161405. lajstromszámú szabadalom • Eljárás hidrofób gáz-elektródák előállítására elektrokémiai áramforrásokhoz
161405 3 4 ben visszük fel a katalizátor-hidrofób anyag (pl.; teflon-diszperzió) keverékét egy elektromosan jól vezető hálóra (pl. Ni, Ag, Pt stb.). A rétegeket úgy alakítjuk ki, hogy egy alapréteget viszünk fel az üres hálóra (mindkét oldalra egyenletesen). Ez, az addig lyukacsos hálót egy ^lemezzé" alakítja, amelynek két oldala már külön megmunkálható. Ezután az alapréteg egyik és másik oldalára különböző összetételű réteget viszünk fel, majd az elektródot szárítjuk és hengereljük. Ezt követően az elktródra újabb rétegpárt vihetünk fel, amit ismét szárítunk és hengerlünk és így tovább, a kívánt rétegszám, illetve •• rétegvastagság eléréséig. Az egyes rétegek hidrofób anyag tartalmát, illetve nedvesedési szögét növeljük, illetve 90° — 107° közé állítjuk be az elektróda gázdoldala felé, másrészt az elektróda középső rétegét a lúgoldali réteg hidrofób anyag tartalmával azonos, vagy annál kevesebb hidrofób anyagot tartalmazóvá állítjuk be — attól függően, hogy milyen a katalizátor fajlagos felülete. Ezáltal a középső réteg ún. „hidrofób anyag-csapdaként" működik a további rávitt rétegek hidrofób anyag beszivárgásának a kiegyenlítésére. Az egyes rétegeket kb 200 C°-on megszárítjuk, majd erősen meghengereljük. A teljes katalizátor mennyiség felvitele után az elektródát egyszer 3 percig 330 C°-on színtereljük. A többrétegű elektróda, illetve a növekvő nédvességi szögű rétegekkel azt a hatást érjük el, hogy a pórusméret eloszlásból adódó nagyobb pórusok miatti elázást, illetve nedvesedést meg tudjuk szüntetni, így az elektródában nagyobb katalizátor felület vesz részt az elektrokémiai folyamatban. A nagyobb pórusok folyását, illetve az elektróda elázását úgy is meg lehetne akadályozni, hogy az egész elektródába több hidrofób anyagot — a továbbiakban — pl. teflont teszünk. Ebben az esetben azonban kevesebb lúg kerülne az elektródába — azaz a három fázisú réteg a lúgoldal felé tolódna el — így megint kevesebb katalizátor venne részt a kémiai reakcióban, és az anyagtranszport folyamatok rosszabbak lennének. A középső rétegben a „teflon-csapda" létrehozásával megakadályozzuk, hogy a további rétegek felkenésekor az elektróda középső rétege — ahol a háromfázisú működő réteg kialakul — teflonban erősen feldúsuljon. A nagy teflontartalom esetén ugyanis egyrészt módosulna az elektróda középső rétegében a háromfázisú működő zóna, másrészt csökkenne az elektróda anyagtranszportja, illetve terhelhetősége. A fentiek szerint a rétegek növekvő nedvesedési szögével és az ún. „teflon-csapdával " lehetővé válik, hogy vékonyabb elektródát készítsünk. A vékony rétegben biztosítani tudjuk a háromfázisú réteg kialakulását, és a lúg szivárgásának a megszüntetését ugyanúgy, mint a régi módszerrel készült vastagabb elektródák esetében. Az új eljárás előnyei: Egyszerűbb az elektróda gyártási technológiája (elmarad az alumínium-fóliára való szórás, a meleg préselés stb.). Csökkenteni tudjuk a Pt katalizátor mennyiségét (1—20 mg/cm2 ). A vékonyabb elektródának jobbak az anyagtranszport tulajdonságai. A Pt katalizátornál kevésbé aktív, de olcsóbb katalizátorok (pl. ezüst, palládium stb.) felhasználásával, azonos hatást tudunk elérni, mint a régi módszerrel készült Pt elektródánál. (Pl. 30—40 5 mg/cm2 Ag.) . '•: Az olcsóbb katalizátorok felhasználása lehetővé teszi a cellák kommersz gyártásat, illetve eladását, így lehetővé válik pl. targoncák^/hajók, vonatok stb.) hagyományos akkumulátorainak aLkiváltása. ío V;^; ', 1. példa Többrétegű oxigén, illetve levegő, elektród ké-15 szítése ezüstoxid katalizátorral.! ,f.;-/ ." ;.: A többrétegű elektród készítésének lényege az, hogy katalizátor por és hígított teflon diszperzió összekeverésével pasztaszerű anyagot készítünk, amelyet több rétegben felkenünk egy hálóra. Az 20 egyes rétegeket felvitelük után szárítjuk és hengerléssel tömörítjük. A rétegek száma minimálisári 2, a felső határt csak az elektród mégengedett teljes vastagsága és az egy műveletben félvihető legvékonyabb rétegvastagság korlátozza. Á módiszer-25 bői adódó előnyök már 3—7 réteg alkalmazása esetén éreztetik hatásukat. A rétegeket ki lehet alakítani úgy, hogy a hálónak mindig csak az egyik oldalát kenjük (ezt a következő számsorral lehet jellemezni: 1, 2, 3, 4, 5) ez esetben az. elektród 30 aszimmetrikus lesz, ami vezetési és szilárdsági szempontból kedvezőtlen. A célszerű módszer az, hogy a rétegeket rétegpárok formájában a háló mindkét oldalára szimmetrikusan visszük fel; (ezt a következő számsor jellemzi: 3, 2, 1, 2, 3). 35 Egy ötrótegű elektród kialakításához a következő katalizátor hígított teflon diszperzió (Algo_ flon D60) keverékeket használjuk: 40 A) 5 g katalizátor 4 ml 1:16 TD B) 5 g katalizátor 10 ml 1:16 TD 45 C) 5 g katalizátor 6 ml 1:4 TD D) 5 g katalizátor 50 6 ml 1:2 TD E) 5 g katalizátor 6 ml 1: 1 TD 55 A rétegeket az 1. táblázatban látható sorrendben visszük fel. 60 Rétegszám 3 2 1 2 3 összetétel A B CD E 65 1. táblázat 3
