PL111741B2 - Carbon diffused oxygen electrode - Google Patents

Carbon diffused oxygen electrode Download PDF

Info

Publication number
PL111741B2
PL111741B2 PL1979213562A PL21356279A PL111741B2 PL 111741 B2 PL111741 B2 PL 111741B2 PL 1979213562 A PL1979213562 A PL 1979213562A PL 21356279 A PL21356279 A PL 21356279A PL 111741 B2 PL111741 B2 PL 111741B2
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
teflon
carbon
electrode
oxygen
weight
Prior art date
Application number
PL1979213562A
Other languages
English (en)
Other versions
PL213562A2 (pl
Inventor
Stanislaw Buda
Zofia Zwierzchowskanowakowska
Michalina Bosak
Dunin Kupsz
Original Assignee
Wojskowa Akad Tech
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 Wojskowa Akad Tech filed Critical Wojskowa Akad Tech
Priority to PL1979213562A priority Critical patent/PL111741B2/pl
Publication of PL213562A2 publication Critical patent/PL213562A2/xx
Publication of PL111741B2 publication Critical patent/PL111741B2/pl

Links

Classifications

    • 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

  • Inert Electrodes (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest weglowa dyfuzyjna elektroda tlenowa nadajaca sie do stosowania w tlenomie- rzach jak tez w ogniwach paliwowych, a wiec w urzadzeniach, w których zachodzi proces elektroredukcji tlenu.Znane dyfuzyjne weglowe elektrody tlenowe zawierajajako material elektrodowy wegiel aktywowany lub sadze zmieszane z katalizatorem (procesu elektroredukcji tlenu), substancjami wiazacymi i hydrofobizujacymi i ewentualnie z srodkiem porotwórczym np. z(NH4)2C03. Jako katalizatory stosuje sie np. metale szlachetne, katalizatory spinelowe lub ftalocyjaninowe, zas jako substancje wiazace i hydrofobizujace stosuje sie np. poliizo¬ butylen, polietylen, politetrafluoroetylen (teflon).Wlasciwosci dyfuzyjnych elektrod weglowych zaleza nie tylko od doboru materialów elektrodowych, ale równiez od konstrukcji elektrody.Znane sa np., w zastosowaniu do ogniw paliwowych, weglowe elektrody tlenowe dwuwarstwowe z siatka niklowa wprasowana miedzy obydwie warstwy. Warstwa zewnetrzna, od strony zetkniecia z faza gazowa ma zapewnic doplyw tlenu do miejsca reakcji elektrodowej oraz zapobiec wyciekowi roztworu elektrolitu. W arstwa ta musi wiec byc hydrofobowa i dostatecznie porowata. Warstwa wewnetrzna elektrody, od strony elektrolitu, jest miejscem elektroredukcji tlenu i w tej warstwie umieszcza sie katalizator. Warstwa ta powinna wyka2ywac zadowalajace przewodnictwo elektryczne. Siatka niklowa umieszczona miedzy obydwiema warstwami spelnia role kolektora naboju elektrycznego, podnosi przewodnictwo elektrody i wyprowadza nabój na zewnatrz.Wedlug danych przytoczonych np. w Biuletynie Wojskowej Akademii Technicznej nr 8, 1975, str. 70-73 warstwe zewnetrzna elektrody moze stanowic material weglowy z substancja wiazaca i srodkiem porotwórczym, zas warstwe wewnetrzna wegiel aktywowany, substancja wiazaca i katalizator np. srebrowy lub ftalocyjaninowy.Znane sa równiez elektrody, w których na siatke niklowa nanosi sie jednostronnie material elektrodowy pokryty porowata warstwa hydrofobowa. Elektrody takie wytwarza sie przez umieszczenie siatki niklowej w matrycy, naniesienie na nia równomiernej warstwy materialu elektrodowego i sprasowanie.Weglowe dyfuzyjne elektrody tlenowe stosuje sie w tlenomierzach, sluzacych do okreslania stezenia tlenu w powietrzu, jak tez w ogniwach paliwowych, stanowiacych elektrochemiczne zródlo pradu. Elektrody te spel-2 111741 niaja role katody, na której zachodzi elektroredukcja tlenu. Od wlasciwosci tych elektrod zalezy w duzym stopniu praca calego urzadzenia. Wiadomo, np., ze uklad zastosowany w tlenomieizach winien charakteryzowac sie stabilnoscia sygnalów pradowych i/lub napieciowych w czasie, duza czuloscia pradowa i/hib napieciowa,jak tez krótkim czasem odpowiedzi, to jest winien reagowac w mozliwie krótkim czasie na zmiany stezenia tlenu w powietrzu.W dotychczasowych rozwiazaniach aparaturowych uzyskuje sie czas odpowiedzi rzedu co najmniej okolo 10 minut, a najczesciej kilkunastu minut Celem wynalazku bylo skonstruowanie takiej elektrody weglowej, która umozliwialaby znaczne skrócenie czasu odpowiedzi tlenomierza. Uzyskanie szybkiej odpowiedzi ma istotne znaczenie przy okreslaniu stezenia tlenu np. w takich pomieszczeniachjak schrony, lodzie podwodne i im podobne.Stwierdzono, ze przez osadzenie materialu elektrodowego wraz z siatka metalowa w pierscieniu metalo¬ wym, uzyskuje sie elektrode, która powoduje znaczna poprawe parametrów tlenomierza, w tym równiez zredu¬ kowanie co najmniej o polowe czasu odpowiedzi urzadzenia.Elektroda wedlug wynalazku wykonana jest w postaci podtoczonego pierscienia metalowego, w którym osadzona jest siatka niklowa wraz ze sprasowanym z nia materialem elektrodowym, pokrytym warstwa hydrofo¬ bowa. Jako material elektrodowy zawiera w warstwie wewnetrznej (aktywnej) sadze lub wegiel aktywowany z naniesiona ftalocyjanina kobaltu (FtCo) i teflonem, zas w zewnetrznej porowatej warstwie hydrofobowej mie¬ szanine weglanu amonu z teflonem lub sam teflon.Sklad warstwy wewnetrznej (aktywnej) dobrany jest tak, ze na 50—75% wagowych sadzy lub wegla aktywowanego, zawierajacego 2,5—11% wagowych FtCo przypada 50—25% wagowydi teflonu. Warstwa zewne¬ trzna oparta na teflonie zawiera 0—30% wagowych weglanu amonowego.Material elektrodowy preparuje sie przez naniesienie na wegiel aktywowany lub sadze roztworu ftalocyja- niny kobaltu w kwasie siarkowym i nastepnie wytracenie FtCo przez zalanie calosci lodowata woda, kolejne przemyde do odczynu obojetnego i wysuszenie. Na sucha mieszanine nanosi sie nastepnie emulsje z teflonu (zemulgpwany proszek teflonowy w roztworze wodnobenzenowym) po czym teflon wytraca sie alkoholem.Jezeli w materiale elektrodowym wprowadza sie do warstwy zewnetrznej srodek porotwórczy w postaci weglanu amonu, wówczas elektrode po sprasowaniu nalezy dodatkowo wygrzewac w temperaturze 80—120°C, az do rozkladu srodka porotwórczego.W pierscieniu sporzadzonym np. z brazu lub mosiadzu, pokrytym elektrolitycznie warstwa srebra, niklu lub innego metalu odpornego na srodowisko reakcji, wytoczone sa 2 otwory.Przed zamontowaniem elektrody w komórce elektrolitycznej w jednym z otworów umocowuje sie konców¬ ke przewodu elektrycznego, a w drugim otworze mocuje sie kolek ustalajacy. Parametry pierscienia dobrane sa tak, aby jego srednica zewnetrzna odpowiadala srednicy gniazda w komórce elektrolitycznej. Srednice wewnetrz¬ na ustala sie w zaleznosci od zapotrzebowania wielkosci czynnej powierzchni elektrody.Elektrode wedlug wynalazku wykonuje sie w ten sposób, ze do podtoczenia wewnatrz pierscienia przyluto- wuje sie krazek z siatki niklowej. W otworach, uprzednio wytoczonydi w pierscieniu umocowuje sie zjednej strony kolek ustalajacy, a z drugiej strony koncówke przewodu elektrycznego. Tak przygotowana konstrukcje umieszcza sie w odpowiedniej matrycy, po czym na cala powierzchnie siatki nanowi sie równomiernie warstwe aktywna elektrody i wstepnie prasuje. Nastepnie nanosi sie warstwe mieszanki teflonowej ewentualnie z srod¬ kiem porotwórczymi calosc sprasowuje pod naciskiem okolo 1000 KG/cm2.Elektroda wedlug wynalazku przedstawiona jest w przekroju podluznym na zalaczonym rysunku. Na podtoczeniu pierscienia 1 umieszczona jest siatka niklowa 2, na która nalozona jest warstwa materialu aktywne¬ go 3, przykryta warstwa hydrofobowa 4. W pierscieniu 1 wywiercone sa dwa otwory, w których umocowanajest koncówka 5 przewodu i kolek ustalajacy 6.Elektroda wedlug wynalazku wmontowana w komórke elektrolityczna tlenomierza umozliwia skrócenie o 50% czasu odpowiedzi urzadzenia, to jest czasu potrzebnego do uzyskania 95% wartosci ustalonej sygnalu po zmianie stezenia tlenu w gazie badanym. Czas odpowiedzi mozna jeszcze znaczniej zredukowac przez zwieksze¬ nie oporu w obwodzie zewnetrznym, co jednak powoduje spadek czulosci.Niezaleznie od powyzszego elektroda ta wykazuje wysoka odpornosc na uszkodzenia mechaniczne (w elek¬ trodach dotychczas stosowanych material elektrodowy ulega stosunkowo szybko wykruszeniu). Po zuzyciu materialu elektrodowego pierscien metalowy moze byc ponownie stosowany do wytwarzania nastepnych elek¬ trod.Elektroda wedlug wynalazku nadaje sie równiez do stosowania w ogniwach paliwowych.Przyklad. Na krazek siatki niklowej pizyhitowanej do podtoczenia pierscienia z mosiadzu, powleczo¬ nego elektrolitycznie warstwa srebra, naniesiono w ilosci 0,053 g/cm2 mieszanke o skladzie: 63% wagowych111741 3 wegla aktywowanego Carbopol N, 7% wagowych FtCo, 30% wagowych proszku teflonowego. Calosc wstepnie sprasowano. Nastepnie naniesiono proszek teflonowy w ilosci 0,053 g/cm2 i calosc sprasowano stosujac nacisk 1000kG/cm2.Analogicznie jak wyzej wytworzono tradycyjna elektrode weglowa przez sprasowanie materialu elektrodo¬ wego na siatce niklowej (nie osadzonej w pierscieniu).Elektrody montowano w komórce elektrolitycznej o schemacie Zn(Hg) (KOH aq) 02(C) polaczonej z kom¬ ora powietrzna. Przez komore powietrzna przepuszczano kolejno powietrze, mieszanke tlenu i azotu o znanej zawartosci tlenu i znów powietrze i mierzono napiecie w obwodzie zewnetrznym. Otrzymano nastepujace wyniki, (patrz tabela) Tabela Typ elektrody Opór zewnetrzny [O] Czulosc napieciowa [mV/%obj.] Czas odpowiedzi [minuty] AU p_n? AU uCy At, p~^m Ar, m"^p Ac Ac bez pierscienia 5 12 14 9 15 zpierscieniem 5 13 13 5 4 z pierscieniem 10 8 8 4 2 AU p^m AU, nr ~ czulosc napieciowa — róznica ustalonych wartosci napiecia U podczas zmiany stezenia c Ac Ac tlenu w gazie badanym (powietrze (p) -? mieszanka (m) i mieszanka (m) - powietrze (p)) w przeliczeniu na 1% objetosciowy 02; A^p^m ^'^rm^p ~ czas odpowiedzi — czas potrzebny do uzyskania 95% wartosci ustalonej sygnalu po zmianie stezenia tlenu w gazie badanym (powietrze - mieszanka i mieszanka - powietrze).Zastrzezenia patentowe 1. Weglowa dyfuzyjna elektroda tlenowa zbudowana z wprasowanego w siatke niklowa materialu elektro¬ dowego zawierajacego jako warstwe aktywna mieszanine wegla aktywowanego lub sadzy, katalizatora procesu elektroredukcji tlenu i substancji wiazacej ajako warstwe hydrofobowa substancje wiazaca ewentualnie z dodat¬ kiem srodka porotwórczego, znamienna tym, ze wykonana jest w postaci pierscienia metalowego, w którym osadzona jest siatka niklowa z wprasowanym w nia materialem elektrodowym. 2. Weglowa dyfuzyjna elektroda tlenowa, wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze jako warstwe aktywna zawiera mieszanine wegla aktywowanego lub sadzy z ftalocyjanina kobaltu i teflonem, zas jako warstwe hydrofobowa mieszanine teflonu z weglanem amonowym lub sam teflon. 3.Weglowa dyfuzyjna elektroda tlenowa, wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, ze jako warstwe aktywna zawiera 50—75% wagowych sadzy lub wegla aktywowanego z dodatkiem 2,5—11% wagowych ftalocyjaniny kobaltu zmieszanych z 50—25% wagowymi teflonu, zas jako warstwe hydrofobowa sproszkowany teflon z dodatkiem 0—30% wagowych weglanu amonowego. ^rMS PL

Claims (3)

  1. Zastrzezenia patentowe 1. Weglowa dyfuzyjna elektroda tlenowa zbudowana z wprasowanego w siatke niklowa materialu elektro¬ dowego zawierajacego jako warstwe aktywna mieszanine wegla aktywowanego lub sadzy, katalizatora procesu elektroredukcji tlenu i substancji wiazacej ajako warstwe hydrofobowa substancje wiazaca ewentualnie z dodat¬ kiem srodka porotwórczego, znamienna tym, ze wykonana jest w postaci pierscienia metalowego, w którym osadzona jest siatka niklowa z wprasowanym w nia materialem elektrodowym.
  2. 2. Weglowa dyfuzyjna elektroda tlenowa, wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze jako warstwe aktywna zawiera mieszanine wegla aktywowanego lub sadzy z ftalocyjanina kobaltu i teflonem, zas jako warstwe hydrofobowa mieszanine teflonu z weglanem amonowym lub sam teflon.
  3. 3.Weglowa dyfuzyjna elektroda tlenowa, wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, ze jako warstwe aktywna zawiera 50—75% wagowych sadzy lub wegla aktywowanego z dodatkiem 2,5—11% wagowych ftalocyjaniny kobaltu zmieszanych z 50—25% wagowymi teflonu, zas jako warstwe hydrofobowa sproszkowany teflon z dodatkiem 0—30% wagowych weglanu amonowego. ^rMS PL
PL1979213562A 1979-02-19 1979-02-19 Carbon diffused oxygen electrode PL111741B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL1979213562A PL111741B2 (en) 1979-02-19 1979-02-19 Carbon diffused oxygen electrode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL1979213562A PL111741B2 (en) 1979-02-19 1979-02-19 Carbon diffused oxygen electrode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL213562A2 PL213562A2 (pl) 1980-01-02
PL111741B2 true PL111741B2 (en) 1980-09-30

Family

ID=19994654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL1979213562A PL111741B2 (en) 1979-02-19 1979-02-19 Carbon diffused oxygen electrode

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL111741B2 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL213562A2 (pl) 1980-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7695601B2 (en) Electrochemical test apparatus and method for its use
Maja et al. Effect of structure of the electrical performance of gas diffusion electrodes for metal air batteries
Dong et al. A novel structure of scalable air-cathode without Nafion and Pt by rolling activated carbon and PTFE as catalyst layer in microbial fuel cells
Kunz et al. The catalytic activity of platinum supported on carbon for electrochemical oxygen reduction in phosphoric acid
Xie et al. Microstructural changes of membrane electrode assemblies during PEFC durability testing at high humidity conditions
Kudo et al. Electrochemical Behavior of the Perovskite‐Type Nd1− xSrxCoO3 in an Aqueous Alkaline Solution
Schulze et al. Degradation of nickel anodes in alkaline fuel cells
Majid et al. Carbon paste electrode bulk-modified with the conducting polymer poly (1, 8-diaminonaphthalene): Application to lead determination
Primdahl et al. Durability and thermal cycling of Ni/YSZ cermet anodes for solid oxide fuel cells
JPH01253161A (ja) 燃料電池用電極
EP0500743A4 (en) Ceramic solid electrolyte based electrochemical oxygen concentrator cell and method of fabrication
Matsuzaki et al. Relationship between the steady-state polarization of the SOFC air electrode, La0. 6Sr0. 4MnO3+ δ/YSZ, and its complex impedance measured at the equilibrium potential
Selman et al. Application of ac impedance in fuel cell research and development
Jayanthi et al. Sensing behavior of room temperature amperometric H2 sensor with Pd electrodeposited from ionic liquid electrolyte as sensing electrode
Giner et al. Methods for Characterizing the Structure and Electrochemical Behavior of Teflon‐Bonded Pt Electrodes
Ryall et al. Highly sensitive operando pressure measurements of Li-ion battery materials with a simply modified Swagelok cell
Gagnon The Triangular Voltage Sweep Method for Determining Double‐Layer Capacity of Porous Electrodes: IV. Porous Carbon in Potassium Hydroxide
US3923627A (en) Miniature probe containing multifunctional electrochemical sensing electrodes
US4036724A (en) Device for the continuous determination of carbon monoxide content of air
Yuh et al. Characterization of fuel cell electrode processes by AC impedance
Zunic et al. Anode supported protonic solid oxide fuel cells fabricated using electrophoretic deposition
CA1244086A (en) Electrochemical gas sensor
PL111741B2 (en) Carbon diffused oxygen electrode
Liu et al. Calculation formula for apparent electrical resistivity of high porosity metal materials
US4037773A (en) Bonding of metals to solid electrolytes