RU2170477C1 - Gas-diffusion plate and its manufacturing process - Google Patents

Gas-diffusion plate and its manufacturing process Download PDF

Info

Publication number
RU2170477C1
RU2170477C1 RU2000126419/09A RU2000126419A RU2170477C1 RU 2170477 C1 RU2170477 C1 RU 2170477C1 RU 2000126419/09 A RU2000126419/09 A RU 2000126419/09A RU 2000126419 A RU2000126419 A RU 2000126419A RU 2170477 C1 RU2170477 C1 RU 2170477C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas diffusion
stabilizing additive
diffusion electrode
active
layer
Prior art date
Application number
RU2000126419/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
н Г.В. Сероп
Г.В. Серопян
И.А. Никольский
В.Г. Косарев
Г.П. Федотов
Original Assignee
Серопян Георгий Ваграмович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Серопян Георгий Ваграмович filed Critical Серопян Георгий Ваграмович
Priority to RU2000126419/09A priority Critical patent/RU2170477C1/en
Priority to PCT/RU2000/000509 priority patent/WO2002035622A1/en
Priority to AU2001227173A priority patent/AU2001227173A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2170477C1 publication Critical patent/RU2170477C1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/921—Alloys or mixtures with metallic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8663—Selection of inactive substances as ingredients for catalytic active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/8668—Binders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8663—Selection of inactive substances as ingredients for catalytic active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/8673—Electrically conductive fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0234—Carbonaceous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0241—Composites
    • H01M8/0243—Composites in the form of mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0239—Organic resins; Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering; chemical power supplies. SUBSTANCE: gas-diffusion plate has active layer including 85-98% of activated carbon and carbon black with specific surface area of 200-2000 sq.m/g, black- carbon content being 5 to 90%, 1.5-10% of high-molecular polyethylene, and 0.5-5% of polyisobutylene or butyl rubber as stabilizing additive; water-repelling layer including 60-90% of commercial-grade carbon, 5- 25% of high-molecular polyethylene, 3.5-10% of graphite, and 1.5-5% of polyisobutylene or butyl rubber as stabilizing additive; terminal grid. Active layer may have, in addition, catalyst in the amount of 0.1 to 5% of its carbon black content. Used as catalyst may be metal of silver- containing group, platinum-group metals, their mixtures or alloys based on them. Terminal grid may be placed between active and water-repelling layers or inside active or water-repelling layer. Used as terminal grid may be nickel grid compressed to 20-80% of initial thickness. Porosity of water-repelling layer is higher than that of active layer; total porosity of plate is 60-80%. Pore size in active and water-repelling layers is between 0.001 and 1 mcm. Plate manufacturing process includes mixing up activated carbon, carbon black, high-molecular polyethylene, and stabilizing additive for active layer and also mixing up commercial-grade carbon, graphite, high-molecular polyethylene, and stabilizing additive for water-repelling layer in above-mentioned proportions, granulating the mixtures, press-fitting granulated mixtures obtained in the process on one or both sides of terminal grid at high temperature, extracting oil from plate by means of solvent, and compressing the plate at 110-170 C and at specific pressure of 100-500 kg/sq. cm. Prior to mixing up ingredients carbon black may be impregnated with glycerin, mass content of both being 0.3 to 1; upon oil extraction plate is rinsed to remove glycerin and dried out. EFFECT: extended service life of plate. 20 cl

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве газодиффузионных электродов для первичных химических источников тока (ХИТ), например для металловоздушных ХИТ. The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in the production of gas diffusion electrodes for primary chemical current sources (HIT), for example for metal-air HIT.

Известен газодиффузионный электрод для ХИТ, содержащий активный слой из активированного угля и высокомолекулярного полиэтилена, гидрофобный слой, состоящий из технического углерода и высокомолекулярного полиэтилена, и токоотводящую сетку (см. патент РФ 2040832, кл. H 01 M 4/86, 4/96, 1995). Known gas diffusion electrode for HIT, containing an active layer of activated carbon and high molecular weight polyethylene, a hydrophobic layer consisting of carbon black and high molecular weight polyethylene, and a current-collecting grid (see RF patent 2040832, class H 01 M 4/86, 4/96, 1995).

Недостатком известного электрода является недостаточный срок службы, связанный с деструкцией гидрофобного слоя и промоканием электрода. A disadvantage of the known electrode is the insufficient service life associated with the destruction of the hydrophobic layer and blotting of the electrode.

Из известных газодиффузионных электродов для ХИТ наиболее близким по совокупности существенных признаков является газодиффузионный электрод для химического источника тока, содержащий активный слой из активированного угля, высокомолекулярного полиэтилена и стабилизирующей добавки, гидрофобный слой, состоящий из технического углерода, высокомолекулярного полиэтилена и стабилизирующей добавки и токоотводящую сетку (см. патент РФ 2152670, кл. H 01 М 4/86, 4/96, 10.07.2000). Of the known gas diffusion electrodes for HIT, the closest in combination of essential features is a gas diffusion electrode for a chemical current source containing an active layer of activated carbon, high molecular weight polyethylene and a stabilizing additive, a hydrophobic layer consisting of carbon black, high molecular weight polyethylene and a stabilizing additive, and a current-conducting grid ( see RF patent 2152670, class H 01 M 4/86, 4/96, 10.07.2000).

Недостатком известного электрода является невысокие электрохимические характеристики. A disadvantage of the known electrode is its low electrochemical characteristics.

Известен способ изготовления газодиффузионного электрода, при котором на токопроводящую подложку наносят с двух сторон смесь углеродного материала и полиэтилена (см. патент СССР N 357774, кл. H 01 М 4/96, 12.01.1973)
Недостатком указанного способа изготовления является низкие удельные электрические характеристики.A known method of manufacturing a gas diffusion electrode, in which a mixture of carbon material and polyethylene is applied on both sides of the conductive substrate (see USSR patent N 357774, class H 01 M 4/96, 01/12/1973)
The disadvantage of this manufacturing method is the low specific electrical characteristics.

Из известных способов изготовления газодиффузионных электродов наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ изготовления газодиффузионного электрода, при котором готовят смесь активированного угля, высокомолекулярного полиэтилена и индустриального масла для активного слоя, смесь технического углерода, высокомолекулярного полиэтилена и индустриального масла для гидрофобного слоя, прессуют указанные смеси на разные стороны токоотвода при повышенной температуре и экстрагируют масло из электрода растворителем (см. патент РФ 2040832, кл. H 01 М 4/86, 4/96, 1995). Of the known methods for manufacturing gas diffusion electrodes, the closest in combination of essential features is a method of manufacturing a gas diffusion electrode, in which a mixture of activated carbon, high molecular weight polyethylene and industrial oil for the active layer is prepared, a mixture of carbon black, high molecular weight polyethylene and industrial oil for a hydrophobic layer, these mixtures are pressed on different sides of the collector at elevated temperature and the oil is extracted from the electrode solution itel (see RF patent 2040832, CL H 01 M 4/86, 4/96, 1995).

Недостатком указанного способа является низкий срок службы изготовленных электродов. The disadvantage of this method is the low life of the manufactured electrodes.

Задачей изобретения является создание газодиффузионного электрода для ХИТ и способа его изготовления, обеспечивающего изготовление электродов, обладающих повышенным сроком службы. The objective of the invention is the creation of a gas diffusion electrode for HIT and a method for its manufacture, providing the manufacture of electrodes having an increased service life.

Указанный технический результат достигается тем, газодиффузионый электрод содержит активный слой, состоящий из активированного угля, высокомолекулярного полиэтилена и стабилизирующей добавки, гидрофобный слой, состоящий из технического углерода, высокомолекулярного полиэтилена и стабилизирующей добавки, и токоотводящую сетку. При этом активный слой электрода дополнительно содержит сажу с удельной поверхностью 200-2000 м2/г при следующем соотношении компонентов (мас.%): активированный уголь плюс сажа 85-98 при содержании сажи от 5 до 90%, высокомолекулярный полиэтилен 1,5-10 и стабилизатор 0,5-5, гидрофобный слой электрода дополнительно содержит графит при следующем соотношении компонентов (мас.%): технический углерод 60-90, высокомолекулярный полиэтилен 5-25, графит 3,5-10 и стабилизирующая добавка 1,5-5. Введение сажи в активный слой повышает площадь активной поверхности реакции электрода, введение графита в гидрофобный слой повышает его электропроводность и гидрофобность. Указанные факторы способствуют повышению электрохимических характеристик электрода. Соотношение компонентов в активном и гидрофобном слоях электрода выбраны на основании экспериментальных данных и являются оптимальными.The specified technical result is achieved by the fact that the gas diffusion electrode contains an active layer consisting of activated carbon, high molecular weight polyethylene and a stabilizing additive, a hydrophobic layer consisting of carbon black, high molecular weight polyethylene and a stabilizing additive, and a current-conducting grid. The active electrode layer additionally contains carbon black with a specific surface area of 200-2000 m 2 / g in the following ratio of components (wt.%): Activated carbon plus carbon black 85-98 with a carbon black content of 5 to 90%, high molecular weight polyethylene 1,5- 10 and a stabilizer 0.5-5, the hydrophobic layer of the electrode additionally contains graphite in the following ratio of components (wt.%): Carbon black 60-90, high molecular weight polyethylene 5-25, graphite 3.5-10 and a stabilizing additive 1.5- 5. The introduction of carbon black into the active layer increases the area of the active surface of the electrode reaction, the introduction of graphite into the hydrophobic layer increases its electrical conductivity and hydrophobicity. These factors contribute to improving the electrochemical characteristics of the electrode. The ratio of the components in the active and hydrophobic layers of the electrode are selected on the basis of experimental data and are optimal.

Целесообразно, чтобы в качестве стабилизирующей добавки был взят полиизобутилен или бутилкаучук. Использование в качестве стабилизирующей добавки полиизобутилена или бутилкаучука позволяет повысить физико-механические характеристики электродов и предотвратить их промокание из-за растрескивания. It is advisable that as a stabilizing additive was taken polyisobutylene or butyl rubber. The use of polyisobutylene or butyl rubber as a stabilizing additive allows one to increase the physicomechanical characteristics of the electrodes and prevent them from getting wet due to cracking.

Целесообразно, чтобы активный слой газодиффузионного электрода дополнительно содержал катализатор в количестве от 0,1 до 5% от содержания в активном слое сажи. При этом в качестве катализатора может быть использован металл из группы, содержащей серебро, металлы платиновой группы, их смеси или сплавы на их основе. Введение катализатора в активный слой электрода повышает электрохимическую активность электрода. Содержание катализатора является оптимальным. При содержании катализатора менее 0,1% эффект повышения активности электрода незначителен. При содержании катализатора более 5% значительно возрастает стоимость электрода. It is advisable that the active layer of the gas diffusion electrode additionally contains a catalyst in an amount of from 0.1 to 5% of the content in the active layer of soot. In this case, a metal from the group containing silver, metals of the platinum group, their mixtures or alloys based on them can be used as a catalyst. The introduction of a catalyst into the active layer of the electrode increases the electrochemical activity of the electrode. The catalyst content is optimal. When the catalyst content is less than 0.1%, the effect of increasing the activity of the electrode is negligible. When the catalyst content is more than 5%, the cost of the electrode increases significantly.

Токоотводящая сетка может располагаться между активным и гидрофобным слоями, в активном слое или в гидрофобном слое. Место расположения токоотводящей сетки в электроде определяется конструкцией ХИТ и его назначением. The collector network can be located between the active and hydrophobic layers, in the active layer or in the hydrophobic layer. The location of the collector grid in the electrode is determined by the design of the HIT and its purpose.

Целесообразно в качестве токоотводящей сетки использовать подпрессованную на 20-80% от исходной толщины никелевую сетку. Подпрессовывание сетки повышает прочность токоотвода и уменьшает его толщину, что позволяет повысить механическую прочность электрода и уменьшить его габаритные размеры. It is advisable to use a nickel mesh pressed at 20-80% of the initial thickness as a current-collecting grid. Pressing the mesh increases the strength of the collector and reduces its thickness, which allows to increase the mechanical strength of the electrode and reduce its overall dimensions.

Целесообразно, чтобы пористость гидрофобного слоя электрода была выше пористости активного слоя при общей пористости электрода от 60 до 80%. Более высокая пористость гидрофобного слоя облегчает доступ кислорода воздуха в зону реакции, что способствует повышению характеристик электрода. Указанный диапазон пористости электрода обеспечивает требуемые электрические и механические характеристики электрода. При пористости ниже 60% мала площадь активной поверхности электрода, что снижает его характеристики, при пористости выше 80% электрод обладает недостаточной механической прочностью. It is advisable that the porosity of the hydrophobic layer of the electrode be higher than the porosity of the active layer with a total porosity of the electrode from 60 to 80%. The higher porosity of the hydrophobic layer facilitates the access of atmospheric oxygen to the reaction zone, which improves the characteristics of the electrode. The specified range of porosity of the electrode provides the required electrical and mechanical characteristics of the electrode. At a porosity below 60%, the area of the active surface of the electrode is small, which reduces its characteristics; at a porosity above 80%, the electrode has insufficient mechanical strength.

Целесообразно, чтобы размер пор в активном и гидрофобном слоях газодиффузионного электрода находился в диапазоне 0,001-1 мкм. Указанный диапазон размеров пор электрода обеспечивает газозапорные свойства активного слоя электрода и необходимую проницаемость гидрофобного слоя для кислорода воздуха, диффундирующего через гидрофобный слой в зону реакции. It is advisable that the pore size in the active and hydrophobic layers of the gas diffusion electrode is in the range of 0.001-1 μm. The specified range of pore sizes of the electrode provides gas-locking properties of the active layer of the electrode and the necessary permeability of the hydrophobic layer for oxygen in the air, diffusing through the hydrophobic layer into the reaction zone.

Что касается способа изготовления газодиффузионного электрода, то указанный технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления газодиффузионного электрода, при котором готовят смесь активированного угля, высокомолекулярного полиэтилена, индустриального масла и стабилизирующей добавки для активного слоя и смесь технического углерода, высокомолекулярного полиэтилена и стабилизирующей добавки для гидрофобного слоя, прессуют указанные смеси на одну или разные стороны токоотвода при повышенной температуре, экстрагируют масло из электрода растворителем, в смесь для активного слоя дополнительно вводят сажу с удельной поверхностью 200-2000 м2/г, а в смесь для гидрофобного слоя - графит, а перед прессованием на токоотводящую сетку указанные смеси гранулируют. Операция гранулирования смесей позволяет удалить из смеси избыточное масло и упрощает технологию изготовления электродов, поскольку смесь можно изготавливать в запас.As for the method of manufacturing a gas diffusion electrode, the technical result is achieved due to the fact that in the method of manufacturing a gas diffusion electrode, in which a mixture of activated carbon, high molecular weight polyethylene, industrial oil and a stabilizing additive for the active layer and a mixture of carbon black, high molecular weight polyethylene and stabilizing are prepared additives for the hydrophobic layer, these mixtures are pressed onto one or different sides of the collector at an elevated temperature, ex oil is traded from the electrode with a solvent, soot with a specific surface area of 200-2000 m 2 / g is additionally introduced into the mixture for the active layer, and graphite is introduced into the mixture for the hydrophobic layer, and these mixtures are granulated before pressing onto the current-collecting mesh. The operation of granulating mixtures allows you to remove excess oil from the mixture and simplifies the technology of manufacturing electrodes, since the mixture can be made in stock.

Целесообразно, чтобы в качестве стабилизирующей добавки был взят полиизобутилен или бутилкаучук. Введение стабилизирующей добавки повышает ресурс электрода. It is advisable that as a stabilizing additive was taken polyisobutylene or butyl rubber. The introduction of a stabilizing additive increases the life of the electrode.

Целесообразно после экстрагирования масла электрод подпрессовывать при повышенной температуре в диапазоне от 110 до 170oC и удельном давлении в диапазоне от 100 до 500 кг/см2. Подпрессовывание электрода при указанных параметрах повышает прочность и ресурсные характеристики электрода.It is advisable after extraction of the oil, the electrode is pressed at an elevated temperature in the range from 110 to 170 o C and specific pressure in the range from 100 to 500 kg / cm 2 . Pressing the electrode at these parameters increases the strength and resource characteristics of the electrode.

Целесообразно перед приготовлением смеси сажу пропитывать глицерином при массовом соотношении глицерина и сажи от 0,3 до 1. Пропитка сажи глицерином предотвращает заполнение мелких пор индустриальным масло, что способствует увеличению характеристик электрода за счет увеличения удельной поверхности. It is advisable to impregnate soot with glycerol before preparing the mixture at a mass ratio of glycerol and soot from 0.3 to 1. Soot impregnation of soot with glycerin prevents the filling of small pores with industrial oil, which increases the electrode characteristics by increasing the specific surface area.

Целесообразно после экстрагирования масла электрод отмывать водой от глицерина и подвергать сушке. Указанные операции способствуют повышению характеристик электрода. After extraction of the oil, it is advisable to wash the electrode with water from glycerol and dry it. These operations contribute to improving the characteristics of the electrode.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна". The analysis of the prior art showed that the claimed combination of essential features set forth in the claims is unknown. This allows us to conclude that it meets the criterion of "novelty."

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень". Сущность изобретения поясняется примером практической реализации. To verify the conformity of the claimed invention with the criterion of "inventive step", an additional search was carried out for known technical solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed technical solution from the prototype. It is established that the claimed technical solution does not follow explicitly from the prior art. Therefore, the claimed invention meets the criterion of "inventive step". The invention is illustrated by an example of practical implementation.

Пример практической реализации
Изготовлен газодиффузионный электрод (катод) для ХИТ на основе никелевой сетки в качестве токоотвода. Исходная никелевая сетка толщиной 0,42 мм была подкатана до толщины 0,28-0,32 мм. Активную массу для активного слоя готовят из смеси 45% активированного угля, 45% сажи с удельной поверхностью 300 м2/г, 8% высокомолекулярного полиэтилена и 2% полиизобутилена в качестве стабилизирующей добавки. В смесь добавляют индустриальное масло и перемешивают до получения необходимой консистенции смеси. Массу для гидрофобного слоя готовят из смеси 67% технического углерода, 8% графита, 21% высокомолекулярного полиэтилена и 4% полиизобутилена в качестве стабилизирующей добавки. В смесь добавляют индустриальное масло и перемешивают до получения требуемой консистенции смеси. Полученные смеси гранулируют, например путем пропускания через экструдер. Гранулированные смеси прессуют на разные стороны токоотводящей сетки при температуре 150oC. Из полученного электрода экстрагируют масло путем отмывки в растворителе, например в четыреххлористом углероде. После экстрагирования масла электрод подпрессовывают посредством каландрирования при температуре 120oC и удельном давлении 400 кг/см2. Изготовленные электроды в ячейках ставились на ресурсные испытания, по ускоренной методике. Она включала испытания под нагрузкой 20 мА/см2 в течение 7 часов и 17 часов при напряжении разомкнутой цепи. Время работы в таком режиме составило 700 часов. Время работы электродов, изготовленных по прототипу, не превышало 200 часов.Practical example
A gas diffusion electrode (cathode) for a CIT based on a nickel grid was made as a collector. The initial nickel mesh 0.42 mm thick was rolled to a thickness of 0.28-0.32 mm. The active mass for the active layer is prepared from a mixture of 45% activated carbon, 45% carbon black with a specific surface area of 300 m 2 / g, 8% high molecular weight polyethylene and 2% polyisobutylene as a stabilizing additive. Industrial oil is added to the mixture and mixed until the desired consistency of the mixture is obtained. The mass for the hydrophobic layer is prepared from a mixture of 67% carbon black, 8% graphite, 21% high molecular weight polyethylene and 4% polyisobutylene as a stabilizing additive. Industrial oil is added to the mixture and mixed until the desired mixture is obtained. The resulting mixture is granulated, for example by passing through an extruder. Granular mixtures are pressed on different sides of the current-conducting mesh at a temperature of 150 ° C. Oil is extracted from the resulting electrode by washing in a solvent, for example, carbon tetrachloride. After extraction of the oil, the electrode is pressed by calendaring at a temperature of 120 o C and a specific pressure of 400 kg / cm 2 . The manufactured electrodes in the cells were put to life tests, according to an accelerated method. It included tests under a load of 20 mA / cm 2 for 7 hours and 17 hours at an open circuit voltage. The operating time in this mode was 700 hours. The working time of the electrodes made according to the prototype did not exceed 200 hours.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленные газодиффузионный электрод и способ его изготовления могут быть реализованы с достижением заявленного технического результата, т.е. они соответствуют критерию "промышленная применимость". Based on the foregoing, we can conclude that the claimed gas diffusion electrode and the method of its manufacture can be implemented with the achievement of the claimed technical result, i.e. they meet the criterion of "industrial applicability".

Claims (19)

1. Газодиффузионный электрод, содержащий активный слой, состоящий из активированного угля, высокомолекулярного полиэтилена и стабилизирующей добавки, гидрофобный слой, состоящий из технического углерода, высокомолекулярного полиэтилена и стабилизирующей добавки, и токоотводящую сетку, отличающийся тем, что активный слой электрода дополнительно содержит сажу с удельной поверхностью 200 - 2000 м2/г при следующем соотношении компонентов, мас. %: активированный уголь плюс сажа 85 - 98 при содержании сажи от 5 до 90%, высокомолекулярный полиэтилен 1,5 - 10 и стабилизирующая добавка 0,5 - 5, гидрофобный слой электрода дополнительно содержит графит при следующем соотношении компонентов, мас.%: технический углерод 60 - 90, высокомолекулярный полиэтилен 5 - 25, графит 3,5 - 10 и стабилизирующая добавка 1,5 - 5.1. A gas diffusion electrode containing an active layer consisting of activated carbon, high molecular weight polyethylene and a stabilizing additive, a hydrophobic layer consisting of carbon black, high molecular weight polyethylene and a stabilizing additive, and a current-conducting network, characterized in that the active electrode layer further comprises carbon black with a specific a surface of 200 - 2000 m 2 / g in the following ratio of components, wt. %: activated carbon plus carbon black 85 - 98 with a carbon black content of 5 to 90%, high molecular weight polyethylene 1.5 - 10 and a stabilizing additive 0.5 - 5, the hydrophobic electrode layer additionally contains graphite in the following ratio of components, wt.%: technical carbon 60 - 90, high molecular weight polyethylene 5 - 25, graphite 3.5 - 10 and a stabilizing additive of 1.5 - 5. 2. Газодиффузионылй электрод по п.1, отличающийся тем, что в качестве стабилизирующей добавки взят полиизобутилен. 2. Gas diffusion electrode according to claim 1, characterized in that polyisobutylene is taken as a stabilizing additive. 3. Газодиффузионный электрод по п.1, отличающийся тем, что в качестве стабилизирующей добавки взят бутилкаучук. 3. The gas diffusion electrode according to claim 1, characterized in that butyl rubber is taken as a stabilizing additive. 4. Газодиффузионный электрод по п.1, отличающийся тем, что активный слой дополнительно содержит катализатор в количестве от 0,1 до 5% от содержания в активном слое сажи. 4. The gas diffusion electrode according to claim 1, characterized in that the active layer further comprises a catalyst in an amount of from 0.1 to 5% of the content of soot in the active layer. 5. Газодиффузионный электрод по п.4, отличающийся тем, что в качестве катализатора взят металл из группы, содержащей серебро, металлы платиновой группы, их смеси или сплавы на их основе. 5. The gas diffusion electrode according to claim 4, characterized in that the catalyst taken is a metal from the group containing silver, platinum group metals, their mixtures or alloys based on them. 6. Газодиффузионный электрод по п.1, отличающийся тем, что токоотводящая сетка расположена между активным и гидрофобным слоями. 6. The gas diffusion electrode according to claim 1, characterized in that the collector mesh is located between the active and hydrophobic layers. 7. Газодиффузионный электрод по п.1, отличающийся тем, что токоотводящая сетка расположена в активном слое. 7. The gas diffusion electrode according to claim 1, characterized in that the collector grid is located in the active layer. 8. Газодиффузионный электрод по п.1, отличающийся тем, что токоотводящая сетка расположена в гидрофобном слое. 8. The gas diffusion electrode according to claim 1, characterized in that the collector mesh is located in the hydrophobic layer. 9. Газодиффузионный электрод по любому из пп.1, 6 - 8, отличающийся тем, что в качестве токоотводящей сетки взята подпрессованная никелевая сетка. 9. Gas diffusion electrode according to any one of claims 1, 6 to 8, characterized in that a pressed-in nickel mesh is taken as a current-collecting grid. 10. Газодиффузионный электрод по любому из пп.1, 6 - 9, отличающийся тем, что никелевая сетка подпрессована на 20 - 80% от исходной толщины. 10. Gas diffusion electrode according to any one of claims 1, 6 to 9, characterized in that the nickel mesh is prepressed by 20 - 80% of the original thickness. 11. Газодиффузионный электрод по п.1, отличающийся тем, что пористость гидрофобного слоя выше пористости активного слоя. 11. The gas diffusion electrode according to claim 1, characterized in that the porosity of the hydrophobic layer is higher than the porosity of the active layer. 12. Газодиффузионный электрод по п.1, отличающийся тем, что размер пор в активном и гидрофобном слоях находится в диапазоне 0,001 - 1 мкм. 12. The gas diffusion electrode according to claim 1, characterized in that the pore size in the active and hydrophobic layers is in the range of 0.001 to 1 μm. 14. Способ изготовления газодиффузионного электрода, при котором готовят смесь активированного угля, высокомолекулярного полиэтилена, индустриального масла и стабилизирующей добавки для активного слоя и смесь технического углерода, высокомолекулярного полиэтилена и стабилизирующей добавки для гирофобного слоя, прессуют указанные смеси на одну или разные стороны токоотводящей сетки при повышенной температуре, экстрагируют масло из электрода растворителем, отличающийся тем, что в смесь для активного слоя дополнительно вводят сажу с удельной поверхностью 200 - 2000 м2/г, а в смесь для гидрофобного слоя - графит, а перед прессованием на токоотводящую сетку указанные смеси гранулируют.14. A method of manufacturing a gas diffusion electrode, in which a mixture of activated carbon, high molecular weight polyethylene, industrial oil and a stabilizing additive for the active layer and a mixture of carbon black, high molecular weight polyethylene and a stabilizing additive for the gyrophobic layer are prepared, these mixtures are pressed onto one or different sides of the current-conducting mesh at elevated temperature, the oil is extracted from the electrode with a solvent, characterized in that soot with with a separate surface of 200 - 2000 m 2 / g, and graphite into the mixture for the hydrophobic layer, and before pressing onto the current-collecting mesh, these mixtures are granulated. 15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что в качестве стабилизирующей добавки взят полиизобутилен. 15. The method according to p. 14, characterized in that as a stabilizing additive is taken polyisobutylene. 16. Способ по п. 14, отличающийся тем, что в качестве стабилизирующей добавки взят бутилкаучук. 16. The method according to p. 14, characterized in that butyl rubber is taken as a stabilizing additive. 17. Способ по п.14, отличающийся тем, что после экстрагирования масла электрод подпрессовывают при повышенной температуре. 17. The method according to 14, characterized in that after extraction of the oil, the electrode is pressed at elevated temperature. 18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что подпрессовывание электрода проводят при температуре от 110 до 170°С и удельном давлении от 100 до 500 кг/см2.18. The method according to p. 17, characterized in that the pressing of the electrode is carried out at a temperature of from 110 to 170 ° C and a specific pressure of from 100 to 500 kg / cm 2 . 19. Способ по п. 17, отличающийся тем, что перед приготовлением смеси сажа пропитывается глицерином при массовом соотношении глицерина и сажи от 0,3 до 1. 19. The method according to p. 17, characterized in that before preparing the mixture, the soot is impregnated with glycerin in a mass ratio of glycerol and soot from 0.3 to 1. 20. Способ по п.17, отличающийся тем, что после экстрагирования масла электрод отмывают водой от глицерина и подвергают сушке. 20. The method according to 17, characterized in that after extraction of the oil, the electrode is washed with water from glycerol and dried.
RU2000126419/09A 2000-10-23 2000-10-23 Gas-diffusion plate and its manufacturing process RU2170477C1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000126419/09A RU2170477C1 (en) 2000-10-23 2000-10-23 Gas-diffusion plate and its manufacturing process
PCT/RU2000/000509 WO2002035622A1 (en) 2000-10-23 2000-12-15 Gas diffusion electrode and method for producing said electrode
AU2001227173A AU2001227173A1 (en) 2000-10-23 2000-12-15 Gas diffusion electrode and method for producing said electrode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000126419/09A RU2170477C1 (en) 2000-10-23 2000-10-23 Gas-diffusion plate and its manufacturing process

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2170477C1 true RU2170477C1 (en) 2001-07-10

Family

ID=20241230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000126419/09A RU2170477C1 (en) 2000-10-23 2000-10-23 Gas-diffusion plate and its manufacturing process

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU2001227173A1 (en)
RU (1) RU2170477C1 (en)
WO (1) WO2002035622A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005096419A1 (en) * 2004-03-30 2005-10-13 Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostiyu 'intensis' Electrode of alkaline fuel cell and method for producing thereof
US10637068B2 (en) 2013-07-31 2020-04-28 Aquahydrex, Inc. Modular electrochemical cells
US11005117B2 (en) 2019-02-01 2021-05-11 Aquahydrex, Inc. Electrochemical system with confined electrolyte

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105696018B (en) * 2016-01-18 2018-09-04 天津大学 A kind of preparation and application of graphite-carbon black mixing air dispenser cathode piece

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4066823A (en) * 1973-09-11 1978-01-03 Armstrong William A Method for a low temperature oxygen electrode
US4107397A (en) * 1973-08-24 1978-08-15 Unigate Limited Electro-chemical cells
US4161063A (en) * 1977-01-31 1979-07-17 Gte Laboratories Incorporated Method of making a cathode for an electrochemical cell
RU2040832C1 (en) * 1992-12-18 1995-07-25 Научно-производственная фирма "РИКО" Gas-diffusion electrode for chemical source of electric energy
RU2152670C1 (en) * 1999-10-29 2000-07-10 Серопян Георгий Ваграмович As-diffusion electrode and method for its manufacturing

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1660077A1 (en) * 1986-08-04 1991-06-30 Tsentralen Inst Khim Promi Compound for microporous battery separators and method of its preparation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4107397A (en) * 1973-08-24 1978-08-15 Unigate Limited Electro-chemical cells
US4066823A (en) * 1973-09-11 1978-01-03 Armstrong William A Method for a low temperature oxygen electrode
US4161063A (en) * 1977-01-31 1979-07-17 Gte Laboratories Incorporated Method of making a cathode for an electrochemical cell
RU2040832C1 (en) * 1992-12-18 1995-07-25 Научно-производственная фирма "РИКО" Gas-diffusion electrode for chemical source of electric energy
RU2152670C1 (en) * 1999-10-29 2000-07-10 Серопян Георгий Ваграмович As-diffusion electrode and method for its manufacturing

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005096419A1 (en) * 2004-03-30 2005-10-13 Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostiyu 'intensis' Electrode of alkaline fuel cell and method for producing thereof
US10637068B2 (en) 2013-07-31 2020-04-28 Aquahydrex, Inc. Modular electrochemical cells
US11018345B2 (en) 2013-07-31 2021-05-25 Aquahydrex, Inc. Method and electrochemical cell for managing electrochemical reactions
US11005117B2 (en) 2019-02-01 2021-05-11 Aquahydrex, Inc. Electrochemical system with confined electrolyte
US11682783B2 (en) 2019-02-01 2023-06-20 Aquahydrex, Inc. Electrochemical system with confined electrolyte
US12080928B2 (en) 2019-02-01 2024-09-03 Edac Labs, Inc. Electrochemical system with confined electrolyte

Also Published As

Publication number Publication date
AU2001227173A1 (en) 2002-05-06
WO2002035622A1 (en) 2002-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3899354A (en) Gas electrodes and a process for producing them
EP0603175B1 (en) High utilization supported catalytic metal-containing gas-diffusion electrode, process for making it, and cells utilizing it
US4876115A (en) Electrode assembly for use in a solid polymer electrolyte fuel cell
US4894355A (en) Flexible, water-repellent baked carbon plate, its production, fuel cell electrode, fuel cell electrode plate and its production and fuel cell
US6610432B1 (en) Impregnation of microporous electrocatalyst particles for improving performance in an electrochemical fuel cell
CA2368258C (en) Gas diffusion substrates
AU2016352909B2 (en) Improved electrode for redox flow battery
KR100708732B1 (en) Anode for fuel cell, manufacturing method thereof, and fuel cell employing the same
EA009404B1 (en) Conducting polymer-grafted carbon material for fuel cell application
US20140205919A1 (en) Gas diffusion layer with improved electrical conductivity and gas permeability and process of making the gas diffusion layer
JPH09511018A (en) High performance electrolysis cell electrode structure and method of manufacturing such electrode structure
RU2170477C1 (en) Gas-diffusion plate and its manufacturing process
Waldrop et al. Electrospun nanofiber electrodes for high and low humidity PEMFC operation
JPH10223233A (en) Electrode for fuel cell, and electrode electrolyte film joint body
US6306536B1 (en) Method of reducing fuel cell performance degradation of an electrode comprising porous components
US3335034A (en) Electrodes for fuel cells and the like and process for their manufacture
JP2021184368A (en) Laminate for fuel cell
JP2021184373A (en) Cathode gas diffusion layer for fuel cell
RU2152670C1 (en) As-diffusion electrode and method for its manufacturing
RU2260878C1 (en) Gas-diffusion cathode and its manufacturing method
RU2040832C1 (en) Gas-diffusion electrode for chemical source of electric energy
KR100528723B1 (en) Polyelectrolyte complex membrane for fuel cell and method for preparation the same
KR20240084623A (en) Gas diffusion layer for fuel cell including microporous layer and method for manufacturing the same
RU2154876C1 (en) Carbon plate manufacturing process for electrochemical devices
Chang et al. Process and Characteristics of High Power Catalyst Electrode for PEM Fuel Cell

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051024