DE1952871A1

DE1952871A1 - Elektrochemische Zelle

Info

Publication number: DE1952871A1
Application number: DE19691952871
Authority: DE
Inventors: John Paynter; Morgan John Randolph
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-10-23
Filing date: 1969-10-21
Publication date: 1970-05-06
Also published as: IL33127A0; FR2021396A1; US3649361A

Description

Dr. rer. nat. Horst Schüler PATENTANWALT

Frankfurt/Main 1, den 20. Okt. 1969 Niddastraße 52 Dr. Sa . /di

Telefon (0611) 237220 Postscheck-Konto: 282420 Frankfurt/M. Bank-Konto: 523/3168 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

1280-RDCD-1873

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A.

Elektrochemische Zelle

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrochemische Zellen und insbesondere solche elektrochemische Zellen, die mindestens eine Gasdiffusionselektrode mit einem Katalysator aus einem unedlen Metall und einen wässerigen alkalischen Elektrolyten enthalten und bei Raumtemperatur betrieben werden.

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Eine elektrochemische Zelle mit einer Gasdiffusionskathode ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Elektrizität durch elektrochemische Vereinigung eines oxidierbaren Reaktanten, der Brennstoff genannt wird und eines reduzierbaren Reaktanten, der Oxidator genannt wird. Solche Zellen, von denen jede im Abstand angebracht Elektroden aufweist, die über einen Elektrolyten in ionischer Verbindung stehen, umfassen Brennstoffzellen und Metall-Luft-Zellen. Werden Brennstoff und Oxidator gleichzeitig und getrennt voneinander den Elektroden der Zelle zugeführt, so wird an den Elektroden ein elektrisches Potential erzeugt. Wird an die Elektroden eine elektrische Last angelegt, so fliesst zwischen den Elektroden ein elektrischer Strom, wobei die dadurch zum Ausdruck kommende elektrische Energie durch elektrokatalytische Oxidation des Brennstoffs an einer Elektrode und die gleichzeitige elektrokatalytische Reduktion des Oxidators an der anderen Elektrode erzeugt wird.

Obwohl bekannt ist, dass verschiedene unedle Metalle für die Elektroreduktion von Sauerstoff in einer Zelle mit wässerigem alkalischen Elektrolyten aktiv sind, können solche Materialien nur bei Betriebstemperaturen der Zelle, die im allgemeinen mehr als 1OO°C betragen, verwendet werden, wenn sie eine Leistung ähnlich der eines Edelmetallkatalysators erreichen sollen. Arbeitet eine solche elektrochemische Zelle mit einem alkalischen Elektrolyten und wird sie bei Raumtemperatur betrieben, wird im allgemeinen die Verwendung eines Edelmetalles als Katalysator für die Gasdiffusionskathode als notwendig erachtet. Ein als Katalysator verwendetes unedles Metall zeigt ein deutliches Nachlassen der Leistung im Vergleich zu einem edlen Metall, wie beispielsweise Platin, das seine hohe Aktivität beibehält. Bei Verwendung eines Katalysators aus einem unedlen Metall anstelle eines Edelmetallkatalysators in solchen wässerigen alkalischen Zellen bei Raumtemperatur, tritt also ein grosser Leistungsverlust, insbesondere bei Abnahme starker Ströme auf.

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte elektrochemische Zelle mit einem wässerigen alkalischen Elektrolyten, die bei Raumtemperatur arbeitet und eine Gasdiffusionselektrode aufweist, welche einen Katalysator aus einem unedlen Metall enthält, wodurch die Zelle eine Leistung zeigt, die vergleichbar ist der Leistung einer Zelle, die eine Gasdiffusionskathode mit einem Edelmetall verwendet.

Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine elektrochemische Zelle mindestens eine Gasdiffusionselektrode, mindestens eine davon im Abstand angeordnete Anode und einen wässerigen alkalischen Elektrolyten, in Kontakt mit der Kathode und der Anode, auf, wobei die Gasdiffusionskathode feinteiliges, elektrisch leitendes Pulver und ein Katalysatormaterial aus der Gruppe Manganoxid und Manganoxid mit mindestens einem.anderen unedlen Katalysatormaterial aufweist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben, in der:

Fig. 1 einen Querschnitt einer Gasdiffusionselektrode darstellt, die erfindungsgemäss aus feinteiligem Pulver hergestellt wurde;

Fig. 2 stellt einen Querschnitt einer Gasdiffusionselektrode dar, die erfindungsgemäss aus einem porösen Substrat erhalten, wurde und

Fig. 3 ist ein Querschnitt einer Brennstoffzelle, die eine Elektrode nach Fig. 1 als Gasdiffusionskathode verwendet.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 allgemein eine erfindungsgemässe Elektrode 10, die ein Leiternetz in Form eines Netzes aus Metalldraht 11 aufweist, das die Aufgabe hat, den elektrischen Strom zu übertragen und die Elektrode zu verstärken. Eine elektrische Verbindung in Form einer elektrischen Leitung 12 ist direkt mit dem Netz 11 verbunden. Die Elektrode 10 weist bei

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13 ein feinteiliges elektrisch leitendes Pulver und ein Katalysatormaterial auf, das aus der Gruppe Manganoxid und Manganoxid mit mindestens einem anderen unedlen Katalysatormaterial gewählt ist, mittels eines Bindemittels zusammengehalten werden und mit dem Drahtnetz 11 in elektrisch leitender Verbindung stehen. Beispielsweise wird der Katalysator mit Hilfe eines Bindematerials aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) zusammengehalten und mit dem Netz 11 verbunden. Das Elektrodenmaterial 13 umgibt sowohl das Netz 11 sowie einen Teil der elektrischen Leitung 12. Das Verhältnis eines solchen Binders zum Katalysatormaterial kann zwischen etwa P bis F>0 Gew.^E liegen, wobei der bevorzugte Bereich zwischen etwa 10 bis 30 Gew.% beträgt. Gegebenenfalls kann ein hydrophober Film 14 vorgesehen werden, der mit einer Oberfläche des Elektrodenmaterials 13 verbunden ist, um ein Ertränken der Elektrode 10 durch den Elektrolyten zu verhindern. Dieser Film ist für den Fall zweckmässig, dass die Elektrode mit einem beweglichen wässerigen Elektrolyten betrieben wird.

Fig. 2 der Zeichnung zeigt allgemein eine erfindungsgemässe Elektrode 20, die ein elektrisch leitendes poröses Substrat 21, beispielsweise aus Kohlenstoff, mit einem Katalysatormaterial 22 aus einem Manganoxid oder einem Manganoxid zusammen mit einem oder mehreren unedlen Katalysatormetallen aufweist, die in das Substrat 21 einprägniert sind und es bedecken. Eine elektrische Leitung 23 ist auf irgendeine geeignete Weise an die Elektrode 21 befestigt.

Fig. 3 der Zeichnung zeigt allgemein mit 30 bezeichnet eine elektrochemische Zelle in Form einer erfindungsgemässen Brennstoffzelle, die eine Gasdiffusionskathode 10 nach Fig. 1 der Zeichnung und eine durch eine ringförmige Elektrolytdichtung 32 davon getrennte Anode 31 aufweist. Ein Elektrolyteinlassrohr 33 und ein Elektrolytauslassrohr 34 sind dicht abschliessend mit der Elektrolytdichtung verbunden, so dass ein beweglicher wässeriger Elektrolyt in die durch Anode, Kathode und Dichtung gebildete Elektrolytkammer 35 ein- und auszirkulieren

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kann. Eine Anodendichtung 36 und eine Kathodendichtung 37 sind an gegenüberliegenden Flächen der Elektrolytdichtung angebracht, schliessen damit fest ab und halten die Anode und Kathode in

Andieser Ordnung. Gleiche Endplatten 38 und 39 befinden sich mit den Anoden- und Kathodendichtungen in dicht abschliessender Verbindung. Um die Dichtungen und Endplatten in dieser gegenseitigen Anordnung zu halten, sind mehrere Ankerbolzen vorgesehen, von denen jeder ein mit Gewinde versehenes,Ende 41 und eine darauf befestigte Mutter 42 aufweist. Um jede Möglichkeit eines inneren Kurzschlusses der Brennstoffzellenelektroden auszuschllessen, sind die Ankerbolzen mit isolierenden Dichtungen 43 innerhalb jeder Endplatte und mit einer isolierenden Abdeckscheibe 44 an jedem Ende versehen.

Kathodendichtung, Kathode und Endplatte 39 bilden die Oxidatorkammer 45. Ein Oxidatoreinlassrohr 46 ist mit der Endplatte dicht abschliessend verbunden, so dass der Oxidator der Oxidatorkammer zugeführt werden kann, während ein Oxidatorauslassrohr 47 auf ähnliche Weise mit der Endplatte verbunden ist, damit der Oxidator ausgespült werden kann. Wird die Brennstoffzelle mit Umgebungsluft betrieben, so ist keine Endplatte 39 erforderlich. Auf ähnliche Weise bilden die Anode, Anodendichtung und die Endplatte 38 zusammen eine Brennstoffkammer 48. Ähnlich wie das Oxidatorauslassrohr 47 ist ein Brennstoffauslassrohr 49 vorgesehen. Um den Brennstoff der Brennstoffkammer zuzuführen, ist ein Brennstoffeinlassrohr 50 vorgesehen. Eine elektrische Leitung 51 dient als Anschluss für die Anode 31. Eine solche Brennstoffzelle wird im allgemeinen mit einem gasförmigen Brennstoff betrieben.

_Es wurde überraschend festgestellt, dass eine verbesserte

elektrochemische Zelle dadurch erhalten werden konnte, dass mindestens eine Gasdiffusionskathode vorgesehen wird, die ein feinteiliges elektrisch leitendes Pulver und ein Katalysatormaterial aufweist, das aus der Gruppe Manganoxid und Manganoxid mit mindestens einem anderen unedlen Katalysatormetall besteht. Es wurde weiterhin festgestellt, dass eine solche

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Gasdiffusionskathode das Katalysatormaterial als überzug auf dem feinteiligen Pulver tragen kann. Weiterhin wurde festgestellt, dass ein Bindemittel dafUr verwendet werden kann, das elektrisch leitende Pulver und das Katalysatormaterial oder das mit dem Katalysator überzogene Pulver In elektrisch leitender Verbindung zusammenzuhalten. Weiterhin wurde festgestellt, dass die vorstehend beschriebene Gasdiffusionskathode auch ein elektrisch leitendes poröses Substrat aufweisen kann, in das das Katalysatormaterial einimprägniert ist. Es wurde festgestellt, dass bei diesen Kathoden das Verhältnis des Katalysatormaterials zu dem elektrisch leitenden Pulver oder zu dem elektrisch leiten-™ den porösen Substratmaterial innerhalb weiter Grenzen schwanken kann.

Die vorstehend beschriebene elektrochemische Zelle weist gleichfalls mindestens eine Anode auf, die von der Kathode im Abstand angeordnet ist und weiterhin einen wässerigen alkalischen Elektrolyten, der sowohl mit der Kathode wie auch mit der Anode in Kontakt steht. Es wurde festgestellt, dass eine solche Zelle bei Raumtemperatur mit einer hohen Leistung betrieben werden kann, wenn der Kathode Luft oder Sauerstoff und der Anode ein Brennstoff zugeführt wird. Eine solche Zelle kann als Brennstoffzelle oder als Metall-Luft-Zelle betrieben werden.

Es wurde festgestellt, dass geeignete feinteilige Pulver, die zur Verwendung in der erfindungsgemässen Gasdiffusionskathode elektrisch leitend sind, feinteiliges Kohlenstoffpulver, Kohlenstoff mit darin gelöstem Bor und Mischungen aus Kohlenstoff mit darin gelöstem Bor und Borkarbid sein können. Es wurde weiterhin festgestellt, dass geeignete elektrisch leitende poröse Sub* strate, beispielsweise poröser Kohlenstoff, poröses Nickel usw. sind.

Weiterhin wurde festgestellt, dass ein Katalysatormaterial aus einem Manganoxid, das mit einem feinteiligen elektrisch leitenden Pulver vermischt ist, eine Gasdiffusionskathode ergibt, die, wenn eine diese Kathode enthaltende elektrochemische Zelle

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bei Raumtemperatur betrieben wird, ähnlich wie eine Kathode wirkt, die einen Platinkatalysator aufweist. Weiterhin wurde festgestellt, dass eines oder mehrere andere unedle Katalysatormetalle dem Manganoxid und den feinteiligen, elektrisch leitenden Pulvern unter Bildung einer solchen verbesserten Gasdiffusionskathode zugegeben werden können. Geeignete unedle Katalysatormetalle sind ausser den Manganoxiden, Silber, Nickeloxid, Kobalt(II)-Oxid, Kohlenstoffpulver, Kohlenstoffpulver mit darin aufgelöstem Bor, Mischungen aus Kohlenstoffpulver mit darin aufgelöstem Bor und Borkarbid usw.

Eine solche verbesserte Kathode kann auf verschiedene Weise erhalten werden. Ein stabiler Katalysator mit grosser Oberfläche kann dadurch erhalten werden, dass ein thermisch zersetzbares Mangansalz genommen wird, dass ein thermisch zersetzbares Mangansalz und einem thermisch zersetzbaren Salz eines anderen unedlen Metalls vermischt wird oder dadurch, dass ein thermisch zersetzbares Mangansalz und eine Mischung thermisch zersetzbarer Salze anderer unedler Metalle miteinander vermischt werden und das Mangansalz oder die gemischten Salze thermisch zersetzt werden. Das erhaltene Katalysatormaterial wird mit einem feinteiligen, elektrisch leitenden Pulver unter Bildung einer Gasdiffusionskathode vermischt. Sowohl das Katalysatormaterial als auch das leitende Pulver können mit Hilfe eines chemisch inerten Bindemittels, wie z. B. PTFE, in elektrisch leitender Verbindung gehalten werden.

Ein Katalysator mit grosser Oberfläche kann auch dadurch hergestellt werden, dass eine Lösung einer Mischung eines thermisch zersetzbaren Mangansalzes oder eines solchen Salzes und eines oder mehrerer thermisch zersetzbarer Salze anderer unedler Metalle mit einem wässerigen, organischen oder organischen und wässerigen Lösungsmittel hergestellt wird. Das Lösungsmittel wird aus der Lösung abgetrieben, das Mangansalz oder die gemischten Metallsalze unter Bildung eines Katalysatormaterials mit grosser Oberfläche zersetzt, das durch Vermischen mit einem feinteiligen, elektrisch leitenden Pulver zu einer Elektrode

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verarbeitet werden kann. Das Katalysatormaterial und das elektrisch leitende Pulver können mit Hilfe eines chemisch inerten Bindemittels, wie beispielsweise PTFE, in elektrisch leitender Verbindung gehalten werden.

Die vorstehend beschriebene Lösung kann auf feinteiliges, elektrisch leitendes Pulver unter Bildung eines Trägerkatalysators für eine Elektrode oder unter Bildung einer Elektrode auf mindestens einen Teil eines elektrisch leitenden porösen Substrates aufgebracht werden. Das Trägerkatalysatormaterial kann auch mithilfe eines chemisch inerten Bindemittels, wie z. B. PTFE, in elektrisch leitender Verbindung zusammengehalten werden.

Für das erfindungsgetnässe Verfahren zur Herstellung eines Katalysators mit grosser Oberfläche, eines Trägerkatalysators oder einer Elektrode sind verschiedene organische und wässerige Lösungsmittel geeignet. Bei Verwendung von Salzen organischer Säuren wird Pyridin und bei Verwendung von Salzen anorganischer Säuren wird Wasser vorzugsweise verwendet.

Zur Bildung des Katalysatormaterials der verbesserten Gasdiffusionskathode können zahlreiche thermisch zersetzbare Mangansalze und thermisch zersetzbare Salze anderer unedler Metalle verwendet werden. Geeignete Mangansalze sind z. B. Mangannitrat, Manganacetat, Manganformiat, Manganearbonat usw. Salze anderer unedler Metalle sind z. B. Nitrate, Acetate, Fortniate, Carbonate usw. Bei Anwendung eines der vorstehend genannten Lösungsverfahren zur Herstellung des Katalysatormaterials oder der Elektrodenstruktur müssen die Salze miteinander verträglich und in dem Lösungsmittel löslich sein. Nach der thermischen Zersetzung ergibt das thermisch zersetzbare Mangansalz ein Manganoxid. Da dieses Oxid ein einzelnes Manganoxid oder eine Mischung von mehr als einem Manganoxid sein kann, wird die Bezeichnung "ein Manganoxid" hierin in dem Sinn verwendet, dass sie sowohl ein einzelnes Oxid wie auch eine Mischung von Manganoxiden umfasst.

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Der bevorzugte Elektrolyt für eine solche elektrochemische Zelle ist eine wässerige alkalische Lösung. Dem Fachmann ist bekannt, dass der Elektrolyt eine wässerige alkalische Lösung jeder gewünschten Konzentration sein kann. Obwohl Alkalimetallhydroxide am häufigsten verwendet werden und am billigsten sind, können auch andere lösliche Hydroxide, wie z. B. tetrasubstituierte Ammonium- oder Phosphoniumhydroxide, verwendet werden.

Die Anodenelektrode kann jede konventionelle Bauart oder Form aufweisen, die einen Edelmetallkatalysator, wie z. B. Platin, oder eine Legierung aus Platin und Ruthenium enthält. Der Elektrokatalysator kann als Überzug auf einem Substrat mit grosser Oberfläche aufgebracht, auf geeignete Weise in eine poröse Masse eingebunden oder auf einem porösen Substrat aus. Kohlenstoff, Nickel usw. aufgebracht sein.

Eine beispielshafte Verwendung einer erfindungsgemäss hergestellten Brennstoffzelle besteht in der Verwendung der erfindungsgemässen Gasdiffusionskathode in einer Brennstoffzelle in Verbindung mit einer Platinelektrode als Anode. Die Zelle wurde mit gasförmigem Sauerstoff, der der Kathode und mit Wasserstoffbrennstoff, der der Anode zugeführt wurde, betrieben. Als Elektrolyt fand eine 27 gew.%ige Kaliumhydroxidlösung Verwendung und die Zelle wurde bei einer Temperatur von 25°C betrieben. Diese Zelle arbeitete sehr zufriedenstellend und ihr Betrieb wird nachstehend in einem der Beispiele näher beschrieben werden. Nachstehend werden einige Beispiele für elektrochemische Zellen mit erfindungsgemäss hergestellten Garsdiffusionskathoden beschrieben:

Beispiel 1

Ein Trägerkatalysator wurde erfindungsgemäss dadurch hergestellt, dass 7,19 g einer 50 gew.%igen wässerigen Mangan(II)-Nitratlösung mit Wasser auf ein Volumen von 25 ml verdünnt wurde. Zu dieser Lösung wurde Kohlenstoffpulver in einer Menge von 9,93 g zugegeben und die Lösung unter Bildung einer weichen

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Paste gerührt. Durch Erhitzen der Mischung auf einer heissen Platte mit einer Oberflächentemperatur von 150°C wurde unter ständigem Rühren das Lösungsmittel aus der Mischung abgetrieben. Das erhaltene trockene Pulver wurde vermählen und anschliessend in eine Petrischale überführt, die einen Durchmesser von 14 cm (5,5 inch) aufwies. Anschliessend wurde das getrocknete Pulver auf einer heissen Platte, die eine Oberflächentemperatur von IRO⁰C aufwies, während 2,5 Stunden weiter erhitzt. Die Temperatur wurde während einer Stunde auf 200⁰C und anschliessend während einer Stunde auf 25O°C erhöht. Das Erhitzen wurde bei 300°C während einer Stunde und anschliessend bei 33O°C für eine halbe Stunde fortgesetzt. Das erhaltene Material wurde vermählen und durch ein Sieb der lichten Maschenweite 0,045 mm (325 mesh) abgesiebt. Das vorstehend beschriebene Erhitzen führte zur thermischen Zersetzung des Metallsalzes auf dem Kohlenstoffpulver, wodurch ein Trägerkatalysator erhalten wurde, der etwa 10 Gew.% Mangan enthielt. Dieser Trägerkatalysator wurde anschliessend mithilfe des in der US Patentschrift 3,297,484 beschriebenen Verfahrens in eine mit PTFE verbundene Brennstoffzellenelektrode eingearbeitet. Die erhaltene Elektrode enthielt etwa 4,6 mg

2
Mangan je cm .

Beispiel 2

Ein Trägerkatalysator wurde erfindungsgemäss durch thermische Zersetzung von Manganacetat auf Kohlenstoffpulver hergestellt, 2,62 g Manganacetat wurden bei einer Temperatur von 85°C in 13,0 ml Pyridin aufgelöst. Anschliessend wurden der Lösung 5,29 g Kohlenstoffpulver zugesetzt und anschliessend unter Bildung einer weichen Paste gerührt. Durch Erhitzen der Mischung auf einer heissen Platte mit einer Oberflächentemperatür von 150°C wurde unter konstantem Rühren das als Lösungsmittel verwendete Pyridin abgetrieben. Das erhaltene getrocknete Pulver wurde vermählen und anschliessend in eine Petrischale mit einem Durchmesser von 14 cm (5,5 inch) überführt. Anschliessend wurde das trockene Pulver auf einer heissen Platte mit einer Oberflächentemperatur von 200°C während einer Stunde weiter erhitzt.

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Die Temperatur wurde anschliessend auf 250°C erhöht und das Erhitzen weitere 1,5 Stunden fortgesetzt. Anschliessend wurde während zwei Stunden bei 300°C und dann während einer Stunde bei 32O°C erhitzt. Das erhaltene Material wurde gemahlen und durch ein Sieb der lichten Maschenweite 0,045 mm (325 mesh) abgesiebt. Durch das vorstehend beschriebene Erhitzen wurde das Metallsalz auf dem Kohlenstoffpulver thermisch zersetzt und ein Trägerkatalysator erhalten, der etwa 10 Gew.% Mangan enthielt. Dieses Trägerkatalysatormaterial wurde anschliessend in eine durch PTFE verbundene Brennstoffzellenelektrode gemäss US Patentschrift 3,297,484 eingebaut. Diese Elektrode enthielt etwa 3,8 mg/cm Mangan.

Beispiel 3

Ein Katalysatormaterial ohne Träger wurde erfindungsgemäss durch thermische Zersetzung von Mangan(II)-Acetat und Silberacetat hergestellt. Hierfür wurden 33,46 g Mangan(II)-Acetat und 11,60 g Silberacetat vermischt und in eine Petrischale mit einem Durchmesser von 14,0 cm (5,5 inch) eingegeben. Das Pulver wurde auf einer heissen Platte mit einer Oberflächentemperatur von 150°C während 1,5 Stunden erhitzt. Das erhaltene Material wurde vermählen und durch ein Sieb der lichten Maschenweite 0,045 mm (325 mesh) abgesiebt. Anschliessend wurde die Temperatur auf 2OO°C erhöht und das Erhitzen während einer weiteren halben Stunde fortgesetzt. Das Erhitzen wurde während einer halben Stunde'bei 25O⁰C fortgesetzt und anschliessend so lange bei 275°C bis zum Glühen erhitzt. Abschliessend wurde während 1,5 Stunden bei 325°C erhitzt. Das erhaltene Material wurde ver-

mm mahlen und durch ein Sieb der lichten Maschenweite 0,045/(325meah) abgesiebt. Durch das vorstehend beschriebene Erhitzen wurde die Mischung der Metallsalze thermisch zersetzt, wodurch ein Katalysatormaterial ohne Träger erhalten wurde, das etwa 50 Gew.% Mangan und 50 % Silber enthielt. Anschliessend wurden 50 Gew.% Kohlenstoffpulver zugesetzt, mit den zersetzten Salzen vermischt · und daraufhin in eine mittels PTFE-verbundenen Brennstoffzellenelektrode nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren eingebaut.

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Die erhaltene Elektrode enthielt etwa 11 mg Mangan und etwa

ο
11 mg Silber je cm .

Beispiel 4

Ein Trägerkatalysator, der 10 Gew.% Platin auf Kohlenstoff enthielt, wurde im Handel erworben. Dieser Trägerkatalysator wurde anschliessend nach dem in der vorstehend erwähnten Patentschrift aufgeführten Verfahren in eine PTFE-gebundene Brennstoffzellenelektrode eingebaut. Die Elektrode enthielt 4,6 mg/cm platin.

Beispiel 5

Nach dem in der obengenannten Patentschrift aufgeführten Verfahren wurde Kohlenstoffpulver in eine PTFE-gebundene Brennstoffzellenelektrode eingebaut. Diese Elektrode enthielt 58 mg

2
Kohlenstoff/cm .

Beispiel 6

5 Elektrochemische Zellen wurden auf die in Fig. 3 der Zeichnung gezeigte Weise angeordnet. Jede Zelle enthielt eine Platinanode, einen Elektrolyten aus 27 Gew.% Kaliumhydroxid und wurde bei einer Temperatur von 25°C betrieben. Während jeder Kathode Sauerstoff als Oxidator zugeführt wurde, wurde jede Anode mit Wasserstoff als Brennstoff gespeist. Diese Zellen, die nachfolgend mit den Zahlen 1-5 bezeichnet sind, entsprechen den Beispielen 1-5 und enthalten die betreffende Kathode des jeweiligen Beispiels. Tabelle I zeigt nachstehend die Spannung in Volt, wobei die inneren Widerstandsverluste zwischen der Kathode und einer Wasserstoffbezugselektrode in dem gleichen Elektrolyten wegge-

2 lassen wurden und die Stromdichte in mA/cm angegeben ist.

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	Zelle 1	Zelle 2	Tabelle I	Zelle 4	Zelle B
	Kathode 1 gegen Be zugs elektrode CV]	Kathode 2 gegen Be zugs elektrode Cv]	Zelle 3	Kathode 4 gegen Be zugs elektrode [Vt	Kathode 5 gegen Be zugs elektrode CvJ
Strom dichte [mA/cm^	0,93	0,93	Kathode 3 gegen Be zugs elektrode	0,95	0,85
1	0,92	0,91	0,95	0,94	0,84
2	0,90	0,89	0,94	0,92	0,82
5	0,89	0,87	0,93	0,91	0,80
10	0,87	0,85	0,90	0,89	0,78
20	0,82	0,79	0,88	0,87	0,71
60	0,81	0,77	0,83	0,86	0,67
80	0,78	0,74	0,81	0,84	0,57
120	0,76	0,72	0,78	0,82	0,48
160		0,76

Wie die vorstehende Tabelle I zeigt, ergeben die Zellen 1, 2 und 3, die eine Kathode aufweisen, die mindestens ein erfindungsgemäss hergestelltes unedles Metall enthalten, eine hohe Leistung, ähnlich wie die Zelle 4, deren Kathode einen Platinkatalysator enthält. Zelle 5 weist eine Kathode auf, die nur Kohlenstoff verwendet .

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Claims

_ 14 PATENTA NSPRÜCHE

n.J Elektrochemische Zelle aus mindestens einer Anode und mindestens einer Gasdiffusionskathode, die im Abstand von der Anode angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdiffusionskathode feinteiliges elektrisch leitendes Pulver und ein Katalysatormaterial aus Manganoxid oder aus Manganoxid und mindestens einem anderen unedlen Metallkatalysator aufweist.
2. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass ein wässeriger alkalischer Elektrolyt sowohl mit der Anode und der Kathode in Kontakt steht.
3. Elektrochemische Zelle nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bindemittel, das elektrisch leitende Pulver und das Katalysatormaterial elektrisch leitend zusammenhält.
4. Elektrochemische Zelle nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormaterial auf einem feinteil igen Pulver aufgetragen ist.
5. Elektrochemische Zelle aus mindestens einer Anode und mindestens einer Gasdiffusionskathode, die von der Anode im Abstand angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdiffusionskathode ein elektrisch leitendes, poröses Substrat und ein Katalysatormaterial aufweist, das in das Substrat einimprägniert und ' das Substrat als Überzug bedeckt, wobei das K&talysatormaterial aus der Gruppe Manganoxid und Manganoxid mit mindestens einem anderen unedlen Metallkatalysator ausgewählt ist.

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6. Verwendung der elektrochemischen Zelle nach den Ansprüchen 1 bis 5.zur Erzeugung elektrischer Energie, wobei mindestens eine Gasdiffusionskathode vorgesehen wird, der Kathode Luft als Oxidator zugeführt wird, mindestens eine von der Kathode im Abstand angeordnete Anode vorgesehen wird und der Anode Brennstoff zugeführt wird und ein wässeriger alkalischer
Elektrolyt in Kontakt sowohl mit der Kathode als auch der
Anode steht, dadurch gekennzeichnet,' dass eine Gasdiffusionskathode vorgesehen wird, die aus einem feinteil igen elektrisch-leitenden Pulver und einem Katalysatormaterial aus der Gruppe Manganoxid und Manganoxid mit mindestens einem anderen unedlen Metallkatalysator ausgewählt ist und an die Kathode und die.Anode eine elektrische Last angelegt wird.

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