MXPA02009995A

MXPA02009995A - Articulo de grafito flexible y electrodo de celda energetica con conductividad electrica y termica mejorada.

Info

Publication number: MXPA02009995A
Application number: MXPA02009995A
Authority: MX
Inventors: Robert Angelo Mercuri
Original assignee: Graftech Inc
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2003-02-12
Also published as: CA2405303C; CN1326278C; BR0017202B1; CN1454399A; CA2405303A1; AU4336900A; AU2000243369B2; EP1273063A1; EP1273063A4; BR0017202A; WO2001078179A1

Abstract

Se describe un articulo de grafito (20) util para producir un ensamble de electrodo de membrana (6) que comprende un par de electrodos y una membrana de intercambio de ion (550) colocada entre los electrodos. Por lo menos uno de los electrodos esta formado de una lamina de masa comprimida de particulas de grafito expandidas que tienen una pluralidad de canales de fluido transversales (20) que pasan a traves de la lamina entre las primera y segunda superficies opuestas de la lamina, una de las superficies opuestas topando con la membrana de intercambio de ion (550) cuando se utiliza en un ensamble de electrodo de membrana (6). Por menos algunos de los canales de fluido (20) estan interconectados para permitir el flujo de fluido entre ellos.

Description

ARTICULO DE GRAFITO FLEXIBLE Y ELECTRODO DE CELDA ENERGÉTICA CON CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA Y TÉRMICA MEJORADA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un artículo útil en un ensamble de electrodo para una celda energética electroquímica. El ensamble de la invención incluye un artículo formado de lámina de grafito flexible que es permeable al fluido y tiene isotropía mejorada con respecto a la conductividad térmica y eléctrica.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los grafitos están hechos de planos de capa de disposiciones o redes hexagonales de átomos de carbono. Estos planos de capa de átomos de carbono hexagonalmente dispuestos son substancialmente planos y están orientados u ordenados con el fin de quedar substancialmente paralelos y equidistantes entre sí. Las láminas o capas equidistantes, paralelas substancialmente planas de átomos de carbonos, usualmente denominadas como planos básales, están enlazadas o unidas conjuntamente y sus grupos están dispuestos en cristalitos. Los grafitos altamente ordenados consisten de cristalitos de tamaño considerable: los cristalitos estando alineados u orientados altamente con respecto uno al otro y teniendo capas de carbono bien ordenadas. En otras palabras, los grafitos altamente ordenados tienen un alto grado de orientación de cristalito preferida. Se debe observar que los grafitos poseen estructuras anisotrópicas y de esta manera exhiben o poseen muchas propiedades que son altamente direccionales, en especial la conductividad térmica y eléctrica y difusión de fluido. En resumen, los grafitos pueden ser caracterizados como estructuras laminadas de carbono, es decir, estructuras que consisten de capas o láminas superpuestas de átomos de carbono unidos conjuntamente a través de fuerzas débiles de van der Waals. Al considerar la estructura de grafito, usualmente se observan dos ejes o direcciones, es decir, el eje o dirección "c" y los ejes o direcciones "a". Por simplicidad, el eje o dirección "c" se puede considerar como la dirección perpendicular a las capas de carbono. Los ejes o direcciones "a" se pueden considerar como las direcciones paralelas a las capas de carbono o las direcciones perpendiculares a la dirección "c". Los grafitos naturales adecuados para fabricar grafito flexible poseen un grado muy alto de orientación. Como se observó anteriormente, las fuerzas de unión que llevan las capas paralelas de átomos de carbono conjuntamente son solamente fuerzas débiles de van der Waals. Los grafitos pueden ser tratados de manera que la separación entre las capas o láminas de carbono superpuestas pueden ser apreciablemente abiertas con el fin de proporcionar una expansión marcada en la dirección perpendicular a las capas, es decir, en la dirección "c" y de esta manera formar una estructura de grafito expandida o intumescida en donde el carácter laminar de las capas de carbono es substancialmente retenido. Las hojuelas de grafito naturales que han sido enormemente expandidas y más particularmente expandidas con el fin de tener un espesor final o dimensión de dirección "c", que es de aproximadamente por lo menos 80 o más veces la dimensión de dirección "c" original, pueden ser formadas sin el uso de un aglutinante en laminas de grafito flexibles cohesivas o integradas de grafito expandido, por ejemplo, bandas, papeles, tiras, cintas, o similares. La formación de partículas de grafito que han sido expandidas para tener un espesor final o dimensión "c", que es por lo menos aproximadamente 80 veces la dimensión de la dirección "c" original a láminas flexibles integradas mediante compresión, sin el uso de ningún material aglutinante, se cree que es posible debido ai excelente intertrabado mecánico, o cohesión que se logra entre las partículas de grafito voluminosamente expandidas. Además de la flexibilidad, el material de lámina, como se observó anteriormente, también se ha encontrado que posee un alto grado de anisotropía con respecto a la conductividad térmica y eléctrica y difusión de fluido, comparable con el material de partida de grafito natural debido a la orientación de las partículas de grafito expendidas substancialmente paralelas a las caras opuestas de la lámina que resulta de una compresión muy alta, por ejemplo, compresión por rodillo. El material de lámina así producido tiene una excelente flexibilidad, buena resistencia y un grado muy alto de orientación. En resumen, el procedimiento para producir un material de lámina de grafito anisotrópico, sin aglutinante, flexible, tal como una banda, papel, tira, cinta, hoja, estera, o similares, comprende comprimir o compactar, bajo una carga predeterminada y en ausencia de un aglutinante, partículas de grafito expandidas que tienen una dimensión de dirección "c" que es por lo menos aproximadamente 80 veces a aquella de las partículas originales con el fin de formar una lámina de grafito integrada, flexible, substancialmente plana. Las partículas de grafito expandidas, las cuales generalmente son de una apariencia de tipo gusano o vermiforme, una vez comprimidas, mantendrán la compresión y la alineación con las superficies principales opuestas de la lámina. La densidad y el espesor del material de lámina pueden ser variados controlando el grado compresión. La densidad del material de lámina puede estar dentro de la escala de aproximadamente 80.09 g/l a aproximadamente 2002.35 g/l. El material de lámina de grafito flexible exhibe un grado apreciable de anisotropía debido a la alineación de partículas de grafito paralelas a las superficies paralelas, opuestas principales de la lámina, con el grado de anisotropía incrementándose después de la compresión con rodillo del material de lámina a una densidad incrementada. En el material de lámina anisotrópico comprimido con rodillo, el espesor, es decir, la dirección perpendicular a las superficies de lámina paralelas opuestas comprende la dirección "c" y las direcciones que varían a lo largo de la longitud y anchura, es decir, a lo largo o paralelas a las superficies principales, opuestas comprenden las direcciones "a" y las propiedades térmicas, eléctricas y de difusión de fluido de la lámina son muy diferentes, en órdenes de magnitud, para las direcciones "c" y "a". Esta diferencia muy considerable en propiedades, conocida como anisotropía, la cual es direccionalmente dependiente, puede ser desventajosa en algunas aplicaciones. Por ejemplo, en aplicaciones de juntas, en donde se utiliza una lámina de grafito flexible como el material de junta y durante uso se mantiene en forma hermética entre las superficies metálicas, la difusión de fluido, por ejemplo, gases o líquidos, ocurre más fácilmente paralela a y entre las superficies principales de la lámina de grafito flexible. En muchos casos de puede proporcionar un funcionamiento mayor de la junta, si la resistencia al flujo de fluido paralelo a las superficies principales de la lámina de grafito (dirección "a") se incrementara, aún a expensas de la resistencia reducida al flujo de difusión de fluido que atraviesa las superficies principales de la lámina de grafito (dirección "c"). Con respecto a las propiedades eléctricas, la resistividad de ia lámina de grafito flexible anisotrópica es alta en la dirección transversal a las superficies principales (dirección "c") de la lámina de grafito flexible, y substancialmente muy baja en la dirección paralela a y entre las caras principales de la lámina de grafito flexible (dirección "a"). En algunas aplicaciones, tales como placas de campo de flujo de fluido para celdas de combustible y sellos para celdas de combustible, podría ser una ventaja si la resistencia eléctrica que atraviesa las superficies principales de la lámina de grafito flexible (dirección "c") se disminuyera, aún a expensas de un incremento en la resistividad eléctrica en la dirección paralela a las caras principales de la lámina de grafito flexible (dirección "a"). Con respecto a las propiedades térmicas, la conductividad térmica de una lámina de grafito flexible en una dirección paralela a las superficies superior e inferior de la lámina de grafito flexible es relativamente alta, mientras que es relativamente muy baja en la dirección "c" que atraviesa la superficie superior e inferior. Las situaciones anteriores son adaptadas por la presente invención.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la presente invención, se proporciona un ensamble de electrodo de membrana para una celda energética electroquímica, que comprende un par de electrodos y una membrana de intercambio de ion colocada entre los electrodos, por lo menos uno de los electrodos estando formado de una lámina de una masa comprimida de partículas de grafito expandidas teniendo una pluralidad de canales de fluido transversales que pasan a través de la lámina entre las primera y segunda superficies opuestas de la lámina, una de las superficies opuestas topando con la membrana de intercambio de ion. Ventajosamente, los canales de fluido transversales se forman impactando mecánicamente una superficie opuesta de la lámina para desplazar el grafito dentro de la lámina en sitios predeterminados. Los canales de fluido transversales están adyacentemente colocados y separados por paredes de grafito expandido comprimido, por io menos algunas de las cuales permiten la interconexión entre canales adyacentes (tal como teniendo ranuras en las mismas) para habilitar el flujo de fluido entre ellos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en planta de una lámina transversalmente permeable de grafito flexible que tiene canales transversales interconectados, de acuerdo con la presente invención; La Figura 1A muestra un elemento saliente de extremo plano utilizado para hacer los canales en lámina perforada de la Figura 1 ; La Figura 2 es una vista en elevación lateral en sección de la lámina de la Figura 1 ; Las Figuras 2A, B, C muestran varias configuraciones de extremo plano adecuadas para canales interconectados transversales de acuerdo con la presente invención; Las Figuras 3, 3A, 3B muestran un mecanismo para hacer el artículo de la Figura 1 ; Las Figuras 3C y 3D muestran vistas en perspectiva agrandadas de porciones de lámina de grafito flexible transversalmente permeable de acuerdo con la presente invención; La Figura 3E es una fotografía de una porción de la lámina de grafito flexible transversalmente permeable que corresponde a la Figura 3C; La Figura 4 muestra un esquema agrandado de una vista en elevación de las partículas de grafito expandidas orientadas del material de lámina de grafito flexible; La Figura 5 es un esquema de una vista en elevación agrandada de un artículo formado de lámina de grafito flexible de acuerdo con la presente invención ; Las Figuras 5, 6, y 7A muestra un ensamble de electrodo permeable al fluido, el cual incluye un artículo transversal mente permeable de acuerdo con la presente invención; y La Figura 8 es una fotografía a 100X (amplificación original) que corresponde a una porción del esquema de la vista en elevación lateral de la Figura 5.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El grafito es una forma cristalina de carbono que comprende átomos covalentemente unidos en planos en capas planas con enlaces muy débiles entre los planos. Al tratar partículas de grafito, tal como hojuelas de grafito natural, con un intercalador de, por ejemplo, una solución de ácido sulfúrico y n ítrico, la estructura de cristal del grafito reacciona para formar un compuesto de grafito y el intercalados Las partículas tratadas de grafito de aquí en adelante son denominadas como "partículas de grafito intercalado". Después de la exposición a alta temperaturas, las partículas de grafito intercalado se expanden en dimensión tanto como aproximadamente 80 o más veces su volumen original en una forma de tipo acordeón en la dirección "c", es decir, en la dirección perpendicular a los planos cristalinos del grafito. Las partículas de grafito exfoliadas son vermiformes en apariencia, y, por lo tanto, comúnmente se denominan como gusanos. Los gusanos pueden ser comprimidos conjuntamente en láminas flexibles que, a diferencia délas hojuelas de grafito originales, se pueden formar y cortar en varias formas y proporcionar con pequeñas aberturas transversales deformando el impacto mecánico. Un método común para fabricar la lámina de grafito, por ejemplo, hoja de grafito flexible, se describe por Shane y otros, en la patente de E. U.A. No. 3,404,061 , la descripción de la cual se incorpora aquí por referencia. En la práctica típica del método de Shane y otros, se intercalan hojuelas de grafito natural dispersando las hojuelas en una solución conteniendo un agente oxidante de, por ejemplo, una mezcla de ácido nítrico y sulfúrico. La solución de intercalación contiene agentes oxidantes y otros agentes de intercalación conocidos en la técnica. Los ejemplos incluyen aquellos que contienen agentes oxidantes y mezclas oxidantes, tales como soluciones que contienen ácido nítrico, clorato de potasio, ácido crómico, permanganato de potasio, cromato de potasio, dicromato de potasio, ácido perclórico, y similares, o mezclas tales como, por ejemplo, ácido nítrico concentrado y clorato, ácido crómico y ácido fosfórico, ácido sulfúrico y ácido nítrico, o mezclas de un ácido orgánico fuerte, tal como ácido trifluoroacético, y un agente oxidante fuerte soluble en el ácido orgánico. En una modalidad preferida, el agente de intercalación es una solución de una mezcla de ácido sulfúrico, o ácido sulfúrico y ácido fosfórico, y un agente oxidante, es decir, ácido n ítrico, ácido perclórico, ácido crómico, permanganato de potasio, peróxido de hidrógeno, ácidos yódico o periódico, o similares. Aunque menas preferidas, las soluciones de intercalación pueden contener halogenuros metálicos tales como cloruro férrico, y cloruro férrico mezclado con ácido sulfúrico, o un halogenuro, tal como bromuro como una solución de bromuro y ácido sulfúrico o bromuro en un solvente orgánico. Después de que las hojuelas son intercaladas, se drena cualquier exceso de la solución de las hojuelas y las hojuelas se lavan con agua. La cantidad de solución de intercalación retenida en las hojuelas después del drenaje puede variar de 20 a 150 partes de solución por peso por 100 partes en peso de hojuelas de grafito (pph), y más típicamente de aproximadamente 50 a 120 pph. Alternativamente, la cantidad de solución de intercalación puede ser limitada para ser de 10 a 50 partes de solución por 100 partes de grafito en peso (pph), lo cual permite que el paso de lavado sea eliminado como se enseña y se describe en la patente de E. U. A.

No. 4,895,713, la descripción de la cual se incorpora aquí por referencia también. Las partículas así tratadas de grafito algunas veces son denominadas como "partículas de grafito intercalado''. Después de la exposición a alta temperatura, por ejemplo, hasta aproximadamente hasta 700°C a 1000°C y más, las partículas de grafito intercalado se expanden tanto como un 80 a 1000 o más veces su volumen original en una forma de tipo acordeón en la dirección c, es decir, en la dirección perpendicular a los planos cristalinos de las partículas de grafito constituyentes. Las partículas de grafito expandidas (o exfoliadas) son vermiforme por apariencia, y, por lo tanto, son comúnmente denominadas como gusanos. Los gusanos pueden ser comprimidos conjuntamente en láminas flexibles que, a diferencia de las hojuelas de grafito originales, se pueden formar y cortar en varias formas y proporcionarse con pequeñas aberturas transversales deformando ei impacto mecánico como se describe más adelante. La lámina y hoja de grafito flexible son coherentes, con buena resistencia de manejo, y son convenientemente comprimidas, tal como compresión con rodillo, a un espesor de 0.00762 a 0.381 cm y una densidad de 0.1 a 1.5 gramos por cm3. De aproximadamente 1.5-30% en peso de aditivos de cerámica pueden ser mezclados con las hojuelas de grafito intercalado como se describe en la patente de E. U. A. No. 5,902,762 (la cual se incorpora aquí por referencia) para proporcionar impregnación de resina mejorada en el producto de grafito flexible final. Los aditivos incluyen partículas de fibra de cerámica que tienen una longitud de 0.15 a 1.5 milímetros. La anchura de las partículas es convenientemente de 0.04 a 0.004 mm. Las partículas de fibra de cerámica son no reactivas y no adherentes al grafito y son estables a una temperatura de hasta 1093.3°C, preferiblemente 1371.1 °C. Las partículas de fibra de cerámica adecuadas se forman de fibras de vidrio de cuarzo macerado, fibras de carbono y grafito, zirconia, nitruro de boro, carburo de silicio y fibras de magnesia, fibras minerales de existencia natural tales como fibras de metasilicato de calcio, fibras de silicato de calcio-aluminio, fibras de óxido de aluminio, y similares. Haciendo referencia a la Figura 1 y a la Figura 2, una masa comprimida de partículas de grafito expendidas, en la forma de una lámina de grafito flexible, se muestra en 10. La lámina de grafito flexible 10 está provista con canales 20, los cuales preferiblemente son del lado moderado como se indica en 67 en las Figuras 5 y 8, y que pasan entre las superficies opuestas paralelas 30, 40 de ta lámina de grafito flexible 10, y están separadas por paredes 3 de grafito expandible comprimido. Las paredes 3 son ventajosamente provistas con ranuras 5, teniendo una profundidad de 1/10 a 1/3 la profundidad de los canales de acuerdo con la presente invención. Los canales 20 preferiblemente tienen aberturas 50 sobre una de las superficies opuestas 30, las cuales son más grandes que las aberturas 60 en la otra superficie opuesta 40. Los canales 20 pueden tener configuraciones diferentes como se muestra en 20'-20"" en las Figuras 2A, 2B y 2C, las cuales se forman utilizando elementos de saliente de extremo plano de diferentes formas como se muestra en 75, 175, 275, 375 en las Figuras 1A y 2A, 2B, 2C, 2D, convenientemente formados de metal, por ejemplo acero, e integrales y extendiéndose desde el rodillo de compresión 70 del dispositivo de impacto mostrado en la Figura 3. Los extremos planos moderados de los elementos de saliente formadores de canal 75, 175, 275, 375 como se muestra en 77, 177, 277, 377, y los extremos planos moderados de los elementos de saliente formadores de ranura 675, 775, 875, 975 mostrados en 677, 777, 877, 977, y la superficie de soporte uniforme 73, del rodillo 70, y la superficie de soporte moderado 78 del rodillo 72 (o alternativamente la placa metálica plana 79), aseguran la deformación y desplazamiento del grafito dentro de la lámina de grafito flexible, preferiblemente de manera que no existan bordes ásperos o rugosos o desperdicio que resulta del impacto de formación de canal. Los elementos de saliente formadores de ranura 675, 775, 875, 975 también dan como resultado la deformación y desplazamiento de grafito dentro de la lámina de grafito flexible. Los elementos de saliente formadores de canal preferidos 77 tienen una sección transversal reducida en la dirección lejos del rodillo de compresión 70 para proporcionar aberturas de canal más grandes sobre el lado de la lámina que inicialmente es impactado. El desarrollo de superficies no obstruidas, uniformes 63 que rodean las aberturas 60 del canal, permite el flujo libre de fluido hacia y a través de los canales 20 con lado uniforme (en 67). En una modalidad preferida, las aberturas en una de las superficies opuestas son más grandes que las aberturas de canal en la otra superficie opuesta, por ejemplo de 1 a 200 veces más grande en área, y resultan del uso de elementos de saliente que tienen lados convergentes como se muestra en 76, 276, 376. Los canales transversales 20 se forman en la lámina de grafito flexible 10 en una pluralidad de ubicaciones predeterminadas a través de impacto mecánico en los sitios predeterminados en la lámina 10 utilizando un mecanismo tal como se muestra en la Figura 3 comprendiendo un par de rodillos de acero 70, 72, con uno de los rodillos teniendo salientes con forma de prisma, truncadas, es decir de extremo plano 75, las cuales impactan en la superficie 30 de la lámina de grafito flexible 10 para desplazar el grafito y penetrar la lámina 10 para formar canales abiertos 20. En la presente invención, las salientes formadoras de canal 75 están unidas a través de salientes formadoras de ranuras 675, las cuales forman ranuras de interconexión 5 entre los canales 20 en una fila de canales alineados concurrentemente con la formación de canales 20, que se ilustra en el esquema de la Figura 3C y la fotografía de la Figura 3E. Además, los elementos de saliente formadores de ranura 675' pueden ser incluidos como se muestran en las Figuras 3A, 3B para formar ranuras de interconexión 5' en una fila paralela de canales transversales 20 como se muestra en la Figura 3D. En la práctica, ambos rodillos 70, 72 pueden ser provistos con salientes "fuera de registro'', y una placa metálica plana indicada en 79, se puede utilizar en lugar del rodillo de superficie uniforme 72. La Figura 4 es un esquema agrandado en una lámina de grafito flexible 110 que muestra una orientación típica de la técnica anterior de partículas de grafito expendidas comprimidas 80 substancialmente paralelas a las superficies opuestas 130, 140. Esta orientación de las partículas de grafito expandidas 80 da como resultado propiedades anisotrópicas en láminas de grafito flexible; es decir, la conductividad eléctrica y la conductividad térmica de la lámina son substancialmente más bajas en la dirección transversal a las superficies opuestas 130, 140 (dirección "c") que en la dirección (dirección "a") paralela a las superficies opuestas 130, 140. En el curso del impacto de la lámina de grafito flexible 10 para formar canales 20, como se ilustra en la Figura 3, el grafito es desplazado dentro de la lámina de grafito flexible 10 por salientes formadoras de canal de extremo plano 75 (en 77) para empujar el grafito a medida que viaja y se apoya contra la superficie uniforme 73 del rodillo 70 para romper y deformar la orientación paralela de las partículas de grafito expandidas 80 como se muestra en 800 en la Figura 5. Las salientes formadoras de ranura 675 concurrentemente deforman la orientación paralela de las partículas de grafito expandidas. Esta región de 800, canales adyacentes 20 y ranuras 5, muestra la interrupción de la orientación paralela en una orientación oblicua, no paralela que se puede observar ópticamente a amplificaciones de 100X y más altas. En efecto, el grafito desplazado está siendo "moldeado por dado" a través de los lados 76 de las salientes adyacentes 75 y la superficie uniforme 73 del rodillo 70 como se ilustra en la Figura 5. Esto reduce la anisotropía en la lámina de grafito flexible 10 y de esta manera incrementa la conductividad eléctrica y térmica de la lámina 10 en la dirección transversal a las superficies opuestas 30, 40. Un efecto similar se logra con salientes de extremo plano, con forma de púa, de lados paralelos y frustocónicas 275 y 175. La lámina de grafito flexible 10 permeable al gas perforada de la Figura 1 puede ser utilizada como un electrodo en una celda energética electroquímica 500 mostrada esquemáticamente en las Figuras 6, 7 y 7A. La Figura 6, la Figura 7 y la Figura 7A muestran, esquemáticamente, los elementos básicos de una celda energética electroquímica, detalles más completos de esto se describen en las patentes de E. U.A. 4,988,583 y 5,300,370 y PCT WO 95/16287 (15 de junio de 1995) y cada una de las cuales se incorpora aquí por referencia. Haciendo referencia a la Figura 6, Figura 7 y Figura 7A, la celda energética indicada generalmente 500, comprende un electrolito en la forma de un plástico, por ejemplo, un catalizador 550 de membrana de intercambio de ion de polímero sólido cubierto en la superficie 601 , 603, por ejemplo, cubierto con platino 600 como se muestra en la Figura 7A; electrodos de lámina de grafito flexible perforados 10 de acuerdo con la presente invención; y placas de campo de flujo 1000, 1 100 que respectivamente topan con electrodos 10. Se hace circular combustible presurizado a través de las ranuras 1400 de la placa de campo de flujo 1100 y se hace circular oxidante presurizado a través de las ranuras 200. Durante operación, la placa de campo de flujo de combustible 1100 se convierte en un ánodo, y la placa de campo de flujo oxidante 1000 se convierte en un cátodo con el resultado de que un potencial eléctrico, es decir, voltaje, es desarrollado entre la placa de campo de flujo de combustible 1000 y la placa de campo de flujo oxidante 100. La celda energética electroquímica descrita anteriormente se combina con otras en una pila de celda energética para proporcionar el nivel deseado de energía eléctrica como se describe en la patente de E.U.A. No. 5,300,370 descrita anteriormente. La operación de la celda energética 500 requiere que los electrodos 10 sean porosos a los fluidos de combustible y oxidantes, por ejemplo, hidrógeno y oxígeno, para permitir que estos componentes pasen fácilmente de las ranuras 1400, 1200 a través de los electrodos 10 para hacer contacto con el catalizador 600, como se muestra en la Figura 7A, y permitir que los protones que se derivan del hidrógeno emigran a través de la membrana de intercambio de ion 550. En el electrodo 10 de la presente invención, los canales 20 están colocados para cubrir adyacentemente las ranuras 1400, 1200 de las placas de campo de flujo de manera que el gas presurizado de las ranuras pasa a través de las aberturas más pequeñas 60 de los canales 20 y sale de las aberturas más grandes 50 de los canales 20. En el caso de un bloqueo en un canal 20, tal como se indica en 7 en las Figuras 6 y 7, el fluido de canales adyacentes puede fluir a través de las ranuras 5 de manera que el contacto de gas-catalizador adyacente al canal bloqueado se mantiene. La velocidad inicial del gas en las aberturas más pequeñas 60 es mayor que el flujo de gas en las aberturas más grandes 50 con el resultado de que el gas es disminuido cuando hace contacto con el catalizador 600 y el tiempo de residencia del contacto de gas-catalizador se incrementa y el área de exposición de gas en la membrana 550 se incrementa al máximo. Este aspecto, junto con la conductividad eléctrica incrementada del electrodo de grafito flexible de la presente invención permite una operación más eficiente de la celda energética. La Figura 8 es una fotografía (amplificación original 100X) de un cuerpo de grafito flexible que corresponde a una porción del esquema de la Figura 5. Los artículos de las Figuras 1 y 5 y el material mostrado en la fotografía (100X) de la Figura 8 se puede mostrar que tienen conductividad térmica y eléctrica mejorada en la dirección transversal a las superficies planas, paralelas opuestas 30, 40 según comparado con la conductividad térmica y eléctrica a ia dirección transversal a las superficies 130, 140 del material de la Figura 4 en donde las partículas de grafito natural expandido desalineadas con las superficies planas opuestas no son ópticamente detectables. Una muestra de una lámina de grafito flexible con un espesor de 0.0254 cm teniendo una densidad de 0.3 g/cc, representativa de la Figura 4, se impactó mecánicamente a través de un dispositivo similar a aquel de la Figura 3 para proporcionar canales de diferente tamaño en la lámina de grafito flexible. La resistencia eléctrica transversal (dirección "c") de las muestras del material de lámina se midió y los resultados se muestran en el cuadro más adelante. También, la permeabilidad de gas transversal de las muestras de lámina de grafito flexible acanaladas, de acuerdo con la presente invención, se midió utilizando un aparato Guriey, Modelo 4118 para la medición de permeabilidad de gas. Las muestras de lámina de grafito flexible acanaladas de acuerdo con la presente invención se colocaron en la abertura de fondo (diámetro de 0.9525 cm) de un cilindro vertical (diámetro en sección transversal de 7.62 cm). El cilindro se llenó con 300 ce de aire y se colocó en su lugar un pistón cargado (141.7 gramos) en la parte superior del cilindro. La velocidad de flujo de gas a través de las muestras acanaladas se midió como una función del tiempo de descenso del pistón y los resultados se muestran en el cuadro a continuación.

Lámina de Grafito Flexible (espesor 0.0254 cm: densidad = 0.3 gramos/cc) En la presente invención, para una lámina de grafito flexible con un espesor de 0.00762 cm a 0.0381 cm adyacente a los canales y una densidad de 0.5 a 1.5 gramos por centímetro cúbico, ia densidad de canal preferida es de 1000 a 3000 canales por 2.54 cm al cuadrado y el tamaño de canal preferido es un canal en donde la relación del área de la abertura de canal más grande a la más pequeña es de 50: 1 a 150: 1. En la práctica de la presente invención, la lámina de grafito flexible puede, a veces, ser ventajosamente tratada con resina y la resina absorbida, después de curación, mejora la resistencia a la humedad y resistencia al manejo, es decir, rigidez de ia lámina de grafito flexible. El contenido de resina adecuada preferiblemente es de 20 a 30% en peso, convenientemente hasta 60% en peso. El artículo de la presente invención se puede utilizar como elementos de acoplamiento eléctrico y térmico para circuitos integrados en aplicaciones de computadora, como almohadillas de contacto eléctrico de conformación y como rejillas eléctricamente energizadas en un equipo de descongelación. La descripción anterior está destinada para permitir que un experto en la técnica practique la invención. No se pretende detallar todas las variaciones y modificaciones posibles que serán evidentes para aquellos expertos en la técnica después de leer la descripción. Sin embargo, se pretende que todas esas modificaciones y variaciones queden incluidas dentro del alcance de la invención, el cual se define por las siguientes reivindicaciones. Las reivindicaciones están destinadas a cubrir ios elementos y pasos indicados en cualquier disposición o secuencia que sea efectiva para satisfacer los objetivos destinados por la invención, a menos que el contexto específicamente indique lo contrario.

Claims

REIVINDICACIONES

1.- Un ensamble de electrodo de membrana que comprende un par de electrodos y una membrana de intercambio de ion colocada entre los electrodos, por lo menos uno de los electrodos estando formado de una lámina de una masa comprimida de partículas de grafito expandidas teniendo una pluralidad de canales de fluido transversales que pasan a través de la lámina entre las primera y segunda superficies opuestas de la misma y separados por paredes de partículas de grafito expandidas comprimidas, por lo menos algunas de las paredes permitiendo la interconexión de canales adyacentes, una de las superficies opuestas topando con ia membrana de intercambio de ion.

2.- El ensamble de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde los canales de fluido transversales se forman impactando mecánicamente una superficie opuesta de la lámina para desplazar ei grafito dentro de la lámina en una pluralidad de sitios predeterminados.

3.- El ensamble de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde ia interconexión de por lo menos algunos de los canales adyacentes se permite a través de ranuras formadas en por lo menos algunas de las paredes.

4.- El ensamble de acuerdo con la reivindicación 3, en donde las ranuras de interconexión se forman impactando mecánicamente una superficie opuesta de la lámina en paredes que separan canales adyacentes para permitir el flujo de fluido entre ios canales adyacentes.

5.- El ensamble de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde la masa comprimida de partículas de grafito expandidas se caracteriza por partículas de grafito expandidas adyacentes a dichos canales extendiéndose oblicuamente con respecto a las superficies opuestas de la lámina.

6.- El ensamble de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde las aberturas de canal en la segunda superficie de la lámina están rodeadas por una superficie de grafito uniforme.

7.- El ensamble de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde las aberturas de canal en la primera superficie son más grandes que las aberturas de canal en la segunda superficie.

8.- El ensamble de acuerdo con la reivindicación 7, en donde las aberturas de canal en la primera superficie son de 50 a 150 veces más grandes en área que las aberturas de canal en la segunda superficie.

9.- El ensamble de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde de 1000 a 3000 canales por 2.54 cm2 están presentes en la lámina.

10.- El ensamble de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde la lámina de grafito tiene un espesor de 0.00762 cm a 0.0381 cm adyacente a dichos canales y una densidad de 0.5 a 1 .5 gramos por centímetro cúbico. 1 1 .- Un artículo de grafito que comprende una lámina de una masa comprimida de partículas de grafito expandidas que tienen una pluralidad de canales de fluido transversales que pasan a través de la lámina entre las primera y segundas superficies opuestas de la misma y están separadas por paredes de partículas de grafito expandidas comprimidas, por lo menos algunas de las paredes permitiendo la interconexión de canales adyacentes. 12.- El artículo de acuerdo con la reivindicación 1 1 , en donde los canales de fluido transversales se forman impactando mecánicamente una superficie opuesta de la lámina para desplazar el grafito dentro de la lámina en una pluralidad de sitios predeterminados. 13.- El artículo de acuerdo con la reivindicación 1 1 , en donde la interconexión de por lo menos algunos de los canales adyacentes es permitida a través de las ranuras formadas en por lo menos algunas de las paredes. 14.- El artículo de acuerdo con la reivindicación 13, en donde las ranuras de interconexión se forman impactando mecánicamente una superficie opuesta de la lámina en paredes que separan canales adyacentes para permitir el flujo de fluido entre los canales adyacentes. 15.- El artículo de acuerdo con la reivindicación 1 1 , en donde la masa comprimida de partículas de grafito expandidas se caracteriza por partículas de grafito expandidas adyacentes a los canales que se extienden oblicuamente con respecto a las superficies opuestas de la lámina. 16.- El artículo de acuerdo con la reivindicación 1 1 , en donde las aberturas de canal en la segunda superficie de la lámina están rodeadas por una superficie de grafito uniforme. 17.- El artículo de acuerdo con la reivindicación 1 1 , en donde las aberturas de canal en la primera superficie son más grandes que las aberturas de canal en la segunda superficie. 18.- El artículo de acuerdo con la reivindicación 17, en donde las aberturas de canal en la primera superficie son de 10 a 150 veces más grandes en área que las aberturas de canal en la segunda superficie. 19.- El artículo de acuerdo con la reivindicación 1 1 , en donde de 1000 a 3000 canales por 2.54 cm2 están presentes en la lámina. 20.- El artículo de acuerdo con la reivindicación 11 , en donde la lámina de grafito tiene un espesor de 0.00762 cm a 0.0381 cm adyacente a dichos canales, y una densidad de 0.5 a 1.5 gramos por cm cúbico.