DE69701229T2 - Verfahren zur herstellung von plattenförmigen bauteilen oder bauteilkombinationen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von plattenförmigen bauteilen oder bauteilkombinationen

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Solch ein Verfahren ist in der PCT-Anmeldung WO 96/08050 offenbart.
  • Es existieren im Stand der Technik verschiedene Vorschläge zur Herstellung z. B. einer Matrixplatte in einer Brennstoffzelle.
  • Der älteste Vorschlag umfaßt die sogenannte Warmpresstechnik. In einer vergleichsweise komplizierten Art und Weise liefert diese Technik vergleichsweise dicke Platten. Das Ergebnis hiervon ist einerseits ein Anstieg der Herstellungskosten und andererseits eine Verringerung des Wirkungsgrades der Zelle.
  • Eine Alternative zur Herstellung von Matrixplatten ist ein Verfahren, das ähnlich ist zum Papierherstellungsverfahren. Dies umfaßt das Anmischen von Faserbrei, der ein Bindemittel, Wasser und die Trägermaterialien der Matrix umfaßt. Das Matrixmaterial haftet dann am Faserbrei an, was zu Flocken führt. Über das Filtrationsverfahren werden die Flocken vom Wassermaterial abgetrennt und das Bindemittel wird durch anschließendes Backen entfernt. Dieses Verfahren ist attraktiv, da das verwendete Suspensionsmedium preiswertes, umweltfreundliches Wasser ist. Ein Nachteil ist seine Steuerbarkeit und insbesondere die Porengröße und die Porengrößeverteilung. Es hat sich als nicht möglich erwiesen, auf diese Weise in einem kommerziell annehmbaren Maßstab reproduzierbare Matrixplatten herzustellen.
  • Die dritte, am häufigsten verwendete Technik ist das sogenannte "Bandgießen".
  • Dies umfaßt eine Suspension, in der ein Bindemittel, Fasern und das Matrixmaterial vorhanden sind, wobei diese auf einen flachen Tisch gegossen und das Suspensionsmedium, das darin vorhanden ist, verdampft wird. Eine grüne Matrixplatte wird dann hergestellt, die entweder gesintert werden kann, bevor sie in eine Brennstoffzelle eingebracht wird, woraufhin der Elektrolyt eingeführt werden kann, oder direkt in die Brennstoffzelle eingebracht wird. Im letzteren Fall wird der Elektrolyt auf irgendeine andere Weise eingebracht.
  • Wenn die Suspension hergestellt wurde, war es nicht unüblich, Vakuum-Bedingungen einzusetzen, um so die Viskosität der Flüssigkeit zu regulieren.
  • Solch ein Verfahren ist z. B. im Artikel "Review of Carbonate Fuel Cell Matrix and Electrolyte" von H. C. Maru et al. in Proceedings of 2nd Symposium on MCFC Technology, Vol. 90-16, S. 121-136, beschrieben. Das darin beschriebene Bindemittel wurde in einer Mischung von Xylolen und Ethanol gelöst. Wenn die Suspension erhitzt wird, besteht insbesondere das Problem des Entfernens von Xylol. Es ist nicht länger erlaubt, daß ein Lösungsmittel wie Xylol in die Umwelt abgegeben wird, und Recycling führt zu einem beträchtlichen Anstieg der Kosten.
  • Eine ähnliche Erwägung trifft auf die Verwendung von Acrylat als einem Bindemittel zu, das in einer Mischung von Aceton, Dichlormethan und Erdölschwerbenzin gelöst wird.
  • Im Falle des in der obengenannten PCT-Anmeldung 96/08050 beschriebenen Verfahrens wurde festgestellt, daß beim Verfahren der Ausformung dieser Suspension feste Teilchen agglomerieren werden, was zu einer Abnahme der Festigkeit des Bandes führt. Dies wird durch ungleichmäßige Dispersion der Zusätze und eine Porenstruktur, die nicht gut definiert ist, verursacht. Überdies erwies sich das Einbringen von Zusätzen wie Faserverstärkern, Lösungsverzögerungsmitteln und Carbonat als besonders schwierig. Beim Einbringen solcher Substanzen ist in ähnlicher Weise Agglomeration beobachtet worden, was der Festigkeit einerseits und der Dispersion dieser Substanzen andererseits entgegenwirkt.
  • Überdies wurde festgestellt, daß diese Produktion zu Ausschuß und Abfall führt, der keiner anderen Verwendung zugeführt werden kann.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird mittels der kennzeichnenden Maßnahmen von Anspruch 1 erreicht.
  • Durch Herstellen zweier Hilfssuspensionen und anschließendes Vermischen derselben wurde überraschenderweise festgestellt, daß Agglomeration von Feststoffen nicht auftritt. Überdies können die oben beschriebenen Zusätze ohne weiteres zur fraglichen Suspension zugegeben werden, ohne, fallweise, das Risiko von Agglomeration oder Inhomogenitäten.
  • Sollte eine der zwei Suspensionen nicht die festgesetzten Erfordernisse erfüllen, kann sie ohne weiteres recyclet werden.
  • Das oben beschriebene Verfahren erfordert weniger Nachbehandlung (wie etwa Walzen) und macht es möglich, daß Produktionsausschuß oder -abfall direkt als ein Ausgangsmaterial verwendet werden kann. Im Verfahren kann Produktionsabfall nach dem "Bandgießen" durch die Zugabe von Wasser/Alkohol-Mischung wiederverwendet werden; das vorhandene gelierte Bindemittel ist wasserlöslich. Im Falle anderer Bindemittelsysteme, wie etwa Acrylaten, ist dies nicht möglich. In diesem Zusammenhang muß sichergestellt werden, daß die Eigenschaften der erhaltenen plattenförmigen Komponente gleichförmig und in einer einfachen Art und Weise einstellbar sind, als eine Funktion der ihnen auferlegten Anforderungen, wie etwa Porengröße und Dicke.
  • Diese Aufgabe wird im Falle eines oben beschriebenen Verfahrens dadurch erreicht, daß eine erste Suspension hergestellt wird, die einen Alkohol als das Dispersionsmedium und das Basismaterial umfaßt, daß eine zweite Suspension hergestellt wird, die das Bindemittel und einen Alkohol als das Dispersionsmedium und Wasser als das Gelierungsmedium umfaßt, und diese zwei getrennt hergestellten Suspensionen miteinander vor dem Gießen vermischt werden.
  • Durch Verwendung eines unterschiedlichen dispergierenden Gelierungsmittel/Bindemittel- Systems, hat es sich als möglich herausgestellt, daß die Bindemittelsuspension und die Suspension, die das Material der herzustellenden Komponente umfaßt, sich mit anderen organischen Lösungsmitteln als Alkoholen verteilen.
  • Im Gegensatz der im Stand der Technik verbreiteten Ansicht (siehe z. B. den Artikel "Physical Property Optimization of Lithium Aluminates for Fabrication of Molten Carbonate Fuel Cell Matrices" von Patrick M. Brown in Fuel Cell Seminar 1990, S. 289-293) muß die Zugabe von Wasser keine negative Auswirkung auf die Ergebnisse haben, die mit einer auf diese Weise hergestellten Suspension erhalten werden, die anschließend gegossen wird.
  • Es wurde festgestellt, daß eine Komponente, die in der oben erwähnten Art und Weise aus Suspensionen auf einer Wasser/Alkohol-Basis mit Hilfe der "Bandgieß"-Technik hergestellt wurde, beträchtlich länger zwischengelagert werden kann, preiswerter hergestellt werden kann und zu weniger Umweltverschmutzung als eine Platte führt, die mit Hilfe eines Acrylat- Bindemittelsystems hergestellt worden ist.
  • Es wurde überdies festgestellt, daß, wenn dieses Dispergiermittel/Gelierungsmittel/Bindemittel verwendet wird, Produktionsausschuß direkt als ein Ausgangsmaterial verwendet werden kann.
  • Das Einsetzen eines Dispersionsmittel/Gelierungsmittel/Bindemittel-Systems auf der Grundlage von Wasser-Alkohol-Mischungen macht es möglich, Suspensionen in einem weiten Viskositätsbereich von 500-3.500 cPs, vorzugsweise 1.000-20.000 cPs der verschiedenen Suspensionen zu verwenden. Als ein Ergebnis ist es nicht länger notwendig, ein Vakuum zur genauen Regulierung der Viskosität der Suspension einzusetzen.
  • Die Wassermenge, die der gelierenden Bindemittelsuspension zugesetzt wird, wird vorzugsweise bei wenigstens dem 10- bis 25-fachen der Masse des Bindemittels liegen.
  • Wenn ein Tensid zugesetzt wird, um Koagulation zu verhindern, wird dieses vorzugsweise in die erste oben beschriebene Suspension eingebracht.
  • Die erste Suspension kann irgendeines der granulären Materialien umfassen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Zu erwähnende Beispiele sind: Nickel, Nickeloxid, Nickelaluminium, sowohl legiert als auch intermetallisch, Lithiumcobaltat, Chrom, Lithiumaluminat oder Aluminiumoxid und auch andere Metalle und Metalloxide in der Form von Pulvern oder Fasern. Der Feststoff kann auch aus Mischungen der obengenannten Substanzen bestehen.
  • Die Verwendung in einer MCFC-Zelle und insbesondere als eine Matrixplatte umfaßt, wie allgemein aus dem Stand der Technik bekannt, (γ-)Lithiumaluminat. Durch Einsetzen der "Bandgieß"-Technik ist es möglich, als vergleichsweise dünne Platten ausgeformte Komponenten preiswert herzustellen, die nach dem Trocknen direkt in der Zelle verwendet werden können. Die geringe Dicke kann zu optimaler Kapazität z. B. einer Brennstoffzelle führen.
  • Es ist auch möglich, daß die plattenförmige Komponente, die mittels der "Bandgieß"-Technik hergestellt wird, anschließend gebacken oder gesintert wird und dann ein Elektrolyt zu besagter Komponente in irgendeiner aus dem Stand der Technik bekannten Art und Weise hinzugefügt wird, wenn die plattenförmige Komponente als eine Elektrode oder Matrix in einer elektrochemischen Zelle verwendet wird.
  • Solch eine Hinzufügung kann das Imprägnieren mit z. B. einem Elektrolytmaterial umfassen. Es ist auch möglich, daß eine Schicht aus festem Carbonat in eine Brennstoffzelle zwischen z. B. zwei Platten gegeben wird und die Brennstoffzelle anschließend erhitzt wird, wobei als ein Ergebnis hiervon das Carbonatmaterial, was dann schmilzt, durch Kapillarwirkung in die Platten hinein absorbiert wird.
  • Das letztere Verfahren trifft jedoch auf Schwierigkeiten, wenn ein vergleichsweise großer Brennstoffzellenstapel, d. h. ein elektrochemischer Stapel, der eine große Anzahl von Zellen umfaßt, hergestellt werden muß. Das Risiko des Kippens, wenn das Carbonat geschmolzen ist, und möglicherweise unrichtigen Zusammenbaus wird durch den Anstieg der Anzahl von Komponenten erhöht.
  • Das erste beschriebene Verfahren, bei dem nach dem Backen oder Sintern der Komponente eine Suspension des Elektrolyten hinzugefügt wird, hat den Nachteil, daß anschließend erneutes Erhitzen erforderlich ist. Solch ein Verfahren ist vergleichsweise kompliziert und erhöht die Kosten.
  • Bei Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens gemäß der Erfindung hat es sich jedoch als möglich erwiesen, eine Elektrolytsuspension zur Bindemittelsuspension hinzuzugeben.
  • Wenn das Carbonatmaterial eingesetzt wird, erfordert dies erneut nicht die Verwendung von anderen organischen Lösungsmitteln als Alkoholen.
  • Ebenso wie mit Material, das anschließend den Elektrolyten liefert, kann auch die zweite Suspension mit einem Material vermischt werden, das den Aciditätsgrad des Elektrolyten verändert oder reguliert. So kann die Lösungsgeschwindigkeit der Kathode im Elektrolyten von z. B. einer MCFC-Zelle gesteuert werden. Beispiele für solch ein Mittel sind Lithiumferrit und Salze von Erdalkalimetallen.
  • Durch Integration der Absorption des Elektrolyten in die Herstellung der plattenförmigen Komponente ist es möglich, eine beträchtliche Vereinfachung der verschiedenen Verfahrensschritte zu erreichen, während zusätzlich die Nachteile vermieden werden, die aus der Verwendung der großen Anzahl von Komponenten in dem Fall resultieren, wenn Carbonatmaterial in situ während des Anfahrens einer Brennstoffzelle geschmolzen wird.
  • Die Elektrolytsuspension wird als eine Funktion des zu erhaltenden Elektrolyten ausgewählt werden. Wenn der Elektrolyt Carbonatmaterial umfaßt, wie im Falle einer MCFC-Zelle, wird der Verwendung einer Mischung aus Li&sub2;CO&sub3;, Na&sub2;CO&sub3; und K&sub2;CO&sub3; in jedem gewünschten Verhältnis der Vorzug gegeben.
  • Die oben beschriebene erste und zweite Suspension können mit verschiedenen Hilfsmitteln vermischt werden, die allgemein im Stand der Technik verwendet werden. So ist es möglich, ein Antischaummittel und/oder ein Trennmittel und/oder einen Weichmacher hinzuzufügen.
  • Die verwendeten Alkohole können in ähnlicher Weise alle Alkohole umfassen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, aber im Hinblick auf die Machbarkeit und das Kosten-Preis- Verhältnis wird Ethanol der Vorzug gegeben.
  • Es ist möglich, daß Fasern in die erste Suspension eingearbeitet werden können, wenn die Matrixplatten hergestellt werden, um die Komponente zu verstärken.
  • Die verwendeten Fasern können, abgesehen von dem erwähnten Aluminiumoxid, jede aus dem Stand der Technik bekannte Faser umfassen. Diese können vor Verwendung zerkleinert werden oder nicht.
  • Es ist jedoch auch möglich, eine getrennte dritte Suspension herzustellen, die aus einer Dispersion von Fasern und einem Alkohol besteht. Die verwendeten Fasern können z. B. Aluminiumoxid-Materialien oder Lithiumaluminat-Fasern umfassen und der Alkohol kann Ethanol umfassen, wie oben spezifiziert.
  • Wenn das oben erwähnte Verfahren zur Herstellung von Komponenten einer MCFC- Brennstoffzelle verwendet wird, und insbesondere der Kathode derselben, ist es ratsam, während der Herstellung Mittel hinzuzufügen, die die Auflösung der Kathode und insbesondere des NiO darin verzögern. Eine Erwähnung Wert ist z. B. ein Erdalkalimetallcarbonat. Ein Beispiel ist eine Mischung, die in etwa gleiche Anteile Lithium- und Natriumcarbonat umfaßt, die mit geringen Mengen Calcium-, Strontium- und/oder Bariumcarbonat vermischt sind.
  • Die Erfindung wird unten detaillierter unter Bezugnahme auf das Fließdiagramm gemäß der einzigen Figur und die Beispiele erläutert.
  • In der Figur wird das oben beschriebene Verfahren an einem Fließdiagramm erläutert. Dieses zeigt, daß für den Zweck von z. B. der Herstellung der Matrixplatte während eines ersten Schrittes eine Mischung, die Ethanol, Dolapix (ein koagultionshemmendes Mittel) und Lithiumaluminat zerkleinert und homogenisiert wird. Der Ethanol kann denaturiert sein, d. h. etwa 4% Methanol enthalten.
  • Die Zerkleinerung kann diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden. Im Fall diskontinuierlicher Zerkleinerung wird z. B. vorzugsweise eine Kugelmühle verwendet, und im Falle kontinuierlicher Zerkleinerung z. B. ein Attritor.
  • Man wird verstehen, daß anstelle von Lithiumaluminat andere Materialien verwendet werden können, die allgemein aus dem Stand der Technik bekannt sind.
  • Zusätzlich zur Herstellung der ersten Suspension werden auch eine zweite und dritte Suspension hergestellt.
  • Die zweite Suspension umfaßt Ethanol, ein Bindemittel und Wasser. Dieses Bindemittel wird dispergiert und geliert. Die zweite Suspension kann zusätzlich, wie mit gepunkteten Linien angedeutet, mit Lithium/Kalium- oder Lithium/Natriumcarbonat oder irgendeinem anderen Mittel, das den Elektrolyten liefert, vermischt werden. Die dritte Suspension umfaßt Ethanol und Fasern. Anschließend werden die drei so erhaltenen Suspensionen unter Zugabe von TBP (Tributylphosphat) oder irgendeinem anderen Antischaummittel und Trennmittel und PEG (Polyethylenglykol) oder irgendeinem anderen Weichmacher vermischt.
  • Man wird verstehen, daß die verschiedenen Zerkleinerungs- und Homogenisierungsschritte bzw. Gelierungsschritte wesentlich sind und daß die Bildung von Klumpen und Agglomeraten so weit wie möglich ausgeschlossen werden muß.
  • Die erhaltene Mischung wird anschließend wieder vermischt und homogenisiert, gesiebt, von Luft befreit und anschließend mit der "Bandgieß"-Technik aufgebracht, gefolgt von Trocknung.
  • Entlüftung ist wichtig, weil die Möglichkeit besteht, daß Luftblasen in die Suspension während der verschiedenen Verarbeitungsschritte eingearbeitet werden können. Sollten keine anderen Schritte unternommen werden, besteht das Risiko sogenannter Stiftlöcher, die sich in der Komponente bilden.
    • Beispiel I:
  • Um 12 Liter Gießsuspension herzustellen, die in der "Bandgieß"-Technik verwendet werden soll, wurden drei unterschiedliche Suspensionen hergestellt.
  • Die erste Suspension bestand aus 3.000 g Ethanol, 70 g DOLAPIX® ET 85 und 2.800 g LiAlO&sub2;-Pulver. DOLAPIX® wird von SERVA in Heidelberg, Deutschland, hergestellt. Um die erste Suspension herzustellen, wurden Ethanol und Dolapix in ein Vorratsgefäß gegossen, gefolgt von der Zugabe, unter kontinuierlichem Mischen, des Lithiumaluminat-Pulvers, und die erhaltene Suspension wurde anschließend in einem Attritor mittels eines Pumpumwälzsystems zerkleinert. Die Zerkleinerungszeit betrug etwa 4 Stunden, nach der eine mittlere gewünschte Teilchengröße von 2 um erhalten wurde.
  • Um die zweite Suspension herzustellen, wurden 1.500 g Ethanol ausgewogen ebenso wie 140 g Methylcellulose als das Bindemittel. Die Methylcellulose wurde in Ethanol über einen Zeitraum von 5-10 Minuten dispergiert, wonach 1.820 g entmineralisiertes Wasser zugegeben wurden, gefolgt von Rühren für wenigstens 60 Minuten.
  • Die dritte Suspension wurde hergestellt durch Auswiegen von 325 g Al&sub2;O&sub3;-Fasern und 900 g methyliertem Ethanol.
  • Aluminiumoxid-Fasern wurden zum Ethanol unter Rühren zugegeben. Die Rührzeit betrug 30 Minuten.
  • Anschließend wurden diese drei Suspensionen miteinander unter Rühren vermischt. Die Rührzeit betrugt 10 Minuten, gefolgt von der Zugabe von 60 g TBP und 820 g PEG. TBP und PEG sind von Merck unter den Bestellnummern 818604 bzw. 817003-50003 erhältlich. Die letztendlich erhaltene Suspension wurde durch ein 500 um-Sieb gesiebt und anschließend in einem geschlossenen Gefäß entlüftet, in dem die Suspension langsam für 60 Minuten auf einem Walzenstuhl gewalzt wurde. Anschließend wurde die Suspension mit Hilfe der "Bandgieß"-Technik gegossen. Dies erzeugte eine Matrixplatte, die nicht mit Elektrolyt versehen war.
    • Beispiel II:
  • Um eine Anode herzustellen, wurden die folgenden Inhaltsstoffe nacheinander in ein 6,5- Liter-Gefäß unter konstantem Rühren bei 320 UPM zugegeben: 2.340 g Ethanol (5% Methanol) und 65 g Methylcellulose. Nach 1 Minute Rühren wurden 1.287 g entmineralisiertes Wasser zugegeben und nach fortgesetztem Rühren für 10 Minuten 39,0 g Tween 20 und 39,0 g TBP. TBP kann von Serva erhalten werden, wie oben angegeben. Die verwendete Methylcellulose war die Qualitätsstufe "MC-A4C", erhältlich von Dow Chemical.
  • Die oben beschriebene Mischung wurde vermischt und anschließend über einen vibrierenden Trichter, der sich mit einer Frequenz von 6,5 Hz bewegte, mit 520 g feinem Cr vermischt. Dieses Cr-Pulver ist erhältlich von Johnson Matthey. Während der Zugabe wurde das Rühren bei 340 UPM fortgesetzt. Anschließend wurden, bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 360 UPM, 4.680 g Ni 287 von Inco Europe Limited, London, zugegeben.
  • Anschließend wurde das Rühren für 55 Minuten bei 380 UPM fortgesetzt, wonach 260 g Ethanol (5% Methanol) und 143 g entmineralisiertes Wasser zugegeben wurden. Das Rühren wurde für 5 Minuten fortgesetzt, wonach die Suspension für 60 Minuten in einem geschlossenen Gefäß bei 60 UPM gewalzt wurde. Die so erhaltene Mischung wurde für die "Bandgieß"-Technik verwendet, natürlich nachdem Viskosität und Temperatur gemessen worden waren. Hierauf folgte Trocknung und das getrocknete Band wurde dann in Stücke entsprechender Größe geschnitten.
    • Beispiel III:
  • Dasselbe Verfahren wie in Beispiel II wurde für die Herstellung der Kathode befolgt, mit der Ausnahme, daß 2.800 g Ethanol pro 71 g Methylcellulose zugegeben wurden. Nach dem besagten Rühren für 1 Minute wurden 1.633 g entmineralisiertes Wasser zugegeben, und nachdem die so hergestellte Mischung gerührt worden war, wurden 47,0 g Tween 20 und 47,0 g TBP zugegeben.
  • Der vibrierende Trichter wurde verwendet, während das Rühren mit zunehmender Geschwindigkeit stattfand, um 3.500 g Ni 255 (erhältlich von Inco Europe Limited) zuzugeben. Nach dem besagten Rühren für 30 Minuten bei 380 UPM wurde die Suspension in ein 6,5-1-Gefäß gegossen, gefolgt von Walzen für 60 Minuten bei 60 UPM. Anschließend wurde die grüne Kathode mittels der "Bandgieß"-Technik hergestellt.
  • Obgleich die Erfindung oben unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden ist, wird man verstehen, daß diese auf zahlreiche Weisen modifiziert werden kann, ohne sich aus dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen beschrieben ist, herauszubewegen.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung eines plattenförmigen Bauteils, wie etwa einer Elektrode oder Matrixplatte einer Brennstoffzelle, die bei hoher Temperatur eingesetzt wird, welches die Herstellung einer Suspension umfaßt, die das Basismaterial für die Platten, Fasern, Bindemittel/Gelierungsmittel und einen Alkohol umfaßt, wobei die Suspension mittels der "Bandgieß"-Technik gegossen wird, woraufhin der Alkohol aus der Suspension entfernt wird, wobei eine Suspension hergestellt wird, die einen Alkohol als das Dispersionsmedium, das Basismaterial und das Bindemittel umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der besagten Suspension:
- die Herstellung einer ersten Suspension, die einen Alkohol oder ein Dispersionsmedium und das Basismaterial umfaßt;
- die Herstellung einer zweiten Suspension, die das Bindemittel und Wasser/Alkohol als Dispersionsmittel/Gelierungsmittel umfaßt, und
- das Vermischen der besagten ersten und zweiten Suspension umfaßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Suspension die 10- bis 25-fache Masse an Wasser, bezogen auf die Masse des Bindemittels, enthält.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Suspension mit einem Antikoagulans vermischt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung der ersten und zweiten Suspension mit einem Trennmittel und/oder Antischaummitel vermischt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die erste Suspension LiAlO&sub2; eingebracht ist und das plattenförmige Bauteil die Matrixplatte in einer MCFC-Zelle umfaßt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenförmige Bauteil eine Elektrode in einer MCFC-Zelle umfaßt.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil in einer MCFC-Zelle verwendet wird und daß die zweite Suspension mit einem Carbonatmaterial in Lösung vermischt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung der ersten und zweiten Suspension mit einem Weichmacher vermischt wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern als eine dritte Suspension, die in einem Alkohol dispergiert ist, zugegeben werden, wobei besagte dritte Suspension zur ersten und zweiten Suspension zugegeben wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Vermischen der Suspensionen und vor dem "Bandgießen" die erhaltene Mischung gesiebt und entlüftet wird.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial für die Platten aus Produktionsabfällen besteht.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030170539A1 (en) * 2002-02-05 2003-09-11 Gencell Corporation Aqueous electrode binder and electrodes and fuel cells including same
US20090318283A1 (en) * 2008-06-20 2009-12-24 General Electric Company Catalyst composition and method
JP5386408B2 (ja) * 2010-03-03 2014-01-15 三菱重工業株式会社 電極製造装置
DE102011012771B4 (de) * 2011-03-01 2020-08-06 Ika-Werke Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Mischung zum Beschichten von Batterie-Elektroden

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2829901A1 (de) * 1978-07-07 1980-01-24 Metallgesellschaft Ag Verfahren zur herstellung eines bleches oder bandes mit oberflaechiger katalysatorstruktur
US4430397A (en) * 1981-07-06 1984-02-07 Medtronic, Inc. Electrochemical cells
US4581302A (en) * 1981-09-30 1986-04-08 United Technologies Corporation Molten carbonate fuel cell matrix tape
US5324333A (en) * 1984-12-27 1994-06-28 Sorapec, Societe De Recherche Et D'applications Electrochimiques Cadmium oxide electrode with binding agent
DE3602420A1 (de) * 1986-01-28 1987-07-30 Kempten Elektroschmelz Gmbh Stabile schlickergussmasse auf basis von feinteiligen aluminiumnitrid-enthaltenden pulvern
JPS6343266A (ja) * 1986-08-09 1988-02-24 Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd 溶融炭酸塩型燃料電池電解質板の製造方法
US4720334A (en) * 1986-11-04 1988-01-19 Ppg Industries, Inc. Diaphragm for electrolytic cell
US4810345A (en) * 1986-12-15 1989-03-07 Oxytech Systems, Inc. Diaphragm for an electrolytic cell
DE4030945A1 (de) * 1990-09-29 1992-04-02 Siemens Ag Karbonatschmelzen-brennstoffzelle
EP0509424A2 (de) * 1991-04-16 1992-10-21 Institute of Gas Technology Verbundwerkstoff aus einer Matrix und einem aktiven Elektrolyten und schichtförmiger Bänder aus verschiedenen Komponenten für Brennstoffzellen mit geschmolzenen Karbonaten
US5830603A (en) * 1993-09-03 1998-11-03 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Separator film for a storage battery
IT1269173B (it) * 1994-01-04 1997-03-21 Finmeccanica Spa Metodo per la fabbricazione di catodi per celle a combustibile
ES2129221T3 (es) * 1994-09-09 1999-06-01 Stichting Energie Banda doble utilizable en celulas de combustible de carbonato fundido.
US6087032A (en) * 1998-08-13 2000-07-11 Asahi Glass Company Ltd. Solid polymer electrolyte type fuel cell

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