NO153376B - Oksygendepolarisert katode og anvendelse derav - Google Patents

Oksygendepolarisert katode og anvendelse derav Download PDF

Info

Publication number
NO153376B
NO153376B NO794198A NO794198A NO153376B NO 153376 B NO153376 B NO 153376B NO 794198 A NO794198 A NO 794198A NO 794198 A NO794198 A NO 794198A NO 153376 B NO153376 B NO 153376B
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
oxygen
electrode
cathode
electrocatalyst
porous
Prior art date
Application number
NO794198A
Other languages
English (en)
Other versions
NO153376C (no
NO794198L (no
Inventor
Placido M Spaziante
Antonio Nidola
Original Assignee
Diamond Shamrock Techn
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 Diamond Shamrock Techn filed Critical Diamond Shamrock Techn
Publication of NO794198L publication Critical patent/NO794198L/no
Publication of NO153376B publication Critical patent/NO153376B/no
Publication of NO153376C publication Critical patent/NO153376C/no

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
    • C25B11/093Electrodes 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 noble metal or noble metal oxide and at least one non-noble metal oxide
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90Selection of catalytic material
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Primary Cells (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører oksygendepolarisert katode og anvendelse derav i elektrolyse av saltoppløsning.
Halvcelle-elektrodereaksjoner med oksygen-ionisasjon opp-trer i forskjellige elektrokjemiske systemer, slik som sink-oksygen-alkaliske batterier, oksygen-hydrogen-brenselceller og hydrogen-depolarisatorer i flere forskjellige reaksjoner. Reaksjonene krever porøse, ledende elektroder, hvori det er spesielt viktig å tilveiebringe en passende katalysator. Porøse ledere uten katalytisk aktivitet, slik som porøst karbon (f.eks. grafitt) har vært benyttet for å omdanne oksygen til hydroksyl-ioner ifølge reaksjonen:
men deres effektivitet er ofte utilstrekkelig. Reaksjon (1) gjøres effektiv ved inkorporering av en passende katalysator i den porøse strukturen, spesielt ved rimelig høye strøm-tettheter på over 10 <-4> amp/mm 2. Porøst karbon uten katalysator er egnet for bruk ved anvendelser hvor det er ønsket relativt lave strømtettheter. Det kan også være tilfreds-stillende f.eks. for å undertrykke hydrogenutvikiing ved en katode. Oksygenelektroden, f.eks. gasselektroden, ved hvilken en oksygenholdig gass omdannes til hydroksyl-
ioner, omfattet imidlertid fortrinnsvis en ledende porøs struktur aktivert med et metalloksyd, med katalytisk aktivitet for reaksjon, og slike elektroder omfatter oksydene av sølv, gull, jern, mangan, kobolt, kobber og andre. I mange tilfeller kan oksygen- (eller porøs katode) elektroden inneholde metallet som kan danne katalytisk aktive oksyder, og oksydet kan dannes in situ ved en forutgående oksydasjons-behandling. De kjente katalysatorer viser imidlertid en skarp økning i elektrode-polarisasjonen med en økning i strømtettheten.
US patent nr. 3.520.729 beskriver en blanding av sølvoksyd og hydratisert mangandioksyd som en positiv batterielektrode, og US patent nr. 3.948.752 beskriver en blanding av et kompleks av et platinagruppe-metalloksyd med en forbin-delse med formel Ag MnO_, hvor x er 0,3 ^x < 0,7 som elektrodebelegg.
US patent nr. 3.793.083 beskriver en fremgangsmåte for dannelse av en elektrode fra blandede katalysatorpulvere bestående av m-taller som Ag, Co, Fe, Mn, Tl og Ni. Elektrodene er nyttige som anode eller oksygenkatode i brensels-celler .
Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en ny oksygendepolarisert katode omfattende en elektrokatalysator for oksygenionisasjon og bruken av nevnte katode i elektrolyse av saltoppløsning.
Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveie-bragt en oksygendepolarisert katode innbefattende et porøst substrat inneholdende en elektrokatalysator, og denne katoden er kjennetegnet ved at elektrokatalysatoren er (a) platinametall og (b) et hydratisert oksyd av mangan, hvor molarforholdet for (a) til (b) er fra 0,5 til 2. Graden av porøsitet hos basismaterialet kan variere, men
er fortrinnsvis mellom 30 og 70.
Nevnte oksygendepolariserte katode som definert ovenfor, anvendes ifølge oppfinnelsen ved elektrolyse av salt-oppløsning.
Foreliggende elektrokatalysator har et lavt isoelektrisk punkt, og er utmerkede katalysatorer for oksygen-ionisasjon i alkaliske media, og viser ingen betydelig økning i overpotensial når strømtettheten øker, hvilket er tilfelle for tidligere kjente elektrokatalysatorer, slik som perovskit og koboltoksyder. Elektrokatalysatorene synes å virke som en H+ kilde i alkaliske oppløsninger etter følgende reaksjon: som akselerer trinn (2) i følgende elektron-overførings-reaksjon:
Elektrokatalysatorene er derfor også nyttige for dannelse av elektroder i primære og sekundære alkaliske sink-oksygen-batterier og oksygen-hydrogen-brenselceller.
Det elektrisk ledende porøse substrat kan være laget av et hvilket som helst passende materiale, slik som grafitt-eller karbontråder osv., men er fortrinnsvis et sintret metall som er motstandsdyktig overfor de elektrokjemiske betingelser i cellen, slik som nikkel eller likerettermetaller. Eksempler på likerettermetaller er tantal, titan, vanadium, hafnium, zirkonium og wolfram. Mest foretrukket er porøst titan.
Elektroden kan dannes enten på elektrokjemisk-strømfri eller på elektrokjemisk-termisk måte, eller ved hjelp av en annen egnet metode. Et porøst substrat kan anvendes som katode for å elektrolysere en smeltet saltblanding inneholdende hydratiserte metallsalter, slik som Mn(N03)2 og platinanitrat, hvorved et bunnfall av platina og mangandioksyd dannes på det katodisk polariserte substrat ved følgende reaksjoner:
Den andre metoden for fremstilling av elektrodene omfatter elektrolyse av et smeltet salt av B-komponenten med et porøst substrat som katode for å avsette Mn(OH)2 på katoden, påføre en oppløsning av et oppløselig platinasalt på den resulterende elektrode, tørke den belagte elektrode og oppvarme denne i luft ved en temperatur som er høy nok til å danne elektrodekatalysatoren ifølge reaksjonen:
Som eksempel på et egnet oppløselig salt av metallkomponent A, er Pt(NH.j)2'°9 oppløsningen er fortrinnsvis en vandig syre, slik som salpetersyre med en pH-verdi på 0-2. Det foretrukne oppvarmingsområde er 150-330°C, og fremgangs-måten kan gjentas for å bygge opp mengden av katalysator til den ønskede mengde, fortrinnsvis 30-300 g/m 2 av utsatt overflate på det porøse substrat.
En elektrolyseprosess som anvender foreliggende katoder, omfatter elektrolyse av saltoppløsning i elektrode-mellomrommet mellom en anode og nevnte oksygendepolariserte katode.
Oksygenet som innføres ved katoden, er fortrinnsvis våt eller fuktig, fordi lavere overpotensialer oppnås. Mengden av oksygen.som tilsettes, vil variere etter de forhold under hvilke cellen drives.
Følgende eksempel illustrerer foretrukne utførelser av oppfinnelsen.
Eksempel
To porøse nikkelsubstrater ble benyttet som katoder i elektrolysen av smeltet Mn(N03)2 . H^O ved en strømtetthet på 100 A/m^, og en av de resulterende elektroder ble der-etter belagt med en vandig ammoniakalsk oppløsning av 14 g/l Pt(NH3)2' kle tørket og oppvarmet ved 330°C i 30 minutter i en trykkluftovn. Den sistnevnte prosess ble gjentatt inntil elektroden hadde øket i vekt med 50 g/m 2.
En tredje elektrode ble dannet ved å gjenta prosessen direkte med et porøst nikkelsubstrat.
De tre elektrodene ble benyttet som katoder i en klor-oksygen-depolarisert celle med en anolytt inneholdende 200 g/l natriumklorid, og en katolytt inneholdende 150 g/l natriumhydroksyd. Cellen ble operert ved 90°C med en strøm-tetthet på 1,0 KA/m 2med fuktig og tørr oksygen. Resultatene er angitt i tabell I.
Resultatene i ovenstående tabell viser at foreliggende elektroder har et lavere overpotensial på omtrent 0,6-0,8 volt enn elektrodene som har har én av de to komponentene som elektrokatalysator.

Claims (4)

1. Oksygendepolarisert katode innbefattende et porøst substrat inneholdende en elektrokatalysator, karakterisert ved at elektrokatalysatoren er (A) platinametall og (B) et hydratisert oksyd av mangan, hvor molarforholdet for (A) til (B) er fra 0,5 til 2.
2. Katode ifølge krav 1, karakterisert ved at molarforholdet for (A) til (B) er 1.
3. Katode ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved- at substratet er porøst nikkel.
4. Anvendelse av en oksygendepolarisert katode innbefattende et porøst substrat inneholdende som elektrokatalysator (A) platinametall og (B) et hydratisert oksyd av mangan, med et molarforhold for (A) til (B) fra 0,5 til 2, ved elektrolyse av saltoppløsning.
NO794198A 1979-01-15 1979-12-20 Oksygendepolarisert katode og anvendelse derav. NO153376C (no)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/003,729 US4214970A (en) 1979-01-15 1979-01-15 Novel electrocatalytic electrodes

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO794198L NO794198L (no) 1980-07-16
NO153376B true NO153376B (no) 1985-11-25
NO153376C NO153376C (no) 1986-03-05

Family

ID=21707296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO794198A NO153376C (no) 1979-01-15 1979-12-20 Oksygendepolarisert katode og anvendelse derav.

Country Status (9)

Country Link
US (1) US4214970A (no)
EP (1) EP0013572B1 (no)
JP (1) JPS5597487A (no)
AT (1) ATE8801T1 (no)
CA (1) CA1126331A (no)
DE (1) DE3068755D1 (no)
MX (1) MX154765A (no)
NO (1) NO153376C (no)
ZA (1) ZA796439B (no)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0153356A1 (en) * 1983-08-18 1985-09-04 Eltech Systems Corporation Manufacture of oxygen evolving anodes with film-forming metal base and catalytic oxide coating comprising ruthenium
FR2579628A1 (fr) * 1985-03-29 1986-10-03 Atochem Cathode pour electrolyse et un procede de fabrication de ladite cathode
JP2541530B2 (ja) * 1985-10-29 1996-10-09 コモンウェルス、サイエンティフィク、エンド、インダストリアル、リサ−チ、オ−ガナイゼ−ション 固体電解質装置及びその製造方法
US4698144A (en) * 1986-05-15 1987-10-06 The Dow Chemical Company Apparatus for balancing electrolytic cell gas with circulating electrolyte
US5246791A (en) * 1988-07-06 1993-09-21 Johnson Matthey Public Limited Company Fuel cell containing a reforming catalyst
CA2016517C (en) * 1989-05-11 1999-01-12 Dale R. Shackle Solid state electrochemical cell having microroughened current collector
US6660680B1 (en) 1997-02-24 2003-12-09 Superior Micropowders, Llc Electrocatalyst powders, methods for producing powders and devices fabricated from same
US6753108B1 (en) * 1998-02-24 2004-06-22 Superior Micropowders, Llc Energy devices and methods for the fabrication of energy devices
US6967183B2 (en) * 1998-08-27 2005-11-22 Cabot Corporation Electrocatalyst powders, methods for producing powders and devices fabricated from same
US7138354B2 (en) * 1998-02-24 2006-11-21 Cabot Corporation Method for the fabrication of an electrocatalyst layer
US6632557B1 (en) 1999-10-26 2003-10-14 The Gillette Company Cathodes for metal air electrochemical cells
US6534033B1 (en) * 2000-01-07 2003-03-18 Millennium Cell, Inc. System for hydrogen generation

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE523770A (no) * 1952-10-25
US2838462A (en) * 1956-03-20 1958-06-10 Robert N Pease Catalyst for carbon monoxide oxidation
GB1164477A (en) * 1965-12-28 1969-09-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Electrochemical Electrode
US3793083A (en) * 1968-12-30 1974-02-19 Gen Electric Method of forming an electrode of mixed catalyst powders
US3926773A (en) * 1970-07-16 1975-12-16 Conradty Fa C Metal anode for electrochemical processes and method of making same
US3900342A (en) * 1971-05-03 1975-08-19 Siemens Ag Silver catalyst and a method of its manufacture
DE2502894C3 (de) * 1975-01-24 1981-12-03 Bayer Ag, 5090 Leverkusen Ruthenium-Trägerkatalysator
DE2549621C3 (de) * 1975-11-05 1980-02-21 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Katalysator für Luftelektroden elektrochemischer Zellen und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2652152A1 (de) * 1975-11-18 1977-09-15 Diamond Shamrock Techn Elektrode fuer elektrolytische reaktionen und verfahren zu deren herstellung
DD137365A5 (de) * 1976-03-31 1979-08-29 Diamond Shamrock Techn Elektrode
FR2356286A1 (fr) * 1976-06-25 1978-01-20 Anvar Compositions destinees a des applications electrochimiques et electrodes qui en sont formees
DE2630092A1 (de) * 1976-07-03 1978-01-05 Rhein Westfael Elect Werk Ag Verfahren zur herstellung einer elektrochemisch und/oder katalytisch wirksamen substanz

Also Published As

Publication number Publication date
US4214970A (en) 1980-07-29
MX154765A (es) 1987-12-11
JPS5740228B2 (no) 1982-08-26
EP0013572A2 (en) 1980-07-23
ATE8801T1 (de) 1984-08-15
DE3068755D1 (en) 1984-09-06
EP0013572B1 (en) 1984-08-01
NO153376C (no) 1986-03-05
CA1126331A (en) 1982-06-22
JPS5597487A (en) 1980-07-24
EP0013572A3 (en) 1980-08-06
NO794198L (no) 1980-07-16
ZA796439B (en) 1980-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0004169B1 (en) Electrochemical cell with an electrode having deposited thereon an electrocatalyst; preparation of said cell
US4402815A (en) Electrodes containing nickel alloys as electrocatalysts
US8372775B2 (en) Catalyst for oxygen reduction
CA1077888A (en) Manganese dioxide electrodes
NO150532B (no) Anordning ved nivaamaaler
NO153376B (no) Oksygendepolarisert katode og anvendelse derav
US4363707A (en) Activated nickel-containing electrode and its use particularly for water electrolysis
Tiwari et al. Electrocatalysis of oxygen evolution/reductionon LaNiO3 prepared by a novel malic acid-aided method
US4269670A (en) Electrode for electrochemical processes
US4132620A (en) Electrocatalytic electrodes
Chang et al. An investigation of thermally prepared electrodes for oxygen reduction in alkaline solution
US3284332A (en) Fuel cell electrode
EP0034447A2 (en) Electrocatalyst
JPS6139398B2 (no)
Swette et al. Oxygen electrodes for rechargeable alkaline fuel cells. III
US3615840A (en) Fuel cell and fuel cell electrode comprising a sulfurated compound of tungsten and oxygen
US4115238A (en) Selenium- and tellurium-coated metal electrodes
US4108745A (en) Selenium-containing coating for valve metal electrodes and use
US4407908A (en) Cathode for an electrolyser
WO2023189350A1 (ja) 電解用電極及びその製造方法
US3728159A (en) Electrochemical cell with modified crystalline disulfide electrocatalysts
JP6926782B2 (ja) 水素発生用電極及びその製造方法並びに水素発生用電極を用いた電気分解方法
SU537126A1 (ru) Электрод дл электрохимических процессов
EP0101422A2 (en) Surface modified electrode
Kötz RuO2/IrO2 electrocatalysts for anodic O2 evolution