DE3512865C2

DE3512865C2 -

Info

Publication number: DE3512865C2
Application number: DE3512865A
Authority: DE
Inventors: Masatomo Shigeta; Hiroyuki Fukuda; Hisatsugu Iwaki Fukushima Jp Kaji; Kuniyuki Abiko Chiba Jp Saitoh
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1984-04-06
Filing date: 1985-04-06
Publication date: 1989-09-21
Also published as: GB8508687D0; US4664988A; DE3512865A1; CA1259100A; US4956131A; FR2562721A1; GB2158286B; FR2562721B1; GB2158286A

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektrodenmaterial für Brennstoffzellen gemäß Oberbegriff Hauptanspruch sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Elektrodenmaterials.

Brennstoffzellen des bipolaren Typs, die eine mit Rippen versehene bipolare, aus einer undurchlässigen dünnen Graphitplatte hergestellte Trennschicht aufweisen, sind bekannt.

Andererseits wurden mit Rippen versehene Elektrodenmaterialien für monopolare Brennstoffzellen entwickelt, die eine gerippte Seite und eine flache Seite für den Kontakt mit einer Katalysatorschicht aufweisen. Ein solches Elektrodenmaterial ist als Ganzes kohlenstoffhaltig und porös.

In Fig. 1 ist eine typische Struktur einer Einheitszelle oder Zelleneinheit einer konventionellen monopolaren Brennstoffzelle unter Verwendung eines solchen Elektrodenmaterials dargestellt. Die Zelleneinheit ist aus zwei Elektrodenmaterialien 1, zwei Katalysatorschichten 2, einer mit einem Elektrolyten imprägnierten Matrixschicht 3 und zwei Trennschichtlagen 4 in Kontakt mit den Rippen 5 des Materials 1 zusammengesetzt. Solche Zelleinheiten werden gestapelt, um eine Brennstoffzelle zu bilden. Gasförmige Reaktanten, d. h. Wasserstoff als Brennstoffgas und Sauerstoff oder Luft werden durch Kanäle eingespeist, die durch die Rippen 5 und die Trennschichtlage 4 gebildet werden, und die Gase diffundieren durch das poröse Elektrodenmaterial 1 von der gerippten Oberfläche zu der glatten Oberfläche, um die Katalysatorschicht 2 zu erreichen und dort zu reagieren.

Zur Herstellung eines solchen Elektrodenmaterials stehen folgende Verfahren, zur Verfügung. Ein Verfahren zur Herstellung von Elektrodenmaterialien allgemein ist in der DE-OS 32 47 799 vorgeschlagen worden, gemäß der Mischungen auf Basis von kurzen, kohlenstoffhaltigen Fasern zu porösen geformten Körpern gepreßt werden. Ein weiteres Verfahren ist in der JP-PS 18 603/78 beschrieben, gemäß der ein maschinell hergestelltes Papier aus Kohlenstoffasern mit einer organischen Polymerlösung imprägniert und zu einem porösen Kohlenstoffaserpapier verarbeitet wird. Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials ist in der US-PS 8 29 327 vorgeschlagen worden, gemäß der ein Netz aus Kohlenstoffasern einer chemischen Dampfabscheidung von Kohlenstoff unterworfen wird, um ein poröses Elektrodenmaterial herzustellen. Alle nach diesem Verfahren hergestellten Elektrodenmaterialien haben eine im wesentlichen homogene Einschichtstruktur.

Solche homogenen einschichtigen Elektrodenmaterialien weisen jedoch die folgenden Nachteile auf: Bei höherer Gesamtdichte der Materialien kann aufgrund der geringen Diffusion der Reaktanden in der daraus hergestellten Brennstoffzelle eine genügend hohe Grenzstromdichte nicht erhalten werden, und weil eine ungenügende Menge der Elektrolyten in dem Material gehalten wird, kann ein vorzeitiges Nachlassen der Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle auftreten, mit anderen Worten, das Leben der Brennstoffzelle ist kurz; andererseits ist bei geringen Gesamtdichten der Elektrodenmaterialien ihr elektrischer und thermischer Widerstand zu groß und/oder die mechanische Festigkeit, wie die Biegefestigkeit, ist zu niedrig.

Darüber hinaus ist bei einem Elektrodenmaterial mit Rippen der Querschnittsmodul aufgrund der gerippten Oberfläche, die, wie aus Fig. 1 ersichtlich, nicht eben ist, erniedrigt, und die Spannung konzentriert sich an den scharfen Kanten 6 der Rippen 5, was zu einer ungenügenden mechanischen Festigkeit des Elektrodenmaterials als Ganzem führt. Daher ist ein dickes Material unbedingt erforderlich, um ein ausreichend starkes geformtes Material zu erhalten: Das heißt, daß der Widerstand des Materials gegen Diffusion der gasförmigen Reaktanden durch das Material von der gerippten Oberfläche zu der glatten Oberfläche erhöht wird. Außerdem ist es schwierig zu erreichen, daß die Oberseiten der Rippen völlig eben sind, und nicht vollständig ebene Oberseiten der Rippen verursachen große elektrische und thermische Kontaktwiderstände zwischen den Oberseiten der Rippen und der Trennschicht. Es ist bekannt, daß ein solcher Kontaktwiderstand gelegentlich um ein Mehrfaches größer als der Leitungswiderstand des Materials sein kann, und daher kann ein konventionelles monopolares Elektrodenmaterial dazu führen, daß einer Brennstoffzelle die gleichmäßige Temperaturverteilung fehlt und ihre Leistungsfähigkeit zur Erzeugung von elektrischem Strom aufgrund des großen Kontaktwiderstands gering ist.

Im allgemeinen wird eine Brennstoffzelle durch Stapeln einer Anzahl von Zelleneinheiten, wie in Fig. 1 gezeigt, und eines Zwischenkühlers je 5 bis 8 Zelleneinheiten 10 hergestellt. Elektrische und thermische Kontaktwiderstände zwischen den Elementen, z. B. zwischen einer Trennschicht und einer porösen Schicht, in der gasförmige Reaktanden diffundieren, d. h. zwischen zwei Zelleneinheiten oder zwischen einer Zelleneinheit (einer Trennschicht) und einem Zwischenkühler stellen ein großes Problem dar. Die Kontaktwiderstände zwischen zwei Zellen können vollständig vermieden werden, wenn ein Elektrodenmaterial geschaffen wird, das eine Trennschicht, die mit einer porösen Schicht bzw. porösen Schichten vereinigt ist, umfaßt.

Ein konventioneller Zwischenkühler ist aus Kohlenstoffplatten hergestellt. Zur Bildung von Kanälen zur Einführung von Luft oder heißem Wasser in einen solchen Zwischenkühler werden zwei Kohlenstoffplatten, die auf einer ihrer Oberflächen Rillen aufweisen, zusammengesetzt und miteinander verklebt; alternativ können Kanäle in eine Kohlenstoffplatte gebohrt werden. Es ist jedoch unmöglich, das Bohren auf eine dünne Platte mit einer großen Fläche von z. B. 60 bis 80 cm Breite anzuwenden, wie sie in einer Brennstoffzelle verwendet wird.

Ferner ist in der nicht vorveröffentlichten DE-OS 35 12 326 ein Elektrodenmaterial mit einer fünfschichtigen Konstruktion beschrieben. Trennschichten mit einer Anzahl von Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmitteln, die aus dem Trennschichtmaterial selbst gebildet sind und sich hinsichtlich der Trennschichtdicke im mittleren Bereich befinden, werden hier nicht beschrieben. Die spezifische Gaspermeabilität der Trennschicht in dieser DE-OS beträgt 0,02 cm²/h. Pa oder weniger, die der erfindungsgemäßen Trennschicht dagegen 1×10^-5cm²/h. Pa oder weniger. Es ist somit nicht Gegenstand dieser DE-OS, Abwärme aus einer geschichteten Brennstoffzelle über die Trennschicht zu entfernen, wie dies erfindungsgemäß geschieht.

In der DE-OS 33 35 638 ist ein Elektrodenmaterial mit einer dreischichtigen oder fünfschichtigen Struktur einschließlich einer dichten Schicht (Trennschicht) beschrieben und ein Randdichtungselement offenbart. Die dichte Schicht besitzt aber keinen integrierten Kühler, wie dies erfindungsgemäß der Fall ist. Die spezifische Gaspermeabilität der dichten Schicht ist nicht größer als 0,002 cm²/h. Pa (die der erfindungsgemäßen Trennschicht 1×10^-5cm²/h. Pa oder weniger). Außerdem ist das Randdichtungselement aus einem Material mit einer guten elektrischen Isolierwirkung wie Teflon hergestellt, während das für die erfindungsgemäße Trennschicht verwendete aus kohlenstoffhaltigem Material ist und mit der kohlenstoffhaltigen Platte durch Calcinierung zu einem Gesamtkörper integriert ist.

Gegenstand der DE-OS 26 31 132 schließlich ist ein Brennstoffzellenkühlsystem mit wenigstens einem Stapel, der mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Zellen und elektrisch leitende Trennplatten enthält, die zwischen jedem Paar benachbarter Zellen angeordnet sind, wobei in wenigstens einer der Trennplatten jedes Stapels Durchlässe parallel zu der Plattenebene gebildet sind. Dieses System ist gekennzeichnet durch Kühler, die jedem Stapel zugeordnet sind, ein elektrisch leitendes Kühlmittel in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Stapel führen und mehrere Kühlrohre enthalten, die in den Durchlässen angeordnet sind und durch die Platten hindurchführen, wobei die Rohre elektrisch leitende Wände haben (z. B. Kupfer) und von einem elektrisch isolierenden Material wie PTFE umgeben sind, wobei dieses sich zwischen den elektrisch leitenden Wänden der Kühlrohre und den Trennplatten befindliche Material eine ausreichende Dicke hat, um zu verhindern, daß ein elektrischer Strom in das in den Rohren geführte Kühlmittel fließt.

Die Kühlrohre dieser DE-OS weisen einen im wesentlichen elektrisch isolierenden Überzug auf und sind in den Durchlässen der Trennschicht angeordnet. Demgegenüber weist die erfindungsgemäße Trennschicht eine Anzahl von Kanälen zum Hindurchleiten des Kühlmittels auf, die in der Trennschicht selbst ausgebildet sind.

Ferner werden die Kanäle zum Hindurchleiten von Kühlmittel erfindungsgemäß dadurch erhalten, daß das Material (organisches Polymer) zur Bildung der Kanäle zwischen den Trennschichtmaterialien angeordnet wird, die so erhaltenen Materialien druckgeformt und die druckgeformten Materialien calciniert werden, um einen großen Anteil des Materials zur Bildung der Kanäle zum Hindurchleiten von Kühlmitteln durch thermische Zersetzung zu verdampfen und zu entfernen, wodurch die Kanäle mit der gewünschten Form, die als Kühlmitteldurchlässe fungieren, gebildet werden.

Demgegenüber werden bei der Brennstoffzelle dieser DE-OS zwei Trennschichten miteinander verbunden, um die Kühlmitteldurchlässe zu bilden. Zwischen die beiden Trennplatten werden die Kühlrohre jeweils in den Durchlässen eingebracht. Aufgrund der bei der Herstellung unvermeidlichen Toleranzen ist es schwierig, Hohlräume bzw. Lufteinschlüsse zwischen den Röhren und den Wänden der Durchlässe zu vermeiden. Da Luft jedoch ein schlechter Wärmeleiter ist, müssen zur Maximierung der Wärmeübergangskapazität des Systems diese Lufträume mit einem thermisch leitfähigen Fett wie Mischungen aus Polymeren und Graphit gefüllt werden.

Die Verfahrensweise dieser DE-OS ist viel komplizierter und damit teurer, als die erfindungsgemäße. Außerdem enthält die Trennplatte gemäß dieser DE-OS Graphit und ist porös. Demgegenüber ist die erfindungsgemäße Trennschicht nicht porös und besitzt eine niedrige spezifische Gaspermeabilität von 1×10^-5cm²/h · Pa oder weniger.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Elektrodenmaterial für Brennstoffzellen zu schaffen, das die oben dargelegten Nachteile konventioneller Substrate nicht aufweist, insbesondere die Schaffung eines Elektrodenmaterials für Brennstoffzellen, das einen Zwischenkühler, der mit zwei porösen Schichten zu einem Gesamtkörper verbunden ist, umfaßt. Aufgabe der Erfindung ist auch, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Elektrodenmaterials verfügbar zu machen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Elektrodenmaterial für Brennstoffzellen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs vorgeschlagen, wobei die Ansprüche 2 bis 6 bevorzugte Ausbildungsweisen des Elektrodenmaterials beinhalten. Die Ansprüche 7 bis 28 beziehen sich auf das Verfahren zur Herstellung des Elektrodenmaterials.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 eine typische Struktur einer Zelleneinheit in einer Brennstoffzelle des monopolaren Typs gemäß Stand der Technik;

Fig. 2 die Struktur eines Elektrodenmaterials gemäß Erfindung;

Fig. 3 ein weiteres Beispiel für die Struktur des Elektrodenmaterials gemäß Erfindung, bei dem die poröse Schicht zwei Schichten mit verschiedener Gesamtdichte umfaßt;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Teilaufbaus einer Brennstoffzelle, der zweimal das erfindungsgemäße Elektrodenmaterial gestapelt mit zwei Katalysatorschichten und einer Matrixschicht umfaßt;

Fig. 5a und 5b schematische Darstellungen zweier Beispiele für Materialien, die erfindungsgemäß zur Bildung der Kanäle verwendet werden;

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Teilaufbaus einer Brennstoffzelle, wie er im Betrieb praktisch eingesetzt wird;

Fig. 7 ein weiteres Beispiel der Trennschicht, das erfindungsgemäß verwendbar ist; und

Fig. 8 die Struktur eines Elektrodenmaterials, das die in Fig. 7 gezeigte Trennschicht und zwei poröse Schichten umfaßt.

In den Figuren sind die Teile mit jeweils gleicher Funktion mit denselben Ziffern bezeichnet.

Fig. 2 ist eine erläuternde Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektrodenmaterials 11. Das Elektrodenmaterial 11 umfaßt zwei poröse kohlenstoffhaltige Schichten 12 und 12′ und eine Trennschicht 13, wobei diese drei Schichten durch Calcinierung zu einem Gesamtkörper verbunden sind.

Die Trennschicht 13 ist mit einer Anzahl von Kanälen 14 (länglichen Löchern) zum Hindurchleiten von Kühlmittel, z. B. Luft oder warmem Wasser, im mittleren Bereich der Trennschicht 13 versehen.

Die Kanäle 14 zum Hindurchleiten von Kühlmittel erstrecken sich kontinuierlich von einer Seitenfläche des Elektrodenmaterials 11 zu der anderen, gegenüberliegenden Seitenfläche desselben in der Trennschicht 13. Die Kanäle 14 sind im wesentlichen parallel zueinander zu einer "Elektrodenoberfläche" und einer Seitenfläche, die keine Öffnungen aus den Kanälen der Trennschicht aufweist und natürlich von den oben genannten Seitenflächen verschieden ist, die Öffnungen aus den Kanälen aufweisen.

Die hier verwendete Bezeichnung "Elektrodenoberfläche" bezieht sich auf die oberste und die unterste Oberfläche des in den Figuren bezeichneten Elektrodenmaterials. Die hier verwendete Bezeichnung "Seitenfläche" des Elektrodenmaterials bezieht sich auf die Seitenflächen des Materials oder der Brennstoffzelle, d. h. auf diejenigen, die von der genannten "Elektrodenoberfläche" verschieden sind, wie in den Fig. gezeigt ist.

Jeder der Kanäle 14 zum Hindurchleiten von Kühlmittel kann einen Querschnitt in beliebiger Form haben, z. B. rund wie in Fig. 2 gezeigt oder rechteckig, quadratisch oder in jeder beliebigen anderen Form. Die Querschnittsfläche jedes Kanals 14 liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 3 bis etwa 80 mm². Bei den Kanälen 14 mit einem runden Querschnitt, wie in Fig. 2 gezeigt, liegt der Durchmesser im Bereich von 2 bis 10 mm. Wenn der Querschnitt der Kanäle 14 eine andere als die runde Form aufweist, dann wird der Durchmesser eines Kreises mit derselben Fläche, wobei dieser Durchmesser in dem oben angegebenen Bereich liegt, als "Durchmesseräquivalent" der Kanäle mit einer beliebigen anderen als runden Querschnittsform bezeichnet. Kanäle mit kleineren Abmessungen ergeben einen zu hohen Strömungswiderstand des Kühlmittels in den Fällen von Brennstoffzellen mit einer relativ großen Elektrodenoberfläche, bei denen die Länge der Kanäle größer ist. Andererseits verursachen Kanäle mit größeren Abmessungen eine Zunahme der Dicke der Trennschicht, was zur Erniedrigung der Volumenausnutzung der daraus hergestellten Brennstoffzelle führt.

Erfindungsgemäß hat die Trennschicht 13 einen Gaspermeabilitätskoeffizienten von 1×10⁵cm²/h · Pa oder weniger, eine Wärmeleitfähigkeit von 1,2 W/m · K. oder mehr, vorzugsweise eine Gesamtdichte von 1,2 g/cm³ oder mehr und einen spezifischen Widerstand von 10× 10^-3 Ωcm oder weniger unter der Voraussetzung, daß die Kanäle von der Betrachtung ausgeschlossen sind.

Die porösen Schichten 12, 12′ sind mit einer Anzahl von Kanälen 15, 15′ versehen, die Leitungen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden in eine Brennstoffzelle bilden. Diese Kanäle 15, 15′ erstrecken sich von einer Seitenfläche des Elektrodenmaterials 11 zu der anderen, gegenüberliegenden Seitenfläche desselben im mittleren Bereich (nahe der Mitte) der porösen Schicht 12 bzw. 12′. Die Kanäle 15, 15′ sind im wesentlichen parallel zueinander und zu einer Elektrodenoberfläche und einer Seitenfläche, die keine Öffnungen aus den Kanälen aufweist und natürlich von den oben genannten Seitenflächen mit Öffnungen aus den Kanälen verschieden ist. Wie in Fig. 2 gezeigt, bildet die Längsrichtung der Kanäle 15 in der porösen Schicht 12 auf einer Seite der Trennschicht 13 ungefähr einen rechten Winkel zu der Längsrichtung der Löcher 15′ in der porösen Schicht 12′ auf der anderen, über die Trennschicht 13 benachbarten Seite.

Jeder der Kanäle 15, 15′ zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden kann einen Querschnitt in beliebiger Form haben, z. B. rechteckig, wie in Fig. 2 gezeigt, rund (siehe Fig. 4 und Fig. 8) oder in jeder beliebigen anderen Form. Die Querschnittsfläche jedes Kanals 15, 15′ mit einem runden Querschnitt, wie in Fig. 4 und Fig. 8 gezeigt, liegt im Bereich von 0,5 bis 3 mm. Wenn andererseits die Kanäle eine beliebige von der runden verschiedene Querschnittsform aufweisen, dann wird der Durchmesser eines Kreises mit derselben Fläche wie ihre Querschnittsfläche, wobei der Durchmesser im oben angegebenen Bereich liegt, als "Durchmesseräquivalent" der Kanäle mit beliebiger anderer, nicht runder Querschnittsform bezeichnet. Kanäle mit geringeren Abmessungen ergeben einen zu hohen Widerstand für den Einsatzstrom der gasförmigen Reaktanden in den Fällen von Brennstoffzellen mit einer relativ großen Elektrodenoberfläche, bei denen die Länge der Kanäle größer ist. Andererseits verursachen Kanäle mit größeren Abmessungen unvermeidlich eine Zunahme der Dicke der porösen Schicht, was zu einer Erniedrigung der Volumenausnutzung einer daraus hergestellten Brennstoffzelle führt.

Die poröse Schicht 12 des Elektrodenmaterials 11, wie in Fig. 2 gezeigt, ist gleichförmig porös und kohlenstoffhaltig. Die poröse Schicht 12 hat eine Gesamtdichte im Bereich von 0,4 bis 0,8 g/cm³, eine spezifische Gaspermeabilität für gasförmige Reaktanden von 2,0 cm²/h · Pa oder mehr und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,8 W/m · K oder mehr. Eine poröse Schicht mit einer durchschnittlichen Gesamtdichte von einem Gaspermeabilitätskoeffizienten im oben angegebenen Bereich weist eine gewünschte mechanische Festigkeit, wie Biegefestigkeit, und einen gewünschten Widerstand gegen Gasdiffusion auf. Die Porosität der porösen Schicht 12 liegt im Bereich von 50 bis 80%. Die Poren in der porösen Schicht 12 sind offene Poren, wobei 60% oder mehr der Poren einen Durchmesser von 100 µm oder weniger haben.

Vorzugsweise kann eine poröse Schicht mit einer Zweischichtstruktur, wie in den Fig. 3 und 4 (121 und 122) gezeigt, anstelle der gleichförmig porösen Einfachschicht 12, wie in Fig. 2 gezeigt, verwendet werden, um die Eigenschaft weiter zu verbessern, insbesondere den elektrischen Widerstand, die Biegefestigkeit und dergleichen des resultierenden Elektrodenmaterials. Bei einer solchen porösen Schicht aus einer Zweischichtstruktur befinden sich die Kanäle 15 oder 15′ zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden zwischen den beiden Schichten 121 und 122. Die der Trennschicht 13 benachbarte Schicht 122 hat eine größere Gesamtdichte als die Schicht 121. Die Schicht 121 mit einer kleineren Gesamtdichte wird im folgenden als "poröse Schicht" und die Schicht 122 mit einer größeren Gesamtdichte als "weniger poröse Schicht" bezeichnet.

Fig. 3 zeigt die Struktur eines bevorzugten Elektrodenmaterials 11′, das die beiden beschriebenen porösen Schichten 121 und 122 der Zweischichtstruktur und eine Trennschicht 13 umfaßt. Fig. 4 ist eine erläuternde Darstellung eines Teilaufbaus einer Brennstoffzelle, die zweimal das erfindungsgemäße Elektrodenmaterial 11′, wie in Fig. 3 gezeigt, zwei Katalysatorschichten 2 und eine Matrixschicht 3 in der gezeigten Weise aufeinander gestapelt umfaßt. In Fig. 4 ist die der in Fig. 1 gezeigten Zelleneinheit gemäß Stand der Technik entsprechende Einheit mit der Ziffer 10 bezeichnet.

Die in den Fig. 3 und 4 gezeigte poröse Schicht 121 in dem Elektrodenmaterial 11′ hat dieselben physikalischen Eigenschaften wie die poröse Schicht 12 und 12′ des in Fig. 2 gezeigten Elektrodenmaterials 11.

Die in den Fig. 3 und 4 gezeigte weniger poröse Schicht 122 in dem Elektrodenmaterial 11′, hat eine durchschnittliche Gesamtdichte im Bereich von 0,5 bis 1,0 g/cm³ und eine Wärmeleitfähigkeit von 1,1 W/m. K (kcal/m. hr.°C) oder mehr. Da die weniger poröse Schicht 122 eine sehr geringe Durchlässigkeit für gasförmige Reaktanden aufweist, diffundieren die gasförmigen Reaktanden im wesentlichen nur durch die poröse Schicht 121 und die Dicke der weniger porösen Schicht 122 ist wesentlich erniedrigt. Weiterhin ist die mechanische Festigkeit, z. B. die Biegefestigkeit, des Elektrodenmaterials 11′ deutlich verbessert.

Die Dicke einer poröseren Schicht 121 liegt vorzugsweise im Bereich von ¹/₅₀ bis zu ½ der Gesamtdicke einer poröseren Schicht 121 plus einer weniger porösen Schicht 122.

Das in Anspruch 1 definierte erfindungsgemäße Elektrodenmaterial wird gemäß dieser Verfahren von Anspruch 7, das bevorzugte Elektrodenmaterial von Anspruch 2 gemäß dem Verfahren von Anspruch 8 hergestellt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Trennschicht mit den Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmittel getrennt von der porösen Schicht hergestellt.

Zum Beispiel wird eine calcinierte Trennschicht mit Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmittel hergestellt, indem man ein Material für eine Trennschicht, ein Material für die Bildung von Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmittel und ein Material für eine Trennschicht in eine Form geeigneter Gestalt in der oben genannten Reihenfolge einbringt, druckformt, nachhärtet und calciniert.

Beispiele der Materialien für die Trennschicht sind Mischungen, die 50 bis 90 Gew.% eines Füllstoffs, wie Kohlenstoffteilchen mit einem Durchmesser von 50 µm oder weniger, und 50 bis 10 Gew.% eines wärmehärtbaren Harzbinders, wie ein Phenolharz, enthalten. Kohlenstoffteilchen mit einem Durchmesser von 50 µm oder weniger, die mit Phenolharz usw. beschichtet sind, können auch erfindungsgemäß als Füllstoff verwendet werden. Geeignete Kohlenstoffteilchen sind sowohl beliebige kohlenstoffhaltige Teilchen als auch Graphitteilchen. Peche und Mischungen aus Pech und Phenolharz, wie auch Phenolharz allein, können erfindungsgemäß als Binder verwendet werden.

Beispiele der erfindungsgemäß verwendbaren Materialien für die Bildung von Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmittel sind u. a. Textilfasern und gitterähnlich geformte Körper aus Polymeren, wie Polyethylenen, Polypropylenen, Polystyrolen, Polyvinylalkoholen und Polyvinylchloriden, die vorzugsweise eine Carbonisierungsausbeute (bei 900°C) von 30 Gew.% oder weniger aufweisen. Wenn Polymere mit einer größeren Carbonisierungsbeute verwendet werden, dann ist es schwierig, die Bildung der Kanäle und ihre Durchmesser oder Durchmesseräquivalente zu kontrollieren. Die für die Bildung der Kanäle verwendeten Polymere verdampfen nicht und zeigen keinen Schmelzfluß bei 100°C. Das heißt mit anderen Worten, daß die Polymere bei der Temperatur und dem Druck der Druckformung thermisch verformt werden können, aber daß sie nicht verdampfen und keinen Schmelzfluß zeigen.

Die Fig. 5a und 5b zeigen zwei vergrößerte Ansichten, die schematisch die Materialien für die Bildung der Kanäle zum Hindurchleiten von Kühlmittel darstellen: Fig. 5a zeigt ein Beispiel des Textilgewebes aus dem Polymer und Fig. 5b zeigt ein Beispiel des gitterähnlich geformten Körpers aus dem Polymer.

Das in Fig. 5A gezeigte Textilgewebe aus Polymer enthält einzelne Fasern oder Bündel aus einer Anzahl von einzelnen Fasern, die gewebt sind, so daß der Abstand (T) zwischen zwei Fasern oder Bündeln parallel zur Kühlmittelstromrichtung im Bereich von 3 bis 30 mm und der Abstand (L) zwischen zwei Fasern oder Bündeln senkrecht zur Kühlmittelstromrichtung im Bereich von 5 bis 100 mm liegt. Die einzelne Faser oder das Bündel weist vorzugsweise einen ungefähr runden Querschnitt mit einem Durchmesser (d) im Bereich von 2,2 bis 11 mm auf.

Der in Fig. 5b gezeigte gitterähnlich geformte Körper kann z. B. durch Extrusionsformung einer Polymerschmelze in einer Form oder durch Druckformung von Polymerpellets oder -pulver in einer Form hergestellt werden. Der Querschnitt eines Gitterstabs kann jede beliebige Form aufweisen, z. B. rund, rechteckig, quadratisch, sternförmig usw.. Die Querschnittsfläche des Gitterstabs ist ungefähr gleich der Fläche eines Kreises mit einem Durchmesser (Durchmesseräquivalent) im Bereich von 2,2 bis 11 mm. Zum Beispiel werden für einen Körper mit Gitterstäben mit einem rechteckigen Querschnitt, wie in Fig. 5b gezeigt, eine Breite (d) im Bereich von 2 bis 9 mm und eine Höhe (h) im Bereich von 2,2 bis 10 mm gewählt, so daß die Querschnittsfläche, d. h. d×h, gleich derjenigen eines Kreises mit einem Durchmesser im Bereich von 2,2 bis 11 mm ist: Das heißt mit anderen Worten, daß das Durchmesseräquivalent des Gitterstabes im Bereich von 2,2 bis 11 mm liegt. Der Abstand (T) zwischen zwei Gitterstäben parallel zur Kühlmittelstromrichtung liegt im Bereich von 3 bis 30 mm und der Abstand (L) zwischen zwei Gitterstäben senkrecht zur Kühlmittelstromrichtung liegt im Bereich von 5 bis 100 mm.

Im Verlauf der Herstellung des erfindungsgemäßen Elektrodenmaterials werden die Textilgewebe oder die gitterähnlich geformten Körper aus dem Polymer auf das Material für die Trennschicht in eine Form gelegt, so daß Kanäle zum Hindurchleiten von Kühlmittel im mittleren Bereich der Trennschicht gebildet werden. Die Gewebe oder die Körper bilden die Kanäle in der Trennschicht durch Calcinierung nach der Nachhärtungsstufe. Der Hauptteil der Materialien für die Bildung der Kanäle verdampft und verschwindet aufgrund thermischer Zersetzung, während ein kleiner Teil der Materialien bei der Calcinierung carbonisiert wird.

Erfindungsgemäß dienen die Fasern oder die Bündel des Textilgewebes, die zur Kühlmittelstromrichtung parallel sind, der Bildung von Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmittel, während die Fasern oder Bündel senkrecht zur Kühlmittelstromrichtung verwendet werden, um die Fasern oder die Bündel parallel zur Kühlmittelstromrichtung miteinander zu verbinden, so daß der Abstand (T) in dem oben angegebenen Bereich gehalten wird. Mit der Bezeichnung "Kühlmittelstromrichtung" ist hier die Strömungsrichtung eines Kühlmittels in der Trennschicht gemeint. In gleicher Weise dienen die Gitterstäbe des gitterähnlich geformten Körpers, die zur Kühlmittelstromrichtung parallel sind, hauptsächlich zur Bildung von Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmittel.

Im allgemeinen ist der Durchmesser oder das Durchmesseräquivalent der Kanäle um 3 bis 7% kleiner als der ursprüngliche Durchmesser oder das ursprüngliche Durchmesseräquivalent der Materialien zur Bildung der Kanäle, wenn nach der Calcinierung auf Raumtemperatur abgekühlt wurde. Daher wird der Durchmesser der Fasern oder Bündel des eingesetzten Textilgewebes oder der Durchmesser oder das Durchmesseräquivalent der Gitterstäbe des eingesetzten geformten Körpers geeigneterweise aus den oben genannten Bereichen so ausgewählt, daß ein bevorzugter Durchmesser oder ein bevorzugtes Durchmesseräquivalent der resultierenden Kanäle unter Berücksichtigung der oben genannten Kontraktion erhalten wird.

Die oben beschriebenen Materialien für die Bildung von Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmittel sind nur zur Veranschaulichung und nicht im Sinn einer Beschränkung angegeben. Erfindungsgemäß können auch beliebige andere geeignete Materialien für die Bildung der Kanäle zum Hindurchleiten von Kühlmittel verwendet werden.

Nachdem das Material für die Trennschicht, das Material für die Bildung der Kanäle zum Hindurchleiten von Kühlmittel und das Material für die Trennschicht in eine Form geeigneter Gestalt eingebracht worden ist, wird die Druckformung bei einer Temperatur im Bereich von 120 bis 160°C und einem Druck im Bereich von 0,20 bis 14,7 N/mm² während einer Zeitspanne im Bereich von 10 bis 60 Minuten, typischerweise bei 130°C und 7,8 N/mm² 30 Minuten lang ausgeführt.

Danach wird das geformte Produkt bei der in der Druckformungsstufe verwendete Temperatur mindestens 2 Stunden nachgehärtet und dann in einer inerten Umgebung bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 3000°C etwa 1 Stunde calciniert. Bei dieser Stufe wird die Temperatur vorzugsweise langsam, z. B. mit einer Geschwindigkeit von 100 ±50°C je Stunde bis auf etwa 700°C erhöht, damit keine Spannung aufgrund von plötzlicher Schrumpfung bei der thermischen Zersetzung bei niedrigen Temperaturen erzeugt werden. Solche Spannungen würden ein Abblättern von Schichten und/oder Risse verur sachen.

Anstelle der in dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten calcinierten Trennschicht kann zur Herstellung des erfindungsgemäßen Elektrodenmaterials auch eine durch Druckformung geformte Trennschicht in den späteren Stufen, die nachfolgend beschrieben sind, verwendet werden, ohne daß sie der obigen Calcinierungsstufe unterworfen worden ist.

Ein Elektrodenmaterial, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, das eine gleichförmige poröse Einfachschicht 12, 12′ aufweist, kann auf die folgende Weise unter Verwendung der calcinierten Trennschicht oder der durch Druckformung geformten Trennschicht hergestellt werden.

Dazu werden ein Material für eine poröse Schicht, ein Material für die Bildung von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden und ein Material für eine poröse Schicht in eine Form geeigneter Gestalt in dieser Reihenfolge eingebracht, dann wird darauf eine calcinierte Trennschicht oder eine durch Druckformung geformte Trennschicht gelegt, und dann wiederum ein Material für eine poröse Schicht, ein Material für die Bildung von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden und ein Material für eine poröse Schicht in dieser Reihenfolge eingebracht, und diese Materialien werden dann druckgeformt, nachgehärtet und zu einem Gesamtkörper calciniert.

Beispiele der erfindungsgemäß verwendbaren Materialien für eine poröse Schicht sind Mischungen, die 10 bis 50 Gew.% eines Füllstoffs, wie kurze Kohlenstoffasern, Kohlenstoffteilchen und dergleichen, 20 bis 40 Gew.% eines Binders, wie Phenol harze, Epoxyharze, Erdöl- und/oder Kohlpeche und Mischungen derselben, und 20 bis 50 Gew.% eines Porenbildners, wie Polyvinylalkohole, Polystyrole, Polyethylene, Polypropylene, Polyvinylchloride und Mischungen derselben, enthalten.

Die erfindungsgemäß eingesetzten kurzen Kohlenstoffasern haben einen Durchmesser im Bereich von 5 bis 30 µm und eine Faserlänge im Bereich von 0,02 bis 2 mm. Bei Kohlenstoffasern mit einer Länge von mehr als 2 mm verheddern sich die Fasern miteinander unter Bildung eines Wollknäuels im Verlauf des vorliegenden Verfahrens so sehr, daß Druckformung, und als Folge davon, die gewünschte Porosität und die gewünschte scharfe Verteilung der Porendurchmesser nicht erzielt werden. Die erforderliche Festigkeit des Produkts wird mit Kohlenstoffasern, die eine Länge von weniger als 0,02 mm aufweisen, nicht erzielt. Die lineare Carbonisierungsschrumpfung der Kohlenstoffasern liegt im Bereich von nicht mehr als 3%, wenn die Fasern bei 2000°C calciniert werden. Größere Schrumpfungen können Risse im Produkt bei der Calcinierung verursachen. Kohlenstoffasern mit einer solchen Schrumpfung erlauben die Herstellung eines größeren Elektrodenmaterials.

Der erfindungsgemäß verwendete Binder ist geeignet, die Kohlenstoffasern miteinander als kohlenstoffhaltiger Binder nach der Carbonisierung zu verbinden und, damit die gewünschte Gesamtdichte erzielt wird, ist er ein Harz mit einer Carbonisierungsausbeute im Bereich von 30 bis 75 Gew.%. Geeignete Harze sind unter anderem Phenolharze, Epoxyharze, Erdöl- und/oder Kohlepeche und Mischungen derselben. Ein pulverförmiges Phenolharz oder eine Kombination desselben mit pulverförmigem Pech in trockener Mischung ist bevorzugt, und es wurde gefunden, daß mit einem solchen Binder ein Elektrodenmaterial mit ausgezeichneten Eigenschaften hergestellt werden kann.

Die Menge an Binder in der Mischung liegt im Bereich von 20 bis 40 Gew.%.

Der Porenbildner ist ein für die Festlegung des Durchmessers des Endprodukts wichtiges Material. Erfindungsgemäß wird vorzugsweise ein organisches Granulat, von dem 70% oder mehr einen Teilchendurchmesser im Bereich von 30 bis 300 µm aufweisen, eingesetzt, um die Gesamtdichte und die Porendurchmesser des Produkts einzustellen. Solche organischen Granulate verdampfen nicht und zeigen keinen Schmelzfluß bei 100°C. Das heißt mit anderen Worten, daß die organischen Granulate bei der Temperatur und dem Druck der Druckformung verformt werden können, aber daß sie nicht verdampfen und keinen Schmelzfluß zeigen sollen.

Der Porenbildner ist vorzugsweise aus Polyvinylalkoholen, Polyvinylchloriden, Polyethylenen, Polypropylenen, Polystyrolen und Mischungen derselben ausgewählt, die eine Carbonisierungsausbeute von 30 Gew.% oder weniger aufweisen. Bei einer Carbonisierungsausbeute von mehr als 30 Gew.% ist es schwierig, die Porosität und/oder den Porendurchmesser zu kontrollieren.

Die Menge an Porenbildner wird geeigneterweise innerhalb des Bereichs von 20 bis 50 Gew.% in Abhängigkeit von der gewünschten Gesamtdichte und den gewünschten Porendurchmessern des Elektrodenmaterials gewählt.

Vorzugsweise genügen die Mengen an Füllstoff (A), Binder (B) und Porenbildner (C) in der Mischung der folgenden Gleichung:

(A + C)/B = 1,5 bis 4,0,

in der die Mengenangaben auf das Gewicht bezogen sind. Außerhalb dieses Bereichs ist es schwierig, alle Anforderungen hinsichtlich Gesamtdichte, Biegefestigkeit, Gasdurchlässigkeit und elektrischem Widerstand zu befriedigen. Wenn 10 bis 50 Gew.% Füllstoff und 20 bis 50 Gew.% Porenbildner erfindungsgemäß verwendet werden, dann liegt die Menge an Binder im Bereich von 20 bis 40 Gew.%.

Die Materialien für die Bildung von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden in einer Brennstoffzelle sind im wesentlichen dieselben, wie die zuvor beschriebenen Materialien für die Bildung von Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmittel.

Textilgewebe aus Polymer, wie sie in Fig. 5a gezeigt sind, die zur Erzeugung von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden mit Durchmessern oder Durchmesseräquivalenten in den oben beschriebenen gewünschten Bereichen geeignet sind, umfassen einfache Phasen und Bündel aus einer Anzahl einzelner Phasen, die gewebt sind, so daß der Abstand (T) zwischen zwei Fasern oder zwei Bündeln parallel zur Gasstromrichtung im Bereich von 1,5 bis 5 mm und der Abstand (L) zwischen zwei Fasern oder Bündeln senkrecht zur Gasstromrichtung im Bereich von 5 bis 50 mm liegt. Die einzelne Faser oder das Bündel hat vorzugsweise einen runden Querschnitt mit einem Durchmesser (d) im Bereich von 0,5 bis 3,3 mm.

Der erfindungsgemäß auch verwendbare gitterähnliche geformte Körper aus dem Polymer, wie er in Fig. 5b gezeigt ist, kann z. B. durch Extrusionsformung einer Polymerschmelze in einer Form oder durch Druckformung von Polymerpellets oder -pulver in einer Form hergestellt werden. Der Querschnitt eines Gitterstabs kann jede beliebige Form haben, z. B. rund, rechteckig, quadratisch, sternförmig usw. Die Querschnittfläche des Gitterstabs soll ungefähr gleich der Fläche eines Kreises mit einem Durchmesser (Durchmesseräquivalent) im Bereich von 0,5 bis 3,3 mm sein. Zum Beispiel werden bei einem Körper mit Gitterstäben mit rechteckigem Querschnitt, wie er in Fig. 5b gezeigt ist, eine Breite (d) im Bereich von 0,45 bis 2,7 mm und eine Höhe (h) im Bereich von 0,5 bis 3,3 mm gewählt, so daß die Querschnittsfläche, d. h. d×h, gleich derjenigen eines Kreises mit einem Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 3,3 mm ist: Das heißt mit anderen Worten, daß das Durchmesseräquivalent des Gitterstabs im Bereich von 0,5 bis 3,3 mm liegt. Der Abstand (T) zwischen zwei Gitterstäben parallel zur Gasstromrichtung liegt im Bereich von 1,5 bis 5 mm, und der Abstand (L) zwischen zwei Gitterstäben senkrecht zur Gasstromrichtung liegt im Bereich von 5 bis 50 mm.

Im Verlauf der Herstellung eines erfindungsgemäßen Elektrodenmaterials werden die Textilgewebe oder die gitterähnlichen geformten Körper aus dem Polymer auf das Material für eine poröse Schicht in eine Form gelegt, so daß Kanäle im mittleren Bereich der porösen Schicht gebildet werden. Die Gewebe oder die Körper bilden also Kanäle zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden in der porösen Schicht durch Calcinierung nach der Nachhärtungsstufe. Ein Hauptteil der Materialien für die Bildung der Kanäle verdampft und verschwindet durch thermische Zersetzung, während ein kleiner Teil dieser Materialien bei der Calcinierung carbonisiert wird.

Erfindungsgemäß dienen die Fasern oder Bündel des Textilgewebes, die zur Gasstromrichtung parallel sind, der Bildung von Kanälen, wohingegen die Fasern oder Bündel senkrecht zur Gasstromrichtung dazu dienen, die Fasern oder Bündel parallel zur Gasstromrichtung miteinander zu verbinden, so daß der Abstand (T) in dem oben angegebenen Bereich gehalten wird. Die Bezeichnung "Gasstromrichtung" bedeutet hier die Stromrichtung der gasförmigen Reaktanden, die in die Kanäle des Elektrodenmaterials eingespeist werden. Entsprechend dienen hauptsächlich die Gitterstäbe des gitterähnlichen geformten Körpers, die parallel zur Gasstromrichtung sind, der Bildung von Kanälen.

Die Druckformungsbedingungen zur Erzeugung des erfindungsgemäßen Elektrodenmaterials sind eine Formungstemperatur im Bereich von 70 bis 170°C, ein Formungsdruck im Bereich von 0,49 bis 9,8 N/mm² und eine Zeitspanne im Bereich von 10 bis 60 Minuten.

Das druckgeformte Produkt wird anschließend bei der in der Druckformungsstufe verwendeten Temperatur mindestens zwei Stunden lang nachgehärtet und dann unter einer inerten Umgebung bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 3000°C etwa 1 Stunde calciniert. Bei dieser Stufe wird die Temperatur vorzugsweise langsam erhöht, z. B. mit einer Geschwindigkeit von 100 ±50°C je Stunde, bis auf etwa 700°C, so daß keine Spannung aufgrund plötzlicher Schrumpfung bei der thermischen Zersetzung bei niedrigen Temperaturen erzeugt wird. Eine solche Spannung würde ein Abblättern von Schichten und/oder Risse verursachen.

Ein Elektrodenmaterial, das eine andere poröse Schicht mit einer Zweischichtstruktur, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, umfaßt, kann gemäß dem im folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Die poröse Schicht kann dadurch hergestellt werden, daß man sie entweder gleichzeitig mit der Trennschicht zu einem Gesamtkörper druckformt oder sie getrennt von der Trennschicht druckformt, worauf man sie anschließend zusammen mit der Trennschicht zu einem Gesamtkörper calciniert.

Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Material für eine porösere Schicht, ein Material für die Bildung von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden und ein Material für eine weniger poröse Schicht in eine Form geeigneter Gestalt in dieser Reihenfolge eingebracht, die calcinierte Trennschicht oder die durch Druckformung geformte Trennschicht wird darauf gelegt, dann wird wiederum ein Material für eine weniger poröse Schicht, ein Material für die Bildung von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden und ein Material für eine poröse Schicht in dieser Reihenfolge eingebracht, und dann werden diese Materialien druckgeformt, nachgehärtet und zu einem Gesamtkörper calciniert.

Die verwendeten Materialien sind, mit Ausnahme des Materials für eine weniger poröse Schicht, im wesentlichen dieselben wie oben beschrieben. Zum Beispiel ist das Material für eine porösere Schicht dasselbe, wie die zuvor für die porösen Schichten beschriebenen.

Die Materialien für eine weniger poröse Schicht sind ähnlich den oben für poröse Schichten beschriebenen. Zum Beispiel können Mischungen verwendet werden, die 30 bis 70 Gew.% eines Füllstoffs, 20 bis 40 Gew.% eines Binders und 10 bis 30 Gew.% eines Porenbildners enthalten; Beispiele für jedes dieser Materialien wurden oben angegeben. Typische Beispiele solcher Mischungen sind diejenigen, die durch Mischen in einem Mischer, wie einen Henschel-Mischer, von 40 bis 60 Gew.% von kurzen Kohlenstoffasern mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 1 mm oder weniger, 10 bis 30 Gew.% Polyvinylalkoholteilchen mit Durchmessern, die innerhalb des Bereichs von 100 bis 300 µm verteilt sind, und 25 bis 35 Gew.% pulverförmigem Phenolharz mit einem Teilchendurchmesser von 100 µm oder weniger hergestellt sind. In einer solchen Mischung ist die durchschnittliche Faserlänge der kurzen Kohlenstoffasern um 0,1 bis 0,3 mm kürzer als diejenige der Kohlenstoffasern, die in den Mischungen für poröse Schichten verwendet werden, und die Menge der Polyvinylteilchen ist um 5 bis 20 Gew.% geringer, als in der Mischung für poröse Schichten.

Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren werden in eine Form geeigneter Gestalt ein Material für eine weniger poröse Schicht, ein Material für die Bildung von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden und ein Material für eine porösere Schicht in dieser Reihenfolge eingebracht, diese Materialien werden durch Vorpressen bei einer Temperatur im Bereich von 60 bis 100°C und einem Druck im Bereich von 1,96 bis 4,90 N/mm² während einer Zeitspanne im Bereich von 10 bis 30 Minuten, typischerweise 80°C und 2,94 N/mm² 20 Minuten lang geformt. Dieselben Maßnahmen werden wiederholt, um ein weiteres durch Vorpressen geformtes poröses Produkt herzustellen. Eines der durch Vorpressen geformten porösen Produkte wird in eine Form geeigneter Gestalt mit der poröseren Schicht nach unten gelegt, die calcinierte Trennschicht oder die durch Druckformung geformte Trennschicht wird dann auf das durch Vorpressen geformte poröse Produkt gelegt, das andere durch Vorpressen geformte poröse Produkt wird auf das Trennschichtmaterial mit der weniger porösen Schicht gegen das Trennschichtmaterial weisend gelegt und diese Materialien werden dann bei einer Temperatur im Bereich von 130 bis 160°C und einem Druck im Bereich von 1,96 bis 4,90 N/mm² während einer Zeitspanne im Bereich von 10 bis 30 Minuten, typischerweise bei 140°C und 3,92 N/mm² 20 Minuten druckgeformt, nachgehärtet und calciniert. Bei diesem Verfahren sind die Maßnahmen und Materialien im wesentlichen dieselben, wie oben für ein Material mit einer einzelnen porösen Schicht beschrieben.

Das erfindungsgemäße Elektrodenmaterial weist eine verbesserte mechanische Festigkeit, wie z. B. Biegefestigkeit, auf. Erfindungsgemäß werden weitere Vorteile erzielt: Das heißt, es kann ein dünneres Material hergestellt werden, was zu einem kürzeren Diffusionsweg oder einem niedrigeren Widerstand gegen die Diffusion der gasförmigen Reaktanden und einer größeren Stromdichte führt. Außerdem werden keine konventionellen Zwischenkühler für das Stapeln der Einheitszellen zur Herstellung einer Brennstoffzelle benötigt, da ein Zwischenkühler in die Trennschicht des erfindungsgemäßen Elektrodenmaterials eingebaut ist. Diese Tatsache führt zu geringeren Kosten für die Herstellung einer Brennstoffzelle unter Verwendung des erfindungsgemäßen Elektrodenmaterials im Vergleich mit konventionellen Brennstoffzellen, die zusätzliche Zwischenkühler erfordern. Weiterhin gibt es keinen elektrischen oder thermischen Kontaktwiderstand zwischen Einheitszelle und Zwischenkühler. Das hat zur Folge, daß der elektrische und der thermische Gesamtwiderstand einer Brennstoffzelle, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Materialien hergestellt ist, deutlich erniedrigt ist.

Weiterhin kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch ein Elektrodenmaterial hergestellt werden, das zwei poröse Schichten und eine Trennschicht ohne Zwischenkühler umfaßt, wenn kein Material für Kanäle zum Hindurchleiten von Kühlmittel bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Trennschicht einschließlich Zwischenkühler verwendet wird. Die Maßnahmen dieses Verfahrens sind für den Fachmann offensichtlich. Bei Verwendung der resultierenden Materialien, die eine Trennschicht ohne Zwischenkühler enthalten, zusammen mit dem erfindungsgemäßen Elektrodenmaterial, das einen Zwischenkühler aufweist, kann eine Brennstoffzelle erhalten werden, in der keine elektrischen oder thermischen Kontaktwiderstände zwischen den Trennschichten (wie der Trennschicht ohne Zwischenkühler und der Trennschicht einschließlich Zwischenkühler) und den Elektrodenmaterialien auftreten.

Die erfindungsgemäßen Vorteile werden noch deutlicher in der Tabelle 1 veranschaulicht, die die physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Elektrodenmaterialien im Vergleich mit dem Stand der Technik (Fig. 1) zeigt.

Tabelle 1

Die erfindungsgemäßen Elektrodenmaterialien sind zur Herstellung einer Brennstoffzelle geeignet, wobei man sie, wie in Fig. 1 gezeigt, stapelt. Beim Betrieb einer solchen Brennstoffzelle können jedoch die gasförmigen Reaktanden auch aus den Seitenflächen ohne Öffnungen aus den Kanälen aus den porösen Schichten des Elektrodenmaterials in einer Brennstoffzelle herausdiffundieren, was die Gefahr eines Mischens der Gase verursacht, die durch die Seitenflächen austreten.

Um diese Gefahr zu vermeiden, werden die Elektrodenmaterialien im allgemeinen mit einem Fluorkohlenstoffharz in ihren Randbereichen imprägniert, oder alternativ mit einer Anzahl von Randelementen versehen, beispielsweise wie in Fig. 6 gezeigt. Die Randdichtungselemente 21, 22, 23 in Fig. 6 sind aus einem Material hergestellt, das eine gute Isolation gegen Gasdiffusionen bewirkt und eine Wärmebeständigkeit bei etwa 200°C bei Betrieb einer Brennstoffzelle und eine gute Korrosionsbeständigkeit gegen 100%ige Phosphorsäure aufweist; Beispiele sind Teflon®, Silikoncarbid, keramische Materialien oder ein geeignetes Material, das mit Teflon® oder Silikoncarbid beschichtet ist. Weiterhin sind Gasleitungen 24 mit einem Rohr 25 zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden in die Kanäle zur Einspeisung der Gase in die poröse Schicht 12 oder 121 vorgesehen.

Es wurde eine Trennschicht entwickelt, die mit solchen Randelementen verbunden ist, die der Abdichtung gegen das Herausdiffundieren der gasförmigen Reaktanden aus der Seitenfläche einer Brennstoffzelle dienen.

Ein bevorzugtes Beispiel solcher Trennschichten mit Randelementen, das erfindungsgemäß vorzugsweise verwendet wird, ist in Fig. 7 dargestellt, in der eine Trennschicht 13′ eine gasundurchlässige Trennschichtplatte 131 und Randdichtungselemente 132, 132′ umfaßt, wobei die Platte und die Elemente durch Calcinierung zu einem Gesamtkörper verbunden sind. In der Trennschichtplatte 131 befinden sich eine Anzahl Kanäle 14′ für das Hindurchleiten von Kühlmittel im mittleren Bereich derselben.

Wie in Fig. 7 gezeigt, befindet sich auf jeder Seite der Trennschichtplatte 131 ein Paar von Randdichtungselementen 132 oder 132′, und die Längsrichtung der Elemente 132 verläuft senkrecht zu der Längsrichtung der Elemente 132′.

Vorzugsweise ist der Querschnitt der Kanäle 14′ rund mit einem Durchmesser im Bereich von 2 bis 10 mm.

Die Trennschicht 13′ ausschließlich der Kanäle 14′ hat eine Gasdurchlässigkeit (Gaspermeabilitätskoeffizient) in Richtung der Dicke von 10^-5cm²/h · Pa oder weniger, eine Biegefestigkeit von 49,0 N/mm² oder mehr, eine Wärmeleitfähigkeit von 4,65 W/m. K oder mehr und einen elektrischen Widerstand von 10 mΩ. cm oder weniger. Die Trennschicht 13′ ist also hinsichtlich Gasundurchlässigkeit, mechanischer Festigkeit und thermischer und elektrischer Leitfähigkeit ausgezeichnet.

Die Höhe (h) des Randdichtungselements 132, 132′ entspricht der Dicke einer porösen Schicht, in der gasförmige Reaktanden diffundieren, z. B. der in Fig. 2 gezeigten porösen Schicht 12 oder den beiden in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigten porösen Schichten 121 plus 122, und sie beträgt im allgemeinen 2,5 mm oder weniger. Die Permeabilität des Dichtungselements 132, 132′ ist hinreichend niedrig, im allgemeinen 10^-3cm²/h · Pa oder weniger, um die Diffusion der gasförmigen Reaktanden durch das Element nach außen zu verhindern.

Eine solche Trennschicht wird auf die folgende Weise hergestellt.

Bei einem bevorzugten Verfahren werden, nachdem ein geformter Körper für eine Trennschichtplatte und vier geformte Platten für Randdichtungselemente getrennt hergestellt worden sind, diese Platten in einer Form geeigneter Gestalt druckgeformt und bei einer Temperatur von 1000°C oder höher calciniert.

Der geformte Körper für eine Trennschichtplatte kann hergestellt werden, indem man in eine Form geeigneter Gestalt eine Materialmischung für eine Trennschicht, ein Material für die Bildung von Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmittel und eine Materialmischung für eine Trennschicht in dieser Reihenfolge einbringt und anschließend vorpreßt.

Die Materialmischung für die Trennschicht enthält 50 bis 90 Gew.%, vorzugsweise 60 bis 80 Gew.% eines kohlenstoffhaltigen Füllstoffs und 10 bis 50 Gew.%, vorzugsweise 20 bis 40 Gew.% eines Binders.

Der vorzugsweise verwendete kohlenstoffhaltige Füllstoff ist aus nicht graphitierbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen, wie calcinierten Teilchen von oxydiertem Pech, Kohlenstoffaserteilchen, calcinierten Phenolteilchen und dergleichen ausgewählt. Die kohlenstoffhaltigen Teilchen haben einen mittleren Durchmesser von 40 µm oder weniger, vorzugsweise 10 µm oder weniger. Die als Füllstoff bevorzugten Materialien sind solche, die aus oxydierten Pechen durch Calcinierung und Zerkleinern zu Stücken gemäß den in z. B. der JP-PS 31 116/78 beschriebenen Verfahren hergestellt sind. Beliebige Mischungen der oben erwähnten Teilchen können auch verwendet werden. Der Binder ist vorzugsweise ein Phenolharz.

Die Materialien für die Bildung von Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmittel, die vorzugsweise bei der Herstellung der Trennschicht verwendet werden, sind die zuvor beschriebenen, die eine Carbonisierungsausbeute von 30 Gew.% oder weniger aufweisen, beispielsweise die gitterähnlich geformten Körper aus dem Polymer, wie sie in Fig. 5b gezeigt sind, die Gitterstäbe von 2,2 bis 11,0 mm Durchmesser, T=3 bis 30 mm, L=5 bis 100 mm haben.

Die lineare Schrumpfung der Materialien für die Herstellung von Kanälen liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 7% für den Gesamtkörper des Elektrodenmaterials bei der Calcinierung. Der Durchmesser der Gitterstäbe der Materialien für die Bildung von Kanälen kann also in geeigneter Weise aus dem oben genannten Bereich ausgewählt werden, so daß ein bevorzugter Durchmesser der resultierenden Kanäle unter Berücksichtigung der Kontraktion erhalten wird.

Die Bedingungen für das Vorpressen sind eine Formgebungstemperatur im Bereich von 70 bis 170°C, vorzugsweise 100 bis 120°C, ein Formungsdruck im Bereich von 0,20 bis 14,7 N/mm², vorzugsweise 7,8 bis 14,7 N/mm² und eine Zeitspanne für die Formung im Bereich von 10 bis 60 Minuten, vorzugsweise 5 bis 30 Minuten.

Die geformten Platten für die Randdichtungselemente können auf ähnliche Weise hergestellt werden, indem man die Materialmischung für eine Trennschicht in eine Form geeigneter Gestalt einbringt und anschließend unter den obigen Bedingungen vorpreßt.

Der geformte Körper für eine Trennschichtplatte und die vier geformten Platten für Randdichtungselemente, die durch Vorpressen erhalten worden sind, werden dann in einer Form geeigneter Gestalt druckgeformt (siehe Fig. 7). Die Druckformung wird bei einer Temperatur im Bereich von 120 bis 170°C, vorzugsweise 130 bis 160°C, und einem Druck im Bereich von 0,2 bis 14,7 N/mm² vorzugsweise 7,8 bis 14,7 N/mm² während einer Zeitspanne im Bereich von 10 bis 20 Minuten ausgeführt.

Nach der Druckformung wird der geformte Körper bei einer Temperatur im Bereich von 130 bis 160°C und einem Druck von 0,049 N/mm² oder weniger mindestens 2 Stunden nachgehärtet.

Das so erhaltene Produkt wird dann bei einer Temperatur von 1000°C oder höher calciniert.

Gemäß einem weiteren Verfahren werden die Trennschichten hergestellt, indem man in eine Form geeigneter Gestalt zur Erzeugung der gewünschten Form, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist, eine Materialmischung für eine Trennschicht, ein Material für die Bildung von Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmittel und eine Materialmischung für eine Trennschicht in dieser Reihenfolge einbringt, druckformt, vorzugsweise gegebenenfalls nachhärtet und bei 1000°C oder höher calciniert.

Eine solche Trennschicht, die mit Randdichtungselementen verbunden ist und einen Zwischenkühler beinhaltet, kann zur Herstellung eines Elektrodenmaterials verwendet werden, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, bei dem die poröse Schicht 12 irgendeine poröse Schicht sein kann, beispielsweise jede der mit den Verfahren hergestellten, die in den JP-OSen 1 17 649/83, 37 662/84, 46 763/84, 63 664/84 und 66 063/84 beschrieben sind. Die in Fig. 8 gezeigten Elektrodenmaterialien können auf fast dieselbe Weise hergestellt werden, wie sie hier beschrieben ist.

Wenn sie zu einem Gesamtkörper zusammengefaßt sind, dann ist der thermische und elektrische Widerstand der Randbereiche der in Fig. 8 gezeigten Materialien wesentlich verbessert oder erniedrigt, wobei gleichzeitig keine konventionellen Randelemente für das Abdichten benötigt werden.

Beispiele

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen ohne Beschränkung auf diese näher erläutert. Es wird darauf hingewiesen, daß der Fachmann ohne unangemessenes Experimentieren Änderungen und Abweichungen vornehmen kann und daß solche Änderungen und Abweichungen in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen.

In den Beispielen wurde die "Porosität P (%)" mittels der folgenden Gleichung unter der Annahme bestimmt, daß die wirkliche Dichte des kohlenstoffhaltigen Materials 1,6 g/cm³ betrug

P = (1 - ρ _b/1.6) × 100,

in der ρ _b die gemessene Gesamtdichte (g/cm³) eines Probekörpers ist. Die "Biegefestigkeit (N/mm² bzw. kg/cm²)" des kohlenstoffhaltigen geformten Körpers wurde gemäß der japanischen Industrienorm (JIS) K-6911/1970 unter Verwendung eines Probekörpers mit den Abmessungen 100×10×2,5 mm bestimmt. Der "mittlere Porendurchmesser (µm)" des Probekörpers wurde mit einem Quecksilberporosimeter gemessen. Die "spezifische Gasdurchlässigkeit (Gaspermeabilitätskoeffizient) Q _s (ml/cm · h · Pa)" wurde auf die folgende Weise bestimmt: Ein zylindrische Probekörper von 90 mm Durchmesser und t mm Dicke wurde aus dem zu untersuchenden geformten Körper ausgeschnitten, die Zylindermantelseitenfläche des Probekörpers wurde mit einem wärmehärtbaren Harz beschichtet, so daß kein Gas hindurchdiffundieren konnte, Ober- und Unterseite des Probekörpers wurden dann zwischen zwei mit Dichtungsflanschen versehene Gasrohre gesetzt, eine vorher bestimmte Menge (10 l/min) Luft wurde vom einen Ende des Probekörpers zum anderen Ende desselben geleitet, das gegen die Atmosphäre offen war, der Druckabfall zwischen beiden Enden des Probekörpers wurde mit einem Manometer gemessen, das mit dem Gaseinleitungsrohr verbunden war, und die spezifische Gasdurchlässigkeit Q _s wurde dann mit der folgenden Gleichung berechnet:

In der Δ p der gemessene Druckabfall Pa und 50,24 cm² die wirklich untersuchte Fläche (ein Kreis von 80 mm Durchmesser) ist. Weiterhin wurde der "Volumenwiderstand ρ _v (Ω cm)" auf die folgende Weise bestimmt. Die beiden Enden eines Probekörpers wurden mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet und der elektrische Widerstand zwischen den beiden Enden des Probekörpers wurde gemäß SRIS (Norm der Japan Rubber Association) 2301-1969 gemessen und dann wurde der Volumenwiderstand mit der folgenden Gleichung berechnet:

ρ _v = R · w · t/l

in der R der gemessene Widerstand (Ω) zwischen den beiden Enden des Probekörpers, l (cm) die Länge (in Richtung der Messung) und w (cm) und t (cm) horizontale bzw. vertikale Längen bedeuten, die einen Querschnitt des Probekörpers definieren.

Beispiel 1 Herstellung eines gitterähnlich geformten Körpers aus Polypropylen

Polypropylenpellets wurden durch einen Schraubenextruder bei 230°C und 49,0 N/mm² (500 kg/cm²) in eine rostfreie Stahlform geeigneter Gestalt, die bei 50°C gehalten wurde, extrudiert.

Es wurden gitterähnlich geformte Körper aus Polypropylen hergestellt, wie sie in Fig. 5b gezeigt sind, aber sie hatten Gitterstäbe mit rundem Querschnitt von 0,85 mm Durchmesser, T =2,5 mm, L=40 mm.

Diese Körper wurden als Materialien für die Bildung von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden in den folgenden Beispielen verwendet.

Ähnliche Maßnahmen wurden wiederholt, um gitterähnlich geformte Körper aus Polypropylen für die Bildung von Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmittel herzustellen, die Gitterstäbe mit einem runden Querschnitt von 7,4 mm Durchmesser, T=10 mm, L=80 mm hatten.

Beispiel 2 Herstellung von Trennschichten

In eine Form geeigneter Gestalt wurden eine homogene Mischung, die 70 Gew.% Kohlenstoffteilchen (40 µm mittlerer Durchmesser) und 30 Gew.% Phenolharz enthielt, der in Beispiel 1 hergestellte gitterähnliche geformte Körper aus Polypropylen für die Bildung von Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmittel und dann dieselbe homogene Mischung wie oben eingebracht. Diese Materialien wurden bei 130°C und 7,8 N/mm² 30 Minuten druckgeformt. Die so erhaltene geformte Trennschicht wurde als Material für eine Trennschicht (geformtes Trennschichtmaterial) in den folgenden Beispielen 4 und 5 verwendet.

Die geformte Trennschicht wurde dann bei 140°C etwa 2 Stunden nachgehärtet und unter Stickstoffatmosphäre bei 2000°C eine Stunde calciniert. Die so erhaltene calcinierte Trennschicht wurde in dem folgenden Beispiel 3 verwendet.

Beispiel 3 Herstellung von dreischichtigem Elektrodenmaterial

In eine Form geeigneter Gestalt wurde eine Mischung für eine poröse Schicht gegeben, die 40 Gew.% kurze Kohlenstoffasern (0,45 mm durchschnittliche Faserlänge), 30 Gew.% feine Polyvinylalkoholteilchen als Porenbildner und 30 Gew.% Phenolharz als Binder enthielt.

Auf die Mischung wurde der in Beispiel 1 hergestellte gitterähnliche geformte Körper aus Polypropylen für die Bildung von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden gelegt und dann dieselbe Mischung für eine poröse Schicht wie oben aufgebracht. Weiterhin wurden auf diese Materialien die in Beispiel 2 hergestellte calcinierte Trennschicht, dieselbe Mischung wie oben für eine poröse Schicht, dasselbe Material für die Bildung von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden und schließlich dieselbe Mischung für eine poröse Schicht wie oben in dieser Reihenfolge aufgebracht.

Diese Materialien wurden bei 130°C und 3,92 N/mm² 20 Minuten druckgeformt, bei 150°C etwa 2 Stunden nachgehärtet und nach langsamen Erhitzen um 100°C je Stunde bis auf 700°C unter Stickstoff bei 2000°C eine Stunde calciniert.

Es wurde ein Elektrodenmaterial mit einer Dreischichtstruktur, wie in Fig. 2 gezeigt, erhalten, und die Kanäle zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden und diejenigen zum Hindurchleiten von Kühlmittel hatten runde Querschnitte von etwa 0,8 mm bzw. etwa 7 mm Durchmesser. Die physikalischen Eigenschaften der Materialien sind in Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2

Beispiel 4 Herstellung von fünfschichtigem Elektrodenmaterial

In eine Form geeigneter Gestalt wurde eine Mischung für eine porösere Schicht eingebracht, die 40 Gew.% kurze Kohlenstoffasern (0,45 mm durchschnittliche Faserlänge), 30 Gew.% feine Polyvinylalkoholteilchen als Porenbildner und 30 Gew.% Phenolharz als Binder enthielt.

Auf die Mischung wurde der in Beispiel 1 hergestellte gitterähnlich geformte Körper aus Polypropylen für die Bildung von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden gelegt und dann eine Mischung für eine weniger poröse Schicht aufgebracht, die 50 Gew.% kurze Kohlenstoffasern (dieselben wie oben), 20 Gew.% Polyvinylalkohol (denselben wie oben) und 30 Gew.% Phenolharz (dasselbe wie oben) enthielt.

Weiterhin wurde auf diese Materialien das in Beispiel 2 hergestellte geformte Trennschichtmaterial, dieselbe Mischung wie oben für eine weniger poröse Schicht, dasselbe Material wie oben für die Bildung von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden und schließlich dieselbe Mischung wie oben für eine porösere Schicht in dieser Reihenfolge aufgebracht.

Diese Materialien wurden bei 130°C und 3,92 N/mm² 20 Minuten gepreßt. Nach etwa 2 Stunden Nachhärten bei 150°C wurde die Temperatur des gepreßten Produkts langsam um 100°C je Stunde bis auf 700°C erhöht und dann wurde das Produkt unter einer Stickstoffgasatmosphäre bei 2000°C eine Stunde calciniert.

Es wurde eine Elektrodenmaterial mit einer Fünfschichtstruktur erhalten, wie in Fig. 3 gezeigt, und die Kanäle zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden und diejenigen zum Hindurchleiten von Kühlmittel hatten runde Querschnitte von etwa 0,8 mm bzw. etwa 7 mm Durchmesser. Die physikalischen Eigenschaften der Materialien sind in Tabelle 3 gezeigt.

Tabelle 3

Beispiel 5

Die Mischung für eine weniger poröse Schicht aus Beispiel 4, der in Beispiel 1 hergestellte gitterähnlich geformte Körper zur Bildung von Kanälen für gasförmige Reaktanden und die Mischung für eine porösere Schicht aus Beispiel 4 wurden in eine Form geeigneter Gestalt eingebracht, bei 80°C und 2,94 N/mm² 20 Minuten gepreßt und aus der Form entfernt. Dieselben Maßnahmen wurden wiederholt, um einen weiteren durch Vorpressen geformten porösen Körper herzustellen.

Einer der vorgepreßten Körper wurde in eine Form geeigneter Gestalt mit der porösen Schicht nach unten gelegt. Dann wurde das in Beispiel 2 ohne Calcinierung hergestellte geformte Trennschichtmaterial auf die weniger poröse Schicht des vorgepreßten Körpers gelegt und dann wurde der andere vorgepreßte Körper auf das Trennschichtmaterial mit der weniger porösen Schicht gegen das Trennschichtmaterial weisend in die Form gelegt.

Diese Materialien wurden bei 130°C und 3,92 N/mm² 20 Minuten druckgeformt und dann bei 140°C 2 Stunden nachgehärtet. Die Temperatur des geformten Körpers wurde langsam mit einer Geschwindigkeit von 100°C je Stunde bis auf 700°C erhöht. Danach wurde der Körper bei 2000°C eine Stunde unter einer Stickstoffatmosphäre calciniert.

Es wurde ein Elektrodenmaterial erhalten, das eine Struktur und Eigenschaften ähnlich dem aus Beispiel 4 hatte.

Beispiel 6 Herstellung von gitterähnlich geformten Körpern für die Bildung von Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmittel

Es wurde das Verfahren aus Beispiel 1 wiederholt. Es wurde ein gitterähnlich geformter Körper aus Polypropylen erhalten, wie er in Fig. 5b gezeigt ist, aber er hatte Gitterstäbe mit rundem Querschnitt von 3,5 mm Durchmesser, T=10 mm, L= 100 mm.

Beispiel 7 Herstellung von Trennschichten mit Randdichtungselementen

Oxydierte Peche mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 10 µm oder weniger, die gemäß dem in der JP-PS 31 116/78 beschriebenen Verfahren hergestellt worden waren, wurden bei 800°C calciniert und zu Teilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 10 µm oder weniger zerkleinert.

Eine Mischung für eine Trennschicht wurde durch Vermischen von 65 Gew.% der calcinierten Teilchen aus oxydierten Pech und 35 Gew.% Phenolharz in einem Schaufelmischer hergestellt.

In eine Form geeigneter Gestalt wurden diese Mischungen und das in Beispiel 6 hergestellte Material für die Bildung von Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmittel eingebracht. Diese Materialien wurden bei 110°C und 9,8 N/mm² gepreßt, um eine Trennschichtplatte mit Kanälen herzustellen.

In eine weitere Form geeigneter Gestalt wurde die oben beschriebene Mischung eingeführt und bei 110°C und 9,8 N/mm² gepreßt. So wurde eine geformte Platte für Randdichtungselemente hergestellt, die in kleinere Platten der gewünschten Größe für jedes einzelne Element zerschnitten wurde.

Die Trennschichtplatte und die vier Randelementplatten, die oben hergestellt worden waren, wurden in eine Form geeigneter Gestalt gelegt, um die angestrebte Struktur, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist, zu erzeugen, bei 140°C und 4,9 N/mm² gepreßt, bei etwa 150°C und 0,039 N/mm² nachgehärtet und bei 1500°C calciniert.

Die resultierende Trennschicht, die mit der Trennschichtplatte verbundene Randdichtungselemente aufwies, hatte die folgenden Eigenschaften:

Spezifische Gasdurchlässigkeit (Gaspermeabilitätskoeffizient) für N₂ bei 0,020 N/mm²: 4,8×10^-8 cm²/h.Pa (ausschließlich der Kanäle);
Elektrischer Widerstand: 7,6 mΩ.cm;
Wärmeleitfähigkeit: 5,47 W/m.K;
Biegefestigkeit: 84,3 N/mm²;
Kanaldurchmesser: 3,1 mm;
Höhe der Randelemente: 2,0 mm;
Gasdurchlässigkeit (Gaspermeabilitätskoeffizient) gegen die Seitenfläche für N₂ bei 0,020 N/mm²; 1,4×10^-4 cm²/h.Pa.

Claims

1. Elektrodenmaterial für Brennstoffzellen, das zwei poröse kohlenstoffhaltige Schichten, die jeweils eine Anzahl von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden in die Brennstoffzelle aufweisen, und eine gasundurchlässige kohlenstoffhaltige Trennschicht zwischen den porösen Schichten umfaßt, wobei die Kanäle zur Einspeisung der gasförmigen Reaktanden parallel zueinander und zur Elektrodenoberfläche und einer Seitenfläche der Elektrode verlaufen, sich kontinuierlich in der porösen Schicht von einer der Seitenflächen zur gegenüberliegenden Seitenfläche erstrecken und einen Durchmesser oder ein Durchmesseräquivalent im Bereich von 0,5 bis 3 mm haben und wobei die Kanäle in der porösen Schicht auf der einen Seite der Trennschicht und diejenigen in der porösen Schicht auf der anderen Seite der Trennschicht zueinander senkrechte Richtungen haben,
wobei ferner die poröse Schicht eine gleichförmige Einfachschicht ist und eine durchschnittliche Gesamtdichte im Bereich von 0,4 bis 0,8 g/cm³, eine Porosität im Bereich von 50 bis 80%, einen spezifischen Gaspermeabilitätskoeffizienten von 2,0 cm²/h.Pa oder mehr und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,8 W/m.K oder mehr hat und 60% oder mehr der offenen Poren derselben einen Durchmesser von 100 µm oder weniger aufweisen und
wobei die Trennschicht eine durchschnittliche Gesamtdichte von 1,2 g/cm³ oder mehr und einen spezifischen Widerstand von 10×10^-3 Ω.cm oder weniger aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht (13) eine Anzahl von Kanälen (14) zum Hindurchleiten von Kühlmittel aufweist, welche sich im mittleren Bereich der Trennschicht (13) befinden, daß die Trennschicht (13) ausschließlich der Kanäle (14) zum Hindurchleiten von Kühlmittel einen spezifischen Gaspermeabilitätskoeffizienten von 1×10^-5 cm²/h.Pa oder weniger und eine Wärmeleitfähigkeit von 1,2 W/m.K oder mehr aufweist und daß die beiden porösen Schichten (12, 12′) und die Trennschicht (13) durch Calcinierung zu einem Gesamtkörper integriert sind.

2. Elektrodenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der porösen Schichten (12, 12′) eine porösere Schicht (121, 121′), eine weniger poröse Schicht (122, 122′) und Kanäle (15, 15′) zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden aufweist, die sich zwischen der poröseren Schicht (121, 121′) und der weniger porösen Schicht (122, 122′) befinden, daß die weniger poröse Schicht (122, 122′) eine größere Gesamtdichte als die porösere Schicht (121, 121′) besitzt, daß die porösere Schicht (121, 121′) eine durchschnittliche Gesamtdichte im Bereich von 0,4 bis 0,8 g/cm³, eine Porosität im Bereich von 50 bis 80%, einen spezifischen Gaspermeabilitätskoeffizienten von 2,0 cm²/h.Pa oder mehr und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,8 W/m.K oder mehr hat und 60% oder mehr der offenen Poren derselben einen Durchmesser von 100 µm oder weniger aufweisen,
daß die weniger poröse Schicht (122, 122′) eine durchschnittliche Gesamtdichte im Bereich von 0,5 bis 1,0 g/cm³ und eine Wärmeleitfähigkeit von 1,0 W/m.K oder mehr hat und
daß die Dicke der poröseren Schicht (121, 121′) im Bereich von ¹/₅₀ bis zur Hälfte der Gesamtdicke der porösen kohlenstoffhaltigen Schicht (12, 12′) liegt.

3. Elektrodenmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (14) zum Hindurchleiten von Kühlmittel parallel zueinander und zu der Elektrodenoberfläche und einer Seitenfläche der Elektrode verlaufen, sich kontinuierlich in der Trennschicht (13) von einer der Seitenflächen zu einer ihr gegenüberliegenden Seitenfläche erstrecken und einen Durchmesser oder ein Durchmesseräquivalent im Bereich von 2 bis 10 mm haben.

4. Elektrodenmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht (13′) eine gasundurchlässige kohlenstoffhaltige Trennschichtplatte (131) und zwei Paare gasundurchlässiger kohlenstoffhaltiger Randdichtungselemente (132, 132′) umfaßt, wobei sich jeweils ein Paar der Dichtungselemente (132, 132′) auf einer Seite der Trennschichtplatte (131) befindet und die Längsrichtung des einen Paares (132) von Dichtungselementen senkrecht zu der des anderen Paares (132′) von Dichtungselementen ist, daß die Trennschicht (13′) ausschließlich der Kanäle (14′) eine Biegefestigkeit von 49,0 N/mm² oder mehr und eine Wärmeleitfähigkeit von 4,6 W/m.K oder mehr hat und daß das Randdichtungselement (132, 132′) einen spezifischen Gaspermeabilitätskoeffizienten in Richtung auf eine Seitenfläche der Trennschicht von 10^-3 cm²/h.Pa oder weniger hat.

5. Elektrodenmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Randdichtungselement (132, 132′) eine Höhe von 2,5 mm oder weniger hat.

6. Elektrodenmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht (13′) bei 1000°C oder mehr calciniert worden ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials nach Anspruch 1, bei dem man (1) in eine Form geeigneter Gestalt (i) Materialien für poröse Schichten, wobei es sich jeweils um eine Mischung handelt, die 10 bis 50 Gew.% eines Füllstoffs (A), 20 bis 40 Gew.% eines Bindemittels (B) und 20 bis 50 Gew.% eines Porenbildners (C) enthält, (ii) ein Material zur Bildung von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden und (iii) ein Material für die Trennschicht einbringt, (2) die so eingebrachten Materialien bei einer Temperatur im Bereich von 70 bis 170°C und einem Druck im Bereich von 0,6 bis 9,9 MPa während eines Zeitraums im Bereich von 10 bis 60 Minuten druckformt, (3) die druckgeformten Materialien bei der Formungstemperatur mindestens 2 Stunden nachhärtet und (4) die nachgehärteten Materialien unter einer Inertatmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 3000°C etwa 1 Stunde lang calciniert, wobei der Füllstoff (A) aus kurzen Kohlefasern, die einen Durchmesser im Bereich von 5 bis 30 µm, eine Länge im Bereich von 0,02 bis 2 mm und eine lineare Carbonisierungsschrumpfung im Bereich von nicht mehr als 3% aufweisen, wenn sie bei 2000°C calciniert werden, und Kohlenstoffteilchen ausgewählt ist, das Bindemittel (B) ausgewählt ist aus Phenolharzen, Epoxyharzen, Erdöl- und/oder Kohlepechen und Mischungen derselben und eine Carbonisierungsausbeute im Bereich von 30 bis 75 Gew.% aufweist,
der Porenbildner (C) ein organisches Granulat umfaßt, von dem 70% oder mehr einen Teilchendurchmesser im Bereich von 30 bis 300 µm haben und das ausgewählt ist aus Polyvinylalkoholen, Polyvinylchloriden, Polyethylenen, Polypropylenen, Polystyrolen und Mischungen derselben, und das Material (ii) zur Bildung der Kanäle zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden ein Polymer ist, das bei 100°C nicht verdampft und keinen Schmelzfluß zeigt, ausgewählt ist aus Polyethylenen, Polypropylenen, Styrolen, Polyvinylalkoholen und Polyvinylchloriden, eine Carbonisierungsausbeute von 30 Gew.% oder weniger aufweist und bei dem es sich um ein Textilgewebe, das einzelne Fasern oder Bündel aus einer Anzahl Fasern enthält, die gewoben worden sind, wobei die Fasern oder die Bündel einen Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 3,3 mm haben, der Abstand zwischen zwei Fasern oder Bündeln parallel zur Gasstromrichtung im Bereich von 1,5 bis 5 mm und der Abstand zwischen zwei Fasern oder Bündeln senkrecht zur Gasstromrichtung im Bereich von 5 bis 50 mm liegt, oder um einen gitterähnlich geformten Körper handelt, der durch Extrusionsformung einer Schmelze des Polymeren in einer Form oder durch Druckformung von Polymerpellets oder -pulver in einer Form hergestellt ist, wobei die Gitterstäbe einen Durchmesser oder ein Durchmesseräquivalent im Bereich von 0,5 bis 3,3 mm haben, der Abstand zwischen zwei Gitterstäben parallel zur Gasstromrichtung im Bereich von 1,5 bis 5 mm und der Abstand zwischen zwei Gitterstäben senkrecht zur Gasstromrichtung im Bereich von 5 bis 50 mm liegt, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) in die Form geeigneter Gestalt das Trennschichtmaterial, das Material zur Bildung von Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmittel und das Trennschichtmaterial in dieser Reihenfolge einbringt und druckformt oder zusätzlich nach dem Druckformen nachhärtet und calciniert und
(b) in die Form geeigneter Gestalt das Material für poröse Schichten, das Material zur Bildung von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden, das Material für poröse Schichten, die in Stufe (a) durch Druckformung oder Calcinierung hergestellte Trennschicht, das Material für poröse Schichten, das Material zur Bildung von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden und das Material für poröse Schichten in dieser Reihenfolge einbringt, druckformt, nachhärtet und die nachgehärteten Materialien calciniert, um die Materialien zu einem Gesamtkörper zu integrieren.

8. Verfahren zur Herstellung des Elektrodenmaterials gemäß Anspruch 2, bei dem man (1) in eine Form geeigneter Gestalt (i) Materialien für poröse Schichten, bei denen es sich jeweils um eine Mischung handelt, die einen Füllstoff (A), ein Bindemittel (B) und einen Porenbildner (C) enthält, (ii) ein Material zur Bildung von Kanälen zur Einspeisung von gasförmigen Reaktanden und (iii) ein Material für eine Trennschicht einbringt, (2) die so eingebrachten Materialien druckformt, (3) die druckgeformten Materialien bei der Formungstemperatur mindestens 2 Stunden lang nachhärtet und (4) die nachgehärteten Materialien unter einer Inertgasatmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 3000°C 1 Stunde lang calciniert, wobei der Füllstoff (A) ausgewählt ist aus kurzen Kohlefasern und Kohlenstoffteilchen, das Bindemittel (B) ausgewählt ist aus Phenolharzen, Epoxyharzen, Erdöl- und/oder Kohlepechen und Mischungen derselben und eine Carbonisierungsausbeute im Bereich von 30 bis 75 Gew.% aufweist, der Porenbildner ein organisches Granulat umfaßt, das ausgewählt ist aus Polyvinylalkoholen, Polyvinylchloriden, Polyethylenen, Polypropylenen, Polystyrolen und Mischungen derselben, das Material (ii) zur Bildung der Kanäle zur Einspeisung von gasförmigen Reaktanden ein Polymer ist, das bei 100°C nicht verdampft und keinen Schmelzfluß zeigt, ausgewählt ist aus Polyethylenen, Polypropylenen, Styrolen, Polyvinylalkoholen und Polyvinylchloriden, eine Carbonisierungsausbeute von 30 Gew.% oder weniger aufweist und bei dem es sich um ein Textilgewebe, das einzelne Fasern oder Bündel aus einer Anzahl Fasern enthält, die gewoben worden sind, wobei die Fasern oder die Bündel einen Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 3,3 mm haben, der Abstand zwischen zwei Fasern oder Bündeln parallel zur Gasstromrichtung im Bereich von 1,5 bis 5 mm und der Abstand zwischen zwei Fasern oder Bündeln senkrecht zur Gasstromrichtung im Bereich von 5 bis 50 mm liegt, oder um einen gitterähnlich geformten Körper handelt, der durch Extrusionsformung einer Schmelze des Polymeren in einer Form oder durch Druckformung von Polymerpellets oder -pulver in einer Form hergestellt ist, wobei die Gitterstäbe einen Durchmesser oder ein Durchmesseräquivalent im Bereich von 0,5 bis 3,3 mm haben, der Abstand zwischen zwei Gitterstäben parallel zur Gasstromrichtung im Bereich von 1,5 bis 5 mm und der Abstand zwischen zwei Gitterstäben senkrecht zur Gasstromrichtung im Bereich von 5 bis 50 mm liegt, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) in eine Form geeigneter Gestalt ein Trennschichtmaterial, ein Material zur Bildung von Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmittel und ein Trennschichtmaterial in dieser Reihenfolge einbringt und druckformt oder zusätzlich nach dem Druckformen nachhärtet und calciniert und
(b) in eine Form geeigneter Gestalt ein Material für eine porösere Schicht, das Material zur Bildung von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden, ein Material für eine weniger poröse Schicht, die in Stufe (a) durch Druckformen oder Calcinieren hergestellte Trennschicht, das Material für eine weniger poröse Schicht, das Material zur Bildung von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden und das Material für eine porösere Schicht in dieser Reihenfolge einbringt, wobei das Material für eine porösere Schicht eine Mischung ist, die 10 bis 50 Gew.% Füllstoff (A), 20 bis 40 Gew.% Bindemittel (B) und 20 bis 50 Gew.% Porenbildner (C) enthält, und das Material für eine weniger poröse Schicht eine Mischung ist, die 30 bis 70 Gew.% des Füllstoffs (A), 20 bis 40 Gew.% des Bindemittels (B) und 10 bis 30 Gew.% des Porenbildners (C) enthält, und druckformt, nachhärtet und die nachgehärteten Materialien calciniert, um sie zu einem Gesamtkörper zu integrieren.

9. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials gemäß Anspruch 2, bei dem man (1) in eine Form geeigneter Gestalt (I) druckgeformte poröse Schichten, die (i) Materialien für poröse Schichten, bei denen es sich jeweils um eine Mischung handelt, die einen Füllstoff (A), ein Bindemittel (B) und einen Porenbildner (C) enthält, und (ii) ein Material zur Bildung von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden umfassen, und (II) ein Material für die Trennschicht einbringt, (2) die so eingebrachten Materialien druckformt, (3) die druckgeformten Materialien bei der Formungstemperatur mindestens 2 Stunden lang nachhärtet und (4) die nachgehärteten Materialien unter einer Inertgasatmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 3000°C 1 Stunde lang calciniert, wobei der Füllstoff (A) ausgewählt ist aus kurzen Kohlefasern und Kohlenstoffteilchen, das Bindemittel (B) ausgewählt ist aus Phenolharzen, Epoxyharzen, Erdöl- und/oder Kohlepechen und Mischungen derselben und eine Carbonisierungsausbeute im Bereich von 30 bis 75 Gew.% aufweist, der Porenbildner ein organisches Granulat umfaßt, das ausgewählt ist aus Polyvinylalkoholen, Polyvinylchloriden, Polyethylenen, Polypropylenen, Polystyrolen und Mischungen derselben, das Material (ii) zur Bildung der Kanäle zur Einspeisung von gasförmigen Reaktanden ein Polymer ist, das bei 100°C nicht verdampft und keinen Schmelzfluß zeigt, ausgewählt ist aus Polyethylenen, Polypropylenen, Styrolen, Polyvinylalkoholen und Polyvinylchloriden, eine Carbonisierungsausbeute von 30 Gew.% oder weniger aufweist und bei dem es sich um ein Textilgewebe, das einzelne Fasern oder Bündel aus einer Anzahl Fasern enthält, die gewoben worden sind, wobei die Fasern oder die Bündel einen Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 3,3 mm haben, der Abstand zwischen zwei Fasern oder Bündeln parallel zur Gasstromrichtung im Bereich von 1,5 bis 5 mm und der Abstand zwischen zwei Fasern oder Bündeln senkrecht zur Gasstromrichtung im Bereich von 5 bis 50 mm liegt, oder um einen gitterähnlich geformten Körper handelt, der durch Extrusionsformung einer Schmelze des Polymeren in einer Form oder durch Druckformung von Polymerpellets oder -pulver in einer Form hergestellt ist, wobei die Gitterstäbe einen Durchmesser oder ein Durchmesseräquivalent im Bereich von 0,5 bis 3,3 mm haben, der Abstand zwischen zwei Gitterstäben parallel zur Gasstromrichtung im Bereich von 1,5 bis 5 mm und der Abstand zwischen zwei Gitterstäben senkrecht zur Gasstromrichtung im Bereich von 5 bis 50 mm liegt, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) in eine Form geeigneter Gestalt ein Trennschichtmaterial, ein Material zur Bildung von Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmittel und ein Trennschichtmaterial in dieser Reihenfolge einbringt und druckformt oder zusätzlich nach der Druckformung nachhärtet und calciniert,
(b) in eine Form geeigneter Gestalt ein Material für eine weniger poröse Schicht, ein Material zur Bildung von Kanälen zur Einspeisung gasförmiger Reaktanden, ein Material für eine porösere Schicht in dieser Reihenfoge einbringt, druckformt und das obige Vorgehen zur Herstellung eines anderen übereinstimmenden Produkts wiederholt, wobei das Material für eine porösere Schicht eine Mischung ist, die 10 bis 50 Gew.% Füllstoff (A), 20 bis 40 Gew.% Bindemittel (B) und 20 bis 50 Gew.% Porenbildner (C) enthält, und das Material für eine weniger poröse Schicht eine Mischung ist, die 30 bis 70 Gew.% Füllstoff (A), 20 bis 40 Gew.% Bindemittel (B) und 10 bis 30 Gew.% Porenbilder (C) enthält, und
(c) in eine Form geeigneter Gestalt das in Stufe (b) hergestellte gepreßte poröse Produkt mit der poröseren Schicht auf der Unterseite, die geformte, in Stufe (a) durch Druckformung oder Calcinieren hergestellte Trennschicht und das andere in Stufe (b) hergestellte gepreßte poröse Produkt mit der weniger porösen Schicht zur Trennschicht zeigend einbringt, druckformt, nachhärtet und die nachgehärteten Materialien calciniert, um sie zu einem Gesamtkörper zu integrieren.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für die Trennschicht eine Mischung ist, die 50 bis 90 Gew.-% eines Füllstoffes, wie Kohlenstoffteilchen mit einem Durchmesser von 50 µm oder weniger, und 50 bis 10 Gew.-% eines wärmehärtbaren Harzbindemittels, wie Phenolharz, enthält.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Trennschichtmaterial verwendet, das Kohlenstoffteilchen mit einem Durchmesser von 50 µm oder weniger enthält, die mit einem Phenolharz beschichtet sind.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Material zur Bildung der Kanäle zum Hindurchleiten von Kühlmittel ein Polymer verwendet.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Polymer verwendet, das bei 100°C nicht verdampft und keinen Schmelzfluß zeigt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Polymer verwendet, das aus Polyethylenen, Polypropylenen, Polystyrolen, Polyvinylalkoholen und Polyvinylchloriden ausgewählt ist und eine Carbonisierungsausbeute von 30 Gew.-% oder weniger aufweist.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Material zur Bildung der Kanäle für das Hindurchleiten von Kühlmittel verwendet, das ein Textilgewebe oder ein gitterähnlich geformter Körper aus dem Polymer ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Textilgewebe verwendet, das einzelne Fasern oder Bündel aus einer Anzahl Fasern enthält, die gewebt worden sind, und bei dem die Fasern oder die Bündel einen Durchmesser im Bereich von 2,2 bis 11 mm haben.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man solche Abmessungen vorsieht, daß der Abstand zwischen zwei Fasern oder Bündeln parallel zur Kühlmittelstromrichtung im Bereich von 3 bis 30 mm und der Abstand zwischen zwei Fasern oder Bündeln senkrecht zur Kühlmittelstromrichtung im Bereich von 5 bis 100 mm liegt.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man einen gitterähnlichen geformten Körper verwendet, der durch Extrusionsformung einer Schmelze des Polymeren in einer Form oder durch Druckformung von Polymerpellets oder -pulver in einer Form hergestellt ist, wobei die Gitterstäbe einen Durchmesser oder ein Durchmesseräquivalent im Bereich von 2,2 bis 11 mm haben.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man solche Abmessungen vorsieht, daß der Abstand zwischen zwei Gitterstäben parallel zur Kühlmittelstromrichtung im Bereich von 3 bis 30 mm und der Abstand zwischen zwei Gitterstäben senkrecht zur Kühlmittelstromrichtung im Bereich von 5 bis 100 mm liegt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Druckformung der Stufe (a) bei einer Temperatur im Bereich von 120 bis 160°C und einem Druck im Bereich von 0,3 bis15 MPa während einer Zeitspanne im Bereich von 10 bis 60 Minuten durchführt.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Nachhärtung in der Stufe (a) bei der Formungstemperatur mindestens 2 Stunden lang ausführt.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Calcinierung in Stufe (a) unter einer inerten Umgebung bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 3000°C etwa 1 Stunde lang ausführt.

23. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Druckformung in Stufe (b) bei einer Temperatur im Bereich von 60 bis 100°C und einem Druck im Bereich von 2 bis 5 MPa über einen Zeitraum von 10 bis 30 Minuten durchführt.

24. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Druckformung in Stufe (c) bei einer Temperatur im Bereich von 130 bis 160°C und einem Druck im Bereich von 2 bis 5 MPa für einen Zeitraum im Bereich von 10 bis 30 Minuten durchführt.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9 zur Herstellung des Elektrodenmaterials gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) in eine Form geeigneter Gestalt (1) ein gemischtes Trennschichtmaterial, das (i) 50 bis 90 Gew.-% kohlenstoffhaltigen Füllstoff ausgewählt aus nicht graphitierbaren kohlenstoffhaltigen Teilchen, wie calcinierten Teilchen aus oxidiertem Pech, Kohlefaserteilchen und calcinierten Phenolteilchen, und (ii) 10 bis 50 Gew.-% eines Bindemittels enthält, (2) ein Material für die Bildung von Kanälen zum Hindurchleiten von Kühlmittel und (3) ein gemischtes Trennschichtmaterial in dieser Reihenfolge einbringt,
(b) zur Herstellung eines geformten Körpers für eine Trennschichtplatte vorpreßt,
(c) die nahezu gleichen Maßnahmen wiederholt, um vier geformte Platten für Randdichtungselemente herzustellen,
(d) den in Stufe (b) hergestellten Körper für die Trennschichtplatte und die in Stufe (c) für die Randdichtungselemente hergestellten Platten in eine Form geeigneter Gestalt einbringt,
(e) druckformt,
(f) nachhärtet und
(g) die nachgehärteten Materialien bei einer Temperatur von 1000° oder höher calciniert.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß man das Vorpressen bei einer Temperatur von 70 bis 170°C und einem Druck von 0,3 bis 14,8 MPa über einen Zeitraum von 10 bis 60 Minuten durchführt.

27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß man die Druckformung bei einer Temperatur im Bereich von 120 bis 170°C und einem Druck von 0,3 bis 14,8 MPa über einen Zeitraum von 10 bis 20 Minuten durchführt.

28. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß man das Nachhärten bei einer Temperatur von 130 bis 160°C und einem Druck von 0,15 MPa oder weniger mindestens 2 Stunden lang durchführt.