DE2007778C3 - Gasdiffusionselektrode fur elektrochemische Zellen, insbesondere Brennstoffelemente, die ein Metallnetz enthalt - Google Patents

Gasdiffusionselektrode fur elektrochemische Zellen, insbesondere Brennstoffelemente, die ein Metallnetz enthalt

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DE2007778C3
DE2007778C3 DE2007778A DE2007778A DE2007778C3 DE 2007778 C3 DE2007778 C3 DE 2007778C3 DE 2007778 A DE2007778 A DE 2007778A DE 2007778 A DE2007778 A DE 2007778A DE 2007778 C3 DE2007778 C3 DE 2007778C3
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Harald Dr. 6370 Oberursel Boehm
Jochen 6454 Grossauheim Heffler
Franz A. Dr.-Ing. 6071 Goetzenhain Pohl
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasdiffusionselektrode für elektrochemische Zellen, insbesondere Brennstoffelemente, die ein Metallnetz enthält
Es sind bereits Brennstoffzellen bekannt die insbesondere für die Raumfahrt bestimmt sind (Electrochem. Soc. 112. 1965, S. 117 bis 124). Bei diesen Brennstoffzellen kommt es auf Materialkosten und Wirtschaftlichkeit nicht an. Als Träger wird ein Platinnetz und als Katalysator Platinschwarz verwendet Durch die DT-OS 1 806 417 ist es bekannt, für die Elektrode einer Brennstoffzelle mit saurem Elektrolyten ein Tantal-Drahtgitter zu verwenden, in welches der Katalysator (eingelagert ist. Auch dieses Gitter ist wegen seines Preises für eine wirtschaftliche Anwendung der Brennstoffzelle ungeeignet. Ferner verliert Tantal über einen längeren Zeitraum aufgrund der gebildeten Oxidschichten seine Leitfähigkeit. Tantalnetze mit Platinkatalysatoren sind auch durch die US-PS 3 306 779 bekannt. Schließlich ist es durch die DT-AS 1 241 506 bekannt. Stahlträger für Elektroden zu verwenden, die in Brennstoffzellen eingesetzt werden.
Es ist auch bereits eine Kontaktierung einer Gasdiffusionselektrode für elektrochemische Zellen mit saurem Elektrolyten vorgeschlagen, bei welcner gasseitig ein Teil der Elektrodenoberfläche mit einer hydrophoben porösen Schicht und der verbleibende Teil mit einer elektrisch leitenden Hartstoff- oder Graphitschicht versehen ist. Die Ausbildung ist derart getroffen, daß auf einer Seite des aus porösem Wolframcarbid bestehenden kreisplattenförmigen Elektrodenkörpers eine ebenfalls kreisförmige hydrophobe, poröse Schicht, durch die die Gaszufuhr erfolgt, aufgebracht ist, die von einer kreisringförmigen Graphitfolie umgeben ist. Zwecks Stromabnahme ist eine Stahlplatte über eine Tellerfeder an die Graphitfolie angedrückt (deutsche Patentanmeldung P 18 15 690.6).
Besteht die Forderung nach größeren Elektroden und kompakter Batteriebauweise, so ist die vorgeschlagene Ausbildung hierfür nicht geeignet, da relativ viel Platz im Gasraum benötigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Zellen mit saurem Elektrolyten größere und auch dünnere Elektroden zu schaffen, um so das Leistungsgewicht der Batterien herabzusetzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Metallnetz von verpreßtem Graphitschaum umhüllt ist, wobei die äußeren Ränder als Rahmen ausgebildet sind und in diesen Träger in bekannter Weise ein katalytisch aktives Material eingelagert ist. Eine zweckdienliche Weiterbildung des Erfindungs
gegenstandes ist dem Unteranspruch zu entnehmen.
Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung scheir.atisch dargestellten Ausführungsbeispiels naher erlFigeri iinei8erf«ndungsgemäße Elektrode in der Draufsicht und im Schnitt
Fig.2 einen Ausschnitt der Elektrode nach der
F Ίη den Figuren tragen gleiche Elemente gleiche Be-
"Ivfcausden Figuren ersichtlich, besteht die Elektrode 1 aus einem Stahlnetz 2 mit Löchern 3, das vollständie von einem korrosionsbeständigen Graphitschaum 4 Spandierter Graphit; DT-AS 1 253 130) umhüllt ist
Graphitschaum führt beim Verpressen zu einer dichten Umhüllung 4 des Stahlnetzes 2. Wie aus den Figuren ersichtlich, werden die Kanten des Stahlnetzes 2 vollständig durch die korrosionsbeständige Umhüllung 4
a De/sich aus den» Stahlnetz 2 und der Umhüllung 4 ergebende Graphitschaumrahmen 1 hat einen vertieften Bereich 6 mit Löchern 5. in dem der elektrochemisch wirksame Katalysator als Schicht 7 eingelagert ist Der Katalysator kann beispielsweise eine Wolfram-
2S carbid-Polyäthylen-Kombination sein. Eine hydrophobe poröse Schicht 8, welche zweckmäßig aus Tetrafluoräthylen besteht ist über eine nicht weiter dargestellte Poly-thylenschicht inselartig an die Umhüllung 4 angesintert. Mit 9 ist die Kontaktierungsfahne der
Elekti ode bezeichnet.
Die Kombination Stahlnetz 2 - Graphitschaum 4 hat einen spezifischen Widerstand von 0.4 mf2/cm, so daß sich gegenüber der vorgeschlagenen Ausbildung eine wesentlich verbesserte elektrische Leitfähigkeit
der Kontaktierung ergibt. Das Stahlnetz 2 dient außerdem als stabiles Elektrodengerüst, welches die Erstellung von Elektroden mit den Abmessungen von etwa 17 χ 15 cm bei einer Dicke von 1 mm ermöglicht.
Die Herstellung der Elektrode erfolgt derart daß in
einem ersten Schritt das aus Stahlnetz 2 und Umhüllung 4 bestehende Rahmenelement auf die hydrophobe, poröse Schicht 8 aufgebracht wird. Danach wird die Katalysatorschicht .7 als aktive Zone der Elektrode innerhalb des vertieften Bereiches 6 in die Löcher 5 ein-
86Um ein Haften der Katalysatorschicht 7 auf den Stegen der aus Graphitschaum bestehenden Umhüllung 4 zu erreichen, kann in die Vertiefung 6 inselartig Polyäthylenpulver eingestreut werden, und auf den sich da-
durch ergebenden Inseln wird die Katalysatorschicht angesintert.
Die erfindungsgemäße Elektrode ist nicht nur bei Brennstoffzellen verwendbar, sondern beispielsweise auch bei einer Zink-Luft-Batterie. Die Elektrode kann
hier ohne jede Änderung eingesetzt werden.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit bietet die Wasserelektrolyse. Wegen der Beständigkeit der beanspruchten Elektroden ist es möglich, mit angesäuertem Wasser zu arbeiten. Dies hat den Vorteil, daß sich die Gase
in verhältnismäßig großen Blasen abscheiden und so die Trennung vom Elektrolyten erleichtern. Außerdem tritt bei saurer Lösung keine CXh-Aufnahme aus der Luft ein.
Die erfindungsgemäße Elektrode kann bei elektrochemischen Zellen mit saurem oder alkalischem Elektrolyten verwendet werden. Durch den Erfindungsgegenstand kann bei elektrochemischen Zellen mit alkalischem Elektrolyten das Metallnetz nunmehr aus Alumi-
nium bestehen, das einen leichten und billigen Werkstoff darstellt Aluminium konnte bisher bei elektrochemischen Zellen mit alkalischem Elektrolyten nicht dii»kt eingesetzt werden. Ein derartiger Aluminiumträger wird vor einer Korrosion durch den Elektrolyten vom Graphitschaumüberzug 4 geschützt. <t
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Gasdiffusionselektrode für elektrochemische Zelle«, insbesondere Brennstoffelemente, die ein Metallnetz enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallnetz von verpreßtem Graphitschaum umhüllt ist, wobei die äußeren Ränder als Rahmen ausgebildet sind und in diesen Träger in bekannter Weise ein katalytisch aktives Material eingelagert ist
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gasseUig eine hydrophobe, poröse Schicht angeordnet ist
DE2007778A 1970-02-20 1970-02-20 Gasdiffusionselektrode fur elektrochemische Zellen, insbesondere Brennstoffelemente, die ein Metallnetz enthalt Expired DE2007778C3 (de)

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