DE1174861B

DE1174861B - Verfahren zur Herstellung von Katalysator-elektroden fuer Brennstoff- und Luft-sauerstoffelemente

Info

Publication number: DE1174861B
Application number: DEA35088A
Authority: DE
Inventors: Margarete Jung; Dipl-Chem Dr Hanns H Kroeger
Original assignee: VARTA AG
Current assignee: VARTA AG
Priority date: 1960-07-09
Filing date: 1960-07-09
Publication date: 1964-07-30
Also published as: NL266573A; GB985900A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H Ol ra

Deutsche Kl.: 21b-14/01

Nummer: 1174 861

Aktenzeichen: A35088VIb/21b

Anmeldetag: 9. Juli 1960

Auslegetag: 30. Juli 1964

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Katalysatorelektroden, die sich zur Verwendung in Brennstoff- und Luftsauerstoffelementen eignen.

Derartige Elektroden sind an sich bekannt. Im allgemeinen bestehen sie aus einem porösen Körper, beispielsweise aus Kohle oder einem gesinterten Metallpulver. Zur Erhöhung der katalytischen Wirksamkeit der Elektroden ist schon vielfach der Weg beschriften worden, diese porösen Körper mit katalytisch aktivem Metall zu imprägnieren. Dabei ist es jedoch immer erforderlich, eine ganze Reihe von Arbeitsgängen nacheinander vorzunehmen, so daß sich die Herstellung hochbelastbarer Katalysatorelektroden bisher stets als sehr kostspielig und als mit hohem Zeitaufwand verbunden erwiesen hat. Dies gilt insbesondere auch für Elektroden, deren aktiver Bestandteil aus einem Raney-Katalysator besteht, da die inaktive Ausgangslegierung durch Behandlung mit Alkalilaugen aktiviert werden muß.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung,¹ hier Abhilfe zu schaffen und ein einfaches Verfahren zu finden, mit dessen Hilfe sich Katalysatorelektroden für Brennstoff- und Luftsauerstoffelemente herstellen lassen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß aus einer oder einem Gemisch mehrerer leicht zersetzlicher Verbindungen eines oder mehrerer katalytisch aktiver Metalle ein fester Körper gepreßt wird, worauf die Verbindungen bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der betreffenden Metalle in sauerstofffreier Atmosphäre zersetzt werden.

Als besonders geeignete Ausgangsmaterialien für das erfindungsgemäße Verfahren haben sich durch Temperaturerhöhung leicht zersetzliche anorganische Verbindungen, wie z. B. die Oxyde, Hydroxyde, Nitrate und Carbonate, katalytisch aktiver Metalle erwiesen. Mit Vorteil lassen sich weiterhin eine Reihe organischer Verbindungen katalytisch aktiver Metalle, wie z. B. die Salze organischer Säuren oder metallorganische Verbindungen, verwenden.

Die Zersetzung aller dieser Verbindungen erfolgt mit besonderem Vorteil in einer reinen Wasserstoffatmosphäre. Dabei lagert sich in erheblichem Maße Wasserstoff in die Fehlstellen des Gitters der katalytisch aktiven Metalle ein, so daß die fertigen Sinterkörper eine besonders hohe katalytische Aktivität aufweisen.

Als katalytisch aktive Metalle kommen für das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere Silber und Nickel in Betracht.

Verfahren zur Herstellung von Katalysatorelektroden für Brennstoff- und Luftsauerstoffelemente

Anmelder:

Varta Aktiengesellschaft,
Hagen (Westf.), Dieckstr. 42

Als Erfinder benannt:

Margarete Jung, Nieder-Eschbach,

Dipl.-Chem. Dr. Hanns H. Kroger, Frankfurt/M.

Nachstehend seien noch einige Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren im einzelnen beschrieben.

Beispiel 1

Aus Nickelcarbonat wurden in einer Matrize bei einem Druck von 200 kg/cm² Tabletten der Abmessungen von 20 mm Durchmesser und einer Dicke von 5 mm hergestellt. Bei einer Temperatur von 275° C wurden die Preßkörper im Wasserstoff strom zu metallischem Nickel reduziert. Nach dieser Reduktion waren die Körper so stark pyrophor, daß das Einbringen in stromableitende Halterungen nur unter Verwendung von Schutzgas bzw. in angefeuchtetem Zustande durchzuführen war.

Diese Körper wurden als negative Elektroden in Knallgas-Brennstoffzellen eingebaut und hatten bei einer Dauerbelastung von 100 mA/cm² eine vom reversiblen Wasserstoffpotential nur unwesentlich abweichende Spannungslage.

Beispiel 2

Aus Silberoxyd wurden bei einem Druck von 250 kg/cm² Formkörper von 20 mm Durchmesser und 4 mm Dicke kalt gepreßt. Sodann wurden die Körper bei 500° C im Wasserstoff strom leicht gesintert. Nach Abkühlung auf Zimmertemperatur und Einbau in eine stromableitende Halterung, die gleichzeitig zur Sauerstoffzufuhr dient, wurde die Elektrode in Alkalilauge durch eine anodische Belastung von 5 mA/cm² partiell wieder oxydiert.

Bei anschließendem Einsatz als positive Elektrode in einer Brennstoffzelle zeigte das Material bei einer Belastung von 100 mA/cm² ein Potential von — 150 mV gegen eine gesättigte Kalomelelektrode.

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Beispiel 3

Aus einem innigen Gemisch von 25 Gewichtsteilen Nickelformiat und 1 Gewichtsteil Kaliumpalladium(II)-chlorid wurden unter einem Druck von 280 kg/cm² Scheiben mit einem Radius von 2 cm und einer Stärke von 3,5 mm gepreßt und bei 350° C einem Wasserstoffstrom ausgesetzt.

Als Wasserstoffelektrode in einer Halbzellenschaltung wies sie bei Zimmertemperatur und einer Belastung von 100 mA/cm² ein um 110 mV vom reversiblen Wasserstoffpotential abweichendes Potential auf.

Beispiel 4

40 Gewichtsteile frisch gefälltes Nickelhydroxyd, 10 Gewichtsteile Silberoxalat und 1 Gewichtsteil Kaliumosmat wurden gut miteinander vermischt und aus dem erhaltenen Pulver durch Pressen unter einem Druck von 320 kg/cm² Scheiben mit einem Durchmesser von 4 cm und einer Stärke von 4 mm hergestellt. Eine Scheibe wurde nach dem Erhitzen auf 260° C 50 Minuten lang im Wasserstoffstrom belassen und nach dem Abkühlen als Sauerstoffelektrode in eine Brennstoffzellen-Elektrodenhalterung eingebaut.

Als Wasserstoffelektrode diente eine Scheibe mit gleichen Abmessungen, deren Ausgangsmaterial aus 10 Gewichtsteilen Nickelnitrat, 10 Gewichtsteilen Kupferphenyl und 1 Gewichtsteil Platindiamminnitrit bestand. Die Wärmebehandlung des Preßlings erfolgte bei 270° C im Kohlenmonoxydstrom für 70 Minuten.

Das mit den beschriebenen Elektroden ausgerüstete Brennstoffelement lieferte bei einer Belastung von 50 mA/cm² und Zimmertemperatur im Dauerbetrieb eine Spannung von 0,84 V.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Katalysatorelektroden für Brennstoff- und Luftsauerstoffelemente, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer oder einem Gemisch mehrerer leicht zersetzlicher Verbindungen eines oder mehrerer katalytisch aktiver und gegen alkalische Lösungen beständiger Metalle ein fester Körper gepreßt wird, worauf die Verbindungen bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der betreffenden Metalle in sauerstofffreier Atmosphäre zersetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als leicht zersetzliche Verbindungen anorganische Verbindungen der katalytisch aktiven Metalle, z. B. Oxyde, Hydroxyde, Nitrate oder Carbonate, verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als leicht zersetzliche Verbindungen organische Verbindungen katalytisch aktiver Metalle, z. B. Salze organischer Säuren, wie Oxalate, Formiate oder Acetate, oder metallorganische Verbindungen, wie Alkyl- oder Arylverbindungen, verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zersetzung der Verbindungen in einer Wasserstoffatmosphäre erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 019 361,
099;

Patentschriften Nr. 8151, 15 620, 14 941 des Amtes für Patent- und Erfindungswesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands.

409 638/106 7.64

Bundesdnickerei Berlin