PL107680B3 - Element pradotworczy ogniwa paliwowego membranowego,zwlaszcza wodorowo-tlenowego i sposob jego wytwarzania - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest uzupelnienie ele¬ mentu pradotwórczego ogniwa paliwowego mem- brai.owego, zwlaszcza wodorowo-tlenowego i spo¬ sobu jego wytwarzania, zestawionego z dwóch ele- 1 ktrod weglowych i membrany jonowymiennej, wedlug patentu 100 706.Znany jest z opisu patentowego nr 100 706 ele¬ ment pradotwórczy ogniwa paliwowego, zwlaszcza wodorowo-tlenowego, skladajacy sie z membrany jonowymiennej oraz dwóch elektrod weglowych, z których kazda zlozona jest z warstwy nosnej weg¬ la o dobrym przewodnictwie elektronowym i gra¬ nulacji 0,1—0,5 mm oraz warstwy katalitycznej wegla aktywowanego o granulacji 0,02—0,08 mm z naniesionym katalizatorem platynowym. Mem¬ brana jonowymienna oraz granulki wegla warstwy nosnej i katalitycznej spojone sa ze soba w jed¬ na calosc przy pomocy zgranulowanego poliety¬ lenu, najkorzystniej o granulacji równej granula¬ cjom warstw.Element pradotwórczy wytwarza sie przez na¬ niesienie kolejno w matrycy warstwy nosnej i warstwy katalitycznej jednej elektrody, przelo¬ zenie membrana jonowymienna, a nastepnie war¬ stwy katalitycznej i warstwy nosnej drugiej elek¬ trody oraz sprasowanie calosci pod cisnieniem k(9,8—39,2)-105 Pa w temperaturze nizszej od tem¬ peratury topnienia polietylenu. Warstwy nosne oddziela sie od matrycy folia z tworzywa sztucz¬ nego o temperaturze wyzszej od temperatury top- 10 15 25 nienia polietylerfu, korzystnie folia z policzteroflu- oroetylenu.Niedogodnoscia znanego elementu pradotwórcze¬ go ogniwa paliwowego sa elektryczne opory kon¬ taktowe na granicy elektroda-kolektor. Dla zmniejszenia tych oporów kolektory dociskane sa do elektrod duzymi silami, znacznie komplikuja¬ cymi konstrukcje baterii.Celem wynalaifku jest usuniecie podanych nie¬ dogodnosci, a zagadnieniem technicznym wymaga¬ jacym rozwiazania dla osiagniecia tego celu jest wyeliminowanie docisku kolektorów oraz opraco¬ wanie polaczenia ich z elektrodami.Przedmiot wynalazku zestawiony z membrany jonowymiennej i dwóch elektrod zlozonych z war¬ stwy nosnej utworzonej z wegla o granulacji 0,1— 0,5 mm o dobrym przewodnictwie elektronowym oraz warstwy katalitycznej z wegla aktywowane¬ go o granulacji 0,02—0,0fl mm, przy czym mem¬ brana jonowymienna, granulki wegla warstwy nosnej oraz warstwy katalitycznej spojone sa ze soba w jedna calosc za pomoca zgranulowanego polietylenu wedlug patentu 100706, odznacza sie tym, ze wyposazony jest w kolektory spojone przez sprasowanie w jedna calosc z membrana jo¬ nowymienna warstwami katalitycznymi i war¬ stwami nosnymi za pomoca zgranulowanego poli¬ etylenu.W zaleznosci od zadanej intensywnosci wymia¬ ny w baterii paliwa i utleniacza, kolektory maja 107 6803 107 680 4 powierzchnie plaskie lub uksztaltowane w posta¬ ci wspólsrodkowych wzglednie spiralnie usytuo¬ wanych wystepów. Optymalny doplyw paliwa i u- tleniacza do warstw nosnych i katalitycznych elektrod zapewniaja umieszczone w kolektorach otwory.Sposób wytwarzania elementu pradotwórczego ogniwa paliwowego membranowego, zwlaszcza wo¬ dorotlenowego przez naniesienie kolejno w ma¬ trycy warstwy nosnej oraz warstwy katalitycznej jednej elektrody, przelozenie membrana jonowy¬ mienna, a nastepnie naniesienie warstwy katali¬ tycznej oraz warstwy nosnej drugiej elektrody i sprasowanie calosci pod cisnieniem (9,8—39,2) • 105 Pa w temperaturze nizszej od temperatury topnie¬ nia polietylenu, przy czym zewnetrzne powierz¬ chnie elektrod oddziela sie od matrycy folia z tworzywa sztucznego o temperaturze topnienia wyzszej od temperatury topnienia polietylenu, naj¬ korzystniej folia z policzterofluoroetylenu wedlug patentu 100706, polega na tym, ze na folie z two¬ rzywa sztucznego naklada sie kolektor i elastycz¬ na uszczelke, wewnatrz której nanosi sie warstwe nosna, a nastepnie warstwe katalityczna, naklada membra e jonowymienna i elastyczna uszczelke, wewnatrz której nanosi sie warstwe katalityczna, a nastepnie warstwe nosna, naklada kolektor, po czym calosc prasuje sie w temperaturze nizszej od temperatury topnienia polietylenu.Element pradotwórczy ogniwa paliwowego we¬ dlug wynalazku pozbawiony jest w znacznym stop¬ niu elektrycznych oporów kontaktowych na gra- n.cy elektroda-kolektor, odznacza sie zwarta budo¬ wa, upraszczajaca znacznie konstrukcje baterii pa¬ liwowych oraz bardzo prosta technologia i nis¬ kim kosztem jego wytworzenia. Technologia wy¬ twarzania elementu pradotwórczego nie powoduje zmian parametrów membrany.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladowym jego wykonaniu na rysunku w prze¬ kroju poprzecznym.Jak uwidoczniono na rysunku, element prado¬ twórczy ogniwa paliwowego zlozony jest z kolek¬ torów 1 i 2, membrany jonowymiennej 3, elastycz¬ nych uszczelek 4 formujacych warstwy katalitycz¬ ne 5 i warstwy nosne 6. Kolektory 1 i 2 maja po¬ wierzchnie uksztaltowane w postaci wspólsrodko¬ wych wystepów 7 i wyposazone sa w otwory 8 sluzace do doprowadzenia do warstw katalitycz¬ nych 5 i warstw nosnych 6 paliwa i utleniacza.Sposób wytwarzania elementu pradotwórczego wedlug wynalazku jest dokladnie wyjasniony w przykladzie jego wykonania.Przyklad. Do matrycy zaopatrzonej w termo¬ metr i wylacznik czasowy, wyposazonej w górny i doliny tlok, którego czolowa powierzchnia oslo¬ nieta jest krazkiem folii z policzterofluoroetylenu, wklada sie kolektor 1, na którym ustawia sie gu¬ mowa uszczelke 4. Uszczelke 4 wypelnia sie war¬ stwa nosna 6 wegla o granulacji 0,1—0,2 mm i ma¬ sie 1,4 g, dokladnie zmieszanego z 0,3 g poliety¬ lenu o identycznej granulacji. Wegiel otrzymuje sie wygrzewajac w atmosferze azotu w tempera¬ turze 1173 K przez okres 4 godzin koks weglowy uzyskany przez karbonizacje sacharozy.Na warstwe nosna 6 nanosi sie warstwe katali¬ tyczna 5 z wegla carbopol N w ilosci 0,3 g i gra¬ nulacji 0,05 mm, dodatkowo aktywowanego pla¬ tyna w ilosci 0,05 g i dokladnie zmieszanego z 5 0,08 g polietylenu o tej samej granulacji. Na war¬ stwe katalityczna 6 naklada sie membrane jono¬ wymienna 3 kationitowa polietylenowo-polistyre- nosulfonowa, a nastepnie w odwrotnej kolejnosci warstwy drugiej elektrody o identycznych skla- 10 dach, przykrywa sie kolektorem 2 i krazkiem folii z policzterofluoroetylenu. Zawartosc matrycy prasuje sie pod cisnieniem 39,2-10B Pa w tempe¬ raturze 381 K w czasie 30 minut. * Otrzymany w ten sposób element pradotwór- 15 czy ogiiwa paliwowego, posiadajacy elektrody o powierzchni 20 cm2 zasilane wodorem i tlenem o cisnieniu 0,98-105 Pa, przeplywajacymi odpowied¬ nio z szybkoscia 3 dm*/h i 10 dmVh, dostarcza pradu 1050 mA przy napieciu 700 mV. 20 Zastrzezenia patentowe 1. Element pradotwórczy ogniwa paliwowego, membranowego, zwlaszcza wodorowo-tlenowego zestawiony z membrany jonowymiennej i dwóch elektrod zlozonych z warstwy nosnej utworzonej 25 z wegla o granulacji 0,1—0,5 mm o dobrym prze¬ wodnictwie elektronowym oraz warstwy katali¬ tycznej wegla aktywowanego o granulacji 0,02— 0,08 mm, przy czym membrana jonowymienna, granulki wegla warstwy nosnej oraz warstwy ka¬ so talitycznej spojone sa ze soba w jedna calosc za pomoca zgranulowanego polietylenu wedlug pa¬ tentu 100706, znamienny tym, ze wyposazony jest w kolektory (1) spojone przez sprasowanie w jedna calosc z membrana jonowymienna (3), warstwami 35 katalitycznymi (5) i warstwami nosnymi (6) za po¬ moca zgranulowanego polietylenu. 2. Element wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze kolektory (1 i 2) maja powierzchnie plaskie lub u- ksztaltowane w postaci wspólsrodkowych, wzglednie 40 spiralnie ulozonych wystepów (7) i zaopatrzone sa w otwory (8). 3. Sposób wytwarzania elementu pradotwórczego ogniwa paliwowego membranowego, zwlaszcza wo¬ dorowo-tlenowego przez naniesienie kolejno w ma- 45 trycy warstwy nosnej oraz warstwy katalitycznej jednej elektrody, przelozenie membrana jonowy¬ mienna, a nastepnie naniesienie warstwy katali¬ tycznej oraz warstwy nosnej drugiej elektrody i sprasowanie calosci pod cisnieniem (9,8—39,2) *105 50 Pa w temperaturze nizszej od temperatury top¬ nienia polietylenu, przy czym zewnetrzne po¬ wierzchnie elektrod oddziela sie od matrycy folia z tworzywa sztucznego o temperaturze topnienia wyzszej od temperatury topnienia polietylenu, 55 najkorzystniej folia z policzterofluoroetylenu we¬ dlug patentu 100706, znamienny tym, ze na folie z tworzywa sztucznego naklada sie kolektor (1) i elastyczna uszczelke (4), wewnatrz której nanosi sie warstwe nosna (6), a nastepnie warstwe kata- 60 lityczna (5), naklada membrane jonowymienna (3) i elastyczna uszczelke (4), wewnatrz której na¬ nosi sie warstwe katalityczna (5), a nastepnie war¬ stwe nosna (6), naklada kolektor (2), po czym ca¬ losc prasuje sie w temperaturze nizszej od tem- 05 peratury topnienia polietylenu.ST107 680 PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Element pradotwórczy ogniwa paliwowego, membranowego, zwlaszcza wodorowo-tlenowego zestawiony z membrany jonowymiennej i dwóch elektrod zlozonych z warstwy nosnej utworzonej 25 z wegla o granulacji 0,1—0,5 mm o dobrym prze¬ wodnictwie elektronowym oraz warstwy katali¬ tycznej wegla aktywowanego o granulacji 0,02— 0,08 mm, przy czym membrana jonowymienna, granulki wegla warstwy nosnej oraz warstwy ka¬ so talitycznej spojone sa ze soba w jedna calosc za pomoca zgranulowanego polietylenu wedlug pa¬ tentu 100706, znamienny tym, ze wyposazony jest w kolektory (1) spojone przez sprasowanie w jedna calosc z membrana jonowymienna (3), warstwami 35 katalitycznymi (5) i warstwami nosnymi (6) za po¬ moca zgranulowanego polietylenu.
2. 2. Element wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze kolektory (1 i 2) maja powierzchnie plaskie lub u- ksztaltowane w postaci wspólsrodkowych, wzglednie 40 spiralnie ulozonych wystepów (7) i zaopatrzone sa w otwory (8).
3. 3. Sposób wytwarzania elementu pradotwórczego ogniwa paliwowego membranowego, zwlaszcza wo¬ dorowo-tlenowego przez naniesienie kolejno w ma- 45 trycy warstwy nosnej oraz warstwy katalitycznej jednej elektrody, przelozenie membrana jonowy¬ mienna, a nastepnie naniesienie warstwy katali¬ tycznej oraz warstwy nosnej drugiej elektrody i sprasowanie calosci pod cisnieniem (9,8—39,2) *105 50 Pa w temperaturze nizszej od temperatury top¬ nienia polietylenu, przy czym zewnetrzne po¬ wierzchnie elektrod oddziela sie od matrycy folia z tworzywa sztucznego o temperaturze topnienia wyzszej od temperatury topnienia polietylenu, 55 najkorzystniej folia z policzterofluoroetylenu we¬ dlug patentu 100706, znamienny tym, ze na folie z tworzywa sztucznego naklada sie kolektor (1) i elastyczna uszczelke (4), wewnatrz której nanosi sie warstwe nosna (6), a nastepnie warstwe kata- 60 lityczna (5), naklada membrane jonowymienna (3) i elastyczna uszczelke (4), wewnatrz której na¬ nosi sie warstwe katalityczna (5), a nastepnie war¬ stwe nosna (6), naklada kolektor (2), po czym ca¬ losc prasuje sie w temperaturze nizszej od tem- 05 peratury topnienia polietylenu. ST107 680 PL