Gasdiffusionselektroden bestehen aus einer porösen Katalysatorschicht, die auf ein Trägermaterial aufgebracht wurde. Die elektronenleitende Katalysatorschicht katalysiert eine elektrochemische Reaktion zwischen der flüssigen und der gasförmigen Phase. Es müssen also Gas, Elektrolyt und Katalysator in Kontakt gebracht werden. Man spricht von der Dreiphasengrenze, an der drei Aggregatzustände, nämlich fest, flüssig und gasförmig, miteinander in Kontakt stehen.

Das Elektrodenmaterial als feste Phase ist der Elektronenleiter und zugleich der Katalysator, der die eigentliche Reaktion ermöglicht.

Der meist flüssige Elektrolyt ist Ionenleiter und Reaktionsmedium, der lösliche Ausgangsstoffe wie z. B. Protonen oder Hydroxidionen bereitstellt. Gleichzeitig können im Elektrolyten aber auch Reaktionsprodukte in Lösung gehen, wie z. B. Wasserstoffperoxid oder Formiat. Der ladungsausgleichende Ionentransport erfolgt über den Elektrolyten.

In der Gasphase befinden sich die Umsetzung involvierten gasförmigen Reaktionspartner wie Wasserstoff, Luft, Sauerstoff oder Kohlenstoffdioxid.

Die Gase und der Elektrolyt müssen an den Katalysatorkörner in Kontakt gebracht werden. Die Elektrode muss also eine poröse Struktur haben. Das bedingt ein sehr große aktive Elektrodenfläche bei kleiner geometrischer Fläche. Die Ausgangsstoffe müssen in das Porensystem gelangen, die Reaktionsprodukte müssen aus der Elektrode heraus transportiert werden. Das betrifft auch den Wasserhaushalt der Elektrode. Diese Diffusionsprozesse laufen umso schneller ab, je höher die Temperatur ist. Optimal sind Temperaturen von 80 – 90 °C. Dann sind Gasdiffusionselektroden effizient und erlauben sehr hohe Reaktionsraten.

Dreiphasengrenze einer Gasdiffusionselektrode

Überblick über die Katalysatoren und ihre Einsatzbereiche

Der Herstellungsprozess lässt den Einsatz verschiedener Katalysatoren zu:

• Platin-Kohlenstoffe
• Manganmischoxid/Kohlenstoff
• Silber/Silber-Kohlenstoff
• Nickel/Nickel-Kohlenstoff
• Kundenspezifische Katalysatoren

Die Katalysatorschichten werden auf gewebte Metallnetze oder Kohlenstoffvliese aufgebracht.

Optional können sie mit poröser PTFE-Folie und/oder mikroporösen Separatoren kombiniert werden. Dadurch ist es uns möglich, eine an Kundenwünsche angepasste Gasdiffusionselektrode zu entwickeln und herzustellen.

Die BiPlex®-Gasdiffusionselektrode zeichnet sich durch ihre poröse Elektrodenstruktur aus.

Typische Einsatzgebiete sind:

• die Wasser-Elektrolyse
• Chlor-Alkali-Elektrolyse
• in Zink-Luft-Batterien
• die Herstellung von H₂O₂
• die Abwasserbehandlung
• in Doppelschicht-Kondensatoren

Elektrode NiH33

Diese Nickelelektrode ist die Vielfältigste der Gasdiffusionselektroden von Gaskatel.

Gaskatel hat ein eigens entwickeltes Verfahren, so dass der Katalysator gefahrlos verarbeitet werden kann. Dieser Nickelkatalysator ist in dieser Elektrode verarbeitet. Diese Nickelelektrode ist für den Gebrauch in alkalischen Medien geeignet.
Die Betriebstemperatur liegt zwischen 0°C und 100°C – lediglich bei HOR sollte die Temperatur nicht unter 50°C liegen

Die Nickelelektrode kann in der Sauerstoffentwicklung eingesetzt werden.

Außerdem ist die Nickelelektrode eine Wasserstoffelektrode. Sie kann sowohl in der Wasserstoffentwicklung als auch im Wasserstoffverzehr eingesetzt werden. Für eine optimale Leistung sollte die Nickelektrode vor den Messungen im Wasserstoffverzehr aktiviert werden, z. B. indem sie 24 Stunden im Wasserstoffstrom bei mindestens 50°C mit einem kleinen Reduktionsstrom betrieben wird.
Zu beachten ist, dass beim Wasserstoffverzehr das Potential der Elektrode nicht über 150 mV vs. RHE steigen darf, da der Katalysator sonst oxidiert und inaktiv werden kann.

Elektrode MOC

Die MOC-Elektrode ist eine Sauerstoffverzehrelektrode auf der Basis von Manganoxid und Kohlenstoff.
Mangandioxid und Aktivkohle unterstützen den 4-Elektronen-Schritt – es findet keine Peroxidbildung statt.
Sie kann in alkalischen Medien in Luft und Sauerstoff betrieben werden.

Elektrode OxAg

Die OxAg ist eine Sauerstoffverzehrelektrode und kann in alkalischen Medien in Luft und Sauerstoff betrieben werden.
Die Elektrode basiert auf Silberoxid. Während des Betriebs als Kathode wird das Silberoxid reduziert und in Silber umgewandelt. Sie sollten während dieses elektrochemischen Reduktionsprozesses Sauerstoff oder Luft zuführen, da sonst das Porensystem durch Unterdruck überflutet wird.

Elektrode PerOx

Die Kohlenstoffelektrode PerOx ist eine Sauerstoffelektrode, die im Sauerstoffverzehr sowie für die Wasserstoffperoxidproduktion eingesetzt werden.
Sie kann in alkalischen Medien in Luft und Sauerstoff betrieben werden.
1 mol/l KOH ist der bevorzugte Elektrolyt.

Elektrode Zinn

Die Zinnelektroden wurden eigens für die Umsetzung von Kohlenstoffdioxid zu Produkten wie z. B. Formiat entwickelt. Das Formiat oder ähnliche Reaktionsprodukte werden dann in weiteren Prozessen, z. T. bakterienunterstützt, weiter umgesetzt. Die Betriebsparameter werden zusätzlich mitbestimmt durch die sich an die Umsetzung anschließenden Prozesse. Daher muss die Elektrode immer entsprechend angepasst werden und ist auf Anfrage erhältlich.

Elektrode Kupfer

Kupferelektroden kommen ebenfalls bei der elektrochemischen Reduktion von Kohlenstoffdioxid  zum Einsatz.
Sie werden in neutraler Lösung zwischen pH 4 und pH 12 betrieben.
Diese Elektrode ist auf Anfrage erhältlich.

Bifunktionelle Luftelektrode OrRev

Eine Besonderheit ist die sogenannte Bifunktionelle Luftelektrode, speziell entwickelt für Metall-Luft-Batterien. Diese Elektroden sind in der Lage, sowohl Sauerstoff zu erzeugen als auch Sauerstoff zu verbrauchen.  Mit diesen Elektroden können kompakte Metall-Luft-Batterien in alkalischen Medien realisiert werden.
Diese Elektrode ist auf Anfrage erhältlich.