DE1671494C

DE1671494C - Process for the production of a double-sided gas diffusion electrode

Info

Publication number: DE1671494C
Authority: DE
Inventors: August Dipl Phys Dr Stempel Gunter Grüne Horst Dipl Phys 6233 Kelkheim Weidinger Kurt Dipl Ing 6382 Friedrichsdorf COIb 1 03 Winsel
Original assignee: VARTA AG
Current assignee: VARTA AG
Publication date: 1972-05-31

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer doppelseitig arbeitenden Gas-DifFusionselefctrode für elektrochemische Vorrichtungen, insbesondere für Brennstoffelemente und Elektrolyseure.The present invention relates to a method for producing a double-sided one Gas diffusion electrode for electrochemical Devices, in particular for fuel elements and electrolysers.

In Brennstoffelementen, Elektrolyseuren und als dritte Elektroden in Akkumulatoren verwendet man Gas-Diffusionselektroden. Dies sind poröse Körper, in die von der einen Seite der Elektrolyt und von der anderen Seite das Gas eindringt, so daß sich in den Poren die strom liefernde DreiphasengrenzeThey are used in fuel elements, electrolysers and as a third electrode in accumulators Gas diffusion electrodes. These are porous bodies, in which from one side the electrolyte and from the the other side, the gas penetrates, so that the three-phase boundary that supplies the current is located in the pores

Elektrode/Elektrolyt/GasElectrode / electrolyte / gas

einstellt.adjusts.

Um zu verhindern, daß aus zu großen Poren das Gas ungenutzt in den Elektrolyten entweichen oder ober der Elektrolyt in den Gasraum gelangen kann, bestehen Gas-Diffusionselektroden oftmals aus zwei Schichten, von denen eine feinporige, hydrophile Schicht dem Elektrolyten und eine katalytisch aktive grobporige. Elektrolyt abstoßende Arbeitsschicht dem Gas zugewandt ist.To prevent the gas from escaping unused into the electrolyte from pores that are too large or If the electrolyte can get into the gas space, gas diffusion electrodes often consist of two Layers, of which a fine-pored, hydrophilic layer is the electrolyte and a catalytically active layer coarse-pored. Electrolyte-repellent working layer facing the gas.

Insbesondere für die Umsetzung von inertgashaltigen Reaktionsgasen in Brennstoffelementen hat sich eine doppelseitig arbeitende Elektrode aus drei oder fünf Schichten, die sogenannte Janus-Elek'rode, bewährt, die -ils mittlere Schicht eine grobporige Arbcits- oder Casleitschicht enthält, an die sich beidseitig die Arbeitstichichten und Deckschichten anschließen. Dieser Elektrode wird das Reaktionsgas vom Rand her Zugeführt.In particular for the implementation of inert gas-containing reaction gases in fuel elements, a double-sided working electrode made of three or five layers, the so-called Janus electrode, proven, the middle layer contains a coarse-pored Arbcits- or Casleitschicht, to which the working stitches are attached on both sides and connect top layers. The reaction gas is fed to this electrode from the edge Supplied.

Der entscheidende Vorteil, den die Janus-Elektrode gegenüber einer üblichen Doppelschichtelektrode besitzt, besteht darin, daß sie keiner merklichen mechanischen Belastung auf Grund der Druckdifferenz !wischen Gas- und Elektrolytraiim unterliegt, da die Druckkräfte innerhalb des gesinterten Elektrodenkörpers aufgefangen werden.The decisive advantage that the Janus electrode has over a conventional double-layer electrode, is that they do not have any noticeable mechanical stress due to the pressure difference ! wipe gas and electrolyte space is subject to the Pressure forces are absorbed within the sintered electrode body.

Die Janus-Elektrode vereinigt in sich zwei miteinander elektrisch verbundene gleichpolige Doppelschichttlektroden. die sich gegenseitig mechanisch abstützen.The Janus electrode combines two with one another electrically connected homopolar double-layer electrodes. which support each other mechanically.

Durch den Aufbau aus drei oder fünf Schuhten trgehen sich indessen bei der Herstellung gewisse Unzulänglichkeiten, da besonders die sehr dünnen Deckschichten nur schwierig in der erforderlichen Cilcichmäßigkcit auf den beiden Außenseiten der Elektrode während des Einfüllcns in die Preß- bzw. liinlcrform hergestellt werden können.By building it up from three or five shoes There are, however, certain inadequacies in production, especially the very thin ones Top layers difficult to obtain in the required cilcichiformity on the two outer sides of the Electrode during filling into the press or liinlcrform can be produced.

Auch krnncn die beiden Seiten der Janus-Elektrode tlcktrochcmisch nur gleichpolig arbeiten.The two sides of the Janus electrode also cut only work with the same polarity.

Fs sind bereits aus der deutschen Auslcgeschrift 1 150 053 doppelseitig arbeitende mehrschichtige Gasdiffusionselcktroden bekanntgeworden, bei denen zwei fumindcsl /wcisihichtige f in/clclcktrodcn ;in ihren Jröbcrporigcn Schichten über eine Isolierschicht miteinander verbunden sind.Fs are already from the German Auslcgeschrift 1 150 053 double-sided multi-layer gas diffusion electrodes became known, in which two fumindcsl / wcisihichtige f in / clclcktrodcn; in their Coarse-pored layers with one another via an insulating layer are connected.

Der Begriff »zweischichtig« ist hier auf eine poröse Teilelcklrode bezogen, die derart aufgebaut ist. daß sich in ihrem Innern ein Bereich befindet, in dem sich bei Inbetriebnahme der Elektrode eine Dreiphasengren/e /wischen Elektrolyt. Gas und Katalysator ausbildet. Bekannte Elektroden dieser Art sind beispielsweise Kohle- oder Mctallclcklroden mit einer hydrophilen und einer hydrophoben Schicht sowie auch Elektroden, deren Porendurchmnsser zumindest auf zwei einander gegenüberliegender! Oberflächen unterschiedlich'-¹ Größe aufweisen.The term "two-layer" here refers to a porous part electrode that is constructed in this way. that in its interior there is an area in which there is a three-phase electrolyte when the electrode is put into operation. Forms gas and catalyst. Known electrodes of this type are, for example, carbon or metal rods with a hydrophilic and a hydrophobic layer, as well as electrodes whose pore diameters are at least two opposite one another! Surfaces different'- ¹ size.

Wenn die katalytisch aktiven Schichten der Einzelelektroden ein Porensystern besitzen, das auch für die Zu- und Ableitung des jeweiligen Reaktanten geeignet ist, gelangt man zu einer einwandfrei arbeitenden doppelseitigen Gas-Diffusionselektrode. Fehlen jedoch bei den Einzelelektroden derartige Gasleitschichten, so kann die VerbundschiYht auch deren Aufgabe mit übernehmen, indem man Gasdurchlässe in ihr vorsieht. Um die beiden Einzelelektroden fest miteinanderIf the catalytically active layers of the individual electrodes have a pore system that is also suitable for the The feed and discharge of the respective reactant is suitable, one arrives at a properly working double-sided gas diffusion electrode. However, if such gas-conducting layers are missing in the individual electrodes, in this way, the composite layer can also take on its task by providing gas passages in it. Around the two individual electrodes firmly together

ίο zu vereinigen, ist es notwendig, daß die Verbundschicht die oberflächigen Poren der ihr anliegenden Seiten beider Einzelelektroden zumindest teilweise ausfüllt.ίο to unite, it is necessary that the composite layer at least partially fills the superficial pores of the sides of the two individual electrodes resting against it.

In der obenerwähnten bekannten Aust'ührungsformIn the known embodiment mentioned above

isoliert die zwischenliegende Verbundschicht die Einzelelektroden elektrisch voneinander, so daß sie — obwohl mit einer gemeinsamen Gutzuführung versehen — dennoch als elektrisch isolierte Einzelelektroden in zwei benachbarten Zellen einer Batterie arbeiten können.the intermediate composite layer electrically isolates the individual electrodes from one another, so that they - although provided with a common material feed - nevertheless as electrically isolated individual electrodes can work in two neighboring cells of a battery.

so In einem solchen Fall verwendet man die üblicherweise elektrisch nichtleitenden Kunststoffe, die auch nichtleitende Füllstoffe, wie Aluminiumoxid, Asbest und Kieselgur, enthalten können.
Eine wegen ihrer günstigen Fließeigenschaften und ihres Isoliervermögens gern verwendete Verbundschicht besteht aus 30 bis 70 Gewichtsprozent Polyolefin und 70 bis 30 Gewichtsprozent Magnesiumoxid. Man kann die beiden Einzelelektroden auch gegenpolig ausführen, so daß die eine als Wasserstoff-, die andere als Sauerstoffelektrode arbeitet. In diesem Fall muß lediglich für eine getrennte Zuführung der Gase zu den Elektroden des Verbundkörpers gesorgt werden.In such a case, the usually electrically non-conductive plastics are used, which can also contain non-conductive fillers such as aluminum oxide, asbestos and diatomaceous earth.
A composite layer, which is often used because of its favorable flow properties and its insulating properties, consists of 30 to 70 percent by weight of polyolefin and 70 to 30 percent by weight of magnesium oxide. The two individual electrodes can also be designed with opposite polarity, so that one works as a hydrogen electrode, the other as an oxygen electrode. In this case it is only necessary to provide for a separate supply of the gases to the electrodes of the composite body.

Es hat sich jedoch in bestimmten Fällen als vorteilhaft erwiesen, die Verbundschicht elektrisch leitend zu machen. Auf diese Weise wird es möglich, die Einzelelektroden in einfacher und sehr zweckmäßiger Weise ohne zusätzlichen Aufwand in Serie zu schalten. Die Verbundschicht besteht dabei aus in Kunststoff eingebettetem, elektrisch leitendem Pulver.In certain cases, however, it has proven to be advantageous for the composite layer to be electrically conductive close. In this way it becomes possible to use the individual electrodes in a more simple and very expedient manner Way to connect in series without additional effort. The composite layer consists of plastic embedded, electrically conductive powder.

So kann beispielsweise dem thermoplastischen Grundmaterial vor dem Kalandrieren in an sich bekannter Weise ein Metall- oder Graphitpulver zugesetzt werden. Die Leitfähigkeit des Thermoplasten braucht dabei nicht besonders gut zu sein, vielmehr reicht schon eine elektrische Leitfähigkeit von 1 Ω~' · cm"' für das Material der Verbundschicht aus. um Jen Spannungsabfall bei einer Stromdichte von 100 mA/cm² und einer Dicke der Verbundschicht von 0,01 cm auf weniger als 1 mV herabzudrücken.For example, a metal or graphite powder can be added to the thermoplastic base material prior to calendering in a manner known per se. The conductivity of the thermoplastic need not particularly to be good, but has a conductivity of 1 Ω ~ '· cm "' of the composite layer to Jen voltage drop is sufficient for the material. At a current density of 100 mA / cm ² and a thickness of Depress composite layer from 0.01 cm to less than 1 mV.

Während als Thermoplaste die Polyolefine, Polystyrol, Polyvinylchlorid und Polymethacrylate sich besonders gut eignen, haben sich als einzumischende elektrisch leitende Pulver außer den teuren Edelmetallcn besonders Carbonylnickel. Elektrolytkupfer und Graphit bewährt.While as thermoplastics the polyolefins, polystyrene, polyvinyl chloride and polymethacrylate themselves Apart from the expensive noble metals, they are particularly suitable as electrically conductive powders to be mixed in especially carbonyl nickel. Electrolytic copper and graphite have proven their worth.

Eine aus etwa 80 bis 97 Gewichtsprozent Carbonylnickelpulver und 20 bis 3 Gewichtsprozent Polyäthylen bestehende Verbundschicht hat sich ihrer elektrischen Leitfähigkeit, der Verbundfestigkeit und ihrer günstigen Fließeigenschaften wegen als sehr brauchbar gezeigt.One made from about 80 to 97 weight percent carbonyl nickel powder and 20 to 3 percent by weight of polyethylene existing composite layer has its electrical conductivity, the bond strength and their favorable flow properties because of as very usable shown.

Viele Gas-Diffusionselektroden sind poröse Metallkörper, die von Kunststoffklebfcrn meist sehr gut benetzt werden. Auf dieser Eigenschaft beruht eine weitere Möglichkeit zur Herstellung einer Verbundelcktrodc aus zwei Einzelelektroden, indem man eine Verbundschicht verwendet, die aus einem metallischenMany gas diffusion electrodes are porous metal bodies, which are usually very well wetted by plastic adhesives. One is based on this property Another possibility for the production of a composite back electrode from two individual electrodes by one Composite layer used, which consists of a metallic

Träger besteht, dessen Oberfläche beispielsweise mit einem gut benetzenden Zwei-Komponenten-Kleber bestrichen ist. Zur Verbesserung der Haftfähigkeit kann dieser Träger vorher chemisch oder elektrolytisch aufgerauht werden. Wird er derart zwischen die beiden zu verbindenden Elektroden gelegt, daß die beiden elektrolytseitigen Schichten voneinander abgewendet sind, dann benetzt der Kleber die angrenzenden porösen Schichten der Elektroden, so daß er nach dem Aushärten beide Einzelelektroden auf den Träger heftet. Durch den Andruck der Einzelelektroden auf den Träger wird überdies ein elektrisch leitender Kontakt zwischen dem metallisch leitenden Träger und der Elektrode erzielt, so daß das Ergebnis ein Verbundkörper mit elektrisch leitend verbundenen Elektroden ist.Carrier consists, the surface of which, for example, with a well-wetting two-component adhesive is coated. To improve the adhesion, this carrier can be chemically or electrolytically beforehand be roughened. If it is placed between the two electrodes to be connected in such a way that the two electrolyte-side layers are turned away from each other, then the adhesive wets the adjacent porous Lay the electrodes so that, after curing, both individual electrodes are placed on the carrier staples. The pressure of the individual electrodes on the carrier also makes it electrically conductive Contact is achieved between the metallic conductive support and the electrode, so that the result is a composite body with electrically conductively connected electrodes.

Bei gleichartigen Teilelektroden kann ein durchgehender Metallträger für die Gaszuführung hinderlich sein. Werden parallelliegende oder netzartig verbundene Drähte als Trägerkörper verwendet, so erzielt man mit gutem Erfolg eine elektrische Verbindung wie auch eine mechanische Abstützung; trotzdem bleibt genügend unerfüllter Raum für den Durchtritt der Reaktionsgase. Das ist dann besonders wichtig, wenn man diese Gase im Kreislauf zur Entfernung des Reaktionswassers führt.In the case of similar partial electrodes, a continuous metal support for the gas supply can be an obstacle being. If parallel wires or wires connected in a network are used as the carrier body, this is achieved with good success an electrical connection as well as a mechanical support; nevertheless there remains enough unfulfilled space for the passage of the reaction gases. This is especially important when considering these gases leads to the removal of the water of reaction in the circuit.

Will man die beiden Hälften des Verbundkörpers elektrisch isoliert halten, so kann man an Stelle metallischer Träger ^uch Kunststoffe als Trägerkörper sowohl in Form von Folien al- auch von Drähten oder Netzen verwenden. Bedingung ist hierbei, daß der %erwendete Kleber den Kunstsu T hinreichend gut benetzt, so daß entgegen der aufsaugenden Wirkung der porösen Elektroden stets ein Film auf dem Träger haften bleibt.If you want to keep the two halves of the composite body electrically isolated, you can use metal instead Carrier also plastics as carrier body Use both in the form of foils as well as wires or nets. The condition is that the % Adhesive used the Kunstsu T sufficiently well wetted, so that, contrary to the absorbent effect of the porous electrodes, there is always a film on the carrier sticks.

Die zu wählende Dicke der Verbundschicht ist abhängig von der Größe der Teilelektroden und von der Funktion, die sie gegebenenfalls übernehmen muß. So ist sie in der Regel als Gasleitschicht dicker, als wenn sie zur elektrischen Kontaktierung dient.The thickness of the composite layer to be selected depends on the size of the partial electrodes and of the function that it may have to assume. As a rule, it is thicker as a gas-conducting layer, than when it is used for electrical contacting.

Es stellte sich die Aufgabe, ein sicher arbeitendes, einfaches und wenig aufwendiges Verfahren zur Herstellung derartiger doppelseitig arbeitender, mehrschichtiger (jasdiffusionsclektroden mit Verbundschicht zu entwickeln.The task was to create a safe, simple and inexpensive manufacturing process Such double-sided, multi-layer (jasdiffusionclectrodes with a composite layer to develop.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man eine zumindest zweischichtige Gas-Diffusionselektrode in eine Preßform einlegt, danach das für die Verbundschicht vorgesehene Material aufbringt und dieses wiederum mit einer gegenüber der ersten Elektrode um 1HO° gedrehten, zumindest zweischichtigen Gas-Diffusionselektrode abdeckt, die Preßform auf die Fließtemperatur des in der Verbundschicht vorhandenen Kunststoffs erwärmt und anschließend die beiden Einzclclcktroden zusammenpreßt.This object is achieved in that one has an at least two-layer gas diffusion electrode in inserts a mold, then applies the material intended for the composite layer and this again with an at least two-layer gas diffusion electrode rotated by 1HO ° in relation to the first electrode covers, the mold to the flow temperature of the existing in the composite layer The plastic is heated and then the two individual electrodes are pressed together.

Für die gleichzeitige Herstellung mehrerer Elektroden werden die Bestandteile für eine doppelseitig arbeitende Elektrode wiederholt, aber durch eine später entfernbare Schicht getrennt, in einer Preßform übereinandergestapelt und nach dem Erwärmen gepreßt.For the simultaneous manufacture of several electrodes, the components for a double-sided working electrode repeated, but separated by a later removable layer, in a mold stacked on top of each other and pressed after heating.

Die Elektrode wird in einer beispielhaften Ausführungsform aus zwei gleichartigen Gas-Diffusionselektroden hergestellt, die aus je einer Deckschicht, einer Arbeitsschicht und gegebenenfalls einer zusätzlichen Gaslcitschicht bestehen. Die beiden Elektroden werden unter Zwischenlegung einer thermoplastischen Kunststoffolie in eine Preßmalrize so eingelegt, daß die feinporigen bzw. hydrophilen Deckschichten der Kunststoffolie abgewandt sind. Nach dem Erwärmen auf die oder unterhalb der Fließtemperatur des thermoplastischen Kunststoffes werden die beidenIn an exemplary embodiment, the electrode is made up of two gas diffusion electrodes of the same type produced, each consisting of a top layer, a work layer and, if necessary, an additional Gaslcitschicht exist. The two electrodes are interposed with a thermoplastic Plastic film placed in a press mold in such a way that the fine-pored or hydrophilic cover layers of the Plastic film are turned away. After heating to or below the flow temperature of the thermoplastic plastic will be the two

Einzelriektroden zusammengepreßt. Unter dem Druck dringt der Thermoplast in die Poren der ihm benachbarten Schichten ein, so daß die vordem getrennten Teilelektroden nach dem Abkühlen beide fest auf der Kunststoffolie haften. Die folgenden Angaben erläutern beispielhaft die erfindungsgemäße Herstellung verschiedenartig aufgebauter doppelseitig arbeitender Gas-Diffusionselektroden, die besonders für die Verwendung in Brennstoffelementen und Elektrolyseuren geeignet sind.Individual electrodes pressed together. Under the pressure, the thermoplastic penetrates into the pores of the neighboring ones Layers so that the previously separated partial electrodes are both firmly on the after cooling Plastic film adhere. The following details explain the production according to the invention by way of example differently constructed double-sided working gas diffusion electrodes, which are especially suitable for use are suitable in fuel elements and electrolyzers.

Bei spiel 1Example 1

Nach bekannten Verfahren werden H₂-Dreischicht-Elektroden mit feinporöser Deckschicht, gröber poröser Arbeitsschicht und Gasleitschicht in den Abmessungen 163 χ 115 mm hergestellt. Diese Elektroden werden mit einer 0,5 mm starken Folie aus Polyäthylen so zusammengelegt, daß die Gasleitschichtseiten der Kunststoffolie zugewandt sind. Zehn Satz dieser Elektrodenpakete werden auf einer Grundplatte aus Stahl gestapelt, die durch sechs Führungsstifte — vier auf den Längs- und zwei auf den Schmalseilen ■— den Stapel genau übereinander hält. Oben werden die Elektroden mit einer Druckplatte in den Abmessungen der Elektrode abgedeckt.According to known processes, H ₂ three-layer electrodes with a finely porous cover layer, a coarse porous working layer and a gas-conducting layer with dimensions of 163 × 115 mm are produced. These electrodes are placed together with a 0.5 mm thick polyethylene film so that the sides of the gas-conducting layer face the plastic film. Ten sets of these electrode packages are stacked on a steel base plate that holds the stack exactly one above the other with six guide pins - four on the longitudinal and two on the narrow ropes. At the top, the electrodes are covered with a pressure plate the size of the electrode.

Nach dem gleichmäßigen Erwärmen auf 160° C wird der Stapel unter eine Presse geschoben und mit einem spezifischen Flächendruck von 30 kp/cm² zusammengedrückt. Dabei wird ein Teil des bei dieser Temperatur plastischen Polyäthylens in die oberen Poren der Gasleitschichten eingedrückt und verbindet so die zusammengehörigen Verbundelektroden fest miteinander. Nach dem Abkühlen wird die Presse geöffnet, der Stapel auseinandergenommen und das an den Rändern herausgetretene Polyäthylen abgeschnitten.After uniform heating to 160 ° C., the stack is pushed under a press and compressed ^{with a specific surface pressure of 30 kp / cm 2.} Part of the polyethylene, which is plastic at this temperature, is pressed into the upper pores of the gas-conducting layers and thus firmly connects the composite electrodes that belong together. After cooling, the press is opened, the pile is taken apart and the polyethylene that has come out at the edges is cut off.

Solcherart hergestellte H₂-Elektroden haben die Eigenschaften und Vorteile einer Janus-Elcktrode, mit darüber hin.ius elektrisch getrennten Seiten. Sie können — beispielsweise zwischen geeigneten normalen Oj-Janus-Elektroden eingebaut — als Zellentrennwand eingesetzt werden, wobei bei gemeinsamer Gaszuführung die eine Hälfte der H₂-Verbundelektrode für die erste Zelle und die andere Hälfte für die zweite Zelle arbeitet.H ₂ electrodes produced in this way have the properties and advantages of a Janus Elcktrode, with moreover electrically separated sides. They can - for example, installed between suitable normal Oj-Janus electrodes - be used as a cell _{partition, with one half of the H 2} composite electrode working for the first cell and the other half for the second cell when the gas is supplied together.

Example 2

Nach bekannten Verfahren werden O₂-Dreischicht-Elektroden mit Deckschicht, Arbeitsschicht und Gasleitschicht in den Abmessungen 163 χ 115 mm hergestellt. Sie werden wie im Beispiel 1 mit einer 0,5 mm starken Polyäthylenfolie zu elektrisch getrennten O₂-Jcinus-Elektroden vereinigt. Baut man diese Elektroden im Batterieverband mit Hj-Verbundelektroden nach Beispiel 1 zusammen, so bildet jede Elektrode gleichzeitig eine Zellwand und je eine Halbelektrode mit der gegenüberliegenden ein Brennstoffelement. Schaltet man diese hintereinander, so kann man wie mit einseitig arbeitenden bekannten Elektroden Brennstoffbatterien mit kleinen Stromstärken und hohen Spannungen bauen, hat aber den Vorteil, daß die membranartige Druckbelastung der einseitigen Elektroden und die Trennwand zwischen den Zellen entfallen, wobei für je zwei artgleiche Halbeleklfoden nur eine Gaszuführung erforderlich ist.According to known processes, O ₂ three-layer electrodes with a cover layer, working layer and gas conducting layer with dimensions of 163 × 115 mm are produced. As in Example 1, they are combined with a 0.5 mm thick polyethylene film to form electrically separated O ₂ -Jcinus electrodes. If these electrodes are assembled in a battery assembly with Hj composite electrodes according to Example 1, each electrode simultaneously forms a cell wall and a half-electrode with the opposite forms a fuel element. If you connect these one behind the other, you can build fuel batteries with small currents and high voltages, as with known electrodes that work on one side, but this has the advantage that the membrane-like pressure load of the one-sided electrodes and the partition between the cells are omitted, with only two half-emitters of the same type a gas supply is required.

Example 3

Nach bekannten Verfahren werden je eine H₈- und O₃-Elektrode als Dreischicht-Elektroden mit Deckschicht, Arbeitsschicht und Gasleitschicht hergestellt und nach Beispiel 1 zu Verbundelektroden zusammengepreßt, wobei die Gasleitschichten je einer H₂- und O₂-Elektrode über eine Polyvinylchloridfolie miteinander verbunden sind. Die so erhaltenen Elektroden werden mit je einer H₂- und O»-Zuführung versehen und sind dann je eine normale, einseitig arbeitende H₂- oder 0₂-Elektrode, die die Vorteile der Janus-Elektrode aufweisen und gemeinsam eine Zellentrennwand enthalten.According to known processes, one H ₈ and one O ₃ electrode are produced as three-layer electrodes with a cover layer, working layer and gas-conducting layer and are pressed together to form composite electrodes according to Example 1, the gas-conducting layers each having an H ₂ and O ₂ electrode with one another over a polyvinyl chloride film are connected. The electrodes obtained in this way are each provided with an H ₂ and O »supply and are then each a normal, one-sided H ₂ or _{O 2} electrode, which have the advantages of the Janus electrode and together contain a cell partition.

Example 4

Man verwendet Elektroden nach Beispiel J, verwendet aber statt einer dichten eine poröse gasdurchlässige 1 mm starke Polypropylenfolie mit einer Porosität zwischen 30 und 50 Volumprozent. Vor dem Einlegen wird durch diese Folie Wasser mit 10 Gewichtspiozent Carbonylnickelpulver gefiltert. Dabei füllen sich die Poren mit Nickelschlamm. Diese Folie wird getrocknet und eingelegt und wie in den vorhergehenden Beispielen mit Elektroden nach Beispiel 3 zu einer Verbundelektrode verpreßt. Dabei wird bei gleichbleibendem Druck die Vorwärmtemperatur auf '155C erhöht, damit beim Verbundpressen das Polypropylen auch die feinsten Kapillaren des eini-eschlämmten Carbonylnickelpulvers ausfüllt und so eine gasdichte Trennschicht bildet. Trotzdem geben die Nickelkörner durch Brückenbildung guten elektrischen Kontakt von der Wasserstoff- zur Sauerstoffelektrode, so daß man bei diesem Aufbau eine bipolar arbeitende Elektrode erhält, der über die Gasleitschichten getrennte Gase zugeführt werden. Setzt man diese nach Beispiel 4 hergestellten Elektroden zu einer Brennstoffzellenbatterie zusammen, so entsteht zwischen je einer halben H₂- und O₂-Verbundelektrode ein E'ektrolytraum, während die Verbundelektroden mit ihrer Verbundeinlage die Zellentrennwände darstellen und über die leitenden Ni-Brücken alle Zellen in Reihe geschaltet sind.Electrodes according to Example J are used, but instead of a dense one, a porous, gas-permeable 1 mm thick polypropylene film with a porosity between 30 and 50 percent by volume is used. Before inserting, water with 10 percent by weight of carbonyl nickel powder is filtered through this film. The pores are filled with nickel sludge. This film is dried and inserted and, as in the previous examples, pressed with electrodes according to Example 3 to form a composite electrode. The preheating temperature is increased to 155C while the pressure remains constant, so that the polypropylene fills even the finest capillaries of the slurried carbonyl nickel powder during composite pressing and thus forms a gas-tight separating layer. In spite of this, the nickel grains create good electrical contact between the hydrogen and oxygen electrodes by forming bridges, so that with this structure a bipolar electrode is obtained, to which separate gases are fed via the gas-conducting layers. If these electrodes produced according to Example 4 are put together to form a fuel cell _{battery, an electrolyte space is created between half an H 2} and O ₂ composite electrode, while the composite electrodes with their composite insert represent the cell partition walls and all cells via the conductive Ni bridges are connected in series.

Example 5

Man handelt nach Beispiel 4, verwendet jedoch als Brückenbildner Elektrolytkupferpulver mit einer Korngröße <31 μ, um eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit zu erhalten.The procedure is as in Example 4, but using electrolytic copper powder with a grain size as bridging agent <31 μ for improved electrical conductivity to obtain.

Example 6

Man handelt nach Beispiel 4, verwendet jedoch als Brückenbildner Graphitpulver mit einer Korngröße Ό3 μ. Bei noch ausreichender elektrischer Leitfähigkeit erhält man eine Verbundelektrode, bei der Mctallwandcrung und Lokalelementbildung unterbunden ist.The procedure is as in Example 4, but graphite powder with a grain size is used as the bridging agent Ό3 μ. With sufficient electrical conductivity a composite electrode is obtained in which metal walling and local element formation are prevented.

Example 7

Ein elektrolytisch angeätztes oder ein in der Wärme anoxidiertes Nickelblech von 0,2 mm Stärke wird auf beiden Seiten mit einem handelsüblichen Metallkleber bestrichen und dann mit je einer H^Dreischicht-Elektrode so belegt, daß die Gasleitschichten am Metallkleber anliegen. Diese Elektroden werden in Stapeln gemiil.) Beispiel 1 zusammengepackt und mittels Spanner zusammengepreßt, *o daß wenigstens ein Flächendrutk von I kp/an³ entsteht. Mittels Wärme wird der Mclallklebcr im Trockenschrank ausgehärtet. Derart hergestellte Elektroden weisen "He Vorteile
Beispiel 1 auf.An electrolytically etched or a heat-oxidized nickel sheet 0.2 mm thick is coated on both sides with a commercially available metal adhesive and then each covered with a H ^ three-layer electrode so that the gas-conducting layers lie against the metal adhesive. These electrodes are packed together in stacks according to Example 1 and pressed together by means of a tensioner, so that at least an areal pressure of I kp / an ³ arises. The glue is hardened in the drying cabinet by means of heat. Electrodes produced in this way have advantages
Example 1 on.

Example 8

Setzt man (VDreischicht-Elektroden nach dem Verfahren von Beispiel 7 zu Verbundelektroden zusammen, so kann man gemeinsam mit entsprechenden H₂-Verbundelektroden Batterien zusammenbauen, die alle Eigenschaften und Vorteile nach Beispiel 2 aufweisen. If (V three-layer electrodes are assembled to form composite electrodes according to the method of Example 7, then _{batteries can be assembled together with corresponding H 2} composite electrodes which have all the properties and advantages of Example 2.

Example 9

Man setzt nach Arbeitsweise des Beispiels 7 je eine H₂- und eine O₂-Dreischicht-Elektrode zu einer Verbundelektrode zusammen und erzielt die Eigenschaften und Vorteile, die schon im Beispiel 4 beschrieben sind.According to the procedure of Example 7, an H ₂ and an O ₂ three-layer electrode are combined to form a composite electrode and the properties and advantages already described in Example 4 are achieved.

Bei spie: 10At spie: 10

Man arbeitet nach Beispiel 7, verwendet jedoch statt einer Nickelfolie ein Nickelsiebgewebe mit 0,2 mm Drahtstärke, tränkt dieses mit Metallkleber und kann dann zweischichtige H₂- oder O₂-Elektroden mit dem Netz zu einer Verbundelektrode zusammenkleben.The procedure is as in Example 7, but instead of a nickel foil, a nickel mesh with 0.2 mm wire thickness is used, this is impregnated with metal adhesive and two-layer H ₂ or O ₂ electrodes can then be glued together with the mesh to form a composite electrode.

as Der gemeinsame Gasraum entsteht durch die Zwischenräume zwischen den Gewebedrähten. So hergestellte Elektroden sind an den Berührungsstellen der Gasleitschichten mit der Nickelgewebeeinlage elektrisch verbunden und haben über das Nickelgewebe einen gemeinsamen Gasraum. Sie weisen somit die Vorteile einer Janus-Elektrode auf, wobei die Halbelektroden nur noch aus zwei Schichten — der feinporigen Deckschicht und der katalytisch aktiven Arbeitsschicht — aufgebaut sind.The common gas space is created by the spaces in between between the fabric wires. Electrodes produced in this way are at the contact points of the gas-conducting layers electrically connected to the nickel mesh insert and have a common gas room. They thus have the advantages of a Janus electrode, with the half-electrodes only consisting of two layers - the fine-pored top layer and the catalytically active working layer - are constructed.

Be i sρ i el 11Be i sρ i el 11

Man arbeitet nach Beispiel 10, legt aber statt des stromleitenden Ni-Gewebes ein Kunststoffgewebe gleicher Stärke ein, welches sich durch den Kleber gut benetzen läßt. Man erhält eine elektrisch getrennte Janus-Elektrode, die aus je zwei zweischichtigen H₂- oder je zwei O₂-Elektroden aufgebaut sein kann. Durch getrennte Stromableitungen können diese Elektroden im Batterieverband beliebig geschaltet werden.The procedure is as in Example 10, but instead of the electrically conductive Ni fabric, a synthetic fabric of the same thickness is inserted, which can be easily wetted by the adhesive. An electrically separated Janus electrode is obtained, which can be composed of two two-layer H ₂ electrodes or two O ₂ electrodes each. With separate current leads, these electrodes can be switched in any way in the battery bank.

Example 12

Zur Herstellung von Endplatten für Brennstoffbatterien verwendet man die Vorrichtung nachFor the production of end plates for fuel batteries one uses the device according to

^o Ldspiel 1 und legt eine H₂- oder Oj-Dreischicht-Elektrode je nach Bedarf ein. Auf die Gasleitschichtseite der Elektrode legt man je nach E!ektrodendurchmcsscr eine Polyäthylenscheibe von 0,5 bis 12 min und darauf eine einseitig mit Trennmittel eingesprühte glatte Stahlplatte. Dabei liegt die mit Trennmittel eingcsprühlc Seite der Stahlplatte gegen die PoIyälhylenfoiie. Auf die Stahlplatte legt man in gleicher Weise wieder eine Dreischicht-Elcktrode, eine Polyäthylenfolie und eine eingesprühte Stahlplatte. Der^ o Ldspiel 1 and insert an H ₂ or Oj three-layer electrode as required. Depending on the electrode diameter, a polyethylene disk of 0.5 to 12 minutes is placed on the gas-conducting layer side of the electrode and a smooth steel plate sprayed on one side with a release agent is placed on it. The side of the steel plate sprayed with the release agent lies against the polyethylene film. In the same way, a three-layer Elcktrode, a polyethylene film and a sprayed-in steel plate are placed on the steel plate. the

So ganze Stapel wird wie im Beispiel 1 weiterbehandelt. Die fertigen Llektroden können als Endplatten in Brennsloffzellenbatterien eingesetzt werden, ohne daß die Stirnflächen der Batterien zusätzlich abgedichtet werden müssen.Whole stacks are treated as in Example 1. The finished electrodes can be used as end plates in Fuel cell batteries are used without the end faces of the batteries being additionally sealed Need to become.

⁶S B c i s ρ i c I 13 ⁶ SB cis ρ ic I 13

Man arbeitet nach Beispiel 12, verwendet jedoch statt einer Polyäthylenscheibc eine aus l'olymelh-The procedure is as in Example 12, but instead of a polyethylene disc, one of l'olymelh-

acrylat, die vor der Verpressung auf 150° C erwärmt wird. Durch Auswahl anderer Thermoplaste, wie PVC, Polypropylen, Polystyrol und Wahl geeigneter Vorwärmtemperaturen kann man die nach außen liegende Schicht dem Material des Batteriegehäuses anpassen.acrylate, which is heated to 150 ° C before pressing. By choosing other thermoplastics such as PVC, Polypropylene, polystyrene and choice of suitable preheating temperatures can be the one facing outwards Adapt the layer to the material of the battery housing.

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of a double-sided multi-layer gas diffusion electrode for electrochemical devices, especially for fuel elements * and electrolyzers, in which two at least two-layer partial electrodes are combined with the side surfaces of their coarse-pored layers via a plastic-containing or plastic-containing composite layer »s are characterized in that

an at least two-layer gas diffusion electrode is placed in a mold, then the material intended for the composite layer is applied and this in turn is covered with an at least two-layer gas diffusion electrode rotated 180 ° relative to the first electrode, the mold to the flow temperature of the composite layer The existing plastic is heated and then the two individual electrodes are pressed together.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile für eine doppelseitig arbeitende Elektrode wiederholt, aber durch eine später enifernbare Schicht getrennt, in einet Preßform übereinandergestapelt und nach dem Erwärmen gepreßt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the components for a double-sided working electrode repeated, but separated by a later removable layer, in one Die stacked one on top of the other and pressed after heating.

109623/1109623/1

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