专利名称：以高差压差工作的电化电池的电极及其制造工艺和使用该电极的电化电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可以用于以高差压差(differential pressure difference )工 作的电化电池中的电极，以及这种电极的制造和这种电极在这种电池中的使用。
背景技术：
电解工艺已经被了解很长时间了 ，在其工艺过程中可以使用电流从合适 化学成分的材料生成气体或者产生金属沉淀。例如，在存在合适的电解质的 情况下可以由合适电极上的电解从水中产生氢气和氧气。
电解需要两个电极和至少一种电解质。电极连接到电解质。电解质是导 电的离子溶液或一些其他液体材料或固体材料。在电解工艺过程中发生电子 转移，其结果是所参与材料的氧化状态改变。得到电子的化学材料被还原， 而转移电子的化学材料被氧化。阳极是其上发生氧化的电极，而阴极是其上 发生还原的电极。(虽然，电极通常仅表示其上发生化学反应的表面，但在 本说明书中电极的定义包括该表面、支撑该表面的材料，以及在给定情况中 需要用来将支撑介质保持在一起的其他结构元件。)电解质之外的阳极和阴 极的端部之间电压的结果是电流流经该系统，也就是电子在阳极上转移，即 由于电压而发生氧化，以此方式释放的电子由阳极传送到阴极，在阴极由于 多余的电子而发生还原。在电解电池中发生电解。
如果与电解相比发生相反的工艺，也就是氢气与氧气在电极上相互反应 并在此过程中生成电流，则这被称作燃料电池。
我们说燃料电池的意思是一种装置或设备，它使得给定的可燃性材料和 氧化性材料相互反应，这种工艺的结果是，在为此目的所设计的装置(设备) 的元件上产生电势差。因此在电池中，由于受控电化氧化，燃料的主要能量 成分直接产生电流，并同时释放热能。与传统的产生直流电的元件相比，只 要确保燃料供给，燃料电池就可以工作。通过插入变流器(inverter),也可 以用燃料电池产生交流电。燃料电池的基本单元包括两个电极和电解质。在电池的工作中，氢在阳 极上反应而氧在阴极上反应。在催化剂的帮助下氢分子分解成质子和电子， 质子流经电解质而电子流经电极。以此方式产生的电流可以用于供给用电设 备。在催化剂的帮助下，到达阴极的电子与质子并与氧分子结合，从而生成 水作为最终产物。
燃料电池也用在汽车工业和空间研究的最新进展中。燃料电池的众多优 势之一是不包含任何移动部分，对重力效应、宇宙辐射、热涨落不敏感，可 靠、稳定，氢和氧燃料重量轻且体积小，而且在燃料电池工作过程中不发出
有害的材料。(SZI^CS , Mikl6s: A tiizel6anyag-celldk vdrhat6 szerepe az energiaszolgdltat&sban [Expected Role of Fuel Cells in Energy Supply], Energiagazddlkod&s [Energy Management] 2002/4 )。
电解电池和燃料电池一起被称作电化电池。多个电化电池形成电化电池 系统，其产生的材料或电流一起形成该电化电池系统的产物。
在电解的众多可能的实际应用当中，重要的是强调与产生氢气有关的工 艺和设备，这是因为周知这种简单化学成分的气体的众多工业应用，特别是 在化学工业中，特别是关于有机化学中的广泛的工艺反应，例如在制药工业 中(R.M. Machado， K.R. Heier, R.R. Broekhuis， Curr. Opin. Drug Discov. Dev., 4: 745， 2001 )。在这些工业分支中通常用到氢气，典型地是在称作氢化反 应的过程中。例如在典型的制药工厂的生产活动中，进行的所有合成反应的 大约10-20%是氢化反应(F. Roessler， Chimia， 50: 106, 1996)。在氢化 中，在合适材料比如铂的帮助下，氢原子被结合到给定的有机分子中。实现 反应时的压力越高，则氢化反应的产量的效率越高。用以生产高压氢气的各 种溶液已经被详细阐述。在包含氢离子(H+)的合适的溶液中，由于电压而 在阴极上产生的多余电子将氢离子还原，以此方式产生氢气(H2)。在专门 的文献中用于此目的的装置通常被称作氢电池。这样的氬电池确保了基于纳 米技术的新的氩化设备的氢供给，这在匈牙利专利申请No. P0401727以及基 于该申请做出的国际申请No. PCT/HU05/00046中描述(R. Jones, L. Godorhazy, G. Panka， D. Szalay， G. Dorman, L. Urge和F. Darvas,丄Comb. Chem., ASAPDOI: 10.1021/cc050107o， 2004; R.V. Jones, L. Godorhazy, G. Panka， D. Szalay, L. Urge, R Darvas, ACS Fall Poster, 2004; C. Spadoni, R. Jones， L. Urge和F. Darvas, Chemistry Today, Drug Discov. Sec. ， Jan/Febissue, 36-39, 2005 )。
氢电池的 一般构造的特征在于电解质的功能是由固体或类似凝胶的导 电膜来实现的。该膜的另一个功能是分隔气体空间。已知有多种具有此特征 的膜，例如属于质子传导聚合物膜群组的膜。在氢电池中，在以电解将两个 水分子分解的过程中，产生一个氧分子和两个氢分子，因此在产生氢气的一 侧，由于材料的双倍数量，气压是产生氧气一侧的两倍。因此在电解过程中 出现的所产生气体的量的差异导致膜的两侧的显著的压差。电化电池的典型 特征是高气压和高气压差。本说明书标题中的差压差涉及在一个部分的两个 电极的空间中产生的气体所出现的压差，以及电池的内部空间和外部空间之 间出现的高压差。
由导电材料制成的多孔构造的电极从两侧压向氢电池的膜。电极的主要 功能是将电流导向膜，因此重要的是电极是导电的并且确保电极与膜表面有 效的电接触。此外，电极的多孔性使其可能将水导向膜并允许产生的气体流 出。电极必须是机械稳定的，以经受由产生的气体引起的高压。电极的材料 必须在产生氧气的一侧是化学抗氧的。电极在载体上包含催化剂，比如铂、 钯、石墨、有机金属络合物等。由于电极必须耐受多种环境效应，已知有几 种涉及可以用于电化电池中的电极的发明。
例如，在美国专利申请No. US06828056中描述了电极构造，其载体在 起阳极作用的情况中在电压值为1.5和4V之间没有被氧化，该载体包含金 刚石以及与催化剂一体化的质子传导材料。
典型地，除了膜和电极之外，氢电池还包含水流入接头和流出接头、氢 气流出和电连接。在水流入在阳极侧的氢电池中，水(电解质的基本成分) 从阳极侧进入，即产生氧气的一侧，而产生的氧气与一些水一起从相同侧排 出。质子和其余的水流经质子交换膜并与产生氢气的阴极接触。水流入在阴 极侧的氬电池，与水流入在阳极侧的氬电池类似，也是已知的。
开发氢电池的一个目的是突破限制压力增加的工艺极限。由于电极的多 孔性，事实上压向电极表面的膜位于球状突起(knobbed)的表面上。电池 中气压差越高，在膜的一侧孔上方的膜的表面部分以及与电极的固体颗粒接 触的表面部分之间出现的压差越高。因为在阴极上产生的气体(H2)的量是 在阳极上产生的气体(02)的量的两倍，所以阴极侧的气压将膜压向阳极。的构造中，在一定的压力值以上膜可能由于该不均勾的压力分布而破裂，从 而引起电池失效。因此，用于氢电池(至少阳极)中的电极必须具有在膜的机械过载比如破裂和压痕(indentation)的情况下能够避免膜的损坏的表面 和结构构造。通过减小确定孔隙率的平均孔尺寸，使电极表面更加均匀并因此膜也对 较高压力保持较高的耐受性，从而可以降低膜破裂的概率。然而，通过减小 平均孔尺寸，流经电极的材料也会由于更窄的流动通道而减少，从而降低电 池的效率。出于这个原因，在目前已知的电极情况中，孔隙率值一般在40 %和70% (体积)之间。同样也有必要确定电极的确切的合适的厚度，这是因为太薄的电极可能而，太厚的电极会降低其内部材料流(material flow)的效率。 由于以上原因，平均孔尺寸和电极的厚度的需要全面考虑。 增加膜稳定性的另 一个可能的方式是膜的内部纤维增强。此方法的缺点 是纤维的使用会导致膜厚度的不均匀分布，而膜由上述原因由于上述的一定 的压力值而可能破裂。USA专利申请No. US20040105773描述了 一种电化电池，其中发生在工 作过程中的压差在2.000 psi (大约14 MPa, 140巴)以上。在该电池中使 用由烧结生产的多孔电极。吸附于多孔电极上或施加在多孔载体上的催化剂 与电解质膜接触。这里，在生产电极的过程中(电极的平均孔尺寸为大约2 和13微米之间(2- 13 x 10-6 m))催化剂渗透到孔隙率在10%以上的载体 中。发明内容本发明要解决的任务是提供用于电化电池的电极，该电极即使在出现高 压力期间也能够不以其他任何方式存在使膜破裂或损坏的方式压向膜，同时 该电极也确保了有效工作所需要的材料流。此外，本发明要解决的任务是提 供制造这种电极的工艺并提供包含这种电极的电化电池。本发明是基于这样的认识如果电极是由不同的平均孔尺寸的若干层构 造成的，那么与膜接触的具有较小的平均孔尺寸的层由于其较均匀的表面即 使在较高压力的情况下也安全地压向膜，而具有较大的平均孔尺寸的层或若7干层确保电极在来源于高压的机械效应的情况下的适当的稳定性。在此种构 造中，在具有较大的平均孔尺寸的层或若干层中液体和气体易于流动，从而 保证了适当的材料流，而具有小的平均孔尺寸的层，从材料流方面考虑为高 度稳定的，必须是薄的以使气体和液体能容易地流经该层。
基于以上认识，根据本发明，其任务组合由用于电化电池中的并包含载 体和/或催化剂的多孔电极来解决，该电极包括具有不同平均孔尺寸的两个或 更多的层，在这些层的外面具有最小平均孔尺寸的层与压向它(即接触层) 的膜接触，而一个或更多的具有较大平均孔尺寸的支撑层连接到接触层的另 一侧。
在本说明书中，在给定电极中，接触层指与膜接触的载体层，而支撑层 指与膜相比与接触层的另一侧相接触或者与另一支撑层接触相接触的层。
优选地，根据本发明的电极包括具有小的平均孔尺寸的接触层以及具有 较大的平均孔尺寸的支撑层。
根据本发明的电极的优选实施例，接触层由包括纳米颗粒的层形成，或 者包括纳米颗粒的另外的层形成于接触层上。
根据本发明的另一优选实施例，包括纳米颗粒的层含有铂和/或钯。
根据优选实施例，具有不同的平均孔尺寸的层被优选由塑料制成的支持 单元所围绕，更优选由化学耐受性塑料制成。该支持单元优选形成环状，更 优选为在其内侧具有凹槽的环状单元。
根据本发明的电极的载体是导电材料，可以是金属或石墨，优选镍、钴、 钛、锆、铪、铌、鴒、铁、铂或石墨。在氧侧构造电极的情况中，使用铁或 镍可能由于氧化效应而不利。根据本发明的电极的载体最优选由钛制成。
根据本发明的电极的与膜接触的表面涂敷有常用于电化电池中的催化
在这里我们提到铂、铑和钯作为实例，以作为氢侧的可能的催化剂。用于产 生氧的一侧的催化剂可以是钼、锇、铑或铱，优选钼或铱，更优选铱。
根据优选实施例，电极的接触层的平均孔尺寸在0.5和30 pm之间(5 x IO.7 m — 3 x 10-5 m )，优选在1.0和10 |um之间(1 x i(T6 m — 1 x i(T5 m )， 最优选在1.5和2.5 fim之间(1.5 x l(T6m-2.5 x l(T6m),而其支撑层或若干 支撑层的平均孔尺寸在30和800 pm之间(3 x l(T5 m _ 8 x lCT4 m ),优选在 50禾口 500 |am之间(5 x 10-5 m — 5 x 10-4 m ),最叶尤选在100和300 之间(1x 10—4m-3 x 10—4m)。如果接触层包括纳米颗粒，则接触层的颗粒尺寸和孔 尺寸在纳米范围内。包括纳米颗粒并形成于接触层上的可选的另外的层的颗 粒尺寸和孔尺寸在纳米范围内。
本发明还涉及一种通过压制来制造电极的工艺，根据该工艺 在给定情况中，作为载体的基体材料的海绵状和/或颗粒状和/或纤维状
根据所计划的层的数量在压制工具中将各部分依次层叠，然后将这些层 冷压或者烧结。
根据本工艺的优选实施例，在将海绵状部分、颗粒状部分或纤维状部分
依次层叠之前，将支持单元置于压制工具中。
根据另一实施例，将一个或若干通道压制在电极的支撑层中。 根据进一步的优选实施例，包括纳米颗粒的层形成于一个或更多的压制
或烧结成的层上。
在冷压或烧结之后施加催化剂，使用的是一种已知的现有工艺水平的工
艺
本发明还涉及一种电化电池，其至少包括膜、电极、电连接和包围所有
这些的外壳，并且该电池的特征是至少 一个电极包括具有不同平均孔尺寸的
两个或更多的层。
根据优选实施例，该电化电池形成电化电池系统的 一部分。 根据另 一优选实施例，该电化电池用于产生氢气和/或氧气。 才艮据本发明的电极包括至少载体和施加于其上的催化剂。根据现有的工
艺水平，载体、催化剂，以及将催化剂施加于载体上都是已知的。优选地，
载体和催化剂 一起被支持单元所包围。
载体可以通过烧结或冷压由海绵状、颗粒状、粉末状和/或纤维状材料形
成。根据本发明的电极的层优选通过冷压由海绵状或颗粒状材料生产，更优
选由海绵状材料生产。
根据本发明的电极例如可以用于产生氢气的电化电池或者由这种电池 构造的电池系统中，其中用于产生氢气的电极(阴极)的载体优选为例如镍、 钴、钛、锆、铪、铌、鴒、铁、铂或石墨，更优选钛，而催化剂优选为例如 鉑、钯或铑。此外，用于产生氧气的电极(阳极)的载体优选为例如钴、钛、 锆、铪、铌、鵠、铂或石墨，更优选钛，而催化剂优选为例如铱或锇，特别是铱。根据本发明的电极包括具有不同的平均孔尺寸的层，也就是与膜接触的接触层，以及用来确保稳定性的一个或更多支撑层。平均孔尺寸的值用pm 来表示。电极的接触层的平均孔尺寸在0.5和30 )nm之间(5 x l(T7 m - 3 x 10-5 m ), 优选在1.0和10 之间(1 x 10—6 m - 1 x l(T5 m )，最优选在1.5 和2.5pm之间(1.5x l(T6m-2.5x l(T6m),而一个或更多支撑层的平均孔 尺寸在30和800 pm之间(3 x 10-5 m - 8 x l(T4 m )，优选在50和500 pm之 间(5 x l(T5 m - 5 x 10" m ),最优选在100和300 pm之间(1 x i(T4 m - 3 x 10—4m)。如果使用更多的支撑层，那么这些层可以具有不同的平均孔尺寸。 接触层的厚度可以在0.1和2.0 mm之间(1 x l(T4 m - 2 x l(T3 m ),优选在0.3 和1.0 mm之间(3 x 10-4 m _ 1 x i(T3 m ),更优选为0.5 mm ( 5 x l(T4 m )。各 支撑层的厚度依赖于支撑层的数量。在使用一个支撑层的情况中，其厚度通 常在1.2 - 1.5 mm之间(1.2 x l(T3m - 1.5 x l(T3 m)。根据本发明，例如使用铂和/或把，将包括纳米颗粒的催化层优选形成为 电极的接触层或者形成于电极的接触层上。纳米颗粒在纳米的范围内，因此 这些纳米颗粒形成大的比表面，以使得电化学反应更为有效。虽然按此方式， 实际的接触层是颗粒尺寸在纳米颗粒范围内的层，但是其机械稳定性是可以 忽略的，因此为了使用清楚的定义，在本说明书中接触层指以上定义的层。均直径的影响。接触层的典型的平均颗粒尺寸在50到200 |um之间(5 x icr5 m-2xl(T4 m)。支撑层的典型的平均颗粒尺寸在350到800 之间(3.5 x 10—4m-8x 10—4m)。各个层可以包括颗粒、或纤维、或甚至是颗粒和纤维 的混合物。出于技术原因，这些纤维不能过长，因此其对角线(diagonal) 的满意的值接近由其长度和厚度获得的算术平均数，在使用颗粒的情况下， 该值与其平均颗粒尺寸相似。使用的平均孔尺寸和平均颗粒尺寸之间有清楚的关系。用于制造电极的 平均颗粒尺寸越大，则电极的平均孔尺寸越大。在根据本发明的用于制造电极的工艺的情况中，电极优选通过将海绵状 材料在高压下压入塑料支持单元而构造成盘状，海绵状材料的基体材料是金 属或石墨，优选镍、钴、钛、锆、铪、铌、钨、铁、铂或石墨，最优选钛。 根据另一优选实施例，除了使用上述列举的材料的海绵状物，压制操作还可以使用这些材料的颗粒来进行。
本发明还涉及一种电化电池或电池系统，其中根据本发明的电极至少在 压力较低的一侧使用。根据本发明的电极可以用在高压电化电池中，用该电 化电池可以进行电解以产生气体，或者该电化电池可以用作使用气体来工作 的燃料电池。根据本发明的电化电池或者电化电池系统是优选产生氢和/或氧 的电解电池或电池系统，或者使用包含氬和氧的气体混合物来工作的燃料电 池或电池系统。根据本发明的电化电池或电池系统最优选为氢电池。
下面在附图的帮助下详细描述本发明。在附图中
图1以示意性的截面图示出在阳极侧输入水的氢电池的膜-电极单元； 图2以透视图详细示出作为实例的电极的结构；以及 图3示出部分的电化电池。
具体实施例方式
图1以侧视图示出在阳极侧输入水的氢电池的膜-电极单元，该膜-电 极单元整体以附图标记1标示，该单元包括质子传导膜2、阴极3、阳极4 和电连接5和6。
如果在电连接5、 6之间按正确的方向产生直流电压，那么来自水输入 的水7经历电化学分解，其结果是由于流经膜2的质子和水而在阳极4上产 生氧气9，并在阴极3上产生氬气10。残留在阳极侧的水8和氧气9一起离 开阳极4。
图2示出根据本发明的电极的优选实施例。(为了更好地理解，在图中 未示出包围接触层11和支撑层12的支持单元。)图中，整体由附图标记4 标示的盘状的阳极包括与膜(未示出)接触的接触层11和支撑层12。接触 层11与膜接触。支撑层12具有包括同心圆的通道13，通道13确保电极4 上输入的水7的平均分布。确保连接到支撑层12的水输入(未示出)的单 元包含径向通道以使输入的水容易从径向通道流入在支撑元件12上形成同 心圓的通道中。
图3示出根据本发明的氢电池的优选实施例。氢电池的外壳包括由钢的 上压盘301和钢的下压盘302压在一起的塑料的上室303和塑料的下室304。这两个室由塑料制成以确保对氧的化学耐受性。上压盘301和下压盘302由 钢的螺钉(未示出)压向彼此，最后它们将上室303和下室304压在一起。 在这两个室之间的空间中，有固定于阳极4和阴极3之间的膜2。阴极3由 钛的弹簧305压向膜2。压盘301和302带有电连接、以及气体和水接头。 水接头306和307确保水输入和水排出。产生的氩气通过管308从氢电池排 出。电连接5和6确保电解所需要的电流供应。电连接对氢气压力密封，而
解，电极3和4的层被示为一个单独的单元，但需要强调的是，根据本发明， 这些电极，至少阳极4，包括具有不同平均孔尺寸的若干层。电极被塑料的 支持单元309和310所包围。
如果在电连接5和6之间按正确方向产生直流电压，那么通过水接头306 进入的蒸馏水在阳极4上经历电化学分解，其结果是在此产生氧气，并且由 于流经膜2的质子和水而在阴极3上产生氢气，氢气通过管308被导向其使 用或者存储的地方。
和氧气，那么可以用于氧侧的电极(阳极)包含，例如，压入塑料的支持单 元的钛载体上的铱催化剂，该载体包括0.5 mm (5x l(T4 m)厚的平均孔尺 寸为2 fim( 2 x 10"m)的接触层以及1.2 - 1.5 mm( 1.2 x 10-3m- 1.5 x 10-3 m ) 厚的平均孔尺寸为200|am (2x l(T4m)的支撑层。
例如，如果根据本发明的电极用于在电解电池中通过水分解来产生氢气 和氧气，那么氧侧的电极(阳极)可以由例如以下工艺来制造。
()2电极的制造通过以下步骤来进行
1、 02熔块(frit)压制
2、 清洁、检验
3、 组装
1、 02侧钛熔块的压制
事实上，这是包括两层的熔块。在有棱紋的(ribbed) —侧，使用4.5 g 粗粒钛粉末(颗粒尺寸400 - 1000 |im; ( 4 x l(T4 m - 1 x l(T3 m )),而在与 膜接触的一侧使用0.5 g细粒钛粉末(颗粒尺寸400 (im以下；(4 x 10" m 以下))，因此其总重量为5.0 g。压制过程工具与4太接触的表面用蘸酒精的人造棉或用10。/oHCl溶液清洁，用蒸馏 水沖洗并快速干燥。预制塑料环置于压制工具的下部。然后将粗粒的钛粉末均匀地倒入工具 中，并用合适的工具轻轻地将粉末铺展。然后在水平地持握工具并将其旋转 时将混合物分散。将压制棒放入工具中并压制钛粉末。在该操作后，将压制棒从工具中移 除。在下一步中，将细粒的钛粉末倒入压制工具中并铺展。在分散后，将压 制插入物放入工具的上部并压制钛粉末。该工具置入压力机(press)中并用10吨(1 x 107 g)的重量压制。打 开压力机将工具取出。将工具拆卸，并将压制过的熔块从工具敲出。压制之 后，压制过的熔块和压制工具用压缩空气清洁。2、 清洁、检验压制过的熔块在乙醇中浸泡15分钟，然后干燥。将任何可能的钛颗粒 从熔块的两侧去除，并检验表面的光滑度。3、 组装02熔块光滑侧向上放置于人造棉上。500 nl ( 5 x l(T41)的铱悬浮液(80 mg/ml)被压在熔块的钛的部分上。用另外的500 pl ( 5 x l(T41)的这种铱悬 浮液重复前面的操作，随后干燥。涂覆有铱的电极在其悬浮液侧用水压机按 压，压力为2吨(2x 106g)。如果在根据本发明的电极上施加包括纳米颗粒的催化层，则可以如下实 现。使用已知的目前工艺水平的方法，例如在加热的反应器空间中在存在聚 乙烯基吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone, PVP )稳定剂的条件下从H2PtCl6 的甲醇/水的溶液中，来生产具有特定颗粒尺寸和形貌的铂纳米颗粒。多孔钛 熔块被预热到50 - 7(TC的温度，而几ml的预先制备的包含铂颗粒的胶体溶 液被施加到熔块的接触层上。在施加溶液后，溶剂蒸发而留下铂纳米颗粒。 这样，可以在电极表面上制成颗粒尺寸为2 - 3 nm的铂纳米颗粒层。如果根据作为本发明目的的电化电池的优选实施例，该电化电池是氬电 池，其位于氧侧的电极(阳极)包括0.5 mm (5x 10" m)厚的平均孔尺寸 为2 iam (2 x 10—6m)的才妄触层以及1.2— 1.5 mm ( 1.2 x 10-3m- 1.5 x 10-3 m) 厚的平均孔尺寸为200 (im (2x 10—4 m)的支撑层，这些层被冷压入塑料环中以制造电才及，那么该氢电池的工作氢气压甚至可以高达35MPa(大约350 巴)。选择合适的膜是达到更高工作氢气压的条件。当使用我们选择的膜 (Dupont生产的商标名为NafionTM的膜)，在高氬气压力的情况下，阴极侧 产生的氢气扩散到阳极侧。使用本电化电池构造，作为本发明主题，工作氢 气压可以达到相当于60 MPa ( 600巴)。如上制造的氧侧的电极(阳极)理 论压力耐受性甚至可以高达300MPa (大约3000巴)，该压力耐受性通常可 以由压制力和阳极面积(压制力除以面积)来计算。
作为本发明目的的电极、其制造以及使用该电极的电化电池明显不限于 图中所示的构造实例，但保护范围涉及权利要求中指定的电极、其制造以及 在电化电池中的使用。
此外，需要强调的是虽然在说明书中我们主要提及氢电池作为最常用的 电化电池的一种，但是根据本发明的电极、其制造以及使用该电极的电化电 池可以用于任何具有膜的高压电解电池或燃料电池的情况下，这对于本领域 的技术人员来说是显而易见的。
权利要求
1、用在电化电池中的多孔电极，包含载体和/或催化剂，其特征在于，所述多孔电极包括具有不同平均孔尺寸的两层或更多层，在这些层中，具有最小的平均孔尺寸的接触层(11)与所述膜(2)接触，而具有较大的平均孔尺寸的一个或更多支撑层(12)连接到所述接触层(11)的另一侧。
2、 如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述电极包括具有较小的 平均孔尺寸的接触层(11 )和具有较大的平均孔尺寸的支撑层(12)。
3、 如权利要求2所述的电极，其特征在于，所述接触层(11)由包括 纳米颗粒的层形成，或者包括纳米颗粒的另一层形成于所述接触层(11 )上。
4、 如权利要求3所述的电极，其特征在于，所述包括纳米颗粒的层含 有柏和/或4巴。
5、 如权利要求1至4中任一项所述的电极，其特征在于，所述具有不 同平均孔尺寸的那些层被支持单元(309、 310)包围，所述支持单元优选由 塑料制成，优选为环。
6、 如权利要求1至5中任一项所述的电极，其特征在于，所述载体的 材料是金属或石墨，优选为镍、钴、钛、锆、铪、铌、钨、铁、铂或石墨， 最优选为钛。
7、 如权利要求1至5中任一项所述的电极，其特征在于，所述催化剂 是柏、铑、钇、锇或铱，优选为柏或铱，最优选为铱。
8、 如权利要求1至7中任一项所述的电极，其特征在于，所述接触层 (11 )的平均孔尺寸在0.5和30 iam之间(5 x IO-7 m - 3 x l(T5 m ),优选在1.0和10ium之间(1 x l(T6m— 1 x l(T5m),最Y尤选在1.5和2.5 |am之间(1.5 x 10—6m-2.5x l0—6m)，而所述支撑层或多个支撑层(12)的平均孔尺寸在 30和800 |um之间(3 x l(T5 m - 8 x l(T4 m ),优选在50和500 |am之间(5 x 10-5 m - 5 x l(T4 m )，最优选在100和300 (am之间(1 x 10-4 m - 3 x l(T4 m )。
9、 通过压制来制造用在电化电池中的包括载体和/或催化剂的电极的工 艺，其特征在于，至少进行以下步骤在给定情况下，将作为所述栽体的基体材料的海绵状和/或颗粒状和/或根据所计划的层的数量，将各个部分依次层叠在压制工具中，随后所述各个部分被冷压或烧结。
10、 如权利要求9所述的工艺，其特征在于，在依次层叠所述海绵状部 分、颗粒状部分或纤维状部分之前，将支持单元(309、 310)置于所述压制 工具中，所述支持单元优选由塑料制成，优选为环。
11、 如权利要求9或10所述的工艺，其特征在于，通道(13 )被压制 在所述电极(4)的支撑层(12)中。
12、 如权利要求9至11中任一项所述的工艺，其特征在于，包含纳米 颗粒的层形成于一个或更多压制或烧结的层上。
13、 电化电池，至少包括膜、电极、电和其他连接以及包围所有这些的 外壳，其特征在于，所述电极中至少一个包括两个或更多具有不同平均孔尺 寸的层，在这些层中，具有最小的平均孔尺寸的接触层(11)与所述膜(2) 接触，而具有较大的平均孔尺寸的一个或更多支撑层(12)连接到所述接触 层(11 )的另一侧。
14、 如权利要求13所述的电化电池，其特征在于，所迷电化电池形成 电化电池系统的元件。
15、 如权利要求13至14中任一项所述的电化电池，其特征在于，所述 电化电池用于产生氢气(10)和/或氧气(9)。
全文摘要
本发明涉及一种用在电化电池中的多孔电极，包括载体和/或催化剂，该电极的特征在于包括两个或更多具有不同平均孔尺寸的层，在这些层中，具有最小平均孔尺寸的接触层与膜接触，而具有较大的平均孔尺寸的一个或更多支撑层连接到该接触层的另一侧。此外，本发明涉及一种制造这种电极的工艺以及包含这种电极的电化电池。
文档编号H01M4/86GK101405900SQ200680053390
公开日2009年4月8日 申请日期2006年12月22日 优先权日2005年12月23日
发明者丹尼尔·萨莱, 莱乔斯·戈多哈齐, 费伦克·达瓦斯 申请人:泰利斯内诺公司