DE1917040A1 - Elektroden fuer elektrochemische Verfahren - Google Patents
Elektroden fuer elektrochemische VerfahrenInfo
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- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
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Description
PRIORITÄT : 2. April I968 - Grossbritannien
Die Erfindung bezieht sich auf Elektroden für elektrochemische
Prozesse, Sie bezieht sich Insbesondere auf Verbesserungen
der Dauerhaftigkeit von Elektroden, die eine
Schicht aus einem Arbeitselektrodenmaterial auf einem Träger aufweisen, der aus einem filmblldenden Metall, insbesondere
Titan, hergestellt ist =
Es ist bekannt, als Anode In einer elektrochemischen Zelle,
insbesondere in einer Zelle, in der eine wässrige Lösung eines Alkalimetallchlorids elektrolysiert wird, eine Elektrode
zu verwenden, die aus einem filmbildenden Träger, insbesondere
einem Titanträger, besteht, der auf mindestens einem Teil seiner Oberfläcne einen Belag aus einem Arbeitselektrodenmaterial
aufweist» Der Titanträger ist gegenüber anodische Angriffe auch in den stark korrosiven ChlorIdelektrolyten
wiederstandsfähig^ Das ArbeitselektrodeninttteriaL
muß gegenüber einem anodischen Angriff beständig sein und muß auch bei der Übertragung von Elektronen zur
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OR
Elektrode aus den Ionen des Elektrolyts wirksam sein. De»
Arbeltselektrodenaaterial besteht gewöhnlich aus eines oder
mehreren Metallen der Platingruppe und/oder den Oxyden diese
Metalle« es kann aber auch irgendein anderes elektrisch i®ltendes Material sein, welche« gegenüber eine* anodleehen
Auflösung in der Zelle eine ausreichende Beständigkeit aufweist und welches sie Anode wirken kann.
Obwohl dia oben erwähnten Arbeitaelektrodeoaaterlailen
Über einem elektrochemischen Angriff in einer Reihe von
korrosiven Medien sehr beständig »ind, so nutzen ale aich
aber trotzdem mit einer beträchtlichen Geschwindigkeit ab
oder brechen sogar beim Gebrauch vom filmbildenden Metallträger ab. Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren
zur besseren Verankerung des Arbeltselelctrodenaateriala auf
dem Träger in einer Elektrode der oben erwähnten Type, während gleichzeitig die Arbeitselektrodenoberfläche in einer
Form bewahrt wird, die eine geringe überspannung für die Infreiheitsetzung von Chlor aufweist, wenn die Elektrode als
Anode bei der Elektrolyse von Alkalimetallchloridlösungan
verwendet wird.
Die verbesserten erfindungsgemäSen Elektroden werden dadurch hergestellt, das man zunächst durch ein an sich in der Technik: bekanntes Verfahren oder durch eine welter unten beschriebene einfache Variante desselben aine Elektrode solcher
Art herstellt, die aus einem fUmbildenden Metallträger besteht, der einen Belag aus einem Arbeitselektrodenmaterial
aufweist, worauf man Über dem Belag aus Arbeitselektrodenmaterial einen Belag einer thermisch !ersetzbaren organischen
Verbindung eines filmbildenden Metalls aufbringt und dann die auf diese Welse beschichtete Elektrode erhitzt, um ate
organische Verbindung des fUmbildenden Metalls In ein Qxga
des fUmbildenden Metalls umzuwandeln.
So wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
einer Elektrode für die Verwendung In elektrochemisches
Prozessen vorgeschlagen, welches dadurch ausgeführt wird»
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dafi man auf der Oberfläche eines Trägers aus einem filmbildenden Netall eine Schicht aus einem Arbeitselektrodenmaterlals herstellt, auf die genannte Schicht einen Belag aufbringt, der aus einer thermisch zersetzbaren organischen Verbindung eines filmbildenden Metall« in einem flüssigen Träger
besteht, und den Belag erhitzt, un die organische Verbindung des filmbildenden Metalls in ein Oxyd des filmbildenden
Netalls umzuwandeln.
Der fertige Belag hat ein glattes, glasiges Aussehen und eine vorzügliche Haftung auf dem Metall-des Trägers. Das
zweistufige Beschichtungsverfahren der Erfindung ermöglicht es, diesen Belag, der ein filmbildendes Metalloxyd enthält,
bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des fUmbildenden Metalloxyds herzustellen, und sogar bei Temperaturen unterhalb der Schmelzpunkte von Gläsern, die diese
Oxyde der filmbildenden Metalle mit anderen Oxyden bilden. Dies 1st wichtig, da es hierdurch möglich wird, hohe Temperaturen, bei denen das Metall des Trägers beträchtlich mit
dem Belag oder mit dem Sauerstoff der Atmosphäre reagieren würde, während des Beschlchtungsverfahrens zu vermeiden.
der Erfindung wird weiterhin eine Elektrode für die Verwendung in elektrochemischen Prozessen vorgeschlagen,
welche aus einem Träger eines filmbildenden Netalls, das
einen Belag mit einem glatten, glasigen Aussehen besitzt, besteht, wobei der Belag aus einer Schicht eines Arbeitselektrodenmaterials und aus einer darübergelegten Schicht
eines Oxyds eines filmbildenden Metalls besteht.
Zwar werden*die erfindungsgemäßen Elektroden dadurch hergestellt, daß zwei gesonderte Belagechiohten auf dem fllrabildenden Metallträger angefertigt werden - eine erste
Schicht aus einem Arbeltselektrodenmaterial und später eine zweite Schicht aus einem fUmbildenden Metalloxyd -■, aber
von dem Bereich der Erfindung seien Elektroden nicht ausgeschlossen, in denen eine gewisse gegenseitige Durchdringung
der beiden Belagschichten vorliegt. In der Tat erscheint es
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wahrscheinlich, daß bei den Temperaturen, die zur Herstellung
des Belage aus de« fUmbildenden Metalloxyd duroh Zersetzung
einer organischen Verbindung^ des Metalle verwendet werden»
eine gewisse gegenseitige Diffusion der Schichten stattfindet; dies kann die Erklärung für die höbe mechanische Festigkeit der erfindungsgemäßen Elektroden sein·
In dieser Beschreibung bedeutet der Ausdruck "ein fllmblldendee Metall" eines der Metalle Titan« Zirkon, Kiöb, Tantal
oder Wolfram oder eine Legierung, Al· hauptsächlich aus «Ina«
dieser Metalle besteht und anodlsohe Poiarlaatloneeigenaohaften im Elektrolyt, in dem die Elektrode verwendet wird, aufweist, die denjenigen des reinen Metalls Ähnlich sind. Bs
wird bevorzugt als Trägermetall bei der Elektrode Titan
alleine oder eine Legierung auf der Basis von Titan, die "j
ähnliche anodlsohe Polarlsatlonaelgenschaften wie Titan selbst aufweist, zu verwenden. Beispiele für solche Legierungen sind Tltan/Zirkon-Leglerungen, die bis zu 14 % Zirkon
enthalten, Legierungen von Titan alt bis zu 5 % «Ines
Platinmetalls, wie z.B. Plation, Rhodium oder Iridium, und Legierungen aus Titan mit Niob oder Tantal, Al· bis au 10 %
des Leglerungsbestandteiles enthalten;
Das Arbeltselektrodenaaterlal der Elektrode kann aus ein
oder mehreren Metallen der Platingruppe, d.h. Platin, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Osmium und Palladium, und/oder
den Oxyden derselben oder einem anderen Metall oder einer Verbindung bestehen, welche gegenüber einer elektrochemischen
Auflösung in der Zelle, in der sie verwendet werden sollen, beständig sind und als Elektroden wirken, wie z.B. Rhenium,
Rheniumtrloxyd, Mangandioxyd, Magnetit, Titannitrid, und die Boride, Phosphide und Silicide der Metalle der Platingruppe. Die bevorzugten Arbeitselektrodenmaterialien sind
die Oxyde der Metalle der Platingruppe, insbesondere Rutheniumdioxyd, sowie Gemische aus ein oder mehreren
Metallen der Platingruppe mit den Oxyden derselben. Die Erfindung wird weiter unter Bezugnahme auf die Verwendung
dieser bevorzugten Arbeitselektrodenmaterialien besehrieben;
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hierdurch ist jedoch keine Einschränkung beabsichtigt.
Das Verfahren,daszur Herstellung der Schicht aus einem Platinmetalloxyd
oder aus einem Gemisch aus einem Platinmetall und den Oxyden desselben auf einem Träger eines fllmbildenden
Metalls verwendet wird, kann in geeigneter Weise ein in der Technik an sich bekanntes Verfahren sein. OemäS der
britischen Patentschrift 984 973 kann beispielsweise ein Belag aus einem Platinmetall auf einem Titanträger dadurch
hergestellt werden, das'auf dem chemisch gereinigten
Träger eine Reihe von Belägen au3 einem platinhaltigen Präparat aufgebracht wird, das eine Platinmetallverbindung
in einem organischen Träger und ein Reduktionsmittel, beispielsweise ein absolutes öl (essential oil),enthält,
und daß man jeden Belag in einer oxydierenden Atmosphäre, beispielsweise Luft, auf eine Temperatur zwischen 350 und
55O°C erhitzt, Die ilatlnmetallverblndungen können thermisch
zersetzbare anorganische Verbindungen» Reslnate oder Sulforesinate
der Platinmetalle sein» Es kann gezeigt werden, daß die in dieser Weise hergestellten Beläge mindestens
einen Anteil Platinmetall in Form seiner Oxyde enthalten, und daß bei den leichter oxydierbaren Platinmetallen, wie ,
ζ,B Ruthenium,und bei einer Brenntemperatur In der oberen
Hälfte des genannten Temperaturbereichs tier resultierende Belag weltgehend aus den Oxyden des Platinmetalle besteht.
Das Verfahren der obigen britischen Patentschrift eignet sich auch für die vorliegende Erfindung. Das Verfahren kann
jedoch gegebenenfalls: variiert werden, indem jeder Belag des platinhaltigen Präparats zunächst auf eine niedrige
Temperatur erhitzt wird, um die Platinmetallverbindungen zu reduzieren und eine Schicht herzustellen, die im
wesentlichen aus dem Platinmetall besteht, und daß man dann In einer oxydierenden Atmosphäre auf eine höhere Temperatur»
in geeigneter Weise mindestens 35O0C, erhitat, um das Platinmetall
zumindestens teilweise in seine Oxyde umzuwandeln. Beispielswelse kann eine Rutheniumchloridbelagzusammensetzung,
die ein Reduktionsmittel enthält, zuerst auf annähernd 3000C
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erhitzt werden, um das Chlorid im wesentlichen in Rutheniummetall zu reduzieren, worauf dann der Rutheniumbelag im
wesentlichen vollständig durch Erhitzen in Luft auf annähernd 45O°C in Rutheniumdioxyd umgewandelt werden kann.
PUr die Zwecke der vorliegenden Erfindung kann ein Belag au*
den Oxyden ein oder mehrerer Platinmetalle auf einem filmbildenden Metallträger auoh direkt aus thermisch !ersetzbaren Verbindungen der Platinmetalle hergestellt werden,
d.h. ohne Zwischenreduktion zu den Metallen, indem der Träger
mit einer Zusammensetzung beschichtet wird, die Verbindungen der Platinmetalle und einen organischen Träger enthält aber
kein Reduktionsmittel aufweist, und in einer oxydierenden Atmosphäre auf eine Temperatur von mehr als. 3OO°C, vorzugsweise mindestens 35O0C, und insbesondere ungefähr 45O°C,
erhitzt wird , Beispielsweise wird, wie es in der französischen Patentschrift 1 479 762 gelehrt wird, ein Belag aus Palladiumoxyd direkt auf einem filmbildenden Metallträger, wie z.B.
Titan, gebildet, indem ein Belag, der aus einer angesäuerten Lösung von Palladiumchlorid in Isopropy!alkohol besteht, in
einer oxydierende« Atmosphäre, wie z.B» Luft, auf 400 bis 5OOUC
erhitzt wirdp Ein Belag der gemischten Oxyde von Palladium
lind Iridium wird direkt auf einem Tantalträger aus einer ähnlichen Lösung der Chloride von Palladium und Iridium
durch Erhitzen in Luft auf JOO bis 600°C erhalten.
PUr die Zwecke der vorliegenden Erfindung können die vorher
hergestellten Oxyde der Platinmetalle ebenfalls verwendet werden, um die Schicht des Arbeitselektrodsnmaterlals herzustellen. Die vorher hergestellten Oxyde können auf den
fUmbildenden Metallträger, beispielsweise durch jedes 9er
verschiedenen Verfahren aufgebracht werden, die in der obigen französischen Patentschrift beschrieben sind, beispielsweise durch Aufbringen in geschmolzenem Zustand,
durch Beschichten mit einer Dispersion des Oxyds in einem flüssigen Träger oder durch Elektrophorese auf dem filrabildenden Metallträger aus einer kolloidalen Lösimg des
Oxyds, Gegebenenfalls kann zur Erhöhung der Anfangshaft
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nüSPEGTBD
der Platinmetalloxydbelag In den Träger gewalzt oder gepreßt
werden.
Zwar werden Beläge, bei denen die Metalle der Platingruppe
mindestens teilweise In Fon der Oxyde vorliegen, bevorzugt,
und zwar Insbesondere für Elektroden, die als Anoden unter
den angreifenden Bedingungen verwendet werden* die In Queoksllbericathodenzellen herrschen. In denen Alkalien· llohlorldlöaungen elelctrolyslert werden, aber für weniger angreifende
Bedingungen kCnnen Beläge, die praktlsoh vollständig aus
den Netallen der Platingruppe In unoxydlerten Zustand*»?-'
stehen, verwendet werden. Solohe Beläge können durch thermische Zersetzung von Verbindungen der Metalle der Platingruppe unter durchgehenden reduzierenden Bedingungen hergestellt werden, beispielsweise daduroh, das auf das Tr&gerraetall eine Lösung eines Salzes eines Metalls der Platin- .
gruppe In einem organischen Lösungsmittel, das ein Reduktionsmittel, beispielsweise Llnalool, enthält, aufgebracht wird
und der Belag In einer Atmosphäre eines Gases mit einer
alkalischen Reaktion, wie z.B. Ammoniak,und eines reduzierenden Gases, wie z.B. Methan, Kohlenmonoxyd, Wasserstoff oder
Stadtgas, erhitzt wird, wie es In der britischen Patentschrift
964 913 angegeben 1st.
Es wird darauf hingewiesen, da8 bei allen den hler beschriebenen Belagherstellungeverfahren die Beschlohtungsstufen
nach Bedarf wiederholt werden können, üb die gewünschte
Dicke des Arbeltselektrodenmaterlals aufzubauen. Wenn weiterhin eine Enderhitzungestufe In einer oxydierenden Atmosphäre
verwendet wird, um einen Belag eines Metalls der Platingruppe,
Tier durch Zersetzung einer Verbindung eines Metalls der Platingruppe hergestellt worden ist, zu oxydleren, und
wenn weiterhin die Schicht des Arbeitselektrodenmaterials durch Ubereinanderlegen mehrerer Beläge aufgebaut wird,
dann kann die Oxydationsstufe in einer einzigen Stufe ausgeführt werden, nachdem, alle Beläge aufgebrach worden sind.
Gegebenenfalls kann aber auch, insbesondere wenn verhältnismäßig
dicke Schichten aufgebaut werden, die Oxydationsstufe
·- , 9098Λ3Μ5 85
mit jeden Belag ausgeführt werden, bevor der nächste Belag
aufgebracht wird» Die Oxydationsstufe kann aber auch zu jeder Zeit nach der Aufbringung eines Teils der Gesamtzahl
der Beläge ausgeführt werden, beispielsweise nach jedem zweiten oder dritten Belag.
Im allgemeinen wird das Arbelttfelektrodenmat@rial auf eine
chemisch gereinigte Oberfläche des filiiblldenden NetalltrMeere
aufgebracht. Der Träger wird nötigenfalls entfettet und flenn
gebeitzt, beispielsweise in einer heißen oder in einer heißen oder kalten Salzsäure. Bs let
auch möglich, das Arbeitselektrodennaterial auf einen
aufzubringen, der nach der oben erwähnten P einer Oxydationsbehandlung unterzogen worden ist* um
. sehr dünne Schicht des Oxyds des flimblldenden Metalle
herzustellen; diese Oxydschicht kann aueh In vortel!hefter
Welse dazu dienen, daß das Arbeltseiektroätnmaterlal
verankert wird, beispielsweise wenn dieses ein vorher stelltes Oxyd eines Metalls der Platingruppe in teilchenförmiger Form ist.
FUr die Verwendung in der zweiten Besohlchtungsstufe d®e
erfindungsgernäßen Verfahrens muß die thermisch zersetzbare
organische Verbindung eines fllrabildenden Netalls eine solche
sein, die durch Wärme alleine, beispielsweise in einer oxydierten Atmosphäre, wie x.B. Luft, oder durch Erhitzen nach
" einer teilweisen Hydrolyse beispielsweise
durch Einwirkung von Feuchtigkeit in der Atmosphäre während
zereetzbar 1st
des Beschichtungevorgangs/ um ein Oxyd des filmbildenden
Metalls herzustellen. Besondere geeignete Verbindungen sind die Alkyltitanate, Alkylpolytitanate und Alkylhalogentitanate, in denen das Halogen Chlor, Brom oder Fluor ist,
und die entsprechenden Verbindungen der anderen fumbildenden
Metalle. Die Titanverbindungen werden bevorzugt, wenn das Trägermetall der Elektrode Titan oder eine Titanlegierung
ist. Sehr geeignete Verbindungen sind diejenigen, in denen jede Alley !gruppe zwei bis 4 Kohlenstoffatorae aufweist ο
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Verfahren zur Herstellung von Alkyltitanaten und zur Herstellung von Alkylpolytltanaten (ale werden manchmal als
kondensierte Alleyltltanate bezeichnet), duroh teilweise
hydrolyse von Alkyltltanaten sind In einen Aufsatz von
t. Boyd In Journal of Polymer Sclenoe, Band VII, Nr. 6 (1951)
Selten 591 - 602 beschrieben. Ein Alleylchlorotltanat In Fora
einer alkoholischen Lösung, die sich für die Verwendung beim
erfindungsgemäßen Verfahren eignet» kann dadurch hergestellt werden» daß man Titantetrachlorid mit dem ausgewählten Alkohol erhitzt» ohne dafl man Irgendeine chemlsohe Mainahae zur
Entfernung des bei der Reaktion gebildeten Chlorwasserstoffs anwendet»und einen AlkoholUbersohuß verwendet, und zwar In
geeigneter Welse einen 2- bis 5-faohen Überschuß über die
Menge, die theoretisch erforderlich, um alle Chloratome von
Titantetrachlorid wegzunehmen. Alkylbromotltanate und Alkylfluorotitanate können in einer ähnlichen Welse hergestellt
werden, wobei von Titantetrabromld bzw. Tttantetrafluorld ausgegangen wird.
Die thermisch zersetzbare Verbindung eines filmbildenden
Metalls (sie werden in der Folge der Einfachheit halber als Alkyltltanate oder Alkylhalogentltanate bezeichnet) in
einem flüssigen Trägermittel, In geeigneter Welse einem
flüchtigen alkoholischen Lösungsmittel, kann duroh Tauchen, Streichen oder Bespritzen der Oberfläche der Schicht des
Arbeitselektrodenmaterials, welches vorher auf dem fil«-
bildenden Metallträger gebildet worden 1st, aufgebracht werden. Der Belag wird dann in geeigneter Welse duroh Erhitzen in einem Ofen auf mäßige Temperaturen, beispielsweise
100 bia 20O0C getrocknet, um das Lösungsmittel abzudampfen,
worauf die tieschichtete Elektrode auf eine höhere Temperatur, beispielsweise 250 bis 800°C erhitzt wird, um die
organische Verbindung des filmbildenden Metalls Im Belag im wesentlichen in ein Oxyd des Metalls zu überführen.
Weitere Beläge können aufgebracht, getrocknet und dann durch stärkeres Erhitzen in der gleichen Weise zersetzt werden,
sofern es erwünscht ist, eine gute Bedeckung des darunterliegenden Arbeitselektrodenmaterlals zu erzielen.
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Wenn Alky!titanate und Alkylhabgentitanat® in dünnen Belägen
aufgebracht werden., dann scheint es» da© eine gewisse Kondensation durch Hydrolyse stattfindet, dl® durch die Feuchtigkeit in der Atmosphäre verursacht ifi^d» ¥®nn die Kondensierten
Titanate stark erhitzt werden« dann versetzen sie β ich ρ<*ϊε
<-> tisch vollständig« wobei TitaQdio^rdrllßkstände mit glasig«®
Aussehen zurückbleiben» die dazu dienan, das Ärbeitsaletefero«
denmeterial fest an die darunterliegend© Oberfläche des
filmbildenden Metallträgers zu binden. Die ?,Qlt der Erhitzung, um das Titanet zu zersetzen« @©l!£e üb so kürzer
sein, je höher die verwendet® Temperatur ist, um eine übermäßige Reaktion zwischen "dais filmfc&läesdtess Metallträger und
dem Belag oder &®m Sauerstoff der .AtnosphSrs z\x vermeiden.
Beispielsweise sollte bei einer feraperettui» ψοά 5006C di@
Zeit ungefähr 15 »sin nicht Überschreiten, und bei 8üO°G
sollte sie nicht ungefähr 15 seo überschreiten. In dieser
Hinsicht wird hervorgehoben, daß, wenn das Arbeltseiektreäleiimaterial ein Platinmetalloxyd enthält oder daraus
die Enderhitzungsstufe zur Zersetzung des Titanate in
oxydierenden Atmosphäre, wie ζ .B* Luft ausgeführt werden
sollte.
Elektroden, die gemäß der Erfindung hergestellt worden &tn&»
sind in elektrolytisohen Zellen, Elektrodlalysierzellen,
Brennstoffzellen und in kathodisohen Schutzsystemen brauchbar. Spezielle AusfUhrungsfornen dieser Elektroden, bei
denen der filmbildende Metallträger Titan 1st. und der B lag auf dem Titan ein oder mehrere Oxyde der Metalle der
Platingruppe und Titandloxyd enthält, besitzen besondere Vorteile, wenn sie als Anoden bei der Elektrolyse eines»
Alkalimetallchloridlusung verwendet werden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Arbeitsbeispiele näher erläutert, in denen alle Teile in Gewicht ausgedruckt
sind.
OHiGINAL IWSPEGTED 909843/1586 .
Ein Titanstrelfen wurde Über Nacht in heiße Oxalsäurelösung
eingetaucht, um die Oberfläche des Metalls zu ätzen; er wurde
hierauf gewaschen und getrocknet. Ein Qemisch, das 1 Teile Rutheniumchlorld, 4 Teile Ieopropylalkohol und 1,3 Teile
Linalool enthielt, wurde auf das Titan aufgestrichen, der Belag wurde in Luft 10 min trocknen gelassen und dann in
einem Ofen in Luft 10 min lang auf 30O0C erhitzt, um einen
Belag herzustellen, der im wesentlichen aus Ruthenium bestände
Zwei weitere Beläge des Anstrichs wurden in der gleichen Welse aufgebracht, getrocknet und erhitzt. Das mit
Ruthenium beschichtete Titan wurde dann In Luft 1 Stunde lang auf 4500C erhitzt, um mindestens den äußersten Teil
der Rutheniumschicht zu oxydieren, und wurde dann abkühlen gelassen. Eine Lösung von Äthylchlorotitanat in Äthylalkohol
wurde durch Erhitzen von 1 Teil Titantetrachlorid mit 5 Teilen absolutem Äthylalkohol während eines Zeitraums von 15 min
auf 700C hergestellt. 3 Beläge dieser Lösung wurden auf
den präparierten Titanstreifen Über den Rutheniumoxydbeleg aufgebracht, wobei jeder Belag 10 min in einem Ofen von
1500C getrocknet und dann 15 min in einem Ofen von
45O°C in Luft erhitzt wurde, um eine Oberflächenschicht mit
einem glatten, glasigen Aussehen herzustellen.
Ein Belag aus Ruthenium wurde auf ein·» Titanstreifen hergestellt,
und der Belag wurde dann 1 Stunden In Luft bei C oxydiert, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist. Das
.Gewicht des Belags betrug dann ungefähr 6 g/m Titanoberfläche,
berechnet als Ruthenlummetalfe, 8 Beläge einer
Lösung, die aus 5 Teilen Tetra-n-butyltltanat in 5 Teilen
n-Pentanol bestand, wurden dann auf das beschichtete Titan
aufgestrichen, wobei jeder Belag in einem Ofen von 2000C
10 min lang getrocknet und dann in Luft 15 min auf 45O°C
erhitzt wurde. Das theoretische Gewicht des auf diese Weise auf der Elektrode gebildetenTitandloxyds betrug 25 g/m .
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§AÖ ORIGINAL
und in Luft bei 45O°C oxydiert« wie es in Beispiel 1 beschrie·
ben 1st, um einen Belag herzustellen« der ungefähr 6 g/m
Titanoberfläche wog» berechnet als Rutheniuometall. Eine
Lösung von Isopropylchlorotltanat In Isopropylallcohol wurde
dadurch hergestellt« daß 1 Teil Titantetrachlorid alt 5 Teilen Isopropylallcohol 1 Stunde auf 70°C erhitzt wurd«
4 Belüge dieser Lösung wurden- dann auf das beschichtet· Titan aufgestrichen« wobei Jeder Belag in eines Ofen mit m
200°C 10 min lang getrocknet und dann in einem Ofen mit 45O°C 15 min lang erhitzt wurde. Das theoretische Gewicht
des auf diese Weise auf der Elektrode gebildeten Titan- . dioxyds war ungefähr 8 g/m.
Ein Titanstrelfen wurde wie in Beispiel 1 geätzt« gewaschen
und getrocknet und dann mit der gleichen RutheniumchlorIdanstrlchzusammensetzung wie in jenem Beispiel beschichtet«
dch 1 Teil Rutheniumchlorid« 4 Teile Isopropylalkohol«
1,3 Teile Linalool. 3 Beläge dieser Anstrlchzueaemensetzung
wurden aufgebracht (äquivalent einem Belaggewicht von 6 g/ar, gerechnet als Rutheniummetall)« aber dieseseal wurde nach
dem 10 min dauernden Trocknen ein jeder Belag nur elnaal
in Luft 1 Stunde lang auf 3500C erhitzt« ua einen Belag herzustellen« der weltgehend aus Rutheniumoxyd bestand. 4 Belüge
einer Lösung aus Isopropylohlorotltanat wurden dann aufgebracht und in Titandloxyd umgewandelt« wie ea in Beispiel 3
beschrieben ist. x
Ein Titanstreifen wurde hergestellt« und auf diesen wurden 3 Beläge einer Rutheniumchloridanstrlchzusammensetzung« wie
In Beispiel 4 beschrieben« aufgebracht« mit dem Unterschied«
daß nach dem Trocknenlassen jeder Belag durch nur einmaliges Erhitzen in Luft auf 45O°C während 1 Stunde weitgehend
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in Ruthen!und1oxyd umgewandelt wurde. 8 Belüge einer Lösung
von Tetra-n-butyltltanat in n-Pentanol wurden dann aufgebracht« wobei jeder Belag 10 min lang in einen Ofen P1IeZcSP0C
getrocknet und dann 15 min lang in einem Ofen in Luft/erhitzt wurde. Das theoretisch« Gewicht des auf diese Weise auf
der Elektrode gebildeten Titandloxyda war 35 β/«2.
Beispiel 6 *
Ein Titanetreifen wurde wie in Beispiel 1 geätzt, gewaschen
und getrocknet und dann mit 3 Belägen einer Ruthenlunchlorldanstrichzusammensetzung beschichtet« die kein Reduktionsmittel enthielt (Zusammensetzung: 1 Teil Rutheniumtrichlorid,
4 Teile Isopropylalkohol). Jeder Belag wurde 10 min an Luft
trocknen gelassen und dann 1 Stunde in der Luft auf 35O0C
erhitzt, um einen Belag herzustellen» der im wesentlichen aus Rutheniumdioxyd bestand. 6 BelXge einer Lösung von
Isopropylchlozotitanat in Isopropylalkohol wurden dann auf das beschichtete Titan aufgebracht, wobei Jeder Belag In
Luft in einem Ofen mit 2000C getrocknet und dann in einem
Ofen mit 45O°C 15 min lang in Luft erhitzt wurde. Das
theoretische Gewicht des auf diese Weise auf der Elektrode
ο
gebildete Titandioxyd war 15 g/m .
gebildete Titandioxyd war 15 g/m .
Eine Suspension von Rutheniumdioxydteilchen, hauptsächlich mit einer Größe von weniger als 4 μ Durchmesser in n-Pentanol
wurden auf einen Titanstreifen aufgestrichen, der wie in Beispiel 1 geätzt, gewaschen und getrocknet worden war, und
das Lösungsmittel wurde vom Belag in einem Ofen mit 150 bis 2000C abgedampft= 2 weitere Beläge wurden in der gleichen
Weise aufgebracht und getrocknet, so daß eine Gesamtmenge von 7 g Ruthendioxyd/m der beschichteten Titanoberfläche
erzielt wurde» Eine Lösung von Tetra-n-butyltltanat in n-Propylalkohol wurde dann auf den Rutheniumdioxydbelag
gespritzt, und der Titanatbelag wurde in Luft 10 min lang
in einem Ofen mit 2000C getrocknet und dann in Luft 15 min
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lang In einem Ofen mit 45O°G erhitzt<, 7 weitere Belig© der
Titananlösung wurden aufgebrächt, wobei Jeder ö©i 2G0°S ge=
trocknet und jeder auf 45O°C erhitzt wurde, wie dies feel©
ersten Belag der Pail war. Die theoretisch» M©ng® S@s auf
diese Meise auf der Elektrode gebildeten
35
Elektroden, die nach eine® Jeden-der
hergestellt worden war®n, wurden als
die 21^,5 Gew.«$ HaOl
65°c aufwfeie, in eto®
mit einer QueoksilbsrLsafcfeeä· g©iä@ofe©t. B©i
Stromdichte vois 8 kA/m seigtea s£q CtoloÄ
Bereich von 25 bis 7*6 raV* Jede Anoä® wurde &ueh iia
Katriumamalgamkathode eingetaucht* nobel ©in© Si
ungefähr 5 V zwischen der Anode und dem Es wurde gefunden, daß des» Kur-ssoiilulstresi
klein WSiV9 und swar wenigei1- als 10 A,
Anode der gleichen Größe vergleicht, di®
auf welchem durch Brennen ein Belag Präparat gemäß dem Stande eier Teoteilte aufgebraotiife %izlz>s tiobei
keine waittre Behandlung vorgenoessisn M?ir-a© - isÄ^©p den
KurzschluBbedingungen floß- Mor oiß
zeigt einen weiteren Vorteil #;·ε· #tf isi^issgesM la«fgest©lit«a
Elektroden, weil nämlich ein® EleidTCäs in ύ®τ
über KurzschluSatFtSaien einen Widerotaiid entwickelt
seinen eigenen Schutz gegen Zerstörung durch gelegentliehc
Kurzschlüsse beim Gebrauch erzeugt.
PATENTANSPRÜCHE
öArt ORIGINAL
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Claims (1)
- PATE NTAN SPRU CHEVerfahren zur Herstellung einer Elektrode für die Verwendung in elektrochemischen Prozessen, dadurch gekennzeichnet, daß man auf der Oberflicht eines Trägere au« •Inen fIlab lidenden Metall« wie oben definiert» eine Schicht •Ines Arbeit se lelctrodtneat «rials aufbringt, auf dl· genannte-Schicht einen Belag» der eine thendtaoh zeraetzbare organische Verbindung eines filmbildenden Metalla in eines flüssigen Tragermittel enthält, aufbringt« und den Belag erhitzt« um die organische Verbindung de· filmbildenden Metalle in ein Oxyd des !'Umbildenden Metall· umzuwandeln.2. Verfahren nach Anspruch 1« dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht eines Arbeitselektrodenmaterials auf einer chemisch gereinigten Oberfläche des filmbildenden Metallträgere hergestellt wird.3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die Schicht eines Arbeitaelektrc^a «J-erlale auf einer Oberfläche des filmbildenden Metallträgers hergestellt wird, die ohemlsoh gereinigt worden 1st und die dann mit einer •ehr dünnen Oberflächenschicht de« fUmbildender. Metalloxyd versehen worden 1st, indem der gereinigt« Träger einer Oxydationsbehandlung unterworfen wurde.4. Verfahren nach einem der vorhergehenden AnaprUche, dadurch gekennzeichnet· daß der filmbildend· Träger Titan- ' oder eine Legierung auf der Basis von Titan 1st und die ano*> dische Polarlsatlonselgenschaften aufweist» die mit denen des Titans vergleichbar sind.5« Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche» dadurch gekennzeichnet» daß das Arbeitselektrodenmaterial aus einem Gemisch aus mindestens einem Metall der Platingruppe und Oxyden desselben besteht.909843/ 1586'* BAD ORIGINAL■m6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeltselektrodenmaterial aas d@n Oxyden mindestens eines Metalls der Platingruppe besteht.7c Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitselektrodenmaterial Rutheniumdioxyd enthält.8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitselektrodenmaterial aus Rutheniumdioxyd besteht.9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus mindestens einem vorher hergestellten Oxyd eines Metalls der Platingruppe auf dem filmbildenden Metallträger gebildet wird, indem dieser mit einer Dispersion des . Oxyds Jji einem flüssigen Träger oder mit dem geschmolzenen Oxyd/durch elektrophoretische Abscheidung aus einer kolloidalen Lösung hergestellt „wird.10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch^ gekennzeichnet, daß eine Schicht des Arbeitselektroden- * materials, welches mindestens teilweise aus Oxyden von !Metallen der Platingruppe besteht, gebildet wird« indem der filmbildende Metallträger mit einer Zusammensetzung beschichtet wird, die eine thermisch zersetzbare Verbindung näisi~ destens eines Metalls der Platingruppe, einen organischen Träger und ein Reduktionsmittel enthält, daß man den Belag trocknet und hierauf den Belag in einer oxydierenden Atmosphäre auf eine Temperatur von mindestens 3500C erhitzt«. 11. Abwendung des Verfahrens nach Anspruch 10, dadurch, gekennzeichnet, daß nach dem Trocknen des Belags die Verbindungen der Metalle der Platingruppe weitgehend in den: metallischen Zustand reduziert werden. Indem der Belag auf annähernd 3000C erhitzt wird, und daß hierauf die auf diese Weise gebildeten Metalle der Platingruppe zumindestens909843/1586 OWGINAL INSPECT17 ., 19170A0teilweise in ihre Oxyde überführt werden, indem sie in einer oxydierenden Atmosphäre auf eine Temperatur von mindestens ~3 erhitzt werden.12. Abwandlung des Verfahrens nach Ansoruch 10« dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Zusammensetzung kein Reduktionsmittel enthält,13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die oxydierende Atmosphäre Luft let.14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch zersetzbare Verbindung mindestens eines Netall der Platingruppe Rutheniumtrichlorld ist.15. Verfahren nach Anspruch 14, daduroh gekennzeichnet, daß die Erhitzungsstufe bei einer Temperatur von mindestens 350°C _in einer oxydierenden Atmosphäre bei annähernd 4500C ausgeführt wird»16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Maßnahmen des Beschichtens des filmbildenden Metallträgers, des Trocknens und Erhitzens des Belags nach Bedarf mehrere Male wiederholt werden, um eine gewünschte Dicke eines Arbeitselektrodenmaterials aufzubauen, das mindestens teilweise aus Oxyden der Metalle der Platingruppe besteht.17» Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des Arbeitselektrodenmaterials auf die gewünschte bicke dadurch aufgebaut wird, daß mehrere der genannten Beläge übereinandergelegt werden, wobei jederBelag getrocknet und durch Erhitzen auf annähernd 3000Czum Metallpraktisch vollständig/reduziert wird, bevor der nächste Belag aufgebracht wird, und wobei die auf diese Welse gebildeten Metalle der Platingruppe mindestens teilweise durch Erhitzung auf eine Temperatur von mindestens 3500C in einer909843/15S6ORIGINALoxydiertenden Atmosphäre in ihr· Oxyd« Überführt »erden» d·« all· Beläge aufgebracht und reduziert «orden sind» oder jedesmal nachdem ein Teil der Gesamtzahl der Belüge« die gröier al· 1 l«t, aufgebracht und reduziert worden 1st.18. Verfahren nach Anspruch 17* dadurch gekennzeichnet» daß der genannte Teil der Oasamtzahl der Belage 2 oder 5 Belage betragt.19. Verfahren nach einem der vorherg@fcestd@n Ansprüche* dadurch gekennzelohnet» da S der ein· thermisch zersetzbare organische Verbindung eines f Umbildenden Materials in eines flüssigen Träger enthaltende Beleg, der über die Schloht des Arbeitselektrodenmaterials aufgebracht worden ist» durch Erhitzen auf 100 bis SOO0C getrocknet wird und dann auf 250 bis 800°C erhitzt wird» uo die organische Verbindung in ein Oxyd des filmbildenden Metalls umzuwandeln.20. Verfahren nach Anspruch 19» dadurch gekenniofjit das zumindest die letzte Erhitzungsstufe in einer Atmosphäre ausgeführt wird.21. Verfahren nach Anspruch 20» dadarets gekennzeichnet» dta die oxydierende Atmoaphäre Luft :','■,220 Verfahren naoh einem der Ansprüche 19 bis 21» dadurch gekennzeichnet» defl die letzte Erhitzungsstufe bei ungefähr 45O0C ausgeführt wird.23. Verfahren nach einen der Ansprüche I9 bis 22» dadurch gekennzeichnet» daS eine Reihe von Belagen» die eine thermisch zersetzbare organische Verbindung eines fllmblidenden Metalls in einem flüssigen Träger enthalten» über die Schicht des Arbeitselektrodenmaterials aufgebracht wird» wobei ein jeder Belag zwischendurch bei 100 bis 2000C getrocknet und auf 250 bis 80O0C erhitzt wird» um die gewünschte Belagdicke aufzubauen .909843/1586 ·24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch zersetzbare organische Verbindung eines filmbildenden Metalls ein AlleyItitanat, ein Allcylpolytitanat oder ein Alleylhalogentitanat ist, in welchem das Halogen Chlor, Brom oder Fluor ist.25· Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daB die Alkylgruppe der Titanatverbindung 2 bis 4 Kohlenstoffatome enthält.26. Elektrode fUr die Verwendung in elektrochemischen Prozessen, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Träger aus einem filmbildenden Metall, wie oben definiert, besitzt, der einen Belag mit einem glatten, glasigen Aussehen aufweist, welcher Belag aus einer Schicht aus einem Arbeltselektrodenmaterlal und einer darUbergelegten Schicht eines Oxyds eines filmbildenden Metalls besteht.27. Elektrode nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet» daQ der Träger aus Titan oder einer !«gierung auf der Basis von Titan, die anodische Polarisation^ ^,,inschaften aufweist, welche mit denjenigen von Titan vergleichbar sind, besteht.23. Elektrode nach einem der Ansprüche 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitselektrodenmaterial aus einem Gemisch aus mindesten· einem Metall der Platingruppe und Oxyden desselben besteht.29ο Elektrode nach einem der Ansprüche 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitselektrodenmaterial aus den Oxyden mindestens eines Metalls der Platingruppe besteht.'3Oo Elektrode nach einem der Ansprüche 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitselektrodenmaterial im wesentlichen aus Rutheniumdioxyd besteht.909843/158S31. Elektrode nach einem der Ansprüche 26 oder 27* dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Oxydachioht eines fUmbildenden Metalls aus Titandioxyd besteht.32« Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet« daß man Über eine Schicht eines Arbeitselelctrodenroaterials, das sich auf einem Träger aus einem flimbildenden Metall befindet, einen Belag aufbringt, der eine thermisch zersetsbare organische Verbindung eines filmbildenden Metalls in einen flüssigen Träger enthält, und daß man den Belag so erhitzt, daß die organische Verbindung des filmbildenden Metalls In ein Oxyd des filmbildenden Metalle umgewandelt wird.909843/1586
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