FI73245B - Elektrodmaterial. - Google Patents

Description

1 73245

Elektrodimateriaali

Keksintö kohdistuu parannettuun elektrodimateriaa-liin ja menetelmään tämän materiaalin valmistamiseksi.

5 Klooria ja alkalimetallihydroksidia, esimerkiksi natriumhydroksidia ja kaliumhydroksidia, valmistetaan kaupallisesti vastaavien alkalimetallikloridiliuosten elektrolyysin avulla elektrolyyttisessä kennossa. Eräässä kennotyypissä, jossa ioneja läpäisevä estokerros erot-10 taa anodin katodista, muodostuu klooria anodilla reaktion 2C1 -—^ Cl2 + 2e~ mukaan, kun taas hydroksyyli-ioneja muodostuu katodilla 15 reaktion 2H20 + 2e~—> H2 + 20H~ mukaan, mikä on itse asiassa monivaiheinen reaktio, jos-20 sa vety absorboituu katodin pinnalle ja vetymolekyylit desorboituvat siitä.

Vetyreaktio kokonaisuudessaan, sarjana oletettuja adsorptio- ja desorptiovaiheita, vaatii noin 0,8 volttia alkalisessa liuoksessa niin, että jos katodi klooriken-25 nossa depolarisoituu hapen kanssa vedyn kehittymisen sal limisen asemasta, on noin 1,2 voltin säästö mahdollista, koska hapen pelkistysreaktio voi teoreettisesti muodostaa 0,4 volttia. Katodeille, jotka aikaisemmin on kehitetty hapen käyttämistä varten depolarisoivana aineena, on tun-30 nusomaista ohut kerrosrakenne, joka muodostuu muovia olevasta mikrohuokoisesta erottimesta yhdistettynä katalysoituun kerrokseen ja joka on tehty kosteutta kestäväksi esimerkiksi polytetrafluorietyleenillä ja puristettu metalli-lankaverkon muodostamlle virtakerääjälle. Alan aikaisem-35 pia depolarisoivia katodeja käytettäessä happea syötetään katalyyttitilaan mikrohuokoisen tukikcrroksen lävitse. Nä- 2 73245 mä katodit toimivat. Niissä esiintyy kuitenkin useita puutteita, mukaanluettuina eri kerrosten erottuminen tai delaminoituminen ja mikrohuokoisen kerroksen ylivuotami-nen.

5 Keksintö kohdistuu elektrodimateriaalina käyttö kelpoiseen osaseen, joka muodostuu tavallisesti pallomaisesta alustasta, joka on terästä, rautaa, grafiittia, nikkeliä, platinaa, kuparia tai hopeaa, jolle elektrodi-materiaalille on tunnusomaista, että alusta on oleelli-10 sesti kokonaan päällystetty seoksella, jonka muodostavat hydrofobinen sideaine ja sähkökemiallisesta aktiivinen, sähköä johtava katalyytti, joka on hopea, hiilimusta, platina, aktivoitu hiili tai näiden seos, jolloin osasten läpimitta on 0,3 mm-2,5 cm ja päällysteen paksuus 15 on 0,025-0,125 mm.

Keksintö kohdistuu myös menetelmään elektrodima-teriaalina käyttökelpoisten päällystettyjen osasten valmistamiseksi, jolle menetelmälle on tunnusomaista, että osasina olevasta alustasta, sähkökemiallisesta ak-20 tiivisesta, sähköä johtavasta katalyytistä ja sideai neesta muodostetaan juokseva seos, ja katalyytti kiinnitetään osasina olevaan alustaan kiinteyttämällä juokseva seos, jolloin alusta on terästä, rautaa, grafiittia, nikkeliä, platinaa, kuparia tai ho-25 peaa.

Keksinnön mukaista elektrodimateriaalia voidaan käyttää mm. vesipitoisen elektrolyytin elektrolysoimisek-si elektrolyyttisessä kennossa, jossa on anodin sisältävä anolyyttiosasto ja katodin sisältävä katolyyttiosas-30 to, välineet vesipitoisen elektrolyytin syöttämiseksi kennoon, välineet sähkövirran johtamiseksi anodin ja katodin välille ja välineet elektrolyysituotteiden tal-teenottamiseksi kennosta, jolloin vähintään joko anodi tai katodi on valmistettu elektrodimateriaalista, joka muo-35 dostuu alustasta, joka on terästä, rautaa, grafiittia, nikkeliä, platinaa, kuparia tai hopeaa ja joka on oleel- 3 73245 lisesti kokonaan päällystetty seoksella, jonka muodostavat hydrofobinen sideaine ja sähkökemiallisesti aktiivinen, sähköä johtava katalyytti, joka on hopea, hiili-musta, platina, aktivoitu hiili tai näiden seos, jolloin 5 osasten läpimitta on 0,3 mm-2,5 cm ja päällysteen paksuus on 0,025-0,125 mm, ja jolloin elektrodimateriaali muodostuu useista yhteenpakatuista osasista.

Haluttaessa kennoon voi sisältyä ioneja läpäisevä estokerros sijoitettuna anodin ja katodin väliin. Ha-10 luttaessa voi kennoon kuulua välineet kaasun syöttämiseksi elektrodille.

Näiden osasten muodostaman kerroksen on havaittu olevan käyttökelpoisen kaasuelektrodina. Elektrodia voidaan käyttää katodina tai anodina.

15 Alustan, jolle päällyste levitetään täytyy olla muotonsa pitävää materiaalia. Sopivan menetelmän kehittämiseksi edellä esitettyjen osasten valmistamiseksi alusta on edullisesti materiaalia, joka ei merkittävästi muuta muotoaan, kun sitä kuumennetaan lämpötilassa 350-20 375°C tunnin ajan.

Alusta voi olla sintrattua materiaalia tai pienten osasten yhteeniiitetty agglomeraatti. Sopiviin raken-nemateriaaleihin kuuluvat mm. teräs, rauta, grafiitti, nikkeli, platina, kupari ja hopea. Erikoisen edullinen 25 on grafiitti sen saatavuuden ja halvan hinnan vuoksi. Alusta voi olla samaa tai erilaista koostumusta kuin päällyste.

Alusta voi olla sähköä johtava tai sähköisesti johtamaton. Sähköä johtavat alustat ovat suositeltavia, 30 koska ne aiheuttavat pienemmän vastuksen sähköenergian kululle osasten lävitse. Johtamattomat alustat ovat käyttökelpoisia, koska ne on ainakin osittain päällystetty sähköä johtavalla päällysteellä, mikä tarjoaa kulkutien sähkövirralle. Johtamattomien alustojen vastus on kui-35 tenkin suurempi, koska sähkövarausten täytyy kulkea 4 73245 osasten ympäri päällysteen lävitse eikä osasten lävitse .

Osasten keskimääräinen läpimitta on vähintään 0,3 mm ja korkeintaan 2,5 cm. Elektrodimateriaalina käy-5 tettäessä on edullista käyttää osasia, jotka yleensä ovat pienempiä kuin 2,5 cm. Tällöin osaskerroksen pinta-ala maksimoituu ja saavutetaan suuri huokoisuus. Kooltaan 0,7-4 mm olevat osaset ovat erikoisen edullisia, jos osasia käytetään elektrodimateriaalina. Pienemmät kuin 10 0,3 mm olevat osaset pyrkivät paakkuuntumaan ja niiden aiheuttama vastus nesteen virtaukselle osaskerroksen lävitse on suuri. Suuremmat kuin 2,5 cm olevat osaset eivät ole suositeltavia, koska pinta-ala sähkökemiallisten reaktioiden tapahtumiselle on erittäin pieni.

15 Osasten muoto voi olla mikä tahansa. Sopivasti käytetään epäsäännöllisen muotoisia osasia. Pallomaiset osaset ovat kuitenkin suositeltavia, koska ne muodostavat kerroksen, jonka huokoisuus ja pinta-ala ovat optimaaliset. Epäsäännöllisen muotoiset osaset pyrkivät paak-20 kuuntumaan ja kerroksen huokoisuus on pieni.

Alustan ei tarvitse olla kemiallisesti inertti elektrolyytin tai elektrolyysituotteiden suhteen siinä menetelmässä, jossa osasia käytetään. Edullisesti kuitenkin alusta on kemiallisesti inertti, jolloin päällysteen 25 ei tarvitse peittää kokonaisuudessaan alustaa. Jos alusta ei ole kemiallisesti inertti, täytyy sille levitetyn päällysteen olla täysin peittävä reaktioiden estämiseksi alustan ja elektrolyytin tai elektrolyysituotteiden välillä.

30 Alustalla oleva päällyste on sideaineen ja sähkö kemiallisesta aktiivisen, sähköä johtavan katalyytin seosta. Sideaineen täytyy olla materiaalia, joka voidaan muuttaa nestemäiseen muotoon sulattamalla, dispergoimalla tai liuottamalla. Sideaineen täytyy olla kemiallisesti 35 stabiili jokaista elektrolyyttiä tai tuotetta vastaan, joiden kanssa se on kosketuksessa elektrolyyttisessä kennossa käytettäessä. Sideaineen täytyy olla erittäin sta- 11 5 73245 biili sen sähkökemiallisen kennon käyttö]ämpötilassa, missä sitä käytetään. Sideaineen itsensä ei tarvit.se olla sähköä johtavaa, koska sen kanssa sekoitettu katalyytti on sähköisesti johtavaa. Päällyste voi olla huokoinen päällyste tai tiivis päällyste riippuen alustan raken-5 nemateriaaleista. Jos alusta on kemiallisesti inertti elektrolyytin suhteen, päällyste voi olla huokoinen päällyste. Jos kuitenkin alusta ei ole kemiallisesti inertti elektrolyytin suhteen, täytyy päällysteen olla tiivis reaktioiden estämiseksi alustan ja elektrolyytin tai 10 elektrolyysituotteiden välillä.

Sideaine on edullisesti hydrofobista materiaalia. Elektrodimateriaalina käytettäessä hydrofobinen sideaine aiheuttaa kuplien muodostumisen osasten pinnalle ja antaa maksimaalisen kosketuksen kaasun ja nesteen välille.

1.5 Jos sideaine ei ole hydrofobista, osasten pinta kostuu eikä kuplia muodostu.

Sideaineena voidaan käyttää eri tyyppejä hydrofobisia materiaaleja. Hydrofobinen materiaali voi olla poly-f1uorihiilivetyä, esimerkiksi polytetrafluorietyleeniä, 20 polyklooritrifluorietyleeniä, polytrifluorietyleeniä, polyvinyylifluoridia, polyvinylideenif1uoridia ja kopoly-meerejä mukaanluettuina interpolymeerit ja terpolymeerit, jotka sisältävät tetrafluorietyleeniä, trifluorietyleeniä, klooritrif1uorietyleeniä, vinyl ideenifluoridia ja vinyyli-25 fluoridia. Erikoisen edullinen on polytetraf1uorietyleeni.

Osaset sisältävät päällysteessä myös sähkökemia]-lisesti aktiivista, sähköä johtavaa katalyyttiä. Katalyytin valinta riippuu siitä prosessista, jossa elektro-dimateriaalia käytetään. Esimerkkeihin näistä prosesseista 30 kuuluvat hapen pelkistys ja vedyn hapetus. Hapen pelkistystä varten suositeltavat katalyytit sisältävät materiaaleja kuten hiilimustaa, platinaa, hopeaa ja aktivoitua hiiltä. Hiilimusta on erikoisen edullista sen hyvien fysikaalisten ominaisuuksien ja saatavuuden vuoksi.

35 Suositeltavien hiilimustakatalyyttinen pinta-ala on 6 73245 100-1000 neliömetriä grammaa kohti katalyyttiä. Erikoisen edullista ovat ne, joiden pinta-ala on 150-500 neliömetriä grammaa kohti katalyyttiä.

Alusta voidaan päällystää osittain tai täysin side-aine/katalyytti-seoksella. Edullisesti päällyste peittää 5 oleellisesti kokonaan osasten pinnan. Päällysteen paksuus voi olla jokin sopiva. Noin 0,025 mm paksuus on erikoisen suositeltava. Tällöin saadaan riittävä päällyste osasten pinnan peittämiseksi oleellisesti kokonaan, kuitenkin se on riittävän ohut osasten peittämiseen vaadit-10 tavan katalyytti/sideaine-seoksen säilyttämiseksi. Suuremmat kuin 0,125-0,150 mm olevat paksuudet ovat epätaloudellisia, koska huomattava katalyytin osuus on saavuttamattomissa reaktiota varten sen ollessa lisäkatalyytin ja sideaineen peittämä.

15 Haluttaessa päällysteeseen voi sisältyä peroksidin hajoituskatalyyttiä. Tällöin käytettynä peroksidin hajoitus-katalyyttiä voi olla sekä osasten ulkopinnalla että myös osasten sisäpinnalla. Edullisia ovat osaset, joissa peroksidin hajoituskatalyytti on alustan ulkopinnalla, 20 koska katalyyttiä ei tällöin tuhlata, sillä peittynyt katalyytti on tehoton.

Alalla tunnetaan peroksidin hajoituskatalyyttejä ja ovat ne tyypillisesti siirtymämetalle ja, jotka omaavat vedyn adsorptio-ominaisuuksia. Suositeltaviin peroksidin 25 hajoituskatalyytteihin kuuluvat kupari, hopea, platina, kulta ja näiden seokset tai yhdisteet. Hopea ja platina ja niiden seokset sekä yhdisteet sekoitettuina hiilimustan kanssa ovat erikoisen edullisia.

Toisen erikoisen edullisen ryhmän tunnettuja 30 peroksidin hajoittamiskatalyyttejä muodostavat (1) alkali-metallien, maa-alkalimetal1 ien ja ryhmän IIIB metallien yhdisteet (2) siirtymämetallien kanssa, joille yhdisteille on edelleen tunnusomaista sähkökatalvyttinen tai pinta-katalyyttinen ominaisuus. Erikoisen edullisia ovat 35 perovskiitit.

ti 7 73245

Keksinnön alueeseen kuuluu menetelmä päällystettyjen osasten valmistamiseksi, joita voidaan käyttää elektrodimateriaalina. Päällystetyt osaset valmistetaan muodostamalla nestemäinen seos hienojakoisesta alusta-5 materiaalista, sähkökemiallisesta aktiivisesta, sähköä johtavasta katalyytistä ja sideaineesta. Katalyytti liitetään alustaan jähmettämällä nestemäinen seos. Tällöin muodostuu osasia, joiden pinta on ainakin osittain sideaineen ja katalyytin peittämä.

10 Nestemäinen seos muodostetaan alunperin sekoitta malla hienojakoista alustamateriaalia katalyytin ja sideaineen kanssa. Seos voidaan tehdä nestemäiseksi jollakin sopivalla tavalla. Sideaine itse voidaan kuumentaa lämpötilaan, jossa se pehmenee tai sulaa. Se voidaan peh-15 mentää tai sulattaa ennen sekoittamista katalyytin ja alustamateriaalin kanssa tai in situ katalyytin ja alus-tamateriaalin kanssa. Alan asiantuntijat tuntevat useiden sideaineiksi soveltuvien materiaalien pehrcenemis-ja sulamislämpötilat. Ne voidaan löytää useista kemian 20 viitekirjoista tai käsikirjoista.

Vaihtoehtoinen menetelmä nestemäisen seoksen muodostamiseksi on sideaineen, katalyytin ja alustamateriaalin dispergoiminen nestemäiseen väliaineeseen. Voidaan käyttää useita nestemäisiä väliaineita, jotka 25 eivät reagoi seoksen kolmen aineosan kanssa. Erikoisen edullinen on vesi tai muu nestemäinen materiaali, joka ei liuota mitään seoksen aineosista. Dispersio voidaan valmistaa aineosien sekoittamisen jälkeen keskenään tai yksi aineosista voidaan dispergoida nesteeseen ennen 30 sekoittamista muiden aineosien kanssa. On tärkeää dispergoida aineosat riittävän hyvin nestemäiseen väliaineeseen .

Kolmas tapa nestemäisen seoksen valmistamiseksi on sideaineen liuottaminen liuottimeen. Liuotettu side-35 aine voidaan sitten sekoittaa katalyytin ja alustamateriaalin kanssa. Liuottimella ei saa olla kykyä liuottaa enempää alustamateriaalia kuin katalyyttiäkään. Sideai- 8 73245 ne voidaan liuottaa ennen aineosien sekoittamista tai sen jälkeen.

Nestemäisen seoksen muodostamisen jälkeen se kiinteytetään katalyytin sitomiseksi alustaan. Seos voi-5 daan kiinteyttää jollakin useista tavoista. Kiinteyttä- mismenetelmä riippuu hieman siitä menetelmästä, jota alunperin käytettiin nestemäisen seoksen muodostamiseen.

Jos nestemäinen seos muodostetaan sulattamalla tai pehmentämällä sideaine, pelkkä seoksen jäähdytys kiinteytit) tää sideaineen. Jos nestemäinen seos on muodostettu dis-pergoimalla yksi tai useampia aineosia nestemäiseen väliaineeseen, kiinteyttäminen voidaan suorittaa poistamalla nestemäinen väliaine seoksesta. Nestemäinen väliaine voidaan poistaa kuumentamalla seosta nestemäisen väliai-15 neen haihduttamiseksi tai sijoittamalla seos tyhjiöön nestemäisen väliaineen haihduttamiseksi. Jos nestemäisen seoksen muodostamiseksi käytettiin sideaineen liuottamista liuottimeen, kiinteyttäminen voidaan tehdä poistamalla liuotin. Liuotin voidaan poistaa kuumentamalla tai haih-20 duttamalla liuotin tyhjiössä liuottimen poistamiseksi tai antamalla liuottimen reagoida jonkun muun aineosan kanssa.

Haluttaessa seosta sen kiinteyttämisen aikana voidaan käsitellä tavalla, joka estää päällystettyjen osasten kiinnitarttumisen toisiinsa yhden yhtenäisen mas-25 san muodostamiseksi. Sekoitus on sopiva tapa estää osasten kiinnitarttuminen toisiinsa kiinteyttämisen aikana. Käytetyn sekoituksen määrä ja voimakkuus on minimaalinen ja se voidaan suorittaa pelkästään sekoittamalla tai te-laamalla materiaalia sen jähmettyessä. Sekoitus kiinteyt-30 tämisen aikana parantaa myös päällystyksen tasaisuutta alustalla.

Haluttaessa päällystettyjä osasia voidaan kiinteyttämisen jälkeen kuumentaa lämpötilaan, joka on lähellä sideaineen pehmenemispistettä tai sen yläpuolella materi-35 aalin kiinnittymisen parantamiseksi alustaan. Kuumennus tähän lämpötilaan pehmentää sideaineen ja se sekoittuu paremmin katalyytin kanssa ja kiinnittyy lujemmin alustaan.

9 73245

Haluttaessa voidaan osasten päällystysvaihe toistaa useita kertoja. Tällä tavalla voidaan valvoa päällysteen määrää ja paksuutta riippuen siitä, kuinka monta kertaa käsittely toistetaan. Päällysteen paksuus ei keksinnön mukaan ole kriittinen.

5 Haluttaessa voidaan lisätä pinta-aktiivista ainetta nestemäiseen seokseen, jolloin sideaine kostuttaa paremmin alustan ja katalyytin. Tämä Lakaa paremman kosketuksen ja seoksen tasaisemman jakautumisen, On edullista käyttää pinta-aktiivista ainetta, 10 joka voidaan poistaa osasilta kiinnittymisen tapahduttua. Tämä on edullista, koska elektrodimateriaalina käytettäessä on suositeltavaa, jos elektrolyytti ei kostuta päällystettyjä osasia. Kuten edellä on mainittu, kaasukuplien muodostuminen on toivottavaa osasten pin-15 nalle. Pinta-aktiivisen aineen läsnäolo tällöin vähentäisi kaasukuplien muodostumista, koska elektrolyytti kostuttaisi osasia paremmin. Täten suositeltavat pinta-ak-tiiviset aineen ovat ei-ionisia pinta-aktiivisia aineita, jotka voidaan hajoittaa lämmön avulla ja joista jää jäl-20 jelle vain hiilijäännös. Alalla tunnetaan hyvin näitä pinta-aktiivisia aineita eikä niitä tarvitse tarkemmin esitellä.

Haluttaessa osaset voidaan pestä niiden kiinnittämisen jälkeen mahdollisen katalyytin poistamiseksi, 25 joka ei ole kiinnittynyt alustaan. Vesi tai jokin muu neste, joka ei liuota mitään päällysteen aineosia, on sopiva. Vesi on erikoisen edullinen sen käyLtömukavuuden Vuoksi.

Katalyytin ja sideaineen paino- ja tilavuussuhde 30 alustamateriaaliin riippuu alustalle halutusta päällystys-asteesta. Jos halutaan pieni määrä päällystettä, ilmeisesti vain pieni määrä katalyyttiä ja sideainetta sekoitetaan alustamateriaalin kanssa nestemäisen seoksen saamiseksi .

35 Kääntäen, jos halutaan paksu päällyste, täytyy 10 73245 katalyytin ja sideaineen määriä suurentaa.

Katalyvttimäärän suhdetta sideainemäärään voidaan vaihde]la verrattain laajalla alueella. Esimerkiksi jos hiilimustaa käytetään katalyyttinä ja polytetrafluori-5 etyleeniä käytetään sideaineena, voidaan käyttää painosuhteita 4:] — 1:4. Suositeltavat hii]imusta/PTEF-suhteet ovat painon mukaan välillä 1:5 - 1,5:1. Muita katalyyttejä ja sideaineita voidaan myös käyttää näillä samoilla 10. yleisillä suhteilla.

Jos katalyyttinä käytetään metal l.i jauhetta, kuten hopeaa, platinaa tai muita metalleja, on edullista ilmaista suhde tilavuuden mukaan painon asemasta. Metalli-jauheen suhde sideaineeseen voi tilavuuden mukaan olla 15 alueelle 4:1 - 1:4. Edullisesti tämä suhde on välillä 1:1,5 - 1,5:1.

Haluttaessa voidaan eri tyyppejä muita katalyyttejä lisätä nestemäiseen seokseen. Eräs tässä esiteltävän keksinnön toteutus käsittää peroksidin hajaut-tamiskatalyvtin lisäämisen yhdessä hiilimustakatalyytin 20. kanssa. Jos molempia näitä katalyytti tyyppejä käytetään, 1-35 painoprosenttia käytetystä kokonaiskatalyyttimää-rästä täytyisi olla peroksidin hajoittamiskatalyyttiä ja 65-99 painoprosenttia katalyytin kokonaismäärästä täytyisi olla hiilimustakatalyyttiä. Edullisesti 3-10 prosenttia katalyytistä on peroksidin hajoittamiskata-25 lyyttiä ja 90-97 prosenttia katalyytistä on hiilimusta-katalyyttiä. Tätä kata!yyttiseosta on käytettävä edellä esitetyissä suhteissa käsi Leitäessä katalyytin suhdetta sideaineeseen.

Tavallisesti peroksidin hajoittamiskatalyyiti, jota käytetään muodostamaan nestemäinen seos, on esi-30 vaihekatalyytti, Toisin sanoen, materiaali, jota käytetään nestemäisessä seoksessa, on katalyytin yhdiste, joka täytyy termisesti tai kemiallisesti hajoittaa katalyytin itsensä muodostamiseksi.

11 73245 Tämä terminen tai kemiallinen hajoitus voi liittyä johonkin menetelmävaiheeseen valmistettaessa päällystettyjä osasia. Edullisesti materiaali hajoitetaan termisesti tai kemiallisesti ennen sekoitusta sideaineen ja alusta-materiaalin kanssa. Tällöin voidaan paremmin valvoa kata-5 lyytin esivaiheen termistä tai kemiallista hajaantumista. Lisäksi saavutetaan suurin mahdollinen kosketus hiili-mustan ja peroksidin hajoituskatalyytin välille, Jos nämä kaksi ainetta sekoitetaan ja hajoitetaan ennen sekoittamista aiustamateriaalin ja sideaineen kanssa, saavutetaan suurin 10 mahdollinen kosketus hiilimustan ja peroksidin hajoitus-katalyytin välille.

Tässä esiteltävät päällystetyt osaset soveltuvat käytettäviksi elektrodimateriaalina, koska ne johtavat sähköä ja ovat katalyyttisesti tehokkaita. Niitä voidaan 15 sopivasti käyttää pakattuna kerroselektrodina. Tällöin ne muodostetaan kerrokseksi ja tuetaan jollakin sopivalla tavalla kennoon. Ne yhdistetään sähköisesti teholähteeseen, joka liittyy kennoon. Haluttaessa voidaan käyttää virtakokoojaa. Virtakokooja voi olla metallilankaverkosta 20 valmistettu pussi, metalliverkkolaatikko tai vastaava, joka ympäröi katalvyttiosasia ja sisältää ne.

Jos päällystettyihin osasiin sisältyy peroksidin hajoittamiskatalyyttiä, osasia voidaan käyttää kennossa hydroksidin valmistamiseksi. Jos päällystetyt osaset 25 eivät sisällä peroksidin hajoituskatalvyttiä, osasia voidaan käyttää kennossa peroksidin valmistamiseksi.

Tässä esitettyjä osasia käyttävän menetelmän suositeltava toteutuksen mukaan vesipitoista alkalimetal1i-halidisuolaliuosta syötetään elektrolyyttiseen kennoon, 30 jossa on anodin sisältävä anoiyvttiosasto ja katodin sisältävä katolyyttiosasto ja haluttaessa ioneja läpäisevä estokerros niiden välillä. Tavallisesti anodi on kaivonmuodostavaa metallia, esimerkiksi titaania, tan-taalia, volframia, kolumbiumia tai vastaavaa varustet-35 tuna sopivalla sähkökatalyyttisel1ä pinnalla. Alalla 12 732 4 5 tunnetaan sopivia anodisia sähkökatalyyttisiä pintoja ja niihin kuuluvat siirtymämetallit, siirtymämetallien oksidit, siirtymämetallien erikoisesti platinaryhmän metallien yhdisteet, platinaryhmän metallien oksidit ja platinaryh-5 män metallien yhdisteet. Erikoisen suositeltavia ovat platinaryhmän metallien yhdisteiden seokset kalvonmuodosta-vien metallien, s.o. titaanin, tantaalin, volframin, ko-lumbiumin ja vastaavien oksidien kanssa.

Ioneja läpäisevä estokerros voi olla elektrolyyt-10 tiä läpäisevä diafragma, esimerkiksi saostettu asbesti- diafragma, esimuotoiltu asbestidiafragma tai mikrohuokoi-nen synteettinen diafragma. Vaihtoehtoisesti ioneja läpäisevä estokerros voi läpäistä ioneja mutta ei läpäise elektrolyyttiä kuten kationiselektiivinen, permioninen membraa-15 ni. Tyypillisiä kationiselektiivisiä permionisia membraa-neja ovat fluorihiilivety-polymeerit, joihin liittyy hap-poryhmiä. Tyypillisiä liittyviä happoryhmiä ovat sulfoni-happoryhmät, karboksyylihapporyhmät, fosfonihapporyhmät, fosforihapporyhmät, niiden esivaiheet ja niiden reaktio-20 tuotteet.

Anolyyttiliuos on tavallisesti vesipitoinen suolaliuos, joka sisältää 120-250 grammaa litraa kohti nat-riumkloridia tai 180-370 grammaa litraa kohti kaliumklo-ridia ja sen pH-arvo on tyypillisesti 1,5-5,5. Suolaliuos-25 syöttö on tyypillisesti kyllästetty tai oleellisesti kyllästetty suolaliuos, joka sisältää 300-325 grammaa litraa kohti natriumkloridia tai 450-500 grammaa litraa kohti kaliumkloridia. Elektrolyyttikennosta talteenotettu katolyyttiliuos voi olla liuos, joka sisältää noin 30 10-12 painoprosenttia natriumhydroksidia ja 15-25 paino prosenttia natriumkloridia tai noin 15-20 painoprosenttia kaliumhydroksidia ja noin 20-30 painoprosenttia kaliumkloridia käytettäessä elektrolyyttiä läpäisevää estoker-rosta. Vaihtoehtoisesti katolyyttituote voi sisältää 35 10-45 painoprosenttia natriumhydroksidia tai 15-65 paino prosenttia kaliumhydroksidia käytettäessä ioneja läpäi- ti 13 73245 sevänä estokerroksena kationiselektiivistä nermionista membraania, joka on sijoitettu anodin ja katodin väliin.

Hapetettavaa ainetta, esimerkiksi hanpea, ilmaa tai hapella rikastettua ilmaa syötetään edullisesti 5 katolyyttiosastoon, kun sähkövirtaa johdetaan katodiosas-tosta anodiosastoon, kl oorin saamiseksi anodi tuotteena ja aikaiimetal1ihydroksidin saamiseksi kaLodituotteena, jolloin on tunnusomaista kaasumaisen vetytuotteen puuttuminen. Keksintö kohdistuu erikoisesti suositeltavaan pa-10 kattuun kerroskatodiin, joka sisältää tässä esitettyjä päällystettyä osasia.

Keksinnön seuraavan toteutuksen mukaan saadaan elektrolyyttinen kenno, jossa on anolvyttiosasto, joka on valmistettu materiaalista, joka kestää väkevöitvjä, 15 kloorattuja ai kaiimetallikioridiliuoksia, anodi anolyytti-osastossa, katolyyttiosasto valmistettuna materiaalista, joka kestää väkevöityjen ai kaiimetal1ihvdroksidiliuosten vaikutusta, katodivälineet mainitussa katodiosastossa ja inoneja läpäisevä estokerros sijoitettuna anodin ja 20 katodivälineiden väliin. Tässä esitetylle elektrolyyttiselle kennolle on tunnusomaista katolyyttiosasto, jossa on välineet hapettavan aineen syöttämiseksi katodiosas-toon ja katodivälineet, jotka muodostuvat vksittäisistä osasista.

25 Tässä esitettyjä osasia käyttävän menetelmän toisessa suositeltavassa toteutuksessa peroksidin valmistamiseksi vesipitoista hydroksidiliuosta syötetään edellä-esitettyyn elektrolyyttiseen kennoon käyttämättä kuitenkaan ioninvaihtomembraania^ Anoiyyttisvöttö on tyypillisesti vesiliuos, joka sisältää 15-100 grammaa litraa kohti 30 natriumhydroksidia. Elektrolyyttikennosta talteenotettu katolyyttiliuos voi olla katolyyttiliuos, joka sisältää noin 0,5-3 painoprosenttia vetyperoksidia ja 15-150 grammaa litraa kohti natriumhydroksidia.

Kuten edellä on mainittu, hapettavaa ainetta, csi-35 merkiksi happea, ilmaa tai hapella rikastettua ilmaa 14 73245 syötetään katolyyttiosastoon johdettaessa sähköyirta katodiosastosta anodiosastoon, jolloin s^ad^an happea ja vettä oleva anodituote ja alkalimetal1ihvdroksidia ja peroksidia oleva katodituote, jo]loin tunnusomaista on kaasumaisen vetytuotteen oleellinen puuttuminen. Keksintö 5 kohdistuu erikoisesti katodivälineisiin reaktion suorittamiseksi, jotka katodivä]ineet muodostuvat edelläesi-tetyistä päällystetyistä osasista.

Keksinnön seuraavan toteutuksen mukaan saadaan elektrolyyttinen kenno, jossa on anolyvttiosasto valmis-10 tettuna materiaalista, joka kestää väkevöityjen, alkali-metallihydroksidien vaikutusta, anodi anolvyttiosastossa, katol.yyttiosasto valmistettuna materiaalista, joka kestää väkevöityjen alkalimetallihydroksidil iuosten vaikutusta, katodivä! ineet mainitussa katodiosastossa ja ioneja läpäi-15 sevä estokerros sijoitettuna anodin ja katodivä!ineiden väliin. Tässä esitetyllä elektrolyyttiselle kennolle on tunnusomaista kato!yyttiosasto, jossa on välineet hapet-tayan aineen syöttämiseksi elektrolyyttiin katodiosastoon ja katodivälineet, jotka muodostuvat yksittäisistä huokoi-20 sista osasista.

Esimerkki _1

Katalyyttisestä aktiivisen päällysteen valmistamiseksi sekoitettiin 0,7 grammaa hiilimustaa 20 millilitran kanssa hopea-asetaatin vesiliuosta, joka sisälsi 10 grammaa 25 hopea-asetaattia litraa kohti liuosta. Yksi tippa pinta-aktiivista ainetta (Triton^ X-l00, tuote, jota valmistaa Rohm and Haas Co.) lisättiin hiilimustan kostumisen parantamiseksi. Seos kuivattiin sitten uunissa noin 100°C lämpötilassa. Seosta kuumennettiin sitten yksi tunti 350°C lämpö-30 tilassa typpiatmosfäärissä hopea-asetaatin hajoittamiseksi termisesti. Tämä materiaali sekoitettiin sitten 3,5 gramman kanssa suhteessa 1:10 olevaa vesiemulsiota (1 osa Teflon^ 30B, tuote, jota valmistaa E.I. duPont de Nemours & Co., fluoripolymeeriä 10 osassa vettä). Näiden välille 35 muodostui liete. Lietteeseen lisättiin 10 grammaa gra- fiittiosasia (US-meshluku -10 +20). Sekoittamisen jälkeen tl is 73245 materiaali kuivattiin 100°C lämpötilassa. Materiaalia kuumennettiin sitten yksi tunti 350°C lämpötilassa tvppiatmosfäärissä. Saadut osaset olivat grafiitti-osasia, joiden pinnalla oli hiili/fluorihiilivety/hopea-5 päällyste.

Esimerkki 2

Annettiin elektrolyyttinen kenno tässä esitetyllä tavalla. Kenno sisälsi anodin ja katodin huokoisen as-bestidiafragman erottamina. Katodi muodostui esimerkin 10 mukaan valmistetuista pakatusta osasten kerroksesta.

Anodi oli ruteniumoksidilla päällystettyä titaania.

Natriumkloridisuolaliuosta, joka sisälsi noin 300 grammaa litraa kohti natriumkloridia, johdettiin anodin sisältävään osastoon. Happikaasua johdettiin 15 katodin muodostavien osasten välisiin aukkoihin. Sähkövirta, jonka jännite oli noin 2 volttia ja virtatiheys 2 noin 15,5 A/dm , johdettiin anodin ja katodin väliin suolaliuoksen elektrolyysin suorittamiseksi. Anodilla muodostui kloorikaasua ja katodilla muodostui natriumhydrok-20 sidia.

Claims (17)

1. Elektrodimateriaalina käyttökelpoinen osanen, joka muodostuu tavallisesti pallomaisesta alustasta, joka on 5 terästä, rautaa, grafiittia, nikkeliä, platinaa, kuparia tai hopeaa, tunnettu siitä, että alusta on oleellisesti kokonaan päällystetty seoksella, jonka muodostavat hydrofobinen sideaine ja sähkökemiallisesta aktiivinen, sähköä johtava katalyytti, joka on hopea, hiilimusta, platina, 10 aktivoitu hiili tai näiden seos, jolloin osasten läpimitta on 0,3 mm - 2,5 cm ja päällysteen paksuus on 0,025 - 0,125 mm.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen osanen, tunnet-t u siitä, että katalyytti on aktiivinen hapen pelkistämi- 15 selle.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen osanen, t u n- 2 n e t t u siitä, että katalyytin pinta-ala on 100-1000 m /g katalyyttiä.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen osanen, tunne t- 2 20. u siitä, että katalyytin pinta-ala on 150-500 m /g katalyyttiä.

5. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen osanen, tunnettu siitä, että alusta on sähköisesti johtava.

6. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukai nen osanen, tunnettu siitä, että sideaine on kiinteä fluorihiilivety.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen osanen, tunnet-t u siitä, että kiinteä fluorihiilivety on polytetrafluori- 30 etyleeni.

8. Menetelmä elektrodimateriaalina käyttökelpoisten päällystettyjen osasten valmistamiseksi, tunnettu siitä, että osasina olevasta alustasta, sähkökemiallisesti aktii- 35 visesta, sähköä johtavasta katalyytistä ja sideaineesta muo- »1 17 73245 dostetaan juokseva seos, ja katalyytti kiinnitetään osasina olevaan alustaan kiinteyttämällä juokseva seos, jolloin alusta on terästä, rautaa, grafiittia, nikkeliä, platinaa, kuparia tai hopeaa.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että juokseva seos muodostetaan kuumentamalla sideaine lämpötilaan, joka on ainakin yhtä korkea kuin sen pehmenemislämpötila.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, t u n -10 n e t t u siitä, että juokseva seos muodostetaan dispergoi- malla katalyytti, sideaine ja alusta nesteeseen.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katalyytti kiinnitetään alustaan kuumentamalla seosta, jolloin neste haihtuu.

12. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että katalyytti kiinnitetään alustaan jäähdyttämällä seos lämpötilaan, joka on alempi kuin sideaineen pehmenemislämpötila.

13. Jonkin patenttivaatimuksista 8-12 mukainen mene-20 telmä, tunnettu siitä, että katalyyttinä käytetään hiilimustaa ja hiilimustan painosuhde sideaineeseen on 4:1— 1:4.

14. Jonkin patenttivaatimuksista 8-13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että seokseen lisätään pinta- 25 aktiivista ainetta.

15. Jonkin patenttivaatimuksista 8-14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään katalyyttiä, joka on peroksidia hajoittava katalyytti.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, t u n-30 n e t t u siitä, että peroksidia hajoittavaa katalyyttiä ja sideainetta käytetään tilavuussuhteessa 4:1-1:4.

17. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että seoksessa käytetään katalyyttiä, jonka kokonaismäärästä 1-35 painoprosenttia on peroksidia ha- 35 joittavaa katalyyttiä ja 65-99 painoprosenttia on hiilimustaa. is 732 4 5