DE2449603A1 - Elektrode, verfahren zur herstellung der elektrode und verwendung der elektrode in einem elektrochemischen verfahren - Google Patents
Elektrode, verfahren zur herstellung der elektrode und verwendung der elektrode in einem elektrochemischen verfahrenInfo
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Description
- Elektrode, Verfahren zur Herstellung der Elektrode und Verwendung der Elektrode in einem elektrochemischen Verfahren Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode zur Anwendung in einem elektrochemischen Verfahren, bestehend aus einem Kern, welcher zumindest teilweise aus Metall besteht, und mindestens einer die ernohrfläche zumindest teilweise überdeckenden Oberflchenschicht, Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Elektrode sowie die Verwendung der Elektrode in einem elektrochemischen Verfahren.
- Inerte Elektroden, wie sie beispielsweise die gasentwickelnden Elektroden darstellen, können durch spezifische Oberflächenvergrösserung aktiviert werden. Die aktivierende Wirkung beruht auf einer Senkung der Ueberspannung, die durch die Senkung der Stromdichte erreicht wird. Elektroden dieser Art Art sind z.B.#SK-Elektroden (Monoskelettkatalysatoren) oder als DSK-Elektroden (Doppelskelettkatalysatoren) bekannt geworden (vgl. Buch Brennstoffelemete von W.Vielstich, Verlag Chemie, Weinheim/Bergstrasse, 1965, Seiten 144 ff., insbesondere 5.146). Diese Elektroden werden durch Sinterung bei hohem Druck und hohen Temperaturen aus Metall pulvern mit verschiedenen Porositäten hergestellt. Anschliessend werden bestimmte Metallbestandteile herausgelöst, wodurch sich sehr viele und feine Poren bilden. Während Sinterelektroden gegenilber solchen aus Legierungen gewonnenen sich durch hohe Formbeständigkeit auszeichnen, ist ihre Herstellung sehr teuer. Sie können nicht rationell gefertigt werden und lassen sich zudem nur in kleinen Dimensionen (wenige dm2) herstellen.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Elektrode zu schaffen, die hinsichtlich ihrer mechanischen und elektrochemischen Eigenschaften den bekannten MSK- und DSK-Elektroden gleichwertig ist, sich jedoch durch einfachere und wirtschaftlichere Herstellung auszeichnet und zudem in nahezu beliebigen Abmessungen gefertigt werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zur Herstellung derartiger Elektroden anzugeben.
- Diese Aufgabe wird bei einer Elektrode der eingangs genannten lattung erfindungsgemass dadurch gelost, dass sich an den Kern eine poröse, aus Metallteilchen pebildete Schicht anschliesst, welche mittels auf elektrochemischem Wege abgeschiedenen Metall mit dem Kern verbunden ist.
- Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung der Elektrode besteht darin, auf einen zumindest teilweise aus Metall bestehenden Kern Metallteilchen aufzubringen und diese Metallteilchen durch elektrochemische Metallabscheidunz aus einem calvanisierbad mit dem Kern zu verbinden.
- Erfindungsgemäss werden derartige Elektroden als Anoden oder Kathoden in elektrochemischen Verfahren verwendet.
- Elektroden nach der Erfindung weisen grosse Unempfindlichkeit gegenüber thermischen und mechanischen Belastungen auf.
- Ihre poröse Oberfl#chenschicht ergibt eine prosse spezifische Oberfläche. Als Metall eignen sich grundsätzlich alle Materialien, welche die beabsichtigte Reaktion (bei der Verwendung der Elektrode katalysieren. Als Ruder kommen solche, aus denen sich die geeignete Metallart abscheidet, in Frage.
- Diese Bäder sollen ein gutes Mikrostreuvermögen aufweisen.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand eines AusfUhrungsbeispiels naher erläutert. Der Kern der in der Zeichnung dargestellten Elektrode ist eine Stahlplatte 1, die mit einer Ni-Schicht 2 überzogen ist. Die sich an die Nickelschicht 2 anschliessende Schicht besteht aus Nickelfeilspänen 3. Mittels Nickelabscheidung aus einem Nickelbad sind die Nickelteilchen 3 auf der Nickelschicht 2 fixiert. Der durch die Ni-Abscheidung hergestellte Ueberzug ist mit 4 bezeichnet.
- Zur Herstellung der Elektrode wird von einer in üblicher Weise präparierten Stahlplatte 1 ausgegangen und diese auf galvanischem Wege mit einer dünnen Nickelschicht 2 überzogen. Die vernickelte Stahlplatte wird in ein Nickelbad eingebracht. Die Nickelteilchen werden als Nickelfeilspäne auf die vorvernickelte Platte aufgestreut. Die Fixierung der Nickelteilchen 3 kann nun auf zweierlei Weise erfolgen: a) durch Nickelabscheidung aus einem Galvanisierbad vom Hypophosphit- oder Boranattyp, die Nickelabscheidung erfolgt dabei stromlos, also ohne äussere Stromquelle, b) durch Nickelabscheidung aus einem Galvanisierbad vom Watts-oder Sulfamattyp, Beide Bäder sind z.B. in dem Buch ~Handbuch der Galvanotechnikt von Dettner/Elze, Carl Hanser Verlag, München, Hd.II, S.729-7#3, insbesondere S.731 u. 740 bzw. S.87-141, insbesondere S.102 u.
- 118, eingehend beschrieben.
- Bei der unter b) genannten Nickelabscheidung wird die vernickelte Stahlplatte mit dem Plus-Pol, eine in das Bad eingetauchte Gegenelektrode bzw. der (metallische)BehAlter, in dem die Galvanisierung erfolgt, wird mit dem Minuspol verbunden. In beiden Verfahren wird die Behandlungszeit im Bad so gewählt, dass zwar eine gute Fixierung der Nickelteilchen gewährleistet ist, das Nickel jedoch nicht die zwischen den einzelnen Nickelteilchen befindlichen Zwischenräume ausfüllt. Vorteilhaft ist es, die Nickelteilchen nach und nach in möglichst gleichmässiger Verteilung auf die vorvernickelte Platte aufzustreuen, so dass die Fixierung der Teilchen untereinander und mit der Platte in optimaler Weise erfolgt.
- Die beschriebene Elektrode eignet sich in hervorragender Weise als Sauerstoff-Elektrode fllr Wasserelektrolyseure. Elektroden für andere chemische Verfahren, z.B. Brennstoffelemente, Inertanoden für den kathodischen Korrosionsschutz, lassen sich in entsprechender Weise einfach in nahezu beliebigen Abmessungen und wirtschaftlich herstellen.
- Elektroden für allgemeine Anwendungen weisen eine Oberflächenschicht 3 auf, die aus einem der Metalle Nickel, Eisen, Kobalt, Silber, einem Metall aus der Platingruppe des Periodensystems der Elemente oder einer Legierung dieser Metalle besteht. Gleiches gilt flir die den Kern bedeckende Schicht 2, die bei geeigneten Kernmaterial selbstverständlich weggelassen werden kann, und auch bezilglich des der Fixierung dienenden Metalls.
- Als zweckmMssig hat es sich erwiesen, filr Elektrolyseure in den Oberflächenschichten der Anode Nickel oder Silber zu verwenden. Die Kathode, an die weit geringere Anforderungen gestellt werden, kann aus Wirtschaftlichkeitsgrilnden aus Eisen bestehen.
Claims (15)
- P a t e n t a n s p r ü c h e0 Elektrode zur Anwendung in elektrochemischen Verfahren, bestehend aus einem Kern, welcher zumindest teilweise aus Metall besteht, und mindestens einer die Kernoberfläche zumindest teilweise bedeckenden Oberflächenschicht, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Kern (1) eine poröse, aus Metallteilchen (3) gebildete Schicht anschliesst, welche mittels auf elektrochemischen Wege abgeschiedenen Metall (4) mit dem Kern (1) verbunden ist.
- 2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kern (1) und der aus Metallteilchen bestehenden Schicht (3) eine weitere Metallschicht (2) vorgesehen ist.
- 3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallteilchen aus einem der Metalle Nickel, Eisen, Kobalt, Silber, einem Metall der Platingruppe oder einer Legierung der genannten Metalle bestehen.
- 4. Elektrode nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das auf elektrochemischen Weg abgeschiedene Metall Nickel, Eisen, Kobalt, Silber, ein Metall der Platingruppe oder eine Legierung der genannten Metalle ist.
- 5. Elektrode nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Metallschicht (2) aus Nickel, Eisen, Kobalt, Silber, einem Metall der Platingruppe oder einer Legierung der genannten Metalle besteht.
- 6. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen zumindest teilweise aus Metall bestehenden Kern (1) Metallteilchen (3) aufgestreut werden und dass diese Metallteilchen durch elektrochemische Metallabscheidung aus einem Galvanisierbad mit dem Kern verbunden werden.
- 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallabscheidung stromlos erfolgt.
- 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallabscheidung unter Verwendung von Fremdstrom erfolgt.
- 9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1) vor dem Aufbringen der Metallteilchen auf galvanischem Wege mit einer Metallschicht (2) überzogen wird.
- 10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Metall teilchen und ihre Fixierung auf dem Kern (1) gleichzeitig erfolgt.
- 11. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Anode oder Kathode in einem elektrochemischen Verfahren verwendet wird.
- 12. Elektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie für Brennstoffelemente verwendet wird.
- 13. Elektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum kathodischen Schutz verwendet wird.
- 14. Elektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie für Elektrolyseure verwendet wird.
- 15. Elektrode nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenoberfläche aus Nickel oder Silber, die Kathodenoberfläche aus Eisen oder Nickel besteht.L e e r s e i t e
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