SE447396B - Elektrod, i synnerhet for elektrolys av vattenlosningar, forfarande for framstellning av elektroden samt anvendning av densamma - Google Patents

Description

447 596 2 För sänkning av kloröverspänningen vid en anod har man stu- derat olika sorts material för substratet och behandlingsåtgärder.

Vissa av dessa har använts praktiskt.

Det har visat sig önskvärt att använda en elektrod med låg väteöverspänning och antikorrosiva egenskaper efter utvecklandet av diafragmametoden för elektrolys med användning av ett diafragma.

Vid konventionell elektrolys av en vattenlösning av alkali- metallklorid med användning av ett asbestdiafragma har man använt järnplåt såsom katod.

Man har föreslagit behandling av ytan av ett järnsubstrat genom sandblästring för att minska väteöverspänningen på järn- substratet (se exempelvis Surface Treatment Handbook, sid. 541-542 (Sangyotosho) av Sakae Tajima). Asbestdiafragmametoden har emel- lertid såsom olägenheter låg koncentration av natriumhydroxid upp- gående till ca 10 - 13 viktprocent och förorening av natriumkloriden i vattenlösning med natriumhydroxid. Av detta skäl har man under- sökt elektrolys av en vattenlösning av alkalimetallklorid med an- vändning av jonbytarmembran såsom diafragma och utvecklat denna metod till praktisk användning. Vid den sistnämnda metoden kan en vattenlösning av natriumhydroxid med hög koncentration av 25 - 40 viktprocent erhållas. Om järnsubstrat användes såsom katod vid elektrolysen brister järnsubstratet genom spänningskorrosions- sprickbildning eller också upplöses en del av järnsubstratet i en katolyt på grund av hög koncentration av natriumhydroxid vid hög temperatur, exempelvis 80 - l20°C, vid elektrolysen.

Man har föredragit att använda alkalibeständiga antikorrosiva substrat, exempelvis järn-nickellegeringar, järn-nickel-kromlege- ringar, nickel, nickellegeringar och kromlegeringar, såsom substrat till katoden. Vid elektrolys av en vattenlösning av alkalimetall- klorid med användning av sådana katoder blir emellertid väteöver- spänningen hög och den elektriska effektförbrukningen är'stor och vidare blir produktionskostnaden för elektrolysprodukterna hög jämfört med kostnaderna vid användning av järnkatoden. I före- liggande sammanhang avses med substrat materialet i elektroden och med etsningsbehandling avses etsning.

Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma en elektrod med hög alkalibeständighet och låg överspänning.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en katad, 447 396 3 som är lämpad för elektrolys av en vattenlösning av alkalimetall- klorid med jonbytarmembranmetoden.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en elekt- rod som bibehåller låg väteöverspänning under lång tidrymd.

Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma_ en elektrod, i synnerhet en katod, med vilken väteöverspänningen effektivt sänkes och sänkningseffekten bibehålles under lång tid- rymd vid elektrolys med användning av korrosionsbeständigt substrat såsom elektrod.

Elektroden enligt uppfinningen är framställd genom bortetsning av åtminstone en del av en första metallkomponent från ett legerings- substrat och kännetecknas av att elektroden framställts genom nort- etsning med alkalimetallhydroxid av krom från en legering av a) järn, nickel och krom, b) järn, nickel, molybden och krom eller c) nickel, molybden och krom, innehållande l-30 % krom, så att porer med ett djup av 0,01-50 um är utformade i ytan av elektroden i en mängd av 105-108 per l cmz.

På den bifogade ritningsfiguren är figur l ett ternärt diagram, som visar en lämplig metall- sammansättning vid ytan av elektrodsubstratet för användning enligt uppfinningen, figur 2 är ett ternärt diagram, som visar en lämplig metall- komposition vid ytskiktet av den behandlade elektroden, och figur 3 är ett diagram, som visar sambandet mellan väteöver- spänning och tiden.

Ytan av elektroden enligt uppfinningen har mycket god alkali- beständighet och har finporös struktur, varigenom effekten med låg väteöverspänning kan bibehållas under lång tidrymd.

Krom kan i de angivna legeringarna bortetsas med en alkali- metallhydroxid men är icke lätt upplösbart vid normala elektrolys- betingelser.

Järn, nickel och molybden i dessa legeringar har låg väteöver- spänning och bör icke upplösas i en vattenlösning av alkalimetall- hydroxid under de betingelser, vid vilka krom upplöses.

Metallsubstrat med ytor framställda av legeringen innefattar kommersiellt tillgängligt rostfritt stål, nickellegeïingar, exem- pelvis nichrome, Inconel, lllium (Burgess Parr Co., A.f.s.) och 447 396 4 Hastelloy-426 (Haynes Setellite Co., A.f.s.), som är lättillgäng- liga, och elektroder med låg väteöverspänning och lång livslängd kan framställas och är lämpade för användning för industriella ändamål.

Det optimala förhållandet är 15 - 25 viktprocent av den första metallkomponenten samt 85 - 75 viktprocent av den andra metallkomponenten.

Det är möjligt att införliva andra komponenter i legerings- substratet, om egenskaperna hos legeringen icke försämras väsent- ligt, t.ex. platinagruppmetall, oxider av platinagruppmetaller samt legeringar av platinagruppmetaller. Den totala mängden järn, nickel, krom och molybden i legeringen som användes för elektrodsubstratet är mer än 70 viktprocent.

Typerna och sammansättningarna av de optimala legeringar som användes såsom elektrodsubstrat är rostfritt stål av austenitisk typ med sammansättning enligt figur 1, varvid Fe + Ni + Cr = lOO.

Detta innebär att de optimala legeringarna innefattar 10 - 30 vikt- procent Cr, 5 - 55 viktprocent Ni och 35 - 85 viktprocent Fe.

Legeringar innehållande 10 - 30 viktprocent Cr, 5 - 45 viktprocent Ni och 45 - 75 viktprocent Fe användes även med gott resultat.

Legeringar innehållande 15 - 25 viktprocent Cr, 5 - 40 viktprocent Ni och 45 - 75 viktprocent Fe föredrages även.

Det rostfria stålet kan utgöras av rostfritt stål av marten- sitisk typ, rostfritt stål av ferritisk typ eller rostfritt stål av austenitisk typ. Det är optimalt att använda rostfritt stål av austenitisk typ med hänsyn till låg väteöverspänning och lång var- aktighet. Det är i synnerhet lämpligt att använda rostfria stål av typerna SUS 304, SUS 304L, SUS 316, SUS 309, SUS 3l6L och SUS 3lOS enligt definitionen i japansk industristandard. Det är även särskilt lämpligt att använda legeringarna av typ NAS l44MLK, NAS l74X, NAS 175, NAS 305, NAS 405E, etc. (tillverkade av Nippon Yakin K.K.). Legeringar med dessa sammansättningar är lämpade såsom substrat för elektroder som ger låg väteöverspänning och är kommersiellt tillgängliga till låg kostnad.

Enligt uppfinningen framställes elektroder med användning av ett substrat med yta av legeringen ifråga. Elektrodsubstratet kan utgöras av enbart legeringen eller kan även ha ett legeringsskikt på ytan av substratet. Legeringsskiktet bör ha ett djup av 0,01 ~ 50 um från substratets yta. 44-7 596 5 Elektrodsubstraten med legeringsskíkt kan framställas med användning av kommersiellt tillgängliga rostfria stål eller nickel- legeringar.

Enligt föreliggande uppfinning är framställningen av lege- ringarna icke av kritisk betydelse. Sålunda kan exempelvis metall- komponenterna blandas omsorgsfullt i form av fint pulver och bland- ningen kan legeras med konventionella metoder, exempelvis smält- -störtkylningsmetoden, legerings-elektropläteringsmetoden, icke- -elektrisk pläteringsmetod för legeringar, katodisk förstoftnings- metod för legeríngar, etc.

Metallsubstrat med en legering enligt uppfinningen vid ytan kan framställas.

Formen av metallsubstratet överensstämmer väsentligen med formen av elektroden.

Enligt föreliggande uppfinning avlägsnas åtminstone en del av kromhalten selektivt från ytan av elektrodsuhstratet, så att många fina porer med ett djup av ca 0,01 till 50 um i en mängd av 103-108 per 1 cm* (antalet porer per l cmz) erhålles.

Om djupet är mindre än det angivna omrâdet kan en tillfreds- ställande överspänningssänkande effekt icke påräknas och varaktig- heten är förhållandevis kort. Om djupet överstiger det angivna området kan en ytterligare förbättring icke påräknas och behand- lingen kompliceras med ofördelaktiga svårigheter.

Om antalet porer överstiger det angivna intervallet kan en tillfredsställande överspänningssänkande effekt icke förväntas och varaktigheten blir förhållandevis kort och vidare försämras den mekaniska hållfastheten delvis, så att den blir otillfredsställande.

Om krom avlägsnas från ytan av legeringssubstratet, som använ- des såsom elektrod, så att många fina porer bildas med ett djup av ca 0,01 - 20 pm i en mängd av ca 106-107 per l cmz, sänkes väteöver- spänningen särskilt effektivt och varaktigheten förbättras på ett fördelaktigt sätt.

Elektrodens yttillstånd (porositet) kan mätas med den elekt- riska dubbelskiktskapacitansen. Med hänsyn till varaktigheten av den låga väteöverspänningen är det lämpligt att denna överstiger 5000 uF/cmz och företrädesvis överstiger 7500 pFfcm* samt speciellt överstiger 10.000 uF/cmz. Den elektriska dubbelskiktskapatitansen är den joniska dubhelskiklskapacitannan. Gm den spvwiíiha ylan ökas 447 396 6 genom ökning av porositeten, ökas den joniska dubbelskiktskapaci- tansen hos elektrodytan. Porositeten hos ytan av elektroden kan därför beräknas med ledning av värdet på den elektriska dubbelskikts- kapacitansen.

Den andel av kromhalten som avlägsnas från ytan av legerings- substratet, som användes såsom elektrod, uppgår lämpligen till ca l0 - 100 % och i synnerhet 30 - 70 % av kromhalten inom den del som är belägen på ett djup av 0,01 - 50 pm från ytan.

Om andelen av kromhalten som avlägsnas understiger det angivna intervallet, blir den väteöverspänningssänkande effekten icke till- räckligt kraftig.

Om det austenitiska rostfria stål som visas på figur l an- vändes såsom substrat är sammansättningen av legeringen i ytskiktet hos elektroden som återstår efter avlägsnandet av åtminstone en del av den första metallkomponenten företrädesvis den sammansätt- ning som anges på figur 2, enligt vilken ytskiktet innefattar 15 - 90 viktprocent Fe, l0 - 75 viktproccnt Ni och 0 - 20 vikt- procent Cr, företrädesvis 20 - 75 viktprocent Fe, 20 - 70 vikt- procent Ni och 5 - 20 viktprocent Cr samt i synnerhet 30 - 65 vikt- procent Fe, 30 - 65 viktprocent Ni och 5 - 20 viktprocent Cr.

Figur 2 visar de genomsnittliga komponenterna i ytskiktet hos elektroden till ett djup av O - 50 um.

Vid förfarandet för avlägsnande av krom enligt uppfinningen kan krom selektivt avlägsnas genom i det följande angiven etsning.

Om den genom etsning behandlade elektroden användes såsom katod vid elektrolys av en vattenlösning av alkalimetallklorid, upplöses återstående krom icke väsentligen under elektrolysen. När därför elektroden enligt föreliggande uppfinning användes, försämras icke kvaliteten av den natriumhydroxid som erhålles från katodkammaren i elektrolyscellen.

Vidare har elektroden enligt uppfinningen låg väteöverspänning och lång livslängd.

För att avlägsna åtminstone en del av kromhalten från ytan av metallsubstratet kan följande behandlingar användas: En kemisk ets- ning genom neddoppning av legeringssubstratet i en hydroxidlösning som selektivt upplöser krom, t.ex. natriumhydroxid och bariumhyd- roxid, etc., eller en elektrokemisk etsningsbehandling för selektiv upplösning av den första metallkomponenten från ytan av legerings- 447 396 7 substratet genom anodisk polarisering i en lösning av alkalimetall- hydroxider.

När den i det föregående angivna kemiska etsningen användes är det lämpligt att genomföra denna vid ca 90 ~ 250OC under ca l - 500 timmars tid, företrädesvis 15 - 200 timmars tid. Ets- ningen kan genomföras under högt tryck eller i inert gasatmosfär.

Lösningen av alkalimetallhydroxid, exempelvis natriumhydroxid, kaliumhydroxid, är särskilt effektiv såsom etslösning. Koncentra- tionen ligger vanligen inom området 5 - 80 viktprocent, företrädes- vis 30 - 75 viktprocent, i synnerhet 40 - 70 viktprocent av NaOH vid 90 - 25o°c samt i synnerhet 120 - 2oo°c och speciellt 130 ~ 1so°c.

Om etsningen genomföres i en lösning av alkalimetallhydroxid och elektroden användes såsom katod vid elektrolys av en vatten- lösning av alkalimetallklorid, är det lämpligt att använda betingel- ser beträffande koncentration och temperatur som är mer krävande än de betingelser som uppträder vid inverkan av alkalimetallhydroxi- den i katodkammaren. Under dessa betingelser kommer den återstående första metallkomponenten icke att upplöses ytterligare under an- vändning av elektroden.

När elektrokemisk etsning användes kan följande tvâ metoder utnyttjas.

Såsom en sådan metod är det lämpligt att genomföra anodisk polarisering av legeringssubstratet till en mättad kalomelelektrod i en elektrolyscell vid en potential av -3,5 till +2,0 volt under 1 - 500 timmars tid.

Såsom en andra metod är det lämpligt att använda en potential vid den anodiska polariseringen till legeringssubstratet i en elektrolyscell och behandla detta med en strömtäthet av 100 uA till 1o.ooo A/amz under 1 - soo timmars tia.

Enligt föreliggande uppfinning kan sandblästring eller tråd- borstning användas tillsammans med etsningen.

Om behandling för åstadkommande av en rå eller ojämn yta, exempelvis sandblästring eller borstning, användes före etsningen, kan etsningen effektivt åstadkommas inom en kort tidrymd. För åstadkommande av förbehandlingen är det lämpligt att åstadkomma porer med ett djup av 0,01 - 50 um i en mängd av 103 - 106 per l cmz på ytan av legeringssubstratet.

Formen av elektroden enligt uppfinningen är icke begränsad. 447 596 8 Man kan exempelvis använda lämpliga former, såsom plåtar med många porer för gasurladdning eller gasavgivande eller porfria material samt remsor eller band, nät och sträckmetall.

Hela elektroden kan utföras av legeringen ifråga eller också kan elektroden ha en kärna av titan, koppar, järn, nickel eller rostfritt stål och ett beläggningsskikt (elektrodens funktionella yta) utförd av legeringen som användes enligt uppfinningen.

Uppfinningen tydliggöres i det följande närmare med utförings- exempel.

Exempel 1.

Båda ytorna av en plåt av rostfritt stål av typen SUS-304 (Fe 71 %, Cr 18 %, Ni 9 %, Mn 1 %, Si 1 % och C 0,06 %) med jämn yta och en storlek av 50 x 50 x 1 mm sandblästrades likformigt med a-aluminiumoxidsand (150 - 100 um) i en sandblästringsanordning under ca 2 minuters tid på vardera ytan.

Ytan undersöktes med svepelektronmikroskop (tillverkat av Nippon Denshi K.K.) för fastställande av djupet av porerna som uppgick till 0,08 - 8 um och antalet porer som var ca 4 x 105 per 10 cmz.

I en autoklav med volymen 1000 cm3 utförd av SUS-304 infördes en bägare med volymen 500 ml av fluorplast (fluorplasten för bägaren utgjordes av polytetrafluoreten enligt exemplen) och 400 ml 40%-ig vattenlösning av Na0H beskickades, varefter den sandblästrade plåten neddoppades och etsningen av plåten genomfördes vid l50°C under 65 timmars tid under ett tryck av ca 1,3 kp/cmz G.

Plåten uttogs och ytan av plåten observerades med svepelektron~ mikroskop. Djupet av porerna på ytan uppgick till 0,1 - 10 um och antalet porer var ca 4 x 106/cmz.

Den genomsnittliga sammansättningen av legeringen i ytskiktet till djupet 0 - 50 um var 58 % Fe, 31 % Ni, 10 % Cr, 0,5 % Mn, 0,5 % Si och 0,02 % C.

Den elektriska dubbelskiktskapacitansen uppmättes med den i det följande angivna metoden och uppgick till 12.000 UF/cmz.

Provstycket neddoppades i 40%~ig vattenlösning av NaOH vid 25OC och en platiniserad platinaelektrod med en ytstorlek av 100 gånger den skenbara ytan av provstycket infördes så att man erhöll ett par olektroder och cellens impedans uppmättes med Kohlraushs brygga, varefter den elektriska dubbelskíktskapacitansen hos piov- .fiw 32:» *J Lai \§§ C' stycket beräknades.

Elektrolys av en vattenlösning av natrinmklorid genomfördes med användning av den behandlade plåten såsom katod och ett titan» nät belagt med ruteniumoxid såsom anod.

En membran av perfluorsulfonsyra (Naphion"l20, tillverkad av DuPont, A.f.s.) användes såsom diafragma. En mättad vattenlösning av NaCl med pH-värdet 3,3 användes såsom anolyt och en vattenlösning av NaOH (570 g/liter) användes såsom katolyt, Temperaturen i elektrolyscellen hölls vid 90°C och strömtätheten hölls vid 20 A/dmz.

Katodpotentialen i förhållande till en mättad kalomelelektrod upp- mättes med användning av Luggil-kapillär. Väteöverspänningen be- räknades till 0,06 volt.

När den obehandlade plåten av rostfritt stål (SUS-304) användes såsom katod i stället för den behandlade, uppgick väteöverspänningen till 0,20 volt.

Exemgel 2 - l§¿ På det sätt som anges i exempel l ctsades dc i det följande angivna plåtarna med natriumhydroxid och väteöverspänningsvärden uppmättes. Resultaten anges i det följande.

Plåtarna innehöll följande komponenter: sus-3o4L= Fe 71 %, cr 18 %, Ni 9 %, Mn 1 %, si 1 a, c o,o2 %. sus-316: Fe 68 %, cr 17 %, Ni 11 %, no 2,5 %, nn 1 %, S1 0,5 %, c 0,08 %. sus-316L= Fe 68 %, cr 17 %, Ni 11 %, Mo 2,5 %. sUs~31os= Fa 54 %, cr 25 %, Ni 20 a, S1 1 et Hastelloy C: Fe 6 %, Cr 14 %, Ni 58 %, Mo l4 %, W 5 %, Co 2,5 %, V 0,5 %.

Hastelloy A: Fe 20 %, Cr 0,5 %, Ni 57 %, Mn 2 %, Mo 20 %, Si 0,5 %. 447 596 10 .H Hamßmà .mfiwwmkwun ÜWÉ MGÜMHAXWMHU Gmiwßflumaußflm. m” QWHMÛH “N ...ß .EE Oäfi mmumñmflwwmnu _^HmwmE wnmmmmw Hflmßwëzumuum "H « ".Emm Nam .man nåd.. mmfiamvw Ja 36 maa maa 85 56 ...QLQ 26 36 ia EJ äa .H6 mos äöwm . wnfluummflnwumm 26 .Sa 35 wma Nmä 35 Qma 36 amd 26 amd 36 35 36 Mwpzå 36 Maud 310 wmå 56 mïo mïo 36 35 36 åä 3.0 36 âá .wmëgmswnø ^>V mflflsfiwmm |Hw>mmum> 3 3 .ä 3 3 3 mm m6 25 EE omm mm EN om Ev vä AUOV 02 of of 02 02 of G2 0.3 E: å; G2 03 92 03 hsfiämmama nmmflmmøfluøn |wpw|momz m2 m3 m2 m3 m3 m2 m2 m2 m2 wfi ä: mo. m2 m3 Hfiom “Qím .fwæ am av an. mm “Q “Q av “Q nå* “Ä MQ. “Ä .fimßcm < u mšm 13% mä uåm .åm 3:.. ä» å» åm än än wow Éfimpms »ozfimmm »ozflwmm ämm -wDm -mmm -www -mmm -mom -mmm -mmm Luám -mom -wuw -wow èoåu f f ï 2 2 3 2 m w __. m m w m N fläawxm 447 396 ll Den elektriska dubbelskiktskapacitansen hos elektroderna uppmättes till följande värden: Elektrisk dubbelskikts» Exempel kapacitans (uF/cmz) 2 l4.000 3 18.000 4 9.500 5 l .OOO G 8.500 7 8.500 8 15.000 9 13.000 10 14.000 ll 10.000 12 8.500 13 7.500 14 8.000 15 8.500 Exemgel 16 - 21.

På det i exempel 1 angivna sättet etsades de i det följande angivna plåtarna med natriumhydroxid och väteöverspänningen samt elektriska dubbelskiktskapacitansen uppmättes. Resultaten anges i det följande. Plâtarna innehöll följande komponenter: SUS 3095: Fe 64 %, Cr 22 %, Ni 13 %, Mn 0,05 %, Si 0,8 %, C mindre än 0,03 %.

NAS l44MLK: Fe 68 %, Cr 16 %, Ni 15 %, Mn 1,7 %, Si 0,8 %, C 0,01 %.

NAS l75X: Fe 69 %, Cr 17 %, Ni 22 %, Mn 1,4 %, Si 0,7 %, Cr 0,02 %. 4-4-7 3% 12 Tabell II.

Exempel 16 17 18 19 20 21 Katod- material SUS-3095 DUÄS-144 Dflllí NAS- 1 7 4X SUS~316L SUS-3108 SUS-3093 Antal porer sx1w axlfi msxlfi 4x1w 4=<1o6 4X1o6 Na0H-ets- Koncentra-~ tion av Na0H (%) betingelser 40% 40% 40% 70% 70% Tempera- tur (°C) 160 160 160 165 165 Tid (h) 65 65 65 50 50 Väteöver- spänning (V) Obehand- lad Efter sand- blästring Efter etsning 0,40 o¿4 oflo 0,38 mas 0,12 mas m22 mlo mos mm Q40 0,24 mo? Elektrisk dubbel- Ékikts apaclšans 1 10,000 9,500 10.000 .13.000 13.500 12,500 Exempel 22.

En varaktighetsprovning av elektroden enligt exempel 8 genom- fördes under samma elektrolysbetingelser som enligt exempel l.

Under ca 3000 timmars elektrolysbehandling uppgick väteöver- spänningen till 0,10 volt, vilket var lika med väteöverspänningen vid början.

Exempel gå¿ Båda ytorna av en plåt av rostfritt stål SUS-304 med jämn yta och en storlek av 50 x 50 x l mm behandlades likformigt genom sandblästring med @-aluminiumoxidsand (150 - 100 um) i en sand- 447 396 13 blästringsanordning under ca 2 minuters tid på vardera ytan.

I en bägare med volymen 500 ml av fluorplast infördes 400 ml av en 40%-ig vattenlösning av NaOH och en potentiostatisk polari- sering genomfördes, Den sandblästrade elektroden hölls vid ~O,3 V i förhållande till en mättad kalomelelektrod med potentie- staten (tillverkad av HOKUTO D. K.K.) under 3 timmars tid vid 12000 i bägaren.

Ytan av den erhållna plåten undersöktes med svepelektron- mikroskop (tillverkat av Nippon Denshi K.K.), varvid man fann att pordjupet var 0,1 - 10 um och antalet porer var ca 4 x 106 per 1 cmz.

Genomsnittssammansättningen av legeringen i ytskiktet till ett djup av O - 50 um var 57 % Fe, 35 % Ni, 7 % Cr, 0,5 % Mn, 0,5 % Si och 0,02 % C.

Den elektriska dubbelskiktskapacitansen var 10.500 UF/cmz.

Elektrolys av en vattenlösning av natriumklorid genomfördes med användning av den behandlade plåten såsom katod och ett titan- nät belagt med ruteniumoxid såsom anod.

En membran av perfluorsulfonsyra användes såsom diafragma.

En mättad vattenlösning av NaCl med pH 3,3 användes såsom anolyt och en vattenlösning av Na0H (570 g/liter) användes såsom katolyt.

Temperaturen i elektrolyscellen hölls vid 900C och strömtätheten hölls vid zo zl/dmz.

Katodpotentialen mot en mättad kalomelelektrod uppmättes med användning av Luggil-kapillär. En väteöverspänning av 0,12 volt beräknades.

Vid användning av obehandlad plåt av rostfritt stål (SUS~304) såsom katod i stället för den behandlade plåten uppgick väteöver- spänningen till 0,36 volt.

När plåt av rostfritt stål (SUS-304), som behandlats genom sandblästring, användes såsom katod uppgick väteöverspänningen till 0,20 volt.

Exempel 24 - 28¿ Man genomförde på det i exempel 23 angivna sättet potentio- statisk polarisering under följande betingelser och uppmätte väte- överspänningen. Resultaten anges i det följande.

Sammansättningen av lödlegering 426 var följande: Ni 42 %, Cr 6 %, Fe 50 %. 447 3% l4 Tabell III.

Exempel 24 25 26 27 28 Katodmaterial SUS-304 SUS-3l6 SUS-3108 Hastelloy Lödlege-F C ring 426' Betingelser vid potentiostatisk polarisering Temperatur (°c) lzo 120 130 130 130 Tid, (h) 1o 1o lo lo 1o Väteöver- spänning (V) Obehandlad 0,36 0,37 0,40 0,42 0,41 Efter sand- bläštrings- 0,20 0,21 0,20 0,18 0,18 behandling Efter etsning 0,ll 0,10 0,08 0,07 0,08 Exemgel 29.

En livslängdsprovning för elektroden enligt exempel 26 genomfördes under samma elektrolysbetingelser som användes vid exempel 22.

Efter ca 3000 timmars elektrolystid var väteöverspänningen 0,07 - 0,09 volt, vilket icke innebär någon väsentlig förändring.

Exemgel 30.

I en bägare med volymen 500 ml av fluorplast infördes en plåt av rostfritt stål (SUS-304) med jämn yta och en storlek av 50 x 50 x l mm och 400 ml av en 40%-ig vattenlösning av NaOH beskickades och bägaren infördes i en autoklav med volymen 1000 ml utförd av rostfritt stål SUS-304, varefter etsning genomfördes vid 20000 under 300 timmars tid under ett tryck av ca 1,5 kp/cmz G.

Den etsade plåten uttogs och undersöktes med svepelektron- mikroskop tillverkat av Nippon Denshi K.K. Pordjupet var 0,1 - 10 um och antalet porer var ca 4 x 106 per l cmz.

De genomsnittliga halterna av legeringskomponenterna i yt- skiktet till ett djup av O - 50 um var 57 % Fe, 37 % Ni, 5 % tr, 0,1 % Mn, 0,02 % Si och 0,02 % C.

Den elektriska dubbelskiktskapacitansen var 16.000 uF/cmz. 447 396 15 Elektrolys av en vattenlösning av NaCl genomfördes med an- vändning av den etsade plåten såsom katod och ett titannät belagt med ruteniumoxid såsom anod.

En perfluorsulfonsyramembran (Naphion 120, tillverkad av DuPont, A.f.s.) användes såsom diafragma.

En mättad vattenlösning av NaCl med pH 3,3 användes såsom anolyt och en vattenlösning av NaOH (570 g/liter) användes såsom katolyt. Temperaturen i elektrolyscellen hölls vid 9OOC och strömtätheten hölls vid 2o A/dmz.

Katodpotentialen mot en mättad kalomelelektrod mättes med användning av Luggil-kapillär. Väteöverspänningen beräknades till 0,07 volt.

Vid användning av obehandlad plåt såsom katod i stället för etsad plåt var väteöverspänningen 0,36 volt.

Exempel 31.

En livslängdsprovning av elektroden enligt exempel 30 genom- fördes under samma elektrolysbetingelser som enligt exempel 22.

Efter ca 3000 timmars elektrolys var väteöverspänningen 0,07 volt, vilket överensstämmer med utgângsöverspänningen.

Exempel 32.

En plåt av rostfritt stål av typ SUS~304 med jämna ytor behandlades på det i exempel l angivna sättet genom etsning med 40%-ig vattenlösning av NaOH vid lOOOC under 100 timmars tid.

Den elektriska dubbelskiktskapacitansen var 4500 uF/cmz. Var- aktigheten av väteöverspänningsvärdet uppmättes. Resultaten visas i figur 3 tillsammans med resultaten av varaktighetsprov~ ningar av elektroder enligt exempel 6 och 30.

På figur 3 betecknas med C) resultaten enligt exempel 32, med resultaten enligt ezremyuel 6 och med (ä) resultaten enligt exempel 30.

Claims (10)

ie 447 596 PATENTKRAV

1. Elektrod, i synnerhet för elektrolys av vattenlös- ningar, framställd genom bortetsning av åtminstone en del av en första metallkomponent från ett legeríngssubstrat, k ä n - n e t e c k n a d därav, att elektroden framställts genom bortetsning med alkalimetallhydroxid av krom från en legering av a) järn, nickel och krom, b) järn, nickel, molybden och krom eller c) nickel, molybden och krom, innehållande l-30 % krom, så att porer med ett djup av 0,0l~50 pm är utformade i ytan av elektroden i en mängd av l05-108 per l cmz.

2. Elektrod enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k - n a d därav, att legeringen innefattar såsom komponenter 10-30 viktprocent Cr, 5-55 viktprocent Ni och mer än 35 vikt- procent Fe.

3. Elektrod enligt patentkrav l eller 2, k ä n n e - t e c k n a d därav, att dess ytskikt har en elektrisk dubbelskiktskapacitans överstigande 5000 pF/cmz.

4. Elektrod enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att 1-70 viktprocent av krom- metallkomponenten är avlägsnad från legeringen.

5. Elektrod enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att ytskiktet av elektroden innehåller 15-90 viktprocent Fe, 10-75 viktprocent Ni och 0-20 viktprocent Cr.

6. Förfarande för framställning av en elektrod enligt något av föregående patentkrav genom bortetsning av åtminstone en del av en första mctallkomponcnt från ett legerings- substrat, k ä n n e t e c k n a t därav, att man såsom 447 396 utgångsmaterial använder ett substrat av en legering av a) järn, nickel och krom, b) järn, nickel, molybden och krom, c) nickel, molybden och krom, innehållande l«30 % krom, och underkastar substratet etsning med alkalimetallhydroxidlösning för bortetsning av krom, tills porer med ett djup av 0,01-50 pm bildats i ytan av elektroden li en mängd av 105-108 per l cm”.

7. Förfarande enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k ~ n a t därav, att etsningen genomföres genom neddoppning av legeringssubstratet i en vattenlösning av alkalimetallhydroxid vid 90-250°C under lfl500 timmars tid.

8. Förfarande enligt patentkrav 7 eller 8, k ä n n e - t e c k n a t därav, att vattenlösningen av alkalimetallhyd- roxid utgöres av en vattenlösning av natriumhydroxid.

9. Förfarande enligt något av patentkraven 6-8, k ä n ~ n e t e c k n a t därav, att legeringssubstratet behandlas genom sandblästring före etsning.

10. Användning såsom katod vid elektrolys av en vatten" lösning av alkalimetallklorid av en elektrod enligt något av föregående patentkrav, som framställts genom bortetsning av åtminstone en del av krommetallkomponenten från ett legerings- substrat, vilket består av en legering av a) järn, nickel och krom, b) järn, nickel, molybfien och krom, c) nickel, molybden och krom, innehållande l-30 % krom, genom etsníng med alkalimeta1lhyd~ roxidlösning för bortetsning av krom, tills porer med ett djup av 0,01-50 pm bildats i ytan av elektroden i en mängd av 105-108 per 1 en? . ___.. _... ....>.......,.._...._,.....-.-_.