DE1596241C - Gasdichte Asbestmembran fur Brenn Stoffelemente - Google Patents
Gasdichte Asbestmembran fur Brenn StoffelementeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine gasdichte, hochreine Asbestfasern und Kunststoff enthaltende Asbestmembran
für Brennstoffelemente.
Es ist bereits bekannt, in Brennstoffelementen Asbestmembranen als Diaphragmen zu verwenden.
So sind beispielsweise bei dem in der französischen Zusatzpatentschrift 87 850 beschriebenen Brennstoffelement
Asbestdiaphragmen zwischen ein den Elektrolyten enthaltendes Stützgerüst und den beidseitig
angrenzenden Elektroden eingebaut, um dadurch die Gefahr eines Durchtritts der Reaktionsgase in den
Elektrolyten zu verringern.
Es hat sich nun gezeigt, daß die handelsüblichen Asbestmembranen den an Brennstoffelemente gestellten
Anforderungen nur unter bestimmten Betriebsbedingungen genügen. Unter dem Einfluß von
alkalischen Elektrolyten quellen nämlich die Asbestfasern bzw. Asbestpapiere stark auf und es wird ein
aus ungebundenen Fasern bestehendes Vlies gebildet, das beim Betrieb des Brennstoffelements beträchtliche
Störungen verursachen kann.
Durch die britische Patentschrift 1 045 999 ist eine kunststoffhaltige Asbestmembran bekannt, die als
Elektrolytträger in einem Brennstoffelement benutzt werden soll. Diese Membran besteht aus gereinigten
Asbestfasern, denen wasserunlöslich gemachte PoIyvinylalkoholfasern
in Mengen von 2 bis 25 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Membran, beigemischt
sind. Durch einen Elektrolytträger aus diesem Material soll das an der Anode bei der elektrochemischen
Umsetzung gebildete Wasser leicht diffundieren können und dem sich zwischen Kathode
und Anode ausbildenden Elektrolytkonzentrationsgefälle rasch entgegenwirken. Auch bei diesen bekannten
Membranen besteht jedoch die Gefahr, daß sie insbesondere bei längerer Betriebsdauer des
Brennstoffelements und bei höheren Elektrolyttemperaturen nicht genügend beständig sind. Durch Einwirkung
des alkalischen oder sauren Elektrolyten des Brennstoffelements können nämlich die zunächst
wasserunlöslichen Polyvinylalkoholfasern in wasserlösliche Produkte umgewandelt werden bzw. sich im
Elektrolyten auflösen. Die mechanische Stabilität und Gasdichtigkeit der Membran ist dann nicht mehr
gewährleistet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine hochreine Asbestfasern
und Kunststoff enthaltende Asbestmembran für Brennstoffelemente so auszubilden, daß ihre
mechanische Stabilität erhöht wird und sie vor allem auch noch nach längerer Betriebszeit gasdicht ist.
■Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß
der Kunststoff ein Bindemittel aus Methacrylsäureester, Polysulfonen, chlorsulfoniertem Polyäthylen
oder Chloropren in Mengen von 0,5 bis 6 Gewichtsprozent, insbesondere 1,5 bis 3 Gewichtsprozent, bezogen
auf das Gewicht der Asbestfasern, ist.
Der als Bindemittel dienende, gegenüber dem Elektrolyten beständige Kunststoff wird bei dieser
Membran den Asbestfasern in Form einer Dispersion beigemischt.
Die gefundene Lösung ist vor allem deshalb überraschend, weil die bisher mit Kunststofflatices, insbesondere
Gummilatices, vorbehandelten und hauptsächlich als Dichtungen eingesetzten Asbestpapiere,
die einen wesentlich größeren Kunststoffgehalt aufweisen, für den angegebenen Verwendungszweck
völlig ungeeignet sind. Derartige Asbestpapiere haben eine sehr geringe Volumenporosität und dichten deshalb
zwar gegenüber den Reaktionsgasen gut ab, jedoch wird gleichzeitig damit der elektrische Widerstand
untragbar hoch. Das Eindringen des Elektrolyten wird noch zusätzlich dadurch erschwert, daß
die Asbestpapiere einen relativ hohen Kunststoffgehalt aufweisen (mindestens 15 Gewichtsprozent) und
damit stark hydrophob werden.
Die neuen Asbestmembranen für Brennstoffelemente zeichnen sich vor allem dadurch aus, daß ihr
ίο elektrischer Widerstand sehr klein ist. So wurden
z. B. an Asbestmembranen, die 3 Gewichtsprozent Chloropren enthalten und eine Dicke von 0,27 bis
0,65 mm haben, unterhalb 0,3 Ω · cm2 liegende elektrische
Widerstände gemessen. Daß bei einer derart großen Volumenporosität noch eine gute und ausreichende
Gasdichtigkeit erreicht wird — bei einer Druckbelastung von 2 atü erfolgt noch kein Gasdurchtritt
— war nicht zu erwarten.
Eine nennenswerte Quellung der neuen Asbestfasermembranen konnte auch nach längerer Betriebsdauer bei Temperaturen bis zu 60° und Verwendung von 6 η KOH nicht beobachtet werden. Beispielsweise wurde eine Membran mit 5 Gewichtsprozent Chloropren in einem Brennstoffelement bei einer Elektrolyttemperatur von 6O0C über 3000 Stunden lang störungsfrei betrieben.
Eine nennenswerte Quellung der neuen Asbestfasermembranen konnte auch nach längerer Betriebsdauer bei Temperaturen bis zu 60° und Verwendung von 6 η KOH nicht beobachtet werden. Beispielsweise wurde eine Membran mit 5 Gewichtsprozent Chloropren in einem Brennstoffelement bei einer Elektrolyttemperatur von 6O0C über 3000 Stunden lang störungsfrei betrieben.
Die Herstellung der Asbestmembranen erfolgt in an sich bekannter Weise durch Aufziehen von wäßrigen
Dispersionen von Methacrylsäureestern, Polysulfönen, chlorsulfonierten Polyäthylenen oder Chloropren.
Diese werden von wäßrigen Alkalilösungen nicht angegriffen und zeigen gegenüber Luft bzw.
Sauerstoff eine gute Stabilität. Mit Polysulfonen und chlorsulfonierten Polyäthylenen ausgerüstete Asbestmembranen
eignen sich besonders für Brennstoffzellen, die oberhalb 60° C betrieben werden.
Um gasdichte Membranen mit guten mechanischen Eigenschaften zu erhalten, werden hochreine Asbestfasern
als Ausgangsmaterial eingesetzt, die frei von Verunreinigungen und nicht aufgeschlossenen Faserbündeln
sind. Die Reinigung erfolgt am besten in an sich bekannter Weise durch Aufschlämmen in Wasser,
wobei es vorteilhaft ist, oberflächenaktive Mittel zuzusetzen. Nach Abdekantieren und Trocknen der
Asbestfasern können noch anhaftende Verunreinigungen im Windsichter entfernt werden. Die in
destilliertem Wasser aufgeschlämmten Asbestfasern • werden anschließend unter kräftigem Rühren mit 0,5
bis 6 Gewichtsprozent einer der Kunststoffdisper-
sionen, bezogen auf das Gewicht und Feststoffgehalt der Dispersion, versetzt und in einer geeigneten Vorrichtung,
beispielsweise in einem Blattbildner, weiterverarbeitet. Nach Trocknung bei 80° C und Verdichten,
z. B. im Kalander oder Pressen bei den verwendeten Kunststoffen angepaßten Temperaturen, können
die hergestellten gasdichten Membranen sofort in Brennstoffelementen eingesetzt werden.
Bei Verwendung von Dispersionen aus Chloropren als Bindemittel, müssen den wäßrigen Asbestraseraufschlämmungen
noch die üblichen Vulkanisationsmittel zugegeben werden.
Die Beständigkeit der Membranen kann in vielen Fällen noch durch Zugabe eines Alterungsschutzmittels
erhöht werden, z. B. durch Zugabe von Di-^-naphthyl-p-phenylen-diamin.
Die gasdichten Asbestmembranen können auch in Brennstoffelementen, die einen sauren Elektrolyten,
beispielsweise H1SO1 enthalten, eingesetzt werden,
Claims (5)
- 3 4
- wenn als Asbest sogenannter Blauasbest verwendet Stoffelemente, dadurch gekennzeichnet,
- wird,-der gegenüber Säuren beständiger ist. daß der Kunststoff ein Bindemittel aus Methacrylsäureester, Polysulfonen, chlorsulfoniertem
- Patentanspruch: Polyäthylen oder Chloropren in Mengen von 0,5
- 5 bis 6 Gewichtsprozent, insbesondere 1,5 bis 3 Ge-Gasdichte, hochreine Asbestfasern und Kunst- wichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der As-stoff enthaltende Asbestmembran für Brenn- ' bestfasern, ist.
Family
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0026362A2 (de) * | 1979-09-20 | 1981-04-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Asbestdiaphragmen für elektrochemische Zellen und deren Herstellung |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0026362A2 (de) * | 1979-09-20 | 1981-04-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Asbestdiaphragmen für elektrochemische Zellen und deren Herstellung |
EP0026362B1 (de) * | 1979-09-20 | 1983-10-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Asbestdiaphragmen für elektrochemische Zellen und deren Herstellung |
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