DE7814673U1 - Sandwich-elektrolysezelle zum elektrolytischen abscheiden von metallen - Google Patents

Description

Br/dh
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Sandwich-Elektrolysezelle zum elektrolytischen Abscheiden
von Metallen

Die Neuerung betrifft eine Sandwich-Elektrolysezelle zum
elektrolytischen Abscheider, von Metallen der Vertikalreihen 13 und VIII des periodischen Systems, ferner von Zn, Cd, Sn und Pb auf einem Feststoffelektrolyten.

Von den Verfahren zur Beschichtung von elektronisch nichtleitenden Materialien sind vor allem Methoden des sogenannten stromlosen Abscheidens bekannt (z.B. F.A. Lowenheim Ed., "Modem Electroplating", Bd. Edition, Wiley-Interscience, New York 197^, Kap. 28, "Plating of Nonconductors", S.636 652, sowie die auf S. 652-655 genannten Literaturhinweise
und Patente). Nach dieser Methode wird das zu beschichtende Substrat in ein das betreffende Metallion in einfacher oder komplexer Form enthaltendes Bad eingetaucht, dem sukzessive ein Reduktionsmittel beigegeben wird. In der Regel werden

dem Bad noch weitere Zusätze als Stabilisatoren und Beschleuniger beigemischt. Die Substratoberfläche muss derart beschaffen sein, dass sie die Reduktion des Metallions katalytisch beschleunigt. Oberflächen von elektronischen Nichtleitern müssen vorgängig des Einbringens ins Bad durch eine entsprechende Vorbehandlung aktiviert werden (z.B. durch

Eintauchen in Pd Cl- oder Sn Cl -Lösungen). '

Das vorgenannte Verfahren ist umständlich und aufwendig und j seine Metallausbeute ist oft unwirtschaftlich, besonders,
wenn es sich um teure abzuscheidende Metalle (z.B. Edel-

metalle) handelt. Die Bäder müssen äusserst genau bezüglich p„-Wert, Konzentrationen der reagierenden Stoffe,
Verunreinigungen, Temperatur und weiterer Betriebsgrössen
überwacht und gesteuert werden. Oft ist es nicht möglich,
eine wirtschaftlich tragbare Optimierung aller Parameter

zu erreichen, so dass das Ergebnis weit hinter der Zielsetzung nachhinkt. Zudem zeigen durch stromloses Abscheiden
beschichtete Feststoffelektrolyt-Substrate nur geringe
elektrische Querleitfähigkeit, und die Metallschichten weisen ungenügende Haftfestigkeit im nachfolgenden Betrieb

(Belastung der Elektrolysezelle) auf.

An Metallüberzüge von ionenleitenden Materialien wie Feststoff elektrolyte und Ionenaustauscher-Membranen werden vom
Betrieb her sehr harte Bedingungen gestellt. Die Metallschicht soll neben guter Haftung auf dem Substrat eine

möglichst grosse spezifische Oberfläche und eine grosse :

elektronische Querleitfähigkeit unter gleichzeitiger Ge- i währleistung einer guten Durchlässigkeit (Porosität) gegen- | über Flüssigkeiten und Gasen besitzen. Andererseits sollte \ der Aufwand an abzuscheidendem Metall pro Flächeneinheit s

des Substrats möglichst niedrig gehalten werden. -i

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mittel zur f

Durchführung eines Metallabscheidungsverfahrens anzugeben, | welches unter Umgehung von chemischen Reduktionsmitteln, %

Aktivatoren, Stabilisatoren und Beschleuniger und unter Vermeidung aufwendiger Ueberwachungsmethoden in einfacher und wirtschaftlicher Weise die Erzeugung von porösen, mehr oder weniger zusammenhängenden, fest haftenden und eine hohe elektrische Querleitfähigkeit aufweisenden Metallschichten auf einem elektronisch nichtleitenden Substrat gestattet.

Neuerungsgemäss wird dies durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale erreicht.

Weitere Einzelheiten der neuerungsgemässen Vorrichtung ergeben sich aus dem durch eine Figur näher erläuterten Ausführungsbeispiel .

Dabei zeigt die Figur: einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Abscheidung von Metallen (Sandwich-Elektrolysezelle).

Die Figur zeigt einen Schnitt durch die Sandwich-Elektrolysezelle. Das Elektrolysegefäss 13 ist mit Wasser lH angefüllt, in welches eine aus einer Folge von schichtweise zusammengebauten Elementen bestehende Vorrichtung eintaucht, derart, dass sie vollständig mit Wasser überdeckt ist. 15 ist der positive Anschluss für die Stromzuführung, welcher seinerseits über den entsprechenden Anschlusskontakt 16 mit der aus korrosionsbeständigem Stahl oder einer anderen geeigneten chemisch beständigen Legierung bestehenden positiven Halteplatte 17 verbunden ist. Letztere weist der Wasserzufuhr dienende senkrecht zur Oberfläche verlaufende Kanäle l8 auf. Das aus dem mit Metall zu beschichtenden Feststoff-

elektrolyten 1 sowie der Platinnetz-Anode 3 und der Graphitfilz-Kathode '4 bestehende Paket wird durch einen abgesetzten anodenseitigen 20 und einen ebensolchen kathodenseitigen Abschlussrahmen zusammengehalten, wobei ersterer seiner- -.eits in einem abgesetzten Halterahmen 19 aus korrosionsbeständigem Stahl gefasst ist. 20 und 21 bestehen aus chemisch widerstandsfähigem Isoliermaterial, vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen (Handelsname "Teflon"). Den Abschluss bildet die aus einer korrosionsbeständigen Legierung (z.B. nichtrostender Stahl) bestehende, Kanäle 23 aufweisende Halteplatte 22, an welcher über den Anschlusskontakt 2*4 der negative Anschluss 25 angebracht ist. Der Rahmen 19 und die Platte 22 werden durch hier nicht weiter gezeichnete Verbindungselemente (z.B. Schrauben, Bolzen, Klammern) zusammengehalten.

Durch die neuerungsgemässe Vorrichtung wird auf einfache Weise die Beschichtung von Feststoffelektrolyten mit Metallen, insbesondere mit Edelmetallen ermöglicht, wobei fest haftende, gas- und flüssigkeitsdurchlässige und gute physikalische Eigenschaften aufweisende Oberflächenschichten erzielt werden. Da das Metall nicht von aussen auf die Substratoberfläche aufgebracht wird, sondern zunächst in Ionenform im Innern des Substrats in fein verteilter Form vorliegt und gewissermassen von innen in die Oberfläche hineinwächst, ist die Verankerung der Metallpartikel besonders gut und ihre Haftfestigkeit ist unabhängig vom Wassergehalt des Feststoffelektrclyten, d.h. die Metallschicht blättert beim Eintrocknen der letzteren nicht ab.

Derart beschichtete Feststoffelektrolyten lassen sich besonders vorteilhaft in Elektrolysezellen verwenden, worunter insbesondere die Zelle zur Wasserstoffherstellung eine hervorragende Stellung einnimmt.

Bezeichnungsliste

1 Feststoffelektrolyt (Kunststoffpolymer)

2 Imprägnierung mit Metallsalzlösung

3 Platinnetz-Anode

*J Graphitfilz-Kathode

13 Elektrolysegefass

14 Wasser

15 Positiver Anschluss

16 Positiver Anschlusskontakt

17 Positive Halteplatte

18 Kanäle in positiver Halteplatte

19 Halterahmen

20 Anodenseitiger Abschlussrahmen

21 Kathodenseitiger Abschlussrahmen

22 Negative Halteplatte

23 Kanäle in negativer Halteplatte

24 Negativer Anschlusskontakt

25 negativer Anschluss

Claims (2)

1. Schutzansprüche

   if 1. Sandwich-Elektrolysezelle zum elektrolytischen Abschei- : den von Metallen der Vertikalreihen IB und VIII des

   % periodischen Systems, ferner von Zn, Cd, Sn und Pb auf

   I einem Feststoffelektrolyten, dadurch gekennzeichnet,

   * 5 dass in einem mit Wasser (14) gefüllten Elektrolyse-

   I' gefäss (13) eine den Feststoff elektrolyten (1) all-

   '·; seitig umschliessende Vorrichtung untergebracht ist,

   ;■ welche aus einer Folge von schichtweise zusammengebau-

   1 ten Elementen besteht, dergestalt, dass zwischen einem

   10 abgesetzten Halterahmen (19) und einer mit senkrecht

   zur Oberfläche verlaufenden Kanälen (23) versehenen und einen Anschlusskontakt (24) sowie einen negativen Anschluss (25) aufweisenden negativen Halteplatte (22) je aus nicht rostendem Stahl eine mit senkrecht zur Ober-15 fläche verlaufenden Kanälen (18) sowie einem Anschlusskontakt (16) und einem positiven Anschluss (15) versehene positive Halteplatte (17), eine Platinnetz-Anode (3)j eine Graphitfilzkathode (4), sowie je ein abgesetzter anöden- und kathondenseitiger Abschlussrahmen 20 (20; 21) aus Polytetrafluoräthylen angeordnet ist.
2. 2. Sandwich-Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrolysegefäss (13) ein Druekgefäss vorgesehen ist.