DE1298171B

DE1298171B - Gasdiffusionselektrode fuer Brennstoffelemente

Info

Publication number: DE1298171B
Application number: DEC34105A
Authority: DE
Inventors: Bihan Raymond Le
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1963-10-18
Filing date: 1964-10-15
Publication date: 1969-06-26
Also published as: FR1379779A; NL6411913A; GB1026377A

Description

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Die Erfindung betrifft eine scheibenförmige poröse erster Näherung proportional zur Größe der be-Gasdiffusionselektrode für Brennstoffelemente mit im netzten Fläche ist, so daß bei Verwendung erwesentlichen gradlinig und parallel zueinander ver- findungsgemäßer Elektroden eine beträchtliche laufenden und die Elektrode in Querrichtung durch- Leistungserhöhung erzielt werden kann. Es hat sich setzenden Hauptporen. 5 gezeigt, daß bei Brennstoffelementen, deren Leistung

Aus der belgischen Patentschrift 623 844 sind bei Verwendung von porösen Elektroden bekannter Elektrodenkörper zur elektrochemischen Umsetzung Bauart 6 W/dm² betrug, ohne Schwierigkeiten eine von Reaktionsgasen bekannt, welche auf pulver- Leistung von 9 W/dm² erreicht werden kann, wenn metallurgischem Wege durch Pressen, Heißpressen, die bekannten Elektroden durch gemäß der ErSintern od. dgl. hergestellt werden. Derartige Elek- io findung ausgebildete Elektroden ersetzt werden, troden besitzen unabhängig davon, wie die Größen- Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines

Verteilung der verwendeten Pulverkörner im einzel- Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die nen beschaffen ist, als wesentliches Merkmal stets Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt eine statistisch völlig regellose Porenstruktur. Durch Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Teils einer

geeignete Wahl der Ausgangsmaterialien und des 15 bekannten porösen Elektrode, Herstellungsverfahrens kann dabei der Verwindungs- F i g. 2 eine Querschnittsansicht eines Teils einer

grad, die Form und die in einer beliebigen Schnitt- gemäß der Erfindung ausgebildeten Elektrode, ebene durch den Elektrodenkörper aufzufindende F i g. 3 eine Querschnittsansicht eines Teils einer

Größenverteilung der bei der Herstellung entstehen- anderen Ausführungsform einer bekannten porösen den Poren beeinflußt werden. Bei diesen bekannten 20 Elektrode und

Elektroden kann jedoch keine bevorzugte Geometrie F i g. 4 eine Querschnittsansicht eines Teils einer

im Sinne einer räumlichen Orientierung erhalten der Elektrode nach F i g. 3 ähnlichen Elektrode, die werden. jedoch gemäß der Erfindung mit zusätzlichen

Bei bekannten Brennstoffelementen mit flüssigem Kapillarkanälen versehen ist.

Elektrolyten und porösen, gasgespeisten Elektroden 25 IndeneinzelnenFigurensindeinanderentsprechende wird zwischen den beiden Oberflächen der Elek- Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen, troden eine Druckdifferenz eingestellt, so daß der In Fig. 1 bezeichnet 1 eine poröse Elektrode

Elektrolyt nur in einem im Vergleich zur Gesamt- eines Brennstoffelementes, deren linke Oberfläche elektrodendicke geringen Maße in die Poren ein- mit einem flüssigen Elektrolyten 2 und deren rechte dringen kann. Dadurch weist jede poröse Elektrode 30 Oberfläche mit einem geeigneten Gas in Berührung elektrolytseitig eine dünne Schicht gefluteter Poren steht. Die Elektrode 1 weist regelmäßige transversale und auf der anderen Seite eine sehr viel dickere Poren 3 auf, die im wesentlichen gradlinig durch die Schicht nicht gefluteter Poren auf, die mit dem Gas Elektrode verlaufen. Mit derartigen Poren wird bein Berührung steht. kanntlich eine bessere Zellenleistung erhalten als

Bei derartigen Elektroden kann festgestellt wer- 35 mit unregelmäßig ausgebildeten und ungeordneten den, daß der Elektrolyt in der unmittelbaren Um- Poren. Auf Grund der zwischen den beiden Elekgebung des gefluteten Porenbereichs die angrenzen- trodenoberflächen eingestellten Druckdifferenz ist ein den Porenwände benetzt. Er breitet sich nämlich geringer Bereich der Poren mit Elektrolyt gefüllt und über einen gewissen Bereich derart aus, daß zwi- geflutet. Im Anschluß an diese gefluteten Bereiche sehen geflutetem und trockenem Porenbereich eine 4° sind die Poren über einen bestimmten Bereich beZwischenschicht ausgebildet wird, die zwar nicht netzt, ohne geflutet zu sein. Diese benetzten Gebiete überflutet, aber benetzt ist und in Berührung mit sind in den verschiedenen Figuren durch verstärkte dem Gas steht. Striche gekennzeichnet und mit 4 bezeichnet. Der

Seitens der Erfinderin durchgeführte Versuche verbleibende Bereich der Poren 5 ist trocken, haben gezeigt, daß dieser benetzte. Bereich in den 45 Fig. 2 zeigt eine gemäß der Erfindung ausge-Poren der Elektroden eine sehr aktive Rolle bei den bildete Elektrode. Diese weist im Gegensatz zu der chemischen Reaktionen der Zelle spielt und daß, bei bezüglich F i g. 1 beschriebenen Elektrode zusätzgegebener Elektrodendicke, die Leistung der Zellen liehe gradlinige Kapillarkanäle 6 auf, die die Elekmit der Oberflächengröße dieses benetzten Poren- trode in den Zwischenräumen zwischen den Poren 3 bereichs anwächst. 50 durchqueren. Auf Grund der Kapillarwirkung ge-

Es ist das Ziel der Erfindung, die Leistung von langt der flüssige Elektrolyt 2 durch die Kanäle 6 Brennstoffelementen mit porösen Elektroden durch und benetzt einen bestimmten Bereich der Elek-Vergrößerung der benetzten Elektrodenoberfläche zu trode 1 auf der nicht mit dem Elektrolyten in Besteigern, rührung stehenden Oberfläche der Elektrode. Somit

Ausgehend von einer scheibenförmigen porösen 55 werden zusätzlich zu den sich an den Elektrolyten 2 Gasdiffusionselektrode für Brennstoffelemente mit anschließenden benetzten Bereichen 4 weitere beim wesentlichen gradlinig und parallel zueinander netzte Bereiche 4' erhalten, so daß die gesamte beverlaufenden und die Elektrode in Querrichtung netzte Oberfläche beträchtlich vergrößert wird, durchsetzenden Hauptporen wird diese Aufgabe ge- Gemäß der Erfindung ausgebildete Elektroden

maß der Erfindung dadurch gelöst, daß ebenfalls 60 können nach bekannten Verfahren hergestellt wergradlinige Kapillarkanäle die Scheibe in den Zwi- den. Beispielsweise kann das aus der USA.-Patentschenräumen zwischen den Poren durchqueren. schrift 2 619 438 bekannte Verfahren zur Herstellung

Durch die zusätzlichen Kapillarkanäle wird die von Gittern von Elektronenröhren in der nachGröße der benetzten Elektrodenfläche im Vergleich folgend beschriebenen Weise auch zur Herstellung zu Elektroden ohne diese Kanäle auf den 1,5- bis 65 von Elektroden gemäß der Erfindung verwendet 2fachen Wert erhöht. werden.

Durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß der Dazu werden Silberdrähte mit einem Durchmesser

von dem Brennstoffelement abgegebene Strom in von etwa 100 Mikron, der dem Durchmesser der ge-

wünschten Hauptporen entspricht, beispielsweise elektrolytisch mit einer Nickelschicht mit einer Stärke von etwa 10 Mikron überzogen. Der erhaltene Draht wird zu einer Ringspule gewickelt, die dann an einer Stelle aufgeschnitten und geradegerichtet wird. Dadurch wird ein aus aneinanderliegenden, mit Nickel überzogenen Silberdrähten bestehendes Bündel erhalten, das anschließend in einen aus Nickel bestehenden Hohlzylinder gesteckt wird, dessen Durchmesser etwa dem des Bündels entspricht, aber größer ist als der Durchmesser der herzustellenden Scheibenelektrode.

Anschließend wird der das Drahtbündel umgebende Zylinder Streck- und Sintervorgängen unterworfen, wobei die Sinterung bei etwa 800° C und im Vakuum durchgeführt wird. Wenn der Zylinder unter entsprechender Vergrößerung seiner Länge den Durchmesser der gewünschten Scheibenelektrode besitzt, wird er zu Scheiben zerschnitten, deren Dicke gleich der Dicke der gewünschten Elektroden ist und beispielsweise 1 mm beträgt.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird anschließend das Silber aus den einzelnen Scheiben entfernt. Damit erhält man eine etwa der Darstellung in F i g. 2 entsprechende Struktur, wobei die Poren 3 as den durch die Entfernung des Silbers erhaltenen kreisförmigen Durchlässen und die Kapillarporen 6 den etwa dreieckförmigen Durchlässen entsprechen, die sich zwangläufig ergeben, wenn im Querschnitt kreisförmige Drähte gebündelt werden.

Der Durchmesser der auf diese Weise erhaltenen Kapillarporen beträgt dabei etwa ¹A des Durchmessers der Hauptporen.

F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer bekannten Elektrode, die an einem Ende verengte Poren 3 aufweist. Der Bereich der Verengungen ist von der Elektrolytflüssigkeit 2 geflutet. Die benetzten, aber nicht gefluteten Bereiche 4 schließen sich an die gefluteten Bereiche an.

F i g. 4 zeigt eine der Elektrode nach F i g. 3 entsprechende Elektrode, die jedoch gemäß der Erfindung mit zusätzlichen Kapillarkanälen 6 versehen ist. Auf Grund dieser Kapillarkanäle werden auf der dem Elektrolyten 2 gegenüberliegenden Seite der Elektrode 1 benetzte Bereiche 4' ausgebildet, wodurch in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig.2 die Größe der trockenen Bereiche 5 verringert und die der benetzten Bereiche entsprechend erhöht wird.

Claims

Patentanspruch:

Scheibenförmige, poröse Gasdiffusionselektrode für Brennstoffelemente mit im wesentlichen geradlinig und parallel zueinander verlaufenden und die Elektrode in Querrichtung durchsetzenden Hauptporen, dadurch gekennzeichnet, daß ebenfalls geradlinige Kapillarkanäle (6) die Scheibe (1) in den Zwischenräumen zwischen den Poren (3) durchqueren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen