DE1812444A1

DE1812444A1 - Mit Gasdiffusion arbeitende Elektrode,Verfahren fuer ihre Herstellung,und mit derartigen Elektroden ausgeruestete elektrochemische Generatoren und Brennstoffelemente

Info

Publication number: DE1812444A1
Application number: DE19681812444
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. P COIb 2-06 Antrag
Original assignee: Les Piles Wonder SA
Current assignee: Les Piles Wonder SA
Priority date: 1967-11-07
Filing date: 1968-12-03
Publication date: 1970-10-22
Also published as: FR1579475A; GB1216147A

Description

Mit Gasdiffusioll arbeitende Elektrode, Verfahren für ihre Herstellung, und mit derartigen Elektroden ausgerüstete elektrochemische Generatoren und Brennstoffeelemente.
Die Erfindung betrifft die mit Gasdiffusion arbeitenden Elektroden, welche sowohl in elektrochemischen Generatoren als auch in Brennstoffelementen benutzbar sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Elektroden und die mit wenigstens einer erfindungsgemässen Elektrode ausgerüsteten elektrochemischen Generatoren und Brcnnstoffelemente.
Bekanntlich wird von den Herstellern sowohl bei elektrochemischen Generatoren als auch bei 3rennstoffelementen der einfachste Aufbau und die grösste Massen- und Volumenleistung angestrebt.
Die Erfindung bezweckt, einer Gaselektrode diese Eigenschaften zu erteilen. Die Anmelderin hat in ihrer fran%ösischen Patentschrift Nr. 1.493.700 vom 20. Juli 1966 eine mit Gasdiffusion arbeitende Elektrode für elektrochemische Generatoren oder Brennstoffelemente beschrieben, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie durch eine dünne llembran gebildet wird, welche auf ihren beiden Seiten eine aktive Schicht aufweist, unter welcher eine poröse wasserabstossende Schicht angeordnet ist, welche durch die Berührung mit der aktiven Schicht für den elektrischen Strom leitend gemacht wird, und dass sie wenigstens eine ZufuÄrleitung und ggfs. eine Abgangsleitung für das Gas und Mittel zur Stromabnahme aufweist.
Eine derartige EleItrode wird vorzugsweise durch zwei an ihrem Umfang mit einander verklebte Elektrodenhälften gebildet, deren jede eine äussere aktive Schicht, eine innere durch eine Kjembran begrenzte poröse Schicht und zwischen diesen beiden Schichten ein den Stromabnehmer bildendes leitendes Gitter aufweist.
Bei der bevorzugten Ausführungsform weist die Blektrode gernäss der genannten französischen Patentschrift einen mittleren Raum auf, wobei weni£'stens' eine Leitung durch den Umfang der Elektrode tritt und zu diesem mittleren Raum führt, und die innere poröse Schicht ist eine Sperrschicht, insbesondere der in den französischen Patentschriften r. 1.424.
432 vom 10. Juli 1964 und 1.440.054 vom 13. April 1965 oder der am 13. April 1965 eingereichten ersten Zusatzanmeldung Ur.
87.730 zu dem ersten dieser beiden Patente beschriebenen Art, wobei diese beiden Sperrschichten aus porösem Polytetrafluoräthylen hergestellt sind.
Das Patent Nr. 1.493.700 hat auch Brelmstoffelemente und elektrochemische Generatoren mit derartigen Elektroden zum Gegenstand, insbesondere ein Brennstoffelement mit Kathoden und Anoden der obigen Art, welche die Form von rechteckigen Platten haben und parallel in einem insbesondere aus Kupfer bestehenden Behälter angeordnet sind, in welchem ein flüssiger Elektroiyt, z.B. eine wässerige Kaliumlösung, den Raum zwischen den Elektroden erfüllt, wobei in den Elektrolyten zwischen benachbarten Elektroden eintauchende Trennglieder und Einrichtungen vorgesehen sind, welche die Beitungen der Anoden mit einem Anodengas, z.B.Wasserstoff, und die Leitungen der Kathoden mit einem Kathodengas, z.B. Sauerstoff, speisen, was die Abnahme eines Stroms zwischen den -Stromabeern entgegengesetzter Polaribäten ermöglicht.
Dieses Patent betrifft ferner einen elekchemischen Generator mit Kathoden der obigen Art und Anoden, welche durch ein einen alkalischen Elektrolyten enthaltendes unterteiltes Ketallpulver gebildet werden, und einem Stromabne mer, wobei Trennglieder zwischen aufeinanderfolgenden Elektroden angeordne-t sind, wobei die durch die Elektroden und die Trennglieder gebildete Anordnung in einem z.B. aus Kupfer bestehenden Behälter ançeordnet ist, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, welche die Leitungen der Kathoden mit Luft oder Sauerstoff speisen und Einrichtungen, welche die Kathoden aber nicht die Anodenstromabnehmer von dem Beliälter isolieren, was gestattet, zwischen dem den negativer Pol bildenden Behalter und den den positiven Pol bildenden Kathoden eine ausnutzbare Potentialdifferenz abzunehmen.
Die Elektroden gemäss der französischen Pa-tlentschrift Nr. 1.493.700 besitzen eine gewisse Zahl von Vorteilen, insbesondere den, dass sie ohne Gasgegendruck arbeiten können, d.h. mit einem überschüssigen hydrostatischen Druck des Elektrolyten, was jede Blasenbildung und jede Uberflutung der Elektrode verhindert und die Herstellung von gedrängten Anordnuten für Brennstoffelemente und elektrochemische Generatoren ermöglicht.
Die Anmelderin hat jedoch festgestellt, dass die Elektroden gemäss der französischente Patentschrift Nr.
1.493.700 eine gewisse Zahl von Nachteilen aus folgenden Gründen aufweisen.
Bekanntlich erfordert in jedem elektrochemischen Generator die Vereinigung von zwei Elektroden entgegengesetzter Polaritäten (einer Anode und einer Kathode) einen möglichst kleinen gegenseitigenAbstand, um den ohmschen Spannungsabfall zwischen den beiden Elektroden zu begrenzen.
Dies wird im allgemeinen dadurch erzielt, -dass die beiden Elektroden nach Anordnung eines Trenngliedes zwischen den benachbarten Flächen der beiden Elektroden stark gegeneinander gepresst werden.
Ferner ist es in dem Sonderfall, in welchem die positiven Gas elektroden mit V£otallanoden, insbesondere aus Zinkpulver, kombiniert sind, wie bei dem in der franzosischen Patentschrift Nr. 1.493.700 beschriebenen elektrochemisehen Generator, erforderlich, das Absetzen der Reaktionsproedukte der Anode zu verhindern, ura die Schaffung eines Konzentrationsgradienten zu vermeiden, welcher bei der Neuladung des Generators störend wäre. Die Reaktionsprodukte der Metallanode, insbesondere die Zinkoxyde, zeigen nämlich die Iteigung, ein össeres Volumen als die Ausgangsprodukte, z.B. das Zink, einzunehmen, wodurch innere Spannungen und Drücke an den gegenüberliegenden Elektroden entstehen.
Um die Ohmschen Spannungsabfälle zu verringern und ggfs. das Absetzen der Realtionsprodukte der Anode zu vermeiden, ist es also offenbar zweckmässig, die Elektroden stark gegeneinanderzupressen, was bei Verwendung der Elektroden gemäss der genannten französischen Patentschrift init einem l.ittleren Zwischenraum die Annäherung der Innenwände desselben bewirkt, was das Eintreten des Gases in den für es vorgesehenen Raum verhindert. Wenn die Abplattung einer Elektrode örtlich erfolgt, z.B. unter der Wirkung des Drucks der in der DI-etallelektrode gebildeten Reaktionsprodukte, ist der für das Gas vorgeseltene Raum nicht mehr homogen, und es entsteht ein Teildruckgradient in der Gaszufuhr zu der aktiven Schicht der Elektrode, was ein ungleichmässiges Arbeiten zur Folge hat.
Andererseits kann eine leichte zufällige Störung des Systems zur Regelung des Gasdrucks eine Zunahme des Drucks in dem mittleren Raum innerhalb der Elektrode erzeugen, was eine zu der obigen, von der Pressung der Elektroden herrührenden Verformung gegensinnige Verformung der Elektrode zur Folge hat, d.h. ein Quellen der Elektrode, wobei dieses Quellen der Diffusionselektroden eine Verdrängung des flüssigen Elektrolyten zur Folge hat, so dass die Gefahr besteht, dass dieser aus dem auch die Elektroden enthaltenden Gefass u.berfliesst.
Ferner besteht die Gefahr, dass sich bei einem elektrochemischen Generator gemäss der französischen Patentschrift Nr. 1.493.700 dieses Quellen der Gaselektrode auf die benachbarte Elektrode aus unterteiltem Metall auswirkt, indem dieses unterteilte Metall örtlich zurückgedrückt und zusammengedrückt wird, insbesondere das in einem Gel gefasste Zinkpulver, was ein schlechtes Arbeiten des elektrochemischen Systems durch Verdrangung der Nassen zur Folge hat.
Ferner kann das Quellen der Gas elektroden Spannungen an der Stelle der Umfangsklebung der Elektroden und sogar Lecke in dieser erzeugen, so dass das Gas nach aussen austritt und/oder der Elektrolyt nach innen eintritt.
Schliesslich kann die Porosität einer Gaselektrode durch die Dehnung der Sperrschicht derselben verändert werden.
Gegenstand der Erfindung ist eine Lösung der durch die Elel;troden gemass der genannten französischen Patentschrift Kr. 1.495.700 aufgeworfenen Probleme, welche die Diffusion des Gases zu der aktiven Zone unter ausgezeichneten Bedingungen gewahrleistet, wobei sie eine bequeme Herstellung der Elektroden ermöglicht.
Sie besteht darin, eine mit Gasdiffusion arbeitende Elektrode für elektrochemische Generatoren oder Brennstoffelernente durch eine poröse wasserabstossende Schicht zu bilden, welche von einer Reihe. von Kanälen oder Durclllässen für den Gasumlauf durchzogen wird und auf ihren beiden Seiten eine aktive Schicht aufweist, wobei die poröse wasserabstossende Schicht für den elektrischen Strom durch Berührung mit der aktiven Schicht leitend gemacht wird, wobei die Elektrode wenigstens eine Zufuhr und ggfs. wenigstens eine Abfuhr für das Gas zur Speisung dieser Kanäle sowie Einrichtungen zur Stromabnahme aufweist.
Die Erfindung bezweckt im besonderen die Anwendung auf die Elektroden der in den genannten französischen Patentschriften Nr. 1.424.432 und 1.440.054 und dem ersten Zusatzpatent Nr. 87.730 zu dem Patent Nr. 1.424.432 beschriebenen Art.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.
Fig. 1 und 2 zeigen eine erste AusfUhrungsform einer erfindungsgemassen Elektrode, und zwar Fig. 1 in Draufsicht unter Wegbrechung von Teilen und Fig. 2 im Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1.
Fig. 3 ist eine der Fig. 1 entsprechende Draufsicht unter Wegbrechung von Teilen, welche eine Ausführungsabwandlung der Fig. 1 und 2 zeigt.
Flug. 4 und 5, welche Bi. 1 und 2 entsprechen, zeigen in Draufsicht unter IZegbrecilung von Teilen bzw. im Schnitt längs der Linie V-V der Pi. 4 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsXemässen Elektrode.
fi. 6 zeigt eine erste Ausführungsform eines elektrocheraischen Generators mit erfindungsgemässen Gaselektroden.
Fig. 7 ist ein Schnitt längs der Linie VII-VII der Fig. 6.
Fig. 8 zeigt eine zweite Ausführungsform eines elektrochemischen Generators mit erfindungsgemassen Gaselektroden.
Fig. 9 ist ein Schnitt längs der Linie IX-IX der Fig. 8.
Eine mit Gasdiffusion arbeitende Elektrode (Fig. 1 bis 5) wird erfindungsgemass mittels einer porösen wasserabstossenden Schicht 1 hergestellt, welche von einer Reihe von Kanelen oder Durchlassen für den Gasumlauf 2 durchzogen wird und auf ihren beiden Seiten la und Ib eine aktive Schicht 3 aufweist, wobei die poröse wasserabstossende Schicht für den elektrischen Strom durch Berührung mit der aktiven Schicht leitend gemacht wird, insbesondere durch Zwischenschaltung eines einen Stromabnehmer bildenden leitenden Gitters, wobei die Elektrode wenigstens einen bei 4 angeschlossenen Zufuhrkanal und ggfs.
wenigstens einen bei 5 angeschlossenen Abfuhrkanal für das Gas sowie Einrichtungen zur Stromabnahme aufweist.
Die poröse Schicht 1 sowie die beiden akaktiven Schichten 3 kötmen in der in der franzözischen Patentschrift Nr. 1 .493.700 beschriebenen Weise hergestellt werden.
Im besonderen sind die porösen Schichten Sperrschichten der in den beiden genannten anderen französischen Patentschriften und dem ersten Zusatzpatent beschriebenen Art und bestehen beide aus porösem Polyctrafluoräthlen, während die aktiven Schicht ten bei einer Anode Platin, Palladium, Nickel oder eines dieser drei Metalle enthaltenden aktiven Kohlenstoff und bei einer Kathode Silber, Platin, Palladium Nickel oder aktiven Kohlen~ stoff allein oder gemischt mit einem der vier genannten Metalle enthalten.
Bei einer erfindungsgemässen Elektrode werden also die Aussenseiten durch eine aktive Schicht 3 gebildet, in welcher die elektrochemischen Volgange ablaufen, wobei die beiden aktiven Schichten durch eine poröse wasserabstossende Schicht 1 verbunden sind, welche insbesondere aus Polytetrafluoräthylen oder seinen ibkölamlingen, wie Polytrifluormonochloräthylen, besteht, welche eine Sperrschicht bildet und mit Kanälen oder Durchlassen (insbesondere bei der Ausführungsform der Fig. 4 und 5) versehen ist, welche eine natürliche Diffusion erleichtern und eine Erneuerung der Gase ohne erhebliche Druckabfälle ermöglichen.
Die poröse Sperrschicht 1 haftet an den aktiven Schichten 3 und bildet mit diesen ein Ganzes. Die die Kanäle umgebenden Pfeiler 6 bilden Streben, welche sowohl die Abplattung der Elektrode als auch ihre Deimung verhindern.
Diese Streben bilden einen Bestandteil der Sperrschicht, d.h.
der Elektrode selbst, und sind porös, woraus sich ein sehr homogenes Arbeiten der aktiven Schicht ergibt.
Die Elektroden können ein leitendes Gitter oder Streckmetall zwischen jeder aktiven Schicht 3 und der porösen Schicht 1 enthalten, oder auch nur in den aktiven Schichten allein, und diese Gitter oder Streckmetalle bilden Stromabnehmer.
Die obigen Elektroden können durch folgendes erfindungsgemasses Verfahren hergestellt werden.
In einer Fern, deren Boden Nuten aufweist, welche ein Abbild der Hälfte (oder eines anderen Bruchteils) der in der poröse Schicht der Elektrode herzustellenden Kanäle sind, wird zwischen 25 und 250, vorzugsweise 30, kg/cm2 ein inniges Gemisch von 30 bis 90, vorzugsweise 70 Gewic'ntsprozenten, Ammoniumkarbonat und von 70 bis 10, vorzugsweise 30 Gewichtsprozenten, Polytetrafluorätnylen mit einer Korngröße von weniger als 100 Mikron verdichtet, derart, dass man eine Dichte von 0,2 bis 4, vorzugsweise 0,5, g/cm2 erhalt.
^uf diese vorverdichtete Schicht wirt ggfs. ein leitendes Gitter oder ein Streckmetall aufgeleg Yenn die Elektrode derartige mit der wasserabstossenden Schicht und den aktiven Schichten in Berührung stehende Gitter oder Streck metalle aufweisen soll), worauf ein Druck von 30 kg/cm2 auf sie ausgeübt wird, damit sie an der vorverdichteten Schicht haften.
Hierauf wird entweder auf der vorverdichteten Schicht oder auf der durch die vorverdichtete Schicht und das Gitter oder das Streckinetall gebildeten Anordnung ein aktives Gemisch ausgebreitet, welches z.B. aus 50 bis 95, vorzugsweise 90, Gewichtsprozenten Raneysilber und 50 bis 5, vorzugsweise 10, Gewichtsprozenten Polytetrafluoräthylen mit einer Korngrösse von unter 100 Mikron gebildet wird, derart, dass eine Dichte von 0,25 bis 2, vorzugsweise 1, g/ctn2 erhalten wird, worauf das Ganze zwischen 100 und 700, vorzugsweise bei 250, kg/ cm2 verdichtet ird Schliesslich wird die Halbelektrode ausgeformt.
Gemäss einer ersten Ausübungsform, welche das grösste indusbrielle Interesse zu bieten scheint, werden die beiden in der obigen Weise hergestellten Halbelektroden mit ihren Nuten so gegeneinandergelegt, dass die in der fertigen Elektrode vorhandenen Kanäle entstehen, und diese Vereinigung der beiden Ilalbelektroden wird in einem Ofen während einer Stunde auf etwa 4000 C gebracht, um das Polytetrafluoräthylen zu polymerisieren, wobei ein Druck von grössenordnungsmässig 5 bis 50, vorzugsweise 20, g/cm2 ausgeübt wird. Wenn die Elektrode aus dem Ofen herausgenommen wird, ist sie fertig.
Bei einer zweiten AusUbungsform wird jede Halbelektrode allein in einem Ofen während einer Stunde bei 4000 C ohie Druckanwendung polymerisiert. Nach dem Austritt aus dem Ofen werden die beiden Halbelektroden zusammengeklebt, und zwar entweder auf ihrer ganzen Berührungsfläche (längs der die gemeinsame aktive Schicht bildenden halben aktiven Schicht), oder nur längs des Umfangs der Elektrode.
Man kann so die in Fig. 1 bis 5 dargestellten Elektroden' mit verschiedenen geometrischen Verhältnissen der Kanäle 2 herstellen, z.B. mit an beiden Enden oder nur an einem Ende offenen Längskanälen (Fig. 1 und 2), oder einem einzigen mäanderförmigen Kanal (Fig. 3), welcher eine labyrinthförmige Gasströmung zwischen einem Eiligang 4 und einem Ausgang 5 herstellt. Es können auch einfache Pfeiler 6a aus einem porösen Werkstoff zwischen den beiden aktiven Schichten 3 vorgesehen werden (Fig. 4 und 5).
Palls Elektroden mit verschlossenen oder an einem Ende offenen Längskanälen hergestellt werden sollen, kann das Verfahren zur Herstellung der Elektroden folgendermassen abgeändert werden.
In eine Form mit flachem Boden wird eine aktive Schicht gebracht, welche wie bei den vorhergehenden Fall aus 50 bis 95, vorzugsweise 90, Gewichtsprozenten Raneysilber und 50 bis 5, vorzugsweise 10, Gewichtsprozenten Polytetrafluorathylen mit einer Korngrösse von weniger als 100 Mikron besteht, derart, dass eine Dichte von 0,05 bis 2, vorzugsweise 0,1, g/cn2 erhalten wird, worauf ein Druck von 30 kg/cm2 ausgeübt wird. Ggfs. wird in diese Schicht unter einem Druck von 30 kg/cm2 ein stromleitendes Gitter oder Streckmetall eingepresst. Hierauf wird auf der vorverdichteten Schicht oder auf der durch die Schicht und das Gitter oder das Streckmetall gebildeten Anordnung eine dünne Schicht mit einer Dichte von 0,1 g/cm2 eines innigen Gemischs von 30 bis 90, vorzugsweise 70, Gewichtsprozenten Ammoniumkarbonat und 70 bis 10, vorzugsweise 30, Gewichtsprozenten Polytetrafluoräthylen ausgebreitet.
Auf diese dünne Schicht wird ein Kamm aus einem rostfreiem polierten Metall aufgelegt, dessen Zähne eine leichte Ausformungshohlkehle aufweisen und die Form der zukünftigen Kanäle der Elektrode haben. Hierauf wird auf der Anordnung mit einer Dichte von 0,3 g/cm2 das obige Gemisch aus Ammoniumkarbonat und Polytetrafluoräthylen ausgebreitet, und es wird ein Druck von 125 kg/cm2 ausgeübt. Hierauf wird ggfs. ein stromleitendes Gitter oder Streckmetall unter einem Druck von 125 kg/cm2 eingepresst, worauf eine weitere zu der vorhergehenden aktiven Schicht identische Schicht aufgebracht wird, worauf das Ganze einem Druck von 250 kg/cm2 ausgesetzt wird. Schliesslich wird die durch die Elektrode und den Metallkamm gebildete Anordnung in einem Ofen während einer Stunde auf 4000 C gebracht, um das Polytetrafluoräthylen zu polymerisieren und das Ammoniumkarbonat in Form von Kohlensauregas und Ammoniakgas, welche sich entwickeln, abzuführen. Nach dem Polymerisiervorgang wird der Kamm heraugezogen, dessen Zähne den Raum der Kanäle freilegen.
Die in der obigen Weise hergestellten Elektroden gemaß Fig. 1 bis 5 können zur Herstellung von elekbrocher;lischen Generatoren, insbesondere Akkumulatoren, und Brennstoffelementen benutzt werden. Zwei Beispiele derartiger Generatoron, insbesondere Akkumulatoren, sind in Fig. 6 bis 9 dargestellt.
Diese Generatoren enthalten positive F.lektroden 7 gemäss Fig. 1 bis 5, d.h. mit einer doppelten aktiven Schicht, welche eine poröse was <J erab to sende von Kanälen durch zogene Schicht umgibt, und negative Elektroden 8, welche z.B.
durch ein Streckmetall (z.B. aus Zink) oder ein unterteiltes Metallpulver (z.B. Zin1S7 Kadmium- oder Eisenpulver), welches gesintert oder in einem Gel gefasst ist, gebildet werden, mit einem alkalischen Elektrolyten und einem Stromabnehmer, wie dies in der franzöischen Patentschrift Nr. 1.408.287 vom 30.
Juni 1964 der Anmelderin beschrieben ist.
Bei den dargestellten Ausführungsformen haben die Elektroden Rechteckform und sind nebeneinander in einem Gefass 9 angeordnet. Sie werden mit luft oder Sauerstoff entweder auf natürliche Weise durch ihre oberen Oeffnungen 4 über eine in dem Gefass 9 ausgebildete Öffnung 10/gespeist, oder durch ein Verteilungsystem der in Fig. 8 und 9 dargestellten Art mit einem in der oberen Wand des Gefässes ausgebildeten und nach aussen durch eine Öffnung 10 mündenden Kanal 10a.
Bei einer Speisung mit Luft wird vorzugsweise eine Elektrodenanordnung gemass Fig. 3 benutzt, da dann eine Abfuhr (bei 5) für den Reststickstoff im Falle starker Stromdichten vorgesehen werden muss.
Die Elektroden sind in ein Trennglied 11, z.B. ein Häutchen aus regenerierter Zellulose, oder in eine Ionenaustauschmembran eingewickelt, welche ggfs. mit einer den Elektrolyten absorbierenden Membran überzogen sein kann.
Die von den positiven Elektroden 12 kommenden Verbindungen einerseits und die von den negativen Elektroden kommenden Verbindungen 13 andererseits werden miteinander verbunden.
Wie -oben ausgeführt, wird die Anordnung in einem Gefass 9 angeordnet, welches z.B. aus Kunststoff bestehen kann, und dieses Gefäss aird mit einer alkalischen Lösung 14 gefüllt, z.B. einer 35%igen Kaliumlösung, wobei diese den Elektrolyten bildende alkalische.Lösung gerade die Oberkante der negativen Elektroden bedeckt.
Das so gebildete System der in Fig. 6 und 7 oder 8 und 9 dargestellten Art ermöglicht die Lieferung einer erheblichen Energie, worauf es durch eine Neuladung unter einer in der Nahe von 2,10 Volt liegenden Spannung regeneriert werden l;ann.
Es ist zu bemerken, das die erfindungsgemessen Elektroden, insbesondcre der in Fig. 1 bls 5 dargestellten Art, mit anderen Elektrolyten als alkalischen Elektrolyten benutzt erden können, insbesondere mit Salzlösungen. Man kann so erfindungsgemässe init Gasdiffusion arbeitende Elektroden mit Magnesiumanoden kombinieren, um z.B. ein Magnesium-Luft Element zu bilden, welches in einer Salzlösung arbeitet (z.B.
in einer atriumchloridlösung oder in IIeer!asser). Die Parallelschaltung der mit Luft arbeitenden Elektroden mit an der Basis verschlossenen Kanälen und der Magnesiumfolien wird in ein Geass eingefWnrt, welches eine Salzlösung in einer solchen Menge enthält, dass nur der obere Teil der Kathoden etwas über das Niveau der Salzlösung vorsteht, um ihre Belüftung zu ermöglichen.
Bei mit Meerwasser arbeitenden Elementen werden natürlich Einrichtungen vorgesehen, welche die Anordnung so belasten, dass das Element seine lotrechte Lage beibehalt.
Es können auch mit erfindungsgemässen mit Gasdiffusion arbeitenden Elektroden versehene Brennstoffelemente hergestellt werden. Derartige Elektroden können parallel geschaltet und in den gleichen Elektrolyten eingetaucht werden, wobei die einen die Aufgabe von Kathoden und die anderen von Anoden erfüllen, wobei die ersteren z.B. mit Luft, Sauerstoff, Chlor eier Fluor und ie zweiten z.B. mit Wasserstoff, Kohlenwasserstoffen, Kohlenoxyd gespeist werden können. Natürlich können mehrere derartige Brennstoffelemente in Reihe geschaltet werden.
Eine erfindungsgemässe mit Gasdiffusion arbeitende Elektrode besitzt gegenüber derartigen bekannten Elektroden zahlr-eiche Vorteile, insbesondere folgende: Sie kann ohne Gasgegendruck arbeiten, d.h. mit einen überschüssigen hydrostatischen Druck des Elelztrolyten, wodurch jede Blasenbildung/jede Uberflutung der Elektrode vermieden wird.
Sie hat einen gedrängten Aufbau und ermöglicht die Herstellung von gedrängten Anordnungen mit Gegeneinanderpressung der Elektroden ohne Gefahr einer merklichen Verformung, insbesondere ohne merkliche Abplattung der Gasunlaufkanäle.
Es ist zu bemerken, dass sich eine erfindungsgemässe Elektrode mit richtigen durch die aktive Schicht tretenden Kanälen, in welchen frei ein Gas strömt, eindeutig von den Elektroden gemas.s der franzönischen Patentschrift ITr. 1.433.558 vom 18. Februar 1965 unterscheidet, welche poröse Elektroden aufweist, durch welche ein Gas nicht frei sondern im Knudsenzustand strömt, d.h. durch Diffusion durch die Poren der Elektrode. Der freie Umlauf der Gase besitzt den Vorteil, hohe Stromdichten und die Herstellung von grossen Elektroden zu ermöglichen.

Claims

Patentansprüche

1.) Mit Gasdiffusion arbeitende Elektrode fur elektrochenische Generatoren oder Brennstoffelemente, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch eine poröse wasserabstossende Schicht (1) gebildet wird welche von einer Reihe von Kanälen oder Durchlässen (2) für eine Gasströmung durchzogen wird und auf ihren beiden Seiten (1a, Ib) eine aktive Schicht (3) aufweist, wobei die poröse wasserabstossende Schicht (1) durch ihre Berührung mit der aktiven Schicht (3) elektrisch leitend gemacht wird, wobei die Elektrode wenigstens eine Zufuhr (4) und ggfs. azenigstens eine Abfuhr (5) für das die Kanäle (?) speisende Gas und Einrichtungen zur Stromabnahme aufweist.

2*) Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die porösen wasserabstossenden Schichten (1) einerseits und die aktiven Schichten (3) andererseits gemäss der französischen Patentschrift Nr. 1.493.700 ausgeführt sind.

3.) Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein stromleitendes Gitter oder Streckmetall zwischen der porösen wasserabstossenden Schicht (1) und jeder aktiven Schicht (3) aufweist.

4.) Verfahren zur Herstellung einer Blektrode nach einem der Ansnrüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Folge folgender Arbeitsgänge: in einer Form mit Nuten, welche das Abbild der Hälfte (oder eines anderen Bruchteils) der in der Elektrode vorzusehenden Kanäle (2) sind, wird ein inniges Genisch eines Treibmittels, z.B. Ammoniumkarbonat, und eines halogenierten ethylens, z.B. Polytetrafluoräthylen, komprimiert, auf diese vorverdichtete Schicht wird ggfs. ein stromleitendes Gitter oder Streckmetall aufgelegt, auf welches ein Druck ausgeübt wird, danit es an dieser Schicht haftet, auf der ggfso mit dem Gitter oder den Streckmetall bedeckten vorverdichteten Schicht wird ein Gemisch aus aktiven Stoffen ausgebreitet, das Ganze wird einem Druck ausgesetzt, die so erhaltene IIalbelektrode wird ausgefonit, und zwei Halbelektroden werden zur Bildung der fertigen Elektrode vereinigt.

5.) Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem die Elektrode aus zwei lIalbele};troden hergestcllt wird, dadurOh gekennzeichnet, dass die beiden Halbclektroden mit ihren Nuten so gegeneinandergelegt werden, dass die Kanäle (2) der fertigen Elektrode entstehen, und dass die durch die beiden 11albelektroden gebildete Anordnung auf eine Polymerisiertemperatur, insbesondere in der Grössenordnung von 400°C, während einer genugenden Dauer gebracht wird, insbesondere grossenordnung sinas sig während einer Stunde, um das halogenierte Äthylen zu polymerisieren, und zwar unter einem geringen Uberdruck.

6.) Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem die Elektrode aus zwei Halbelektroden hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass jede Halbelektrode getrennt insbesondere bei 4000 C während einer Stunde ohne Druckanwendung polyr.erisiert wird, und dass zwei Halbelektroden zusammengeklebt werden, und zwar entweder auf ihrer ganzen Berührungsfla'che, oder nur längs des Umfangs der Elektrode.

7.) Verfahren zur Herstellung einer Längskanäle enthaltenden Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Folge folgender Arbeitsgange: in eine Form mit flachem Boden wird eine aktive Schicht gebracht, in diese wird ggfs. ein stromleitendes Gitter oder Steckmetall eingepresst, auf der ggfs. mit dem eingepressten Gitter oder Streckmetall versehenen vorderdichteten Schicht wird eine dünne Schicht eines innigen Gemischs aus einen Treibmittel, z.B.

Aninoniuelkarbonat, und einem halogenierten Äthylen, z.B. Polytetrafluörathylen, ausgebreitet, auf diese dünne Schicht wird ein insbesondere aus einem rostfreien polierten Metall bestehender Kamm gelegt, welcher Zähne aufweist, welche eine ge- Æ ringe Ausformungshohlkehle besitzen und die Form der zukünftigen Kanäle der- Elektrode haben, auf das Ganze wird ein Gemisch aus einem Treibmittel, insbesondere Ammoniumkarbonat, und einem halogenierten Äthylen, insbesondere Polytetrafluoräthylen, aufgebracht, es wird ggfs. ein neues leitendes Gitter oder Streckmetall aufgelegt, es wird eine weitere aktive Schicht aufgebracht, das Ganze wird einem Druck ausgesetzt und auf eine Polymerisiertemperatur, insbesondere in der Grössenordnung von 4000 C, wahrend einer genügenden Dauer, insbesondere während einer Stunde, zur Polymerisierung des halogenierten Äthylens und zur Abfuhr des Treibmittels gebracht, und schliesslich wird der Kamm herausgezogen, dessen Zähne den Raum der Kanäle freilegen.

8.) Brennstoffelement mit Elektroden nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenneichnet, dass diese die Form von rechteckigen Platten haben und parallel in einen Gefass (9) angeordnet sind, in welchem ein flüssiger Elektrolyt, -z.B. eine wasserige KIaliumlösung, den Raum zwischen den Elektroden ausfüllt, wobei Trennglieder (11) in den Elektrolyten zlrisehen benachbarten Elektroden eintauchen und I-iittel zur Speisung der Kanäle der Anoden mit einen Anodengas, z.B. Wasserstoff, und der Kanal der Kathoden mit einem Kathodenggas, z.B. Sauerstoff, vorgesehen sind, derart, dass ein Strom zwischen den Stromabnahmemittel-n entgegengesetzter Polaritäten abgenonnen werden kann.

9.) Elektrochemischer Generator mit wenigstens einer Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anoden durch ein Streckmetall oder ein einen alkalischen Elektrolyten enthaltendes Metallpulver und einen Stromabnehmer gebildet werden, wobei Trennglieder zwisehen aufeinanderfolgenden Elektroden angeordnet sind, wobei die durch die Elektroden und die Trelmglieder gebildete Anordnung in einem Gefäss angeordnet ist, wobei Einrichtungen zur Speisung der Kanale der Kathoden mit Luft oder Sauerstoff vorgesehen sind.