JPS5931187B2 - 触媒電極の製造方法 - Google Patents
触媒電極の製造方法Info
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- JPS5931187B2 JPS5931187B2 JP55004601A JP460180A JPS5931187B2 JP S5931187 B2 JPS5931187 B2 JP S5931187B2 JP 55004601 A JP55004601 A JP 55004601A JP 460180 A JP460180 A JP 460180A JP S5931187 B2 JPS5931187 B2 JP S5931187B2
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- Japan
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- catalyst
- carbon powder
- platinum
- manufacturing
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D15/00—Electrolytic or electrophoretic production of coatings containing embedded materials, e.g. particles, whiskers, wires
- C25D15/02—Combined electrolytic and electrophoretic processes with charged materials
-
- 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
- H01M4/8853—Electrodeposition
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は触媒電極の製造方法に関し詳しぐは。
特性のすぐれた燃料電池用触媒電極を、極めて容易に製
造する方法に関する。ヒドラジンやメタノールなどを燃
料として用いる各種燃料電池の燃料電極としては、一般
に、白金やパラジウムなどの触媒を含有する炭素成型体
が使用される。
造する方法に関する。ヒドラジンやメタノールなどを燃
料として用いる各種燃料電池の燃料電極としては、一般
に、白金やパラジウムなどの触媒を含有する炭素成型体
が使用される。
これら触媒電極を形成するには、タンタルなどから・な
る網状あるいは格子状の電極基体上に、炭素粒子や触媒
を、できるだけ均一かつ強固に担持する必要があること
は勿論であり、通常は、下記二つの方法によつて形成さ
れる。
る網状あるいは格子状の電極基体上に、炭素粒子や触媒
を、できるだけ均一かつ強固に担持する必要があること
は勿論であり、通常は、下記二つの方法によつて形成さ
れる。
(1)あらかじめ白金などの触媒を担持した炭素粒子を
たとえば、ポリテトラフロロエチレンなどプラスチック
のエマルジョンと混練して上記電極基体上につけ、加圧
して、炭素粒子を、プラスチツクエマルジ1ンによつて
結着させる。
たとえば、ポリテトラフロロエチレンなどプラスチック
のエマルジョンと混練して上記電極基体上につけ、加圧
して、炭素粒子を、プラスチツクエマルジ1ンによつて
結着させる。
(支)炭素粒子のみを、まず(1)に示した方法によつ
て、電極基体上に結着させておき、ついで、触媒を担持
させる。この際、触媒の担持に用いられる方法としては
、電解還元(電着)法、水素ガスによる気相還元法ある
いはホルマリンなどによる液相還元法などが用いられる
。しかし、これら従来の触媒電極製造方法は、製造工程
が煩雑であるばかりでなく、ポリアト゛ラフロロエチレ
ンなどのプラスチックを結着材として用いているため、
電極の電気抵抗が大きくなつてしまう、という欠点があ
つた。
て、電極基体上に結着させておき、ついで、触媒を担持
させる。この際、触媒の担持に用いられる方法としては
、電解還元(電着)法、水素ガスによる気相還元法ある
いはホルマリンなどによる液相還元法などが用いられる
。しかし、これら従来の触媒電極製造方法は、製造工程
が煩雑であるばかりでなく、ポリアト゛ラフロロエチレ
ンなどのプラスチックを結着材として用いているため、
電極の電気抵抗が大きくなつてしまう、という欠点があ
つた。
本発明の目的は、従来の触媒電極製造法の有する上記欠
点を除去し、操作が極めて容易で、かつ、電導性の高い
触媒電極を容易に形成することができるような触媒電極
の製造方法を提供することである。
点を除去し、操作が極めて容易で、かつ、電導性の高い
触媒電極を容易に形成することができるような触媒電極
の製造方法を提供することである。
上記目的を達成するため、本発明は、炭素粉末を懸濁し
た触媒溶液中に電極基体を浸漬し、これを陰極として電
着を行なうことにより、触媒と炭素粉を、プラスチック
の結着剤なしに、電極基体上に均一かつ強固に固着させ
るものである。
た触媒溶液中に電極基体を浸漬し、これを陰極として電
着を行なうことにより、触媒と炭素粉を、プラスチック
の結着剤なしに、電極基体上に均一かつ強固に固着させ
るものである。
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。実施例
1第1図は、本発明によつて触媒電極を製造するため
に用いられる装置の一例を示す模式図である。
1第1図は、本発明によつて触媒電極を製造するため
に用いられる装置の一例を示す模式図である。
塩化白金酸(H2ptC26)を0.01モル/l卦よ
び7酸化レニウム(Re2O,)を0.005モル/l
の割合で溶解した液に、粒径がほぼ5μmの活性炭粉末
を25t/2の割合で懸濁させて、電解液を形成した。
この電解液3の1.61を容器4に入れ、ポンプ5を用
いて電解液3を循環させながら、白金網2を陽極に、タ
ンタルエキスバンドメタル製の網1(面積120cr!
i)を陰極として、両極間に電圧を印加して、電着を行
なつた。
び7酸化レニウム(Re2O,)を0.005モル/l
の割合で溶解した液に、粒径がほぼ5μmの活性炭粉末
を25t/2の割合で懸濁させて、電解液を形成した。
この電解液3の1.61を容器4に入れ、ポンプ5を用
いて電解液3を循環させながら、白金網2を陽極に、タ
ンタルエキスバンドメタル製の網1(面積120cr!
i)を陰極として、両極間に電圧を印加して、電着を行
なつた。
電流密度20mA/Ctiiで1.5時間電解を行なう
と、電解液中に含まれる白金はすべて陰極1上に析出し
、陰極1上の白金析出量は、ほぼ307V/Ctltで
あつた。
と、電解液中に含まれる白金はすべて陰極1上に析出し
、陰極1上の白金析出量は、ほぼ307V/Ctltで
あつた。
また、陰極1には白金とともに炭素も析出し、その析出
量は、ほぼ10T!1f1/Cdであつた。な卦、析出
した層の厚さは、ほぼ0.5mmであつた。これらの白
金や炭素は、タンタル製の網を強く振つたり、あるいは
手でこすつても剥離せず、燃料電池の触媒電極として、
実用上十分な強度で固着されていることがわかつた。
量は、ほぼ10T!1f1/Cdであつた。な卦、析出
した層の厚さは、ほぼ0.5mmであつた。これらの白
金や炭素は、タンタル製の網を強く振つたり、あるいは
手でこすつても剥離せず、燃料電池の触媒電極として、
実用上十分な強度で固着されていることがわかつた。
周知のように、炭素粉自体が電解液中でイオン化するこ
とはないから、炭素粉は電解あるいは電着によつては析
出しないものと、一般には見做されて卦り、炭素粉のみ
を含む懸濁液を電解しても、炭素粉は析出しない。
とはないから、炭素粉は電解あるいは電着によつては析
出しないものと、一般には見做されて卦り、炭素粉のみ
を含む懸濁液を電解しても、炭素粉は析出しない。
本発明は、炭素粉のみを含む懸濁液ではなく、触媒を溶
解した液に炭素粉を懸濁させた液を電解して、炭素粉と
触媒の両者を陰極上に析出固着させるものである。
解した液に炭素粉を懸濁させた液を電解して、炭素粉と
触媒の両者を陰極上に析出固着させるものである。
触媒力ζ共存すると、何故炭素粉が析出するのか、その
理由は必ずしも明確ではないが、まず最初に白金が細い
針状結晶として陰極上に析出し、この針状結晶にからま
つて、炭素粉が固着され、炭素粉の上にさらに針状の白
金が析出し以下、これがくり返されることによつて炭素
粉が白金の針状結晶で架橋された形で触媒層が形成され
るものと推定される。
理由は必ずしも明確ではないが、まず最初に白金が細い
針状結晶として陰極上に析出し、この針状結晶にからま
つて、炭素粉が固着され、炭素粉の上にさらに針状の白
金が析出し以下、これがくり返されることによつて炭素
粉が白金の針状結晶で架橋された形で触媒層が形成され
るものと推定される。
したがつて、触媒を含まない炭素粉の懸濁液を用いて電
圧を印加しても、炭素粉の析出は起らないから、炭素粉
のみではなく、必ず触媒も、液中に共存されていること
が必要である。このようにして得られた触媒電極をメタ
ノール燃料電池のメタノール電極として用いたときの、
該電極の電位一電流密度特性を第2図曲線aに示した。
なシ電解液としては硫酸を3モル/l、メタノールを1
モル/l溶解した液を用いた。また、比較のため、従来
の方法によつて形成された触媒電極の特性を、第2図曲
線b卦よびcに示した。
圧を印加しても、炭素粉の析出は起らないから、炭素粉
のみではなく、必ず触媒も、液中に共存されていること
が必要である。このようにして得られた触媒電極をメタ
ノール燃料電池のメタノール電極として用いたときの、
該電極の電位一電流密度特性を第2図曲線aに示した。
なシ電解液としては硫酸を3モル/l、メタノールを1
モル/l溶解した液を用いた。また、比較のため、従来
の方法によつて形成された触媒電極の特性を、第2図曲
線b卦よびcに示した。
曲線bは、電極基体に、炭素粉をポリテトラフロロエチ
レンのエマルジヨンによつて結着した後に、白金一レニ
ウム触媒を電着したもの、曲線cは、炭素粉にあらかじ
め白金一レニウム触媒を担持させて卦き、これをポリテ
トラフロロエチレンのエマルジヨンによつて結着したも
の、をそれぞれ用いて得られた結果を示す。
レンのエマルジヨンによつて結着した後に、白金一レニ
ウム触媒を電着したもの、曲線cは、炭素粉にあらかじ
め白金一レニウム触媒を担持させて卦き、これをポリテ
トラフロロエチレンのエマルジヨンによつて結着したも
の、をそれぞれ用いて得られた結果を示す。
な卦、上記各電極の白金担持量はいずれも3077V/
CF7lで電極基体としては、いずれも、本実施例に卦
いて用いた、上記タンタルエキスバンドメタル製の網(
表面積120cd)と同じものを使用した。第2図曲線
aから明らかなように、本発明によつて形成された電極
の場合、電流密度の対数と電位の関係は、ほぼ直線にな
り、電流密度が増大しても、電位がそれによつて極度に
上昇してしまうことはない。
CF7lで電極基体としては、いずれも、本実施例に卦
いて用いた、上記タンタルエキスバンドメタル製の網(
表面積120cd)と同じものを使用した。第2図曲線
aから明らかなように、本発明によつて形成された電極
の場合、電流密度の対数と電位の関係は、ほぼ直線にな
り、電流密度が増大しても、電位がそれによつて極度に
上昇してしまうことはない。
しかし、曲線b卦よびcに示したように、従来の方法に
よつて形成された触媒電極は結着剤(テフロン)を用い
ているため、電極抵抗が増大する結果電流密度と電位の
間の関係が直線にならず、電流密度を大きくすると電位
が蓄るしく高くなつてしまう。
よつて形成された触媒電極は結着剤(テフロン)を用い
ているため、電極抵抗が増大する結果電流密度と電位の
間の関係が直線にならず、電流密度を大きくすると電位
が蓄るしく高くなつてしまう。
いうまでもなく、燃料電池の電圧は、対電極(空気極)
と触媒電極の電位差で表わされるから、触媒電極の電位
が上昇することは、燃料電池の電圧がそれだけ低下する
ことを意味し、所定の電圧を得るためには、多数の電池
が必要となる。
と触媒電極の電位差で表わされるから、触媒電極の電位
が上昇することは、燃料電池の電圧がそれだけ低下する
ことを意味し、所定の電圧を得るためには、多数の電池
が必要となる。
特性が極度に不良である曲線cは別として、曲線bの場
合と本発明を比較してみる。燃料電池として実用に供し
得るためには少なくとも50〜100mA/Cdの放電
電流密度が必要である。
合と本発明を比較してみる。燃料電池として実用に供し
得るためには少なくとも50〜100mA/Cdの放電
電流密度が必要である。
゛ここで、100mA/Cdの電流密度で放電したとき
の電池の電圧を第2図を用いて計算すると、本発明によ
つて形成された触媒電極の電位は0.48になるのに対
し曲線bの場合の電位は、第2図から明らかなように、
ほぼ0.6である。空気極の電位はほぼ0.9Vである
から、両者を用いたときの起電力はそれぞれ卦よび となる。
の電池の電圧を第2図を用いて計算すると、本発明によ
つて形成された触媒電極の電位は0.48になるのに対
し曲線bの場合の電位は、第2図から明らかなように、
ほぼ0.6である。空気極の電位はほぼ0.9Vである
から、両者を用いたときの起電力はそれぞれ卦よび となる。
したがつて、起電力100Vを得るために必要な電池の
数は、本発明の場合は、100÷0.42−240個 曲線bの場合は、 100÷0.3−330個 となり、本発明によれば、従来よりも所要電池数を著る
しく低減できることがわかる。
数は、本発明の場合は、100÷0.42−240個 曲線bの場合は、 100÷0.3−330個 となり、本発明によれば、従来よりも所要電池数を著る
しく低減できることがわかる。
さらに、本発明は、電極基体を単に懸濁液中に浸漬して
、液を攪拌しながら電着するのみでよいから、従来のよ
うに触媒の担持と炭素粉の塗布の2工程を要する方法に
くらべて、はるかに簡便で容易である。
、液を攪拌しながら電着するのみでよいから、従来のよ
うに触媒の担持と炭素粉の塗布の2工程を要する方法に
くらべて、はるかに簡便で容易である。
な卦、炭素粉と触媒のみでなく、レニウム、オスミウム
、スズシよびルテニウムなどの少なくとも一種を、助触
媒として同様に固着することもできる。実施例 2 硫酸ニツケル卦よび塩化白金酸をそれぞれ0.01モル
/ノ卦よび0.003モル/2の割合で溶解した液に、
粒径がほぼ5μmの活性炭を2.5f/2の割合で添加
して懸濁させ、電解液を形成した。
、スズシよびルテニウムなどの少なくとも一種を、助触
媒として同様に固着することもできる。実施例 2 硫酸ニツケル卦よび塩化白金酸をそれぞれ0.01モル
/ノ卦よび0.003モル/2の割合で溶解した液に、
粒径がほぼ5μmの活性炭を2.5f/2の割合で添加
して懸濁させ、電解液を形成した。
この電解液を第1図に示した装置に取り、以下実施例1
と同様にして電着を行ない、触媒電極を形成した。
と同様にして電着を行ない、触媒電極を形成した。
これによつて、電解液中のニツケルと白金は、すべて電
極上に析出し、また、炭素粉の析出量は、ほぼ15巧/
Criiであつた。このようにして形成された触媒電極
も、実施例1の場合と同様に、手でこすつたり、強く振
つたりしても、ニツケル、白金あるいは炭素粉が剥離す
ることはなかつた。実施例1シよび実施例2に卦いて形
成された触媒電極は、それぞれ、メタノール一燃料電池
訃よびヒドラジン燃料電池用の触媒電極として極めて好
適である。
極上に析出し、また、炭素粉の析出量は、ほぼ15巧/
Criiであつた。このようにして形成された触媒電極
も、実施例1の場合と同様に、手でこすつたり、強く振
つたりしても、ニツケル、白金あるいは炭素粉が剥離す
ることはなかつた。実施例1シよび実施例2に卦いて形
成された触媒電極は、それぞれ、メタノール一燃料電池
訃よびヒドラジン燃料電池用の触媒電極として極めて好
適である。
また、触媒を電着する際に該電着液にテフロンエマルジ
ヨンを懸濁させることによりいわゆる紡水形の電極を作
成することも可能で、この電極を上記燃料電池あるいは
酸素一水素燃料電池等のガス電極に用いることもできる
。本発明に卦いて、電解液として、通常の場合は硫酸や
リン酸などを含む酸性の液が用いられるが、水酸化ナト
リウムなどを含むアルカリ性の液を用いてもよい。
ヨンを懸濁させることによりいわゆる紡水形の電極を作
成することも可能で、この電極を上記燃料電池あるいは
酸素一水素燃料電池等のガス電極に用いることもできる
。本発明に卦いて、電解液として、通常の場合は硫酸や
リン酸などを含む酸性の液が用いられるが、水酸化ナト
リウムなどを含むアルカリ性の液を用いてもよい。
析出固着し得る触媒としては、白金、ニツケル、銀、パ
ラジウムなど、燃料電池に卦いて用いられる各種触媒を
溶液とし、上記実施例と同様の方法によつて析出し、固
着することができる。
ラジウムなど、燃料電池に卦いて用いられる各種触媒を
溶液とし、上記実施例と同様の方法によつて析出し、固
着することができる。
電極基体としては、タンタルの他に、ニオブやジルコニ
ウムなどを用いることができ、アルカリ性電解液を用い
る燃料電池に用いる場合には、ニツケルがとくに好まし
い。
ウムなどを用いることができ、アルカリ性電解液を用い
る燃料電池に用いる場合には、ニツケルがとくに好まし
い。
これら電極基体に印加される電圧は、ほぼ−0.05(
対水素電極)より負であれば、支障なく電着を行なうこ
とができる。上記説明から明らかなように、本発明は、
単に液中に浸漬して電圧を印加すればよいのであるから
、製造が極めて簡単で容易である。
対水素電極)より負であれば、支障なく電着を行なうこ
とができる。上記説明から明らかなように、本発明は、
単に液中に浸漬して電圧を印加すればよいのであるから
、製造が極めて簡単で容易である。
また、ポリテトラフロロエチレンなどを用いて炭素粉末
や触媒を電極基体上に固着するなどした、各種従来の製
造方法によつて形成された電極よりもはるかにすぐれた
特性を示し、各種燃料電池に用いて、極めて好ましい結
果を得ることができる。な卦、本発明にシいて、炭素粉
の濃度範囲は、ほぼ0.5〜50r/lとすれば好まし
い結果が得られる。触媒の濃度は広い範囲で使用するこ
とができるが、電着量がほぼ107nf/i以上になる
ように、液量卦よび濃度を調節すればよい。図画の簡単
な説明 第1図は本発明の構成を説明するための模式図、第2図
は本発明の効果を示す曲線図である。
や触媒を電極基体上に固着するなどした、各種従来の製
造方法によつて形成された電極よりもはるかにすぐれた
特性を示し、各種燃料電池に用いて、極めて好ましい結
果を得ることができる。な卦、本発明にシいて、炭素粉
の濃度範囲は、ほぼ0.5〜50r/lとすれば好まし
い結果が得られる。触媒の濃度は広い範囲で使用するこ
とができるが、電着量がほぼ107nf/i以上になる
ように、液量卦よび濃度を調節すればよい。図画の簡単
な説明 第1図は本発明の構成を説明するための模式図、第2図
は本発明の効果を示す曲線図である。
1・・・陰極、2・・・対電極、3・・・電解液、a・
・・本発明による特性、B,c・・・従来の特性。
・・本発明による特性、B,c・・・従来の特性。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 炭素粉末と触媒金属を含む溶液中に浸漬された電極
基体を陰極として電着を行なうことにより、上記電極基
体表面に上記炭素粉末と上記触媒金属を固着させること
を特徴とする触媒電極の製造方法。 2 上記触媒金属は白金、パラジウム、銀およびニッケ
ルから選ばれる特許請求の範囲第1項記載の触媒電極の
製造方法。 3 上記触媒金属は白金であり、かつ助触媒としてレニ
ウム、スズルテニウムおよびオスミウムから選ばれた少
なくとも一種を含む特許請求の範囲第1項記載の触媒電
極の製造方法。 4 上記電極は、上記陰極にほぼ−0.05V(対水素
電極)より負の電圧を印加して行なわれる特許請求の範
囲第1項乃至第3項記載の触媒電極の製造方法。 5 上記電極基体はタンタル、ニオブ、ジルコニウムお
よびニッケルから選ばれる特許請求の範囲第1項乃至第
4項記載の触媒電極の製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP55004601A JPS5931187B2 (ja) | 1980-01-21 | 1980-01-21 | 触媒電極の製造方法 |
EP81300052A EP0032787A3 (en) | 1980-01-21 | 1981-01-07 | Method of manufacturing a catalytic electrode and a fuel cell containing an electrode manufactured by the method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP55004601A JPS5931187B2 (ja) | 1980-01-21 | 1980-01-21 | 触媒電極の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS56102080A JPS56102080A (en) | 1981-08-15 |
JPS5931187B2 true JPS5931187B2 (ja) | 1984-07-31 |
Family
ID=11588557
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP55004601A Expired JPS5931187B2 (ja) | 1980-01-21 | 1980-01-21 | 触媒電極の製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0032787A3 (ja) |
JP (1) | JPS5931187B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63117337U (ja) * | 1987-01-24 | 1988-07-29 |
Families Citing this family (3)
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CA2147193A1 (en) * | 1994-05-20 | 1995-11-21 | Peter Frank Driessen | High speed indoor wireless systems with directional antennas |
CN100454627C (zh) * | 2005-12-14 | 2009-01-21 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种铝/过氧化氢燃料电池阴极制备方法 |
CN102082278B (zh) * | 2011-01-06 | 2013-04-10 | 哈尔滨工程大学 | 含有Fe–N/C的H2O2基燃料电池阴极材料的制备方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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NL288862A (ja) * | 1962-02-13 | |||
DE1496856B2 (de) * | 1963-12-24 | 1971-06-24 | Dr W Kampschulte & Cie, 5650 So lingen | Bad zum galvanischen abscheiden von nickelzwischenschichten fuer glaenzende korrosionsfeste nickel chrom ueberzuege |
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Also Published As
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