DE1671475A1

DE1671475A1 - Stromableitergeruest fuer elektrochemische Zellen aus metallisch verfestigtem Graphitgrundkoerper,wie Graphitfilz,Graphitwolle oder Graphitgewebe

Info

Publication number: DE1671475A1
Application number: DE19661671475
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl-Chem Faber
Original assignee: Rheinisch Westfaelisches Elektrizitaetswerk AG
Current assignee: RWE AG
Priority date: 1966-10-12
Filing date: 1966-10-12
Publication date: 1971-09-23
Also published as: SE321970B; GB1147853A

Description

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Essen, den Io. Okt. I966 (27 I60/K+)

'ATBNTAMWALT
43Eesen,Kef-v.i sr Str. 3d

Pa tent anme Idling der Firma

Rheinisch-Westfälisches Elektrizitätswerk - Aktiengesellschaft -

4j5 E s s e n, Kruppstrasse 5

Stromableitgerüst für elektrochemische Zellen aus metallisch verfestigtem Graphitgrundkörper, wie Graphitfilz, Graphitwolle od. Graphitgewebe

Stromableitgerüste für elektrochemische Zellen aus metallischen oder metallisierten Fasern sind bekannt. Hier sind in erster Linie die Stahlfaserplatte und die Elektrodenplatte aus metallisiertem Glasfaservlies zu nennen. Darüber hinaus hat man bereits Stromableitgerüste aus einem Graphitgrundkörper wie Graphitfilz, -wolle oder -gewebe mit metallisierten und miteinander versinterten Graphitfasern vorgeschlagen. Derartige Stromableitgerüste haben gegenüber ähnlichen Ausführungsformen aus metallisierter Glasfaser den großen Vorteil, daß auch der Faserinnenkörper eine gute elektrische Leitfähigkeit hat. Der elektrische

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Oesamtwiderstand eines derart metallisierten und anschließend versinterten Stromableitgerüstes aus Graphit kann deshalb sehr klein gehalten werden* Abgesehen von der für die - Porosität wichtigen, wesentlich feineren Herstellbarkeit von Graphitfasern mit Stärken zwischen 1 und 5 mü kann derartiger als Rohstoff vom Band vorliegender Graphitgrundkörper kontinuierlich verarbeitet werden. Das versinterte Endprodukt bleibt elastisch und hervorragend zur Aufnahme der elektrochemisch aktiven Massen gleich welchen Charakters geeignet.

Der Erfindung liegt im Anschluß ah die beschriebenen Stromab leitgerüste aus porösen, metallisierten und anschließend versinterten Graphitfasern die Aufgabe zugrunde, eine auf völlig andere Weise verfestigte Gruppe von Stromäbleitgerüsten aus Graphitfasern zu schaffen, die einer vorhergehenden, gesonderten Metallisierung nicht bedürfen.

Die Erfindung betrifft, ein Stromableitgerüst für elektrochemische Zellen aus metallisch verfestigtem Graphitgrundkörper, wie Graphitfilz, Graphitwolle oder Graphitgewebe, und besteht darin, daß der in seiner Struktur lockere, rohe Graphitgrundkörper mit an ihrer Oberfläche nicht metallisierten Graphitfasern durch in den Graphitgrundkörper eingebrachtes und ihn durchdringendes Metallpulver, insbesondere Carbonylnickelpulver, versintert ist. Die Graphitfaser wird sozusagen blank verwendet. Der Graphitgrundkörper dient dabei der Bildung einer elektrisch

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leitenden, faserporösen Struktur. Der eigentliche Verbund geschieht durch Metallpulver, das in den Graphitgrundkörper, beispielsweise durch Rüttelung, eingebracht und anschließend mit oder ohne Preßdruck versintert wird. Der Graphitkörper hat somit die Aufgabe, die pulverporöse Struktur aufzulockern. Es entsteht eine Art Doppelskelettelektrode, bei der zwei poröse Strukturen, eine pulverporöse metallische und eine faserporöse aus Graphit voneinander durchdrungen sind. Den mechanischen Halt bildet das pulverporöse Gerüst, beispielsweise aus versintertem Carbonylnickelpulver. Die Faserstruktur des Graphitgrundkörpers hält ihrerseits den Porenraum offen, ohne als elektrischer Blindkörper der Gesamtleiteigenschaft der fertig verfestigten Platte zu schaden.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Stromableitgerüstes liegt darin, daß im Gegensatz zur reinen Pulversinterplatte nun auch mit einer kleinen Menge Metallpulver ein insgesamt hochporöses Gebilde zur Aufnahme der aktiven Massen vorliegt. Platten, die ausschließlich aus metallischem Pulver bestehen, haben bekanntlich eine mit der Korngröße nur wenig variable Porosität. Dagegen lassen sich durch das mit dem Graphitfilz verdünnte Pulvergerüst in weiten Porositätsbereichen veränderliche Hohlräume für die aktive Masse im Stromableitgerüst erzielen.

Das erfindungsgemäße Stromableitgerüst läßt sich mit verschiedenen Kontaktfahnen versehen. Hier kommen einfache

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mitgesinterte Rahmen oder zentral gelagerte Bleche bzw. Drähte in Frage. Vorzugsweise ist dem Stromableitgerüst eine Kontaktfahne aus einem Metallgewebe, wie Nickeldrahtgewebe, oder metallisiertem, insbes. nickelmetallisiertem Glasfaservlies entweder doppelt an beiden Außenflächen oder einfach im Inneren angesintert. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der rohe, mattenförmige Graphitgrundkörper lediglich an seinen Außenflächen, gleich nach welchem Verfahren, etwa vernickelt ist, ohne daß dabei Poren verschlossen werden, und dort die Kontaktfahne in Form eines Drahtes, Bleches oder Metallgewebes,beispielsweise durch elektrische Punktschweißung, angebracht ist. Alle Stromableitgerüste können nach bekannten Verfahren mit den aktiven Massen in gleicher Weise gefüllt werden. Im folgenden wird die Erfindung an einigen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren 1-4 zeigen verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Stromableitgerüste.

In handelsüblichen Graphitfilz von 1,0 - 3,5 mm Stärke mit Fasern zwischen 1 und 10 mü wird mit oder in Vorpressung feinstes Metallpulver, etwa Carbonylnickelpulver der Korngröße 1-5 mü, beispielsweise durch Vibration eingebracht. Der so vorbereitete Graphitfilz wird dann bei der für das Metallpulver typischen Sintertemperatur unter Schutzgas geglüht. Dabei kann ein zusätzliches Kontaktgerüst 1, z.B. feines Nickelmaschendrahtgewebe, oder stark vernickeltes

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Glasfaservlies entsprechend Pig. 1 in zentraler Lage zwischen zwei Graphitfilzlagen 2 oder nach Fig. 2 peripher auf den beiden Außenseiten der Inneren Pilzlage j5 angesintert werden. Bine andere Form der Kontaktfahne besteht nach Fig. aus einem zwischen zwei Filzlagen mit eingesinterten dickeren Metalldraht 4.

In einder anderen Ausführungsform werden für die Herstellung des erfindungsgemäßen Stromableitgerüstes zugeschnittene Graphitgewebelagen unter Zwischenstreuen von Metallpulver, vorzugsweise Carbonylnickelpulver, aufeinandergelegt. Dabei fällt das feine Metallpulver durch die größeren Öffnungen des Graphitgewebes teilweise auf die nächste Unterschicht. Durch die Versinterung kommt es dann über diese Pulverbrücken zu einem Verbund unjf damit zu einer gegenseitigen Verfestigung der einzelnen nicht metallisierten Graphitgewebeschichten. Auch hier können besondere metallische Gerüste als Kontaktfahne an- oder aufgesintert werden.

Bei einer besonderen Form des erfindungsgemäßen Stromableitgerüstes wird der Graphitfilz dennoch in gewissem Maße vorbehandelt. Der Graphitfilz wird auf einer oder beiden Seiten oberflächlich galvanisch vernickelt. Die dabei auf den vordersten Graphitfasern, entsprechend Fig. 4, entstehende Metallschicht 5, vorzugsweise Nickelschicht, soll dabei eine Stärke von mindestens Io mü haben, ohne daß die Poren des Graphitfilzes 6 dadurch verschlossen werden.

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Erst nach dieser Vorbereitung, anschließender.Waschung und Trocknung wird das innerlich bindende Metallpulver in den Pilz gerüttelt und der ßraphitfilz mit oder ohne Preßdruck gesintert. Diese besondere Form des Stromableitgerüstes mit außen stärker metallisiertem, faserporösen Graphitgerüst erlaubt ein direktes elektrisches Anschweißen der Kontaktfahne 7.

Eine weitere Ausführungsform, bei welcher das Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Gerüstes chemisch variiert wird, wird wie folgt erhalten: Der Graphitfilz wird mit einer konzentrierten Nickelsalzlösung getränkt bzw. befeuchtet. Anschließend wird der so präparierte Graphitfilz in Wasserstoffatmosphäre zunächst vorsichtig bei 100° getrocknet, so-dann langsam bis auf die Sintertemperatur des Nickels erhitzt. Bei der Trocknung entweichen die Wasserreste aus der Tränkungslösung. Bei der anschließenden Temperatursteigerung kommt es zunächst zu einer Röstung des verwendeten Salzes, beispielsweise Nickelnitrat und bei höherer Temperatur in Gegenwart der inerten Wasserstoffatmosphäre zu einer Reduktion der gebildeten Metalloxyde zum Metall. Diese unregelmäßig im Pasersystem des Graphitfilzes vorliegenden Metallteilchen werden schließlich bei Erreichen der Sintertemperatur miteinander in gleicher Weise versintert, wie das zuvor beschriebene Carbonylnickelpulver und es kommt zu einer Verfestigung des gesamten Stromableitgerüstes. Diese Variante der Röstreduktion von mit Metall-

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salzlösung, vorzugsweise Nickelsalzlösung getrocknetem Graphitfilz führt jedoch nur dann zum gewünschten Erfolg, wenn die Metallsalzlösungen hochkonzentriert, möglichst gesättigt angewendet werden. Insbesondere bei Verpressung des Graphits kann nur mit derartigen hochkonzentrierten Metallsalzlösungen nach der Reduktion eine genügende, für den Sinterverbund notwendige Metallkonzentration im Graphitgrundkörper entstehen.

Ansprüche:

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Claims

167H75 Ansprüche

1. Stromableitgerüst für elektrochemische Zellen aus metallisch verfestigtem Graphitgrundkörper, wie Graphitfilz, Graphitwolle oder Graphitgewebe, dadurch gekennzeichnet, daß der in seiner Struktur lockere, rohe Graphitgrundkörper mit an ihrer Oberfläche nicht metallisierten Graphitfasern durch in den Graphitgrundkörper eingebrachtes und ihn durchdringendes Metallpulver, insbesondere Carbonylnickelpulver, versintert ist.

2. Stromableitgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Stromableitgerüst eine Kontaktfahne aus feinem Metallgewebe oder metallisiertem Glasfasergewebe an beiden Außenfxäciieii doppelt oder einfach im Inneren angesintert ist.

3. Stromableitgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rohe, mattenförmige Graphitgrundkörper an seinen Außenflächen vernickelt ist und dort die Kontaktfahne in Form eines Drahtes, Bleches oder Metallgewebes, insbes. durch elektrische Verschweißung, angebracht ist.

4. Stromableitgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Graphitgrundkörper versintert zusammenhaltende Metallpulver durch rüstende Reduktion eines entsprechenden Metallsalzes, vorzugsweise Nickelnitrat in Wasserstoffatmosphäre, gebildet ist.

Patentanwalt Dr. Andre ,jewski 109839/0298