FI74742B - Foerfarande foer framstaellning av en elektrod foer elektrokemiska processer och foer producering av katodvaete elektrolytiskt. - Google Patents

Description

Il 1 74742

Menetelmä elektrodin valmistamiseksi elektrokemial-lisiin prosesseihin ja katodivedyn tuottamiseen elektrolyyttisesti 5 Tämän keksinnön kohteena on menetelmä elektrodin valmistamiseksi sähkökemiallisiin prosesseihin.

Elektrolyysiprosesseissa pyritään yleensä pienentämään sähkökemiallisten reaktioiden potentiaalia mahdollisimman pieneksi elektrodeilla. Erityisesti näin on 10 elektrolyysiprosesseissa, joissa tuotetaan kaasumaista vetyä katodin aktiiviselta pinnalta, kuten veden elektrolyysiprosesseissa, kloorivetyhapon vesiliuoksen ja nat-riumkloridin vesiliuoksen elektrolyysiprosesseissa.

Tähän asti yleisimmin käytetyt elektrodit nat-15 rium- tai kaliumkloridin vesiliuosten elektrolyysiin ovat yleensä muodostuneet pehmeästä teräksestä valmistetuista levyistä tai ristikoista. Tunnetuilla katodeilla on todellakin etunsa helpon valmistustapansa ja halvan hintansa vuoksi. Vedyn kaasuuntuessa syntyvä ylijännite 20 näillä tunnetuilla teräskatodeilla on suhteellisen korkea, mikä nostaa elektrolyysiprosessien hintaa. Teräska-todien haittapuolena on lisäksi etenevä korroosio, kun käytetään vahvoja natriumhydroksidin vesiliuoksia, jollaisia yleensä muodostuu elektrolyysikammioissa, joissa 25 on selektiivinen puoliläpäisevä kalvo.

Elektrolyysiprosessien energiasaannon parantamiseksi on ehdotettu katodeita, jotka on saatu käyttämällä nikkeli- tai teräspohjaa, joka päällystetään nikkelijauheella, johon on sekoitettu polysilikaattia ja jonka jälkeen sitten 30 nikkelijauhe hehkutetaan pelkistävässä ympäristössä yli 760°C:een lämpötilassa (Journal of the Electrochemical Society, voi.128 , N°4, huhtikuu 1981-D.E.Hall: "Electrodes for alkaline water electrolysis", sivut 740-746) .

2 74742 US-patentissa A-4 362 647 (AGENCY OF INDUSTRIAL SCIENCE & TECHNOLOGY) on ehdotettu katodeja, jotka on saatu liittämällä hehkutettu nikkelilevy tai nikkelijau-he johtavaan pohjaan kahdella peräkkäisellä lämpökäsit-5 telyllä, ensin hapettavassa ympäristössä yli 800°C:een lämpötilassa ja sitten pelkistävässä ympäristössä 300-600°C:een lämpötilassa. Tässä tunnetussa menetelmässä hapettaminen suoritetaan tavallisesti 900-1000°C:een lämpötilassa .

10 Pelkästä nikkelistä tai teräksestä valmistettuihin levyihin verrattuna näillä tunnetuilla katodeilla päästään yleensä energiasaannon parantumiseen veden tai natriumklo-ridin vesiliuosten elektrolyysissä.

Keksinnön tarkoituksena on tarjota menetelmä elektro-15 dien valmistamiseksi , kun niitä käytetään katodeina elekt-rolyysiprosesseissa, joissa syntyy vetyä, ja parantaa vielä enemmän elektrolyysiprosessin energiasaantoa.

Tämän vuoksi keksintö koskee menetelmää elektrodien valmistamiseksi sähkökemiallisiin prosesseihin, joissa säh-20 köä johtava pöhjuste päällystetään materiaalilla, joka sisältää jauhetta, jossa on ainakin yhtä metallia, joka toimii protonien sähkökemiallisena pelkistimenä, ja mainittua materiaalia, jolla sähköä johtava pöhjuste on päällystetty, kuumennetaan peräkkäin hapettavassa ja pelkistäväs-25 sä ympäristössä; keksinnön mukaisesti materiaali, jossa edellä mainittu aktiivinen metalli on hehkuttamattoman jauheen muodossa, on sekoitettu kolloidiseen piidioksidiin.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä valitun aktiivisen metallin täytyy olla sellaista, että sitä voidaan ha-30 pettää kuumentamalla hapettavassa ympäristössä ja jonka oksidi voidaan pelkistää kiinteään metalliseen olomuotoon kuumentamalla pelkistävässä ympäristössä. Aktiivisen metallin valinta riippuu siten elektrodin käyttötarkoituksesta. Sellaisessa tapauksessa, jossa elektrodi on tar-35 koitettu katoksidi vedyn elektrolyyttiseen tuottamiseen elektrolyysiprosessissa, se valitaan edullisesti seuraa-vista: koboltti, rauta, mangaani tai nikkeli.

Il 3 74742

Pohjuste voidaan tehdä kaikista sähköä johtavista materiaaleista/ jotka sopivat yhteen aktiivisen metallin kanssa ja menetelmän hapetus- ja pelkistyskäsittelyjen kanssa. Esimerkiksi siinä tapauksessa, jossa aktiivinen 5 metalli on joko koboltti, rauta, mangaani tai nikkeli, voidaan pohjusteen materiaali valita edullisesti näistä metalleista tai niiden seoksista.

Pohjuste voi olla missä tahansa elektrodin valmistukseen sopivassa muodossa. Se voi olla esimerkiksi talo saista tai rei'itettyä levyä, lankaa,verkkoa tai kuulapino. Sen pinta voi olla sileä, kuitenkin mielummin rosoinen.

Se voi olla mahdollisesti sidottu alla olevaan eri materiaalista olevaan pohjaan, joka on esimerkiksi paremmin sähköä johtavasta materiaalista kuten kuparista tai alumiinista.

15 Hapettavassa ympäristössä tapahtuvan kuumentamisen tarkoitus on hapettaa aktiivinen metalli. Lämpötilan, ympäristön ja kuumennusajän valinta riippuu valitusta aktiivisesta metallista ja ne tulee määrittää etukäteen kussakin tapauksessa laboratorion rutiinimenetelmällä. Hapet-20 tavassa ympäristössä tapahtuneen kuumennuksen jälkeen aktiivinen metalli on metallioksidin muodossa.

Pelkistävässä ympäristössä tapahtuvan kuumentamisen tarkoituksena on pelkistää metallioksidi metalliksi. Kuumennusolosuhteiden valinta riippuu myös valitusta ak-25 tiivisesta metallista.

Keksinnön mukaan elektrodimateriaali, jota kuumennetaan hapettavassa ympäristössä, sisältää hehkuttamatto-matonta aktiivisen metallin jauhetta, joka on sekoitettu kolloidiseen piidioksidiin. Siten keksinnön mukaisen mene-30 telmän ensimmäisen tunnusomaisen ominaisuuden mukaan vältytään hehkuttamasta vartavasten aktiivisen metallin jauhetta ennen kuin materiaalia kuumennetaan hapettavassa ympäristössä. On suotavaa käyttää aktiivisen metallin jauhetta niin hienojakoisena kuin mahdollista. Yleensä käytetään 35 jauhetta, jonka partikkeleiden keskimääräinen läpimitta ei ylitä 50 mikronia ja joka on mieluiten 30 mikronia.

74742

Yleensä parhaiten sopivat jauheet, joiden partik-keleiden keskimääräinen läpimitta on 1-25 mikronia, erityisesti ne, joiden keskimääräinen läpimitta on yli 20 mikronia.

5 Keksinnön mukaisen menetelmän toisen ominaispiir teen mukaisesti aktiivisen metallin jauhe on sekoitettu kolloidiseen piidioksidiin. Kolloidisen piidioksidin optimaalinen määrä toteutuksessa riippuu eri tekijöistä, etenkin aktiivisen metallin luonteesta ja sen hiukkaskoos-10 ta. Yleensä käytetään kolloidisen piidioksidin suhteellista määrää painoyksiköissä materiaalin suhteen, joka on 0,5 - 10 % aktiivisen metallin painosta, mieluiten 0,8 -4 % tästä painosta.

Tässä keksinnön mukaisessa menetelmässä kolloidinen pii-15 dioksidi voi olla geelinä, joka sekoitetaan sellaisenaan aktiivisen metallin jauheeseen edellä mainitun materiaalin muodostamiseksi.

Erään keksinnön mukaisen erittäin edullisen toteuttamistavan mukaan aktiivisen metallin jauhe dispergoidaan 20 kolloidisen piidioksidilluokseen, mieluiten vesiliuokseen, jolloin muodostuu edellä mainittua materiaalia, jota käytetään sellaisenaan nestemäisenä suspensiona pohjusten pinnalle kaikilla sopivilla tavoilla, esimerkiksi upottamalla pohjusten suspensioon, päällystämällä siveltimellä 25 tai telalla tai surmattamalla. Tässä keksinnön toteutuksessa suurimman sallitun piidioksidipitoisuuden suspensiossa määrää stabiilin kolloidisen piidioksidiliuoksen muodostaminen. Se riippuu eri tekijöistä, erityisesti aktiivisen metallin määrästä ja mahdollisten lisäaineiden läs-30 näolosta suspensiossa kuten kolloidiliuoksen stabilisaattoreista tai sakeuttamisaineista. Yleensä vesiliuosten kyseessä ollen kolloidiliuoksen piidioksidipitoisuus ei saisi olla yli 30 % painosta, suotavammat arvot ovat 3-28 % ja erityisesti 10-25 %.

Il 74742

Aktiivisen metallin jauhe voi olla dispergoituna kolloidiseen piidioksidiliuokseen sellaisenaan tai saatu suspensio voidaan sivellä pohjusteen pinnalle. Yleensä on suotavaa, laimentaa kolloidinen piidioksi-5 diliuos vedellä, ennen kuin aktiivinen metalli disper-goidaan siihen dispersion muodostumisen helpottamiseksi ja sopivan viskositeetin varmistamiseksi suspensiossa, jotta pöhjuste peittyisi hyvin. Laimentamisveden optimaalinen määrä vaihtelee aktiivisen metallin jau-10 heen hiukkaskoosta, kolloidiseen piidioksidiliuokseen lisätyn aktiivisen metallin suhteellisesta määrästä ja halutusta viskositeetistä riippuen. Käytännössä saadaan hyviä tuloksia säätämällä laimennusveden määrä niin, että saadun vesisuspension aktiivisen metallin pitoi-15 suus painona on 10-80 %, mieluiten 15-60 %, pitoisuudet 20-50 % ovat erityisen edullisia.

Juuri edellä mainitun keksinnön toteuttamistavan eräässä muunnelmassa on edullista kuivata edellä mainittu materiaali pohjusteen pinnalle ennen kuin kuumen-20 netaan hapettavassa ympäristössä, kuivauksen tarkoituksena on poistaa ainakin suurin osa kolloidiliuoksen vedestä. Tässä keksinnön muunnelmassa kuivaus säädetään niin, että sen päätyttyä veden pitoisuus materiaalissa ei ylitä 10 %, mieliuiten 5 % materiaalin painosta.

25 Kuivauksen aikana on hyvä välttää hehkuttamasta aktiivista metallia.

Juuri edellä mainitun keksinnön toteuttamistavan eräässä toisessa muunnelmassa tehdään kolloidinen pii-dioksidiliuos, joka sisältää lisäksi litium-ioneja sta-30 bilisaattorina. Tässä keksinnön muunnelmassa litium- ionit voidaan lisätä kaikilla sopivilla tavoilla kolloidiseen piidioksidiliuokseen, mieluiten litiumhydroksi-dina. Litium-ionien pitoisuus kolloidiliuoksessa säädetään mieluiten niin, että saadaan molaarinen suhde 35 SiC^LiC^, joka on 3-25, mieluiten 4-10. Kolloidisen piidioksidin liuoksia, jotka sopivat erityisen hyvin 74742 keksinnön piiriin, on kuvattu US-patentissa A-2 668 149 (DU PONT).

Keksinnön mukaisessa menetelmässä kuumennus hapettavassa ympäristössä ja kuumennus pelkistävässä ympäris-5 tössä suoritetaan mieluiten lämpötiloissa, joissa ei tapahdu metallijauheen sulamista eikä hehkumista.

Esimerkkinä tapauksesta, jossa aktiivinen metalli on koboltti, rauta, mangaani tai nikkeli, hapettavassa ympäristössä tapahtuva kuumennus voidaan suorittaa ilmas-10 sa, mieluiten ei yli 850°C:een lämpötilassa ja pelkistävässä ympäristössä tapahtuva kuumentaminen voidaan suorittaa vedyssä lämpötilassa, joka ei ylitä 600°C.

Sopivat työstämislämpötilat ovat 600-800°C ja erityisesti 700-760°C hapettavassa ympäristössä tapahtuvalle kuumen-15 nukselle ne ovat 300-500°C:tta ja erityisesti 350-450°C pelkistävässä ympäristössä tapahtuvalle kuumennukselle.

Pelkistävässä ympäristössä tapahtuvan kuumennuksen jälkeen saatua elektrodia voidaan yleensä käyttää jäähdyttämisen jälkeen sellaisenaan elektrokemiallisiin proses-20 seihin, joihin se on tarkoitettu.

Kuitenkin keksinnön erään tietyn toteutustavan mukaan on parempi suorittaa elektrodille hapetuskäsittely pelkistävässä ympäristössä tapahtuvan kuumennuksen jälkeen. Tämä hapetuskäsittely voidaan suorittaa huoneilmassa ja 25 mieluiten se suoritetaan huoneen lämpötilaa korkeammassa lämpötilassa, mutta joka ei ylitä pelkistävässä ympäristössä tapahtuvan kuumennuksen maksimilämpötilaa. Käytännöllinen tapa suorittaa se on elektrodin jäähdyttäminen ilmassa pelkistävässä ympäristössä tapahtuneen kuumennuksen jäl-30 keen.

Eräässä toisessa keksinnön mukaisessa toteutuksessa elektrodi päällystetään pelkistävässä ympäristössä tapahtuneen kuumennuksen jälkeen kerroksella, joka sisältää jotakin seuraavista metalleista: kromia, molybdeeniä, kobolt-35 tia, nikkeliä, ruteniumia, rodiumia, palladiumia, osmiumia, iridiumia, platinaa, lantaania tai harvinaisia maametalleja.

n 7 74742

Kaikkien muiden seikkojen ollessa muuttumattomia tällä toteutuksella voidaan lisäksi säästää sähköjännitettä elektrokemiallisissa prosesseissa ja erityisesti elektrolyysiprosesesseissa.

5 Tällaisessa keksinnön toteutuksessa elektrodin päällystys metallikerroksella voidaan suorittaa kaikilla sopivilla tavoilla, esimerkiksi ruiskutustekniikal-la plasmasuihkussa. Siinä tapauksessa, että päällysmetal-li on jokin seuraavista: kromi, koboltti, nikkeli, rutenium, 10 rodium, palladium, osmium, iridium tai platina, voidaan kerros aikaansaada hyödyllisesti elektrolyyttisesti. Tässä mielessä on osoittautunut erityisen edulliseksi suorittaa valitun metallin elektrolyyttinen saostaminen elektrolyytissä, joka sisältää mianitun metallin ioneja ja jossa elektrodil-15 la tapahtuu protonien elektrolyyttinen pelkistyminen.

Eräässä keksinnön tällaisen toteutuksen mielenkiintoisessa muunnelmassa elektrodin päällystämiseksi metalli-kerroksella siihen laitetaan ensin kerros mainitun metallin lämmössä hajoavaa yhdistettä, sitten mainittua yhdistettä 20 käsitellään sen hajoamislämpötilassa niin, että vapautuu mainitun metallin oksidia ja sitten kuumennetaan oksidia pelkistävässä ympäristössä. Tällaista keksinnön mukaisen menetelmän toteutuksen muunnelmaa voidaan soveltaa erityisen mielenkiintoisella tavalla, kun päällystysmetalli on 25 lantaani tai harvinainen maametalli. Tässä muunnelmassa lämmössä hajoava yhdiste voi olla mikä tahansa yhdiste, joka kontrolloidussa ympäristössä kuumennettaessa vapauttaa päällystykseen valitun metallin oksidia. Se voi olla esimerkiksi nitraattia, sulfaattia, fosfaattia, kloridia, 30 karboksyylihapon suolaa, kuten formaattia, asetaattia, propionaattia tai oksalaattia. Sitä voidaan käyttää kiinteänä, esimerkiksi jauheena, tai nesteenä, esimerkiksi sulana suolana, suspensiona tai liuoksena. Kuumennuslämpöti-la ja kontrolloitu ympäristö pitää valita valitun metal-35 Iin mukaan ja toteutuksessa käytetyn lämmössä hajoavan yhdisteen mukaan . Aivan tietyissä olosuhteissa (etenkin kun 8 74742 lämmössä hajoava yhdiste on nitraatti tai oksalaatti) kuumennus voidaan suorittaa inertissä ympäristössä (esimerkiksi typpi- tai argonatmosfäärissä). Käytännössä on kuitenkin parempi suorittaa kuumennus ha-5 pettävässä ympäristössä, yleensä ilmassa alle 1000°C:een lämpötilassa, mieluiten ei yli 850°C:een lämpötilassa; mieluiten 100-800°C:een lämpötilassa ja erityisen mielellään alle 750°C:een lämpötilassa. Pelkistävässä ympäristössä tapahtuva kuumennus voidaan suorittaa vetyatmosfää-10 rissä alle 600°C:een lämpötilassa, tavallisesti 200- 500°C:een lämpötilassa elektrodin päällystykseen valitun metallin mukaan.

Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettuja elektrodeja voidaan soveltaa moniin sähkökemiallisiin 15 prosesseihin, kuten esimerkiksi katodien suojaukseen, elektrolyysiin ja polttoparistoihin.

Keksintö koskee sitä paitsi keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetun elektrodin käyttöä katodina vedyn elektrolyyttiseen tuottamiseen protonien elektro-20 kemiallisella pelkistyksellä emäksisessä vesiliuoksessa. Tällainen käyttö on osoittautunut erityisen edulliseksi elektrolyysikammioissa alkaalimetallihypokloriitin vesiliuosten tuottamiseen sekä kammioissa, joissa on läpäisevä kalvo ja selektiivisesti läpäisevä kalvo natriumklo-25 ridin vesiliuosten elektrolyysissä, kuten on kuvattu FR-patenteissa A-2 164 623, 2 223 083, 2 230 411, 2 248 335 ja 2 387 897 (Solvay & Cie).

Keksinnön tarkoituksena on tuoda esille seuraavat sovellutusesimerkit.

30 Kussakin seuraavassa esimerkissä on suoritettu elektrolyysi suolavedellä, joka sisältää 255 g natrium-kloridia kiloa kohti kammiossa, jossa on kohtisuorat elektrodit, joita erottaa kationien suhteen selektiivinen permeaabeli kalvo NAFION (DU PONT DE NEMOURS).

Il 74742

Sylinterin muotoiseen kammioon kuului pyöreästä titaanilevystä muodostettu anodi, jonka läpi kulki pystysuoria rakoja ja joka oli päällystetty sekakiteis-tä muodostuneesta aktiivisesta materiaalista, jossa oli 5 50 % painosta ruteniumdioksidia ja 50 % painosta titaani dioksidia .

Katodi oli muodostunut urattomasta levystä, jonka koostumus määritellään kussakin esimerkissä.

Kammion kunkin elektrodin kokonaispinta-ala oli 2 10 102 cm ja anodin ja katodin välinen etäisyys oli säädet ty 6 mmrksi ja kalvo oli sijoiettu yhtä kauas anodista ja katodista.

Elektrolyysin aikana anodikammioon syötetään jatkuvasti edellä mainittua suolavettä ja katodikammioon 15 natriumhydroksidin laimeaa vesiliuosta, jonka konsentraa-tio oli säädetty niin, että katodiliuoksessa oli noin 32 paino-%:n pitoisuus natriumhydroksidia. Lämpötila pidettiin jatkuvasti 90°C:ssa kammiossa. Kaikissa kokeissa elektrolyysivirran tiheys pidettiin tietyssä arvossa 2 20 3 kA m :ä kohti katodin pinta-alaa. Näin tuotettiin klooria anodilta ja vetyä katodilta.

Ensimmäinen koesarja (keksinnön mukaisia)

Esimerkki 1 (a) Katodin koostumus: Katodina on käytetty jäl-25 jempänä kuvatulla tavalla valmistettua elektrodia, joka on keksinnön mukainen.

On tehty päällystevalmiste sekoittamalla seuraa-via aineksia: nikkelijauhetta : 100 g 30 kolloidisen piidioksidin vesiliuosta : 10 g sakeuttamisainetta : 1 g vettä : 200 g

Valmistetun nikkelijauheen hiukkaskoko tässä pääl- 35 lystevalmisteessa oli sellainen, että sen spesifinen pin- 2 ta-ala oli noin 0,6 m /g.

10 74 74 2

Kolloidiseen piidioksidiliuokseen oli käytetty koiloidiliuosta, jossa on suunnilleen 20 % painosta piidioksidia ja 2,1 % painosta litiumoksidia.

Sakeuttamisaineena on käytetty polysakkaridia.

5 Pohjusteena käytetyn nikkelilevyn pinta oli pääl lystetty kuudella päällekkäisellä kerroksella tätä pääl-lystevalmistetta ja levyä oli kuivattu puoli tuntia uunissa 70°C:ssa kunkin päällystyskerroksen jälkeen. Poh-justeen pinnalle näin muodostuneen päällysteen paksuus 10 kuuden kerroksen laittamisen jälkeen oli noin 100 mikro- 2 nia ja se painoi noin 400 g m pinta-alaa kohti.

Pohjustetta ja sen päällystettä kuumennetaan sitten 750°C:een uunissa 5 tunnin ajan ilman läsnäollessa niin, että käytännöllisesti katsoen kaikki päällysteen 15 nikkeli on hapettunut. Jäähdyttämisen jälkeen niitä käsitellään 450°C:ssa tunnin ajan uunissa, jossa kulkee vetyvirta, jäähdytetään sitten huoneen lämpötilaan pitämällä uunissa koko ajan vetyatmosfääri.

(b) Elektrolyysin tulokset: Edellä kuvatulla tavai-20 la valmistettua elektrodia on käytetty sellaisenaan katodina elektrolyysikammiossa. Elektrolyysin kuluessa kammion naopojen välinen jännite on säädetty 3,29 V:iin.

Esimerkki 2 (a) Katodin koostumus: On valmistettu elektrodi esi-25 merkissä 1 kuvatulla tavalla paitsi mikä koskee lopullista jäähdyttämistä: jäähdyttäminen, joka suoritetaan 450°C:ssa vetyatmosfäärissä tapahtuneen käsittelyn jälkeen, suoritetaan ilmassa niin, että tapahtuu nikkelin osittainen uudelleen hapettuminen.

30 (b) Elektrolyysin tulokset: Elektrolyysikammion na pojen välinen jännite on säädetty 3,16 V:iin astiassa, jossa käytetään näin saatua elektrodia katodina. Toisaalta katodin pontentiaali on mitattu Lugginin kapillaarimittausme-nctelmällä, joka perustuu roferenssielektrodiin, joka on 3 5 KCl.vlla kyllästetty kalomelielektrodi (ECS) (Modern

Electrochemistry, Bockris and Reddy, Plenum Press, 1970,

II

11 7 4 7 4 2 voi.2, sivut 890 ja 891). Katodipontentiaali on nopeasti stabiloitunut noin -1,18 V:iin.

Esimerkki 3 (a) Katodin koostumus: Katodin valmistamiseksi on 5 ensin tehty esimerkissä 1 kuvatulla tavalla. Näin saatu elektordi on päällystetty viisi kertaa peräkkäin lantaanin vesiliukoisen yhdisteen vesiliuoksella niin, että se 2 vastaa kokonaispainoltaan noin 50 g lantaania m kohti elektrodin pinta-alaa. Kunkin viiden päällystyksen jäl-10 keen elektrodia on kuivattu puoli tuntia 70°C:een uunissa, sitten kuumennettu hapettaen 750°C:een uunissa 5 minuuttia ilman läsnäollessa ja käsitelty sitten pelkistäen tunnin ajan 450°C:een uunissa, jossa kulkee vetyvirta.

(b) Elektrolyysin tulokset: Tätä katodia käyttä- 15 vän kammion napojen välinen jännite on säädetty 3,19 V:iin. Esimerkki 4 (a) Katodin koostumus: Esimerkissä 3 kuvatut toimenpiteet on poistettu ja suoritettu seuraavat muutokset: - lantaanin vesiliukoisen yhdisteen vesiliuos on korvat-20 tu molybdeenin vesiliukoisen yhdisteen vesiliuoksella; - viiden päällystyskerroksen tekemiseen käytetyn liuoksen määrä on säädetty siten, että se vastaa elektrodin 2 pinnalla lisää noin 150 g molybdeeniä m elektrodin pinta-alaa kohti; 25 - hapettava kuumennus on suoritettu 400°C:ssa tunnin ajan.

(b) Elektrolyysin tulokset: Elektrolyysikammion napojen välinen jännite on säädetty 3,13 V:iin.

Esimerkki 5 (a) Katodin koostumus: Aloitetaan valmistamalla 30 esimerkin 1 mukainen elektrodi. Näin saatu elektrodi pannaan tilapäiseksi katodiksi yllä kuvattuun elektrolyysias-tiaan ja elektrolyysi aloitetaan kuten edellä on kuvattu. Kun elektrolyysikammion napojen välinen jännite on tasaantunut, katodiliuokseen lisätään heksaklooriplatina- 35 hapon liuosta määrä, joka vastaa elektrolyyttistä saos- 2 tumaa, joka on noin 2 g platinaa m kohti tilapäisen elektrodin pinta-alaa.

74742 (b) Elektrolyysin tulokset: Kun heksaklooriplati-nahappoliuos on lisätty yllä kuvatulla tavalla kammion napojen välinen jännite on alentunut ja stabiloitunut noin 3,13 V:iin.

3 Toinen koesarja (vertailusarja)

Esimerkki 6 Tässä kokeessa kammion katodi on muodostunut hiekka-puhalletusta nikkelilevystä sellaisenaan. Elektrolyysin kuluessa kammion napojen välinen jännite on stabiloitunut 10 3,36 V:iin.

Esimerkki 7 (a) Katodin koostumus: On käytetty esimerkissä 1 kuvattua päällystevalmistetta, jota on pantu viitenä päällekkäisenä kerroksena nikkelilevyn pinnalle, levyä on kuivat- 15 tu puoli tuntia 70°C:een uunissa kunkin kerroksen laittamisen jälkeen. Näin muodostuneen nikkelilevyn päällystemateriaa- 2 paksuus oli noin 100 mikronia ja se painoi noin 400 g m pinta-alaa kohti.

Sitten levyä kuumennetaan päällysteineen 30 minuuttia i 750°C:een uunissa, jossa kulkee vetyvirta, niin että nikkeli-jauhe hehkuu.

(b) Elektrolyysin tulokset: Kammion napojen välinen jännite elektrolyysin aikana on stabiloitunut 3,33 V:iin.

Esimerkki 8 25 (a) Katodin koostumus: On tehty kuten esimerkissä 1, mutta hehkuttamalla vielä nikkelijäauhetta ennen kuumentamista hapettavassa ympäristössä. Hehkutuksen suorittamiseksi pohjustetta päällysteineen kuumennetaan uunissa vetyat-mcsfäärissä 750°C:ssa 30 minuutin ajan.

30 (b) Elektrolyysin tulokset: Katodin potentiaali, joka on mitattu kuten esimerkissä 2 on tabiloitunut -1,20 V:iin.

Esimerkkien 1-5 kokeissa saatujen elektrolyysitulos-ten vertailu esimerkeissä 6-8 saatuihin tuloksiin osoittaa, 35 että keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetuilla katodeilla päästään yleensä huomattaviin jännitesäästöihin.

Il

Claims (12)

1. 74 74 2 Esimerkkien 2 ja 8 välinen vertailu osoittaa lisäksi, että hehkuttamisen poisjättäminen ennen hapettavassa ympäristössä tapahtuvaa kuumentamista ei haittaa katodipotentiaalia. 74742 14
2. 1. Menetelmä elektrodin valmistamiseksi sähkökemiallisia prosesseja varten päällystämällä sähköä johtava alus- 5 ta materiaalilla, joka sisältää ainakin yhden aktiivisen metallin jauhetta protonien sähkökemialliseksi pelkistämiseksi ja kuumentamalla mainittua materiaalia alustan päällä peräkkäin ensin hapettavassa atmosfäärissä ja sitten pelkistävässä atmosfäärissä, tunnettu siitä, että käy- 10 tetään materiaalia, jossa aktiivinen metalli on sintraamat-tomana jauheena sekoitettuna kolloidiseen piidioksidiin.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään materiaalia, jossa kolloidisen piidioksidin määrä on 0,8 - 4 % laskettuna aktiivisen lr- metallin painosta.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että materiaalina käytetään aktiivisen metallin jauhetta suspendoituna kolloidiseen piidiok-sidiliuokseen.
5. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että käytetään suspensiota, joka sisältää 20 - 50 paino-% aktiivista metallia kolloidisessa piidioksidin vesiliuoksessa, joka sisältää 0,8 - 4 % piidioksidia laskettuna aktiivisen metallin painosta. 25 5· Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään kolloidista piidiok-sidiliuosta, joka sisältää litiumioneja sellaisen määrän, että moolisuhde SiC^LiC^ on 4 - 10.
6. 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetel- 30 mä, tunnettu siitä, että materiaalia kuumennetaan 600-800°C:n lämpötilassa hapettavassa atmosfäärissä ja 300-500°C:n lämpötilassa pelkistävässä atmosfäärissä.
7. 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pelkistävässä atmosfääris- 35 sä tapahtuvan kuumentamisen jälkeen elektrodin päälle lai- II 15 74742 tetaan päällystettä, joka sisältää jotakin seuraavista metalleista: kromia, molybdeeniä, kobolttia, nikkeliä, rodiu-mia, palladiumia, osmiumia, iridiumia, platinaa, lantaania tai harvinaisia maametalleja.
8. 8. Katodi vedyn valmistamiseksi elektrolyyttisesti protonien sähkökemiallisella pelkistyksellä alkalisessa vesiliuoksessa, joka katodi on valmistettu päällystämällä sähköä johtava alusta materiaalilla, joka sisältää ainakin yhden aktiivisen metallin jauhetta protonien sähkökemialli- 10 seksi pelkistämiseksi ja kuumentamalla mainittua materiaalia alustan päällä ensin hapettavassa atmosfäärissä ja sitten pelkistävässä atmosfäärissä, tunnettu siitä, että aktiivinen metalli on sintraamattomana jauheena sekoitettuna kolloidiseen piidioksidiin.
9. 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen katodi, tun nettu siitä, että kolloidisen piidioksidin määrä on 0,8 - 4 % laskettuna aktiivisen metallin painosta.
10. 10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen katodi, tunnettu siitä, että aktiivisen metallin jauhe on suspen- 20 doituneena kolloidiseen piidioksidiliuokseen.
11. 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen katodi, tunnettu siitä, että suspensio sisältää 20 -5 0 paino-% aktiivista metallia piidioksidin kolloidisessa vesiliuoksessa, joka sisältää 0,8 - 4 % piidioksidia laskettuna ak- 25 tiivisen metallin painosta.
12. 12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen katodi, tunnettu siitä, että kolloidinen piidioksidiliuos sisältää litiumioneja sellaisen määrän, että moolisuhde Si02:LiC>2 on 4 - 10.