DE3638856A1 - Poroese platte fuer eine elektrochemische zelle und verfahren zu deren herstellung - Google Patents
Poroese platte fuer eine elektrochemische zelle und verfahren zu deren herstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine poröse Platte für eine elektro
chemische Zelle und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Naßdichtung für
eine poröse Platte, die in einer elektrochemischen Zelle,
wie einem Brennstoffzellenkraftwerk, verwendet wird. Obwohl
diese Erfindung zum Gebrauch auf dem Gebiet der Phosphor
säuren-Brennstoffzellenkraftwerke gemacht wurde, findet
sie auch bei anderen elektrochemischen Zellen Anwendung,
bei denen solche Dichtungen verwendet werden.
Brennstoffzellenkraftwerke erzeugen dadurch elektrische
Energie, daß sie in einer oder mehreren elektrochemischen
Zellen einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel elektro
chemisch verbrauchen. Das Oxidationsmittel kann reiner
Sauerstoff oder eine Mischung aus sauerstoffhaltigen Gasen,
wie Luft, sein. Der Brennstoff kann Wasserstoff sein.
Jede Brennstoffzelle weist im allgemeinen Elektroden
zur Aufnahme der Gase, nämlich eine Anode für den Brenn
stoff und eine Kathode für das Oxidationsmittel auf. Die
Kathode ist von der Anode beabstandet, und eine mit dem
Elektrolyten gesättigte Matrix ist zwischen diesen Elek
troden angeordnet.
Jede Elektrode weist ein Substrat auf, auf dem auf der
Seite, die der Elektrolytmatrix zugekehrt ist, eine Kata
lysatorschicht angeordnet ist. In einigen Fällen ist auf
der anderen Seite des Substrats eine Elektrolytspeicher
platte angeordnet, die dem Träger Elektrolyt durch kleine
Poren zuführen kann. Diese Elektrolytspeicherplatten kön
nen Kanäle oder Durchgänge hinter dem Substrat für die
Zuführung eines Reaktionsgases, wie des gasförmigen Brenn
stoffes zu der Anode und des gasförmigen Oxidationsmit
tels zu der Kathode, aufweisen. Beispielsweise können
diese Kanäle zwischen parallelen Rippen auf der Substrat
seite der Elektrolytspeicherplatte ausgebildet sein. Eine
Trennplatte auf der anderen Seite der Elektrolytspeicher
platte bildet eine Sperre gegen den Übertritt des Elektro
lyten und verhindert eine Durchmischung der Brennstoff
und Oxidationsmittelgase in angrenzenden Zellen. Eine wei
tere annehmbare Konstruktion besteht darin, daß Elektro
densubstrat sowohl als Elektrolytspeicherplatte als auch
als Elektrodensubstrat wirken zu lassen, wobei auf der der
Trennplatte zugekehrten Seite des Substrats Kanäle ausge
bildet sind.
Im allgemeinen wird ein Stapel aus Brennstoffzellen und
Trennplatten zur Durchführung der elektrochemischen Reak
tion verwendet. Infolge der elektrochemischen Reaktion er
zeugt der Brennstoffzellenstapel elektrische Energie, ein
Reaktionsprodukt und Abwärme. Ein Kühlsystem erstreckt sich
durch den Stapel, um die Abwärme von dem Brennstoffzellen
stapel abzuführen. Das Kühlsystem weist ein Kühlmittel und
Leitungen für das Kühlmittel auf. Die Leitungen sind in
Kühlerhaltern angeordnet, um Kühler in dem Stapel zu bil
den. Mit Hilfe der Kühlerhalter wird Wärme von den Brenn
stoffzellen auf die Leitungen und von den Leitungen auf
das Kühlmittel übertragen.
Der Kühlerhalter muß elektrisch und thermisch leitfähig sein
und kann gasdurchlässig sein. Ein Beispiel für einen der
artigen Kühlerhalter ist in der US-PS 42 45 009 (Guthrie)
mit dem Titel "Poröser Kühlmittelrohr-Halter für einen
Brennstoffzellenstapel" gezeigt.
Alternativ dazu kann der Kühlerhalter auch gasundurch
lässig sein. Ein Beispiel für einen derartigen Kühlerhal
ter ist in der US-PS 39 90 913 (Tuschner) mit dem Titel
"Phosphorsäure-Wärmeübertragungsmaterial" gezeigt. Bei
Tuschner dient der Kühlerhalter sowohl als Kühlerhalter
als auch als Trennplatte.
Die Trennplatten verhindern das Vermischen des Brennstoff
gases, wie Wasserstoff, das auf der einen Seite der Platte
vorliegt, mit einem Oxidationsmittel, wie Luft, das auf
der anderen Seite der Platte vorliegt. Die Trennplatten
sind daher für Gase wie Wasserstoff hoch undurchlässig und
elektrisch hoch leitfähig, um den elektrischen Strom durch
den Brennstoffzellenstapel hindurchzuleiten. Außerdem müs
sen die Trennplatten auch die stark korrodierende Atmos
phäre tolerieren, die von dem in der Brennstoffzelle ver
wendeten Elektrolyten gebildet wird. Ein Beispiel für einen
solchen Elektrolyten ist heiße Phosphorsäure. Zusätzlich
müssen die Trennplatten, wie die Kühlerhalter, eine hohe
Festigkeit, insbesondere Biegefestigkeit, aufweisen, die
ein Maß für die Trennplatte ist, hohe Druckbelastungen,
eine unterschiedliche thermische Ausdehnung von aneinander
liegenden Bauteilen und zahlreiche thermische Zyklen, ohne
Rißbildung oder Bruch auszuhalten.
Ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung von Trenn
platten für elektrochemische Zellen wird in der US-PS
43 60 485 (Emanuelson u.a.) beschrieben, wobei die Offen
barung dieses Patents durch ausdrückliche Bezugnahme die
vorliegende Beschreibung ergänzt. Bei dem dort beschriebe
nen Verfahren wird die Trennplatte dadurch hergestellt,
daß man eine Mischung aus vorzugsweise 50% eines Graphit
pulvers hoher Reinheit und 50% eines verkohlbaren thermisch
härtenden Phenolharzes in die gewünschte Form bringt und
dann graphitiert. Insbesondere wird dabei eine gut durch
mischte Mischung aus dem geeigneten Harz und dem Graphit
pulver beschrieben. Die Mischung wird dann in einer Form
verteilt. Der Formling wird unter Druck und erhöhter Tem
peratur verdichtet, um das Harz zu schmelzen und teilweise
zu härten und die Platte auszubilden.
Elektrolyspeicherschichten, wie sie üblicherweise in Elek
trolytspeicherplatten und als Elektrodensubstrat verwendet
werden, müssen Anforderungen erfüllen, die sich von denen
an einer Trennplatte unterscheiden. Zum Beispiel müssen
Speicherschichten Volumenveränderungen des Elektrolyten
während des Betriebs der Brennstoffzelle ausgleichen. Bei
spiele für derartige Elektrolytspeicherschichten sind in
den US-PSen 37 79 811, 39 05 832, 40 35 551, 40 38 463,
40 64 207, 40 80 413, 40 64 322, 41 85 145 und 43 74 906,
die alle der Anmelderin gehören, beschrieben.
Verschiedene dieser Patente zeigen die Nutzung der Elektro
lytspeicherschicht als Elektrodensubstrat. Zusätzlich zum
Ausgleich von Veränderungen des Säurevolumens infolge einer
Elektrolytverdampfung und von Veränderungen der Betriebs
bedingungen der Zellenelektrode müssen Substrate ver
schiedene andere funktionelle Anforderungen erfüllen. Bei
spielsweise muß das Substrat ein guter elektrischer Leiter
und ein guter thermischer Leiter sein und eine ausreichende
strukturelle Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf
weisen. Das Substrat dient als Träger für die Katalysator
schicht und als ein Mittel für die Durchleitung der gasförmigen
Reaktanten durch die Katalysatorschicht. Schließlich müs
sen die Kanten des Substrats oft als Naßdichtung dienen,
die ein Entweichen der Reaktionsgase und des Elektrolyten
aus der Zelle verhindert.
Dies kann auf die in der US-PS 38 67 206 (Trocciola u.a.)
mit dem Titel "Naßdichtung für Flüssigelektrolytbrennstoff
zellen" beschriebene Art und Weise gemacht werden, die auf
dieselbe Anmelderin wie die vorliegende Erfindung zurückgeht.
Ein weiteres Beispiel ist in der ebenfalls der Anmelderin
gehörenden US-PS 42 59 389 (Vine) mit dem Titel "Naßdich
tung mit geringer Porosität für hohen Druck" gezeigt.
Dabei kann die Dichtung in den Kantenbereich einer porösen
Platte unter Verwendung eines pulverförmigen Füllstoffes
gebildet werden, die dem Bereich eine höhere Dichte ver
leiht, welche die Porosität vermindert. Dennoch ist dieser
Vorschlag nicht allgemein angenommen worden.
Ein weiterer Vorschlag für die Bildung von Randdichtungen
besteht darin, die Dichte des Randbereiches durch Zusam
mendrücken zu erhöhen. Verdichtete Trägerranddichtungen
sind in den der Anmelderin gehörenden US-PSen 42 69 642
und 43 65 008 beschrieben. Die Praxis hat gezeigt, daß die
Dichtungsdichte und Porengröße, die praktisch erhalten
werden können, den Randdichtungsquerdruck (der allgemein
als Blasendruck bezeichnet wird) auf 0,206-0,275 bar
beschränken. Dies ist weniger als die 0,69 bar, die für
einen Brennstoffzellenstapel erwünscht sind, der bei 8,3
bar arbeitet, wobei Druckunterschiede zwischen den Reak
tanten bis zu 0,34-0,69 bar erreichen können.
Demzufolge versuchen Naturwissenschaftler und Ingenieure,
für poröse Platten einer elektrochemischen Zelle Dichtun
gen zu entwickeln, die höhere Übergangsdrücke, die bei
Brennstoffzellen mit höherem Druck auftreten, aushalten
können.
Einige der neuesten Vorschläge folgten der in der US-PS
42 59 389 (Vine) angegebenen Lösung, den Rand- oder Kanten
bereich zu imprägnieren. Diese Vorschläge hatten aber nur
mäßigen Erfolg. Ein von den Erfindern der vorliegenden
Anmeldung entwickeltes verbessertes Verfahren besteht
darin, eine Suspension aus Dichtungsmaterial zu bilden
und die Suspension in den Randbereich zu drücken. Jedoch
war bei den Feststoffkonzentrationen, die zur Füllung der
Hohlraumstruktur erforderlich sind, die Suspensionsvisko
sität zu hoch, um ein vollständiges Eindringen in das
dicke Substrat zu erhalten. Bei genügend niedrigen Visko
sitäten für ein gutes Eindringen war der Feststoffgehalt
der Suspension zu niedrig, um das Hohlraumvolumen auszu
füllen, und führte zu großen Poren.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Dichtung
für eine poröse Platte für eine elektrochemische Zelle
anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile überwindet.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen des kenn
zeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 bzw. 8 gelöst.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben
einer solchen elektrochemischen Zelle.
Erfindungsgemäß wird somit ein Dichtungsbereich einer
porösen Platte für eine elektrochemische Zelle mit einem
einen hohen Feststoffgehalt ergebenden und eine niedere
Struktur aufweisenden Pulver in einer Suspension unter
Druck gefüllt, um eine Dichtung für die poröse Platte nach
der Entfernung der Flüssigkeit zu bilden, wobei die Dich
tung in der Lage ist, momentane Querdrücke auszuhalten,
die um eine Größenordnung größer als die beim normalen
Betrieb auftretenden Querdrücke sind.
Erfindungsgemäß besteht das Verfahren zum Herstellen der
Dichtung darin, daß eine Vordichtungsmaterial-Suspension
gebildet wird, die einen so hohen Feststoffgehalt hat, daß
Gesamtvolumenverminderungen des Dichtungsmaterials nach
der Entfernung der Flüssigkeit aus der Suspension vermie
den wird und daß der Dichtungsbereich durch Aufbringen von
Druck auf das Vordichtungsmaterial gefüllt wird, der größer
als 0,34 bar ist, um das Dichtungsmaterial in das Substrat
zu drücken.
Ein Hauptmerkmal der Erfindung besteht darin, daß die
poröse Platte einen Dichtungsbereich hat, der eine wesent
lich größere Dichte als ein nicht dichtender Bereich der
Platte aufweist. Ein Beispiel dafür ist ein Elektroden
substrat, bei dem der Dichtungsbereich eine Dichte hat,
die mindestens ungefähr 200% der Dichte der porösen Platte
in einem nicht abgedichteten Bereich der Platte beträgt.
Ein weiteres Beispiel dafür ist eine Elektrolytspeicher
platte, bei der wegen der viel höheren Dichte im Vergleich
zu der des Elektrodensubstrats die Dichte des Dichtungs
bereiches ungefähr 150% der Dichte des nicht dichtenden
Bereiches beträgt. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist
der hohe Feststoffgehalt der Vordichtungsmaterial-Suspension
und der Kontakt zwischen den Teilchen des Dichtungsmaterials
nach der Entfernung des Vehikels der Suspension. Bei einer
Ausführungsform besteht ein Merkmal in einem inerten Binde
mittel in der Suspension, das in einer genügend kleinen
Menge vorhanden ist, um eine wesentliche Veränderung der
hydrophilen Natur der Teilchen zu verhindern, und das
dennoch einen Binder zwischen den Teilchen des Dichtungs
materials bildet. Das Dichtungsmaterial ist ein Pulver,
das aus der aus Kohlenstoff, Graphit oder Siliciumcarbid
oder aus daraus gebildeten Mischungen bestehenden Gruppe
ausgebildet ist.
Ein Hauptvorteil der Erfindung ist die Perfektheit einer
elektrochemischen Zelle, die in der Lage ist, momentane
Querdrücke zwischen einer Anode und einer Kathode auszu
halten, die um eine Größenordnung größer als die normalen
Betriebsquerdrücke sind. Dies ergibt sich aus einer Dich
tung, die aus abgesetztem Dichtungsmaterial gebildet ist,
das eine geringe Porengröße dadurch hat, daß eine Gesamt
volumenverminderung des Dichtungsmaterials verhindert wird,
die sich ergeben könnte, wenn die Flüssigkeit der Dich
tungsmaterial-Suspension aus einer porösen Platte entfernt
wird, wie z.B. einem Substrat, in welchem das Dichtungs
material abgesetzt ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnun
gen gezeigt und wird im folgenden näher beschrieben. Es
zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil eines elektro
chemischen Zellenstapels mit Elektrolytspeicher
schichten, wie z.B. einem Substrat oder einer
Elektrolytspeicherplatte, bei denen ein Dichtungs
material in einem Dichtungsbereich abgesetzt ist,
und
Fig. 2 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Drücken
der Vordichtungsmaterial-Suspension in eine poröse
Platte in auseinandergezogener Form.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen
Brennstoffzellenkraftwerks, wobei ein Teil eines Brenn
stoffzellenstapels 6 gezeigt ist. Der Brennstoffzellen
stapel enthält eine oder mehrere Brennstoffzellen, die
durch die Brennstoffzelle 8 repräsentiert werden, sowie
Kühlerhalter, die durch den einzigen Kühlerhalter 10 re
präsentiert werden, die in bestimmten Abständen zwischen
Gruppen von Brennstoffzellen angeordnet sind. Die Kühler
halter sind dafür ausgebildet, Leitungen 11 für ein Kühl
mittel aufzunehmen.
Jede Brennstoffzelle enthält eine den Elektrolyten halten
de Matrix 12, die zwischen einer Anode 14 und einer Kathode
16 angeordnet ist. Bei der speziellen gezeigten Zelle wird
Phosphorsäure als Elektrolyt verwendet. Eine Elektrolyt
speicherplatte 18 grenzt an die Anode an, und eine Elektro
lytspeicherplatte 20 an die Kathode. Bei einer alternativen
Konstruktion können die Elektrolytspeicherplatten durch
gerippte Gastrennplatten ersetzt sein.
Die Anode 14 weist eine Katalysatorschicht 22 und ein die
Katalysatorschicht tragendes Elektrodensubstrat auf. Das
Substrat ist eine poröse Platte und wirkt als gasdurchläs
sige Speicherschicht für den Elektrolyten. Die Katalysator
schicht ist an dem Substrat befestigt und ist aus Kataly
satorteilchen gebildet, die mit Hilfe eines hydrophoben
Materials, wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen, anein
andergebunden sind. Ein solcher Katalysator besteht aus
Platin auf Kohleteilchen.
Die poröse Elektrolytspeicherplatte 18 weist Rippen 26
und einen Randabschnitt 28 auf. Die Rippen haben einen
Abstand voneinander, so daß Durchgangskanäle 29 für den
Brennstoff zwischen ihnen freigelassen werden. Ein geeig
neter Brennstoff, wie beispielsweise Wasserstoff, wird
durch die Kanäle 29 zwischen der Speicherschicht und der
Elektrolytspeicherplatte und von dort zu der Katalysator
schicht 22 geleitet.
Die Elektrolytübertragung zwischen der Matrix 12 und der
Elektrolytspeicherplatte 18 wie auch der Speicherschicht
24 erfolgt direkt durch die Poren der Katalysatorschicht
22, die teilweise hydrophil ist. Die Katalysatorschicht
kann Löcher zur Unterstützung dieser Flüssigkeitsübertra
gung haben. Diese Verteilung des Elektrolyten innerhalb
der Zelle tritt infolge der Kapillarwirkung der porösen
Strukturen (d.h. der Oberflächenspannungserscheinung der
Gas-Flüssigkeit-Schnittstelle) auf, welche bewirkt, daß
die poröse Struktur Kapillarkräfte entwickelt. Je kleiner
die Poren sind, desto größer ist die Kapillarkraft und
die Fähigkeit zur Zurückhaltung der Flüssigkeit.
Die Kathode 16 hat wie die Anode 14 ein Substrat 30 und
eine Katalysatorschicht 32. Die Katalysatorschicht ist an
dem Substrat befestigt.
Die an die Kathode angrenzende Elektrolytspeicherplatte
20 hat eine Vielzahl von Rippen, die durch die einzige
Rippe 34 repräsentiert sind und einen Abstand voneinander
aufweisen, um Durchgangskanäle 38 für das Oxidationsmittel
zu bilden. Diese Durchgangskanäle erstrecken sich im all
gemeinen senkrecht zu den Durchgangskanälen 29. Ein Oxida
tionsmittel, wie z.B. der Sauerstoff in der Luft, wird
durch diese Durchgangskanäle zwischen der Speicherschicht
und der Elektrolytspeicherplatte und von dort durch das
Substrat zu der Katalysatorschicht geleitet.
Zur Trennung der aneinandergrenzenden Brennstoffzellen
werden eine Trennplatte 39 a mit einem Randabschnitt 40 a
und eine Trennplatte 39 b mit einem Randabschnitt 40 b ver
wendet. Die Trennplatten verhindern eine Vermischung des
Wasserstoffes, der in den Durchgangskanälen 29 strömt,
mit dem Sauerstoff der Luft, die in den Durchgangskanälen
38 strömt. Die Trennplatten sind dabei für ein Gas wie
Wasserstoff hoch undurchlässig und außerdem elektrisch
hoch leitfähig, um einen Elektrodenfluß von Zelle zu Zelle
durch den Stapel zu ermöglichen. Die Trennplatten verhin
dern ferner einen Austritt des Elektrolyten aus den Spei
cherschichten innerhalb der Zelle.
Jede eine Speicherschicht aufweisende poröse Platte hat am
Rand einen Dichtungsbereich. Beispielsweise weist das
Anodensubstrat 24 einen Randdichtungsbereich 41, das Katho
densubstrat 30 einen Randdichtungsbereich 42 auf und die
Elektrolytspeicherplatten haben ebenfalls Randdichtungs
bereiche in dem Kantenbereich 28, der sich parallel zu dem
letzten Durchgangskanal 29 erstreckt, und in dem Kanten
bereich 36, der sich parallel zu dem letzten Durchgangs
kanal 34 erstreckt. Jeder Dichtungsbereich ist mit einem
Dichtungsmaterial gefüllt, so daß der Dichtungsbereich eine
Dichtung mit dem Elektrolyten bildet. Das Dichtungsmaterial
weist ein inertes Pulver auf, das aus der aus Kohlenstoff,
Graphit, Siliciumcarbid und daraus gebildeten Mischungen
bestehenden Gruppe ausgewählt ist. Das Pulver hat eine
Teilchengröße, die kleiner als 1 Mikron ist, und eine
niedere Struktur, um die Zerstreuung des Pulvers auf die
ursprünglichen Hauptteilchen zu erleichtern, so daß die
Bildung einer einen hohen Feststoffgehalt und eine geringe
Viskosität aufweisenden Suspension unterstützt wird. Das
Dichtungsmaterial erhöht die Dichte des Dichtungsbereiches
des Substrats und verringert die Porosität der Platte. Da
die Poren des Dichtungsbereiches kleiner als der Rest der
Platte sind, bleibt das gesamte Volumen der Poren fast
vollständig mit Elektrolyt gefüllt, solange die Matrix 12
mit Elektrolyt gefüllt ist. Durch das Einklemmen der
Dichtungsabschnitte zwischen den Randabschnitt 40 a der
oberen Gastrennplatte und den Randabschnitt 40 b der unte
ren Gastrennplatte werden Flüssigkeitsdichtungen gebildet,
die sich zu den Oberflächen 45, 46, 48, 50, 52 und 54 hin
erstrecken.
Wie erwähnt erzeugt die aus der Oberflächenspannung einer
Flüssigkeit von porösen Strukturen sich ergebende Kapillar
wirkung Kapillarkräfte, die eine Bewegung des flüssigen
Elektrolyten aus den Poren des Dichtungsbereiches verhin
dern. Je kleiner die Pore, desto größer ist die Kapillar
kraft an der Gas-Flüssigkeit-Schnittstelle und die Fähig
keit, Druckunterschiede zwischen dem Reaktionsgas in der
Brennstoffzelle und zwischen irgendeinem Reaktionsgas und
dem Äußeren der Zelle zu verhindern. Aufgrund des zum
Füllen des Dichtungsbereiches mit dem Dichtungsmaterial
verwendeten Verfahrens kann die in dem Substrat gebildete
Dichtung statischen Gasdrücken und sogar momentanen Druckdif
ferenzen, die im Bereich zwischen 0,34 und 2,07 bar liegen
können, widerstehen.
Fig. 2 zeigt eine auseinandergezogene Seitenansicht einer
Vorrichtung 58 zum Füllen einer porösen Platte einer elek
trochemischen Zelle, wie z.B. des Kathodensubstrats 30 mit
einem Dichtungsmaterial. Die Vorrichtung weist eine erste
Platte 60 und eine zweite Platte 62 auf, von denen jede
an einer zugeordneten Oberfläche (d.h. Oberfläche 50 oder
52) des Substrats angreifen kann. Die zweite Platte hat
eine axial sich erstreckende Aushöhlung 64, die ungefähr
die axiale Breite der in der porösen Platte zu bildenden
Dichtung hat. Die Aushöhlung wird von drei Seiten der
Platte begrenzt. Ein Sieb 66 begrenzt die Aushöhlung auf
der vierten Seite. Die Öffnungen des Siebs betragen 0,147 mm.
Bei anderen Ausführungsformen kann das Sieb weggelassen und
die Platte 62 gegen die Platte 60 ausgetauscht werden,
derart, daß die Dichtungsmaterial-Suspension nicht aus der
Aushöhlung durch die Schwerkraft herausgezogen werden kann.
Eine Dichtung 68 verläuft um den Umfang der Aushöhlung 64
und läßt einen Strömungsbereich 72 dazwischen frei. Ein
geeignetes Material für die Dichtung ist ein mittlerer,
geschlossene Zellen aufweisender Neoprenschaum, wie z.B.
der COHRlastic-Schaum, der von der Auburn Rubber Company,
Middletown, Connecticut erhältlich ist. Die Dichtung hat
eine Oberfläche 74, mit der sie an der Oberfläche 52 der
porösen Platte angreift.
Ein bewegbares Band 86 fördert die poröse Platte in einen
Bereich zwischen den einander zugekehrten Platten. Das
Band ist ein Nytex-Band, das von Nazdur K.C. Coatings,
Taerboro, New Jersey erhältlich ist und ein monophiles Nylon
stoffmatrizenband ist, das annähernd 198 µm dick ist und
eine Öffnungsgröße von 0,222 mm mit einem offenen Bereich
von 48,5% hat. Ein poröses Papier 78 ist zwischen dem Band
und der porosen Platte angeordnet. Das poröse Papier ist
ein gebleichtes mittleres Filzpapier, wie es gewöhnlich in
der Medizin verwendet wird.
Die erste Platte 60 hat eine Vielzahl von quer verlaufen
den Rippen 82, die einen axialen Abstand voneinander haben,
so daß sie eine Vielzahl von Spalten 84 dazwischen frei
lassen. Diese Spalten stehen über eine Leitung 96 in Strö
mungsverbindung mit einem Unterdruckerzeuger, der den
Druck in den Spalten 84 während des Betriebes der in Fig. 2
gezeigten Vorrichtung vermindert. Bei anderen Ausführungs
formen wird kein Unterdruck in den Spalten 84 erzeugt.
Während des Betriebes der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung
wird die poröse Platte durch die Bewegung des Sandes 86
zwischen die erste und zweite Platte 60, 62 in Position
gebracht. Die Platten bewegen sich relativ zueinander, um
die poröse Platte zwischen sich einzuklemmen. Die Aushöh
lung 64 steht in Strömungsverbindung mit einer Quelle für
das Vordichtungsmaterial in Suspensionsform. Die Suspen
sion wird unter einem erheblichen Druck zugeführt, der im
allgemeinen größer als 68,95 kPa über die poröse Platte
hinweg ist.
Wenn die Suspension in die poröse Platte 30 gedrückt wird,
wird die erste Platte 60 in Strömungsverbindung mit einem
Unterdruckerzeuger gesetzt, so daß sie einen Teil der Sus
pension durch das Nytex-Band zieht. Nach dem Füllen des
Dichtungsbereiches der porösen Platte mit dem Dichtungs
material wird die poröse Platte an eine Stelle bewegt, an
der die Flüssigkeit vollständig durch Verdampfung, wie
z.B. durch Erhitzen, entfernt werden kann, so daß das ab
gesetzte Dichtungsmaterial zurückbleibt.
Die Vordichtungsmaterial-Suspenion für den Randbereich um
faßt eine Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, und ein inertes
Pulver in der Flüssigkeit, wie z.B. Kohlenstoff, Graphit
oder Siliciumcarbid, wie bereits erwähnt. Das Pulver hat
eine variable Teilchengröße, die kleiner als oder gleich
1 Mikron ist, und eine niedere Struktur, die durch die
Größe und Form des Zuschlagstoffes, der Anzahl von Teil
chen pro Gewichtseinheit des Zuschlagstoffes und ihre
durchschnittliche Masse bestimmt wird. Die Struktureigen
schaften beeinflussen die Zuschlagstoffpackung und das
Volumen der Hohlräume in dem Grundmaterial. Die Struktur
wird in bezug auf das Hohlraumvolumen und insbesondere
unter Verwendung der DBPA-Methode gemessen, der eine Zahl
zugeordnet ist, wie sie in der Norm ASTMD 2414 festgelegt
ist, die von der American Society for Testing and Materials
herausgegeben wird. Das Pulver wird dann als eine niedere
Struktur aufweisend betrachtet, wenn es eine DBPA-Zahl
hat, die kleiner als 50 ml pro 100 g ist. Die Herstellung
der Vordichtungsmaterialsuspension beinhaltet das Hinzu
fügen des Pulvers zu der Flüssigkeit und das mechanische
Berühren der Suspension zur Vermeidung von Klumpenbildung.
Somit wird das Pulver der Suspension zugegeben, das Pulver
wird gründlich durchgemischt und dann wird noch mehr Pulver
der Suspension hinzugefügt. Ein oberflächenaktives Mittel
oder ein Dispersionsmittel wird der Flüssigkeit zugegeben,
um die Benetzung des Pulvers zu erhöhen und beim Vermischen
mitzuhelfen. Dieses Verfahren wird solange fortgeführt, bis
der Feststoffgehalt eine Höhe erreicht hat, bei der eine
Gesamtvolumenverminderung des Dichtungsmaterials nach dem
Entfernen der Flüssigkeit aus der Suspension verhindert
wird.
Dies ist wichtig, weil eine Gesamtvolumenverminderung, wie
sie z.B. das Zusammenfallen des Materials auf sich selbst
nach der Entfernung der Flüssigkeit begleitet, zu Poren
größen führt, die viel größer sind als wenn das Dichtungs
material nahe bei seiner Ausrichtung bleibt, die es hatte,
als es von der Flüssigkeit an Ort und Stelle gehalten
wurde. Es wurde festgestellt, daß ein großer Feststoff
gehalt, der typischerweise größer als 60%, bezogen auf
das Gewicht der Suspension, ist, die Gesamtvolumenverrin
gerung vermeidet, weil die Teilchen genügend Berührungs
punkte haben, daß sie einander abstützen und in einer
verhältnismäßig festen Lage bleiben, selbst nachdem die
Flüssigkeit entfernt ist.
Ein empirisches Verfahren zum Bestimmen, ob eine Gesamt
volumenverringerung stattgefunden hat, besteht darin,
eine poröse Platte mit einer Menge des Dichtungsmaterials
mit dem oben erwähnten Verfahren zu tränken, die Flüssig
keit zu entfernen und das Material mit dem Elektrolyten
zu füllen und danach den Querdruck zu messen. Wenn der
Querdruck hoch und gewöhnlich gleich oder größer als
0,34 bar ist, dann hat das Dichtungsmaterial keine Gesamt
volumenverringerung durchgemacht.
Die Vordichtungsmaterial-Suspension hat somit einen hohen
Feststoffgehalt. Der hohe Feststoffgehalt ermöglicht es,
daß jedes Teilchen an angrenzenden Teilchen angreift,
nachdem die Flüssigkeit aus der Suspension entfernt ist.
Infolgedessen hat das Dichtungsmaterial eine gewisse struk
turelle Festigkeit und kleinere Poren als wenn die Teil
chen sich nicht gegenseitig stützen würden, und könnte mit
einer Gesamtvolumenverringerung und einer Vergrößerung
der Poren zusammenbrechen. Die kleinen Poren haben eine
Kapillaritätscharakteristik (Querdruck für eine gegebene
Flüssigkeit bei einer gegebenen Temperatur) für konzen
trierte Phosphorsäure von 23,9°C, die über 0,34 bar liegt.
Eine Messung der Kapillaritätscharakteristik bestätigt,
daß das Dichtungsmaterial keine Gesamtvolumenverringerung
durchgemacht hat.
Eine andere Vorgehensweise zum Bestimmen des Feststoff
gehaltes, der zum Vermeiden einer Gesamtvolumenverringe
rung in dem Dichtungsmaterial notwendig ist, und die bei
nahe so sicher wie das oben umrissene Verfahren ist, be
steht darin, die Suspension zu bilden und die Flüssigkeit
aus der Suspension zu verdampfen. Ein sich ergebender
Rückstand, der seine strukturelle Form ohne große Unregel
mäßigkeiten in der Oberfläche des Rückstandes beibehält,
zeigt an, daß eine Gesamtvolumenverringerung vermieden
wurde. Wenn jedoch große Risse in der Oberfläche auftre
ten, die als "Schlammrisse" bezeichnet werden, ist der
Feststoffgehalt der Suspension wahrscheinlich nicht aus
reichend, um den hohen Querdruck über die Dichtung hinweg
zu erhalten, wenn der Dichtungsbereich einmal mit Dich
tungsmaterial gefüllt ist.
Außerdem kann eine kleine Menge eines Bindemittels, das
sich in der Umgebung des Elektrolyten der Brennstoffzelle
inert verhält, wie z.B. Polytetrafluoräthylen, der
Suspension zugefügt werden. Das Bindemittel wirkt als
weiterer Klebstoff zwischen den Teilchen, um die struk
turelle Festigkeit der Gruppe von Teilchen zu erhöhen. Im
allgemeinen werden bis zu 5% Polytetrafluoräthylen, bezo
gen auf das Gewicht der Suspension, der Suspension hinzu
gefügt. Größere Mengen von Polytetrafluoräthylen sollten
vermieden werden, weil dieses Bindemittel aufgrund
seines inerten Verhaltens in der Umgebung der Brennstoff
zelle hydrophob ist und weil zuviel des Bindemittels die
Fähigkeit der Dichtung, hohe Kapillarkräfte mit dem Elek
trolyt zu entwickeln, zerstören kann. Die Menge von zu
lässigem Polytetrafluoäthylen kann wieder empirisch da
durch festgestellt werden, daß die Dichtung mit einem ge
gebenen hohen Feststoffgehalt gebildet wird und der Quer
druck, den die Dichtung aushalten kann, wenn sie den Elek
trolyten enthält, gemessen wird.
Ein spezielles gegenwärtig verwendetes Dichtungsmaterial,
das eine niedere Struktur hat und ein submikrongroßes
Kohlenpulver enthält, ist ein solches, bei dem ein Thermax-
Kohlenpulver verwendet wird, das von der R.T. Vanderbilt
Company, Inc., 30 Winfield Street, Norwalk, Connecticut
06855 erhältlich ist. Die ASTM-Bezeichnung ist N-990 und
es hat einen typischen DBPA-Wert von ungefähr 35 ml pro
100 g entsprechend dem Maßstandard der Norm ASTM D-2414.
Dieser kugelförmige Ruß kann in mehr graphitierter Form
verwendet werden, wenn dies zur Oxidationsbeständigkeit
durch Erhitzen des Materials bis zu 2700°C oder höher er
forderlich ist. Natürlich können kompatible Materialien
wie Siliciumcarbid verwendet werden, wenn die Teilchen
größe kleiner als oder gleich 1 Mikron ist.
Eine Vordichtungsmaterial-Suspension, die ungefähr 70
Gew.-% Thermax-Ruß enthält, wurde auf die folgende Art und
Weise zubereitet und mit einem Kohlefasersubstrat verwen
det. 5 g des oberflächenaktiven Mittels Triton (das von
der Rohm und Haas Company, Inc., Philadelphia, Pennsyl
vania erhältlich ist) wurden zu 2000 g Wasser hinzugegeben.
2700 g Thermax-Ruß wurden in die Suspension unter Verwendung
eines Mischers mit geringer Scherung eingemischt. Die Menge
des Zugefügten Thermax-Rußes wurde durch die Dicke der
Mischung begrenzt. Ungefähr die Hälfte der Mischung wurde
in eine Kugelmühle gegossen und 24 Stunden lang disper
giert (d.h. bis auf ungefähr Hauptteilchengröße zerbrochen).
Die Dispergierwirkung brachte die Mischung in den flüssigen
Zustand zurück, der die Hinzufügung weiterer 336 g Thermax
gestattete. Die Mischung wurde weitere 50 Stunden lang dis
pergiert und dann wurden 5 g Triton hinzugefügt. Das zusätz
liche oberflächenaktive Mittel ermöglichte die Hinzufügung
weiterer 443 g Thermax-Ruß. Die Mischung wurde dann für
24 Stunden wieder in die Kugelmühle gegeben. Nach einer
Zerstäubung von 24 Stunden war die Mischung zu dick, und
es wurden 5 g Wasser und 5 g des oberflächenaktiven Mittels
Triton hinzugefügt. Nach einer weiteren Zerstäubung von
ungefähr 2 Stunden wurde eine Probe von der Mischung abge
zogen, verdampft, und es wurde ermittelt, daß sie 67,4%
Feststoffe hat. Nach 24stündiger Zerstäubung durch die
Kugelmühle wurden weitere 143 g Thermax hinzugefügt, das
den Feststoffgehalt auf 71,8% brachte.
Die Vorläufersuspenion des Beispieles 1, die einen Fest
stoffgehalt von 70 Gew.-% und eine Viskosität von unge
fähr 1000 cP hat, wurde dazu verwendet, ein Kohlefaser
substrat zu füllen. Das Substrat war 2,0 mm dick und hatte
eine mittlere Porengröße von 36 Mikron.
Die Vorläufersuspension wurde unter einem Druck von 0,69
bar durch das Sieb, durch den Strömungsbereich und in das
Substrat extrudiert. Nach dem Füllen wurde das Substrat
getrocknet, um das Wasser aus der Suspension zu entfernen.
Die Dichte des Dichtungsbereiches betrug 230% der Dichte
des Substrates bevor es mit der Vorläufersuspension ge
füllt war. Insbesondere betrug die Dichte des Dichtungs
bereiches ungefähr 1,25 g pro cm3, während die Dichte des
Substrates an einer von dem Dichtungsbereich entfernten
Stelle 0,55 g pro cm3 betrug.
Die so gebildete Randdichtung wurde mit Phosphorsäure
(H3PO4) durch Untertauchen in 85 Gew.-% H3PO4 bei 163°C
für 1 Stunde gefüllt. Die Kapillaritätscharakteristik der
Dichtung (d.h. der Querdruck oder der Blasendruck für
konzentrierte Phosphorsäure bei 23,9°C dieser Dichtung
wurde mit 0,62 bar bei 23,9°C gemessen. Andere Kohlefaser
substrate wurden mit Vorläufersuspensionen mit einem höhe
ren Feststoffgehalt imprägniert, die wie in Beispiel 1 an
gegeben hergestellt wurden, aber einen Feststoffgehalt
von 75% hatten. Die sich ergebende Dichte betrug 260% der
Dichte des Substrates in einem nicht dichtenden Bereich.
Die Kapillaritätscharakteristik (Querdruck) der Dichtung
wurde mit 2,07 bar gemessen.
Eine Vordichtungsmaterial-Suspension, die ungefähr 74%
Thermax-Ruß enthält, wurde in einem Großchargenprozeß her
gestellt, der in vielen Punkten dem beim Beispiel 1 verwen
deten Verfahren ähnlich ist. Die Vorläufersuspension sollte
ein graphitiertes Zellulosesubstrat füllen, das eine mitt
lere Porengröße von 21 Mikron hat.
Die Suspension wurde in einem Großchargenprozeß in einem
24stündigen Mischzyklus unter mehreren Hinzufügungen von
abnehmenden Mengen von Thermax-Ruß hergestellt. Wegen der
Größe der Charge (ungefähr 34,1 l) wurde eine Kugelmühle
in Produktionsgröße verwendet. Diese Kugelmühle wird von
Paul O. Abbe, Inc., Little Falls, New Jersey hergestellt.
Der Großchargenprozeß führte zu einer besseren Verteilung
des Rußes in der Suspension (ungefähr 73%) mit einer gleich
zeitigen Erhöhung der Viskosität der Suspension auf unge
fähr 6 bis 7000 cP. Wegen der kleineren Porengröße wurde
die Viskosität der Vorläufersuspension durch den Zusatz
von Wasser um ungefähr ein Drittel abgesenkt, um den Fest
stoffgehalt auf 69% zu reduzieren, wonach sich eine wei
tere Zerstäubung der Suspension anschloß. Die Dichte des
Dichtungsbereiches nach dem Trocknen betrug 199%, ungefähr
200% der Dichte des nicht dichtenden Bereiches des Sub
strates. Die Kapillaritätscharakteristik betrug 0,79 bar
für konzentrierte Phosphorsäure bei 23,9°C.
Eine Vordichtungsmaterial-Suspension, die ungefähr 70 bis
71 Gew.-% Ruß enthielt, wurde unter Verwendung eines
Cowles-Auflösers, der von der Cowles-Auflöser Company, Inc.
Cayuga, New York hergestellt wird, und einer in Reihe ge
schalteten Netzsch Molinex-Rührmühle hergestellt. Durch
Vermischen von 12% eines Dispersionsmittels, 23% entioni
siertem Wasser und 65% Ruß wurde eine Mischung in dem
Auflöser hergestellt. Das Dispersionsmittel ist eine Lösung
aus 25% Aminomethylpropanol, 37,5% Dimethylformamid und
37,5% einer Handelschemikalie E-902-10-B, die von der
Inmont Corporation, Clifton, New Jersey erhältlich ist.
Die sich ergebende Mischung hat einen Feststoffgehalt von
ungefähr 70 bis 71%. Die Viskosität wurde durch den Zusatz
von Wasser gegenüber der aus der Rührmühle erhaltenen Vis
kosität um mehr als 5000 cP auf eine Viskosität von eini
gen tausend cP verringert. Der Zusatz von Wasser verringer
te auch den Feststoffgehalt von 70 bis 71% Feststoffgehalt
auf 64% Feststoffgehalt. Nach Beendigung dieses Vorganges
wurde die dispergierte Suspension dazu verwendet, eine
Elektrolytspeicherplatte zu füllen.
In diesem speziellen Beispiel hatte die Elektrolytspeicher
platte eine Dichte von 0,91 g pro cm3. Nach dem Füllen hatte
der Randbereich der Elektrolytspeicherplatte eine Dichte
von 1,34 g pro cm3. Eine Vorrichtung von der Art, wie sie
in Fig. 2 gezeigt ist, wurde wegen der geringen Porengröße
der Elektrolytspeicherplatte von ungefähr 25 Mikron und
der Viskosität der Vorläufersuspension, die über einigen
tausend cP war, dazu verwendet, die Vorläufersuspension
in die Elektrolytspeicherplatte zu drücken.
Nach dem Füllen des Randbereiches wurde die Elektrolyt
speicherplatte getrocknet, um die Flüssigkeit aus der Sus
pension zu entfernen und die einen hohen Feststoffgehalt
aufweisende Mischung in den Poren der Elektrolytspeicher
platte ohne Gesamtvolumenänderung des Dichtungsmaterials
abzusetzen. Dies wurde durch die hohe Kapillaritätscharak
teristik der Elektrolytspeicherplatte bestätigt, die
2,07 bar für hoch konzentrierte Phosphorsäure (ungefähr
85 bis 99% Phosphorsäure) bei 23,9°C betrug.
Während des Betriebes einer Brennstoffzelle, die eine mit
dem beschriebenen Dichtungsmaterial gefüllte Randdichtung
aufweist, bildet das Dichtungsmaterial eine wirksame Dich
tung, wenn sie durch den Elektrolyt benetzt ist, um den
Verlust der Reaktionsgase aus der Brennstoffzelle zu ver
hindern, wenn die Zelle in Betrieb genommen wird, obgleich
die momentanen Querdrücke sich an Werte zwischen 0,34 bar
und 2,07 bar annähern. Hierdurch kann der Brennstoffzellen
stapel bei Druckhöhen arbeiten, die zu solchen Druckunter
schieden zwischen den Reaktanten während des Übergangs
betriebes der Brennstoffzelle führen können.
Claims (18)
1. Verfahren zur Herstellung einer porösen Platte für
eine Brennstoffzelle, wobei die poröse Platte aus einem
Substrat besteht und eine Randdichtung in einem Randbereich
hat, gekennzeichnet durch
Herstellen einer Vorläufer-Dichtungsmaterial-Suspension für den Randbereich, die eine Flüssigkeit und ein inertes Pulver in der Flüssigkeit aufweist, das aus Siliciumcarbid oder Kohlenstoff oder Graphit oder daraus gebildeten Mi schungen besteht, eine niedere Struktur hat, die kleiner als oder gleich 50 ml pro 100 g ist, und eine Teilchen größe aufweist, die kleiner als oder gleich 1 Mikron ist,
Füllen des Randbereichs durch Aufbringen eines Druckes auf das Vorläufer-Dichtungsmaterial, der größer als 0,69 bar ist, um das Dichtungsmaterial in das Substrat zu drücken,
Entfernen der Flüssigkeit aus der Suspension, um das Dich tungsmaterial als Ablagerung in dem Substrat zu hinterlas sen,
wobei der Feststoffgehalt der Suspension einen Betrag auf weist, der eine Gesamtvolumenverminderung des Dichtungs materials nach dem Entfernen der Flüssigkeit aus der das Substrat füllenden Suspension vermeidet.
Herstellen einer Vorläufer-Dichtungsmaterial-Suspension für den Randbereich, die eine Flüssigkeit und ein inertes Pulver in der Flüssigkeit aufweist, das aus Siliciumcarbid oder Kohlenstoff oder Graphit oder daraus gebildeten Mi schungen besteht, eine niedere Struktur hat, die kleiner als oder gleich 50 ml pro 100 g ist, und eine Teilchen größe aufweist, die kleiner als oder gleich 1 Mikron ist,
Füllen des Randbereichs durch Aufbringen eines Druckes auf das Vorläufer-Dichtungsmaterial, der größer als 0,69 bar ist, um das Dichtungsmaterial in das Substrat zu drücken,
Entfernen der Flüssigkeit aus der Suspension, um das Dich tungsmaterial als Ablagerung in dem Substrat zu hinterlas sen,
wobei der Feststoffgehalt der Suspension einen Betrag auf weist, der eine Gesamtvolumenverminderung des Dichtungs materials nach dem Entfernen der Flüssigkeit aus der das Substrat füllenden Suspension vermeidet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Flüssigkeit Wasser aufweist, das ein Dispersions
mittel oder ein oberflächenaktives Mittel darin hat, und
daß der Feststoffgehalt größer als 60% ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Wasser durch Verdampfung entfernt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit im wesentli
chen aus Wasser, einem Dispersionsmittel oder einem ober
flächenaktiven Mittel und einer Dispersion von bis zu unge
fähr 5% Polytetrafluoräthylen, bezogen auf das Gewicht der
Suspension, besteht.
5. Verfahren zum Betreiben eines elektrochemischen
Zellenstapels mit einer Vielzahl von angrenzend aneinander
angeordneten Zellen, von denen jede ein Paar Elektroden
und eine zwischen ihnen sich erstreckende Elektrolytmatrix
hat, wobei jede Elektrode ein gasporöses Substrat aufweist,
das sich in Kontakt mit der elektrolytgefüllten Matrix
befindet, wobei das gasporöse Substrat einen Dichtungsbe
reich hat, der ein Dichtungsmaterial darin hat, und mit
Elektrolyt gefüllt ist, um entlang dem Rand des Substrats
eine Dichtung zu bilden, um den Durchtritt eines Reaktions
gases durch die elektrolytgefüllte Dichtung zu verhindern,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Dichtungsbereich verwendet
wird, der ein Dichtungsmaterial darin hat, das ein inertes
Pulver aus Kohlenstoff oder Graphit oder Siliciumcarbid
oder aus daraus gebildeten Mischungen aufweist, wobei das
Pulver eine niedere Struktur und der Dichtungsbereich eine
Dichte hat, die ungefähr 200% bis ungefähr 260% der Dichte
der porösen Platte in einem Bereich beträgt, der nicht
dieses inerte Pulver enthält,
daß der Brennstoffzellenstapel bei einem solchen Reak
tionsdruck und mit einem solchen Gasdruckunterschied in
der Dichtung betrieben wird, daß die momentanen Gasdruck
unterschiede in der Dichtung gleich oder größer als 0,34
bar, aber kleiner als oder gleich 2,07 bar sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Dichtungsmaterial im wesentlichen aus dem Pulver
und einem inerten Bindemittel besteht, das mit dem Pulver
vermischt ist und die hydrophile Natur des Pulvers nicht
zerstört.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bindemittel aus bis zu 5% Polytetrafluoräthylen,
bezogen auf das Gewicht des Dichtungsmaterials, besteht.
8. Poröse Platte für eine elektrochemische Zelle, die
einen Dichtungsbereich an wenigstens einem Rand hat, von
den Dichtflächen von angrenzenden Bauteilen der Zelle am
Rand entlang eingeklemmt ist, um den Austritt von Gas aus
der Zelle zu verhindern, wobei der Dichtungsbereich an
einer Stelle ist, an der er von der Dichtfläche angrenzen
der Bauteile eingeklemmt ist, gekennzeichnet durch ein
Dichtungsmaterial, das ein inertes Pulver aufweist, das
aus Siliciumcarbid oder Kohlenstoff oder Graphit oder aus
daraus gebildeten Kombinationen besteht, eine niedere
Struktur und eine Teilchengröße hat, die kleiner als oder
gleich 1 Mikron ist, wobei das Dichtungsmaterial in dem
Dichtungsbereich angeordnet ist, um eine Dichtung von sol
cher Dicke und Breite zu bilden, daß sie von dem angren
zenden Bauteil eingeklemmt ist und den Gasaustritt durch
die Dichtung während des Brennstoffzellenbetriebes verhin
dert, wobei die Dichtung eine Dichte hat, die wesentlich
größer als die Dichte der Platte in einem von dem Dichtungs
bereich beabstandeten Bereich ist und eine Kapillaritäts
charakteristik von mindestens 0,34 bar für konzentrierte
Phosphorsäure hat.
9. Poröse Platte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß das Dichtungsmaterial das Pulver und Polytetra
fluoräthylen bis zu ungefähr 5%, bezogen auf das Gewicht
des Pulvers, als Bindemittel aufweist.
10. Poröse Platte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß die poröse Platte eine Elektrolytspeicherplatte
(18, 20) ist und die Dichte der Dichtung mindestens 140%
der Dichte des beabstandeten Bereiches beträgt.
11. Poröse Platte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß die Dichte der Dichtung ungefähr 1,1 bis 1,4 g
pro cm3 beträgt und die Dichte des beabstandeten Bereiches
0,7 bis 1,0 g pro cm3 ist.
12. Poröse Platte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß die poröse Platte ein Substrat (24, 30) für eine
Elektrode (14, 16) ist und die Dichte der Dichtung (41, 42)
mindestens 200% der Dichte des beabstandeten Bereiches
beträgt.
13. Poröse Platte nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich
net, daß die Dichte der Dichtung ungefähr 1,1 bis 1,4 g
pro cm3 beträgt und die Dichte des beabstandeten Bereiches
0,3 bis 0,6 g pro cm3 ist.
14. Poröse Platte nach Anspruch 8, 10 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das Pulver eine Niederstrukturziffer
(DBPA) hat, die kleiner als 15 ml/100 g ist.
15. Poröse Platte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, daß die Niederstrukturziffer ungefähr 35 ml/100 g be
trägt.
16. Poröse Platte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich
net, daß das inerte Pulver Ruß ist.
17. Poröse Platte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich
net, daß der Ruß graphitiert, von einheitlicher Größe und
kugelförmig ist.
18. Poröse Platte nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß das inerte Pulver Siliciumcarbid ist, das
eine variable Teilchengröße hat.
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