DE1471772A1

DE1471772A1 - Mit einer Salzschmelze arbeitende Brennstoffzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1471772A1
Application number: DE19641471772
Authority: DE
Inventors: Georges Feuillade; Georges Outhier
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1963-03-07
Filing date: 1964-03-05
Publication date: 1969-03-20
Also published as: GB1048894A; FR1358600A

Description

Mit einer Salzschmelze arbeitende Brennstoffzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft ein geschmolzenes Salz enthaltende Brennstoffzellen. Bekanntlich sind Brennstoffzellen elektrochemische Vorrichtungen, in welchen die chemische Energie eines Brennstoffs direkt in elektrische Energie in Form einer kontinuierlichen Niederspannung umgewandelt wird.

Diese Vorrichtungen besitzen eine Anode, an welcher der Brennstoff oxydiert wird, und eine Kathode.,,, an welcher der Sauerstoff der Luft reduziert wird.- Bei der anodisehen Reaktion werden Elektronen frei, die durch den äusseren Stromkreis der Zelle'zur Kathode gelangen und

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dort

dort von dem Sauerstoff in der kathodischen Reaktion verbraucht werden. Die so an der Kathode gebildeten Sauerstoffionen bewegen sich in einem Elektrolyt zwischen den Elektroden und schliessen so den Stromkreis der Zelle.

Bei den Brennstoffzellen, auf welche sich die vorliegende Erfindung bezieht, besteht der Elektrolyt aus einem geschmolzenen Salz (einer Mischung von Alkalicarbonaten), welches sich in den Poren einer keramischen Matrix befindet, auf zwei Oberflächen von welcher die Elektroden durch Metallisierung aufgebracht sind. So besteht die Anode z.B. aus Nickel und die Kathode aus Silber.

Die praktische Herstellung dieser Zellen bietet bestimmte Schwierigkeiten und hat bisher noch kein technisch brauchbares Stadium erreicht.

So ist insbesondere die richtige Verhaftung der porösen, die Elektroden bildenden Metallisierungsschichten an der ebenfalls porösen Matrix schwierig: Die Aufbringung einer solchen Schicht durch Zerstäubung einer Suspension von Metallpulver, welches die bisher am häufigsten angewendete Methode darstellt, bietet kein sicheres Verfahren, welches in technischem Massstab reproduzierbar wäre.

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Aufgabe

Aufgabe der Erfindung ist somit die Schaffung eines Verfahrens zur Aufbringung von Metallelektroden auf eine poröse Matrix, wobei sich dieses Verfahren zur technischen Herstellung poröser Elektroden mit ausreichendem Zusammenhalt und ausreichender Haftfestigkeit eignet.

Das erfindungsgemässe Verfahren besteht im wesentlichen darin, dass man auf die poröse Matrix durch "Shoopierung" geschmolzene Metallkörner aufbringt, so dass sich eine die Verhaftung fördernde Schicht ausbildet, die so dünn ist, dasB sie die Poren der Matrix nicht verändert-, worauf man auf dieser Haftschicht nach der üblichen Methode durch Zerstäuben einer Suspension mindestens eine metallische Schicht aufbringt, die so porös und dick ist, um die Funktion der eigentlichen Elektrode übernehmen zu können.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich. In der Zeichnung zeigen:

Mg. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Zelle, und

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Fig. 2 das G-efüge des die Elektroden bildenden Materials.

Pig. 1 zeigt eine aus einer Anzahl von Trägerplatten für Elektroden, z.B. 1, 2, 3 und 4, zusammengesetzte Zella. Diese Platten, welohe aus einem keramischen Material mit relativ grossen Poren, beispielsweise mit einem Durohmesser von einigen zig Mikron, bestehen, besitzen gemäss einer besonderen Ausführungsform der Erfindung eine Kreisform und sind durch dioht abgeschlossene Eäume voneinander getrennt, welohe duroh ringförmige Dichtungen 5t 6, 7, die z.B. aus Nickel bestehen, begrenzt sind. Der Zusammenbau der Platten erfolgt z.B. mittels Spannplatten 8 und Muttern 9 und 10.

In die ungeraden Räume münden z.B. duroh die Dichtungen hinduroh Abzweigungen einer Sauerstoffzuleitung 11, während in die geradzahligen Räume Abzweigungen einer Zuführungsleitung 12 für ein brennbares Gras, z.B. Wasseret off, einmünden.

Diejenigen Seiten der Platten, die sich mit Sauerstoff in Berührung befinden, tragen eine Silberkathode, während die mit dem brennbaren Q-as in Berührung befindlichen Sei-. ten jeweils eine Niokelanode tragen| die Wahl dieser die Elektroden darstellenden Metalle bedeutet indes keine Beschränkung.

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GemäsB

Gemäss einem wichtigen Merkmal der Erfindung besitzt jede dieser Elektroden das in ffig. 2 dargestellte Gefüge . Darin bezeichnet

13 das keramische Material der Trägerplatte;

14 eine durch Shoopierung erhaltene Metallschicht und

15 eine aufgestäubte Metallschicht.

Die Verhaftungsschicht 14» die z.B. für die Anode aus Nickel besteht, ist so dünn, dass die Poren des Trägers 13 nicht verstopft werden können. Sie haftet sehr fest an dem keramischen Träger und dient als Unterlage für die Schicht 15, die z.B. durch Zerstäubung einer Suspension von Nickelpulver in einer Lösung von Styrol in Trichlor erhalten wurde und eine Dicke von einigen zehntel Millimetern aufweist. Die so zusammengesetzte Elektrode erfährt dann eine WärmeSinterung des Nickelpulvers, vorzugsweise in einer Wasserstoffatmosphäre, beispielsweise bei 500°. Diese Wärmebehandlung bewirkt praktisch keinerlei Schwund der Schicht 15 und diese besitzt eine ausgezeichnete Oberflächenhomogenität. In gewissen Fällen mag es vorteilhaft sein, mehrere aufgestäubte Schichten übereinander aufzubringen.

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Gemäss einem anderen Merkmal der Erfindung "besitzt lediglich der Mittelteil jeder Platte eine grosse Porosität (von beispielsweise über 30 tf>) und wird mit geschmolzenem Salz imprägniert. Der äussere Teil der Kreisfläche (in Fig. 1 bei Platte 4 mit 13 bezeichnet), welcher einen Befestigungsflanseh mit geringerer Dicke als der Mittelteil darstellt, besitzt eine viel schwächere Porosität und gewährleistet die Dichtigkeit gegenüber den geschmolzenen Salzen, die-dadurch in dem porösen Mittelteil festgehalten werden.

Dieses Ergebnis könnte man in vorteilhafter Weise auch erhalten, wenn man die Platte aus Magnesia mit im Mittelteil und den Randteilen unterschiedlichen Korngrössen herstellt, die Magnesia sintert, den Durchmesser des Befestigungsflansche zurechtschleift, die beiden Seiten der erhaltenen Platte mit den beschriebenen metallischen Schichten bedeckt und die vorstehend beschriebene Wärmesinterung des Nickelpulvera durchführt.

Wie Pig. 1 zeigt, kommt die ringförmige Metalldichtung mit dem metallisierten Befestigungsflansch und mit dem leitungssystem in Kontakt und dient auf diese Weise als Stromsammler.

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Die

•j _

Die Erfindung kann natürlich weitgehende Abänderungen erfahren, die sich für den Fachmann von selbst ergeben, ohne dass dadurch ihr Rahmen verlassen wird.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

J) /verfahren zur Herstellung von Elektroden einer eine Salzschmelze enthaltenden Brennstoffzelle, dadurch gekennzeichnet, dass man auf die das geschmolzene Salz enthaltende poröse Trägermatrix geschmolzene Metallkörner unter Bildung einer die Verhaftung fördernden Schicht durch "Shoopierung" aufspritzt, wobei diese Schicht so dünn ist, dass sie die Poren der Matrix nicht verändert, worauf man auf dieser Haftschicht auf an sich bekannte Weise durch Zerstäubung einer Suspension mindestens eine Metallschicht aufbringt, die porös und dick genug ist, um als eigentliche Elektrode zu wirken.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgestäubte Metallschicht gesintert wird.
3) Eine Salzschmelze enthaltendes Element einer Brennstoffzelle, gekennzeichnet durch eine Keramikplatte, welche auf jeder Seite eine nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1 erhaltene Elektrode trägt.
4) Brennstoffzellenelement nach Anspruch 3, gekennzeichnet duroh einen kreisförmigen Mittelteil, welcher so

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porös ist, dass er als das geschmolzene Salz enthaltende Matrix dient, wobei dieser Mittelteil von einem Befestigungsflansch mit dichterem Gefüge umgeben ist, der eine Dichtigkeit gegenüber dem geschmolzenen Salz und die für die Befestigung erforderliche mechanische Widerstandsfähigkeit gewährleistet.
5) Aus mehreren Elementen gemäss Anspruch 4 zusamraengebaute Brennstoffzelle, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Berührung mit den Befestigungsflanschen von zwei benachbarten Elementen angeordnete ringförmige Dichtung zwischen diesen Elementen einen gasdichten Raum begrenzt, wobei diese Dichtung von einer Gaszuführungsleitung durchquert wird und einen Stromsammler bildet.
6) Brennstoffzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Matrix aus Magnesia mit im Mittelteil und den Eandteilen unterschiedlicher Korngrösse besteht.

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