TW201213615A - Oxygen-consuming electrodes and processes for the production thereof - Google Patents

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Imad Moussallem
Andreas Bulan
Norbert Schmitz
Peter Weuta
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Bayer Materialscience Ag
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201213615 六、發明說明： 相關申請案之相互參照 本申請主張2010年6月16日申:、 第10 2010 024 053.2號的權益，對國專利申請案 由引用將其全部内容併入本文。、有有用的目的，藉 【發明所屬之技術領域】 發明背景 狀 本發明從本身已知祕氧電料發，純 氣體擴散電極，並通常包含導電樓體和 = 的氣體擴散層· 錢化雜成为 【先前技術】 對於工業規模上電解池中耗氧電極操作情況的多種建 議是先前技術基本已知的。基本想法是祕氧電極(陰極) 代替電解(例如在氣鹼電解中）的析氫陰極。可行的電池設計 和方案的綜述可以在Moussallem等人的出版物 "Chlor-Alkali Electrolysis with Oxygen Depolarized Cathodes: History, Present Status and Future Prospects», J.
Appl. Electrochem. 38 (2008) 1177-1194 中找到。 耗氧電極’以下也簡稱為〇CE，為了能夠用於工業電 解裝置中必須滿足一系列要求。因此，所用的催化劑和所 有其他材料對於濃度約32重量％的氫氧化鈉溶液和溫度通 常8〇-9〇°c的純氧應當是化學穩定的。同樣要求高度的機械 穩疋性，因為所述電極安裝並操作在電極面積通常大於 4 201213615 2 工j尺寸)的電解裝置中。其他性質是：高導電率、低 層厚、局内表面積和電催化㈣高f化學活性 使得氣體和液體空間仍彼此分開。長期穩定性和 低生產成料可工驗㈣耗氧電極必㈣足料他特定 要求。 ^ 本發明尤其涉及-種耗氧電極，該電極以複數層方式 構建’並且在氣體側和電解質側之間的催化劑或ρτρΕ濃度 方面存在差別，而且可以由濕法製得 先別技術的耗氧陰極以不同安排方式用於電化學程序 中’例如用於在鬚找料產生電力或者用於從氣化納水 令液中電解製備氯。利用耗氧陰極進行氯驗電解的詳細描 述可以在 Journal of Applied Electrochemistry，Vol 38 (9), 1177-1194頁（2008)中找到。具有耗氧陰極的電解池實例可 以在文獻 EP 1033419B1，DE 19622744C1 和 WO 2008006909A2 中找到。 耗氧陰極通常由撐體元件’例如多孔金屬構成的板或 金屬線構成的編織網，和電化學活性塗層組成 (DE 3710168)。所述電化學活性塗層是多孔的，並由親水和 疏水成分組成。所述疏水成分使電解質難以滲透，因此保 持合適的孔隙，使氧自由輸送到催化活性位置。所述親水 成分允許電解質滲透到催化活性位置以及氫氧根離子向外 輸送。作為疏水成分，使用例如聚四氟乙烯(PTFE)。疏水 表面在用純水潤濕時通常具有大於140°的接觸角。 在製造耗氧陰極時，區別主要在於乾法製造和濕法製 201213615 造上。 在乾法中，製得催化劑和聚合物成分(例如pTFE)的粉 末混合物（例如在DE 2941774中所述），並研磨成顆粒，該 顆粒隨後分佈在導電撐體元件上並在室溫下施壓。這種方 法例如在EP 1728896A2中有述。提到銀氧化物/銀是優選 的催化劑，提到聚四氟乙烯(PTFE)是黏合劑，並提到鎳線 製得的網(gauze)是撐體。’ 在濕法製造情況下，使用由催化劑和聚合物成分在分 散介質，優選水中所組成的漿狀物或懸浮體。為了製備懸 浮體，可以添加額外的表面活性物質，以提高懸浮體或毁 狀物的穩定性。為了改良可處理性，可以向懸浮體中添加 增稠劑。隨後藉由絲網印刷或壓延將所述漿狀物塗布到電 流分配器上，而不太黏的懸浮體則通常噴塗。 漿狀物或懸浮體在除去過量的分散介質後逐漸乾燥， 並在聚合物熔點區域的溫度下施壓（journal 〇f AppUed
Electrochemistry，Vo】38 (9) 1177-1194 頁（2008))。所述耗 氧陰極可以由塗布到撐體上的單層組成。在此情況下，撐 體可以承擔數項任務，首要的是為最終的〇cc提供機械穩 定性和/或使電流分佈在催化活性層内。 不過’已知的單層電極的缺點在於，它們易於遭受浪 體或氣體的穿透（breakthrough )。這點尤其是在工業電解 裝置中十矢重要。在此，氣體一定不能從氣體空間進入電 解質空間，並且電解質一定不能從電解質空間進入氣體突 間。在工業電解槽中，耗氧陰極必須承受在工業電解池底 6 201213615 部占主導的流體靜壓，例如ΠΟ mbar。由於氣體擴散電極 具有孔隙系統，因此少量液體總是進入氣體空間氣體 進入液體空間。所述量取決於電解槽的電池設計。所述OCC 在氣體空間和液體空間之間1 〇_6〇 mbar的壓力差情況下應 該不透氣/不透液體。在此，不透氣是指，用肉眼觀察不到 氣泡進入電解質空間。不透液體是指，不大於1〇g/(hxcm2) 的液體量通過所述OCC (其中，g是液體質量，h是^小時， cm2是幾何學的電極表面積）。 如果太多液體進入〇CC，這會只在面向氣體側 的那-側面上向下流動。這會導致形成液膜，液模阻礙氣 體進入（XX，_對QCC的性能產生特別抑的影響（氧 供應不足）。如果太多氣體進人電解質空間，則氣泡要能夠 2解質空間排放掉。在任—情況下，氣泡覆蓋電極面積 一部分’導致功率密度偏移，因而電池的電流 的。ίΐΐΞί:件的單層耗氧陰極到目前為止還是未知 目前是適應於耗練氧陰極，電池設計 DE議744C1中戶 =極的缺陷來調整。例如，如 這是藉由氣袋分隔氣二：f 了具有壓力補償的電解槽， 力高度，氣體壓力適：二來補償電極上游液體的流體靜 而，其缺點在於，母個氣袋中狀的流體靜壓。然 也損失了電極面本和構造電池時使用材料外， 而且舄要大量電解元件或者更大的電 201213615 極面積，才能達到電解池同樣的功率。 已經發現’藉由濕法製得的單層OCC尤其不能用於工 業電解槽’因為氣體不滲透性和電解質不滲透性不令人滿 意。 夕層耗氧陰極基本可以藉由乾糊法(pasting pr〇cess)或 濕糊法(pasting process)製得。根據EP 1728896，藉由乾法 製造多層耗氧陰極。在此，製得粉末層，其中pTFE含量為 3至15重量°/ί^沒有給出關於具有不同pTFE含量的層的 安排方面的資訊》所述方法的缺點在於，所述層不能製得 任意薄。這帶來的後果是，具有這種結構的多層耗氧陰極 係比較厚’導致電解過程中電池電壓升高，且由於材料量 增加的原因，造成生產成本高。 US 46024261同樣揭示了藉由乾法製得的多層耗氧陰 極。所揭示的最好的兩層電極的厚度至少為〇 89 mm。所揭 示的PTFE含量範圍為至少10重量％到5〇重量％。這種高 PTFE含量會導致活性催化劑顆粒沒有在電極中形成導電 網路，因此所有量的催化劑材料不再可用於電化學反應。 這降低了電解池效率，因此提高了電池電壓。 US 5584970揭π 了一種多層耗氧陰極，其藉由向銀基 底的兩側塗布層而製得。在此，面向氣體側的最外層完全 由疏水材料製成；該文揭示了純的多孔pTFE層。所揭示的 用於這些多層耗乳陰極的電池電璧範圍為2.3至2.4 V (電 流密度為3 kA/m2)，因此非常高。 所有這些多層耗氧陰極的共同點在於，疏水層中的 8 201213615 PTFE含量係相當高，因此導致高電池電壓，或者生產方法 造成厚電極，因此電池電壓同樣相當高。 尤其是當面向氣體側的那側具有高PTFE含量時，所述 電極不能用於特別的電池構造中。因此，例如，藉由彈性 墊或類似結構實現OCC在降膜電池技術(DE 3401636A1或 WO 0157290A1)中從氣體側接觸。不過’在高PTFE含量情 況下，所述層的導電率顯著升高，因此存在較高的歐姆電 阻，導致更高的電池電壓，或者根本不可能接觸’導致在 電解池中安裝OCC非常複雜。
Bidault 等人（2010，Int. J. of Hydrogen Energy ’ "An improved Cathode for alkaline fuel cells”，35 ’ 1783-1788 頁） 研究已能夠顯示，耗氧陰極的厚度會對電極的整體性能產 生非常大的影響。使用在鎳發泡體上的兩層電極進行測量 時，面向陽極的層由鍍板(plated)上的銀構成。面向氣體空 間的層由多孔的炭/PTFE混合物構成。這些電極表明，厚 度從0.7 mm降低到0.5 mm有可能使半電池電勢升高 100 mV。該文中使用的兩層結構中低於0.5 mm的層厚度導 致電極不充分地不透過電解質，並且其中發生電解質穿透 到氣體空間。 【發明内容】 發明簡述 本發明涉及一種具有新穎的多層催化劑塗層的耗氧電 極，用來減少鹼性介質+的氧，還涉及一種電解設備。本 201213615 發明還涉及該耗氧電極的製造方法及其在氯鹼電解或燃料 電池中的應用。 本發明目的是製造一種多層耗氧陰極，該陰極具有低 厚度，並實現所需要的疏水性，帶來的結果是，可以實現 針對液體和氣體穿透的高不滲透性，並且使得與氣體側的 電接觸成為可能。 克服先前技術已知缺點的可能方式係根據申請專利範 圍第1項發明特徵部分之耗氧電極多層結構。 本發明一種具體實例提供一種用於減少鹼性水性介質 中氧的多層片狀耗氧電極，其包含至少一種撐體，該撐體 尤其是導電的，含有催化劑的層和疏水層，其中，所述電 極具有一面向含氧氣體側和一面向鹼性電解質側，其特徵 在於，所述電極具有至少兩個含有催化劑的不同層，其具 有不同的催化劑含量，並且其中，面向氣體側的最外層具 有比面向電解質側的最外層較低的催化劑比例，並且疏水 層中疏水材料的比例不大於8重量％。 另一具體實例是具有一面向含氧氣體側和面一向鹼性 電解質側的多層耗氧電極，其中該電極包含至少一種撐 體，和至少兩個包含催化劑和疏水材料的層，其中面向氣 體側的最外層具有比面向電解質側的最外層更低的催化劑 比例，並且其中疏水材料的比例不大於8重量％，以催化劑 和疏水材料的總量計。 本發明又一具體實例是一種製造耗氧電極的方法，包 括 201213615 a) 藉由分散或混合包括催化活性物質的顆粒、分散介 質和疏水聚合物顆粒之成分而製造至少兩種懸浮 體，其中該至少兩種懸浮體具有不同比例的疏水聚 合物， b) 於一個或多個步驟中將該至少兩種懸浮體喷霧到 撐體上，以產生至少兩個包含不同比例催化劑的 層，其中該撐體加熱到範圍為l〇〇°C至16(TC的溫 度，從而至少部分除去分散介質， c) 在壓力為0.04至0.4 t/cm2和溫度為60至200°C下 熱壓步驟b)後獲得的電極， d) 隨後在至少200°C的溫度下燒結該電極。 本發明又一具體實例是一種包含根據本文所述任一具 體實例的耗氧電極作為耗氧陰極的氣驗電解設備。 本發明又一具體實例是包含根據本文所述任一具體實 例的耗氧電極之燃料電池。 本發明又一具體實例是包含根據本文所述任一具體實 例的耗氧電極之金屬/空氣電池。 所述新穎的多層耗氧電極與已知的OCE相比，對於氣 體或電解質穿透而言更是不可透過性的。實現本技術方案 的方法是使一層或塗層是疏水性的，使得電解質不滲透入 那的孔隙中。使另一層是親水性的，使得電解質以及從而 使反應物水可以滲透入催化劑，並且能發生電化學反應。 這保證了儘管液體可以在一側進入電極，但其不能穿透電 極到達氣體侧。同時，保證氣體同樣可以滲透入，但不能 11 201213615 穿透到電解質側。 發明詳述 優選的耗氧電極的特徵在於催化劑含有作為催化活性 成分之銀。 多層耗氧電極的優選具體實例的特徵在於’存在至少 兩個含催化劑的層，並且面向氣體側之側上的層具有催化 劑含量為92至98重量。/。’和面向電解質側的層具有催化劑 含量為95至99.9重量％ ’其中該等催化劑層加總至100% 係以疏水聚合物為基質° 耗氧電極特別優選的具體實例的特徵在於’存在至少 三個含催化劑的層’並且面向氣體側的最外層具有催化劑 含量為92至98重量％’和面向電解質側的最外層具有催化 劑含量為95至99.9% ’並且特徵在於’存在中間層’其催 化劑含量大於面向氣體側的最外層的催化劑含量並小於面 向電解質側的最外層的催化劑含量。 在本發明優選的具體實例中，疏水層包含疏水聚合 物，尤其是經氟取代的聚合物，優選PTFE。 所述耗氧電極一種特別變化的特徵在於，所述電極具 有催化活性成分總負載量為1〇〇 mg/cm2至300 mg/cm2，優 選 140 mg/cm2 至 250 mg/cm2。 2述耗氧電極的撐體有利地以鎳、銀或鎳和銀的組合 為基質。 特別地’所述耗氧電極的撐體形式為網、織造織物、 12 201213615 ，^針織物（formed_i〇〇p knit)、拉圈針織物（dm··丨⑼p nit)、非織造織物或發泡冑，優選織造織物。 新賴的耗氧電極的厚度優選為〇 2至〇 8臟，並且含 催化劑層的厚度不大於 0.4 mm。 本發明的〇cc可以藉由濕糊法或喷霧法製得，這使得 目質’即不同的且非常低的PTFE含量的層可以以 電^㈣^極㈣導致可以在電解池中以非常低的電池 1 可Γ造由備=獲得的電極通常藉由以下步驟製得： .化劑*PTFE，任選增稠劑、穩定劑和界面 /舌性劑的懸浮體/糊狀物 2·將所述懸浮體/糊狀物塗布 3.乾燥，任選燒結 糟上 4·任選重複步驟2和3 5. 任選壓實來自步驟4的〇Cc， 6. 燒結。 込在升鬲的溫度下 ^發明還提備卿魏氧f極的料 )猎由分散或混合由至少催化活 ,由 =粒，和分散介質，優選有機溶=粒， 選水，和疏水聚合物的顆粒組成，特別優 少兩種懸浮體，該至少兩種懸浮體具^ ’來製造至 疏水聚合物， ”有不同比例的 b)於-個或多個步驟中將該懸浮體 製造可變的層’優選鎳撐體：體上’以 、干-亥撐體加熱到範 201213615 圍為100°C至160°c，優選100°C至145°c的溫度， 從而至少部分除去分散介質， c) 尤其是在壓力在〇.1至3 t/cm2範圍中，優選在ο.ι — 0.25t/cm2範圍中，和溫度在11〇至H0eC範圍中， 特別優選在130°C下熱壓步驟b)後獲得的電極， d) 隨後在至少200°C，優選至少250°C，特別優選至 少300°C的溫度下燒結該電極。 因此還優選上述新穎的耗氧電極，其特徵在於，含有 催化劑的層如下製得：將含有銀顆粒的懸浮體塗布到撐體 上，乾燥該懸浮體’熱壓該等層，隨後燒結所形成的電極。 在該方法特別優選的變化中，以粉末形式用於懸浮體 的銀具有銀顆粒粒徑分佈為D9〇 <8 μπι和D1() <1 μιη。（如
Stiess，“Mechanische Verfahrenstechnik - Partikeltechnologie 1” ’ 2009，第3版，Springer-Verlag，32頁起所描述那樣來 測定）。 用於懸浮體的銀顆粒的振實(tapped)密度尤其優選在2 至 6 g/cm3，優選 3 至 5 g/cm3範圍中，DIN ISO 3953。 在該新穎方法中使用的銀粉末平均表面積，按照BET 法測定，非常特別優選在0.3至2.5 m2/g，優選0.50至 l*5m2/g範圍中。 例如，可以使用Ferro (Hanau)的等級SF9ED，33卜311 的銀粉末’或者在EP 115845 A2中所述的催化劑，其中， 銀沉積在PTFE上。不同的銀粉末可以用於不同層中。在 此’所述層可以具有不同的PTFE含量。 201213615 dttJ1化劑例如與含有疏水聚合物的懸浮體，例如古隹沾 懸浮體進行現合。為了使所述懸浮體穩、 如添加甲基纏維各 速增稠，例 t浮體的f基纖維素含量例如為 用作優選=劑__(PVA)和聚㈣酸寧)可 子表==可Z含ΐ滌劑。洗滌劑例如是離子或非離 知的材料以商品名吐溫(Tween)系列而廣為人 用洗U商品名Triton系列所已知的材料。優選使 '/巾劑，且特別優選Triton-X 100。 電極例如藉由將懸浮體塗布到撐體，例如鎳網，鍍銀 ^鎳網或銀網上來製造。這可以藉由喷霧法或者藉由到刀 e doctor blade)法或Kissc〇ater法或其他常規方法如絲網 印刷來實現。本發明電極的不同層隨著首先塗布到樓體上 的一層來構建。此中間層的PTFE含量例如為2至8重量％。 、此中間層具有這樣的厚度，使得所述撐體不再有任何 間隙（gap)。電極的2〇至8〇%的催化劑載荷通常併入此層。 如果使用只有小網孔的鎳網形成的撐體，則需要很少 的喷霧和乾燥循環來製造不透過性的電極。
Ik後，優選將懸浮體以如此的量塗布到電極面向電解 的一側，使得溶劑除去所剩下的PTFE含量為〇.2至5重 ，/°，優選〇·5 _ 2重量°/〇。此層可以造得適當薄。負載量通 书為整個電極的催化劑負載的2至40重量〇/〇。 曰在電解質面向氣體側的那側上特別優選形成ptfe含 里為2至8重量％。負載量通常為整個電極的催化劑負載的 15 201213615 2至40重量％。 整個電極負載量優選至少100 mg銀/cm2，特別優選 140 mg/cm2至250 mg/cm2 ;更高負載對於電池電壓和對氣 體和液體的不滲透性的性能方面沒有帶來進一步的優點。 以此方式塗布的層特別有利地塗布到同時被加熱或者 放在加熱的基底上的撐體上。溫度尤其大於6〇°c，應特別 優選大於100°C (當使用水性分散體時），並應優選不大於 200〇C。 該電極製成後，在燒結電極前首先對其施壓。這可以 藉由施壓工具，例如液壓機或者藉由由輥子壓實來實現。 如果藉由液壓機進行施壓，則壓力優選從最小〇 〇4 t/cm2到 不大於0.4 t/cm2 ’優選0.08至〇 3 t/cm2。尤其可以在升高 的溫度，例如60至200。(：，優選8〇至15〇ΐ的溫度下進行 施壓。 '工阿傻逬仕溫度马至少200( 優選至少250t ’特別優選至少綱。c，尤其是高至撕 下進行。燒結是特财_，因為其能 所用的增稠劑和/或洗_除去。因此 =的任 殘留物保留在電極中，或者作為膜保s在;上不^ 害0C(^減，·增加電__電阻。同樣，t ，化聚合物在這些溫度下通常沒有门 „下仍沒有分解到合適的程度 他:巧 化，並與金屬粉末一起形成穩定的膜。 他們/、疋 燒結程序例如可以這樣進行，在一次操作中 201213615 2K/min將電極從室溫加熱到約340°C的想要的溫度。同樣 可以勻變（ramp-like)地升高溫度，並在特定溫度水平有 滯留時間。為了達到3〇〇至350°C，優選330至345°C的溫 度’例如如下加熱該電極：以最小2t：/min的溫度增加， 將電極從室溫加熱到200°C ’然後在此溫度保持15 min，隨 後以最小2°C/min的溫度增加，進一步加熱到25〇°c，隨後 在此溫度再保持15 min，並以最小2t：/min再加熱到 300 C ’保持15 min ’然後以2 C/min加熱到最終溫度，在 此同樣保持15 min。然後以10至200¾/min冷卻該電極， 冷卻後準備使用。 本發明方法使得製造多層耗氧電極成為可能，該電極 首先對於液體或氣體的穿透具有高穩定性，其次，其具有 4 kA/m2下2.0 V的低電池電壓。 本發明的耗氧電極例如可以用於電池中的氣驗電解， 電池在耗氧電極和離子交㈣之間具有驗性㈣㈣沾 者與離子交換膜直接賴，或者所述電池在離子交 電極之間的間隙UaP)中具有親水材料，與 US6117286A1中描述的方法可比。 用電極優選以陰極連接，尤其是在電解池 =解驗金屬氣化物’優選氯化鈉或氣化钟，特別優選 接。耗氧電極優選可以在燃料電池中以陰極連 接乂種燃料電池優選的實例是鹼性燁料電、、也 因此，本發明還提供該新賴的耗氧電極用於降低驗性 17 201213615 介質中氧的用途’尤其是作炎 驗電解中的應用，或者作陰極在電解’尤其是氣 金屬/空氣電池中的應用。、11燃料電池或作為電極在 新穎的OCE特別優選 氣化鈉(NaCl)的電解。 ；、 ，在此特別是用於 本發明還提供一種雷紐机姐 其具^所述的新_耗:電極作為ία驗電解’ 藉由實施例來解釋本發明，但不限於此。 用而有用的目❸’以上描述的所有文獻都藉由引 用而將其全部内容併入本文。 雖然顯示和描述了體現本發明的某些特定結構，但對 本㈣所屬技術領域中具有通常知識者而言顯然的是，可 以對k些Μ進行各種改進和重排，而不會偏離基礎的發 明概念的精神和麟’並且這樣的也不限於本文顯示和描 述的特定形式。 【實施方式】 實施例 實施例1 製造耗氧陰極，3層，催化劑含量99重量％(電解質 側），98重量％(中間），97重量％(氣體側）。 以不同的銀和PTFE含量製造由來自Ferro的銀催化 劑，SF9ED ’ PTFE 懸浮體（TF5035R，58 重量 ％， DyneonTM)，非離子界面活性劑（Triton-X 100，Fluka Chemie 201213615 AG)和作為增稠劑的羥基乙基甲基纖維素（Walocel ΜΚΧ 70000 ΡΡ 01，Wolff Cellulosics GmbH & Co. KG)所組成的 水性懸浮體。具有銀含量為97重量％和PTFE含量為3重 量％的懸浮體的製造是藉由稱量合適量而進行的。具有銀含 量為98重量％和99重量％的懸浮體的製造類似地進行。將 90 g銀粉末，53.7 g水和1.5 g界面活性劑加入150 g的增 稠溶液(1重量％的曱基纖維素水溶液）。該懸浮體在轉子-定子系統(Ultra_TurraxT25,帶有分散單元S25N-25F，IKA) 中，在13 500 min'1分散5分鐘(每種情況下分散1分鐘之 間有2分鐘暫停’以避免過度加熱該溶液)後，緩慢加入4.8 g PTFE懸浮體，同時攪拌，以避免團聚。 然後將以此方式製造的懸浮體多次喷霧到鎳網上（生 產商：Haver & Boecker，106x118 μπι 網，63 μπι 線厚度）。 選擇負載’使得50%的催化劑負載被塗布在中間，並且每 種情況下，25%的催化劑負載被塗布到電極側和電極的氣體 側上。在噴霧期間，鎳網維持在l〇〇°C的溫度。在實現所希 望的170 g/cm2催化劑總負載之後，將該電極固定在兩個金 屬板之間’並在溫度為130°C和壓力為0.14t/cm2下進行熱 壓。隨後在空氣中以3 K/min加熱該電極並在340。(：燒結 15分鐘。 以此方式製造的耗氧陰極(OCC)用於氯化鈉溶液的電 解中，使用杜邦的N982WX離子交換膜。在電流密度為 4 kA/m2 ’電解質溫度為90°C，OCC和離子交換膜之間的 氫氧化鈉溶液間隙為3 mm和氫氧化鈉濃度為32重量％的 19 201213615 條件下，電池電壓為2 do x ,,七r- κ V。在高至200 mbar的軋壓力下， 該電解質沒有顯示出氧你^ ^ , ^ 乳穿透到電解質侧，並且在高至1 m 的^·體靜力冋度下有驗穿透到氣體側。使用市售的用 於氣驗電解的經貝金;布的鈦電極(生產商D_ra)作為 陽極。 實施例2 : 具有不同銀含量之耗氣陰極單層：a) 93重量％，b) 97 重量％，〇98重量％(比較實施例)。 藉由實施例1中所述的方法製造三種單層耗氧陰極。 不過，只使用一種分散體，其銀含量為：a) 93重量％，b) 97 重量％或c) 98重量％，以殘留固體計。在實施例i所述的 條件下電解氯化鈉溶液過程中，所有三種電極顯示出電池 電壓升高100 mV，以及在200 mbar氧下嚴重的氣體穿透和 在流體靜力高度1m下的液體穿透。 實施例3 : 耗氧陰極’兩層’催化劑含量.第1層（面向電解質） 99%，第2層（面向氣體側）88% (比較實施例）。 藉由實施例1中所述的方法製造兩層耗氧陰極，但只 使用具有不同催化劑比例的兩種分散體’導致面向電解質 的層中催化劑含量為99重量％和面向氣體的層中為88重量 %。在此，在實施例1所述的條件下電解氣化鈉溶液過程 中，獲得120 mV的較高電/也電壓 【圖式簡單說明】 2〇 201213615 無 【主要元件符號說明】 無 21

Claims (1)

  1. 201213615 七、申請專利範圍： 1. 一種多層耗氧電極’其具有一面向含氧氣體側和一面向 驗性電解質側，其中該電極包含 至少一種撐體，和 至少兩個包含催化劑和疏水材料的層，其中面向氣體側 的最外層具有比面向電解質侧的最外層更低的催化劑比 例，並且其中疏水材料的比例不大於8重量。，以催化 劑和疏水材料的總量計。 2. 根據申請專利範圍第丨項的耗氧電極，其中該催化劑包 含作為催化活性成分之銀。 3. 根據申請專利範圍第丨項的耗氧電極，其中面向氣體側 之侧上的層包含92至98重量。/。的催化劑，和面向電解質 側的層包含95至99.9重量％的催化劑，其中該等層加總 至100°/。係以疏水材料為基質。 〜 4. 根據申請專利範圍第1項的耗氧電極，其中該至少兩個 包含催化劑的層係藉由如下製得：將包含銀顆粒的懸浮 體塗布到撐體上，乾燥該懸浮體，對該等層熱壓，4後 燒結所形成的電極。 5. 根據申請專利範圍第4項的耗氧電極，其中該銀顆粒以 粉末形式用於懸浮體，並且具有粒徑分佈為Ο%小於 8 μπι 和 Di〇 小於 1 μιη。 、 6. 根射請專利範圍第4項祕氧電極，其中該銀顆板具 有振實密度(tapped density)為 2 至 6 g/cm3。 、 7. 根據申請專利範圍第5項的耗氧電極，其中，該銀粉末 22 201213615 具有藉由BET法所測定的平均表面積(average surface)為 0.3 至 2.5 m2/g。 8. 根據申請專利範圍第1項的耗氧電極，其中存在至少三 個包含催化劑的層，並且面向氣體侧的最外層包含92至 98重量％的催化劑，和面向電解質侧的最外層的催化劑 包含95至99.9%的催化劑，並且中間層包含大於面向氣 體側的最外層的催化劑含量並小於面向電解質側的最外 層的催化劑含量的催化劑含量。 9. 根據巾請專利$請第丨項的耗氧電極，其巾該疏水材料 包含疏水聚合物。 10. 根據申請專利範圍第〗項的耗氧電極，其巾該疏水材料 是 PTFE。 11. 根據巾請專利範圍第4項的耗氧電極，其巾該電極具有 催化活性成分總負载量為l〇〇mg/Cm2至300 mg/cm2。 12. 根據申請專利範圍第1項的耗氧電極，其中該樓體係以 選自由鎳、銀及其混合物所組成之群組的材料。 13. 根據申請專利範圍第1項的耗氧電極，其中該撐體選自 由網(gauze)、織造織物、成圈針織物（formed-loop knit)、 拉圈針織物(drawn_i00p knit)、非織造織物和發泡體所組 成之群組。 14. 根據申請專利範圍第丨項的耗氧電極，其中電極具有厚 度為0.2至〇.8 mm。 15·根據申請專利範圍第1項的耗氧電極，其中至少兩個包 含催化劑的層具有厚度小於或等於0.4 mm。 23 201213615 16. —種製造耗氧電極的方法，其包括 a) 藉由分散或混合包含催化活性物質的顆粒、分散介質 和疏水聚合物的顆粒之成分，來製造至少兩種懸浮 體’其中該至少兩種懸浮體具有不同比例的疏水聚合 物， b) 於一個或多個步驟中將該至少兩種懸浮體喷霧到撐 體上’以產生至少兩個包含不同比例催化劑的層，其 中該撐體加熱到範圍為l〇(TC至160〇C的溫度，從而 至少部分除去分散介質， c) 在壓力為〇.〇4至〇 4 t/cm2和溫度為60至200°C下熱壓 步驟b)後獲得的電極， d) 隨後在至少200¾的溫度下燒結該電極。 17. —種燃料電池，其包含根據申請專利範圍第1項的耗氧 電極。 —種金屬/空氣電池，其包含根據申請專利範圍第1項的 耗氧電極。 9.種氯驗電解設備，其包含根據申請專利範圍第1項的 耗氧電極作為耗氧陰極。 24 201213615 四 、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：無 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明：無 五、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 無
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