[go: up one dir, main page]

RU2423555C2 - Газодиффузионный электрод для ячеек с перколяцией электролита - Google Patents

Газодиффузионный электрод для ячеек с перколяцией электролита Download PDF

Info

Publication number
RU2423555C2
RU2423555C2 RU2008144590/07A RU2008144590A RU2423555C2 RU 2423555 C2 RU2423555 C2 RU 2423555C2 RU 2008144590/07 A RU2008144590/07 A RU 2008144590/07A RU 2008144590 A RU2008144590 A RU 2008144590A RU 2423555 C2 RU2423555 C2 RU 2423555C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cell according
gas diffusion
porous substrate
cell
diffusion electrode
Prior art date
Application number
RU2008144590/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008144590A (ru
Inventor
Кристиан УРДЖЕГЕ (IT)
Кристиан Урджеге
Фульвио ФЕДЕРИКО (IT)
Фульвио Федерико
Original Assignee
Индустрие Де Нора С.П.А.
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 Индустрие Де Нора С.П.А. filed Critical Индустрие Де Нора С.П.А.
Publication of RU2008144590A publication Critical patent/RU2008144590A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2423555C2 publication Critical patent/RU2423555C2/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/34—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
    • C25B1/46—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C25B11/031—Porous electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C25B11/031—Porous electrodes
    • C25B11/032—Gas diffusion electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8807—Gas diffusion layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8814—Temporary supports, e.g. decal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8828—Coating with slurry or ink
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
    • H01M8/083—Alkaline fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making
    • Y10T29/49112—Electric battery cell making including laminating of indefinite length material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making
    • Y10T29/49115—Electric battery cell making including coating or impregnating

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Acyclic And Carbocyclic Compounds In Medicinal Compositions (AREA)

Abstract

Изобретение относится к газодиффузионному электроду, преимущественно для ячеек хлор-щелочного электролиза, интегрированному в перколятор из пластмассового пористого материала, пригодного для вертикального прохождения по нему нисходящего потока электролита. Электрод содержит каталитическую композицию на основе серебра и/или никеля, смешанную с полимерным связующим, непосредственно нанесенную на перколятор без какого-либо промежуточного сетчатого металлического токосъемника. Предложенная конструкция отличается особой конструктивной простотой и снижением затрат на ее изготовление. Повышение коррозионной стойкости газодиффузионного электрода, повышение качества получаемого продукта при увеличении стабильности работы ячейки является технических результатом предложенного изобретения. 5 н. и 9 з.п. ф-лы.

Description

Предпосылки изобретения
Изобретение относится к области электролитических ячеек, с особым вниманием к электролизным ячейкам с перколяцией электролита. В дальнейшем ссылка будет сделана на конкретный случай ячеек для хлор-щелочного электролиза с деполяризацией, использующих снабжаемые кислородом газодиффузионные катоды, поскольку они в большой степени представляют наиболее подходящее промышленное применение для устройств данного класса; однако специалисты в данной области техники оценят применимость настоящего изобретения к другим ячейкам перколяционного типа, в которых электрод по изобретению может быть применен в качестве анода, или в качестве катода, или, необязательно, по обоим назначениям (как происходит, например, в известном случае щелочных топливных элементов с перколирующим электролитом).
Усовершенствованный хлор-щелочной электролиз осуществляют в ячейках, разделенных на катодное отделение и анодное отделение посредством ионообменной мембраны; деполяризованный процесс с кислородным катодом обеспечивает подавление катодной реакции выделения водорода, характерное для хлор-щелочного процесса предыдущего поколения, посредством восстановления потока кислорода, происходящего на поверхности газодиффузионного катода, с возникающим вследствие этого уменьшением электрического напряжения на ячейке примерно на 30% при общих условиях эксплуатации. Ссылаясь на наиболее типичный случай электролиза рассола хлорида натрия, в качестве замены реакции, типичной для традиционного процесса:
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2,
реализуют следующую суммарную реакцию:
4NaCl + 2H2O + O2 → 4NaOH + 2Cl2.
Газодиффузионный катод, на котором осуществляют восстановление кислорода, является пористой структурой, состоящей обычно из сетчатого металлического материала (обычно серебра или никеля, необязательно покрытого тонкой пленкой серебра, чтобы выдерживать высококоррозионные условия), служащего в качестве токосъемника и в качестве механической опоры для проявляющего диффузионные свойства пористого материала, в свою очередь обычно содержащего металлический катализатор для содействия реакции восстановления кислорода, полимерное связующее и, необязательно, наполнитель на основе углерода или другого предпочтительно проводящего инертного вещества.
Кроме восстановления кислорода, на катоде ячейки данного типа происходит получение раствора каустика в жидкой фазе; поэтому катод, с одной стороны, снабжается потоком газообразного кислорода и, с другой стороны, находится в контакте с раствором, содержащим каустический продукт, который должен эффективно отводиться из пор электрода. В ячейках промышленного размера гидравлический напор, устанавливаемый между газом и раствором, должен быть надлежащим образом сбалансирован, чтобы создать электродную структуру, способную выдержать этот напор без затопления каустическим продуктом (или, наоборот, в случае отрицательного перепада давления по отношению к раствору - предотвратить заметные потери кислорода). В прошлом было предложено несколько решений для преодоления этой проблемы, наиболее эффективное из которых заключается в предоставлении каустическому продукту возможности просачиваться (перколировать) через подходящий пористый элемент, помещенный между противоположной газовой фазе поверхностью катода и ионообменной мембраной, как раскрыто, например, в международной заявке на патент WO 01/57290, включенной сюда во всей своей полноте. Таким образом, давление каустического гидравлического напора эффективно сбрасывается вдоль всей высоты электрода.
В качестве еще одного преимущества наличие пористого перколятора позволяет передавать механическое давление от анодной поверхности к катодной через мембрану, сам перколятор и газодиффузионный катод. Таким образом, электрический ток может переноситься от катодного токосъемника, соответственно снабженного эластичной структурой, к газодиффузионному катоду посредством контактирования с его задней поверхностью распределенным образом (а не локализованным образом, например, с помощью сварных швов, как происходит в случае других конфигураций ячейки). Из этого следует, что при данном расположении в газодиффузионном катоде можно отказаться от наличия внутренней токосъемной структуры.
В указанном здесь документе раскрыто, в частности, применение металлических перколяторов, таких как никелевые пены; однако, для того чтобы предотвратить явления коррозии, которые имеют место в таких агрессивных условиях, приводящие к опасному высвобождению ионов металла в раствор каустика, предпочтительно использовать в качестве перколятора коррозионно-устойчивый пластмассовый материал, например перфторированный материал, как раскрыто в международной заявке на патент WO 03/042430, включенной сюда во всей своей полноте.
Решение, предложенное в последнем документе, однако, полностью не решает проблем коррозии и загрязнения ионами металлов, поскольку тот же газодиффузионный катод, как отмечено ранее, обычно состоит из металлического каркаса, как правило, серебряной или покрытой серебром никелевой структуры: фактически, единственная конструктивная альтернатива металлической сетке известного уровня техники состоит в использовании углеродистых подложек (к примеру, углеродных тканых или нетканых полотен), также подвергающихся коррозионному действию раствора каустика, что, в сочетании с устанавливаемым при потоке кислорода уровнем электрического потенциала, ухудшает их механические свойства по истечении определенного времени. Кроме того что они в некоторой степени подвергаются явлениям растворения, металлические сетки известного уровня техники предполагают большие проблемы с затратами, ограничивающие коммерческий успех данных технологий: ориентировочно, сетки, используемые в более распространенных хлор-щелочных применениях, состоят из чистого серебра при суммарном удельном количестве 500 г/м2, тогда как в случае покрытого серебром никеля повышенные затраты на производство сильно ограничивают предполагаемые экономические выгоды, кроме того, обеспечивая продукт с худшим общим качеством ввиду коррозионной устойчивости.
Сущность изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить структуру газодиффузионного электрода для электролизных ячеек (электролизеров), преодолевающую недостатки известного уровня техники.
В частности, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить газодиффузионный электрод, пригодный для использования в электрохимических ячейках типа с перколяцией электролита, также пригодный для использования с агрессивными электролитами, особенно щелочными электролитами, содержащий подложку, преодолевающую недостатки известного уровня техники.
Также задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить конструкцию оснащенной газодиффузионным электродом ячейки типа с перколяцией электролита, отличающуюся особой конструктивной простотой и сниженными затратами.
Еще одна задача изобретения состоит в том, чтобы предложить новый способ изготовления газодиффузионного электрода, пригодного для использования в ячейках перколяционного типа.
Эти задачи изобретения решаются посредством газодиффузионного электрода, охарактеризованного в прилагаемой формуле изобретения.
Описание изобретения
Изобретение заключается в газодиффузионном электроде, полученном нанесением каталитической композиции на одну сторону гидрофобной пористой подложки, пригодной для поддержания перколяции потока электролита; это нанесение каталитической композиции осуществляется так, чтобы получить только частичное проникновение в подложку, которая может за счет этого выступать в роли перколятора в незанятой доле объема. Тем самым достигают интеграции электрода внутри структуры самого перколятора, сочетая две функции в одной детали, существенно уменьшая затраты и увеличивая удобство сборки соответствующей ячейки. Полученный таким образом электрод, в частности, не требует никакой металлической сетки или иного сетчатого материала, помещаемого между каталитической активацией и перколятором. В одном предпочтительном варианте воплощения изобретения каталитическая композиция является смесью металлических катализаторов с подходящим полимерным связующим и предпочтительно не содержит углеродистых материалов, что особенно важно, когда присутствует кислород в сочетании с сильно основным электролитом. В случае газодиффузионных катодов для хлор-щелочного электролиза металлический катализатор предпочтительно выбирается среди серебра, никеля и соответствующих оксидов, необязательно в смеси; полимерным связующим предпочтительно является перфторированный полимер, к примеру политетрафторэтилен (ПТФЭ) или ему подобный. Согласно одному предпочтительному варианту воплощения металлический катализатор и полимерное связующее смешивают в необязательно водном растворе, дисперсии или суспензии до получения пасты, которая может быть припрессована, например, каландрированием непосредственно к пористой подложке, пригодной действовать в качестве перколятора, чтобы получить достаточную механическую стабилизацию, затем осуществляют термическую обработку, необязательно включающую предварительную стадию сушки при низкой температуре с последующей стадией при более высокой температуре.
Согласно альтернативному варианту воплощения каталитическую композицию наносят перенесением методом декалькомании и последующей плавкой под давлением каталитического листа на пористой подложке, также и в этом случае с последующей конечной термической обработкой.
Что касается термической обработки, лучшие результаты получают при конечной максимальной температуре, составляющей между 200 и 380°C, в зависимости от типа выбранного связующего и его реологических характеристик как функции температуры, как может легко определить специалист в данной области техники.
При выборе гидрофобной пористой структуры необходимо принимать во внимание необходимость наличия достаточного объема, доступного для перколяции жидкости, после нанесения каталитической композиции на активную поверхность: в одном предпочтительном варианте воплощения пористой структурой является сетка или тканое или нетканое полотно из полимерного материала, к примеру ПТФЭ, с достаточной толщиной, предпочтительно не меньшей чем 0,7 мм. Специалист в данной области техники может легко установить предпочтительные толщины и геометрические формы сетки или тканого или нетканого полотна в зависимости от плотности электролита, высоты подлежащего выпусканию гидравлического напора и требуемых гидродинамических условий.
Таким образом, ячейка согласно изобретению будет снабжена интегрированным элементом, действующим и как газодиффузионный электрод, и как перколятор, с являющимся следствием этого упрощением сборки и сокращением затрат. В некоторых случаях (например, в случае щелочных тепловых элементов) ячейка может быть сконструирована содержащей два электрода в соответствии с изобретением, например снабжаемый водородом анод и снабжаемый кислородом катод, типично пересекаемые нисходящим потоком каустической соды.
Изобретение будет лучше понято при помощи следующих примеров, которые не предназначены ограничивать его рамки, охарактеризованные исключительно прилагаемой формулой изобретения.
Пример 1
20 г коммерческой водной суспензии ПТФЭ (Hostaflon TF 5033, 40% по массе) и 136 мл 35%-го раствора формальдегида (Fluka) медленно добавляли при перемешивании к 800 мл деионизированной воды, поддерживая смесь охлажденной при температуре между 0 и 10°C. После одного часа при непрерывном перемешивании добавляли по каплям раствор, содержащий 80 г AgNO3 (Aldrich, 63,6% Ag по массе, выраженного в виде металла), и 800 мл 10%-го по массе раствора каустической соды, всегда поддерживая рН между 7,5 и 10 и температуру ниже 15°C. Эта операция потребовала чуть меньше 2 часов, и раствор выдерживали при энергичном перемешивании в течение двух дополнительных часов. После завершения реакции полученный осадок декантировали, удаляя надосадочную жидкость. Твердое вещество, отфильтрованное под вакуумом, промыли 2 литрами деионизированной воды и 600 мл петролейного эфира. Продукт высушили на воздухе при 120°C в течение ночи. Таким образом был получен каталитический материал с примерно 87% Ag по массе, более чем достаточный для приготовления 200 см2 газодиффузионного электрода.
Сравнительный пример 1
30 г каталитического материала, приготовленного в примере 1, суспендировали в 90 мл 2-пропанола. Суспензию налили на фильтрующую мембрану средней пористости, удаляя избыток спирта под вакуумом. Полученный в результате осадок затем напрессовывали календером за несколько проходов на серебряную сетку с размером ячеек 40 меш (толщиной 0,3 мм) вплоть до полного покрытия поверхности. После стадии сушки при 100°C электрод обработали на воздухе при 250°C в течение 15 минут в муфеле.
Этот катод установили на одноячеечном лабораторном электролизере с 0,1 м2 активной поверхности, как раскрыто в WO 03/042430, соединенной с ПТФЭ-перколятором толщиной 1 мм. В качестве сепаратора между отделениями ячейки использовали ионообменную мембрану Nafion®, коммерциализируемую DuPont/USA.
Анодное отделение снабжали рассолом хлорида натрия, тогда как перколятор, вставленный в катодное отделение, снабжали нисходящим потоком каустической соды в 25 л/ч. Газодиффузионный катод снабжали избытком кислорода.
При температуре 85°C и при плотности тока 4 кА/м2 было измерено напряжение на ячейке в 2,10 В по истечении трех дней стабилизации после запуска, которое оставалось стабильным в течение более чем 30 дней.
Пример 2
30 г каталитического материала, приготовленного в примере 1, суспендировали в 90 мл 2-пропанола. Суспензию налили на фильтрующую мембрану средней пористости, удаляя избыток спирта под вакуумом. Полученный в результате осадок затем напрессовывали календером за несколько проходов на ПТФЭ-перколятор (номинальной толщиной 1,5 мм) вплоть до полного покрытия поверхности, но проникая в его объем только частично, оставляя незанятой часть с толщиной в по меньшей мере 1 мм. После стадии сушки при 100°C электрод обработали на воздухе при 250°C в течение 15 минут в муфеле.
Этот катод с полученным таким образом интегрированным перколятором установили на одноячеечном лабораторном электролизере с 0,1 м2 активной поверхности, как раскрыто в WO 03/042430, в непосредственном контакте с ионообменной мембраной Nafion®, коммерциализируемой DuPont/USA, которая действовала в качестве сепаратора между отделениями ячейки.
Анодное отделение снабжали рассолом хлорида натрия, тогда как неактивированную сторону катода, используемую в качестве перколятора, снабжали нисходящим потоком каустической соды в 25 л/ч. Газодиффузионный катод снабжали избытком кислорода.
При температуре 85°C и при плотности тока 4 кА/м2 было зарегистрировано напряжение на ячейке в 2,07 В по истечении трех дней стабилизации после запуска, которое оставалось стабильным в течение более чем 30 дней.
Таким образом, было продемонстрировано, что электрод с перколятором по изобретению, легче собираемый, менее дорогой и менее склонный к разрушающим явлениям, чем газодиффузионные электроды известного уровня техники, имеет эквивалентные или даже превосходящие эксплуатационные характеристики с точки зрения выхода по току в представляющем основной интерес промышленном применении.
Предшествующее описание не предназначено ограничивать изобретение, которое может быть использовано в соответствии с различными вариантами воплощения без отклонения от его рамок, и при этом его объем определяется исключительно прилагаемой формулой изобретения.
Во всем описании и формуле изобретения настоящей заявки термин «содержать» и его вариации, такие как «содержащий» и «содержит», не предназначены исключать присутствие других элементов или добавок.

Claims (14)

1. Электрохимическая ячейка с перколяцией электролита, оснащенная по меньшей мере одним газодиффузионным электродом, содержащим гидрофобную пористую подложку, выполненную из единой детали, и каталитическую композицию, нанесенную на одну ее сторону, причем некоторая доля объема упомянутой пористой подложки пропитана упомянутой каталитической композицией, при этом в соответствующей незанятой доле объема упомянутой пористой подложки устанавливается нисходящий поток электролита.
2. Ячейка по п.1, в которой упомянутая каталитическая композиция содержит порошок по меньшей мере одного металла и по меньшей мере одно полимерное связующее.
3. Ячейка по п.2, в которой упомянутый порошок по меньшей мере одного металла содержит серебро, никель или их оксиды.
4. Ячейка по п.2, в которой упомянутое по меньшей мере одно полимерное связующее содержит перфторированный полимер, необязательно - ПТФЭ.
5. Ячейка по п.1, в которой упомянутая пористая подложка имеет толщину не менее 0,7 мм.
6. Ячейка по п.1, в которой упомянутая гидрофобная пористая подложка является сеткой или тканым или нетканым полотном из полимерного материала.
7. Ячейка по п.6, в которой упомянутый полимерный материал является перфторированным полимером, необязательно - ПТФЭ.
8. Ячейка по п.1, в которой упомянутая каталитическая композиция нанесена непосредственно на одну сторону упомянутой гидрофобной подложки без промежуточного сетчатого металлического материала.
9. Ячейка по любому из предыдущих пунктов, в которой упомянутый электролит является раствором каустика.
10. Способ изготовления газодиффузионного электрода для ячейки по любому из пп.1-9, содержащий стадии:
приготовление пасты, содержащей компоненты упомянутой каталитической композиции, исходя из необязательно водного раствора, дисперсии или суспензии,
напрессовывание упомянутой пасты на одну сторону упомянутой гидрофобной пористой подложки с получением частичного проникновения упомянутой пасты в упомянутую гидрофобную пористую подложку,
выполнение термической обработки вплоть до максимальной температуры от 200 до 380°С.
11. Способ по п.10, в котором упомянутую стадию напрессовывания осуществляют каландрированием.
12. Способ изготовления газодиффузионного электрода для ячейки по любому из пп.1-9, содержащий стадии:
нанесение упомянутой каталитической композиции на переводную основу до получения каталитического листа,
плавление под давлением упомянутого каталитического листа на одной стороне упомянутой гидрофобной пористой подложки,
выполнение термической обработки вплоть до максимальной температуры от 200 до 380°С.
13. Применение ячейки по любому из пп.1-9 в хлор-щелочном процессе, при этом газодиффузионный электрод представляет собой снабжаемый кислородом газодиффузионный катод.
14. Применение ячейки по любому из пп.1-9 в щелочном топливном элементе с перколяцией электролита, при этом газодиффузионный электрод представляет собой снабжаемый кислородом газодиффузионный катод или снабжаемый водородом газодиффузионный анод.
RU2008144590/07A 2006-04-12 2007-04-12 Газодиффузионный электрод для ячеек с перколяцией электролита RU2423555C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT000726A ITMI20060726A1 (it) 2006-04-12 2006-04-12 Elettrodo a diffusione gassosa per celle a percolazione di elettrolita
ITMI2006A000726 2006-04-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008144590A RU2008144590A (ru) 2010-05-20
RU2423555C2 true RU2423555C2 (ru) 2011-07-10

Family

ID=38537564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008144590/07A RU2423555C2 (ru) 2006-04-12 2007-04-12 Газодиффузионный электрод для ячеек с перколяцией электролита

Country Status (21)

Country Link
US (1) US7972484B2 (ru)
EP (1) EP2004879B1 (ru)
JP (2) JP2009533553A (ru)
KR (1) KR101365955B1 (ru)
CN (1) CN101421438B (ru)
AU (1) AU2007235879B2 (ru)
BR (1) BRPI0709954B1 (ru)
CA (1) CA2648393C (ru)
DK (1) DK2004879T3 (ru)
EG (1) EG26283A (ru)
ES (1) ES2634806T3 (ru)
IL (1) IL194179A (ru)
IT (1) ITMI20060726A1 (ru)
MX (1) MX2008013070A (ru)
NO (1) NO345401B1 (ru)
PL (1) PL2004879T3 (ru)
PT (1) PT2004879T (ru)
RU (1) RU2423555C2 (ru)
TW (1) TWI419398B (ru)
WO (1) WO2007116095A2 (ru)
ZA (1) ZA200808296B (ru)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101341761B1 (ko) 2006-05-21 2013-12-13 트라이젠스 세미컨덕터 가부시키가이샤 디지털 아날로그 변환장치
JP2009266681A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Toyota Motor Corp 燃料電池
FR2937979B1 (fr) * 2008-11-05 2010-12-24 Centre Nat Rech Scient Procede de preparation d'une electrode pour la production d'hydrogene
DE102010030203A1 (de) * 2010-06-17 2011-12-22 Bayer Materialscience Ag Gasdiffusionselektrode und Verfahren zu ihrer Herstellung
CN103025920B (zh) * 2010-07-13 2015-08-26 氯工程公司 用于制备氯·氢氧化钠的电解池以及制备氯·氢氧化钠的方法
DE102010042729A1 (de) * 2010-10-21 2012-04-26 Bayer Materialscience Aktiengesellschaft Sauerstoffverzehrkathode und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102010042730A1 (de) * 2010-10-21 2012-04-26 Bayer Materialscience Aktiengesellschaft Sauerstoffverzehrelektrode
ITMI20110500A1 (it) * 2011-03-29 2012-09-30 Industrie De Nora Spa Cella per l elettrodialisi depolarizzata di soluzioni saline
DE102011017264A1 (de) * 2011-04-15 2012-10-18 Bayer Material Science Ag Alternativer Einbau einer Gas-Diffussions-Elektrode in eine elektrochemische Zelle
EP2573213B1 (de) * 2011-09-23 2017-10-25 Covestro Deutschland AG Sauerstoffverzehrelektrode und verfahren zu ihrer herstellung
EP2573210B1 (de) * 2011-09-23 2016-10-26 Covestro Deutschland AG Sauerstoffverzehrelektrode und Verfahren zu ihrer Herstellung
CA2907843C (en) 2013-03-29 2022-07-26 Atomic Energy Of Canada Limited Low-energy electrochemical separation of isotopes
US10794850B2 (en) 2014-03-25 2020-10-06 The Procter & Gamble Company Apparatus for sensing environmental pH changes
KR101637711B1 (ko) * 2014-10-30 2016-07-07 현대자동차주식회사 연료전지의 고분자 전해질막-전극 접합체용 전극의 분리방법과 그 장치
EP3355395A4 (en) 2015-09-24 2019-05-01 Kolon Industries, Inc. MEMBRANE ELECTRODE ARRANGEMENT FOR FUEL CELL, METHOD FOR THE MANUFACTURE THEREOF AND FUEL CELL SYSTEM THEREWITH

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2019581C1 (ru) * 1991-01-08 1994-09-15 Василий Никитич Дудин Металлокерамический пористый электрод для электрохимических процессов
RU92003482A (ru) * 1992-11-03 1995-03-27 Государственное предприятие "Наука" Способ изготовления газодиффузионного электрода
US20050007968A1 (en) * 2001-04-03 2005-01-13 Hsu Liangchi (Alan) Method and apparatus for scheduling and modulation and coding selection for supporting quality of service in transmisssions on forward shared radio channels
RU2004101764A (ru) * 2001-06-23 2005-06-10 Уде Гмбх (De) Способ изготовления газодиффузионных электродов

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4435267A (en) * 1982-10-08 1984-03-06 Exxon Research And Engineering Co. Gas percolation barrier for gas fed electrode
JPS61130497A (ja) * 1984-11-30 1986-06-18 Asahi Glass Co Ltd ガス拡散電極
JPS6217193A (ja) * 1985-07-13 1987-01-26 Shirakawa Seisakusho:Kk 電極・隔膜組立体
US5300206A (en) * 1992-08-03 1994-04-05 Metallgesellschaft Ag Antipercolation gas-diffusion electrode and method of making same
JPH07278864A (ja) * 1994-04-06 1995-10-24 Permelec Electrode Ltd ガス拡散電極
JPH07296817A (ja) * 1994-04-28 1995-11-10 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk ガス拡散電極
BE1008455A3 (nl) * 1994-06-07 1996-05-07 Vito Gasdiffusie elektrode met katalysator voor een elektrochemische cel met vast elektrolyt en werkwijze ter vervaardiging van dergelijke elektrode.
JPH08142290A (ja) * 1994-11-15 1996-06-04 Maruyama Kogyo Kk 繊維補強シートおよびその製造方法
CN1067808C (zh) * 1994-12-05 2001-06-27 马永林 气体扩散电极的制备方法
JP3625520B2 (ja) * 1995-04-13 2005-03-02 ペルメレック電極株式会社 ガス拡散電極
US5863673A (en) * 1995-12-18 1999-01-26 Ballard Power Systems Inc. Porous electrode substrate for an electrochemical fuel cell
JP2923635B2 (ja) * 1996-10-04 1999-07-26 長一 古屋 ガス拡散電極を用いる塩化アルカリ金属水溶液電解槽
JP2896767B2 (ja) * 1996-11-27 1999-05-31 長一 古屋 ガス拡散電極とガス室との接合方法
JPH10195687A (ja) * 1996-12-26 1998-07-28 Permelec Electrode Ltd 酸素ガス拡散電極及びその製造方法
CA2286175A1 (en) * 1997-04-07 1998-10-15 Robert D. Mussell Electrolysis of alkali metal halide brines using oxygen cathode systems
JP3645703B2 (ja) * 1998-01-09 2005-05-11 ペルメレック電極株式会社 ガス拡散電極構造体
JP2935181B1 (ja) * 1998-02-05 1999-08-16 長一 古屋 漏液型ガス拡散電極及びその製造方法
JP3002974B2 (ja) * 1998-05-20 2000-01-24 長一 古屋 ガス拡散電極の製造方法
JP2946328B1 (ja) * 1998-08-25 1999-09-06 長一 古屋 食塩電解方法及び電解槽
JP3074475B1 (ja) * 1999-03-19 2000-08-07 長一 古屋 切れ込みを有するガス供給層とこれを使用したガス拡散電極
JP3041791B1 (ja) * 1999-03-31 2000-05-15 長一 古屋 ガス拡散電極の製造方法
IT1317753B1 (it) 2000-02-02 2003-07-15 Nora S P A Ora De Nora Impiant Cella di elettrolisi con elettrodo a diffusione di gas.
WO2001074710A1 (en) * 2000-03-30 2001-10-11 Manhattan Scientifics, Inc. Portable chemical hydrogen hydride system
JP2003041388A (ja) * 2001-07-31 2003-02-13 Association For The Progress Of New Chemistry イオン交換膜電解槽および電解方法
ITMI20012379A1 (it) * 2001-11-12 2003-05-12 Uhdenora Technologies Srl Cella di elettrolisi con elettrodi a diffusione di gas
TW557596B (en) * 2002-06-03 2003-10-11 Ming Chi Inst Of Technology The method of preparing the solid-state polymer Zn-air battery
US7087339B2 (en) * 2002-05-10 2006-08-08 3M Innovative Properties Company Fuel cell membrane electrode assembly with sealing surfaces
ITMI20021203A1 (it) * 2002-06-04 2003-12-04 Uhdenora Technologies Srl Elemento di distribuzione per cella elettrochimica a percolamento di elettrolita
JP3912249B2 (ja) * 2002-09-30 2007-05-09 日本電気株式会社 燃料電池の運転方法および燃料電池を搭載した携帯機器
DE10333853A1 (de) * 2003-07-24 2005-02-24 Bayer Materialscience Ag Elektrochemische Zelle
US7083708B2 (en) * 2003-07-31 2006-08-01 The Regents Of The University Of California Oxygen-consuming chlor alkali cell configured to minimize peroxide formation
JP2005149727A (ja) * 2003-11-11 2005-06-09 Nec Tokin Corp 膜電極接合体およびその製造方法ならびにそれを用いたダイレクト型燃料電池
JP4868711B2 (ja) * 2004-03-26 2012-02-01 日本バイリーン株式会社 ガス拡散電極前駆体、ガス拡散電極、燃料電池、及びガス拡散電極前駆体の製造方法
JP2005276746A (ja) * 2004-03-26 2005-10-06 Hitachi Ltd 燃料電池および膜電極接合体

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2019581C1 (ru) * 1991-01-08 1994-09-15 Василий Никитич Дудин Металлокерамический пористый электрод для электрохимических процессов
RU92003482A (ru) * 1992-11-03 1995-03-27 Государственное предприятие "Наука" Способ изготовления газодиффузионного электрода
RU95118872A (ru) * 1993-01-27 1997-10-10 Олин Корпорейшн Электродные структуры с высокой площадью поверхности для электрохимических процессов
US20050007968A1 (en) * 2001-04-03 2005-01-13 Hsu Liangchi (Alan) Method and apparatus for scheduling and modulation and coding selection for supporting quality of service in transmisssions on forward shared radio channels
RU2004101764A (ru) * 2001-06-23 2005-06-10 Уде Гмбх (De) Способ изготовления газодиффузионных электродов

Also Published As

Publication number Publication date
AU2007235879A1 (en) 2007-10-18
MX2008013070A (es) 2008-10-27
TW200810201A (en) 2008-02-16
BRPI0709954A2 (pt) 2011-08-02
RU2008144590A (ru) 2010-05-20
TWI419398B (zh) 2013-12-11
ZA200808296B (en) 2010-02-24
EP2004879A2 (en) 2008-12-24
CN101421438B (zh) 2012-10-31
IL194179A (en) 2014-11-30
PT2004879T (pt) 2017-08-01
PL2004879T3 (pl) 2017-10-31
ES2634806T3 (es) 2017-09-29
IL194179A0 (en) 2009-08-03
WO2007116095A2 (en) 2007-10-18
BRPI0709954B1 (pt) 2018-03-27
EG26283A (en) 2013-06-11
US7972484B2 (en) 2011-07-05
JP5735028B2 (ja) 2015-06-17
JP2013144853A (ja) 2013-07-25
AU2007235879B2 (en) 2010-07-22
NO345401B1 (no) 2021-01-18
WO2007116095A3 (en) 2008-01-24
CA2648393A1 (en) 2007-10-18
JP2009533553A (ja) 2009-09-17
KR20080109926A (ko) 2008-12-17
EP2004879B1 (en) 2017-05-31
KR101365955B1 (ko) 2014-02-21
CN101421438A (zh) 2009-04-29
ITMI20060726A1 (it) 2007-10-13
NO20084161L (no) 2008-11-10
CA2648393C (en) 2014-04-08
US20090035615A1 (en) 2009-02-05
DK2004879T3 (en) 2017-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2423555C2 (ru) Газодиффузионный электрод для ячеек с перколяцией электролита
KR101081468B1 (ko) 염화나트륨 전해용 산소 가스 확산 음극
JP5178959B2 (ja) 酸素ガス拡散陰極、これを用いた電解槽、塩素ガスの製造方法、及び水酸化ナトリウムの製造方法
TW593772B (en) New rhodium electrocatalyst and method of preparation
JP2007242433A (ja) 電気化学反応用電極触媒、その製造方法及び前記電極触媒を有する電気化学用電極
JPH07278864A (ja) ガス拡散電極
JP5000121B2 (ja) 酸素還元ガス拡散陰極及び食塩電解方法
NL8205018A (nl) Uit een aantal lagen bestaande struktuur voor samenstel van elektrode en membraan en elektrolysewerkwijze onder toepassing hiervan.
JP2012077381A (ja) 輸送および貯蔵安定性酸素消費電極の製造方法
JP4743696B2 (ja) 食塩電解用酸素還元ガス拡散陰極及び食塩電解方法
JPS6013437B2 (ja) 電解槽の構成方法