DE3710168A1 - Verfahren zur herstellung einer kunststoffgebundenen gasdiffusionselektrode mit metallischen elektrokatalysatoren - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer kunststoffgebundenen gasdiffusionselektrode mit metallischen elektrokatalysatorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer kunststoffgebun
denen Gasdiffusionselektrode für elektrochemische Zellen, insbesondere
Brennstoffzellen, Chloralkali-Elektrolysezellen und Luftsauerstoffelemente,
die Elektrokatalysatoren aus Metallen der 1. und 8. Nebengruppe des Perioden
systems der Elemente enthält.
Es ist bekannt, Gasdiffusions-Elektroden für die Umsetzung von H2 mit me
tallischen Katalysatoren, z. B. Nickel, Platin, Palladium und anderen Metallen
aus der 8. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente bzw. deren Legie
rungen, herzustellen.
Es ist ferner bekannt, O2-Elektroden auf Basis von Platin, Palladium oder
Silber als Katalysatoren herzustellen. Insbesondere bei Edelmetallen verwen
det man statt der reinen Metalle auch oft metallisierte Aktivkohle als Kata
lysatoren.
Sowohl bei den H2- als auch bei den O2-Elektroden ist es üblich, die Katalysa
tormetalle in Stützgerüsten festzulegen. Diese können mechanisch feste,
elektronisch leitende Sintergerüste sein, welche den Elektroden eine gut
benetzbare Struktur verleihen und einen Betrieb bei Gasüberdrucken bis zu 1
bar erlauben. Gemäß DE-PS 15 71 964 läßt sich eine solche Katalysator
elektrode beispielsweise durch Sintern eines Gemisches aus feinem Nickelpul
ver, Silberkarbonat und einem Porenbildner erhalten.
Es ist aber auch möglich, Elektrokatalysatoren der geschilderten Art in hydro
phoben Kunststoffgerüsten einzubetten bzw. hydrophobe Kunststoffe wie Poly
ethylen, Polypropylen und insbesondere Polytetrafluorethylen als Bindemittel
zur Verfestigung der Elektrodenstruktur zu benutzen. Derartige Elektroden
enthalten oft ein Metallnetz oder Streckmetall als elektronisches Letigerüst,
das gleichzeitig die Elektrodenstruktur festigt und flexibilisiert. Ein solcher
Elektrodentyp wird z. B. in der DE-OS 34 37 471 beschrieben. Die DE-AS 18 06
703 offenbart eine kunststoffgebundene poröse Elektrode mit duktilem Raney-
Silber als Katalysatormaterial.
Schließlich ist es bekannt, bei der Herstellung einer elektrochemisch wirk
samen O2-Elektrodenstruktur zunächst Silber aus einer Nitratlösung auf PTFE-
Pulver niederzuschlagen, welches daraufhin gewaschen, getrocknet und zu
einer Elektrodenstruktur ausgewalzt wird. Durch Verwendung einer PTFE-
Emulsion kann man das Katalysatormaterial aber auch in pastöser Konsistenz
erhalten und in die Maschen eines Trägernetzes einpastieren.
Bei den meisten bekannten Herstellungsverfahren bestehen arbeitstechnische
Probleme entweder darin, daß sehr große Unterschiede in den Schüttdichten
der metallischen Komponenten einerseits und den Bindemittel und/oder Filler
komponenten andererseits deren homogene Vermischung bei den Materialan
sätzen behindern, oder daß die Einbringung der Katalysatormetalle über Tränk
prozesse erfolgt, die wiederum zusätzliche Auswasch- und Trocknungsschritte
erforderlich machen. Bei Katalysatorelektroden auf Sinterbasis fällt der ener
gieaufwendige Sinterungsprozeß nachteilig ins Gewicht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
einer hochaktiven Elektrodenstruktur der im Gattungsbegriff definierten Art
anzugeben, welches möglichst wenige und dabei problemlose Arbeitsgänge
umfaßt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil von An
spruch 1 angegebenen Mitteln gelöst.
Es hat sich gezeigt, daß es vorteilhaft ist, die Elektrode zuerst aus Pulver
mischungen, deren Bestandteile relativ leicht verfügbar sind und sich im
Trockenverfahren gut mischen lassen, fertig zu formen und erst im Zuge einer
elektrischen Nachbehandlung in den aktiven Zustand zu versetzen. Das erfin
dungsgemäße Verfahren kommt dabei mit verhältnismäßig einfachen tech
nischen Einrichtungen aus und erlaubt allein hinsichtlich der Variationsbreite
von Korngröße, PTFE-Gehalt und gegebenenfalls Zugabe von Filtern eine sehr
individuelle Gestaltung des hydrophil/hydrophoben Porensystems. Ein solcher
biporöser Porencharakter ist typisch für gut funktionierende Gaselektroden
und wird darauf zurückgeführt, daß die Elektroden hydrophile Poren innerhalb
der Katalysatorkornbereiche besitzen, die miteinander kommunizieren, und
daß sich zwischen den Katalysatorkörnern hydrophobe gasführende Poren
ausbilden.
Unter diesem Gesichtspunkt ist es im Rahmen der Erfindung besonders günstig,
aus der den Elektrokatalysator liefernden nichtmetallischen Verbindung im
Gemisch mit wenig Bindemittel ein Granulat herzustellen, dessen Größe der
Ausdehnung der gewünschten hydrophilen Katalysatorbereiche entspricht. Aus
dem Granulat wird unter Zumischen von weiterem Bindemittel im Trocken
mischverfahren eine walzbare Pulvermischung hergestellt, zu einem Fell ver
walzt und in die Maschen eines Netzes eingewalzt. Erst dann erfolgt die Re
duzierung der das Katalysatormetall enthaltenden Verbindung, entweder auf
chemischem oder elektrochemischen Wege.
Die auf Luftsauerstoffelektroden luftseitig stets vorhandene poröse hydro
phobe Deckschicht besteht auch hier aus einer porösen PTFE-Folie, die je
nach Art des verwendeten Elektrodenmaterials vor dem Reduktionsschritt oder
nach diesem in der üblichen Technik aufgebracht werden kann.
Vorzugsweise ist das Katalysatormetall ein Edelmetall, insbesondere Silber
oder Platin. Als bevorzugte Verbindungen dieser Metalle werden Silberoxid,
Ag2O, bzw. ein Alkalisalz der Hexachloroplatin(IV)-säure, H2PtCl6, bei der
Herstellung der Elektrodenmischung eingesetzt.
Erfindungsgemäß kann der Mischungsansatz auch nichtmetallische Verbindun
gen verschiedener Katalysatormetalle enthalten, die zur Legierungsbildung
befähigt sind und so bei der reduzierenden Behandlung einen Legierungskataly
sator bilden.
Die Erfindung soll in den folgenden Beispielen für vorzugsweise Durchfüh
rungen des Verfahrens näher dargestellt werden.
Ag2O-Pulver wird mit 2 Gew.-% PTFE-Pulver in einem schnellaufenden
Mischwerk zu einem homogenen Pulver unter weitgehender mechanischer
Dispergierung des PTFE-Pulvers vermischt. Für diesen Zweck eignet sich
in besonderem Maße eine in der DE-PS 29 41 774 beschriebene Messer
mühle. Dieses Pulver wird anschließend verdichtet und granuliert.
Nach der Granulation werden in dem nämlichen Mischer in einer ver
gleichbar kürzeren Zeit 10 Gew.-% PTFE zugemischt, ohne daß das Granu
lat dabei in unzulässigem Maße wieder zerschlagen wird. Diese Mischung
wird in einem Walzwerk mit einer lichten Weite von 0,25 mm zu einem
Fell ausgewalzt und anschließend in die Maschen eines Silbernetzes so ein
gewalzt, daß eine Elektrodenstruktur von 0,3 mm Gesamtdicke entsteht.
Die Maße des aufnehmenden Silbernetzes sind beispielsweise: Maschen
weite 0,5 mm, Drahtstärke 0,14 mm, Maschenform quadratisch.
Dieses Elektrodenmaterial wird in gutleitender Kalilauge kathodisch redu
ziert. Es bildet sich dabei eine die ganze Elektrode durchdringende hydro
phile, sehr filigrane Silberstruktur aus, die die Eigenschaften einer bi
porösen Elektrode hat. Das erkennt man an der nach dem Waschen und
Trocknen hydrophob/hydrophilen Verhaltensweise, die durch das Abperlen
von Wassertropfen erkenntlich ist, die aber andererseits auch zur Auf
nahme eines Teils der angebotenen wäßrigen Flüssigkeit im Porensystem
führt.
Man kann die so hergestellten Elektroden mit einer PTFE-Schicht ver
sehen, man kann sie jedoch auch z. B. mit einem Netz zum Elektrolyten
gewandt als O2-Elektrode einsetzen, die mit einem sehr geringen O2-
Druck von 1 bis wenige cm Wassersäule Überdruck betrieben werden kann
und in der Lage ist, hohe Stromdichten zu liefern.
Man kann die Elektrode auch chemisch reduzieren, indem man sie in Kon
takt mit einer Zinkpulverschüttung bringt. Unter Oxidation des Zinks zum
Zinkhydroxid läuft die Silberoxidreduktion mit hoher Geschwindigkeit
unter Erwärmung der Lösung ab. Sie ist innerhalb von 10 min beendet.
Eine weitere Möglichkeit der elektrochemischen Reduktion besteht darin,
daß man die bandförmige Elektrode gegen eine H2-Elektrode, die eben
falls bandförmig ausgebildet ist, entlädt, indem man sie durch die Ent
ladungszelle laufen läßt und dabei von einem Coil ab und auf einen ande
ren wie einen Packfilm aufwickelt. Anschließend wird die Elektrode
gewässert und getrocknet und entweder mit einer Folie zur Weiterverar
beitung versehen oder ihrem Verwendungszweck entsprechend in eine
Chloralkali-Elektrolysezelle, eine Brennstoffzelle oder in eine Zink/Sauer
stoff-Zelle eingebaut.
Schließlich kann man die Elektrode auch unreduziert in die Halterung der
O2-Elektrode einbauen; nach Elektrolytversorgung und Inbetriebnahme der
Zelle läuft der stromleitende Vorgang an der Elektrode bevorzugt über
die Reduktion des Silberoxids ab, um dann in den kontinuierlichen O2-
Verzehr überzugehen. Im Falle von Notstrombatterien bietet diese
Arbeitsweise eine hohe zusätzliche Anfangskapazität für den
Entladevorgang.
Es ist überraschend, daß trotz der insgesamt hydrophoben Erscheinungs
form eine Benetzung mit dem Elektrolyten auf den dafür vorgesehenen
Bahnen innerhalb der Elektrodenstruktur erfolgt und das Silber dabei
zu einem zusammenhängenden Elektronenleitungsgerüst reduziert wird. Die
Porosität im gasführenden und im elektrolytführenden Porensystem läßt
sich über Korngröße und PTFE-Gehalt weitgehend variieren. Man kann
jedoch auch z. B. einen anorganischen Filler wie KCl-Pulver beimischen
oder aber auch einen organischen Filler (Zucker). Allerdings muß bei orga
nischen Materialien sehr auf die mögliche Explosionsgefahr geachtet wer
den. Filler hinterlassen ein zusätzliches hydrophobes Porensystem beim
Herauslösen.
Bessere Elektrodeneigenschaften lassen sich oft auch durch Nachver
dichten der reduzierten Elektrodenstruktur erzielen. Eine aus 88 Gew.-%
Ag2O und 12% PTFE-Pulver ohne Granulierung hergestellte homogene
Silberelektrode wird von 0,22 mm Dicke auf 0,16 mm heruntergewalzt,
wobei das Porensystem jedoch satt mit Isopropanol getränkt ist. Obwohl
die Elektrode ein metallisch blankes Aussehen hat, kann sie als
Sauerstoffkathode betrieben werden. Bei nur 45 mg Ag/cm2 als
Katalysatorbelegung hat sie sehr gringe Polarisationswerte. Sie zeigt
sogar im Einbau "Netz zum Gas" bessere Werte als umgekehrt.
Dem Silberoxid lassen sich andere Metalloxide beimischen, die bei der
Reduktion Metalle bilden, aber bei der Rückoxidation auf dem Potential
der arbeitenden Silberelektrode wieder als Oxide vorliegen und eine ge
wisse stabilisierende, weil diffusionshemmende Wirkung im Silberkataly
sator haben. So kann man z. B. Quecksilberoxid dem Silberoxid beimischen
oder die Oxide des Selens, Zinns, Bleis und des Nickels. Letzteres be
sonders in Form des Hydroxids. Eine gewisse diffusionshemmende Wirkung
geht auch von Gold, Platin und anderen Edelmetallen aus, die allerdings
auf der Oberfläche des Silberkatalysators als Metalle in chemisorbierter
oder einlegierter Form vorliegen. Bei der Dotierung mit diesen Metallen
empfiehlt es sich, dem Silberoxid von vornherein in sehr feiner Verteilung
geeignete Salze der Fremdmetalle beizugeben, z. B. bei den Platinme
tallen die sich vom elektrochemisch vierwertigen Platin ableitenden He
xachloroplatinate, wobei allerdings die Verwendung der Platinmetalle die
Elektrode sehr verteuert.
In der Fertigungstechnik erfordern diese Dotierungen keine besonderen
Maßnahmen, außer der Zugabe, Erstmischung vor der Granulierung oder
aber der Zugabe zum Granulat, wenn man die Wirkung des Fremdmetalls
oder Oxides nur auf den besonders wichtigen Oberflächenbereich der Ka
talysatorkörner konzentrieren will.
Statt des 1-wertigen Silberoxids kann auch 2-wertiges Silberoxid als Aus
gangsmaterial genommen werden, allerdings ist dieses Material wegen der
leichten Zersetzbarkeit sehr viel schwerer zu handhaben, ohne daß es
zusätzliche Vorteile bietet.
Bei der Reduktion zum Silbermetall bildet sich ein elektronisch zusam
menhängendes Metallgerüst mit großer Oberfläche vom Metallnetz aus
gehend aus, das im Betrieb zur Sinterung neigt. Durch eine Temperatur
behandlung schon unter 200°C lassen sich stabilere Strukturen bilden.
Jedoch wird man in den meisten Fällen die große Oberfläche wegen der
höheren katalytischen Aktivität in Anspruch und eine gewisse Sinterung
während des Betriebes in Kauf nehmen.
Das geschilderte Herstellungsverfahren von Gaselektroden ist sehr varia
tionsfähig. Eine Kupferelektrode wird in Anwendung des Prinzips der Sil
berelektrodenherstellung gemäß Beispiel 1 wie folgt hergestellt:
84 g Cu2O-Pulver werden mit 16 g PTFE-Pulver in einem schnell laufenden Mischer 2mal 30 s lang vermischt. Dabei bildet sich eine rote, wattige Masse, die sich gut zu einem Fell auswalzen und danach in ein Kupfernetz der lichten Maschenweite 0,5 mm und der Drahtstärke 0,15 mm einwalzen läßt. Danach wird das 10 cm breite Elektrodenband in Kalilauge einge bracht und durch kathodischen Stromfluß reduziert, bis es zur Wasserstoffentwicklung kommt. Das Elektrodenband wird gewaschen und danach mit dem Netz vorn zur Gegenelektrode gewendet in schwefelsaure Lösung eingetauscht. Die Wasserstoffabscheidung erfolgt - wie von Elektroden dieser Art bekannt - vorwiegend innerhalb der porösen Struktur, erkennbar daran, daß ein sehr großer Teil des erzeugten Wasserstoffs nach hinten abgegeben wird.
84 g Cu2O-Pulver werden mit 16 g PTFE-Pulver in einem schnell laufenden Mischer 2mal 30 s lang vermischt. Dabei bildet sich eine rote, wattige Masse, die sich gut zu einem Fell auswalzen und danach in ein Kupfernetz der lichten Maschenweite 0,5 mm und der Drahtstärke 0,15 mm einwalzen läßt. Danach wird das 10 cm breite Elektrodenband in Kalilauge einge bracht und durch kathodischen Stromfluß reduziert, bis es zur Wasserstoffentwicklung kommt. Das Elektrodenband wird gewaschen und danach mit dem Netz vorn zur Gegenelektrode gewendet in schwefelsaure Lösung eingetauscht. Die Wasserstoffabscheidung erfolgt - wie von Elektroden dieser Art bekannt - vorwiegend innerhalb der porösen Struktur, erkennbar daran, daß ein sehr großer Teil des erzeugten Wasserstoffs nach hinten abgegeben wird.
Daraufhin wird ein noch nicht aktiviertes Elektrodenstück mit einer porö
sen PTFE-Folie versehen, indem unter Verwendung von Isopropanol als
Porenflüssigkeit die PTFE-Folie fellseitig aufgewalzt wird. Diese Elektro
de zeigt keinen Elektrolytdurchtritt zum Gasraum; bei leichtem Elektro
lytüberdruck sind auf der dem Elektrolyten zugewandten Netzseite kaum
noch Wasserstoffblasen zu sehen. Diese verschwinden vollständig, wenn
nach der gleichen Technik ein Filterpapier auf die Netzseite gewalzt wird.
Wasserstoff hat an Kupfer eine höhere Überspannung als an Platin. Die
fertige Elektrode wird daher in ein Platinierungsbad getaucht und mit
Platin katalysiert. Danach stellt sich eine sehr kleine
Wasserstoffüberspannung bei der kathodischen Abscheidung ein. Dieselbe
Wirkung erzielt man durch eine Beimischung von Platinhexachlorid- Pulver
zum Kupferoxidpulver vor der Verarbeitung.
Mit Platin- aber auch mit Palladiumkatalysierung arbeiten diese Elektro
denstrukturen auch als Wasserstoffverzehrelektroden in schwefelsaurer
Lösung.
Das bei der elektrochemischen Reduktion in den erfindungsgemäßen
Elektroden entstehende metallische Leitgerüst ist sehr gut an das Metall
netz angebunden. Das drückt sich in einem geringen Übergangswiderstand
aus. Man kann diese Erscheinung ausnutzen, indem man eine Wasserstoff
elektrode für alkalische Lösung zum Beispiel folgendermaßen herstellt:
92 g Raney-Ni werden mit 10 g Cu2O-Pulver und 8 g PTFE-Pulver im schnell laufenden Mischer 2mal 60 s lang vermischt. Die wattige Masse läßt sich gut zu einem Fell auswalzen und in ein Kupfernetz einwalzen. Danach wird die Elektrode in alkalischer Lösung mit einer Wasserstoffelektrode verbunden und elektrochemisch reduziert. Diese Elektrode hat als Wasser stoffelektrode sowohl anodisch als auch kathodisch einen kleineren spezi fischen Flächenwiderstand als eine Struktur, die nur aus Nickel besteht, d. h. Raney-Ni mit 8% PTFE in ein Nickelnetz eingewalzt enthält.
92 g Raney-Ni werden mit 10 g Cu2O-Pulver und 8 g PTFE-Pulver im schnell laufenden Mischer 2mal 60 s lang vermischt. Die wattige Masse läßt sich gut zu einem Fell auswalzen und in ein Kupfernetz einwalzen. Danach wird die Elektrode in alkalischer Lösung mit einer Wasserstoffelektrode verbunden und elektrochemisch reduziert. Diese Elektrode hat als Wasser stoffelektrode sowohl anodisch als auch kathodisch einen kleineren spezi fischen Flächenwiderstand als eine Struktur, die nur aus Nickel besteht, d. h. Raney-Ni mit 8% PTFE in ein Nickelnetz eingewalzt enthält.
Diese Struktur wird im wasserfeuchten Zustand gegebenenfalls mit Isopro
panol getränkt, nochmals nachgewalzt und dabei zum Beispiel von 0,34 auf
0,25 mm verdichtet. Obwohl die Struktur dabei ein metallisch glänzendes
Aussehen bekommt, bleibt die biporöse Struktur erhalten, der Widerstand
bei der kathodischen Wasserstoffabscheidung in alkalischer Lösung ver
ringert sich nochmals. Bemerkenswert ist jedoch, daß die Polarisations
werte beim Einbau "Netz zum Gas" jetzt geringer sind als beim Einbau
"Netz zum Elektrolyten".
Bei einer alternativen Ausführung der Erfindung wird z. B. Kaliumhexa
chloroplatinat, K2[PtCl6] mit 1-2 Gew.-% PTFE-Pulver in einem be
reits genannten intensiven Mischverfahren - daher auch als reactive mi
xing bezeichnet - vermischt, danach verdichtet und granuliert.
Das granulierte Material wird nunmehr in eine Elektrodenstruktur wie
vorher beschrieben eingewalzt, die z. B. aus einem sehr feinmaschigen
Gold-, Platin- oder Silbernetz bestehen kann. Im Falle der Verwendung in
H2-Elektroden kann auch ein Kupfernetz, evtl. sogar ein Nickelnetz ge
nommen werden. Nach dieser Prozedur wird z. B. in alkalischer Lösung
durch Reduktion in Kontakt mit Zinkpulver oder durch Aufbringung eines
kathodischen Stromes das Hexachloroplatinat zu Platin reduziert, wobei
die Reaktion in überraschend günstiger Weise elektronisch zusammenhän
gende und mit dem Ableiter kontaktierte mikroporöse Katalysatorbe
reiche bildet.
Wegen der hohen Platinkosten ist es nicht immer vertretbar, zusammen
hängende Walzschichten auf diese Weise zu erzeugen, da sie eine große
Katalysatorbelegung pro Flächeneinheit haben. Es hat sich deshalb als
nützlich erwiesen, zunächst ein billiges Elektrodengerüst, z. B. aus PTFE-
gebundenem Raney-Nickel zu erzeugen, dieses mit einer dünnen Schicht
des fein granulierten Materials zu bestreuen und beides zusammen mit
einem Nickelnetz in einer Walzvorrichtung zu verdichten. Danach wird in
der beschriebenen Weise der Reduktionsvorgang durchgeführt, der sowohl
in einer eigenen Reduktionsvorrichtung wie bei den Silberelektroden erfol
gen kann oder aber auch in der schon fertig montierten Zelle der vorge
sehenen Verwendungsart. Das Ergebnis ist eine Doppelkatalysatoranord
nung, die sich die hohe Anspringfähigkeit der Platinelektroden in
Verbindung mit der hohen Speicherkapazität und Eigenaktivität der
Raney-Nickel-Elektrode zu eigen macht. Eine derartige Elektrode
unterliegt in ihrem Arbeitsbereich nicht der Beschränkung des
Nickelhydroxidpotentials, da das Platin auch noch bei sehr positiven
Potentialen gegen die reversible H2-Elektrode sehr gut als Katalysator
arbeitet. Elektroden dieser Art haben nicht nur eine sehr hohe Strom
belastbarkeit in mA/cm2, sondern sind auch in der Lage, nach einer
Überlastung sehr schnell durch autokatalytische Reduktion zu
regenerieren, ein Vorgang, der durch das Platin als Startkatalysator
bestimmt wird.
Statt eines Raney-Nickel-Trägerbandes für den Einsatz in H2-Elektroden
kann man auch ein Silber-Elektrodenband oder ein Silberoxid-Trägerband
der vorher geschilderten Art für dieses "Zweischicht-Huckepack-Ver
fahren" verwenden. Auch PTFE-gebundene Aktivkohlebänder eignen sich
als Trägerschicht für das Edelmetallgranulat. Hierbei resultiert dann eine
O2-Elektrode, die durch die hohe katalytische Aktivität der feinteiligen
Platinmetalle für die O2-Reduktion geprägt ist.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellbaren Elektrodenstrukturen
mit katalytischer Eigenschaft sind zwar vornehmlich für eine elektrochemi
sche Gasreaktion bestimmt; sie sind jedoch auch für die Durchführung kata
lytischer Reaktionen zwischen Gasen und Flüssigkeiten im Bereich der allge
meinen Verfahrenstechnik interessant, besonders wenn mit der Reaktions
lösung ein lyophiles Verhalten in den Katalysatorpolen zustandekommt, wäh
rend die Gasporen mit kleinem Überdruck oder drucklos betrieben werden
können. Auch der Einsatz für chemische Reaktionen zwischen Gasen ist mit
dieser Art flächenhaft ausgebildeter Elektrodenstrktur durchführbar, z. B. die
Reaktion von H2 mit O2 zu Wasser oder zwischen anderen reaktionsfähigen
Gasen, die bei niedrigen Temperaturen nur in Anwesenheit des speziellen Ka
talysators reagieren. Der Temperaturbereich für den Einsatz dieser Kataly
satoren ist durch die thermische Beständigkeit des PTFE gegeben, die im all
gemeinen bei 200°C für Dauerbeanspruchung, aber auch bis 300°C bei nicht
zu lang geforderter Lebensdauer möglich ist.
Der verfahrenstechnische Vorteil der Erfindung gegenüber den üblichen
Arbeitsweisen ist darin zu sehen, daß ausschließlich pulverförmige Stoffe bei
Raumtemperatur trocken gemischt und verdichtet werden, daß temperaturauf
wendige Sinterprozesse entfallen und daß zum Zeitpunkt der Aktivierung des
Katalysatormaterials alle den Charakter der Elektrode bestimmenden Arbeits
schritte bereits erfolgt sind.
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung einer kunststoffgebundenen Gasdiffusions
elektrode für elektrochemische Zellen, insbsondere Brennstoffzellen,
Chloralkali-Elektrolysezellen und Luftsauerstoffelemente, die Elektro
katalysatoren aus Metallen der 1. und 8. Nebengruppe des Periodensy
stems der Elemente enthält, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine
nichtmetallische Verbindung des den Katalysator bildenden Metalls und
Polytetrafluoräthylen-Pulver (PTFE) gemischt werden, daß die Mischung
zur Elektrode geformt wird und daß die fertige Elektrode einer Reduk
tionsbehandlung in Alkalilauge unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtme
tallische Verbindung des Katalysatormetalls zunächst mit einem kleineren
Teil des vorgesehenen PTFE-Pulvers in einem schnellaufenden Mischwerk
mit intensiver Zerteilungswirkung gemischt wird und daß dieses
Mischprodukt vor der Formung zur Elektrode verdichtet, granuliert
und als Granulat mit der restlichen Menge des vorgesehenen PTFE-Pulvers
erneut intensiv gemischt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der PTFE-Anteil
an der Erstmischung etwa 2 Gew.-% und an der Zweitmischung etwa 10
Gew.-%, bezogen auf die eingesetzte nichtmetallische Verbindung des
Katalysatormetalls, beträgt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Formung der Pulvermischung zur Elektrode durch Auswalzen zu einem
Fell in einer Walzvorrichtung und anschließendes Einwalzen desselben in
ein Metallnetz erfolgt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Katalysatormetall ein Edelmetall, insbesondere Silber oder Platin, ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtme
tallische Verbindung Silberoxid, Ag2O, ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtme
tallische Verbindung ein Alkalisalz der Hexachloroplatin(IV)-säure,
H2PtCl6, ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
nichtmetallische Verbindungen verschiedener Katalysatormetalle, die zur
Legierungsbildung befähigt sind mit PTFE-Pulver gemischt werden.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Katalysatormetall Raney-Ni und die nichtmetallische Verbindung Cu2O
ist.
10. Verfahren nach den Ansprüchn 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Katalysatormetall Kupfer für die Wasserstoffabscheidung in saurer Lösung
ist.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die reduzierte Elektrode mit einr benetzenden Flüs
sigkeit gefüllt und durch Pressen vorzugsweise in einer Walze verdichtet
wird, so daß die Enddicke 95 bis 50% der Ausgangsdicke beträgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873710168 DE3710168A1 (de) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | Verfahren zur herstellung einer kunststoffgebundenen gasdiffusionselektrode mit metallischen elektrokatalysatoren |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873710168 DE3710168A1 (de) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | Verfahren zur herstellung einer kunststoffgebundenen gasdiffusionselektrode mit metallischen elektrokatalysatoren |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3710168A1 true DE3710168A1 (de) | 1988-10-13 |
Family
ID=6324151
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873710168 Ceased DE3710168A1 (de) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | Verfahren zur herstellung einer kunststoffgebundenen gasdiffusionselektrode mit metallischen elektrokatalysatoren |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3710168A1 (de) |
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