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Für eine elektrische Zelle geeignete Elektrode
Die hrflnduiig betrifft eine für elektrische Zellen geeignete Elektrode, welche eine zusammenpress- bare, nicht leitfähige Unterlage und eine leitende Schicht auf der einen Seite derselben enthält.
In elektrischen Zellen, z. B. Brennstoffzellen, in welchen die Elektrode in der Zelle als die reagie- renden Flüssigkeiten der Zelle trennende Trennwand dient, enthält eine vorteilhafte Type von Elektroden eine poröse, zusammenpressbare, relativ nicht leitfähige Unterlage und eine auf diese aufgebrachte po- röse, verhältnismässig leitfähige Schicht ; auf Elektroden dieser Art bezieht sich die Erfindung. In der Zelle kann ein im wesentlichen metallisches Stromanschlusselement in Kontakt mit der leitenden Schicht der
Elektrode zwecks Leitung von elektrischem Strom angeordnet werden. Bei Einbau der Elektrode in die
Zelle ist es erwünscht, die Elektrode an ihren Kanten zusammenzupressen, um ein Lecken der Flüssigkeit über die Kante von einer Seite der Elektrode zur andern auf ein Mindestmass herabzusetzen.
Das Pressen der Elektrode in dieser Weise kann aber zu einer Schädigung der leitenden Schicht führen, wodurch der Strom aus der Zelle und in diese ungünstig beeinflusst wird.
Gemäss der Erfindung wird eine für eine elektrische Zelle geeignete Elektrode geschaffen, welche eine zusammenpressbare, nicht leitfähige Unterlage und eine leitende Schicht auf einer Seite derselben enthält. Diese Elektrode ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenseite der leitenden Seite flach ausgebildet ist, und dass die nichtleitende Unterlage aussenseitig über einen Rand längs deren ganzer Peripherie eine Verdünnung aufweist. Mit einer solchen Elektrode können die oben erwähnten Schwierigkeiten wesentlich verringert werden.
Die Pressung vor dem endgültigen Zusammenbau der Zellen für die Verwendung kann durch Vorpressen der Elektrode zwischen einer ebenen Fläche, welche sich über die gesamte leitende Seite der Elektrode erstreckt, und einem Element, welches die Fläche bedeckt, von der gewünscht wird, dass sie schliesslich für Abdichtungszwecke zusammengepresst sein soll, erfolgen. Das Pressen kann jedoch auch in situ durch Anwendung eines Presselementes, z. B. des Stromanschlusses, auf der leitenden Seite der Elektrode erfolgen. Dieses Presselement erstreckt sich zwar nicht vollständig über die leitende Seite, erstreckt sich aber an allen Punkten längs der Kante weiter über die Elektrodenfläche als das Presselement der nichtleitenden Schicht.
Alle Hinweise in vorliegender Beschreibung auf "leitend" und von diesem Begriff abgeleitete Ausdrücke beziehen sich auf elektrische Leitfähigkeit.
Die Unterlage kann von jedem porösen, zusammenpressbaren, verhältnismässig nicht leitfähigen Material gebildet werden und darf von dem in der Zelle verwendeten Elektrolyten nicht angegriffen werden.
Das unter der Handelsbezeichnung"Porvic"bekannte Material-ein mikroporöses Polyvinylchlorid - ist besonders geeignet.
Die auf die Unterlage aufgebrachte, leitfähige Schicht kann selbst ein Material darstellen, das als Katalysator für die spezielle Elektrodenreaktion wirkt, oder kann mit einem solchen Material überzogen sein. Im allgemeinen enthält die leitende Fläche eine dünne Schicht aus einem metallischen Element oder einer Legierung eines solchen. Silber, Gold, Palladium, Platin, Osmium, Iridium, Rhodium, Mangan, Kupfer, Nickel und Blei können als leitfähiges Material der Elektrode verwendet werden. Die leit-
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fähige Schicht der Elektrode kann auch Kohlenstoff enthalten.
Bei der bevorzugten Elektrode gemäss der Erfindung, wird eine mikroporöse Unterlage aus elektrisch nicht leitfähigem Material, wie "Porvic", durch Vakuumverdampfung mit einem dünnen Film aus Silber
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weitere Schicht von Palladiummohr aufgebracht werden kann, aktiviert. Eine solche Elektrode ist in der brit. Patentschrift Nr. 874,283 beschrieben.
Die Form der Elektrode ist für die Zwecke der Erfindung unwesentlich, und obwohl hier Elektroden beschrieben sind, welche Kreisform aufweisen, muss doch bemerkt werden, dass die Erfindung in keiner Weise auf kreisförmige Elektroden beschränkt ist.
Zum besseren Verständnis dient die nachfolgende, ins einzelne gehende Beschreibung.
In den Zeichnungen bedeuten Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Zelle für gasförmige Brennstoffe in einer Ebene im rechten Winkel zu der Fläche der Elektroden und Fig. 2 einen senkrechten Schnitt in einer Ebene im rechten Winkel zu der Fläche einer Elektrode, wobei ein Verfahren zum Zusammenpressen der Elektrode gemäss der Erfindung dargestellt ist. Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt einer Elektrode
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nicht leitfähige Unterlage 5 aufweist, sowie eine poröse, verhältnismässig leitfähige Schicht 6. Die Elektrode wird mit Hilfe eines nicht leitfähigen, undurchlässigen Abstandshalters 7 von einer ähnlichen, aber spiegelbildlich ausgebildeten Elektrode getrennt gehalten, die ihrerseits mit einem Stromanschluss 3 in Berührung steht.
Ein Elektrolytraum 9 wird durch ein Paar von nach innen gerichteten, nicht leitfähigen Elektrodenflächen 5 und einem Abstandshalter 7 hergestellt. Ein Gasraum 10 wird entweder durch ein Paar von nach innen gerichteten leitfähigen Schichten 6 und einem Abstandshalter 2 oder durch eine leitfähige Schicht 6, welche einer Endplatte 1 gegenübersteht und von dieser durch einen Abstandshalter 2 getrennt ist, begrenzt. Die Abstandshalter 2 und 7 enthalten (nicht dargestellte) Leitungen für das Durchströmen von Gas und eines Elektrolyten in die Gas- und Elektrolyträume bzw. aus diesen, welche sie begrenzen. Der Stromanschluss 3 ist weitgehend ausgeschnitten, ausgenommen der Bereich in der Nähe der Kanten, um zu ermöglichen, dass Gas aus dem Gasraum 10 die leitende Schicht 6 der Elektrode erreicht.
Die Zelle nach Fig. l zeigt drei Gasräume 10 und zwei Elektrolyträume 9. Eine grössere Zelle kann durch Entfernen der Endplatte 1 und Hinzufügen von Elektroden, Stromanschlüssen, Dichtungen und Abstandshaltern, wie vorstehend beschrieben, aufgebaut werden, um abwechselnd Gas- und Elektrolyträume zu bilden. Diese Bauteile werden durch Bolzen 8 zusammengehalten, welche von einem Ende zum andern durch die Zelle verlaufen.
Wenn die Bolzen 8, welche die Bauelemente der Zelle zusammenhalten, festgezogen werden, wird eine Elektrode längs ihrer Kante auf die Dicke der ringförmigen Kantendichtung 4 durch die Presswirkung des Stromanschlusselementes 3 auf der leitenden Seite und den Abstandshalter 7 auf der nichtleitenden Seite zusammengepresst, so dass die Kanten der Elektroden gegen Hindurchströmen von Gas von der leitenden Seite der Elektrode um ihre Kante herum zu der nichtleitenden Seite und entsprechend gegen das Hindurchströmen von Elektrolyt von der nichtleitenden Seite der Elektrode um ihre Kanten herum zur leitenden Seite der Elektrode gesichert werden.
Wenn dieses Pressen erstmals während des Zusammenbaues der Zelle (d. h. also nicht in Übereinstimmung mit der Erfindung) durchgeführt wird, werden beide Aussenflächen der Elektroden verzerrt, wie in Fig. 3 mit gestrichelten Linien 13 dargestellt ist. Die Presswirkung des Stromanschlusselementes 3 auf die leitende Schicht 6 beschädigt diese leitende Fläche insbesondere an dem Punkt, an welchem ein guter elektrischer Kontakt mit dem Stromanschlusselement herbeigeführt werden sollte.
Gemäss der Erfindung wird jedoch die Verzerrung auf die nichtleitende Seite der Elektrode beschränkt und die leitendeseite bleibt unbeschädigt, wenn, wie in Fig. 2 dargestellt, die Elektrode vor dem Zusammenbau der Zelle gegen eine Pressunterlage 15 vorgepresst wird. Das Vorpressen wird zweckmässig mit Hilfe eines Ringes 16 von nur wenig geringerem innerem Durchmesser als der Dichtungsring 7 bewirkt, wobei das Mass der Verpressung ausreicht, die Dicke der Elektrode auf eine Dicke, wenig grösser als die Dicke der Kantendichtung 4, zu verringern. Wenn die Elektroden, wie beschrieben, in der Zelle zusammengesetzt sind, wird eine Schädigung der leitenden Schicht 6 der Elektrode verringert oder
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vollständig vermieden und die Leistung der Zelle wird wesentlich erhöht. Die Wirkung ist in Fig. 3 mit voll ausgezogenen Linien dargestellt.
Die Beispiele gemäss der nachstehenden Tabelle erläutern die Vorteile, die durch Vorpressen der Elektrode, gemäss der Erfindung, erzielt werden. Die angeführten Werte beziehen sich auf eine poröse, zusammenpressbare Elektrode von etwa 0,075 cm Dicke und einer Kantendichtungsdicke von etwa 0,025 cm, wobei alle Elektroden die gleiche Oberflächenausdehnung haben. Wasserstoff wurde als Brennstoff, und Sauerstoff als Oxydationsmittel verwendet. Der Elektrolyt war 6n-KOH. Die Versuche wurden bei Zimmertemperatur durchgeführt.
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Beispiel <SEP> Zahl <SEP> der <SEP> Behandlung <SEP> Spannung <SEP> : <SEP> Strom-Leistung <SEP>
<tb> Nr. <SEP> : <SEP> Elektroden <SEP> der <SEP> Elek- <SEP> stärke <SEP> (W) <SEP> : <SEP>
<tb> i. <SEP> d. <SEP> Zelle <SEP> troden <SEP> : <SEP> (A) <SEP> : <SEP>
<tb> 1 <SEP> 1 <SEP> keine <SEP> 1/2 <SEP> 31 <SEP> 10 <SEP> 1/2
<tb> 2 <SEP> 5 <SEP> keine <SEP> 2 <SEP> 121 <SEP> 52 <SEP> 1/2
<tb> 3 <SEP> 21 <SEP> @ <SEP> 10 <SEP> 1/2 <SEP> 12 <SEP> 120 <SEP> - <SEP> 140
<tb> vorgepresst2 <SEP> 1/2 <SEP> 32 <SEP> 80
<tb> il <SEP> S'21"10 <SEP> 1/2 <SEP> 35-37 <SEP> 367-388 <SEP>
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Ein Vergleich des Beispiels 2 mit Beispiel 4 und des Beispiels 3 mit Beispiel 5 zeigt, dass Elektroden gemäss der Erfindung eine wesentlich grössere Leistung ergeben als die Elektroden, welche nicht auf die beschriebene Weise behandelt wurden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Für eine elektrische Zelle geeignete Elektrode, welche eine zusammenpressbare, nicht leitfähige Unterlage und eine leitende Schicht auf einer Seite derselben enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenseite der leitenden Seite flach ausgebildet ist, und dass die nichtleitende Unterlage aussenseitig über einen Rand längs deren ganzer Peripherie eine Verdünnung aufweist.
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