Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania dyfuzyjnych elektrod weglo¬ wych, tlenowych lub powietrznych do elektroche¬ micznych zródel pradu.Stan techniki. Elektrody dyfuzyjne o budowie warstwowej zlozone sa glównie z przepuszczalnej dla gazów powloki hydrofobowej, warstwy katali¬ zatora i warstwy przewodzacej, przewaznie z siatki lub spieku niklowego.Warstwa zewnetrzna, hydrofobowa, przepuszczal¬ na dla gazów, musi byc nieprzenikalna dla elektro¬ litu. Elektrochemicznie czynna warstwa elektrody tlenowej zawiera skladniki o charakterze kataliza¬ torów elektroredukcji tlenu i jest czesciowo hy- drofobizowana.W tej warstwie zwilzonej przez elektrolit, na granicy trzech faz, nastepuje jonizacja tlenu. W weglowych elektrodach katalizatorem jest sam we¬ giel, wzglednie sluzy on jako nosnik dodatkowych katalizatorów.Elektrody dyfuzyjne omawianego typu umozli¬ wiaja pobieranie pradu o duzych gestosciach, przy stosunkowo niskiej polaryzacji.Znane sposoby wytwarzania warstw aktywnych elektrod weglowych oparte sa najczesciej na techni¬ ce proszkowej, w której mieszanine, zawierajaca rozdrobniony wegiel aktywny, katalizator i ewentu¬ alnie inne skladniki, jak czynnik porotwórczy, sro¬ dek hydrofobowy i wiazacy sprasowuje sie ze so¬ lo 15 20 25 30 ba i ewentualnie prazy lub poddaje obróbce roz¬ puszczalnikami.Inny .znany sposób polega na formowaniu elek¬ trod przez pastowanie wilgotnej mieszaniny hy¬ drofobizowanego wegla (zwilzonej woda lub rozpu¬ szczalnikiem niewodnym) i ewentualnie czynnika porotwórczego oraz obróbce mechanicznej i termi¬ cznej w celu utwardzenia elektrod. Tyimli zinainymi metodami otrzymuje sie stosunkowo grube war¬ stwy weglowe rzedu 1 mm lub wiecej, nie zawsze jednolicie sprasowane wskutek trudnosci z rów¬ nomiernym rozprowadzeniem proszku wzglednie pasty w formie. Grube warstwy weglowe ulegaja latwo trwalemu zalaniu elektrolitem, co powoduje zniszczenie elektrody, zwlaszcza przy wiekszych gestosciach pradu, praktycznie powyzej 10 mA/cmf.Wymagaja one równiez duzej ilosci czynnika hy- drofobizujacego np. policzterofluoroetylenu, co nie tylko powoduje zwiekszenie zuzycia materialu nieaktywnego elektrochemicznie, ale pogarsza stru¬ kture i wlasnosci katalityczne wegla. Dlatego w procesie wytwarzania elektrod weglowych istot¬ nym problemem jest odpowiednie hydrofobizowa- nie wegla w celu zabezpieczenia go przed calkowi¬ tym zalaniem porów.Znane sposoby uzyskania efektu zmniejszonej zwilzalnosci polegaja na hydrofobizowaniu calej masy wegla przez dodawanie wodnej zawiesiny tworzywa o silnych wlasnosciach hydrofobowych, najczesciej policzterofluoroetylenu lub nasycaniu 110 274z 110 274 4 wegla i katalizatorów tworzywem hydrofobowym w rozpuszczalnikach organicznych przed lub po sprasowaniu elektrody. Ilosc dodawanego* tworzy¬ wa jest uwarunkowana nie tylko .uzyskaniem od¬ powiedniego stopnia zhydrofobizowania wegla, ale uzalezniona jest równiez od jego wlasnosci wia¬ zacych i wynosi najczesciej 20—50%.Istota wynalazku. Sposób wedlug wynalazku po¬ lega na hydrofobizowaniu czesci wegla przeznaczo¬ nego na elektrody, zmieszaniu na mokro lub na sucho z pozostala czescia wegla aktywnego i ewen¬ tualnie dodatkami, a nastepnie sprasowaniu su¬ chej mieszaniny, po czym uzyskane wypraski wal¬ cuje sie na zimno lub na cieplo do pozadanej gru¬ bosci.Ilosc wegla przeznaczonego do skoagulowania srodka hydrofobizujacego i jednoczesnie wiazacego jest tak dobrana (20—50%), zeby z jednej strony byla wystarczajaco, duza dla zapewnienia calej ma¬ sie wegla odpowiedniej wytrzymalosci mechanicz¬ nej (plastycznosci) w toku dalszej obróbki oraz od¬ pornosci na nasiakanie elektrolitem, a z drugiej strony jest maksymalnie ograniczona w celu uspra¬ wnienia procesów elektrodowych, zachodzacych na granicy fazy cieklej i gazowej wewnatrz elektro¬ dy.W tym celu do wodnej zawiesiny czesci 2iO—50% korzystnie 30%, wegla aktywnego, przeznaczonego na elektrody dodaje sie wodna zawiesine srodka hydrofobizujacego, na przyklad policzterofluoroety- lenu, zawierajaca 3—15%, korzystnie 10% suchej masy tego srodka hydrofobizujacego w stosunku do calej masy wegla.Mieszanie wegla, zawierajacego skoagulowany srodek hydrofobowy z pozostalymi skladnikami elektrody, to jest pozostala czescia wegla aktyw¬ nego i ewentualnie innymi dodatkami, np. dwu¬ tlenkiem manganu osadzonym na sadzy jako do¬ datkowa substancja katalityczna, prowadzi sie al¬ bo na mokro dodajac te skladniki do roztworu za¬ wierajacego wegiel i skoagulowany srodek hydro- fobizujacy, a nastepnie suszy sie az do zawartosci 0,5—4% wody i rozdrabnia albo miesza na sucho, po odsaczeniu i wysuszeniu wegla hydrofobizowa- nego.Uzyskana w wyniku mieszania na mokro lub na sucho mieszanine o zawartosci 0,5—4% wody, pra¬ suje sie na cieplo w temperaturze ponizej 100°C na cienkie plytki lub tasme, przy czym nastepuje lepsze niz na zimno ujednolicenie porowatosci i grubosci plytki wzglednie tasmy, a takze czescio¬ wa hydrofobizacja wegla aktywnego.Otrzymane wypraski weglowe walcuje sie na zimno lub cieplo w temperaturze ponizej 100°C jednorazowo lub kilkakrotnie, zaleznie od pozada¬ nej grubosci.Walcówki weglowe po przycieciu na odpowiedni wymiar, sprasowuje sie z jednej strony z odprowa¬ dzeniem pradowym, a z drugiej strony z warstwa zaporowa.Sposobem wedlug wynalazku otrzymuje sie dy¬ fuzyjne elektrody tlenowe lub powietrzne o cien¬ kiej warstwie aktywnej i porowatej strukturze oraz dobrych wlasnosciach dyfuzyjnych. Takie ele¬ ktrody mozna obciazac duzymi gestosciami pradu do 80 mA/cm2 bez nadmiernych strat polaryza¬ cyjnych, a ich trwalosc wynosi co najmniej 1000 godzin.Zaleta sposobu wedlug wynalazku jest jednoli- 5 ta grubosc i mozliwosc regulacji grubosci tasm weglowych, jednorodna gestosc i porowatosc ma¬ sy weglowej, latwa przyczepnosc do hydrofobowej warstwy zaporowej oraz siatki kolektorowej. Du¬ za zaleta tasmy weglowej, otrzymanej sposobem 10 wedlug wynalazku, jest jej elastycznosc i mozli¬ wosc wycinania z niej elektrod dowolnego ksztal¬ tu.Wazna korzyscia sposobu wedlug wynalazku jest mozliwosc wybitnego obnizenia zawartosci czynni- 15 ka hydrofobizujacego i jednoczesnie wiazacego w elektrodzie az do 3%, powodujac jednoczesnie mniejsze ograniczenie powierzchni wlasciwej we¬ gla aktywnego i tym samym pozwalajac wyko¬ rzystac w szerszym stopniu jego wlasnosci katali- 20 tyczne.Przyklad I. Do wodnego roztworu zawiesiny wegla aktywnego, uzyskanego przez zmieszanie 700 cm8 wody destylowanej i 16 g wegla, odmierza sie po kropli 4,5 g 60% emulsji policzterofluoro- 2 etylenu, rozcienczonej woda w stosunku wagowym, jak 1:110, mieszajac nieprzerwanie. Po 20 minutach od momentu dodania ostatniej porcji policzteroflu- oroetylenu wsypuje sie 35 g wegla aktywnego oraz dwutlenek manganu, osadzony na sadzy, jako do- 30 datkowy katalizator. Po wymieszaniu zawiesine saczy sie pod próznia, przemywa i nastepnie suszy w temperaturze 70°C az do uzyskania zawartosci wody w granicach 0,5—4,0%.Sucha mieszanke rozdrabnia sie w mlynku uda- __ rowym i przenosi do formy do prasowania, bio- rac okolo 60 mg mieszanki na 1 cm2 powierzchni jej dna.Mieszanke sprasowuje sie na cieplo w tempera¬ turze 45°C pod cisnieniem 300 kG/cm2. Otrzyma¬ na wypraske przewalcowuje sie w temperaturze pokojowej, dobierajac odstep miedzy walcami za¬ leznie od zadanej grubosci walcówki weglowej. Z tak otrzymanej walcówki weglowej wycina sie ksztaltki o zadanej wielkosci elektrod i sprasowuje je w formie pod cisnieniem 300 kG/cm2 z jednej stro¬ ny z odprowadzeniem pradowym, a z drugiej strony z warstwa zaporowa.Przyklad II. Do wodnego roztworu zawiesi¬ ny wegla aktywnego, uzyskanego przez zmiesza- 50 nie 7-00 cm' wody destylowanej i 16 g wegla, od¬ mierza, sie po kropli 15 g emulsji poMczterofluoro- etylenu, rozcienczonej woda w stosunku wagowym, jak 1:1Q, mieszajac nieprzerwanie. Po wymiesza¬ niu zawiesiny saczy sie pod próznia, przemywa a 55 nastepnie suszy w temperaturze 709C az do uzys¬ kania zawartosci wody w granicach 0,5—4,0%- W celu uformowania wyprasek miesza sie w mlynku udarowym 1/z wegla teflonowanego i 2/3 wegla wyj¬ sciowego z dodatkowym katalizatorem, po czym 60 uzyskana w ten sposób mieszanke przenosi sie do formy w ilosci okolo 60 mg mieszanki na 1 cm2 powierzchni jej dna. Nastepnie mieszanke spraso¬ wuje sie na cieplo w temperaturze 45°C pod ci¬ snieniem 300 kG/om2. 65 Otrzymana wypraske przewalcowuje sie w tern-5 110 274 6 peraturze pokojowej, jednorazowo lub kilkakrotnie, dobierajac odstep miedzy walkami zaleznie od za¬ danej grubosci walcówki weglowej. Z tak otrzy¬ manej walcówki weglowej wycina sie ksztaltki o zadanej wielkosci elektrod i sprasowuje je w for¬ mie pod cisnieniem 300 kG/cm2 z odprowadzeniem pradowym z jednej strony i warstwa zaporowa z drugiej strony.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania dyfuzyjnych elektrod weglowych, tlenowych lub powietrznych, polegaja¬ cy na hydrofobizowaniu wegla i mieszaniu go z innymi skladnikami, a nastepnie suszeniu i praso¬ waniu otrzymanej mieszaniny, znamienny tym, ze czesc, stanowiaca 20—50%, korzystnie 30% roz¬ drobnionego wegla aktywnego, przeznaczonego na elektrody, hydrofob izuje sie za pomoca wodnej za¬ wiesiny srodka hydrofobizujacego, zawierajacej 3— 15%, korzystnie 10%, suchej masy srodka hydrofo- bizujacego w stosunku do calej masy wegla, po czym pozostala czesc wegla aktywnego oraz inne dodatki miesza sie na mokro ze zhydrofobizowana czescia wegla, a uzyskane z mieszaniny sprasowane plytki lub tasme poddaje sie procesowi walcowa¬ nia. 2. Sposób wytwarzania dyfuzyjnych elektrod weglowych, tlenowych lub powietrznych, polegaja¬ cy na hydrofobizowaniu wegla i zmieszaniu go z innymi skladnikami, a nastepnie suszeniu i praso¬ waniu otrzymanej mieszaniny, znamienny tym, ze czesc, stanowiaca 20—50%, korzystnie 30%, roz¬ drobnionego wegla aktywnego, przeznaczonego na elektrody hydrofobizuje sie za pomoca wodnej za¬ wiesiny srodka hydrofobizujacego, zawierajacej 3— 15%, korzystnie 10% suchej masy srodki hydro-\ fobizujacego w stosunku do calej masy wegla, po czym pozostala czesc wegla aktywnego oraz inne dodatki miesza sie na sucho z wysuszona czescia wegla zhydrofoibizowanego, a uzyskane z miesza¬ niny sprasowane plytki lub tasmy poddaje sie pro¬ cesowi walcowania. 10 15 PL