DE2204549A1 - Elektrode zur Verwendung in einer Zelle und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Elektrode zur Verwendung in einer Zelle und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Description
Beanspruchte Priorität s 3.Februar 1971
Land t Japan
Ho* 8» Horidome - oho» 1-ohone,
Hihonbashi» Chuo-ku, Tokyo, Japan
Elektrode zur Verwendung in einer Zelle und Verfahren zu ihrer Herstellung·
Sie vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Kohlenstoffelektrode und
die auf diese Weise hergestellte Kohlenstoffelektrode f'ir die Verwendung in Zellen» wie z.B. in einer Brennstoffselle»
einer Luftzelle und dergleichen» und insbesondere ein Verfahren» das die folgenden Verfahrene«
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schritte umfaßtt Hisohen Von hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln
mit einem Bindemittel, Aasformen der auf diese Weise hergestellten
Mischung, am einen Kohlenstoff-Rohkörper für die Elektrode za liefern, Aufheizen und Karbonisieren dieses
Körpers und anschließende Aktivierung.
Bisher wurden die Kohlenstoffelektroden für die Verwendung in einer Brennstoffzelle oder einer Luftzelle in der Weise
hergestellt, daß Materialien mit einem Bindemittel gemischt wurden, daß aktiviertes Holzkohlenpulver ausgeformt and zusammengebacken
wurde oder daß Ruß auf die Oberfläche eines aus Platin oder dgl. hergestellten Schirmes aufgebracht wurde·
Jedoch besitzen Kohlenstoffelektroden dieser Art neben der geringen Festigkeit and der geringen Durchlässigkeit
für ein durchströmendes Mittel, wenn ein solches benatzt wird, die Nachteile, daß sie relativ kleinere Oberflächengroßen
aufweisen und eine geringere Stromdichte pro Oberflächeneinheit erlauben, was auf die Schwierigkeiten der
Steuerung der gleichmäßigen Verteilung von Poren, die im wesentlichen den gleichen Durchmesser besitzen, zurückzuführen
1st.
Wenn der Ausdruck "Pore" hier benatzt wird, bedeutet er
den Hohlraum der porösen Struktur, der eine sehr kleine l/urohgangsöffnong für ein durchströmendes Mittel freigibt,
wenn ein solches benutzt wird; und daher gibt der Durchmesser
der Pore den Durchmesser der sehr kleinen «urchgangsöffnung
an, wenn man annimmt, daß der Querschnitt kreisförmig 1st.
Demgemäß blieb es wünschenswert, ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Kohlenstoffelektrode and eine auf diese
Welse hergestellte Elektrode für den Gebrauch in einem derartigen Anwendungsfall za schaffen, wobei diese Elektrode
ein größeres Oberfläche/Oewioht-Verhältnis besitzt und daher sowohl eine größere Stromdichte als auch eine geringere
Gesamtdicbte aufweist, was zu einer kompakten aber
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wirksamen Kohlenstoffelektrode mit einer langen Lebensdauer
führt» wenn dies· in einer Zelle angewendet wird.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sur Erzeugung einer porösen Kohlenstoffelektrode
zu schaffen» die eine mäßige Porosität besitzt und dadurch eine höhere Stromdichte und eine geringere Gesaatdichte
ermöglicht·
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine derartige Kohlenstoffelektrode zu liefern« deren Gewicht leicht ist
und die sowohl zu einer kompakten Form ausgeformt werden kann als auch lange Lebensdauer gewährleistet.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Herstellung einer porösen Kohlenstoffelektrode für die Verwendung in einer
Zelle, wobei die Elektrode aus hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln
hergestellt worden ist, die jeweils 5 - 100 yu Surohmesser
und 0,5 - 25/1 Wandstärke aufweisen.
Hoch ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer porösen Kohlenstoffelektrode, deren eingeschlossene Foren
einen mittleren Durchmesser in dem Bereich τοη 0,5 * 20 ja
aufweisen und die eine Porosität von 5 - 50 #, eine Gesamtdichte
(bulk density) von 0,2 - 0,9 g/cm', ein Oberfläche/ Gewicht-Verhältnis von 60ü - 2000 m /g und eine Druckfestigkeit
von 20 - 400 kg/cm besitzt.
Die vorstehend beschriebenen sowie weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung entnimmt der Fachmann der folgenden
Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen.
Bei der Entwicklung von Anwendungsgebieten f"r hohle Kofelenstoff-Mikrokugeln,
wie sie in der Japanischen Patentanmeldung Hr. 45625/70 (Deutsche Patentanmeldung P 2126262.4)
beschrieben worden sind, wurde gefunden, daß die vorstehend beschriebenen Haohteile mit einer Elektrode vermieden wer-
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den können, die durch Verwendung dieser hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln
als Auegangematerial bei der Erzeugung der porösen Kohlenetoffelektrode für derartige Zellen hergestellt
worden ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine poröse Kohlenstoff elektrode und das Verfahren zur Herstellung derselben
geschaffen, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte
umfaßti Mischen der hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln
mit einem Bindemittel wie z.B. einem wärmehärtenden Harz oder einem Hochpolymeren, Ausformen der Mischung, um einen
rohen Kohlenstoff körper ffir eine Elektrode zu liefern, Aufheizen
und Karbonisieren dieses besagten Körpers mit daran anschließender Aktivierung desselben.
Die auf diese Welse hergestellte Kohlenatoffelektrode liefert
eine poröse Struktur, in der hohle Kohlenstoff-Mikrokugeln
aneinander gebunden sind und die dadurch gleichmäßig verteilte Poren besitzt, deren Durchmesser im wesentlichen
dieselben sind, wodurch eine mittelmäßige Verwindung entsteht, d.h., die maximalen Längen der sehr kleinen durch
die Poren gebildeten Durohgangsöffnungen besitzen mittelmäßige Durchmesser mit der minimalen Wahrscheinlichkeit,
daß die Poren verstopfen· Dieses wiederum ergibt für derartige Kohlenstoffelektroden eine größere wirksame Oberflächenzone,
verbunden mit einer größeren Durchlässigkeit für ein durchströmendes Mittel, wenn ein solches benutzt wird,
und eine höhere mechanische Festigkeit. Die bei der Verwendung derartiger hohler Kohlenstoff-Mikrokugeln gebildete poröse Struktur ergibt die raschere aber auch tiefere
Durchdringung durch ein durchströmendes Mittel, wodurch eine größere Aktivierungswirkeamkeit mit üilfe des größeren
Oberfläche/Gewicht-Verhältnis erreicht wird· Diese wünschenswerten
Vorteile fähren zn der Bereitstellung von wesentlich größeren Stromdiohten pro Einheit der Oberfläche,
einer größeren mechanischen'Festigkeit, langer lebensdauer,
Kompaktheit, leichtem Gewicht und geringerer Gesamtdichte*
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Im Einseinen näher erläutert, liefert die vorliegende Erfindung
ein Verfahren bot Herstellung einer porösen Kohlenstoffelektrode und die Verwendung der so hergestellten
Elektrode in Zellen wie z.B. einer Brennstoffselle» einer Luftselle und dgl·
Was die Ausgangsmaterialien gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung anbelangt» so werden hohle Kohlenstoff*
Mikrokugeln als Grundmaterial und ein Bindemittel als weiteres Ausgangsmaterial verwendet·
Die äuSerst wichtigen hohlen Kohlenstoff-Hikrokugeln sollten
vorzugsweise einen Korndurohmesser von 5 - 100 /öl und
eine Wandstärke von 0,5 bis 25 ja. aufweisen» während ihre
Bestandteile harte Kohlenstoffe sind·
Ein su geringer Korndurohmesser fuhrt su einem su geringen
Porendurohmesser mit daraas folgender geringer Fähigkeit
sur Gasdiffusion· Im Gegensats hierzu werden die Durohmesser
der Poren sa groß, wenn der Korndurohmesser su groß 1st» was zu einer su hohen Durchlässigkeit fährt· Auf der anderen Seite entsteht eine su geringe Festigkeit» wenn die
Wandstärke su klein ist· Ist die Wandstärke im Gegensats dasu su groß» werden Aktivierungssohwierigkelten auftreten«
Das Verfahren zur Herstellung solcher hohler Kohlenstoff-Mikrokugeln
geht von dem Pech aus» das durch Bearbeitung in die Form kleiner Kugeln gebracht wird und dann den Verfahrenesohritten
unterworfen wird» durch die kleine Kugeln mit hohlen Strukturen entstehen» die unschmelzbar gemacht»
aufgeheist und karbonisiert werden (vergl.die vorgenannte Japanische Patentanmeldung)·
Die als weitere Ausgangsmaterialien dienenden Bindemittel umfassen wärmehärtende Harse oder karbonisierbare Hochpolymere·
Die ereteren umfassen ein Phanolhars, ein Purfurylalkoholhare,
Imidhars» Silikonhars, Epoxyharz, Furanhar« und Urethanhars· Andererseits" umfassen die karbonisierbaren
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Hochpolymeren Polyvinylchlorid» Harz auf Polyvinyliden-Basls»
Polyvinylidenfluorid, Polyacrylnitril» Polyvinylalkohol» Stärk·» Karamel» Hirsegelee (aiiiet jelly) usw. Dei
den Anwendungen τοη derartigen wäraehärtenden Harzen oder
karbonisierbaren Hoohpolymeren können beim Gebrauch Härter oder lösungsmittel nach Bedarf zugesetzt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren zur Herstellung einer porösen Kohlenstoffelektrode die Verfahrene
et uf en dee Aueformene» Aufheisens (baking), der Aktivierung
und der laehbehandlung (finishing)· In dem ersten Verfahrenssehritt» d.h. dem Ausformen» wird die gewünschte
Art der hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln und der Bindemittel
ausgewählt» die von den geforderten physikalischen Slgen~ sohaften abhängen» wie s,B. der Gleichmäßigkeit der Porenverteilung»
der Aktivierung» der Festigkeit usw· Dann wird
gemäß der gewünschten physikalischen Eigenschaften das Mischungsverhältnis der hohlen Kohlenstoff-Mikrokugels su
dem Bindemittel bestimmt» worauf das innige Mischen der beiden erfolgt· Obgleich das Mischungsverhältnis mit den
gewUnsohten Eigenschaften der Elektroden variieren kann»
sollte das Mischungsverhältnis der hohlen Kohlenstoff-Mlkrokugeln
su dem Bindemittel vorzugsweise in dem Bereich von 100 t 5 his 100 t 60 Gewiohtsteilen liegen. Wenn daher
der Anteil des Bindemittels kleiner als in dem oben angegebenen Bereich ist» wird eine su geringe Bindungsfestigkeit
erreioht werden mit dem Ergebnis» daS Klumpen entstehen»
was wiederum Schwierigkeiten beim Aufheizen oder Aktivieren erzeugt· Die gut durchgerührte Mischung aus hohlen Kohlenstoff -Kikrokugeln und dem Bindemittel wird dann in einer
Metallform unter Druck gesetzt und danach erhitzt· Wenn es erforderlich ist» kann das erhitzte Material einem weiteren
Aufheizen unterworfen werden, um die maximale Härte zu ge»
währleisten· Der Ausformdruok kann mit den erforderlichen physikalischen Eigenschaften der Kohlenstoffelektrode variieren,
aber im allgemeinen sollte er vorzugsweise unter 50 kg/cm liegen· Wenn der Ausformdruck diese Grenze über-
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schreitet» tritt leicht Zusammenballung oder das Zusammenbrechen
der hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln auf. In dem
«weiten Verfahreneschrittt d.h. der Aufheizungsstufe» wird
der durch Mischen der hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln mit dem Bindemittel erhaltene ausgeformte Körper dem Ausheizen
und anschließenden Karbonisieren unterworfen. Oder spezieller
ausgedrückt» der ausgeformte oder rohe Kohlenstoffkörper»
der aus den hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln gebildet
worden ist» wird unter nicht oxydierender Atmosphäre zum Zwecke der Karbonisierung aufgeheizt. Die nicht oxydierende
Atmosphäre umfaßt Torzugsweiee inerte Gase wie N«» Ar
oder He9 eine karbonisierende Atmosphäre, die durch Bedekken
des rohen Kohlenstoffs mit Kokspulver und dergleichen erhalten worden ist» oder Vakuum· Es wird weiterhin als
sehr vorteilhaft angesehen, den rohen Kohlenstoff bis auf
etwa 1000° C zu erhitzen, was mit einer Aufheizrate von 20° C/h bis 200° C/h geschieht· Wenn die Aufheizrate hierbei
zu groß ist, wird Zerstörung oder eine Rißbildung in den Produkten auftreten. Wenn die Aufheizrate im Gegensatz
dazu zu gering 1st, dann ergibt sich eine zu geringe Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung. Wenn es erforderlich
ist, kann das auf diese Weise erhaltene Produkt einer weiteren Wärmebehandlung bei einer konstanten Temperatur von
8500C bis 20000C unterworfen werden, um die maximale Karbonisierung
sicherzustellen. Bei dem dritten Verfahrensschritt, d.h. der Aktirierungaatufe, wird das Produkt» das
dem Aufheizen und Karbonisieren unterworfen worden war, dann oxydiert» um seine Oberfläche aufzurauhen» damit dadurch
die Oberflächengröße erhöht wird mit dem Ziel die Aktivierungswirksamkeit zu vergrößern. Das bevorzugte Aktivierungsverfahren
umfaßt ein Aktivierungeverfahren bei tieferer Temperatur (die exotherme Gasaktivierung), ein
Aktivierungsverfahren bei erhöhter Temperatur (endotherme
Gasaktivierung) und ein chemisches Aktivierungsverfahren unter Verwendung eines Oxydationsmittels· Bas Aktivierungs«
verfahren bei tieferer Temperatur 1st dazu bestimmt, das
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Material unter der oxydierenden Gasatmosphäre in einem Gebiet tieferer Temperatur» das von Raumtemperatur bis zu
60O0C reloht» zu oxydieren. Als oxydierendes Gas kann Og,
Cl2, HO2, Luft oder eine Mischung aus diesen Gasen mit inerten
Gasen wie I., Ar, He, usw. gewählt werden. Vom Standpunkt
der Wirtschaftlichkeit wird vorzugsweise Luft oder die Miβchung von Luft mit H2 verwendet. Die Aktivierungstemperaturen können mit der Art» den Konzentrationen oder
den Durchflußraten des verwendeten oxydierenden Gases variieren» wenn z.B. unaufberoltete Luft benutzt wird» ist
der Bereich von 3000C bis 4000C am besten geeignet. Das
Aktivierungsverfahren mit Gas von erhöhter Temperatur ist
dazu bestimmt» das Material unter einer oxydierenden Gasatmosphäre bei Temperaturen im Bereich von 7000C bis 10000C
zu oxydieren. Als oxydierende Gase können beispielsweise Dampf» CO2 oder eine Mischung aus diesen Gasen mit inerten
Gasen Verwendung finden. Für die oxydierenden Gase wie Dampf» CO2 oder die Mischung aus diesen Gasen mit inerten
Gasen liegt der bevorzugte Temperaturbereich für die Aktivierung bei 8000C bis 90O0C. Das chemische Aktivierungsverfahren»
das ein Oxydationsmittel benutzt» ist dazu bestimmt, die karbonisierten porösen Kohlenstoff-Produkte
mit Oxydationsmitteln- zu behandeln, worauf die Aktivierung durch Erhitzen folgt* Geeigneterweise anfaßt das Oxydationsmittel
Salpetersäure» Phosphorsäure» konzentrierte Schwefelsäure» Bichromatlösung und Permanganatesung. Die
Wärmebehandlung sollte vorzugsweise bei Temperaturen von 3000C bis 9000C ausgeführt werden· Der durch die Verfahrenssohritte
des Ausformens, Aufheizens und dir Aktivierung erhaltene karbonisierte Körper aus hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln
weist die folgenden physikalischen Eigenschaften aufi
Porosität 5 - 50 #
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Ui &
Der leiste Verfahrenssohritt besteht im wesentlichen ans
dta katalytlsohen liedereohlagen und der Behandlung snr
Waseerabetoßendmaohung. Für den Fall« daß der aktiviert«
aikrohohlkugelfSrmlge Kohlenstoff als Anode für eine Luftselle
benutzt wird» ist das liedereohlagen eines Katalysators nioht notwendig» and trot«den dient er als eine hervorragende
Elektrode* In dem Fall» wenn das karbonisierte aikrohohlkugelförmige
Kohlenetoffprodukt als eine Elektrode für die Brennstoffzelle benutet wird» insbesondere als ein«
für eine Waaseretoff-Sauerstoffaelle, kann es alt beliebigen
Verfahren- durchgeführt werden» jedoch sollten vorsngsweise
die Katalysatoren wie Platin» Silber» Osmium oder dgl. gemäß dem konventionellen Verfahren darauf niedergeschlagen
werden* In dem Fall der Verwendung des Produktes als ein·
Kathode für ein· Wasserstoff-Sauerstoff-Zell· sollte vorsogeweise
gemäß dem konventifellen Verfahren Platin als Katalysator
darauf niedergeschlagen werden« Jedooh kann alternatlr
dasu das aktivierte aikrohohlkugelfönaige Kohleastoffprodukt vortugeweiee nach der katalytieohen Absohelduttg
der Waeeerdicktmacbungebehandlung unterworfen werden,
indem waeserabetoSende Kittel wie Paraüln» Polyäthylen»
Taselin» Slllooahars und dgl» verwendet werden. Das la Toretehenden
Beeehriebene stellt dl· Verfahreneecnritte für
dl· Heretellung der porOsen Kohlenetoffelektrode »or Verwendumg
in einer Brennstoff- oder luftseile dar»
Xa folgenden Teil der Beeohreibung sind sor beeeeren BrISoterumg
der Erfindung Beispiel· für das Verfahren und dl·
Verwendung als elektrode la den wirklichen Zellen angege-•esw
Si· sollen dl· Brfindumg jedoch in keiner ff·!·· be-••aramken.
Belssl·!· für das Verfahren fir HersteUwn/t porOssr Kohlea— stoflwrodukt··
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- ίο -
offenbarten Verfahren wurde al· Ausgängenterial das Pech
auf Erdölbasis in die For» von kleinen Kugeln gebracht» vorauf die Behandlung erfolgte» durch die diese Kugeln
eine hohle Struktur erhielten» unschmelsbar gemacht wurden» aufgeheist und karbonisiert wurden (bei einer Temperatur
Ton 8500C), οdurch die hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln gebildet
wurden. Die auf diese Welse hergestellten hohlen Kohlenstoffkugeln wurden dann gesiebt» um diejenigen mit
eines Korndurohmesser von 10 - 46 /öl und Wanddiaken von
2 - 6^ abstttrennen· 100 Gewichteteile hohler Kohlenstoff«
Mikrokugeln wurden dann in einem T-Typ-Mixer mit 25 Ge·
wichteteilen im Handel erhältlichem Worolakhars» der einen
Härter QP-2000 H (hergestellt von der Firma QUlTBI KAGAKU)
enthielt» gemischt und dann in eine Metallfora mit den Ab* sessungen 150 mm ζ 150 mm χ 200 mm gebracht und einem Druok
von 5 kg/o*2 unterworfen» worauf rar Aushärtung 45 Minuten
lang eine Brhitsung auf eine Temperatur von 1800C erfolgte·
Der ausgeformte Körper wurde dann in einem Trockner bei einer Temperatur ron 1500C 10 Stunden lang getrocknet» um
vollständige Wärmeaushärtung mm bewirken· Sas auf diese Weist thermisch gehärtete Material wurde dann unter einer
V2 uasatmosphär· mit einer Aufheisrate von 50°C/h von 2000C
auf 8509C erhitst, worauf eine welter· 4stUndige Erhitsung
bei einer Temperatur von 8500C erfolgte» um die Aufheisund Xarbonislerungsbehandlung en vollenden.
Serauf wurde das auf dies· Weise erhaltene poröse Kohlenstoffprodukt
maschinell verarbeitet» wobei es in die Form elfter !öhre mit einem inneren Durahmesser von 30 mm und
eimern äußeren Durchmesser rom 50 ma gebracht wurde· Dies·
ROhre wurde dann in einem Trookner getrocknet» durch den
Luft mit einer Temperatur tob 35O0O 75 Stunden lang sirkulierte»
um die AktlTierumcsbshmmdlumg durohsufUhren. Di·
physikalischen Eigenschaften der auf diese Wels· erhaltenen
aktiviert» porösen Kohles* to ffröhSj waren die f olgeaAemt
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Porosität 40 £
Das wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellte poröse Kohlenstoffprodukt
wurde maschinell bearbeitet und ergab eine Röhre mit einem inneren Durchmesser von 5 mm und einem
äußeren Durchmesser von 25 mm« Die Röhre wurde dann sum Zwecke der Aktivierung 4 Stunden lang unter einer gemischten
Gasatmosphäre (Dampft Ar von 75 s 25 Volumenteile) in einer Quarsglasröhre auf 8500C erhitzt. Die physikalischen
Eigenschaften der aktivierten porösen Kohlenstoffröhre waren
die folgendem
100 Gewichteteile von den in Beispiel 1 verwendeten hohlen Kohlenstoff-Mlkrokugeln wurden mit 100 Gewichtsteilen einer
30 ^igen Karamellösung innig gemischt und in eine Metallform
mit den Abmessungen 150 mm ζ 150 mm ζ 200 mm gegeben» worauf das Ausformen unter einem Druck von 5 kg/cm erfolgte.
Der ausgeformte Körper wurde dann mit einer Aufheisrate von 3°C/h in einem Trockner von 500C auf 1200C erhitrfc,
um dadurch das Wasser völlig aus ihm su entfernen« Der Körper wurde dann unter «^""Atmosphäre mit einer Aufheiisrate
von 25°C/h von 20O0C auf 850°C aufgeheist und 4 Stunden
lt d Vrfkhitt d A
5C gist n 4 Stunden 1 nz bei 85O0C »?enaltexl» vm d#n VerfakreAeechritt des Auf-
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- 12 heisens and Karbonisierens völlig zu Ende ca führen.
Darauf word· daß auf diese Weise hergestellte poröse Kohlenstoffprodukt
maschinell bearbeitet und ergab eine Rühre alt einem inneren Burohmesser von 5 mm und einem äußeren
Durchmesser von 25 mm. Die Röhre wurde dann in Salpetersäure
des Eeagenzgrades 1 getaucht und anschließend mit Wasser gewaschen, Sie auf diese Weise behandelte Röhre wurde dann
unter einer !«-Atmosphäre mit einer Aufheiarate von 15O°C/h
Ton 200 C auf 900 C zum Zwecke der Aktivierung aufgeheizt. Die physikalischen Eigenschaften des auf diese Weise erhaltenen aktivierten porösen Kohlenstoffs betrugen wie folgt»
Mittlerer Durchmesser der Poren | 5,1/α | und |
Porosität | 43 # | |
Oesaatdichte | 0,62 g/cnr | als |
Druckfestigkeit | 230 kg/cm2, | |
Oberfläehe/Gewioht-Verhältnis | 1000 n2/g. | |
Beispiele für die Verwendung das porösen | Kohlenstoffs | |
Elektrode für eine Zelle.
Attwendungsbeiepiel 1
Attwendungsbeiepiel 1
Die wie in Herstellungsbeispiel t beschrieben hergestellte Röhre aus aktiviertem porösen Kohlenstoff wurde einer
Behandlung unterworfen, die sie wasserabstoßend machte»
indem Parafin benutzt wurde, und dann maschinell bearbeitet» um ihr die Abmessungen* innerer Durchmesser 33 um und
äußerer Durchmesser 45 mn zu geben. Die auf diese Weise hergestellte Kohlenstoffelektrode wurde dann als eine Anode
für eine nasse Luftzelle verwendet, von derselben Art wie diejenige vom AWA-60-Typf einer Amonium-chlorldhaltigen,
nassen Luftzelle (JIS C 8503)» wobei die "nasse Luftzelle
Toa AWA-Typn eine Zelle iat» die mit einer porösen aktiven
Kohlenstoffplatte als Anode ausgestattet ist, eine Zinkplatte als Kathode benützt und eine wässrige Lösung von Ammoniumchlorid
als Llektrolyt besitzt, und Luft als Depolarisa-
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tor verwendet· Die Zelle beaaß die folgenden Leistungsda
ten χ
(Ah) . re Spannung (V)
AWA-6O (Verwen- 100 750 75 1#15
dang der erfIn-
dungBgemäßen
Elektrode)
Elektrode)
EoBBersiell er- 100 650 65 l»00 haitiiehe Zelle
Die wie in Heratellungabeiapiel 2 beschrieben hergestellten
aktivierten poröaen Kohlenatoffröhren worden aaaohinell
■ bearbeitet» us die Dimensionen inaerer Durchmesser 10 «m
UBd äußerer Durohmeaaer 20 οα ια erhalten* Eine derartig·
Röhre wurde der Reihe nach der Behandlung Bit einer LCaung
aus Salpetersäure, mit Platinchlorid-Chlorwaeeeretoffaäure
uad der ^eutraliaatioBabehandlttBg unterworfen. Die Röhre
wurde schließlich einer Hydraiinbehandlung unterworfen» ob
den Flatinkatalyeator auf den Oberflächen der aktivierten
Eohlenatoffröhre niederzuschlagen. Die Rühre wurde dann
einer Paraffinbehandlung unterworfen, üb aie waeaerabetoßend
SU Bachen. Eine andere dieeer Röhren wurde der Reihe naoh
' in Ondua-TetraohloridlOaung und in Matriua-Borhydridlösung eingetranoht» üb Osmiua-Iatalyeator auf den Oberfllchen
der aktivierten porösen Kohlenstoff rühre niedereoeohlagen.
Die Röhre wurde ebenfalls einer Paraffinbehandlung unterworfen* ua aie wasserabstoßend su naoben·
Die Wasserstoff-Sauerstoff -^eIIe wurde hergestellt, indem
$5 *ige KOH-LuSUBg al· Elektrolyt »uaaamen ait einer Röhre,
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-u-
auf der Platin als Katalysator niedergeschlagen worden war,
als eine Kathode und einer Röhre, auf der Osmium als Katalysator niedergeschlagen war» als eine Anode verwendet wurde·
Die Leistungedaten der Zelle waren wie folgtι
Zeil·
Brennstoff- a.d· gases Klemmen
Stromdichte
Wasserstoff-Sauerstoff-Zelle
(Verwendung der erfIndungsgemäßen
Elektroden)
Wasserstoff-Saueratoff-Zelle
το» Typ fatlonal Carbon Co.H
600C
1 atm
0,95 1,05 V
10*30^
mA/W
600O
1 ata
0,90 V 5,4
mA/W
+Typisohe Waseeretoff-Sauerstoff-Äelle, die mit ausgehe!»»
ten porOsen Kohlenotoffelektroden ausgestattet 1st und bei niederer Temperatur and unter niederem Druck benatst werden
kann· (TgI* "A review of the stat· of the art and future
trend la Fuel Cell system"» technical report Vo. 10» Western
Eeserre University, Dec, 1, 1958)·
Am* den wie la Herstellungebeispiel 1 hergestellten iktivl«rten
porSsen Kohl«netoffröhren wurde entweder Platin
oder Osalua niedergeschlagen la derselben Weise, wie e» in
Aawenduafsbeisplel 2 b«eehrleb«n 1st· Dl« Wasserstoff-Sau*
eretoff-^ell· wurde hergestellt» indem die erstere als eine
Kathode und die letstere als eine Anode verwendet wurde· Die Leistungsdaten der auf die·· Weise hergestellten Zelle
•lad wie folgts
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- 15 Leistungsdaten
6O0C 1 atm 0,91 - l»01 V 5-25 mA/em2
Es ist selbstrerständlich» daß die Erfindung nicht auf die
in den Beispielen angegebenen Details beschränkt ist* sondern innerhalb des Rahmens der Erfindung und der beigefügten
Patentansprüche modifiziert werden kann·
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Claims (10)
- Patentansprüche1« Verfahren zur Erzeugung einer porösen Kohlenstoffelektrode zur Verwendung in einer Zelle» gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrenssohrittei Mischen der hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln mit einem Bindemittel wie einem wärmehärtenden Harz oder einem karbonisierbaren hochpolymere?! Stoff» Ausformen der so hergestellten Mischung zu einer rohen Elektrode, Aufheizen derselben zur Karbonisierung und anschließende Aktivierung.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eich daran eine weitere Kachbearbeitungestufe für das erzeugte aktivierte Kohlenstoffprodukt anschließt·
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Kohlenstoff Mikrokugeln Korndurchmesser von 5 bis 100 yU und Wanddicken von 0,5 bis 25 Jix aufweisen·
- 4· Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß daβ als Bindemittel verwendete wärmehärtende Harz aus der Gruppe aus Phenolharz, FurfurylaTkoholharz, Iwidhar«, Silioonharz, Epoxyharz, Puranharz und Urethanauegewählt ist·
- 5· Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß das als Bindemittel verwendete Hochpolymere aus der Gruppe aus eine« Polyvinylchlorid, einem Harz auf Polyvlnylidenbasis, Polyvinylidenfluorid, Polyacrylnitril, Polyvinylalkohol, Stärke, Karamel und Hireegelee ausgewählt let·
- 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwisohen Bindemittel und den hohlen' 209835/1090KohlenstoffMikrokugeln Im Bereich yon 5 bis 60 Gewichtsprozent liegt·
- 7» Verfahren nach Anspruch 1 bis β,dadurch gekennzeichnet» daß das wärmehärtende Harz oder das Hochpolymere in Gegenwart eines HJirtere oder eines Lösungsmittels verwendet wird·
- 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformoperation unter einem Druck von nicht weniger als 50 Kg/cm durchgeführt wird.
- 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8» dadurch gekennzeichnet» daß die Naohbehandlungsstufe sich aus einer Katalysatorabeeheldungastufe und einer Behandlung zum Wauserabstoßendioaohen zusammensetzt·
- 10. Verwendung der in den Verfahren nach Anspruch 1 bis erhaltenen Kohlenstoffelektroden in einer Luftselle oder einer Brennstoffzelle als Anode oder Kathode«11· Verwendung der in dem Verfahren nach Anspruch 2 erhaltenen Kohlenstoffelektroden in einer Brennstoffzelle als \node oder Kathode·12· Poröse Kohlenstoffelektrode zur Verwendung in einer Zelle, dadurch gekennzeichnet» daß sie durch Mischen hohler Kohlenstoffmikrokugeln mit einem wärmehärtenden Harz oder einem oarboniaierbaren Hochpolymere»,» Ausformen der so hergestellten Mischung und unterwerfen derselben der Karbonisierung und der anschließendem Aktivierung erhalten worden ist·13« Poröse Kohlenstoffelektrod® zur Verwendung in eimer Zelle» gekennzeichnet durch einen mittleren P©r©»äar©&» «easer von 0,5 bis 20 p.9 eine Porosität von 5 Ms 50 $# eine Gteeaatdiohte von 0»2 bis 0s9 g/ea » ein209835/1090nis von Oberfläche zu Gewicht von 600 bis 2000 m /g und eine Druckfestigkeit τοη 20 bis 400 Kg/cm ·J>20983S/ 1080
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