EA 027322B1 20170731

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000027322b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Способ изготовления газодиффузионного электрода, включающий следующие этапы: a) получение пасты, содержащей фторсодержащее связующее и проводящий порошок; b) каландрирование упомянутой пасты на слои толщиной менее 2 мм; c) ламинирование упомянутых слоев на армирующий элемент под горячим прессом при температуре 100-150°С и давлении 12-24 кПа для получения ламинированной структуры; d) доведение температуры до 300-400°С и давления до 25-50 кПа и выдерживания полученной на этапе с ламинированной структуры при этих условиях; e) выравнивание давления до атмосферного и подвергания ламинированной структуры воздействию воздуха с вызыванием спекания; f) литье спеченной структуры под горячим прессом при температуре 300-400°С и давлении 30-60 кПа.

2. Способ по п.1, в котором продолжительность упомянутых этапов с, d и f составляет от 15 до 60 мин, а длительность упомянутого воздействия воздуха при атмосферном давлении на этапе е составляет от 1 до 15 мин.

3. Газодиффузионный электрод, изготовленный способом по п.1 или 2, содержащий газодиффузионный слой, ламинированный на армирующий элемент, при этом упомянутый газодиффузионный слой состоит из спеченной и отлитой композиции токопроводящего порошка/фторсодержащего связующего, при этом узел ламинированного газодиффузионного слоя/армирующего элемента имеет модуль продольной упругости по меньшей мере 10000 МПа.

4. Газодиффузионный электрод по п.3, в котором модуль продольной упругости упомянутого узла газодиффузионного слоя/армирующего элемента составляет в диапазоне от 15000 до 120000 МПа.

5. Газодиффузионный электрод по п.3 или 4, в котором упомянутый армирующий элемент выбран из группы, состоящей из металлической просечно-вытяжной сетки, металлической тканой сетки, металлической пены, углеродного или металлического полотна или войлока.

6. Газодиффузионный электрод по любому из пп.3-5, в котором упомянутый токопроводящий порошок в упомянутой композиции является углеродной сажей.

7. Газодиффузионный электрод по любому из пп.3-6, в котором упомянутое фторсодержащее связующее в упомянутой композиции является политетрафторэтиленом (PTFE), перфторалкокси (PFA) или фторированным этиленпропиленом (FEP).

8. Газодиффузионный электрод по п.6 или 7, в котором отношение массы углеродного порошка к массе фторсодержащего связующего в упомянутой композиции составляет в диапазоне от 1 до 2.

9. Газодиффузионный электрод по любому из пп.3-8, дополнительно содержащий слой катализатора, осажденный на упомянутый газодиффузионный слой с противоположной стороны от упомянутого армирующего элемента.

10. Газодиффузионный электрод по п.9, в котором упомянутый слой катализатора состоит из повторно отлитого слоя иономера, содержащего порошок катализатора.

11. Газодиффузионный электрод по п.9, в котором упомянутый слой катализатора состоит из спеченной и отлитой композиции порошка катализатора на углеродном носителе/фторсодержащего связующего, ламинированной на упомянутый газодиффузионный слой.

12. Электрохимическая ячейка, содержащая по меньшей мере одну газовую камеру и одну жидкостную камеру, разделенные газодиффузионным электродом по любому из пп.3-11, при этом газовая камера является либо анодной камерой, предназначенной для окисления потока водорода на поверхности газодиффузионного электрода, либо катодной камерой, предназначенной для восстановления потока кислорода на поверхности газодиффузионного электрода.

13. Электролитическая ячейка п.12, предназначенная для гидравлического напора по меньшей мере 20 кПа в жидкостной камере.

14. Ячейка по п.12 или 13, выбранная из группы, состоящей из ячеек для электровыделения металлов с водородной деполяризизацией, электролизных ячеек для получения хлора и щелочи с кислородной деполяризацией, деполяризованных ячеек для электродиализа и топливных элементов.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Евразийское 027322 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.07.31
(21) Номер заявки 201490334
(22) Дата подачи заявки
2012.09.13
(51) Int. Cl.
C25B11/03 (2006.01) C25C 7/02 (2006.01) H01M 4/86 (2006.01) B01D 61/46 (2006.01) C25B11/04 (2006.01)
(54) ГАЗОДИФФУЗИОННЫЙ ЭЛЕКТРОД
(31) 61/535,057
(32) 2011.09.15
(33) US
(43) 2014.06.30
(86) PCT/EP2012/067974
(87) WO 2013/037902 2013.03.21
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ИНДУСТРИЕ ДЕ НОРА С.П.А. (IT)
(72) Изобретатель:
Гулла Андреа Франческо, Красовиц Джулия Линн (US)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(56) EP-A1-1076115
US-A1-2003162081 WO-A1-03023090 US-A-4614575 US-A1-2006180798
(57) Изобретение относится к газодиффузионному электроду, снабженному спеченным и отлитым газодиффузионным слоем с высоким модулем упругости. Электрод является полезным в качестве поглощающего водород анода или поглощающего кислород катода деполяризованных электролитических ячеек, таких как ячейки для электровыделения металлов, электролизные ячейки для получения хлора и щелочи или ячейки для электродиализа.
Область техники
Изобретение относится к структуре газодиффузионного электрода, применяемого в качестве газо-поглощающих анода или катода в электролитических ячейках.
Предпосылки создания изобретения
Использование газодиффузионных электродов хорошо известно в некоторых электрохимических процессах, особенно в области процессов деполяризованного электролиза, в которых применяют либо поглощающие водород аноды, либо поглощающие кислород катоды, и в топливных элементах. Газодиффузионные электроды обычно состоят из тонкого пористого газодиффузионного слоя с гидрофобными каналами для транспортировки газа через его толщу, необязательно снабжены катализатором и встроены в или ламинированы на токоотводящие элементы. Токоотводящие элементы могут также действовать как армирующие элементы в зависимости от конечного применения. Примерами токоотводящих элементов могут быть металлическая просечно-вытяжная или тканая сетка, металлическая пена, тканое или витое углеродное или металлическое полотно или войлок, углеродная бумага. Газодиффузионные слои могут состоять из пористых твердых композиций, состоящих из необязательно катализируемых токопроводя-щих порошков, например металлического, оксидного или углеродного порошков, в сочетании со связующим, обычно пластмассовым материалом, способным к образованию подходящих сеток, в которых удерживаются токопроводящие порошки. Газодиффузионные слои не являются самостоятельными элементами, при этом их обычно наносят на токоотводящий элемент посредством различных технологий, например, путем распыления водной суспензии этого компонента, или путем глубокой печати или нанесения покрытия из водной суспензии или пасты машиной шаберного типа. Газодиффузионные слои могут также быть сформированы в виде трафарета на инертной подложке, которую удаляют, например, путем отслаивания или выщелачивания, после ламинирования на токоотводящий элемент; однако отдельное формирование газодиффузионных слоев и последующее ламинирование является очень сложной операцией, поскольку газодиффузионные слои обычно являются очень тонкими и хрупкими, а также сложными для обработки. Газодиффузионные электроды могут содержать внедренный в газодиффузионный слой катализатор или могут быть катализированы посредством нанесения слоя подходящего катализатора поверх газодиффузионного слоя, обычно с обратной стороны токоотводящего элемента. Этот тип структуры дает тонкие электродные элементы с нечеткими размерами и слабой жесткостью, которые должны надлежащим образом поддерживаться соответствующими прокладками и токоотводами, как известно из уровня техники.
Газодиффузионные электроды могут использоваться для деполяризации электрохимических процессов, например, хлор щелочной электролиз может осуществляться при подаче кислорода к газодиффузионному катоду вместо выделения газообразного водорода на металлическом катоде с соответствующим энергосбережением около 30%. Однако поглощающий кислород катод в электролизере для получения хлора и щелочи с одной стороны должен быть обращен к газовой камере, а с другой стороны к жидкостной камере с электролитом, в которой производится раствор каустика. Известные газодиффузионные электроды могут не выдержать гидравлического напора полученного на электролизерах промышленного размера раствора каустика (т.е. с общей высотой, превышающей 30 см), который может быть компенсирован только до определенной степени избыточным давлением в газовой камере. Давление, оказываемое столбом жидкости, в действительности выше в нижней части, чем в верхней, до тех пор, пока не приняты специальные контрмеры, которые усложняют конструкцию ячейки, такие как громоздкая конструкция газового кармана из WO 03035939, очень дорогостоящая и не слишком надежная, или ячейки перколя-торного типа, как раскрытые в WO 03042430. Перколяторные элементы могут эффективно ослаблять гидравлический напор в жидкостных камерах, но в то же время являются дорогостоящими и добавляют нежелательные омические потери в конструкции ячейки. Перколяторы фактически состоят из пористых тел определенной минимальной толщины, наполненных жидким электролитом, одновременно действующих в качестве прокладок между газодиффузионными электродами и мембранных разделителей, необходимых для компенсации нечетких размеров и слабой жесткости газодиффузионных электродов, которые делают их непригодными для разграничения камеры с конечным зазором, с довольно маленькой толщиной.
Кроме того, могут быть выгодны электрометаллургические применения, такие как электровыделение металлов, благодаря энергосбережению, связанному с процессом деполяризации, в данном случае на стороне анода: электроосаждение металлов на самом деле происходит на катодной стороне соответствующих электролизеров, в то время как кислород выделяется на аноде. Замещение выделения кислорода окислением водорода на соответствующем газодиффузионном аноде приводит к очень значительному энергосбережению, однако усложнятся механическими характеристиками известных газодиффузионных электродов, делающими их неподходящими для разграничения камер с узким зазором, что ограничивает их применение в бездиафрагменных электролизных ячейках, типичных для электрометаллургических процессов. Кроме того, известные газодиффузионные электроды в этом случае также не способны выдерживать гидравлический напор растворов электролитов, обычно применяемых в электролизерах промышленных размеров.
Следовательно, было бы желательно предоставить газодиффузионный электрод с улучшенными
механическими характеристиками, пригодный для функционирования в качестве самостоятельного элемента с низкими допусками конструкции и достаточной жесткостью для разграничения камер с узким зазором электролизной ячейки, выполненный с возможностью обеспечения гидравлического барьера, способного выдержать гидравлический напор, типичный для промышленных электролизеров, например, 20 кПа или выше.
Краткое описание изобретения
В прилагаемых пунктах формулы изложены различные аспекты настоящего изобретения.
Согласно одному аспекту настоящее изобретение относится к газодиффузионному электроду с высоким модулем упругости, содержащему газодиффузионный слой, ламинированный на армирующий элемент, в частности газодиффузиоинный слой, состоящий из спеченной и отлитой композиции токо-проводящего порошка/фторсодержащего связующего, при этом узел ламинированного газодиффузионного слоя/армирующего элемента имеет модуль продольной (в плоскости) упругости по меньшей мере 10000 МПа; в одном варианте осуществления модуль продольной упругости узла газодиффузионного слоя/армирующего элемента составляет в диапазоне от 15000 до 120000 МПа. В одном варианте осуществления модуль поперечной (вне плоскости) упругости газодиффузионного слоя достигает 500 МПа. Изобретатели обнаружили, что литье предварительно спеченной композиции, содержащей фторсодер-жащее связующее, при таких условиях, что получают эластичный газодиффузионный слой, позволяет газодиффузионным электродам придавать высокий модуль упругости получаемым электродам, делая их способными выдерживать крайне высокий гидравлический напор (например, гидравлический напор свыше 20 кПа, такой как 80 кПа) и разграничивать камеры с конечным зазором в электролитических ячейках без разделителя между ними. В одном варианте осуществления армирующий элемент газодиффузионного электрода выбирают из металлической просечно-вытяжной или тканой сетки, металлической пены, углеродного или металлического полотна или войлока, способных выдерживать этапы спекания и литья в ходе производственного процесса. Это может способствовать дальнейшему усилению жесткости и улучшению точности размеров получаемого газодиффузионного электрода. В менее предпочтительном варианте осуществления при выбранных надлежащим образом условиях производства также может применяться углеродная бумага. В одном варианте осуществления спеченная и отлитая композиция газодиффузионного слоя содержит в качестве токопроводящего порошка углеродную сажу, например, углеродную сажу с небольшой удельной площадью поверхности, такую как шавиниганская (Канада) ацетиленовая сажа (SAB). Это может иметь преимущество предоставления достаточно компактного токопро-водящего слоя. В одном варианте осуществления фторсодержащее связующее в спеченной и отлитой композиции является перфторированным связующим, таким как PTFE, FEP или PFA. Это может иметь преимущество предоставления газодиффузионного электрода повышенной стабильности в электролитических средах и способствовать получению эластичного газодиффузионного слоя при условиях умеренного давления и температуры. В одном варианте осуществления получен подходящий компромисс между механическими и электрическими свойствами при задании отношения массы углеродного порошка к массе фторсодержащего связующего в спеченной и отлитой композиции от 1 до 2. В одном варианте осуществления газодиффузионный электрод катализирован при осаждении слоя катализатора на газодиффузионный слой, как было описано ранее, с противоположной стороны от армирующего элемента. Со спеченным и отлитым газодиффузионным слоем могут быть связаны несколько типов слоя катализатора: в одном варианте осуществления слой катализатора получен в виде слоя иономера, повторно отлитого из порошка катализатора, диспергированного в жидкой суспензии или растворе иономера. Это может иметь преимущество придания газодиффузионному электроду ионопроводящих и гидрофильных свойств, полезных в некоторых областях применения. В другом варианте осуществления слой катализатора также состоит из спеченной и отлитой композиции, такой как спеченная и отлитая композиция порошка катализатора на углеродном носителе/фторсодержащего связующего, ламинированная на газодиффузионный слой. Это может иметь преимущество дальнейшего повышения точности размеров и жесткости газодиффузионного электрода.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к способу изготовления газодиффузионного электрода, который описан выше, включающему этапы
внедрение фторсодержащего связующего и проводящего порошка в пасту, например, из водной суспензии или эмульсии фторсодержащего связующего, осаждение связующего подходящим агентом, таким как легкий спирт, и смешивание осажденного связующего с проводящим порошком, например, углеродной сажей;
каландрирование пасты на тонкие слои, например, имеющие толщину менее 2 мм, а в одном варианте осуществления - менее 0,2 мм;
ламинирование каждого слоя на армирующий элемент под горячим прессом при температуре 100-150°С и под давлением 12-24 кПа до получения ламинированной структуры, что в одном варианте осуществления может потребовать 15-60 мин;
повышение температуры до 300-400°С и доведение давления до 25-50 кПа до удаления водной фазы, что в одном варианте осуществления может потребовать 15-60 мин;
сброс давления до атмосферного с вызыванием полного спекания при ослабленных условиях, что
имеет преимущество тесного связывания газодиффузионного слоя с армирующим слоем и что в одном варианте осуществления может потребовать 1-15 мин;
литье спеченной структуры под горячим прессом при температуре 300-400°С и под давлением 3060 кПа до отливания эластичного газодиффузионного слоя и придания этому узлу высокого модуля продольной упругости, что в одном варианте осуществления может потребовать 15-60 мин.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к электрохимической ячейке, содержащей газовую камеру и жидкостную камеру, разделенные газодиффузионным электродом, который был описан выше, при этом газодиффузионный электрод может действовать в качестве газодиффузионного анода, на поверхности которого окисляется водородсодержащий поток, или газодиффузионного катода, на поверхности которого восстанавливается кислородсодержащий поток, такой как чистый кислород или воздух. В одном варианте осуществления в жидкостной камере, которую газодиффузионный электрод отделяет от газовой камеры, устанавливается гидравлический напор давлением 20 кПа или более, благодаря повышенной способности газодиффузионного слоя выдерживать давление столба жидкости без затопления. Электролитическая ячейка согласно изобретению может быть ячейкой для электровыделения металлов с водородной деполяризацией, ячейкой для получения хлора и щелочи с кислородной деполяризацией, деполяризованной с одной или с обеих сторон (т.е. снабженной подачей водорода на газодиффузионный анод и/или подачей кислорода на газодиффузионный катод, как описано выше) ячейкой для электродиализа для расщепления соли, но другие типы электролизных ячеек или топливных элементов, такие как щелочные топливные элементы, могут воспользоваться преимуществом вышеуказанного газодиффузионного электрода, как будет очевидно специалисту в данной области техники.
Следующие примеры приведены для демонстрации конкретных вариантов осуществления изобретения, чья применимость была в значительной степени проверена в заявленном диапазоне значений. Специалистам в данной области техники будет понятно, что композиции и технологии, раскрытые в следующих примерах, представляют собой композиции и технологии, показавшиеся изобретателям функционирующими наилучшим образом при практической реализации изобретения; однако, специалистам в данной области техники в свете настоящего раскрытия должно быть понятно, что в конкретных раскрытых вариантах осуществления могут быть выполнены множественные изменения с получением аналогичного или подобного результата, без выхода за рамки данного изобретения.
Пример 1
Водную суспензию политетрафторэтилена (PTFE), поставляемую компанией DuPont, США, осаждали в смеси 50:50 по объему 2-пропанола и деионизированной воды. Осажденный PTFE механически смешивали с порошком шавиниганской ацетиленовой сажи (SAB), поставляемым компанией Cabot Corp., США, в отношении массы сажи к массе PTFE 60:40. Получали материал тестообразной консистенции и сразу обрабатывали его на экструдере с использованием каландров, с получением слоем 10 см х 10 см х 0,1 мм. Каждый слой ламинировали посредством горячего пресса на разный образец тканой серебряной сетки с шириной отверстия 0,50 мм, диаметром проволоки 0,14 мм и удельным весом 0,53 кг/м2; этот процесс осуществляли в несколько этапов, сначала спрессовывая узел при давлении 17,9 кПа и температуре 120°С в течение 30 мин, затем доводя температуру до 335°С и давление до 44,8 кПа и выдерживая ещё 30 мин, сбрасывая давление и в течение 5 мин подвергая ламинированную структуру воздействию окружающего воздуха, и окончательно снова спрессовывая узел при давлении 34,5 кПа и температуре 335°С в течение дополнительных 30 мин.
Модуль продольной упругости (в плоскости) всех полученных образцов, измеренный в ходе дина-момеханического анализа (DMA), составил в диапазоне от 35000 до 49000 МПа.
Пример 2
Процедуру по примеру 1 повторяли с использованием в качестве армирующего элемента углеродной бумаги TGP-H-090 толщиной 280 мкм, поставляемой компанией Toray, Япония. Слои SAB/PTFE получали каландированием, как в примере 1, и ламинировали на соответствующие образцы углеродной бумаги; этот процесс осуществляли в несколько этапов, сначала спрессовывая узел при давлении 13,7 кПа и при температуре 120°С в течение 30 мин, затем доводя температуру до 335°С и давление до 27,5 кПа и выдерживая еще 30 мин, сбрасывая давление и подвергая ламинированную структуру воздействию окружающего воздуха в течение 5 мин, и окончательно снова спрессовывая узел при давлении 34,5 кПа и при температуре 335°С в течение дополнительных 30 мин.
Модуль продольной упругости (в плоскости) всех полученных образцов, измеренный в ходе дина-момеханического анализа (DMA), составил в диапазоне от 16000 до 23000 МПа.
Пример 3
Процедуру из примеров 1 и 2 повторяли с использованием в качестве армирующего элемента углеродного полотна AvCarb(tm) 1243 толщиной 0,75 мм, поставляемого компанией Textron Systems Corporation, США. Слои SAB/PTFE получали каландированием, как в предыдущих примерах, и ламинировали на соответствующие образцы углеродного полотна; этот процесс осуществляли в несколько этапов, сначала спрессовывая узел при давлении 20 кПа и температуре 120°С в течение 30 мин, затем доводя температуру до 335°С и давление до 45,5 кПа и выдерживая еще 30 мин, сбрасывая давление и подвергая ламини
рованную структуру воздействию окружающего воздуха в течение 5 мин, и окончательно снова спрессовывая узел при давлении 55 кПа и при температуре 335°С в течение дополнительных 30 мин.
Модуль продольной упругости (в плоскости) всех полученных образцов, измеренный в ходе дина-момеханического анализа (DMA), составил в диапазоне от 45000 до 73000 МПа.
Пример 4
Один образец газодиффузионного электрода на армирующем элементе из серебряной сетки, полученный в примере 1, и один образец газодиффузионного электрода на армирующем элементе из углеродного полотна, полученный в примере 3, испытывали на проницаемость под давлением в лабораторном устройстве, полученном из химического стакана с отверстием диаметром 8 см, которое использовали в качестве области повышенного давления.
Для обеспечения опоры для образцов электродов в химический стакан устанавливали металлический обод и мелкую сетку. Вставка обод/сетка была на одном уровне с ободом химического стакана, предотвращая сколь-либо значительное отклонение образцов электродов, помещенных для испытания на ободе химического стакана с помещенной между ними резиновой прокладкой толщиной 2 мм. Второй химический стакан был зажат поверх узла, тоже с помещенной между ними резиновой прокладкой. Перед герметизацией верхний химический стакан примерно на 5 см наполняли водой. Посредством вакуумного насоса из нижнего химического стакана удаляли воздух, одновременно контролируя давление и делая паузы при повышениях давления примерно на 7 кПа для стабилизации давления и проверки на наличие утечки, до максимального давления около 80 кПа, что составило максимальное значение, получаемое в лабораторном устройстве.
Образец по примеру 1 (с армированием из серебряной сетки) оказался способным выдерживать давление 20 кПа, тогда как образец по примеру 3 (с армирующим элементом из углеродного волокна) не показал какой-либо утечки до максимального приложенного давления около 80 кПа.
Пример 5
Лабораторную ячейку для электровыделения металлов, оснащенную стандартной свинцово-серебряной (Pb0,75Ag) анодной пластиной и алюминиевой катодной пластиной с активной площадью 50 см2 с зазором 1 см, испытывали на осаждение цинка из сульфатного электролита, содержащего 50 г/л Zn и 170 г/л H2SO4, получаемого растворением ZnO высокой чистоты и химически чистой серной кислоты в деионизированной воде, согласно следующей реакции:
2 ZnS04 + 2 Н20 -" 2 H2S04 + 2 Zn + 02
Испытание проводили при плотности тока 500 А/м2 и общем напряжении на ячейке 3,1 В.
Газодиффузионный электрод получали путем окрашивания одного образца электрода по примеру 3 с обратной стороны от элемента углеродного полотна чернилами, содержащими платиновый катализатор, нанесенный на носитель из углеродной сажи Vulcan XC-72, диспергированной в жидкой суспензии Nafion, поставляемой компанией Aldrich, США. Окрашенный образец электрода высушивали при температуре 125°С для повторного литья на его поверхности пленки иономера, содержащей катализатор.
Свинцово-серебряный анод лабораторной ячейки для электровыделения металлов затем заменяли на полученный таким образом катализированный газодиффузионный электрод, установленный в подходящую рамку, с обращенной к катоду катализированной поверхностью при зазоре 1 см. На газодиффузионный электрод сзади подавали чистый газообразный водород и процесс электровыделения цинка был восстановлен. Наблюдалось снижение напряжения в ячейке на 850 мВ при плотности тока 500 А/м2. Ячейка могла работать всю ночь без проблем, связанных с коротким замыканием.
Пример 6
Газодиффузионный электрод получали, как в примере 1, за исключением того, что газодиффузионный слой соламинировали с противоположной стороны элемента из серебряной сетки слоем катализатора толщиной 1 мм, полученным осаждением той же водной суспензии PTFE в смеси 50:50 по объему 2-пропанола и деионизированной воды, механическим смешиванием осажденного PTFE с серебряным порошком, механически легированным 5 мас.% порошка платины, в отношении 80:20 по массе Ag-Pt к PTFE и экструзией полученной пасты с использованием каландров.
Этапы ламинирования, спекания и литья осуществляли, как в примере 1, и получали газодиффузионный электрод с модулем продольной упругости (в плоскости) 41000 МПа.
Полученный электрод устанавливали в качестве газодиффузионного катода (10) в лабораторную электролизную ячейку для получения хлора и щелочи по примеру 1 и фиг. 1 публикации WO 03042430, без пористого плоскостного элемента (9), с зазором между катодом (10) и мембраной (16) 1 мм. Ячейка могла работать всю ночь, производя 32 мас.% каустической соды при токе 400 А (4000 А/м2) и напряжении ячейки 2,4 В, что примерно на 200 мВ ниже, чем наилучшее напряжение ячейки, получаемое с известным из уровня техники газодиффузионным катодом с низким модулем упругости, и помещенным между катодом и мембраной пластмассовым перколяторным элементом.
Предшествующее описание не предназначено для ограничения изобретения, которое может быть применено в соответствии с различными вариантами осуществления без выхода за рамки его объема, однозначно определяемого прилагаемой формулой изобретения.
По всему описанию и формуле изобретения настоящей заявки термин "содержать" и его вариации,
такие как "содержащий" и "содержит", не предназначены для исключения присутствия других элементов или добавок.
Обсуждение документов, законов, действий, материалов, устройств, изделий, статей и т.п. включено в данное описание исключительно в целях обеспечения контекста для настоящего изобретения. Не допускаются предположения или представления о том, что любой или все из этих материалов являлись частью основополагающего уровня техники или были общеизвестными в области, относящейся к настоящему изобретению, до даты приоритета каждого пункта формулы изобретения данной заявки.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ изготовления газодиффузионного электрода, включающий следующие этапы:
a) получение пасты, содержащей фторсодержащее связующее и проводящий порошок;
b) каландрирование упомянутой пасты на слои толщиной менее 2 мм;
c) ламинирование упомянутых слоев на армирующий элемент под горячим прессом при температуре 100-150°С и давлении 12-24 кПа для получения ламинированной структуры;
d) доведение температуры до 300-400°С и давления до 25-50 кПа и выдерживания полученной на этапе с ламинированной структуры при этих условиях;
e) выравнивание давления до атмосферного и подвергания ламинированной структуры воздействию воздуха с вызыванием спекания;
f) литье спеченной структуры под горячим прессом при температуре 300-400°С и давлении 30-60
кПа.
2. Способ по п.1, в котором продолжительность упомянутых этапов с, d и f составляет от 15 до 60 мин, а длительность упомянутого воздействия воздуха при атмосферном давлении на этапе е составляет от 1 до 15 мин.
3. Газодиффузионный электрод, изготовленный способом по п.1 или 2, содержащий газодиффузионный слой, ламинированный на армирующий элемент, при этом упомянутый газодиффузионный слой состоит из спеченной и отлитой композиции токопроводящего порошка/фторсодержащего связующего, при этом узел ламинированного газодиффузионного слоя/армирующего элемента имеет модуль продольной упругости по меньшей мере 10000 МПа.
4. Газодиффузионный электрод по п.3, в котором модуль продольной упругости упомянутого узла газодиффузионного слоя/армирующего элемента составляет в диапазоне от 15000 до 120000 МПа.
5. Газодиффузионный электрод по п.3 или 4, в котором упомянутый армирующий элемент выбран из группы, состоящей из металлической просечно-вытяжной сетки, металлической тканой сетки, металлической пены, углеродного или металлического полотна или войлока.
6. Газодиффузионный электрод по любому из пп.3-5, в котором упомянутый токопроводящий порошок в упомянутой композиции является углеродной сажей.
7. Газодиффузионный электрод по любому из пп.3-6, в котором упомянутое фторсодержащее связующее в упомянутой композиции является политетрафторэтиленом (PTFE), перфторалкокси (PFA) или фторированным этиленпропиленом (FEP).
8. Газодиффузионный электрод по п.6 или 7, в котором отношение массы углеродного порошка к массе фторсодержащего связующего в упомянутой композиции составляет в диапазоне от 1 до 2.
9. Газодиффузионный электрод по любому из пп.3-8, дополнительно содержащий слой катализатора, осажденный на упомянутый газодиффузионный слой с противоположной стороны от упомянутого армирующего элемента.
10. Газодиффузионный электрод по п.9, в котором упомянутый слой катализатора состоит из повторно отлитого слоя иономера, содержащего порошок катализатора.
11. Газодиффузионный электрод по п.9, в котором упомянутый слой катализатора состоит из спеченной и отлитой композиции порошка катализатора на углеродном носителе/фторсодержащего связующего, ламинированной на упомянутый газодиффузионный слой.
12. Электрохимическая ячейка, содержащая по меньшей мере одну газовую камеру и одну жидкостную камеру, разделенные газодиффузионным электродом по любому из пп.3-11, при этом газовая камера является либо анодной камерой, предназначенной для окисления потока водорода на поверхности газодиффузионного электрода, либо катодной камерой, предназначенной для восстановления потока кислорода на поверхности газодиффузионного электрода.
13. Электролитическая ячейка п.12, предназначенная для гидравлического напора по меньшей мере 20 кПа в жидкостной камере.
14. Ячейка по п.12 или 13, выбранная из группы, состоящей из ячеек для электровыделения металлов с водородной деполяризизацией, электролизных ячеек для получения хлора и щелочи с кислородной деполяризацией, деполяризованных ячеек для электродиализа и топливных элементов.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
027322
- 1 -
(19)
027322
- 1 -
(19)
027322
- 1 -
(19)
027322
- 1 -
(19)
027322
- 4 -
(19)