Elektrochemische Synthese von Dimensionsstabilen Anoden für die Chlorelektrolyse

Abstract

Dimensionsstabile Anoden (DSA) für die Chlorelektrolyse werden üblicherweise über die thermische Zersetzung von Metallsalzlösungen hergestellt. Sie sind hinsichtlich ihrer Mikrostruktur, ihrer Phasenzusammensetzung und auch ihrer Oberfläche nicht homogen aufgebaut. Die elektrokatalytische Aktivität dieser Coatings ist daher stark von den Präparationsbedingungen abhängig. In dieser Arbeit ist es gelungen, eine alternative elektrochemische Synthese zur Herstellung von Dimensionsstabilen Anoden für die Chlorentwicklung, basierend auf dem Standardsystem TiO2-RuO2, zu entwickeln. Elektrochemische Eigenschaften dieser Coatings wurden mit Hilfe eines kombinatorischen Multi-Setups untersucht, das ebenfalls in dieser Arbeit entwickelt wurde. Im Vergleich zu konventionellen Coatings zeichnen sich die elektrochemischen Coatings durch eine besondere Oberflächenstruktur aus, die eine hohe aktive Oberfläche bietet und damit die Katalysatornutzung verbessert. Des Weiteren wird bereits bei einem niedrigen Edelmetallgehalt die Ausbildung von inaktiven TiO2-Anatas-Nebenphasen unterdrückt. Somit kann bei den elektrochemischen Coatings bei einem reduzierten Edelmetallgehalt eine gleichbleibende oder auch höhere Aktivität erzielt werden. Durch die Einführung von weiteren Elementen in das binäre System konnte der Edelmetallgehalt noch weiter erniedrigt werden.

Dimensionally stable anodes (DSA) for the chlorine evolution are usually prepared by thermal decomposition of metal precursor solutions. Since their microstructures, phase compositions and surface morphologies are inhomogeneous, the electrocatalytic activities of these coatings are strongly dependent on the preparation conditions. In the present work an alternative electrochemical synthesis for the preparation of DSA-electrodes for the chlorine evolution based on the standard system TiO2-RuO2 has been developed successfully. Electrochemical properties of these coatings were analyzed using a combinatorial multi cell setup which has also been developed in this work. The electrochemical coatings exhibit an extraordinary surface morphology which provides a high active surface area and improves the catalyst utilization comparing to conventional coatings. Furthermore, the formation of inactive TiO2 anatase phases is suppressed at low noble metal contents. Hence, electrochemical coatings enable to achieve a similar or higher electrocatalytic activity at reduced noble metal content. With the introduction of further components into the binary system a further reduction of the noble metal content could be achieved.