CH511519A - Membranes suitable for use in the construction of electrochemical cells are prepared from sheets of asbestos, carbon, glass or polypropylene fibres bonded to get - Google Patents

Membranes suitable for use in the construction of electrochemical cells are prepared from sheets of asbestos, carbon, glass or polypropylene fibres bonded to get

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CH511519A
CH511519A CH844070A CH844070A CH511519A CH 511519 A CH511519 A CH 511519A CH 844070 A CH844070 A CH 844070A CH 844070 A CH844070 A CH 844070A CH 511519 A CH511519 A CH 511519A
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asbestos
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glass
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Erich Dr Kasten
Gerlinde Dipl Chem Buerklin
Pokorny Hans
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Siemens Ag
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Abstract

Membranes suitable for use in the construction of electrochemical cells are prepared from sheets of asbestos, carbon, glass or polypropylene fibres bonded together by a polymeric adhesive containing carboxyl, hydroxy, sulphonic or amine groups. - The membranes prepared are resistant to aqueous alkalis and of improved mechanical strength.

Description

  

  Gasdichte Asbestmembran für Brennstoffelemente    Die Erfindung betrifft eine gasdichte, hochreine As  bestfasern und Kunststoff enthaltende Asbestmembran für  Brennstoffelemente.  



  Es ist bereits bekannt, in Brennstoffelementen Asbest  membranen als Diaphragmen zu verwenden. So sind bei  spielsweise bei dem in der französischen Zusatzpatent  schrift 87 850 beschriebenen Brennstoffelement Asbest  diaphragmen zwischen ein den Elektrolyten enthaltendes  Stützgerüst und den beidseitig angrenzenden Elektroden  eingebaut, um dadurch die Gefahr eines Durchtritts der  Reaktionsgase in den Elektrolyten zu verringern.  



  Es hat sich nun gezeigt, dass die handelsüblichen As  bestmembranen den an Brennstoffelemente gestellten An  forderungen nur unter bestimmten Betriebsbedingungen  genügen. Unter dem Einfluss von alkalischen Elektrolyten  quellen nämlich die Asbestfasern bzw. Asbestpapiere  stark auf und es wird ein aus ungebundenen Fasern beste  hendes Vlies gebildet, das beim Betrieb des Brennstoffele  mentes beträchtliche Störungen verursachen kann.  



  Es ist bereits eine kunststoffhaltige Asbestmembran  bekannt, die als Elektrolytträger in einem Brennstoffele  ment benutzt werden soll. Diese Membran besteht aus ge  reinigten Asbestfasern, denen wasserunlöslich gemachte  Polyvinylalkoholfasern in Mengen von 2 bis 25 Gew.-%,  bezogen auf das Gewicht der Membran, beigemischt sind.  Durch einen Elektrolytträger aus diesem Material soll das  an der Anode bei der elektrochemischen Umsetzung ge  bildete Wasser leicht diffundieren können und dem sich  zwischen Kathode und Anode ausbildenden Elektrolytkon  zentrationsgefälle rasch entgegenwirken. Auch bei diesen  bekannten Membranen besteht jedoch die Gefahr, dass  sie insbesondere bei längerer Betriebsdauer des Brennstoff  elementes und bei höheren Elektrolyttemperaturen nicht  genügend beständig sind.

   Durch Einwirkung des alkali  schen oder sauren Elektrolyten des Brennstoffelementes  können nämlich die zunächst wasserunlöslichen     Polyvinyl-          alkoholfasern    in wasserlösliche Produkte umgewandelt  werden bzw. sich im Elektrolyten auflösen. Die mechani  sche Stabilität und Gasdichtigkeit der Membran ist dann  nicht mehr gewährleistet.  



  Aufgabe der Erfindung ist es, eine hochreine Asbestfa-    sern und Kunststoff enthaltende Asbestmembran für  Brennstoffelemente so auszubilden, dass ihre mechanische  Stabilität erhöht wird und sie vor allem auch noch nach  längerer Betriebszeit gasdicht ist.  



  Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der  Kunststoff ein Bindemittel aus Chloropren in Mengen von  0,5 bis 6 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Asbestfa  sern, ist.  



  Vorzugsweise kann der Gewichtsanteil des Bindemit  tels 1,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der As  bestfasern, betragen.  



  Der als Bindemittel dienende, gegenüber dem Elektro  lyten beständige Kunststoff Chloropren wird bei dieser  Membran den Asbestfasern in Form einer Dispersion bei  gemischt.  



  Die gefundene Lösung ist vor allem deshalb überra  schend, weil die bisher mit Kunststofflatices, insbesondere  Gummilatices, vorbehandelten und hauptsächlich als Dich  tungen eingesetzten Asbestpapiere, die einen wesentlich  grösseren Kunststoffgehalt aufweisen, für den angegebe  nen Verwendungszweck völlig ungeeignet sind. Derartige  Asbestpapiere haben eine sehr geringe Volumenporosität  und dichten deshalb zwar gegenüber den Reaktionsgasen  gut ab, jedoch wird gleichzeitig damit der elektrische  Widerstand untragbar hoch. Das Eindringen des Elektroly  ten wird noch zusätzlich dadurch erschwert, dass die As  bestpapiere einen relativ hohen Kunststoffgehalt aufwei  sen (mind. 15 Gew.-%) und damit stark hydrophob sind.  



  Die neuen Asbestmembranen für Brennstoffelemente  zeichnen sich vor allem dadurch aus, dass ihr elektrischer  Widerstand sehr klein ist. So wurden an Asbestmembra  nen, die 3 Gew.-% Chloropren enthalten und eine Dicke  von 0,27 bis 0,65 mm haben, in 6 n     KOH    unterhalb  0,3     S2    - cm' liegende elektrische Widerstände gemessen.  Dass bei einer derart grossen     Volumenporosität    noch eine  gute und ausreichende Gasdichtigkeit erreicht wird - bei  einer Druckbelastung von 2 atü erfolgt noch kein Gas  durchtritt - war nicht zu erwarten.

   Eine nennenswerte       Quellung    der     Asbestfasermembranen    konnte auch nach  längerer Betriebsdauer bei Temperaturen bis zu 60  C und  Verwendung von 6 n     KOH    nicht beobachtet werden.      Die Herstellung der Asbestmembranen erfolgt in an  sich bekannter Weise durch Aufziehen von wässrigen Dis  persionen von Chloropren. Diese werden von wässrigen  Alkalilösungen nicht angegriffen und zeigen gegenüber  Luft bzw. Sauerstoff eine gute Stabilität.  



  Um gasdichte Membranen mit guten mechanischen  Eigenschaften zu erhalten, werden hochreine Asbestfasern  als Ausgangsmaterial eingesetzt, die frei von Verunreini  gungen und nicht aufgeschlossenen Faserbündeln sind.  Die Reinigung erfolgt am besten in an sich bekannter  Weise durch Aufschlämmen in Wasser, wobei es vorteil  haft ist, oberflächenaktive Mittel zuzusetzen. Nach Abde  kantieren und Trocknen der Asbestfasern können noch  anhaftende Verunreinigungen im Windsichter entfernt  werden. Die in destilliertem Wasser aufgeschlämmten As  bestfasern werden anschliessend unter kräftigem Rühren  mit 0,5 bis 6 Gew.-% einer Chloroprendispersion, bezogen  auf das Gewicht des Feststoffgehaltes der Dispersion, ver  setzt und in einer geeigneten Vorrichtung, beispielsweise    in einem Blattbildner, weiterverarbeitet. Nach Trocknung  bei 80  C und Verdichten, z.

   B. im Kalander oder Pressen  bei dem verwendeten Kunststoff angepassten Temperatu  ren, können die hergestellten gasdichten Membranen so  fort in Brennstoffelementen eingesetzt werden.



  Gas-tight asbestos membrane for fuel elements The invention relates to a gas-tight, highly pure asbestos fibers and plastic containing asbestos membrane for fuel elements.



  It is already known to use asbestos membranes as diaphragms in fuel elements. For example, asbestos diaphragms are installed between a support structure containing the electrolyte and the two-sided adjacent electrodes in the fuel element described in the French additional patent writing 87 850, thereby reducing the risk of the reaction gases penetrating the electrolyte.



  It has now been shown that the commercially available As best membranes meet the requirements placed on fuel elements only under certain operating conditions. Under the influence of alkaline electrolytes, the asbestos fibers or asbestos papers swell to a great extent and a non-woven fabric consisting of unbound fibers is formed, which can cause considerable malfunctions when the fuel element is in operation.



  There is already a plastic-containing asbestos membrane known to be used as an electrolyte carrier in a fuel element. This membrane consists of purified asbestos fibers to which water-insoluble polyvinyl alcohol fibers are added in amounts of 2 to 25% by weight, based on the weight of the membrane. By means of an electrolyte carrier made of this material, the water formed at the anode during the electrochemical conversion should be able to easily diffuse and quickly counteract the gradient in the concentration of electrolytes that forms between the cathode and anode. Even with these known membranes, however, there is the risk that they will not be sufficiently stable, especially if the fuel element is in operation for a long time and at higher electrolyte temperatures.

   The effect of the alkali or acidic electrolyte of the fuel element can namely convert the initially water-insoluble polyvinyl alcohol fibers into water-soluble products or dissolve in the electrolyte. The mechanical stability and gas tightness of the membrane is then no longer guaranteed.



  The object of the invention is to design an asbestos membrane containing high-purity asbestos fibers and plastic for fuel elements in such a way that its mechanical stability is increased and, above all, it is gas-tight even after a long period of operation.



  This is achieved according to the invention in that the plastic is a binder made of chloroprene in amounts of 0.5 to 6% by weight, based on the weight of the asbestos fibers.



  The proportion by weight of the binder can preferably be 1.5 to 3% by weight, based on the weight of the As best fibers.



  The plastic chloroprene, which is used as a binder and is resistant to the electrolyte, is mixed with the asbestos fibers in this membrane in the form of a dispersion.



  The solution found is above all surprising because the asbestos papers that have been pretreated with plastic latices, in particular rubber latices and are mainly used as seals, which have a much larger plastic content, are completely unsuitable for the intended use. Asbestos papers of this type have a very low volume porosity and therefore seal off well against the reaction gases, but at the same time the electrical resistance becomes unacceptably high. Penetration of the electrolyte is made even more difficult by the fact that the asbestos papers have a relatively high plastic content (at least 15% by weight) and are therefore highly hydrophobic.



  The new asbestos membranes for fuel elements are mainly characterized by the fact that their electrical resistance is very low. For example, asbestos membranes containing 3% by weight of chloroprene and having a thickness of 0.27 to 0.65 mm were measured in 6N KOH below 0.3 S2 - cm 'electrical resistances. It was not to be expected that with such a large volume porosity a good and sufficient gas tightness would still be achieved - with a pressure load of 2 atmospheres no gas would penetrate.

   Significant swelling of the asbestos fiber membranes could not be observed even after a long period of operation at temperatures of up to 60 ° C. and the use of 6N KOH. The asbestos membranes are produced in a manner known per se by drawing up aqueous dispersions of chloroprene. These are not attacked by aqueous alkali solutions and show good stability towards air or oxygen.



  In order to obtain gas-tight membranes with good mechanical properties, high-purity asbestos fibers are used as the starting material, which are free of impurities and undigested fiber bundles. The cleaning is best carried out in a manner known per se by slurrying in water, it being advantageous to add surface-active agents. After the asbestos fibers have been canted and dried, any remaining impurities can be removed in the wind sifter. The As best fibers suspended in distilled water are then added with vigorous stirring with 0.5 to 6% by weight of a chloroprene dispersion, based on the weight of the solids content of the dispersion, and processed further in a suitable device, for example in a sheet former. After drying at 80 C and compressing, e.g.

   B. in the calender or pressing with the plastic used adapted Temperatu ren, the gas-tight membranes produced can be used immediately in fuel elements.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Gasdichte, hochreine Asbestfasern und Kunststoff ent haltende Asbestmembran für Brennstoffelemente, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Bindemittel aus Chloropren in Mengen von 0,5 bis 6 GewO%, bezogen auf das Gewicht der Asbestfasern, ist. UNTERANSPRUCH Asbestmembran nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Anteil des Bindemittels 1,5 bis 3 Gew: /o, bezogen auf das Gewicht der Asbestfasern, ist. PATENT CLAIM Gas-tight, high-purity asbestos fibers and plastic-containing asbestos membrane for fuel elements, characterized in that the plastic is a binder made of chloroprene in amounts of 0.5 to 6% by weight, based on the weight of the asbestos fibers. SUBCLAIM Asbestos membrane according to patent claim, characterized in that the proportion of the binder is 1.5 to 3 wt: / o, based on the weight of the asbestos fibers. Anmerkung des Eidg. Amtes für geistiges Eigentum: Sollten Teile. der Beschreibung mit der im Patentan spruch gegebenen Definition der Erfindung nicht in Ein klang stehen, so sei daran erinnert, dass gemäss Art. 51 des Patentgesetzes der Patentanspruch für den sachlichen Geltungsbereich des Patentes massgebend ist. Note from the Federal Office for Intellectual Property: Should parts. If the description does not match the definition of the invention given in the patent claim, it should be remembered that according to Art. 51 of the Patent Act, the patent claim is decisive for the material scope of the patent.
CH844070A 1966-12-03 1967-10-16 Membranes suitable for use in the construction of electrochemical cells are prepared from sheets of asbestos, carbon, glass or polypropylene fibres bonded to get CH511519A (en)

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DES0111724 1967-09-08
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