DE1225722B - Elektrode fuer galvanische Brennstoffelemente - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Elektrode mit einer Elektrode für galvanische Brennstoffelemente beidseitig beschichteten Stützeinlage für galvanische Brennstoffelemente.
• Als Elektroden für Akkumulatoren verwendet man mit aktiver Masse pastierte Gitter, aus aktiver Masse gepreßte, gegebenenfalls mit Stützeinlagen versehene Körper oder auch Sintergeräste mit oder ohne Einlagen, deren Poren mit den aktiven Massen gefüllt sind.
• Elektrodendicken von weniger als' 1 In- m lassen sich bei besonderen Ausführungen erzielen, da an die mechanische Stabilität der Elektroden beim Schichteinbau keine großen Anforderungen gestellt werden.
• Die in Brennstoffzelle'n zu . r Anwendung gelangenden Elektroden lassen sich je nach den verwendeten Betriebsmitteln in zwei Gruppen einteilen: 1. Elektroden für flüssige bzw. gelöste Brennstoffe und Oxydationsmittel und 2. Elektroden für gasförmige Brennstoffe bzw. Oxydationsmittel.
• Im ersten Fall hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zur Erzielung großer, katalytisch und elektrochemisch wirksamer Oberflächen sogenannte »Schüttungen« des Elektrodenmaterials zu verwenden, wobei die Halterungen in der einfachsten Form aus zwei parallel angeordneten Netzen oder Sieben bestehen. Aus konstruktiven Gründen kommt man hier nicht unter Elektrodendicken von einigen Millimetern herab.
• Für den Betrieb mit gasförmigen Betriebsmitteln benutzt man fast ausschließlich Elektroden, die entweder aus einem porösen Metall-Sinterkörper oder aus einem porösen Kohlekörper bestehen und gegebenenfalls noch mit einem Katalysator versehen werden müssen.
• Bei der Herstellung dieser Elektroden tritt bereits bei einer geometrischen Oberfläche von etwa 10 CM2 die Schwierigkeit auf, daß die Dicke der Elektrodenkörper 1 bis 2 mm nicht unterschreiten kann, wenn man - bedingt durch den auf den Elektroden lastenden Gasdruck - nicht Verwerfungen oder'gar Zerstörungen beim Betrieb in Kauf nehmen will.
• Die in beiden Fällen erforderlichen relativ großen Elektrodendicken stellen jedoch ein erhebliches Hindernis auf dem Wege dar, Brennstoffzellen zu bauen, die sich durch ein gutes Verhältnis zwischen Leistung und Gewicht bzw. Leistung und Volumen auszeichnen.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Elektroden zu fertigen, die bei einem Bruchteil der bisher üblichen Dtcke eine mehr als ausreichende mechanische Stabilität aufweisen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Gesamtdicke der Elektrode von 0,2 bis 0,48 mm als Einlage in an sich bekannter Weise ein Drahtnetz oder Sieb dient, das an seinem Rand von Elektrodenrahmen fest umfaßt ist, wobei der Rahmen gleichzeitig die beiderseits der Einlage aufgebrachten Elektrodenschichten vorzugsweise.unterschiedlicher Porosität begrenzt.
• - Diese sehr dünnen, mechanisch stabilen und porösen Elektroden werden hergestellt, indem man zu--nächst ein metallisches kompaktes Rahmenteil in der gewünschten Elektrodengröße vorfertigt, dieses Rahmenteil sodann mit einem Sieb oder Netz voll bedeckt, ein zweites gleichartiges Rahmenteil auf das Sieb oder Netz legt und diese drei Teile dann beispielsweise mittels elektrischer Schweißung zu einem Bauelement vereinigt.
• In die durch das Netz und die Begrenzungsrahmen gebildeten Vertiefungen wird alsdann das vorgesehene Elektrodenmaterial in Pulverform eingebracht, durch Druckanwendung verdichtet und nötigenfalls - besonders bei späterer Verwendung als Gasdiffusionselektrode - noch anschließend gesintert; das Pressen und Sintern kann auch gleichzeitig erfolgen.
• # Das Elektrodenmaterial kann auf beiden Seiten der Stützeinlage aus unterschiedlichen Stoffen bzw. Stoffgemischen bestehen. Bei der Herstellung von Gasdiffusionselektroden ist es vorteilhaft, den durch die Einlage voneinander getrennten Schichten eine unterschiedliche Dicke (durch entsprechende Wahl der Dicke der Rahmenteile) und/oder Porosität zu geben. Die Elektrodendicke ergibt sich aus der Summe der Dicken der beiden Rahmen und des Einlagegewebes, abzüglich eines gewissen Schwundes der Einlagendicke beim Pressen. Die nach diesem Verfahren hergestellten Elektroden lassen sich mit Hilfe der kompakten Begrenzungsränder ohne weiteres zu vergleichsweise beliebig großen Einheiten zusammenbauen.
• Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens be- steht darin, daß man von vornherein einen Rah#nen in der benötigten P-I#ktroden-gr;bße vorfertigt, diesen dann durch kompakte Stege in Einzelfelder unterteilt und diese dann feldweise mit dem Elektrodenmat#rial ausfüllt.
• Zur Herstellung der benötigten Rahmen stanzt man diese entweder aus kompakten Blechen aus oder - was materialsparender ist - setzt die Rahmen aus einzeln gestanzten Blechstreifen zusammen. Nachstehend werden einige Ausführungsbeispiele für Elektroden nach der Erfindung gegeben: Beispiel 1 Nach F i g. 1 wird ein - Ring aus 0,2 mm dickem Nickelblech (lichter Durchmesser 20 mm und Randbreite 2 mm) vollständig mit einem 0,1 mm dicken Nickelnetz 2 abgedeckt und darauf ein zweiter Nikkelring 3 gleicheri Abmessungen gelegt. Mittels elektrischer Punktschweißung auf dem ganzen Umfang des kompakten Randes werden die drei Teile zu einer Baugruppe 4 vereinigt, die bereits einen Stromableiter 5 besitzt und beiderseits des Netzes 2 Vertiefungen a und b aufweist.
• Nach Anfüllen der Vertiefungen a und b mittels Carbonylnickelpulver mit einem Korndurchmesser kleiner als 10 #t wird mit einem Preßdruck von 1,2 t/CM2 10 Sekunden lang verdichtet an anschließend bei 800' C 2 Minuten lang gesintert, Die Elektrode hält bei einer Dicke von 0,48 mm (0,02 mm sind der Schwund des Nickelgewebes beim Pressen) einen Gasdruck von 10 atü ohne Verwerfungen aus und beginnt erst bei 3,5 atil mit dem Gasen, Beispiel 2 In einem aus zwei Nickelringen 1 und 3 von 0,15 mTn und einem Nickelnetz 2 von 0,1 mm Dicke vorgefertigten Bauelement 4 wird die eine Vertiefung mit reinem Carbonylnickelpulver mit einem Korndurchmesser kleiner als 10 R, die andere, dagegen mit einer Mischung aus 85 Gewichtsprozent Carbonylnickelpulver und 15 Gewichtsprozent Ammoniumcarbonat angefüllt.
• Nach Pressen und Sintern wird so eine Elektrode erhalten, die nur eine Dicke von 0,39 mm aufweist und zwei Schichten unterschiedlicher Poresit4t besitzt. Beispiel 3 Aus einem nach Beispiel 1 vorgefertigten Baukörper wird durch Einfüllen einer Schicht Carbonylnickelpulver mit einem Komdurchmesser kleiner als 10 #t und einer Schicht aus einer irinigen Mischung von 2 Teilen Carbenyhlickelpulvrr mit 1 Teil Raney-Nickellegierungspulver (50 Gewichtsprozent Nickel und 50 Gewichtsprozent Al), anschließendes Pressen mit 3,5 t/cm2 und zweiminütiges Sintern bei 800Q C eine Elektrode von 0,48 mm Dicke hergestellt, Die Ni/AI enthaltende Schicht ist bereits nach vierstilndigem Behandeln mit konzentrierter Natroulauge voll aktiv, ohne. daß.- das Elektrodengefüge beschädigt wird. Beispiel 4 Ein nach Beispiell vorgefertigter Baukörper aus zwei Silberringen und einem Silbernetz mit einer Gesamtdicke von 0,28 mm wird mit feinem Silberpulver beschickt und mittels Pressen bei 0,6 t/cm2 in eine arbeitsfähige Elektrode übergeführt.
• Beispiel 5 Nach F i g. 2 wird ein quadratischer B aukörper 4 von 30 mm Kantenlänge, 2 mm Randbreite und 0,45 mm Gesamtdicke vorgefertigt, der nach F i g. 3 aus zwei Nickelrahmen 1 und 3 und einem Nickelnetz 2 von jeweils 0,15 mm Dicke besteht und der gleichzeitig einen Stromableiter 5 besitzt. Die durch das Netz und die Begrenzungsrahmen gebildeten Vertiefungen werden mit CarbonyInickelpulver mit einem Korndurchniesser kleiner als 10 R angefüllt und dieses nach dem Verdichten mit 1 t/cmg be 800' C gesintert, Beispiel 6 Nach F i g. 4 wird aus zwei 0,15 mm dicken Nickelrahmen 1 und 3 und einem 0,15 mm dicken Nickelgewebe 2 ein Baukörper 4 von 120 mm Kanten14nge vorgefertigt, der durch die Stege 6 in vier gleich große Felder unterteilt ist, Der Baukörper 4 besitzt bereits einen Stromableiter 5, Die im Baukörper 4 enthaltenen Vertiefungen worden nacheinander mit dem Elektrodenmaterial, beispielsweise Carbonyhückelpulver, angefüllt, dieses verdichtet und gesintert.
• Die F i g. 5 zeigt die Konstruktion, des Begrenzungsrahmens aus Einzelteilen, die in vorhergehenden Arbeitsgängen gestanzt worden sind. Es bedeutet hierbei 5 den Stromableiter, 6 die Verstärkungsstege und 7 die seitlichen Rahmenteile.
• Wie bereits kurz erwähnt, ist es auch möglich, den beiden Seiten einer Elektrode untersrhieffliche, Dicke zu geben, indem -man - wie beispielsweise in F i g. 6 dargestellt - den vorgefertigten Baukörper aus unterschiedlichen dicken. Blechen 1 und 3 herstellt, In F i g. 7 ist ein Begrenzungsrahmen dargestellt, bei dem der bisherige rechteckige Querschnitt durch einen keilförmigen Querschnitt ersetzt ist.
• Hierdurch wird beim Pressen erreicht, daß sich das pulverförn-dge ElAtrodenmaterial noch besser mit dem Rahmen verbindet, Wie aus F i g. 8 zu ersehen ist, kann man an Stelle eines rechteckigen oder keilförmigen Querschnitts des Begrenzungsrahmens auch einen runden Querschnitt verwenden.
• Auch hier wird beim Pressen. das pulverförmige Elektrodenmaterial in die Halterungskehlung eingedrückt,

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1, Brennstoffelement-Elektrode mit einer beidseitig bßschichteten Stätzeinlage, d a d u r c h g e - kennzeichnet, daß bei einer Gesamtdicke der Elektrode von 0,2 bis 0,48 mm als Einlage in an sich bekannter Weise, ein Drahtnetz oder ein Sieb dient das an seinem Rand vom Elektrodenrahmen fgst umfaßt ist, wobei der Rahmen gleichzeitig die beiderseits der Einlage aufgebrachten Elektrodenschichten vorzugsweise unterschiedlicher Porositet bßgrrun, 2.
2. Elektrode, naßh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Elektrodenrahmen begrenzte Fläche durch einen oder mehrere, mit dem Rahmen verbundene Stege unterteilt ist. 3. Elektrode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkante des Rahmens zur Stützeinlage hin eingebuchtet ist.
3. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschriften Nr. 279 737, 332 973; britische Patentschrift Nr. 667 298.