专利名称：尺寸稳定的气体扩散电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种尺寸稳定的气体扩散电极，其包括至少一种导电催化剂载体材料来吸纳含催化剂材料的涂料组合物并提供电连接，并涉及制造这种电极的方法。该催化剂载体材料是一种导电材料的织物、无纺布、烧结金属体、泡沫或毡；金属网板(Streckmetallplatte)或具有许多孔的金属板，在该材料上面涂覆含催化剂材料的涂料组合物并且所述板机械且导电地紧密结合到透气性金属基板上，特别是用镍或镍/银合金或耐碱金属合金制成的透气性金属基板上。如果该催化剂载体材料具有足够固有刚性，可以省去基板的使用并且可将带有含催化剂材料的涂料组合物的催化剂载体材料直接连接到电化学反应装置中。
气体扩散电极用于电化学方法中的各种装置中。在包含固体电解质聚合物薄膜的燃料电池中，例如，作为消耗氢气的阳极和消耗氧气的阴极(SVK)的气体扩散电极直接放在薄膜上面。在使用氧气消耗电极的HCl电解的情况下，其同样直接放在薄膜上。
相反，例如在使用SVK的NaCl电解的情况下，用具有宽度为数毫米的灌注碱的间隙的SVK与所述薄膜分开操作已经证明是有利的。在通常的工业结构高度大于1米的情况下，SVK可以根据气袋(Gastaschen)原理仅用所谓的压力补偿有利地操作，如US-A-5 693202所述。用15-35cm的通常的气袋高度，所述电极在苛性钠溶液和氧气之间自由放置。由于有限的但是仍然存在的高度依赖性压差施加在与薄膜一样相对弹性的SVK上，SVK必须借助隔板(Abstandshalter)，以防其朝着所述薄膜或在朝着气袋的另一个方向突起。SVK朝着薄膜失控的突起导致阴极电解液空隙的减小，且可能甚至导致SVK与薄膜的接触。这导致影响碱的流动以及不均匀的浓度分布，并且可能损坏薄膜。可能通过SVK的氧气气泡不能自由地排出，并将聚集在上游位置，明显减小此处的电解质缝隙。这导致薄膜和电极的屏蔽，因此增大其余电极区的局部电流密度。所述效应导致k因子增大，即随着电流密度增大，操作电压过度增大，因此导致过大的比能量消耗。
特别是在电极与薄膜之间的隔板一再地产生问题。例如，与电解池中的结构移动相关的局部接触点有时会导致在薄膜上的磨损斑点，其在长时间操作时会导致泄漏。类似地，SVK也会出现压痕，假定目标操作时间为若干年，这也非常可能导致损坏。而且，隔板屏蔽电极区和薄膜区，这同样导致高电流密度，并因此导致高电压和高比能量消耗。所以寻求一种可以不用这样隔板的解决方案。
过去许多把软的SVK施加到刚性载体上的尝试都失败了，因为电极首先必须烧结和压制成型以便获得与可控气孔率相关的必需的密度，并且含氟聚合物电极结构然后必须金属地结合到刚性载体上，即通过焊接或钎焊。实际上，这样的结合是不耐用的，而且，由于释放氟化物，是非常具有腐蚀危险的。本发明的目的是提供一种没有所述缺点的稳定的气体扩散电极及其制备方法。
解决方案是通过原理上已知的湿法或干法压延法把含催化剂材料的涂料组合物涂覆到下文所述结构的单层或多层金属支撑结构上。
本发明涉及一种尺寸稳定的气体扩散电极，其包含至少一种导电催化剂载体材料，以吸纳含催化剂材料的涂料组合物，特别是细分散银粉或细分散氧化银粉末的混合物或银粉与氧化银粉末和特氟隆粉末的混合物或者细分散的银粉或氧化银粉末的混合物或者银粉和氧化银粉末、碳粉和特氟隆粉末的混合物，其还包含一种电连接，其特征在于催化剂载体材料是一种导电材料的织物、无纺布、烧结金属体、泡沫或毡、金属网板或具有许多孔的金属板，在其上面涂覆含催化剂材料的涂料组合物，该材料具有足够的抗弯强度，因此可以去掉通过使用另外的基板的附加硬化，或者所述材料是与透气的、硬质金属基板或硬质织物或金属网板，特别是镍或其合金或耐碱金属合金的金属网板机械和导电地紧密连结。
作为催化剂载体材料的敞开结构特别是由细丝布或合适的金属网板、过滤筛网、毡、泡沫或烧结材料组成，当其滚压时，含催化剂材料的涂料组合物结合到该载体材料中。在一种实施方案中，在压入或滚入含催化剂材料涂料组合物之前，这种敞开结构已金属性地(例如通过烧结结合)与完全敞开并且更致密坚硬的基底结构结合。
该基底结构的功能是当含催化剂材料的涂料组合物被压入时的支撑功能，由此该涂料组合物在两层之间的与结构相关的空隙中彻底地分散，由此导致更有效的连结。
用于基板的金属优选的是选自镍或耐碱镍合金，尤其是镍与银的合金，或者涂银的镍，或者选自耐碱金属合金。
另外，在特殊情况下，所用基板可以是刚性的泡沫或刚性的烧结结构或者多孔板或条缝板，其材料选自镍、耐碱镍合金或耐碱金属合金，尤其是镍与银的合金或者涂覆银的镍。在这种情况下，将在预先的操作步骤中滚压成膜的含催化剂材料的涂料组合物，直接滚压到同时具有催化剂载体材料功能的基板结构中。所以，不使用另外的催化剂载体材料。
催化剂载体材料优选的是包含碳、金属、特别是镍或镍合金、或者耐碱金属合金。
为了反应气体更有效地通过，基板优选有许多孔，特别是槽或钻孔。
这些孔优选宽度为最大2毫米，特别是最大1.5毫米。槽的长度最大可以为30毫米。
如果使用泡沫或多孔烧结结构，孔的平均直径优选的是最大2毫米，该结构以高硬度和高抗弯强度为特征。
在气体扩散电极的一个特别实施方案中，所用的催化剂载体材料是泡沫或烧结金属体，其中用于把电极结合到电化学反应设备的边缘被压实，以获得必需的气体/液体气密性。
气体扩散电极的优选变体的特征在于基板具有至少5毫米的无孔周边，其用于固定电极，特别是通过焊接或钎焊或者通过螺栓或铆钉或钳夹或者利用导电粘合剂把要与电极连结的气袋边缘结合到电极上。
气体扩散电极的选定形式的特征在于催化剂载体材料和含催化剂材料的涂料组合物通过干法压延结合在一起。
如此设计气体扩散电极的优选变体，使催化剂载体材料和含催化剂材料的涂料组合物通过把含有水和可能的有机溶剂(例如醇)的涂料组合物倾倒或者湿法滚压而涂覆在催化剂载体材料上，然后通过干燥、烧结和可能的加压使之连结。
在特定构造形态中为了改善气体扩散电极的均匀气体供应，在基板与催化剂载体材料之间提供了附加的导电的气体分配织物，其特别包含碳或金属，特别是镍或耐碱镍合金，尤其是镍与银的合金或者涂覆银的镍或耐碱金属合金。
在该气体扩散电极的一个特定实施方案中，基板具有容纳该气体分配织物的平面凹槽。
已证明，通过其中催化剂载体材料和含催化剂材料的涂料组合物构成的层在电极的边缘区域与基板的边缘气密性结合的气体扩散电极的设计特别适合。
例如，可以通过密封或任选用超声波强化平轧(Niederwalzen)进行气密连接。
如果使用泡沫或多孔烧结结构作为催化剂载体材料或者基板，则在该结构涂覆含催化剂材料的涂料组合物之后，将周边区域强压缩，以获得气密的边缘区域。
该气体扩散电极优选的是具有无孔的边缘，或者通过加压多孔基板结构密封的边缘，并且在所述无孔边缘通过焊接、钎焊、螺栓连接、铆接、钳夹或使用耐碱导电粘合剂气密且导电地与电化学反应设备结合。
如果气体扩散电极与电化学反应设备的所述结合通过焊接或钎焊进行，所述无孔边缘优选的是无银的。
另一方面，如果气体扩散电极与电化学反应设备的所述结合通过螺栓连接、铆接或钳夹或者使用导电粘结剂进行，则无孔边缘优选的是含有银。
在气体扩散电极通过螺栓连接、铆接或钳夹与电化学反应设备连接的情况下，基板的边缘区域有利的是借助弹性内衬对着电化学装置的安装面密封。
本发明还涉及一种制备本发明的气体扩散电极的方法，即把催化剂载体材料烧结结合到具有许多孔的基板上，通过在至少3×105帕斯卡的压力下干法压延涂覆含粉末状或纤维状催化剂材料的涂料组合物，其可在事先的的操作中被压成膜。
本发明还涉及一种制备气体扩散电极的替换方法，即涂覆催化剂与水和可能的有机溶剂如醇的低粘度或糊状混合物，其溶剂含量为0-100％，固体含量为5-95％，该混合物通过滚压、调拌或倾倒进行涂覆，然后在高温下干燥和烧结，尤其是在至少100℃且最高400℃，在保护气体下，尤其是氮气、二氧化碳、惰性气体或减压介质中，特别优选的是氩、氖、氪、丁烷，并且可能进一步在至少3×105帕斯卡的压力下滚压烧结的复合材料。
优选地，在催化剂载体材料与基板的烧结后，为催化剂载体材料表面提供银层，特别是通过电沉积或无电沉积。
在本发明的特定形式中，在基板上施加催化剂载体材料之前应用气体分配织物并与基板一起烧结。
一种特别优选的方法的特征在于催化剂载体材料、气体分配器和基板的烧结结合同时进行。
为了避免在滚压操作中，上部结构不可接受的变形到下部结构中，两层的孔分布应该适当设计。此外，必须保证浓缩物或苛性钠溶液的充分排出，以防气体输送通道被堵塞。
在根据本发明的气体扩散电极用作氧消耗电极(SVK)的操作过程中，所述结构通过其开口向催化活性层提供氧气，并形成硬质的基底，该基底使得该气体扩散电极尺寸稳定并且稳定地抵抗变形。
上层结构和下层结构的同时使用不是绝对必需的，但是，基板的直接涂覆也是可以的。
低粘度组合物或糊状物形式的催化剂组合物通过借助倾倒或调拌的湿滚压技术涂覆，然后干燥、烧结和可能的通过滚压压制是本方法的另一种变体。
为了通过螺栓、铆接、钳夹、钎焊、焊接或粘结剂连接把电极安装到气袋结构上，可以优选地使用略微突出的下部结构边缘，其优选位于催化剂载体材料结构之下并且在含催化剂材料的涂料组合物压延期间可以适当地保护含氟聚合物。省去这一部分是特别有利的，同时冲压出孔、槽等形式的开口，即其保持为固体，从而使得可以防止氧气的横向逸出。通过合适地把上层的窄的、充满催化剂的边缘带平轧到下部结构中，可以避免氧气从两层的边界区域逸出，下部结构在此位置应该不再开槽或者应该用某种其它方式金属地覆盖并且密封。例如通过使用超声波刺激的、旋转辊压头，保证了边缘带的平轧。压力/振动力的传递导致空隙被含催化剂材料的涂料组合物完全充填。
如果使用泡沫或敞孔烧结结构作为基体，通过牢固地压紧周边区域中的多孔结构，以防止氧气从边缘区域中逸出。这种压紧导致气密性结构的形成。
催化剂的涂覆方式，特别是通过干法压延技术，而且也包括湿法压延技术和调拌技术，使得用过的催化剂层可以通过剧烈吹出或喷出而去掉，因此可以重新涂覆金属载体结构。
根据气体扩散电极例如SVK插入气袋或连接到气袋上的方式，这种双层结构重复使用多次是完全可能的，并因此明显节约了成本。另一方面，可以由提取的物质通过简单的方法化学地和/或电化学地回收催化剂，因此甚至可以在这方面应用再循环方案。
本发明还涉及一种电化学气体扩散电池，其包含如上所述的根据本发明的气体扩散电极。
在这样的装置中，电化学气体扩散电池可用固定安装的气袋或使用可取下的气袋。
以下通过附图举例性地更详细解释本发明，其中
图1表示根据本发明的气体扩散电极的构造示意图，图2表示图1的电极相应于A-A线的截面图，图3表示带有附加气体分配织物10的图1的电极的变体的示意图，图4表示图3的电极相应于B-B线的截面图，图5表示包含气体扩散电极的电解电池的示意图。
这种基板结构具有未开槽的边缘(3)。作为涌于活化的载体结构的是镍丝布(4)，其镍丝直径为0.14毫米，网格大小为0.5毫米(得自Haver & Boecher公司/D)。丝网边缘埋入边缘区域中。该装置在800-1200℃烧结结合；获得一种连续结构。
把带有所述丝的一侧电镀银。为了涂覆活性物质，用合适的材料如蜡、涂料、胶带等盖住未开槽的区域(3)。然后用含催化剂材料的涂料组合物(5)覆盖整个电极结构，含有催化剂材料的涂料组合物(5)预先已经辊压成片并且其由85％炭黑(Vulcan XC-72，10％Ag)、15％HOSTAFLON TF 2053(PTFE)组成，涂覆量(Beschichtungsst rke)为500g/m2，其通过辊压、挤压等结合到丝布(4)上。在除去遮盖边缘区域的层后，为了获得足够的气密性，把边缘区域(6)平轧，并使用带有滚点焊头的超声波焊机(得自stapla公司/D)，该电极现在就可用于安装了。例如在实心边缘区域(3)中通过焊接、钎焊、螺栓连接、钳夹、铆接或者使用导电粘结剂等进行与电化学反应装置中的结合。
如果该气体扩散电极和电化学反应装置通过钳夹、铆接或螺栓连接技术连接在一起，在气体扩散电极和电化学反应装置的支撑面之间放置弹性密封，以防气相和液相的混合。实施例2两层构造的尺寸稳定气体扩散电极的制备该构造类似于实施例1的构造，但是对含催化剂材料的涂料组合物使用不同的涂覆技术，并且涂覆附加的非催化的气体扩散层把带有所述丝的一侧无电镀银。为了涂覆活性层和气体扩散层，通过合适的材料如蜡、涂料、胶带等在两侧盖住未开槽的区域。然后在没有所述丝的一侧，用事先辊压形成片的气体扩散层覆盖该电极结构，所述气体扩散层由70％炭黑(Vulcan XC-72，非催化的)、30％HOSTAFLON TF 2053(PTFE)，涂覆量为750g/m2，其通过辊压、挤压等结合到槽板结构上。
为了涂覆催化剂层，把该电极结构的有丝一侧涂上(调拌)一层混合物，该混合物已经预先混合产生一种糊状组合物并由70％炭黑(Vulcan XC-72，10％Ag/PTFE混合物(85％/15％)和30％异丙醇组成，在65℃干燥，并且为了获得足够的气密性，通过辊压压制。为了使该电极硬化，然后在25O℃退火1小时。与实施例1中一样进行电极与电化学反应装置的结合。实施例3两层构造的尺寸稳定气体扩散电极的制备该构造类似于实施例1，但是，使用不同的载体材料来容纳催化剂使用拉伸的5-Ni-5-050型细金属网箔(原料厚度0.127毫米，束宽0.127毫米，LWD1.27毫米，得自DELKER公司/USA)。金属网的使用导致在含催化剂材料的涂料组合物与催化剂载体材料之间特别坚固的连结。实施例4(图3+4)三层构造的尺寸稳定的气体扩散电极的制备电极的基板由带孔(槽)(8)的厚2毫米的带槽板组成，所述孔宽1.5毫米，长25毫米(得自Fiedler公司/D)。选择槽的分布使得它们在纵向上间隔5毫米，在横向上间隔2毫米。这些槽的并列纵向排相互错开半个周期，因此，每一个槽与空隙相邻。
这种基板结构具有未开槽的边缘(9)，其不必位于与开槽的支承面相同的高度上，使用更高的边缘对于密封是有利的。作为气体分配器，插入丝布(10)，其丝直径为0.5毫米，网格大小为0.8毫米(得自Haver & Boecher公司/D)。在该结构上覆以细镍丝网，镍丝直径0.14毫米，网格大小为0.5毫米(得自Haver & Boecher公司/D)(11)，其在图3所示的情况下，埋入边缘区域中。
与实施例1-3相比，还使用另外一层来改善气体和液体的输送以及催化剂组合物的附加结合。
把这种装配在80-1200℃烧结结合；获得一种连续结构。将带有丝的一侧无电镀银。
为了涂覆活化层，利用合适的材料如蜡、涂料、胶带等盖住位置较高的未开槽边缘区域(9)。然后用含有催化剂材料(5)的涂料组合物覆盖整个电极结构，含有催化剂材料的涂料组合物(5)预先已经辊压成片并且其由85％炭黑(Vulcan XC-72，10％Ag)、15％HOSTAFLONTF 2053(PTFE)组成，涂覆量为500g/m2，其通过辊压、挤压结合等结合到细丝布(11)上。在除去盖住边缘区域的层后，为了获得足够的气密性，把边缘区域(13)平轧，并使用超声波焊机(得自Stapla公司/D)，该电极现在可以用于安装了。例如在实心边缘区域(9)中通过焊接、钎焊、螺栓连接、钳夹、铆接或者使用导电粘结剂等进行与电化学反应装置中的结合。
如果该气体扩散电极和电化学反应装置通过钳夹、铆接或螺栓连接技术连接在一起，在气体扩散电极的边缘(13)和电化学反应装置的支撑面之间放置弹性密封，以阻止气相和液相的混合。实施例5三层构造的尺寸稳定的气体扩散电极的制备该构造类似于实施例4，但是，使用不同的载体材料来容纳催化剂使用拉伸的5-Ni-5-050型细金属网箔(原料厚度0.127毫米，束宽0.127毫米，LWD1.27毫米，得自DELKER公司/USA)。金属网的使用导致在含催化剂材料的涂料组合物与催化剂载体材料之间特别坚固的连结。实施例6三层构造的尺寸稳定的气体扩散电极的制备该构造类似于实施例4，但是，使用不同的载体材料来容纳催化剂使用孔直径为0.3毫米且三角形孔间距为0.6毫米的薄钻孔板(得自Fiedler公司/D)。实施例7三层构造的尺寸稳定的气体扩散电极的制备该构造与实施例4类似，但是对于含催化剂材料的涂层组合物使用不同的催化剂载体材料和涂覆技术使用一种厚0.3毫米的不透明、烧结结合的镍毡(得自Nitech公司/F)作为催化剂载体材料。将这种吸附性结构用一种可浇注的混合物涂覆，该混合物含有36％炭黑(Vulcan XC-72，10％Ag)、64％HOSTAFLON TF 5033悬浮液(10％PTFE)，涂覆量为250g/m2，然后在95℃干燥并且为了获得足够的气密性，通过辊压压制。为了使该电极硬化，然后在250℃退火1小时。
如实施例4中所述将该电极结合到电化学反应装置中。实施例8单层构造的尺寸稳定的气体扩散电极的制备基板由厚度为5毫米的镍泡沫(得自Dunlop公司/USA)组成。平均孔径为1毫米，孔隙体积为80％。
该基板结构，在涂覆操作完成之前，具有无孔的边缘；不使用支撑结构。
把预定进行后续要涂覆的一侧电镀银。为了涂覆活性层，通过合适的材料如蜡、涂料、胶带等遮蔽边缘区域。然后用含有催化剂材料的涂料组合物覆盖整个电极结构，含有催化剂材料的涂料组合物预先已经辊压成膜并且其由85％炭黑(Vulcan XC-72，10％Ag)、15％HOSTAFLON TF 2053(PTFE)组成，涂覆量为500g/m2，其通过辊压、挤压等结合到泡沫结构上。在除去遮蔽边缘区域的层后，为了获得足够的气密性，把边缘区域压制到1毫米的厚度，该电极现在可以用于安装了。例如在实心边缘区域(9)中通过焊接、钎焊、螺栓连接、钳夹、铆接或者使用导电粘结剂等将其结合到电化学反应装置中。
如果该气体扩散电极和电化学反应装置通过钳夹、铆接或螺栓连接技术连接在一起，在气体扩散电极的边缘和电化学反应装置的支撑面之间放置弹性密封，以阻止气相和液相的混合。实施例9单层构造的尺寸稳定气体扩散电极的制备基板由带有1.5毫米宽、15毫米长的槽的1.5毫米厚镍板(得自Fiedler公司/D)组成。选择槽的分布使得它们在纵向上间隔5毫米，在横向上间隔2毫米。这些槽的并列纵向排相互错开半个周期，因此，每一个槽与空隙相邻。
该基板结构具有未开槽的边缘；不使用支撑结构。把预定进行后续涂覆的一侧电镀银。为了涂覆活性层，通过合适的材料如蜡、涂料、胶带等遮蔽未开槽的边缘区域。然后用含有催化剂材料的涂料组合物覆盖整个电极结构，含有催化剂材料的涂料组合物预先已经辊压成膜并且其由85％炭黑(Vulcan XC-72，10％Ag)、15％HOSTAFLON TF 2053(PTFE)组成，涂覆量为500g/m2，其通过辊压、挤压等结合到带槽板上。在除去遮蔽边缘区域的层后，该电极即可用于安装。例如在实心边缘区域(9)中通过焊接、钎焊、螺栓连接、钳夹、铆接或者使用导电粘结剂等将其结合到电化学反应装置中。
如果该气体扩散电极和电化学反应装置通过钳夹、铆接或螺栓连接技术连接在一起，在气体扩散电极的边缘和电化学反应装置的支撑面之间放置弹性密封，以阻止气相和液相的混合。实施例10单层设计的气体扩散电极的制备该设计与实施例9类似，但是涂覆一个附加的、非催化的气体扩散层把预定用于后续涂覆的一侧无电镀银。为了涂覆活性层和气体扩散层，利用合适的材料如蜡、涂料、胶带等在两个侧面上遮蔽未开槽的边缘区域。然后把电极结构在未镀银的一侧覆盖气体扩散层，所述气体扩散层事先已经辊压成膜并且由70％炭黑(Vulcan XC-72，非催化的)、30％HOSTAFLON TF 2053(PTFE)，涂覆量为750g/m2，其通过辊压、挤压等结合到该多孔板结构上。
按实施例9涂覆含催化剂材料的涂料组合物并将电极结合到电极电化学反应装置中。实施例11(电极测试)把在实施例1中所述的气体扩散电极安装在电解电池中(见图5)，该电池包括一个带有薄膜(14)的传统阳极半电池(18)。但是，阴极半电池的设计明显不同于在传统电池中所用的结构，其由阴极裂缝(15)、氧消耗电极(SVK)(16)和气体空间(17)组成。
阴极裂缝(15)具有常规的功能；在SVK(16)发生的氧气还原，与氢气的释放相比，其必然伴随大量的能量节约。在SVK(16)后面是气体空间(17)，其用来输送氧并排出渗出的反应水或稀苛性钠溶液。
SVK(16)的尺寸为18cm×18cm，并且在1.98伏特的稳定电池电压下操作100天；在操作条件下测量其最大弯曲为0.5毫米。
设定以下工艺参数●电流密度3kA/m2，●电池温度85℃，●苛性钠溶液浓度32重量％，●盐水浓度210g氯化钠/l，●最大压差24cm水柱。
权利要求
1.一种尺寸稳定的气体扩散电极，其包含至少一种导电催化剂载体材料，以容纳含催化剂材料的涂料组合物，特别是含有细分散银粉或细分散氧化银粉的混合物或银粉和氧化银粉末和特氟隆粉末的混合物或细分散银粉或氧化银粉末的混合物或银粉和氧化银粉末、炭粉和特氟隆粉末的混合物，并且还包含一种电连接，其特征在于所述催化剂载体材料是导电材料的织物、无纺布、泡沫、烧结金属体或毡、金属网板或带有许多孔的金属板，在其上面涂覆含有催化剂材料的涂料组合物，所述材料具有足够的抗弯强度使得可以省去提供附加增强而使用的附加基板，或者所述材料机械且导电地固定连接到透气性的、硬质金属基板或硬质织物或金属网，尤其是含有镍或其合金或耐碱的金属合金上。
2.根据权利要求1的气体扩散电极，其特征在于用于该基板的金属选自镍或耐碱镍合金，尤其是镍与银的合金，或涂银的镍，或耐碱金属合金。
3.根据权利要求1或2的气体扩散电极，其特征在于所述催化剂载体材料由碳、金属，尤其是镍或耐碱镍合金，特别是镍与银的合金或涂银的镍或耐碱金属合金组成。
4.根据权利要求1-3的任一项的气体扩散电极，其特征在于所述基板有许多孔，特别是槽或钻孔。
5.根据权利要求1-4的任一项的气体扩散电极，其特征在于所述基板有至少5毫米的无孔周边。
6.根据权利要求1-5的任一项的气体扩散电极，其特征在于所用催化剂载体材料是一种泡沫或者烧结金属体，并且用于把该电极结合到电化学反应装置上的边缘被压缩。
7.根据权利要求1-6的任一项的气体扩散电极，其特征在于所述催化剂载体材料和含催化剂材料的涂料组合物通过干法压延结合在一起。
8.根据权利要求1-7的任一项的气体扩散电极，其特征在于通过浇注或湿法辊压把含有水并可能含有有机溶剂，优选的是醇并且还含有催化剂材料的涂料组合物涂覆到催化剂载体材料上，并且通过后续的干燥、烧结和可能的加压结合到催化剂载体材料上。
9.根据权利要求1-8的任一项的气体扩散电极，其特征在于在基板和催化剂载体材料之间，提供附加的导电的气体分配织物，其特别是碳、金属、镍、耐碱合金，尤其是镍与银的合金，或者涂银的镍或耐碱金属合金。
10.根据权利要求1-9的任一项的气体扩散电极，其特征在于所述基板具有突起的边缘区域，以容纳所述气体分配织物。
11.根据权利要求1-10的任一项的气体扩散电极，其特征在于催化剂载体材料和含有催化剂材料的涂料组合物的层在电极的边缘区域与基板周边气密性地结合。
12.根据权利要求11的气体扩散电极，其特征在于通过密封、直接平轧或超声波增强平轧获得所述边缘区域的气密性。
13.根据权利要求1-12的任一项的气体扩散电极，其特征在于所用催化剂载体材料或基板是开口气孔结构，特别是泡沫、织物、无纺布或烧结结构并且其边缘区域被压缩以获得气密性。
14.根据权利要求1-13的任一项的气体扩散电极，其特征在于所述气体扩散电极具有无孔的边缘，并且在所述无孔的边缘通过焊接、钎焊、螺栓连接、铆接、钳夹或使用耐碱导电粘结剂气密性且导电地结合到电化学反应装置上。
15.根据权利要求14的气体扩散电极，其特征在于气体扩散电极与电化学反应装置的所述结合通过焊接或钎焊进行，其中所述无孔边缘是无银的。
16.根据权利要求14的气体扩散电极，其特征在于气体扩散电极与电化学反应装置的所述连接通过螺栓连接、铆接、钳夹或使用导电粘结剂进行，所述无孔边缘含有银。
17.根据权利要求14-16的任一项的气体扩散电极，其特征在于在气体扩散电极被结合到电化学反应装置中的情况下，基板的边缘区域通过弹性衬垫对着电化学装置的安装面密封。
18.一种制造权利要求1的气体扩散电极的方法，通过把催化剂载体材料烧结到具有许多孔的基板上，并且通过在至少3×105帕斯卡的压力下干法压延涂覆粉末状或纤维状催化剂材料，所述催化剂材料任选已经在单独的步骤中辊压成膜。
19.一种制备权利要求1的气体扩散电极的方法，通过把含催化剂材料的涂料组合物与水和可能的有机溶剂如醇的低粘度到糊状混合物涂覆到催化剂载体材料上，所述有机溶剂的溶剂含量为0-100％且所述混合物的固体含量为5-95％，该混合物通过辊压、调拌或浇注来涂覆，然后干燥并在更高的温度下，尤其是在至少100℃且最高400℃的温度下，在保护气体特别是氮气、二氧化碳、惰性气体或减压介质下，特别优选在氩、氖、氪、丁烷下烧结，并且可能进一步在至少3×105帕斯卡的压力下辊压烧结的复合材料。
20.根据权利要求18或19的方法，其特征在于在催化剂载体材料与基板的烧结结合后，为催化剂载体材料表面提供银层，特别是通过电沉积或无电沉积。
21.根据权利要求18-20任一项的方法，其特征在于在所述催化剂载体材料涂覆到基板上之前，将一种气体分配织物施加到基板上并与基板一起烧结。
22.根据权利要求21的方法，其特征在于催化剂载体材料、气体分配器和基板同时进行烧结。
23.具有权利要求1-17任一项的气体扩散电极的电化学气体扩散电池。
全文摘要
本发明涉及一种尺寸稳定的气体扩散电极及其制备方法。本发明的电极包括至少一种导电催化剂载体材料，用于容纳含有催化剂材料的涂料，并提供电连接。催化剂载体(4；11)可以是一种由导电材料制成的织物、无纺布、泡沫、烧结体或毡、金属网板或提供许多孔(2，8)的金属板，其上涂覆含有催化剂材料的涂料(5)。催化剂载体如果本身刚度不够，则以机械且导电的方式坚固地与一种气密性、耐碱金属基板(1；7)，特别是由镍或一种镍合金制得的金属基板连接。
文档编号C25B11/03GK1443378SQ01810256
公开日2003年9月17日 申请日期2001年5月21日 优先权日2000年6月2日
发明者F·格斯特曼, H·-D·平特, A·索佩, P·沃伊塔 申请人:拜尔公司