WO2001045121A1 - Verfahren zur vernetzung von kohle- bzw. kohlenstoffmaterialien, wie industrieruss und aktivkohle sowie anwendung für die herstellung von elektrochemischen doppelschichtkondensatorelektroden - Google Patents

Verfahren zur vernetzung von kohle- bzw. kohlenstoffmaterialien, wie industrieruss und aktivkohle sowie anwendung für die herstellung von elektrochemischen doppelschichtkondensatorelektroden Download PDF

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Roy Richner
Alexander Wokaun
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Paul Scherrer Institut
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing chemically activated, crosslinkable carbon or carbon materials and to the production of electrochemical double-layer capacitor electrodes.
  • Double layer capacitors consist of two electrode layers, which are preferably porous in order to form the largest possible surface area as a contact surface with an electrolyte.
  • Coal or carbon materials such as graphite, carbon black, activated carbon etc.
  • Coal or carbon materials are generally obtained in powder form due to the manufacturing process. Therefore, it is probably right and sensible that these materials are processed in powder form and used, for example, for the production of double-layer capacitors. Therefore, the material has to be processed with a binder to a dimensionally stable mass.
  • the use of a binder or a binder in the active composition presents some problems.
  • the binder is usually an electrical insulator and, because it connects the individual particles to one another, leads to a deteriorated electrical conductivity.
  • the binders are usually in dissolved or suspended form.
  • the binders For use in active compositions, the binders must be adsorbed on the wetted surface of the active material. However, the active material usually swells strongly when the solvent is well wetted.
  • Carbon or carbon materials such as activated carbon, industrial carbon black, graphite, glassy carbon, carbon fibers, Buckminster fullerenes, nanotubes are carbon products which are caused by thermal treatment of organic raw materials are generated. These products have graphite-like polyaromatic systems as the basic unit. These so-called graphene layers then build up the material in an unordered manner.
  • the large number of possible starting materials and their chemical non-uniformity materials such as wood or peat are also used for activated carbon
  • the solution to the problem mentioned at the outset provides for a chemical crosslinking of the active material particles, which, with sufficiently large starting molecules, prevents adsorption in the pores.
  • the derivatization of the surface also increases the affinity for the quasi-binder.
  • the chemical groups on the edges of the graphene layers or on the surface of a support can be used for a chemical reaction or for crosslinking.
  • the reaction of phenolic OH groups or also carboxylic acids with isocyanates according to scheme I below can be mentioned as a simple example.
  • U.S. Patent 5,554,739 describes the manufacture of a carbon material having organic groups attached to the carbon material.
  • the grafting of azo compounds is described.
  • the primary concern is the activation of the carbon or carbon material, for example in order to enable improved adsorption or more generally in order to be able to influence the surface properties of the material.
  • None of the documents mentioned suggests the possibility of subsequently crosslinking these carbon or carbon materials, in particular using grafted or attached long-chain polymers, in order to achieve the required porosity in the double-layer capacitor electrodes produced, for example.
  • the reaction shown in Scheme I above is used, for example, to bind a toluene diisocyanate-terminated polybutadiol prepolymer as a so-called precursor substance to the carbon material or a support.
  • This prepolymer can then serve as a docking point for a polycondensate based on a polyurethane.
  • the derivatized carbon material is mixed with a mixture of diisocyanate and polyether polyols (functionalities 2 and 3) cross-linked.
  • the free isocyanate groups will react with an alcohol group and form a urethane group.
  • a diisocyanate will bind to another alcohol group of the polyether polyol, etc.
  • the reaction process mentioned above is shown schematically in Scheme II below.
  • the prepolymer used in step I of the reaction scheme II shown above is preferably a diisocyanate which is grafted onto a COOH or OH group.
  • the prepolymer is obtained starting from a diol, such as polybutene diol, having an isocyanate group on both sides, for example by reacting the diol with toluene diisocyanate.
  • a reaction with isophoron diisocyanate is also possible, for example.
  • the crosslinked carbon material now obtained is particularly suitable for the production of electrodes of double-layer capacitors.
  • the cross-linked carbon material can, for example, either be processed as a paste for producing the electrodes, applied to a support by screen printing, applied to a film by extrusion, or rolled onto a substrate in a net, sponge or foam.
  • the paste can be cast, for example, by injection molding onto a film, a mesh or a sponge-like substrate.
  • the processing methods mentioned above are only examples, and any other processing processes or manufacturing processes for the production of electrodes of double-layer capacitors are possible.
  • crosslinking carbon material directly to a drain, such as titanium dioxide, carbon fiber fabric, conductive polymers or the like, which substrate has been derivatized, for example, with the reactive prepolymer in order to obtain a chemical bond between the active composition and the drain.
  • a drain such as titanium dioxide, carbon fiber fabric, conductive polymers or the like
  • the reactive prepolymer in order to obtain a chemical bond between the active composition and the drain.
  • the grafting reaction with reactive groups of a carrier material such as carbon fibers, mats, fabrics, metallic foils, metal oxides, conductive rubber, carbon paper and the like takes place and leads to improved adhesion and conductivity.
  • PEG poly (ethylene glycol)
  • TMP-EO triethylolpropane ethoxylate
  • An electrode produced in this way typically has a specific capacitance of 40 F / g (based on the active composition) at 0.01 Hz alternating current of a few mA in IM acetonitrile tetraethylammonium bortetrafluoride (TEABF4) electrolyte. This capacitance is reached to 90% at 0.1 Hz, as shown in diagram 1 of the attached FIG. 1.
  • Diagram 1 shows the course of the specific capacitance as a function of the measuring frequency. The capacitance is determined by means of impedance spectroscopy of a single electrode in a measuring cell with a three-electrode arrangement.
  • the alternating current amplitude is 10 mV
  • the geometric electrode area is 1 cm 2
  • the physical electrode surface is> 0.4 m 2 .
  • the reaction mass can be brought into contact with an electrically conductive material as a drain in various ways. It can be crocheted as a paste or applied to a support using screen printing, extruded onto a film as a dough or rolled into a net or sponge, or as a paste by injection molding onto a film or into a net or sponge.
  • Diagram 1 shown in FIG. 1 shows the course of the specific capacitance as a function of the measurement frequency.
  • the capacitance is determined by means of impedance spectroscopy of a single electrode in a measuring cell with a three-electrode arrangement and consequently parameters: alternating current amplitude 10 mV, geometric electrode area 1 cm 2 , physical electrode surface> 0.4 m 2 .

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Abstract

Für den Aufbau einer Aktivmasse von elektrochemischen Doppelschichtkondensatorelektroden bzw. von sogenannten Supercaps wird ein geeignetes hochflächiges und leitendes Material benötigt, das relativ inert ist. Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe ein aktives Kohle- bzw. Kohlenstoffmaterial vorzuschlagen, welches geeignet ist für die Herstellung von Elektroden von Doppelschichtkondensatoren. Es handelt sich dabei um vernetztes Kohlenstoffmaterial, wobei dessen Herstellung durch Aufpfropfen einer aktiven Vorläufersubstanz auf reaktive Seiten bzw. Endgruppen im Kohlenstoffmaterial und anschliessender Vernetzung dieser Vorläufersubstanzen mit einer polymeren Matrix oder direkter Vernetzung des Kohlenstoffmaterials in ein entstehendes Polymernetzwerk erfolgt. Auf reaktive Seiten bzw. Randgruppen des Kohlenstoffmaterials, wie OH- oder COOH-Gruppen wird ein Diisocyanat terminiertes Polymer aufgepfropft, um das so derivatisierte Kohlenstoffmaterial mit Polymeren anschliessend zu vernetzen.

Description

Verfahren zur Vernetzung von Kohle- bzw. Kohlenstoffmateriali- en, wie Industrieruss und Aktivkohle sowie Anwendung für die Herstellung von elektrochemischen Doppelschichtkondensatorelektroden
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von chemisch aktivierten, vernetzbaren Kohle- bzw. Kohlenstoffmaterialien sowie die Herstellung von elektrochemischen Doppelschichtkondensatorelektroden.
Doppelschichtkondensatoren bestehen aus zwei Elektrodenschic - ten, welche vorzugsweise porös ausgebildet sind, um eine möglichst grosse Oberfläche als Kontaktfläche mit einem Elektrolyten zu bilden.
Grundsätzlich ist für den Aufbau einer Aktivmasse einer derartigen Kondensatorelektrode bzw. eines sogenannten Supercaps nur ein geeignetes hochflächiges und leitendes Material nötig, das relativ inert ist. Bei den verwendeten Materialien hierfür sind Russe und Aktivkohlen bzw. generell Kohle- und Kohlenstoffmaterialien von grösstem Interesse. Die Verwendung von Kohle- bzw. Kohlenstoffmaterialien in elektrochemischen Kondensatoren bil- det einen markanten Fortschritt, weisen diese Materialien doch eine gute elektrische Leitf higkeit und eine geringe Dichte auf. Zudem lassen sich Kohlenstoffelektroden mit der erforderlichen grossen Oberfläche herstellen. Die Herstellung von Dop¬ pelschichtkondensatoren mit Kohlenstoffelektroden ist bei- spielsweise bekannt aus den US-Patenten US 2 800 616, US 3 648 126, US 4 597 028, US 4 562 511, US 5 102 745, US 5 304 330, US 5 080 963, US 5 150 283, US 5 142 451 und US 5 662 055.
In den erwähnten Dokumenten wird Kohle- bzw. Kohlenstoffmateri¬ al entweder in Pulverform verwendet oder als Faser bzw. als Ge- webe. In den Schriften geht es aber primär um die Verminderung des inneren Widerstandes, beispielsweise aufgrund von internen Kohlenstoff/Kohlenstoff-Kontakten, und weniger um die optimale bzw. optimierte Verwendung des Kohle- bzw. Kohlenstoffmateri- als. Als Lösung zur Verringerung des internen Widerstandes wird in der Regel die Beschichtung bzw. Imprägnierung des Kohlebzw. Kohlenstoffmaterials mit einem Metall wie beispielsweise Aluminium vorgeschlagen, oder aber dass das verwendete Pulver auf ein Metallsubstrat aufgetragen wird. Insbesondere das Her- stellen und die Verwendung von Geweben aus Kohlenstofffasern und das anschliessende Beschichten beispielsweise mit Aluminium in sogenannten Plasmaverfahren ist relativ kompliziert und aufwendig .
Kohle bzw. Kohlenstoffmaterialien, wie Graphit, Russe, Aktiv- kohle etc., fallen, bedingt durch den Herstellungsprozess, in der Regel in Pulverform an. Deshalb ist es wohl richtig und sinnvoll, dass diese Materialien in Pulverform weiterverarbeitet und beispielsweise für die Herstellung von Doppelschicht- kondensatoren verwendet werden. Deshalb aber uss das Material mit einem Binder zu einer formbeständigen Masse verarbeitet werden. Die Verwendung eines Binders bzw. eines Bindemittels in der Aktivmasse bringt jedoch einige Probleme mit sich.
Der Binder ist meist ein elektrischer Isolator und führt, da er die einzelnen Partikel untereinander verbindet, zu einer ver- schlechterten elektrischen Leitfähigkeit. Je mehr Bindemittel verwendet wird, desto schlechter wird die spezifische Kapazität (F/g) , da der Binder nichts zu ihr beiträgt.
Bei der Verwendung von niedermolekularen Bindern oder von aus- härtbaren Harzen wie sogenannten Reaktivharzen als Matrix sind die involvierten Grundmoleküle genügend klein, um in die Poren des Aktivmaterials zu dringen und somit dessen Kapazität deutlich zu vermindern. Zudem können die in den Poren absorbierten Harzmoleküle nicht mehr in das Bindernetzwerk eingebunden wer- den, was zu einer Erhöhung des benötigten Bindemittelanteils führt .
Langkettige Bindemittel sind schwieriger homogen zwischen den Partikeln zu verteilen und benötigen ebenfalls einen erhöhten Anteil ein Binder.
Die Binder liegen meist in gelöster oder suspendierter Form vor. Zur Anwendung in Aktivmassen müssen die Binder an der benetzten Oberfläche des Aktivmaterials adsorbiert werden. Das Aktivmaterial quillt aber bei einem gut benetzten Lösungsmittel normalerweise stark.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein aktives Kohle- bzw. Kohlenstoffmaterial vorzuschlagen, welches geeignet ist für die Herstellung beispielsweise von Elektroden von Doppelschichtkondensatoren.
Genereller ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein aktives Kohle- bzw. Kohlenstoffmaterial vorzuschlagen, welches insbesondere in der Elektro- bzw. Elektronikindustrie verwendet werden kann für die Herstellung von gut leitenden, inerten Formkδrpern.
Erfindungsge äss wird ein Verfahren gemäss dem Wortlaut nach Anspruch 1 vorgeschlagen.
Kohle- bzw. Kohlenstoffmaterialien wie z.B. Aktivkohle, Indu- strieruss, Graphit, Glaskohlenstoff, Kohlefasern, Buckminster- fullerene, Nanotubes sind Kohlenstoffprodukte, welche durch thermische Behandlung von organischen Ausgangsstoffen erzeugt werden. Diese Produkte besitzen graphit hnlich aufgebaute polyaromatische Systeme als Grundeinheit. Diese sogenannten Graphenschichten bauen dann in wenig geordneter Weise das Material auf. Durch die Vielzahl der möglichen Ausgangsstoffe und deren chemischen Uneinheitlichkeit (für Aktivkohle werden auch Materialien wie Holz oder Torf eingesetzt) ergeben sich zahllose chemische Gruppen an den Rändern der sogenannten Graphenwaben. Diese chemischen Gruppen bestimmen dann zu einem grossen Teil das Benetzungsverhalten, die Korrosionsstabilitat und die chemischen Eigenschaften des Kohlenstoffmaterials . Die Lösung der eingangs erwähnten Aufgabe sieht eine chemische Vernetzung der Aktivmaterialpartikel vor, welche mit genügend grossen Ausgangsmolekülen eine Adsorption in den Poren verhindert. Zudem erhöht die Derivatisierung der Oberfläche die Affinität gegenüber dem Quasi-Bindemittel .
Die chemischen Gruppen an den Rändern der Graphenschichten oder an der Oberfläche eines Trägers können für eine chemische Umsetzung bzw. für eine Vernetzung verwendet werden. Als einfa- ches Beispiel kann die Reaktion von phenolischen OH-Gruppen oder auch Carbonsäuren mit Isocyanaten gemäss dem nachfolgenden Schema I genannt werden.
0 --NH .COOH CB R
CB.0H + 20=C=N-R -0 R + C02
—NH O
Im Stand der Technik werden verschiedene Verfahren vorgeschla¬ gen, um die Kohle- bzw. Kohlenstoffmaterialien zu aktivieren, indem spezifisch reaktive Gruppen an das Kohlenstoffmaterial angehängt oder indem an chemische Restgruppen der Kohle- bzw. Kohlenstoffmaterialien Polymere mit reaktiven End- oder Seitengruppen aufgepfropft werden. So beschreibt beispielsweise das US-Patent 5 811 475 das Pfropfen von Polymeren auf Carbon
Black. Im US-Patent 4 940 749 sowie der EP-A-0 272 127 werden die Herstellung und die Verwendung von sogenannten "Carbon black-graft-copolymeren" beschrieben, wobei ebenfalls auf das japanische Patent JP 00287921 hinzuweisen ist.
Weiter beschreibt das US-Patent 5 554 739 die Herstellung eines Kohlenstoffmaterials, aufweisend organische Gruppen, angehängt an das Kohlenstoffmaterial . Beschrieben wird das Aufpfropfen von Azoverbindungen. In allen erwähnten Schriften aus dem Stand der Technik geht es primär um die Aktivierung des Kohle- bzw. Kohlenstoffmaterials, beispielsweise, um eine verbesserte Adsorption zu ermöglichen bzw. genereller, um die Oberflächenei- genschaften des Materials beeinflussen zu können. In keinem der erwähnten Dokumente wird die Möglichkeit der anschliessenden Vernetzung dieser Kohle- bzw. Kohlenstoffmaterialien vorge- schlagen, insbesondere unter Verwendung von aufgepfropften bzw. angehängten langkettigen Polymeren, um so die erforderliche Porosität in den beispielsweise hergestellten Doppelschichtkon- densatorelektroden zu erzielen.
Die oben im Schema I dargestellte Reaktion wird verwendet, um beispielsweise ein mit Toluol-Diisocyanat terminiertes Polybut- adiol-Präpolymer als sogenannte Vorlaufersubstanz an das Kohlenstoffmaterial oder einen Träger zu binden. Dieses Präpolymer kann dann als Andockstelle für ein Polykondensat auf der Basis eines Polyurethans dienen. Dazu wird das derivatisierte Kohlen- stoffmaterial mit einer Mischung von Diisocyanat und Polyether- polyolen (Funktionalitäten 2 und 3) vernetzt. Die noch freien Isocyanatgruppen werden mit einer Alkoholgruppe reagieren und eine Urethangruppe bilden. An eine andere Alkoholgruppe des Po- lyether-polyols wird wiederum ein Diisocyanat binden usw. Der beispielsweise erwähnte Reaktionsvorgang ist nachfolgend in Schema II schematisch dargestellt.
Figure imgf000007_0001
Erfindungswesentlich ist nun, dass die Vernetzung des Kohlebzw. Kohlenstoffmaterials derart erfolgt, dass die Vernetzung über grosse Moleküle, wie beispielsweise die erwähnten Präpoly- mere erfolgt, um eine möglichst hohe Porosität des vernetzten Kohle- bzw. Kohlenstoffmaterials zu gewährleisten. Ar. sich ist es unerheblich, ob die Vernetzung über die Bildung von Urethan- gruppen erfolgt, oder aber, indem zunächst Azogruppen enthaltende Polymere auf das Kohle- bzw. Kohlenstoffmaterial aufge- pfropft werden, um anschliessend vernetzt zu werden. Auch ein radikalisches Aufpolymerisieren von Polymeren an das Kohlebzw. Kohlenstoffmaterial ist denkbar.
Bei dem im Schritt I des vorab dargestellten Reaktionsschemas II verwendeten Präpolymer handelt es sich vorzugsweise um ein Diisocyanat, welches auf eine COOH- oder OH-Gruppe aufgepfropft wird. Das Präpolymer wird erhalten ausgehend von einem Diol, wie beispielsweise Polybutendiol, beidseitig aufweisend eine Isocyanatgruppe, beispielsweise, indem das Diol mit Toluol- Diisocyanat umgesetzt wird. Ebenfalls eine Umsetzung mit Iso- phoron-Diisocyanat ist beispielsweise möglich.
Das nun erhaltene vernetzte Kohlenstoffmaterial eignet sich insbesondere für die Herstellung von Elektroden von Doppel- schichtkondensatoren. Dabei kann das vernetzte Kohlenstoffmaterial beispielsweise entweder als Paste zur Herstellung der Elektroden verarbeitet werden, im Siebdruck auf einen Träger aufgetragen werden, durch Extrusion auf eine Folie aufgebracht werden, oder in Netz, Schwamm oder Schaum auf einen Untergrund gewalzt werden. Die Paste kann beispielsweise durch Spritzguss auf eine Folie, ein Netz oder ein εchwamπartiges Substrat ver- gössen werden. Selbstverständlich handelt es sich bei den vorab angeführten Verarbeitungsverfahren lediglich um Beispiele, und irgendwelche andere Bearbeitungsprozesse bzw. Herstellprozesse für die Herstellung von Elektroden von Doppelschichtkcndensato- ren sind möglich. So ist es beispielsweise auch möglich, das sich vernetzende Kohlenstoffmaterial direkt auf einen Abieiter wie Titandioxyd, Kohlefasergewebe, leitende Polymere oder ähnliche aufzubringen, welches Substrat beispielsweise mit dem reaktiven Präpolymeren derivatisiert wurde, um eine chemische An- bindung der Aktivmasse an den Abieiter zu erhalten. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Pfropfreaktion mit reaktiven Gruppen eines Trägermaterials wie Kohlefasern, Matten, Geweben, metallischen Folien, Metalloxyden, leitendem Gummi, Kohlepapier und ähnliche stattfindet und zu einer ver- besserten Haftung sowie Leitfähigkeit führt.
Nebst der beschriebenen Verwendung der erfindu gsgemäss vorgeschlagenen vernetzten Kohlestoffmaterialien können diese selbstverständlich auch für andere Anwendungen in der Elektronik bzw. Elektrotechnik verwendet werden.
Die Erfindung wird nun anschliessend anhand beispielsweise durchgeführter Versuche näher erläutert .
1. Versuch (Pfropfung):
Die Prozedur wurde in einem Handschuhkasten unter Stickstoff durchgeführt, um jegliche Kontamination durch Wasser aus der Luft auszuschliessen. In einem 750 ml Vierhalssulfierkolben mit Tropftrichter und Rührer wurden 250 ml Tetrahycrofuran (THF) wasserfrei (<0,05% K.O) vorgelegt. Dann wurden 5,25 g 2,4- Toluoldiisocyanat-terminiertes Poly (1, -butandiol) (TDI-PBD) mit einer mittleren Molmasse M-, von 1600 g/mol darin gelöst. Zu dieser Lösung wurden 16,67 g des Russes Black Pearls 2000
(spezifische Oberfläche 1475 m2/-., Pri ärpartikelgrösse 15 nm) der Firma Cabot, welches zuvor über Nacht unter Membranpumpenvakuum bei 80°C getrocknet wurde und unter Stickstoff aufbewahrt wurde mit 100 ml THF eingerührt, so dass eine sandartige Suspension entstand. Die Reaktion erreichte nach 1 h Rühren bei Raumtemperatur einen Pfropfgrad von 25 % bezogen auf das Produkt. Der Pfropfgrad wurde mittels Umsetzung des Rohproduktes mit n-Butylamin und anschliessender potentiometrischer Rücktit¬ tration des überschüssigen Butyla ins mit 0,1 N HCI bestimmt werden. Eine thermogravi etrische Analyse des Produktes nach erschöpfender Extraktion des Rohproduktes mit Toluol in einem Soxhelettextraktor lieferte das selbe Ergebnis.
2. Versuch (Vernetzung):
Zu der Reaktionslösung nach 1 h Rühren bei Raumtemperatur wurde eine Lösung von 1 g Poly (ethylenglykol) (PEG, Mn 1000 g/mol) , 0,22 ml Tri ethylolpropan-ethoxylat (TMP-EO, Mn 740 g/mol) zugetropft und von dieser Reaktionssuspension innert 30 min. Stränge extrudiert. Auch kann vom sich absetzenden Bodensatz eine Elektrode auf eine Folie pastiert oder in ein Netz gewalzt werden. Eine solchermassen erzeugte Elektrode weist in IM ace- tonitrilischem Tetraethylammonium-bortetrafluorid (TEABF4) Elektrolyt typischerweise eine spezifische Kapazität von 40 F/g (bezogen auf die Aktivmasse) bei 0,01 Hz Wechselstrom von wenige mA auf. Diese Kapazität wird schon bei 0,1 Hz zu 90 % erreicht, wie in Diagramm 1 der beigefügten Figur 1 dargestellt. Diagramm 1 zeigt den Verlauf der spezifischen Kapazität in Abhängigkeit der Messfrequenz. Die Bestimmung der Kapazität er- folgt mittels Impedanzspektroskopie einer Einzelelektrode in einer Messzelle mit Dreielektrodenanordnung. Die Wechselstromamplitude beträgt 10 mV, die geometrische Elektrodenfläche ist 1 cm2 und die physikalische Elektrodenoberfläche ist > 0,4 m2.
Je nach der Viskosität, d.h. nach verwendeter Menge an Lösungs- mittel kann die Reaktionsmasse auf verschiedene Arten mit einem elektrisch leitenden Material als Abieiter in Kontakt gebracht werden. Es kann als Paste geräkelt oder mit Siebdruck auf einen Träger gebracht, als Teig durch Extrusion auf eine Folie gebracht oder in ein Netz oder Schwamm gewalzt, sowie als Paste durch Spritzguss auf eine Folie oder in ein Netz oder Schwamm vergossen werden.
Diagramm 1 in Figur 1 dargestellt zeigt den Verlauf der spezifischen Kapazität in Abhängigkeit der Messfrequenz. Bestimmung der Kapazität erfolgt mittels Impedanzspektroskopie einer Einzelelektrode in einer Messzelle mit Dreielektrodenanordnung sowie folglich Parametern: Wechselstromamplitude 10 mV, geometrische Elektrodenfläche 1 cm2, physikalische Elektrodenoberfläche > 0,4 m2.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung von vernetzten Kohlenstoffmaterialien, gekennzeichnet durch Aufpfropfen einer aktiven Vorläufersubstanz auf reaktive Seiten- bzw. Endgruppen im Kohlen- stoffmaterial und anschliessender Vernetzung dieser Vorläufersubstanzen mit einer poly eren Matrix oder direkter Vernetzung des Kohlenstoffmaterials in ein entstehendes Polymernetzwerk.
2. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf reaktive Seiten- bzw. Randgruppen des Koh- lenstoffmaterials wie OH- oder COOH-Gruppen ein Diisocyanat- terminiertes Polymer aufgepfropft wird, um das so derivatisier- te Kohlenstoffmaterial mit Polymeren anschliessend zu vernetzen.
3. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass es sich beim erwähnten Vernetzer um ein Polydiol und/oder ein Polydiamin handelt.
4. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 3, bei welchem es sich bei dem erwähnten Vernetzer um Poly (ether) -diol , Polyester) -diol, Poly (ester) -dia in oder Poly (ether) -dia in han- delt.
5. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf reaktive Seiten- bzw. Randgruppen des Kohlenstoffmaterials ein Diazoniumsalz eines Präpolymers aufgepfropft wird und das so derivatisierte Kohlenstof material un- ter Verwendung von im Präpolymer enthaltenen reaktiven Gruppen in ein entstehendes Netzwerk radikalisch polymerisiert oder po¬ lykondensiert wird.
6. Verfahren zur Herstellung von elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren unter Verwendung eines vernetzten Kohlebzw. Kohlenstoffmaterials wie insbesondere Aktivkohle, Indu- strieruss, Graphit, Glaskohlenstoff, Kohlefasern, Buckminster- fullerene. Nanotubes etc., hergestellt mittels einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das vernetzte Kohle- bzw. Kohlenstoffmaterial als Paste oder als Teig mittels Extrusion oder Spritzguss auf einen Träger bzw. einen leitenden Untergrund aufgebracht bzw. verarbeitet wird.
7. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem das sich vernetzende Material auf einen Ableiter wie TiO-, Kohlefasergewebe, leitende Polymere oder Ähnliche aufgebracht wird, der mit reaktiven Präpolymeren derivatisiert wurde, um eine chemische Anbindung von Aktivmasse an Ableiter zu erhalten.
8. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei welchem direkt oder nach physikalisch oder nach Anspruch 5 chemisch geartetem Aufbringen dieses Materials auf einen Ablei- ter Elektroden für elektrochemische Anwendungen wie elektrochemische Doppelschichtkondensatoren, poröse Gasdiffusionselektroden für Brennstoffzellen und Metall-Luft-Batterien oder Li- Ionen-Batterien sowie ähnliche erzeugt werden.
9. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Pfropfreaktion mit reaktiven Gruppen eines Trägermaterials wie Kohlefaser-Matten und -Gewebe, metallische Folien, Metalloxide, leitender Gummi, Kohlepapiere und ähnliche statt¬ findet und zu einer verbesserten Haftung sowie Leitf higkeit führ .
PCT/CH2000/000660 1999-12-17 2000-12-12 Verfahren zur vernetzung von kohle- bzw. kohlenstoffmaterialien, wie industrieruss und aktivkohle sowie anwendung für die herstellung von elektrochemischen doppelschichtkondensatorelektroden WO2001045121A1 (de)

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CH231799 1999-12-17

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