Werkwijze voor het vervaardigen van een
elektrochemische cel of batterij De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een elektrochemische cel of batterij, bijvoorbeeld een brand stofcel of een brandstofcellenbatterij, bestaande uit een stapeling van plaatvormige elementen, waaronder tenminste twee elektrode-elementen die elk bestaan uit een vel of plaat elektrodemateriaal gevat in een kader uit met een thermohardende kunststof geïmpregneerd, elektrisch iso-
<EMI ID=1.1>
daarvan in nog niet uitgaharde toestand opstapelt tot een pakket van de gewenste samenstelling zodanig dat tussen de elementen gas- en/of vloeistofkamers gevormd worden, waarna men de stapeling onderwerpt aan een persbewerking bij een temperatuur waarbij de thermohardende kunststof polymeriseert en aldus de stapeling tot een samenhangend blok formeert.
Een dergelijke werkwijze Is bekend uit de ter Inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 75 09675. Bij deze bekende werkwi jze wordt op een baan elektrodemateriaal aan een kant of aan weerskanten een baan nog niet gepolymeriseerde, thermohardende kunststof bevattend vezelvlies vastgekleefd bij een temperatuur, waarbij de thermohardende kunststof kleefkracht bezit, doch nog niet polymeriseert. In het vezelvlies zijn ruimten uitgestansd om bovengenoemde gas en/of vloeistofkamers te vormen. De aldus verkregen banen worden tot plaatvormige elementen gesneden, die worden opgestapeld tot een pakket van de gewenste samenstelling. waarbij meestal tussen de elementen niet aan de kunststof hechtende strippen worden aangebracht voor het formeren van in de voltooide cel of batterij vereiste kanalen.
Het opgestapelde pakket wordt vervolgens onder een bepaalde druk gedurende een bepaalde tijd onderworpen aan een temperatuur waarbij de thermohardende kunststof polymeriseert. Door het vloeien van de kunststof worden de vellen elektrodemateriaal aan de ramen gehecht en worden de ramen onderling aan elkaar gehecht, zodat de stapeling tot een samenhangend blok geformeerd wordt; de strippen worden daarna uit de geformeerde kanalen getrokken en de open uiteinden van de kanalen aan de buitenkant van het blok worden afgedicht.
Het nadeel van deze werkwijze is dat er zeer veel van het thermohardende kunststof bevattende vezelvlies verloren gaat, met name de hoeveelheden vezelvlies welke uitgestansd moeten worden om de gas- en/of <EMI ID=2.1>
doel een werkwijze als in de aanhef omschreven te verschaffen, die dit nadeel niet heeft.
Volgens de uitvinding wordt een dergelijke werkwijze daardoor gekenmerkt, dat men uit één of meerdere vellen of banen nog niet gepolymeriseerde, thermohardende kunststof bevattend vezelvlies onderdelen snijdt welke samengesteld kunnen worden tot de gewenste kaders voor het elektrodemateriaal, men vervolgens een kader vormt van de benodigde vezelvliesmateriaalonderdelen, hierop een vel of plaat elektrodematerfaal
<EMI ID=3.1>
teriaalonderdelen, daarop eventueel nog een kader vormt, daarop weer een vel of plaat elektrodemateriaal plaatst en zo verder, en zo een stapeling van de gewenste samenstelling vormt, waarbij meestal tussen de samenstellende delen op een aantal plaatsen niet aan de kunststof hechtende strippen worden aangebracht voor het vormen van in de voltooide cel of batterij vereiste kanalen. De aldus verkregen stapeling wordt vervolgens onder een bepaalde druk gedurende een bepaalde tijd onderworpen aan een temperatuur waarbij de thermohardende kunststof polymeriseert.
Door het vloeien van de kunststof worden de vellen elektrodemateriaal aan de ramen gehecht en worden de kaderonderdelen en de ramen onderling aan elkaar gehecht, zodat de stapeling tot een samenhangend blok geformeerd wordt; de strippen worden daarna uit de geformeerde kanalen getrokken en de open uiteinden van de kanalen aan de buitenkant van het blok worden afgedicht.
Bij volgens deze werkwij ze vervaardigde elektrochemische cellen of batterijen doet zich soms het ongewenste verschijnsel voor dat het
<EMI ID=4.1>
de verschillende gas- en/of vloeistofkamers onderling lekkages kunnen voordoen, hetgeen uiteraard een goede werking van de cel of batterij verstoort. De oorzaak van deze onvolkomenheden moet waarschijnlijk daarin gezocht worden, dat het opwarmen van het tamelijk dikke gestapelde pakket zo langzaam verloopt, dat plaatselijk de temperatuur, waarbij de ongepolymeriseerde kunststof voldoende zou vloeien om een goed afgesloten blok te vormen, niet wordt bereikt. Daarom kan het van voordeel zijn, dat men in een eerste persbewerkingsstap afzonderlijk plaatvormige elektrodelementen vervaardigt door in een persmatrijs uit de bovengenoemde kaderonderdelen een kader samen te stellen, hierop een vel of plaat
<EMI ID=5.1> <EMI ID=6.1>
peratuur, bij welke temperatuur de thermohardende kunststof goed vloeit doch ten hoogste slechts in geringe mate polymeriseert, waarna men de verkregen plaatvormige elektrode-elementen en eventuele andere cel- of batterijdelen tot een pakket van de gewenste samenstelling opstapelt, en in een tweede persbewerkingsstap het pakket gedurende een relatief lange tweede tijd tot een samenhangend blok perst bij een relatief hoge tweede temperatuur, waarbij de thermohardende kunststof uithardt.
De genoemde relatief korte eerste tijd bedragt bij voorkeur 5 tot 60 seconden, de genoemde relatief lage eerste temperatuur bij voorkeur 70 tot 90 "C, afhankelijk van de gebruikte thermohardende kunststof. Het dunne raam van het elektrode-element wordt zeer snel geheel op een temperatuur gebracht, waarbij de viscositeit van de kunststof laag genoeg is om de rand van het elektrodemateriaal zodanig te omvloeien, dat een gas- en vloeistofdichte hechting tot stand komt. Door de korte duur van de verhitting vindt nauwelijks polymerisatie plaats.
<EMI ID=7.1>
nog steeds nauwelijks polymerisatie plaatsvindt. Polymerisatie en uitharding geschiedt in de tweede persbewerkingsstap. In deze stap bedraagt de genoemde relatief lange tweede tijd voor het verhitten en tot een blok persen van de stapeling bij voorkeur 10 tot 60 minuten, terwijl de genoemde relatief hoge tweede temperatuur bi j voorkeur 110 tot 180 "C bedraagt.
Bij de eerste persbewerking zijn In de persmatrijs bij voorkeur
<EMI ID=8.1>
deren met die van in het gestapelde pakket aan te brengen strippen voor het formeren van kanalen. Men bewerkstelligt aldus, dat in de elementen daar reeds uitsparingen aanwezig zijn, zodat de kanalen niet tijdens de tweede persbewerking door vloeien van de kunststof gevormd behoeven te worden, waarmede de oorzaak van slechte hechting langs de randen van de kanalen is weggenomen.
<EMI ID=9.1>
zijn tegen de in de cel te gebruiken vloeistoffen en gassen, mechanisch stabiel en voldoende sterk bij de bedrijfstemperatuur van de cel, die bijvoorbeeld tussen 50 en 200 "C ligt. Bij voorkeur gebruikt men daarom vezelvliesmateriaal dat bestaat uit glasvezels, doch ook andere iso-
<EMI ID=10.1> gebruikt worden, zoals bij voorbeeld asbest- of andere anorganische vezels, polyestervezels, polyamidevezels of ander organisch vezelmateriaal, en mengsels van verschillende soorten vezelmateriaal. Ook het gebruik van weefsels, bijvoorbeeld nylonweefsel, moet geacht worden tot de uitvinding te behoren.
Ook de thermohardende kunststof dient bestendig tegen de in de cel te gebruiken vloeistoffen en gassen, mechanisch stabiel en voldoende sterk te zijn. In aanmerking komen bijvoorbeeld al of niet gemodificeerde polyesters, epoxyharsen, polyvinylesters, polyacrylaten etc. Epoxyharsen genieten de voorkeur.
Voor cellen en batterijen met waterstof en lucht als brandstof resp. oxydans, en kaliloog als elektroliet wordt een zeer geschikte materiaalcombinatie gevormd door glasvezelvlies geïmpregneerd met de epoxyhars Eurepox 730 met harder Euredur 42 (een cycloalifatisch amine) van de firma Schering. Deze epoxyhars-harder combinatie, in de verhouding
<EMI ID=11.1>
Om lekkages en breuk te voorkomen Is het van voordeel dat de kaderonderdelen zodanig tot kaders samengesteld worden dat de naden tussen de onderdelen van het ene kader niet net onder de naden van het volgende kader komen te liggen.
De figuren geven een aantal niet beperkende mogelijke uitvoeringsvormen weer van de kaderonderdelen en de samenstelling van kaders en stapels daaruit.
Figuur 1 geeft de manier weer om uit een band 1 van het genoemde vezelvlies halve kaders 2 te snijden. Het materiaal dat verloren gaat is gearceerd, dit Is relatief zeer weinig. Figuur 2 geeft een manier weer om halve kaders zo te stapelen <EMI ID=12.1>
omlijnd, de onderliggende gearceerd.
Figuur 3 geeft een manier aan om uit 4 gelijke onderdelen kaders te maken en ze op zodanige wijze te stapelen dat geen doorlopende naden ontstaan. De dik omlijnde kaderonderdelen zijn weer de bovenliggende, de gearceerde en de onderliggende.
Het geeft weinig problemen om de kaderdonderdelen zelf reeds te
<EMI ID=13.1>
vormen. Men kan op eenvoudige wijze bepalen waar men de gewenste openingen In de kaderonderdelen moet aanbrengen. Indien het nodig is daarbij één of enkele overbodige kanalen in de gerede stapeling toe te staan Is <EMI ID=14.1>
Method for manufacturing a
The invention relates to a method for manufacturing an electrochemical cell or battery, for example a fuel cell or a fuel cell battery, consisting of a stack of plate-shaped elements, including at least two electrode elements, each consisting of a sheet or plate electrode material mounted in a frame made of thermo-hardened plastic, electrically insulated
<EMI ID = 1.1>
thereof, which is not yet cured, is stacked into a package of the desired composition such that gas and / or liquid chambers are formed between the elements, after which the stack is subjected to a pressing operation at a temperature at which the thermosetting plastic polymerizes and thus the stack is formed into a coherent block.
Such a method is known from Dutch Patent Application 75 09675, laid open to public inspection. In this known method, a web of unpolymerized, thermosetting plastic-containing fiber web is adhered on one side or on both sides to a strip of electrode material at a temperature at which the thermosetting plastic has adhesive strength, but has not yet polymerized. Spaces are punched out in the fiber web to form the aforementioned gas and / or liquid chambers. The webs thus obtained are cut into plate-shaped elements, which are stacked into a package of the desired composition. usually applying non-adhering strips between the elements to form channels required in the finished cell or battery.
The stacked package is then subjected to a temperature at which the thermosetting plastic polymerizes under a certain pressure for a certain time. By flowing the plastic, the sheets of electrode material are bonded to the windows and the windows are bonded together so that the stack is formed into a cohesive block; the strips are then pulled out of the formed channels and the open ends of the channels on the outside of the block are sealed.
The drawback of this method is that a lot of the thermosetting plastic-containing fiber web is lost, in particular the amounts of fiber web that have to be punched out for the gas and / or <EMI ID = 2.1>
the aim is to provide a method as described in the opening paragraph which does not have this drawback.
According to the invention, such a method is characterized in that parts of one or more sheets or webs of non-polymerized, thermosetting plastic-containing non-polymer fiber parts are cut which can be assembled into the desired frames for the electrode material, and a frame is then formed of the required non-woven fiber material parts. , on this a sheet or plate of electrode material
<EMI ID = 3.1>
material parts, optionally forming a frame thereon, again placing a sheet or plate of electrode material thereon, and so on, and thus forming a stack of the desired composition, whereby strips are usually applied at a number of places between the constituent parts for the plastic adhesive for forming channels required in the completed cell or battery. The stack thus obtained is then subjected to a temperature at which the thermosetting plastic polymerizes under a certain pressure for a certain time.
By flowing the plastic, the sheets of electrode material are bonded to the windows and the frame parts and the windows are bonded together, so that the stack is formed into a coherent block; the strips are then pulled out of the formed channels and the open ends of the channels on the outside of the block are sealed.
In electrochemical cells or batteries manufactured according to this method, the undesirable phenomenon sometimes occurs
<EMI ID = 4.1>
the different gas and / or liquid chambers can leak each other, which of course disrupts the proper functioning of the cell or battery. The cause of these imperfections must probably be sought in that the heating of the rather thick stacked package proceeds so slowly that locally the temperature at which the unpolymerized plastic would flow sufficiently to form a tightly sealed block is not reached. Therefore, it may be advantageous to manufacture plate-shaped electrode elements separately in a first pressing operation step by assembling a frame in a press die from the above frame parts, on this a sheet or plate
<EMI ID = 5.1> <EMI ID = 6.1>
temperature, at which temperature the thermosetting plastic flows well, but at most only polymerizes to a small extent, after which the obtained plate-shaped electrode elements and any other cell or battery parts are stacked into a package of the desired composition, and the package is pressed in a second pressing step. compresses into a cohesive block at a relatively high second temperature for a relatively long second time, the thermosetting plastic curing.
The said relatively short first time is preferably 5 to 60 seconds, the said relatively low first temperature preferably 70 to 90 ° C, depending on the thermosetting plastic used. The thin frame of the electrode element is very quickly heated to a temperature the viscosity of the plastic is low enough to flow around the edge of the electrode material in such a way that a gas- and liquid-tight adhesion is achieved. Due to the short duration of heating, hardly any polymerization takes place.
<EMI ID = 7.1>
still hardly any polymerization takes place. Polymerization and curing takes place in the second pressing operation step. In this step, said relatively long second time for heating and pressing the stack into a block is preferably 10 to 60 minutes, while said relatively high second temperature is preferably 110 to 180 ° C.
In the first press operation, In the press die are preferably
<EMI ID = 8.1>
such as strips for forming channels in the stacked package. It is thus effected that recesses are already present in the elements there, so that the channels need not be formed during the second pressing operation by flow of the plastic, thereby eliminating the cause of poor adhesion along the edges of the channels.
<EMI ID = 9.1>
are mechanically stable and sufficiently strong at the operating temperature of the cell, which is, for example, between 50 and 200 ° C, against the liquids and gases to be used in the cell. Preferably, non-woven material consisting of glass fibers is used, but also other iso-
<EMI ID = 10.1> can be used, such as, for example, asbestos or other inorganic fibers, polyester fibers, polyamide fibers or other organic fiber material, and mixtures of different types of fiber material. The use of fabrics, for example nylon fabric, should also be considered to be included in the invention.
The thermosetting plastic must also be mechanically stable and sufficiently strong, resistant to the liquids and gases to be used in the cell. Examples of suitable or unmodified polyesters, epoxy resins, polyvinyl esters, polyacrylates, etc. Epoxy resins are preferred.
For cells and batteries with hydrogen and air as fuel resp. oxydans, and caustic potash as electrolyte, a very suitable material combination is formed by glass fiber fleece impregnated with the epoxy resin Eurepox 730 with hardener Euredur 42 (a cycloaliphatic amine) from Schering. This epoxy resin-harder combination, in the proportion
<EMI ID = 11.1>
To prevent leaks and breakage, it is advantageous that the frame parts are assembled into frames in such a way that the seams between the parts of one frame do not lie just below the seams of the next frame.
The figures show a number of non-limiting possible embodiments of the frame parts and the composition of frames and stacks thereof.
Figure 1 shows the way of cutting half frames 2 from a band 1 of the said non-woven fabric. The material that is lost is shaded, this is relatively very little. Figure 2 shows a way to stack half frames like this <EMI ID = 12.1>
outlined, the underlying shaded.
Figure 3 shows a way to make frames from 4 equal parts and stack them in such a way that no continuous seams are created. The thick-lined frame parts are again the parent, the hatched and the underlying.
It is no problem to already use the frame parts themselves
<EMI ID = 13.1>
to shape. It is easy to determine where to insert the desired openings in the frame parts. If it is necessary to allow one or more superfluous channels in the ready stack Is <EMI ID = 14.1>