CS208688B2 - Method of making the powder material impregnated against the humidity,determinated for production of electrodes by the diffusing gas - Google Patents

Method of making the powder material impregnated against the humidity,determinated for production of electrodes by the diffusing gas Download PDF

Info

Publication number
CS208688B2
CS208688B2 CS722071A CS207172A CS208688B2 CS 208688 B2 CS208688 B2 CS 208688B2 CS 722071 A CS722071 A CS 722071A CS 207172 A CS207172 A CS 207172A CS 208688 B2 CS208688 B2 CS 208688B2
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
moisture
wetproofed
impregnating agent
electrodes
powder
Prior art date
Application number
CS722071A
Other languages
English (en)
Inventor
Evgueni B Budevski
Iliya D Iliev
Anastasiya R Kaisheva
Sergei S Gamburtzev
Elena B Vakanova
Original Assignee
Evgueni B Budevski
Iliya D Iliev
Anastasiya R Kaisheva
Sergei S Gamburtzev
Elena B Vakanova
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Evgueni B Budevski, Iliya D Iliev, Anastasiya R Kaisheva, Sergei S Gamburtzev, Elena B Vakanova filed Critical Evgueni B Budevski
Publication of CS208688B2 publication Critical patent/CS208688B2/cs

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8663Selection of inactive substances as ingredients for catalytic active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/8668Binders
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8663Selection of inactive substances as ingredients for catalytic active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/8673Electrically conductive fillers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • H01M4/8825Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8867Vapour deposition
    • H01M4/8871Sputtering
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

Vynález se týká způsobu výroby práškového materiálu impregnovaného proti vlhkostí, určeného pro výrobu elektrod s difundujícím plynem, z elektricky vodivého prášku a impregnačních látek proti vlhkosti.
Použití sazí a jiných katalyticky aktivních látek spolu β látkami impregnujícími proti vlhkosti, jako jsou pólytetrafluorethylen, polyethylen, polypropylen, elastomery apod·, pro výrobu elektrod 8 difundujícím plynem je již známo.
Charakteristickým znakem dosavadních způsobů výroby takových elektrod je okolnost, že katalyticky aktivní látky, jako platinová čerň, stříbro, aktivní uhlík apod., se impregnují proti vlhkosti a tato impregnace probíhá během zpracování elektrod a také po jeho skončení (US pat. spisy č. 3, 348.9^4, č. 3, 386.859, č. 3,405.010, č. 3, 423.247, franc. pat. spis č. 1, 529.016 a NDR pato spis č. 56.837).
Tyto způsoby však mají četné nedostatky. Velká část aktivní plochy katalyzátoru se při nanášení impregnační látky na elektrodu zablokuje a tím se vyřadí z činnosti při elektrochemické reakci; následkem toho klesá účinnost elektrody. Pro každý druh katalyticky aktivního materiálu se musí volit speciální postup a podmínky к impregnování proti vlhkosti a také vhodné impregnační látky.
Difúze pracovního plynu závisí u tohoto druhu elektrod především na Struktuře katalyticky aktivního materiálu. Plynopropustná vrstva známých elektrod s difúzí plynu Se vyrábí z pórovité polytetrafluorethylenové fólie s velikostí pórů od 0,1 do 0,5 (um. Při provozu kyslíkové elektrody se vzdušným kyslíkem se v pórech shromažďují elektrochemicky netečné neaktivní plyny, jako je dusík, které značně zhoršují funkci elektrody.
Úkolem vynálezu je vypracovat účinný způsob výroby práškového materiálu impregnovaného proti vlhkosti, určeného pro výrobu elektrod s difúzí plynu. Práškový materiál musí být vysoce a stejnoměrně hydrofobní, jeho struktura musí zajišíovat dobré elektrochemické charakteristiky, elektroda vyrobená z takového práškového materiálu musí mít dlouhou životnost, aktivní plochy katalyzátoru musí být maximálně využity a musí být postaráno o neruSený průchod plynu.
Podstata způsobu podle vynálezu spočívá v tom, Se se 65 až 70 hmot. % elektricky vodivého prásku prostého mikropórů, například sazí, smísí ve formě vodné suspenze nebo přímo s 30 až 35 hmot. % polymemí impregnační látky, dispergované ve vodné suspenzi nebo rozpuštěné v organickém rozpouštědle v množství 10 až 60 hmot. %, načež se směs homogenizuje, disperzní prostředí se odstraní a impregnovaný materiál v tuhé fázi se suší, mele a po odstranění stabilizátorů se přemilá.
Vodná suspenze obsahuje 3 až 5 hmot. % elektricky vodivého prášku. Jako impregnačních látek proti vlhkosti se použije buň samostatně, nebo v kombinaci hydrofobních polymerů, jako např. polytetrafluorethylenu, polyethylenu, polypropylenu a přírodního nebo syntetického latexu.
Obsah impregnační látky ve vodných disperzích nebo v organických roztocích se volí účelně 30 hmot. %· PouŽije-li se organických roztoků impregnačních látek, zavádí se do nich elektricky vodivý prášek při teplotě blízké bodu varu organického rozpouštědla. Stabilizátory vodných disperzí polymerů se odstraňují z impregnovaného materiálu při zahřátí na teplotu 250 až 350 °C po dobu 30 až 90 min, nebo se odstraní praním a následujícím ohřátím na teplotu 100 až 140 °C.
Označením částice prosté mikropórů jsou míněny částice, které nejsou prostoupeny mikropóry, přičemž jejich povrch může být i drsný. Suspenzí elektricky vodivého prášku je míněna soustava dvou hrubě rozptýlených fází, tj. tuhé fáze a kapaliny. V tom případě je kapalina disperzním prostředím a tuhá fáze je dispergovanou fází.
Impregnačními látkami proti vlhkosti jsou látky se Bmáčecím úhlem větSím než 90°, převážně organické vysokomolekulámí sloučeniny. Použije ae jich ve formě organických roztoků, jemných práěků nebo vodných disperzí. Aby se zabránilo sedimentaci vodných disperzí, vpravují se do nich obvykle kapilární aktivní látky, tak zvané stabilizátory.
Práškové materiály připravené způsobem podle vynálezu umožňují vyrobit vzduchové elektrody s dlouhou životností. Póry difúzní vrstvy z těchto práSkových materiálů mají o celý řád menší velikost než u známých elektrod a difúze pracovního plynu - kyslíku - nezávisí na přítomnosti elektrochemicky neaktivních plynů. Materiál má stejnoměrné hydrofobní vlastnosti, což zajiSluje stabilní pracovní charakteristiky vyrobených elektrod.
Vynález je blíže objasněn na příkladech provádění způsobu, které neomezují jeho rozsah.
Příklad 1 g sazí se suspenduje ve 350 cm3 vody. Do suspenze se přidá 150 cm3 vodné disperze polytetrafluorethylenu s obsahem sušiny např. 3 hmot. % při teplotě 15 až 45 °C.
Po zhomogenizování směsi se odstraní disperzní prostředí filtrací a vysušením sraženiny. Suchý materiál se mele a zahřívá 30 až 90 minut při teplotě 250 až 350 °C, načež se znovu mele. Získaného práškového materiálu, obsahujícího například 70 hmot. % sazí polytetrefluorethylenu, se použije pro výrobu elektrod s difundujícím plynem, zejména vzdušným kyslíkem, pro zdroje typu kov-vzduch energetických a palivových článků.
Příklad 2
Postupuje se stejně jako v příkladu 1, až na to, že se jako impregnační látky proti vlhkosti použije odpovídajícího množství přírodního kaučuku ve formě vodné disperze (latexu) s obsahem sušiny 5 hmot. %. Z koncového produktu se odstraní stabilizátory vypráním horkou vodou a následujícím sušením při teplotě 100 až 140 °G.
Příklad 3
Postupuje se stejně jako v příkladu 2, až na to, že se jako impregnující látky proti vlhko8ti použije butadienstyrenového kaučuku ve formě vodné disperze neboli latexu.
Příklad 4 g vysokotlakého polyethylenu se rozpustí ve 200 cm^ toluenu při zahřátí na 100 až 140 °C. Do získaného roztoku se vpraví 8 g sazí a přidá se 300 cm^ toluenu. Po ochlazení suspenze se organické rozpouštědlo odfiltruje a sraženina se suší a mele. Získaného práškového materiálu impregnovaného proti vlhkosti se použije к výrobě elektrod s difundujícím plynem, zejména vzdušným kyslíkem.
Příklad 5
Postupuje se stejně jako v příkladu 4, až na to, že se jako vlhkosti použije polyieobutylenu.
impregnační látky proti
Příklad 6
Postupuje se stejně jako v příkladu 4, až na to, že se jako impregnační látky proti vlhkosti použije polypropylenu.
Práškové materiály impregnované proti vlhkosti postupy podle příkladů 1 až 6 mají veškeré potřebné vlastnosti pro vytvoření hydrofobní porézní struktury elektrod s difundují cím plynem. Fyzikální vlastnosti hydrofobních práškových materiálů při použití různých látek impregnujících proti vlhkosti jsou sestaveny v následující porovnávací tabulce.
Tabulka
Impregnační látky proti vlhkosti Porovitost % Měrný povrch (BET metoda) m2.g“’ Součinitel prostupnosti plynu 7 -1 -1 cm .s .Pa Měrný elektrický odpor Hcm
Polytetrafluor-
ethylen 54,7 21,8 3,76.10 1 0,63
Polyethylen vysokotlaký 64,0 22,5 4,50.107 0,56
Polyisobutylen 63,0 25,2 5.25.Ю7 0,68
Obsah impregnační látky
P=20 MPa proti vlhkosti-neměnný
Tyto hydrofobní práškové materiály se mohou uskladňovat ve velkých množstvích po dlouhoudobu, aniž by se změnila jakost. V důsledku toho jsou vhodným materiálem pro hromadnou výrobu elektrod s difundujícím plynem.
S použitím práškových materiálů impregnovaných proti vlhkosti, získaných způsobem podle vynálezu, lze vyrábět elektrody s difundujícím plynem s různými katalýzátoi*y, schopné pracovat v různých soustavách např. v soustavě kov-vzduch nebo v palivových článcích 8 plynným nebo kapalným palivem při použití kyselých nebo alkalických elektrolytů.
Elektrody s difúzí vzdušného kyslíku, vyrobené z uvedených práškových materiálů s použitím aktivního uhlíku jako katalyzátoru bez přísady vzácných kovů, umožňují při polarizaci 200 mV vzhledem к referenční elektrodě Hg/HgO a při teplotě místnosti získat proudovou hustotu 150 niA.cm’2, přičemž provozním plynem je kyslík.
životnost uvedených elektrod při kontinuálním chodu se mění a závisí jednak na druhu impregnující látky proti vlhkosti, jednak na hustotě provozního proudu.
Tak například životnost elektrody pracující se vzduchem jako provozním plynem a 8 impregnační pojidlovou látkou tvořenou polyethylenem při proudové hustotě 50 mA.cm2 je 2 000 hodin.
Obsahuje-li difúzní elektroda jako impregnační a pojidlovou látku polyisobutylen, má při prpudové hustotě 50 mA.cm“2 životnost dvojnásobnou, tj. 4 000 hodin.
Nejlepších výsledků se dosáhne, použije-li se jako impregnační látky a pojivá polytetrafluorethylenu. Při proudové hustotě 50 mA.cm”2 je životnost elektrody 10 000 hodin a při proudové hustotě 30 mA.cm“2 je životnost 15 000 hodin.

Claims (7)

  1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU
    1. Způsob výroby práškového materiálu impregnovaného proti vlhkosti, určeného pro výrobu elektrod s difundujícím plynem, z elektricky vodivého prášku a impregnačních látek proti vlhkosti, vyznačený tím, že se 65 až 70 hmot. % elektricky vodivého prášku prostého mikropórů, například sazí, smísí ve formě vodné suspenze nebo přímo в 30 až 35 hmot. % polymerní nebo impregnační látky, dispergované ve vodné suspenzi nebo rozpuštěné v organickém rozpouštědle v množství 10 až 60 hmot. %, načež se směs homogenizuje, disperzní prostředí se odstraní a impregnovaný materiál v tuhé fázi se suší, mele a po odstranění stabilizátorů se přemilá.
  2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že vodná suspenze obsahuje 3 až 5 hmot. % elektricky vodivého prášku.
  3. 3. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že polymemí látkou impregnující proti vlhkosti je polytetrafluorethylen a/nebo polyethylen a/nebo polyisobutylen a/nebo propylen a/nebo přírodní a/nebo syntetický latex.
  4. 4. Způsob podle bodů 1 a 3, vyznačený tím, Že vodná disperze nebo organický roztok obsahuje 30 hmot. % impregnační látky proti vlhkosti.
  5. 5. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se elektricky vodivý prášek a impregnační látka proti vlhkosti mísí a homogenizují při teplotě místnosti nebo při teplotě blízké bodu varu organického rozpouštědla, načež se vzniklá směs chladí.
    206688
  6. 6. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se z impregnovaného materiálu odstraní stabilizátory záhřátím na teplotu 250 až 350 °C po dobu 30 ' až 90 mimut.
  7. 7. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se stabilizátory odstraní z maatriálu impregnovaného proti vlhkosti praním a následujícím ohřátím na teplotu 100 až 140 °C.
CS722071A 1971-03-29 1972-03-28 Method of making the powder material impregnated against the humidity,determinated for production of electrodes by the diffusing gas CS208688B2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG1717571 1971-03-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CS208688B2 true CS208688B2 (en) 1981-09-15

Family

ID=3897706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS722071A CS208688B2 (en) 1971-03-29 1972-03-28 Method of making the powder material impregnated against the humidity,determinated for production of electrodes by the diffusing gas

Country Status (9)

Country Link
JP (1) JPS5648942B1 (cs)
CS (1) CS208688B2 (cs)
DD (1) DD95611A5 (cs)
DE (1) DE2213978A1 (cs)
FR (1) FR2132038B1 (cs)
GB (1) GB1392341A (cs)
IT (1) IT957578B (cs)
SE (1) SE385168B (cs)
SU (1) SU500557A1 (cs)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4177159A (en) * 1978-06-28 1979-12-04 United Technologies Corporation Catalytic dry powder material for fuel cell electrodes comprising fluorocarbon polymer and precatalyzed carbon
FR2468218A1 (fr) * 1979-10-18 1981-04-30 Alsthom Cgee Procede de fabrication par calandrage de bandes minces poreuses et produits obtenus, notamment electrodes pour piles a combustible
US4444852A (en) * 1982-08-27 1984-04-24 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Size and weight graded multi-ply laminar electrodes
US5578361A (en) * 1994-01-26 1996-11-26 Central Glass Company, Limited Water-repellent composite grains, method for producing same, and water-repellent article using same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1296819A (fr) * 1960-07-11 1962-06-22 Chloride Electrical Storage Co électrode pour traitement électrochimique
FR1550508A (cs) * 1966-12-14 1968-12-20

Also Published As

Publication number Publication date
FR2132038A1 (cs) 1972-11-17
SU500557A1 (ru) 1976-01-25
DE2213978A1 (de) 1972-10-19
IT957578B (it) 1973-10-20
SE385168B (sv) 1976-06-08
JPS5648942B1 (cs) 1981-11-18
DD95611A5 (cs) 1973-02-12
FR2132038B1 (cs) 1977-04-01
GB1392341A (en) 1975-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69717674T3 (de) Festelektrolyt-verbundmembran für elektrochemische reaktionsvorrichtung
US5783325A (en) Gas diffusion electrodes based on poly(vinylidene fluoride) carbon blends
US3395049A (en) Method of making a porous electrode
JP3035885B2 (ja) 固体イオン導電体
DE10297187T5 (de) Elektrodenkatalysatorschicht zur Verwendung in einer Brennstoffzelle
US4031033A (en) Method for producing powdered wetproofed material useful in making gas-diffusion electrodes
Ye et al. A new fuel cell electrocatalyst based on carbonized polyacrylonitrile foam: The nature of platinum‐support interactions
Mohanapriya et al. Cesium-substituted mesoporous phosphotungstic acid embedded chitosan hybrid polymer membrane for direct methanol fuel cells
KR20250048429A (ko) 기계적 강성 및 수소 이온 전도성이 향상된 연료전지용 막-전극 접합체
KR20210085624A (ko) 촉매의 피독을 방지할 수 있는 연료전지용 전해질막 및 이의 제조방법
CN102918691B (zh) 催化剂的制造方法及其装置、以及采用催化剂的燃料电池用反应层的特性控制方法
CN100477351C (zh) 粉末催化剂材料、它的制备方法及使用它的固体聚合物燃料电池
CN104718650B (zh) 催化剂的制造方法和催化剂
JP2001155744A (ja) プロトン伝導体
CS208688B2 (en) Method of making the powder material impregnated against the humidity,determinated for production of electrodes by the diffusing gas
US4564427A (en) Circulating electrolyte electrochemical cell having gas depolarized cathode with hydrophobic barrier layer
US20160118670A1 (en) Catalyst electrode layer, membrane-electrode assembly, and fuel cell
US3055966A (en) Microporous material separator and method of making separator
Vol’fkovich et al. Hydrophilic-hydrophobic and sorption properties of the catalyst layers of electrodes in a proton-exchange membrane fuel cell: A stage-by-stage study
Wan et al. New solid polymer electrolyte membranes for alkaline fuel cells
DE19721952A1 (de) Gasdiffusionselektrode mit thermoplastischem Binder
US3773878A (en) Method of producing self-breathing composite electrode for fuel cells
US3591421A (en) Porous electrode having lyophobic material affixed to the walls of the pores
JP2006120409A (ja) プロトン伝導性コンポジット型電解質膜及びその製造方法
JP5839176B2 (ja) 触媒の製造方法