DE3614574C2

DE3614574C2 -

Info

Publication number: DE3614574C2
Application number: DE3614574A
Authority: DE
Inventors: Hisatsugu Iwaki Fukushima Jp Kaji; Kuniyuki Abiko Chiba Jp Saitoh
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1985-04-30
Filing date: 1986-04-29
Publication date: 1990-07-12
Also published as: US4794043A; GB8610200D0; CA1273989A; GB2175578A; FR2581253A1; FR2581253B1; GB2175578B; DE3614574A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kohlenstoffprodukt, das Kohlenstoffmaterialien und zwischen den Kohlenstoffmaterialien eingefügte flexible Graphitfolien aufweist, wobei kohlenstoffhaltige Materialien und flexible Graphitfolie miteinander verbunden und die so verbundenen Materialien durch Calcinierung in einer inerten Atmosphäre zu einem Kohlenstoffkörper integriert worden sind. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung dieses Kohlenstoffprodukts als Elektrodensubstrat oder Teil eines Elektrodensubstrats und ein Verfahren zur Herstellung dieses Kohlenstoffprodukts.

In der Vergangenheit sind kohlenstoffhaltige geformte Gegenstände, die kohlenstoffhaltige Materialien wie Kohlefasern, Kohlenstoffteilchen usw. als Basismaterial enthalten, auf verschiedenen technischen Gebieten angewendet worden. Mit dem Fortschreiten der technischen Entwicklung und der zunehmenden Nachfrage sind auch die Anforderungen wie Verbesserung der Produktivität und der physikalischen Eigenschaften der Gegenstände laufend gestiegen.

Wenngleich die kohlenstoffhaltigen Materialien hinsichtlich physikalischer Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, elektrische Leitfähigkeit, mechanische Festigkeit usw. ein ausgezeichnetes Material darstellen, ist die Entwicklung von kohlenstoffhaltigen Verbundmaterialien durch Kombinieren und Verbinden von kohlenstoffhaltigen Materialien gleicher oder unterschiedlicher Qualität gefördert worden, um die meisten der genannten ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften noch wirkungsvoller auszunutzen. Bishier sind derartige kohlenstoffhaltige Verbundmaterialien in Form von Kohlenstoffprodukten verwendet worden, die nur durch Verbinden einer Vielzahl von Materialien mit einem Klebstoff hergestellt wurden. Hierbei ergeben sich jedoch hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit, elektrischer Leitfähigkeit, Dimensionsstabilität usw. Probleme.

So wird in der GB-PS 9 05 199 ein bipolares Elektrodensystem beschrieben, das zwei flache poröse kohlenstoffhaltige Platten aufweist, die durch ein leitfähiges gasundurchlässiges Material getrennt und mit diesem Material durch einen leitfähigen Kitt verbunden sind. Die Schicht aus dem leitfähigen gasundurchlässigen Material ist eine gasundurchlässige Kohlenstoffplatte, die auf beiden Oberflächen Aussparungen aufweist, die den Durchtritt eines ersten und eines zweiten Gases gestatten. Diese Elektrodensysteme zeigen jedoch die oben erwähnten Probleme. So weisen sie gegenüber Chemikalien wie Phosphorsäure eine geringe Beständigkeit auf und besitzen aufgrund der Verwendung des leitfähigen Kitts eine geringe elektrische Leitfähigkeit.

In den vergangenen Jahren ist ein Verfahren zur Lösung der obigen Probleme vorgeschlagen worden, indem die kohlenstoffhaltigen Materialien mit einem Klebstoff verbunden und die so verbundenen Materialien in einer inerten Atmosphäre calciniert werden. Bei einer derartigen Herstellung der kohlenstoffhaltigen Verbundprodukte gibt es jedoch viele Gelegenheiten zur Ablösung der kohlenstoffhaltigen Materialien an der Verbindungsfläche miteinander und zur Bildung von Rissen im Produkt während des Herstellungsverfahrens aufgrund der Unterschiede der thermischen Ausdehnungs- und Kontraktionskoeffizienten bei der Calcinierung zwischen den kohlenstoffhaltigen Materialien. Dies führt zu einer Verringerung der Produktivität.

Da in den vergangenen Jahren unter konstruktiven und funktionellen Gesichtspunkten der Bedarf an verhältnismäßig großen Kohlenstoffprodukten und/oder Kohlenstoffprodukten mit komplizierter Form stark zugenommen hat, sind die obengenannten Probleme des Ablösens und der Rißbildung in diesen Fällen besonders ernsthaft.

Wie oben dargelegt, werden an kohlenstoffhaltige Verbundmaterialien die folgenden strengen Anforderungen gestellt. Bei der Herstellung dieser Verbundmaterialien darf kein Ablösen der kohlenstoffhaltigen Materialien voneinander bewirkt werden und in dem Produkt dürfen sich keine Risse bilden. Gleichzeitig muß das fertige Produkt die auszeichneten Eigenschaften, die die kohlenstoffhaltigen Materialien ursprünglich besessen haben, behalten. Dies gilt beispielsweise für die mechanische Festigkeit, die elektrischen Eigenschaften usw. Es bestehen also viele Schwierigkeiten bei der Herstellung von kohlenstoffhaltigen Verbundmaterialien.

Bekannt sind ferner Brennstoffzellen des bipolaren Separatortyps, die bipolare Separatoren verwenden, die durch Verarbeitung von durchlässigen dünnen Graphitplatten unter Rippenausbildung erhalten werden. Andererseits sind Elektrodensubstrate des monopolaren Typs entwickelt worden, die mit Rippen auf der einen Oberfläche ausgestattet sind und bei denen die andere Oberfläche eine flache Elektrodenoberfläche ist, wobei die gasförmigen Reaktanten von der gerippten Oberfläche zu der flachen Elektrodenoberfläche durchtreten. Weiterhin ist als Verfahren zur Herstellung des herkömmlichen Elektrodensubstrats für Brennstoffzellen vom monopolaren Typ beispielsweise ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem kurze Kohlenstoffasern preßgeformt werden (siehe US-PS 45 06 028).

Diese nach dem herkömmlichen Verfahren erhaltenen Elektrodensubstrate bestehen aus einer Schicht einer vollständig gleichförmigen Konstruktion. Bei einem derartigen Elektrodensubstrat, das aus einer einzigen und gleichförmigen Schicht besteht, sind im Falle einer großen Dichte der Diffusionskoeffizient des gasförmigen Reaktanten, die Grenzstromdichte und gleichzeitig auch die zurückgehaltene Menge an Elektrolytlösung gering. Dementsprechend tritt früh eine Abnahme der Leistungsfähigkeit ein, d. h. es besteht der Nachteil einer kurzen Lebensdauer der Brennstoffzelle. Andererseits besteht bei geringer Dichte der Nachteil, daß die mechanische Festigkeit wie die Biegefestigkeit gering ist.

Die Erfinder haben bereits ein Elektrodensubstrat mit ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften vorgeschlagen, das aus kurzen Kohlefasern als Basismaterial hergestellt wird, bei dem der Durchlaß für den gasförmigen Reaktanten nahe dem Zentrum der Dicke der porösen kohlenstoffhaltigen Schicht als Gasdiffusionsschicht nicht durch mechanische Verarbeitung, sondern durch einfacheres Preßformen und Hitzebehandlung gebildet wird. Das Elektrodensubstrat und der Separator werden zu einem Körper im carbonisierten Zustand verarbeitet (siehe US-PS 45 22 895). Durch diesen Vorschlag ist es möglich geworden, ein Elektrodensubstrat mit großem Gasdiffusionskoeffizienten zu verwenden, d. h. ein Elektrodensubstrat mit einem gasdurchlässigen Teil von geringer Dichte.

Bei diesem Elektrodensubstrattyp kann der Kontaktwiderstand im Vergleich zu herkömmlichen Elektrodensubstraten vom monopolaren und bipolaren Typ deutlich verringert werden, da der Separator und das Elektrodensubstrat zu einem Kohlenstoffkörper integriert sind. Bei diesem Elektrodensubstrat können die erwünschten ausgedehnten Gashohlräume in der porösen kohlenstoffhaltigen Schicht nicht durch Ausbildung von Rippen und durch Bohrungen, sondern durch Ausbildung der porösen kohlenstoffhaltigen Schicht aus kurzen Kohlefasern als Basismaterial gebildet werden, wobei als Bindemittel ein wärmehärtbares Harz mit einer bestimmten Carbonisierungsausbeute und ein Mikroporenreguliermittel mit einer bestimmten Korngröße verwendet werden und eine thermische Zersetzung bei einer Temperatur oberhalb der Formungstemperatur erfolgt.

In der Stufe der Carbonisierung und Calcinierung der geformten Körper beim Verfahren zur Herstellung des Elektrodensubstrats war jedoch das Ablösen der porösen kohlenstoffhaltigen Schicht und der gasundurchlässigen Schicht (die dichte kohlenstoffhaltige Schicht) unvermeidbar, insbesondere bei großen Elektrodensubstraten mit großer Substratfläche. Dies führte trotz Modifizierung der Verfahrensweise bei der Erhöhung der Temperatur des geformten Materials auf die Calcinierungstemperatur zu geringer Produktivität. Dementsprechend war eine grundsätzliche Verbesserung erwünscht.

Der Grund, warum die Ablösung bei der Calcinierungsstufe (bei einer Maximaltemperatur von 3000°C) erfolgt, ist der Unterschied des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der porösen kohlenstoffhaltigen Schicht und der gasundurchlässigen Schicht (oder dem Separator) in der Erhitzungsstufe oder der Unterschied des thermischen Kontraktionskoeffizienten zwischen beiden Schichten in der Abkühlungsstufe auf Raumtemperatur nach Abschluß der Calcinierung.

Um also das Kohlenstoffprodukt als Elektrodensubstrat für Brennstoffzellen anzubieten, welches die oben beschriebenen Probleme löst, muß der Unterschied zwischen den thermischen Ausdehnungs- und Kontraktionskoeffizienten bei der Calcinierung zwischen beiden Schichten verringert oder eliminiert werden, indem eine Pufferschicht eingefügt wird, die die Funktion hat, die erwähnte thermische Ausdehnung und Kontraktion zwischen den Schichten zu absorbieren.

Dementsprechend wird beispielsweise in der US-PS 45 79 789 ein Elektrodensubstrat für Brennstoffzellen vorgeschlagen, das flexible Graphitfolien als Pufferschicht aufweist. Das vorgeschlagene Elektrodensubstrat umfaßt eine gasundurchlässige Schicht, die aus einer Kohlenstoffplatte und zwei flexiblen Graphitfolien auf den beiden Seiten der Kohlenstoffplatte zusammengesetzt ist, und zwei poröse kohlenstoffhaltige Schichten jeweils auf den beiden Seiten der Graphitfolien, wobei die porösen kohlenstoffhaltigen Schichten eine Anzahl von Kanälen zur Einspeisung der Reaktionsgase im mittleren bzw. zentralen Bereich der Dicke der porösen Schicht besitzen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Pufferwirkung der flexiblen Graphitfolien für die Absorption der thermischen Expansion und Kontraktion bei der Calcinierung der beiden flachen Schichten nicht ausreicht, da die flexiblen Graphitfolien zwischen der flachen Kohlenstoffplatte und einer flachen porösen kohlenstoffhaltigen Schicht angeordnet sind. Deshalb ist es schwierig, verhältnismäßig große Kohlenstoffprodukte zu erhalten.

Als Puffermaterial wird erfindungsgemäß auf eine im Handel erhältliche flexible Graphitfolie abgestellt, die verhältnismäßig große thermische Ausdehnungs- und Kontraktionskoeffizienten, adhesive Eigenschaften gegenüber einem Klebstoff und eine verhältnismäßig geringe Durchlässigkeit für Gase aufweist. Die flexible Graphitfolie wird durch Preßformen von sogenannten expandierten Graphitteilchen erhalten, die durch Säurebehandlung von natürlichem Graphit hergestellt worden sind, wodurch die Zwischenschichten von Kohlenstoff-Bindungen expandiert werden. Die Oberfläche der so erhaltenen flexiblen Graphitfolie ist schuppig (blättrig) und etwas gasdurchlässig und besitzt dementsprechend adhesive Eigenschaften, weil die Möglichkeit der Imprägnierung mit einem Klebstoff besteht. Da die verwendete Graphitfolie flexibel ist, ist sie sehr gut für die Absorption der thermischen Ausdehnung und Kontraktion geeignet.

Bei der Untersuchung von Verfahren zur gegenseitigen Verbindung von kohlenstoffhaltigen Materialien zwecks Herstellung von kohlenstoffhaltigen Verbundprodukten wurde erfindungsgemäß gefunden, daß (1) durch Einfügen der oben beschriebenen flexiblen Graphitfolie zwischen der porösen kohlenstoffhaltigen Schicht und dem kohlenstoffhaltigen Material für den Separator und Verklebung der flexiblen Graphitfolie mit der porösen kohlenstoffhaltigen Schicht und dem kohlenstoffhaltigen Material für den Separator mittels eines carbonisierbaren Klebstoffs die Zwischenschichtablösung, die bisher ein großes Problem gewesen ist, verhindert werden kann und die Herstellung von großen kohlenstoffhaltigen Elektrodensubstraten möglich wird, und es (2) durch (a) Verarbeitung der kohlenstoffhaltigen Elektrodenschicht zu Vorsprungsbereichen und einem flachen Plattenbereich und Verbinden der Vorsprungsbereiche mit dem kohlenstoffhaltigen Material für den Separator mittels der flexiblen Graphitfolie oder (b) Verbinden der flexiblen Graphitfolien mit beiden Oberflächen des kohlenstoffhaltigen Materials für den Separator und anschließendes Zurverfügungstellen der kohlenstoffhaltigen Vorsprungsbereiche auf den äußeren Flächen der so verbundenen flexiblen Graphitfolien und Verbinden der so zur Verfügung gestellten Vorsprungsbereiche mit den kohlenstoffhaltigen flachen Plattenbereichen unter Ausbildung der Durchlässe für die gasförmigen Reaktanten möglich wird, das gesamte Produkt dünner zu machen und die elektrischen und thermischen Widerstände zu verringern. Weiterhin wird es möglich, die kohlenstoffhaltigen Verbundprodukte in großer Größe zu erhalten. Außerdem haben diese kohlenstoffhaltigen Verbundprodukte für Elektrodensubstrate aufgrund der Verteilung der Spannung zur Zeit der Calcinierung und der Ausbildung des kohlenstoffhaltigen Verbundprodukts als ein Kohlenstoffkörper weniger Nachteile wie Krümmungen, Risse und Ablösungen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Kohlenstoffprodukt verfügbar zu machen, das Kohlenstoffmaterialien und zwischen den Kohlenstoffmaterialien eingefügte flexible Graphitfolien aufweist, wobei kohlenstoffhaltige Materialien und flexible Graphitfolie miteinander verbunden und die so verbundenen Materialien durch Calcinierung in einer inerten Atmosphäre zu einem Kohlenstoffkörper integriert worden sind. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein solches Kohlenstoffprodukt zu schaffen, das die Herstellung großer Verbundprodukte ohne Krümmungen, Risse und Ablösungen ermöglicht und es gestattet, das gesamte Produkt dünner zu machen und die elektrischen und thermischen Widerstände zu verringern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Kohlenstoffmaterial vorgeschlagen, das sich dadurch auszeichnet, daß eine Verbindungsfläche von mindestens einem der Kohlenstoffmaterialien sowohl verbindende Bereiche als auch nicht-verbindende Bereiche aufweist, die gleichförmig auf der Verbindungsfläche angeordnet sind und daß der Anteil der Gesamtfläche der nicht-verbindenden Bereiche auf der Verbindungsfläche des Kohlenstoffmaterials zur Gesamtfläche der Verbindungsfläche 20 bis 80% beträgt.

Vorgeschlagen wird ferner ein Kohlenstoffprodukt, das sich durch folgende Anordnung auszeichnet:

(1) eine Kohlenstoffplatte für einen Separator,
(2) flexible Graphitfolien auf beiden Oberflächen der Kohlenstoffplatte und
(3) poröse Kohlenstoffplatten mit auf einer Fläche gleichförmig angeordneten Vorsprungsbereichen aus Kohlenstoff, wobei die Vorsprungsbereiche mit den Graphitfolien verbunden sind.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen Kohlenstoffprodukts und ein Verfahren zu dessen Herstellung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Im folgenden soll die Erfindung auch anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1(1) und Fig. 1(2) eine schematische Darstellung des Verfahrens des Verbindens der kohlenstoffhaltigen Materialien, die in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen eingesetzt wurden;

Fig. 2(1) und Fig. 2(2) eine Schrägansicht des erfindungsgemäßen Kohlenstoffprodukts in Form eines Elektrodensubstrats für Brennstoffzellen;

Fig. 3(1) und Fig. 3(2) Querschnittansichten der kohlenstoffhaltigen Vorsprungsbereiche und ein Beispiel für deren Anordnung;

Fig. 4 Beispiele für Metallformen, die erfindungsgemäß bevorzugt verwendet werden.

Die erfindungsgemäß verwendeten kohlenstoffhaltigen Materialien weisen Vorsprungs- oder Vertiefungsbereiche beliebiger Form und gleichförmiger Anordnung auf, wobei die nicht-verbindenden Bereiche 20 bis 80% und vorzugsweise 30 bis 70% der Verbindungsfläche des kohlenstoffhaltigen Materials ausmachen. Das Calcinieren des gesamten Materials einschließlich eingefügter flexibler Graphitfolie erfolgt bei einer Temperatur von nicht weniger als 800°C in einer inerten Atmosphäre, wodurch das gesamte Material zu einem Kohlenstoffkörper integriert wird.

Die erfindungsgemäß verwendete flexible Graphitfolie wird hergestellt, indem Graphitteilchen mit einem Durchmesser von nicht mehr als 5 mm einer Säurebehandlung unterworfen werden und die so säurebehandelten Teilchen unter Erhalt von expandierten Graphitteilchen erhitzt werden und schließlich die so erhaltenen expandierten Graphitteilchen zusammengepreßt werden. Die flexible Graphitfolie besitzt eine Dicke von nicht mehr als 1 mm, eine Dichte von 0,5 bis 1,5 g/cm³ und einen Druckverformungskoeffizienten (nämlich das Verformungsverhältnis bei einer Kompressionsbelastung von 9,807 N/cm²) von nicht weniger als 1,02 × 10^-5 cm²/N und vorzugsweise nicht weniger als 1,02 × 10^-4 cm²/N. Als Beispiel für im Handel erhältliche flexible Graphitfolien, die sich für die erfindungsgemäßen Zwecke eignen, sei GRAFOIL® erwähnt.

Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Einfügen der flexiblen Graphitfolie miteinander verbundenen kohlenstoffhaltigen Materialien können unter dem Gesichtspunkt der jeweiligen physikalischen Eigenschaften gleich oder verschieden sein. Als Beispiel für unterschiedliche kohlenstoffhaltige Materialien sei ein kohlenstoffhaltiges Material für einen Separator und ein kohlenstoffhaltiges Material für ein Elektrodenteilmaterial der Brennstoffzelle erwähnt.

Als Beispiele für kohlenstoffhaltige Rohmaterialien, die sich zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kohlenstoffprodukts eignen, seien die folgenden Materialien genannt:

(1) Geformte kohlenstoffhaltige Materialien, die Kohlenstoffaggregatmaterial ausgewählt aus Kohlefasern, Kohlenstoffteilchen und oxidierten Pechteilchen, gegebenenfalls ein Bindemittel und einen Porenregulator wie organische körnige bzw. granulierte Substanzen enthalten. Als Bindemittel seien beispielsweise eines oder mehrere der Materialien ausgewählt aus Phenolharzen, Furanharzen, Petroleumasphalten und Kohlenpechen sowie Mischungen derselben erwähnt. Als Porenregulator sei beispielsweise teilchenförmiger Polyvinylalkohol erwähnt.
(2) Kohlenstoffhaltiges Material, das erhalten worden ist durch Calcinieren des kohlenstoffhaltigen Materials gemäß (1) bei einer Temperatur von nicht weniger als 800°C in einer inerten Atmosphäre.
(3) Geformtes kohlenstoffhaltiges Material, das ein Aggregatmaterial aus Graphitteilchen und/oder leicht graphitisierbaren Kohlenstoffteilchen und ein Bindemittel wie Kohlenpech, Phenolharz, Furanharz, Epoxyharz und Petroleumasphalt enthält.
(4) Kohlenstoffhaltiges Material, das durch Calcinieren des kohlenstoffhaltigen Materials gemäß (3) bei einer Temperatur von nicht weniger als 800°C in einer inerten Atmosphäre erhalten worden ist.

Erfindungsgemäß können die obengenannten kohlenstoffhaltigen Rohmaterialien auch in beliebiger Kombination verwendet werden.

Wenn die Differenz der linearen Ausdehnungs- und Kontraktionskoeffizienten bei der Calcinierung bei den beiden zu verbindenden kohlenstoffhaltigen Materialien größer als ein bestimmter Grenzwert ist, ist es unmöglich, die beiden kohlenstoffhaltigen Materialien miteinander zu verbinden, selbst wenn zwischen ihnen die flexible Graphitfolie verwendet wird und nicht verbindende Bereiche auf einer der Verbindungsflächen von mindestens einem der kohlenstoffhaltigen Rohmaterialien zur Verfügung stehen. Wenngleich der absolute Wert der Differenz der Ausdehnungs- und Kontraktionsraten (%) bei der Calcinierung zwischen den beiden miteinander zu verbindenden kohlenstoffhaltigen Materialien von der Dicke der verwendeten flexiblen Graphitfolie, der Verformungsrate, der maximalen Temperatur der Calcinierung, dem Verhältnis der Fläche der nicht verbindenden Bereiche der Verbindungsfläche des kohlenstoffhaltigen Materials zu der Verbindungsfläche und der Größe des Kohlenstoffprodukts (die Fläche der Verbindungsfläche) abhängt, beträgt er höchstens 3% und vorzugsweise nicht mehr als 1%.

Erfindungsgemäß sind auf der Verbindungsfläche des kohlenstoffhaltigen Rohmaterials, das mit der flexiblen Graphitfolie verbunden wird, verbindende Bereiche und nicht verbindende Bereiche vorhanden, die eine beliebige Form besitzen und gleichmäßig auf der Verbindungsfläche angeordnet sind.

Das Verhältnis der Gesamtfläche der nicht verbindenden Bereiche zur Gesamtfläche der Verbindungsfläche wird zur Erzielung des gewünschten Ergebnisses im Bereich von 20 bis 80% und vorzugsweise 30 bis 70% gewählt.

Wenn das oben erwähnte Verhältnis über 80% beträgt, wird das Verhältnis der Gesamtfläche der verbindenden Bereiche zur Gesamtfläche der Verbindungsfläche kleiner als 20%, was zu einer leichteren Ablösung und Rißbildung bei Calcinierung führt. Wenn andererseits das Verhältnis unter 20% liegt, wird die spannungsverteilende Wirkung auf der Verbindungsfläche verschlechtert.

Durch das erfindungsgemäße Vorhandensein von nicht verbindenden Bereichen auf der zu verbindenden Oberfläche von mindestens einem der kohlenstoffhaltigen Materialien wird nicht nur die Spannung zwischen der Verbindungsfläche der so ausgebildeten Oberfläche und der flexiblen Graphitfolie, sondern auch die Spannung zwischen der Verbindungsfläche des anderen kohlenstoffhaltigen Materials und der flexiblen Graphitfolie verringert, was zu einem Kohlenstoffprodukt führt, das frei von Krümmung, Rissen und Ablösungen ist, selbst wenn auf der zu verbindenden Oberfläche des anderen kohlenstoffhaltigen Materials keine nicht verbindenden Bereiche vorgesehen sind. So kann eine der zu verbindenden Oberflächen vollständig als Verbindungsfläche ausgebildet sein und die andere der Verbindungsflächen kann verbindende Bereiche und nicht verbindende Bereiche aufweisen.

Beispielsweise bei der Herstellung eines Elektrodensubstrats für eine Brennstoffzelle ist das kohlenstoffhaltige Material für den Separator vollständig über die gesamte Fläche mit der flexiblen Graphitfolie verbunden, während das kohlenstoffhaltige Material für das Elektrodenteilmaterial nur teilweise mit der flexiblen Graphitfolie verbunden ist.

Weiterhin können auf der flexiblen Graphitfolie nicht verbindende Bereiche vorgesehen sein, die den nicht verbindenden Bereichen des kohlenstoffhaltigen Materials entsprechen. In diesem Fall können die nicht verbindenden Bereiche nur auf der Verbindungsfläche von einem der kohlenstoffhaltigen Materialien oder auch auf jeder der Verbindungsflächen der kohlenstoffhaltigen Materialien vorgesehen sein. Mit anderen Worten bedeutet dies, das diejenigen Bereiche der flexiblen Graphitfolie, die den nicht verbindenden Bereichen der kohlenstoffhaltigen Materialien entsprechen, ausgespart sein können.

Als Klebstoff zur Verbindung des kohlenstoffhaltigen Materials mit der flexiblen Graphitfolie wird bei Verwendung von geformten kohlenstoffhaltigen Material das Bindemittel verwendet, das bereits in diesem Material selbst enthalten ist. Gewöhnlich kann jedoch jeder herkömmliche Klebstoff verwendet werden und von diesen herkömmlichen Klebstoffen werden vorteilhafterweise diejenigen verwendet, die aus der Gruppe bestehend aus (1) Klebstoffen hergestellt durch Auflösen von 5 bis 200 Gewichtsteilen Phenolharz, Pech usw. in 100 Gewichtsteilen eines geeigneten Lösungsmittels wie Methanol, Ethanol, Aceton und Methylethylketon und (2) Klebstoffen hergestellt durch Schmelzen von Phenolharz, Epoxyharz, Furanharz usw. ausgewählt sind. Noch vorteilhafter ist es, eine Mischung hergestellt durch Mischen von 0 bis 100 Gewichtsteilen Kohlenstoffteilchen mit einem Durchmesser von nicht mehr als 200 µm mit 100 Gewichtsteilen des obengenannten Klebstoffs zu verwenden, um die Kohlenstoffbindungs- bzw. Verankerungsrate zur Zeit der Calcinierung zu vergrößern und die mikroskopischen Kohlenstoffverbindungspunkte gleichförmig zu verteilen.

Die Dicke der Klebstoffschicht ist nicht besonders limitiert. Es ist jedoch bevorzugt, den Klebstoff gleichförmig in einer Dicke von nicht mehr als 0,5 mm anzuwenden.

Das Verbinden des kohlenstoffhaltigen Materials mit der flexiblen Graphitfolie wird bei einer mindestens 50°C über dem Schmelzpunkt des als Klebstoff verwendeten Bindemittels und einem Preßdruck von 0,01 bis 5,0 MPa durchgeführt.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Kohlenstoffprodukts wird der obengenannte Klebstoff auf den verbindenden Bereichen der Oberfläche des obengenannten kohlenstoffhaltigen Materials angewendet, wobei diese Fläche nicht verbindende Bereiche aufweist.

Die oben beschriebene flexible Graphitfolie wird dann darauf aufgebracht. Anschließend wird ein weiteres kohlenstoffhaltiges Material, auf dessen eine Oberfläche der Klebstoff aufgetragen worden ist, auf die flexible Graphitfolie aufgebracht, so daß die mit dem Klebstoff behandelte Oberfläche auf die Graphitfolie zu liegen kommt. Die so aufeinandergeschichteten Materialien werden unter den oben beschriebenen Wärme- und Druckbedingungen miteinander verbunden.

Nach Verbinden der aufeinandergestapelten Materialien wird der so verbundene Körper mindestens 2 Stunden lang bei der Preßtemperatur einer Nachhärtung unterworfen. Dann wird er etwa 1 Stunde bei 800 bis 3000°C in einer inerten Atmosphäre calciniert.

In der Calcinierungsstufe ist es bevorzugt, daß die Temperatur während der Stufe der thermischen Zersetzung bei niedrigen Temperaturen langsam mit einer Geschwindigkeit von 100 ±50°C/Stunde bis auf etwa 700°C erhöht wird. Dadurch wird das Auftreten von Spannungen aufgrund der plötzlichen Kontraktion des gehärteten Materials während des Zeitabschnitts der Vergasung verhindert. Wenn die Temperatur des Materials in der Stufe der thermischen Zersetzung bei niedrigen Temperaturen schnell erhöht wird, bewirkt dies ein Ablösen der Schichten und Rißbildung.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung des Kohlenstoffprodukts kann die flexible Graphitfolie in situ hergestellt werden, indem die expandierten Graphitteilchen gleichförmig auf der Oberfläche des obengenannten kohlenstoffhaltigen Materials, auf welcher der Klebstoff aufgetragen worden ist, aufgebracht werden. Die so behandelten gesamten Materialien werden der Formung unter den oben angegebenen Erwärmungs- und Druckbedingungen unterworfen. Nach der Entfernung des so geformten Körpers aus der Presse kann er mit dem kohlenstoffhaltigen Material verbunden werden, auf das der Klebstoff aufgetragen worden ist. In diesem Fall wird die Verbindungsfläche des ersten kohlenstoffhaltigen Materials, auf das die expandierten Graphitteilchen aufgebracht werden, flach belassen.

Das erfindungsgemäß erhaltene Kohlenstoffprodukt und das Kohlenstoffprodukt als Elektrodensubstrat für Brennstoffzellen zeigen ausgezeichnete spezifische Eigenschaften, die ursprünglich die kohlenstoffhaltigen Materialien selbst besessen haben. Wie die Beispiele und die Vergleichsbeispiele deutlich zeigen, wird gleichzeitig durch die Wirkung der zwischen den kohlenstoffhaltigen Materialien als Puffermaterial für die thermische Ausdehnung oder Zusammenziehung der kohlenstoffhaltigen Materialien während des Calcinierungszeitraums eingefügten flexiblen Graphitfolie und durch die Verteilung der Spannungskonzentration mittels der nicht verbindenden Bereiche mit beliebiger Form und gleichförmiger Anordnung auf der Verbindungsfläche der kohlenstoffhaltigen Materialien kein Ablösen der verbundenen Oberflächen der beiden kohlenstoffhaltigen Materialien ohne das Auftreten von Rissen in dem Kohlenstoffprodukt beobachtet. Dementsprechend wird das Kohlenstoffprodukt effektiv bei vorteilhafter Produktivität hergestellt. Dieser erfindungsgemäß erzielte Effekt ist deutlich erkennbar, wenn man die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit derjenigen Vorgehensweise vergleicht, bei der das Verbinden nur unter Verwendung eines Klebstoffs erfolgt.

Aufgrund der beschriebenen Effektivität der Erfindung ist es möglich, große Produkte und Produkte mit komplizierter Form nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne Auftreten der Probleme des Ablösens, der Rißbildung und der Krümmung herzustellen. Dementsprechend eignen sich die Kohlenstoffprodukte und das Verfahren zu deren Herstellung insbesondere für Kohlenstoffprodukte als Elektrodensubstrat für Brennstoffzellen und Verfahren zu deren Herstellung.

Das erfindungsgemäße Kohlenstoffprodukt als Elektrodensubstrat für Brennstoffzellen wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.

Die Fig. 2(1) und 2(2) zeigen schematische Darstellungen des Kohlenstoffprodukts als Elektrodensubstrat für Brennstoffzellen.

Das Kohlenstoffprodukt als Elektrodensubstrat für Brennstoffzellen gemäß der Erfindung besitzt eine 7schichtige Struktur, die eine Kohlenstoffplatte für den Separator 1, zwei flexible Graphitfolien 2, Vorsprungsbereiche 3 aus Kohlenstoff und zwei poröse flache Kohlenstoffplatten 4 umfaßt. Die gesamten 7 Schichten sind durch Calcinierung in einer inerten Atmosphäre zu einen Kohlenstoffkörper integriert. Der Durchtritt 6 für den (die) gasförmigen Reaktanten wird durch die flexible Graphitfolie 2, die Vorsprungsbereiche 3 und die poröse Platte 4 oder durch die flexible Graphitfolie 2, die Kohlenstoffplatte für den Separator 1, die Vorsprungsbereiche 3 und die poröse Platte 4 gebildet.

Die Form von jedem einzelnen Vorsprungsbereich 3 ist beliebig und kann geeigneterweise unter Berücksichtigung der Erhaltung der Struktur des Elektrodenteilmaterials 5 bestehend aus Vorsprungsbereichen 3 und poröser flacher Platte 4 und den für das Elektrodensubstrat erforderlichen physikalischen Eigenschaften ausgewählt werden. Erfindungsgemäß ist jedoch das Verhältnis der Gesamtquerschnittsfläche der Vorsprungsbereiche 3, die parallel zur Oberfläche der Kohlenstoffplatte für den Separator 1 verläuft, zur Fläche der oberen Oberfläche der flachen Platte 4 0,2 bis 0,8.

Beispiele für die Querschnittsform jeder der Vorsprungsbereiche 3 und deren Anordnung sind in den Fig. 3(1) und 3(2) dargestellt. Fig. 3 zeigt eine Form und eine Anordnung der Vorsprungsbereiche 3 an der Verbindungsfläche derselben. Der Pfeil zeigt die Strömungsrichtung des gasförmigen Reaktanten an. Der Abstand zwischen benachbarten Vorsprungsbereichen wird so eingestellt, daß er nicht mehr als 10 mm beträgt, um geeignete Durchlässe für den gasförmigen Reaktanten zu bilden.

Fig. 3(1) zeigt eine Anordnung von Vorsprungsbereichen mit rechteckigem Querschnitt, wobei die Vorsprungsbereiche in senkrechter und paralleler Richtung zur Strömungsrichtung des gasförmigen Reaktanten angeordnet sind (eine derartige Anordnung wird als Serienanordnung oder Anordnung in Serie bezeichnet). Andererseits zeigt Fig. 3(2) eine Anordnung von Vorsprungsbereichen mit praktisch quadratischen Querschnitten. Während die Vorsprungsbereiche parallel zur Strömungsrichtung des gasförmigen Reaktanten nebeneinander angeordnet sind, sind die senkrecht zur Strömung des gasförmigen Reaktanten verlaufenden Vorsprungsbereiche alternierend angeordnet.

Die in Fig. 3 wiedergegebenen Anordnungen sind jedoch nur Beispiele. Erfindungsgemäß kann die Querschnittsform der Vorsprungsbereiche völlig beliebig gewählt werden, und außer der beschriebenen rechteckigen und quadratischen Form kann die Querschnittsfläche jede beliebige Form wie die eines Vielecks, eines Kreises, einer Ellipse usw. annehmen. Außerdem ist auch die Form der Querschnittsfläche senkrecht zu den Oberflächen der Kohlenstoffplatte für den Separator und der Strömungsrichtung des gasförmigen Reaktanten beliebig. Außer der rechteckigen Form gemäß den Fig. 2(1) und 2(2) kann die Querschnittsfläche die Form von Vierecken wie Quadraten, trapezförmigen Vierecken, Parallelogrammen usw. annehmen. Weiterhin kann die Anordnung der Vorsprungsbereiche jede beliebige andere als die in Fig. 3(1) gezeigte Serienanordnung oder die in Fig. 3(2) gezeigte alternierende Anordnung sein. Beispielsweise können die Vorsprungsbereiche so angeordnet sein, daß der gasförmige Reaktant in senkrechter Richtung zu der durch den Pfeil in Fig. 3(2) angegebenen Richtung strömt.

Die Minimalanforderung an die Anordnung der Vorsprungsbereiche besteht darin, daß der gasförmige Reaktant in dem durch die Vorsprungsbereiche gebildeten Durchlaß gleichmäßig verteilt wird. Beispielsweise können Vorsprungsbereiche mit rechteckigem Querschnitt von einem zum anderen Ende des Elektrodensubstrats reichen, wobei sie in Längsrichtung miteinander verbunden sind.

Die poröse flache Platte 4 im erfindungsgemäßen Elektrodensubstrat umfaßt ein gleichförmig poröses Kohlenstoffmaterial. Die durchschnittliche Dichte und der Permeationskoeffizient dieses Materials betragen vorzugsweise 0,25 bis 0,9 g/cm³ bzw. mehr als 8,49 · 10^-4 cm²/s · Pa. Die poröse flache Platte mit einer durchschnittlichen Dichte von 0,25 bis 0,9 g/cm³ und einem Permeationskoeffizienten von mehr als 8,49 · 10^-4 cm²/s · Pa zeigt eine erwünschte mechanische Festigkeit, z. B. Biegefestigkeit, und außerdem eine vorteilhafte Widerstandsfähigkeit gegen Gasdiffusion. Außerdem ist es bevorzugt, daß die Porösität der porösen flachen Platte 40 bis 85% beträgt und die Mikroporen offene Poren sind und daß der Radius von nicht weniger als 60% der Mikroporen im Bereich von 5 bis 50 µm liegt.

Die Vorsprungsbereiche 3 im erfindungsgemäßen Elektrodensubstrat sind aus gleichförmigem Kohlenstoffmaterial zusammengesetzt. Die Dichte beträgt vorzugsweise 0,40 bis 1,8 g/cm³.

Das Material für den Separator im erfindungsgemäßen Elektrodensubstrat besitzt vorzugsweise eine durchschnittliche Dichte von nicht weniger als 1,2 g/cm³ und einen Permeationskoeffizienten von nicht mehr als 2,83 × 10^-10 cm²/s · Pa. Wenn die durchschnittliche Dichte weniger als 1,2 g/cm³ beträgt, ist es nicht möglich, die Kompaktheit für eine gasundurchlässigen Schicht zu erhalten.

Das Verfahren zur Herstellung des Kohlenstoffprodukts als Elektrodensubstrat gemäß der Erfindung wird im folgenden im einzelnen beschrieben.

Zuerst wird das Elektrodenteilmaterial (5 in Fig. 2(1)) hergestellt. Als Material für die poröse flache Kohlenstoffplatte dient ein Material, das durch Imprägnieren einer Folie aus Kohlefaserpapier hergestellt nach Papierherstellungsverfahren aus Kohlefasern als Basismaterial, (siehe z. B. US-PS 39 98 689) mit einem Phenolharz hergestellt worden ist. Insbesondere wird für diesen Zweck ein Material verwendet, das durch Imprägnieren einer Lage aus Kohlefaserpapier hergestellt nach Papierherstellungsverfahren aus 50 bis 500 g/m² Kohlenfasern mit 3 bis 10 mm Länge, 10 bis 100 /mm² Polyvinylalkoholfasern mit 3 bis 10 mm Länge und 1 bis 100 g/mm² Pulpe als Verbindungsmittel mit einer verdünnten 1 bis 30 gew.-%igen Lösung von Phenolharz gelöst in Methanol, Ethanol oder Methylethylketon hergestellt worden ist.

Ein anderes Material für die poröse flache Kohlenstoffplatte ist ein Material, das durch Formen einer Mischung aus kurzen Kohlefasern, einem Bindemittel und einer körnigen organischen Substanz durch Heißpressen hergestellt worden ist (siehe US-PS 45 22 895). Von derartigen Materialien ist ein Material bevorzugt, das durch Formen einer Mischung bestehend aus 20 bis 60 Gew.-% Kohlefasern mit einer Länge von nicht mehr als 2 mm, 20 bis 50 Gew.-% Phenolharz und 20 bis 50 Gew.-% einer organischen körnigen Substanz bei einer Formungstemperatur von 100 bis 180°C und unter einem Formungsdruck von 0,10 bis 10 MPa über einen Zeitraum von 1 bis 60 Minuten hergestellt worden ist. Eine derartige Mischung wird auch als Rohmaterial für die Vorsprungsbereiche verwendet.

Als Rohmaterial für die Vorsprungsbereiche bzw. Vorsprungsteile wird auch eine Mischung aus Kohlenstoffteilchen und einem Bindemittel verwendet.

Das Verfahren zur Herstellung des kohlenstoffhaltigen Materials für das Elektrodenteilmaterial wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben.

Wie sich aus Fig. 4 ergibt, werden die Vorsprungsbereiche auf der flachen Platte gebildet, indem ein Material für die poröse flache Kohlenstoffplatte auf die untere Metallform aufgebracht wird, die mittlere Metallform zur Formung der Vorsprungsbereiche auf dem so positionierten Material angeordnet wird, ein Material für die Vorsprungsbereiche in die Hohlräume der mittleren Metallform eingebracht wird und das eingebrachte Material durch Heißpressen mit einer gerippten oberen Metallform geformt wird. Das Preßformen wird ausgeführt bei einer Temperatur von 100 bis 280°C unter einem Formungsdruck von 0,10 bis 10 MPa über einen Zeitraum von 1 bis 60 Minuten.

Außerdem können der flache Plattenbereich und die Vorsprungsbereiche als ein Körper aus dem kohlenstoffhaltigen Material für das Elektrodenteilmaterial geformt werden, indem die oben beschriebene Mischung verwendet wird. Beispielsweise wird die oben beschriebene Mischung, wie in Fig. 4 wiedergegeben, in eine andere Metallform mit einem äußeren Rahmen eingebracht und darin unter den Bedingungen von 100 bis 280°C, einem Druck von 0,1 bis 10 MPa und über einen Zeitraum von 1 bis 60 Minuten heißgepreßt.

Das so erhaltene kohlenstoffhaltige Material für das Elektrodenteilmaterial kann unmittelbar oder nach Calcinierung bei einer Temperatur von nicht weniger als 800°C in einer inerten Atmosphäre mit dem kohlenstoffhaltigen Material für den Separator unter Einfügung der flexiblen Graphitfolie verbunden werden.

Es ist bevorzugt, daß das Verbinden des kohlenstoffhaltigen Materials und der flexiblen Graphitfolie und die Calcinierung des so verbundenen Körpers unter Bedingungen erfolgen, die denjenigen bei dem oben erwähnten Verbinden von herkömmlichem kohlenstoffhaltigem Material und einer flexiblen Graphitfolie und der Calcinierung des so verbundenen Körpers entsprechen.

Wenngleich als flexible Graphitfolie für das Kohlenstoffprodukt als Elektrodensubstrat ein im Handel erhältliches Produkt verwendet werden kann, kann die flexible Graphitfolie auch direkt aus expandierten Graphitteilchen in einer Metallform hergestellt werden, wenn das Elektrodensubstrat hergestellt wird. Beispielsweise werden die expandierten Graphitteilchen mit einer Dichte von 0,003 bis 0,02 g/cm³ in einer vorbestimmten Menge in eine Metallform gegeben. Außerdem wird das kohlenstoffhaltige Material für den Separator vorbereitet, indem es auf beiden Oberflächen mit Klebstoff behandelt wird. Die expandierten Graphitteilchen werden in vorbestimmter Menge darauf aufgebracht und die so angeordneten Materialien werden der Heißpressung bei einer Temperatur von 100 bis 180°C und einem Druck von 0,10 bis 20 MPa über einen Zeitraum von 1 bis 60 Minuten unterworfen.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße Kohlenstoffprodukt als Elektrodensubstrat wie folgt hergestellt werden. Die beiden flexiblen Graphitfolien werden jeweils mit den beiden Oberflächen des kohlenstoffhaltigen Materials für den Separator verbunden. Die kohlenstoffhaltigen Vorsprungsbereiche werden auf jeder der äußeren Flächen beider flexibler Graphitfolien gebildet. Der so gebildete Körper wird, gegebenenfalls nach Calcinierung, mit dem kohlenstoffhaltigen Material für die flache Platte, das ebenfalls calciniert worden sein kann, verbunden. Das so verbundene Material wird in einer inerten Atmosphäre calciniert.

Da der Durchlaß für den gasförmigen Reaktanten bei dem so hergestellten Kohlenstoffprodukt als Elektrodensubstrat in der porösen kohlenstoffhaltigen Schicht durch eine Vielzahl von kohlenstoffhaltigen Vorsprungsbereichen gebildet wird, ist der Abstand vom Durchlaß für den gasförmigen Reaktanten zum Separator im Vergleich zu den ausgedehnten Hohlräumen gemäß US-PS 45 22 895 geringer und die Dicke wird geringer (z. B. etwa 0,5 mm für ein Substrat), was zu einer Verringerung des elektrischen und des Wärmewiderstands um 10 bis 15% führt. Außerdem ist durch die geteilten Vorsprungsbereiche die zweidimensionale Weichheit des Substrats erzielt worden. Die Spannung während der Calcinierung wird verteilt, was die Herstellung eines Kohlenstoffprodukts mit größeren Abmessungen bei erstaunlich verbesserter Produktivität ermöglicht.

Weiterhin kann der gasförmige Reaktant gleichförmig im Elektrodensubstrat verteilt werden. Wie ssich aus den Daten zur Häufigkeit des Auftretens von Ablösungen während der Calcinierung in Tabelle 1 ergibt, erhöht sich die Häufigkeit des Auftretens von Ablösungen in einem Elektrodensubstrat (es wurde eine dreischichtige Struktur unter Verwendung einer Kohlenstoffplatte als gasundurchlässige Schicht verwendet), wenn die Größe des Elektrodensubstrats vergrößert wird, was zu einer Verringerung der Produktivität führt. Andererseits ist die Häufigkeit des Auftretens von Ablösungen beim erfindungsgemäßen Verfahren bei den entsprechenden Elektrodensubstratgrößen bemerkenswert gering, was bedeutet, daß auch eine Produktion von großen Elektrodensubstraten durchgeführt werden kann.

Tabelle 1

Häufigkeit des Auftretens von Ablösungen

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1

Nach Herstellung verschiedener weiter unten beschriebener kohlenstoffhaltiger Materialien mit Abmessungen von 150 mm im Quadrat und 20 mm Dicke wurde zwischen jedes Paar der so hergestellten kohlenstoffhaltigen Materialien bei jeder in Tabelle 2 angegebenen Kombination eine flexible Graphitfolie (GRAFOIL®) eingefügt. Nach Verkleben der drei Materialstücke wurde der so hergestellte dreischichtige Körper in einer Stickstoffatmosphäre bei 2000°C calciniert. Das Experiment wurde 10mal mit derselben Kombination der kohlenstoffhaltigen Materialien wiederholt und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben. Die in Tabelle 2 angegebene Zahl ist die Zahl der Produkte, die einen guten Zusammenhalt zeigten.

Der so erhaltene Verbindungszustand ist in Fig. 1 dargestellt. Fig. 1(1) zeigt die Verbindung von zwei Seiten von 150 mm × 20 mm und Fig. 1(2) zeigt die Verbindung von zwei Flächen von 150 mm im Quadrat.

Die kohlenstoffhaltigen Materialien, die flexible Graphitfolie, der Klebstoff und die Verbindungsbedingungen waren wie folgt.

1) Kohlenstoffhaltige Materialien 1)-1 Kohlenstoffhaltiges Material Nr. 1

Es wurden 60 Gew.-% kurze Kohlefasern (durchschnittlicher Durchmesser 14 µm und durchschnittliche Länge 400 µm) und 40 Gew.-% eines Phenolharzes vom Resoltyp gemischt. Die so erhaltene Mischung wurde in eine Metallform gegeben und bei einer Temperatur von 130°C und einem Druck von 5,00 MPa 20 Minuten lang preßgeformt, so daß das kohlenstoffhaltige Material Nr. 1 erhalten wurde.

1)-2 Kohlenstoffhaltiges Material Nr. 2

Das nicht calcinierte kohlenstoffhaltige Material gemäß 1)-1 wurde mit einer Geschwindigkeit von 50°C/h in einer Stickstoffatmosphäre auf 2000°C erhitzt. Hierfür wurde ein elektrischer Ofen verwendet. Es wurde 60 Minuten lang bei dieser Temperatur calciniert, so daß das kohlenstoffhaltige Material Nr. 2 erhalten wurde.

1)-3 Kohlenstoffhaltiges Material Nr. 3

Es wurden 65 Gew.-% eines Materials, das durch Calcinieren von oxidierten Pechteilchen (durchschnittlicher Teilchendurchmesser 5 µm) in einer Stickstoffatmosphäre bei 850°C erhalten worden war, und 35 Gew.-% desselben Phenolharzes wie bei 1)-1 gemischt. Die so erhaltene Mischung wurde in eine vorgegebene Metallform gegeben und bei einer Formungstemperatur von 140°C und einem Formungsdruck von 10 MPa und einem Druckbeibehaltungszeitraum von 30 Minuten geformt. Das so erhaltene Material wurde mit einer Geschwindigkeit von 50°C/h in einer Stickstoffatmosphäre unter Verwendung eines elektrischen Ofens auf 2000°C erhitzt und 60 Minuten bei dieser Temperatur unter Erhalt des kohlenstoffhaltigen Materials Nr. 3 calciniert.

1)-4 Kohlenstoffhaltiges Material Nr. 4

Ein im Handel erhältliches Graphitmaterial mit einer Dichte von 1,7 g/cm³ wurde als kohlenstoffhaltiges Material Nr. 4 verwendet.

Anmerkung: Von jedem Paar der oben beschriebenen kohlenstoffhaltigen Materialien, wurde eines durch Verformen oder mechanische Bearbeitung so verarbeitet, daß Vertiefungsbereiche ausgebildet wurden. Diese Vertiefungsbereiche waren die nicht verbindenden Bereiche und das Verhältnis der Gesamtfläche der nicht verbindenden Bereiche zur Gesamtfläche der Verbindungsfläche betrug 50%.

2) Flexible Graphitfolie

Es wurden im Handel erhältliche flexible Graphitfolien verwendet (GRAFOIL®, Dicke 0,25 mm, Dichte 1,2 g/cm³, Druckverformungskoeffizient 1,02 × 10^-4 cm²/N).

3) Klebstoff

In 100 Gewichtsteilen Methylethylketon wurden bei Raumtemperatur zur Herstellung des Klebstoffs 80 Gewichtsteile desselben Phenolharzes wie in 1)-1 gelöst.

4) Verbindungsbedingungen

Nach Aufbringung des Klebstoffs auf die Verbindungsflächen der zu verbindenden kohlenstoffhaltigen Materialien wurden die so behandelten kohlenstoffhaltigen Materialien bei einer Temperatur von 130°C, einem Druck von 0,5 MPa und einem Druckbeibehaltungszeitraum von 30 Minuten miteinander verbunden.

5) Calcinierung

Nach dem Verbinden wurden die so verbundenen kohlenstoffhaltigen Materialien mit einer Geschwindigkeit von 50°C/h in einer Stickstoffatmosphäre unter Verwendung eines elektrischen Ofens auf 2000°C erhitzt und 60 Minuten lang bei dieser Temperatur calciniert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.

Tabelle 2

Die Ergebnisse in Tabelle 2 machen klar, daß die Einfügung einer flexiblen Graphitfolie zwischen den kohlenstoffhaltigen Materialien und das Vorhandensein von nicht verbindenden Bereichen auf der Verbindungsfläche beim Verbinden der kohlenstoffhaltigen Materialien zu einem guten Verbindungszustand führt.

Vergleichsbeispiel 1

Die Ergebnisse, die beim Verbinden der kohlenstoffhaltigen Materialien ohne Verwendung von GRAFOIL® und bei Verwendung desselben Klebstoffes wie in Beispiel 1 erhalten worden sind, sind in Tabelle 3 wiedergegeben. Wenngleich die kohlenstoffhaltigen Materialien und die Verbindungsbedingungen die gleichen wie in Beispiel 1 waren, wiesen die kohlenstoffhaltigen Materialien keine Vertiefungsbereiche auf.

Tabelle 3

Wie sich aus Tabelle 3 ergibt, wurden gute Verbindungszustände erhalten, wenn die zu verbindenden kohlenstoffhaltigen Materialien einander verhältnismäßig ähnlich waren. In anderen Fällen war es jedoch unmöglich, vorteilhafte Verbundprodukte zu erhalten.

Beispiel 2

Nach Verbinden der folgenden verschiedenen kohlenstoffhaltigen Materialien mit verschiedenen Abmessungen unter Einfügen von GRAFOIL® Graphitfolie und Anwendung desselben Klebstoffs und derselben Verbindungsbedingungen wie in Beispiel 1 wurden die so verbundenen Materialien wie in Beispiel 1 calciniert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 wiedergegeben.

Das Verbinden wurde nach einer Verfahrensweise, wie sie in Fig. 1(2) dargestellt ist, durchgeführt. Danach wurden die kohlenstoffhaltigen Materialien mit denjenigen Oberflächen verbunden, die die maximalen Abmessungen besaßen. Das Experiment wurde 10mal mit derselben Kombination von kohlenstoffhaltigen Materialien wie in Beispiel 1 wiederholt.

Kohlenstoffhaltiges Material 2)-1 Kohlenstoffhaltiges Material Nr. 1′

Es wurden 70 Gew.-% kurze Kohlefasern (durchschnittlicher Durchmesser 14 µm und durchschnittliche Länge 400 µm) und 30 Gew.-% desselben Phenolharzes wie in Beispiel 1 gemischt. Die so erhaltene Mischung wurde in eine vorgegebene Metallform gegeben und bei einer Formungstemperatur von 130°C, einem Formungsdruck von 5,00 MPa und einer Druckbeibehaltungszeit von 20 Minuten geformt.

2)-2 Kohlenstoffhaltiges Material Nr. 2′

Dasselbe Material wie das kohlenstoffhaltige Material Nr. 3 in Beispiel 1.

2)-3 Kohlenstoffhaltiges Material Nr. 3′

Dasselbe im Handel erhältliche Graphitmaterial wie kohlenstoffhaltiges Material Nr. 4 in Beispiel 1.

Anmerkung: Von jedem Paar der oben beschriebenen kohlenstoffhaltigen Materialien wurde ein Material durch Formen oder mechanische Bearbeitung so verarbeitet, daß Vertiefungsbereiche auf der Verbindungsfläche ausgebildet wurden. Diese Vertiefungsbereiche waren die nicht verbindenden Bereiche.

Tabelle 4

Vergleichsbeispiel 2

Nach dem Verbinden verschiedener kohlenstoffhaltiger Materialien gemäß Tabelle 5 unter Einfügung von GRAFOIL® und unter Verwendung desselben Klebstoffes wie in Beispiel 1 wurden die so verbundenen Materialien in einer Stickstoffatmosphäre bei 2000°C calciniert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 wiedergegeben.

Das Verbinden wurde ausgeführt, um die Oberflächen mit maximaler Abmessung gemäß der Ausführungsform von Fig. 1(2) zu verbinden, ohne daß irgendwelche Vertiefungsbereiche auf den Verbindungsflächen vorgesehen waren.

Die kohlenstoffhaltigen Materialien, die flexible Graphitfolie, der Klebstoff und die Bedingungen des Verbindens und der Calcinierung sowie die Anzahl der Wiederholungen des Experiments waren die gleichen wie in Beispiel 2.

Tabelle 5

Beim Verbindungsverfahren gemäß Vergleichsbeispiel 1, bei dem die Gesamtfläche von einer der Oberflächen der kohlenstoffhaltigen Materialien beim Verbinden ohne Verwendung einer eingefügten flexiblen Graphitfolie verwendet wurde, war es nahezu unmöglich, einen guten Verbindungszustand zu erhalten.

Wie sich jedoch aus Vergleichsbeispiel 2 ergibt, war es selbst bei Verwendung derselben kohlenstoffhaltigen Materialien wie in Vergleichsbeispiel 1 möglich, ein Kohlenstoffprodukt frei von Krümmungen, Rissen und Ablösungen zu erhalten, wenn kohlenstoffhaltige Materialien von weniger als 500 mm im Quadrat unter Verwendung der zwischen den kohlenstoffhaltigen Materialien eingefügten flexiblen Graphitfolie miteinander verbunden wurden. Wenn jedoch kohlenstoffhaltige Materialien von nicht weniger als 700 mm im Quadrat verbunden wurden, verringerte sich die Produktausbeute.

Unter diesen Bedingungen ist es, wie Beispiel 2 zeigt, erfindungsgemäß möglich, Kohlenstoffprodukte mit einer Abmessung von einer Größe wie 700 mm im Quadrat zu erhalten, die frei von jeglicher Krümmung, Rißbildung und Ablösung sind, und zwar in einer Ausbeute von 100%. Außerdem ist es möglich, das Kohlenstoffprodukt auch mit größerer Abmessung, z. B. 1200 mm im Quadrat zu erhalten.

Beispiel 3 Herstellung von kohlenstoffhaltigen flachen Platten 3)-1 Kohlenstoffhaltige Form

40 Gew.-% derselben kurzen Kohlefasern wie in Beispiel 1, 30 Gew.-% desselben Phenolharzes wie in Beispiel 1 und 30 Gew.-% Polyvinylalkoholteilchen (durchschnittlicher Teilchendurchmesser 180 mm) wurden miteinander gemischt. Die so erhaltene Mischung wurde in eine vorgegebene Metallform gegeben und bei einer Formungstemperatur von 130°C, einem Formungsdruck von 5,00 MPa und einer Druckbeibehaltungszeit von 20 Minuten geformt, um einen kohlenstoffhaltigen Formkörper zu ergeben.

3)-2 Imprägniertes Kohlefaserpapier

Kohlefaserpapierblätter wurden nach Papierherstellungsverfahren aus Kohlefasern (durchschnittliche Länge 7 mm) mit einem Flächengewicht von 100 g/m², Polyvinylalkoholfasern (durchschnittliche Länge 3 mm) mit einem Flächengewicht von 30 g/m² und Holzpulpe mit einem Flächengewicht von 5 g/m² als Verbindungsmittel hergestellt.

Das so hergestellte Kohlefaserpapier wurde mit einer verdünnten Lösung desselben Phenolharzes wie in Beispiel 1 in Methylethylketon (die Konzentration des Phenolharzes betrug 10 Gew.-%) imprägniert, um ein Kohlefaserpapierblatt zu erhalten, das mit 20 g Phenolharz je 100 g des Kohlefaserpapiers imprägniert war.

Beispiel 4 Herstellung des Elektrodenteilmaterials 4)-1 Nicht-calciniertes Elektrodenteilmaterial

Auf die untere in Fig. 4 dargestellte Metallform wurde der kohlenstoffhaltige Formkörper, der in 3)-1 von Beispiel 3 hergestellt worden war, aufgebracht. Dann wurde darauf eine mittlere Metallform plaziert. Eine Mischung aus 40 Gew.-% derselben kurzen Fasern wie in Beispiel 1, 30 Gew.-% desselben Phenolharzes wie in Beispiel 1 und 30 Gew.-% derselben Polyvinylalkoholteilchen wie in Beispiel 3 (die zur Bildung der kohlenstoffhaltigen Vorsprungsbereiche verwendete Mischung) wurde in die Hohlräume der mittleren Metallform gegeben. Die so angeordneten Materialien wurden der Heißpressung bei 140°C unter einem Druck von 1,0 MPa über einen Zeitraum von 30 Minuten unterworfen, um ein nichtcalciniertes Elektrodenteilmaterial wie in Fig. 3(1) dargestellt zu erhalten. Die Form und Anordnung der kohlenstoffhaltigen Vorsprungsbereiche war so, daß d 2 mm und das Verhältnis der Gesamtfläche der nicht-verbindenden Bereiche zur Gesamtfläche der Verbindungsfläche 50% betrugen.

4)-2 Anderes nicht-calciniertes Elektrodenteilmaterial

Auf die untere Metallform gemäß Fig. 4 wurde ein Kohlefaserpapierblatt, wie es in 3)-2 von Beispiel 3 hergestellt worden war, aufgebracht. Nachdem darauf eine mittlere Metallform plaziert worden war, wurde die Mischung zur Bildung der kohlenstoffhaltigen Vorsprungsbereiche hergestellt gemäß 4)-1 zugeführt. Dann wurde auf die Mischung eine obere Metallform aufgesetzt und die so angeordneten Materialien wurden der Heißpressung bei 140°C und einem Druck von 1,0 MPa über einen Zeitraum von 30 Minuten unterworfen, um ein weiteres nicht-calciniertes Elektrodenteilmaterial mit der Querschnittsflächenform und der Anordnung der kohlenstoffhaltigen Vorsprungsbereiche wie in Fig. 3(2) dargestellt zu erhalten. d war 2 mm und das Verhältnis der Gesamtfläche der nicht-verbindenden Bereiche zur Gesamtfläche der Verbindungsfläche betrug 64%.

Die nicht-calcinierten kohlenstoffhaltigen Elektrodenteilmaterialien, die in 4)-1 und 4)-2 hergestellt worden waren, wurden mit einer Geschwindigkeit von 50°C/h in einer Stickstoffatmosphäre unter Verwendung eines elektrischen Ofens auf 2000°C erhitzt und 60 Minuten bei dieser Temperatur calciniert, um calcinierte kohlenstoffhaltige Elektrodenteilmaterialien zu erhalten.

Beispiel 5 Herstellung von Elektrodenmaterialien als ein Kohlenstoffkörper 5)-1

In eine Metallform von vorbestimmter Form wurde die Mischung zur Bildung der kohlenstoffhaltigen Vorsprungsbereiche gemäß 4)-1 von Beispiel 4 und der kohlenstoffhaltige Formkörper hergestellt gemäß 3)-1 von Beispiel 1 gegeben. Diese Materialien wurden dann der Heißpressung bei 140°C unter einem Druck von 5,0 MPa über einen Zeitraum von 30 Minuten unterworfen, um ein nicht-calciniertes Elektrodenteilmaterial ähnlich dem von 4)-1 von Beispiel 4 zu erhalten.

5)-2

Das so erhaltene nicht-calcinierte Elektrodenteilmaterial wurde in der gleichen Weise wie in 4)-3 von Beispiel 4 calciniert, um ein Elektrodenteil-Kohlenstoffmaterial zu erhalten.

Beispiel 6 Herstellung eines Elektrodensubstrats

Nach Aufbringung desselben Klebstoffs wie in Beispiel 1 auf jede Oberfläche von 2 GRAFOIL® Folien (0,1 mm dick, Dichte 1,2 g/cm³, Druckverformungskoeffizient 1,02 × 10^-4 cm²/N) und eines im Handel erhältlichen Graphitmaterials (in Form einer Folie, Dichte 1,7 g/cm³) für den Separator wurden diese jeweils mit zwei der folgenden sechs Arten von bereits hergestellten kohlenstoffhaltigen Materialien bei 130°C unter einem Druck von 0,59 MPa über einen Zeitraum von 30 Minuten verbunden.

In Beispiel 6 verwendete kohlenstoffhaltige Materialien

1. Nicht-calciniertes Elektrodenteilmaterial gemäß 4)-1 von Beispiel 4.
2. Anderes nicht-calciniertes Elektrodenteilmaterial gemäß 4)-2 von Beispiel 4.
3. Calciniertes Elektrodenteilmaterial gemäß 4)-3 von Beispiel 4 basierend auf 4)-1 von Beispiel 4.
4. Calciniertes Elektrodenteilmaterial gemäß 4)-3 von Beispiel 4 basierend auf 4)-2 von Beispiel 4.
5. Nicht-calciniertes Elektrodenteilmaterial gemäß 5)-1 von Beispiel 5.
6. Calciniertes Elektrodenteilmaterial gemäß 5)-2 von Beispiel 5.

Dann wurden die so verbundenen Materialien mit einer Geschwindigkeit von 50°C/h in einer Stickstoffatmosphäre auf 2000°C erhitzt und 60 Minuten bei dieser Temperatur calciniert, so daß sechs Arten von Elektrodensubstraten erhalten wurden, wobei jedes Elektrodensubstrat in den Abmessungen 100 mm im Quadrat, 170 mm im Quadrat, 350 mm im Quadrat und 650 mm im Quadrat hergestellt wurde. Die Herstellung jeder Größe der sechs Arten des Elektrodensubstrats wurde 10mal wiederholt.

Wie Tabelle 4 zeigt, wurden bei 60 Produkten einer Abmessung keine schlechten Produkte erhalten. Vielmehr bestätigte sich die Überlegenheit der Kohlenstoffprodukte als Elektrodensubstrat für Brennstoffzellen gemäß der Erfindung und des Verfahrens zur Herstellung dieser Produkte im Vergleich zu herkömmlichen Produkten und Verfahren zur Herstellung dieser herkömmlichen Produkte.

Die physikalischen Eigenschaften des Elektrodensubstrats, das unter Verwendung des nicht-calcinierten Elektrodenteilmaterials gemäß 4)-1 von Beispiel 4 hergestellt worden war, sind in Tabelle 6 wiedergegeben.

Tabelle 6

Claims

1. Kohlenstoffprodukt, das Kohlenstoffmaterialien und zwischen den Kohlenstoffmaterialien eingefügte flexible Graphitfolien aufweist, wobei kohlenstoffhaltige Materialien und flexible Graphitfolie miteinander verbunden und die so verbundenen Materialien durch Calcinierung in einer inerten Atmosphäre zu einem Kohlenstoffkörper integriert worden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindungsfläche von mindestens einem der Kohlenstoffmaterialien sowohl verbindende Bereiche als auch nicht verbindende Bereiche aufweist, die gleichförmig auf der Verbindungsfläche angeordnet sind, und daß der Anteil der Gesamtfläche der nicht-verbindenden Bereiche auf der Verbindungsfläche des Kohlenstoffmaterials zur Gesamtfläche der Verbindungsfläche 20 bis 80% beträgt.

2. Kohlenstoffprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche der flexiblen Graphitfolie, die den nicht verbindenden Bereichen des Kohlenstoffmaterials entsprechen, ausgespart sind.

3. Kohlenstoffprodukt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Gesamtfläche der nicht-verbindenden Bereiche auf der Verbindungsfläche des Kohlenstoffmaterials zur Gesamtfläche der Verbindungsfläche 30 bis 70% beträgt.

4. Kohlenstoffprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es eine poröse Kohlenstoffplatte mit auf einer Fläche gleichförmig angeordneten Vorsprungsbereichen aus Kohlenstoff umfaßt.

5. Kohlenstoffprodukt nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgende Anordnung:

(1) eine Kohlenstoffplatte für einen Separator,
(2) flexible Graphitfolien auf beiden Oberflächen der Kohlenstoffplatte und
(3) poröse Kohlenstoffplatten gemäß Anspruch 4 auf beiden Graphitfolien, wobei die Vorsprungsbereiche mit den Graphitfolien verbunden sind.

6. Kohlenstoffprodukt nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen benachbarten Vorsprungsbereichen nicht mehr als 10 mm beträgt.

7. Kohlenstoffprodukt nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zur porösen Kohlenstoffplatte liegenden Querschnittsflächen der Vorsprungsbereiche viereckig, insbesondere rechteckig, rund oder elliptisch sind und die hierzu senkrechten Querschnittsflächen rechteckig, insbesondere quadratisch, oder trapezförmig sind.

8. Kohlenstoffprodukt nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprungsbereiche in Serie oder alternierend angeordnet sind.

9. Kohlenstoffprodukt nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Kohlenstoffplatte eine durchschnittliche Dichte von 0,25 bis 0,9 g/cm³ und einen Permeationskoeffizienten von nicht weniger als 8,49 × 10^-4 cm²/s · Pa besitzt und daß die durchschnittliche Dichte der Vorsprungsbereiche 0,40 bis 1,8 g/cm³ beträgt.

10. Verwendung des Kohlenstoffprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als Teil eines Elektrodensubstrats.

11. Verwendung des Kohlenstoffprodukts nach einem der Ansprüche 5 bis 9 als Elektrodensubstrat.

12. Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffprodukten nach den Ansprüchen 1 bis 9, bei dem flexible Graphitfolien zwischen kohlenstoffhaltige Materialien, die teilweise Vorsprungsbereiche zur Ausbildung von verbindenden Bereichen oder Vertiefungsbereiche zur Ausbildung von nicht-verbindenden Bereichen mit jeweils gleichförmiger Verteilung aufweisen, eingefügt werden, wobei der absolute Wert der Differenz der Raten (%) der linearen Expansion und Kontraktion zwischen den kohlenstoffhaltigen Materialien höchstens 3% beträgt, die Graphitfolien mit den kohlenstoffhaltigen Materialien durch ein Klebemittel verbunden werden und die so erhaltene Anordnung durch Calcinierung in inerter Atmosphäre zu einem Körper integriert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoffhaltiges Material ein gegebenenfalls in inerter Atmosphäre calciniertes Material verwendet wird, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:

(1) geformten kohlenstoffhaltigen Materialien, die ein kohlenstoffhaltiges Aggregat, gegebenenfalls ein Bindemittel und eine organische körnige Substanz umfassen, und
(2) geformten kohlenstoffhaltigen Materialien, die ein graphitisches Aggregat und ein Bindemittel umfassen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoffhaltiges Aggregat mindestens ein Aggregat ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlefasern, Kohleteilchen und oxydierten Pechteilchen verwendet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel mindestens ein Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Phenolharzen, Furanharzen, Epoxyharzen, Petroleumasphalt und Kohlepechen verwendet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als ein graphitisches Aggregat Graphitteilchen und/oder leicht graphitisierbare kohlenstoffhaltige Teilchen verwendet werden.

17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als flexible Graphitfolie ein Produkt verwendet wird, das durch Zusammenpressen von expandierten Graphitteilchen hergestellt ist, die erhalten worden sind, indem graphitische Teilchen von nicht mehr als 5 mm Durchmesser einer Säurebehandlung und außerdem einer Wärmebehandlung unterworfen worden sind, und eine Dicke von nicht mehr als 1 mm, eine Dichte von 0,5 bis 1,5 g/cm³ und einen Druckverformungskoeffizienten von nicht weniger als 1,02 × 10^-5 cm²/N.

18. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbinden der kohlenstoffhaltigen Materialien bei einer Temperatur, die mindestens 50°C über dem Schmelzpunkt des Klebemittels liegt, und einem Preßdruck von 0,01 bis 5,00 MPa durchgeführt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebemittel ein Klebemittel verwendet wird, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus (1) Lösungen von 5 bis 200 Gewichtsteilen eines Phenolharzes oder eines Pechs gelöst in 100 Teilen eines Lösungsmittels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, Aceton und Methylethylketon und (2) Schmelzen eines Phenolharzes, eines Epoxyharzes oder eines Furanharzes.

20. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebemittel eine Mischung von bis 100 Gewichtsteilen Kohlenstoffteilchen mit einem Durchmesser von nicht mehr als 200 µm mit 100 Gewichtsteilen eines Klebemittels gemäß Anspruch 19 verwendet wird.

21. Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Graphitfolie in situ hergestellt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein kohlenstoffhaltiges Material ohne Vorsprungsbereiche in eine Metallform eingebracht wird, das Klebemittel auf eine Oberfläche des kohlenstoffhaltigen Materials aufgebracht wird, anschließend expandierte Graphitteilchen gleichförmig auf das Klebemittel aufgebracht werden und die so angeordneten Materialien heißgepreßt werden.

23. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von kohlenstoffhaltigen Vorsprungsbereichen auf einer Oberfläche einer kohlenstoffhaltigen porösen Platte angeordnet wird und diese Anordnung zu einem Körper verbunden wird und gegebenenfalls in einer inerten Atmosphäre calciniert wird.

24. Verfahren nach Anspruch 12 zur Herstellung eines Elektrodensubstrats gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf beide Oberflächen einer kohlenstoffhaltigen Platte für einen Separator je eine flexible Graphitfolie und auf die Graphitfolien je eine Anordnung gemäß Anspruch 23 aufgebracht wird, die so angeordneten Materialien jeweils durch Verwendung eines Klebemittels miteinander verbunden werden und bei einer Temperatur von nicht weniger als 800°C in einer inerten Atmosphäre calciniert werden.

25. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen Graphitfolien mit jeder der beiden Oberflächen einer kohlenstoffhaltigen Platte für einen Separator verbunden werden, die kohlenstoffhaltigen Vorsprungsbereiche auf den äußeren Oberflächen der Graphitfolien gebildet werden, die so behandelten Materialien gegebenenfalls calciniert werden, nicht calcinierte oder calcinierte kohlenstoffhaltige poröse Platten mit den beiden Vorsprungsbereichen verbunden werden und die so erhaltene Anordnung der Calcinierung in einer inerten Atmosphäre unterworfen wird, so daß ein Kohlenstoffkörper erhalten wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoffhaltige poröse Platte und/oder als kohlenstoffhaltige Vorsprungsbereiche ein Produkt verwendet wird, das durch Formen einer Mischung aus kurzen Kohlefasern, einem Bindemittel und einer körnigen organischen Substanz zu einem Körper durch Heißpressen hergestellt worden ist.

27. Verfahren nach Anspruch 23 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoffhaltige poröse Platte, gegebenenfalls mit Vorsprungsbereichen, ein Produkt verwendet wird, das durch Imprägnieren einer Folie von Kohlenstoffaserpapier hergestellt aus Kohlenstoffasern als Basismaterial mit einem Phenolharz hergestellt worden ist.

28. Verfahren nach Anspruch 23 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoffhaltige Vorsprungsbereiche ein Produkt verwendet wird, das durch Formen einer Mischung aus Kohlenstoffteilchen und einem Bindemittel durch Heißpressen hergestellt worden ist.