Vakuumplasmagespritzte Elektroden für die alkalische Wasserelektrolyse
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Düsseldorf
VDI-Verl.
1997
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| Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschrittberichte VDI / 21]
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Autor: Borck, Volker
Jahr: 1997
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Volker Borck, Kernen Vakuumplasmagespritzte Elektroden für die alkalische Wasserelektrolyse Reihe 21 . Elektrotechnik
V Inhalt s ver zeichnis 1 Einleitung und Aufgabenstellung 1 2 Grundlagen 2.1 Elektrochemische Grundlagen......................... 5 2.1.1 Thermodynamik der Elektrolyse.................... 5 2.1.2 Einfluß der Temperaturerhöhung................... 6 2.2 Elektroden - Reaktionen............................ 7 2.2.1 Reaktionen an der Kathode...................... 8 2.2.2 Optimierungskriterien für die Kathode................ 13 2.2.3 Reaktionen an der Anode ....................... 15 2.2.4 Optimierungskriterien für die Anode................. 16 2.3 Plasmaphysikalische und -technische Grundlagen............... 17 2.3.1 Das Plasmaspritzverfahren ...................... 17 2.3.2 Prinzip und Funktion eines Plasmabrenners............. 19 2.3.3 Phänomenologische Beschreibung der Grundvorgänge und der Abläufe beim Vakuumplasmaspritzen................... 19 2.3.4 Einfluß der Beschichtungsparameter.................. 24 2.4 Wechselwirkung zwischen Atomen, Ionen und Elektronen im Argon-Plasmastrahl............................. 31 2.4.1 Das Lokale Thermische Gleichgewicht................. 31 2.4.2 Beschreibung der Einflußgrößen.................... 32
VI INHALTSVERZEICHNIS 3 Experimenteller Teil 34 3.1 Das DLR-Vakuumplasmaspritzverfahren................... 34 3.2 Substrate und deren Vorbehandlung...................... 35 3.3 Auswahl der Spritzpulver für die Kathode.................. 36 3.3.1 Eigenschaften der Spritzpulver..................... 37 3.3.2 Phasenzusammensetzung der Spritzpulver vor der Aktivierung ... 38 3.3.3 Aktivierung der Elektroden ...................... 39 3.3.4 Beschichtungsparameter für Kathoden................ 40 3.4 Auswahl der Spritzpulver für die Anode.................... 41 3.4.1 Eigenschaften der Spritzpulver..................... 41 3.4.2 Beschichtungsparameter für Anoden ................. 42 3.5 Elektrochemische Potentialmessung...................... 43 3.5.1 Gradientenmeßmethode und IR-Korrektur.............. 43 3.5.2 Computergesteuerter Meßstand.................... 46 3.6 Analytik und Meßverfahren .......................... 47 3.6.1 Messung der Substrattemperatur................... 48 3.6.2 Messung der Partikelgeschwindigkeit mit Laser-Doppler-Anemometrie 50 4 Ergebnisse 52 4.1 Plasmaspritztechnik............................... 52 4.1.1 Zusammenhang zwischen Brennerdüsen und Geschwindigkeiten . . 52 4.1.2 Optimale Spritzbedingungen...................... 54
VII 4.2 Elektrodentechnik................................ 57 4.2.1 Schichtcharakterisierung........................ 62 4.3 Elektrochemische Untersuchungen....................... 65 4.3.1 U-I Kennlinien von Kathoden . . . .................. 65 4.3.2 Temperaturabhängigkeit der U-TKennlinien von Ni-Al-Mo-Kathoden 66 4.3.3 Langzeitstabilität der Ni-Al-Mo-Kathoden unter konstanten und intermittierenden Betriebsbedingungen................. 67 4.3.4 Anodische Oxidation von Nickel in alkalischer Lösung........ 73 4.3.5 Oxidation von Ni(OH) r und elektrochemisches Schichtwachstum . 74 4.3.6 Sauerstoffentwicklung und Oxidbildung an Nickeloberflächen .... 76 4.3.7 Kinetik der Sauerstoffentwicklung................... 78 4.3.8 Sauerstoffentwicklung an Raney-Nickel/C 03 O 4 - Elektroden..... 79 4.3.9 U-I Kennlinien von Anoden...................... 80 4.3.10 Langzeitstabilität der Anoden unter konstanten und intermittierenden Betriebsbedingungen........................ 82 4.4 Temperatur-Stabilität der Elektroden bei 105 o C............... 84 5 Zusammenfassung 87 Literatur 89
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