DE2818523C2 - Poröses Kohlenstoff-Fasermaterial - Google Patents
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Description
2. Poröses Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Fasern in der Weise zu
einer zweidimensionalen Ebene willkürlich dispergiert oder angeordnet ist, daß der Winkel zwischen
der Achse der zerschnittenen Kohlenstoffaser und der Ebene kleiner als 30° ist.
3. Poröses Material nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Bindemittel
Phenolharz, Epoxyharz, Furanharz, Xylenol-Formaldehydharz,
Harnstoffharz, Melaminharz, Anilin-Formaidehydharz, Friedel-Crafts-Harz, ungesättigtes
Polyesterharz, Polyvinylalkohol, Polyacrylharz, Polyvinylbutyral, Polyvinylpyrrolidon Polyvinylacetat,
Polystyrol und/oder Polyisobutylen enthält.
4. Poröses Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es auf den Fasern
einen Metallfilm aus Nickel, Eisen, Kobalt, Platin, Gold, Silber, Kupfer, Palladium, Rhodium, Rhenium,
Lithium, Aluminium, Wismut, Beryllium, Blei, Zink, Zinn, Chrom, Titan, Vanadin, Molybdän, Niob, Wolfram,
Tantal, Cadmium, Indium, Mangan, Tellur, Antimon, Selen, Germanium, Silicium oder Legierungen,
die eines dieser Metalle als Hauptkomponente enthalten, besitzt.
5. Poröses Material nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtvolumen
seiner Poren 80 bis 98% des Gesamtvolumens des porösen Materials ausmacht.
6. Poröses Material nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es die Form einer
Matte mit parallelen, voneinander beabstandeten glatten Oberflächen besitzt.
7. Poröses Material nach einem der Ansprüche 1 hi«; 6 dadurch ppl<pnn7pirhnpt daft ρ«; hrnrpnartiue
zylindrische oder säulenartige Form besitzt.
Die Erfindung betrifft ein poröses Kohlenstoff-Fasermaterial, das zu einer Platte oder Matte geformt werden
kann, welche beispielsweise als ein Elektrodensubstrat, das die aktiven Anoden- und Kathodenmaterialien einer
Batterie trägt, als Durchflußelektroden, wie elektrolytische
Elektroden oder Stromsammler, für Durchflußelemente, wie Filter einschließlich Magnetfiltern, Nebeltrenneinrichtungen
und Rippen von Wärmestrab lern, und als Stütz- und Durchflußelemente, wie als Katalysatorträger
brauchbar ist
Es sind bereits verfilzte Materialien bekannt, die aus
ineinander verwobenen Kohlenstoff-Fasern, die metallisiert
sind, bestehea In solchen verfilzten Materialien sind jedoch die Kohlenstoff-Fasern nicht gut dispergiert,
und es liegen Faserbündel vor, in welchen viele einzelne Fasern miteinander ein Aggregat bilden und
alle in der gleichen Richtung orientiert sind. In solchen Materialien befindet sich die Metallisierung nur auf der
äußeren Oberfläche des Faserbündels und nicht auf den Kohlenstoff-Faseroberflächen im Inneren des Bündels,
so daß man das Äquivalent einer sehr dicken Einzelfaser bekommt
Poröse Materialien aus dicken Einzelfasern oder Faserbündeln haben folgende Nachteile:
a) Die verfügbare Oberfläche des porösen Materials ist klein und folglich nachteilig in der Verwendung,
besonders als Durchflußelektrode.
Beispielsweise ist die Außenfläche eines Faserbündels, das von 100 einzelnen Fasern gebildet wird,
kleiner als ein Zehntel der Summe der Oberfläche von 100 unabhängigen Einzelfasern. Wenn andererseits
die oben erwähnte Oberfläche größer wird, wird die Aktivierungspolarisierung und die Konzentrationspolarisierung
einer elektrolytischen Elektrode kleiner, und die Sammeleffizienz des Stromsammlers wird höher. Demnach sollte die
verfügbare Oberfläche so groß wie möglich sein.
b) Die Poren des porösen Materials sind so grob, daß es unvorteilhaft für die Verwendung als Trägereinrichtung
oder als Durchflußelement ist. Die Porengröße eines solchen porösen Materials kann als der
mittlere Abstand zwischen einem Faserschnitlpunkt und einem benachbarten Faserschnittpunkt
ausgedrückt werden. Dieser mittlere Abstand ist bekanntermaßen nahezu proportional dem Durch-.messer
der Faser. Daher ist jede wesentliche Vergrößerung des Faserdurchmessers durch Aggregation
einzelner Fasern sehr wichtig, da sie die Porengröße des porösen Materials unerwünscht vergrößert.
Je größer die Poren des porösen Materials sind, desto geringer ist seine Fähigkeit, seine Form
und Festigkeit als Träger beizubehalten, desto geringer ist seine Stromsammeieffizienz, wenn es als
Stromsammler verwendet wird, und desto geringer ist die Kontaktwahrscheinlichkeit, wenn es als
Durchflußelement mit einem Fließmittel verwendet wird.
c) Es ist nachteilig, das poröse Material in der Form einer dicken Faser oder von Faserbündeln als eine
Elektrode zu verwenden, da es geringe elektrische Leitfähigkeit besitzt. Wenn dicke Fasern vorliegen,
Rn nimmt Hie Zahl der Berührungspunkte mit den anderen
Fasern ab. Als ein Ergebnis hiervon ist die elektrische Leitfähigkeit des porösen Materials geringer.
Für die Verwendung als eine Elektrode ist aber eine elektrische Leitfähigkeit so hoch wie
möglich erforderlich.
d) Die Porosität von Materialien aus dicken Fasern ist
so gering, daß das poröse Material für die Verwendung als Träger und Durchflußeinrichtung unge-
eignet ist Das heißt, wenn die Porosität niedrig ist,
kann der Träger nur eine kleine Menge aktiver Substanz je Einheit der Faser darbieten, und seine
Gewichtseffizienz wird dadurch vermindert Bei Verwendung ab elektrolytische Elektrode wird die
Aktivierungspolarisierung und die Konzentrationspolarisierung übermäßig groß, was die Elektrodenjeistung
beeinträchtigt Bei Verwendung als Durchflußelektrode wächst der Fließmittelwiderstand der
Platte oder Matte.
e) Das {Λ/röse Material aus dicken Fasern ist nicht
gleichmäßig und daher ungeeignet für die Verwendung als Durchflußelement Wenn das poröse Material
nicht gleichmäßig ist, wird die Gleichrichtung des Fließmiuels stark gestört Es wird auch schwierig,
eine gleichmäßige Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit zu bekommen. Außerdem kann
das Fließmittel nicht glatt fließen, was eine Steigerung des Fließwiderstandes verursacht
Die DE-PS 22 04 752 beschreibt ein poröses Material, das durch Metallisieren eines Graphitfaservlieses mit
Nickel gewonnen wird, wobei der Durchmesser der Graphitfasern 100 bis 400 μπι beträgt und somit sehr
grob ist In dem Vlies sind wie in den obenerwähnten Matten die Fasern nicht genügend dispergiert, und außerdem
werden so dicke Graphitfasern verwendet, daß diese alle obenerwähnten Nachteile haben.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe war es daher, ein poröses Kohienstoff-Fasermaterial zu bekommen,
das die obigen Nachteile nicht hat und ab ein Elektrodensubstrat einer Batterie, als Durchflußelement,
wie eine elektrolytische Elektrode, ein Stromsammler oder ein magnetisches Filter, brauchbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem porösen Kohlenstoff-Fasermaterial gelöst, das aus
a) einer Vielzahl von auf Längen im Bereich von 2 bis 50 mm zerschnittenen Kohlenstoffasern mit einem
Durchmesser von 3 bis 20 μπι, die derart vollständig und willkürlich dispergiert sind, daß entweder
überhaupt keine Faserbündel vorliegen oder nur solche aus 2 bis 10 in die gleiche Richtung weisenden
Fasern, die weniger als 5% des Gesamtvolumens des porösen Materials ausmachen, wobei die
Fasern übereinanderliegen und sich gegenseitig schneiden,
b) 2 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zerschnittenen Fasern, eines die Fasern an ihren
Überschneidungspunkten unter Bildung einer porösen Struktur mit einer Vielzahl von Poren, die
sich zusammenhängend von einem Ende des Materials zum anderen erstrecken, berührenden Bindemittels,
und
c) einem jede der Fasern bedeckenden Metallfilm von nicht mehr als 10 μίτι Dicke
besteht.
In der vorliegenden Beschreibung soll der Ausdruck »Kohlenstoffasern« irgendwelche Fasern einschließen,
Hjp diirrh Carbonisieren oder Verkohlen organischer
Fasern, wie Cellulosefasern, synthetischer Acrylpolymerfasern oder synthetischer Polyvinylalkoholfasern,
gewonnen werden. Der Ausdruck »Kohlenstoffasern« schließt auch Graphitfasern ein, die aus fast reinem
Kohlenstoff bestehen und die mehr als 98% Kohlenstoff enthalten.
Vorzugsweise haben alle zerschnittenen Kohlenstoffasern etwa die gleiche Länge. Wenn die zerschnittenen
Fasern kürzer als 2 mm sind, wirken sie mehr wie Pulver als wie Fasern. Daher neigen sie dazu, sich zu
dicht aneinanderzulegen, so daß ihre Porosität abnimmt Wenn andererseits die zerschnittenen Fasern länger als
50 mm sind, verwirren sie sich zu leicht so daß es schwierig wird, sie im wesentlichen vollständig zu dispergieren.
Das vollständige Dispergieren der feinen Kohlenstoffasern
vergrößert die Oberfläche des porösen Materials wesentlich. Wenn beispielsweise der Berührungsgrad zwischen dem Fließmittel und der Elektrode steigt,
werden die Aktivierungspolarisierung und die Konzentrationspolarisierung einer elektrolytischen Elektrode
und die Stromsammeieffizienz des Stromsammlers verbessert Das poröse Material nach der Erfindung ist daher
äußerst geeignet für diese Verwendungen, da es eine sehr große Oberfläche besitzt Die Vergrößerung der
Zahl der Berührungspunkte zwischen den Fasern macht die elektrische Leitfähigkeit des Materials größer was
äußerst erwünscht für die Verwendung als eine Elektrode ist
Durch die Feinheit und vollständige Dispergierung der Fasern hat das poröse Material eine feine Porengröße.
Wie beschrieben, ist es erwünscht, ein feinporöses Material zu bekommen, da dies die Trägereigenschafteri
für Träger.naterialien verbessert und auch die Stromsammeleffizienz
und die Berührungswahrscheinlichkeit einer Durchflußeinrichtung erhöht Beispielsweise bei
Verwendung als Stromsammler fließen in dem aktiven Material erzeugte Ladungen als ein Strom in die benachbarten
Fasern, was zu dem normalen Strom hinzukommt Daher steigt der Strom zunehmend, wenn der
Stromweg länger wird, und verursacht einen großen Spannungsabfall. Je gröber die Poren des porösen Materials
sind, desto länger ist der Stromweg. Demnach ist es besonders wichtig, daß die Poren des Materials fein
sind, um ein Anwachsen des Spannungsabfalls zu vermeiden.
Bei Verwendung als elektrolytische Elektrode unterliegt der Elektrolyt einer chemischen Reaktion. Nur ein
kleiner Teil des Elektrolyten, der sehr nahe an die Fasern herankommt, unterliegt jedoch tatsächlich einer
solchen elektrochemischen Reaktion. Andere Teile des Elektrolyten, die nicht in die Nachbarschaft der Fasern
gelangen, fließen aus, der Elektrode, ohne irgendeiner wesentlichen elektrochemischen Reaktion zu unterliegen.
Als Ergebnis hiervon nimmt die Effizienz der Elektrode ab. Wenn die Poren des porösen Materials grob
so sind, nimmt die Menge eines solchen Elektrolyten, der die Elektrode verläßt, zu.
Die Porosität des porösen Materials nach der Erfindung
ist sehr groß, wie 80 bis 98%. Eine derart hohe Porosität wird dadurch erhalten, daß man die zerschnittenen
Fasern möglichst vollkommen öffnet. Hohe Porosität ist vorteilhaft, da sie es ermöglicht, daß das Material
eine größere Materialmenge trägt, wenn es als Träger verwendet wird, und bewirkt, daß ein Fließmittel glatt
durchfließt. Bei Verwendung als elektrolytische Elektrode wächst die Effizienz, da die Berührung des Elektrolyten
mit der Elektrode verbessert wird und da unerwünschte Effekte, wie Aktivierungspolarisierung und
Konzentrationspolarisierung, unterdrückt werden.
Die Bindemittel sind beispielsweise Phenolharze, Epoxyharze, Furanharze, Xylenol-Formaldehydharze,
Harnstoffharze, Melaminharze, Anilin-Formaldehydharze, Friedel-Crafts-Harze, ungesättigte Polyesterharze,
Polyvinylalkohol, Polyacrylharze, Polyvinylbutyral,
Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylacetat, Polystyrol oder
Polyisobutylen. Diese können mit oder ohne Lösungsmittel verwendet werden. Wenn die Menge des Bindemittels
geringer als 2 Gew.-% ist, haften die zerschnittenen Kohlenstoffasern nicht fest genug aneinander.
Wenn die Menge des Bindemittels größer als 50 Gew.-% ist, besteht die Gefahr, daß das Bindemittel
die Poren verstopft und somit die Porosität abnimmt. Außerdem kommt es manchmal vor, daß zuviel Bindemittel
es schwierig macht, die zerschnittenen Kohlenstoffasern im wesentlichen vollständig mit dem Metall
zu bedecken.
Das für den Metallfilm verwendete Metall ist ein elektrisch
leitendes Metall aus der Gruppe Nickel, Eisen, Kobalt, Platin, Gold, Silber, Kupfer, Palladium, Rhodium,
Rhenium, Lithium, Aluminium, Wismut, Berylium, Blei, Zink, Zinn, Chrom, Titan, Vanadin, Molybdän,
Niob, Wolfram, Tantal, Cadmium, Indium, Mangan, Tellur, Antimon, Selen, Germanium, Silicium und Legierungen,
die aus wenigstens einem dieser Metalle als Hauptkomponente aufgebaut sind. Das Bedecken der zerschnittenen
Fasern mit dem Metall ist erforderlich, um die elektrische Leitfähigkeit des porösen Materials zu
verbessern, und oftmals liefert dies den weiteren Vorteil, daß die Formstabilität des Produktes verbessert wird.
Das Metall oder die Legierung kann je nach der erwünschten Endverwendung des porösen Materials ausgewählt
werden. Wenn beispielsweise das Material als ein Elektrodensubstrat für die Verwendung in Batterien
der Anhäufung geglättet. Danach werden die zerschnittenen Kohlenstoffasern galvanisch metallisiert.
In dem porösen Material aus Kohlenstoffaser nach der Erfindung haften die zerschnittenen Fasern aneinander
an einigen ihrer Schnittpunkte und ergeben eine einheitliche Masse der Fasern. Jeder der zerschnittenen
Fasern ist außerdem mit einem dünnen Metallfilm bedeckt Daher hält das poröse Material leicht seine eigene
Form und wird daran gehindert, unter dem Gewicht des getragenen Materials, wenn man es als Träger verwendet,
oder unter dem Fließmitteldruck, wenn man es als Durchflußelement verwendet, deformiert zu werden.
In der Zeichnung bedeuten
F i g. 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines porösen Kohlenstoff-Fasermaterials
nach der Erfindung,
F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt eines Teils des Materials gemäß F i g. 1 unter Darstellung des Aussehens
der zerschnittenen Kohlenstoffasern und der Art ihrer Verbindung miteinander,
Fig.3 eine perspektivische Darstellung einer zerschnittenen
Kohlenstoffaser mit einem dünnen Metallfilm nach der Erfindung, und
Fig.4 eine graphische Darstellung, welche die
Strompotential-Elektrolysekurven zeigt, die man erhält,
wenn man als elektrolytische Elektroden das poröse Kohlenstoff-Fasermaterial nach der Erfindung mit einem
Platindrahtnetz vergleicht
Eine Ausführungsform eines porösen Materials nach verwendet werden soll, ist Nickel zweckmäßig. Wenn es 30 der Erfindung ist in F i g. 1 der Zeichnung gezeigt
als elektrolytische Elektrode verwendet wird, sind Pia- Darin ist das poröse Material allgemein mit dem Betin, Gold und Silber zweckmäßig. Bei Verwendung als zugszeichen 1 versehen. Es umfaßt eine Vielzahl von magnetische Filter sind Nickel, Kobalt und Eisen zweck- Einzelfasern, von denen jede willkürlich angeordnet ist, mäßig. alle aber in im wesentlichen einer Richtung parallel zu Die Dicke des Metallfilmes ist nicht mehr als 10 μπι. 35 einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Wie im Wenn dickere Metallschichten verwendet werden, wird rechten Teil von F i g. 1 ersichtlich ist, sind mehrere Fa
als elektrolytische Elektrode verwendet wird, sind Pia- Darin ist das poröse Material allgemein mit dem Betin, Gold und Silber zweckmäßig. Bei Verwendung als zugszeichen 1 versehen. Es umfaßt eine Vielzahl von magnetische Filter sind Nickel, Kobalt und Eisen zweck- Einzelfasern, von denen jede willkürlich angeordnet ist, mäßig. alle aber in im wesentlichen einer Richtung parallel zu Die Dicke des Metallfilmes ist nicht mehr als 10 μπι. 35 einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Wie im Wenn dickere Metallschichten verwendet werden, wird rechten Teil von F i g. 1 ersichtlich ist, sind mehrere Fa
der Durchmesser der Fasern zu groß, was die gleichen Nachteile bewirkt, wei wenn Faserbündel vorlägen.
Die zerschnittenen Kohlenstoffasern können nach verschiedenen Methoden mit dem Metallfilm bedeckt
werden, wie durch elektrochemisches Metallisieren, durch chemisches Metallisieren, durch Vakuumablagerur.g,
durch Versprühen, durch Ionenmetallisierung, durch Plasmastrahlaufbringung oder durch chemische
serdicken gezeigt so daß ein plattenartiges oder mattenartiges Produkt gebildet wurde, das genügend Festigkeit
haben kann, um selbsttragend zu sein. Das gezeigte poröse Material ist aus zerschnittenen Kohlenstoff-Fasern
aufgebaut die mit einem dünnen Metallfilm bedeckt sind. Die Längen der zerschnittenen Kohlenstoffasern
sind fast gleich, und ihre Durchmesser sind 3 bis 20 μπι. Die Fasern überlappen einander unter BiI-
Dampfablagerung. Elektrochemisches Metallisieren 45 dung von Poren, welche sich kontinuierlich bzw. ohne
wird vorzugsweise angewendet da es sehr leicht ist das Unterbrechung von einer Oberfläche des Materials zu
Metall auf jenen Abschnitten der Fasern aufzubringen, die im Inneren des porösen Materials liegen. Außerdem
ist elektrochemisches Metallisieren billiger und wird in der Industrie weitgehend angewendet
Die Form des Materials kann je nach der beabsichtigten Verwendung gewählt werden. Beispielsweise bei
Verwendung als Durchflußelektroden oder Katalysator kann es vorteilhaft sein, die Form eines Zylinders oder
einer Säule des porösen Materials zu verwenden. Für die Verwendung als Elektrodensubstrat oder als Magnetfilter
ist oftmals eine plattenartige Form zweckmäßig-
Eine Methode zur Herstellung von porösem Kohlenstoff-Fasermaterial
nach der Erfindung ist beispielswei- ω se folgende:
Kohlenstoffasern werden zerschnitten und auf einem Netz angehäuft wobei man ihr eigenes Gewicht in Verbindung
mit einem Luftstrahl benutzt Sodann wird das Bindemittel auf der Anhäufung verteilt und das Produkt
wird durch ein Paar heißer Walzen geführt um die erwünschte Dicke zu bekommen. Während dieses Verfahrens
wird das Bindemittel verfestigt und die Oberfläche der anderen erstrecken und jede der Fasern ist willkürlich
aber im wesentlichen parallel zu einer zweidimensionalen Ebene verteilt oder dispergiert
Der Ausdruck »im wesentlichen parallel zu einer zweidimensionalen Ebene« soll bedeuten, daß der Winkel
zwischen der Achse der zerschnittenen Kohlenstoffaser und der zweidimensionalen Ebene kleiner als
30°, vorzugsweise kleiner als 15° ist
Wie in Fig.2 erläutert ist, sind die zerschnittenen
Kohlenstoffaseii miteinander durch ein Bindemittel 4 in
Bereichen des Überschneidens der Fasern verbunden, so daß die Fasern eine einheitliche Masse bilden. Außerdem
ist jede zerschnittene Kohlenstoffaser mit einem dünnen Metallfilm 5 bedeckt wie in F i g. 3 erläutert ist
Kohlenstoffasern mit ellipsoidartigem Querschnitt von 6x8 μπι und einem mittleren Durchmesser von
7 μπι wurden auf 15 mm Länge zerschnitten und auf
einem Netz unter Ausnutzung ihres Eigengewichts und eines Luftstrahles angehäuft Sodann wurde eine wäßri-
ge Phenolharzemulsion auf dieser Anhäufung der zerschnittenen Fasern verteilt. Diese Anhäufung wurde
durch ein Paar heißer Walzen geführt, wobei das Bindemittel sich verfestigt und die Oberfläche der Anhäufung
geglättet wurde. Das plattenartige oder mattenartige Material (nachfolgend als Platte bezeichnet), das erhalten
wurde, hatte ein Gewicht von 30 g/m2 und eine Dikke von 1,0 + 0,1 mm. Nach genau dem gleichen Verfahren
wurde auch eine andere Platte erhalten.
Die beiden obenerwähnten Platten wurden in ein Bad zur Vernickelung eingetaucht. Unter Verwendung einer
Nickelplatte als Gegenanode und der obenerwähnten Platten als Kathoden wurden die Platten vernickelt, wobei
eine Stromdichte von 1 A/dm2 verwendet wurde. Die Größe der in das Bad eingetauchten Platten lag bei
5x5 cm. Der Elektrolyt bestand aus 150 g/! Nickelsulfid,
15 g/l Ammoniumchlorid, 15 g/l Borsäure und besaß
einen pH-Wert von 5,6 bis 5,8.
Die Porosität des Materials lag nach der Vernickelung
bei 94%. Sein Gewicht lag bei 600 g/m2, und sein spezifischer Widerstand lag bei 0,7 ■ 10-3Ohm · cm.
Sodann wurde dieses poröse Material zu Stücken von 2 χ 3 cm zerschnitten, und ein Kupferdraht wurde an
einer der kürzeren Kanten aufgelötet. Danach wurde das dünne poröse Material mit Epoxyharz 2 cm von der
anderen kürzeren Kante entfernt versiegelt.
So wurde ein Elektrodensubstrat gewonnen. Eines dieser Elektrodensubstrate wurde in eine wäßrige Lösung
von 3,5 Mol/l Nickelnitrat eingetaucht Unter Verwendung einer Nickelplatte als anodische Gegenelektrode
wurde dieses Elektrodensubstrat kathodisch 12 h bei einer Stromdichte von 25 mA/cm2 polarisiert Weiterhin
wurde dieses Elektrodensubstrat in einer wäßrigen 5 N Kaliumhydroxidlösung 1 h bei einer Stromdichte
von 50 mA/cm2 polarisiert.
Ein anderes Elektrodensubstrat wurde in eine wäßrige Cadmiumnitratlösung von 4,5 Mol/I eingetaucht. Unter
Verwendung einer Cadmiumplatte als Gegenanode wurde das Elektrodensubstrat 4 h bei einer Stromdichte
von 15,5 mA/cm2 kathodisch polarisiert Um die Diffusion
des während der Elektrolyse erzeugten Gases zu verhindern, wurde eine Trenneinrichtung aus Polyvinylchlorid
mit feinen Poren verwendet. Auf der anodischen Zelle wurden große Mengen Cadmiumoxidpulver suspendiert
Nach dieser Elektrolyse wurde die Platte in einer 5 N Kaliumhydroxidlösung 1 h bei einer Stromdichte
von 15 mA/cm2 polarisiert, sodann wurde ein Teil
des Cacmiumhydroxids in metallisches Cadmium überführt Diese beiden Elektrodenarten, die Nickelelektrode
und Cadmiumelektrode, wurden elektrochemisch in einer wäßrigen Lösung von Kaliumhydroxid mit einem
spezifischen Gewicht von 1,25 während 20 h bei einer Stromdichte von 50 mA/cm2 gebildet Nach dem Spülen
und Trocknen derselben wurde ihr Gewicht gemessen. Die Menge der Füllung von aktivem Material in der
Nickelelektrode lag bei 1,9 g/cm3 und in der Cadmiumelektrode bei 133 g/cm3. Durch Messung der Kapazität
dieser beiden Elektroden in einer Methode mit einer einzelnen Elektrode wurde gefunden, daß die Platten
ausgezeichnete Eigenschaften für die Verwendung als Elektrodensubstrate für eine Lagerbatterie besaßen, deren
Anode eine Nickelanode und deren Kathode eine Cadmiumkathode war.
Nach genau dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 wurde genau die gleiche plattenartige Kohlenstoff-Fasersubstanz
hergestellt. Diese Platte wurde mit Platin metallisiert, und man erhielt ein poröses Material von
mit Platin überzogenen Kohlenstoffasern. Ihr Grundgewicht lag bei 650 g/m2, und der mittlere Durchmesser
der zerschnittenen Fasern, d. h. der mit Platin überzogenen Kohlenstoffasern, war etwa 12 μηι. Um dieses poröse
Material als eine elektrolytische Elektrode zu testen, wurde es auf eine runde Form geschnitten, und sein
Umfang wurde mit Epoxyharz versiegelt. Dann wurde
ίο es als Arbeitselektrode benutzt, deren wirksame Fläche
0,79 cm2 war. Die Arbeitselektrode wurde in einer Glasrohre
mit einem Innendurchmesser von 10 mm angeordnet, so daß die Ebene der Arbeitselektrode senkrecht
zu der Zylinderachse der Glasrohre lag.
Eine wäßrige Lösung von 0,1 Mol/l Schwefelsäure mit einem Gehalt von 0,01 Mol/l Kupfersulfat floß
durch diese Glasrohre mit einer Geschwindigkeit von 21 ml/min. Nach dem Einsetzen einer Gegenelektrode
aus Platin in diese Glasrohre wurde das Verhältnis zwisehen
dem Elektrodenstrom und dem Elektrodenpotential der Arbeitselektrode bei der Elektrolyse gemessen.
Das Ergebnis dieser Messung findet sich in der Kurve (A) in F ig. 4.
Für einen Vergleich wurde die gleiche Messung unter Verwendung einer Arbeitselektrode aus einem Platinnetz
aus Platindrähten mit einem Durchmesser von 80 μπι durchgeführt Das Grundgewicht dieses Platinnetzes
lag bei 650 g/m2 und war das gleiche wie jenes des besagten porösen Materials aus mit Platin überzogenen
Kohlenstoffasern. Das Ergebnis dieser Messung findet sich in Kurve (B)\n F i g. 4.
Wie aus F i g. 4 ersichtlich ist, war die Stromdichte der Arbeitselektrode unter Benutzung des porösen Materials
nach der Erfindung größer als jene der Arbeitselektrode
unter Benutzung des Platinnetzes. Dies beruht hauptsächlich darauf, daß der Durchmesser der zerschnittenen
Kohlenstoffasern des porösen Materials nach der Erfindung etwa 12 μπι und damit viel feiner als
jener des Platindrahtes mit einem Durchmesser von 80 μπι war.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Poröses Kohlenstoff-Fasermaterial, bestehend aus
a) einer Vielzahl von auf Längen im Bereich von 2 bis 50 mm zerschnittenen Kohlenstoffasern mit
einem Durchmesser von 3 bis 20 μΐη, die derart vollständig und willkürlich dispergiert sind, daß
entweder überhaupt keine Faserbündel vorliegen oder nur solche aus 2 bis 10 in die gleiche
Richtung weisenden Fasern, die weniger als 5% des Gesamtvolumens des porösen Materials
ausmachen, wobei die Fasern übereinanderliegen und sich gegenseitig schneiden,
b) 2 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zerschnittenen Fasern, eines die Fasern
an ihren Überschneidungspunkten unter Bildung einer porösen Struktur mit einer Vielzahl
von Poren, die sich zusammenhängend von einem Ende des Materials zum anderen erstrekken,
berührenden Bindemittels, und
c) einem jede der Faser bedeckenden Metallfilm von nicht mehr als 10 um Dicke.
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2818523A Expired DE2818523C2 (de) | 1977-05-10 | 1978-04-27 | Poröses Kohlenstoff-Fasermaterial |
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