DE1671450C3 - Aus einem katalytischer! aktiven Material, einem Bindemittel und einer thermisch behandelten Kohle bestehende Elektrode für Brennstoffelemente - Google Patents
Aus einem katalytischer! aktiven Material, einem Bindemittel und einer thermisch behandelten Kohle bestehende Elektrode für BrennstoffelementeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine aus einem katalytischen aktiven Material, einem Bindemittel und
einer thermisch behandelten Kohle bestehende Elektrode für Brennstoffelemente.
Die Erzeugung elektrischer Energie durch Umwandlung der chemischen Energie von Brennstoffen in
elektrochemischen Zellen gewinnt immer größere wirtschaftliche Bedeutung. Neben der Auswahl geeigneter
Brennstoffe müssen an die Elektroden derartiger Zellen besondere Anforderungen hinsichtlich ihres
Preises und der katalytischen Wirksamkeit gestellt werden.
Es ist bekannt, Kohleelektroden in verschiedenen Ausführungen in Brennstoffzellen zu verwenden. Dabei
wird gepreßte bzw. gesinterte Aktivkohle benutzt, die entweder selbst als Katalysator wirkt oder als
Gerüstträger für einen Katalysator verwendet wird. Bei der Herstellung derartiger Elektroden wird so vorgegangen,
daß der Katalysator und der Katalysatorträger mit einem Bindemittel aus Kunststoff, beispielsweise
Polyäthylen oder Polytetrafluoräthylen, zu einer Elektrode verpreßt und gesintert wird. Bei diesen relativ
gasdichten Elektroden wird zur Erhöhung der Aktivität eine verbesserte Struktur angestrebt. Diese poröse
Struktur wird beispielsweise dadurch erhalten, daß dem Gemisch ein weiterer Stoff zugesetzt wird, der sich bei
einer anschließenden thermischen Behandlung entwe der /ersetzt oder nach dem Sintervorgang aus dem
Elektrodenkörper herausgelöst wird. Bekannt ist als sogenannter Porenbildner Na^SO4, der nach dem
Verpressen des Gemisches durch Wasser henusgelöst
wird. Derartige Brennsioffelektroden weiser jedoch cmc relativ geringe Leitfähigkeit auf und zeilen beim
Betrieb eine starke Abhängigkeit der abgegebenen Leistung vom Gasdruck.
Hs ist bereits eine Elektrode für Brennstoffelemente
bekannt, die aus einem porösen aktivierten Kohlekörper besteht, der als Träger für einen metallischen oder
oxidischen Katalysator dient (FR-PS 12 65 398). Es ist auch eine Doppel- oder Mehrschichtelektrode bekannt,
wobei die dem Elektrolyten zugewandte Schicht aus Aktivkohle und die gasseitigc Schicht aus Graphit
besteht, der die elektrische Leitfähigkeit verbessern soll, jedoch keine ausreichende Porenstruktur hat (FR-PS
13 97 092). Schließlich ist auch eine Elektrode bekannt.
die aus Aktivkohle, Graphit, einem Binder und gegebenenfalls einem Edelmetallkatalysator und einem
eingebauten Edelmetallnetz zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit besteht Der Graphit wird
beim Preßvorgang über die katalytisch aktiven Zonen der Aktivkohle geschmiert, so daß die Oberfläche
partiell blockiert und dadurch die Leistung gemindert wird (FR-ZP 83 457).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
ίο Brennstoffelektrode zu schaffen, die neben einer guten
elektrischen Leitfähigkeit eine verbesserte, als Gasspei cherdienende formstabile Porenstruktur aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, da3 sie als thermisch behandelte Kohle 5 bis 50
Volumprozent Hartkohle enthält.
Hartkohle is' bisher an Stelle von Holz- oder
Metallformen als Kohleform für die Glasformung
verwende! worden (Prospekt »Kunstkohle Betriebsmittel«, Fa. Ringsdorff-Werke GmbH. Bad Godesberg-Mehlem).
Harthohle hat eine hohe und gleichmäßige Porosität,
eine hohe Kantenfestigkeit und Druckfestigkeit; gegenüber Aktivkohle weist Hartkohle eine höhere elektrische
Leitfähigkeit auf. Zur Herstellung der Elektrode wird H^rtkohle zu Pulver mit einer Korngröße von
etwi 10 μιη gemahlen. Von der Struktur her weist die
Hartkohle ferner einen etwas größeren Graphitierungsgrad als Aktivkohle auf.
Die Elektroden erhalten eine besonders gute Aktivität, wenn als Katalysator Aktivkohle verwendet
wird. Als Bindemittel können Thermoplaste, wie Polytetrafluoräthylen oder Polyäthylen, dienen. Überraschend
gute Ergebnisse wurden bei einer Elektrode gefunden, die aus 18 bis 23 Volumprozent Aktivkohle
und 18 bis 23 Volumprozent Hartkohle mit Polyäthylen als Bindemittel besteht.
Zui Herstellung der Elektrode wird von Preß- und Sinterverfahren Gebrauch gemacht. Die Bestandteile
werden zunächst intensiv vermischt und anschließend heiß verpreßt oder kalt gepreßt und danach gesintert.
Das Pressen erfolgt je nach Temperatur und Zusammensetzung bei einem Druck von 2 bis 5 t/cm2. Wird als
Bindnmitiel ein Thermoplast verwendet, so ist die
Temperatur beim Pressen bzw. Sintern so zu wählen, daß der Thermoplast im geschmolzenen Zustand
vorliegt. Bei Verwendung von Polyäthylen liegt diese Temperatur im Bereich von 130 bis 1500C. Werden die
Elektroden in der beschriebenen Weise hergestellt, so können sie ohne weitere Vorbehandlung in elektrochemische
Zellen eingesetzt werden.
Die Elektroden lassen sich nicht nur einfach herstellen, sondern ergeben auch eine überraschend
hohe Leistung. Dies ist in der Zeichnung am Beispiel der Sauerstoffreduktion in 2nH2SÜ4 bei 6O0C an Hand von
Stromspannungskurven dargestellt. Es bedeuten U das Potential bezogen aul eine HrElektrode in gleicher
Lösung und i die Stromdichte. Die Kurve / zeigt die stationäre Stromspannungskurve einer Aktivkohle-Na2SCVPolyäthylen-Elektrode,
bei der Na2SÜ4 herausgelöst
wurde, während die Kurve // die Stromspannungsbeziehung einer erfindungsgemäßen Aktivkohle Hartkohle
- Polyäthylen - Elektrode zeigt. Bei beiden Elektroden wurde die gleiche Aktivkohle und die
gleiche Type Polyäthylen verwendet. <>5 Die Hartkohle stellt also einen Begleitsloff dar, der
gegenüber Graphit eine ähnlich gute elektrische Leitfähigkeit hat, demgegenüber aber eine sehr hohe
stabile Porosität aufweist, die als Gasspeicher dient.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Aus einem katalytischen aktiven Material,
einem Bindemittel und einer thermisch behandelten Kohle bestehende Elektrode für Brennstoffelemente, dadurch gekennzeichnet, daß sie als
thermisch behandelte Kohle 5 bis 50 Volumprozent Hartkohle enthält.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator aus Aktivkohle
besteht.
3. Elektrode, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus !8 bis 23 Volumprozent
Aktivkohle, 18 bis 23 ,Volumprozent Hartkohle und ein?m Rest von Polyäthylen besteht.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1581381D FR1581381A (de) | 1967-10-27 | 1968-09-18 | |
| NL6814143A NL6814143A (de) | 1967-10-27 | 1968-10-03 | |
| GB50717/68A GB1246830A (en) | 1967-10-27 | 1968-10-25 | Electrodes for electrochemical cells and method of producing them |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEL0057744 | 1967-10-27 | ||
| DEL0057744 | 1967-10-27 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1671450A1 DE1671450A1 (de) | 1971-09-23 |
| DE1671450B2 DE1671450B2 (de) | 1976-02-19 |
| DE1671450C3 true DE1671450C3 (de) | 1976-09-30 |
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