DE2011232C2

DE2011232C2 - Elektrode für Metall-/Sauerstoff- und Brennstoffzellen

Info

Publication number: DE2011232C2
Application number: DE2011232A
Authority: DE
Inventors: Derek Peter Ropley Alresford Hampshire Gregory
Original assignee: Berec Group Ltd
Current assignee: Berec Group Ltd
Priority date: 1969-03-21
Filing date: 1970-03-10
Publication date: 1982-06-09
Also published as: GB1272095A; FR2035160B1; DE2011232A1; FR2035160A1; SE376118B; JPS5037377B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode für Metall/Sauerstoff- und Brennstoffzellen mit einer aus elektrochemisch katalytischem Material bestehenden Schicht, die eine Reaktion mit einem flüssigen Elektrolyten eingeht, die auf einer Seite einer aus hydrophobem Material bestehenden Schicht angeordnet ist, und die für Gase durchlässig sowie für flüssige Elektrolyten im wesentlichen undurchlässig ist.

Es ist bereits eine Elektrodenausführung für Metall/ Sauerstoff- und Brennstoffzellen vorgeschlagen worden (DE-OS 19 20 688), die den Grenzstrom der Zelle durch Reduzieren des Diffusionsvermögens der Sauerstoff (Luft)-Elektrode reduziert. Dadurch wiederum wird die Verdampfung des Elektrolyten der Zelle herabgesetzt und damit die Lebensdauer des Elementes durch Verlangsamen des Austrocknens der Zelle erhöht. Das Diffusionsvermögen der Elektrode wird durch Herabsetzen des Diffusionsvermögens einer hydrophoben Schicht auf der Sauerstoffseite reduziert. Diese Ausführungsform hat in der Praxis außerordentliche gute Ergebnisse gezeigt und ermöglicht, daß Gewicht der Zelle oder der Batterie ohne Herabsetzung der Lebensdauer erheblich zu verkleinern, da zu Beginn weniger Elektrolyt benötigt wird. Es haben sich jedoch gewisse Schwierigkeiten bei einer genauen Kontrolle des Diffusionsvermögens der hydrophoben Schicht ergeben.

Aus GB-PS 11 27 955 ist ferner eine Elektrode bekannt, die aus einer katalytisch aktiven Schicht, einer hydrophoben Deckschicht und einer auf dieser angebrachten porösen hydrophoben Schicht besteht. Eine solche Elektrode soll die Eigenschaft haben, daß sie nicht undicht oder rissig wird, und sie soll ferner eine hohe Stromabgabe besitzen. Hieraus ist jedoch kein Hinweis auf die Verdampfungsgeschwindigkeit oder deren Steuerung bzw. ein die Dampfdurchlässigkeit steuerndes Material zu entnehmen.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Diffusionsvermögen der hydrophoben Schicht genau zu kontrollieren und die den Grenzstrom der Zelle reduzierende Verdampfungsgeschwindigkeit des Elektrolyten herabzusetzen, damit die Zelle nicht austrocknet.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß auf der anderen Seite der hydrophoben Schicht eine Schicht angeordnet ist, die aus einem Material besteht, das für den Durchgang von Wasserdampf weniger durchlässig ist als die hydrophobe Schicht und das aus mindestens einer der folgenden Schichten besteht: aus synthetischem Kunststoffmaterial wie porösem Polytetrafluoräthylen mit oder ohne Emulsionsanstrich oder unplastifiziertem mikroporösem Polyvinylchlorid, poröser Metallfolie wie Nickelfolie, porösem Filterpapier, porösem Filz, anorganischen Partikeln mit einem Bindemittel oder aus einer gesinterten dünnen keramischen Schicht.
Mit dzT erfindungsgemäßen Elektrode wird erreicht, daß die Verdampfungsgeschwindigkeit der Elektrolyten herabgesetzt wird, die den Grenzstrom der Zelle reduziert, welcher für Primärzellen mit geringerem Entladestrom toleriert werden kann. Dadurch trocknen derartige Zellen nicht so rasch aus.

Die hydrophobe Schicht wird vorzugsweise aus einem Material hergestellt, welches ein hohes Diffusionsvermögen und eine Flüssigkeitsdurchdringung gleich Null hat, d. h. aus einer Polytetrafluoräthylenfolie. Diese Schicht aus einem Material geringeren Diffusionsvermögens kann aus einem Material hergestellt werden, daß sich mit dem hydrophoben Material und dem zu benutzenden Reaktionsgas verträgt und das leicht mit unterschiedlichem Diffusionsvermögen hergestellt werden kann, d. h. einem synthetischem Kunststoff oder Metall.

Es sind Vergleichsversuche durchgeführt worden, um die Ausführbarkeit der Erfindung sicherzustellen. Daher wurden Zellen mit einer hydrophoben Schicht aus einer porösen Polytetrafluoräthylenfolie allein und mit verschiedenen Dicken eines Emulsionsanstriches auf der Sauerstoffseite der hydrophoben Schicht geprüft. Die Zellen wurden bei 1,5 A sechzehr Stunden lang betrieben, und es wurde die Elektrolytmenge, die nach dieser Zeit übrigblieb, gemessen. Bei den verwendeten

so Zellen würde die Elektrolytmenge ohne Dampfverlust 19 ml betragen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle I

Schichtdicke

(g/cm²)

Nach dem Versuch
verbleibender Elektrolyt

(ml)

Elektrolytverlust

(ml)

14,6
15,8
16,0
16,2
16,8

4,4
3,2
3,0
2,8
2,2

Die Versuche für die vorstehend erwähnten Elemente wurden ferner in Durchlässigkeits- und Verdampfungs-

versuche an den angestrichenen und nicht angestrichenen hydrophoben Schichten bestätigt Die Resultate sind in der Tabelle 2 aufgeführt

Tabelle 2 Tabelle 3

Anstrichbelastung

(mg/cm²)

Durchlässigkeit

Verdampfungsgeschwindigkeit

(g/h

Dicke der
kalandierten Schicht

Durchlässigkeit

(ml-sec ' cm ² mmF^O—1)

Verdampfungsgeschwindigkeit

(g/h durch
20 cm²)
+ P.T.F.E.-Schichl

	4,5 x 10"⁵	0,18	Keine	4,5 X HT⁵	0,182
	3,3 x 10"⁵		Schicht	(P.T.F.E.)
0	2,4 x 10"⁵	0,12	0,25 (11)	89 x 10~^s	0,07
6,5	2,3 x 10 ⁵		15 0,19(12)	39 X 10"^s
7,3	2,1 X 10"⁵	0,10	0,13 (13)	3,6 X 10"⁵	0,05
8,9	1,4 x 10"^s	0,G3	0,10 (14)	0,35 x ΙΟ"⁵
IG	1,2 x 10"⁵
15,4			20 Die Zeichnung zeigt eine graphische	Darstellung der
16,9

Die vorstehend angegebenen Resultate zeigen, daß ein Element mit einer besonderen, das Diffusionsvermögen begrenzenden Schicht betrieben werden kann und ferner, daß die Verdampfungsgeschwindigkeit herabgesetzt wird.

Weitere Durchlässigkeits- und Verdampfungsgeschwindigkeitsversuche wurden unter Verwendung einer Grenzschicht von kalandriertem, unplastifiziertem, mikroporösem Polyvinylchlorid durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle 3 aufgeführt Die anfängliche Dicke der Schicht betrug 0,762 mm vor dem Kalandrieren.

oben angegebenen Durchlässigkeitswerte, welche den Luftstrom in cc/sec gegenüber dem Druck in mm Wasser zeigt. Die Kurvenbezugszahlen sind in der ersten Spalte der Tabelle 3 in Klammern dargestellt.

Über die beiden oben erwähnten Materialien hinaus stehen viele andere Materialien zur Verfügung, für die das Diffusionsvermögen leicht kontrolliert werden kann. Weitere Beispiele solcher Materialien sind poröses Filterpapier, poröse Nickelfolie, anorganische Partikel plus einem Bindemittel, z. B. T1O2 aufweisender Anstrich, eine gesinterte keramische Platte oder poröse Filze, organisch oder anorganisch.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Elektrode für Metall/Sauerstoff- und Brennstoffzellen mit einer aus elektrochemisch katalytischem Material bestehenden Schicht, die eine Reaktion mit einem flüssigen Elektrolyten eingeht, die auf einer Seite einer aus hydrophobem Material bestehenden Schicht angeordnet ist, und die für Gase durchlässig sowie für flüssige Elektrolyten im wesentlichen undurchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der anderen Seite der hydrophoben Schicht eine Schicht angeordnet ist, die aus einem Material besteht, das für den Durchgang von

Wasserdampf weniger durchlässig ist als die hydrophobe Schicht und das aus mindestens einer der folgenden Schichten besteht: aus synthetischem Kunststoffmaterial wie porösem Polytetrafluorethylen mit oder ohne Emulsionsanstrich der unplastifiziertem mikroporösem Polyvinylchlorid, poröser Metallfolie wie Nickelfolie, porösem Filterpapier, porösem Filz, anorganischen Partikeln mit einem Bindemittel oder aus einer gesinterten dünnen keramischen Schicht.