DE2755512B2 - Zur Verwendung in einer elektrochemischen Vorrichtung bestimmter Bauteil - Google Patents

Description

2. Bauteil nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenfläche (40) und die Verbindungsfläche sich etwa tangential treffen und daß der Winkel <x mindestens 20° beträgt

3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (4) eine an der Außenseite der Abbiegung (41) mit dem Winkel χ angeordnete zusätzliche Abbiegung (42) aufweist, wobei der Winkel β dieser zusätzlichen Abbiegung (42), der analog zu dem Winkel tx gebildet und gemessen wird, in umgekehrter Richtung wie der Winkel α liegt

4. Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der absolute Wert des Winkels β etwa gleich demjenigen des Winkels λ ist

5. Bauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Fläche (54) des Trägers (5) ein Teil eines Rotationszylinders ist

6. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbiegung (41) durch eine Preßverformung hergestellt ist und dabei Haarrisse ausgebildet sind, die eine begrenzte Wanderung des Gußmaterials erlauben.

7. Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßverformung unmittelbar in der Gießform erfolgt, in der sich die Formgebung des Trägers (5) vollzieht

8. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß der Winkel « etwa 45° beträgt

Die Erfindung betrifft einen zur Verwendung in einer elektrochemischen Vorrichtung bestimmten Bauteil aus einer eine Elektrode bildenden Platte, die einen porösen Körper und einen Elektronenkollektor umfaßt, und aus einem Träger für die Platte.

Die elektrochemischen Vorrichtungen, für die der Bauteil bestimmt ist, bestehen üblicherweise aus wenigstens einer Zelle mit wenigstens einem Anodenraum und einem Kathodenraum. Jeder dieser Räume besitzt dabei eine Elektrode mit wenigstens einem aktiven Material, das an der in diesem Raum durchgeführten elektrochemischen Reaktion teilnimmt, sowie ein elektrisch leitendes Organ, einen sogenannten Elektronenkollektor, welcher die während der elektrochemischen Reaktion freigesetzten elektrischen Ladungen sammelt oder die für diese Reaktion erforderlichen elektrischen Ladungen liefert; dieser Kollektor kann einen Teil der Elektrode bilden. Wenigstens ein Raum dieser elektrochemischen Vorrichtungen enthält dabei ein in Bewegung befindliches fließfähiges Medium, das sich mit einer Oberfläche einer Platte in Kontakt befindet. Diese Platte, die in einen Träger einmontiert ist, stellt z. B. einen Separator, insbesondere einen für Ionen durchlässigen Separator, oder eine Elektrode mit entgegengesetzter Polarität wie die Elektrode des Raums, in welchem sich das fließfähige Medium Der Zusammenbau der Platte und des Trägers zu einem Bauteil erfolgt bisher dadurch, daß die Platte mit einem gegebenen geometrischen Profil und mit genauen Maßen zugeschnitten, dann ein Träger mit einem Hohlprofil mit den Rändern der Platte identischer Form durch maschinelle Bearbeitung oder durch Gußformung hergestellt danach die Platte mit dem Träger mechanisch fest und für das fließfähige Medium dicht verklebt

so und schließlich der so hergestellte Bauteil durch Abkratzen des überschüssigen Klebstoffs an den Verbindungsstellen der Platte zur Erzielung gleichmäßiger Oberflächen fertig bearbeitet wird. Nachteilig ist dabei, daß zur Herstellung solcher Bauteile eine Folge langwieriger, kostspieliger und nicht reproduzierbarer manueller Verfahrensstufen erforderlich ist, so daß die Qualität des Endproduktes zu einem großen Teil von der Geschicklichkeit des Arbeiters abhängt Darüber hinaus besteht beim Abkratzen des überschüssigen Klebstoffs die Gefahr einer Zerstörung der Plattenoberfläche. Aber auch bei sorgfältigem Abkratzen des überschüssigen Klebstoffs lassen sich kaum vollständig regelmäßige Verbindungsflächen erzielen, vielmehr verbleiben an den Verbindungsflä chen Unregelmäßigkeiten in Form von Hohlstellen oder Rauhigkeiten, die eine unregelmäßige Zirkulation des fließfähigen Mediums verursachen, wobei sich Räume

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erneuern. Daraus resultiert in diesen Räumen eine Anhäufung von Reaktionsprodukten oder aktivem Material, insbesondere, wenn das fließfähige Medium eine Flüssigkeit, beispielsweise ein Elektrolyt ist, was Paissivierungserscheinungen infolge unzureichender s Diffusionsgeschwindigkeiten hervorruft Auch führt die Ansammlung dieser Teilchen in den Räumen, in welchen das Medium ruht, wenn dieses feste oder flüssige Teiilchen enthält, rasch zu einer Verstopfung des Raums, wodurch die Vorrichtung rasch unbrauchbar wird. Um das Auftreten von Blasen in dem Verklebungsprodukt zu vermeiden, muß außerdem die Dicke der Verklebung soweit begrenzt werden, daß der mechanische Halt des Bauteils und seine Dichtigkeit gegenüber dem fließfähigen Medium ungewiß wird. Das mechanische Verhalten '5 und die Dichtigkeit lassen sich dann noch schwieriger erzielen, wenn die Platte auf einer ihrer Flächen ein schwer zu verklebendes Material trag*. Dies ist insbesondere bei Gasdiffusionselektroden mit einer hydrophoben Membran oder einem hydrophoben Überzug der Fall.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Bauteils der eingangs beschriebenen Art zur Verwendung in einer elektrochemischen Vorrichtung, der sich mit gleichbleibend guter Qualität kostengünstig 2s herstellen läßt, stets eine gleichmäßige Zirkulation des fließfähigen Mediums zuläßt und eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig guter Dichtigkeit gegenüber fließfähigen Medien besitzt

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelost, daß die Platteneinheit an wenigstens einem Rand wenigstens eine Abbiegung aufweist, wobei sich der eine Verankerungszone bildende Umfangsbereich dieser Abbiegung in dem Träger befindet, daß wenigstens ein Teil des Trägers durch Aufformung eines oder mehrerer Materialien auf diese Verankerungszone gebildet ist, daß eine an die Verankerungszone angrenzende Fläche des Trägers entlang einer Verbindungslinie in eine Fläche der Platte unter Bildung einer gleichmäßigen Oberflächenverbindung übergeht daß *o die Fläche des Trägers und die Fläche der Platte zum Kontakt mit einem in der elektrochemischen Vorrichtung in Bewegung befindlichen Elektrolyt bestimmt sind, daß der an der Verbindungslinie bestimmte Winkel C zwischen der Verbindungsfläche und der dieser Plattenflächen Räche der Verankerungszone wenigstens 20° beträgt und daß der an der Verbindungslinie durch diese Plattenfläche und die Verlängerung der entsprechenden Fläche der Verankerungszone gebildete Winkel λ außerhalb der Platte höchstens 60° so beträgt

Durch diese Ausbildung lassen sich insbesondere das mechanische Verhalten und die Dichtigkeit des Bauteils wesentlich verbessern, wodurch auch die Funktionssicherheit und die Lebensdauer der elektrochemischen Vorrichtung, in dem dieser Bauteil verwendet wird, verbessert werden. Der so gestaltete Bauteil läßt sich darüber hinaus aber auch mit stets gleichbleibender Präzision herstellen, da auf diese Weise die Platteneinheit dem Träger mit gleichbleibender Genauigkeit eng anliegt und damit die Lage beider Teile zueinander von vornherein genau festgelegt wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung von beispielsweisen Ausführunf;sformen in Verbindung mit der Zeichnung leicht verständlich. In der

Zeichnung Zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittansicht durch einen bekannten Bauteil,

F i g. 2 und 3 jeweils eine schematische Schnittansicht eines durch Gußformung erhaltenen Bauteils,

F i g. 4 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Bauteils,

F i g. 5 eine schematische Draufsicht auf den Bauteil von F i g. 4,

F i g. 6 eine schematische Schnittansicht eines anderen erfindungsgemäßen Bauteils,

Fig.7 eine schematische Schnittansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Bauteils,

F i g. 8 eine schematische Schnittansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Bauteils, bei welchem die Platte eine Gasdiffusionselektrode ist, und

Fig.9 eine schematische Schnittansicht einer den Bauteil von Fig.8 verwendenden elektrochemischen Vorrichtung.

F i g. 1 zeigt einen bekannten Bauteil 10, bestehend aus einer Platte 1 und einem Träger oder einer Halterung 2, wobei dieser Bauteil in bekannter Weise erhalten wurde. Die beispielsweise rechteckige Platte 1 wird von dem Träger 2 umfaßt Der Träger 2 besitzt eine im wesentlichen dem Hohlprofil des Rands 11 der Platte 1 entsprechende Ausnehmung 21. Ein Klebmittel 3 ermöglicht den Zusammenbau der Platte 1 mit dem Träger 2.

Der Verband 10 soll in eine (nicht dargestellte) elektrochemische Vorrichtung derart eingebaut werden, daß die Oberfläche 12 der Platte 1 sich mit einem in Bewegung befindlichen fließfähigen Medium in Kontakt befindet Die Platte 1 kann z. B. ein Separator oder eine Elektrode sein.

Die Oberfläche 31 des die Verbindung des Trägers 2 mit der Fläche 12 der Platte 1 gewährleistenden Mittels 3 wird Verbindungsfläche genannt Diese Verbindungsfläche 31, die ebenfalls mit dem fließfähigen Medium in Kontakt kommt, besitzt Unregelmäßigkeiten oder Rauhigkeiten 311, die sich unmöglich ganz vermeiden lassen, selbst nicht nach einer sorgfältigen Abgratung des überschüssigen Mittels 3. Andererseits muß die Menge des Mittels 3 gering sein, um das Auftreten von Blasen während der Montage und während der Trocknung dieses Mittels zu vermeiden. Dabei beobachtet man die vorstehend beschriebenen Nachteile.

F i g. 2 zeigt einen anderen bekannten Aufbau der Platte 1 mit dem Träger 2. Bei diesem Bauteil 100 wurde das Mittel 3 durch Gußformung zwischen den Träger 2 und die Platte 1 so eingeführt, daß die Verbindungsfläche 31 keine Unregelmäßigkeiten aufweist vielmehr bilden diese Oberfläche 31 und die Fläche 12 der Platte 1 die gegenseitige Verlängerung.

Dieser Bauteil 100 vermeidet die Ungleichartigkeiten bei der Zirkulation des fließfähigen Mediums in der elektrochemischen Vorrichtung und beschränkt die Anzahl von zur Herstellung des Bauteils erforderlichen Maßnahmen, jedoch sind das mechanische Verhalten und die Dichtigkeit des Bauteils 100 immer noch ungenügend, da das Mittel 3 an keiner Stelle die Oberfläche 12 überdeckt, so daß die vorstehend beschriebenen Nachteile nur während einer kurzen Verwendungszeit vermieden werden.

F i g. 3 zeigt einen anderen bekannten Bauteil 1000, bei welchem der Teil 32 des Gußmaterials 3 den Teil 121 der Fläche 12 der Platte 1 überdeckt. Die Fläche 320 dieses Teils 32 ist mit der Fläche 12 entlang der Linie 120 bündig. Diese Vcrbinduri^CTsfiächs 320 bildet mit d"m nich*

durch den Teil 32 bedeckten Teil 122 der Oberfläche 12 den Winkel A, wobei dieser Teil 122 und die Fläche 320 mit dem fließfähigen Medium in Kontakt kommen. Der Winkel A wird in Nähe der Linie 120 in einer Ebene senkrecht zur Fläche 320 und zu dem Teil 122 (Ebene von F i g. 3) gemessen.

Trotz der Überdeckung des Teils 121 ist dieser Bauteil 1000 jedoch wegen der spitzen Keilform des Teils 32 zerbrechlich, wenn der Winkel A über 160° beträgt. In der Tat ist der in Nähe der Linie 120 und senkrecht zur Oberfläche 320 und zu dem Teil 121 gemessene Winkel B dieses Keils dann kleiner als 20°, da er gleich 180" -A ist Diese Zerbrechlichkeit wird besonders kritisch, wenn der Winkel A 180° beträgt, d. h„ wenn die Flächen 320 und 12 tangential aneinanderstoßen. Außerdem kann zwischen dem Mittel 3 und der Platte 1 eine schlechte Verklebung erfolgen, was eine unzureichende Dichtigkeit dieses Bauteils 1000 unabhängig vom Winkel A bewirkt.

Fig.4 zeigt einen erfindungsgemäß ausgebildeten Bauteil 400. Dieser Bauteil 400 weist eine Platte 4 gleich der Platte 1 auf, nur daß die Platte 4 abgebogene Randteile 41 besitzt Die Oberfläche 40 dieser Platte 4 soll bei Verwendung des Bauteils 400 in einer elektrochemischen Vorrichtung (nicht dargestellt) mit einem fließfähigen Medium in Kontakt kommen. Die Umfangsfläche 411 jedes Randteils 41, die sogenannte Verankerungszone, besitzt eine mit der Fläche 40 korrespondierende Fläche 4110. In Nähe der die Flächen 40 und 4110 trennenden Abbiegungslinie 4111 jedes Randteils 41 bildet die Fläche 40 mit der Verlängerung 41100 der Fläche 4110 einen außerhalb der Platte 4 gelegenen Winkel <x, wobei dieser Winkel λ in einer Ebene senkrecht zur Fläche 40 und zur Verlängerung 41100 der Fläche 4110 (Ebene von F i g. 4) gemessen wird. Zur Vereinfachung des Bauteils können die Winkel <x der abgebogenen Randteile 41 der Montage 400 jeweils gleiche Werte besitzen, obwohl dies nicht notwendig ist Die unter dem Winkel <x abgebogenen Randteile 41 können entweder unmittelbar bei der Herstellung der Platte oder durch eine später an der fertigen Platte durchgeführte mechanische Operation erhalten werden, z. B. durch einen Tiefziehoder Preßvorgang. Der Bauteil 400 wurde so erhalten, daß man die Platte 4 in eine (nicht dargestellte) Form einbrachte und die den Träger 5 bildenden Halterungen 51 und 52 durch Einführung eines verformbaren Materials, z. B. eines thermoplastischen oder wärmehärtenden Materials, in die Form herstellte. Die Fläche 53 der Halterung 51 ist mit der Fläche 40 entlang einer Verbindungslinie bündig, die z. B. mit der Linie 4111 des entsprechenden abgebogenen Teils 41 im wesentlichen zusammenfällt. Die Fläche 53, die somit die Verbindungsfläche bildet und frei von Unregelmäßigkeiten oder Unebenheiten ist, bildet mit der Fläche 40 der Platte 4 den Winkel A, dessen Definition die gleiche ist, wie sie vorstehend in bezug auf F i g. 3 für den Winkel A gegeben wurde; die Winkel A des Bauteils 400 besitzen z. B, jedoch nicht unbedingt, gleiche Werte. Diese Fläche 53 des Trägers 5 bildet mit der Fläche 4110 der Abbiegung 41 den in Nähe der Linie 4111 und in einer Ebene senkrecht zu den Flächen 53 und 4110 (Ebene von F i g. 4) gemessenen Winkel C Der Winkel C= 180° +K-A; somit kann man unabhängig vom Winkel A den Wert des Winkels » so wählen, daß der erhaltene Winkel C der vorzugsweise mindestens 20° beträgt, eine gute Verankerung der Platte 4 in dem Träger 5 gewährleistet, d. h. eine gute Festigkeit und eine gute Dichtigkeit, wobei die Halterungen 51 und 52 jede Verankerungszone 411 umschließen. Wenn beispielsweise der Winkel A 180° beträgt, d. h„ wenn die Flächen 53 und 40 sich tangential entlang der Abbiegungslinie 4111 treffen, wird ein Winkel <x von vorzugsweise mindestens 20° und höchstens 90° gewählt.

Das mechanische Verhalten des Bauteils 400 und ihre Dichtigkeit sind besonders gut, wenn die Platte 4 porös ist, beispielsweise aus einem gesinterten Material besteht, und wenn die Randabbiegungen durch eine mechanische Bearbeitung der Platte 4 erhalten werden, z. B. durch Preßformung. Man erhält dabei nämlich mikroskopisch feine Risse, die eine begrenzte Einwanderung des oder der Formmaterialien zulassen. In diesem Fall übersteigt der Wert des Winkels α vorzugsweise 60° nicht, da ein Abbiegungswinkel α von über 60° die Gefahr einer Verschlechterung des mechanischen Verhaltens der Platte 4 infolge zu starker Rißbildung in sich birgt; dieser Winkel α beträgt dann vorzugsweise etwa 45".

Die Platte 4 kann am Außenumfang einer Randabbiegung 41 eine zusätzliche Abbiegung 42 aufweisen, wie dies F i g. 4 zeigt Der Winkel β dieser Abbiegung 42, der analog wie der Winkel ot durch die Fläche 4110 der Abbiegung 41 und die Verlängerung 4200 der entsprechenden Fläche 420 des Umfangteils 421 der Abbiegung 42 gebildet wird, liegt umgekehrt wie der Winkel « der entsprechenden Abbiegung 41, d. h, der Winkel β befindet sich in der Platte 4 und wird in Nähe der Abbiegungslinie 4112 der entsprechenden Abbiegung 42 in einer Ebene senkrecht zur Fläche 4110 der Verankerungszone 411 und zur Verlängerung 4200 der Fläche 420 gemessen, wobei diese Abbiegungslinie 4112 die Flächen 4110 und 420 trennt.

Dadurch wird das mechanische Verhalten und die Dichtigkeit des Bauteils 400 noch weiter verbessert wobei die zusätzliche Abbiegung 42 sich vorzugsweise im Innern des Trägers 5 befindet Der absolute Wert des Winkels β ist vorzugsweise etwa gleich demjenigen des entsprechenden Winkels «, wie dies in F i g. 4 dargestelli ist

Bezeichnet man mit h den die Enden 4111 und 4112 der Fläche 4110 einer Verankerungszone 411 trennenden Abstand, wobei dieser Abstand in einer der entsprechenden Winkel λ enthaltenden Ebene und senkrecht zu dem an die Fläche 4110 angrenzender Flächenteil 40 gemessen wird, so beträgt h vorzugsweise zwischen e und 6e, wobei e die Dicke der Platte 4 bedeutet, wenn diese Dicke konstant ist; andernfalls bedeutet e die Dicke der Platte 4 in Nähe diesel Verankerungszone 411, wenn diese Dicke veränderlich ist

Bei dem vorstehend beschriebenen Bauteil 4OC können die Fläche 53 des Trägers 5 und die Fläche 4C der Platte 4 beispielsweise eine ebene und gleichmäßige Oberfläche bilden, die ein besonders homogenes Fließen des fließfähigen Mediums, mit welchem sie in Kontaki kommen, ermöglicht, wenn der Bauteil 4 in die elektrochemische Vorrichtung eingebaut wird, wöbe: die gute Kohäsion des Bauteils 400 auch eine gute Dichtigkeit gegenüber diesem fließfähigen Medium erlaubt

Diese Anordnung, bei welcher die Flächen 53 und 4C sich tangential treffen, ist besonders dann von Vorteil wenn das fließfähige Medium Teilchen enthält, da eir Aufeinandertreffen unter einem von 180° verschiedenen Winkel A die Gefahr des Ansetzens von Teilcher

mit sich bringt. Es sind auch z. B. Bauteile möglich, bei denen die Flächen des Trägers und der Platte sich im wesentlichen tangential treffen, ohne daß jedoch die eine die Verlängerung der anderen bildet.

Fig.6 zeigt einen solchen Bauteil 60. Die diesen ■> Bauteil 60 bildenden Elemente sind die gleichen wie bei dem Bauteil 400, jedoch mit dem Unterschied, daß die Flächen 54 des Trägers 5, die sich tangential mit der Fläche 40 der Platte 4 treffen, die Form von Teilen von Rotationszylindern mit dem Radius raufweisen, so daß in die Flächen 54 und 40 einen gleichmäßig geformten Durchlaß für das Strömen des fließfähigen Mediums in der elektrochemischen Vorrichtung bilden; dieses fließfähige Medium kann dann z. B.Teilchen enthalten.

Wenn die Randumbiegungen durch eine mechanische Operation erhalten werden, kann diese gegebenenfalls direkt in der Form durchgeführt werden. Andererseits eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren für jeden bekannten Formvorgang, beispielsweise für die Formgebung durch Spritzguß. Die für das Formen verwendeten Materialien können sehr verschieden sein, und zwar können es mineralische, metallische oder organische Materialien, z. B. elastomere, thermoplastische oder wärmehärtbare Polymerisate sein.

Der Träger 5 wird durch Formung von zwei Halterungen 51 und 52 um die Verankerungszone 411 der Platte 4 gebildet; man kann jedoch auch diesen Träger 5 durch Formung einer einzigen Halterung oder von mehr als zwei Halterungen erhalten, wobei die Materialien für diese Halterungen gleich oder verschie- jo den sein können.

Zur Erhöhung des Herstellungstakts kann es auch von Vorteil sein, in die Form zusammen mit der Platte eine oder mehrere bereits gefertigte, z. B. als Profilteile vorliegende. Halterungen einzuführen, wobei der Rest des Trägers dann durch Verformung von einem oder mehreren Materialien, welche die Verbindung zwischen den verschiedenen Bauteilen des Ganzen gewährleisten, gebildet wird.

F i g. 7 zeigt einen solchen Bauteil 70. Dieser Bauteil 70 wird so hergestellt, daß man in eine Form (nicht dargestellt) die Platte 4 auf einem Profilteil 55 einbringt Dieses Profil besitzt eine Auskehlung 551, auf deren Boden die Randabbiegungen 41 und 42 mit ihren der Fläche 40 der Platte 4 entgegengesetzten Oberflächen ruhen. In die Form wird ein Material so eingespritzt, daß es den Hohlraum dieser Auskehlung 551 füllt, wobei die gleichmäßige Oberfläche 561 dieser so erhaltenen Halterung 56 sich dann z. B. etwa tangential mit der Fläche 40 trifft

Fig.8 zeigt eine Schnittansicht eines anderen Bauteils 80, ähnlich der von Fig.4 und analog des in Fig.4 und 5 dargestellten Bauteils 400, wobei der Winkel A 180° beträgt Bei diesem Bauteil 80 ist die Platte 4 eine Gasdiffusionselektrode. Diese Elektrode 4 besitzt einen porösen Körper 43. Auf einer Fläche 431 dieses porösen Körpers befindet sich eine poröse Schicht 44, die als hydrophiler Separator dient

Die der Oberfläche 431 des Körpers 43 gegenüberliegende Oberfläche dieses Separators 44 stellt die Fläche 40 der Platte 4 dar. Auf der der Fläche 431 gegenüberliegenden Fläche 432 des Körpers 43 ist eine poröse Schicht 45 aufgebracht, die als hydrophober Separator dienen solL Die Stärken der einen Teil der Elektrode 4 bildenden Separatoren 44 und 45 sind vorzugsweise gegenüber der Stärke des Körpers 43 gering, wobei diese Stärken in dem Mittelbereich der Elektrode 4 gemessen werden; das Verhältnis zwischen der Stärke jedes der Separatoren und der Stärke des Körpers 43 beträgt beispielsweise zwischen 0,25 und 0,05. Der Körper 43 enthält ein feines Metallgitter 430, das als Elektronenkollektor dient und elektrisch an einen Metallstift 6 angeschlossen ist, der mit einer elektrischen Klemme in der elektrochemischen Vorrichtung verbunden wird. Beispielsweise wird der Bauteil 80 auf die folgende Weise hergestellt. Der Körper 43 wird in an sich bekannter Weise durch Sintern einer etwa rechteckigen Platte aus einem Gemisch von Ruß- und Nickelpulver hergestellt, welches um das Nickelgitter 430 angeordnet ist; dieser Körper enthält Silber als Katalysator und Polytetrafluorethylen als hydrophobes Mittel.

Der hydrophile Separator 44 wird durch Verteilung von Fasern auf der Fläche 431, ausgehend von einer Lösung eines oder mehrerer organischer Polymerisate in einem Lösungsmittel oder einem Lösungsmittelgemisch, erhalten.

Beispielsweise wird diese Faserverteilung, ausgehend von einer Lösung von Polyvinylchlorid in einem Gemisch aus Tetrahydrofuran und Cyclohexanon erhalten, worin die jeweiligen Anteile (Gewichtsteile) an Polymerem, Tetrahydrofuran und Cyclohexanon die folgenden sind: 15bzw.70bzw. 15.

Der hydrophobe Separator 45 wird durch Aufbringung einer Polytetrafluoräthylenfolie auf die Oberfläche 432 des Körpers 43 erhalten.

Der so mit den Separatoren 44 und 45 bedeckte Körper wird dann in der Presse so verformt daß man die Randabbiegungen 41 und 42 erhält, welche die rechteckige Fläche 40 der Platte 4 (F i g. 5) umgeben. Die Winkel * und β (der Klarheit halber in der Zeichnung nicht dargestellt) besitzen absolute Werte von etwa 45°.

Die so erhaltene Elektrode 4 kommt in eine Form (nicht dargestellt), zusammen mit dem z. B. aus Kupfer bestehenden Metallstift 6, der an die eine Seite der Elektrode 4 angelegt wird, und die Halterungen 51 und 52 werden durch Formung um die Ränder der Elektrode und um den Stift 6, dessen eines Ende frei bleibt aus einer Harzverbindung, z. B. Epoxydharz, erhalten, wobei die Flächen 53 und 40 in ihrer gegenseitigen Verlängerung eine ebene Oberfläche bilden.

Das Interesse, welches die Preßformung einer die beschriebenen Separatoren tragenden Elektrode besitzt ist darauf zurückzuführen, daß diese Verformung gleichzeitig in dem Körper 43 und in den Separatoren 44 und 45 mikrofeine Risse auftreten läßt was ein gutes mechanisches Verhalten des Bauteils 80 infolge einer Wanderung der Harzverbindung während der Formgebung in diese Risse bewirkt Um eine zu starke Wanderung zu vermeiden, wird der Gehalt an Füllstoffen in der Harzverbindung auf einem Wert von vorzugsweise mindestens 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgemisch, gehalten.

Der Bauteil 80 wird beispielsweise in einer elektrochemischen Zelle vom Typ Metall/Luft verwendet deren Anodenraum einen flüssigen bewegten Elektrolyt enthält in welchem sich mindestens zum Teil aus einem aktiven Anodenmetall bestehende Teilchen, insbesondere aus Zink, befinden. Eine solche Zelle 9 ist in F i g. 9 dargestellt Diese Zelle 9 besitzt einen Anodenraum 7 und einen Kathodenraum 8. In dem Kathodenraum 8 befindet sich der Bauteil 80 mit der Elektrode 4, die als Luft- oder Sauerstoffdiffusionskathode verwendet wird; das aktive Kathodenmaterial ist Sauerstoff.

Die Gaseintritts- und Austrittsleitungen in dem

Kathodenraum 8 sind schematisch durch die Pfeile FS und F'S angezeigt. Die Luft oder der Sauerstoff tritt in den Kathodenraum 8 in Kontakt mit dem hydrophoben Separator 45 ein, der in an sich bekannter Weise die Wanderung des Elektrolyts durch die ganze Dicke der Kathode 4 hindurch vermeiden soll.

Der Anodenraum 7 besitzt einen vor dem hydrophilen Separator 44 angeordneten anodischen Kollektor 71, der z. B. aus einer Metallfolie besteht. Der Anodenraum 7 enthält einen wäßrigen alkalischen Elektrolyt (nicht dargestellt), in welchem sich Zinkteilchen 72 befinden; der hydrophile Separator 44 ist für den Elektrolyt durchlässig und für die Zinkteilchen 42 undurchlässig. Der Elektrolyt und die Zinkteilchen 72 bilden die Anode der Zelle.

Eine schematisch durch den Pfeil Fl dargestellte Vorrichtung erlaubt die Einführung des Elektrolyts und der Teilchen 72 in den Anodenraum 7; der Elektrolyt und die Teilchen fließen dann in dem Anodenraum 7 zwischen einmal dem Anodenkollektor 71 und zum andern den Flächen 40 und 53 der Montage 80. Die Zinkteilchen 72 oxidieren sich während ihres Kontakts mit dem Kollektor 71 unter Elektronenverlust, während der Sauerstoff in der Gasdiffusionselektrode 4 durch aus dem zwischen der an den Stift 6 angeschlossenen positiven Klemme Pund der an den Anodenkollektor 71 angeschlossenen negativen Klemme N angeordneten Entladungsstromkreis stammende Elektronen reduziert wird. Eine schematisch durch den Pfeil F'7 angezeigte Vorrichtung ermöglicht die Abführung des die nicht vollständig durch elektrochemische Oxidation verbrauchten Teilchen 72 enthaltenden Elektrolyts aus dem Anodenraum 7. Eine außerhalb des Anodenraums 7 befindliche Leitung 91 ermöglicht die Rückführung des Elektrolyts und der Teilchen 72 in die Zuführungsvorrichtung Fl, ausgehend von der Abführungsvorrichtung F'7, über eine Pumpe 910 und einen Puffervorrat 911. Eine in die Leitung 91 einmündende Vorrichtung 912 ermöglicht die Zuführung von Zinkteilchen in diese Leitung, so daß der prozentuale Gewichtsanteil von Zink in dem Elektrolyt während jedes Versuchs konstant gehalten wird.

Die nicht beschränkenden Verfahrensbedingungen sind z. B. die folgenden:

— Elektrolyt

4 —12 normale Kalilauge

(4-12 Mol Kaliumhydroxid pro Liter)

— Mittelgröße der in den Elektrolyt eingeführten Zinkteilchen

10-20 Mikrometer

— Gewichtsprozent Zink in dem Elektrolyt
20-30Gew.-% des Elektrolyts

— Zirkulationsgeschwindigkeit des Elektrolyts in dem Anodenraum

10-30 Meter/Minute.

Man erzielt so kontinuierlich eine Leistung von etwa 50 Watt, wenn man die in dem Elektrolyt gelöste Zinkmenge unter einem Wert hält, jenseits dessen die Zinkteilchen sich passivieren würden; diese Grenze beträgt z. B. 120 Gramm/Liter für 6 normale Kalilauge. Diese Regelung wird erzielt, indem man z. B. den Elektrolyt in einer angeschlossenen Einrichtung regeneriert oder indem man den zinkhaltigen Elektrolyt durch eine reine Kalilauge ersetzt, wenn der kritische Wert erreicht ist. Der Betrieb der Zelle wird somit lediglich durch die Lebensdauer der Diffusionselektrode 4 begrenzt, die mehrere tausend Stunden beträgt, denn man stellt keinerlei Störung der Strömung und keine Verschlechterung oder Abnutzung des Bauteils 80 fest.

Hingegen führt die Verwendung von den in F i g. 1 bis 3 dargestellten Bauteilen entsprechenden, in dem gleichen Generator mit einer der Elektrode 4 gleichen Elektrode, die jedoch keine Randabbiegung aufweist, unter den gleichen Verfahrensbedingungen wie die vorstehend beschriebenen rasch zu einer Verstopfung des Anodenraums 7. Diese Verstopfung ist auf eine Anhäufung von Teilchen an den Unregelmäßigkeiten der mit dem Elektrolyt in Kontakt befindlichen Oberflächen dieser Bauteile zurückzuführen, wobei diese Unregelmäßigkeiten entweder durch die Ausführung der Bauteile oder auf die Abnutzung dieser Bauteile in der Zelle bedingt sind.

Außerdem führt die schlechte Dichtigkeit dieser Bauteile zu einer Wanderung des Elektrolyts auf die mit dem hydrophoben Separator 45 in Kentakt befindliche Luft oder den Sauerstoff zu, was die Leistungen der Elektrode 4 stark beeinflußt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Zur Verwendung in einer elektrochemischen Vorrichtung bestimmter Bauteil aus einer eine Elektrode bildenden Platte, die einen porösen Körper und einen Elektronenkollektor umfaßt, und aus einem Träger für die Platte, dadurch gekennzeichnet, daß

IO

a) die Platieneinheit (4) an wenigstens einem Rand wenigstens eine Abbiegung (41) aufweist, wobei sich der eine Verankerungszone (411) bildende Urafacgsbereich dieser Abbiegung in dem Träger (5) befindet,

b) wenigstens ein Teil des Trägers (5) durch Aufformung eines oder mehrerer Materialien auf diese Verankerungszone (411) gebildet ist,

c) eine an die Verankerungszone (411) angrenzende Fläche (S3; 54; 561) des Trägers entlang einer Verbindungslinie (4111) in eine Fläche (40) der Platte unter Bildung einer gleichmäßigen Oberflächenverbindung übergeht,

d) die Fläche (53; 54; 561) des Trägers (5) und die Fläche (40) der Platte (4) zum Kontakt mit einem in der elektrochemischen Vorrichtung in Bewegung befindlichen Elektrolyt bestimmt sind,

e) der an der Verbindungslinie (4111) bestimmte Winkel C zwischen der Verbindungsfläche und der dieser Plattenfläche entsprechenden Fläche (4110) der Verankerungszone wenigstens 20° beträgt und

f) der an der Verbindungslinie (4111) durch diese Plattenfläche (40) und die Verlängerung der entsprechenden Fläche (4110) der Verankerungszone gebildete Winkel α außerhalb der Platte höchstens 60° beträgt