WO1983003105A1 - Method for manufacturing a large surface current collector for an electrochemical cell in the form of a porous titanium plate or sheet - Google Patents

Method for manufacturing a large surface current collector for an electrochemical cell in the form of a porous titanium plate or sheet Download PDF

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WO1983003105A1
WO1983003105A1 PCT/CH1983/000021 CH8300021W WO8303105A1 WO 1983003105 A1 WO1983003105 A1 WO 1983003105A1 CH 8300021 W CH8300021 W CH 8300021W WO 8303105 A1 WO8303105 A1 WO 8303105A1
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Definitions

  • the invention is based on a method for producing a large-area current collector according to the preamble of claim 1.
  • Titanium foils of limited dimensions for experimental purposes are Titanium foils of limited dimensions for experimental purposes
  • the invention is based on the object of specifying an economical method for producing a current collector in the form of a porous plate or foil made of titanium, the area of which is not limited and the thickness and porosity of which are uniform over the entire area, the density or Porosity can be selectively reproduced within narrow limits with narrow tolerances.
  • Fig. 3 is a Flie 'ssdiagramm the method.
  • the diagram 1 shows the temperature profile as a function of time for the heat treatment of the titanium powder. posed.
  • the diagram is self-explanatory. In deviation from the diagram, heating to 500 ° C. can also be carried out in the period from 30 to 90 minutes.
  • the sintering temperature can be 900 to 1200 c.
  • 1 is the support in the form of a flat plate (non-porous, non-sticky graphite).
  • 2 represents the viscous, homogeneous paste consisting of titanium powder and terpineol (C .H Collector0).
  • 3 is the coherent, uniform layer of this paste.
  • a movable coating device 4 to be displaced in the direction of the arrow in the form of a container tapering downward can be used as a means for applying the paste.
  • 2 and 3 represent the dry, free-flowing titanium powder or the upper layer thus produced on the carrier 1.
  • Terpineol evaporated in air by heating to approx. 200 ° C.
  • Layer 3 was then dried together with carrier substance 1 in a vacuum drying cabinet at approx. 200 ° C.
  • the titanium powder was already compacted. Furthermore, the material was subjected to a multi-stage heat treatment. To this end, the layer
  • the material was heated to a temperature of 500 C over a period of about 90 min and during
  • the cold-rolled foil was then placed on a graphite powder-coated support 1 and subjected to a further heat treatment according to FIG. 1.
  • the measured porosity was still 58%.
  • a layer consisting of platinum was applied to the porous titanium foil in an electrochemical manner.
  • the case was a mixture of ruthenium oxide
  • the process steps of cold rolling and sintering can be carried out several times in succession until the desired targeted density or porosity of the film or plate has been reached.
  • paste 2 can also be produced with the aid of a suitable liquid other than C.
  • the application of the paste is also not bound to the coating device 4 for thin-layer plates, but can be carried out with the aid of any other suitable device.
  • the condition is that a viscous, homogeneous paste is first produced and then applied as uniformly as possible to a non-adhesive substrate (carrier 1).
  • a current collector * for an electrochemical ozone cell in the form of a porous titanium foil 1.45 mm thick was produced as follows: On one with graphite powder (KS 75 from Lonza) coated support 1 made of fine-grained graphite (ground plate, quality Ringsdorff EK 72) was dry, free-flowing titanium powder 2 (Sumitomo, Osaka) in the form of a uniform layer using a movable coating device 4 (Camag thin-layer apparatus for chromatography) 3 applied. The layer thickness was approximately 1.9 mm; the area was a square with a side length of 200 mm. The whole was then subjected to a multi-stage heat treatment in a vacuum oven in order to sinter the titanium powder.
  • KS 75 from Lonza coated support 1 made of fine-grained graphite (ground plate, quality Ringsdorff EK 72) was dry, free-flowing titanium powder 2 (Sumitomo, Osaka) in the form of a uniform layer using a movable coating
  • the mixture was first heated from room temperature to 500 ° C. over a period of about 90 minutes and this temperature was kept constant for a further 30 minutes. The mixture was then heated to 1000 ° C. for 30 minutes and this temperature was maintained for 3 hours. After cooling to room temperature, the pre-sintered in this way
  • Titanium foil can be easily detached from the carrier 1, since the graphite powder had formed a protective layer.
  • the thickness of the film after presintering was approx. 1.8 mm, the porosity 70%.
  • the film was cold rolled in several passes in a roll stand with rolls of 130 mm in diameter.
  • the decrease in height per stitch was approx. 0.1 mm, so that after 3 stitches a film thickness of approx. 1.5 was now achieved.
  • the rolling speed was 1.2 m / min. Care must be taken that the total cross-sectional reduction before the next heat treatment does not exceed 30%, since otherwise the material could tear.
  • the decrease in height per stitch should not exceed 15%.
  • the rolling speed can advantageously be set to 1 to 30 m / min.
  • the porosity had dropped to about 62% after cold rolling.
  • the cold-rolled titanium foil was then subjected to a further sintering process in accordance with the heat treatment described above. * The thickness of the film was still after sintering approx.1.45 mm, the porosity approx. 59%.
  • the porous titanium foil was now coated with platinum according to Example I. An additional layer consisting of PbO p in
  • any desired film thickness and any porosity between 0 and that approximately corresponds to the loosely poured titanium powder can be achieved, which is primarily used for sintering heat treatment can be carried out under vacuum or protective gas.
  • the porous titanium foil is provided with a thin layer of platinum, on which another layer made of at least one platinum metal or one
  • Platinum metal oxide or PbO existing electrocatalyst layer is applied.
  • the process according to the invention enables the economical production of current collectors in the form of porous titanium foils and titanium plates of 0.1 to approximately 5 mm constant thickness with uniform, targeted porosity and practically any surface area, such as that required for the construction of large industrial ones electrochemical devices, in particular electrolysis apparatus (individual parts and entire batteries constructed according to the filter press principle) are required.

Abstract

The large surface current collector for an electro-chemical cell, in the form of a titanium plate or sheet having a given porosity, is fabricated by arranging on a non-adhesive support (1), for example a plane plate of non porous special graphite having an orientated structure of individual graphite platelets, a uniform layer (3) of dry titanium powder or of viscous homogeneous paste (2) formed by titanium powder suspended in a liquid, by subjecting the dried layer (3) to a presintering, cold rolling and resintering, all these operations being carried out in vacuum conditions, and finally covering the dried layer with an electric catalyst. The cold rolling as well as the resintering may be repeated several times until the desired sheet density is obtained.

Description

Verfahren zur Herstellung eines grossflächigen Stromkollek¬ tors für eine elektrochemische Zelle in Form einer porösen Platte oder Folie aus Titan Process for producing a large-area current collector for an electrochemical cell in the form of a porous plate or foil made of titanium
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines grossflächigen Stromkollektors nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention is based on a method for producing a large-area current collector according to the preamble of claim 1.
Beim Bau von Elektrolysevorrichtungen, insbesondere für die Wasserelektrolyse unter Verwendung von Feststoffelektroly¬ ten stellt sich die Aufgabe, korrosionsbeständige, poröse Stromkollektoren zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise werden für solche Zwecke auf der chemisch agressiven Sauer¬ stoffseite Folien und Platten aus porösem Titan verwendet. Derartige Bauelemente werden fast ausschliesslich nach pul¬ vermetallurgischen Methoden hergestellt. Dabei gelangen unter anderen Verfahrensschritte wie Heisspressen, Warm¬ pressen, Schwerkraftsintern, Pulverwalzen etc. zur Anwen¬ dung (US-PS 2 997 777: Poroshkovaya Metallurgya 7, Seiten 13 bis 16, Juli 1976; Poroshkovaya Metallurgya 6, Seiten 96 bis 99, Juni 1977) .When building electrolysis devices, in particular for water electrolysis using solid electrolytes, the task is to provide corrosion-resistant, porous current collectors. Foils and plates made of porous titanium are preferably used for such purposes on the chemically aggressive oxygen side. Components of this type are produced almost exclusively by powder metallurgical methods. Other process steps such as hot pressing, hot pressing, gravity sintering, powder rolling, etc. are used (US Pat. No. 2,997,777: Poroshkovaya Metallurgya 7, pages 13 to 16, July 1976; Poroshkovaya Metallurgya 6, pages 96 to 99, June 1977).
Nach den obengenannten Verfahren sind vor allem poröseAccording to the above mentioned methods, they are mainly porous
Titanfolien beschränkter Abmessungen für VersuchszweckeTitanium foils of limited dimensions for experimental purposes
2 hergestellt worden. Will man zu grossen Flächen (bis 1 m ) übergehen, wie sie für industrielle Elektrolyseanlagen er- forderlich sind, stösst man auf Schwierigkeiten. Das Problem besteht hauptsächlich darin, dass es beinahe aus¬ sichtslos erscheint, für beliebig grosse Flächen eine gleichmässige Verteilung des Titanpulvers zu erreichen, was sich dann in unterschiedlicher Dicke, ungleichmassiger Porosität und anderen Inhomogenitäten niederschlägt. Es ist ausserdem nach den bekannten Verfahren kaum möglich, eine gewünschte, gezielte Porosität der den Stromkollek¬ tor aufbauenden Folie zu erhalten.2 has been produced. If you want to go to large areas (up to 1 m), such as those used for industrial electrolysis systems are necessary, you encounter difficulties. The problem mainly consists in the fact that it appears almost hopeless to achieve a uniform distribution of the titanium powder for surfaces of any size, which is then reflected in different thicknesses, non-uniform porosity and other inhomogeneities. In addition, according to the known methods, it is hardly possible to obtain a desired, targeted porosity of the film that builds up the current collector.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaft¬ liches Verfahren zur Herstellung eines Stromkollektors in Form einer porösen Platte oder Folie aus Titan anzugeben, deren Fläche nicht begrenzt ist und deren Dicke und Poro¬ sität über die ganze Fläche gleichmässig ist, wobei die Dichte bzw. Porosität innerhalb weiter Grenzen gezielt reproduzierbar mit engen Toleranzen gewählt werden kann.The invention is based on the object of specifying an economical method for producing a current collector in the form of a porous plate or foil made of titanium, the area of which is not limited and the thickness and porosity of which are uniform over the entire area, the density or Porosity can be selectively reproduced within narrow limits with narrow tolerances.
Diese Aufgabe wird erfindungs emäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the features of claim 1.
Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden, durch drei Figuren erläuterten Ausführungsbeispiels beschrieben.The invention is described with reference to the following exemplary embodiment explained by three figures.
Dabei zeigt:It shows:
Fig. 1 den Temperaturverlauf über der Zeit für die Wärme¬ behandlung;1 shows the temperature curve over time for the heat treatment;
Fig. 2 die Funktionsweise des Pulververteilungsgerätes; Fig. 3 ein Flie'ssdiagramm des Verfahrens.2 shows the mode of operation of the powder distribution device; Fig. 3 is a Flie 'ssdiagramm the method.
In Fig. 1 ist der Temperaturverlauf in Funktion der Zeit für die Wärmebehandlung des Titanpulvers dar- gestellt. Das Diagramm erklärt sich von selbst. Die Er¬ wärmung auf 500°C kann in Abweichung des Diagramms auch im Zeitraum von 30 bis 90 min vorgenommen werden. Die Sintertemperatur kann 900 bis 1200 c betragen.1 shows the temperature profile as a function of time for the heat treatment of the titanium powder. posed. The diagram is self-explanatory. In deviation from the diagram, heating to 500 ° C. can also be carried out in the period from 30 to 90 minutes. The sintering temperature can be 900 to 1200 c.
Fig. 2 zeigt schematisch die Verwendung einer Vorrichtung zum Aufbringen des trockenen Titanpulvers bzw. der Titan¬ paste. 1 ist der Träger in Form einer ebenen Platte (porenfreier, nichtklebender Graphit). 2 stellt die aus Titanpulver und Terpineol (C .H „0) bestehende viskose, homogene Paste dar. 3 ist die zusammenhängende, gleich- massige Schicht dieser Paste. Ein in Pfeilrichtung zu verschiebendes, bewegliches Beschichtungsgerät 4 in Form eines nach unten spitz zulaufenden Behälters kann als Mittel zum Aufbringen der Paste Verwendung finden.2 schematically shows the use of a device for applying the dry titanium powder or the titanium paste. 1 is the support in the form of a flat plate (non-porous, non-sticky graphite). 2 represents the viscous, homogeneous paste consisting of titanium powder and terpineol (C .H „0). 3 is the coherent, uniform layer of this paste. A movable coating device 4 to be displaced in the direction of the arrow in the form of a container tapering downward can be used as a means for applying the paste.
Bei einer Variante des Verfahrens stellen 2 und 3 das trockene, rieselfähige Titanpulver bzw. die damit er¬ zeugte obere Schicht auf dem Träger 1 dar.In a variant of the method, 2 and 3 represent the dry, free-flowing titanium powder or the upper layer thus produced on the carrier 1.
Ausführungsbeisgiel_l Siehe Figuren 1 und 2.Ausführungsbeisgiel_l See Figures 1 and 2.
Zur Herstellung eines Stromkollektors für eine Wasser¬ elektrolysezelle in Form einer porösen Titanfolie von 0,5 mm Dicke wurde zunächst eine viskose, homogene Paste 2 aus Titanpulver der Partikelgrösse 15 bis 120 ja und wasserfreiem Terpineol C_nH_o0 gemischt. Das TitanpulverFor producing a current collector for an electrolytic cell Wasser¬ in the form of a porous titanium film of 0.5 mm thickness initially a viscous, homogeneous paste 2 of titanium powder particle size was 15 to 120 yes and anhydrous terpineol C_ n o 0 H_ mixed. The titanium powder
1U lo stammte von Titanschwamm mit grosser innerer Oberfläche. Die Pulverpartikel wiesen sehr unregelmässige Formen mit Verzweigungen und Protuberanzen auf. Das Mischungsver¬ hältnis wurde derart eingestellt, dass auf 6 ml Terpineol 9 Titanpulver kamen. Die viskose, homogene Paste 2 wurde in ein bewegliches Beschichtungsgerät *. für Dünn- schicht-Chromatographie-Platten in Form eines nach unten spitz zulaufenden Behälters abgefüllt und als zusammen¬ hängende, gleichmässige Schicht 3 auf einen Träger 1 in Form einer ebenen Platte aufgetragen. Dabei zeigt der Pfeil der Figur 2 die Bewegungsrichtung des Beschichtungs- gerätes 4 an. Als Träger 1 wurde eine spezielle poren¬ freie und nichtklebende Graphitsorte gewählt, welche eine ausgerichtete Struktur der einzelnen Graphitplättchen besass (Sigraflex von Sigri). In einem weiteren Verfahrens- schritt wurde die Flüssigkeit (im vorliegenden Fall1U lo was made from titanium sponge with a large inner surface. The powder particles had very irregular shapes with branches and protuberances. The mixing ratio was adjusted in such a way that 9 titanium powders per 6 ml terpineol. The viscous, homogeneous paste 2 was placed in a mobile coating device *. for thin Layer chromatography plates are filled in the form of a tapering container and applied as a coherent, uniform layer 3 to a support 1 in the form of a flat plate. The arrow in FIG. 2 shows the direction of movement of the coating device 4. A special pore-free and non-adhesive graphite type was selected as the carrier 1, which had an aligned structure of the individual graphite flakes (Sigraflex from Sigri). In a further process step, the liquid (in the present case
Terpineol) durch Erwärmen auf ca. 200°C in Luft verdampft. Die Schicht 3 wurde daraufhin samt Trägersubstanz 1 in einem Vakuumtrockenschrank bei ca. 200 C getrocknet. Da¬ bei trat bereits eine Verdichtung des Titanpulvers ein. Des weiteren wurde das Material einer mehrstufigen Wärme¬ behandlung unterworfen. Zu diesem Zweck wurde die SchichtTerpineol) evaporated in air by heating to approx. 200 ° C. Layer 3 was then dried together with carrier substance 1 in a vacuum drying cabinet at approx. 200 ° C. The titanium powder was already compacted. Furthermore, the material was subjected to a multi-stage heat treatment. To this end, the layer
3 auf der Trägersubstanz 1 in einen Vakuumofen eingeführt, dessen Vakuum bei einem Wert von 10 -5 bis 10-6 Torr lag.3 introduced on the carrier substance 1 in a vacuum oven, the vacuum of which was 10 -5 to 10-6 Torr.
Zunächst wurde das Material im Verlaufe von ca. 90 min auf eine Temperatur von 500 C aufgeheizt und währendFirst, the material was heated to a temperature of 500 C over a period of about 90 min and during
30 min auf dieser Temperatur gehalten. Das gegebenenfalls noch verbliebene Lösungsmittel (Terpineol) wird bei diesem Prozess restlos ausgetrieben. Dann wurde das Material im Verlauf von ca. 30 min weiter auf eine Temperatur von ca. 900 C erhitzt und während ca. 3 bei dieser Temperatur gehalten. Dabei sinterte das Titanpulver zu einer zu¬ sammenhängenden porösen Folie zusammen. Es uss darauf geachtet werden, dass diese Sintertemperatur nicht zu hoch eingestellt wird, damit die Titanschicht nicht mit dem Träger 1 verklebt. Nach dem Sintern wurde das Material abgekühlt und die Folie vom Träger 1 abgelöst. Hierauf wurde die Folie in einem Walzgerüst mit Walzen von 300 mm Durchmesser bei einer Walzgeschwindigkeit von 2 m/min kaltgewalzt. Die Höhenabnahme durch diesen Walzstich be- trug 15 /., was einer Verringerung der Porosität von 70 % auf 64 % entsprach. Nun wurde die kaltgewalzte Folie auf einen mit Graphitpulver bestrichenen Träger 1 aus Graphit gelegt und nochmals einer Wärmebehandlung gemäss Fig. 1 unterworfen. Die gemessene Porosität betrug noch 58 % . Nun wurde auf die poröse Titanfolie auf elektrochemische Weise eine Schicht aufgebracht, welche aus Platin bestand. DieMaintained at this temperature for 30 min. Any remaining solvent (terpineol) is completely removed in this process. The material was then further heated to a temperature of about 900 ° C. over the course of about 30 minutes and held at this temperature for about 3 minutes. The titanium powder sintered together to form a coherent porous film. Care must be taken that this sintering temperature is not set too high so that the titanium layer does not stick to the carrier 1. After sintering, the material was cooled and the film was detached from carrier 1. The film was then cold rolled in a roll stand with rolls of 300 mm in diameter at a rolling speed of 2 m / min. The decrease in height due to this rolling pass wore 15 /., which corresponded to a reduction in porosity from 70% to 64%. The cold-rolled foil was then placed on a graphite powder-coated support 1 and subjected to a further heat treatment according to FIG. 1. The measured porosity was still 58%. Now a layer consisting of platinum was applied to the porous titanium foil in an electrochemical manner. The
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Dotierung betrug 0,1 mg Platin pro cm . Nach einer geeig¬ neten Wärmebehandlung wurde der Stromkollektor des weiteren mit einem aus Platinmetallen b-zw. Platinmetalloxyden be¬ stehenden Elektrokatalysator beschichtet. Im vorliegendenDoping was 0.1 mg platinum per cm. After a suitable heat treatment, the current collector was further covered with a platinum metal b-zw. Platinum metal oxides existing electrocatalyst coated. In the present
Fall handelte es sich um eine Mischung aus RutheniumoxydThe case was a mixture of ruthenium oxide
2 und Iridiumoxyd in einer Gesamtmenge von 3 mg/cm Folien¬ oberfläche.2 and iridium oxide in a total amount of 3 mg / cm film surface.
Die Verfahrensschritte des Kaltwalzens und Sinterns können mehrmals nacheinander durchgeführt werden, bis die ge¬ wünschte gezielte Dichte bzw. Porosität der Folie oder Platte erreicht ist.The process steps of cold rolling and sintering can be carried out several times in succession until the desired targeted density or porosity of the film or plate has been reached.
Im Prinzip kann die Paste 2 auch mit Hilfe einer anderen geeigneten Flüssigkeit als C hergestellt werden. Auch das Aufbringen der Paste ist nicht an das Beschich¬ tungsgerät 4 für Dünnschicht-Platten gebunden, sondern kann mit Hilfe jeder anderen geeigneten Vorrichtung er¬ folgen. Bedingung ist, dass zunächst eine viskose, homo- gene Paste hergestellt und diese dann möglichst gleich- massig auf ein nichtklebendes Substrat (Träger 1) auf¬ gebracht wird.In principle, paste 2 can also be produced with the aid of a suitable liquid other than C. The application of the paste is also not bound to the coating device 4 for thin-layer plates, but can be carried out with the aid of any other suitable device. The condition is that a viscous, homogeneous paste is first produced and then applied as uniformly as possible to a non-adhesive substrate (carrier 1).
Ausführungsbeisgiel_II_Execution example_II_
Ein Stromkollektor* für eine elektrochemische Ozonzelle in Form einer porösen Titanfolie von 1,45 mm Dicke wurde wie folgt hergestellt: Auf einen mit Graphitpulver (KS 75 von Lonza) bestrichenen Träger 1 aus feinkörnigem Graphit (geschliffene Platte, Qualität Ringsdorff EK 72) wurde mittels eines beweglichen Beschichtungsgerätes 4 (Camag Dünnschicht-Apparat für Chromatographie) trockenes, rieselfähiges Titanpulver 2 (Sumitomo, Osaka) in Form einer gleichmässigen Schicht 3 aufgebracht. Die Schicht¬ dicke betrug ca. 1,9 mm; die Fläche war ein Quadrat von 200 mm Seitenlänge. Das Ganze wurde nun zwecks Sintern des Titanpulvers einer mehrstufigen Wärmebehandlung in einem Vakuumofen unterworfen. Zunächst wurde im Verlauf von ca. 90 min von Raumtemperatur auf 500 C erwärmt und diese Temperatur während weiteren 30 min konstant gehalten. Dann wurde während 30 min auf 1000 C erhitzt und diese Tempe¬ ratur während 3 h gehalten. Nach der Abkühlung auf Raum- temperatur konnte die auf diese Weise vorgesinterteA current collector * for an electrochemical ozone cell in the form of a porous titanium foil 1.45 mm thick was produced as follows: On one with graphite powder (KS 75 from Lonza) coated support 1 made of fine-grained graphite (ground plate, quality Ringsdorff EK 72) was dry, free-flowing titanium powder 2 (Sumitomo, Osaka) in the form of a uniform layer using a movable coating device 4 (Camag thin-layer apparatus for chromatography) 3 applied. The layer thickness was approximately 1.9 mm; the area was a square with a side length of 200 mm. The whole was then subjected to a multi-stage heat treatment in a vacuum oven in order to sinter the titanium powder. The mixture was first heated from room temperature to 500 ° C. over a period of about 90 minutes and this temperature was kept constant for a further 30 minutes. The mixture was then heated to 1000 ° C. for 30 minutes and this temperature was maintained for 3 hours. After cooling to room temperature, the pre-sintered in this way
Titanfolie leicht vom Träger 1 losgelöst werden, da das Graphitpulver eine Schutzschicht gebildet hatte. Die Dicke der Folie betrug nach dem Vorsintern ca. 1,8 mm, die Porosität 70 % . Nun wurde die Folie in einem Walzgerüst mit Walzen von 130 mm Durchmesser in mehreren Stichen kaltgewalzt. Die Höhenabnahme pro Stich betrug ca. 0,1 mm, so dass nach 3 Stichen eine Foliendicke von ca. 1,5 nun erreicht wurde. Dabei betrug die Walzgeschwindigkeit 1,2 m/min. Es uss darauf geachtet werden, dass die totale Querschnittsverminderung vor der nächsten Wärme¬ behandlung 30 % nicht überschreitet, da sonst das Mate¬ rial einreissen könnte. Die Höhenabnahme pro Stich sollte höchstens 15 % betragen. Die Walzgeschwindig¬ keit kann vorteilhafterweise auf 1 bis 30 m/min ein- gestellt werden. Die Porosität war nach dem Kaltwalzen auf einen Wert von ca. 62 % zurückgegangen. Nun wurde die kaltgewalzte Titanfolie einem weiteren Sinterprozess gemäss oben beschriebener Wärmebehandlung unterworfen. * Die Dicke der Folie betrug nach dem Sintern noch ca. 1,45 mm, die Porosität ca. 59 % . Die poröse Titanfolie wurde nun gemäss Beispiel I mit Platin beschichtet. Hier¬ auf wurde eine zusätzliche Schicht bestehend aus PbOp inTitanium foil can be easily detached from the carrier 1, since the graphite powder had formed a protective layer. The thickness of the film after presintering was approx. 1.8 mm, the porosity 70%. Now the film was cold rolled in several passes in a roll stand with rolls of 130 mm in diameter. The decrease in height per stitch was approx. 0.1 mm, so that after 3 stitches a film thickness of approx. 1.5 was now achieved. The rolling speed was 1.2 m / min. Care must be taken that the total cross-sectional reduction before the next heat treatment does not exceed 30%, since otherwise the material could tear. The decrease in height per stitch should not exceed 15%. The rolling speed can advantageously be set to 1 to 30 m / min. The porosity had dropped to about 62% after cold rolling. The cold-rolled titanium foil was then subjected to a further sintering process in accordance with the heat treatment described above. * The thickness of the film was still after sintering approx.1.45 mm, the porosity approx. 59%. The porous titanium foil was now coated with platinum according to Example I. An additional layer consisting of PbO p in
2 einer Menge von 15 mg/cm Folienoberfläche aufgebracht.2 applied an amount of 15 mg / cm film surface.
Durch gezielte Wiederholung der Verfahrensschritte des Kaltwalzens in einem oder mehreren Stichen und der dem Sintern dienenden Wärmebehandlung kann jede gewünschte Foliendicke und jede Porosität zwischen 0 und derjenigen, die ungefähr dem lose aufgeschütteten Titanpulver ent- spricht, erreicht werden,, Die vornehmlich dem Sintern dienende Wärmebehandlung kann unter Vakuum oder Schutzgas durchgeführt werden.By deliberately repeating the process steps of cold rolling in one or more passes and the heat treatment used for sintering, any desired film thickness and any porosity between 0 and that approximately corresponds to the loosely poured titanium powder can be achieved, which is primarily used for sintering heat treatment can be carried out under vacuum or protective gas.
Nach dem letzten Sinterprozess wird die poröse Titanfolie mit einer dünnen Platinschicht versehen, auf welcher eine weitere, aus mindestens einem Platinmetall oder einemAfter the last sintering process, the porous titanium foil is provided with a thin layer of platinum, on which another layer made of at least one platinum metal or one
Platinmetalloxyd oder PbO bestehende Elektrokatalysator- schicht aufgebracht wird.Platinum metal oxide or PbO existing electrocatalyst layer is applied.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird die wirtschaft¬ liche Fertigung von Stromkollektoren in Form poröser Titanfolien und Titanplatten von 0,1 bis ca. 5 mm konstan¬ ter Dicke mit gleichmässiger gezielter Porosität und praktisch beliebig grosser Fläche ermöglicht, wie sie für den Bau von grossen industriellen elektrochemischen Geräten, insbesondere Elektrolyseapparaten (Einzelteile und ganze, nach dem Filterpresse-Prinzip aufgebaute Batterien) benötigt werden. The process according to the invention enables the economical production of current collectors in the form of porous titanium foils and titanium plates of 0.1 to approximately 5 mm constant thickness with uniform, targeted porosity and practically any surface area, such as that required for the construction of large industrial ones electrochemical devices, in particular electrolysis apparatus (individual parts and entire batteries constructed according to the filter press principle) are required.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur Herstellung eines grossflächigen Strom¬ kollektors für eine elektrochemische Zelle in Form einer porösen Platte oder Folie mit gezielter Porosi¬ tät aus Titan, ausgehend von Titanpulver, wobei letzte- res direkt oder indirekt in Form einer gleichmässigen Schicht (3) auf einen Träger (1) aufgebracht und die Schicht (3) einem Sinterprozess unterworfen wird, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Schicht (3) einer stufenweisen Wärmebehandlung unter Vakuum oder Schutz- gas unterzogen und zu einer zusammenhängenden porösen Folie vorgesintert und dass letztere mindestens ein¬ mal kaltgewalzt und zusätzlich mindestens noch einmal nach der besagten stufenweisen Wärmebehandlung ge¬ sintert und schliesslich mit einem Elektrokatalysator beschichtet wird.1. A process for producing a large-area current collector for an electrochemical cell in the form of a porous plate or foil with a targeted porosity made of titanium, starting from titanium powder, the latter directly or indirectly in the form of a uniform layer (3) on one Carrier (1) is applied and the layer (3) is subjected to a sintering process, characterized in that the layer (3) is subjected to a gradual heat treatment under vacuum or protective gas and pre-sintered to form a coherent porous film and that the latter is at least one times cold rolled and additionally sintered at least once after said stepwise heat treatment and finally coated with an electrocatalyst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung der Schicht (3) auf dem gleichen ursprünglichen Träger (1) durchgeführt wird und in den nachfolgenden unter Vakuum von 10 -5 bis 10-6 Torr durchgeführten Schritten besteht:2. The method according to claim 1, characterized in that the heat treatment of the layer (3) on the same original carrier (1) is carried out and in the subsequent steps carried out under vacuum from 10 -5 to 10-6 Torr:
- Erwärmung im Verlaufe von 30 bis 90 min bis auf 500°C,- heating up to 500 ° C in the course of 30 to 90 min,
- Halten der Temperatur während 30 min auf 500°C,- keeping the temperature at 500 ° C for 30 min,
- Erwärmen im Verlaufe von 30 min von 500°C auf 900 bis 1000°C,- heating in the course of 30 min from 500 ° C to 900 to 1000 ° C,
- Sintern der Schicht durch Halten der Temperatur während 3 h zwischen 900 und 1000°C.- Sintering the layer by keeping the temperature between 900 and 1000 ° C for 3 hours.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgesinterte Folie in einem oder mehreren Walz- Stichen mit je einer Höhenabnahme von höchstens 15 % pro Stich und einer totalen Höhenabnahme von höchstens 30 % bei einer Walzgeschwindigkeit von 1 bis 30 m/min in ihrer Dicke verringert und ansc liessend während! .1/2 h bei 500°C und während weiteren 3 h bei 1100°C gesintert wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the presintered film in one or more rolling Stitches with a decrease in height of at most 15% per stitch and a total decrease in height of at most 30% at a rolling speed of 1 to 30 m / min reduced in thickness and then during! .1 / 2 h is sintered at 500 ° C and for a further 3 h at 1100 ° C.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte des Kaltwalzens und nachfolgen¬ den Sinterns mehrmals hintereinander ausgeführt werden.4. The method according to claim 3, characterized in that the process steps of cold rolling and subsequent sintering are carried out several times in succession.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesinterte Folie zunächst mit einer Platinschicht und zusätzlich mit einer weiteren Schicht bestehend aus mindestens einem Platinmetall oder mindestens einem Platinmetalloxyd versehen wird.5. The method according to claim 1, characterized in that the sintered film is first provided with a platinum layer and additionally with a further layer consisting of at least one platinum metal or at least one platinum metal oxide.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesinterte Folie zunächst mit einer Platinschicht und zusätzlich mit einer weiteren Schicht bestehend aus PbO versehen wird.6. The method according to claim 1, characterized in that the sintered film is first provided with a platinum layer and additionally with a further layer consisting of PbO.
7. Verfahren nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, dass das Titanpulver direkt in rieselfähiger trockener Form als Schicht (3) auf einen zuvor mit Graphitpulver be¬ strichenen Träger (1) bestehend aus feinkörnigem Gra¬ phit aufgebracht wird.7. The method according to claim 1 ,. characterized in that the titanium powder is applied directly in free-flowing, dry form as a layer (3) to a support (1) consisting of fine-grained graphite powder and coated with graphite powder.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Titanpulver in einer Flüssigkeit aufgeschlämmt wird und die auf diese Weise hergestellte viskose, homogene Paste (2) in Form einer zusammenhängenden gleichmässi- gen Schicht (3) auf einen Träger (1) bestehend aus speziellem porenfreien, nichtklebenden Graphit mit ausgerichteter Struktur der einzelnen Graphitplättchen aufgebracht, die Flüssigkeit in Luft verdampft und die Schicht (3) anschliessend im Vakuum getrocknet wird.8. The method according to claim 1, characterized in that the titanium powder is suspended in a liquid and the viscous, homogeneous paste (2) produced in this way in the form of a coherent, uniform layer (3) on a support (1) consisting of special pore-free, non-sticky graphite with an aligned structure of the individual graphite platelets, the liquid evaporates in air and the layer (3) is then dried in vacuo.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Aufschlämmen benützte Flüssigkeit Terpineol C _H o0 ist, welches bei 200 C verdampft wird und dass die Schicht (3) bei 200°C im Vakuum getrocknet wird.9. The method according to claim 8, characterized in that the liquid used for slurrying is Terpineol C _H o0, which is evaporated at 200 C and that the layer (3) is dried at 200 ° C in a vacuum.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die viskose Paste (2) aus Titanpulver der Partikel- grösse 15 JU bis 120 λi mit sehr unregelmässigen, Ver¬ zweigungen und Protuberanzen aufweisenden Formen, welches aus Titanschwamm erzeugt wurde, und aus Terpineol im Mischungsverhältnis 9 S Titan zu 6 ml Terpineol hergestellt wird.10. The method according to claim 8, characterized in that the viscous paste (2) made of titanium powder with a particle size of 15 JU to 120 λi with very irregular shapes having branches and protuberances, which was produced from titanium sponge, and from terpineol in Mixing ratio 9 S titanium to 6 ml terpineol is produced.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die viskose Paste (2) mit einem beweglichen Beschich¬ tungsgerät (4) für Dünnschicht-Platten auf den Träger (1) aufgebracht wird. 11. The method according to claim 8, characterized in that the viscous paste (2) is applied to the carrier (1) with a movable coating device (4) for thin-layer plates.
B e z e i c h n u n g s l i s t eB e z e i c h n u n g s l i s t e
1 Träger (Graphit)1 carrier (graphite)
2 Titanpulver oder Titanpaste2 titanium powder or titanium paste
3 Gleichmässige Schicht des Pulvers oder der Paste3 Even layer of powder or paste
4 Bewegliches Beschichtungsgerät (nach unten spitz zulaufender Behälter) 4 Movable coating device (container tapering downwards)
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