DE3512326A1

DE3512326A1 - Elektrodenmaterial fuer brennstoffzellen und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3512326A1
Application number: DE19853512326
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Fukuda; Hisatsugu Iwaki Fukushima Kaji; Kuniyuki Abiko Chiba Saitoh; Masatomo Shigeta
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1984-04-04
Filing date: 1985-04-03
Publication date: 1985-10-24
Also published as: GB8508686D0; GB2157481B; CA1238946A; US4686072A; JPS60236461A; GB2157481A; US4567086A; DE3512326C2; FR2562720A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektrodenmaterial für Brennstoffzellen und insbesondere ein kohlenstoffhaltiges Elektrodenmaterial für Brennstoffzellen, das eine FünfSchichtstruktur aufweist, die eine poröse kohlenstoffhaltige Schicht, eine dichte kohlenstoffhaltige Schicht, eine gasundurchlässige Trennschicht, eine dichte kohlenstoffhaltige Schicht und eine poröse kohlenstoffhaltige Schicht umfaßt und darüber hinaus eine Anzahl von Kanälen (längliche Löcher) zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden in eine daraus hergestellte Brennstoffzelle an der Grenzfläche zwischen der porösen Schicht und der dichten Schicht aufweist. Die Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung solcher Elektrodenmaterialien, wie auch aus den Elektrodenmaterialien hergestellte Brennstoffzellen.

Brennstoffzellen des bipolaren Typs sind bekannt, die eine mit Rippen versehene bipolare Trennschicht aufweisen, die aus einer undurchlässigen dünnen Graphitplatte hergestellt ist.

Andererseits sind mit Rippen versehene Elektrodenmaterialien für monopolare Brennstoffzellen entwickelt worden, die eine gerippte Seite und eine flache Seite für den Kontakt mit einer Katalysatorschicht aufweisen. Ein solches Elektrodenmaterial ist als Ganzes kohlenstoffhaltig und porös.

In Figur 1 ist eine typische Struktur einer Einheitszelle einer konventionellen monopolaren Brennstoffzelle unter Verwendung eines solchen Elektrodenmaterials dargestellt. Die Einheitszelle ist aus zwei Elektrodenmaterialien 1,

zwei Katalysatorschichten 2, einer mit einem Elektrolyten

35Ί2326

imprägnierten Matrixschicht 3 und zwei Trennschichtlagen in Kontakt mit den Rippen 5 des Materials 1 zusammengesetzt. Solche Einheitszellen werden gestapelt, um eine Brennstoffzelle zu bilden. Gasförmige Reaktanden, d.h. Wasserstoff als Brennstoffgas und Sauerstoff oder Luft werden durch Kanäle eingespeist, die durch die Rippen 5 und die Trennschichtlage 4 gebildet werden, und die Gase diffundieren durch das poröse Elektrodenmaterial 1 von der gerippten Oberfläche zu der glatten Oberfläche, um die ^₀ Katalysatorschicht 2 zu erreichen und dort zu reagieren.

Zur Herstellung eines solchen Elektrodenmaterials stehen die folgenden Verfahren, die kürzlich vorgeschlagen worden sind, zur Verfugung. Ein Verfahren zur Herstellung von Elektrodenmaterialien allgemein ist in der JP-OS Π 7 649-/83 vorgeschlagen worden, gemäß der Mischungen auf Basis von kurzen, kohlenstoffhaltigen Fasern zu porösen geformten Körpern gepreßt werden. Ein weiteres Verfahren ist in der JP-PS 18 603/78 beschrieben, gemäß der ein

P₀ maschinell hergestelltes Papier aus Kohlenstoffasern mit einer organischen Polymerlösung imprägniert und zu einem porösen Kohlenstoffaserpapier verarbeitet wird. Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials ist in der US-PS 829 327 vorgeschlagen worden, gemäß

_oc der ein Netz aus Kohlenstoffasern einer chemischen

Dampfabscheidung von Kohlenstoff unterworfen wird, um ein poröses Elektrodenmaterial herzustellen. Alle nach diesem Verfahren hergestellten Elektrodenmaterialien haben eine im wesentlichen homogene Einschichtstruktur.

Solche homogenen einschichtigen Elektrodenmaterialien

weisen jedoch die folgenden Nachteile auf: Bei höherer Gesamtdichte der Materialien kann aufgrund der geringeren Diffusion der Reaktanden in der daraus hergestellten Brennstoffzelle eine genügend hohe Grenzstromdichte nicht erhalten werden und weil eine ungenügende Menge der

Elektrolyten in dem Material gehalten wird, kann ein vorzeitiges Nachlassen der Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle auftreten; mit anderen Worten, das Leben der Brennstoffzelle ist kurz; andererseits ist bei geringeren Gesamtdichten der Elektrodenmaterialien ihr elektrischer und thermischer Widerstand zu groß und/oder die mechanische Festigkeit, wie die Biegefestigkeit, ist zu niedrig.

1Q Darüber hinaus ist bei einem Elektrodenmaterial mit Rippen der Querschnittsmodul aufgrund der gerippten Oberfläche, die, wie aus Figur 1 ersichtlich, nicht eben ist, erniedrigt, und die Spannung konzentriert sich an den scharfen Kanten 6 der Rippen 5, was zu einer ungenügenden mechanischen Festigkeit des Elektrodenmaterials als Ganzem führt. Daher ist ein dickes Material unbedingt erforderlich, um ein ausreichend starkes geformtes Material zu erhalten: Das heißt, daß der Widerstand des Materials gegen Diffusion der gasförmigen Reaktanden durch das Material von der gerippten Oberfläche zu der flachen Oberfläche erhöht wird. Außerdem ist es schwierig zu erreichen, daß die Oberseiten der Rippen völlig eben sind, und nicht vollständig ebene Oberseiten der Rippen verursachen große elektrische und thermische Kontaktwiderstände zwischen den Oberseiten der Rippen und der Trennschicht. Es ist bekannt, daß ein solcher Kontaktwiderstand gelegentlich um ein Mehrfaches größer als der Leitungswiderstand des Materials sein kann, und daher kann ein konventionelles monopolares Elektrodenmaterial dazu

3Q führen, daß einer Brennstoffzelle die gleichmäßige Temperaturverteilung fehlt und ihre Leistungsfähigkeit zur Erzeugung von elektrischem Strom aufgrund des großen Kontaktwiderstandes gering ist.

-ΊΟ - ■■ ■ \- ■■"

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Elektrodenmaterial für Brennstoffzellen vorzuschlagen, daß die Nachteile konventioneller Materialien nicht aufweist. Zur Aufgabe der Erfindung gehört auch die Schaffung eines Elektrodenmaterials ohne Rippen für Brennstoffzellen; die Schaffung eines Elektrodenmaterials, das eine Anzahl Kanäle zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden in die Brennstoffzelle aufweist; die Schaffung eines Elektrodenmaterials für Brennstoffzellen, das eine Fünfschichtstruktur aufweist, die eine poröse Schicht, eine dichte Schicht, eine Trennschicht, eine dichte Schicht und eine poröse Schicht umfaßt, wobei diese fünf Schichten zu einem Gesamtkörper zusammengefaßt sind; und die Schaffung eines Elektrodenmaterials für Brennstoffzellen, das keine zusätzliche Trennschicht zum Stapeln der Materialien benötigt. Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich sein.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Elektrodenmaterial für Brennstoffzellen vorgeschlagen, daß eine poröse kohlenstoffhaltige Schicht, eine dichte kohlenstoffhaltige Schicht mit einer Dichte größer als die der porösen Schicht, eine Trennschicht, eine dichte kohlenstoffhaltige Schicht und eine poröse kohlenstoffhaltige Schicht umfaßt, wobei diese fünf Schichten zu einem Gesamtkörper zusammengefaßt sind. Das erfindungsgemäße Material weist an der Grenzfläche zwischen der porösen Schicht und der dichten Schicht eine Anzahl Kanäle zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden in die aus ihr hergestellte Brennstoffzelle auf. Erfindungsgemäß werden auch Verfahren zur Herstellung eines solchen Elektrodenmaterials vorgeschlagen.

35Ί2326

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 eine typische Struktur einer Einheitszelle einer monopolaren Brennstoffzelle gemäß Stand der Technik;

Figur 2 die Struktur eines erfindungsgemäßen Elektrodenmaterials;

,jQ Figur 3 eine schematische Darstellung eines Teilaufbaus

einer Brennstoffζeile, der zweimal das erfindungsgemäße Elektrodenmaterial im Stapel mit zwei Katalysatorschichten und einer Matrixschicht enthält; und

Figuren 4a und b schematische Darstellungen von zwei Beispielen

für Materialien zur Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Kanäle.

In den Figuren sind die Teile mit derselben Funktion durch dieselbe Ziffer bezeichnet.

Figur 2 ist eine erläuternde Darstellung des erfindungsgemäßen Elektrodenmaterials 11 und Figur 3 ist eine erläuternde Darstellung eines Teilaufbaus einer Brennstoffzelle, der in der gezeigten Weise aufeinandergestapelt zweimal das erfindungsgemäße Elektrodenmaterial 11, zwei Katalysatorschichten 2 und eine Matrixschicht 3 umfaßt. In Figur 3 ist die der in Figur 1 gezeigten Einheitszelle gemäß Stand der Technik entsprechende Einheit durch die Ziffer 10 bezeichnet.

Wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist, umfaßt das erfindungsgemäße Elektrodenmaterial 11 eine poröse „ kohlenstoffhaltige Schicht 12, eine dichte kohlenstoffhaltige Schicht 13 mit einer Gesamtdichte größer als die

der porösen Schicht 12 und eine undurchlässige Trennschicht 14, eine weitere dichte kohlenstoffhaltige Schicht 13' und eine weitere poröse kohlenstoffhaltige Schicht 12'. Das erfindungsgemäße Elektrodenmaterial 11 hat also eine FünfSchichtstruktur. Diese fünf Schichten sind, wie in Figur 2 gezeigt, in der oben angegebenen Reihenfolge aufeinandergestapelt und zu einem Gesamtkörper zusammengefaßt.

-JQ Das Material 11 weist eine Anzahl von Kanälen 15 und 15¹ auf, die sich in der Grenzfläche zwischen der porösen Schicht 12, 12' und der dichten Schicht 13, 13' kontinuierlich von einer Seitenfläche der Brennstoffzelle zu der gegenüberliegenden Seitenfläche derselben in dem

_!₅ Elektrodensubstrat 11 erstrecken. Die Kanäle 15, 15'

bilden Leitungen zur Einspeisung der gasförmigen Reaktanden, d.h. von Wasserstoff, Sauerstoff oder Luft in die Brennstoffzelle. Diese Kanäle 15 oder 15' sind innerhalb einer Gruppe von Kanälen im wesentlichen parallel zueinander und zu einer Elektrodenfläche und einer Seitenfläche, die keine Öffnungen aus den Kanälen aufweist, die natürlich von den oben genannten Seitenflächen mit Öffnungen aus den Kanälen verschieden ist. Wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt, ist bei dem erfindungsgemäßen Elektrodenmaterial 11 die Längsrichtung der Kanäle 15 auf der einen Seite der Trennschicht 14 senkrecht zu der Richtung der Kanäle 15' auf der anderen Seite der Trennschicht 14. In Figur 3 ist ein Elektrodenmaterial auf ein weiteres Elektrodenmaterial gestapelt, wobei zwei Katalysatorschichten 2 und eine Matrixschicht 3 gehalten werden, wodurch ein Teilaufbau einer Brennstoffzelle gebildet wird, der eine Einheitszelle 10 aufweist, in der die Richtungen der Kanäle 15 und 15' senkrecht zueinander sind.

Die hier verwendete Bezeichnung "Elektrodenoberfläche" bezieht sich auf die oberste und die unterste Oberfläche des in den Figuren 2 oder 3 gezeigten Elektrodenmaterials. Die hier verwendete Bezeichnung "Seitenfläche" einer Brennstoffzelle oder des Elektrodenmaterials bezieht sich auf die Seitenflächen der Brennstoffzelle oder des Materials, die von den genannten Elektrodenoberflächen verschieden sind, wie in den Figuren gezeigt ist.

Die Kanäle 15, 15' zur Einspeisung der gasförmigen "¹^ Reaktanden haben einen Querschnitt in beliebiger Form, z.B. rechtwinkelig wie in Figur 2 gezeigt, rund wie in Figur 3 gezeigt, oder jede beliebige andere Form. Die Querschnittsfläche jedes Kanals 15, 15* liegt vorzugsweise

2 im Bereich von etwa 0,2 bis etwa 7 mm . In den Kanälen 15, 15' _mit rundem Querschnitt, wie in Figur 3 gezeigt, liegt der Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 3 mm. Wenn andererseits die Kanäle 15, 15* irgendeine von der runden verschiedene Querschnittsform haben, dann soll der Durchmesser eines Kreises mit derselben Fläche wie ihre Querschnittsfläche im oben genannten Bereich liegen? dieser Durchmesser wird im folgenden als "Durchmesseräquivalent" der Kanäle mit anderer als runder Querschnittsform bezeichnet. Kanäle mit kleineren Abmessungen ergeben einen zu hohen Widerstand für den Einsatzstrom der gasförmigen Reaktanden. Falls Kanäle mit kleineren Abmessungen in einem Elektrodenmaterial von großer Fläche gebildet werden, wird der Widerstand für den eingespeisten Strom der gasförmigen Reaktanden wegen des kleinen Durchmessers und der weiten Spannweite der Kanäle durch das Elektrodenmaterial zu groß. Andererseits verursachen Kanäle mit größeren Abmessungen notwendigerweise eine Zunahme der Dicke der porösen und dichten Schichten, was zu einer Erniedrigung der Volumenleistung einer daraus hergestellten Brennstoffzelle führt.

30

Die poröse Schicht 12, 12' des Elektodenmaterials 11 ist gleichförmig porös und kohlenstoffhaltig. Vorzugsweise hat die poröse Schicht 12, 12' eine durchschnittliche Gesamtdichte im Bereich von 0,4 bis 0,8 g/cm und eine spezifische Gasdurchlässigkeit (Gaspermeationskoeffizient) für gasförmige Reaktanden von 20 ml/cm.hr.mm WS oder mehr. Eine poröse Schicht mit einer durchschnittlichen Gesamtdichte und einer Gasdurchlässigkeit in den oben angegebenen Bereichen hat die angestrebte mechanische Festigkeit, wie Biegefestigkeit, und den angestrebten Gasdiffusionswiderstand. Vorzugsweise liegt die Porosität der porösen Schicht 12, 12' im Bereich von 50 bis 80 %. Die Poren in der porösen Schicht 12, 12' sind offene Poren und vorzugsweise haben 60 % oder mehr der Poren einen Durchmesser im Bereich von 5 bis 50 /um.

Die dichte Schicht 13, 13' des Elektrodenmaterials 11 hat vorzugsweise eine durchschnittliche Gesamtdichte im Bereich von 0,5 bis 1,0 g/cm . Da die Durchlässigkeit der dichten Schicht 13, 13' für gasförmige Reaktanden niedrig

₂₀

ist, diffundieren die gasförmigen Reaktanden im wesentlichen nur durch die poröse Schicht 12, 12' und die Dicke der dichten Schicht wird wesentlich erniedrigt. Weiterhin kann die mechanische Festigkeit, d.h. die Biegefestigkeit des Elektrodenmaterials 11 merklich verbessert werden.

Vorzugsweise liegt die Dicke der porösen Schicht 12, 12' im Bereich von einem Fünfzigstel bis zur Hälfte der Gesamtdicke der porösen Schicht 12, 12' plus der dichten Schicht 13, 13'.

Die Trennschicht 14 des Elektrodenmaterials 11 hat vorzugsweise eine durchschnittliche Gesamtdichte von 1,0 g7cm oder mehr und eine Gasdurchlässigkeit von 0,2 ml/cm.hr.mm WS oder weniger. Wenn die durchschnittliehe Gesamtdichte weniger als 1,0 cm beträgt, dann kann

die erwünschte Kompaktheit der Trennschicht nicht erzielt werden.

Die erfindungsgemäßen Elektrodenmaterialien können durch die erfindungsgemäß auch vorgeschlagenen Verfahren hergestellt werden, die im folgenden im Detail beschrieben werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines ._ Elektrodenmaterials für Brennstoffzellen umfaßt: Einbringen eines Materials für eine poröse Schicht, eines Materials zur Bildung von Kanälen, eines Materials für eine dichte Schicht, eines Materials für eine Trennschicht, eines Materials für eine dichte Schicht, eines , Materials zur Bildung von Kanälen und eines Materials für eine poröse Schicht in dieser Reihenfolge in eine Form geeigneter Gestalt; Druckformung der Materialien; Nachhärten des geformten Produktes; und Calcinierung des gehärteten Produktes.

20

Die erfindungsgemäß verwendbaren Materialien für poröse Schichten können Mischungen sein, die 10 bis 50 Gew.% eines Füllstoffs, wie kurze Kohlenstoffasern, Kohlenstoffteilchen und dergleichen, 20 bis 40 Gew.% eines Binders, wie Phenolharze, Epoxyharze, Erdöl- und/oder Kohlepeche und Mischungen derselben, und 20 bis 50 Gew.% eines Porenbildners, wie Polyvinylalkohole, Polystyrole, Polyethylene, Polypropylene, Polyvinylchloride und Mischungen derselben enthalten.

30

Vorzugsweise haben die erfindungsgemäß eingesetzten kurzen Kohlenstoffasern einen Durchmesser im Bereich von 5 bis 30,um und eine Faserlänge im Bereich von 0,02 bis 2 mm. Bei Kohlenstoffasern mit einer Länge von mehr als 2 mm verheddern sich die Fasern miteinander unter Bildung eines Wollknäuels im Verlauf des vorliegenden Verfahrens so

sehr, daß Druckformung und die erwünschte Porosität und scharfe Verteilung der Porendurchmesser nicht erzielt werden können. Die erforderliche Festigkeit des Produkts wird mit Kohlenstoffasern mit einer Länge von weniger als 0,02 mm nicht erzielt. Die lineare Carbonisierungsschrumpfung der Kohlenstoffasern liegt im Bereich von nicht mehr als 3 %, wenn die Fasern bei 2000⁰C calciniert werden. Größere Schrumpfungen können Risse im Produkt bei der Calcinierung verursachen. Solche kurzen Kohlenstoffasern, die bevorzugte Schrumpfung aufweisen, ermöglichen die Herstellung eines größeren Elektrodenmaterials.

Der erfindungsgemäß verwendete Binder soll dazu geeignet sein, die Kohlenstoffasern miteinander als kohlenstoffhaltiger Binder nach der Carbonisierung zu verbinden und damit die gewünschte Gesamtdichte erhalten wird, ist er ein Harz mit einer Carbonisierungsausbeute im Bereich von 30 bis 75 Gew.%. Solche Harze umfassen Phenolharze, Epoxyharze, Erdöl- und/oder Kohlepeche und Mischungen derselben. Pulverförmige Phenolharze oder eine Kombination derselben mit pulverförmigem Pech ist am meisten bevorzugt in trockener Mischung und es wurde gefunden, daß mit einem solchen Binder ein Elektrodenmaterial mit ausgezeichneten Eigenschaften hergestellt werden kann.

Die Menge an zugemischtem Binder liegt im Bereich von 10 bis 50 Gew.%, vorzugsweise von 20 bis 40 Gew.%. Bei weniger als 10 Gew.% Binder ist die mechanische Festigkeit des resultierenden Materials aufgrund der ungenügenden Menge Binder zu niedrig. Andererseits werden mit mehr als 50 Gew.% Binder der erwünschte Porendurchmesser, und die erwünschte Gasdurchlässigkeit nicht erhalten.

Der Porenbildner ist ein wichtiges Material zur Festlegung des Porendurchmessers des Endprodukts. Erfindungsgemäß wird vorzugsweise ein organisches Granulat eingesetzt, von dem 70 % oder mehr einen Teilchendurchmesser im Bereich von 30 bis 300/um aufweisen, um die Gesamtdichte und die Porendurchmesser des Produktes einzustellen. Solche organischen Granulate verdampfen bei 100 C nicht, und sie zeigen keinen Schmelzfluß. Mit anderen Worten heißt das, daß das organische Granulat bei der Temperatur und dem Druck der Druckformung thermisch verformt werden kann, aber nicht verdampfen und keinen Schmelzfluß zeigen soll.

Der Porenbildner ist vorzugsweise aus Polyvinylalkoholen, Polyvinylchloriden, PoIyethylenen, Polypropylenen, PoIy- ^₅ styrolen und Mischungen derselben ausgewählt, die eine Carbonisierungsausbeute von 30 Gew.% oder weniger aufweisen. Bei organischen Granulaten mit einer Carbonisierungsausbeute von mehr als 30 Gew.% ist es schwierig, die Porosität und/oder den Porendurchmesser zu kontrollieren.

Die Menge an Porenbildner wird geeigneterweise im Bereich von 20 bis 50 Gew.% in Abhängigkeit von der angestrebten Gesamtdichte und dem Porendurchmesser des Elektrodenmaterials gewählt.

Vorzugsweise genügen die zu vermischenden Mengen des Füllstoffs (A), des Binders (B) und des Porenbildners (C) der folgenden Gleichung:

(A + C)/B = 1,5 bis 4,0,

in der die Mengen sich auf das Gewicht beziehen. Außerhalb dieses Bereiches ist es schwierig, allen Anforderungen hinsichtlich Gesamtdichte, Biegefestigkeit, Gasdurchlässigkeit und elektrischem Widerstand zu genügen. Wenn 10 bis 50 Gew.%

Füllstoff und 20 bis 50 Gew% Porenbildner erfindungsgemäß verwendet werden, dann liegt die Menge an Binder vorzugsweise im Bereich von 20 bis 40 Gew.%.

Die Materialien für die dichten Schichten sind ähnlich den oben beschriebenen für die porösen Schichten. Z.B. können Mischungen verwendet werden, die 30 bis 70 Gew.% eines Füllstoffs, 20 bis 40 Gew.% eines Binders und 10 bis 30 Gew.% eines Porenbildners enthalten, wobei Beispiele für jedes der Materialien oben genannt wurden. Typische Beispiele solcher Mischungen sind solche, die durch Mischen in einem Mischer, wie einen Henschel-Mischer, von 40 bis 60 Gew.% kurzen Kohlenstoffasern mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 1 mm oder weniger, 10 bis 30 Gew.% Polyvinylalkoholteilchen mit einer Teilchendurchmesserverteilung im Bereich von 100 bis 300/Um und 25 bis 35 Gew.% pulverförmigem Phenolharz mit einem Teilchendurchmesser von 100,um oder weniger hergestellt sind. In einer solchen Mischung ist die Faserlänge der kurzen Kohlenstoffasern um 0,1 bis 0,3 mm kürzer als die der Kohlenstoffasern, die in den Mischungen für die porösen Schichten verwendet werden, und die Menge der Polyvinylalkoholteilchen ist um 5 bis 20 Gew.% kleiner als in den Mischungen für poröse Schichten.

Beispiele der erfindungsgemäß einsetzbaren Materialien zur Herstellung der Kanäle sind Textilfasern und gitterähnlich geformte Körper aus Polymeren, wie Polyethylenen, PoIypropylenen, Polystyrolen, Polyvinylalkoholen und Polyvinylchloriden, die eine Carbonisierungsausbeute (bei 900 C) von Gew.% oder weniger aufweisen. Wenn Polymere mit größeren

Carbonisierungsausbeuten verwendet werden, dann es schwierig, die Bildung der Kanäle und ihre Durchmesser oder Durchmesseräquivalente zu kontrollieren. Die zur Bildung der Kanäle verwendeten Polymere verdampfen bei 100⁰C nicht und zeigen keine Schmelzfließen. Mit anderen Worten heißt das, daß die

Polymeren bei der Temperatur und dem Druck der Druckformung

thermisch verformt werden können, aber daß sie nicht verdampfen oder Schmelzfließen.

Die Figuren 4a und 4b zeigen zwei vergrößerte Darstellungen, die schematisch die Materialien zur Bildung der Kanäle veranschaulichen: Figur 4a zeigt ein Beispiel des Textilgewebes aus dem Polymer^ und Figur 4b zeigt ein Beispiel des gitterähnlich geformten Körpers aus dem Polymer.

Das in Figur 4a gezeigte Textilgewebe aus dem Polymer enthält einzelne Fasern oder Bündel einer Anzahl Fasern, die gewebt sind, so daß der Abstand (T) zwischen zwei Fasern oder Bündeln parallel zur GasStromrichtung im Bereich von 1,5 bis 5 mm und der Abstand (L) zwischen zwei Fasern oder Bündeln senkrecht zur Gasstromrichtung im Bereich von 5 bis 50 mm liegt. Die einzelne Faser oder das Bündel hat vorzugsweise einen ungefähr runden Querschnitt mit einem Durchmesser (d) im Bereich von 0,5 bis 3,3 mm.

Der gitterähnlich geformte Körper aus dem Polymer, wie er in Figur 4b gezeigt ist, kann z.B. hergestellt werden durch Extrusionsformung einer Schmelze des Polymers in einer Form oder durch Druckformung von Polymerpellets oder -Pulver in einer Form. Der Querschnitt eines Gitterstabes kann jede beliebige Form aufweisen, z.B. rund, rechteckig, quadratisch, sternförmig usw.. Die Querschnittsfläche des Gitterstabes soll ungefähr gleich der Fläche eines Kreises mit einem Durchmesser (Durchmesseräquivalent) im Bereich von 0,5 bis 3,3 mm sein. Z.B. werden bei einem Körper mit einem rechteckigen Querschnitt, wie er in Figur 4b gezeigt ist, eine Breite (d) im Bereich von 0,45 bis 2,7 mm und eine Höhe (h) im Bereich von 0,5 bis 3,3 mm gewählt, so daß die Querschnittsfläche, d.h. d χ h, gleich derjenigen eines Kreises mit einem Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 3,3 mm ist? d.h., das Durchmesseräquivalent des Gitters liegt im Bereich von 0,5 bis 3,3 mm. Der Abstand (T) zwischen zwei Gitterstäben parallel zu der

Gasstromrichtung liegt im Bereich von 1,5 bis 5 nun, und der Abstand (L) zwischen zwei Gitterstäben senkrecht zur Gasstromrichtung liegt im Bereich von 5 bis 50 mm.

Im Verlauf der Herstellung des erfindungsgemäßen Elektro-5

denmaterials werden diese Textilgewebe oder gitterähnlich geformten Korper in einer Form auf das Material für eine poröse Schicht oder eine dichte Schicht gelegt, so daß Kanäle in der Grenzfläche zwischen der porösen Schicht und der

dichten Schicht gebildet werden. Die Gewebe oder die Körper 10

bilden also Kanäle in dem Material durch Calcinierung nach der Nachhärtungsstufe. Ein Hauptteil der Materialien zur Bildung der Kanäle verdampft und verschwindet durch thermische Zersetzung und eine kleine Menge der Materialien wird durch

Calcinierung carbonisiert.

Erfindungsgemäß tragen die Fasern oder Bündel des Textilgewebes, die parallel zur Gasstromrichtung sind, zur Bildung der Kanäle bei, und die Fasern oder Bündel senkrecht zur GasStromrichtung dienen dazu, die Fasern oder Bündel parallel

zur GasStromrichtung miteinander zu verbinden, so daß der Abstand (T) in dem oben bezeichneten Bereich gehalten wird. Die Bezeichnung "GasStromrichtung" bedeutet hier die Richtung des Stroms der gasförmigen Reaktanden, die in die Kanäle des Elektrodenmaterials eingespeist werden. In gleicher Weise

tragen die Gitterstäbe des gitterähnlichen geformten Körpers, die zur GasStromrichtung parallel sind, zur Bildung der Kanäle bei.

Im allgemeinen ist der Durchmesser oder das Durchmesser-

äquivalent der Kanäle um 3 bis 7 % kleiner als der ursprüngliche Durchmesser oder Pseudodurchmesser der Materialien zur Bildung der Kanäle, wenn nach der Calcinierung auf Raumtemperatur abgekühlt worden ist. Die Durchmesser der Fasern oder Bündel der eingesetzten Textilgewebe oder die Durchmesser oder

Durchmesseräquivalente der Gitterstäbe der eingesetzten

geformten Korper werden daher geeigneterweise innerhalb der oben erwähnten Bereiche gewählt, so daß die bevorzugten Durchmesser oder Durchmesseräquivalente für die resultierenden Kanäle unter Berücksichtigung dieser Kontraktionen erhalten werden.

Die oben beschriebenen Materialien sind nur zur Illustration und nicht im Sinne einer Beschränkung angeführt. Andere geeignete Materialien können auch zur Bildung der Kanäle gemäß ,.Q der Erfindung verwendet werden.

Beispiele der Materialien für Trennschichten, die erfindungsgemäß verwendet werden können, sind Kohlenstoffplatten, gepreßte Graphitpapiere (oder Graphitbögen) oder geformte

-₅ Produkte aus pulverförmigen Mischungen, die 0 bis 80 Gew.% eines Füllstoffs, wie kurze Kohlenstoffasern, feine Pulver aus kohlenstoffhaltigen Vorläufern (JP-PS 31 116/78), Kohlenstoffteilchen und dergleichen, und 20 bis 60 Gew.% eines Binders, wie Phenolharze, feine Pulver aus kohlenstoffhaltigem Vorläufer und dergleichen, enthalten. In den pulverförmigen Mischungen ist der Binder, z.B. das Phenolharz, wesentlich. Wenn mehr als 60 Gew.% des Binders verwendet wird, dann fließt das Harz in störender Weise während der Druckformungsstufe. Andererseits führt die Verwendung von weniger als 20 Gew.% Binder zu geringer Festigkeit, unerwünschter Gesamtdichte und relativ hoher Gasdurchlässigkeit der Trennschicht in dem Elektrodenmaterial.

Bei der erfindungsgemäßen Druckformungsstufe werden das Material für eine poröse Schicht, das Material zur Bildung der Kanäle, das Material für eine dichte Schicht, das Material für eine Trennschicht, das Material für eine dichte Schicht, das Material zur Bildung der Kanäle, und dann das Material für eine poröse Schicht in dieser Reihenfolge in eine Form geeigneter Gestalt eingebracht und bei einer Temperatur im

ο
Bereich von 70 bis 170 c und einem Druck im Bereich von 0,49

bis 9,80 N/mm (5 bis 100 kg/cm ) während einer Zeitspanne im

Bereich von 1 bis 60 Minuten druckgeformt.

Danach wird das geformte Produkt bei der bei der Druckformungsstufe verwendeten Temperatur während mindestens 2 Stunden 5

nachgehärtet und dann in einer inerten Umgebung bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 3000⁰C etwa 1 Stunde calciniert. Bei diesem Verfahren wird die Temperatur vorzugsweise langsam, d.h. mit einer Geschwindigkeit von

100 isO°C je Stunde/ bis auf etwa 700⁰C erhöht, so daß keine 10

Spannungen aufgrund von plötzlicher Schrumpfung bei der thermischen Zersetzung bei niedrigen Temperaturen erzeugt werden. Solche Spannungen wurden ein Abblättern von Schichten und/oder Risse verursachen..

Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Elekrodenmaterial auf die folgende Weise hergestellt. Das Material für eine dichte Schicht, daß Material zur Herstellung der Kanäle und das Material für eine poröse Schicht werden in

dieser Reihenfolge in eine Form geeigneter Gestalt eingebracht 20

und durch Vorpressen bei einer Temperatur im Bereich von

bis 100 C und einen Druck im Bereich von 1,96 bis

2 2

4,90 N/mm (20 bis 50 kg/cm ) während einer Zeitspanne im Bereich von 10 bis 30 Minuten, typischerweise bei 80⁰C und

2 2

2,94 N/mm (30 kg/cm ) 20 Minuten lang geformt. Dieselben

Maßnahmen werden zur Herstellung eines weiteren durch Vorpressen geformten Produkts wiederholt. Dann wird eines der durch Vorpressen geformten Produkte in eine Form eingebracht, wobei die poröse Schicht nach unten weist. Auf die dichte

Schicht des durch Vorpressen geformten Produkts in der Form 30

wird das Material für eine Trennschicht gebracht und das weitere durch Vorpressen geformte Produkt wird dann auf das Material für eine Trennschicht gelegt, so daß dessen dichte Schicht gegen das Material für die Trennschicht weist. Diese

Materialien werden dann bei einer Temperatur im Bereich von 35

120 bis 160⁰C und einem Druck im Bereich von 1,96 bis

2 2

4,90 N/mm (20 bis 50 kg/cm ) während einer Zeitspanne im Bereich von 10 bis 30 Minuten, typischerweise bei 130⁰C und

2 2

3,92 N/mm (40 kg/cm ) während 20 Minuten druckgeformt, nachgehärtet und calciniert. Die Maßnahmen und Materialien bei diesem Verfahren sind im wesentlichen dieselben wie oben beschrieben.

Das erfindungsgemäße Elektrodenmaterial weist verbesserte mechanische Festigkeit, wie z.B. Biegefestigkeit, auf. Erfindungsgemäß werden noch weitere Vorteile erzielt: Es kann ein dünneres Material hergestellt werden, was zu einem kürzeren Diffusionsweg oder einem geringeren Diffusionswiderstand für die gasförmigen Reaktanden und einer größeren

Stromdichte führt. Andererseits wird keine konventionelle Trennschichtlage für das Stapeln von Einheitszellen zur Herstellung einer Brennstoffzelle benötigt, da in das erfindungsgemäße Material eine Trennschicht eingebaut und integriert ist. Daher werden die Kosten zur Herstellung einer

Brennstoffzelle unter Verwendung des erfindungsgemäßen Elektrodenmaterials merklich erniedrigt, etwa im Vergleich zu einer konventionellen Brennstoffzelle, die z.B. aus den in Figur 1 gezeigten, mit Rippen versehenen Elektrodenmaterialien hergestellt ist, die zusätzliche Trennschichtlagen erfordern.

Weiterhin tritt zwischen der Trennschicht und der dichten Schicht in dem erfindungsgemäßen Material kein elektrischer oder thermischer Kontaktwiderstand auf. Im Ergebnis werden der elektrische und der thermische Gesamtwiderstand einer aus den erfindungsgemäßen Materialien hergestellten Brennstoffzelle

merklich erniedrigt. Daher wird das erfindungsgemäße

Elektrodenmaterial als ideal angesehen.

Die Vorteile der Erfindung werden in Tabelle 1 weiter verdeutlicht, die die physikalischen Eigenschaften von Elektrodenmaterialien gemäß der Erfindung und dem Stand der Technik (Figur 1) im Vergleich zeigt.

Tabelle Stand der Technik

Erfindung

Dicke des Materials (mm)

2,4 3,6

Dicke einer Zelle (mm) Biegefestigkeit (N/mm )

5,8 9,80

2) 4,1 24,51

Druckfestigkeit (N/mm ) Material

elektrischer Widerstand

(rnJl)

3)

K ontakt W iderstand Total einer Zelle

4)

Dicke für die Gasdiffusion (mm)

2 Grenzstrom (mA/cm )

Volumenleistung (kW/m )

9,80 8

30 77

1,2

400 207

5) 10,78 10

10

0,5

600 298

to

(Jl

Anmerkungen: 1) entspricht 11 in Figur

2) Trennschichtlage (0,5 m m) + 2 mal das Material + Matrixschicht (0,5 mm)

3) Widerstand je cm²

4) Widerstand gemessen bei Kontaktdruck von 0,098 N/mm

5) Trennschichtlage (1 mJZ) + 2mal das Material + 2 Kontaktwiderstände

6) gemessen bei 200 mA/cm

hO CO K) OO

Beispiele

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert. Es wird darauf hingewiesen, daß verschiedene Änderungen und Abweichungen vom Fachmann ohne größeres Experimentieren vorgenommen werden können und daß solche Änderungen und Abweichungen zum Bereich der vorliegenden Erfindung gehören.

In den Beispielen wurde die "Porosität P (%)" durch die folgende Gleichung bestimmt, wobei angenommen wurde, daß die wirkliche Dichte des kohlenstoffhaltigen Materials

1,6 g/cm betrug:

P=(I- .?_b/1,6).x 1

00

1.5 3

in der <J, die gemessene Gesamtdichte (g/cm ) einer Probe

2 2

bedeutet. Die "Biegefestigkeit (N/mm bzw. kg/cm )" eines geformten kohlenstoffhaltigen Körpers wurde gemäß der japanischen Industrienorm (JIS) K-6911/1970 unter Verwendung einer Probe mit einem Durchmesser von 100 χ 10 χ 2,5 mm bestimmt, und der "durchschnittliche Porendurchmesser ( ,um)" einer Probe wurde mit einem Quecksilberporosimeter (hergestellt von Carlo Erba Strumentazione, Italien) gemessen. Die "spezifische Gasdurchlässigkeit Q (ml/cm χ Std. χ mmWS)" wurde auf die folgende Weise S

bestimmt:

Ein zylindrischer Probekörper von 90 mm Durchmesser und t mm Dicke wurde aus dem zu untersuchenden geformten Körper ausgeschnitten, die Zylindermantel-Seitenfläche des

Probekörpers wurde mit einem thermisch härtbaren Harz 30 *

beschichtet, so daß Gas nicht hindurchdiffundieren konnte, Ober- und Unterseite des Probekörpers wurden dann zwischen zwei zylindrische Gasrohre mit angeflanschter Dichtung gebracht, eine vorbestimmte Menge (10 l/Minute) Luft wurde

vom einen Ende des Probekörpers zum anderen Ende desselben 35

geleitet, das gegen die Atmosphäre offen war, wobex der

Druckabfall zwischen den beiden Enden des Probekörpers durch ein Manometer gemessen wurde, das mit dem Einlaßgasrohr verbunden war, und die spezifische Gasdurchlässigkeit Q wurde dann mit der folgenden Gleichung berechnet:

0 = ⁶^tX IQ⁴ S 50.24 χ Δρ

in der Δ.ρ der gemessene Druckabfall (mmWS) und 50,24 cm die wirkliche gemessene Fläche (ein Kreis von mm Durchmesser) ist. Weiterhin wurde der "Volumenwiderstand S_v (-Ω-cm)" auf die folgende Weise bestimmt: Beide Enden eines Probekorpers wurde mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet und der elektrische Widerstand zwischen den beiden Enden des Probekorpers wurde gemäß SRIS (Norm der Japan Rubber Association) 2301-1969 gemessen und dann wurde der Volumenwiderstand mit der folgenden Gleichung berechnung:

²⁰ S_v = R.w. t/l ,

in der R der gemessene Widerstand (H-) zwischen den beiden Enden des Probekorpers, 1 (cm) die Länge (in der gemessenen Richtung) und w (cm) und t (cm) eine horizontale bzw. eine vertikale Länge bedeuten, die einen Querschnitt durch den Probekörper definieren.

Beispiel 1:

Herstellung eines qitterähnlich geformten Körpers aus Polypropylen

Polypropylenpellets, J-215 von Tonen Sekiyukagaku K.K., Japan, wurde von einer Schraubenextruder bei 230⁰C und

2 2

49,0 N/mm (500 kg/cm ) in eine rostfreie Stahlform

extrudiert, die bei 50°C gehalten wurde.

Es wurden gitterähnlich geformte Körper aus Polypropylen, wie in Figur 4b gezeigt, hergestellt, aber sie hatten Gitterstäbe mit rundem Querschnitt von 0,85 mm Durchmesser, T = 2,5 mm, L = 40 mm.

Diese Korper wurden als Materialien zur Bildung der Kanäle in den folgenden Beispielen verwendet.

10 Beispiel 2;

Eine homogene Mischung für eine poröse Schicht, die 40 Gew.% kurze Kohlenstoffasern (Kureha Chemical Industry Co., Ltd., 0,45 nun durchschnittliche Faserlänge, M-104S), 30 Gew.% eines feinen Granulats aus Polyvinylalkohol als Porenbildner (The Nippon Gosei Kagaku Kogyo Co., Ltd., Japan, P-250, 250 ,um durchschnittlicher Teilchendurchmesser) und 30 Gew.% Phenolharz (Asahi Yukizai Co., Ltd., Japan) enthielt, wurde in eine Form geeigneter Gestalt

20 eingebracht.

Auf die in der Form befindliche Mischung wurde das in Beispiel 1 hergestellte Material, eine homogene Mischung für eine dichte Schicht, die 45 Gew.% kurze Kohlenstof-fasern (dieselben wie oben), 35 Gew.% Polyvinylalkohol (derselbe wie oben) und 20 Gew.% Phenolharz (dasselbe wie oben) enthielt, dann eine Kohlenstoffplatte (Toyo Carbon Co., Ltd., Japan, 0,6 mm dick), die homogene Mischung für eine dichte Schicht (dieselbe wie oben), das Material zur Bildung der Kanäle und schließlich die homogene Mischung für eine poröse Schicht (dieselbe wie oben) in dieser Reihenfolge gebracht.

Diese Materialien wurden bei 130⁰C und 3,92 N/mm² (40 'S

kg/cm ) 20 Minuten lang druckgeformt. Das Produkt wurde in der Form bei 130⁰C etwa 2 Stunden lang gehärtet und unter einer Stickstoffatomosphäre bei 2000⁰C eine Stunde

calciniert. Die Temperatur war mit einer langsamen

Geschwii

worden.

Geschwindigkeit von 100⁰C je Stunde bis auf 700⁰C erhöht

Das erhaltene Produkt hatte eine FünfSchichtstruktur, wie sie in Figur 2 gezeigt ist, mit Kanälen mit ungefähr rundem Querschnitt von etwa 0,8 mm Durchmesser. Die physikalischen Eigenschaften des Materials sind in Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2

dicke Schicht poröse Schicht

Dicke (m m)

1,0

0,6

Gesamtdichte (g/cm ) 0,82

0,58

Porosität (S)

47

64

Permeationskoeffizient (ml/cm.Std.m m Ws)

110

durchschnittlicher Porendurchmesser (.um) Biegefestigkeit (N/mm )

24,51

30

VoIu menwiderst and

(ilcm)

thermische Leitfähigkeit (W/Km) χ 2,1

Anmerkung: 1) ohne die Kanäle

Beispiel 3:

Die in Beispiel 2 beschriebene Mischung für eine dichte Schicht, das in Beispiel 1 hergestellte Material zur

Bildung von Kanälen und die in Beispiel 2 beschriebene 5

Mischung für eine poröse Schicht wurden in eine Form

geeigneter Gestalt eingebracht und bei 80°C und 2,94 N/mm² (30 kg/cm²) 20 Minuten gepreßt.

Nach Entfernung des Produkts aus der Form wurden dieselben 10

Maßnahmen wiederholt, um ein weiteres vorgepreßtes Produkt

herzustellen.

Eines der vorgepreßten Produkte wurde in eine Form

eingebracht, wobei die poröse Schicht nach unten wies. Auf 15

die dichte Schicht des vorgepreßten Produkts wurden ein

Graphitbogen (Union Carbide Corp., GRAFOIIrK 0,3 mm dick) und dann ein weiteres vorgepreßtes Produkt gebracht, wobei die dichte Schicht gegen den Graphitbogen wies. Diese

Materialien wurden der Druckformung bei 140⁰C und 20 2 2

3,92 N/mm (40 kg/cm ) 20 Minuten unterworfen. Nach dem Pressen wurde das Produkt in der Form bei 140 C etwa 2 Stunden nachgehärtet und die Temperatur wurde langsam bis auf 700⁰C mit einer Geschwindigkeit von 100⁰C je Stunde

erhöht. Danach wurde das Produkt unter einer Stickstoff-ο

atmosphäre bei 2000 C eine Stunde calciniert.

Das erhaltene Material zeigte ungefähr dieselbe Struktur und dieselben physikalischen Eigenschaften wie das

Material aus Beispiel 2. 30

sz.

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

1. Elektrodenmaterial für Brennstoffzellen, dadurch gekennzeichnet, daß es eine poröse kohlenstoffhaltige Schicht (12), eine dichte kohlenstoffhaltige Schicht (13) mit höherer Gesamtdichte als die der porösen Schicht, eine Trennschicht (14), eine dichte kohlenstoffhaltige Schicht (13¹) mit höherer Dichte als die der porösen Schicht und eine poröse kohlenstoffhaltige Schicht (12¹) enthält, und daß es darüber hinaus eine Anzahl von Kanälen (15, 15') zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden in die Brennstoffzelle in der Grenzfläche zwischen der porösen Schicht und der dichten Schicht aufweist.

2. Elektrodenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (15, 15") parallel zueinander und zu" der Elektrodenoberfläche und einer Seitenfläche verlaufen, welche keine Öffnungen aus den Kanälen des Elektrodenmaterials aufweist, daß sich die Kanäle kontinuierlich in dem Elektrodenmaterial von einer der übrigen Seitenflächen zu einer weiteren ihr*'gegenüber-

liegenden Seitenfläche erstrecken, daß sie einen Durchmesser oder ein Durchmesseräquivalent im Bereich von 0,5 bis 3 mm aufweisen und daß die Kanäle auf der einen Seite der Trennschicht und diejenigen auf der anderen Seite der Trennschicht in zueinander senkrechten Richtungen verlaufen.

3. Elektrodenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht (12, 12') eine durchschnittliche Gesamtdichte im Bereich von 0,4 bis 0,8 g/cm , eine Porosität im Bereich von 50 bis 80 % und einen Gaspermeabilitätskoeffizienten von 20 ml/cm . hr.mmWS oder mehr aufweist, und daß 60 cm oder mehr ihrer offenen Poren einen Durchmesser im Bereich von 5 bis 50/um haben.

4. Elektrodenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dichte Schicht (13, 13*) eine durchschnittliche Gesamtdichte im Bereich von 0,5 bis 1,0 g/cm hat.

5. Elektrodenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke einer porösen Schicht (12 oder 12') im Bereich von einem Fünfzigstel bis zur Hälfte der Gesamtdicke von einer porösen Schicht und von einer dichten Schicht liegt.

6. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials für Brennstoffzellen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in eine Form geeigneter Gestalt ein Material für eine poröse Schicht, ein Material zur Bildung von Kanälen, ein Material für eine dichte Schicht, ein Material für eine Trennschicht, ein Material zur Bildung von Kanälen und ein Material für eine poröse Schicht in dieser Reihenfolge einbringt, druckformt, nachhärtet und calciniert.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Material für die poröse Schicht eine Mischung verwendet, die 10 bis 50 Gew.% eines Füllstoffs, 20 bis 40 Gew.% eines Binders und 20 bis 50 Gew.% eines Porenbildners enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Füllstoff verwendet, der aus kurzen Kohlenstoff asern und Kohlenstoffteilchen ausgewählt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man kurze Kohlenstoffasern verwendet, die einen Durchmesser im Bereich von 5 bis 30 ,um, eine Länge im Bereich von 0,02 bis 2. mm und eine lineare Carboni-

sierungsschrumpfung im Bereich von nicht mehr als 3,0 % bei der Calcinierung bei 2000⁰C aufweisen.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Binder verwendet, der ein Phenolharz, ein Epoxyharz, ein Erdöl- und/oder Kohlepech oder eine Mischung derselben ist und eine Carbonisierungsausbeute im Bereich von 30 bis 75 Gew.% aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Porenbildner verwendet, der ein organisches Granulat enthält, von dem 70 % oder mehr eine Teilchengröße im Bereich von 30 bis 300 ,um aufweisen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man ein organisches Granulat verwendet, das aus Polyvinylalkoholen, Polyvinylchloriden, Polyethylenen, Polypropylenen, Polystyrolen und Mischungen derselben ausgewählt ist.

35T2326

13. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Material zur Bildung der Kanäle ein Polymer verwendet.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Polymer verwendet, da
und keinen Schmelzfluß zeigt.

man ein Polymer verwendet, das bei 100⁰C nicht verdampft

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Polymer verwendet, das aus Polyethylenen, Polypropylenen, Polystyrolen, Polyvinylalkoholen und Polyvinylchloriden ausgewählt ist und eine Carbonisierungsausbeute von 30 Gew.% oder weniger aufweist.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man als Material zur Bildung der Kanäle ein Textilgewebe oder einen gitterähnlich geformten Körper aus dem Polymer verwendet.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Textilgewebe verwendet, das einzelne Fasern oder Bündel aus einer Anzahl Fasern enthält, die gewebt worden sind, und daß die einzelne Faser oder das Bündel einen Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 3,3 mm hat.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man solche Abmessungen vorsieht, daß der Abstand zwischen zwei Fasern oder Bündeln parallel zur GasStromrichtung im Bereich von 1,5 bis 5 mm und der Abstand zwischen zwei Fasern oder Bündeln senkrecht zu der GasStromrichtung im Bereich von 5 bis 50 mm liegt.

19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man einen gitterähnlich geformten Körper verwendet, der durch Extrusionsformung einer Schmelze des Polymers in einer Form oder durch Druckformung von Polymerpellets

oder -pulver-in einer Form-hergestellt ist-, und daß—die

Gitterstäbe einen Durchmesser oder ein Durchmesseräquivalent im Bereich von 0,5 bis 3,3 mm aufweisen.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß man den gitterähnlich geformten Körper so gestaltet, daß der Abstand zwischen zwei Gitterstäben parallel zur Gasstromrichtung im Bereich von 1,5 bis 5 mm und der Abstand zwischen zwei Gitterstäben senkrecht zur Gasstromrichtung im Bereich von 5 bis 50 mm liegt.

21. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Material für die dichte Schicht eine Mischung verwendet, die 30 bis .70 Gew.% eines Füllstoffs, 20 bis 40 Gew.% eines Binders und 10 bis 30 Gew.% eines Porenbildners enthält.

22. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Material für die Trennschicht eine Kohlenstoffplatte oder ein gepreßtes Graphitpapier (oder einen Graphitbogen) verwendet.

23. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Material für die Trennschicht eine pulverförmige Mischung verwendet, die einen Füllstoff, wie kurze Kohlenstoffasern, feine Pulver aus einem kohlenstoffhaltigen Vorläufer und Kohlenstoffteilchen, und einen Binder, wie Phenolharze und feine Pulver aus kohlenstoffhaltigen Vorläufern, enthält.

24. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Druckformung bei einer Temperatur im Bereich von

70 bis 170⁰C und einem Druck im Bereich von 0,49 bis 9,8

2 2

N/mm (5 bis 100 kg/cm ) während einer Zeitspanne im

Bereich von 1 bis 60 Minuten ausführt.

vi.

25. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Nachhärtung bei der Formgebungstemperatur mindestens zwei Stunden lang durchführt,

26. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Calcinierung unter einer Inertatmosphäre bei einer Temperatur im Bereich ,von 800 bis 3000⁰C etwa eine Stunde lang ausführt.

27. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials für Brennstoffzellen nach Anspruch 1# dadurch gekennzeichnet, daß man ein Material für eine dichte Schicht, ein Material zur Bildung von Kanälen und ein Material für eine poröse Schicht in= dieser Reihenfolge in eine Form geeigneter Gestalt einbringt, durch Vorpressen formt, daß vorgepreßte Produkt aus der Form entfernt, die vorhergehenden Maßnahmen z-ur Herstellung eines weiteren vorgepreßten Produktes wiederholt, in eine Form geeigneter Gestalt eines der vorgepreßten Produkte mit der porösen Schicht nach unten einsetzt, ein Material für eine Trennschicht einbringt, ein .weiteres vorgepreßtes Produkt mit der dichten Schicht gegfen das Material für die Trennschicht weisend einsetzt, druckformt, nachhärtet und calciniert. _ ·"

28. Verfahren nach Anspruch 27, däd-urCh/geKennzeiehnet, daß man die Vorpreßformung bei einer Temperatur"im Bereich von 60 bis 100⁰C und bei einem Druck im Bereich von 1,96

2 2

bis 4,90 N/mm (20 bis 50 kg/cm ) während einer

Zeitspanne im Bereich von 10 bis 30,Minuten ausführt.

29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch, gekennzeichnet, daß man die abschließende Druckformung, bei einer Temperatur im Bereich von 120 bis 160⁰C und bei einem Druck im Bereich von 1,96 bis 4,90 ΐΝ/mm^ (20'bis 50 kg/cm ) während einer Zeitspanne im Bereich von 10 bis 30 Minuten ausführt. ^v