Verfahren zur Herstellung hochporöser elektrisch leitender Trägergerüste
für die Elektroden galvanischer Zellen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstelj4ng hochporöser elektrisch leitender Trägergerüste für die Elektroden galvanischer
Zellen, insbesondere elektrischer Akkumulatoren und Brennstoffzellen, aus Metallfasern
durch Pressen und nachträgliches Verbinden der Fasern miteinander.Process for the production of highly porous, electrically conductive support structures
for the electrodes of galvanic cells The invention relates to a method for
Manufacture of highly porous, electrically conductive support frames for galvanic electrodes
Cells, in particular electric accumulators and fuel cells, made of metal fibers
by pressing and subsequently connecting the fibers to one another.
Meist werden poröse Trägergerüste für die aktive Masse von Akkumulatorenelektroden
oder für die Katalysatoren von Brennstoffzellen durch Zusammensintern von Metallpulver,
z. B. von Carbonylnickelpulver, hergestellt. Vielfach wird das Metallpulver zunächst
gepreßt und dann einem Sinterprozeß unterworfen. Es sind auch Verfahren bekannt,
nach denen poröse Elektrodengerüste durch Pressen und Zusammensintern von Metallfasern
hergestellt werden. Die Verwendung von Metallfasern hat den Vorteil, daß die Elektrodengerüste
auf Grund der Faserstruktur bei hoher Porosität mechanisch widerstandsfähig, insbesondere
biegefest sind und auch ohne besondere Stromableiter in Form perforierter Bleche
von Metallgewebe u. dgl. eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen, da die Fasern
den Strom ohne wesentliche übergangswiderstände weiterleiten. Alle Elektrodengerüste,
bei deren Herstellung als letzte Stufe ein Sintern vorgesehen ist, haben jedoch
die Nachteile, daß beim Sintern besondere Maßnahmen vorgesehen werden müssen, um
ein Verziehen zu verhindern, vor allem aber, daß die Sinterstellen korrosionsanfällig
sind, was zu einem vorzeitigen Zerfall der Gerüstkörper führen kann. Das Sintern
ist überdies mit verhältnismäßig hohen Kosten verbunden; im kontinuierlichen Betrieb
sind die Sinteröfen nicht sehr leistungsfähig, da bestimmte Sinterzeiten nicht unterschritten
werden dürfen; das Sintern dünner bandförmiger Elektrodengerüste ist nicht einfach,
vor allem ist es schwer, ein Verziehen der Bänder zu verhindern.Usually porous support structures are used for the active mass of accumulator electrodes
or for the catalysts of fuel cells by sintering together metal powder,
z. B. of carbonyl nickel powder. In many cases, the metal powder is first
pressed and then subjected to a sintering process. There are also methods known
after which porous electrode frames by pressing and sintering together metal fibers
getting produced. The use of metal fibers has the advantage that the electrode frameworks
Due to the fiber structure with high porosity, mechanically resistant, in particular
are resistant to bending and without special current arresters in the form of perforated sheets
of metal mesh and the like have good electrical conductivity, since the fibers
Pass the current on without significant contact resistance. All electrode frameworks,
however, sintering is provided as the last stage in their manufacture
the disadvantages that special measures must be taken during sintering to
to prevent warping, but above all that the sintered areas are susceptible to corrosion
which can lead to premature disintegration of the framework. The sintering
is also associated with relatively high costs; in continuous operation
the sintering ovens are not very efficient, as certain sintering times are not exceeded
may be; the sintering of thin ribbon-shaped electrode structures is not easy,
especially, it is difficult to keep the ligaments from warping.
Es ist auch bekannt, Späne oder Körner aus Metall so lange galvanisch
mit einem Metallüberzug zu versehen, bis diese untereinander und mit der Trägerunterlage
zu einem festen porösen Körper verbunden sind. Bei diesem Verfahren müssen Trägerunterlagen
verwendet werden, um die Späne oder Körner zunächst zu halten. Durch das galvanische
überziehen der ganzen Span- oder Körnerschüttungen bis zu der Trägerunterlage leidet
die Porosität. Auch die Biegsamkeit ist nicht ausreichend, da sich die Späne und
Körner, die durch den galvanischen überzug miteinander verbunden sind, sich nicht
gegeneinander verschieben können.It is also known to electroplate chips or grains of metal for so long
to be provided with a metal coating until these with each other and with the carrier base
are connected to a solid porous body. With this procedure, carrier documents
used to hold the chips or grains initially. Through the galvanic
coating of the whole chip or grain beds up to the carrier pad suffers
the porosity. The flexibility is also not sufficient, as the chips and
Grains that are connected to one another by the galvanic coating do not
can move against each other.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von
Elektrodengerüsten zu entwikkein, das die genannten Nachteile nicht aufweist und
mit dessen Hilfe es gelingt, auch dünne hochporöse Bandelektroden in wirtschaftlicher
und technisch einwandfreier Weise herzustellen.It is therefore the task of a method for the production of
To develop electrode structures that do not have the disadvantages mentioned and
with the help of which it is possible to also produce thin, highly porous strip electrodes in an economical manner
and to manufacture in a technically flawless manner.
Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die aus Metallfasern
hergestellten Preßlinge durch galvanisches Abscheiden von Metall- oder Legierungsschichten
bei tieferen Temperaturen als 100° C in einer Tiefe von einigen hundertstel Millimeter,
ausgehend von der Oberfläche der Preßkörper, verfestigt und homogenisiert werden.This method is characterized in that the metal fibers
produced compacts by galvanic deposition of metal or alloy layers
at temperatures lower than 100 ° C at a depth of a few hundredths of a millimeter,
starting from the surface of the compacts, solidified and homogenized.
Aus Metallfasern können durch Pressen Elektrodengerüste hoher Porosität,
z. B. von 80 bis 90%, hergestellt werden. Diese lose gepreßten Körper haben jedoch
zunächst einen geringen Zusammenhalt und müssen verfestigt werden. Es hat sich herausgestellt,
daß diese Verfestigung ohne wesentliche Beeinträchtigung der Porosität am besten
dadurch erfolgt, daß man Metallschichten, z. B. auf galvanischem Wege, abscheidet,
welche die Fasern miteinander verbinden. Wichtig ist dabei, die Fasern nicht der
Einwirkung höherer Temperaturen auszusetzen, um nicht die Korrosionsbeständigkeit
der Körper zu beeinträchtigen und sie zu verformen. Gleichzeitig werden die Preßkörper
homogenisiert, d. h. oberflächlich und bis zu einer gewissen Tiefe mit einer Schicht
gleichmäßiger chemischer Zusammensetzung und von gleichen mechanischen Eigenschaften,
vor allem aber von gleichem elektrochemischen Potential (keine Lokalelemente) überzogen.Metal fibers can be pressed into electrode frames with high porosity,
z. B. from 80 to 90%. However, these loosely pressed bodies have
initially a low cohesion and must be consolidated. It turned out
that this consolidation works best without significantly affecting the porosity
takes place in that one metal layers, for. B. by galvanic means, separates,
which connect the fibers together. It is important that the fibers are not the
Exposure to higher temperatures in order not to reduce corrosion resistance
affecting the body and deforming it. At the same time, the compacts
homogenized, d. H. superficial and to a certain depth with a layer
uniform chemical composition and mechanical properties,
but above all covered by the same electrochemical potential (no local elements).
Durch Verwendung galvanischer Bäder geringer Streuwirkung gelingt
es, die Preßlinge nur an der Oberfläche zu überziehen. Verwendet man besser streuende
Bäder, so wird es möglich, die Körper auch bis zu einer Tiefe von einigen hundertstel
Millimeter,
von der Oberfläche ausgehend, zu überziehen. Ein galvanisches überziehen bis in
die Tiefe hinein ist nicht zweckmäßig, weil dann die Porosität und Biegsamkeit leidet.The use of galvanic baths has a low scattering effect
it is to coat the compacts only on the surface. If you use better scattering
Baths, so it becomes possible to use the body to a depth of a few hundredths
Millimeter,
starting from the surface. A galvanic plating up in
the depth in is not appropriate because then the porosity and flexibility suffers.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, Raneylegierungen oder ähnliche
Legierungen auf den Preßlingen oder in den Poren der Preßlinge bis zu einer Tiefe
von einigen hundertstel Millimeter abzuscheiden und das unedlere Metall solcher
Legierungen herauszulösen, wodurch hochaktive Katalysatoren erhalten werden, z.
B. können Nickel-Zink- oder Kupfer-Zink-Legierungen oder auch Legierungen der Platinmetalle
auf galvanischem Wege abgeschieden werden. Durch Anätzen kann man aufgerauhte überzüge
aus Nickel oder Kupfer oder aus Platinmetallen erhalten, die z. B. als Katalysatoren
für die elektrochemische Wasserstoff- oder Sauerstoffaktivierung gut geeignet sind.It has proven advantageous to use Raney alloys or the like
Alloys on the compacts or in the pores of the compacts to a depth
of a few hundredths of a millimeter and the less noble metal such
Dissolve alloys, whereby highly active catalysts are obtained, e.g.
B. nickel-zinc or copper-zinc alloys or alloys of platinum metals
be deposited by electroplating. Roughened coatings can be made by etching
obtained from nickel or copper or from platinum metals z. B. as catalysts
are well suited for electrochemical hydrogen or oxygen activation.