DE2011232C2 - Elektrode für Metall-/Sauerstoff- und Brennstoffzellen - Google Patents
Elektrode für Metall-/Sauerstoff- und BrennstoffzellenInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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-
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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.
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.
Schichtdicke
(g/cm2)
Nach dem Versuch
verbleibender Elektrolyt
verbleibender Elektrolyt
(ml)
Elektrolytverlust
(ml)
14,6
15,8
16,0
16,2
16,8
15,8
16,0
16,2
16,8
4,4
3,2
3,0
2,8
2,2
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
Anstrichbelastung
(mg/cm2)
Durchlässigkeit
Verdampfungsgeschwindigkeit
(g/h
Dicke der
kalandierten Schicht
kalandierten Schicht
Durchlässigkeit
(ml-sec ' cm 2 mmF^O—1)
Verdampfungsgeschwindigkeit
(g/h durch
20 cm2)
+ P.T.F.E.-Schichl
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 (1)
- 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 vonWasserdampf 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.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB04879/69A GB1272095A (en) | 1969-03-21 | 1969-03-21 | Improvements in and relating to electrochemical cells |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2011232A1 DE2011232A1 (de) | 1970-10-01 |
DE2011232C2 true DE2011232C2 (de) | 1982-06-09 |
Family
ID=10049141
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2011232A Expired DE2011232C2 (de) | 1969-03-21 | 1970-03-10 | Elektrode für Metall-/Sauerstoff- und Brennstoffzellen |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
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DE (1) | DE2011232C2 (de) |
FR (1) | FR2035160B1 (de) |
GB (1) | GB1272095A (de) |
SE (1) | SE376118B (de) |
Families Citing this family (3)
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US4483694A (en) * | 1982-06-24 | 1984-11-20 | Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha | Oxygen gas permselective membrane |
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Family Cites Families (3)
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---|---|---|---|---|
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GB1127955A (en) * | 1966-02-14 | 1968-09-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Gas diffusion electrode for cells |
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1969
- 1969-03-21 GB GB04879/69A patent/GB1272095A/en not_active Expired
-
1970
- 1970-03-10 DE DE2011232A patent/DE2011232C2/de not_active Expired
- 1970-03-18 JP JP45022350A patent/JPS5037377B1/ja active Pending
- 1970-03-19 SE SE7003734A patent/SE376118B/xx unknown
- 1970-03-20 FR FR7010107A patent/FR2035160B1/fr not_active Expired
Also Published As
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---|---|
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FR2035160B1 (de) | 1974-09-20 |
DE2011232A1 (de) | 1970-10-01 |
FR2035160A1 (de) | 1970-12-18 |
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