NO115967B - - Google Patents

Description

Diffusjonselektrode for elektrokjemisk generator.

Foreliggende oppfinnelse angår en diffusjonselektrode for en elektrokjemisk generator, og en fremgangsmåte for fremstilling av denne elektrode.

Det er kjent at gass-diffusjonselektroder, sammen med en annen lignende eller forskjellig elektrode i en passende elektrolyt kan danne et element for økonomisk fremstilling av elektrisk energi fra en brennbar gasa, f.eks. hydrogen, og en forbrennende gass, f.eks. oksygen.

Disse elektroder har en porøsitet som gjør at de, ved hjelp av gassen ved et bestemt trykk, kan utjevne kapilær-kreftene i elektrolyten og utgjør således en anordning med flere faser inne i selve elektroden.

Utførelsen av slike gass-diffusjonselektroder byr på mange store tekniske vanskeligheter, særlig når det gjelder innretningene for tilførsel av gass og uttagning av den strøm som frembringes og tetningen mellom de forskjellige celler. Dessuten er det nød-vendig at elektroden er tilstrekkelig mekanisk sterk, noe som i alminnelighet gjør at cellen blir tung.

Foreliggende oppfinnelse går ut på en diffusjonselektrode for elektrokjemisk generator, hvor disse forskjellige vanskeligheter er løst enkelt og effektivt, og er av den art som omfatter en porøs metallbærer som særlig skal sikre dels en god mekanisk styrke og dels en god gassfordeling, et lag av aktivt material anbragt på denne bærer, i den høyde på denne hvor de elektrokjemiske reaksjoner skal foregå, samt et metallrør som munner ut i den porøse metallbærer og sikrer tilførselen av reaksjonsgass til elektroden, og det særegne ved elektroden i henhold til oppfinnelsen består i at den porøse metallbærer omfatter et stort antall små metallkuler som er fast forbundet med hverandre. Med små metallkuler skal det her forstås kuler med en diameter på fra 10 til 300 mikron.

Oppfinnelsen går også ut på en fremgangsmåte for fremstilling av

en gassdiffusjons-elektrode av den art som er angitt ovenfor, idet det særegne ved denne fremgangsmåte består i at i et første trinn blir et metallrør festet på et gitter eller en duk av metall på vilkårlig passende måte slik at det oppnås god elektrisk kontakt, f.eks. ved lodding, hvoretter gitteret, etter lakkering, forsynes med et belegg av små kuler på vilkårlig passende måte, f.eks. ved besprøyting, hvoretter det hele sintres for å oppnå en porøs og sterk gjenstand og ødelegge lakken, og til slutt forsynes den porøse bærer som er oppnådd på denne måten med et belegg av det aktive material som danner overflatelaget, idet denne belegging foretas på vilkårlig passende måte, f.eks. ved sprøyting eller impregnering i et bad.

Andre trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende be-skrivelse, under henvisning til vedføyde tegning. Fig. 1 viser et snitt gjennom en elektrode utført i henhold til oppfinnelsen. Fig.; 2 viser et snitt gjennom en to-polet elektrode, utført i henhold til oppfinnelsen, fortrinnsvis for bruk i serie-kobling. Fig. 3 viser skjematisk en samling av elektroder i henhold til oppfinnelsen, koblet i serie.

Den elektrode som er vist i fig. 1 er dannet av et gitter, eller en duk 1 av metall som bærer et belegg 2 av små kuler med små dimensjoner f.eks. med en diameter av størrelsesordnen 10 mikron, agglomerert slik at det dannes et homogent og porøst lag. 3 viser overflatelaget på elektroden, anbragt på den porøse metallbærer, og 4 betegner et metallrør som dels gjør det mulig å føre gass til elektroden og dels tjener som uttak for den elektriske strøm.

En fremgangsmåte for fremstilling av en elektrode i henhold til oppfinnelsen består spesielt i at i et første trinn blir et metall-rør festet på et gitter eller en duk av metall på vilkårlig passende måte slik at det oppnås god elektrisk kontakt, f.eks.

ved lodding, hvoretter gitteret, etter lakkering, forsynes med et belegg av små kuler^på vilkårlig passende måte, f.eks. ved be-sprøyting, hvoretter det hele sintres for å oppnå en porøs og sterk gjenstand og ødelegge lakken, og til slutt forsynes den porøse bærer som er oppnådd på denne måte med et belegg av det aktive material som danner overflatelaget, idet denne, belegging foretas på vilkårlig passende måte, f.eks. ved sprøyting eller impreg-1 nering i et bad, hvoretter gjenstanden bakes slik at det oppnås en porøs og sterk enhet. Når dette er gjort, ødelegges lakklaget som opprinnelig var anbragt på gitteret eller duken av metall. Når

det f.eks. brukes nikkel i metallkulene, foretas bakingen ved en temperatur i området mellom 500 og 1000°C.

På den porøse metallbærer som er oppnådd på denne måten, blir så overflatelaget for elektroden anbragt på hvilken som helst passende måte, f.eks. ved besprøyting, impregnering i et bad osv., og laget underkastes deretter varme- og mekanisk behandling på en slik måte som ikke utgjør noen del av foreliggende oppfinnelse.

På denne måten oppnås en elektrode som er mekanisk sterk og som

har enkle forbindelsesinnretninger både når det gjelder tilførsel av gass og uttagning av strøm..

Por å nedsette vekten av elektroden kan det være hensiktsmessig

som porøs metallbærer å bruke hule kuler.

Fig. 2 viser et snitt gjennom en to-polet elektrode med egenskaper som ligner dem som er beskrevet ovenfor.

Prinsippet for en slik elektrode er å forene to enkle elektroder ved hjelp av en metallisk leder slik at de kortsluttes<p>g å hindre gassdiffusjon fra en elektrode til den annen. På denne måte bpp-nås en dobbelt elektrode som med fordel kan brukes under seriekoblin.

En slik elektrode kan fremstilles ved at det på hver side av en gasstett metallfolie anbringes en porøs metallbærer for påføring av overflatelaget på elektroden, idet denne bærer omfatter til-førselesinnretninger for gass.

I fig. 2 betegner 5 en gasstett metallfolie, f.eks. av nikkel

eller sølv, hvor det på hver side, f.eks. ved lodding er anbragt et metallrør 6 henhv. 6<*>for tilførsel av gass. 7 henhv. 7' betegner det porøse material, som utgjøres av et agglomerat av meget små metallkuler som er bakt og anbragt slik at de danner elektrode-legemet.- 8 henhv. 8<*>betegner overflatelagene på elektroden, anbragt på de porøse metallbærere.

Flere"to-polede elektroder utført på denne måten kan med fordel anbringes i en enhet i serie med hverandre da det er tilstrekkelig å forsyne ett element med brennbar gass f.eks., hydrogen og et annet element med gass som underholder forbrenning, f.eks. oksygen!t at det under drift blir kortslutning mellom brennstoff-elektroden i en celle og den oksygenholdige elektrode i nabocellen, forutsatt at de er forbundet gjennom en metall-leder.

Fig. 3 viser skjematisk en slik enhet koblet i serie.

Som eksempel er det vist tre to-polede elektroder i henhold til oppfinnelsen med henhv. hydrogenelektrodene 22, 32, 42 som er tilført gass gjennom rørene 25, 35, 45 og oksygen-elektrodene 23, 33»43 som er tilført gass gjennom rørene 26, 36,46. Elektrodene er skilt ved hjelp av gasstette metallledere 24, 34, 44.

21, 31»41 betegner separatorer som er elektrisk isolerende og begrenser elektrolytkamrene 20, 30, >40, 50 i hver elementærcelle.

Et celle-element består av hydrogenelektroden i en to-polet elektrode og den oksygenelektrode som ligger overfor denne og som hører til den nærliggende to-polede elektrode og er forbundet med denne gjennom elektrolyten.

Således danner elektrodene 23, 32 og elektrolyten 30 eksempelvis et celle-element og det samme er tilfelle med elektrodene 33, 42 og elektrolyten 40.

På denne måten er det oppnådd en seriekoblet anordning da det under drift er kortslutning mellom brennstoffelektroden, f.eks. 32 i et celle-element og den oksygenholdige elektrode 33 i nabo-celle-elementet, forutsatt at de er forbundet gjennom metall-lederen 34.

Hvis det sørges for tilførsel av brennbar gass gjennom en hoved-

;ledning for anordningen av elektroder med brennbar gass, er det nødvendig å isolere tilførselsrørene for hver elektrode fra hverandre, noe som kan foregå ved at det mellom dem og hovedledningen å legges inn en isolerende slange, f.eks. av plast. Det samme gjelder tilførselen av forbrenningsgass.

Claims (8)

1. Gassdiffusjonselektrode for elektrokjemisk generator, som omfatter en porøs metallbærer som særlig skal sikre dels en god mekanisk styrke og dels en god gassfordeling, et lag av aktivt material anbragt på denne bærer, i den høyde på denne hvor de elektrokjemiske reaksjoner skal foregå, samt et metallrør som munner ut i den porøse metallbærer og sikrer tilførselen av reaksjonsgass til elektroden, karakterisert ved at den porøse metallbærer (1) omfatter et stort antall små metallkuler (2) som er fast forbundet med hverandre. r

2. Elektrode som angitt i krav 1, karakterisert ved at kulene (2) danner et belegg på et gitter eller en duk (1) av metall, idet kulene og gitteret eller duken er fast forbundet med hverandre.

3. Elektrode som angitt i krav 1, i bipolær form, karakterisert ved at den omfatter en metallfolie (5) som er gasstett og dekket på begge sider av et belegg av små metallkuler (7,7 <*> ) idet folien og kulene er fast forbundet med hverandre, og belegget danner bærer for et lag av aktivt material (8,8'.) og at metallrør (6,6') munner ut i dette belegg på hver side av metall-folien.

4. Elektrode som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at kulene er av nikkel.

5. Elektrode som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at metallkulene er hule.

6. Fremgangsmåte for fremstilling av en gassdiflusjonselektrode som angitt i krav 1 og 2, karakterisert ved at i et første trinn blir et metallrør festet på et gitter eller en duk av metall på vilkårlig passende måte slik at det oppnås god elektrisk kontakt,, f .eks. ved lodding, - hvoretter gitteret, etter lakkering, forsynes med et belegg av små kuler på vilkårlig passende måte, f.eks. ved besprøyting, hvoretter det hele sintres for å oppnå en porøs og sterk gjenstand og ødelegge lakken, og til slutt forsynes den porøse bærer som er oppnådd på denne måte med et belegg av det aktive material som danner overflatelaget, idet denne beligging foretas på vilkårlig passende måte, f.eks. ved sprøyting eller impregnering i et bad. •

7. Fremgangsmåte for fremstilling av en gassdiffusjonselektrode som angitt i krav 3, karakterisert ved at i et første trinn blir to metallrør festet på hver sin side av en gasstett metallfolie, f.eks; ved lodding, deretter forsynes hver side av folien med et belegg av små metallkuler og det foretas en sin-tring for å oppnå at kulene blir fast forbundet med folien, og endelig forsynes den gjenstand som er oppnådd på denne måten med et belegg av det aktive material som utgjør overflatelaget på elektroden.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 6 og 7, karakterisert ved at når det brukes nikkelkuler, foretas sintringen ved en temperatur i området 500-1000°C.