DE19647534C2 - Elektrochemischer Energiewandler sowie dessen Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiewandler mit flüssigem und fixiertem Elektrolyten sowie seine Verwendung. Die Erfindung betrifft vor al­ lem solche Energiewandler, die Gase erzeugen (Elektrolyse) oder verzehren (Brennstoffzelle, Gassensor).

Elektrochemische Energiewandler mit festem, flüssigem oder fixiertem, z. B. alka­ lischem Elektrolyten sind an sich bekannt. Ein Elektrolyseur mit flüssigem, fixier­ tem Elektrolyten ist z. B. in Davenport et al. Space water electrolysis: space station through advanced missions in: Journal of Power Sources, 36 (1991) 235-249 be­ schrieben. Der Elektrolyt ist in einer porösen Matrix (auch Diaphragma genannt) und in den direkt benachbart zur Matrix angeordneten porösen, mit Katalysator beschichteten Elektroden fixiert. Die Elektrolysegasentwicklung findet vorwie­ gend innerhalb der mit Elektrolyt gefüllten Poren statt. Die Fixierung des Elektro­ lyten unter Elektrolysebetrieb wird üblicherweise durch Kapillarkräfte erreicht. Die hydrophilen Eigenschaften der Elektrolytmatrix werden ausgebildet, indem der Elektrolyt vorzugsweise in der Matrix fixiert wird und nicht von den Elektroden abgesaugt wird.

Die Elektroden umfassen ein poröses Trägermaterial sowie eine darauf angeordnete aktive Schicht, im folgenden auch als Katalysator oder Elektrokatalysa­ tor bezeichnet. Als Katalysatoren für die Wasserstoffabscheidung wurden bisher Edelmetalle, Nickel und seine Legierungen, amorphe Metalle, sintermetallische Legierungen mit Lanthan und Nickel und Nickelverbindungen u. a. eingesetzt. Nickel zeigt dabei die unangenehme Eigenschaft des Alterns unter Bildung β- Hydriden. Für die anodische Sauerstoffabscheidung wurden Edelmetalle, Nickel und seine Legierungen, amorphe Legierungen, Spinelle, Perowskit, Metalloxide, Graphit u. a. eingesetzt. Die meisten Katalysatoren weisen keine ausreichende Langzeitstabilität auf. Viele, darunter RANEY-Nickel, haben eine relativ hohe Überspannung.

Die an die Elektroden angrenzenden, mit Abstandshaltern erzeugten Produkt­ gaskammern sind mit den Produktgasen gefüllt (bei der Wasserelektrolyse: Sauerstoff benachbart zur Anode, Wasserstoff benachbart zur Kathode) und ent­ halten keinen Elektrolyten. Die Phasentrennung zwischen den Produktgasen und den fixierten flüssigen Elektrolyten findet innerhalb der porösen Elektroden statt. Die Funktionsweise ermöglicht die Elektrolyse ohne Gas-Separatoren.

Aufgrund des beschriebenen Aufbaus grenzt jede der beiden Elektroden auf einer Seite an den Elektrolyten und auf der anderen Seite an eines der Produkt­ gase. Man spricht deshalb von gasseitigen und elektrolytseitigen Bereichen einer Elektrode.

Benachbart zu der kathodenseitigen Produktgaskammer, und von dieser durch eine Membran getrennt, findet sich die Eduktkammer mit Wasser oder einer wässrigen Lösung. Die Zuführung des Edukts zu den Elektroden erfolgt durch Gasdiffusion. Der Wasserdampf diffundiert über die Membrane durch die Kathodenkammer (H₂-Raum) zur Kathode aufgrund des Wasserdampfpartialdruckge­ fälles zwischen Eduktkammer und elektrolytgefüllter poröser Kathode. Das elek­ trochemisch verbrauchte Wasser kann über einen Kreislauf, der gleichzeitig zur Kühlung und zur Wasserzufuhr dient, ersetzt werden.

Bei elektrochemischen Energiewandlern, z. B. mit flüssigen und fixierten Elektro­ lyten, bestimmt die Porenstruktur der Elektrode wesentlich die zur Verfügung ste­ hende aktive Fläche und beeinflußt den Abtransport der Produktgase (Elektroly­ se) bzw. die Zuführung der Reaktionsgase (Brennstoffzelle), die elektrische Leit­ fähigkeit der Elektrode und die mechanische Stabilität.

Mit abnehmendem Porendurchmesser steigt nach unseren Beobachtungen die aktive Fläche und somit der Wirkungsgrad des Elektrodenprozesses. Jedoch ist mit abnehmendem Porendurchmesser eine Verschlechterung des Gastran­ sports im Elektrolysebetrieb festzustellen, während durch Kapillarkräfte die Fi­ xierung des Elektrolyten im Porensystem der Elektrode zunimmt. Bei einem zu großen Porendurchmesser besteht die Gefahr des Elektrolytverlusts.

Aus den DE-OS 15 71 742, der EP 466 418 A1 sowie der DD 69 151 sind jeweils elektrochemische Energiewandler bekannt, deren Elektroden aus mehreren Schichten mit unterschiedlichem mittlerem Porendurchmesser bestehen. Jede einzelne Schicht umfasst genau einen Porentyp mit einem bestimmten Poren­ durchmesser.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrochemischen Energiewandler zu schaffen,

• - an dessen Elektroden ein möglichst großes Elektrolytvolumen gespeichert werden kann, wobei ein Elektrolytverlust vermieden werden soll,
• - und gleichzeitig einen möglichst guter Edukt- und Produktgastransport ge­ währleistet werden kann.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sowie die Verwendung des Energiewandlers sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Elektrode umfaßt einen elektrisch leitfähigen Träger und eine ein- oder beid­ seitig aufgebrachte Aktivschicht, die nachfolgend auch als Katalysator bezeich­ net wird. Erfindungsgemäß weist der poröse Träger der Elektrode mindestens zwei Porentypen unterschiedlicher Größe auf, wobei die Porentypen derart in­ nerhalb des Trägers verteilt sind, daß elektrolytseitig beginnend und in Richtung auf die Gasseite fortschreitend, der mittlere Porendurchmesser ansteigt. Die klei­ neren Poren, die verstärkt elektrolytseitig vorhanden sind, dienen dazu, ein mög­ lichst großes Elektrolytvolumen zu speichern (fixieren). Die größeren Poren, die verstärkt gasseitig vorhanden sind, dienen dazu, einen möglichst guten Edukt- und Produktgastransport zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Elektrolyt, der teilweise an den kleineren Poren des elektrolytseitigen Bereichs der Elektrode herausge­ schoben wird, durch die Kapillarwirkung der kleineren Poren des elektrolytabge­ wandten Bereichs aufgesogen und in das mikroporöse Porensystem des elek­ trolytseitigen Bereichs zurückgeleitet wird.

Mit der erfindungsgemäßen Elektrode wird eine optimale Abstimmung der ge­ gensätzlichen Anforderungen an die aktive Fläche des Elektrodenprozesses einerseits und den Gasabtransport andererseits erhalten.

Des weiteren wird durch die Erfindung erreicht, daß ohne Einschränkung des Wirkungsgrads ein Elektrolytverlust mit hoher Sicherheit ausgeschlossen wer­ den kann.

Der erfindungsgemäße poröse Träger kann zum Beispiel aus einer einzelnen Schicht bestehen, die mindestens zwei Porentypen unterschiedlicher Größe aufweist. Darüberhinaus kann eine der poröse Träger auch aus mehreren Schich­ ten aufgebaut sein, wobei jede Schicht mehrere Porentypen unterschiedlicher Größe aufweist.

Der poröse Träger kann bevorzugt ein Metall (wie Nickel, Titan oder Stahl) oder Graphit sein, wobei bevorzugt Filze, Schäume, Gewebe eingesetzt werden.

Als Aktivschicht wird bevorzugt ein Metalloxid, Metalloxidhydrat, Metallhydroxi­ den oder Mischungen daraus der Elemente Iridium, Ruthenium, Palladium Pla­ tin, Osmium, Rhodium, Tantal, Zinn, Zink verwendet. Besonders geeignet sind die elektronenleitenden Metalloxide der Gruppe VIII des Periodensystems. Iridi­ umdioxid hat sich nach unseren Messungen als besonders langzeitstabil erwie­ sen.

Die erwähnten Katalysatoren weisen folgende Eigenschaften auf:

• - hohe elektrochemische Aktivität bei hoher spezifischer Oberfläche und geringem Widerstand,
• - geringe Wasserstoff- und Sauerstoffüberspannung,
• - Langzeitstabilität bei hohen Strömen.

Sie sind den bekannten Katalysatoren insbesondere im Bezug auf Alterung und Langzeitbeständigkeit überlegen. Die in der Beschreibungseinleitung angege­ benen Probleme der bekannten Katalysatoren treten nicht auf.

Das Aufbringen der elektroaktiven Schicht auf die Trägerstruktur kann vorteilhaft nach den folgenden Verfahren erfolgen:

a) Thermolytisches Verfahren

Die Aktivschicht entsteht durch thermische Zersetzung von Iridiumsalzen wie Hexachloroiridiumsäure auf dem Elektrodenträger. Die Aufbringung der Vorstu­ fe kann durch Tauchen, Streichen, Pinseln oder ein Druckverfahren erfolgen. Die Umwandlung zum Oxid erfolgt bei ca. 200-500°C, bevorzugt bei 400°C. Der Be­ schichtungsvorgang wird mehrfach wiederholt. Dem Iridiumsalz können andere Bestandteile zugegeben werden, z. B. Ruthenium-, Tantal, Zinnverbindungen, um spezifische Eigenschaften der Aktivschicht auszubilden.

β) Pulververfahren

Aus Metallsalzvorstufen (z. B. Hexachloroiridiumsäure, Rutheniumtrichlorid) wird

• - durch Ausfällen mit Lauge in einem Sol-Gel-Prozess oder
• - durch thermische Zersetzung in einem Tiegel

das Metalloxid hergestellt und in einem zweiten Schritt auf die Trägerstruktur auf­ gebracht.

Die erfindungsgemäße Elektrode ist für den bifunktionalen Betrieb geeignet, das heißt für den abwechselnden Elektrolyse- und/oder Brennstoffzellenbetrieb.

Die erfindungsgemäße Elektrode kann für elektrochemische Energiewandler allgemein eingesetzt werden oder speziell für sauerstofferzeugende Lebenser­ haltungssysteme, wasserstofferzeugende Subsystem zur Abgasnachbehand­ lung, als energieerzeugende Brennstoffzelle, als kompakter Elektrolyseur in der Energiewirtschaft.

Die Erfindung wird anhand von Figur mit Bezug auf konkrete Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen elektrochemischen Energiewandler mit zwei erfindungsgemä­ ßen Elektroden in schematischer Darstellung,

Fig. 2 bimodale Porenverteilung einer Wasserstoffelektrode (integriert über alle Elektrodenschichten),

Fig. 3 bimodale Porenverteilung einer Sauerstoffelektrode (integriert über alle Elektrodenschichten),

Fig. 4 Strom-Spannungskennlinien beschichteter und unbeschichteter Elektroden (Abszisse: Stromdichte mA/cm², Ordinate: Zellspan­ nung/V),

Fig. 5 Standzeitverhalten beschichteter und unbeschichteter Elektroden bei 200 mA/cm² und 70°C über 11.000 Stunden (Abszisse: Zeit/h, Ordinate: Zellspannung/mV)

Fig. 1 zeigt einen elektrochemischen Energiewandler, der zwei bevorzugte Aus­ führungsformen der erfindungsgemäßen Elektrode als Kathode 2 und Anode 4 sowie einem dazwischen angeordneten Elektrolyten 8 umfaßt.

Die beiden Elektroden 2, 4 umfassen jeweils drei Schichten:

• a) eine gasseitige Trägerschicht 2.1, 4.1 mit bimodaler Porenradienverteilung, das heißt zwei bevorzugte Porenradien; die Mehrzahl der größeren Poren liegt zur Gasseite hin, und die Mehrzahl der kleineren Poren liegt zum Elek­ trolyten hin;
• b) eine elektrolytseitige Trägerschicht 2.2, 4.2 mit bimodaler Porenradienvertei­ lung, wobei die Mehrzahl der kleineren Poren zur Elektrolytseite hin liegen, und die Mehrzahl der größeren Poren zur Gasseite hin liegen,
• c) eine Aktivschicht 2.3, 4.3 aus Iridiumdioxid.

Wie man aus der Fig. 1 erkennen kann, sind die größeren Poren der elektrolytsei­ tigen Schicht 2.2 bzw. 4.2 kleiner als die größeren Poren der gasseitigen Schicht 2.1 bzw 4.1. Ebenso sind die kleineren Poren der elektrolytseitigen Schicht 2.2 bzw. 4.2 kleiner als die kleineren Poren der gasseitigen Schicht 2.1 bzw 4.1.

In dem Diagramm im unteren Teil der Fig. 1 sind die prinzipiellen Porenradien­ verteilungen der beiden bimodalen Kathodenschichten 2.1, 2.2 beispielhaft auf­ getragen (Abszisse: Porenradius, Ordinate: Anteil am Gesamtporenvolumen). Man erkennt, daß in jeder Schicht 2.1, 2.2 zwei bevorzugte Porenradien vorhan­ den sind (zwei relative Maxima). In der Elektrodenschicht 2.2, die elektrolytseitig angeordnet wird, überwiegt der Anteil der kleineren Poren gegenüber den grös­ seren Poren. Komplementär dazu ist die elektrolytabgewandte Schicht 2.1 ge­ staltet.

Die größeren Poren in jeder Schicht dienen dem unbehinderten Gastransport, die kleineren Poren der Fixierung des Elektrolyten.

Die Schichten 2.1, 4.1 dienen hauptsächlich dem Gasan- bzw. -abtransport, wo­ bei die kleinere Poren ein Austragen des Elektrolyten verhindern.

Die Schichten 2.2, 4.2 dienen hauptsächlich der Fixierung des Elektrolyten, wo­ bei die größeren Poren der Zu- und Austritt von Edukt- und Produktgasen erlau­ ben.

An den elektrolytseitigen Aktivschichten 2.3, 4.3, die partiell in die Schichten 2.2 bzw 4.2 eindringen können, läuft die elektrochemische Reaktion ab.

Ohne den genannten erfindungsgemäßen Schichtaufbau der Elektrode wird entweder Elektrolyt ausgetragen oder der Gastransport wird empfindlich behin­ dert.

Bei einer Elektrolyseelektrode werden für die Sauerstoffelektrode größere Poren eingesetzt als bei der Wasserstoffelektrode, weil Sauerstoffblasen größer als Wasserstoffblasen sind und die Größe der Sauerstoffblasen zudem mit steigen­ der Stromdichte zunimmt. Wie man aus der Fig. 1 erkennen kann, sind deshalb die Poren der Anode größer als die entsprechenden Poren der Kathode.

Die Herstellung bimodaler Schichten, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, bei denen die beiden Porenarten zur Gasseite bzw. zur Elektrolytseite hin konzentriert sind, ist relativ aufwendig. Aus fertigungstechnischer Sicht kann es deshalb vorteilhaft sein, eine Schicht nach Fig. 1 durch mehrere dünnere Unterschichten zu erset­ zen, wobei innerhalb jeder Unterschicht die Porenarten gleichverteilt sind, je­ doch elektrolytseitig beginnend und in Richtung auf die Gasseite fortschreitend der mittlere Porendurchmesser der einzelnen Schichten von Schicht zu Schicht erhöht wird.

Beispiel 1 Trägerstruktur

Die Elektroden mit fixiertem alkalischem Elektrolyten umfassen genau zwei un­ terschiedliche Trägerschichten. Die Schichten werden beidseitig einer metalli­ schen Sperrschicht (z. B. Blech, Filz, Vlies, Schaum oder Gewebe) aufgebracht. Besonders vorteilhaft wird ein Nickelfilz oder Graphitfilz mit zwei Lagen unter­ schiedlicher Porosität und unterschiedlicher bimodaler Porenstruktur verwen­ det. In der Elektrodenschicht, die elektrolytseitig angeordnet wird, überwiegt der Anteil der kleineren Poren gegenüber den größeren Poren. Komplementär dazu ist die elektrolytabgewandte Seite gestaltet: Die Elektrolysegase werden zum größten Teil in der elektrolytseitigen Elektrodenschicht mit den kleineren Poren erzeugt und wandern zur elektrolytabgewandten Elektrodenschicht mit der grös­ seren, nicht mit Elektrolyt gefüllten Poren und weiter in die anliegenden Gasräume.

Die Porenradienverteilungen für die Wasserstoffelektrode und die Sauerstoff­ elektrode sind unterschiedlich:

• - Die Wasserstoffelektrode enthält überwiegend kleinere Poren mit Vertei­ lungsmaxima bei 3-5 µm elektrolytseitig und 20-50 µm gasseitig (Fig. 2).
• - Die Sauerstoffelektrode enthält überwiegend größere Poren mit Verteilungs­ maxima bei 3-5 µm elektrolytseitig und 70-100 µm gasseitig (Fig. 3).

Eine solche Elektrodenstruktur ist besonders günstig für die Wasserstoffelektro­ lyse, weil Sauerstoffblasen größer sind als Wasserstoffblasen. Sie kann vorteil­ haft, aber auch für Brennstoffzellenelektroden eingesetzt werden.

Beispiel 2 Herstellung des Trägers

Auf einen Nickelfilz von 90-600 g/m² werden einseitig gesiebte Fraktionen eines Nickelpulvers (z. B. INCO 123) aufgesintert, so daß eine makroporöse Elek­ trodenstruktur entsteht, die elektrolytseitig eingesetzt wird. Die Gasseite der Elektrode wird aus einem Nickelpulver gröberer Körnung (z. B. INCO 244) durch einen Sintervorgang erzeugt.

Es können zusätzlich Porenbildner (z. B. 25% Fumarsäure oder Ammonium­ carbonat) eingesetzt werden. Die dadurch entstehende Porenstruktur wirkt sich günstig auf die Strom-Spannungs-Kurve der Sauerstoffelektrode aus. Die spezifische Oberfläche der Trägerstruktur beträgt zwischen 20 und 60 m²/g, der mittlere Porendurchmesser zwischen 4 und 17 µm. Maxima der Porendurch­ messerverteilung liegen bei 5-7 µm und 15-20 µm. Daneben gibt es große Po­ ren von 95-125 µm Durchmesser.

Beispiel 3 Aktivschicht

Besonders vorteilhaft hat sich folgendes Beschichtungsverfahren erwiesen:

• - Nickelfilze werden in organischen Lösungsmitteln (wie Aceton) entfettet, in 20%iger Schwefelsäure geätzt, sorgfältig im Wasser gespült.
• - Eine Lösung von Hexachlororidiumsäure in Wasser/Isopropanol wird auf die Nickelfilze durch Bestreichen, Tauchen oder Drucktechniken aufgebracht. Die Beschichtungslösung kann Zusätze von Polyalkoholen und Cellulosee­ thern enthalten, wie sie in der Lackiertechnik zum Einsatz kommen.
• - Anschließend werden die Elektroden im Ofen unter Luftzutritt erhitzt. Bei Verwendung vorstehender Lösung erfolgt die Kalzinierung bei ca. 325°C ca. 30 min. lang. Bei dieser Temperatur werden besonders leit­ fähige Schichten mit geringer Wasserstoff- und Sauerstoffüberspannung er­ halten. Das erhaltene Oxid ist kein stöchiometrisches IrO₂, wie es früher in der Literatur beschrieben wurde, sondern ein Oxidhydrat, der ungefähren Zusammensetzung zwischen IrO(OH) und IrO₂ . 2H₂O, wobei Iridium in der Oxidationsstufe III und IV vorliegt.
• - Der Beschichtungs- und Kalzinierungsprozeß wird mindestens einmal durchgeführt.
• - Mit den beschichteten Elektroden erfolgt dann eine Nachbehandlung. Dabei werden die Elektroden anodisch polarisiert bei erhöhter Temperatur von ca. 60°C. Diese Vorpolarisation kann auch im Elektrolysebetrieb erfol­ gen.

Durch die Vorpolarisation werden Verunreinigungen in den Elektroden heraus­ gelöst oder in einen stabilen Oxidationszustand überführt (u. a. Ni²⁺ in Ni(IV)). Dadurch werden besonders langzeitstabile korrosionsresistente Elektroden er­ halten.

Es wurden Standzeiten im Elektrolysebetrieb bei 80°C und 10 bar von über 15.000 Stunden ohne nennenswerte Degradation nachgewiesen. Aufgrund der Aktivität des Elektrodenmaterials und der niedrigen Überspannung kann der Elektrolyseur bei Betriebsspannungen unter 1,6 V betrieben werden (Fig. 4). Da­ durch spielen korrosive Reaktionen an den Nickelträgern und Elektroden keine Rolle mehr; der Elektrolyseur kann ferner bei niedrigeren Druck und tieferen Temperaturen betrieben werden, als dies bisher mit anderen Systemen möglich war. Insgesamt wird ein Zuwachs an Sicherheit und Standzeit bei geringeren Be­ triebskosten erreicht.

Fig. 4 zeigt, daß die Aktivschicht die Zellspannung gegenüber Reinnickel bei der alkalischen Elektrolyse um rund ein halbes Volt erniedrigt (bei 200 mA/cm², 70 °C).

Beispiel 4 Elektrode für eine Brennstoff- und/oder Elektrolysezelle

Aus einer wäßrigen Lösung von Hexachlororidiumsäure wird durch Zugabe von Alkalien Iridiumoxidhydrat ausgefällt abgefiltert und gewaschen: Der ideale Fäl­ lungs-pH liegt zwischen pH 9 und 14. Das Iridiumhydrat wird bei 90°-450°C ge­ trocknet, pulverisiert und bei 325°C auf metallische Träger aufgesintert. Alterna­ tiv ist die Aufbringung ohne Temperatureinwirkung mit Hilfe einer Paste, die Nafion® enthält, möglich.

Beispiel 5 Elektrode für eine Brennstoffzelle

Das Iridiumoxidhydrat wird getrocknet oder ungetrocknet mit bis zu 5% PTFE-Pulver zu einer Paste verarbeitet. Die Paste kann auch Anteile von Kohle­ pulver enthalten. Die Paste wird auf den Träger aufgebracht durch Streichen, Walzen, Pressen oder Sintern.

Beispiel 6 Elektrode für eine Brennstoff- und/oder Elektrolysezelle

Eine Mischung aus RuCl₃ und H₂IrCl₆ und Natriumnitrat wird bei 400 bis 450°C zum Elektrodenmaterial umgesetzt, sorgfältig ausgewaschen und bei 325°C auf den Träger aufgesintert. Die Elektrode kann zusätzlich Anteile von Aktivkohle oder Graphit und Platin enthalten. Die genannten Platinmetalle treten in den Oxi­ dationsstufen III, IV (und VI) auf.

Beispiel 7 Hydrophobe Poren

Um ein Ein- oder Ausdringen des Elektrolyten aus der porösen Elektrodenstruk­ tur zu verhindern, kann die Elektrode ein- oder beidseitig hydropholisiert werden. Dazu wird die Elektrodenoberfläche mit der Lösung eines Polymers wie PTFE oder Nafion® behandelt.

Beispiel 8 Gestapelter Träger

Als Träger werden Kohlenstoffasermatten oder -gewebe von unterschiedlicher Porosität übereinandergeschichtet, wobei die Porosität der Lagen vom Gasraum in Richtung Elektrolyt abnimmt. Es können u. a. kommerziell erhältliche Graphit­ papiere eingesetzt werden. Eine Verklebung der Schichten ist möglich.

Claims (12)

1. Elektrochemischer Energiewandler mit zwei Elektroden (2, 4) und einem zwischen den Elektroden (2, 4) angeordneten flüssigen, fixierten Elektro­ lyten (8), wobei die Elektroden (2, 4) einen porösen leitfähigen, minde­ sens zwei Porentypen unterschiedlicher Größe aufweisenden Träger mit einer oder mehreren Schichten (2.1, 2.2, 4.1, 4.2) sowie einen auf dem Träger angeordneten Katalysator (2.3, 4.3) umfassen, wobei elektrolytsei­ tig beginnend und in Richtung auf die Gasseite fortschreitend der mittlere Porendurchmesser ansteigt, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schicht (2.1, 2.2, 4.1, 4.2) des porösen Trägers der Elektroden (2, 4) min­ destens zwei Porentypen unterschiedlicher Größe aufweist, die über die gesamte Schicht (2.1, 2.2, 4.1, 4.2) verteilt sind, und die Mehrzahl der größeren Poren auf der Gasseite und die Mehrzahl der kleineren Poren auf der Elektrolytseite vorliegen.

2. Elektrochemischer Energiewandler nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der mittlere Porendurchmesser der einzelnen Schichten der Elektroden (2, 4) elektrolytseitig beginnend und in Richtung auf die Gasseite fortschreitend von Schicht zu Schicht ansteigt.

3. Elektrochemischer Energiewandler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Schichten (2.1, 2.2, 4.1, 4.2) der Elektroden (2, 4) hydrophile Poren aufweist.

4. Elektrochemischer Energiewandler nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die gasseitige Schicht (2.1, 4.1) der Elektroden (2, 4) hydrophobe Poren aufweist.

5. Elektrochemischer Energiewandler nach einem der vorangehenden An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2, 4) eine elektrisch leitfähige gas- und flüssigkeitsdichte Schicht (Sperr­ schicht), umfassen, die zwischen zwei der Schichten des Trägers ange­ ordnet ist.

6. Elektrochemischer Energiewandler nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sperrschicht ein Nickelblech oder eine Graphit­ folie ist.

7. Elektrochemischer Energiewandler nach einem der vorangehenden An­ sprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht Schichten von Filzen, Geweben oder Schäumen aus einem Metall wie Nickel, oder Kohlenstoff enthält.

8. Elektrochemischer Energiewandler nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (2.1, 2.2, 4.1, 4.2) der Elektroden (2, 4) aus Metall wie Nickel, Titan, Stahl oder Graphit be­ stehen.

9. Elektrochemischer Energiewandler nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (2.3, 4.3) der Elektroden (2, 4) ein Metalloxid, Metalloxidhydrat, Metallhydroxiden oder Mischungen daraus der Elemente Iridium, Ruthenium, Palladium Platin, Osmium, Rhodium, Tantal, Zinn, Zink ist.

10. Elektrochemischer Energiewandler nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Katalysator (2.3, 4.3) der Elektroden (2, 4) in den Oxidationsstufen III und IV vorliegt.

11. Elektrochemischer Energiewandler nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Elektroden als Was­ serstoffelektrode und die andere Elektrode als Sauerstoffelektrode einge­ setzt ist, wobei der mittlere Porenradius der Sauerstoffelektrode größer ist als der mittlere Porenradius der Wasserstoffelektrode.

12. Verwendung des elektrochemischen Energiewandlers nach einem der vorangehenden Ansprüche als Elektrolyseur oder Brennstoffzelle oder abwechselnd als Elektrolyseur und Brennstoffzelle betriebene Einheit.