DE1471648A1 - Pore-free hydrogen foil electrode with a porous alloy coating - Google Patents

Pore-free hydrogen foil electrode with a porous alloy coating

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DE1471648A1 DE19641471648 DE1471648A DE1471648A1 DE 1471648 A1 DE1471648 A1 DE 1471648A1 DE 19641471648 DE19641471648 DE 19641471648 DE 1471648 A DE1471648 A DE 1471648A DE 1471648 A1 DE1471648 A1 DE 1471648A1
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    • C01B3/508—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by selective and reversible uptake by an appropriate medium, i.e. the uptake being based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Description

Sk ι .ien£cse!ls':haf t Sk ι .ien £ cse! Ls': haf t

Porenfreie Wasserstoff-Folienelektrode mit porösemPore-free hydrogen foil electrode with a porous

Legierungsüberzug. ..Alloy plating. ..

Es ist bekannt, porenfreie Folien aus einem wasserstoffabsorbierenden Metall, z.B. Palladium, oder einer entsprechenden Legierung, z.B. Palladium-Silber, als Wasseratoffelektroden in galvanischen /Brennstoffelementen zu verwenden. Im Gegensatz zu porösen Elektroden arbeiten diese porenfreien Waeeeaietoffelektroden weitgehend unabhängig von Oasdruck und von inerten fremdgajiftnteilen. i kinetische Henmrung der W*b sere to ff aufnahme auf dtf Geaaeit· Folie läßt sich durch einen porösen übijfeug aus waeeeretof^ sorbierenden* Substanzen auf der QaüB^ite beseitigen. Ale Überzug hat man bisher waseeretoff-chemieorfctierende Metalle oder; SlXi»iumIt is known to use pore-free foils made of a hydrogen-absorbing metal, for example palladium, or a corresponding alloy, for example palladium-silver, as water electrodes in galvanic / fuel elements. In contrast to porous electrodes, these pore-free waeeeaietoff electrodes work largely independently of gas pressure and inert foreign gas components. Kinetic heat-transferring of the water absorption on the surface of the film can be removed by a porous overlay of water-absorbing substances on the surface . So far, a coating has been used as a chemical-active metal or; SlXi »ium

Ö0990270793Ö0990270793

Unterlagen {Art7 3tA,|».2)NrJS3tz3<letAn(K)runeaees.v.4.9.ig67/Documents {Art7 3tA, | ».2) NrJS3tz3 <letAn (K) runeaees.v.4.9.ig67 / ORIQlNAtINSPECTEDORIQlNAtINSPECTED

FLA 64/1004FLA 64/1004

verwendet, la hat aioh jedoch geneigt, daB derartig· Blaktrodaa fttr Dauerbelastungen wenig geeignet sind. Silicium, Palladium sowie andere raina Metalle waiaan nur eine geringe Hartfestigkeit an dar folienelektrode auf. Durch Aufnahme von Waaaaratoff werden dia reinen Metalle untar diekontinuierlioher öitteraufweitung spröde und somit meohanisoh instabil. Dieser laohteil wird duroh dia vorliegende Erfindung behoben.used, but la has inclined aioh that such Blaktrodaa fttr Long-term loads are not very suitable. Silicon, palladium and other raina metals have only a low hardness then foil electrode on. By including Waaaaratoff, dia pure metals are brittle and brittle and thus meohanisoh unstable. This problem is remedied by the present invention.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine porenfraia Wasserstof f-Folienelektrode aua wasserstoffabsorbierendem Metall, auf die ein porOaer tfbersug als Waeeeretoffttbertragungekatalyeator aufgebraoht 1st« Die neue lass erst off-Folienelektrode ist daduroh gekennzeichnet, dafi dar Überzug aua einer Legierung aua Palladium oder Tantal sowie 1 oder 2 Metallen aua der Seihe Platin, Ihodium, Gold, Silber, Kupfer, liokel, Kobalt, Eisen oder Bor besteht.The subject of the invention is therefore a non-porous hydrogen foil electrode made of hydrogen-absorbing metal, onto which a porOaer tfbersug as Waeeeretoffttbendungungekatalyeator brewed 1st «The new let first off foil electrode is marked daduroh, that is, a coating of an alloy of palladium or tantalum as well as 1 or 2 metals including platinum, ihodium, gold, silver, copper, oil, cobalt, iron or boron.

Das optimale Mi β ohungs verhält nie swiachen Pd bsw. Ta und den Legierungspartnern beträgt etwa 3i1. Die so entstehenden Legierungen bleiben auoh bei Waaaerat off aufnahme meohanisoh atabil und zeigen ala Katalyeatorsehicht auf der Folienelektrode eine gute Haftfestigkeit. Diese Haftfestigkeit iat besondere groß, wenn die Schicht duroh Abaoheidung Inabesondere desselben Materials wie dia der Folie oder Aufrauhen an der Folie erzeugt wird. Serartige Elektroden weisen bei Bauerbelastung eine grofle Beständigkeit auf und aind un-•mpfindlieher gegen Yergiftungen ala die bisher bekannten Elektroden. •1· SlAd sowohl lur Gewinnung von Wasserstoff ala auch au seiner MutsbarmaehUAC «ur elektrochemieoheη Energiegewinnung geeignet. Duroh dl· IeIeABVBc soll vorliegende Erfindung verdeutlicht werdentThe optimal measurement never behaves between Pd and so on. Ta and the alloy partners is about 3i1. The resulting alloys remain meohanisoh atable even with waaaerat off uptake and show ala catalyst layer on the foil electrode a good adhesive strength. This adhesive strength is particularly great when the layer duroh Abaoheichtung ina special of the same material as dia the foil or roughening is generated on the film. Ser-like electrodes show a high resistance to building loads and are less sensitive to poisoning than the previously known electrodes. • 1 · Is suitable both for the production of hydrogen and also for the production of electrochemical energy. Duroh dl · IeIeABVBc is intended to clarify the present invention

Sie Figur »eigt sohematisoh den Querschnitt einer erfindungsgemäflenThe figure shows the cross-section of an inventive

s'eue Unterlagen i&Q919^ gy tPJ*9 fr- »nderunusgee. vBACi ORIGINAL s' ew documentation i & Q 919 ^ gy pj * 9 fr- "nderunusgee. vBACi ORIGINAL

PLA 64/10Ü4PLA 64 / 10Ü4

H71648H71648

Elektrode im Aueschnitt. 1 bedeutet die Gasseite, 2 die Elektrolyteeite der Elektrode. Auf der Gasaeite befindet sich eine durch Aufrauhen des Elektrodenmaterial erzeugte poröse Schicht, die durch die Spalten 3 dargestellt ist. Durch Oberflächendiffusion dringt oheraisorbierter Wasserstoff in diese sehr engen Spalten molekularer Dimeneionen ein· Hierbei ergibt sich ein kontinuierlicher Übergang vom Zustand des chemisorbierten Atoms zu dem des okkludierten .Atome. Auf diese Weise wird durch Überlagerung der von den Spaltwänden ausgehenden Kraftfelder eine Erniedrigung der Aktivierungeenergie der Phaeengrenzreaktion erreicht} der Spalt wirkt als "aktive Stelle" für die Katalyse dieser Reaktion. |Electrode in cutout. 1 means the gas side, 2 the electrolyte side the electrode. On the gas side there is a porous layer produced by roughening the electrode material is represented by columns 3. Oherabsorbed hydrogen penetrates these very narrow gaps through surface diffusion Molecular Dimeneionen a · This results in a continuous Transition from the state of the chemisorbed atom to that of the occluded atom. In this way, by overlaying the Force fields emanating from the gap walls lower the activation energy of the phase boundary reaction} the gap acts as an "active site" to catalyze this reaction. |

In den folgenden Beispielen sollen die Verfahren zur Herstellung der erflndungegemäßen Wasserstoffelektrode näher erläutert werden.The methods for producing the hydrogen electrode according to the invention are to be explained in more detail in the following examples.

Beispiel 1example 1

Eine 30 u etarke Polie aus der Legierung Palladium-Silber (75125) wurde auf einerSeite in 6 η KOH bei Zimmertemperatur mit oa. 500 mA/o* kathodiech belastet. Auf der anderen Seite wurde ei· !Bit einer wäeerigen Lösung in Berührung gebracht* die ca.'A 30 u et thick polie made of the alloy palladium-silver (75125) was on one side in 6 η KOH at room temperature with oa. 500 mA / o * cathodically loaded. On the other hand it was ei ·! bit of a watery solution brought into contact * which is approx.

gg und oa. 1# HgPdCl. enthielt. Durch stromlosen Austausch gegen WftestTBtoff entstand eine schwarze, poröse Schicht.gg and oa. 1 # HgPdCl. contained. Through currentless exchange a black, porous layer formed against WftestTBtoff.

Die anodisch Dlffueionsetromdichte einer Folien-Elektrode mit dieser Aktivierungsechicht betrug bei 3O0C 290 mA/om2· Er entsprach damit dem aue Gleichgewichtskonzentration und piffusions koeffieient theoretisch zu errechnenden Wert. Das bedeutet, daßThe anodically Dlffueionsetromdichte a foil electrode with this activation Sixteenth layer amounted to at 3O 0 C 290 mA / om 2 · It thus corresponded to the aue equilibrium concentration and piffusions koeffieient theoretically to be calculated value. It means that

BAD ORiGiNAUBAD ORiGiNAU

Unterlägen lArt V j l Abs_2 l^. l H-wt Λ C- γ. Änderungsges. ν. 4. 9. ID«',Documents lArt V jl Abs_2 l ^. l H-wt Λ C- γ. Amendment ν. 4. 9. ID «',

809902/0793809902/0793

PLA 64/1004PLA 64/1004

dieser Diffusions.strom allein durch den Diffuaionewiderstand der Folie selbst bestimmt wird, die gasseitige Aktivierung also praktisch ideal ist.this diffusion current solely through the diffusion resistance of the Foil itself is determined, so the gas-side activation is practical is ideal.

Beispiel' 2Example '2

Eine 25 fx starke Palladium-Silberfolie (75:25) wurde-in 0,1 normale Natronlauge mit einem Wechselstrom von 1 Hz belastet. Im Laufe von 1 bis 2 Stunden färbte sich die ursprünglich, silberglänzende Oberfläche allmählich dunkelgrau. Durch die rasch aufeinanderfolgenden Oxydationen und Reduktionen, insbesondere der Silberkomponente der Legierung, ist eine oberflächliche Auflockerung bewirkt worden. Die hierbei entstandene poröse Schicht ist- wirksam für die Katalyse der Phasengrenzreaktion des Wasserstoffs. Sie hat die gleiche Zusammensetzung wie das Folienmateri^"*A 25 fx thick palladium-silver foil (75:25) was in 0.1 normal Caustic soda loaded with an alternating current of 1 Hz. In the course of 1 to 2 hours, the original, shiny silver color changed Surface gradually dark gray. Due to the rapidly successive oxidations and reductions, especially the Silver component of the alloy, a superficial loosening has been effected. The resulting porous layer is effective for the catalysis of the phase boundary reaction of hydrogen. It has the same composition as the film material ^ "*

Die .Diffusionsstromdichte betrug in diesem Fall 340 mA/cn boi 3O0C. 'The .Diffusionsstromdichte in this case was 340 mA / cn boi 3O 0 C. '

Beispiel 3Example 3

Auf einer Palladium-Üilber-Membran (75i25) von 30 u Dicke wurde die Katalysatorschicht elektrolytisch au3 einer Lösung abgeschieden, die PdOl2, H3PtCl6 und Pb(Ac)2 enthielt. The catalyst layer was deposited electrolytically from a solution containing PdOl 2 , H 3 PtCl 6 and Pb (Ac) 2 on a palladium-silver membrane (75i25) 30 μm thick.

Die Grenzstrondichte lag bei 300 mA/cm , bei einem Potential von +500 mV gegen die Quecksilber/Quecksilberoxid-Elektrode. Bei einerThe limiting current density was 300 mA / cm, with a potential of +500 mV against the mercury / mercury oxide electrode. At a

Dauerbelastung mit 20 mA/cm stellte sich ein Potential von -itljü :r gegen die yuecksilber/Quecksilberoxid-Elektrode ein. Dio Überspannung betrug 73 mV.Continuous load of 20 mA / cm resulted in a potential of -it l jü: r against the mercury / mercury oxide electrode. The overvoltage was 73 mV.

• _ ,; BAD ORIGINAL I;. ,. ,.·,• _,; BAD ORIGINAL I; . ,. ,. ·,

809902/0 7 93809902/0 7 93

PLA 64/1004PLA 64/1004

U71648U71648

Naeh drei Wochen unter Dauerbelastung wurde ein Potential von -840 mV, entsprechend einer nur um 10 mV vergrößerten Überspannung gemessen.After three weeks under constant load, a potential of -840 mV was measured, corresponding to an overvoltage that was only increased by 10 mV.

Bei potentiostatischer Belastung einer Elektrode mit elektrolytisch aufgetragener Katalyaatorschicht ergab sich ein ähnliches Bild. Bei einem Potential von -750 mV (= +175 mV) floß ein Strom von ca. 50 mA/cm . .With potentiostatic loading of an electrode with electrolytic applied catalyst layer resulted in a similar picture. At a potential of -750 mV (= +175 mV) a current of approx. 50 mA / cm. .

Beispiel 4Example 4

Die innere Zylinderfläche eines Röhrchens aus Palladium-Silber (75:25) mit der Wandstärke 100 u wurde der Oxydation nit Luft oberhalb 50O0G und anschließender Reduktion mit Wasserstoff unterworfen. Dabei entstand eine die Wasserstoffaufnahme katalysierende Schicht, die beim Betrieb des Röhrchens üls H^-Anodc bei 2G3 ° in NaOH-KOH-Eutektiku» eine Stromdichte von 100 mA/cm lieferte.The inner cylindrical surface of a tube made of palladium-silver (75:25) with the wall thickness of 100 was subjected to the oxidation nit air above 50O 0 G and subsequent reduction with hydrogen u. This produced a layer which catalyzes the uptake of hydrogen and which, when the tube was operated using H ^ -Anodc at 2G3 ° in NaOH-KOH eutectic, delivered a current density of 100 mA / cm.

Die Überspannung betrug etwa 30 mV. Auch nach 6-wöchentit^em BetriebThe overvoltage was about 30 mV. Even after 6-wöchenti t ^ em operation

unter Dauerbelastung mit 100 mA/cm war kein überspannungaanstie^ festzustellen.there was no increase in overvoltage under continuous load of 100 mA / cm ascertain.

Patentansprüche
1 FigurClaims
1 figure

BADBATH

- 5 - Bar/Rd- 5 - bar / round

809902/0793809902/0793

Claims (1)

FLA 64/1004FLA 64/1004 PatentansprücheClaims ) Porenfreie Wasserstoff-folienelektrode aue wasserstoffabsorbierende* Hit all, auf dit «in poröser überzug als Wasseretoffttbertragungskatalysator aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dafi der Überrag aue einer Legierung aua Palladium oder Tantal aowie ein oder zwei Metallen aus der leihe Platin, IhodiUM, Gold, Silbert Kupfer, liokel, KoIwIt, Bisen oder Bor besteht.) Pore-free hydrogen foil electrode with a hydrogen-absorbing * Hit all, on which a porous coating is applied as a water transfer catalyst, characterized in that the overhang is made of an alloy of palladium or Tantalum as well as one or two metals from the borrowed platinum, IhodiUM, gold, silver copper, liokel, KoIwIt, Bisen or Boron is made. 2, Wasserstoffelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS das Mischungsverhältnis zwischen Palladium bzw· Tantal und den Legierungspartnern etwa 3i1 beträgt·2, hydrogen electrode according to claim 1, characterized in that that is the mixing ratio between palladium and tantalum and the alloy partners is about 3i1 t Wasserstoff elektrode nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß folie und Oberzug aus derselben Legierung bestehen·Hydrogen electrode according to Claims 1 to 2, characterized in that the foil and top cover are made from the same alloy exist· 4« Verfahren zur Herstellung einer Wasserstoff elektrode r-< ih den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die L- terungskomponenten, die in ein^r wässrigen Lösung vorliegen, f der einen feite einer kathodisch belasteten folie im stromiösen Austausoh gegen Wasserstoff abgeschieden werden.4 «Process for the production of a hydrogen electrode according to claims 1 to 3, characterized in that the solution components, which are present in an aqueous solution, are deposited on one side of a cathodically loaded film in a current exchange with hydrogen will. 5* Verfahren zur Herstellung einer Wasseretoffelektrode noch den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungskoaponenten, die in einer wässrigen Lösung vorliegen, elektrolytisch auf der Folie abgeschieden werden. 5 * Process for the production of a hydrogen electrode according to claims 1 to 3, characterized in that the alloy components, which are present in an aqueous solution, are deposited electrolytically on the foil. -. 6 - BAD OR!G«NAL By/Or-. 6 - BAD OR! G «NAL By / Or 809902/0793809902/0793 PU 64/1004PU 64/1004 6. Verfahren sur Herstellung einer Wasserstoffelektrode nach den Anaprüehen 1 bia 3, dadurch gekennzeichnet, das die Oberfläche der folie duroh Weehaelatroabelaatung in einem Elektrolyten nit einer aktlren Schicht versehen wird.6. Process sur production of a hydrogen electrode according to the Anaprüehen 1 bia 3, characterized in that the surface of the foil duroh Weehaelatroabelaatung in an electrolyte is provided with an active layer. 7· Verfahren sur Herstellung einer Wasaeratoffelektrode nach den Ansprüchen 1 bia 3% dadurch gekenn«βiohnet, dafl die folien« oberfläche einer Oxydation duroh Luft und ansehlieflenden Reduktion unterworfen wird«7 · Process for the production of a water electrode according to claims 1 to 3% characterized in that the film surface is subjected to oxidation by air and subsequent reduction " Unterlagen (Art. ? § I Abs. 2 Nr. I Sau 3 des Änderungsgea. v. 4.9.19671 Documents (Art. ? § I Paragraph 2 No. I Sau 3 of the Amendment Act of September 4 , 19671 809902/0793809902/0793 - 7 - ! By/Or- 7 -! By / Or
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