專利名稱：耗氧性電極的制作方法
技術領域：
本發明是從本身已知的耗氧性電極上發展而來的，這些已知的耗氧性電極被配置成片狀氣體擴散電極形式，并且通常包含導電載體和具有催化活性成分的氣體擴散層。
背景技術：
用于在工業規模上在電解電池中運行耗氧性電極的不同方案基本上是現有技術中公知的。基本的理念是用耗氧性電極(陰極)來置換電解(例如氯堿電解中)的析氫陰極。對于可能的電池設計和方案的概述可以在公開文獻Moussallem等人，“Chlor-Alkali Electrolysis with Oxygen Depolarized Cathodes :History, Present Status and Future Prospects，，，J. Appl. Electrochem. 38(2008) 1177-1194 中找到。耗氧性電極(下文也簡稱為0CE)必須滿足一系列的要求，以便能夠用于工業電解器中。因此，所用的催化劑和全部其他材料必須對大約32重量％濃度的氫氧化鈉溶液和典型的處于80-90°C溫度的純氧是化學穩定的。高度的機械穩定性同樣是需要的，這是因為該電極是在通常具有大于2m2 (工業尺寸)的電極面積的電解器中安裝和運行的。另外的性能是高電導率，低的層厚度，高的內表面積和高的電催化劑的電化學活性。合適的疏水性和親水性的孔和相應的孔結構同樣是必需的，目的是引導氣體和電解質，以及氣密性，以使得氣體和液體彼此隔開保持。長期穩定性和低生產成本是另外特別需要的，其是工業上可用的耗氧性電極必須滿足的。對于在氯堿電解中使用OCE工藝來說，另外一個發展方向是離子交換隔膜，其將電解電池中的陽極空間與陰極空間隔開，而沒有與OCE直接接觸的氫氧化鈉溶液間隙。這種排列在現有技術中也稱作零間隙排列。這種排列通常還用于燃料電池工藝中。這里的缺點是所形成的氫氧化鈉必須穿過OCE傳輸到氣體側，隨后在OCE處向下流動。這里，必須不能有氫氧化鈉堵塞OCE中的孔或者氫氧化鈉在孔中的結晶。已經發現這里還會出現非常高的氫氧化鈉濃度，并且離子交換膜對于這些高濃度來說在長期上是不穩定的(Lipp等 A J. Appl. Electrochem. 35 (2005)1015- Los Alamos National Laboratory "Peroxide formation during chlor-alkali electrolysis with carbon-based 0DC，，)。常規的耗氧性電極典型由導電載體元件組成，該元件上已經施涂了具有催化活性成分的氣體擴散層。作為疏水性部件，通常所用的是由聚四氟乙烯(PTFE)制成的，其另外充當了催化劑的聚合物粘合劑。在具有銀催化劑的電極的情況中，該銀充當了親水性成分。 在帶有碳載體的催化劑的情況中，使用具有親水性孔的碳作為載體，液體能夠通過該親水性孔來進行傳輸。氧氣的還原是在三相區域中進行的，氣相、液相和固體催化劑同時存在于該三相區域中。氣體通過所述孔傳輸到疏水性基質中。該親水性孔被液體填充，并且經由這些孔來將水傳輸到催化中心和將氫氧化物離子傳輸離開該催化中心。因為氧在水相中僅僅具有有限的溶解度，因此必須具有足夠的無水孔來傳輸氧。已經描述了許多化合物，作為催化劑用于還原氧。因此，已經報告了使用鈀、釕、金、鎳、過渡金屬的氧化物和硫化物、金屬卟啉和金屬酞菁、和鈣鈦礦作為催化劑，用于耗氧性電極。但是，僅僅鉬和銀作為催化劑用于在堿溶液中還原氧已經獲得了實際價值。鉬對于還原氧來說具有非常高的催化活性。由于鉬高的成本，它僅僅以帶有載體的形式來使用。優選的載體材料是碳。碳將電流導向鉬催化劑。碳粒子中的孔可以通過表面氧化來制成親水性的，并因此變得適于傳輸水。具有帶有碳載體的鉬催化劑的OCE表現出良好的性能。但是，帶碳載體的鉬電極在長期操作中的耐受性是不令人滿意的，推測是因為鉬還催化了載體材料的氧化。碳另外促進了不期望的H2A的形成。已經描述了鉬含量為5g/m2-50g/m2的0CE。盡管是低濃度，但是鉬催化劑的成本仍然是如此的高，以至于阻礙了工業上的應用。銀同樣對于還原氧來說具有高的催化活性。包含帶有碳載體的銀的OCE通常的銀濃度是20_50g/m2。雖然帶有碳載體的銀催化劑比相應的鉬催化劑更耐用，但是在耗氧性電極中的條件下的長期穩定性(特別是當用于氯堿電解時)是有限的。不同的公開文獻描述了在聚四氟乙烯(PTFE)上生產基于銀的催化劑。這樣的方法描述在例如EP0115845B1中。US7566388 B2描述了催化劑，其是通過在載體上沉淀和還原貴金屬以及稀土金屬的氧化物以及堿土金屬氧化物的組合來生產的。更高的催化劑的活性是依靠這種組合來實現的。作為載體材料，使用碳，其限制了這些催化劑的耐受性。在具有不帶載體的銀催化劑的OCE的生產中，銀可以至少部分的以銀氧化物的形式來引入，其然后還原成金屬銀。該還原是在電解啟動過程中進行的，在其中還原銀化合物的條件已經是盛行，或者在分別的步驟中通過優選的電化學路線來進行的。在具有反復啟動和關閉的工業應用中，銀的部分氧化成銀氧化物是在電解電流關閉后進行的。所形成的氧化銀可以例如變得從表面上分離，并且堵塞OCE的孔系統。在具有特別細的形態的銀催化劑(例如納米尺寸銀)的情況中，這導致了性能隨著時間的變化而劣化。W0200803696A2教導了納米尺寸的銀催化劑的長期穩定性可以通過在納米尺寸銀的孔中包括原位生產的二氧化鋯粒子來明顯提高。但是，用于生產這些催化劑的方法是復雜的，并且需要使用納米尺寸銀，其的生產同樣是復雜的。在具有無載體的銀催化劑的耗氧性電極的制造中，原則上在干和濕制造方法之間存在著不同。在干法中，將催化劑和聚合物成分的混合物依靠具有快速運行攪拌器的混合器加工來產生混合物，將該混合物施用到導電載體元件上，并且在室溫壓制。這樣的方法描述在 EP1728896 A2中。EP1728896中所述的中間體的組成為3_15份的PTFE，70-95份的氧化銀和0-15份的銀金屬粉末。在濕制造方法中，使用含有細銀粒子和聚合物成分的糊或者懸浮液形式的中間體。水通常用作懸浮介質，但是也可以使用其他液體例如醇或者其與水的混合物。在糊或者懸浮液的生產中，可以加入表面活性物質來提高該糊/懸浮液的穩定性。將該糊依靠絲網印刷或者砑光施涂到載體元件上，同時不太粘的懸浮液通常是噴涂到載體元件上。干燥后，在所述聚合物熔點范圍的溫度進行燒結。這里，除去已經加入的輔助劑例如乳化劑或者增稠劑。這樣的方法描述在例如US20060175195 Al中。該中間體中PTFE與銀的比例對應于干法中通常的比例。上述具有無載體的銀催化劑的OCE在堿金屬氯化物電解的條件下具有良好的長期穩定性。但是，缺點是1000-2500g/m2的高銀含量。銀是稀有元素，并且以僅僅0. OSppm的比例存在于地殼中。銀是珠寶和許多工業應用中受歡迎的金屬。有限的易得性和高的需求導致了銀的高價格。這導致了具有無載體的銀催化劑的OCE高的成本，并且它們阻礙了 OCE工藝的經濟使用。本發明的目標是提供耗氧性電極，特別是用于氯堿電解中，其在降低的銀含量時具有至少等同于常規SBE的性能和長期穩定性。
發明內容
本發明涉及耗氧性電極，特別是用于具有新的催化劑涂層的氯堿電解中。本發明另外涉及該耗氧性電極的生產方法和它在氯堿電解或者在燃料電池中的用途。該目標是通過耗氧性電極來實現的，在其中部分的銀被填料粒子代替，該填料粒子是差的導電性的，并且具有特定粒度(直徑)。本發明的一種實施方案提供了耗氧性電極，其至少包含片狀結構的載體和具有氣體擴散層和催化活性成分的涂層，特征在于該涂層包含至少一種含氟聚合物，處于銀粒子或者還原性銀化合物形式的銀，和親水性耐苛性堿的填料，該填料是非導電性的或者具有差的電導率并具有5-200Mm的平均粒子直徑(d(0. 5)，基于體積)。本發明的另外一種實施方案是耗氧性電極，其包含至少一個具有表面的載體結構和布置在該表面上的具有催化活性成分的氣體擴散涂層，其中該涂層包含至少一種含氟聚合物，選自銀粒子、還原性銀化合物及其混合物的銀化合物，和親水性耐苛性堿的填料， 該填料是非導電性的或者具有差的電導率并具有5_200Mffl的平均粒子直徑。本發明仍然的另外一種實施方案是氯堿電解設備，其含有根據此處所述的任何實施方案的耗氧性電極作為耗氧性陰極。本發明的仍然另外一種實施方案是燃料電池，其含有根據此處所述的任何實施方案的耗氧性電極。本發明仍然的另外一種實施方案是金屬/空氣蓄電池，其含有根據此處所述的任何實施方案的耗氧性電極。
具體實施例方式該填料的平均粒子直徑優選是10_150Mm。該涂層優選包含0. 5-20重量份，優選2-10重量份的含氟聚合物，30-90重量份，優選30-70重量份的處于銀粒子和/或還原性銀化合物形式的銀，和5-60重量份，優選15-50 重量份的親水性耐苛性堿的填料，該填料是非導電性的或者具有差的電導率。
該填料替代了部分的催化活性銀，但是其本身不必是催化活性的。該填料尤其是類似銀的親水性的；電極中疏水性材料與親水性材料的比例沒有因為填料而明顯改變。該填料是以離散粒子的形式存在的，并且尤其不應當與催化活性銀形成化學化合物或者合金。該填料的平均粒度(粒子直徑)優選是至少lOMffl，并因此處于與含銀催化劑的粒度相同的數量級或者更高的數量級。該填料是非導電性的或者具有差的電導率。該填料的導電率優選<1000西門子/cm，特別優選<100西門子/cm。作為填料，原則上可以使用所有這樣的材料該材料在耗氧性電極的條件下，與銀催化劑的組合是穩定的。這樣的材料是例如耐堿性的金屬氧化物，金屬氮化物和金屬狀碳化物或者金剛石狀碳化物。特別優選的填料例如是氧化鋯(ZrO2)。不同粒度的氧化鋯是容易獲得的，并且是一種用于工業陶瓷和耐高溫部件的常規起始材料。氧化鋯在氧的電解還原方面不具有任何的催化活性。在OCE所用的溫度范圍內，氧化鋯是非導電性的。令人驚訝的，盡管不存在催化活性，氧化鋯能夠代替OCE中高達50%的銀，而不降低OCE的性能。特別優選是使用這樣的氧化鋯，在其中粒度分布的d(0. l)>10Mffl, d(0. 9)<150μπι (數值單位為體積百分比，Q3)。OCE可以依靠本身已知的技術，使用濕或者干法中適當的懸浮液、糊或者粉末混合物，由前體來生產。濕法中所用的含水懸浮液或者糊例如是由細微分散的銀、含有含氟聚合物(聚合物例如PTFE)的懸浮液和任選的增稠劑(例如甲基纖維素)和乳化劑，依靠高速混合器， 通過混合所述組分來生產。為此目的，首先由細微分散的銀、填料和任選的增稠劑(例如甲基纖維素)來生產在水和/或醇中的懸浮液。然后將該懸浮液與含氟聚合物的懸浮液(例如在商標名Dyneon TF5035R下市售的)混合，來產生本發明的中間體。該處于乳液或者糊形式的中間體然后通過已知的方法施用到載體上，干燥，和然后可以任選壓實和隨后燒結。例如在干法中所用的粉末混合物形式的中間體是通過使用快速運行攪拌器，混合 PTFE或者另外一種纖維狀耐化學品的聚合物和氧化銀粒子和/或銀粒子的混合物來生產的。例如，混合可以在兩個或更多個步驟中進行。這里，該材料可以在混合步驟之間過篩， 來從該混合方法中除去仍然存在的相對粗的粒子和聚集體。在另外的變體中，該粉末混合物可以在中間步驟中，例如依靠壓光機來壓實，并且所形成的薄片可以重新在混合器中加工來產生粉末。這種操作原則上也可以重復多次。在每個研磨操作過程中必須確保混合物的溫度保持在35-80°C，特別優選40-55°C的范圍內。然后將例如具有上述粒度的二氧化鋯加入該混合物中。所述的加入可以在混合操作開始時進行。可以例如通過將所述組分疏水性聚合物、銀和/或氧化銀和填料的混合物供給到混合器中，來將全部組分磨到一起。但是，在具有中間過篩和任選的壓實的多級混合的情況中，所述填料還可以在兩個混合操作之間加入。該粉末混合物然后以已知的方式施用到載體上和壓實。除了作為舉例而提到的二氧化鋯，這里還有許多另外的材料，其能夠用作本發明中間體和由其所生產的OCE的填料。特別合適的材料的例子是耐堿性金屬氧化物例如TiO2, Fe2O3' Fe3O4, NiO2, Y2O3,Mn2O3，Mn5O8，W03，CeO2和另外的稀土元素氧化物，以及混合的金屬氧化物例如金紅石，尖晶石 CoAl2O4, Co (AlCr) 204，反尖晶石，(Co，Ni，Zn) 2 (Ti，Al) O4,鈣鈦礦例如 LaNiO3, ZnFe2O4 (顏料黃 119), Cu(FeCr)2O4-氮化硼、氮化硅和其他金屬氮化物例如TiN，AlN以及金剛石狀-和金屬狀-碳化物例如碳化硅，TiC, CrC, WC, Cr3C2，TiCN同樣是合適的。所述的填料可以作為純物質或者作為與兩種或更多種組分的組合來使用。優選給出的是如下耗氧性電極，在其中選擇氧化鋯，氧化鎢或者氧化鋯和氧化鎢的混合物作為填料。所加入的填料還可以任選的是催化活性的。在由上述起始材料來生產OCE的情況中，氧首先并且首要地在銀催化劑上進行還原。該催化可以由所述填料輔助。雖然填料的組成是次重要的，但是只要所述材料在耗氧性電極的條件下是長期穩定的，則粒度就會對OCE的導電率有很大的影響。已經發現在大量直徑>lMffl的粒子存在下， OCE的導電率明顯降低。在某種程度上，較大的粒子不會降低OCE的性能，但是很顯然大粒子將降低能夠利用的催化劑層的體積。粒子應當適于電極的厚度和載體元件的網孔口徑， 這限定了最大粒子尺寸。在例如500Mm的載體元件網孔口徑的情況中，填料的最大粒度不應當超過該網孔口徑的一半，并且>250μπι的粒子的比例應當小于50%。類似的情形也適應于電極厚度與粒子直徑之間的關系。因此，在電極厚度是eOOMffl的情況中，填料的最大粒子直徑應當不超過電極厚度的50%，即，直徑>200Mm的粒子的比例應當小于50%。特別優選給出的是如下耗氧性電極，在其中填料中的粒子直徑<4Mffl的細粒的比例不大于20%，優選不大于15%，特別優選不大于10%。還特別優選給出的是如下耗氧性電極，在其中填料中的粒子直徑〈lMffl的細粒的比例不大于10%，優選不大于5%，特別優選不大于H(全部粒度是在超聲處理之后依靠激光散射處理使用類似于ISO13320的方法來測量的，全部所報告的數字單位是體積百分比，Q3)。一些適于作為填料的材料也用于陶瓷，表面涂層和/或顏料，并且是工業上可獲得的。本發明的耗氧性電極可以例如用于其中在耗氧性電極與離子交換隔膜之間具有堿間隙或者與離子交換膜直接接觸的電池中的氯堿電解中，或者用于其中在離子交換膜與耗氧性電極之間的間隙中有親水性材料的電池中的氯堿電解中，并且與US6117^6 Al所述方法相當。本發明的耗氧性電極優選是作為陰極連接的，特別是在用來電解堿金屬氯化物， 優選氯化鈉或者氯化鉀，特別優選氯化鈉的電解電池中。作為替代方案，本發明的耗氧性電極可以優選作為陰極連接在堿性燃料電池中。本發明因此進一步提供了本發明的耗氧性電極的用途，用于還原堿性介質中的氧，特別是作為電解(特別是氯堿電解)中的耗氧性陰極，或者作為燃料電池中的電極或者作為金屬/空氣蓄電池中的電極。本發明所生產的OCE特別優選用于氯堿電解中，并且這里特別是用于氯化鈉 (NaCl)的電解中。本發明另外提供電解設備，特別是用于氯堿電解的電解設備，其具有如上所述的新型耗氧性電極作為耗氧性陰極。 本發明通過實施例來說明，而非由其限制。上述全部參考文獻以其全文通過引用結合進來用于全部有用目的。雖然這里已經示出和描述了體現本發明的某些特定結構，但是本領域技術人員將明白可以對要素進行不同的改變和重排，而不脫離下面本發明概念的主旨和精神，并且其同樣不限于此處所示和所述的具體形式。
實施例實施例1
將1. 472 kg的粉末混合物在來自Eirich的裝備有星型攪拌器作為混合元件的R02類型混合器中，以5000rpm的轉速混合3. 5分鐘，該粉末混合物的組成為5重量％的Dyneon 類型TF2053Z PTFE粉末，61. 6重量％的氧化銀(I)，7重量％的來自Ferro的銀粉級331和 26. 4重量％的二氧化錯(來自Merck Chemicals，Technipur的特級品，平均粒度(d(0. 5)， 體積百分比)22 Mm,d(0. 1)15 Mm, d(0. 9)32.5 Mm)。該粉末混合物的溫度在運行過程中保持低于48°C。混合后，將該粉末混合物通過1. Omm篩孔口徑的篩子進行過篩。過篩后的粉末混合物隨后施用到紗網上，該紗網由絲粗細0. 14mm的鎳絲制成，網孔口徑是0. 5mm。該施用是借助于2mm厚的模板來進行的，并且粉末是使用篩孔口徑Imm的篩子來施用的。將超過模板厚度的多余的粉末依靠刮刀除去。在去掉模板后，依靠輥壓機以0.58 kN/cm的壓力來壓制該帶有所施用的粉末混合物的載體。氣體擴散電極從該輥壓機取出。將以此方式所生產的耗氧性陰極用于氯化鈉溶液的電解中，使用DuPONT N982WX 離子交換膜和在OCE和膜之間3mm的氫氧化鈉溶液間隙。陽極使用鈦陽極，其組成為具有來自Denora的市售DSA 涂層的膨脹金屬。在電流密度4kA/m2，電解質溫度90°C和氫氧化鈉濃度32重量％時的電池電壓是2. 05 V。實施例2
將2 kg的粉末混合物在來自Eirich的裝備有星型攪拌器作為混合元件的R02類型混合器中，以5000rpm的轉速混合5分鐘，該粉末混合物的組成為5重量％的Dyneon類型 TF2053Z PTFE粉末，44. O重量%的氧化銀(I)，7重量%的來自Ferro的銀粉級331和44. 4 重量％的二氧化鋯(來自Merck Chemicals, Technipur的特級品，平均粒度(d(0. 5)，體積百分比)22 Mm，d(0. 1)15 Mm,d(0. 9)32.5 Mm)。該粉末混合物的溫度在運行過程中保持在低于41°C。混合后，將該粉末混合物通過1. Omm篩孔口徑的篩子進行過篩。過篩后的粉末混合物隨后施用到紗網上，該紗網由絲粗細0. 14mm的鎳絲制成，網孔口徑是0. 5mm。該施用是借助于2mm厚的模板來進行的，并且粉末是使用篩孔口徑Imm的篩子來施用的。將超過模板厚度的多余的粉末依靠刮刀除去。在去掉模板后，依靠輥壓機以0.63 kN/cm的壓力來壓制該帶有所施用的粉末混合物的載體。氣體擴散電極從該輥壓機取出。將以此方式所生產的耗氧性陰極用于氯化鈉溶液的電解中，使用DuPONT N982WX離子交換膜和在OCE和膜之間3mm的氫氧化鈉溶液間隙。陽極使用鈦陽極，其組成為具有來自Denora的市售DSA 涂層的膨脹金屬。在電流密度4kA/m2，電解質溫度90°C和氫氧化鈉濃度32重量％時的電池電壓是2. 22 V。實施例3
將0. 16 kg的粉末混合物在來自IKA的混合器中，以四個1 的間隔進行混合，該粉末混合物的組成為5重量％的Dyneon類型TF2053Z PTFE粉末，61. 6重量％的氧化銀(I)，7重量%的來自Ferro的銀粉級331和26. 4重量%的氧化鎢WO3 Yellow HQ (來自H. C. Starck, 平均粒度(d(0. 5)，體積百分比)71 Mm，d(0. 1)31 Mm,d(0. 9)133 Mm，<10Mm 的比例小于 3%， >1 Mm的比例小于1%)。該粉末混合物的溫度在運行過程中保持在低于49°C。混合后，將該粉末混合物通過1. Omm篩孔口徑的篩子進行過篩。過篩后的粉末混合物隨后施用到紗網上，該紗網由絲粗細0. 14mm的鎳絲制成，網孔口徑是0. 5mm。該施用是借助于2mm厚的模板來進行的，并且粉末是使用篩孔口徑Imm的篩子來施用的。將超過模板厚度的多余的粉末依靠刮刀除去。在去掉模板后，依靠輥壓機以0.55 kN/cm的壓力來壓制該帶有所施用的粉末混合物的載體。氣體擴散電極從該輥壓機取出。將以此方式所生產的耗氧性陰極用于氯化鈉溶液的電解中，使用DuPONT N982WX 離子交換膜和在OCE和膜之間3mm的氫氧化鈉溶液間隙。在電流密度4kA/m2，電解質溫度 90°C和氫氧化鈉濃度32重量％時的電池電壓是2. 13 V。實施例4(對比倌/具有太細的填料的0CE)
將0. 16 kg的粉末混合物在來自IKA的混合器中在每種情況中四次混合，每次15秒， 該粉末混合物的組成為5重量％的Dyneon類型TF2053Z PTFE粉末，61. 6重量％的氧化銀(I)，7重量％的來自Ferro的銀粉級331和26. 4重量％的氧化鋯(來自H. C. Starck, StarCeram Z16 ，(平均粒度(d (0. 5)，體積百分比)4. 1 Mm，d(0. 1)0.3 Mm,d(0. 9) 16 Mm，和 <1 Mm的比例是40%)。該粉末混合物的溫度在運行過程中保持低于43°C。混合后，將該粉末混合物通過1. Omm篩孔口徑的篩子進行過篩。過篩后的粉末混合物隨后施用到紗網上，該紗網由絲粗細0. 14mm的鎳絲制成，網孔口徑是0. 5mm。該施用是借助于2mm厚的模板來進行的，并且粉末是使用篩孔口徑Imm的篩子來施用的。將超過模板厚度的多余的粉末依靠刮刀除去。在去掉模板后，依靠輥壓機以0.49 kN/cm的壓力來壓制該帶有所施用的粉末混合物的載體。氣體擴散電極從該輥壓機取出。將以此方式所生產的耗氧性陰極用于氯化鈉溶液的電解中，其使用DuPONT N982WX離子交換膜和在OCE和膜之間3mm的氫氧化鈉溶液間隙。電解質溫度是90°C，氫氧化鈉濃度是32重量％。在稍高于2. 48v的電壓，15A的電解電流短暫流動；這對應于1. 5 kA/m2。停止該試驗。實施例5 (使用常規OCE的對比倌)
將3. 5kg的粉末混合物在來自Eirich的裝備有星型攪拌器作為混合元件的R02類型混合器中，以5000rpm的轉速混合，在混合中該粉末混合物的溫度不超過55°C，該粉末混合物的組成為7重量％的PTFE粉末，88重量％的氧化銀(I)和5重量％的來自Ferro的銀粉
10級331。這是通過中斷混合操作并且冷卻降低混合溫度來實現的。混合總共進行三次。混合后，將該粉末混合物通過1. Omm篩孔口徑的篩子進行過篩。過篩后的粉末混合物隨后施用到紗網上，該紗網由絲粗細0. 14mm的鎳絲制成，網孔口徑是0. 5mm。該施用是借助于2mm厚的模板來進行的，并且粉末是使用篩孔口徑Imm的篩子來施用的。將超過模板厚度的多余的粉末依靠刮刀除去。在去掉模板后，依靠輥壓機以0.5 kN/cm的壓力來壓制該帶有所施用的粉末混合物的載體。氣體擴散電極從該輥壓機取出。將以此方式所生產的耗氧性陰極用于氯化鈉溶液的電解中，使用DuPONT N982WX 離子交換膜和在OCE和膜之間3mm的氫氧化鈉溶液間隙。在電流密度4kA/m2，電解質溫度 90°C和氫氧化鈉濃度32重量％時的電池電壓是2. 05 V。
權利要求
1.耗氧性電極，其至少包含載體結構和布置在該載體結構上的具有催化活性成分的氣體擴散涂層，其中該涂層包含至少一種含氟聚合物，選自銀粒子、還原性銀化合物及其混合物的銀化合物，和親水性耐苛性堿的填料，該填料是非導電性的或者具有差的電導率并具有5_200Mffl的平均粒子直徑。
2.根據權利要求1的耗氧性電極，其中該涂層包含0.5-20重量份的所述至少一種含氟聚合物，30-90重量份的所述銀化合物和5-60重量份的所述親水性耐苛性堿的填料。
3.根據權利要求2的耗氧性電極，其中該涂層包含2-10重量份的所述至少一種含氟聚合物。
4.根據權利要求2的耗氧性電極，其中該涂層包含15-50重量份的所述親水性耐苛性堿的填料。
5.根據權利要求1的耗氧性電極，其中該涂層包含2-10重量份的所述至少一種含氟聚合物，30-70重量份的所述銀化合物和15-50重量份的所述親水性耐苛性堿的填料。
6.根據權利要求1的耗氧性電極，其中該耐苛性堿的填料的電導率小于lOOOS/cm。
7.根據權利要求6的耗氧性電極，其中該耐苛性堿的填料的電導率小于lOOS/cm。
8.根據權利要求1的耗氧性電極，其中該耐苛性堿的填料的平均粒子直徑是 10-150Mm。
9.根據權利要求1的耗氧性電極，其中該耐苛性堿的填料包含不大于20%比例的粒子直徑小于IOMm的細粒。
10.根據權利要求9的耗氧性電極，其中該粒子直徑小于IOMffl的細粒的比例不大于5%。
11.根據權利要求5的耗氧性電極，其中該耐苛性堿的填料包含不大于5%比例的粒子直徑小于IOMm的細粒。
12.根據權利要求1的耗氧性電極，其中該耐苛性堿的填料包含不大于5%比例的粒子直徑小于1 Mm的細粒。
13.根據權利要求12的耗氧性電極，其中該耐苛性堿的填料包含不大于1%比例的粒子直徑小于1 Mm的細粒。
14.根據權利要求1的耗氧性電極，其中該耐苛性堿的填料選自金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物及其混合物。
15.根據權利要求1的耗氧性電極，其中該耐苛性堿的填料選自氧化鋯，氧化鈦，錳氧化物，鐵氧化物，氧化鎳，氧化鈷，氧化鉻，氧化釔，氧化鎢，氧化鈰，稀土金屬氧化物，混合的金屬氧化物，鈣鈦礦，氮化硼，氮化硅，氮化鈦，氮化鋁，碳化硅，碳化鈦，鉻碳化物，碳化鎢，碳氮化鈦(TiCN)及其混合物。
16.根據權利要求15的耗氧性電極，其中該錳氧化物是Mn2O3或者Mn5O8；該鐵氧化物是1 或者!^e3O4 ；該混合的金屬氧化物是CoAl2O4或者Co (AlCr)2O4 ；該鈣鈦礦是LaNiO3, S^e2O4 (顏料黃119)，或者Cu(FeCr)2O4 ；和該鉻碳化物是CrC或者Cr3C2。
17.根據權利要求15的耗氧性電極，其中該耐苛性堿的填料選自氧化鋯、氧化鎢及其混合物。
18.氯堿電解設備，其包含權利要求1的耗氧性電極作為耗氧性陰極。
19.燃料電池，其包含權利要求1的耗氧性電極。
20.金屬/空氣蓄電池，其包含權利要求1的耗氧性電極。
全文摘要
本發明涉及耗氧性電極，其包含至少一個具有表面的載體結構和布置在該表面上的具有催化活性成分的氣體擴散涂層。該涂層包含至少一種含氟聚合物，選自銀粒子、還原性銀化合物及其混合物的銀化合物，和親水性耐苛性堿的填料，該填料是非導電性的或者具有差的電導率和具有5-200μm的平均粒子直徑。
文檔編號C25B11/06GK102337559SQ20111020336
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月20日 優先權日2010年7月20日
發明者A.布蘭, R.韋伯 申請人:拜爾材料科學股份公司