DE1694558C3 - Verfahren zur Herstellung eines porösen, im wesentlichen aus einem hydrophoben Polymer bestehenden Formkörpers - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines porösen, im wesentlichen aus einem hydrophoben Polymer bestehenden Formkörpers

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DE1694558C3 DE1694558A DEL0054685A DE1694558C3 DE 1694558 C3 DE1694558 C3 DE 1694558C3 DE 1694558 A DE1694558 A DE 1694558A DE L0054685 A DEL0054685 A DE L0054685A DE 1694558 C3 DE1694558 C3 DE 1694558C3
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines porösen, im wesentlichen aus einem hydrophoben Polymer bestehenden Formkörpers von vorbestimmter Benetzbarkeit, der beispielsweise als Elektrodengerüst oder zur Aufnahme des Elektrolyten in einem Brennstoffelement sowie als Filter, Separator, Diaphragma und dergl. verwendet werden kann.
In einem Brennstoffelement oder einer anderen elektrochemischen Vorrichtung zur verwendende poröse Körper, wie Elektrodengerüste oder Elektrolytträger, sollen eine gute chemische Stabilität, geringen elektrischen Widerstand und ausreichende Benetzbarkeit durch den Elektrolyten sowie gute mechanische Festigkeit, Formstabilität in Berührung mit dem Elektrolyten und eine bestimmte Porosität besitzen. Zur Aufnahme des Elektrolyten dienende Formkörper müssen außerdem den Durchtritt gasförmiger Reaktionsteilnehmer, der Metallabscheidungen und Kurzschlüsse sowie ein Vermischen der umzusetzenden Gase
ίο an einer Elektrodenoberfläche und damit explosionsartige Umsetzungen zur Folge haben kann, verhindern. Die Benetzbarkeit eines solchen Formkörpers durch den Elektrolyten muß derart sein, daß der Elektrolyt eine kontinuierliche Phase, die mit einer Oberfläche jeder Elektrode in innigem Kontakt steht, bildet Seine Porosität muß so groß sein, daß eine ausreichende Ionenbeweglichkeit gewährleistet ist, und er λί-ιΒ dem darin enthaltenen Elektrolyten gegenüber inert und außerdem ein guter elektrischer Isolator sein. Auch muß er so biegsam sein, daß er sich den Elektrodenoberflächen anschmiegt, und schließlich soll er in einfacher Weise und mit geringen Kosten herstellbar und vorzugsweise wiederholt verwendbar sein, indem man ihn erneut mit frischem wäßrigem Elektrolyten füllt.
Als Materialien zur Aufnahme des Elektrolyten eines galvanischen Elements wurden bisher beispielsweise modifizierte Cellulose und zusammengepreßte Mineralfasern, wie Asbest-, Aluminiumoxid- und Magnesiumoxidfasern, verwendet. Diese Materialien sind aber entweder wenig korrosions- und bzw. oder wärmefest oder haben eine schlechte mechanische Festigkeit. Wenn beispielsweise Asbest mit einer wäßrigen Alkalihydroxidlösung, beispielsweise einer Kaliumhydroxidlösung imprägniert wird, so bildet es leicht gelatinöse Rückstände, die die lonenleitfähigkeit beeinträchtigen, den inneren Widerstand des Elementes erhöhen und nicht wiederholt verwendbar sind, d. h. nicht erneut mit Elektrolyt imprägniert werden können. Modifizierte Cellulose andererseits wird leicht von dem Elektrolyten hydrolysiert.
Aus den US-Patentschriften 25 42 527 und 26 76 929 sind Verfahren zur Herstellung mikroporöser Folien bekannt, bei denen beispielsweise Polyvinylchlorid oder Polyäthylen mit feindispersen Stärketeilchen vermischt und das Gemisch zu Folien vergossen wird, wonach die Stärketeilchen hydrolysiert und ausgewaschen werden, indem man die Folien nacheinander mit Säuren und Alkalien behandelt, so daß Hohlräume von der Größe der ursprünglichen Stärketeilchen entstehen. Derartige mikroporöse Folien sind auch schon in galvanischen Elementen verwendet worden. Sie haben jedoch den Nachteil, daß ihre Herstellung verhältnismäßig aufwendig ist, daß es schwierig ist, die Porengröße des Endproduktes in der gewünschten Weise zu steuern, daß das Endprodukt keine gute mechanische Festigkeit besitzt und daß die Netzbarkeit der Porenoberflächen nicht in der für eine Verwendung des Produktes in Brennstoffelementen gewünschten Weise gesteuert werden kann.
Aus der FR-PS 12 20 069 ist es weiterhin bekannt, hauptsächlich aus Polytetrafluoräthylen bestehende poröse Formkörper, beispielsweise für eine Verwendung als Filter für Flüssigkeiten und luftdurchlässige Folien und Membranen zur Trennung von Gasen durch Diffusion herzustellen, indem man Polytetrafluoräthylen Und ein zweites Polymer mit anderen Eigenschaften miteinander vermischt, das Gemisch verformt und dem erhaltenen Formkörper die gewünschte Porosität durch
Entfernen des zweiten Polymer verleiht, indem man dieses herauslöst, herausbrennt oder dergleichen.
Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung es porösen, im wesentlichen aus einem hydrophoben Polymer bestehenden Formkörpers, der alle obengenannten für in elektrochemischen Vorrichtungen zu verwendenden poröse Körper, beispielsweise Elektrodengerüste und Elektrolyuräger, oder für Filter zu fordernden Eigenschaften besitzt
Diese Aufgabe wird erfindungs;s;emäß dadurch gelöst, daß man ein kolloidales Fluorkahlenstoffpolymer auf ein Fasermaterial, das eine der Ladung des Polymers entgegengesetzte Ladung trägt, unter Bildung eines Aggregats fällt, das Aggregat verformt und den Formkörper an Luft auf eine Temperatur erhitzt, bei der das gefällte Polymer zusammenfließt und eine zusammenhängende biegsame Masse bildet, und bei einer Temperatur hält, bei der die Fasern zersetzt werden, so daß das von ihnen zuvor eingenommene Volumen freigelegt wird, während die Polymermasse die Form des Fasermateriais annimmt oder behält.
Gemäß einer Durchführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung zur Hersiellung beispielsweise eines porösen Formkörpers zur Aufnahme des Elektrolyten in einem Brennstoffelement wird ein kolloidales Fluorkohlenstoffpolymer auf Cellulose'asern, die eine der Aufladung des Polymers entgegengesetzte Ladung tragen, in einer Aufschlämmung ausgefällt, wobei die Aufladung der Fasern durch Adsorption kationischer Mittel erfolgt. Porosität und Porengröße des Endproduktes werden durch las Verhältnis von Fasermaterial zu Polymer bzw. die Abmessungen der Fasern bedingt. Das gebildete Aggregat wird von der Aufschlämmung abgetrennt und getrocknet Dann kanr es entweder erneut in Wasser aufgeschlämmt und wieder nach J5 bekannten Verfahren auf ein Papierblatt abgelagert werden oder es kann in einer Form zu einer Folie verpreßt werden. Die getrocknete Folie wird in einem Ofen auf die Sintertemperatur des hydrophoben Polymer erhitzt, wobei die Fasern verbrennen und eine poröse Folie aus dem Polymer zurückbleibt.
Die Benetzbarkeit des Formkörpers und die Textur der Porenoberflächen kann gemäß der Erfindung dadurch gesteuert werden, daß man in der wäßrigen Aufschlämmung der Fasern ein kolloidales Mineral von gewünschten Abmessungen von den Fasern adsorbieren läßt und das feindisperse Fluorkohlenstoffpolymer aus einer wäßrigen Dispersion auf die durch das Mineral modifizierte Oberfläche der Fasern abscheidet, wonach das Aggregat von der Aufschlämmung abgetrennt wird. Das Aggregat kann zu irgendeiner gewünschten Form verformt werden, und der Formkörper wird dann, wie oben beschrieben, erhitzt, so daß das hydrophobe Polymer sintert und der Träger aus dem Fasermaterial unter Freilegung des von ihm zuvor eingenommenen Volumens verbrennt, während das kolloidale Mineral über die ganze Porenstruktur gleichmäßig verteilt zurückbleibt und fest darin gehallen wird. In einem der Aufnahme des Elektrolyten in einem Brennstoffelement dienenden derartigen Formkörper wirken die Mineral- bo teilchen als »Stufen«, die zufolge ihrer Benetzbarkeit die Kontinuität der lonenleitfähigkeit zwischen den Elektroden gewährleisten. Kohlige Rückstände in dem Formkörper können durch Behandeln des gesinterten Körpers mit einer starken oxydierenden Säure, wie en Salpetersäure, vor der letzllicheil Trocknung entfernt Werden, Der erhaltene Formkörper ist Wegen der Textür und chemischen Beschaffenheit der Porenoberflächen gut von einem wäßrigen Elektrolyten benetzbar.
Eine für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignete Aufschlämmung von Cellulosefasern kann erhalten werden, indem man Cellulosestapelfasern oder ein entsprechendes Fasermaterial in ein wäßriges Medium einbringt und durch rasches Rühren so weit zerkleinert, daß eine Suspension von Fasern, deren Abmessungen der gewünschten Porengröße in dem herzustellenden Formkörer entspricht, erhalcen wird. Dieser Suspension kann ein kolloidales Mineral zugesetzt und durch Zusatz eines kationischen Mittels oder dergleichen auf der Oberfläche der Fasern abgelagert werden. Das feindisperse hydrophobe Polymer wird aus einer kolloidalen Dispersion in die Aufschlämmung der Fasern eingebracht und auf diesen gefällt, oder es wird der wäßrigen Faserdispersion zugesetzt und das Aggregat aus Polymer und Fasermaterial oder Polymer, Mineral und Fasermaterial wird durch Zusatz eines Koagulierungs- oder Ausflockungsmittel zu der Dispersion gebildet
Das Aggregat kann abgetrennt und in üblicher Weise zu Gegenständen jeder gewünschten und der beabsichtigten Verwendung angepaßten Form extrudiert werden, wonach der Formkörper wie oben beschrieben gesintert und das Fasermaterial verbrannt wird.
Vorzugsweise wird zum Fällen des Aggregats aus Polymer und Fasermaterial oder Polymer, kolloidalem Mineral und Fasermaterial ein organisches Ausflokkungsmittel, das mit Wasser mischbar und in dem das Polymer praktisch unlöslich ist, verwendet. Beispiele für solche Mittel sind Aceton, Methyläthylketon, Methanol und Äthanol. Das sinterfähige Aggregat kann, wie erwähnt, durch Extrudieren, beispielsweise zu Membranen verformt oder erneut in einem wäßrigen Medium aufgeschlämmt und von diesem abgetrennt werden, beispielsweise indem man das wäßrige Medium absaugt.
Das vollständige Zusammenfließen der Teilchen des Polymers unter Bildung einer kontinuierlichen Phase aus dem Polymer erfolgt durch Sinie-n. Optimale mechanische Eigenschaften des Endproduktes können durch die Wahl des Verhältnisses von PolymenMinerahFasermaterial sowie teilweise durch Steuerung der Sinterungsbedingungen erzielt werden. Bei unvollständigem Sintern enthält der als Endprodukt erhaltene Formkörper Stellen geringer Festigkeit und weist entsprechend insgesamt geringe mechanische Festigkeit auf. Die optimale Sinterungstemperatur liegt in dem Bereich von etwa 350 bis 400°C. jedoch können bei Verwendung mancher Fluorkohlenstoffpolymerer, wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen, Temperaturen bis zu 4300C angewandt werden. Allgemein erfolgt das Sintern bei einer Temperatur zwischen dem kristallinen Schmelzpunkt, im Falle von Polytetrafluoräthylen, beispielsweise 327° C, und der Zersetzungstemperatur des hydrophoben Polymers. Je höher die Temperaturen sind, um so kurzer sind die erforderlichen Sinterungszeiten. Bei Temperaturen über 4000C erfolgt jedoch bei Verwendung von Polytetrafluoräthylen bereits ein merklicher Abbau. Das Sintern des Polymers kann durch irgendwelche geeigneten Heizmittel, beispielsweise die heiße Luft eines Muffelofen*!, Strahlungswärme oder geheizte Walzen öder Platten bewirkt werden.
Als Fluorkohlenstoffpoiymere können außer Polytetrafluoräthylen beispielsweise Mischpolymere von Tetrafluoräthylen mit anderen ungesättigten organischen Verbindungen, wie Perfluorpropylen, Chlortrifluoräthylen und dergleichen, verwendet werden, sofern diese Mischpolymere, die für den Zweck der Erfindung
wesentlichen Eigenschaften des Tetrafluoräthylenhomopolymerisats besitzen. Im allgemeinen kann das copolymerisierbare Modifizierungsmittel in einer Menge bis zu etwa 15 Gew.-% des Mischpolymers anwesend sein. Weitere für den Zweck der Erfindung verwendbare Polymere sind die Polymere von fluoriertem Propylen, Vinylfluorid, Vinylidenfluorid und Mischpolymere von diesen.
Die Herstellung der Dispersion des Fluorkohlenstoffpolymers ist nicht Gegenstand der Erfindung. Sie kann beispielsweise nach den in den US-PSen 24 78 229, 2.5 34 058, 25 59 750 und 26 85 707 beschriebenen Verfahren erfolgen. Die Teilchengröße des Polymers in den Dispersionen, die für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung geeignet sind, kann in einem weiten Bereich variieren. Vorzugsweise liegt das Polymer in kolloidalem Zustand vor, d. h., die Teilchen hab-2n zweckmäßig eine Größe in dem Bereich von 0,05 bis etwa 5 μ und vorzugsweise von etwa 0,1 bis etwa 3 μ. Je kleiner die Teilchen sind, desto leichter bildet sich das sinterfähige Aggregat, und desto leichter läßt sich dieses zu dem porösen Formkörper verarbeiten. Das Molekulargewicht des Fluorkohlenstoffpolymers kann ebenfalls in einem v/eiten Bereich variieren und beträgt vorzugsweise mehr als 8000. Geeignet für den Zweck der Erfindung sind diejenigen hydrophoben Fluorkohlenstoffpolymeren, die einen kristallinen Schmelzpunkt über etwa 3000C besitzen und bei Temperaturen zwischen etwa ihrem kristallinen Schmelzpunkt und ihrer Zersetzungstemperatur gesintert werden können. Als Ausgangsmaterial für das Verfahren der Erfindung geeignet sind beispielsweise wäßrige Suspensioner mit einem Gehali an Polytetrafluoräthylenteilchen von 60 Gew.-%. Solche Dispersionen können kationische, nichtionische und anionische Netzmittel enthalten. Wenn die Dispersion des Polymers Netz- oder Stabilisierungsmittel enthält, wird die Ausfällung des feindispersen Polymers auf der Oberfläche der Cellulo· sefasern oder der mit kolloidalem Mineral modifizierten Oberfläche der Cellulosefasern durch Verwendung eines Fällungsmittels, das die Teilchen des Celluloseträgers mit einer der Aufladung des Polymers entgegengesetzten Ladung versieht, begünstigt.
Die Cellulosefaseraufschlämmung kann nach dem in der Papierfabrikation zur Herstellung des Stoffs üblichen Verfahren erfolgen. Als Ausgangsmaterial kann Flachs, Stroh, Holz oder dergleichen verwendet werden. Wenn der als Endprodukt des Verfahrens gemäß der Erfindung erhaltene Formkörper beispielsweise der Aufnchme des Elektrolyten in einem Brennstoffelement dienen soll, werden die Fasern bis zu einerr mittleren Querschnitt von etwa 0,5 bis etwa 20 μ und vorzugsweise etwa 1 bis etwa 5 μ zerkleinert. Für andere Verwendungszwecke des Endproduktes, beispielsweise als Diaphragmen in galvanischen Elementen, als Elektrodenträger und dergleichen, können die Fasern einen mittleren Durchmesser von etwa 0,5 bis etwa 200 μ haben. Auch die Länge der Fasern kann dem gewünschten Verwendungszweck des Endproduktes angepaßt werden. Im allgemeinen haben die Fasern eine mittlere Länge von etwa 5 μ bis etwa 10 mm.
Wie erwähnt, wird auf der Oberfläche des Faserträgers vorzugsweise ein feindisperses Mineral adsorbiert, bevor das Polymer darauf gefällt wird. Dieses Mineral Soll chemisch stabil und netzbar sein. Es hat vorzugsweise eine Teilchengroße in dem Bereich von 0,01 bis 0,2 u, Beispiele für geebnete mineralische Materialien sind Siliciumdioxid, Kaliumtitanat,Titandioxid, Thoriumoxid, Zirkoniumoxid und dergleichen. Diese netzbaren mineralischen Materialien können in der Form von Fasern oder als Pulver vorliegen.
Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erhaltenen porösen Formkörper besitzen ausgezeichnete mechanische Festigkeit, hohe Porosität, selektive Netzbarkeit und ausgezeichnete Stabilität gegen den Angriff von Elektrolyten.
Durch Wahl der Teilchengröße des Fasermaterials können Folien mit derart kleinen Poren, daß sie nicht mehr erkennbar sind, d. h. beispielsweise Durchmesser unter 1 μ haben oder nur als einfache Zwischenräume zwischen Molekülketten vorhanden sind, erhalten werden.
Der Formkörper der Erfindung kann auch um einen Träger aus einem Metallnetz oder dergleichen herum erzeugt werden, wodurch seine mechanische Festigkeit verbessert werden oder ihm elektrische Leitfähigkeit verliehen werden kann.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Beispiels näher erläutert werde,
Beispiel
12 g aschefreies Filterpapier, 250 ecm destilliertes Wasser, 1 ecm einer 10%-igen wäßrigen Lösung von Peiargonsäureamid-hydrochlorid und 6 g kolloidales Siliciumdioxid werden in einen Waring-Mischer eingebracht und 15 Minuten bei etwa 3/4 der Höchstmiichgeschwindigkeit des Gerätes gemischt. 60 g einer wäßrigen Dispersion mit 50 Volum-% Polytetrafluorethylen, die mit einem nichtionischen oberflächenaktiven Mittel stabilisiert ist, werden zu 100 ecm destilliertem Wasser zugesetzt, und das Gemisch wird in das Mischgerät eingebracht, während dieses auf 30% der Höchstgeschwindigkeit eingestellt wird. Nachdem die ganze Dispersion zugesetzt ist, wird die Masse in dem Mischer noch 15 Minuten gerührt. Danach werden, während das Gemisch weiter bei konstanter Geschwindigkeit von
■to etwa 30% der Höchstgeschwindigkeit des Gerätes gerührt wird, 150 ecm Aceton zugesetzt, und das gesamte Gemisch wird dann noch 5 Minuten gerührt.
Das gebildete Aggregat wird in einem Vakuumtrichter gesammelt, und der erhaltene Kuchen wird 16 Stunden bei 0,17 bar und 1000C getrocknet Der getrocknete Filterkuchen wird in dem Mischgerät zu einem lockeren faserigen Produkt aufgebrochen. 3 g des lockeren Fasermaterials und 150 ecm destilliertes Wasser werden 1 Minute lang bei hohen Geschwindigkeiten des Mischgerätes in diesem vermischt. Eingeschlossene Luft wird im Vakuum entfernt. Ein Filterpapier von 9 cm Durchmesser wird auf einen Vakuumtrichter gelegt, und die Aufschlämmung wird darauf gegossen und ohne Vakuum etwa 2 Minuten absitzen gelassen, worauf ein Vakuum angewandt wird, bis kein Wasser mehr abgesaugt werden kann. Die Oberfläche kann eingeebnet werden, indem man ein Filterpapier der gleichen Größe wie der des unteren auf die Masse legt. Der Filterkuchen wird über Nacht bei
μ 66°C getrocknet. Dann werden die Filterpapiere entfernt, und die Matte wird 15 Minuten in einem Muffelofen auf 354° C erhitzt, bis das gesamte Cellulosematerial verbrannt ist, worauf man sie langsam auf Zimmertemperatur abkühlen läßt und dann in
&5 heißer, am Rf'ckfluß kochender Salpetersäure hält, bis sie ihre charakteristische Weißliche Färbung angenommen hat. Die erhaltene poröse Folie eignet sich ausgezeichnet zur Aufnahme eines wäßrigen Elektroly-
ten oder als Träger für eine Elektrode in einem Brennstoffelement, wobei die mit einem elektrochemisch aktiven Material, wie Platinschwarz,überzogene Seite der Polytetrafluoräthylenfölie dem Elektrolyten und die andere Seile, der Foiie dem gasförmigen Brennstoff zugewandt ist.
In dem Verfahren von Beispiel i kann, bevor die Dispersion des Polymers in das Mischgerät eingebracht wird, ein anderer chemisch stabiler netzbarer Füllstoff
als Siliciumdioxid, beispielsweise Käliumiitanät, Titandioxid oder Thoriumoxid/Zirkoniumoxid, entweder als Pulver oder in der Form von Fasern, in das Gerät eingebracht werden. Das dabei erhaltene Produkt gleicht dem nach dem oben beschriebenen Verfahren erhaltenen Formkörper. Die Teilchen des inerten Füllstoffes sind in die Porenoberflächen eingelagert Und verleihen diesen eine bestimmte Netzbarkeit und andere erwünschte Eigenschaften.

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines porösen, im wesentlichen aus einem hydrophoben Polymer bestehenden Formkörpers von vorbestimmter Benetzbarkeit, dadurch gekennzeichnet, daß man ein kolloidales Fluorkohlenstoffpolymer auf ein Fasermaterial, das eine der Ladung des Polymers entgegengesetzte Ladung trägt, unter Bildung eines Aggregats fällt, das Aggregat verformt und den Formkörper an Luft auf eine Temperatur erhitzt, bei der das gefällte Polymer zusammenfließt und eine zusammenhängende biegsame Masse bildet, und bei einer Temperatur hält, bei der die Fasern zersetzt werden, so daß das von ihnen zuvor eingenommene Volumen freigelegt wird, während die Polymermasse die Form des Fasermaterials annimmt oder behält
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Cellulosefasern, die sich bei der Sinterungstemperatur des Fluorkohlenstoffpolymer zersetzen, verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluorkohlenstoffpolymer Polytetrafluorethylen verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor Ausfällen des kolloidalen Fluorkohlenstoffpolymer ein durch Wasser benetzbares mineralisches Material an den Fasern adsorbiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mineralische Material in der Form VO.. Teilchen von etwa 0,1 bis etwa 0,2 μ verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Ausfällung des hydrophoben Polymer auf den Fasern ein kationisches Mittel an der Oberfläche der Cellulosefasern adsobiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Cellulosefasern verwendet werden, deren Durchmesser des Querschnitts im Mittel 0,5 bis 20 μ und deren Länge im Mittel etwa 5 μ bis 10 mm beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Polymer und Cellulosematerial in einem Gewichtsverhältnis von etwa 0,1 bis 10,0 verwendet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5,7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß als netzbares mineralisches Material Siliciumdioxid, Kaliumtitanat, Titandioxid oder Thoriumoxid/Zirkoniumoxid in der Form von Teilchen mit einer Größe von etwa 0,1 bis etwa 0,2 μ verwendet wird.
DE1694558A 1965-09-30 1966-09-29 Verfahren zur Herstellung eines porösen, im wesentlichen aus einem hydrophoben Polymer bestehenden Formkörpers Expired DE1694558C3 (de)

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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2427422A1 (de) * 1973-06-07 1975-01-09 Battelle Memorial Institute Verfahren zur herstellung einer positiven nickel-hydroxid-elektrode fuer galvanische zellen
US4058482A (en) * 1976-12-20 1977-11-15 United Technologies Corporation Fuel cell electrode
US4173662A (en) * 1977-12-23 1979-11-06 United Technologies Corporation Process for forming a fuel cell matrix
US4224130A (en) * 1978-02-13 1980-09-23 The Dow Chemical Company Electrolytic diaphragm cell
US4238303A (en) * 1978-08-14 1980-12-09 E. I. Du Pont De Nemours And Company Diaphragm modifier for chlor-alkali cell
US4493879A (en) * 1981-03-18 1985-01-15 Hitachi, Ltd. Fuel cell
US5194484A (en) * 1991-09-25 1993-03-16 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for making fluoropolymer composites
US5506052A (en) * 1992-01-16 1996-04-09 E. I. Du Pont De Nemours And Company Fluoropolymer material
EP1519432A3 (de) * 1994-10-18 2005-07-13 The University Of Southern California Elektrode
US5573529A (en) * 1994-10-31 1996-11-12 Haak; Benjamin A. Color coded medical instruments
US7524335B2 (en) * 1997-05-30 2009-04-28 Smith & Nephew, Inc. Fiber-reinforced, porous, biodegradable implant device
AU738334B2 (en) * 1997-05-30 2001-09-13 Osteobiologics, Inc. Fiber-reinforced, porous, biodegradable implant device
FR2841255B1 (fr) * 2002-06-21 2005-10-28 Inst Nat Polytech Grenoble Materiau a conduction ionique renforce, son utilisation dans les electrodes et les electrolytes
DE102004054757B4 (de) * 2004-11-12 2007-07-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung der Photoelektrode einer Solarzelle
CN103339322A (zh) * 2010-10-26 2013-10-02 Zeoip私人有限公司 纤维素纤维组合物
WO2016114837A2 (en) * 2014-10-23 2016-07-21 South Dakota Board Of Regents Micro-channeled and nano-channeled polymer for structural and thermal insulation composites

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1224366A (fr) * 1960-08-09 1960-06-23 Foundry Equipment Ltd Perfectionnements aux dispositifs d'alimentation pour machine à mouler de fonderie
US3090094A (en) * 1961-02-21 1963-05-21 Gen Motors Corp Method of making porous ceramic articles
US3497256A (en) * 1965-02-18 1970-02-24 Chemplast Inc Process for making a direct duplicate of a matrix formed from fiber materials

Also Published As

Publication number Publication date
DE1694558A1 (de) 1971-07-29
GB1160084A (en) 1969-07-30
US3627859A (en) 1971-12-14
DE1694558B2 (de) 1978-04-27
JPS536338B1 (de) 1978-03-07
SE347273B (de) 1972-07-31

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