BE1016029A3

BE1016029A3 - Elektrode voor een alkalische brandstofcel (afc) en werkwijze voor het vervaardigen van zulk een elektrode.

Info

Publication number: BE1016029A3
Application number: BE2004/0292A
Authority: BE
Original assignee: Vision Bv Met Beperkte Aanspra; Karichev Ziya
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2006-01-10
Also published as: EP1735861A4; KR20060127180A; WO2005096419A1; US20070178353A1; RU2256981C1; CA2555797A1; EP1735861A1

Abstract

Elektrode voor een alkalische brandstofcel met een isolatieraam (6) met openingen voor de aanvoer en afvoer van reageermiddelen, een netvormige stroomcollector (2) die in het voornoemde raam (6) is geplaatst met uitgangen (3) die buiten het raam (6) uitkomen, een actieve laag (9) en een grenslaag (10) die achtereenvolgens zijn aangebracht op de netvormige stroomcollector (2), daardoor gekenmerkt dat de punten (4) waar de stroomcollector (2) en de voornoemde uitgangen (3) in het isolatieraam (6) zijn geplaatst, evenals de omtrek van de stroomcollector (2), langsheen de binnenrand (8) van het isolatieraam (6) voorzien zijn van een afdichtlaag (5-7).

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Elektrode voor een alkalische brandstofcel (AFC) en werkwijze voor het vervaardigen van zulk een elektrode. De huidige uitvinding betreft een elektrode voor een alkalische brandstofcel (AFC) en een werkwijze voor het vervaardigen van zulk een elektrode. 



  Het betreft een uitvinding op het gebied van de elektrotechniek die gebruikt kan worden bij de productie van gasdiffusie-elektroden voor primaire batterijen, bijvoorbeeld voor AFC's met waterstofzuurstof (lucht). 



  Uit het FR 2. 300.425 is een raamconstructie-elektrode bekend met een isolatieraam, waarop periferisch gelijkmatig openingen zijn aangebracht voor de aan- en afvoer van werkstoffen. 



  Een nadeel van deze bekende elektrode bestaat erin dat deze geen externe, buiten het isolatieraam uitkomende stroomuitgangen heeft, wat tot gevolg heeft dat de elektrische commutatie van de elektroden van de brandstofcel bij het instellen van de module beperkt dient te blijven tot een seriële koppeling door middel van dubbelpolige platen. 



  Een ander nadeel van deze elektrode is dat het omwille van de gelijkmatige verdeling van de openingen over de volledige omtrek van de isolatieramen geheel 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 uitgesloten is om externe stroomuitgangen vanaf de elektroden te maken. 



  Uit het RU 2.183.370 is een gasdiffusie-elektrode bekend voor AFC' s met een isolatieraam met openingen voor de aanvoer en afvoer van werkstoffen, een netvormige stroomcollector, geplaatst in een raam met stroomuitgangen die buiten het raam uitkomen,. een actieve laag en een grenslaag, die achtereenvolgens op de stroomcollector zijn aangebracht. 



  Een nadeel van deze bekende elektrode is de ontoereikende houdbaarheid ervan, wat te maken heeft met de kans op uitlekken van de elektrolyt langs de plaatsen waar de stroomcollector en de uitgangen in het isolatieraam zijn geplaatst. Dit komt omdat bij het plaatsen van de netvormige stroomcollector in het raam het materiaal van het raam de mazen van het net niet volledig vult, waardoor de elektrolyt langzaamaan door de niet-gevulde mazen van het net van de stroomcollector naar de plaats van bevestiging vloeit. 



  Hierbij heeft de elektrolyt een splijtende werking op de plaatsen waar de stroomcollector en de uitgangen zijn geplaatst, wat leidt tot beschadiging van de hermetische afdichting op de montageplekken en tot het uitlekken van de elektrolyt. 



  Uit het RU 2. 044.370 kent men reeds een werkwijze voor het vervaardigen van een gasdiffusie-elektrode voor een alkalische brandstofcel, waarbij, op een poreuze 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 stroomcollector van nikkelschuim, achtereenvolgens een actieve laag en grenslagen worden aangebracht. 



  Een nadeel van de vermelde werkwijze voor het vervaardigen van de elektrode is de hoge kostprijs, wegens het gebruik van een dure stroomcollector en het ingewikkeld technologisch proces. 



  Uit het RU 2. 170.477 is een werkwijze bekend voor het vervaardigen van een gasdiffusie-elektrode voor een alkalische brandstofcel, waarbij een netvormige stroomcollector wordt gemaakt waarop achtereenvolgens een actieve laag en een grenslaag wordt aangebracht en de stroomcollector met de uitgangen in een raam wordt geplaatst. 



  Een nadeel van deze vervaardigingswijze is de lage houdbaarheid van de vervaardigde elektroden wegens het uitlekken van de elektrolyt langs de punten waar de randen van de stroomcollector en de uitgangen in het raam geplaatst zijn. 



  De huidige uitvinding heeft tot doel een antwoord te bieden aan één of meer van de voornoemde en andere nadelen, doordat zij voorziet in een gasdiffusieelektrode voor een alkalische brandstofcel, samen met een werkwijze voor het vervaardigen van zulk een elektrode die toelaat elektroden te produceren met een lange houdbaarheid.

   

 <Desc/Clms Page number 4> 

 Hiertoe betreft de uitvinding een elektrode voor een alkalische brandstofcel met een isolatieraam met openingen voor de aan- en afvoer van reageermiddelen, een netvormige stroomcollector die in een raam is geplaatst met uitgangen die buiten het raam uitkomen, een actieve laag en een grenslaag die achtereenvolgens zijn aangebracht op de netvormige stroomcollector, waarbij de punten waar de stroomcollector en de voornoemde uitgangen in het isolatieraam zijn geplaatst, evenals de omtrek van de stroomcollector langsheen de binnenrand van het isolatieraam voorzien zijn van een afdichtlaag. 



  Bij voorkeur bestaat de voornoemde afdichtlaag uit een materiaal dat niet door de elektrolyt kan worden doordrenkt. 



  Volgens een voorkeurdragend kenmerk van de uitvinding is de afdichtlaag gemaakt van fluorkunststof. 



  Een voordeel hiervan is dat de aanwezigheid van een afdichtlaag van materiaal dat niet door de elektrolyt kan worden doordrenkt op de punten waar de stroomcollector in het raam is geplaatst, zorgt voor een betrouwbare afdichting van de stroomcollector en de uitgangen in het raam en voorkomt dat de elektrolyt gaat lekken. 



  De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een elektrode voor 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 een alkalische brandstofcel, zoals hiervoor beschreven, door de vervaardiging van een netvormige stroomcollector met uitgangen, door het achtereenvolgens aanbrengen van een actieve laag en een grenslaag op de netvormige stroomcollector, het plaatsen van de stroomcollector met uitgangen in een isolatieraam, waarbij vóór het aanbrengen van de actieve laag en de grenslaag op de stroomcollector de randen van de stroomcollector en de uitgangen op de punten waar deze zijn geplaatst in het isolatieraam worden ingesmeerd met een lakoplossing, en dat na het plaatsen van de collector in het isolatieraam de omtrek van de collector langsheen de binnenrand van het isolatieraam wordt ingesmeerd met een lakoplossing. 



  Bij voorkeur wordt voor het aanbrengen van de lak een oplosmiddel gebruikt dat in de netvormige stroomcollector dringt en bestaat de lak uit een stof die na verdamping van het oplosmiddel één ononderbroken film vormt die ondoordringbaar is voor de elektrolyt. 



  Een voordeel hiervan is dat door de punten waar de stroomcollector en de uitgangen in het raam zijn geplaatst en door ook de omtrek van de stroomcollector langsheen de binnenrand van het isolatieraam te doordrenken met de oplossing van een stof die na uitdamping van het oplosmiddel een ononderbroken film vormt die ondoordringbaar is voor de alkalische elektrolyt, de stroomcollector in het isolatieraam 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 betrouwbaar kan worden afgedicht en dat kan worden voorkomen dat de elektrolyt gaat lekken. 



  Met het inzicht de kenmerken van de huidige uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven van een elektrode volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: figuur 1 schematisch een elektrode volgens de uitvinding weergeeft; figuur 2 een doorsnede weergeeft volgens lijn II-
II in figuur 1. 



  De elektrode 1 volgens de uitvinding bevat een stroomcollector 2 met uitgangen 3, plaats van bevestiging 4, een eerste afdichtlaag 5 op de plaats van bevestiging 4 aan het isolatieraam 6 met openingen voor de aanvoer en de afvoer van de reageermiddelen, welke niet zijn weergegeven in de figuren, een tweede afdichtlaag 7 langsheen de binnenrand 8 van het isolatieraam 6, een actieve laag 9 en een grenslaag 10. 



  Hierna is een praktische uitvoeringsvorm beschreven van een elektrode voor een alkalische brandstofcel (AFC) volgens de uitvinding. 



  Van een 0,4 millimeter dik nikkelnet met een maasgrootte van 0. 05 x 0,05 millimeter werd een 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 stroomcollector gesneden van 100 x 200 millimeter met vier uitgangen van 20 x 40 millimeter. 



  De rand van de stroomcollector werd op de plaatsen waar de collector later in het isolatieraam zou worden geplaatst, bedekt met een laag fluorkunststoflak LF-32L (TU6-05-1884-80),   "Plastpolymer"   Ltd en vervolgens werd de stroomcollector in de open lucht te drogen gelegd gedurende 24 uren. 



  De actieve laag werd gemaakt van een mengsel van grafiet (90%) en teflon (10%) voor de waterstofelektrode, en van een mengsel van grafiet (67%), actieve kool (23%) en teflon (10%) voor de zuurstofelektrode (lucht) en werd nauwkeurig gemengd en uitgestreken in een blad van de nodige dikte. 



  Uit dit geheel werd een actieve laag met de nodige afmetingen gesneden. 



  De grenslaag werd gemaakt van een mengsel van teflon (30%) en ammoniumbicarbonaat (70%). 



  Het mengsel werd nauwkeurig gemengd en uitgestreken in een blad van de nodige dikte en uit dit geheel werd een grenslaag met de nodige afmetingen gesneden. 



  Vervolgens werden de actieve laag en de grenslaag op de stroomcollector geplaatst en werden de lagen aan de stroomcollector geperst. 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 



  Deze constructie werd met een druk van 200 ton en bij een temperatuur van 220  C door middel van gieten aan een raam van ABS-hars bevestigd. 



  De elektroden werden nu langsheen de binnenrand van het isolatieraam ingesmeerd met een laag lak in de vorm van een 4 millimeter brede streep. 



  De vervaardigde waterstof- en zuurstof- (lucht-) elektroden werden in een experimentcel geplaatst en getest met lucht en waterstof bij een temperatuur van 70  C gedurende 1000 uren bij een ladingsstroomdichtheid van 50 mA/cm2. 



  Tijdens de test werd er geen elektrolytlek waargenomen ; de elektrische kenmerken bleven stabiel. 



  De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm, doch een dergelijke werkwijze en elektrode voor een alkalische brandstofcel volgens de uitvinding kunnen volgens verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims

Conclusies. l.- Elektrode voor een alkalische brandstofcel met een isolatieraam (6) met openingen voor de aanvoer en afvoer van reageermiddelen, een netvormige stroomcollector (2) die in het voornoemde raam (6) is geplaatst met uitgangen (3) die buiten het raam (6) uitkomen, een actieve laag (9) en een grenslaag (10) die achtereenvolgens zijn aangebracht op de netvormige stroomcollector (2), daardoor gekenmerkt dat de punten (4) waar de stroomcollector (2) en de voornoemde uitgangen (3) in het isolatieraam (6) zijn geplaatst, evenals de omtrek van de stroomcollector (2), langsheen de binnenrand (8) van het isolatieraam (6) voorzien zijn van een afdichtlaag (5-7).
2.- Elektrode volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde afdichtlaag (5-7) is gemaakt van een stof waar geen elektrolyt doordringt.
3.- Elektrode volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde afdichtlaag (5-7) gemaakt is van fluorkunststof.
4.- Werkwijze voor het vervaardigen van een elektrode (1) voor een alkalische brandstofcel, bestaande uit de vervaardiging van een netvormige stroomcollector (2) met uitgangen (3), het achtereenvolgens aanbrengen van een actieve laag (9) en een grenslaag (10) op de <Desc/Clms Page number 10> netvormige stroomcollector (2), het plaatsen van de stroomcollector (2) met de voornoemde uitgangen (3) in een isolatieraam (6), daardoor gekenmerkt dat vóór het aanbrengen van de actieve laag (9) en de grenslaag (10) op de stroomcollector (2) de randen van de stroomcollector (2) en de uitgangen (3) op de punten (4) waar deze in het isolatieraam (6) zijn geplaatst, worden ingesmeerd met een lakoplossing, en dat, na het plaatsen van de stroomcollector (2) in het isolatieraam (6), de omtrek van de stroomcollector (2) langsheen de binnenrand (8) van het isolatieraam (6)

wordt ingesmeerd met een lakoplossing.
5. - Werkwijze volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt dat er voor de lak een oplosmiddel wordt gebruikt dat doordringt in de netvormige stroomcollector (2), en dat er als lak een stof wordt gebruikt die na uitdamping van het oplosmiddel een ononderbroken film vormt die ondoordringbaar is voor de elektrolyt.