DE3335638C2

DE3335638C2 -

Info

Publication number: DE3335638C2
Application number: DE3335638A
Authority: DE
Inventors: Masatomo Shigeta; Kuniyuki Saitoh; Hiroyuki Fukuda; Hisatsugu Iwaki Fukushima Jp Kaji
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1982-10-01
Filing date: 1983-09-30
Publication date: 1988-01-07
Also published as: FR2534071A1; DE3335638A1; GB2128395B; GB8326048D0; FR2534071B1; GB2128395A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kohlenstoff-Trägermaterial für eine Brennstoffzellen-Elektrode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie hat auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Trägermaterials zum Gegen stand.

Es ist eine bipolare Brennstoffzelle bekannt, die eine gerippte bipolare Trennwand aufweist, die aus einer undurchlässigen dünnen Graphit-Platte hergestellt ist. Andererseits wurde ein geripptes Elektroden-Trägermaterial für eine monopolare Brennstoffzelle entwickelt, das eine gerippte Oberfläche sowie eine flache Oberfläche aufweist, die mit einer Katalysatorschicht in Kontakt steht. Ein derartiges Elektroden-Trägermaterial besteht zur Gänze aus Kohlenstoff und ist durchgängig porös.

Eine übliche monopolare Brennstoffzelle, bei der ein solches Elektroden-Trägermaterial verwendet wird, wird in Fig. 1 gezeigt. Eine Zelle ist aus zwei Elektroden-Trägermaterialien 1 (Elektrodensubstraten 1), zwei Katalysatorschichten 2, einer Matrixschicht 3, die mit einem Elektrolyten imprägniert ist, und zwei Trennblättern 4 aufgebaut, die bei einer Stapelanordnung derartiger Zellen unter Bildung einer Brennstoffzelle einen Kontakt mit den Rippen 5 des Trägermaterials 1 aufweisen. Die gasförmigen Reaktanten werden durch die von den Rippen 5 und dem Trenn-Blatt 4 gebildeten Kanäle zugeführt, und die Gase diffundieren von der gerippten Oberfläche zu der ebenen Oberfläche des porösen Elektroden-Trägermaterials 1, wo sie die Katalysatorschicht 2 erreichen.

Zur Herstellung eines derartigen Elektroden-Trägermaterials können die folgenden bekannten Verfahren verwendet werden. So wurde beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung eines Elektroden-Trägermaterials ganz allgemein in der offengelegten Japanischen Patentanmeldung No. 1 66 354/82 vorgeschlagen, gemäß dem eine Mischung auf der Basis kurzer Kohlenstoffasern unter Bildung eines porösen geformten Gegenstandes verpreßt wird. Ein weiteres Verfahren ist in der JP-PS 18 603/78 beschrieben, gemäß dem ein maschinell bearbeitetes Papier aus Kohlenstoffasern mit einer Lösung eines organischen Polymeren imprägniert und zu einem porösen Papier aus Kohlenstoffasern umgewandelt wird. Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Elektroden-Trägermaterials ist in der US-PS 38 29 327 beschrieben, gemäß welchem Verfahren ein Gewebe aus Kohlenstoffasern auf chemische Weise mit Kohlenstoff bedampft wird, wobei ein poröses Elektroden-Trägermaterial gebildet wird. Alle diese Elektroden-Trägermaterialien weisen im wesentlichen homogene einschichtige Strukturen auf.

Ein derartiges homogenes einschichtiges Elektroden-Trägermaterial weist jedoch verschiedene Nachteile auf, beispielsweise die folgenden: Wenn das Trägermaterial eine hohe Rohdichte aufweist, wird nur eine niedrige Grenz-Stromdichte erhalten, und zwar aufgrund der verminderten Diffusion der gasförmigen Reaktanten, sowie eine schnelle Verschlechterung des Betriebsverhaltens einer Brennstoffzelle infolge einer unzureichenden Speicherung des Elektrolyten in dem Trägermaterial, weshalb die Lebensdauer einer Brennstoffzelle verkürzt ist; andererseits sind mit einer niedrigen Rohdichte eines Elektroden-Trägermaterials die Nachteile hoher elektrischer und thermischer Widerstände und einer niedrigen mechanischen Festigkeit wie beispielsweise Biegefestigkeit verbunden.

Darüber hinaus ist im Falle von Elektroden-Trägermaterialien mit Rippen deren Widerstandsmoment infolge einer gerippten Oberfläche vermindert, wie sie in Fig. 1 zu erkennen ist, und eine Spannung konzentriert sich im Bereich der scharfen Kanten 6 der Rippen 5, was zu einer unzureichenden mechanischen Festigkeit des gesamten Elektroden-Trägermaterials führt. Um eine ausreichende Festigkeit eines geformten Trägermaterials zu erhalten, ist daher ein dickes derartiges Trägermaterial unvermeidlich, was jedoch heißt, daß die Diffusion der gasförmigen Reaktanten von der gerippten Oberfläche zu der ebenen Oberfläche durch einen größeren Widerstand behindert ist. Andererseits ist es schwierig, an der Deckfläche der Rippen eine vollständig ebene Fläche zu erzeugen, so daß derartige Unebenheiten in der Rippenoberfläche dazu führen, daß zwischen der Rippenoberfläche und einem Trenn-Blatt elektrische und thermische Widerstände von beträchtlichen Größen entstehen. Wie allgemein bekannt ist, ist ein solcher Kontakt-Widerstand gelegentlich um ein Mehrfaches größer als der Ohm'sche Widerstand in dem Trägermaterial, was dazu führte, daß ein übliches monopolares Elektroden-Trägermaterial im Hinblick auf eine gleichförmige Temperaturverteilung in der Zelle Mängel aufwies und sich der Wirkungsgrad der Stromerzeugung infolge des großen Kontaktwiderstandes verminderte.

Aus der älteren, nachveröffentlichten DE-PS 32 47 799 ist ein poröses Kohlenstoffmaterial für eine Brennstoffzellen-Elektrode bekannt, welches durch Formen, Härten und Karbonisieren einer Mischung aus 30-50 Gew.% kurzen Kohlenstoffasern, Kunststoffkörnchen als Porösitätsregler und einem Bindemittel aus Phenolharz oder Pech hergestellt wird, wobei mindestens 70% der Poren einen Durchmesser von 10-60 µm aufweisen. Die Gasdurchlässigkeit des bekannten Materials liegt im Bereich von 10,2-101,9 ml/cm² × Std. × Pa.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kohlenstoff-Trägermaterial für eine Brennstoffzellenelektrode zu schaffen, das eine ungehinderte Zuführung der gasförmigen Reaktanten ermöglicht und außerdem eine gute mechanische Festigkeit aufweist, wobei gleichzeitig das Betriebsverhalten der unter Verwendung eines derartigen Trägermaterials erzeugten Brennstoffzelle verbessert wird. Diese Aufgabe wird durch Elektroden-Trägermaterialien für Brennstoffzellen gelöst, wie sie in den Patentansprüchen 1-9 gekennzeichnet sind. Den Anspruch 10 und 11 geben vorteilhafte Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Trägermaterials wieder.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit ein Kohlenstoff-Trägermaterial geschaffen, das langgestreckte Löcher zur Zuführung der gasförmigen Reaktanten in eine Brennstoff-Zelle aufweist, wobei ein derartiges Trägermaterial in einer Ausführungsform eine einzige poröse Schicht mit zentral in seiner Mittelebene angeordneten Löchern aufweist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein solches Trägermaterial so ausgebildet, daß zur Erzeugung einer Brennstoffzelle unter stapelförmiger Anordnung derartiger Trägermaterialien kein zusätzliches Trenn-Blatt erforderlich ist. Weitere Ausführungsformen betreffen dreischichtige Elektroden-Trägermaterialien mit einer dichten Schicht, die ein Trenn-Blatt bildet, sowie zwei porösen Schichten auf beiden Oberflächen der dichten Schicht, wobei diese drei Schichten einen integrierten Verbund bilden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine vergrößerte dichte Schicht verwendet, so daß ein Trennblatt erhalten wird, das sich nach außen über die porösen Schichten hinaus erstreckt.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren noch näher erläutert. Der Fachmann kann dabei der nachfolgenden Beschreibung weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung und damit durch die vorliegende Erfindung gelöste Aufgabe entnehmen.

Ein Elektroden-Trägermaterial für eine Brennstoffzelle, wie es gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffen wird, weist eine Vielzahl von Löchern in der Nähe der Mittelebene für die Dicke des Trägermaterials auf, wobei diese Löcher sich von einer Seite des Trägermaterials zu der gegenüberliegenden Seite erstrecken und zueinander und zu der Elektroden-Oberfläche parallel sind. Diese Löcher bilden Kanäle für die Zufuhr der gasförmigen Reaktanten in eine Brennstoffzelle. Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Elektroden-Trägermaterial als Ganzes porös und aus einem Kohlenstoffmaterial hergestellt. Gemäß einer zweiten Ausführungsform weist das Trägermaterial, das ebenfalls aus einem Kohlenstoffmaterial besteht, eine dichte Schicht auf, die als Trenn-Blatt wirkt, sowie eine poröse Schicht mit derartigen Löchern, wobei die genannten Schichten in Form eines gemeinsamen Körpers integriert sind. Gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Elektroden-Trägermaterial aus einem Kohlenstoffmaterial geschaffen, das eine dichte Schicht als Trenn-Blatt aufweist, sowie zwei poröse Schichten, die auf beiden Seiten dieser dichten Schicht so erzeugt wurden, daß sie mit dieser verbunden sind, wobei die porösen Schichten Löcher der angegebenen Art aufweisen. Gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Elektroden-Trägermaterial auf Kohlenstoffbasis eine vergrößerte dichte Schicht als Trenn-Blatt auf, sowie zwei poröse Schichten, die Löcher der genannten Art aufweisen und die auf beiden Seiten der vergrößerten dichten Schicht so ausgeführt sind, daß sie mit dieser einen integrierten Verbund bilden.

Die "Elektrodenoberfläche" oder gelegentlich einfach "Oberfläche" bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Oberfläche einer Brennstoffzelle, eines Elektroden-Trägermaterials oder eines schichtförmigen Bestandteils davon, die parallel zu der Oberfläche der Katalysatorschicht (Bezugszeichen 2 in Fig. 1) angeordnet sind, die sich in Kontakt mit einem Trägermaterial oder einer Matrixschicht (3 in Fig. 1) befindet. Die "Seite" oder gelegentlich "Seitenfläche" bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Oberfläche einer Brennstoffzelle eines Elektroden-Trägermaterials oder eines schichtförmigen Bestandteils davon, die senkrecht zu der erstgenannten "Elektroden-Oberfläche" angeordnet ist.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren in genaueren Einzelheiten erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 den Zellenaufbau einer Brennstoffzelle mit einem gerippten monopolaren Elektroden-Trägermaterial der bekannten Art,

Fig. 2 den Zellenaufbau einer Brennstoffzelle gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 den Zellenaufbau einer Brennstoffzelle gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 den Zellenaufbau einer Brennstoffzelle gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 den Aufbau des Elektroden-Trägermaterials gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 die Art und Weise, wie das Elektroden-Trägermaterial gemäß Fig. 5 in einer Brennstoffzelle verwendet wird,

Fig. 7 eine abgewandelte Ausführung der vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektroden-Trägermaterials, und

Fig. 8 eine erläuternde Darstellung für die Herstellung des Elektroden-Trägermaterials gemäß Fig. 7.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen einander in den einzelnen Ausführungsformen entsprechende Teile.

Bezugnehmend auf Fig. 2 ist ein Elektroden-Trägermaterial 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Ganzen porös und aus einem Kohlenstoffmaterial aufgebaut. Wie die in Fig. 2 gezeigte Darstellung einer Brennstoffzelle zeigt, sind die langgestreckten Löcher 7 zur Zuführung gasförmiger Reaktanten in einer Brennstoffzelle in der Nähe der Mittelebene für die Dicke des Trägermaterials 1 angeordnet. Diese Löcher 7 sind zueinander und zu der Elektroden-Oberfläche parallel und erstrecken sich kontinuierlich von einer Seite des Trägermaterials 1 zur gegenüberliegenden Seite des Trägermaterials 1. Obwohl der Querschnitt der Löcher 7, wie in Fig. 2 gezeigt, kreisförmig sein kann, ist gemäß der vorliegenden Erfindung jeder beliebige Querschnitt für die Löcher 7 möglich. Der Querschnitt der Löcher 7 beträgt vorzugsweise etwa 0,2 bis 7 mm², wobei ein solcher Querschnitt einem Durchmesser von 0,5 bis 3 mm für den typischen Fall eines kreisförmigen Querschnitts entspricht. Bei kleineren Querschnittsflächen wird der der Diffusion der gasförmigen Reaktanten entgegengesetzte Widerstand zu hoch. Bei einer größeren Querschnittsfläche wird andererseits die Dicke des Trägermaterials zu groß, was zu einer Verminderung des Volumen-Wirkungsgrads einer Brennstoffzelle in einer Stapelanordnung führt.

Das Elektroden-Trägermaterial umfaßt ein gleichförmig poröses Kohlenstoffmaterial. Das Trägermaterial 1 weist eine mittlere Rohdichte von 0,3 bis 1,0 g/cm³, vorzugsweise von 0,4 bis 0,8 g/cm³ auf und weist eine spezifische Gasdurchlässigkeit (Gaspermeabilität) für die gasförmigen Reaktanten von nicht weniger als 2,0 ml/cm × Std. × Pa auf. Das Elektroden-Trägermaterial mit einer derartigen Rohdichte und einer derartigen Gasdurchlässigkeit ist für eine Brennstoffzelle im Hinblick auf eine mechanische Festigkeit wie beispielsweise Biegefestigkeit und auf den Diffusionswiderstand der gasförmigen Reaktanten vorteilhaft. Außerdem sind die Poren des Elektroden-Trägermaterials 1 offene Poren und vorzugsweise weisen nicht weniger als 60% der Poren Durchmesser im Bereich von 10-100µm auf.

Das Elektroden-Trägermaterial kann bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielsweise wie folgt hergestellt werden.

10-50 Gew.-% eines Füllstoffs wie beispielsweise kurze Kohlenstoffasern und körnige Aktivkohle, 10-40 Gew.-% eines Bindemittels wie ein Phenolharz, Epoxyharz und Erdöl- und/oder Kohle-Teer und 20-50 Gew.-% eines Porositätsreglers wie beispielsweise Polyvinylalkohol, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid und Zucker werden zu einer homogenen Mischung vermischt. Die Mischungsmengen der Bestandteile sind dabei nur beispielhaft angegeben, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die erwähnten Bereiche beschränkt. Eine derartige Mischung kann auch als Ausgangsmaterial für eine poröse Schicht bei den anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie sie nachfolgend beschrieben werden, eingesetzt werden. Die erhaltene homogene Mischung wird dann in eine Preßform der geeigneten Konfiguration eingegeben. Auf die eingegebene Mischung wird ein Polymermaterial in Form eines Gewebes (oder Tuchs) oder eines geflechtartigen Blattes (oder Gitters) zur Bildung langgestreckter Löcher wie beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylalkohol und Polyvinylchlorid gegeben, wonach eine zweite Charge der bereits obenerwähnten Mischung eingespeist wird. Danach wird bei einer Preßtemperatur von 70-200°C bei einem Preßdruck von 5-100 kg/cm² für einen Zeitraum von 1-60 Minuten gepreßt. Die Preßbedingungen können im Hinblick auf die spezielle Aufgabenstellung auch aus einem weiteren Bereich als oben angegeben gewählt werden. Das erhaltene geformte Blatt wird bei 120-170°C unter einem Druck von nicht mehr als 5 kg/cm² wenigstens zwei Stunden nachgehärtet und bei 1000-3000°C für einen Zeitraum von etwa einer Stunde in einer inerten Atmosphäre kalziniert. Bei dem Erhitzen ist eine langsame Temperatursteigerung bis zu etwa 700°C bevorzugt, um die Spannungsbildung infolge einer plötzlichen Schrumpfung aufgrund thermischer Zersetzungen bei niedrigen Temperaturen zu vermeiden. Derartige Spannungen könnten zu einer Schichtentrennung und/oder Rißbildung führen.

Das erfindungsgemäße Elektroden-Trägermaterial weist eine ebene Oberfläche auf, die in Kontakt mit dem Trenn-Blatt in einem Stapel unter Bildung einer Brennstoffzelle angeordnet ist, sowie eine weitere ebene Oberfläche, die sich in Kontakt mit der Katalysatorschicht 2 befindet, weshalb das Trägermaterial ein größeres Widerstandsmoment und eine verbesserte mechanische Festigkeit wie beispielsweise Biegefestigkeit aufweist als ein übliches geripptes Elektroden-Trägermaterial. Darüber hinaus kann die Biegefestigkeit noch verbessert werden, da die Löcher 7 in der Nähe der Mittelebene für die Dicke des Trägermaterials 1 ausgebildet sind, wie in Fig. 2 zu erkennen ist. Es gibt weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung, indem ein dünneres Trägermaterial erhalten werden kann, was zu einer kürzeren Diffusions-Weglänge oder einem niedrigeren Diffusionswiderstand für die gasförmigen Reaktanten und zu einer großen Stromdichte führt. Ein Trennblatt kann mit der gesamten Oberfläche des Elektroden-Trägermaterials der vorliegenden Erfindung in Kontakt sein, weshalb der elektrische und der thermische Kontaktwiderstand vermindert sein können. Die Kosten für die Herstellung des Elektroden-Trägermaterials der vorliegenden Erfindung können, verglichen mit einem üblichen Trägermaterial für eine Brennstoff-Zelle, beispielsweise mit einem gerippten Elektroden-Trägermaterial 1, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, beträchtlich vermindert werden. Somit ist ein Elektroden-Trägermaterial gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für eine Brennstoff-Zelle sehr gut geeignet.

Das erfindungsgemäße Elektroden-Trägermaterial wird in einer Brennstoff-Zelle wie in Fig. 2 gezeigt verwendet. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, sind zur Erzeugung einer Stapelanordnung von Zellen unter Bildung einer Brennstoff-Zelle Trenn-Blätter 4 erforderlich. Es ist jedoch vorzuziehen, die Verwendung von Trenn-Blättern in einer Stapelanordnung von Zellen zu umgehen, und zwar im Hinblick auf eine weitere Verminderung des Kontaktwiderstandes zwischen dem Trägermaterial und dem Trenn-Blatt.

Im Hinblick auf diese Problemstellung kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Trenn-Blatt in integrierter Form mit einem Elektroden-Trägermaterial geschaffen werden, um den elektrischen Widerstand einer Brennstoff-Zelle weiter zu vermindern. Fig. 3 zeigt eine erläuternde Darstellung einer solchen zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektroden-Trägermaterials. Das Elektroden-Trägermaterial 1′ der vorliegenden Erfindung umfaßt eine poröse Schicht 8 mit den Löchern 7, die wie oben beschrieben in der Nähe der Mittelebene dieser Schicht angeordnet sind, sowie eine dichte Schicht 9. Die poröse Schicht 8 weist dabei ähnliche physikalische Eigenschaften wie das Trägermaterial der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf, d. h. eine mittlere Rohdichte von 0,3-1,0 g/cm³, vorzugsweise 0,4-0,8 g/cm³, sowie eine spezifische Gas-Durchlässigkeit von nicht weniger als 2,0 ml/cm × Std. × Pa, wobei außerdem nicht weniger als 60% der Poren der porösen Schicht 8 einen Durchmesser im Bereich von 10-100 µm aufweisen.

Die dichte Schicht 9 weist vorzugsweise eine mittlere Rohdichte von nicht weniger als 1,0 g/cm³ und eine spezifische Gas-Durchlässigkeit von nicht mehr als 0,02 ml/cm × Std. × Pa auf, um es ihr zu ermöglichen, als Trenn-Blatt (4 in den Fig. 1 und 2) zu wirken. Die Dicke der dichten Schicht 9 beträgt vorzugsweise nicht mehr als die Hälfte der Gesamtdicke des Elektroden-Trägermaterials 1′ der vorliegenden Erfindung.

Das Rohmaterial für die poröse Schicht 8 bei der Herstellung des Elektroden-Trägermaterials 1′ ist das gleiche wie das Rohmaterial für das Elektroden-Trägermaterial der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Material für die Löcher 7 ist ebenfalls das gleiche wie das in der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendete Material.

Das Rohmaterial für die dichte Schicht 9 ist aus einer Graphit-Platte, einem Graphit-Blatt oder -Blech, einer Kohlenstoff-Platte und einer pulverförmigen Mischung ausgewählt, die kurze Kohlenstoffasern, ein feines Pulver eines Kohlenstoff-Vorläufers (vgl. JP-PS No. 31 116/80), Phenolharz und körnige Aktivkohle umfaßt. Dabei ist als Material für die dichte Schicht der vorliegenden Erfindung ein Graphit-Blatt besonders bevorzugt.

Bei der Herstellung des Elektroden-Trägermaterials gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden das Rohmaterial für die poröse Schicht, das Material zur Bildung der Löcher, dann das Rohmaterial für die poröse Schicht und zum Schluß das Rohmaterial für die dichte Schicht in der angegebenen Reihenfolge in die Preßform eingegeben. Diese Materialien werden dann unter den obenbeschriebenen Bedingungen verpreßt. Das geformte Produkt wird bei etwa 800°C etwa eine Stunde vorgehärtet. Dann, nachdem nur die dichte Schicht des gehärteten Produkts mit einem flüssigen Phenolharz (unter Verwendung von Alkohol o. dgl. als Lösungsmittel, in dem das Phenolharz aufgelöst werden kann) imprägniert wurde, wird das Produkt wiederum bei etwa 800°C etwa eine Stunde gehärtet. Diese Imprägnier- und Härtungs-Stufen werden mehrmals wiederholt, um die gewünschte Dichte der dichten Schicht zu erhalten. Anschließend wird das gehärtete Produkt mit der gewünschten Dichte bei 120-170°C bei einem Druck von nicht mehr als 5 kg/cm² für etwa zwei Stunden nachgehärtet und dann bei 1000-3000°C kalziniert.

Gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Elektroden-Trägermaterial eine dichte Schicht sowie zwei poröse Schichten auf beiden Oberflächen der dichten Schicht aufweisen, wobei die genannten drei Schichten in integrierter Form als ein einziger Körper hergestellt werden.

In Fig. 4 ist eine Stapelanordnung von Zellen dargestellt, bei der die Elektroden-Trägermaterialien gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wobei das Bezugszeichen 10 eine Zellenstruktur bezeichnet, die der in Fig. 1 oder 2 dargestellten Struktur entspricht. Das Elektroden-Trägermaterial 11 gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine dichte Schicht 9 sowie zwei poröse Schichten 8 mit Löchern 7 wie oben erwähnt auf. Die Löcher 7 in der porösen Schicht 8 sind so gestaltet, daß sie eine Richtung senkrecht zur Richtung der Löcher 7 in der benachbarten porösen Schicht 8 aufweisen, wie in Fig. 4 gezeigt ist.

Die poröse Schicht 8 und die dichte Schicht 9 weisen den gleichen Aufbau und die gleichen physikalischen Eigenschaften auf, wie oben im Hinblick auf die zweite Ausführungsform der Erfindung erwähnt wurde. Die dichte Schicht 9 weist vorzugsweise eine Dicke von 0,1-3,0 mm auf.

Das Elektroden-Trägermaterial 11 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann aus den gleichen Materialien in ähnlicher Weise wie für die zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben hergestellt werden (siehe auch die nachfolgenden Beispiele 5-7).

Bei der zweiten und dritten Ausführungsform der Erfindung erfüllt die dichte Schicht die Funktion eines Trenn-Blattes, weshalb in einer Stapelanordnung zur Bildung einer Brennstoff-Zelle kein Trenn-Blatt erforderlich ist. Somit kommt es zu keinem Kontaktwiderstand zwischen einem Trenn-Blatt und einem Elektroden-Material gemäß der vorliegenden Erfindung. Da darüber hinaus die dichte Schicht, die als Trenn-Blatt wirkt, und die zwei porösen Schichten in Form eines einzigen Körpers bei der dritten Ausführungsform der Erfindung integriert sind, kommt es zu keinem Kontakt-Widerstand zwischen der dichten Schicht (dem Trenn-Blatt) und der porösen Schicht einer Stapelanordnung unter Bildung einer Brennstoff-Zelle. Da keinerlei Trenn-Blatt erforderlich ist, können die Kosten niedrig gehalten werden. Selbstverständlich weist ein Elektroden-Trägermaterial gemäß der zweiten und der dritten Ausführungsform der Erfindung außerdem alle Vorteile der ersten Ausführungsform auf, wie sie im Zusammenhang mit dieser ersten Ausführungsform beschrieben wurden.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nunmehr anhand der nachfolgenden Tabelle 1 verdeutlicht, in der die physikalischen Eigenschaften von erfindungsgemäßen Elektroden-Trägermaterialien und solchen Trägermaterialien des Standes der Technik (Fig. 1) zu Vergleichszwecken einander gegenübergestellt sind.

Tabelle 1

Das erfindungsgemäße Elektroden-Trägermaterial ist für eine monopolare Brennstoff-Zelle geeignet, indem man es wie in den Fig. 2, 3 und 4 übereinanderstapelt. Bei der Verwendung der Brennstoff-Zelle können jedoch die gasförmigen Reaktanten auch seitlich aus den porösen Trägermaterialien zu beiden Seiten des Trenn-Blattes (der dichten Schicht) gemäß der vorliegenden Erfindung in der Brennstoff-Zelle ausdiffundieren, was die Gefahr einer Vermischung der gasförmigen Reaktanten mit sich bringt.

Gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die dichte Schicht nach außen über die Seitenflächen des Brennstoff-Zellenträgermaterials hinaus vergrößert, um die Gefahr einer Vermischung der gasförmigen Reaktanten zu verhindern. Fig. 5 zeigt den Aufbau des Elektroden-Trägermaterials, wie es gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung geschaffen wird. Das Trägermaterial umfaßt eine vergrößerte dichte Schicht 9 sowie zwei poröse Schichten 8 auf beiden Oberflächen der dichten Schicht 9, wobei jede der porösen Schichten Löcher 7 der obenerwähnten Art aufweist. Die dichte Schicht 9 ist vorzugsweise ein Graphit-Blatt. Die physikalischen Eigenschaften der porösen Schichten 8 und der dichten Schicht 9 sind die gleichen wie oben im Zusammenhang mit der zweiten und dritten Ausführungsform angege ben.

Das Elektroden-Trägermaterial gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann aus den gleichen Rohmaterialien hergestellt werden wie die dritte Ausführungsform, die oben erwähnt wurde. Bei der Herstellung des Trägermaterials wird nach dem Formpressen einer Mischung für eine poröse Schicht, des Materials zur Bildung der Löcher, einer weiteren Mischung für eine poröse Schicht und eines Materials für eine dichte Schicht, die in der angegebenen Reihenfolge in die Preßform eingegeben wurden, das geformte Produkt aus der Preßform entfernt, und in die gleiche Preßform wird eine Mischung für eine poröse Schicht, ein Material für die Bildung der Löcher und eine zweite Mischung für eine poröse Schicht eingegeben. Das vorher geformte Produkt wird auf die eingefüllten Materialien gegeben, wobei die dichte Schicht das Material berührt, und dann verpreßt. Die weiteren Behandlungen sind die gleichen wie bei der dritten Ausführungsform.

Die Elektrode gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung verhindert in wirksamer Weise die Vermischung von gasförmigen Reaktanten, die seitlich aus der Brennstoff-Zelle ausdiffundieren, da die dichte Schicht 9 sich nach außen über die Seitenflächen des porösen Trägermaterials hinaus erstreckt. Die Brennstoff-Zelle gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann daher in wirksamer Weise gefahrlos betrieben werden.

Fig. 6 zeigt den Aufbau einer Brennstoff-Zelle unter Verwendung des Elektroden-Trägermaterials gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Stapelanordnung. In der Brennstoff-Zelle werden Umfangs-Abdichtungen 12 auf geeignete Weise an den Seitenflächen der porösen Schicht 8, die parallel zu den Löchern 7 sind, angeordnet, und Gasverteiler 13 mit einem Rohr 14 für die Zufuhr der gasförmigen Reaktanten in die Löcher werden an den anderen Seiten der porösen Schicht 8, wie in Fig. 6 gezeigt, angeordnet. In Fig. 6 bezeichnen die Pfeile die Strömungsrichtungen der gasförmigen Reaktanten. Die Umfangs-Abdichtung 12 ist aus einem Material hergestellt, das eine gute elektrische Isolationsfähigkeit aufweist, eine gute thermische Beständigkeit bei etwa 200°C beim Betrieb der Brennstoff-Zelle sowie eine gute Beständigkeit gegenüber Korrosion durch 100%ige Phosphor säure, wobei ein solches Material beispielsweise Teflon, Siliciumcarbid oder keramische Materialien oder ein geeignetes Material, das mit Teflon oder Siliciumcarbid beschichtet ist, ist.

Um die Diffusion von gasförmigen Reaktanten aus den Seitenflächen der porösen Schicht 8 noch wirksamer zu verhindern, kann ein Graphit-Blatt 15 zur Abdichtung der Seite der porösen Schicht 8, die mit der Umfangs-Abdichtung 12 in Berührung ist, verwendet werden, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Das Graphit-Blatt 15 ist aus einem Material hergestellt, das die gleichen Eigenschaften wie die dichte Schicht 9 aufweist. Obwohl das Graphit-Blatt 15 nur die Seite, die mit der Umfangsabdichtung 12 in Kontakt steht, bedecken kann, ist es bevorzugt, es integriert mit der dichten Schicht 9 (vorzugsweise einem Graphit-Blatt 16) auszuführen. In diesem Falle weist das Graphit-Blatt 15 vorzugsweise einen U-förmigen Querschnitt auf und ist mit dem Graphit-Blatt 16 wie in Fig. 7 gezeigt kombiniert. Das Graphit-Blatt 15 zur Abdichtung der Seite der porösen Schicht 8 kann sich von der Seite senkrecht zu den Löchern bis zum Ende des Graphit-Blattes 16 nach außen erstrecken.

Ein Elektroden-Trägermaterial gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in einer ähnlichen Weise hergestellt werden, wie oben im Zusammenhang mit der vierten Ausführungsform erwähnt wird und wie in Beispiel 9 genauer gezeigt wird.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand nichteinschränkender Beispiele noch näher erläutert. Es ist dabei selbstverständlich, daß dem Fachmann aufgrund der vorliegenden Offenbarung noch zahlreiche Modifikationen möglich sind, die von den vorliegenden Ansprüchen mitumfaßt werden und in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen.

In den Beispielen wurde die "Porosität P (%)" nach der folgenden Gleichung bestimmt, wobei angenommen wurde, daß die wirkliche Dichte eines Kohlenstoff-Materials 1,6 g/cm³ beträgt:

P = (1 - ρ _b/1,6) × 100

worin ρ _b die gemessene Rohdichte (g/cm³) einer Probe ist. Die "Biegefestigkeit (kg/cm²)" eines porösen geformten Kohlenstoff-Gegenstandes wurde gemäß dem japanischen Industrie-Standard (JIS) K-6911/1970 bestimmt, wobei eine Probe mit einer Abmessung von 100 × 10 × 2,5 mm verwendet wurde. Der "mittlere Porendurchmesser (µm)" einer Probe wurde unter Verwendung eines Quecksilber-Porosimeters ermittelt (hergestellt von Carlo Erba Strumentazione, Italien). Die "spezifische Gasdurchlässigkeit Q _s (ml/cm × Std. × Pa)" wurde wie folgt bestimmt: Eine zylindrische Probe mit einem Durchmesser von 90 mm und einer Dicke von t mm wurde aus dem zu vermessenden Trägermaterial ausgeschnitten, und die Umfangsfläche der Probe wurde mit einem thermisch aushärtenden Harz so behandelt, daß kein Gas durch diese Fläche hindurchdringen kann, während die beiden Endflächen in Längsrichtung der Probe zwischen zwei zylindrische Gasrohre mit einem Flansch, der eine Dichtung aufwies, eingespannt wurden, und von einem Ende der Probe wurde eine vorgegebene Luftmenge (10 l/min) dem anderen Ende der Probe zugeführt, das zur Atmosphäre offen war, und es wurde der Druckverlust zwischen den beiden Enden der Probe unter Verwendung eines Manometers gemessen, das stromauf im Gasrohr angeordnet war, wonach die spezifische Gas-Durchlässigkeit Q _s nach der folgenden Gleichung berechnet wurde:

worin Δ _p der gemessene Druckverlust (Pa) ist und 50,24 cm² die wirkliche gemessene Fläche bedeutet (ein Kreis mit einem Durchmesser von 80 mm).

Ferner wurde der "Volumen-Widerstand ρ _V (Ωcm)" wie folgt gemessen: Beide Enden einer Probe wurden mit einem elektrisch leitenden Beschichtungsmaterial überzogen, und der elektrische Widerstand zwischen den beiden Enden der Probe wurde nach der Vorschrift gemäß SRIS (Standards of Japan Rubber Association) 2301-1969 gemessen, wonach der Volumen-Widerstand nach der folgenden Gleichung errechnet wurde:

p _V = R × w × t/l

worin R der gemessene Widerstand (Ω) zwischen den Enden der Probe ist, l (cm) die Länge in Längsrichtung (Meßrichtung) ist und w (cm) und t (cm) die Längen in waagerechter bzw. senkrechter Richtung, die einen Querschnitt der Probe definieren.

Beispiel 1

Es wurde eine homogene Mischung dadurch hergestellt, daß 40 Gew.-% kurze Kohlenstoffasern mit einer mittleren Faserlänge von 0,45 mm und einem mittleren Faserdurchmesser von 12 µm (hergestellt von Kureha Chemical Industry Co., Ltd., M104S), 30 Gew.-% körniger Polyvinylalkohol mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 180 µm (hergestellt von The Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.) als Regler der Porengröße und 30 Gew.-% eines Phenolharzes (hergestellt von Asahi Organic Material K. K.) als Bindemittel miteinander vermischt wurden.

Die Mischung wurde in eine Form zum Formpressen gegeben.

Auf die eingeführte Mischung wurde ein geformtes rohrartiges Polyvinylalkohol-Stück zur Bildung der langgestreckten Löcher angeordnet, wonach die homogene Mischung ein zweites Mal auf das Material zur Bildung der Löcher aufgegeben wurde.

Die eingefüllten Materialien wurden bei 140°C und einem Druck von 50 kg/cm² etwa 30 Minuten verpreßt und dann bei 2000°C etwa eine Stunde kalziniert.

Das erhaltene Elektroden-Trägermaterial von 300 mm Länge, 300 mm Breite und 2 mm Dicke wies langgestreckte Löcher auf, die einen kreisförmigen Querschnitt von etwa 0,8 mm Durchmesser aufwiesen, wobei der Abstand zwischen zwei benachbarten Löchern 5 mm betrug. Die physikalischen Eigenschaften des Trägermaterials sind in der nachfolgenden Tabelle 2 wiedergegeben.
Rohdichte ¹)0,51 g/cm³ Porosität ¹)74% Spezifische Gasdurchlässigkeit ²)12 ml/cm × Std. × Pa Biegefestigkeit142 kg/cm² Volumenwiderstand27 × 10^-3 Ωcm mittl. Porendurchmesser ³)31 µm

Anmerkungen:

¹)Die Löcher sind eingeschlossen ²)Von einem Loch zu einer Oberfläche, d. h. über etwa eine Hälfte der Dicke des Trägermaterials (etwa 1 mm) ³)Die Löcher sind nicht eingeschlossen.

Beispiel 2

Eine homogene Mischung für eine poröse Schicht, die mit der von Beispiel 1 identisch war, wurde in eine Form für das Formpressen eingegeben. Zur Bildung der Löcher wurde das gleiche Material wie in Beispiel 1 auf die Mischung aufgegeben, wonach nochmals ein Teil der Mischung für die poröse Schicht in die Preßform eingefüllt wurde.

Auf die Mischung für die poröse Schicht wurde eine homogene Mischung für eine dichte Schicht in die Preßform eingegeben, wobei diese homogene Mischung durch Vermischen von 20 Gew.-% kurzen Kohlenstoffasern (die gleichen wie in Beispiel 1), 20 Gew.-% einer feinen körnigen Aktivkohle mit einem mittleren Durchmesser von 300 µm (hergestellt von Kureha Chemical Industry Co., Ltd.), 40% eines feinen Pulvers eines Kohlenstoff-Vorläufers mit einem mittleren Durchmesser von 40 µm (hergestellt von Kureha Chemical Industry Co., Ltd., M. H.), und 20 Gew.-% Phenolharz (das gleiche wie in Beispiel 1), bereitet wurde.

Die eingefüllten Materialien wurden bei 140°C und 50 kg/cm² etwa 30 Minuten verpreßt und bei 800°C etwa eine Stunde gehärtet. Danach wurde die Oberfläche der dichten Schicht des gehärteten Produkts mit einer Lösung des Phenolharzes in Ethylalkohol imprägniert. Nach dem Trocknen wurde das Produkt abermals bei 800°C etwa eine Stunde gehärtet. Die Imprägnier- und Härtungs-Stufen wurden dreimal wiederholt, wonach das Trägermaterial eine Stunde bei 2000°C kalziniert wurde.

Das erhaltene Trägermaterial von 300 mm Länge und 300 mm Breite wies eine poröse Schicht mit Löchern auf, deren Querschnitt etwa kreisförmig mit einem Durchmesser von etwa 0,8 mm war, sowie eine dichte Schicht, die sich als Trenn-Blatt geeignet erwies.

Das Trägermaterial hatte die in der nachfolgenden Tabelle 3 angegebenen Eigenschaften.

Tabelle 3

Beispiel 3

Als Material zur Bildung einer dichten Schicht wurde eine Graphit-Platte einer Dicke von 1 mm verwendet. In ähnlicher Weise wie in Beispiel 2 beschrieben, wurde ein Elektroden-Trägermaterial mit einer dichten Schicht und einer porösen Schicht mit Löchern hergestellt. Die Löcher wiesen einen annähernd kreisförmigen Querschnitt von etwa 0,8 mm Durchmesser auf.

Das Trägermaterial wies die in Tabelle 4 wiedergegebenen physikalischen Eigenschaften auf.

Tabelle 4

Beispiel 4

Unter Verwendung eines Graphit-Blattes einer Dicke von 0,3 mm (hergestellt von UCC, GRAFOIL) anstelle des in Beispiel 2 verwendeten Materials, wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 2 ein Elektroden-Trägermaterial hergestellt.

Das erhaltene Trägermaterial wies Löcher mit einem annähernd kreisförmigen Querschnitt von etwa 0,8 mm Durchmesser auf. Seine physikalischen Eigenschaften sind in Tabelle 5 gezeigt.

Tabelle 5

Beispiel 5

Die gleiche wie in Beispiel 1 zur Bildung der porösen Schicht verwendete Mischung, das gleiche Material zur Erzeugung der Löcher wie in Beispiel 1 und ein weiterer Teil einer Mischung für eine poröse Schicht wurden in der angegebenen Reihenfolge in eine Form für das Formpressen eingegeben. Anschließend wurde eine Kohlenstoffplatte einer Dicke von 0,6 mm (hergestellt von Toyo Carbon Co., Ltd.) als Material für eine dichte Schicht auf die Mischung aufgegeben. Auf die Kohlenstoffplatte wurden abermals die Mischung für eine poröse Schicht, das Material zur Bildung der Löcher und die Mischung für eine poröse Schicht in der angegebenen Reihen folge aufgegeben.

Die Materialien wurden bei 140°C und 40 kg/cm² 20 Minuten verpreßt. Nach einer Nachhärtung des geformten Produkts bei 130°C für zwei Stunden wurde die Temperatur allmählich auf 700°C mit einer Geschwindigkeit von 100°C pro Stunde gesteigert, wonach das geformte Produkt eine Stunde bei 2000°C kalziniert wurde.

Das erhaltene Elektroden-Trägermaterial wies die Struktur auf, wie sie durch Bezugszeichen 11 in Fig. 4 wiedergegeben wird, und die poröse Schicht wies Löcher mit einem etwa kreisförmigem Querschnitt von etwa 0,8 mm Durchmesser auf. Das Trägermaterial wies die in Tabelle 6 gezeigten physikalischen Eigenschaften auf.

Tabelle 6

Beispiel 6

Unter Verwendung einer Mischung für die dichte Schicht, wie sie in Beispiel 2 verwendet wurde, anstelle der Kohlenstoffplatte des Beispiels 5, wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 5 ein Elektroden-Trägermaterial hergestellt.

Das erhaltene Trägermaterial wies die in Tabelle 7 angegebenen physikalischen Eigenschaften auf.

Tabelle 7

Beispiel 7

Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 5 wurde mit der Abweichung durchgeführt, daß für die dichte Schicht ein Graphit-Blatt einer Dicke von 0,3 mm (wie es in Beispiel 4 verwendet wurde) verwendet wurde.

Das erhaltene Elektroden-Trägermaterial wies Löcher von etwa kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von etwa 0,8 mm in der porösen Schicht auf. Die physikalischen Eigenschaften des Trägermaterials sind in Tabelle 8 wiedergegeben.

Tabelle 8

Beispiel 8

Die gleiche Mischung wie in Beispiel 1 zur Bildung einer porösen Schicht, das gleiche Material zur Bildung der Löcher wie in Beispiel 1 und ein weiteres Mal die Mischung für die poröse Schicht wurden in der angegebenen Reihenfolge in eine Form für das Formpressen eingegeben. Ein Graphit-Blatt mit einer Dicke von 0,6 mm und einer Größe, die etwa 50 mm insgesamt (auf einer Seite 25 mm) größer war als die innere Größe der Preßform, wurde auf die Mischung aufgegeben. Die Materialien wurden bei 140°C und 40 kg/cm² 20 Minuten verpreßt.

Nach dem Preßen wurde das geformte Produkt aus der Form entnommen und in die gleiche Form wurde die Mischung für eine poröse Schicht, das Material zur Bildung der Löcher und die Mischung für eine poröse Schicht in der angegebenen Reihenfolge eingegeben.

Das oben erhaltene geformte Produkt wurde so darauf angeordnet, daß das Graphit-Blatt auf die neu eingefüllten Materialien zeigte, und alle Materialien wurde zusammen bei 140°C und 40 kg/cm² 20 Minuten verpreßt. Nach einer Nachhärtung bei 130°C für etwa zwei Stunden wurde die Temperatur allmählich mit einer Geschwindigkeit von 100°C pro Stunde bis zu 700°C gesteigert, wonach eine Stunde bei 2000°C kalziniert wurde. Das erhaltene Elektroden-Trägermaterial wies eine Struktur auf, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, und die Löcher in der porösen Schicht wiesen einen annähernd kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von etwa 0,8 mm auf. Die physikalischen Eigenschaften sind in Tabelle 9 ge zeigt.

Tabelle 9

Beispiel 9

Dieses Beispiel erläutert das Verfahren zur Herstellung des in Fig. 7 gezeigten Elektroden-Trägermaterials unter Bezugnahme auf Fig. 8.

Ein Graphit-Blatt 17 mit einer Dicke von 0,3 mm wurde in eine Form für das Formpressen (in Fig. 8 durch die Bezugszeichen 20 und 21 wiedergegeben) eingegeben, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Eine Mischung 18 für die Bildung einer porösen Schicht 8, ein Material 19 zur Bildung der Löcher 7 und abermals die Mischung 18 für die poröse Schicht 8 wurden auf das Graphit-Blatt 17 aufgegeben, wobei die Materialien die gleichen wie in Beispiel 8 waren.

Die Materialien wurden bei 140°C und 40 kg/cm² 20 Minuten verpreßt.

Auf die gleiche Weise, wie oben erwähnt, wurde ein weiteres geformtes Produkt hergestellt. Nach dem Aufstreichen eines Kohlenstoff-Klebers aus einem Phenolharz auf das Graphit-Blatt 15 (in Fig. 7) der erhaltenen geformten Produkte wurden zwei solche geformten Produkte miteinander verklebt, wobei ein Graphit-Blatt 16 einer Dicke von 0,3 mm (GRAFOIL) zwischen ihnen angeordnet wurde, wobei dieses Graphit-Blatt 16 eine insgesamt 50 mm größere Größe (auf einer Seite 25 mm) aufwies als die äußere Größe der geformten Produkte, wobei das Verkleben so erfolgte, daß die Richtungen der Löcher in jeder porösen Schicht 8 auf beiden Seiten des Graphit-Blattes 16 senkrecht zueinander angeordnet waren.

Das erhaltene Trägermaterial wurde bei 130°C etwa zwei Stunden nachgehärtet, und nach einer allmählichen Steigerung der Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 100°C pro Stunde bis zu 700°C wurde das Trägermaterial eine Stunde bei 2000°C kalziniert.

Das erhaltene Elektroden-Trägermaterial wies die in Fig. 7 gezeigte Struktur auf, wobei die Löcher 7 in der porösen Schicht einen annähernd kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von etwa 0,8 mm aufwiesen.

Die physikalischen Eigenschaften dieses Trägermaterials sind in Tabelle 10 wiedergegeben.

Tabelle 10

Claims

1. Kohlenstoff-Trägermaterial für eine Brennstoffzellen-Elektrode, welches eine dichte Schicht und eine poröse Schicht eines durchgängig porösen Kohlenstoffmaterials umfaßt, wobei die Dicke der Elektroden-Schicht nicht mehr als die Häfte der Dicke des Elektroden-Trägermaterials beträgt, sich eine Vielzahl von Löchern zwischen zwei parallelen Seiten der porösen Schicht und parallel zur Oberfläche des Elektroden-Trägermaterials erstrecken, wobei die Löcher in der Nähe einer Ebene, die die Mitte der Dicke des Trägermaterials bezeichnet angeordnet sind und einen kreisförmigen Querschnitt haben, die dichte Schicht eine mittlere Rohdichte von nicht weniger als 1,0 g/cm³ und eine spezifische Gaspermeabilität von nicht mehr als 0,02 ml/cm × Std. × Pa aufweist und der Lochdurchmesser 0,5-3,0 mm beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht und die dichte Schicht in einem Körper integriert sind, nicht weniger als 60% der Poren in der porösen Schicht einen Durchmesser von 10-100 µm haben und die poröse Schicht eine durchschnittliche Rohdichte von 0,4-0,8 g/cm³ und eine spezifische Gaspermeabilität von nicht weniger als 2,0 ml/cm × Std. × Pa hat.

2. Trägermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohmaterial für die poröse Schicht 10-50 Gew.% eines Füllstoffes von kurzen Kohlenstoffasern und/oder körniger Aktivkohle, 10-40 Gew.% von mindestens einem Bindemittel, das aus der Gruppe ausgewählt wurde, die aus Phenolharz, Epoxidharz und Erdöl- und/oder Kohle-Teer besteht und 20-50 Gew.% von mindestens einem Porösitätsregler umfaßt, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyvinylalkohol, Polyehtylen, Polypropylen, Polyvinyl chlorid und Zucker besteht.

3. Trägermaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohmaterial zum Formen der Löcher ein Polymermaterial in Form eines Gewebes, Tuches, eines geflechtartigen Blattes oder Gitters aus Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylalkohol oder Polyvinyl chlorid umfaßt.

4. Trägermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine dichte Schicht und zwei poröse Schichten des durchgängig porösen Kohlenstoffmaterials umfaßt, wobei jede poröse Schicht auf einer entgegengesetzten Oberfläche der dichten Schicht angeordnet ist.

5. Trägermaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die dichte Schicht über die porösen Schichten hinaus erstreckt.

6. Trägermaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial zusätzlich ein anderes dichtes Blatt zum Abdichten der Seite der porösen Schicht parallel zu den Löchern umfaßt.

7. Trägermaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das andere dichte Blatt ein Graphitblatt mit einem U-förmigen Querschnitt ist.

8. Trägermaterial nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das andere dichte Blatt an die dichte Schicht angefügt ist.

9. Trägermaterial nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial zusätzlich eine Umfangsabdichtung auf der Seite der porösen Schicht parallel zu den Löchern und einen Gasverteiler auf der Seite der porösen Schicht senkrecht zu den Löchern umfaßt.

10. Verfahren zur Herstellung des Trägermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierten Schichten durch Zugeben des Rohmaterials für die poröse Schicht, des Rohmaterials zum Bilden der Löcher, des Rohmaterials für die poröse Schicht und des Rohmaterials für die dichte Schicht in dieser Reihenfolge in eine Preßform, Vorhärten des geformten Produktes, Imprägnieren nur der dichten Schicht des gehärteten Produktes mit flüssigem Phenolharz, erneutes Härten des Produktes und anschließendes Kalzinieren des gehärteten Produktes hergestellt werden.

11. Verfahren zur Herstellung des Trägermaterials nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierten Schichten durch Eingeben des Rohmaterials für die poröse Schicht, des Materials zum Formen der Löcher, des Rohmaterials für die poröse Schicht, des Rohmaterials für die dichte Schicht, des Rohmaterials für die poröse Schicht, des Materials zum Bilden der Löcher und des Rohmaterials für die poröse Schicht in dieser Reihenfolge in eine Preßform, Preßen des geformten Produktes, Nachhärten des geformten Produktes und danach Kalzinierung des nachgehärteten Produktes hergestellt werden.