Elektroden- und Sensorentechnik

Elektroden- und Sensorentechnik

Elektrochemische Verfahren, das heißt chemische Prozesse unter Beteiligung von elektrischem Strom, gehören heute zu den etablierten großtechnischen Synthesen in der chemischen Industrie, zu den zukunftsweisenden Energietechnologien, aber auch zu den alltäglichen Stromquellen. Verbrauchen solche Verfahren Energie, um eine Reaktion zu erzwingen, benötigen sie eine externe Stromquelle: Bei der Elektrolyse dienen Elektroden der Vermittlung des Stromflusses durch das meist flüssige Reaktionsmedium. Für die Herstellung von Elektroden spielen wegen ihrer Korrosionsbeständigkeit und elektrischen Eigenschaften die Platingruppenmetalle Platin, Iridium und Ruthenium, aber auch das Element Silber die technisch herausragende Rolle. Heraeus fertigt entsprechende Verbindungen und deren Lösungen, die der Beschichtung oder Fertigung solcher Elektroden dienen. Zudem stellt Heraeus fein verteilte Metalle („Mohre“) für die Beschichtung elektrochemischer Sensoren her.

Industrielle Verfahren in besonders aggressiven Medien oder für stark oxidative Produkte, wie die Chloralkali-Elektrolyse, nutzen beschichtete Anoden, sogenannten "DSA" (= dimensionsstabile Anoden). Die Beschichtung aus Iridium- und Rutheniumoxiden verbessert sowohl die elektrischen Eigenschaften der Anode als auch deren Resistenz gegen Passivierung und Abnutzung.

Edelmetallverbindungen von Heraeus werden dabei meist als Lösung aufgetragen, pyrolytisch zersetzt und dabei haftfest mit dem Untergrundmaterial verbunden.

Verbindung CAS-Nummer Formel Metallgehalt ca. Farbe
Ruthenium(III) chlorid hydrate 14898-67-0 RuCl3 · n H2O
40 % braunschwarz
Ruthenium(III) chloride solution 14898-67-0 RuCl3 bis zu 20 % braun
Trinitratonitrosylruthenium(II) 34513-98-9 [Ru(NO3)3(NO)] 30 % rotbraun
Trinitratonitrosylruthenium(II) solution 34513-98-9 [Ru(NO3)3(NO)] bis zu 15 % weinrot
Dihydrogen hexachloroiridate(IV) hydrate 16941-92-7 H2[IrCl6] · n H2O 43 % schwarz
Dihydrogen hexachloroiridate(IV) solution, “Chloroiridic Acid”; “CIA” 16941-92-7 H2[IrCl6] bis zu 25 % braun
Iridium(III) chloride hydrate 14996-61-3 IrCl3 · n H2O 54 % schwarz
Iridium(III) chloride hydrate, Type G 14996-61-3 IrCl3 · n H2O 54 % grün
Iridium(IV) chloride hydrate 10025-97-5 IrCl4 · n H2O 53 % schwarz
Iridium(III) chloride solution 10025-83-9 IrCl3 bis zu 10 % dunkelbraun

Brennstoffzellen erzeugen elektrische Energie durch direkte, kontrollierte chemische Umsetzung hochenergetischer Reaktionspartner. Angestrebt ist zum Beispiel die kontrollierte Reaktion des "Brennstoffs" Wasserstoff H2 mit Sauerstoff O2 zu Wasser H2O. Brennstoffzellen sind daher für die Automobiltechnik, die Kommunikationstechnologie und in abgeschlossenen Systemen wie der Raumfahrt von besonderem Interesse.

Bei einigen Brennstoffzellentechnologien dienen Platinkristallite bzw. Platinlegierungen, abgeschieden auf z. B. verschiedene Kohlenstoffmaterialien, als katalytisch aktive Elektroden. Andere PGMs werden hier auch eingesetzt.

Diese Pt-basierten Materialien finden auch Einsatz in der Polymerelektrolytmembran (PEM) Elektrolyse zur Erzeugung von H2, dem Energieträger der Zukunft. Darüber hinaus werden Iridium-basierte Materialen zur gleichzeitig notwendigen Wasserspaltung zu O2 eingesetzt.

Verbindung CAS-Nummer Formel Metallgehalt ca. Farbe
Dihydrogen hexachloroplatinate(IV) hydrate “Chloroplatinic Acid“, “CPA” 26023-84-7 H2[PtCl6] · n H2O 40 % orange
Platinum black 7440-06-4 Pt 90-100 % schwarz
Pt nanoparticles on Carbon 7440-06-4 Pt/C 10-40 % schwarz
Iridium black 7439-88-5 Ir 98 % schwarz
Iridium(IV)oxide 12030-49-8 IrO2 85-86 % schwarz
Iridium-Ruthenium-Oxides IrxRu1-xO2 (0 < x < 1) 76-86 % schwarz
Ruthenium(III) chlorid hydrate 14898-67-0 RuCl3 · n H2O 40 % bräunlich-schwarz
Platinum oxalate blau

Elektrochemische Sensoren dienen unter anderem der Detektion toxischer Gase (z. B. CO). Hierzu werden unterschiedliche Trägermaterialien mit Edelmetallen beschichtet.

Verbindung
CAS-Nummer Formel Metallgehalt ca. Farbe
Platinum black, Pt 7440-06-4 Pt 90-100 % schwarz
Iridium black 7439-88-5 Ir 98 % schwarz
Platinum/Ruthenium black 7440-06-4 /7440-18-8 Pt/Ru 25/75 % schwarz
Gold black 7440-57-5 Au 97 % braun
nach oben