DE2906821A1

DE2906821A1 - Elektrolysezelle mit bipolaren elektroden und mit basischem elektrolyten und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2906821A1
Application number: DE19792906821
Authority: DE
Inventors: Anthony-John Appleby; Gilles Crepy
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1978-02-28
Filing date: 1979-02-22
Publication date: 1979-09-06
Also published as: GB2015578A; GB2015578B; IT7967154A0; IT1164926B; OA06192A; FR2418280B1; DE2906821C2; FR2418280A1; JPS6218628B2; JPS54132478A; US4187165A

Description

ELEKTROLYSEZELLE MIT BIPOLAREN ELEKTRODEN UND MIT BASISCHEM ELEKTROLYTEN UND VERFÄHREN . ZU IHRER HERSTELLUNG

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle mit bipolaren Elektroden und mit basischem, insbesondere wässrigem Elektrolyten, bei der an der Anode Sauerstoff und an der Kathode Wasserstoff freigesetzt wird.

Die Erfindung zielt außerdem auf ein Verfahren ab, mit dem eine Elektrode für eine derartige Zelle hergestellt werden kann.

Bekannte bipolare Elektroden umfassen beispielsweise einen leitfähigen gesinterten Träger, der mit zwei unterschiedlichen Katalysatoren imprägniert ist, von denen einer auf dem anodischen Teil und der andere auf dem kathodischen Teil wirksam werden soll.

Es ist schwierig, die beiden Teile der Elektrode unterschiedlich zu imprägnieren,und die hierzu vorgesehenen Verfahren sind kompliziert und wenig zufriedenstellend,

Die Erfindung schlägt vor, diese Nachteile zu beheben und eine bipolare Elektrode zu schaffen, die auf sehr einfache Weise herzustellen ist.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Elektrolysezelle mit bipolaren Elektroden und mit basischem Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die anodische Seite als auch die kathodische Seite der bipolaren Elektrode ein poröses leitfähiges Material aufweist, das zuvor mit Nickelmolybdat imprägniertes gesintertes Nickel enthält.

909836/0635

Vorteilhafterweise beträgt das Gewichtsverhältnis von Nickelmolybdat zu nickel etwa 2O bis 40%®

Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ά usfuhrungsformen der erfindungsgemäßen Zelle sowie eines bevorzugten Verfahrens zur Herstellung einer bipolaren Elektrode für eine derartige Zelle wird auf die ünteransprüche verwiesene Hun wird die Erfindung anhand eines Äusführungsbeispxels unter Bezugnahme auf die Zeich= nungen näher erläuterte

Figο 1 zeigt im Ausschnitt eine erfindungsgemäße Elektro-

Fig_o 2 zeigt eine Variante dieser gelle_o Die Figuren 3 und 4 zeigen Xieistungsdiagramnie einer bipolaren Elektrode aus einer Zelle gemäß Fig_o 1 oder 2_O

Eins bipolare Elektrode wird erfindungsgemäfä folgender=* maßen hergestellt §

Zunächst mischt man 8
Hickelpulver 1000 g

Wasser 1 Liter

Dis Teilchengröße das %'en-yene[eteri Hickelpulvers beträgt etwa 5 Mikron imd wird durch Waxsaaeracken von. MickelKEetrakarbönyl Ei(GQ)_ύ erhalten=

Bs ergibt sieh ©iss disk© Fsst©_ff mit der ©ine aes Hiekel oäes vernicksltcsai Metall hergestellte leitende Platte singsstrichsn wird ο

Hash deai Trocknen wird bsi einer 10 Minuten, bis 1 Stunde beibehaltenen. Temperatur zwischen 900 und 1000 C ein Sintervorgang durchgeführt,, wobei das Ansteigen und Absinken der Temperatur in

90883S/063S

dem genannten. Zeitraum nicht enthalten sind und das Ganze unter Wasserstoffatmosphäre abläuft.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird 30 Minuten lang eine Sintertemperatur von 950 C aufrechterhalten.

Anschließend wird die oben erhaltene Textur imprägniert. Hierzu wird sie in eine wässrige Ammoniummolybdatlösung getaucht, deren Konzentration 2 Mol pro Liter Molybdäntrioxyd entspricht und d ie sich beim nachfolgenden Erwärmen in Molybdändioxyd oder -trioxyd zersetzt, nach dem Eintauchen wird in Luft auf eine Temperatur SV/Ischen 200 nnü 900 C₀ vorzugsweise 450 C, erwärmt und diese Temperatur 1 bis 2 Stunden beibehalten_o - ■

Bausch wird sin zweiter Tauchvorgang in einer Miefes!= nitrafclSsung durchgeführt*, ä®n aiaa Wärmebehandlung unter Wasser= stoffatmosphäre and bei einer Temperatur von 450°C folgt_o Bine Verfahrensvariante besteht darin? dies® beiden Tauchverfahren gleichzeitig durchzuführen? d_oh₀ in einer wässrigen Änsnonium~* Fuolybdat- und NickelHEIifcratlösung_o

Vorteilhafterweis© wird bsi niedriger Temperatur und unter Vakuum eine Gefriertrockung durchgeführt, und zwar vor -dem Erwärmen in Wasserstoffatmosphäre_o

So ergibt sieh sine bipolar© Elektrode? die in einar Elektrolysezelle für basische xfSssrige Lösung zu.x Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff verwendet werden kann®

Srfindungsgemäß bestehen äis ©nodische und die kathodisch© Seite einer derartigen Elektrode aus gesintertem Nickel_e dessen Porosität zwischen etwa 30 und 50% liegt, wobei dieses Nickel mit Nickelmolybdat imprägniert ist; dabei sind die Mengenverhältnisse

909836/0835 ./.

so,, daß gewichtsmäßig das Verhältnis Nickel molybdat zum Nickel zwischen etwa 20 und 40% liegt«,

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig« 1 eine erfindungsgemäße Elektrolyseselle beschrieben»

Fig. 1 zeigt zwei bipolare Elektroden,, die nach dem oben geschilderten Verfahren hergestellt wurden. Biese Elektroden weisen gewellte Form auf und sind voneinander durch flache Separatoren 2 getrennt, die aus einem Xaliumtitanatfllz mit Faserstruktur und einem Binder, insbesondere Polytetrafluorethylen,, hergestellt werden. Das Gesamtgebilde ist in den Elektrolyten,, d„h. eine wässrige Kalilösung mit einer Konsentration zwischen N und 14N, getaucht oder wird von dem Elektrolyten umspült. Die Betriebstemperatur liegt zwischen umgebungstemperatur und 180°C bei einem Druck von etwa 50 Bar.

Im Betrieb wird Sauerstoff an der anodischen Seite jeder Elektrode freigesetzt, wo sich das NickeImolybdat spontan in den Nickeloxydkatalysator umwandelt, wie er in der DE-OS 27 37 041 beschrieben wird, während der Wasserstoff an der kathodischen Seite auftritt.

Fig., 2 zeigt eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Elektrolysezelle.

Bei dieser Variante sind die Elektroden 1 flach, während dIe Separatoren 2 gewellte Form aufweisen? sämtliche übrigen Kennzeichen bleiben wie beim zuvor beschriebenen Beispiel.

In allen Fällen sind die anodische und kathodische Seite gleich zusammengesetzt.

909836/0635

Mit einer derartigen Elektrode läßt sich ein sehr stabiler Betrieb der Elektrolysezelle erreichen, vor allen Dingen bei Temperaturen von etwa 140 C, ohne die Gefahr einer Korrosion durch den basischen Elektrolyten und unter Beibehaltung der vorteilhaften Stabilitätsmerkmale.

Die erfindungsgemäßen Elektroden werden vorteilhafterweise für die Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse einer alkalischen wässrigen Lösung eingesetzt.

Die Figuren 3 und 4 zeigen einige Leistungswerte einer bipolaren Elektrode für eine erfindungsgemäße Zelle.

• So geht aus Fig. 3, die die Elektrolysierspannung V in Volt in Abhängigkeit von der Zeit in Tagen angibt, die Betriebsstabilität einer derartigen Elektrode bei 80 C bei einer Strom-

2
stärke von 0,4 A/cm hervor; hierbei ist der Elektrolyt eine 8N-Kalilauge. In Fig. 4 wird die Elektrolysierspannung V in Abhängigkeit von der Stromstärke i in A/cm dargestellt, wobei die Temperatur in einer Zelle, in der der Elektrolyt mit einer Geschwindigkeit von 10 cm/Sekunde umläuft^ 115°C beträgt.

χ χ

909836/0635

Leerseite

Claims

Fo ii 123 D -21. Feb.

COMPAGHIE GENERALE D⁵ELECTRICITe S.A. 54, rue La Boatie, 75382 PARIS CEDEX 08 Frankreich

ELEKCROLYSEZELLE MIT BIPOIAREN ELEKTRODEN UND MIT BASISCHEM ELEKTROLYTEN UND VERFAHREN 2U IHRER HERSTELLUNG

PATENTANSPRÜCHE

1 - Elektrolysezelle mit bipolaren Elektroden und mit basischem Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet,, daß sowohl die anodische Seite als auch die kathodische Seite der bipolaren Elektrode (1) ein poröses leitfähiges Material aufweist, das suvor mit NielseImolybdat imprägniertes gesintertes Nickel enthält«,

2 - Elektrolysezelle nach Anspruch l„ dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Nickelmolybdat zu Nickel zwischen 20 und 40% liegt«,

3 - Elektrolysezelle nach Anspruch I₀ dadurch

gekennse i c h η e t, daß das mit Nickelmolybdat imprägnierte poröse leitende Material eine Porosität von etwa 30 bis 50% aufweist.

4 - Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede bipolare Elektrode (1) von ihr benachbarten Elektroden durch einen Separator (2) getrennt ist.

309836/0635

5 - Elektrolysezelle nach Anspruch 4, d a d u rc h gekennzeichnet, daß die bipolaren Elektroden eine gewellte Form aufweisen, während die Separatoren praktisch eben sind (Fig.l).

6 - Elektrolysezelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bipolaren Elektroden praktisch flach sind, während die Separatoren Wellenform aufweisen (Fig.2).

7 - Elektrolysezelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Separator (2) aus einem

Kalium-Titanatfilz fasriger Textur und einem Binder besteht, bei dem es sich insbesondere um Polytetrafluoräthylen handelt.

8 - Elektrolysezelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt in einer alkalischen wässrigen Lösung in einer Konzentration vorliegt, die zwischen IN und 14N beträgt.

9 - Elektrolysezelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebstemperaturen und der Betriebsdruck zwischen Umgebungstemperatur und

14O°C bzw. bei 50 Bar liegen.

10 - Verfahren zur Herstellung einer bipolaren Elektrode für eine Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Imprägnierung durch mindestens ein erstes Eintauchen der Elektrode in eine wässrige Lösung einer löslichen Molybdänverbindung, vortexlhafter-

9 0 9 8 3 6 / 0 6 3 B ./.

v/eise ämmoniummolybdat, durchgeführt wird, die sich später durch vfärmeeinfluß in ein Molybdänoxyd zersetzt, wobei dem ersten Eintauchen ein Erwärmen in nicht reduzierender Atmosphäre, vorzugsweise Luft, folgt, und zwar bei einer Temperatur zwischen 200 und 900°C, vorzugsweise 45O°C, und daß dann oder gleichzeitig mit dem ersten Eintauchen ein zweites Eintauchen der Elektrode in eine Lösung eines Nickelsalzes, vorteilhafterweise Nickelnitrat, folgt, an das sich eine Wärmebehandlung unter Uasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von etwa 450 C anschließt.

11 - Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Eintauchen gleichseitig vor dem Erwärmen unter Wasserstoffatmosphäre erfolgen«

\2 - Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Erwärmen unter Wasser— stoffatmosphäre eine Gefriertrocknung unter Vakuum ausgehend von e iner bei niedriger Temperatur gefrorenen Lösung erfolgt«,

909836/0635