/1/1 1/1/1
1/1/11/1/1
030036/0591030036/0591
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Claims (28)
BAD ORIGINAL030038/0 591
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