FI81613C - Katoder laempliga foer vaetealstrande elektrokemiska processer. - Google Patents

Katoder laempliga foer vaetealstrande elektrokemiska processer. Download PDF

Info

Publication number
FI81613C
FI81613C FI873122A FI873122A FI81613C FI 81613 C FI81613 C FI 81613C FI 873122 A FI873122 A FI 873122A FI 873122 A FI873122 A FI 873122A FI 81613 C FI81613 C FI 81613C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
cathode
platinum
gold
ruthenium
silver
Prior art date
Application number
FI873122A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI873122A0 (fi
FI81613B (fi
FI873122A (fi
Inventor
Peter Michael Willis
Ralph Leslie Phillips
Original Assignee
Johnson Matthey Plc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Johnson Matthey Plc filed Critical Johnson Matthey Plc
Publication of FI873122A0 publication Critical patent/FI873122A0/fi
Publication of FI873122A publication Critical patent/FI873122A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI81613B publication Critical patent/FI81613B/fi
Publication of FI81613C publication Critical patent/FI81613C/fi

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/091Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
    • C25B11/097Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds comprising two or more noble metals or noble metal alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/42Platinum
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/46Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
    • B01J23/462Ruthenium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/48Silver or gold
    • B01J23/50Silver
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/48Silver or gold
    • B01J23/52Gold
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/03Precipitation; Co-precipitation
    • B01J37/031Precipitation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/091Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
    • C25B11/095Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds at least one of the compounds being organic

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Description

81613
Vetyä kehittäviin sähkökemiallisiin prosesseihin soveltuvat katodit Tämän keksinnön kohteena on katodi, joka soveltuu käytettäväksi vetyä kehittävässä sähkökemiallisessa prosessissa, sekä menetelmä tällaisen katodin valmistamiseksi.
Keksinnön kohteena on etenkin katodi, jota voidaan käyttää esim. kloorialkaliprosessissa ja jonka päälle on kerrostettu platinaryhmän metallista koostuva sähkökatalysaattori. Tällaisia katodeja on esitetty US-patenttijulkaisussa 4 414 071, johon tässä viitataan. Tämän tyyppistä katodia voidaan käyttää myös vesielektrolyysikennoissa ja alkalimetallihyd-roksidien elektrolyysissä, joissa kehittyy vetyä katodissa.
Tällaisessa kloorialkaliprosessissa esiintyy ongelmia sähkö-katalysaattorin suhteen, joka myrkyttyy etenkin rautaioneil-la, joita voi olla läsnä katolyytin raaka-aineissa tai niitä voi kertyä rauta- tai teräsputkistoista ja säiliöistä, joita käytetään katolyytin kierrätyspiirissä. Tämä voidaan välttää osittain puhdistamalla raaka-aineet tai vuoraamalla putkisto ja säiliöt sopivalla inertillä materiaalilla, mutta molemmat toimenpiteet ovat kalliita.
Tavanomaisen, sähkökatalysaattoria sisältämättömän teräska-todin ylijännite on n. 250 - 300 mV virran tiheyden ollessa n. 2,0 kA/m^ n. 90°C:ssa. Nikkelikatodin, jossa on platina-rutenium-sähkökatalysaattori, kuten on esitetty US-patentti-julkaisussa 4 414 071, alkuylijännite on n. 50 - 100 mV samoissa olosuhteissa, mutta tämä nousee nopeasti yli 150 mV:n, jos katodi on alttiina rautamyrkyttymiselle. On siis toivottavaa pitää katodin vety-ylijännite samoissa olosuhteissa 50 - 100 mV:ssa rautaioneista huolimatta.
Eurooppalaisessa patenttijulkaisussa 0059854 ja PCT-pa-tenttijulkaisussa W0 86/04364 on esitetty katodeja, joissa on yhdestä tai useammasta platinaryhmän metallista muodostettu sähkökatalysaattori ja PTFE-hiukkasten kerros, jotka parantavat katodin rautaionikestävyyttä.
2 81613
Esillä olevan keksinnön mukaisesti saadaan aikaan katodi, jota voidaan käyttää vetyä kehittävässä sähkökemiallisessa prosessissa ja jossa on sähköisesti johtava substraatti eli alusta, joka on valmistettu ei-rautaraetallista tai jossa on ei-rautametallista koostuva koherentti, ei-huokoinen päällyste ja sähkökatalysaattori, joka sisältää platinasta ja ruteniumista tai niiden esiasteista, eli prekursoreista, koostuvan kerroksen johtavan substraatin päällä ja joko kullasta tai hopeasta tai molemmista koostuvan kerroksen, jolloin katodin myrkyttymiskestävyys raudan suhteen on parempi kuin samanlaisella katodilla, jossa ei ole kulta- tai hopea-kerrosta.
Edelleen keksinnön mukaisesti saadaan aikaan menetelmä yllä esitetyn tyyppisen katodin valmistamiseksi, jonka menetelmän mukaan platinaa ja ruteniumia tai niiden esiasteita saoste-taan sähköisesti johtavan substraatin päälle, joka on valmistettu ei-rautametallista tai jossa on ei-rautametallista koostuva koherentti, ei-huokoinen päällyste, minkä jälkeen kultaa ja/tai hopeaa saostetaan tuotteen päälle.
Kullan saostamista katodin päälle, jota voidaan käyttää vetyä kehittävissä sähkökemiallisissa prosesseissa, on selitetty FR-patenttijulkaisussa 1152911, jossa on esitetty menetelmä aktivoidun päällysteen valmistamiseksi elektrolyyttisten vetygeneraattorikatodien vety-ylijännitteen vähentämiseksi. Menetelmässä saostetaan yhtä tai useampaa metallia (platina, rodium, palladium, osmium ja iridium) upottamalla rautakatodi jalometallisuolojen vesiliuokseen. Kullan pienien määrien liittämisen aktivoituun päällysteeseen sanotaan tekevän päällysteestä kestävämmän ja alentavan vety-ylijännitettä.
Tämä tunnettu tekniikka ei kuitenkaan liity rautamyrkyttymis-ongelmaan. Itse asiassa siinä ehdotetaan käytettäväksi rautasubstraattia katodissa ja tästä vapautunut rauta, jonka aiheuttaa kaustinen elektrolyytti, pikemminkin pahentaa rautamyrkyttymisongelmaa.
Il 3 81613
Ranskalaisessa patenttijulkaisussa 1152911 esitetyillä päällysteillä suoritettiin testejä. Pehmeä teräslevy puhallettiin teräshiekalla sen pinnan karhentamiseksi ja sitten se upotettiin 5 minuutiksi liuokseen, jossa oli 0,5 g/1 platinaa klooriplatinahappona ja 0,1 g/1 kultaa kloorikultahap-pona. Levy kuivatettiin sitten ja testattiin esimerkissä 1 esitetyllä tavalla, mutta siinä käytettiin 8,6 ppra rautaa katalysaattorissa rautamyrkyttymisen simuloimiseksi. Alku-ylijännitteeksi mitattiin 184 mV, mikä osoittaa laskua verrattuna 280 mV:iin samanlaisessa teräshiekkapuhalletussa pehmeässä teräslevyssä, jossa ei ollut platina- tai kulta-päällystettä. Tämä osoittaa, että saadaan aikaan merkittävä alkuylijännitteen lasku kulta/platina-päällysteellä, vaikkakin tämä on pienempi kuin rutenium/platinapäällysteessä, joka on nikkelisubstraatin päällä. Kuitenkin päällysteen yli-jännite nousi hyvin nopeasti (24 tunnissa) n. 260 mV:iin ja se pysyi tässä arvossa kokeen ajan (tässä tapauksessa viikon ajan), mikä osoitti, että sähkökatalysaattori oli vakavasti myrkyttynyt katolyytissä olevan raudan johdosta.
Keksinnön edullisia piirteitä on esitetty seuraavassa selityksessä ja patenttivaatimuksissa.
Keksintöä selitetään nyt vain esimerkkinä viitaten oheisiin piirustuksiin ja esimerkkeihin:
Kuvio 1 esittää erästä keksinnön mukaista katodia, ja kuvio 2 esittää (suuremmassa mittakaavassa) katodin osaa kuvion 1 viivaa A-A pitkin.
Esim. 1 koskee keksinnön erään suoritusmuodon mukaista katodia, jossa on platinasta, ruteniumista ja kullasta koostuva sähkökatalysaattoripäällyste, esim. 2 koskee keksinnön erään muunnelman mukaista katodia, jossa on platinasta, ruteniumista, kullasta ja PTFE:stä koostuva sähkökatalysaattoripäällyste, ja esim. 3 esittää keksinnön erään toisen muunnelman mukaista katodia, jossa on platinasta, ruteniumista ja hopeasta koostuva sähkökatalysaattoripäällyste.
« 81613
Vertailuesimerkki A koskee esimerkin 1 kaltaista katodia, jossa ei kuitenkaan ole kultaa.
Kuvio 1 esittää osaa keksinnön mukaisesta katodista. Katodi sisältää nikkelisubstraatin 1, joka on levitetyn verkon muotoinen ja joka on valmistettu venyttämällä aukoilla varustettu nikkelilevy. Tämäntyyppistä verkkoa käytetään laajalti kloorialkalikennojen katodeissa ja se käsittää useita suunnilleen elliptisiä aukkoja 2, joissa on useita hyvin teräviä kulmia 3.
Kuvion 2 leikkauskuvio esittää yksityiskohtaisemmin aukkojen 2 teräviä kulmia 3. Yksi kulma 3a muodostaa n. 60°:n sisäisen kulman, kaksi kulmaa 3b muodostaa n. 130° :n kulman ja kaksi kulmaa 3c muodostaa n. 90° :n kulman. Substraatin 1 päällä on sähkökatalysaattoripäällyste 4.
On todettu, että elektrokatalysaattorin tehoa voidaan parantaa käyttämällä sellaista revitettyä substraattia, jossa on useita teräviä kulmia ja kohtia. Muita tämäntyyppisiä substraatteja ovat levyt, joihin on leikattu aukkoja ja/tai koloja ja jotka voi olla myös poimutettu, ja substraatit, jotka on muodostettu kudotusta tai neulotusta langasta.
Esimerkki 1 Tässä esimerkissä havainnollistetaan keksinnön mukaisen katodin erään suoritusmuodon valmistusta ja tehoa. Tässä esimerkissä katodi on varustettu platinasta, ruteniumista ja kullasta koostuvalla sähkökatalysaattoripäällysteellä.
Katodin valmistukseen käytettiin kuvioiden 1 ja 2 mukaista aukoilla varustettua nikkelisubstraattia. Substraatti käsitti n. 1 cm3 nikkeliä (määritettynä upottamalla veteen), mutta se vei n. 3 cm3;n tilan ja sisälsi kaikkiaan n. 1000 mm teräviä kulmia. Aukkoja 2 ympäröivän metallin paksuus oli n. 1 mm. Substraatti hiekkapuhallettiin sen pinnan kaventamiseksi, huuhdeltiin suurpainevesisuihkulla irtonaisten hiukkasten poistamiseksi, pestiin asetonissa rasvan poistamisek-
II
5 81613 si, käsiteltiin 2N kloorivetyhapolla minuutin ajan ja sitten se pestiin deionoidulla vedellä.
Välittömästi deionoidulla vedellä suoritetun pesun jälkeen sähkökatalysaattori tuotettiin aktivoidun substraatin päälle upottamalla substraatti klooriplatinahapon ja ruteniumtri-kloridin deionoidussa vedessä olevaan liuokseen huoneen lämpötilassa 20 minuutin ajaksi. Liuos sisälsi n. 2 g/1 plati-naioneja ja n. 2 g/1 ruteniumioneja. Upotuksen aikana platinan ja ruteniumin seos saostui spontaanisti substraatin päälle, jolloin muodostui n. 5,2 g/m^m sähkökatalysaattori-päällyste, joka koostui platinan ja ruteniumin 3:1-...^:1-seoksesta. Tämän sähkökatalysaattoripäällysteen sisältävä substraatti poistettiin liuoksesta, pestiin lämpimällä (60°C) deionoidulla vedellä minuutin ajan ja annettiin kuivua ilmassa. Näin muodostettiin substraatin päälle tarttuva, kestävä platina-rutenium-päällyste. Tällä menetelmällä voidaan muodostaa päällysteitä, joiden paino on 0,1 - 20 g/m^, muuntamalla sopivasti parametrejä.
Kulta saostettiin sitten upottamalla sähkökatalysaattori-päällysteen sisältävä substraatti kloorikultahapon deionoidussa vedessä olevaan liuokseen huoneen lämpötilassa 20 minuutiksi. Liuoksessa oli n. 0,06 g/1 kultaioneja. Upotuksen aikana kulta saostui spontaanisti, jolloin muodostui täydellinen sähkökatalysaattoripäällyste. Kultasaostetta oli n. 0,16 g/m^, joka on n. 3,1 paino-t saostetun platinan ja ruteniumin yhteispainosta. Päällyste tutkittiin elektronimikroskoopilla, jolloin todettiin, että kulta saostuu erillisiin keskuksiin, niin että platina-rutenium-päällysteen päälle muodostuu solmumainen muodostuma. Katodi pestiin lopuksi deionoidussa vedessä ja sen annettiin kuivua.
Katodia testattiin sitten samantyyppisessä myrkyttyneessä katolyytissä, jota käytetään kloorialkaliprosessissa, seuraavasti :
Esimerkissä 1 valmistettua katodia käytettiin sähkökemiallisen puolikennon katodina, joka kenno käsitti katodiosaston, 6 81613 joka simuloi staattisen kloorialkalikennon katodia, ja jossa katolyytti käsitti 35 paino-ί natriumhydroksidiliuosta, joka pidettiin 90°C:ssa. Rautamyrkyttymisen simuloimiseksi katolyytti sisälsi alunperin n. 2,5 ppm rautaioneja rautaklori-dina. Virran tiheys oli 2,0 kA/m2 ja katodin vety-ylijännite mitattiin käyttämällä tavanomaista Luggin-putkea, joka oli liitetty vakioon dynaamiseen vetyelektrodiin, Ylijännite mitattiin aikavälein toimintajakson aikana ja se pysyi alle 100 mV:n tasolla, kuten nähdään taulukossa 1. Voidaan nähdä, että vety-ylijännite muuttuu hyvin vähän 20 päivän aikana, mikä osoittaa, että katodi on hyvin kestävä rautamyrkyttymisen suhteen.
Esimerkki 2 Tämä esimerkki havainnollistaa, miten esimerkin 1 mukaisen katodin tehoa voidaan edelleen parantaa lisäämällä orgaaninen polymeeri sähkökatalyyttiseen päällysteeseen.
Esimerkin 1 mukaiset toimenpiteet toistettiin, mutta liuos, joka sisälsi platina- ja ruteniumioneja, sisälsi myös 20 g/1 pallomaisia PTFE-hiukkasia, joiden keskimääräinen koko oli 0,2 pm. Substraatin tämä upotus liuokseen 20 minuutiksi huoneen lämpötilassa sai aikaan PTFE-hiukkasten spontaanin saos-tumisen samoin kuin platinan ja ruteniumin saostumisen. N. 0,03 cm3 PTFE:tä saostui substraatin pinta-alan neliömetriä kohden, mikä merkitsee n. 0,5 x 1013 hiukkasta/m2. Sitten muodostettiin kultasaoste esimerkissä 1 esitetyllä tavalla ja katodia testattiin esimerkissä 1 esitetyillä testeillä. Tulokset on esitetty taulukossa 1. Voidaan nähdä, että vety-ylijännite kasvoi hieman asteittain 20 päivän kuluessa, mutta että ylijännite pysyi alle 100 mV:ssa tämän jakson yli, mikä on hyvä, kuten yllä on esitetty, kloorialkaliteollisuuden normien kannalta.
Il 7 81613
Esimerkki 3 Tämä esimerkki havainnollistaa hopean käyttöä kullan vaihtoehtona esimerkin 1 mukaisessa katodissa- Esimerkin 1 mukainen menetelmä toistettiin, mutta hopeasaosteen tuottamiseksi kultasaosteen sijasta kloorikultahappoliuos korvattiin ho-peanitraattiliuoksella, joka sisälsi 0,06 g/1 hopeaioneja. Hopeasaostetta oli n. 0,2 g/m2f mikä on n. 1,9 paino-l päällysteen platinan ja ruteniumin yhteispainosta. Katodia testattiin esimerkin 1 mukaisesti ja tulokset on esitetty samoin taulukossa 1, josta nähdään, että vety-ylijännite pysyi hyvin alle 100 mV:n tasolla 20 päivän kuluttua, mikä osoittaa, että myös tämä katodi on hyvin kestävä rautamyrkyttymi-sen suhteen.
Vertailuesimerkki A
Esimerkin 1 raukaiset toimenpiteet toistettiin, mutta kullan saostamista ei suoritettu. Katodia testattiin samalla tavalla ja mitatut vety-ylijännitteet on esitetty taulukossa 1. Voidaan nähdä, että vain 8 päivän kuluttua vety-ylijännite oli 150 mV, mikä osoittaa, että sähkökatalysaattori oli myrkyttynyt pahasti katolyytissä olevalla raudalla.
Platina-rutenium-päällyste voidaan saostaa myös muilla menetelmillä, kuten suihkuttamalla, kunhan substraatin päälle muodostuu kestävä, tarttuva päällyste. Platina ja rutenium voidaan saostaa niiden esiasteiden, kuten oksidien muodossa, jotka sitten pelkistyvät pääasiassa metallimuotoon, kun niitä käytetään sähkökemiallisessa prosessissa, esimerkiksi kloorialkalikennossa. Uskotaan, että eurooppalaisessa patenttihakemuksessa n:o 0129374 esitettyä menetelmää voidaan käyttää vaihtoehtoisena tapana muodostaa platina-rutenium-päällyste. Vaikka tässä esitetään platinasta ja ruteniumok-sidista koostuva päällyste, testit ovat osoittaneet, että tämä käsittää pääasiassa platinaa ja ruteniumia metallisessa muodossa, ainakin sen jälkeen, kun sitä on käytetty kloorialkalikennossa.
8 61613
Hopeaa ja kultaa voidaan saostaa useimmilla tavanomaisilla saostusmenetelmillä, kuten ruiskuttamalla, galvanoimalla, maalaamalla tai suihkuttamalla. Ruiskutuksen etuna on se, että saostetun kullan tai hopean määrää voidaan kontrolloida hyvin ja se mahdollistaa vaaditun saostettavan päällyste-painon n. 1 minuutissa. Kultaa voidaan saostaa myös hienojen metallihiukkasten kolloidisen suspension avulla. Kuitenkin edullisinta on upottaa katodi kulta- tai hopeaioneja sisältävään liuokseen yllä esitetyllä tavalla tai ruiskuttamalla liuos katodin päälle, niin että kulta tai hopea saostuu spontaanisti.
Kulta- tai hopeasaostuksen mekanismia ei täysin ymmärretä, mutta esitetyn vaihtosaostusmenetelraän kohdalla uskotaan, että kulta tai hopea saostuu platina-rutenium-päällysteen päälle ja substraatin nikkeli liukenee. Kuten yllä mainittiin, kulta tai hopea pyrkii saostumaan erillisiin keskuksiin ja myöhemmät mikrokaaviot ovat osoittaneet hopean tai kullan solmumaisen kasvun platina-rutenium-päällysteen päällä. Kuitenkin hieman kultaa voi saostua myös nikkelisub-straatin avoimiin osiin ja joka tapauksessa päällysteen morfologia näyttää muuttuvan käytön aikana, koska se katalysoi reaktiota katodissa ja ryhmittää uudelleen eri lajeja.
On todettu, että myrkyttymiskestävyyttä voidaan parantaa olennaisesti saostamalla melko pieniä määriä kultaa. Esimerkiksi saostetun kullan määrä voi olla 0,1 - 11 paino-% (ja etenkin 1 - 6 paino-%) sähkökatalysaattoripäällysteen platinan ja ruteniumin koko painosta (mukaanlukien jonkin esiasteen metallipitoisuus). Pienemmät määrät ovat tehottomia, kun taas suuremmat saosteet eivät tartu hyvin katodiin. Hopea on tehokas samoina ja jopa pienempinä määrinä kuin 1 - 2 paino-% platina-rutenium-päällysteestä.
Ei-rautapitoisen sähköisesti johtavan substraatin tulisi koostua materiaalista, jonka sähköinen johtavuus ja korroosionkestävyys on riittävä ja joka voi vastaanottaa tarttuvan platinasta ja ruteniumista koostuvan saosteen. Mieluummin
II
9 81613 substraatti koostuu metallista, jonka elektrodi jännite on alhaisempi kuin platinan ja tietenkin nikkeli on edullisin, koska sitä käytetään laajalti kloorialkaliprosessissa. Vaihtoehtoisesti substraatti voi sisältää ytimen, esimerkiksi ruostumattomasta teräksestä, joka on varustettu koherentil-la, ei-huokoisella päällysteellä, joka on ei-rautametallia, kuten nikkeliä.
Kuten esimerkissä 2 on esitetty, katodien myrkyttymiskestä-vyyttä voidaan parantaa edelleen valmistamalla katodi, jossa on sähkökatalysaattori, jossa platina ja rutenium on sekoitettu orgaanisen polymeerin hiukkasten kanssa samoin kuin kulta- ja/tai hopeasaoste. Tällaiset katodit valmistetaan edullisesti valitsemalla sähköisesti johtava substraatti, joka koostuu vähintään yhdestä metallista (esimerkiksi nikkelistä), jonka elektrodi jännite on alhaisempi kuin platinan, sitten substraatti päällystetään platinaa ja ruteniu-mia ja myös orgaanisen polymeerin hiukkasia sisältävällä liuoksella. Tämä saa aikaan sekä platinan ja ruteniumin että orgaanisen polymeerin hiukkasten spontaanin saostumisen. Tällä tavalla päällystetty substraatti saatetaan sitten kosketuksiin liuoksen kanssa, joka sisältää kulta- ja/tai ho-peaioneja, jolloin kulta ja/tai hopea saostuu spontaanisti. Vaihtoehtoisesti platinan, ruteniumin, orgaanisen polymeerin hiukkasten ja kullan ja/tai hopean saostus voidaan saada aikaan samanaikaisesti saattamalla substraatti kosketuksiin liuoksen kanssa, joka sisältää platina-, rutenium- ja kulta-ja/tai hopeaioneja samoin kuin orgaanisen polymeerin hiukkasia, vaikkakin tässä menetelmässä galvanointiliuoksesta tahtoo tulla epästabiili, jolloin yksi tai useampi laji saostuu .
Käytetty polymeeri on orgaaninen homopolymeeri tai kopoly-meeri tai polymeerien seos pallomaisten hiukkasten muodossa, joka pystyy etenkin muodostamaan lyofobisen dispersion vesi-liuoksessa. Parhaimpana pidetty polymeeri on polytetrafluo-rieteeni (PTFE) ja se muodostaa helposti pallomaisten hiukkasten vesidispersion. Etenkin vesidispersio sisältää 0,5 - 10 81613 40 g/1 PTFE-hiukkasia. Hiukkasten keskimääräinen koko on etenkin 0,05 - 20 μιη ja polymeeriä saostetaan etenkin 0,0005 - 0,3 cm3/m2 substraatin pinta-alasta ennen pintakarhennus-käsittelyjä. Mieluummin orgaaniset hiukkaset muodostavat filmikerroksen ja korkeintaan 30 % hiukkasista tulisi olla vierekkäin, niin että saostettujen hiukkasten määrä on 0,1 x 1013 - 5 x 1013/m2 substraatin pinta-alasta ennen karhen- nusta. Tämä PTFE-hiukkasten saostusmenetelmä on samanlainen kuin PCT-patenttijulkaisussa W0 86/04364 on esitetty ja johon tässä viitataan.
On huomattava, että GB-patentissa 2074190b on esitetty katodi, joka on varustettu platina-ruteniurn-sähkökatalysaat-torilla.
Il 11 81613 TAULUKKO 1
Esim. . Ylijännite (mV) eri testausjaksojen (päivien) jälkeen
Testaus- päivien 0 1 2 -5- -'8 10 15 20 n: o A 30 42 43 110 150 1 92 90 90 82 84 94 86 90 2 24 26 34 38 44 34 62 48 3 60 58 88 60 I 64 57 45 78

Claims (9)

12 81613
1. Vetyä kehittävään sähkökemialliseen prosessiin soveltuva katodi, joka käsittää sähköisesti johtavan alustan, joka on valmistettu ei-rautametallista tai jossa on ei-rautametal-lista koostuva koherentti, ei-huokoinen päällyste, sähkö-katalysaattorin, joka käsittää platinasta ja ruteniumista tai niiden prekursoreista koostuvan saosteen johtavan alustan päällä, sekä saosteen, joka parantaa katodin myrkyttymis-kestävyyttä raudan suhteen verrattuna vastaavaan katodiin, jossa ei ole saostetta, tunnettu siitä, että saoste käsittää kulta- ja/tai hopeametallin.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen katodi, tunnettu siitä, että kultaa ja hopeaa seostetaan 0,1 - 11 paino-% koko platinaryhmän metallin painosta (mukaanlukien jonkin pre-kursorin metallipitoisuus).
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen katodi, tunnettu siitä, että alusta sisältää nikkeliä.
4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen katodi, tunnettu siitä, että sähkökatalysaattori sisältää myös orgaanisen polymeerin hiukkasia.
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen katodi, tunnettu siitä, että orgaaninen polymeeri on polytetrafluorieteeniä.
6. Menetelmä patenttivaatimuksen 1 mukaisen katodin valmistamiseksi, tunnettu siitä, että platinaa ja rute-niumia tai niiden prekursoreita seostetaan sähköisesti johtavan alustan päälle, joka on valmistettu ei-rautametallista tai jossa on ei-rautametallista koostuva koherentti, ei-huokoinen päällyste, ja kulta- ja/tai hopeametallista muodostetaan saoste.
7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että platina ja rutenium seostetaan vaihtosaos-tuksella. li 13 81613
8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kulta ja/tai hopea saostetaan vaihto-saostuksella .
9. Jonkin patenttivaatimuksen 6-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että platina ja rutenium saostetaan ensin ja sitten saostetaan kulta ja/tai hopea. 14 81013
FI873122A 1986-07-16 1987-07-15 Katoder laempliga foer vaetealstrande elektrokemiska processer. FI81613C (fi)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB868617325A GB8617325D0 (en) 1986-07-16 1986-07-16 Poison-resistant cathodes
GB8617325 1986-07-16

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI873122A0 FI873122A0 (fi) 1987-07-15
FI873122A FI873122A (fi) 1988-01-17
FI81613B FI81613B (fi) 1990-07-31
FI81613C true FI81613C (fi) 1990-11-12

Family

ID=10601136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI873122A FI81613C (fi) 1986-07-16 1987-07-15 Katoder laempliga foer vaetealstrande elektrokemiska processer.

Country Status (12)

Country Link
US (1) US4784730A (fi)
EP (1) EP0256673B1 (fi)
JP (1) JP2584778B2 (fi)
KR (1) KR950000644B1 (fi)
AU (1) AU606604B2 (fi)
CA (1) CA1311720C (fi)
DE (1) DE3776458D1 (fi)
ES (1) ES2028084T3 (fi)
FI (1) FI81613C (fi)
GB (1) GB8617325D0 (fi)
HK (1) HK179895A (fi)
NO (1) NO167047C (fi)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU7780291A (en) * 1990-03-13 1991-10-10 Boris M. Khudenko Method and apparatus for nuclear fusion
US5759944A (en) * 1993-04-20 1998-06-02 Johnson Matthey Public Limited Company Catalyst material
US5968325A (en) * 1997-01-07 1999-10-19 A.T.S. Electro-Lube Holdings Ltd. Auto-electrolytic hydrogen generator
CA2243219A1 (en) 1998-07-14 2000-01-14 A.T.S. Electro-Lube Holdings Ltd. Electrolytic generation of nitrogen
EP1739208B1 (en) 2004-04-23 2018-08-15 Tosoh Corporation Electrode for hydrogen generation, process for producing the same and method of electrolysis therewith
JP4341838B2 (ja) * 2004-10-01 2009-10-14 ペルメレック電極株式会社 電解用陰極
JP4771467B2 (ja) * 2005-11-17 2011-09-14 東亞合成株式会社 高純度水酸化アルカリ金属の製造方法
ITMI20091621A1 (it) * 2009-09-23 2011-03-24 Industrie De Nora Spa Elettrodo per processi elettrolitici con struttura cristallina controllata
KR20180128962A (ko) * 2016-04-07 2018-12-04 코베스트로 도이칠란트 아게 클로르-알칼리 전기분해를 위한 이중기능성 전극 및 전기분해 장치
JP6743483B2 (ja) * 2016-05-24 2020-08-19 東洋インキScホールディングス株式会社 水電解装置に用いられる触媒層形成用組成物、触媒層及び水電解装置
CN111293303B (zh) * 2018-12-06 2021-06-29 中国科学院大连化学物理研究所 一种镁水电池阴极及其制备方法与应用

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH340810A (de) * 1955-04-01 1959-09-15 Lonza Ag Verfahren zum Aktivieren der Kathodenflächen von elektrolytischen Wasserstofferzeugern
DE1567718A1 (de) * 1966-12-23 1970-07-02 Barthel Dipl Ing Dipl Chem Gue Elektrode fuer die elektrolytische Zerlegung von Salzsaeure und Verfahren zu ihrer Herstellung
JPS5128057A (ja) * 1974-08-31 1976-03-09 Matsushita Electric Works Ltd Denkikamisori
US4191618A (en) * 1977-12-23 1980-03-04 General Electric Company Production of halogens in an electrolysis cell with catalytic electrodes bonded to an ion transporting membrane and an oxygen depolarized cathode
IT1122699B (it) * 1979-08-03 1986-04-23 Oronzio De Nora Impianti Collettore elettrico resiliente e cella elettrochimica ad elettrolita solido comprendente lo stesso
US4293396A (en) * 1979-09-27 1981-10-06 Prototech Company Thin carbon-cloth-based electrocatalytic gas diffusion electrodes, and electrochemical cells comprising the same
GB2074190B (en) * 1980-04-22 1984-03-14 Johnson Matthey Co Ltd Electrode
JPS57143482A (en) * 1981-02-27 1982-09-04 Asahi Glass Co Ltd Cathode body, its manufacture and electrolyzing method
JPS58133387A (ja) * 1982-02-02 1983-08-09 Asahi Glass Co Ltd 低水素過電圧陰極及びその製法
GB8501479D0 (en) * 1985-01-21 1985-02-20 Johnson Matthey Plc Making polymer-modified electrode

Also Published As

Publication number Publication date
CA1311720C (en) 1992-12-22
AU7573287A (en) 1988-01-21
GB8617325D0 (en) 1986-08-20
EP0256673A1 (en) 1988-02-24
HK179895A (en) 1995-12-01
FI873122A0 (fi) 1987-07-15
AU606604B2 (en) 1991-02-14
NO872952L (no) 1988-01-18
EP0256673B1 (en) 1992-01-29
KR880001847A (ko) 1988-04-27
KR950000644B1 (ko) 1995-01-26
NO167047C (no) 1991-09-25
JP2584778B2 (ja) 1997-02-26
FI81613B (fi) 1990-07-31
ES2028084T3 (es) 1992-07-01
JPS6372897A (ja) 1988-04-02
DE3776458D1 (de) 1992-03-12
FI873122A (fi) 1988-01-17
NO167047B (no) 1991-06-17
NO872952D0 (no) 1987-07-15
US4784730A (en) 1988-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2268324C2 (ru) Электрод для применения при получении водорода (варианты) и способ его изготовления (варианты)
US5645930A (en) Durable electrode coatings
Endoh et al. New Raney nickel composite-coated electrode for hydrogen evolution
US4778578A (en) Deposition of catalytic electrodes of ion-exchange membranes
KR950011405B1 (ko) 전해용 음극 및 이의 제조방법
FI70601B (fi) Elektrodkonstruktion
JPS5917197B2 (ja) 溶融噴霧および浸出処理したニツケルまたはコルバト被覆を有する電解用電極
FI81613C (fi) Katoder laempliga foer vaetealstrande elektrokemiska processer.
US3974058A (en) Ruthenium coated cathodes
JP3612365B2 (ja) 活性陰極及びその製造法
US4184941A (en) Catalytic electrode
US5035789A (en) Electrocatalytic cathodes and methods of preparation
US5164062A (en) Electrocatalytic cathodes and method of preparation
US5227030A (en) Electrocatalytic cathodes and methods of preparation
JPH0790664A (ja) 低水素過電圧陰極とその製造方法
GB2074190A (en) Improved Electrode
GB2056495A (en) Process for the preparation of low hydrogen overvoltage cathodes
US4976831A (en) Process for making a polymer-modified electrode and process using same for chloralkali electrolysis
US5066380A (en) Electrocatalytic cathodes and method of preparation
EP0920544B1 (en) Durable electrode coatings
WO1985000389A1 (en) An electrode, processes for the manufacture thereof and use thereof
KR100432820B1 (ko) 내구성 전극 피막
JPH0244906B2 (fi)
JPS6146556B2 (fi)
JPS5967382A (ja) 水電解用陽極及びその製法

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Owner name: JOHNSON MATTHEY PUBLIC LIMITED COMPANY

MA Patent expired