ES2641013T3

ES2641013T3 - Material compuesto estratificado para uso en una batería de flujo redox

Info

Publication number: ES2641013T3
Application number: ES10798152.4T
Authority: ES
Inventors: Oswin ÖTTINGER; Rainer Schmitt; Jürgen Bacher; Sylvia Mechen; Bastian Hudler
Original assignee: SGL Carbon SE
Current assignee: SGL Carbon SE
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2017-11-07
Anticipated expiration: 2030-12-31
Also published as: JP2013516374A; CA2786134A1; EP2519480A2; KR20120110151A; WO2011080336A3; CA2786143A1; EP2519576A1; EP2519479B1; WO2011080336A2; WO2011080334A2; WO2011080339A1; WO2011080334A3; KR20120112676A; JP2013527964A; US20130040194A1; CA2786180A1; EP2519479A2; SG182294A1

Abstract

Material compuesto estratificado (5), en particular para uso en una batería de flujo redox, en el que el material compuesto estratificado (5) contiene al menos una capa de una estructura plana textil (9) y al menos un cuerpo moldeado (6) que contiene grafito, en el que el cuerpo moldeado (6) que contiene grafito puede obtenerse por un procedimiento en el que se mezclan partículas de grafito (7) con al menos un aditivo orgánico sólido (8) para obtener una mezcla y la mezcla así obtenida se compacta a continuación y en el que el al menos un aditivo orgánico sólido (8) y la mezcla producida a partir del mismo no se funden ni se sinterizan antes de la compactación.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

DESCRIPCION

Material compuesto estratificado para uso en una batena de flujo redox

La presente invencion concierne a un material compuesto estratificado adecuado especialmente para utilizar en una batena de flujo redox, que contiene al menos una capa de una estructura plana textil y al menos un cuerpo moldeado que contiene grafito. Ademas, la presente invencion concierne a un procedimiento para fabricar un material compuesto estratificado de este tipo, al uso de un material compuesto estratificado de este tipo, a una placa bipolar y a una batena de flujo redox.

Una batena de flujo redox es una celda electroqmmica que esta construida de dos semiceldas separadas una de otra por una membrana conductora de iones y rellenas respectivamente de un electrolito lfquido, en las que esta previsto un respectivo electrodo. En este caso, el electrolito consta de sal o sales disueltas en un disolvente, utilizandose como disolvente usualmente acidos inorganicos u organicos y como sales o pares redox, por ejemplo, sales de titanio, hierro, cromo, vanadio, cerio, cinc, bromo y azufre.

En este caso, la membrana conductora de iones cuida de una compensacion de carga, pero impide simultaneamente un paso de material entre las dos semiceldas. Mientras que en la carga de la batena de flujo redox en el electrodo previsto en la semicelda negativa, se reducen los cationes de la sal disuelta en los electrolitos, en el electrodo previsto en la semicelda positiva, se oxidan los aniones de la sal disuelta en los electrolitos. Debido a ello, durante la carga o durante el procedimiento de acumulacion, fluyen electrones desde la semicelda positiva hasta la semicelda negativa, mientras que en un proceso de descarga, los electrones fluyen en direccion inversa.

En las batenas de flujo redox de este tipo, se utilizan como electrodos usualmente electrodos de grafito porque estos presentan una gran ventana de potencial electroqmmico. Para lograr una potencia espedfica lo mas elevada posible, se utilizan frecuentemente como electrodos de grafito fieltros de grafito con una superficie espedfica relativamente alta.

Cuando batenas de flujo redox o celdas de flujo redox individuales se conmutan en serie una con otra en forma de una pila de celdas, las celdas individuales se separan una de otra tipicamente por placas bipolares. Debido a la buena estabilidad frente a productos qmmicos y a la elevada conductividad electrica del grafito se utilizan frecuentemente para este fin placas de grafito o laminas de grafito. Para lograr una estructura compacta, en las dos superficies exteriores opuestas de las placas bipolares, estan dispuestos respectivamente los electrodos formados de fieltro de grafito y estan unidos con la placa bipolar configurando un material compuesto estratificado o laminado.

Los materiales compuestos estratificados de este tipo formados por una placa bipolar y los fieltros de grafito dispuestos sobre sus dos superficies exteriores deben cumplir una serie de requisitos. Junto a la buena estabilidad frente a productos qmmicos y la elevada conductividad electrica ya mencionadas anteriormente o una baja resistencia electrica, la placa bipolar del material compuesto estratificado debe diferenciarse por una elevada resistencia a la traccion y por una baja permeabilidad sobre todo para lfquidos. Por el contrario, los fieltros de grafito deben presentar una permeabilidad lo mas elevada posible para los electrolitos a fin de lograr una superficie de contacto grande entre el electrolito y el electrodo y, por tanto, una elevada potencia de celda, y evitar o al menos minimizar una cafda de presion. Ademas, los fieltros de grafito deben presentar tambien una elevada conductividad electrica y una buena estabilidad frente a productos qmmicos.

Para elevar la compacidad del grafito a fin ajustar una baja permeabilidad de la placa bipolar para lfquidos, se ha propuesto ya fabricar laminas de grafito a base de grafito impregnado con lfquido, es decir, de grafito cuyos poros se han cerrado al menos parcialmente por impregnacion lfquida o impregnacion fundida con un agente de impregnacion adecuado. Como agente de impregnacion se utilizan, por ejemplo, alcohol furfunlico de baja viscosidad o resina fenolica que contiene disolvente. Gracias a la impregnacion, junto con la compacidad, pueden mejorarse ademas tanto la manipulacion como la resistencia a los aranazos del material.

Sin embargo, una desventaja de tales materiales fabricados por impregnacion liquida es que el medio de impregnacion esta distribuido de manera irregular, en particular en la direccion de profundidad o direccion z del material. Por consiguiente, mientras que en las zonas superficiales del material, se logran un elevado grado de impregnacion y una impregnacion relativamente homogenea, la zona interior del material asf impregnado situada entre las zonas superficiales no presenta ningun grado de impregnacion o solo un grado de impregnacion relativamente bajo o desigual. Por tanto, una placa bipolar fabricada de un material de este tipo presenta ciertamente en sus zonas superficiales y gracias a la impregnacion superficial, una impermeabilidad relativamente alta para lfquidos y gases; no obstante, dicha placa bipolar es relativamente permeable en la zona central que esta entre las zonas superficiales, por lo que estas placas bipolares estan necesitadas de mejora por ejemplo para el uso en batenas de flujo redox.

Asimismo, se conoce el uso de placas bipolares que se fabrican de mezclas correspondientes con proporciones de grafito por procedimiento de prensado (“mold to size”, “press to size”), por ejemplo, con polipropileno, polifluoruro de vinilideno y resina fenolica como aditivo. No obstante, tales placas bipolares presentan elevados valores de resistencia absolutos y una resistencia electrica desventajosa por la suma de las resistencias de contacto y de paso.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Otra desventaja de los materiales compuestos estratificados conocidos y utilizados en una batena de flujo redox es que, en estos, la adherencia y, por tanto, la resistencia de contacto electrica entre la placa bipolar y el material de electrodos, es decir, los fieltros de grafito, son insuficientes. Por tanto, estos materiales compuestos estratificados, durante el uso, deben prensarse uno con otro de manera relativamente fuerte por medio de una construccion de bastidor, concretamente de manera usual en una proporcion de 20 a 30%. Gracias al prensado fuerte se comprime fuertemente la estructura de fieltro, de modo que el electrolito no pueda circular optimamente a traves del fieltro, lo que, en particular en superficies de electrodo grandes, lleva a perdidas de presion masivas y, por tanto, a elevadas perdidas de potencia parasitarias en la batena. Ademas, el material se relaja debido a la elevada presion de prensado y debido a la aparicion, con el tiempo, de corrosion minima en las fibras individuales, por lo que al aumentar el tiempo de funcionamiento las capas de fieltro se sueltan de la placa bipolar y asf aumenta la resistencia de contacto del material compuesto estratificado. Gracias a la capacidad de adaptacion tambien mala, sobre todo de las placas rellenas de grafito debe preverse, segun la situacion de montaje, un sellado adicional entre el bastidor y la placa bipolar para impedir una salida del electrolito.

Por tanto, el problema de la presente invencion es proporcionar un material compuesto estratificado, especialmente adecuado para utilizar en una batena de flujo redox, de una placa bipolar a base de un cuerpo moldeado que contiene grafito, como especialmente una lamina de grafito, y al menos un electrodo colocado en esta de una estructura plana textil, que pueda fabricarse de manera sencilla y barata, en el que la estructura plana textil este firmemente unida de manera duradera con la placa bipolar y en el que la placa bipolar no se distinga solo por una elevada resistencia a la traccion y por una elevada conductividad electrica, sino que presente particularmente tambien una impermeabilidad especialmente alta con respecto a lfquidos y gases asf como una buena flexibilidad.

Una desventaja adicional de los materiales compuestos estratificados conocidos y utilizados en una batena de flujo redox es que en estos la adherencia y, por tanto, la resistencia de contacto electrica entre la placa bipolar y el material de electrodos, es decir, los fieltros de grafito, es insuficiente. Por tanto, en uso, dichos materiales compuestos estratificados deben prensarse uno con otro de manera fuerte por medio de una construccion de bastidor, concretamente de manera usual en 20 a 30%. Gracias al prensado fuerte se comprime fuertemente la estructura de fieltro, de modo que el electrolito no pueda circular optimamente a traves del fieltro, lo que, en particular en superficies de electrodo grandes, lleva a perdidas de presion masivas y, por tanto a elevadas perdidas de potencia parasitarias en la batena. Ademas, el material se relaja debido a la presion de prensado elevada y debido a la aparicion, con el tiempo, de corrosion minima en las fibras individuales, por lo que las capas de fieltro se sueltan de la placa bipolar con el tiempo de funcionamiento creciente y asf aumenta la resistencia de contacto del material compuesto estratificado. Gracias a la capacidad de adaptacion adicionalmente mala sobre todo de las placas rellenas de grafito, segun la situacion de montaje, debe preverse un sellado adicional entre el bastidor y la placa bipolar para impedir una salida del electrolito.

En el documento DE 102007037435 se describe un material estratificado que consta de al menos una capa de un material polfmero relleno de grafito o una capa de un material ceramico y en el que hay una union indisoluble entre los materiales debido al uso de una sustancia promotora de adherencia activa en su superficie lfmite. Este material estratificado puede utilizarse como componente en batenas de flujo redox.

Por tanto, el problema de la presente invencion es proporcionar un material compuesto estratificado, adecuado especialmente para uso en una batena de flujo redox, de una placa bipolar a base de un cuerpo moldeado que contiene grafito, como particularmente una lamina de grafito, y al menos un electrodo dispuesto en ella de una estructura plana textil, que pueda fabricarse de manera sencilla y barata.

Segun la invencion, este problema se resuelve por la provision de un material compuesto estratificado, en particular para uso en una batena de flujo redox, conteniendo el material compuesto estratificado al menos una capa de una estructura plana textil y al menos un cuerpo moldeado que contiene grafito, pudiendo obtenerse el cuerpo moldeado que contiene grafito por medio de un procedimiento en el que partfculas de grafito se mezclan con al menos un aditivo organico solido para obtener una mezcla y la mezcla asf obtenida se compacta a continuacion.

Esta solucion se basa en el conocimiento sorprendente de que en un material compuesto estratificado de este tipo, el cuerpo moldeado a base de grafico que hace de placa bipolar no solo presenta un elevado grado de relleno de aditivo que cierra los poros, sino que ademas el aditivo organico que cierra los poros esta distribuido homogeneamente a lo largo de las tres dimensiones y, en particular, en la direccion de profundidad del cuerpo moldeado, es decir, en la direccion z del cuerpo moldeado. Por este motivo, el cuerpo moldeado presenta en las tres dimensiones y, en particular, tambien en el plano vertical del cuerpo moldeado, es decir, en el plano perpendicular a la direccion x-y o al plano, en el que el cuerpo moldeado posee su extension mas larga, propiedades homogeneas y se distingue por una elevada resistencia en la direccion z y, en particular tambien, por una elevada conductividad electrica, una alta resistencia a la traccion, una alta conductividad termica, una elevada resistencia a la temperatura, una buena estabilidad frente a productos qmmicos, una elevada impermeabilidad con respecto a los lfquidos asf como por una alta estabilidad, concretamente, en particular, tambien en una reducida compresion superficial del cuerpo moldeado. Debido a la distribucion homogenea del aditivo organico o de los aditivos organicos a lo largo de las tres dimensiones, se logra principalmente en particular que el aditivo este presente no solo en las zonas del cuerpo moldeado proximas a la superficie, sino particularmente tambien en la zona interior o central del cuerpo

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

moldeado que se encuentra entre la zonas proximas a la superficie. Por tanto, se impide que el cuerpo moldeado presente una elevada impermeabilidad solo en sus zonas superficiales, pero en el interior del cuerpo moldeado.

una estructura plana textil, que pueda fabricarse de manera sencilla y barata, en el que la estructura plana textil este firmemente unida de manera duradera con la placa bipolar y en el que la placa bipolar no se distinga solo por una elevada resistencia a la traccion y por una elevada conductividad electrica, sino que presente particularmente tambien una impermeabilidad especialmente alta con respecto a lfquidos y gases asf como una buena flexibilidad.

Segun la invencion, este problema se resuelve por la provision de un material compuesto estratificado, en particular para uso en una batena de flujo redox, conteniendo el material compuesto estratificado al menos una capa de una estructura plana textil y al menos un cuerpo moldeado que contiene grafito, pudiendo obtenerse el cuerpo moldeado que contiene grafito por medio de un procedimiento en el que partfculas de grafito se mezclan con al menos un aditivo organico solido para obtener una mezcla y la mezcla asf obtenida se compacta a continuacion, no fundiendose ni sinterizandose antes de la compactacion el al menos un aditivo solido y la mezcla producida con este.

Esta solucion se basa en el conocimiento sorprendente de que en un material compuesto estratificado de este tipo, el cuerpo moldeado a base de grafico que hace de placa bipolar no solo presenta un elevado grado de aditivo de llenado que cierra los poros, sino que el aditivo organico que cierra los poros esta distribuido homogeneamente ademas a lo largo de las tres dimensiones y, en particular, en la direccion de profundidad del cuerpo moldeado, es decir, en la direccion z del cuerpo moldeado. Por este motivo, el cuerpo moldeado presenta en las tres dimensiones y, en particular, tambien en el plano vertical del cuerpo moldeado, es decir, en la direccion o el plano perpendicular a la direccion x-y, en el que el cuerpo moldeado posee su extension maxima, propiedades homogeneas y se distingue por una elevada resistencia en la direccion z y, en particular tambien, por una elevada conductividad electrica, una alta resistencia a la traccion, una alta conductividad termica, una elevada resistencia a la temperatura, una buena estabilidad frente a productos qrnmicos, una elevada impermeabilidad con respecto.

Por el contrario, gracias a la distribucion de aditivo homogenea se logra tambien en el interior del cuerpo moldeado una elevada impermeabilidad en todas las dimensiones. Debido a la resistencia electrica baja del cuerpo moldeado, todo el material compuesto estratificado presenta particularmente tambien una resistencia electrica espedfica baja.

Otra ventaja esencial del material compuesto estratificado segun la invencion es que el cuerpo moldeado contenido en el, puede configurarse especialmente mas delgado de lo es posible en las placas bipolares conocidas por el estado de la tecnica debido a su elevada impermeabilidad, sobre todo frente a lfquidos especialmente para uso en una batena de flujo redox. Por tanto, el material compuesto estratificado y toda la batena de flujo redox pueden configurarse compactos con la misma potencia.

En otra ventaja especial con respecto al cuerpo moldeado conocido por el estado de la tecnica, el cuerpo moldeado que contiene grafito contenido en el material compuesto estratificado segun la invencion puede fabricarse de manera rapida, sencilla y barata, concretamente, en particular tambien por un procedimiento continuo en el que, por ejemplo, se anade continuamente a una corriente de gas que contiene partfculas de grafito un aditivo organico solido y preferentemente seco, por ejemplo, por medio de un tornillo sin fin de transporte y se mezcla con este, y esta mezcla se grna a continuacion continuamente por medio de un rodillo en el que se compacta la mezcla.

Otra ventaja sustancial del material compuesto estratificado segun la invencion es que, gracias al aditivo organico contenido en el cuerpo moldeado que contiene grafito, puede lograrse, por ejemplo por la union termica o por medio de un adhesivo, una union especialmente firme del cuerpo moldeado con la al menos una capa de la estructura plana textil. En particular, el aditivo organico permite una soldadura directa del cuerpo moldeado relleno de aditivo organico con la estructura plana textil cuando, durante la fusion o la sinterizacion del aditivo organico, la estructura plana textil se prensa con menos presion de apriete con el cuerpo moldeado. Por tanto, el material compuesto estratificado segun la invencion, durante su uso, debe presionarse mucho menos fuertemente por medio de una construccion de bastidor, de modo que la estructura plana textil no se comprima tan fuertemente. Por este motivo, el electrolito en el material compuesto estratificado segun la invencion puede circular mejor a traves de la estructura plana textil, con lo que, durante su uso en una batena de flujo redox, puede incrementarse la eficiencia de la batena. Ademas, debido a ello, el material compuesto estratificado segun la invencion presenta tambien una vida util mas elevada porque la estructura plana textil no se suelta tan facilmente del cuerpo moldeado y asf la resistencia de contacto del material compuesto estratificado sigue siendo tambien baja incluso durante largos tiempos de funcionamiento.

Como se explica, el cuerpo moldeado contenido en el material compuesto estratificado segun la invencion se obtiene por un procedimiento en el que partfculas de grafito se mezclan primeramente con al menos un aditivo organico solido para obtener una mezcla antes de que se compacte a continuacion la mezcla asf obtenida. Se entiende por esto en el ambito de la presente solicitud de patente que, en contraste a una impregnacion lfquida o fundida, hasta la compactacion de la mezcla, no se funden o sinterizan las partfculas de grafito ni el aditivo ni la mezcla que contiene las partfculas de grafito y el aditivo.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Basicamente, como material de partida de grafito para el cuerpo moldeado contenido en el material compuesto estratificado segun la invencion pueden utilizarse partfculas a base de todos los grafitos conocidos, es decir, por ejemplo partfculas de grafito natural o de grafito sintetico.

No obstante, segun una forma de realizacion especialmente preferida de la presente invencion se propone utilizar como partfculas de grafito partfculas de grafito expandido. Por grafito expandido se entiende grafito que, en comparacion con el grafito natural, esta expandido por ejemplo en el factor 80 o mas en el plano perpendicularmente a los estratos de carbono hexagonales. Debido a esta expansion, el grafito expandido se caracteriza por una moldeabilidad sobresaliente y una buena capacidad de engrane, por lo que motivo este grafito es especialmente adecuado para fabricar el cuerpo moldeado contenido en el material compuesto estratificado segun la invencion. Debido a su tambien alta porosidad, el grafito expandido se puede mezclar ademas muy bien con partfculas de aditivo organico con un diametro de partfcula correspondientemente pequeno y, debido al grado de expansion, se puede densificar o compactar facilmente. Para fabricar grafito expandido con una estructura vermiforme, se mezcla usualmente grafito, como grafito natural, con una union de intercalacion como, por ejemplo, acido mtrico o acido sulfurico, y se mantiene caliente a una temperatura elevada de, por ejemplo, 600 a 1200°C.

Preferentemente, se utiliza grafito expandido que se ha fabricado a partir de grafito natural con un diametro medio de partfcula (d50) de al menos 149 pm y, preferentemente de al menos 180 pm, determinado segun el procedimiento de medicion y el conjunto de tamices especificados en la norma DIN 66165.

Se logran resultados especialmente buenos en esta forma de realizacion, en especial con partfculas de grafito expandido que presenta un grado de expansion de 10 a 1400, preferentemente de 20 a 700 y, de manera especialmente preferida de 60 a 100.

Esto corresponde sustancialmente a grafito expandido con un peso aparente de 0,5 a 95 g/l, preferentemente de 1 a 25 g/l y, de manera especialmente preferida, de 2 a 10 g/l.

En un perfeccionamiento de la idea de la invencion, se propone utilizar partfculas de grafito y, especialmente, partfculas de grafito expandido con un diametro de partfcula medio (d50) de 150 a 3500 pm, preferentemente de 250 a 2000 pm y, de manera especialmente preferida, de 500 a 1500 pm. Estas partfculas de grafito se pueden mezclar y compactar especialmente bien con aditivos organicos en forma de partfcula. En este caso, se determina el diametro medio (d50) de la partfcula de grafito segun el procedimiento de medicion y el conjunto de tamices especificados en la norma DlN 66165.

Preferentemente, la mezcla a compactar contiene de 50 a 99% en peso, preferentemente de 70 a 97% en peso y, de manera especialmente preferida, de 75 a 95 % en peso de partfculas de grafito y partfculas preferentemente correspondientes de grafito expandido.

De acuerdo con una forma de realizacion especialmente preferida de la presente invencion, el cuerpo moldeado contenido en el material compuesto estratificado segun la invencion presenta una impermeabilidad, perpendicularmente a su plano longitudinal, de menos de 10-1 mg/(sm2), preferentemente de menos de 10-2 mg/(sm2) y, de manera especialmente preferida, de menos de 10-3 mg/(sm2), medida a temperatura ambiente en un equipo de medicion segun la norma DlN 28090-1, bajo una compresion superficial de 20 MPa con helio como gas (1 bar de presion interior del gas de prueba helio).

Debido a la adicion de aditivo organico es facilmente posible prever el cuerpo moldeado que contiene grafito contenido en el material compuesto estratificado segun la invencion de modo que este presente una resistencia a la traccion medida segun la norma DIN ISO 1924-2 de 10 a 35 MPa y, preferentemente, de 15 a 25 MPa.

En un perfeccionamiento de la idea de la invencion, en el material compuesto estratificado segun la invencion, se propone prever un cuerpo moldeado que contiene grafito con una resistencia electrica especifica de menos de 20 fimm y, preferentemente, de menos de 15 fimm medida segun la norma DIN 51911 con una carga de 50 N en una superficie de 50 mm perpendicularmente a su plano longitudinal.

Segun otra forma de realizacion especialmente preferida de la presente invencion, la mezcla a compactar o el cuerpo moldeado que contiene grafito contiene, en el material compuesto estratificado segun la invencion, de 1 a 50% en peso, preferente de 3 a 30% en peso y, de manera especialmente preferida, de 5 a 25% en peso de uno o varios aditivos organicos. Por tanto, se logran resultados especialmente buenos, en particular con respecto a una impermeabilidad deseada, pero tambien con respecto a una elevada resistencia a la traccion y la estabilidad mecanica. Ademas, se obtiene asf un cuerpo moldeado con una resistencia a la traccion muy elevada y con una alta impermeabilidad, en particular en la direccion z del cuerpo moldeado. Aparte de esto, la adicion del aditivo organico facilita la conformacion y lleva a una mejor capacidad de soldadura del cuerpo moldeado con un cuerpo moldeado adicional que contiene grafito como en el material compuesto estratificado segun la invencion, con laminas metalicas o laminas de grafito y, por tanto, a una capacidad de union mas firme con la estructura plana textil. Ademas, se logra asf una resistencia transversal mas alta que en la adicion de menores cantidades de aditivo organico.

Basicamente, en esta forma de realizacion, junto con el grafito y el aditivo organico, el cuerpo moldeado puede contener aun materiales de relleno lo que, sin embargo, no es necesario ni tampoco preferible. Por tanto, el cuerpo

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

moldeado de acuerdo con la invencion segun esta forma de realizacion consta preferiblemente de la cantidad antes mencionada de aditivo organico y el resto de grafito.

Basicamente, como aditivo organico, puede utilizarse cualquier material organico. Se obtienen especialmente buenos resultados cuando el aditivo organico es un polfmero elegido del grupo que consta de termoplasticos, duroplasticos, elastomeros y cualesquiera mezclas de los mismos. Con tales materiales se logra particularmente, en temperaturas relativamente bajas de, por ejemplo, -100°C a 300°C, una elevada impermeabilidad del cuerpo moldeado para sustancias lfquidas y gaseosas.

Son ejemplos para polfmeros correspondientes resinas de silicona, poliolefina, resinas epoxi, resinas fenolicas, resinas de melanina, resinas de urea, resina de poliester, polieteretercetonas, benzoxazinas, poliuretanos, cauchos nitnlicos, como caucho de acrilonitrilo-butadieno-estireno, poliamidas, polimidas, polisulfonas, policloruro de vinilo y fluoropolfmeros, como polifluoruro de vinilideno, copolfmeros de etileno-tetrafluoretileno y politetrafluoretileno y cualesquiera mezclas o copolfmeros de dos o mas de los compuestos antes mencionados.

Segun una variante especialmente preferida de esta forma de realizacion, el aditivo organico o los aditivos organicos son seleccionados del grupo que consta de polietileno, polipropileno, copolfmeros de etileno-tetrafluoretileno, polifluoruro de vinilideno, politetrafluoretileno y cualesquiera mezclas de dos o mas de los compuestos antes mencionados. Esto se ha manifestado sorprendentemente como especialmente ventajoso en el ambito de la presente invencion para el equilibrado de todas las propiedades necesarias, como alta resistencia a la traccion, elevada conductividad electrica, buena capacidad de union con la estructura plana textil a base de grafito, alta conductividad termica, alta resistencia a la temperatura, buena estabilidad frente a productos qmmicos y elevada impermeabilidad con respeto a lfquidos y gases.

En el perfeccionamiento de la idea de la invencion, se propone prever polifluoruro de vinilideno como aditivo organico en el cuerpo moldeado del material compuesto estratificado segun la invencion. Debido a su alta fluidez, el polifluoruro de vinilideno es especialmente ventajoso en el proceso de fusion/sinterizacion y conduce a una capacidad de soldadura especialmente buena con la estructura plana textil.

Por consiguiente, el aditivo organico con respecto a su naturaleza qmmica y la cantidad utilizada se elige preferentemente de modo que el cuerpo moldeado sea impermeable en un rango de temperatura de entre -100 y 300°C y, en particular, en un rango de temperatura de entre -20 y 250°C, entendiendose por impermeable en el sentido de la presente invencion que el cuerpo moldeado presenta una impermeabilidad, perpendicularmente a su plano longitudinal, de menos de 10-1 mg/(s m2), preferentemente de menos de 10-2 mg/(s m2) y de manera especialmente preferida de menos de 10'3 mg/(s m2), medida a temperatura ambiente en un equipo de medicion segun la norma DIN 28090-1, bajo una compresion superficial de 20 MPa con helio como gas (1 bar de presion interior de gas de prueba de helio).

Segun una primera forma de realizacion muy especialmente preferida de la presente invencion, la mezcla a compactar o el cuerpo moldeado previsto en el material compuesto estratificado segun la invencion contiene de 5 a 50% en peso de partfculas de polietileno como aditivo organico. Por tanto, se obtienen materiales compuestos estratificados que presentan, especialmente equilibradas, las propiedades antes mencionadas, en particular resistencia de contacto reducida y alta impermeabilidad del cuerpo moldeado o de la placa bipolar. Se obtienen particularmente buenos resultados en esta forma de realizacion cuando la mezcla a compactar o el cuerpo moldeado previsto en el material compuesto estratificado segun la invencion contiene de 10 a 30% en peso, de manera especialmente preferida de 15 a 25% en peso, de manera muy especialmente preferida de 18 a 22% en peso y de manera muy preferida 20% en peso de partfculas de polietileno. Ciertamente, junto con el polietileno y el grafito, el cuerpo moldeado puede contener aun materiales de relleno, lo que, sin embargo, no es necesario ni tampoco preferible. Por tanto, el cuerpo moldeado segun la invencion de acuerdo con esta forma de realizacion consta preferentemente de la cantidad antes mencionada de polietileno y el resto de grafito expandido.

De acuerdo con una segunda forma de realizacion muy especialmente preferida de la presente invencion, la mezcla a compactar o el cuerpo moldeado previsto en el material compuesto estratificado segun la invencion contiene de 5 a 50% en peso de partfculas de polipropileno como aditivo organico. Asimismo, se obtienen asf materiales compuestos estratificados que presentan, especialmente equilibradas, las propiedades antes mencionadas, en particular, baja resistencia de contacto y alta impermeabilidad del cuerpo moldeado o de la placa bipolar. Se obtienen buenos resultados particularmente en esta forma de realizacion cuando la mezcla a compactar o el cuerpo moldeado previsto en el material compuesto estratificado segun la invencion contiene de 5 a 40% en peso, preferentemente de 10 a 30% en peso, de manera especialmente preferida de 15 a 25% en peso, de manera muy especialmente preferida de 18 a 22% y de manera muy preferida 20% en peso de partfculas de polipropileno. Ciertamente, el cuerpo moldeado junto con el polipropileno y el grafito, puede contener aun materiales de relleno, lo que, sin embargo, no es necesario ni tampoco preferible. Por tanto, el cuerpo moldeado segun la invencion de acuerdo con esta forma de realizacion consta preferiblemente de la cantidad antes mencionada de polipropileno y el resto de grafito expandido.

De acuerdo con una tercera forma de realizacion muy especialmente preferida de la presente invencion, la mezcla a compactar o el cuerpo moldeado previsto en el material compuesto estratificado segun la invencion contiene de 0,5

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

a 30% en peso de partfculas de un copoKmero de etileno-tetrafluoretileno. Asimismo, se obtienen as^ de manera sorprendente materiales compuestos estratificados con las propiedades antes mencionadas. Se obtienen buenos resultados en esta forma de realizacion particularmente cuando la mezcla a compactar o el cuerpo moldeado previsto en el material compuesto estratificado segun la invencion contiene de 1 a 20% en peso, de manera especialmente preferida de 3 a 10% en peso, de manera muy especialmente preferida de 5 a 8% en peso y de manera muy preferida 6% en peso de partfculas de un copolfmero de etileno-tetrafluoretileno. Ciertamente, el cuerpo moldeado junto con el copolfmero de etileno-tetrafluoretileno y el grafito puede contener todavfa materiales de relleno, lo que, sin embargo, no es necesario ni tampoco preferible. Por tanto, el cuerpo moldeado segun la invencion de acuerdo con esta forma de realizacion consta preferiblemente de la cantidad antes citada de copolfmero de etileno-tetrafluoretileno y el resto de grafito expandido.

Segun una cuarta forma de realizacion muy especialmente preferida de la presente invencion, la mezcla a compactar o el cuerpo moldeado previsto en el material compuesto estratificado segun la invencion contiene de 0,5 a 50% en peso de partfculas de polifluoruro de vinilideno. Asimismo, se obtienen sorprendentemente materiales compuestos estratificados con las propiedades antes mencionadas. Se obtienen buenos resultados en esta forma de realizacion particularmente cuando la mezcla a compactar o el cuerpo moldeado previsto en el material compuesto estratificado segun la invencion contiene de 2 a 30% en peso, de manera especialmente preferida de 5 a 20% en peso, de manera muy especialmente preferida de 8 a 12% en peso y muy preferiblemente 10% en peso de partfculas de polifluoruro de vinilideno. Ciertamente, el cuerpo moldeado junto con el polifluoruro de vinilideno y el grafito puede contener aun materiales de relleno, lo que, sin embargo, no es necesario ni tampoco preferible. Por tanto, el cuerpo moldeado segun la invencion de acuerdo con esta forma de realizacion consta preferentemente de la cantidad antes citada de polifluoruro de vinilideno y el resto de grafito expandido.

En un perfeccionamiento de la idea de la invencion, se propone que el aditivo organico o los aditivos organicos presenten en la mezcla a compactar un diametro de partfcula medio (d50), determinado segun la norma ISO 13320, de 1 a 500 pm, preferentemente de 1 a 150 pm, de manera especialmente preferida de 2 a 30 pm y de manera muy especialmente preferida de 3 a 15 pm.

Ademas, se prefiere que el cuerpo moldeado que contiene grafito previsto en el material compuesto estratificado segun la invencion presente una densidad de menos de 1,0 g/cm3, preferentemente una densidad de 1,2 a 1,8 g/cm3 y, de manera especialmente preferida, una densidad de 1,4 a 1,7 g/cm3. Por tanto, pueden fabricarse materiales compuestos estratificados especialmente compactos.

Por el mismo motivo, se prefiere que el al menos un cuerpo moldeado que contiene grafito previsto en el material compuesto estratificado segun la invencion presente un espesor de 0,02 a 3 mm, preferentemente de 0,2 a 1,0 mm y de manera especialmente preferida de 0,5 a 0,8 mm. En este caso, el cuerpo moldeado que contiene grafito esta configurado preferentemente como lamina o placa. Pueden fabricarse placas mas gruesas, por ejemplo por prensado, pegado, soldadura o termopegado de dos cuerpos conformados individuales. Esto es posible con o sin presion y por el uso de adhesivos, promotores de adherencia o por el aditivo que esta presente en el cuerpo moldeado. En este caso, se prefiere especialmente la capacidad de soldadura directa de dos cuerpos moldeados.

De acuerdo con otra forma de realizacion preferida, el cuerpo moldeado previsto en el material compuesto estratificado segun la invencion esta configurado al menos sustancialmente plano, concretamente, en particular de preferencia como placa o lamina.

Basicamente, la al menos una capa de la estructura plana textil puede presentar cualquier estructura textil. Por ejemplo, la estructura plana textil puede ser una estructura seleccionada del grupo que consta de tejidos, generos de punto, generos tricotados, papeles, napas, velos, fieltros y cualesquiera combinaciones de dos o mas de las estructuras antes mencionadas.

En un perfeccionamiento de la idea de la invencion, se propone prever la al menos una capa de la estructura plana textil de fieltro con un espesor de 1 a 20 mm, preferiblemente de 1 a 10 mm y, de manera especialmente preferida, de 2 a 5 mm. Las estructuras planas textiles de este tipo son especialmente adecuadas como material de electrodos para una batena de flujo redox. En particular, en esta forma de realizacion, se prefiere ademas tambien que el material compuesto estratificado segun la invencion presente dos capas de estructura plana textil, de manera especialmente preferida fieltro, que estan dispuestas sobre las dos superficies exteriores del cuerpo moldeado que contiene grafito.

Basicamente, la estructura plana textil, preferentemente fieltro, puede fabricarse de cualquier material adecuado para el uso como electrodo en una batena de flujo redox. Solamente, por ejemplo, en este contexto, se mencionan estructuras planas textiles, preferentemente fieltros de fibras de carbono o grafito, por ejemplo a base de celulosa, poliacrilonitrilo o brea como precursor. No obstante, las estructuras planas textiles pueden fabricarse tambien de otros materiales dotados de buena conductividad electrica tal como, por ejemplo, fibras metalicas.

De acuerdo con otra forma de realizacion preferida de la presente invencion, las fibras de la estructura plana textil presentan una densidad de 1,2 a 2,0 g/cm3 y, de manera especialmente preferida, de 1,4 a 1,9 g/cm3. Tales fibras presentan una resistencia adecuada.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Se obtienen tambien buenos resultados en el uso en una batena de flujo redox especialmente cuando las fibras que configuran la estructura plana textil y, preferentemente, el fieltro, presentan un diametro de 5 a 20 pm y, de manera especialmente preferida, de 5 a 10 pm.

Para lograr una buena circulacion a traves de la estructura plana textil con electrolitos utilizados usualmente en batenas de flujo redox, se propone en un perfeccionamiento de la idea de la invencion que la estructura plana textil, preferiblemente el fieltro, presente una densidad de 0,001 a 0,5 g/cm3, preferiblemente una densidad de 0,01 a 0,2 g/cm3 y de manera muy especialmente preferida una densidad de 0,08 a 0,12 g/cm3.

Por el mismo motivo, se prefiere alternativa o adicionalmente a la forma de realizacion antes mencionada que la estructura plana textil, preferiblemente el fieltro, presente una superficie BET espedfica lo mas alta posible. Se obtienen buenos resultados, por ejemplo, cuando la estructura plana textil, preferentemente el fieltro, presenta una superficie BET espedfica de 0,05 a 300 m2/g y, preferiblemente, de 0,1 a 250 m2/g.

Para lograr una conductividad electrica suficientemente elevada para el uso como electrodo en batenas de flujo redox, la estructura plana textil, preferentemente fieltro, presenta una resistencia electrica espedfica de 1 a 15 fimm y, preferentemente, de 3 a 4 fimm o 10 a 12 fimm medida segun la norma DIN 51911 a 20°C y perpendicular a su plano longitudinal.

Por el mismo motivo se prefiere que la estructura plana textil, preferentemente fieltro, presente una resistencia electrica espedfica de 0,5 a 3 fimm y, preferentemente, de 1 a 2 fimm medida segun la norma DIN 51911 a 20°C y paralela a su plano longitudinal.

En el material compuesto estratificado segun la invencion, el cuerpo moldeado que contiene grafito puede estar unido con la o las estructuras planas textiles directamente, por ejemplo, termicamente, o de manera indirecta, por ejemplo por medio de un adhesivo.

Para la union termica, que se facilita por medio del aditivo organico presente en el cuerpo moldeado, pueden fundirse y sinterizarse, por ejemplo, las capas individuales en sus superficies de union. Esto puede realizarse en presencia o ausencia de presion.

Alternativamente a ello, la union entre el cuerpo moldeado que contiene grafito y la o las estructuras planas textiles puede realizarse por el uso de adhesivo y/o promotores de adherencia. Para ello es adecuado basicamente cualquier adhesivo con el que puedan pegarse uno con otro dos estratos que contienen grafito. Se logran resultados buenos en relacion con esto especialmente cuando se utiliza como adhesivo una brea, una resina fenolica, una resina de furano o una mezcla de dos o mas de los compuestos antes citados como, por ejemplo, un adhesivo a base de resina fenolica rellena de grafito o a base de vidrio soluble. Debido al aditivo organico contenido en el cuerpo moldeado este se puede unir de manera especialmente firme con la o las capas de la estructura plana textil, preferentemente capas de fieltro, de modo que, durante el uso del material compuesto estratificado, por ejemplo en una batena de flujo redox, deba realizarse una prensado menor, por ejemplo por medio de un bastidor, de modo que se logre una mejor circulacion a traves del fieltro con electrolito y, por tanto, una mejor eficiencia de batena.

Para lograr una resistencia de contacto reducida, en un perfeccionamiento de la idea de la invencion se propone utilizar un adhesivo electricamente conductor. Para ello, el adhesivo, en particular, brea, resina fenolica o resina de furano, puede mezclarse como material de relleno con cantidades adecuadas de partfculas metalicas, en particular partfculas de plata o partfculas de mquel, partfculas de carbono o partfculas de grafito.

Un objeto adicional de la presente invencion es una batena de flujo redox que contiene al menos un material compuesto estratificado descrito anteriormente, un electrolito y una membrana. En este caso, puede tratarse tambien particularmente de una pila de varias batenas de flujo redox o celdas de flujo redox que lindan una con otra y estan unidas respectivamente por un material compuesto estratificado anteriormente descrito.

Ademas, la presente invencion concierne a una placa bipolar que es adecuada especialmente para uso en una batena de flujo redox, pudiendo obtenerse la placa bipolar por un procedimiento en el que partfculas de grafito se mezclan con al menos un aditivo organico solido para obtener una mezcla y se compacta a continuacion la mezcla asf obtenida.

Segun una primera forma de realizacion especialmente preferida de la presente invencion, la mezcla a compactar contiene de 5 a 50% en peso, preferentemente de 10 a 30% en peso, de manera especialmente preferida de 15 a 25% en peso, de manera muy especialmente preferida de 18 a 22% en peso y a lo sumo de preferencia aproximadamente 20% en peso de partfculas de polietileno. Ciertamente, el cuerpo moldeado, junto con el polietileno y el grafito, puede contener aun materiales de relleno lo que, sin embargo, no es necesario ni tampoco preferible. Por tanto, el cuerpo moldeado segun la invencion de acuerdo con esta forma de realizacion consta preferiblemente de la cantidad antes mencionada de polietileno y el resto de grafito expandido. En esta forma de realizacion pueden obtenerse especialmente cuerpos moldeados con una resistencia electrica espedfica perpendicular al plano longitudinal del cuerpo moldeado de menos de 15 ohmnios mm con una resistencia a la traccion de 20 a 25 MPa y con una impermeabilidad de menos de 110-3mg/(sm2).

Ademas, la mezcla a compactar, de acuerdo con una segunda forma de realizacion especialmente preferida de la presente invencion, contiene de 5 a 50% en peso, preferiblemente de 10 a 30% en peso, de manera especialmente preferida de 15 a 25% en peso, de manera muy especialmente preferida de 18 a 22% en peso y a lo sumo de preferencia alrededor del 20% en peso de partfculas de polipropileno. Ciertamente, el cuerpo moldeado, junto con el 5 polipropileno y el grafito, puede contener aun materiales de relleno lo que, sin embargo, no es necesario ni tampoco preferible. Por tanto, el cuerpo moldeado segun la invencion de acuerdo con esta forma de realizacion consta preferiblemente de la cantidad antes mencionada de polipropileno y el resto de grafito expandido. En esta forma de realizacion, pueden obtenerse particularmente cuerpos moldeados con una resistencia electrica espedfica perpendicular al plano longitudinal del cuerpo moldeado de menos de 15 ohmnios mm, con una resistencia a la 10 traccion de 20 a 25 MPa y con una impermeabilidad de menos de 1-10"3 mg/(sm2).

De acuerdo con una tercera forma de realizacion especialmente preferida de la presente invencion, la mezcla a compactar contiene de 0,5 a 30% en peso, preferiblemente de 1 a 20% en peso, de manera especialmente preferida de 3 a 10% en peso, de manera muy especialmente preferida de 5 a 8% en peso y a lo sumo de preferencia alrededor de 6% en peso de partfculas de un copolfmero de etileno-tetrafluoretileno. Ciertamente, el cuerpo 15 moldeado, junto con el copolfmero de etileno-tetrafluoretileno y el grafito, puede contener aun materiales de relleno lo que, sin embargo, no es necesario ni tampoco preferible. Por tanto, el cuerpo moldeado segun la invencion de acuerdo con esta forma de realizacion consta preferiblemente de la cantidad antes mencionada de copolfmero de etileno-tetrafluoretileno y el resto de grafito expandido. En esta forma de realizacion, pueden obtenerse particularmente cuerpos moldeados con una resistencia electrica espedfica perpendicular al plano longitudinal del 20 cuerpo moldeado de menos de 15 ohminiosmm, con una resistencia a la traccion de 15 a 25 MPa y con una impermeabilidad de menos de 5-10"3 mg/(sm2).

Finalmente, la mezcla a compactar, segun una cuarta forma de realizacion especialmente preferida de la presente invencion, contiene de 0,5 a 50% en peso, preferiblemente de 2 a 30% en peso, de manera especialmente preferida de 5 a 20% en peso, de manera muy especialmente preferida de 8 a 12% en peso y a lo sumo de preferencia 25 aproximadamente 10% en peso de partfculas de polifluoruro de vinilideno. Ciertamente, el cuerpo moldeado, junto con el polifluoruro de vinilideno y el grafito, puede contener aun materiales de relleno lo que, sin embargo, no es necesario y tampoco se prefiere. Por tanto, el cuerpo moldeado segun la invencion de acuerdo con esta forma de realizacion consta preferiblemente de la cantidad antes mencionada de polifluoruro de vinilideno y el resto de grafito expandido. En esta forma de realizacion, pueden obtenerse especialmente cuerpos moldeados con una resistencia 30 electrica espedfica perpendicular al plano longitudinal del cuerpo moldeado de menos de 15 ohminios mm, con una resistencia a la traccion de 15 a 25 MPa y con una impermeabilidad de menos de 1-10"3 mg/(sm2).

Otro objeto de la presente invencion es el uso de un material compuesto estratificado anteriormente descrito o una placa bipolar anteriormente descrita para fabricar una batena de flujo redox o una pila de varias celdas de flujo redox que lindan una con otra.

35 Ademas, la presente invencion concierne a un procedimiento para fabricar un material compuesto estratificado anteriormente descrito que comprende las etapas siguientes:

a) mezclar partfculas de grafito con al menos un aditivo organico solido para obtener una mezcla,

b) compactar la mezcla obtenida en la etapa a) para obtener asf un cuerpo moldeado que contiene grafito,

c) proporcionar al menos una capa de una estructura plana textil, y

40 d) unir la al menos una capa proporcionada en la etapa c) de una estructura plana textil y del cuerpo moldeado que contiene grafito obtenido en la etapa b).

Preferentemente, el procedimiento segun la invencion se realiza continuamente para fabricar asf el cuerpo moldeado segun la invencion de manera rapida, sencilla y barata.

La gestion continua del procedimiento de las etapas del procedimiento a) y b) puede realizarse, por ejemplo, en un 45 sistema de tubenas en el que se efectua el mezclado de acuerdo con la etapa de procedimiento a) de modo que se

suministre a una corriente de gas que contiene partfculas de grafito un aditivo organico solido, por ejemplo, a traves de un tornillo sin fin de transporte, y la corriente de gas asf obtenida y mezclada que contiene partfculas de grafito y aditivo organico se lleva a compactar segun la etapa de procedimiento b) a traves de un rodillo. Asf las partfculas de grafito y el aditivo no solo se pueden mezclar mutuamente de una manera rapida y sencilla, sino que se pueden 50 mezclar con especial cuidado, es decir, mezclar sin mayor solicitacion mecanica, de modo que se evite una trituracion, como molienda, de las partfculas de materiales solidos durante el mezclado, como ocurre forzosamente durante el mezclado en un agitador estatico o dinamico durante varios minutos o incluso horas. Por tanto, se favorecen las propiedades ventajosas sobresalientes del cuerpo moldeado contenido en el material compuesto estratificado segun la invencion, sobre todo, una alta resistencia a la traccion y una alta resistencia transversal.

55 Por tanto, en el procedimiento segun la invencion, antes de la compactacion, no realiza ningun mezclado en un dispositivo agitador estatico o dinamico durante mas de 5 minutos, sobre todo durante mas de 20 minutos y, particularmente, durante mas de 1 hora.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

De acuerdo con otra forma de realizacion preferida de la presente invencion, la mezcla que contiene partfculas de grafito y aditivo, durante la compactacion o despues de esta, se funde y/o se sinteriza segun la etapa de procedimiento b). En el ambito de la presente invencion, se ha determinado de manera sorprendente que puede incrementarse as^ adicionalmente la impermeabilidad del cuerpo moldeado con respecto a lfquidos y gases. Sin querer quedar vinculado a una teona, se considera que, por medio de una fusion o sinterizacion de este tipo, se mejora la union de las partfculas de grafito con las partfculas de aditivo y, gracias al aditivo muy fluido entonces, se cierran poros adicionales y se generan puntos de contacto.

Para la conformacion definitiva puede realizarse una etapa de conformacion independiente en la cual se configure el cuerpo moldeado, por ejemplo, por reformacion, perfilado, termoprensado, termoreformacion, recanteado, embuticion profunda, estampacion o troquelado.

Ademas, el cuerpo moldeado puede calentarse en un molde de prensado, con lo que se generan determinados perfiles, formas, ondas y/o estampaciones. El aditivo estabiliza estas formas e impide la deformacion adicional conocida por las laminas de grafito convencionales. La capacidad de carga mecanica generada por la presente invencion permite por primera vez aplicar tales procedimientos.

A continuacion, se describe la presente invencion puramente a modo de ejemplo con ayuda de formas de realizacion ventajosas y con referencia a los dibujos adjuntos.

En este caso, muestran:

La figura 1, un cuerpo moldeado que contiene grafito segun el estado de la tecnica, y

La figura 2, un material compuesto estratificado con un cuerpo moldeado que contiene grafito segun un ejemplo de realizacion de la presente invencion.

En la figura 1 esta representada una seccion transversal esquematica de un cuerpo moldeado 1 que contiene grafito configurado como placa segun el estado de la tecnica. Este cuerpo moldeado 1 contiene grafito prensado expandido 2 y un aglutinante lfquido 3, habiendose introducido posteriormente el aglutinante 3 en el cuerpo moldeado 1 por medio de impregnacion fundida de las superficies laterales del cuerpo moldeado 1. Debido a la aplicacion del aglutinante 3 por medio de la impregnacion fundida, este se introduce en el cuerpo moldeado 1 solo de manera desigual y sobre todo superficialmente, por lo cual sobre todo la zona interior situada entre las zonas superficiales, como por ejemplo la zona 4 situada en el enmarcado ovalado de lmea de trazos, contiene solo poco aglutinante 3 o casi esta libre de aglutinante. Debido a esto, las propiedades del cuerpo moldeado 1 vanan, en particular la resistencia mecanica y la compacidad del cuerpo moldeado 1, sobre todo en la direccion de profundidad o direccion z, presentando la zona interior del cuerpo moldeado 1 situada entre las zonas superficiales una compacidad peor y propiedades mecanicas peores que las zonas superficiales del cuerpo moldeado 1.

El material compuesto estratificado 5 representado en la figura 2 de acuerdo con la presente invencion contiene un cuerpo moldeado 6 que consta de partfculas 7 de grafito expandido, que estan configuradas de manera conocida en forma de gusano o de acordeon, asf como de partfculas de aditivo 8. A diferencia del cuerpo moldeado 1 mostrado en la figura 1 segun el estado de la tecnica, las partfculas de aditivo 7 estan distribuidas uniformemente en el cuerpo moldeado 6 contenido en el material compuesto estratificado 5 segun la invencion en todas las dimensiones del cuerpo moldeado 6, concretamente en particular tambien en la zona interior del cuerpo moldeado 6 situada entre las zonas superficiales. En las dos superficies exteriores del cuerpo moldeado 6 esta dispuesta una respectiva capa de estructura plana textil o fieltro 9 y estan unida con el cuerpo moldeado 6 por medio de un adhesivo (no representado).

Para producir el cuerpo moldeado 6 contenido en el material compuesto estratificado 5 representado en la figura 2, se han mezclado homogeneamente primero las partfculas de grafito 7 con las partfculas de aditivo organicas 8, antes de que la mezcla asf producida se haya compactado y configurado con la forma deseada.

A continuacion, se describe adicionalmente la presente invencion con ayuda de estos ejemplos explicativos, pero no limitativos de esta.

Ejemplos

Ejemplo 1

Se mezclo grafito expandido de un peso aparente de 3,5 g/l con un polvo de polipropileno, concretamente con Licocene PP 2602 de la empresa Clariant, Alemania, para obtener una mezcla que contema 80% en peso de grafito expandido y 20% en peso de polvo de polipropileno, y a continuacion se amaso en un recipiente durante 1 minuto.

La mezcla asf obtenida se transfirio entonces a un tubo de acero de 90 mm de diametro, se la prenso con un embolo de presion por medio del peso corporal propio y se la retiro como una preforma prensada con una densidad de aproximadamente 0,07 g/cm3. A continuacion, se comprimio la preforma prensada con una prensa hasta el espesor

5

10

15

20

25

30

35

40

45

de lamina deseado de 0,6 mm y se acondiciono la lamina dopada resultante a 180°C durante 60 minutos para fundir el material sintetico.

El cuerpo moldeado as^ obtenido presentaba una impermeabilidad, perpendicularmente a su plano longitudinal de 110-3 mg/(sm2), medida a temperatura ambiente en un equipo de medicion segun la norma DIN 28090-1, bajo una compresion superficial de 20 MPa con helio como gas (1 bar de presion interior de gas de prueba helio). Este valor y otras propiedades del cuerpo moldeado estan resumidos en la tabla 1 posterior.

El cuerpo moldeado se pego entonces por un lado con el filtro de grafito comercializado por la empresa SGL Carbon GmbH con la denominacion comercial SIGRATHERM GFD5. Para ello, se corto el cuerpo moldeado de 0,6 mm de grosor a un tamano de 50 x 50 mm y se aplico entonces sobre este cuerpo moldeado por medio de una espatula el adhesivo comercializado por la empresa SGL Carbon GmbH con la denominacion comercial V 58 a a base de resina fenolica rellena de grafito en una cantidad de 0,04 g/cm2 antes de que finalmente el fieltro de grafito se aplicara sobre el adhesivo y a continuacion el adhesivo se endurecio durante 2 horas a 150°C con una carga de 2 kg.

Para el material compuesto estratificado asf obtenido se determino, segun la norma DIN 51911, a 20°C, la resistencia electrica espedfica en direccion de grosor obteniendose un valor de 7,7 ohmios. Los resultados estan resumidos en la tabla 2 siguiente.

Debido al uso de un adhesivo electricamente conductor, el material compuesto estratificado presenta una resistencia electrica relativamente baja. Debido a la adicion de aditivo organico en el cuerpo moldeado o en la placa bipolar, esta placa bipolar presenta una alta impermeabilidad, sobre todo con respecto a los lfquidos, sin que el aditivo organico influya desventajosamente en la resistencia electrica del material compuesto estratificado.

Ejemplo 2

Se fabrico un material compuesto estratificado segun el procedimiento descrito para el ejemplo 1 excepto que, en este caso, el cuerpo moldeado y el fieltro de grafito se unieron uno con otro sin adhesivo.

Para el material compuesto estratificado asf obtenido, segun la norma DIN 51911, a 20°C, se determino la resistencia electrica espedfica en direccion de grosor, obteniendose un valor de 10,8 ohmios mm, es decir, una resistencia electrica algo mayor que para el material compuesto estratificado segun el ejemplo 1, en el que se utilizo un adhesivo conductor. Los resultados estan resumidos en la tabla 2 posterior.

Ejemplo 3

Se fabrico un material compuesto estratificado segun el procedimiento descrito para el ejemplo 1 excepto que, en este caso, el cuerpo moldeado y el fieltro de grafito se unieron uno con otro sin adhesivo. Por el contrario, el cuerpo de fieltro se coloco sobre el cuerpo moldeado y contacto durante horas a 180°C con una carga de 2 kg. Debido la fusion del aditivo presente en la placa bipolar se produjo una pegadura o soldadura directa del cuerpo moldeado con contenido de grafito y el cuerpo de fieltro.

Para el material compuesto estratificado asf obtenido se determino segun la norma DIN 51911, a 20°C, la resistencia electrica espedfica en direccion de espesor, obteniendose un valor similar al del material compuesto estratificado segun el ejemplo 2.

Ejemplo comparativo 1

Segun el procedimiento descrito para el ejemplo 1, se fabrico un cuerpo moldeado en forma de una lamina de grafito excepto que para su fabricacion se utilizo solamente grafito expandido y ningun aditivo.

El cuerpo moldeado asf obtenido presento una impermeabilidad, perpendicularmente a su plano longitudinal, de 110-2 mg/(s m2), medida a temperatura ambiente en un equipo de medicion segun la norma DIN 28090-1, bajo una compresion superficial de 20 MPa con helio como gas (1 bar de presion interior de gas de prueba helio). Este valor junto con otras propiedades del cuerpo moldeado estan resumidos en la tabla 1 posterior.

Un material compuesto estratificado fabricado a partir de este cuerpo moldeado como se describe en el ejemplo 1 presentaba una resistencia electrica espedfica similar en la direccion de espesor similar a la del material compuesto del ejemplo 3.

Tabla 1: propiedades del cuerpo moldeado

Muestra: Espesor de la lamina [mm] Densidad de la lamina [g/cm3] Impermeabilidad/fuga [mg/(sm2)]

Ejemplo 1: 0,6 1,7 110-3

Ejemplo comparativo 1: 0,6 1,7 110-2

5

10

15

Tabla 2: propiedades del material compuesto estratificado

Muestra: Resistencia electrica espedfica en direccion de espesor [ohm mm]

Ejemplo 1: 7,7

Ejemplo 2: 10,8

placa bipolar del material negativamente de forma direccion del espesor.

Lista de simbolos de referencia

1 Cuerpo moldeado segun el estado de la tecnica

2 Grafito (expandido)

3 Aglutinante

4 Zona del cuerpo moldeado

5 Material compuesto estratificado segun la presente invencion

6 Cuerpo moldeado que contiene grafito

7 Partfculas de grafito (expandido)

8 Partfculas de aditivo

9 Estructura plana textil o fieltro

Estos ejemplos muestran que la adicion de aditivo organico al cuerpo moldeado o a la compuesto estratificado aumenta la impermeabilidad de la placa bipolar sin influir significativa en la resistencia electrica espedfica del material compuesto estratificado en la

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

REIVINDICACIONES

1. Material compuesto estratificado (5), en particular para uso en una batena de flujo redox, en el que el material compuesto estratificado (5) contiene al menos una capa de una estructura plana textil (9) y al menos un cuerpo moldeado (6) que contiene grafito, en el que el cuerpo moldeado (6) que contiene grafito puede obtenerse por un procedimiento en el que se mezclan partfculas de grafito (7) con al menos un aditivo organico solido (8) para obtener una mezcla y la mezcla asf obtenida se compacta a continuacion y en el que el al menos un aditivo organico solido (8) y la mezcla producida a partir del mismo no se funden ni se sinterizan antes de la compactacion.
2. Material compuesto estratificado (5) segun la reivindicacion 1, caracterizado por que en la fabricacion del cuerpo moldeado (6) que contiene grafito se utilizan como partfculas de grafito (7) unas partfculas de grafito expandido (7) que se ha producido preferentemente a partir de grafito natural con un diametro de partfcula (dso) medio de al menos

149 pm y, preferiblemente, de al menos 180 pm, determinado segun el procedimiento de medicion y el conjunto de tamices especificados en la norma DIN 66165.
3. Material compuesto estratificado (5) segun la reivindicacion 2, caracterizado por que las partfculas de grafito expandido (7) presentan un peso aparente de 0,5 a 95 g/l, preferiblemente de 1 a 25 g/l y, de manera especialmente preferida de 2 a 10 g/l.
4. Material compuesto estratificado (5) segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el cuerpo moldeado (6) que contiene grafito presenta una impermeabilidad, perpendicularmente a su plano longitudinal, de menos de 10-1 mg/(sm2), preferiblemente de menos de 10-2 mg/(sm2) y, de manera especialmente preferida de menos de 10-3 mg/(sm2), medida a temperatura ambiente en un equipo de medicion de acuerdo con la norma DIN 28090-1, bajo una compresion superficial de 20 MPa con helio como gas (1 bar de presion interior de gas de prueba helio).
5. Material compuesto estratificado (5) segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el cuerpo moldeado (6) que contiene grafito presenta una resistencia electrica espedfica de menos de 20 fimm y, preferiblemente de menos de 15 Q mm medida segun la norma DIN 51911 con una carga de 50 N en una superficie de 50 mm perpendicularmente a su plano longitudinal.
6. Material compuesto estratificado (5) segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la mezcla a compactar contiene de 1 a 50% en peso, preferiblemente de 3 a 30% en peso y, de manera especialmente preferida de 5 a 25% en peso de uno o varios aditivos organicos (8).
7. Material compuesto estratificado (5) segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la mezcla a compactar contiene como aditivo organico (8) al menos un polfmero seleccionado del grupo que consta de polietileno, polipropileno, copolfmeros de etileno-tetrafluoretileno, polifluoruro de vinilideno, politetrafluoretileno y cualesquiera mezclas de dos o mas de los compuestos antes mencionados.
8. Material compuesto estratificado (5) segun la reivindicacion 7, caracterizado por que la mezcla a compactar contiene de 0,5 a 50% en peso, preferiblemente de 2 a 30% en peso, de manera especialmente preferida de 5 a 20% en peso, de manera muy especialmente preferida de 8 a 12% en peso y a lo sumo preferiblemente 10% en peso de partfculas de polifluoruro de vinilideno y, preferiblemente, el resto de partfculas de grafito expandido.
9. Material compuesto estratificado (5) segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en la fabricacion del cuerpo moldeado (6) que contiene grafito se utiliza o utilizan aditivos organicos (8) con un diametro medio de partfcula (d50) - determinado segun la norma ISO 13320 - de 1 a 500 pm, preferiblemente de 1 a

150 pm, de manera especialmente preferida de 2 a 30 pm y de manera muy especialmente preferida de 3 a 15 pm.
10. Material compuesto estratificado (5) segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el al menos un cuerpo moldeado (6) que contiene grafito presenta una densidad de al menos 1,0 g/cm3, preferiblemente de 1,2 a 1,8 g/cm3 y de manera especialmente preferida de 1,4 a 1,7 g/cm3.
11. Material compuesto estratificado (5) segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el al menos un cuerpo moldeado (6) que contiene grafito presenta un espesor de 0,02 a 3 mm, preferiblemente de 0,2 a 1,0 mm y, de manera especialmente preferida de 0,5 a 0,8 mm.
12. Material compuesto estratificado (5) segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la al menos una capa de la estructura plana textil (9) se selecciona del grupo que consta de tejidos, generos de punto, generos tricotados, papeles, napas, velos, fieltros (9) y cualesquiera combinaciones de dos o mas de las estructuras anteriormente citadas.
13. Material compuesto estratificado (5) segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la al menos una capa de la estructura plana textil (9) contiene fibras de carbono o de grafito y en particular esta construida a partir de ellas.
14. Material compuesto estratificado (5) segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la al menos una capa de la estructura plana textil (9) y la al menos una capa del cuerpo moldeado (6) que contiene grafito estan unidas una con otra directamente o por medio de un adhesivo.
15. Material compuesto estratificado (5) segun la reivindicacion 14, caracterizado por que la al menos una capa de 5 la estructura plana textil (9) y la al menos una capa del cuerpo moldeado (6) que contiene grafito estan unidas una

con otra por medio de un adhesivo, siendo el adhesivo una brea, una resina fenolica, una resina de furano o una mezcla de dos o mas de los compuestos antes citados, que se mezcla preferentemente con partfculas metalicas, en particular partfculas de plata o partfculas de mquel, partfculas de carbono o partfculas de grafito como material de relleno.

10 16. Procedimiento para fabricar un material compuesto estratificado (5) segun al menos una de las reivindicaciones

1 a 15, que comprende las siguientes etapas:

a) mezclar partfculas de grafito (7) con al menos un aditivo organico solido (8) para obtener una mezcla,

b) compactar la mezcla obtenida en la etapa a) para obtener asf un cuerpo moldeado (6) que contiene grafito,

c) proporcionar al menos una capa de una estructura plana textil (9), y

15 d) unir la al menos una capa de una estructura plana textil (9) proporcionada en la etapa c) y el cuerpo moldeado (6) que contiene grafito obtenido en la etapa b).