DE2023868A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Katalysatorschichten für Elektroden in elektrochemischen Zellen, insbesondere Brennstoffelementen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Katalysatorschichten für Elektroden in elektrochemischen Zellen, insbesondere Brennstoffelementen

Info

Publication number
DE2023868A1
DE2023868A1 DE19702023868 DE2023868A DE2023868A1 DE 2023868 A1 DE2023868 A1 DE 2023868A1 DE 19702023868 DE19702023868 DE 19702023868 DE 2023868 A DE2023868 A DE 2023868A DE 2023868 A1 DE2023868 A1 DE 2023868A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
catalyst powder
catalyst
acceleration
electrodes
nozzle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19702023868
Other languages
English (en)
Inventor
Werner Dipl.-Phys. 8521 Groß-Dechsendorf. COIb 4-02 Rummel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE19702023868 priority Critical patent/DE2023868A1/de
Priority to CH552171A priority patent/CH524898A/de
Priority to CA112,684A priority patent/CA955806A/en
Priority to SE7106171A priority patent/SE380392B/xx
Priority to FR7117675A priority patent/FR2090075B1/fr
Priority to GB1510171*[A priority patent/GB1348540A/en
Publication of DE2023868A1 publication Critical patent/DE2023868A1/de
Priority to US385442A priority patent/US3900602A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/886—Powder spraying, e.g. wet or dry powder spraying, plasma spraying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/11—Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1103—Making porous workpieces or articles with particular physical characteristics
    • B22F3/1109—Inhomogenous pore distribution
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
    • H01M4/8657—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites layered
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Katalysatorschichten für Elektroden in elektrochemischen Zellen, insbesondere Brennstoffelementen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung-von Katalysatorschichten für Elektroden in elektrochemischen Zellen, insbesondere Brennstoffelementen, durch Abscheidung von Katalysatorpulver auf einer Unterlage unter dem Einfluß der Schwerkraft sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
An die Katalysatorschichten von Elektroden für Brennstoffelemente werden hinsichtlich einer gleichmäßigen Verteilung der Katalysatorkörner zur Erzielung einer homogenen Porenstruktur hohe Anforderungen gestellt.
Gemäß der US-Patentschrift Nr. 3 226 263 wird eine gleichmäßige Porenstruktur dadurch erreicht, daß Katalysatorpulver eines vorgegebenen Korngrößenbereiches durch Sedimentation in einer Flüssigkeit, z.B. Wasser oder Glykol, auf einer festen Unterlage abgeschieden wird. Der Grund liegt in einer verhältnismäßig langsamen Aufschichtung der einzelnen Katalysatorkörner, wodurch die Bildung von Hohlräumen und Agglomeraten weitgehend unterbunden wird. Daneben tritt infolge der unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit verschieden schwerer Teilchen eine Fraktionierung des Katalysatorpulvers nach der Korngröße ein und zwar derart, daß die gröberen Teilchen sich auf der Unterlage absetzen und die feinen Teilchen dann darauf abgeschieden werden. Auf diese Y/eise können Katalysatorschichten hergestellt werden, deren Porengröße sich von einer Schichtoberfläche zu anderen gleichförmig verändert.
Bei der geschilderten Art der Sedimentation machen sich jedoch einige Nachteile bemerkbar, die eine technische Anwendung schwierig erscheinen lassen.
1 09848/1866
In Elektroden mit pulverförmiger! Katalysator grenzt die feinkörnige Schicht, d.h. die aktivste Schicht, an das Asbestdiaphragma, das elektrolytseitig in die Zelle eingebaut wird. Die grobkörnige Schicht, die sich auf der Gasseite befindet, wird von einem feinmaschigen Netz begrenzt, das als Gasverteiler und Stromabnehmer dient. Bin derartiges Mets müßte nun bei der Sedimentation als Unterlage dienen, wenn nicht die gesamte Katalysatorschicht bei Sedimentation auf eine andere Unterlage nach der Abscheidung des Katalysatorpulvers aus der Apparatur herausgenommen und umgedreht werden soll, wobei die erzielte Gleichmäßigkeit der Katalysatorschicht sehr leicht wieder gestört werden kann. Bei Verwendung des feinen netzes als Unterlage ergibt sich wiederum der Nachteil, daß sich das Netz leicht wirft oder krümmt, was eine Ablösung des Katalysatorpulvers zur Folge hat. Störend wirkt sich weiterhin aus, daß das Verfahren sehr zeitraubend und für eine maschinelle fertigung ungeeignet ist. Außerdem kann es für bestimmte Anwendungszwecke auch" . wünschenswert sein, in Katalysatorschlclrfcen für Elektroden eine gleichmäßige Porenstruktur ohne Sedimentationseffekt zu erreichen. Auch zu diesem Zweck ist das bekannte Verfahren nicht geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Katalysatorschichten durch Abscheidung von Katalysatorpulver auf einer Unterlage unter dem Einfluß der Schwerkraft so auszugestalten, daß die geschilderten Nachteile. vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß das Katalysatorpulver in annähernd paralleler Richtung zu der in Bewegung befindlichen Unterlage beschleunigt wird.
Die Beschleunigung, die dem Katalysatorpulver erteilt wird, bewirkt, daß es in einem hohen Ausmaß gleichmäßig verteilt wird. Zusammenballungen werden vermieden und Agglomerate, werden zerstört. Scheidet sich das derart homogenisierte Katalysatorpulver auf der Unterlage ab, so entsteht ©ine Katalysatorschiehts, mit der sich Elektroden herstellen lassenj mit denen man sehr gute
109848/1866
elektrische Werte erzielt. Der Grund ist darin zu sehen, daß durch die Bewegung der Unterlage an allen Punkten der Katalysator sohl cht eine gleichmäßig dünne Verteilung des Katalysatorpulvers erfolgt. Darüber hinaus wird durch die an jedem Flächenort herrschenden gleichen Bedingungen bei der Abscheidung des Katalysatorpulvers eine Katalysatorschicat erhalten,, die an jeder Stelle eine gleichmäßige Verteilung der in gewissen Grenzen variierenden Körnungen des Katalysatorpulvers und damit einen einheitlichen Aufbau bezüglich der Porenstruktur aufweist.
Vorteilhafte Yiirkungen des Verfahrens bestehen außerdem darin, daß entsprechend gleichmäßige Katalysatorschichten auch dann erhalten werden, wenn dem Katalysatorpulver Bindemittel aus Kunststoff, z.B. Polytetrafluoräthylen, Polyäthylen oder Poly- t glykol, zugesetzt werden. Ebenso können dem Katalysatorpulver Filier beigemischt werden, beispielsweise pulverisierte, lösliche Salze, wie Kaliumcarbonat und Kaliumoxalat. Diese Porenfiller können auch in den Katalysatorpulver-Teilchen selbst enthalten sein, d.h. es kann imprägniertes Katalysatorpulver verwendet werden. Dies kann dadurch erreicht werden, daß das Katalysatorpulver mit Lösungen dieser Salze behandelt und anschließend getrocknet wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung von Katalysatorschichten besteht darin, daß man Katalysatorpulver unterschiedlicher Korngröße verwendet und dieses zusätzlich a mittels eines Gasstromes auffächert. Dies kann vorteilhaft in der Weise erfolgen, daß man das beschleunigte Katalysatorpulver durch eine Düse mit luft anbläst oder daß man das Katalysatorpulver mittels Luft durch eine Düse ausbläst, wobei Beschleunigung und Auffächerung zusammen erfolgen.
Durch die Beschleunigung verbunden mit einer zusätzlichen Auffäeherung des Katalysatorpulvers unterschiedlicher Korngröße wird ein Sedimentationseffekt erzielt. Dies ist so zu verstehen, daß durch die Einwirkung des Gasstromes die verschieden großen und schweren Partikel des Katalysatorpulvers unterschiedlich weit getragen werden und daraus durch Einwirkung der Schwerkraft unterschiedliche Flugbahnen resultieren. Da außerdem die Unterlage
10 9 848/1866
bewegt wird, entstehen bei der Abscheidung des Katalysatorpulvers innerhalb der Katalysatorschicht Schichtungen mit ver·- Bchiedenen Körnungen. Dies wiederum bedeutet, daß man neben der. gleichmäßigen Verteilung des Katalysatorpulvers über eine größere Fläche, die durch die Beschleunigung des Materials bewirkt wird, in der Schicht eine Verteilung in der Weise erreicht, daß die Korngröße der Katalysatorkörner stetig ab- bzw. zunimmt. Mit dieser Staffelung des Katalysatorpulvers nach der Korngröße wird eine Porenstruktur erzielt, bei der sich die Porengröße zwischen den beiden Oberflächen der Schicht gleichmäßig verändert, d.h. die Poren sich· entweder verjüngen oder verbreitern.
Vorteilhaft wirkt sich dabei aus, daß man zur Abscheidung des Katalysatorpulvers eine in Bewegung befindliche Unterlage verwendet. Sind Beschleunigungsrichtung des Katalysatorpulvers und Bewegungsrichtung der Unterlage gleich gerichtet, so werden auf der Unterlage zunächst die Partikel mit den größten Körnungen sedimentiert und darauf die feineren Teilchen. Erfolgt jedoch ■ die Beschleunigung des Katalysatorpulvers entgegen der Bewegungsrichtung der Unterlage, so findet eine umgekehrte Staffelung statt» die Katalysatorteilchen mit grober Körnung kommen auf die Teilchen mit kleinerer Korngröße zu liegen. Dadurch ist es möglich, das Katalysatorpulver unmittelbar auf zur Herstellung der Elektroden verwendeten Diaphragmen abzuscheiden oder direkt in Zellrahmen« Zu diesem Zweck kann die Unterlage, die vorteilhaft als Trägerband ausgebildet ist, ein Transportband sein, auf dem die zur Aufnahme des Katalysatorpulvers verwendeten plattenförmigen Teile angeordnet sind, die in ihren Ausmaßen der Elektrodengröße entsprechen und die als Zellrahmen ausgebildet sein können. Die verwendeten Diaphragmen können zur Erzielung einer guten Haftung gegebenenfalls angefeuchtet sein.
Durch Schablonen können die Teile der Unterlage, die nicht beschichtet werden sollen, abgedeckt werden. Dies kann auch in der Weise geschehen, daß man eine endlose Folie zum Abdecken verwendet, in die die Schablonen eingearbeitet sind.
Die beschichteten plattenförmigen Teile können aufeinandergestapelt und in geeigneter Weise einem Preßvorgang unterworfen
109848/1866
werden. Ist die Unterlage als Trägerband ausgebildet, so kann dieses nach der Beschichtung mit dem Katalysatorpulver zur Nachverfestigung der Katalysatoröchicht durch die Walzen eines · Kalanders geführt werden. Gegebenenfalls kann dabei gleichzeitig ein Kontaktierungsnetz in die Katalysatorschicht eingearbeitet werden. Anschließend können die Elektroden ausgestanzt und in die Zellrahmen eingebaut werden.
Der Preßvorgang ist vor allem dann vorteilhaft, wenn dem Katalysatorpulver Bindemittel zugesetzt worden ist oder wenn neben dem Katalysatorpulver mit einer zusätzlichen Düse Bindemittel auf die Unterlage aufgebracht worden ist. Diese zusätzliche Düse kann auch zum Aufbringen von Filier Verwendung finden.
Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich gemäß weiterer Erfindung vorzugsweise eine Vorrichtung, bei der ein endloses, bewegbares Trägerband und oberhalb dieses Trägerbandes Aufgabe-, Transport- und Beschleunigungsmittel für das abzuscheidende Material vorgesehen sind.
Die Beschleunigung des Katalysatorpulvers kann mit einer mechanisch bewegten Vorrichtung erfolgen. Vorteilhaft verwendet man dazu eine rotierende Bürste. Erfolgt die Beschleunigung mit einer Düse, so wird diese quer zur Bewegungsrichtung der Unterlage bewegt.
Durch die Kombination von Beschleunigung und Ablagerung von Katalysatorpulver entstehen Katalysatorschichten, die wichtige Strukturmerkmale aufweisen. Die gleichmäßige Verteilung des Katalysatormaterials über eine große Fläche ermöglicht es, Elektroden anzufertigen, die sehr gute elektrische Eigenschaften aufweisen. Die zusätzliche Auffächerung vor der Abscheidung auf der beweglichen Unterlage gestattet es, bei Verwendung von Katalysatormaterial unterschiedlicher Korngröße Katalysatorschichten herzustellen, die neben der homogenen Beschaffenheit zusätzlich eine Staffelung der Körnungen aufweisen, die gleichbedeutend ist mit einer kontinuierlichen Zu- bzw. Abnahme der Porengröße quer zu den Beschichtungsstufen. Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, daß die Herstellung der Katalysatorschichten wenig Zeit beansprucht und das Verfahren sich gut zur
109848/1866
maschinellen und serienmäßigen Fertigung eignet.
Anhand mehrerer schematischer Figuren sollen das erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtungen zu dessen Durchführung naher erläutert werden.
Es zeigen
Fig. 1 bis Fig. 3 verschiedene Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 3a einen Querschnitt durch ein Einzelteil der Vorrichtung nach Fig. 3,
Fig. 4 das Pressen der plattenförmigen Teile, Fig. 5 und 6 Teile von weiteren Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 7 eine Ausfuhrungsform einer Vorrichtung zur Herstellung mehrschichtiger Elektroden und
Fig. 8 den zeitlichen Verlauf des Potentials an zwei Elektroden.
In Fig. 1 ist das Gehäuse der Vorrichtung mit 1 bezeichnet. Das Beschleunigungsmittel besteht aus einer schnell rotierenden Bürste 2, die auf einer als Transportmittel dienenden Walze 3 angeordnet ist, deren Durchmesser groß ist im Vergleich zum Durchmesser der Bürste 2. Bürste 2 und Walze 3 bewegen sich gegeneinander. Das Aufgabemittel 4 ist ein von ebenen Flächen begrenzter Behälter, der sich zur Walze 3 hin verjüngt und an seinem verjüngten unteren Ende mit einem Spalt versehen ist, dessen länge etwa der Länge (in axialer Richtung) der Bürste 2 entspricht. Im Aufgabemittel 4 befindet sich das Katalysatorpulver 5, z.B. ein gut rieselndes Pulver, wie Eaney-Siiher. Mit dem Pfeil 6 ist die Beschleunigungsrichtung angedeutet. 7 stellt eine Trennwand dar. Mehrere solcher Trennwände sind parallel zueinander angeordnet. Sie begrenzen zumindest einen Teil der Flugstrecke des Katalysatorpulvers und haben die Aufgabe, Wirbel quer zur Beschieunigungsrichtung zu unterdrücken. 8 ist eine Düse, mit der zusätzlich zum Katalysatorpulver Filier und/oder Bindemittel auf das als Unterlage 9 dienende Trägerband aufgebracht werden kann."Mit dem Pfeil 10 ist die Bewegungsrichtung der Unterlage angedeutet. 11 zeigt stark vergrößert die- durch Beschleunigung und Abscheidung entstandene gleichmäßige Katalyaatorschicht. 12 ist eine Trocknungsvorrichtung, beispielsweise
109848/1866
ein Infrarotstrahler. Eine Trocknung ist vor allem, dann zweckmäßig, wenn feuchte Materialien verwendet werden. Zur Trocknung kann gegebenenfalls auch eine Tunnelofenstrecke nachgeschaltet werden. 13 sind die Walzen eines Kalanders, durch die die beschichtete Unterlage geführt werden kann, um eine Nachverfestigung der Katalysatorschicht zu erreichen. Dabei kann nötigenfalls zusätzlich ein Kontaktierungsnetz mit eingezogen werden. Anschließend werden die Elektroden ausgestanzt und in die Zellrahmen eingebaut.
In Fig. 2 stellt 21 eine Düse dar, durch die das Katalysatorpulver unterschiedlicher Körnung mit Hilfe eines Gasstromes gleichzeitig beschleunigt und aufgefächert wird. Zweckmäßigerweise verwendet man dazu luft. Die Düse weist eine geeignete öffnung, z.B. mit ringförmigem Querschnitt auf. Sie wird quer ( zur Bewegungsrichtung der Unterlage 22 bewegt. Durch einen geeigneten Mechanismus wird dafür gesorgt, daß die Bewegungsgeschwindigkeit der Düse, die schnell ist im Vergleich zur Geschwindigkeit der Unterlage, über die gesamte Breite der Unterlage konstant ist. 22 ist das Trägerband, das über die Rollen geführt wird. Die Bewegungsrichtung 24 des Trägerbandes iat der Beschleunigungsrichtung 25 des Katalysatorpulvers entgegengerichtet, so daß die feinen Katalysatorpulver-Teilohen 26 zuerst abgeschieden werden. Darauf werden dann die Teilchen 27 mit mittlerer Korngröße und die groben Teilchen 28 sedimentiert. Bei zur Beschleunigungsrichtung gleich gerichteter Bewegungsrichtung des Bandes 22 erhält nan eine umgekehrte Staffelung der Katalysatorpulver-Teilchen. "
Bei der Vorrichtung nach Pig. 3 ist ein aus zwei konzentrisch angeordneten Rohren bestehendes Beschleunigungsmittel vorgesehen, das das Katalysatorpulver gleichzeitig beschleunigt und auffächert. Mit 31 ist ein äußeres starres Rohr, mit 32 ein inneres rotierendes Rohr bezeichnet. Das Katalysatorpulver wird dem inneren Rohr 32 axial mittels Luft zugeführt. Durch die Öffnung 33 tritt das Katalysatorpulver aus dem Beschleunigungsmittel aus. Mit 34 ist das Transportband bezeichnet, dessen Bewegungsrichtung der Besrnleunigungsrichtung des Katalysatorpulvers entgegengesetzt is+. Mit 35 sind die plattenförmigen Teile oder Zellrahmen be-
109848/1B66
zeichnet, auf bzw. in die das Katalysatorpulver abgeschieden wird. Mit a, b und c ist die Verteilung der iCatalysatorpulver-Teilchen mit feiner, mittlerer und grober Körnung angedeutet. Mit 36 sind die Schablonen angedeutet, die in eine Folie 37 eingearbeitet sind, die als endloses Band ausgebildet sein kann. Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit von Folienband und Transportband sind gleich. Durch Umlenken des endlosen Folienbandes wird das darauf befindliche Katalysatorpulver in ein Torratsgefäß gekippt.
In Fig. 3a ist das aus zwei konzentrisehen Rohren bestehende Beschleunigungsinittel im Schnitt dargestellt. Das äußere starre Rohr 31 weist einen schmalen, geraden Spalt 38 auf» der fast über die gesamte länge des Rohres reicht. Das innere rotierende Rohr 32 besitzt einen oder mehrere spiralig angeordnete Spalte 39· Durch die schnelle Drehung des inneren Rohres wird die öffnung 33 dauernd verschoben. Bin Verstopfen des Spaltes 38 wird durch diese Anordnung vermieden, Die Rotationsgeschwindigkeit des inneren Rohres muß hinreichend groß sein im Vergleich zur Geschwindigkeit der Unterlage.
Die mit Katalysatorpulver 42 beschichteten plattenförmigen Teile 35» die in ihren Ausmaßen der Elektrodengröße entsprechen, werden vom Transportband 34 abgenommen, übereinandergestapelt und - wie in Fig. 4 dargestellt - mit einer geeigneten Vorrichtung 41 gepreßt.
In Fig. 5 ist das Beschleunigungsmittel als rotierende Bürste 51 ausgebildet. Das Transportmittel 1st ein Förderband 52, das das Katalysatorpulver langsam gegen die rotierende Bürste transportiert. Das beschleunigte Katalysatorpulver wird durch die Düse 53 mit einem Gasstrom angeblasen und aufgefächert. Zweckmäßigerweise wird dazu Luft verwendet. Das zum Aufbringen des Katalysatorpulvers verwendete Aufgabemittel besteht aus einem Vorratsgefäß 54 und einer mit Nocken versehenen Förderwalze 55. Die Förderwalze stößt dabei mit ihren Nocken ständig gegen eine bewegliche Wand 56, wodurch das Katalysatorpulver gerüttelt wird und dadurch besser auf das Förderband aufgebracht werden kann. Eine
109848/1866
Gleichverteilerschnecke 57 ebnet das au.fgeiDrach.te Katalysatorpulver nach. Dies erfolgt zweckmäßigerweise dann, wenn Katalysatorpulver verwendet wird, dem Bindemittel "beigemischt ist,
Fig. 6 zeigt eine Anordnung, bei der Aufgabe-, Transport- und Beschleunigungsmittel, d.h. im vorliegenden speziellen fall daa Vorratsgefäß 65, die Oberseite des Förderbandes 66 und die rotierende Bürste 67, in einem unter Gasdruck stehenden Behälter 61 untergebracht sind. Das Katalysatorpulver wird dabei über eine Druckschleuse 62 in das Vorratsgefäß 65 eingebracht. Das Förderband 66 ist durch Gummi- oder Polytetrafluoräthylenschichten 63 gegen das Gehäuse 61 abgedichtet. Katalysatorpulver und Gas, zweokmäßigerweise luft, treten durch einen als Düse wirkenden Spalt 64 in der Gehäusewand zwischen Bürste 67 und Förderband 66, | d.h. zwischen Transport- und Beschleunigungsmittel, aus.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 7 ist durch die Anordnung zweier Beschleunigungsmittel die Herstellung einer Doppelschichtelektrode möglich. Im vorliegenden speziellen Fall finden als Beschleunigungsmittel zwei Düsen 71 und 72 Verwendung. Dadurch wird gleichzeitig eine Beschleunigung und Auffächerung des Katalysatorpulvers erreicht und man erhält bei" Verwendung von Katalysatorpulver unterschiedlicher Korngröße Katalysatorschichten» die sowohl eine homogene Beschaffenheit als auch eine Staffelung der Körnungen aufweisen. Mit Düse 71 wird eine Katalysatorschicht 74 erzeugt} dabei ist die Beschleunigungsrichtung des Katalysatorpulvers der Bewegungsrichtung des Trägerbandes 73 entgegengeriohtet. Die | Beschleunigung des Katalysatorpulvers durch Düse 72 erfolgt in der Bewegungsrichtung des Trägerbandes 73. Dadurch wird eine Katalysatorschicht 75 erzeugt, deren Staffelung der Körnungen spiegelbildlich ist zur Staffelung der Katalysatorschicht 74. Durch eine geeignete Vorrichtung, z.B. eine Rolle 76» wird zwischen die beiden Katalysatorschichten 74 und 75 ein Netz 77 oder ähnliches eingelegt. Dadurch wird ein Hohlraum geschaffen, der beispielsweise als Gasraum einer Doppelschichtelektrode dienen kann. Durch die Anordnung mehrerer Beschleunigungsmittel können auch mehrschichtige Elektroden gefertigt werden, die in den einzelnen Katalysatorschichten homogene Struktur aufweisen.
109848/1866
Dabei kann durch die einzelnen Beschleunigungsmittel im Material unterschiedliches Katalysatorpulver auf das Trägerband aufgebracht werden. Bei der Verwendung von Katalysatorpulvern unterschiedlicher Körnungen kann darüber hinaus bei Anwendung von Düsen als Beschleunigungsmittel - abhängig von der Beschleunigungsrichtung der Katalysatorpulver (bezüglich der Bewegungsrichtung des Trägerbandes) - eine verschiedene Staffelung der Körnungen in den einzelnen Katalysatorschichten erreicht werden.
Fig. 8 zeigt den zeitlichen Verlauf des Potentials zweier Elektroden A und B. Auf der Ordinate ist das Potential -v in mV aufgetragen, auf der Abszisse die Zeit t in Std» In der Elektrode A wurde eine Katalysatorschicht verwendet, die erfindungsgemäß hergestellt worden war und eine homogene Struktur aufwies. Im einzelnen war dazu das Katalysatorpulver mit einer Bürste beschleunigt, auf plattenförmigen Seilen abgeschieden und einem Preßvorgang unterworfen worden. Der Prsßdruck betrug etwa 10 kg/cm . Zur Darstellung der Elektrode B war das Katalysatorpulver auf eine Unterlage gestreut und mit einer Walze per Hand
ρ gewalzt worden. Beide Elektroden waren■etwa 290 cm groß und etwa 0,8 mm dick. Sie wiesen eine Belegung von etwa 200 mg Material/ cm auf. Als Katalysatorpulver wurde Raney-lickel mit einer Korngröße ^- 40 Ai ver?/endet, es enthielt jeweils etwa 4,5 $ Polytetrafluoräthylen als Binder.
Die Spannung ν der Elektroden gegen ein Hg/HgO-Normalelement wurde bei einer Belastung von 80 mA/cm ermittelt. Als Elektrolytflüssigkeit wurde 6 η KOH bei 600O verwendet. Der Wasserstoffdruck betrug 1,46 Atm.
Es ergibt sich, daß Elektrode A zu Beginn eine um etwa 50 mV höhere Spannung liefert als Elektrode B, nach einer Betriebszeit von 500 Stunden ist die Spannung von A noch etwa 30 mV höher. Das bedeutet, daß man mit Elektrode A eine höhere Zellspannung erzielt als mit Elektrode B und zwar über die gesamte Versuchsdauer von mehr als 1000 Stunden» Gerade bei einer Wasserstoffelektrode ist diese Verbesserung von ausschlaggebender Bedeutung. Denn hier muß die Elektrode bei einem Potential über dem kritischen Potential betrieben werden, das bei üblichen Nickelelektroden bei etwa -780 mV gegen
1 09848/ 1 ft 6-6
Hg/HgO liegt. Bei diesem kritischen Potential erfolgt durch eine irreversible Oxidation eine Zerstörung der Elektrode. Der Verlauf der Kennlinie für Elektrode A zeigt, daß sie über einen sehr großen Zeitraum hinweg über diesem kritischen Potential mit großen Stromdichten betrieben werden kann.
Das Versuchsergebnis beweist, daß sich mit der erfindungsgemäß hergestellten Elektrode elektrische Werte erzielen lassen, die für den Bau von Brennstoffelementen interessant sind. Der Grund für die Verbesserung der elektrischen Eigenschaften liegt in der geschilderten gleichmäßigen Verteilung des Katalysatorpulvers in der Katalysatorschicht, was auch aus Schliffbildern entnommen werden kann.
Außer in Brennstoffelementen können die erfindungsgemäß hergestellten Elektroden auch in anderen elektrochemischen Zellen, beispielsweise in Elektrolyseuren, Anwendung finden.
32 Patentansprüche
8 Figuren
109848/1866

Claims (7)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Katalysatorschiehten für Elektroden in elektrochemischen Zellen, insbesondere Brennstoffelementen, durch Abscheidung von Katalysatorpulver auf einer Unterlage unter dem Einfluß der Schwerkraftι dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysatorpulver in annähernd paralleler Richtung zu der in Bewegung befindlichen Unterlage (9) beschleunigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeiöhnet, daß dem Katalysatorpulver ein Bindemittel aus Kunststoff beigemischt ist.
fc 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Katalysatorpulver ein Filier beigemischt ist»
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Filier in den Katalysatorpulver-Teilchen enthalten ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Katalysatorpulver unterschiedlicher Korngröße verwendet wird und dieses durch einen Gasstrom aufgefächert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysatorpulver durch eine Düse (53) mit Gas angeblasen wird.
W
7. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß Beschleunigung und Auffächerung des Katalysatorpulvere zusammen vorgenommen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysatorpulver mit Hilfe eines Gases aus einer Düse (21) ausgeblasen wird«
9* Verfahren nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalyeatorpulver durch Luft angeblasen bzw. ausgeblasen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß
109848/1866
ORIGINAL SMSPSCTED
die das Katalysatorpulver ausblasende Düse (21) quer zur Bewe~ gungsrichtung (24) der Unterlage (22) bewegt wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer zusätzlichen Düse (8) Pillar und/oder Bindemittel auf die Unterlage (9) aufgebracht werden. '
12. Verfahren nach einem oder> mehreren der.Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigung des Katalysatorpulvers in der Bewegungsrichtung der Unterlage erfolgt.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, * dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigung des Katalysatorpulvers entgegen der Bewegungsrichtung der Unterlage erfolgt.
H. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterlage ein Trägerband (9) verwendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerband (9) samt abgeschiedenem Katalysatorpulver (.11) durch einen Kalander (13) geführt wird.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterlage auf einem Transport- . | band (34·) angeordnete, in ihren Ausmaßen der Elektrodengröße entsprechende plattenförmige Teile (35) verwendet werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Teile (35) als Zellrahmen für Elektroden ausgebildet sind.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Teile (35) mit Schablonen (36) abgedeckt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablonen (36) in eine Folie (37) eingearbeitet sind, die als
109-848/1866
ORlGSWAL INSPECTED
endloses Band ausgebildet ist.
20. Verfahren nach, einem oder mehreren der Ansprüche 16 "bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Teile (35) samt. abgeschiedenem Katalysatorpulver (42) übereinandergeschichtet und einem Preßvorgang unterworfen werden«
21. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche H bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein endloses, bewegbares Trägerband und oberhalb dieses Trägerbandes Aufgabe Transport- und Beschleunigungsmittel für das abzuscheidende Material vorgesehen sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch .gekennzeichnet, daß zur
Beschleunigung- des Katalysatorpulvers eine mechanisch bewegt© Vorrichtung vorgesehen ist*
23· Vorrichtung nach Ansprach 22, dadurch gekennzeichnet, daß säur Beschleunigung des Katalysatorpulvers ein© rotierende Bürste (51) vorgesehen ist. ,
24·. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23» dadurch gekennzeichnet» daß das Beschleunigungsmittel und das Aufgabemittel (4) für das Katalysatorpulver oberhalb einer als Transportmittel dienenden Walze (3) angebracht sind.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß sum Transport des Katalysatorpulvers vom Aufgabemittel (54) zum Beschleunigungsmittel (51) ein !Förderband (52) vorgesehen ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Aufgabe- und Beschleunigungsmittel eine G-leichverteilerschnecke (57) zur Nachebnung des Katalysatorpulvers vorgesehen ist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß Aufgabe-, Transport- und Beschleunigungsmittel in einem unter Gasdruck stehenden Behälter (61) unterge-
109848/iaS6
ORIGINAL IMSPEGTED
bracht sind und daß zwischen Transport- Und Beschleunigungsmittel ein als Düse wirkender Spalt (64) vorgesehen ist,
28. Vorrichtung nach. Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschleunigungsmittel aus zwei konzentrisch angeordneten Rohren besteht, von ienen das äußere starre Rohr (31) einen schmalen, geraden Spelt (38) und das innere rotierende Rohr (32) einen oder mehrere epiralig angeordnete Spalte (39) aufweist»
29. Vorrichtung nach, einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Plugstrecke des Katalysatorpulvers mit zueinander parallel angeordneten Trennwänden (7) versehen ist.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 29» dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Unterlage (9) eine Trocknungsvorrichtung (12)vorgesehen ist.
31. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung mehrschichtiger Elektroden mindestens zwei Beschleunigungsmittel (71, 72) vorgesehen sind. .
32. Vorrichtung nach Anspruch 31» dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Vorrichtungen (76) zum Einlegen von Netzen (77) zwischen die einzelnen Beschichtungsstufen (74, 75) vorgesehen sind.
1098 48/1866
ORlQfNAL «INSPECTED
Leerseite
DE19702023868 1970-05-15 1970-05-15 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Katalysatorschichten für Elektroden in elektrochemischen Zellen, insbesondere Brennstoffelementen Pending DE2023868A1 (de)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19702023868 DE2023868A1 (de) 1970-05-15 1970-05-15 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Katalysatorschichten für Elektroden in elektrochemischen Zellen, insbesondere Brennstoffelementen
CH552171A CH524898A (de) 1970-05-15 1971-04-16 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Katalysatorschichten für Elektroden in elektrochemischen Zellen, insbesondere Brennstoffelementen
CA112,684A CA955806A (en) 1970-05-15 1971-05-11 Method and device for the manufacture of catalytic layers for electrodes in electrochemical cells
SE7106171A SE380392B (sv) 1970-05-15 1971-05-12 Sett att framstella katalysatorskikt for elektroder i elektrokemiska celler, spec. brensleceller samt anordning herfor
FR7117675A FR2090075B1 (de) 1970-05-15 1971-05-14
GB1510171*[A GB1348540A (en) 1970-05-15 1971-05-14 Method and apparatus for forming a layer of catalyst powder upon a substrate
US385442A US3900602A (en) 1970-05-15 1973-08-03 Method and device for the manufacture of catalytic layers for electrodes in electrochemical cells, particularly fuel cells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19702023868 DE2023868A1 (de) 1970-05-15 1970-05-15 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Katalysatorschichten für Elektroden in elektrochemischen Zellen, insbesondere Brennstoffelementen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2023868A1 true DE2023868A1 (de) 1971-11-25

Family

ID=5771238

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19702023868 Pending DE2023868A1 (de) 1970-05-15 1970-05-15 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Katalysatorschichten für Elektroden in elektrochemischen Zellen, insbesondere Brennstoffelementen

Country Status (6)

Country Link
CA (1) CA955806A (de)
CH (1) CH524898A (de)
DE (1) DE2023868A1 (de)
FR (1) FR2090075B1 (de)
GB (1) GB1348540A (de)
SE (1) SE380392B (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004038413A1 (de) * 2004-07-30 2006-03-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Beschichtung mit räumlich variierenden Eigenschaften
DE102021130670A1 (de) 2021-11-23 2023-05-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Mehrschichtige Elektrode sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung derselben

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4116804A (en) * 1976-11-17 1978-09-26 E. I. Du Pont De Nemours And Company Catalytically active porous nickel electrodes
US4287232A (en) * 1978-06-28 1981-09-01 United Technologies Corporation Dry floc method for making an electrochemical cell electrode
FR2468218A1 (fr) * 1979-10-18 1981-04-30 Alsthom Cgee Procede de fabrication par calandrage de bandes minces poreuses et produits obtenus, notamment electrodes pour piles a combustible
NL8003949A (nl) * 1980-07-09 1982-02-01 Electrochem Energieconversie Werkwijze voor de vervaardiging van een laag van een elektrode voor een cel, in het bijzonder voor een brandstofcel.
BE1008456A3 (nl) * 1994-06-07 1996-05-07 Vito Werkwijze ter vervaardiging van een gasdiffusie elektrode.
CN112537029B (zh) * 2020-11-16 2023-05-02 杭州德迪智能科技有限公司 3d打印设备

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2309018A (en) * 1940-06-19 1943-01-19 Gen Motors Corp Method of making composite strip stock

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004038413A1 (de) * 2004-07-30 2006-03-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Beschichtung mit räumlich variierenden Eigenschaften
DE102004038413B4 (de) * 2004-07-30 2006-09-28 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Beschichtung mit räumlich variierenden Eigenschaften
DE102021130670A1 (de) 2021-11-23 2023-05-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Mehrschichtige Elektrode sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung derselben

Also Published As

Publication number Publication date
SE380392B (sv) 1975-11-03
GB1348540A (en) 1974-03-20
CA955806A (en) 1974-10-08
FR2090075B1 (de) 1976-07-09
FR2090075A1 (de) 1972-01-14
CH524898A (de) 1972-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112005000257B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ausbildung einer Katalysatorschicht auf einem Substrat, welches eine Membran-Elektrodenanordnung bildet
DE3234076A1 (de) Verfahren zum formen poroeser, harzgebundener kohlenstoffasergegenstaende
DE1078649B (de) Verfahren zur Herstellung von Elektroden fuer galvanische Elemente
DE102020207671A1 (de) Gasdiffusionsschicht für eine Brennstoffzelle und Verfahren zur Herstellung derselben
DE2208632A1 (de) Verfahren zur herstellung von kohlehaltigen gaselektroden mit hydrophober rueckschicht
DE2909760B2 (de) Verfahren zum Herstellen von Zinkelektroden für galvanische Zellen
DE2023868A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Katalysatorschichten für Elektroden in elektrochemischen Zellen, insbesondere Brennstoffelementen
DE2456121A1 (de) Filmfoermiger permanentmagnet und verfahren zu seiner herstellung
EP1246288A1 (de) Poröser, gasdurchlässiger Schichtunterbau zu einer dünnen, gasdichten Schicht, zur Verwendung als funktionelle Komponente in Hochtemperatur-Brennstoffzellen
DE3621599C2 (de)
DE1496289C3 (de) Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für galvanische Elemente, bei welchem das aktive Material in die Öffnungen eines profilierten Trägers eingebracht und anschließend gepreßt wird
DE3516649A1 (de) Selbstschmierendes lager
DE2602904C3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Pastieren eines bahnförmigen weichen Plattengittermaterials im Durchlaufverfahren
DE1771399A1 (de) Duenne Elektroden fuer Brennstoffelemente und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE69006240T2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Elektrolytschicht von Festelektrolytkondensatoren.
DE102018204997A1 (de) Elektrode und verfahren zu deren herstellung sowie energiespeicher und fahrzeug
DE102018221298A1 (de) Vorrichtung zur Herstellung einer Membranelektrodenanordnung mit ausgezeichneten Stoffaustauscheigenschaften und Haltbarkeit, und Herstellungsverfahren, das diese Vorrichtung einsetzt
DE19940015B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Elektrode
DE102017217683A1 (de) Verfahren zur Herstellung homogener Mischungen von partikelförmigen Komponenten und Vorrichtung zur Durchführung desselben
WO1983003105A1 (en) Method for manufacturing a large surface current collector for an electrochemical cell in the form of a porous titanium plate or sheet
DE102021107621A1 (de) Verfahren zur Beschichtung eines Trägermaterials mit einem Aktivmaterial zur Herstellung einer Elektrodenfolie einer Batteriezelle
DE102022105656A1 (de) Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Batterieelektrode
DE102022130903A1 (de) Verfahren sowie Prozessanordnung zur Herstellung einer Elektrode für eine Batteriezelle
DE19757077C2 (de) Verfahren zur Herstellung von porösen, flächenhaften Komponenten für eine Brennstoffzelle
DE102022211340A1 (de) Verfahren zur Herstellung lösemittelfreier Elektroden