DE2115618A1 - Folien für selbstatmende Gasdiffusionselektroden in elektrochemischen Zellen sowie Verfahren zur Herstellung solcher Folien - Google Patents

Folien für selbstatmende Gasdiffusionselektroden in elektrochemischen Zellen sowie Verfahren zur Herstellung solcher Folien

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DE2115618A1
DE2115618A1 DE19712115618 DE2115618A DE2115618A1 DE 2115618 A1 DE2115618 A1 DE 2115618A1 DE 19712115618 DE19712115618 DE 19712115618 DE 2115618 A DE2115618 A DE 2115618A DE 2115618 A1 DE2115618 A1 DE 2115618A1
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polytetrafluoroethylene
film
foils
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emulsifier
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Hans Dr. 7401 Tübingen; Brill Klaus Dr.-Ing. 7015 Korntal; Hornung Friedrich Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Metger
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Robert Bosch GmbH
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    • H01M4/00—Electrodes
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Description

29.3.1971
Anlage zur
Patent—
ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart (Deutschland)
Folien für selbstatmende Gasdiffusionselektroden in elektrochemischen Zellen sowie Verfahren zur Herstellung solcher Folien
Die Erfindung bezieht sich auf luftdurchlässige, elektrolytundurchlässige Folien für selbstatrnende Gasdiffusionselektroden in elektrochemischen Zellen, insbesondere in Brennstoffzellen oder Metall/ Luft-Zellen sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derartiger Folien.
En ist vorgeschlagen worden, luftdurchlässige, elektrolytundurchlässige lolien für Gasdiffusionselektroden durch Aufsprühen
- 2 2 0 9 8 A 2 / 0 9 k 9
Robert Bosch GmbH fi. 286 Pf/Kf
Stuttgart .
einer Suspension von Polytetrafluorethylen auf eine heiße, mit einem Trennmittel versehene Unterlage oder durch Abscheiden von Folytetrafluoräthylenpulver auf einer Hilfselektrode in elektrischen Feld herzustellen, wobei es notwendig ist, diese Folien anschließend bei 350 bis 39O0C zu sintern, um ihnen eine ausreichende mechanische Stabilität zu verleihen. Hierbei entstehen Produkte, deren Druckverträglichkeit im Falle
hohen
eines erforderlich werdenden/Gasdurchsatzes nicht mehr ausreichend ist.
Aus der österreichischen Patentschrift 286 397 ist eine Elektrode für eine Brennstoff- oder Metall/ Luft-Zelle bekannt, die aus
ι£±λ£ρί£/ einem ungesinterten, kontinuierlichen Polytetra&thylenfilm und einem katalytischen Material besteht. Eine solche Elektrode hat jedoch nicht die für den praktischen Einsatz erforderliche mechanische Festigkeit. Deshalb soll die Elektrode gegebenenfalls porösen Kohlenstoff oder ein Metallgitter als Trägermaterial aufweisen. Dadurch können solche Elektroden jedoch verhältnismäßig dick bzw. schwer werden, was gerade in Hinblick auf eine möglichst kompakt gebaute leichte Brennstoffoder Metall/ Luft-Zellen-Batterie ungünstig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Folien für selbstatnende Gasdiffusionselektroden zu schaffen, die einerseits leicht, dünn und mechanisch ausreichend stabil sind und andererseits zumindest teilweise eine Mikroporosität aufweisen, wodurch eine höhere Druckverträglichkeit gewährleistet ist, d.h. dem Elektrolytdurchtritt ein höherer Widerstand entgegengesetzt v/irdjols bei makroporösen Folien, ohne die Sauerstoffdiffusion durch die Folien wesentlich herabzusetzen. Es hat sich nämlich gezeigt, daß es nicht gleichgültig ist, ob eine gute Luftdurchlässigkeit mit relativ großen Foren oder aber mit vielen Mikroporen erreicht wird, sondern daß mikroporöse Folien weit
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Stuttgart
sind, weil durch im einzelnen noch nicht geklärte Kapillareffekte die Luft durch die Mikroporen in den Elektrolyten gesaugt wird, wobei es offenbar ohne Einfluß ist, ob die ganze Membran mikroporös ist oder nur ihre Oberfläche.
Diese Aufgabe wird erfindungsgenäß gelöst durch Folien, die aus einer ersten,, mechanisch stabilen, gesinterten Schicht eines fluorhaltigen Polymeren bestehen, die mit einer zweiten, ungesinterten, mikroporösen Schicht eines fluorhaltigen Polymeren fest verbunden ist.
Als fluorhaltiges Polymeres wird insbesondere Polytetrafluoräthylen eingesetzt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, nach dem.derartige erfindungsgenäße Folien hergestellt v;erden können.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß auf eine mechanisch stabile, poröse Trägerfolie aus gesintertem Polytetrafluorethylen eine Dispersion von Polytetrafluoräth7/len aufgebracht und das Dispersionsmittel anschließend verdampft wird.
Die Teilchengröße der Polytetrafluoräthylenteilchen der Trägerfolie beträgt dabei 30 - 50 /um, die der aufgebrachten Schicht hingegen 0,2 bis 2,0/Um.
In den folgenden Beispielen soll die Erfindung näher erläutert v/erden:
1. Beispiel
a) Herstellung der Trägerfolie: Eine Dispersion eines Suspensionspolymerisates von Polytetrafluoräthylen (PTFE) mit einer Teii-
2 0 9 8 U / 0 9 U 9 - l'-■ -
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Stuttgart
chengröße von 30 - 50 /Μ in Trifluortrichloräthan in einem M:schungsverhältnis 135 E PTFE auf 1 1 Flüssigkeit
•ζ ρ
wird in einer Menge von 30 cur je dm auf eine Glasplatte mit aufgerauhter Oberfläche, die sich in einem Gießrahmen befindet, aufgegossen. Plan läßt die Schicht sedimentieren, das Dispersionsmittel verdampfen und trocknet die. Schicht an Luft bei Raumtemperatur. Danach wird die Schicht mit einer 6 cm breiten Walze mit einer Kraft von 1 kp durch Walzen verdichtet und anschließend unter Stickstoff bei 3800C 20 Minuten lang gesintert.
b) Aufbringen der zweiten Schicht: Ausgangsmaterial ist eine emulgatorfreie PTFE-Dispersion mit einer Teilchengröße von 0,3 bis l,0yum, die aus PTFE-Emulsionspolymerisat mit Hilfe eines hochtourigen Laborrühr'ers in iso-Butanol als Dispersionsmittel hergestellt wird, wobei 70 g PTFE auf 1 1 Flüssigkeit eingesetzt v/erden. Diese Dispersion wird in
·} ρ
einer Menge von 15 cnr pro 1 dm Fläche auf eine Seite der Trägerfolie aufgegossen* Man läßt die PTFE-Teilchen sedimentieren, das Dispersionsmittel verdampfen und trocknet die Folie an Luft- bei Raumtemperatur. Anschließend wird die sedimentierte Schicht durch Walzen mechanisch verdichtet und erhalt dadurch ihre endgültige mirkoporöse Struktur.
2. Boismel
Auf eine nach la) hergestellte Trägerfolie wird mit einem Pinsel eine emulgatorhaltige PTFE-Dispersion aufgestrichen, die Schicht an Luft getrocknet und der Vorgang zweimal wiederholt. Durch kurzzeitiges Erhitzen der Folie auf 300°C wird der Emulgator entfernt. Die erzielte Dicke der aufgebrachten Schicht beträgt etwa 30/um.
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Stuttgart
3. Beispiel
Statt die ΡΤΕΈ-Dispersion, wie .im Beispiel 2, mit einem Pinsel aufzutragen, wird eine Trägerfolie in eine solche Dispersion getaucht, wodurch die Trägerfolie einen zweiseitigen mikroporösen Überzug erhält. Die thermische Nachbehandlung erfolgt wie im vorhergehenden Beispiel beschrieben. .
Die Erfindung hat luftdurchlässige, elektrolytundurchlässige Folien zum Ziele, die leicht, dünn und mechanisch stabil sind und eine gute Haftgrundlage für eine Katalysatorschicht bilden. Sie zeigen in der Praxis auch nach langen Betriebszeiten keinen Elektrolytdurchtritt bei ausgezeichneter Diffusion des Luftsauerstoffs. Die Folien sind ohne großen Aufwand herzustellen, wobei sich auch vorgefertigte gesinterte Trägerfolien verwenden lassen.
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Claims (6)

  1. Robert Bosch GmbH R. 286 Pf/Kf
    Stuttgart . " 29.3.1971
    Ansprüche
    Luftdurchlässige, elektroly.tundurchlässige Folie für selbstatmende Gasdiffusionselektroden in elektrochemischen Zellen, insbesondere in Brennstoffzellen oder Metall/· Luft-Zellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie aus einer ersten, mechanisch stabilen, gesinterten Schicht eines fluorhaltigen Polymeren besteht, die mit einer zweiten, ungesinterten mikroporösen Schicht eines fluorhaltigen Polymeren fest verbunden ist.
  2. 2. Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als fluorhaltiges Polymeres Polytetrafluoräthylen eingesetzt wird.
  3. 3. Verfahren zur·Herstellung einer Folie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine mechanisch stabile, poröse Trägerfolie aus gesinterten Polytetrafluoräthylen eine Dispersion von Polytetrafluoräthylen aufgebracht und das Dispersionsmittel anschließend verdampft v;ird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße der Polytetrafluoräthylenteilchen der Trägerfolie 30 - 5O/U1T1» die der aufgebrachten Schicht dagegen 0,2 bis 2,0/um beträgt;.
    ■ ■ _ π —
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    Stuttgart
  5. 5· Verfahren nach Anspruch 3 oder 4-, dadurch gekennzeichnet, daß eine einulgatorfreie Dispersion von Polytetrafluorathylen auf die in einein Gießrahmen befestigte Trägerfolie gegossen wird, daß man die Polytetrafluoräthylenteilchen sedimentieren läßt und darauf das Dispersionsmittel verdampft und die Membran dann getrocknet wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, . daß eine emulgatorhaltige Polytetrafluorathylendispersion ■ durch Aufstreichen, Aufspritzen oder Tauchen auf die Trägerfolie aufgebracht, darauf das Dispersionsmittel ver~ dampft und die Folie schließlich zur Entfernung des Emulgators auf eine Temperatur unter 32O0C erwärmt wird, ['j
    - Γ
    209842/0949
DE19712115618 1971-03-31 1971-03-31 Folien für selbstatmende Gasdiffusionselektroden in elektrochemischen Zellen sowie Verfahren zur Herstellung solcher Folien Pending DE2115618A1 (de)

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