DE1496337B2

DE1496337B2 - Method of manufacturing a fuel battery block with porous electrodes

Info

Publication number: DE1496337B2
Application number: DE19651496337
Authority: DE
Inventors: Walter Dim.-Ing. 6233 Kelkheim; Weiland Karl 6050 Offenbach Knöß
Original assignee: Varta AG, 6OOO Frankfurt
Priority date: 1965-09-11
Filing date: 1965-09-11
Publication date: 1970-11-19
Also published as: AT259652B; DE1496337A1; CH459314A; NL6609546A; BE686759A; GB1100600A; SE325065B; NL136428C

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- Die Elektrodenfläche wird an den Knotenpunkten lung eines Brennstoffbatterieblocks mit porösen des Netzes abgestützt; auf diese Weise können auch Elektroden, wonach die Elektroden mit fließfähigem sehr dünne Elektroden beim erfindungsgemäßen VerMaterial zu einem Block vergossen werden. fahren verwendet werden. Es werden vornehmlichThe invention relates to a method for producing the electrode surface is at the node points ment of a fuel battery block with porous network supported; this way you can too Electrodes, after which the electrodes with flowable very thin electrodes in the VerMaterial according to the invention to be potted into a block. driving can be used. It will be principally

Eine Brennstoffbatterie entsteht durch eine räum- 5 Kunststoffnetze und andere Netze aus elektrisch liehe Aneinanderreihung einer Anzahl von Elektro- isolierendem Material eingesetzt, den unterschiedlicher Polarität. Dabei müssen gleich- Die Brennstoffbatterie kann jedoch auch so aufge-A fuel battery is created by a spatial 5 plastic nets and other nets made of electrical borrowed juxtaposition of a number of electrical insulating material used, the different polarity. The fuel battery can, however, also be used in this way.

zeitig zwischen den porösen Elektroden über Kanäle baut sein, daß zwei gleichartige Elektroden einen zugängliche Hohlräume für die in der Brennstoff- Gasraum begrenzen; in diesem Falle kann in dem batterie umgesetzten flüssigen oder gasförmigen Stoffe io Hohlraum ein Netz aus elektrisch leitendem Material und für die Elektrolyträume der Batterie gebildet angeordnet werden.between the porous electrodes via channels that two electrodes of the same type build one limit accessible cavities for those in the fuel gas space; in this case can in that battery converted liquid or gaseous substances io cavity a network of electrically conductive material and arranged to be formed for the electrolyte chambers of the battery.

werden. Die Hohlräume müssen dabei an den Rän- Zweckmäßigerweise setzt man vor dem Schleuder-will. The cavities must be at the edges.

dern der Elektroden bei den verwendeten Betriebs- guß den aus den Elektroden und Abstandshaltern drucken und Temperaturen gas- und flüssigkeitsdicht bestehenden Stapel in der Vergußform unter leichten verschlossen sein. 15 Druck. Die Abstandshalter liegen dadurch gut an denIn the case of the cast iron used, the electrodes are modified from the electrodes and spacers print and temperatures gas- and liquid-tight existing stack in the casting mold under light to be introverted. 15 pressure. The spacers are therefore well on the

Es ist bereits bekannt, die Elektroden mit Ab- Elektrodenflächen an und werden beim Schleuderguß Standsstücken und Dichtungselementen unmittelbar von den Elektroden gehalten; elastische Abstandsin einer geeigneten Halterung zu einem Batterieblock halter erhalten eine Vorspannung, zusammenzuschrauben. Es ist jedoch kaum zu ver- Die Drehzahl der Schleudergußform wird für dieIt is already known to have electrodes with off-electrode surfaces and are used during centrifugal casting Stand pieces and sealing elements held directly by the electrodes; elastic spacing in a suitable bracket for a battery block holder receives a preload, to screw together. However, it is hardly to be The rotational speed of the centrifugal casting mold is used for the

meiden, daß durch die Einwirkung des Elektrolyten 20 Dauer des Eingießens und der Verfestigung des fließauf die Dichtungsmaterialien die Batterie vorzeitig fähigen Materials so eingestellt, daß entsprechend der undicht wird. Zusätzliche Schwierigkeiten bereitet die Oberflächenspannung des Materials und dem DurchAbdichtung der porösen Elektrodenränder. messer der Elektrodenporen das Eindringen desavoid that by the action of the electrolyte 20 duration of pouring and solidification of the flow the sealing materials set the battery prematurely capable material so that according to the leaks. The surface tension of the material and the through-sealing cause additional difficulties the porous electrode edges. the penetration of the electrode pores

In der Akkumulatoren- bzw. Batterie-Technik sind Materials über einen vorgegebenen Bereich des Elekschon Verfahren angewendet worden, bei denen 25 trodenrandes hinaus zur Mitte der Elektroden verzwecks Vermeidung undichter Stellen der fertige hindert wird; die Drehzahl ist weiterhin abhängig vom Plattensatz in ruhendem Zustand mit Vergußmasse Radius dieser Grenzlinie für das in den Poren der umgeben wird. Elektrode verfestigte Material.In accumulator or battery technology, material is used over a given area of the electronics Process has been used in which 25 trodenrandes branching out to the center of the electrodes Avoidance of leaks prevents the finished; the speed is still dependent on Set of plates in the resting state with potting compound radius of this boundary line for the in the pores of the is surrounded. Electrode solidified material.

Von dem Erfinder wurde ferner bereits vorge- Die Verbindungskanäle, welche die Zuleitung fürThe inventor has also already proposed that the connecting channels, which are the supply line for

schlagen, bei der Herstellung von Brennstoffbatterien 30 die Betriebsstoffe zu den als Gas- und Elektrolytdie Elektroden zusammen mit Kernen für die Hohl- räumen dienenden Hohlräumen zwischen den Elekräume zwischen den Elektroden in eine geeignete troden bilden, könnten nachträglich in den fertigen Form einzulegen und mit einem fließfähigen Material Batterieblock durch Bohren oder andere geeignete zu vergießen. Nachteilig ist hierbei das notwendige Verfahren eingefügt werden.suggest, in the production of fuel batteries 30, the operating materials to the than gas and electrolyte Electrodes together with cores for the cavities serving cavities between the electrical spaces between the electrodes in a suitable electrode form, could subsequently be in the finished Insert mold and block with a flowable material by drilling or other suitable to shed. The disadvantage here is the need to insert the procedure.

spätere Herauslösen der beispielsweise aus Salz- 35 Viel vorteilhafter ist es, die Kanäle bei der Herplatten bestehenden Hohlraumkerne. stellung des Batterieblocks dadurch zu formen, daßLater detachment of the, for example, salt 35 Much more advantageous is the canals at the Herplatten existing void cores. position of the battery block in that

Bei den beiden letztgenannten Verfahren besteht durch Einlegen von Kernen Verbindungskanäle zu immer die Gefahr, daß durch Gasblasen im fließfähi- den Hohlräumen zwischen den Elektroden gebildet gen Material die Verbindung zwischen den Elek- werden.In the case of the two last-mentioned methods, connecting channels are closed by inserting cores there is always the risk of gas bubbles forming in the flowable cavities between the electrodes gen material will be the connection between the elec-

trodenrändern und dem gegossenen Batteriemantel 40 Es ist zweckmäßig, wenn kurze Kanäle zu den einundicht wird. zelnen Hohlräumen zwischen den Elektroden abzwei-electrode edges and the cast battery jacket 40. It is useful if short channels to the one leaky will. separate cavities between the electrodes

Um das Vollsaugen der Elektrodenporen durch gen. Die kurzen Kanäle werden durch Kerne gebildet, Kapillarkräfte wirksam zu verhindern, sind ferner - die zusammen mit den Elektroden eingelegt werden, besondere Maßnahmen erforderlich, z.B. die Ver- Besonders vorteilhaft ist es, zur Festlegung undTo ensure that the electrode pores are soaked through. The short channels are formed by cores, To effectively prevent capillary forces are also - which are inserted together with the electrodes, special measures are required, e.g. the definition of and

wendung eines sehr zähflüssigen Materials, das sich 45 Zentrierung der Elektroden Kernstäbe zu verwenden, in kurzer Zeit verfestigt. Die Elektroden werden während der Herstellung desapplication of a very viscous material that 45 centering the electrodes to use core rods, solidified in a short time. The electrodes are used during manufacture of the

Es ergab sich deshalb die Aufgabe, ein Verfahren Batterieblocks durch die über den Umfang der Elekzur Herstellung von Brennstoffbatterien zu finden, troden angeordneten und an den Rändern der Elekdas diese Nachteile nicht aufweist. troden anliegenden Kernstäbe in der Mitte derIt was therefore the task of a method of battery blocks by over the scope of the Elekzur Manufacture of fuel batteries to be found, trodes arranged and on the edges of the Elekdas does not have these disadvantages. trode adjacent core rods in the middle of the

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge- 50 Schleudergußform gehalten.According to the invention, this object is achieved by means of a centrifugal casting mold.

löst, daß die Elektroden der Brennstoffbatterien, Eine Bewegung der Elektroden durch die beimtriggers that the electrodes of the fuel batteries, a movement of the electrodes through the during

getrennt durch eingelegte Abstandshalter, in einer Schleuderguß auftretenden Fliehkräfte wird durch die Schleudergußvorrichtung zentriert angeordnet und Kernstäbe verhindert. Nach der Verfestigung des danach am Rande mit elektrisch isolierendem Kunst- Batterieblockes können die Kernstäbe herausgezogen stoff zu einem Batterieblock vergossen werden, wo- 55 werden. An Stelle der Kernstäbe können auch Rohre, bei die Drehzahl so eingeregelt wird, daß der Kunst- beispielsweise Kunststoffrohre, verwendet werden, stoff in die Poren des Randbereichs der Elektrode Die kurzen Kerne werden in Öffnungen in der Rohreindringt. _ wandung eingesetzt und nach dem Guß herausgelöst.separated by inserted spacers, centrifugal forces occurring in a centrifugal casting is caused by the Centrifugal casting device arranged in the center and preventing core rods. After the solidification of the then on the edge with electrically insulating synthetic battery blocks, the core rods can be pulled out material can be poured into a battery block, where- 55 are. Instead of the core rods, tubes, at the speed is regulated so that the synthetic, for example plastic pipes, are used, substance into the pores of the edge area of the electrode The short cores are penetrated into openings in the tube. _ wall inserted and removed after casting.

Zwischen die Elektroden werden ein oder mehrere Es können aber auch Rohr- oder Schlauchstücke ver-Abstandshalter eingelegt, die vor allem die auf die 60 wendet werden, welche ebenso wie die als Kernstäbe Elektrodenflächen wirkenden Kräfte abfangen und benutzten Rohre nach dem Guß einen Bestandteil des auf die Endflächen des Batterieblocks übertragen. Batterieblockes bilden.One or more pieces of pipe or hose can also be placed between the electrodes inlaid, which mainly turns to the 60, which as well as those as core bars Electrode surfaces intercept forces and used pipes after casting a part of the transferred to the end faces of the battery pack. Form battery blocks.

Als Abstandshalter können neben Ringen, Stäben und Die Kernstäbe können ebenso wie die kurzen KerneIn addition to rings, rods and spacers, the core rods can as well as the short cores

anderen gleichartigen Körpern auch poröse Dia- aus einem Material bestehen, welches nach der Verphragmen, wie poröse Folien oder Platten aus Kunst- 65 festigung des Batterieblockes durch Lösungsmittel stoff- und Glasfasergeweben sowie gewellte und herausgelöst wird. In diesem Falle werden die Kerngelochte Kunststoffscheiben verwendet werden. stäbe so eingelegt, daß sie an die kurzen, zu den Hohl- other similar bodies also porous dia- consist of a material which, according to the Verphragmen, like porous foils or plates made of plastic fabric and fiberglass fabrics as well as corrugated and detached. In this case, the core-perforated plastic washers are used. inserted in such a way that they are attached to the short

Netze sind als Abstandshalter besonders geeignet. räumen führenden Kerne stoßen.Nets are particularly suitable as spacers. clear leading cores bump.

Als elektrisch isolierendes fließfähiges Material können zum Beispiel die Epoxydharze, ungesättigte Polyester, Polyolefine, auch in ihren halogenierten Formen, Alkydharze, Phenoplaste, Aminoplaste, Silikonharze, Polymethacrylsäureester und andere verwendet werden.As an electrically insulating flowable material, for example, the epoxy resins, unsaturated Polyesters, polyolefins, also in their halogenated forms, alkyd resins, phenoplasts, aminoplasts, Silicone resins, polymethacrylic acid esters, and others can be used.

Die Herstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffbatterieblocks wird nachstehend an Hand der nicht maßstabgerechten Abbildung beschrieben:The manufacture of one embodiment of the fuel battery pack of the present invention is as follows described on the basis of the illustration, which is not to scale:

Der Deckel 1 wird mit dem Mantel 2 der Gußform verschraubt, die in diesem Falle zylindrisch ist. Die Drehachse für den Schleuderguß ist hier die Zylinderachse. In die Form wird zuerst die Endplatte 3 eingelegt. Die Endplatte 3 ist so bemessen, daß sie die im Betrieb auftretenden Druckbelastungen aufnimmt; sie muß aus einem Material bestehen, das sich mit dem fließfähigen Material fest verbindet.The cover 1 is screwed to the shell 2 of the casting mold, which in this case is cylindrical. the The axis of rotation for centrifugal casting is the cylinder axis. The end plate 3 is first placed in the mold. The end plate 3 is dimensioned so that it absorbs the pressure loads occurring during operation; it must consist of a material that bonds firmly to the flowable material.

Dann wird das Netz 5 eingelegt, das als Abstandshalter zur Einstellung der Breite des Gasraumes für die Elektrode 4 dient. Die Elektrode 4 wird durch das Netz 5 gegen die Endplatte 3 abgestützt. Auf die Elektrode 4 wird das Netz 6 eingelegt, das die Breite des Elektrolytraumes zwischen den Elektroden 4 und 7 festlegt und die Elektrode 7 gegen die Elektrode 4 und damit gegen die Endplatte 3 abstützt. Auf die Elektrode 7 wird das Netz 8 gelegt, das die Breite des Gasraumes für die Elektroden 7 und 9 bestimmt und die Abstützung der Elektroden 7 und 9 bewirkt. In gleicher Weise werden die Netze 11 und 12 und die Elektrode 10 eingelegt. Bei der Herstellung einer Brennstoffbatterie, die nur aus zwei Brennstoffelementen besteht, wird dann die Endplatte 14 aufgelegt. Die Elektroden sind mit Anschlußfahnen für den elektrischen Anschluß versehen und werden vor dem Guß miteinander verbunden. Es kann beispielsweise die Elektrode 4 mit der Elektrode 10 und die Elektrode 7 mit der Elektrode 9 verbunden werden. Nun werden noch, über den Umfang des Batterieblockes verteilt, sechs Kanäle für die Betriebsgase und den Elektrolyten benötigt. Am Rande der Hohlräume zwischen den Elektroden 4, 7, 9,10 und zwischen den Elektroden 4 und 10 und den zugehörigen Endplatten 3 und 14 werden dazu in der Abbildung nicht dargestellte Kerne aus wasserlöslichem Polyvinylalkohol eingelegt, die nach dem Erhärten des fließfähigen Materials herausgelöst werden. Diese Kerne stoßen an die sechs Stahlstäbe 16, die in die Platten 1, 3 und 14 eingesteckt sind. Die Stahlstäbe 16 dienen als Kerne für die Gas- und Flüssigkeitskanäle; sie können nach der Verfestigung des fließfähigen Materials herausgezogen werden. Die Stäbe 16 liegen an den Rändern der Elektroden an und bewirken daher eine Festlegung und Zentrierung der Elektroden. Vor dem Eingießen des fließfähigen Materials über nicht dargestellte Öffnungen in der Deckplatte 14 wird dem aus den Elektroden und Netzen bestehenden Paket noch ein leichter Andruck erteilt. Die dünnen Elektroden haben eine Dicke unterhalb 1 mm und einen Durchmesser von 120 mm. Als fließfähiges Material wird während des Schleudergusses Epoxydharz eingegossen und anschließend zum Gußstück 15 verfestigt. Danach ist der Schleuderguß beendet. Die Drehzahl beim Schleuderguß liegt bei etwa 1500 Umdrehungen pro Minute und bewirkt, daß das Material nur in die in der Abbildung voll gezeichneten Randzonen der Elektroden eindringt.Then the net 5 is inserted, which acts as a spacer to adjust the width of the gas space for the electrode 4 is used. The electrode 4 is supported against the end plate 3 by the mesh 5. On the Electrode 4, the mesh 6 is inserted, which is the width of the electrolyte space between the electrodes 4 and 7 and the electrode 7 is supported against the electrode 4 and thus against the end plate 3. on the electrode 7, the mesh 8 is placed, which determines the width of the gas space for the electrodes 7 and 9 and causes the electrodes 7 and 9 to be supported. In the same way, the networks 11 and 12 and the electrode 10 is inserted. When making a fuel battery, which only consists of two fuel elements exists, the end plate 14 is then placed. The electrodes are with terminal lugs for provide the electrical connection and are connected to each other before casting. For example the electrode 4 can be connected to the electrode 10 and the electrode 7 to the electrode 9. Now, six channels for the operating gases are distributed over the circumference of the battery block and the electrolyte needed. At the edge of the cavities between the electrodes 4, 7, 9,10 and between the electrodes 4 and 10 and the associated end plates 3 and 14 are shown in the figure Not shown, inserted cores made of water-soluble polyvinyl alcohol, which after the hardening of the flowable material are dissolved out. These cores abut the six steel rods 16 that are inserted into the Plates 1, 3 and 14 are inserted. The steel rods 16 serve as cores for the gas and liquid channels; they can be pulled out after the flowable material has solidified. The bars 16 lie at the edges of the electrodes and therefore cause the electrodes to be fixed and centered. Before pouring the flowable material through openings (not shown) in the cover plate 14 a light pressure is applied to the package consisting of the electrodes and nets. the thin electrodes are less than 1 mm thick and 120 mm in diameter. As a flowable one Material is poured in epoxy resin during centrifugal casting and then into casting 15 solidified. The centrifugal casting is then ended. The speed of centrifugal casting is around 1500 revolutions per minute and has the effect that the material is only in the edge zones that are fully drawn in the figure penetrates the electrodes.

Bei der Verwendung von dünnen Elektroden ist es besonders vorteilhaft, daß auch diese Elektroden bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Batterieblockes mit Hilfe der Abstandshalter vor dem Vergießen ohne Spannungen an den Elektrodenrändern in der Form gehalten werden und auch nach der Verfestigung des Batteriemantels die Elektroden an ihren Rändern spannungsfrei in dem Batteriemantel eingefaßt sind.When using thin electrodes, it is particularly advantageous that these electrodes also have the production of a battery block according to the invention with the aid of the spacers before potting can be held in shape without tension at the electrode edges and also after solidification of the battery casing, the electrodes are framed in the battery casing without tension at their edges are.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Batterieblock bereits Kanäle in dem Batteriemantel für die Zuführung der Betriebsstoffe zu den Hohlräumen zwischen den Elektroden besitzt.Another advantage is that the battery block already has channels in the battery jacket for the Owns supply of operating materials to the cavities between the electrodes.

Claims

Patent claims:

1. A method of manufacturing a fuel battery block with porous electrodes, d a by characterized in that the electrodes, separated by inserted spacers, are centered in a centrifugal casting device and then on the edge with electrically insulating plastic to a battery block be potted, the speed is regulated so that the plastic into the pores penetrates the edge area of the electrodes.

2. The method according to claim 1, characterized in that by inserting cores Connecting channels to the cavities between the electrodes are formed.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the electrodes during the production of the battery block by the arranged over the circumference of the electrodes and core rods resting against the edges of the electrodes in the center of the centrifugal casting mold being held.

1 sheet of drawings