DE3210096A1 - Solid proton conductor and its use - Google Patents
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Abstract
Description
Beschreibung description
Gegenstand der Erfindung sind feste Protonenleiter und ihre Verwendung.The invention relates to solid proton conductors and their use.
Es sind bereits protonenleitende feste Materialien bekanntgeworden, wie Molybdatophosphorsäure und Wolframatophosphorsäure (H3PW12040~nH20), Hydrogenuranylphosphat (HU02P04 4H20) und wasserhaltiges ß-Aluminiumoxid (W.A.Proton-conducting solid materials have already become known, such as molybdophosphoric acid and tungstophosphoric acid (H3PW12040 ~ nH20), hydrogenuranyl phosphate (HU02P04 4H20) and hydrous ß-aluminum oxide (W.A.
England et al., Solid State Ionics 1 (1980) 231 bis 249 und P.E. Childs et al., Journal of Power Sources 3 (1978) 105 bis 114). Es ist weiterhin beschrieben worden, daß Alumosilikate 1 beispielsweise Zeolithe, ebenfalls Ionenleiter darstellen (M. Bell et al., DBP, AZ P3 127821.3,19#1 139 und US-PS 3 186 875). In diesen Druckschriften ist auch angegeben, daß man bestimmte feste Protonenleiter als Separatoren für primäre und sekundäre elektrochemische Zellen, d. h. Batterien, verwenden kann (P.E. Childs et al., a.a.0. und US-PS 3 186 875). Weiterhin haben T.England et al., Solid State Ionics 1 (1980) 231-249 and P.E. Childs et al., Journal of Power Sources 3 (1978) 105-114). It is also described been that aluminosilicates 1, for example zeolites, also represent ionic conductors (M. Bell et al., DBP, AZ P3 127821.3, 19 # 1,139 and U.S. Patent 3,186,875). In these publications it is also stated that certain solid proton conductors are used as separators for primary and secondary electrochemical cells, d. H. Batteries, can use (P.E. Childs et al., op. and U.S. Patent 3,186,875). Furthermore, T.
Takahashi et al. berichtet (Journal of Applied Electrochemistry 1o (1980) 41.5 bis 416), daß man den festen Protonenleiter Hydrogenuranylphosphat (HUO2Po4-4H2o) als Elektrolyt für elektrochrome Anzeige zellen verwenden kann.Takahashi et al. reported (Journal of Applied Electrochemistry 1o (1980) 41.5 to 416) that the solid proton conductor hydrogenuranyl phosphate (HUO2Po4-4H2o) can be used as an electrolyte for electrochromic display cells.
Bekanntlich ist es für die Herstellung von Primärzellen oder Sekundärzellen und elektronischen Bauteilen häufig erforderlich, Elektrolyte zwischen Elektroden einzubringen. Dabei sind die normalerweise angewandten flüssigen Elektroden von Nachteil, da sie nicht ohne weiteres als selbsttragende Konstruktionen ausgelegt werden können und häufig zu Korrosionsproblemen Anlaß geben. Feste Pro- tonenleiter besitzen neben der erhöhten mechanischen Stabilität gegenüber flüssigen Elektrolyten den Vorteil, daß sie für den Transport einer oder nur weniger Ionensorten selektiv sind. Mit Ausnahme von Zeolithen und ß-Aluminiumoxid reagieren die bisher bekanntgewordenen festen Protonenleiter wie eine Brönstedsäure und sind deshalb nur mit einer begrenzten Anzahl von Elektrodenmaterialien stabil, nicht jedoch mit unedlen Metallen, wie beispielsweise Eisen, Zink, Blei, Aluminium und dergleichen, die häufig für elektrochemische Zellen verwendet werden. Weiterhin sind einige der vorbekannten festen Protonenleiter sehr empfindlich gegen Reduktion, beispielsweise die oben angesprochene Molybdatophosphorsäure, sind radioaktiv (beispielsweise HU02P0 4#4H20) oder enthalten giftige Schwermetallkationen (beispielsweise Sb 20541320 oder Sn02#2,3H20 etc.) Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht darin, daß bei den herkömmlichen festen Protonenleitern das Wasser bereits bei niedrigen Temperaturen irreversibel (d. h. unter Zerstörung der protonenleitenden Phase) abgegeben wird. Darüber hinaus leiden die meisten herkömmlichen festen Protonenleiter daran, daß sie eine zu geringe Leitfähigkeit aufweisen (siehe M.S. Whittingham et al., a.a.0.).As is known, it is used for the manufacture of primary cells or secondary cells and electronic components often require electrolytes between electrodes bring in. The liquid electrodes normally used are from Disadvantage, as they are not easily designed as self-supporting structures and often give rise to corrosion problems. Fixed pro tone ladder have increased mechanical stability compared to liquid electrolytes the advantage that they are selective for the transport of one or only a few types of ions are. With the exception of zeolites and ß-aluminum oxide, those previously known react solid proton conductors like a Brönsted acid and are therefore only limited with one Number of electrode materials stable, but not with base metals such as for example iron, zinc, lead, aluminum and the like, which are often used for electrochemical Cells are used. Furthermore, some of the previously known solid proton conductors are very sensitive to reduction, for example the above-mentioned molybdophosphoric acid, are radioactive (e.g. HU02P0 4 # 4H20) or contain toxic heavy metal cations (for example Sb 20541320 or Sn02 # 2,3H20 etc.) Another major disadvantage is that in the conventional solid proton conductors, the water already irreversible at low temperatures (i.e. with destruction of the proton-conducting Phase) is delivered. In addition, most conventional solid proton conductors suffer because their conductivity is too low (see M.S. Whittingham et al., a.a.0.).
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, feste Protonenleiter anzugeben, die sowohl einfach als auch billig herzustellen sind, die oben angeführten Nachteile nicht besitzen, eine hohe Leitfähigkeit aufweisen und für die verschiedensten elektrochemischen Zwecke eingesetzt werden können, namentlich als Separatormaterial.The object of the present invention is now to provide solid proton conductors indicate that are both simple and inexpensive to manufacture, those listed above Do not have disadvantages, have high conductivity and for the most diverse Electrochemical purposes can be used, namely as a separator material.
Diese Aufgabe wird nun gelöst durch die festen Protonenleiter gemäß Hauptanspruch. Die Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte Ausführungsformen dieses Erfindungsgegenstandes sowie die Verwendung dieser festen Protonenleiter.This object is now achieved by the solid proton conductor according to FIG Main claim. The subclaims relate to particularly preferred embodiments this subject of the invention as well as using this solid Proton conductor.
Untersuchungen haben gezeigt, daß feste Protonenleiter auf der Grundlage eines protonenhaltige Kationen aufweisenden, amorphen Matrixmaterials und eines darin vorliegenden polaren Vehikels eine hohe Protonenleitfähigkeit zeigen, billig und einfach hergestellt werden können und nicht die Korrosions- und Umweltverschmutzungsprobleme aufweisen,die den herkömmlichen festen Protonenleitern eigen sind.Research has shown that solid proton conductors are based an amorphous matrix material having proton-containing cations and one polar vehicles present therein show high proton conductivity, cheap and can be easily manufactured and not the corrosion and pollution problems have inherent to the conventional solid proton conductors.
Gegenstand der Erfindung sind daher feste Protonenleiter, die gekennzeichnet sind durch ein protonenhaltige Kationen aufweisendes, amorphes Matrixmaterial oder Wirtsnetzwerk und ein darin vorliegendes, den Protonentransport begünstigendes, polares Vehikel oder Solvent.The invention therefore relates to solid proton conductors which are characterized are due to an amorphous matrix material containing protons containing cations or Host network and a present in it, which promotes proton transport, polar vehicle or solvent.
Dabei enthält das Matrixmaterial als protonenhaltige Kationen vorzugsweise Hydroniumkationen (1330 ) 1 Ammoniumkationen (NH4+), Hydraziniumkationen (N2H5+) und/oder organische Aminkationen, bei welch letzteren es sich vorzugsweise um Kationen auf der Grundlage mindestens eines niedrigmolekularen aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Amins mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie Methylamin, Äthylamin oder Pyridin, handelt.The matrix material preferably contains cations containing protons Hydronium cations (1330) 1 ammonium cations (NH4 +), hydrazinium cations (N2H5 +) and / or organic amine cations, the latter being preferably cations based on at least one low molecular weight aliphatic, cycloaliphatic or aromatic amines having 1 to 6 carbon atoms, such as methylamine, ethylamine or pyridine.
Diese protonenhaltigen Kationen werden durch Ionenaustausch oder durch chemische Reaktion in das Matrixmaterial bzw. das Wirtsnetzwerk eingebracht. Neben diesen protonenhaltigen Kationen ist in dem Matrixmaterial noch das den Protonentransport begünstigende polare Vehikel bzw. eine polare Phase, beispielsweise Wasser, Ammoniak und/oder ein Alkohol enthalten, da in dieser Weise das Proton über das Vehikel beweglich wird.These proton-containing cations are by ion exchange or by chemical reaction introduced into the matrix material or the host network. Next to These proton-containing cations are still the proton transport in the matrix material favoring polar vehicle or a polar phase, for example water, ammonia and / or contain an alcohol, since in this way the proton can be moved across the vehicle will.
Es wird angenommen, daß der Protonentransport des erfindungsgemäßen Protonenleiters über einen Vehikel-Mechanismus abläuft, nach dem das Proton nicht als solches, sondern als Hydroniumion oder Ammoniumion (H3O+ , NH4+ etc.) an das Vehikel, wie H O, NH3 etc. gebunden transportiert wird. Dabei bewegt sich das mobile polare Vehikel innerhalb des Matrixmaterials in entgegengesetzter Richtung und zeigt einen der Protonenleitung entsprechenden Diffusionskoeffizienten und verhält sich gegenüber der Umgebung wie eine Brönstedbase, d. h. ein Protonenakzeptor.It is believed that the proton transport of the invention Proton conductor takes place via a vehicle mechanism according to which the proton does not as such, but as a hydronium ion or ammonium ion (H3O +, NH4 + etc.) to the Vehicle, such as HO, NH3, etc., is transported in bound form. The mobile moves polar vehicles within the matrix material in the opposite direction and shows a diffusion coefficient corresponding to the proton conduction and behaves towards the environment like a Brönsted base, d. H. a proton acceptor.
Die Protonenleitung erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Protonenleiter somit über eine translatorische Bewegung von protonenhaltigen Kationen, wie H3O+, NH4+, N2H5+, 13+-Pyridin, CH3NII3+, etc., die aus der zur Bildung des protonenhaltigen Kations eingesetzten basischen Phase und dem polaren Vehikel, wie Wasser, Ammoniak oder Alkohole, vorzugsweise niedrigmolekulare aliphatische Alkohole mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie insbesondere Methanol oder Äthanol, gebildet werden.The proton conduction takes place in the proton conductor according to the invention thus via a translational movement of proton-containing cations, such as H3O +, NH4 +, N2H5 +, 13 + -Pyridine, CH3NII3 +, etc., resulting from the formation of the proton-containing Cations used basic phase and the polar vehicle, such as water, ammonia or alcohols, preferably low molecular weight aliphatic alcohols with 1 to 6 Carbon atoms, such as in particular methanol or ethanol, are formed.
Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Protonenleiter als amorphes Matrixmaterial ein anorganisches und/ oder organisches Material, welches mit Vorteil Brönstedsäuregruppen, wie Carbonsäuregruppen, Sulfonsäuregruppen 3-und/oder Phosphatgruppen (P04 ) als funktionelle Gruppen enthält. Erfindungsgemäß geeignete Matrixmaterialien sind insbesondere Cellulose oder Cellulosederivate, wie Carboxymethylcellulose, und amorphe Silikate, wie Gläser und/oder gefällte Exieselsäure. Es hat sich gezeigt, daß Cellulosen, die eine Brönstedsäure als funktionelle Gruppe enthalten und überdies eine Mindestmenge Wasser als polares Vehikel adsorbiert enthalten, eine hohe Protonenleitung aufweisen. Im Kontakt mit Wasser nehmen solche Protonenleiter jedoch so viel Wasser auf, daß ihre Ionenselektivität stark beeinträchtigt wird. Gemäß einer be- vorzugten Ausführungsform der Erfindung kann man jedoch die Protonenselektivität dieser Matrixmaterialien dadurch beträchtlich erhöhen, daß man den lipophilen Charakter der Cellulose erhöht, so daß diese nur noch wenig Wasser aufzunehmen vermag. Vorzugsweise bewirkt man diese Steigerung des lipophilen Charakters durch Verestern, Veräthern und/oder Reduktion der Hydroxylgruppen der Cellulose. Die erfindungsgemäß angewandten organischen Matrixmaterialien besitzen den Vorteil, daß man sie in organischen Lösungsmitteln lösen und in dieser Weise sehr einfach zu Folien und/oder dünnen Schichten verarbeiten kann.The proton conductors according to the invention preferably contain as amorphous Matrix material an inorganic and / or organic material, which with advantage Brönsted acid groups, such as carboxylic acid groups, sulfonic acid groups 3 and / or phosphate groups (P04) as functional groups. Matrix materials suitable according to the invention are in particular cellulose or cellulose derivatives, such as carboxymethyl cellulose, and amorphous silicates such as glasses and / or precipitated exilic acid. It has shown, that celluloses which contain a Bronsted acid as a functional group and moreover contain a minimum amount of water adsorbed as a polar vehicle, high proton conduction exhibit. However, when in contact with water, such proton conductors take so much water on that their ion selectivity is severely impaired. According to a preferred Embodiment of the invention, however, one can use the proton selectivity of these matrix materials increase considerably by increasing the lipophilic character of the cellulose, so that it can only absorb a little water. Preferably one effects this increase in the lipophilic character through esterification, etherification and / or reduction the hydroxyl groups of cellulose. The organic matrix materials used according to the invention have the advantage that they can be dissolved in organic solvents and in this Way very easy to process into foils and / or thin layers.
Die Herstellung von amorphen, wasserhaltigen Silikaten und deren Anwendung als Thermoplasten sind bereits in der Literatur beschrieben worden (J. Moriya und M. Nogami, J. Non-Crystalline Solids 38 und 39 (1980) 667; R.F.The production of amorphous, water-containing silicates and their application as thermoplastics have already been described in the literature (J. Moriya and M. Nogami, J. Non-Crystalline Solids 38 and 39 (1980) 667; R.F.
Bartholomew und J.W.H. Schreuers, J. Non-Crystalline Solids 38 und 39 (1980) 679; R.F. Bartholomew, P.A. Tick und S.D. Stookey, J. Non-Crystalline Solids 38 und 39 (1980) 637 und US-PS 3 912 481). Es hat sich nunmehr gezeigt, daß diesen amorphen wasserhaltigen Silikaten durch Einführen von protonenhaltigen Kationen und des polaren Vehikels protonenleitende Eigenschaften verliehen werden können, so daß in dieser Weise feste Protonenleiter erhalten werden, die wie eine Brönstedsäure oder eine Brönstedbase reagieren.Bartholomew and J.W.H. Schreuers, J. Non-Crystalline Solids 38 and 39 (1980) 679; R.F. Bartholomew, P.A. Tick and S.D. Stookey, J. Non-Crystalline Solids 38 and 39 (1980) 637 and U.S. Patent 3,912,481). It has now been shown that these amorphous hydrous silicates by introducing proton-containing cations and the polar vehicle can be given proton-conducting properties, so that in this way solid proton conductors are obtained which are like a Bronsted acid or a Brönsted base react.
Bevorzugt verwendet man als anorganisches amorphes Matrixmaterial das sehr offene Kieselsäurenetzwerk von Gläsern oder auch die sehr offene Struktur von reiner gefällter Kieselsäure. Bringt man nun durch Ionenaustausch oder durch chemische Reaktion eine gegenüber dem Matrixmaterial basisch reagierende Substanz (beispielsweise Nu4 , N2135+, t H+-Pyridin, H -Amin) einunddarüber hinaus noch einen Anteil des polaren Vehikels (beispielsweise Wasser) zur Verminderung der lokalen elektrischen Feldstärke, so erhält man einen erfindungsgemäßen Protonenleiter, in dem das Proton zusammen mit dem Vehikel beweglich ist. Wenn man gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Brönstedtsäuregruppen in das Matrixmaterial einführt (beispielsweise Phosphatgruppen), so bilden auch weniger basische Vehikel, wie Wasser, mit Protonen protonenhaltige Kationen (z. B. H30 ), die die erwünschte Protonenleitfähigkeit bewirken.The inorganic amorphous matrix material used is preferably the very open silica network of glasses or the very open structure of pure precipitated silica. Is it brought about by ion exchange or by chemical reaction a substance with a basic reaction to the matrix material (e.g. Nu4, N2135 +, t H + -pyridine, H -amine) one and above out another portion of the polar vehicle (e.g. water) for reduction the local electric field strength, a proton conductor according to the invention is obtained, in which the proton is mobile together with the vehicle. According to another preferred embodiment of the invention Brönsted acid groups in the matrix material introduces (e.g. phosphate groups), so also form less basic vehicles, like water, with protons proton-containing cations (e.g. H30), which are the desired Cause proton conductivity.
Besonders bevorzugte feste Protonenleiter mit einem anorganischen, amorphen Matrixmaterial enthalten mindestens So Gew.-% SiO2.Particularly preferred solid proton conductor with an inorganic, amorphous matrix material contain at least 50% by weight SiO2.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen diese festen Protonenleiter auf der Grundlage eines anorganischen, amorphen Matrixmaterials mindestens So Gew.-% Si02, mindestens o,1 Gew.-% P 205 oder NH3 (als N134 ) und mindestens 1 GewO-90 Wasser.In a further preferred embodiment of the invention comprise these solid proton conductors based on an inorganic, amorphous matrix material at least So wt .-% Si02, at least 0.1 wt .-% P 205 or NH3 (as N134) and at least 1 GewO-90 water.
Es hat sich weiterhin gezeigt, daß die erfindungsgemäßen festen Protonenleiter wegen ihres geringen notwendigen Wassergehalts und ihres schwachen basischen Verhaltens keine Korrosionsprobleme mit den damit in Kontakt stehenden Elektroden aufwerfen, so daß sie sich besonders gut als Separatormaterial bzw. Elektrolyt für primäre oder sekundäre elektrochemische Zellen, Brennstoffzellen, Elektrolysezellen, elektrochrome Anzeigen, elektronische Speicherelemente (z.B. Timer, Memoryelement etc.) und dergleichen eignen. Insbesondere können sie mit Vorteil dort verwendet werden, wo neben einer hohen Protonenleitfähigkeit auch ein hoher Diffusionskoeffizient von Wasser notwendig ist, beispielsweise für Metall/Luft-Zellen und Metall-Metalloxid-Zellen, da der entgegengesetzte Transport von Protonen und Wassermolekülen brutto einen 02--Trans- port ergibt.It has also been shown that the solid proton conductor according to the invention because of their low necessary water content and their weak basic behavior do not cause any corrosion problems with the electrodes in contact with them, so that they are particularly good as separator material or electrolyte for primary or secondary electrochemical cells, fuel cells, electrolysis cells, electrochromic Displays, electronic storage elements (e.g. timers, memory elements, etc.) and the like suitable. In particular, they can be used with advantage where in addition to a high proton conductivity, a high diffusion coefficient of water is also necessary is, for example for metal / air cells and metal-metal-oxide cells, since the opposite transport of protons and water molecules gross one 02 - trans- port results.
Gegenstand der Erfindung ist daher auch die Verwendung der erfindungsgemäßen festen Protonenleiter gemäß Anspruch 19 als Separatormaterial bzw. Elektrolyt für primäre und sekundäre elektrochemische Zellen, Brennstoffzellen, Elektrolysezellen, elektrochrome Anzeigen und elektronische Speicherelemente.The invention therefore also relates to the use of the invention solid proton conductor according to claim 19 as a separator material or electrolyte for primary and secondary electrochemical cells, fuel cells, electrolysis cells, electrochromic displays and electronic storage elements.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.The following examples serve to further illustrate the invention.
Beispiel 1 Man verpreßt Carboxymethylcellulose (Servacel Typ CM23) bei einem Druck von 1O7 Pa und bringt das Material mit dem Sättigungsdampfdruck von Wasser bei Raumtemperatur ins Gleichgewicht. Man erhält ein Material mit einer -4 -1 -1 spezifischen Protonenleitfähigkeit von 2 x 10 Ohm 1 cm Beispiel 2 In einem Dreihalskolben, der mit einem Rückflußkühler, einem Tropftrichter und einem Rührer ausgerüstet ist, legt man 20 g Carboxylmethylcellulose (Servacel Typ CM 23) vor und tropft unter Rühren und unter Eiskühlung eine Mischung aus 200 ml reiner Essigsäure, 100 ml Acetanhydrid und 10 ml reinster Schwefelsäure zu. Dann rührt man während weiterer 90 Minuten und erhitzt das Gemisch zur Vervollständigung der Reaktion während 70 Minuten auf 450C. Durch Zugabe von Eiswasser unter Eiskühlung wird die Reaktion gestoppt.Example 1 Carboxymethyl cellulose (Servacel type CM23) is compressed at a pressure of 1O7 Pa and brings the material with the saturation vapor pressure equilibrium of water at room temperature. A material is obtained with a -4 -1 -1 specific proton conductivity of 2 x 10 ohms 1 cm Example 2 In one Three-necked flask fitted with a reflux condenser, a dropping funnel and a stirrer is equipped, 20 g of carboxylmethyl cellulose (Servacel type CM 23) are presented and a mixture of 200 ml of pure acetic acid is added dropwise while stirring and while cooling with ice, 100 ml of acetic anhydride and 10 ml of the purest sulfuric acid. Then stir during an additional 90 minutes and heat the mixture to complete the reaction during 70 minutes at 450C. The reaction is started by adding ice water while cooling with ice stopped.
Man filtriert das Produkt ab und wäscht so lange, bis die überstehende Lösung eine spezifische Leitfähigkeit von weniger als 10 6 Ohm 1 cm 1 aufweist. Dann trocknet man das Material schonend.The product is filtered off and washed until the supernatant Solution has a specific conductivity less than 10 6 ohms 1 cm 1. Then you dry the material gently.
Das in dieser Weise erhaltene Carboxymethylcelluloseacetat ist in einer Dichlormethan/Methanol-Mischung (90/10) löslich und läßt sich durch Vergießen zu dünnen Schichten bzw. Folien verarbeiten. Diese sind kompakt, spröde und von grauer Farbe. Die spezifische Leitfähigkeit dieses Materials beträgt bei einer Luftfeuchtigkeit von 80 % in der Protonenform 5 x 10## 5 Ohm 1 cm 1 und in der Na -Form lediglich 6 x 10 Ohm cm Beispiel 3 Man behandelt ein bei 11000C erschmolzenes und an der Luft auf Raumtemperatur abgekühltes Glas der Zusammensetzung 20 % Na2O, 78 % SiO2 und 2 % P205 bei einem Druck von 2 bar während 24 Stunden mit Wasserdampf einer Temperatur von 1400C. Hierbei vergrößert sich das Volumen des Materials um einen Faktor von etwa 1,3,während der Wassergehalt auf etwa 13 % ansteigt und der Na2O-Gehalt auf etwa 2 % absinkt. Man erhält ein transparentes und mechanisch stabiles Material, welches bei Raumtemperatur eine Protonenleitfähigkeit von 5 x 10## Ohm 1 cm 1 (Ea = 0#4 eV) aufweist. Nach der Gleichgewichtseinstellung mit der Umgebungsluft vermindert sich der Wassergehalt auf etwa 2,5 %, wobei die Protonenleitfähigkeit dann bei 2 x 10## Ohm 1cm 1 <Ea = 0,63 eV) liegt.The carboxymethyl cellulose acetate obtained in this way is in a dichloromethane / methanol mixture (90/10) soluble and can be poured process into thin layers or foils. These are compact, brittle and of gray color. The specific conductivity of this material is at a level of humidity of 80% in the proton form 5 x 10 ## 5 Ohm 1 cm 1 and in the Na form only 6 x 10 ohm cm Example 3 A melted at 11000C and treated in air Glass cooled to room temperature with the composition 20% Na2O, 78% SiO2 and 2% P205 at a pressure of 2 bar for 24 hours with steam at one temperature from 1400C. This increases the volume of the material by a factor of about 1.3, while the water content increases to about 13% and the Na2O content increases drops by about 2%. A transparent and mechanically stable material is obtained, which at room temperature has a proton conductivity of 5 x 10 ## Ohm 1 cm 1 (Ea = 0 # 4 eV). Reduced after equilibrium with the ambient air the water content is about 2.5%, with the proton conductivity then at 2 x 10 ## Ohm 1cm 1 <Ea = 0.63 eV).
Beispiel 4 Man bringt 5 g Kieselsäure (SiO xH20, Merck Nr. 657) 2 2 in 250 ml einer mit Ammoniumcarbonat ((N134)2CO3) bzw.Example 4 5 g of silica (SiO xH20, Merck No. 657) 2 are added 2 in 250 ml of one with ammonium carbonate ((N134) 2CO3) or
Ammoniumchlorid (NH4Cl) gesättigten Lösung ein und beläßt sie dort unter ständigem Umrühren während eines Tages bei einer Temperatur von 800C.Ammonium chloride (NH4Cl) saturated solution and leaves she there with constant stirring for a day at a temperature of 800C.
In dieser Weise gehen die freien Silanolgruppen der Kieselsäure eine Oberflächenverbindung mit den in der Lösung vorhandenen Ammoniumionen ein [(R-SiO)-+NH4+].In this way, the free silanol groups of the silica become one Surface connection with the ammonium ions present in the solution is a [(R-SiO) - + NH4 +].
Man filtriert das Produkt ab und wäscht mit Wasser, bis die Lösung eine Leitfähigkeit von weniger als 10- 6 Ohm-1 cm 1 aufweist. Das Material läßt sich nun zu harten Pillen verpressen, die in Abhängigkeit vom Wasserpartialdruck der Umgebung bis zu 25 % 1320 enthalten. Die Protonenleitfähigkeit beträgt dann 5 x 10 3 Ohm 1cm 1. Eine mögliche Wasserabgabe ist reversibel und beeinflußt die Formstabilität der Preßlinge nicht.The product is filtered off and washed with water until the solution has a conductivity of less than 10-6 ohm-1 cm-1. The material leaves now squeeze into hard pills that depend on the partial pressure of the water of the surrounding area up to 25% 1320. The proton conductivity is then 5 x 10 3 Ohm 1cm 1. A possible water release is reversible and influences the Dimensional stability of the compacts not.
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