DE2134704C3 - Gasdiffusionselektrode für elektrochemische Zellen - Google Patents

Description

Das Hauptpatent 20 07 778 bezieht sich auf eine Gasdiffusionselektrode für elektrochemische Zellen, insbesondere Brennstoffelemente, die ein Metallnetz enthält, welches 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.

Durch den leitfähigen Graphitschaumrahmen können diese Elektroden nur zu Batterien zusammengeschaltet werden, die parallelgeschaltete Zellen haben, da andernfalls über den Elektrolytkanal ein Kurzschluß erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, d e Elektroden derart auszubilden, daß diese auch in Reihe geschaltet werden können, so daß auch Batterien mit höherer Klemmenspannung erstellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Rahmen aus Graphitschaum Elektrolytkanäle eingelassen sind und dieser Rahmen mit einer elektrisch isolierenden Schicht überzogen ist.

Es ist eine bipolare Elektrode für eine Brennstoffbatterie bekannt (GB-PS 9 05 199), bei welcher die positive und negative Elektrode in einem Kunststoffrahmen angeordnet sind, der Ein- und Auslässe für Wasserstoff und Sauerstoff aufweist. Zwischen den Elektroden ist eine Trennwand angeordnet. Die der Trennwand zugekehrte Oberfläche von Anode und Kathode ist mit Nuten versehen. Im Kunststoffrahmen ist ferner vorgesehen ein Elektrolyt-Ein- und -Auslaß mit einem kurzen, direkt in den Elektrolytraum führenden Kanal.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausfi hrungs- so beispieles näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Elektrode in Draufsicht,

F i g. 2 eine vergrößerte Ansicht mehrerer, zusammengebauter Elektroden im Schnitt A- B nach F i g. 1.

Wie aus den Figuren ersichtlich, besteht jede Elektrode 1 aus einem Stahlnetz 2 mit Löchern 3, das vollständig von einem korrosionsbeständigen Graphitschaum 4 umhüllt ist. Der Graphitschaum 1 hat einen vertieften Bereich 5, in den der elektrochemisch wirksame Katalysator als Schicht 6 eingelagert ist. Mit 7 sind die Kontaktierungsfahnen der Elektroden bezeichnet.

Dieser Aufbau der Elektroden 1 stimmt mit dem der Elektroden nach dem Hauptpatent überein.

Gemäß der Erfindung ist jede Elektrode 1 mit als Rinne ausgebildeten Elektrolytkanälen 8, 9 versehen und mit einem elektrisch isolierenden Stoff 10 beschichtet, so daß jeder elektrische Kontakt zwischen Elektrolyt und Graphitrahmen 1 verhindert ist.

Die Kanäle 8, 9 können in einfacher Weise mittels eines geeigneten Werkzeuges in den Graphitschaumrahmen eingepreßt werden. Mit 11,12 sind die Elektrolyt-Hauptkanäle angedeutet, die die gesamte Batterie durchlaufea Der Elektrolyt tritt beispielsweise am Eingang 14 des einen Hauptkanals 11 ein, verzweigt sich durch die gegenüber dem leitenden Graphitschaum 4 isolierten Elektrolytkanäle 8 der Elektroden, gelangt in den jeweiligen Elektrolytraum 13 bzw. 13' und über die Elektrolytkanäle 9 der Elektroden in den Ausgangs-Hauptkanal 12.

Durch die schmalen Elektrolytkanäle 8, 9 der Elektroden (Länge etwa 120 mm. Breite etwa 0,5 mm. Tiefe etwa 1 mm) ergibt sich ein so hochohmiger Weg des Elektrolyten, daß die gesamte Spannung an diesen Kanälen abfällt Damit wird auch nicht die Zersetzungsspannung von Wasser erreicht und eine Elektrolyse verhindert.

Die den Graphitschaumrahmen einschließlich Elektrolytkanäle 8, 9 elektrisch isolierende Schicht 10 ist beispielsweise Siliconkautschuk, der säurebeständig, elastisch und für Temperaturen bis zu 150⁰C brauchbar ist. Die Dicke der Schicht 10 beträgt etwa 0.1 bis 0,3 mm.

In der F i g. 2 ist der Zusammenbau mehrerer Elektroden schematisch dargestellt.

Wie ersichtlich, liegen die Elektroden wegen der Kunststoffbeschichtung direkt aneinander. Die mit dem Isolierstoff 10 beschichtete Elektrode la liegt direkt an der ebenfalls mit Isolierstoff 10 beschichteten Elektrode Xb, wobei eine Abdichtung durch den Isolierstoff 10 erfolgt Die Elektroden können also ohne besondere Dichtungen zusammengesetzt werden. Beide Elektroden la, Xb bilden einen Gasraum 15, für den wegen der Ausbildung der Elektroden mit der Isolierschicht 10 keine Dichtung erforderlich ist. An der Elektrode Ib liegt unmittelbar eine mit Isolierstoff 10 beschichtete Elektrode Ic mit Elektrolytkanälen 8, 9. Die Elektrode Xb schließt die Elektrolytkanäle 8, 9 der anliegenden Elektrode Ic ab. Beide Elektroden \b. Ic bilden einen Elektrolytraum 13. An der Elektrode Ic liegt direkt eine mit Isolierstoff 10 beschichtete Elektrode Xd an. Beide Elektroden te, Xd bilden einen Gasraum 15'. An der Elektrode Xd liegt eine ebenfalls mit Isolierstoff 10 beschichtete Elektrode Ie Die Elektrolytkanäle 8, 9 dieser Elektrode Ie sind durch die Elektrode Xd abgeschlossen. Beide Elektroden Xd, Xe bilden einen Elektrolytraum 13'.

Die Elektroden Ic und Xd sind O>Elektroden und die Elektroden la, Xbund Iesind ^-Elektroden.

Bei der Herstellung des Graphitschaumrahmens werden die beiden, die Elektrolytkanäle 8, 9 bildenden Rinnen gleich mit in den Graphitschaum eingepreßt. Danach wird der Rahmen beispielsweise in ein Kunststoffbad getaucht, aus diesem wieder entfernt und der aufgebrachte Kunststoff ausgehärtet. An Stelle der Tauchung kann auch ein Spritzverfahren angewendet werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei elektrisch leitfähigen Elektroden (Graphitschaumrahmen) durch die Einbringung von isolierten Elektrolytkanälen in den Rahmen der Elektroden eine Reihenschaltung der Brennstoffzellen möglich ist. Bisher wurden für die Bildung der Gas- und Elektrolyträume besondere Dichtungen benötigt, die nunmehr durch die Isolierschicht 10, die in entspre-

chender Stärke auf den Graphitrahmen aufgebracht wird, gebildet werden. Damit ergibt sich auch ein wesentlich einfacherer Zusammenbau von Brennstoffbatterien. Die nunmehr gegeneinander elek-.risch isolierten Elektroden brauchen nur noch übereinander geschichtet zu werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Gasdiffusionselektrode für elektrochemische Zellen, insbesondere Brennstoffelemente, die ein Metallnetz enthält, welches 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, nach Patent 2007 778, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rahmen aus Graphitschaum Elektrolytkanäle (8. 9) eingelassen sind und dieser Rahmen mit einer elektrisch isolierenden Schicht (10) überzogen ist.

   i5