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DE2928910A1 - Elektrode fuer die wasserelektrolyse - Google Patents

Elektrode fuer die wasserelektrolyse

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Publication number
DE2928910A1
DE2928910A1 DE19792928910 DE2928910A DE2928910A1 DE 2928910 A1 DE2928910 A1 DE 2928910A1 DE 19792928910 DE19792928910 DE 19792928910 DE 2928910 A DE2928910 A DE 2928910A DE 2928910 A1 DE2928910 A1 DE 2928910A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sintered body
electrode according
edge zone
electrode
same
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19792928910
Other languages
English (en)
Inventor
Robert Baenziger
Roland Isenschmid
Anton Dr Menth
Rene Dr Mueller
Samuel Dr Stucki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BBC BROWN BOVERI and CIE
BBC Brown Boveri AG Switzerland
Original Assignee
BBC BROWN BOVERI and CIE
BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BBC BROWN BOVERI and CIE, BBC Brown Boveri AG Switzerland filed Critical BBC BROWN BOVERI and CIE
Publication of DE2928910A1 publication Critical patent/DE2928910A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

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Elektrode für die Wasserelektrolyse
Die Erfindung geht aus von einer Elektrode nach der Gattung des Anspruchs 1.
Elektroden sowie Verfahren zu deren Herstellung sind vor allem von der für Brennstoffzellen entwickelten Technologie her bekannt (z.B. Carl Berger, Handbook of Fuel Cell Technology S. 401-406, Prentice Hall 1968; H.A. Liebhafsky and E.J. Cairns, Fuel Cells and Fuel Batteries, S, 289-294, John Wiley & Sons, 1968). Die Forderung nach genau definierten Reaktionszonen bedingt einen vielschichtigen Aufbau und spezielle Behandlungsverfahren derartiger Brennstoffzellen-Elektroden.
Für die Wasserzersetzung sind die oben beschriebenen Elektroden in ihrem Aufbau zu kompliziert und ihre Fertigungsmethoden zu aufwendig und kostspielig. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf Herstellungsmethoden für industrielle Grossanlagen zur wirtschaftlichen Erzeugung von Wasserstoff.
Elektroden für Wasserzersetzungszellen sind bereits vorgeschlagen worden (z.B. US-PS 4 039 409). Zur Beschleunigung der elektrochemischen Reaktionen werden sie meist mit Kata-
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lysatoren dotiert.
Die beschriebenen Elektroden lassen sowohl bezüglich ihrer mechanischen und chemischen Eigenschaften zu wünschen übrig. Das gleiche gilt bezüglich der verwendeten Katalysatoren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode für die Wasserelektrolyse anzugeben, welche bei guter mechanischer und chemischer Stabilität, hoher elektrischer Leitfähigkeit und guter Durchlässigkeit für Wasser und Gas eine hohe Lebensdauer sowie die Eigenschaft besitzt, die Wasserzersetzungsreaktion katalytisch in optimaler Weise zu beschleunigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, als Elektrodenmaterial einen porösen, durchlässigen Sinterkörper auf Titanbasis, vorzugsweise Titanlegierung TioAliJV zu benutzen. Als Katalysator ist eine Imprägnierung aus einer Mischung von Rutheniumoxyd und Iridiumoxyd vorgesehen.
Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden, durch Figuren erläuterten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Dabei zeigt:
Fig. 1 den Querschnitt durch die Grundform der Elektrode,
Fig. 2 den Querschnitt durch eine Ausführungsform mit
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glattem metallischen Ring,
Fig. 3 den Grundriss der Form gemäss Fig. 2,
Fig. 4 den Querschnitt durch eine Ausführungsform mit durch Kunststoff infiltrierter Randzone,
Fig. 5 den Grundriss der Form gemäss Fig. 4.
In Fig. 1 ist der Querschnitt durch die Elektrode dargestellt, was den grundsätzlichen Aufbau erkennen lässt. 1 stellt einen Sinterkörper dar, welcher aus Titan oder einer Titanlegierung pulvermetallurgisch hergestellt ist. Der poröse Sinterkörper 1 trägt auf seiner dem Elektrolyt zugewandten Seite eine aus einer Mischung von Rutheniumoxyd und Iridiumoxyd bestehende Oberflächenbeschichtung
Fig. 2 zeigt den Querschnitt durch eine Ausführungsform mit glattem metallischen Ring. 1 und 2 entsprechen der Fig. Der Umfang des Sinterkörpers 1 ist durch einen glatten Ring 3 aus dichtem Material abgeschlossen. Dieser Ring 3, welcher vorteilhafterweise aus dem gleichen Werkstoff wie der Sinterkörper 1 gefertigt ist, dient der Dichtung und dem Abschluss der Elektrode im Rahmen des gesamten Zellenaufbaus.
Fig. 3 stellt den Grundriss der Ausführungsform gemäss Fig. dar. Die Bezugszeichen entsprechen denjenigen von Fig. 2. Der Aufbau des glatten Randes, der durch den dichten Ring 3 gegenüber dem porösen, körnigen Sinterkörper 1 gebildet wird, ist deutlich zu erkennen. Die Form des Umfanges ist hier
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kreisrund dargestellt. Es versteht sich von selbst, dass auch jede andere beliebige Form gewählt werden kann: z.B. Dreieck, Quadrat, Rechteck, Sechseck oder Achteck. In der Praxis werden für grossflächige Elektroden industrieller Wasserzersetzungsapparate quadratische Formen bevorzugt, welche einen einfachen Zellenaufbau nach Art einer Filterpresse erlauben.
In Fig. 4 ist der Querschnitt durch eine Ausführungsform mit durch Kunststoff infiltrierter Randzone dargestellt.
Der mit dem Katalysator als Oberflächenbeschichtung 2 versehene Sinterkörper 1 aus Titan geht bis zum äusseren Umfang der Elektrode durch. Seine Randzone ist jedoch auf einer gewissen radialen Breite mit einem Kunststoff h durch tränkt. Diese, vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen bestehende Infiltration (Imprägnierung) füllt die Poren des Sinterkörpers 1 vollständig aus, wobei eine völlig dichte, glatte Randzone gebildet wird, welche die gleiche Funktion wie der Ring 3 in Fig. 2 hat.
Fig. 5 zeigt den Grundriss der Ausführungsform gemäss Fig. h Die Bezugszeichen entsprechen denjenigen von Fig. 4. Im übrigen gilt das unter Fig. 3 Gesagte.
Es wurden 5 g Titanpulver mit einer Korngrösse zwischen 50 μ und 150 u abgewogen. Eine hohlzylindrische Matrize und ein zylindrischer Stempel aus Elektrographit (z.B. EK 85 von Ringsdorff-Werke GmbH) von 60 mm Durchmesser wurden mit Bornitrid eingerieben. Das Titanpulver wurde in die Matrize eingefüllt, homogen verteilt und der Stempel aufgesetzt. Das
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Ganze wurde zunächst während 5 bis 10 Minuten einem Schutzgasstrom von Argon unterworfen, welcher während des ganzen Vorgangs anhielt. Hierauf wurde der Anpressdruck des Stempels auf 75 bar erhöht. Die Temperatur wurde mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit von 40 C/min sukzessive auf 8200C erhöht und während 10 Minuten auf diesem Wert gehalten. Danach wurde die Vorrichtung abgekühlt und der Sinterkörper nach Erreichen von Raumtemperatur aus der Matrize herausgenommen. Der Titan-Sinterkörper wurde erneut auf 200 C vorgewärmt und wie folgt auf einer Seite mit dem Katalysator beschichtet. Im vorliegenden Fall bestand dieser aus einer Pulvermischung von 20 mol-% RuO und 80 mol -% IrOg. 93 rel. Gew.-5? dieser Pulvermischung wurden mit 7 rel. Gew.-% pulverisierten Tetrafluoräthylens vermengt und das Ganze (0,5 g) mit der 10- bis 20-fachen Menge (5 bis 10 g) Wasser versetzt und zu einer Suspension angerührt. Letztere wurde auf die dem Elektrolyt zugewandte Seite des vorgewärmten Sinterkörpers aufgepinselt und die Flüssigkeit bei 200 C verdampft. Der vorgängig beschriebene Prozess der Oberflächenbeschichtung wurde noch weitere zv/ei Male wiederholt. Nun wurde der mit dem Katalysator beschichtete Sinterkörper in Argonatmosphäre während lh bei 375 C wärmebehandelt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde die Randzone des Sinterkörpers mit einem Füllstoff - in diesem Fall Tetrafluoräthylen in Pulverform - beschichtet. Um ein Eindringen des letzteren in die Poren des Sinterkörpers zu ermöglichen, wurde dieser während einer gewissen Zeit einem Vakuum ausgesetzt. Der Vorgang des Beschichtens und Evakuierens wurde weitere 2 bis 3 Male wiederholt. Zum Schluss wurde der Sinterkörper nochmals einer Wärmebehandlung 375°C/lh unterworfen.
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Die Erfindung ist nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere kann die Dichtheit der Randzone auch durch Imprägnieren oder Infiltrieren eines anderen Kunststoffes, beispielsweise eines Epoxyharzes bewerkstelligt werden.
Die gemäss obigem Ausführungsbeispiel hergestellten Elektroden besitzen eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit in oxydierender Umgebung und können deshalb vor allem als Sauerstoffseitige Elektroden eingesetzt werden.
Das beschriebene Verfahren lässt sich in besonders vorteilhafter Weise bei der Herstellung von Elektroden für Hochleistungs-Wasserzersetzungsapparate zur Herstellung von Wasserstoff anwenden. Dank seiner Einfachheit und Wirtschaftlichkeit eignet es sich vorzüglich zur Herstellung serienmässiger, grossflächiger Elektroden für industrielle Grossanlagen.
Die auf diese Art hergestellten Elektroden zeichnen sich durch hohe chemische Beständigkeit und eine günstige Zersetzungsspannung aus.
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Claims (7)

77/79 Br/dh Patentansprüche
1. Elektrode für die Wasserelektrolyse auf der Basis eines Verbundwerkstoffes, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem dünnen plattenförmigen, pulvermetallurgisch hergestellten porösen Sinterkörper (1) aus Titan oder einer Titanlegierung besteht, v/elcher auf der dem Elektrolyten zugewandten Seite eine Oberflächenbeschichtung (2) aus einer Mischung von 20 mol-% RuOp und 80 mol-55 IrO trägt.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Herstellung des Sinterkörpers (1) verwendete Pulver eine Partikelgrösse von 50 u bis 150u aufweist.
3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Titanlegierung 6 % Aluminium und 4 % Vanadium enthält.
4 · Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterkörper (1) auf seinem ganzen Umfang eine aus kompaktem dichten Material bestehende glatte Randzone aufweist.
5· Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Randzone aus demselben, jedoch völlig dichten Material
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-L·
wie der Sinterkörper besteht, derart, dass ein Ring (3) mit allseitig glatter Oberfläche vorhanden ist.
6. Elektrode nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, dass die Randzone aus demselben porösen Material wie der Sinterkörper besteht, dessen Poren durch Infiltration eines Kunststoffes (4) völlig dicht geschlossen sind.
7. Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Infiltration der Randzone verwendete Kunststoff Polytetrafluorathylen ist.
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DE19792928910 1979-06-29 1979-07-18 Elektrode fuer die wasserelektrolyse Withdrawn DE2928910A1 (de)

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CH608379 1979-06-29

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EP (1) EP0021458B1 (de)
CA (1) CA1158601A (de)
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