DE1544665A1 - Saeure- und laugenbestaendige Elektroden - Google Patents
Saeure- und laugenbestaendige ElektrodenInfo
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Description
V-60.138-18, 49/65 8= Januar 1970
ASO/mfr
154Λ665
ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart
Säure- und laugenbeständige Elektroden
Die Erfindung betrifft Elektroden aus thermoplastischen Massen, die bei metallähnlich hoher elektrischer Leitfähigkeit
gegen verdünnte und konzentrierte Säuren und Laugen auch bei erhöhter Temperatur beständig sind.
00 98 83/197 3
Es ist bekannt, daß man an sich elektrisch nichtleitende Werkstoffe, wie Gummi oder Kunststoff, durch Zusatz von
Metallpulver oder Graphit in beträchtlichem Maße leitfähig machen kann, ohne ihre mechanischen Eigenschaften erheblich
zu verändern. So bleibt beispielsweise ein Kautschuk-Vulkanisat auch bei Zusatz von Graphit in einer Menge von
mehreren Prozenten gummielastisch (J. Uelpenich, Kautschuk-Handbuch (Hersg. S. Bostroem), Stuttgart 1959, Band I, S. 114).
Solche Werkstoffe können daher auch zur Herstellung von Elektroden für galvanische Prozesse verwendet werden; sie
eignen sich deshalb auch für Artikel, die auf galvanischem Wege mit Metallüberzügen versehen werden sollen.
Bei der Herstellung von Elektroden ist es jedoch - je nach dem angewendeten Gemisch - oft störend, daß die bekannten
Werkstoffe entweder bei einem Gehalt an leitfähigen Metallen nicht genügend säure- und alkalienbeständig sind oder aber
nicht genügend leitfähig, wenn sie Graphit oder solche Metalle oder Legierungen enthalten, die dadurch chemisch resistent
werden, daß sie sich mit einer im verwendeten Elektrolyt unlöslichen Passivschicht überziehen, welche gewöhnlich
nicht leitete Zusätze aus chemisch beständigen und gut leitenden Edelmetallen verbieten sich im allgemeinen wegen der verhältnismäßig
hohen Kosten.
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Es wurde nun gefunden, daß sich diese Nachteile vermeiden lassen, wenn man ein Gemisch aus einem herkömmlichen, nichtleitenden
thermoplastischen Kunststoff mit einer oder mehreren der binären Verbindungen von Bor, Kohlenstoff,
Silicium oder Stickstoff mit Ubergangselementen der IV. bis VI. Gruppe des periodischen Systems oder von Bor, Kohlenstoff,
Silicium oder Stickstoff untereinander bildet, wobei das Volumenverhältnis von Kunststoff zu elektrisch leitender
Verbindung zwischen 15 : 85 und 90 : 10 liegt=
Diese Verbindungen bilden eine verwandte Klasse, welche durch hohen Schmelzpunkt und metallartige Eigenschaften charakterisiert
ist. Sie gehören ihrer Kristallstruktur nach zu den sog« Einlagerungsverbindungen (H.J. Emeleus, J.S. Anderson:
Ergebnisse und Probleme der modernen anorganischen Chemie, 2. Auflage, Berlin 1954, S. 447 ff.), sind sämtlich chemisch
außerordentlich resistent und zeigen eine hohe elektrische Leitfähigkeit mit negativem Temperaturkoeffizienten, Alle
diese Verbindungen sind ungewöhnlich hart (Härte 8-10 der Mohs'sehen Skala) und werden daher auch als Hartstoffe bezeichnet
(K. Becker, Physikal. Zs. 34_ (1933) 185). Trotz
ihrer Härte sind sie als sehr feine Pulver erhältlich, da sie bei bestimmten Herstellungsverfahren (Umsetzung von
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Metallpulvern) pulverförmig anfallen und daher keinen Mahlvorgang erfordern.
Die feine gleichmäßige Körnung und di.e Härte der Körner sind
wohl auch bestimmend für die Leitfähigkeit der Kunststoffmischungen, überraschenderweise stellte sich nämlich heraus,
daß das Zumischen einer harten Substanz, beispielsweise von Molybdäncarbid, höhere Leitfähigkeit ergibt, als die entsprechende Menge einer weichen deformierbaren Substanz wie
z.B. Graphit oder Mangandioxid (Braunstein). Außerdem zeigte sich, daß bei gleichem Volumenanteil leitfähiger Substanz
im Gemisch die Masse höhere Leitfähigkeit besitzt, wenn die Korngröße des Leiters etwa 5 ,um beträgt, als wenn sie
40 bis 60,um beträgt.
Als besonders gut geeignet für die Mischung hat eich das
Vanadiumcarbid erwiesen, dessen Pulver sich besonders fest mit Polyäthylen und auch mit Polyvinylchlorid verbindet, so
daß eine einmal erzielte Leitfähigkeit auch nach vielfachem Temperaturwechsel voll erhalten bleibt. Vanadiumcarbid ist
selbst nach tagelanger Behandlung mit kochender 3n Schwefelsäure völlig unverändert, ebenso wie nach Behandlung mit
kochender 6n Kalilauge. Gleichhohe Chemikalienbeständig-
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keit haben aber auch die folgenden Substanzen gezeigt: Borcarbid, Tantalcarbid, Wolframcarbid, Niobcarbid;
Molybdänsilicid, Tantalsilicid; Tantalborid und Vanadiumnitrid.
Im Gegensatz zu den aus der Literatur bekannten und aus Phenolharz bestehenden Massen (s. z.B. R. Uebigau, Kunststoffe 49 (1955) 45) eignen sich die erfindungsgemäßen
thermoplastischen Massen besonders gut zur Verarbeitung
wegen des folgenden Vorteils: sie können jederzeit 'aufgeschmolzen und mit Spritzguß- oder Schneckenpressen in
jede gewünschte Form gebracht werden. Überdies können alle bekannten thermoplastischen Kunststoffe, wie Hoch- oder
Niederdruckpolyäthylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid oder Polymethylmetiacrylat, verwendet werden.
Zur Herstellung von Elektroden kann man dem Grundgemisch aus Kunststoff und den erwähnten Hartstoffen in an sich bekannter Weise weitere pulverisierte Stoffe beimengen, wie
lösliche oder verhältnismäßig leichtflüchtige Salze beispielsweise Natrium- oder Ammoniumchlorid), die nach der
Formgebung aus dem Körper herausgelöst bzw. herausgeheizt werden und so einen porösen Körper hinterlassen.
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Ferner können katalytisch aktive Stoffe, wie Platinmohr,
eingebaut werden, um z.B. Elektroden für Brennstoffzellen herzustellen. Auch Kombinationen solcher Zusätze sind möglich, wenn dabei der Volumenanteil des thermoplastischen
Kunststoffes nicht unter 15% liegt, weil dann die Massen
ihren KunststoffCharakter verlieren und nicht mehr zu haltbaren Preßlingen verarbeitet werden können. Weiterhin sind
mindestens 10 Vol.-% der elektrisch leitenden Hartstoffe notwendig, um ein Leitvermögen des Gemisches zu gewährleisten.
Derartige poröse, nit Katalysatoren versehene Elektroden finden insbesondere in galvanischen Zellen, z.B. Akkumulatoren, Metall-Luft-Elementen und Brennstoffzellen Verwendung, während die ohne porenbildende Zusätze hergestellten,
also nichtporösen Elektroden vorzugsweise bei Elektrolysen und in Galvanisiereinrichtungen verwendet werden können.
Elektroden für verschiedene Zwecke (z.B. für Akkumulatoren) können auch teilweise aus porösem, teilweise aus nichtporösem, mechanisch stabilerem Material bestehen. Für alle
drei Verwendungszwecke werden im folgenden typische Beispiele gegeben.
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Pulverisiertes Niederdruck-Polyäthylen wird mit Siliciumcarbid-Pulver der Teilchengröße 3 bis 5yum im Gewichtsverhältnis 77 : 23, d.h. im Volumenverhältnis 90 : 10, gemischt
und in einem auf 140 C erwärmten Preßwerkzeug mit 2 Np/cm
zu einem Formkörper verpreßt, der die Gestalt eines Gitters mit angegossenem Kontaktzapfen hat. Ein solcher Rahmen kann
in geeigneter Weise mit Aktivmasse beladen und als Bleiakkumulator-Elektrode verwendet werden. Der Rahmen dient
dabei gleichzeitig als tragendes Bauelement und als Stromableitung. Er vereinigt dabei die Zähigkeit und hohe chemische
Beständigkeit eines Kunststoffkörpers mit der Leitfähigkeit
und großen Abriebfestigkeit des Siliciumcarbids. Das spezifische Gewicht ist sehr gering (1,1 g/cm ).
Pulverisiertes Niederdruck-Polyäthylen wird mit Vanadiumcarbidpulver (Teilchengröße 3 bis 4,um) und mit Kochsalz (Teilchengröße 25 bis 6OyUm) im Gewichtsverhältnis 7 : 43 : 50,
d.h. im Volumenverhältnis 20 : 20 : 60, gemischt und in einem auf 140°C erwärmten Preßwerkzeug mit 2Mp/era zu
Scheiben von 2 bis 3mm Dicke verpreßt. Die Scheiben haben
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einen spez. Widerstand von weniger als IO *" Ohm· cm,, Die
Leitfähigkeit bleibt gleich, wenn man das Kochsalz mit warmem Wasser aus dem Preßling herauslöst. Es ergibt sich so ein
poröser Körper, der mit einer Lösung von Platinchlorwasserstoffsäure getränkt werden kann« Nach der Trocknung und
Reduktion erhält man einen Körper, der sich als Elektrode für Brennstoffzellen mit saurem (5n H0SO.) oder alkalischem
(5n KOH) Elektrolyt bei Temperaturen bis zu 1000C eignet.
Dcispiel 3
Ein Gemisch aus 18 Volumenprozent = 46 Gewichtsprozent Titannitridpulver (Korngröße kleiner als 25/um) und 82 Volumenprozent
* 54 Gewichtsprozent Polyvinylchloridpulver wird mit einer Spritzgußmaschine bei einer Temperatur von 1600C
in eine Form gespritzt, die einaigitterförmigen Korb
bildet. In solchen elektrisch leitenden aber abriebfesten und säureresistenten Körben können Formteile, die in sauren
Bädern galvanisch metallisiert werden sollen, in die Bäder eingebracht und mit der Stromquelle verbunden werden.
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Claims (7)
1. Säure- und laugenbeständige Elektroden aus nicht leitenden thermoplastischen Kunststoffen und elektrisch leitenden
Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch leitende Verbindungen eine oder mehrere der elektrisch
leitenden binären Verbindungen von Bor, Kohlenstoff, Silicium oder Stickstoff mit Übergangsmetallen der IV. bis VI. Gruppe
des periodischen Systems oder von Bor, Kohlenstoff ,Silicium oder Stickstoff untereinander vorgesehen sind, und daß das
Volumenverhältnis von Kunststoff zu elektrisch leitender Verbindung zwischen 15 : 85 und 90 : 10 liegt.
2. Elektroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die elektrisch leitende Verbindung eine Korngröße kleiner als 10/um aufweist.
3. Elektroden nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sie als elektrisch leitende Verbindung mindestens ein Carbid der Ubergangsmetalle der V. oder VI. Gruppe des
periodischen Systems enthalten.
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4. Elektroden nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sie als elektrisch leitende Verbindung mindestens ein Silicid der Ubergangsmetalle der V. oder VI. Gruppe des
periodischen Systems enthalten.
5. Elektroden nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sie als elektrisch leitende Verbindung mindestens ein Nitrid der Übergangsmetalle der IV. oder V. Gruppe des
peridischen Systems enthalten.
6. Elektroden nach einem Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie Salze in der der gewünschten Porengröße entsprechenden Korngröße enthalten, welche mittels
eines geeigneten Lösungsmittels, insbesondere Wasser, herauslösbar oder durch Temperaturerhöhung verdampfbar sind.
7. Elektroden nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen feinverteilten katalytisch
wirksamen Stoff enthalten.
BAD ORIGINAL
009883/1973
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEB0084991 | 1965-12-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1544665A1 true DE1544665A1 (de) | 1971-01-14 |
Family
ID=6982698
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19651544665 Pending DE1544665A1 (de) | 1965-12-16 | 1965-12-16 | Saeure- und laugenbestaendige Elektroden |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1544665A1 (de) |
| GB (1) | GB1135076A (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2757808A1 (de) * | 1976-12-23 | 1978-06-29 | Diamond Shamrock Techn | Gesinterte elektroden |
| EP0149497A3 (en) * | 1984-01-19 | 1988-03-23 | Kanebo Ltd. | Insoluble and infusible substrate with a polyacen-type skeletal structure, and its applications for electrical conductor or organic cell |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5294374A (en) * | 1992-03-20 | 1994-03-15 | Leviton Manufacturing Co., Inc. | Electrical overstress materials and method of manufacture |
| US6451471B1 (en) * | 1999-07-15 | 2002-09-17 | Teledyne Energy Systems, Inc. | Conductivity fuel cell collector plate and method of fabrication |
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-
1966
- 1966-08-09 GB GB35533/66A patent/GB1135076A/en not_active Expired
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Also Published As
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|---|---|
| GB1135076A (en) | 1968-11-27 |
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