NO135960B - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår fremstilling av gasselektoder og særlig forbrenningsunderholdende elektroder, for brensel-celler av den type som omfatter et pordst, ledende, katalytisk aktivt lag påfort en ledende bærer som kan gjennomtrenges av en væske, idet nevnte porbse lag i tillegg omfatter et vannavstotende middel som også tjener som et bindemiddel mellom partikler av det material som skal utgjore den aktive del av det påforte lag.

I fransk patentskrift nr. 1.591.308 er det beskrevet en elektode av nevnte type og hvis ledende porose lag består av karbon-partikler som er forsynt med et katalysatorskikt.

Det vann-avstotende middel som ble anvendt var polytetrafluoretylen, med forkortet betegnelse PTFE.

I henhold til ovenfor angitte patentskrift er fblgende fremgangsmåte anvendt for fremstilling av en sådan elektrode:

De katalysatorbelagte karbonpartikler bringes til oppslemning i

et passende flytende medium hvori også en PTFE-emulsjon innfores. Etter en homogenisering blir det hele påfort en ledende bærer

for elektroden ved hjelp av en pneumatisk sproytepistol. Denne belegningsprosess finner sted på en sådan måte at det dannes et antall tynnere lag ovenpå hverandre, idet det påforte material torkes etter dannelsen av hvert av de tynnere lag. Den således

belagte bærer, som, hvis så bnskes, også kan utstyres med et porbst lag av et vannavstøtende material, utsettes for en varmebehandling som forst og fremstresulterer i sintring av PTFE-materia1et.

Det er imidlertid funnet at det i visse tilfeller oppstår sprekker i det porbse lag som inneholder katalysatoren under tbrkingen av del-lagene, med det resultat at det oppstår feil som med stor sansynlighet vil bevirke alvorlige forstyrrelser under elektrodens drift. I tillegg innebærer denne prosess som anvendes for fremstilling av elektroden, nemlig påsprbyting av det ytre belegg ved hjelp av en automatisk sprbytepistol, en ganske langvarig arbeidsoperasjon samt et betraktelig material-spill.

Foreliggende oppfinnelse har som formål å unngå nevnte ulemper, og angår en fremgangsmåte av ovenfor angitt art for fremstilling av en gasselektrbde, særlig en forbrennings-underholdende elektrode, for" brenselceller og av den type som omfatter et porbst, katalytisk aktivt ledende belegg bestående av karbonpartikler av aktivert karbon eller i det minste delvis belagt med en katalysator, idet mevnte porbse belegg i tillegg omfatter polytetrafluoretylen som vannavstbpende middel og er påfort på en ledende bærer som kan gjennomtrenges av en væske.

På denne bakgrunn har oppfinnelsens fremgangsmåte som særtrekk at det fremstilles en fbrste oppslemning i vandig medium av en fibrbs, karboniserbar forbindelse valgt blant forbindelser av cellulose-opprinnelse eller blant forbindelser med polyamid-basis, samt en annen oppslemning som omfatter nevnte poly-tetraf luoretylen og et fuktemiddel, hvorpå fbrste og annen oppslemning sammenblandes, og blandingen tilsettes et pulver av et material som skal utgjore den aktive del av nevnte belegg; hvoretter blandingen påfbres på den ledende bærer og tbrkes ved hjelp av vakuum- og varmebehandling, og det hele deretter sammenpresses under et trykk på 10 kg/cm 2 og til slutt utsettes for en stabiliserende varmebehandling ved omkring 380°C i en hydrpgenholdig nitrogenatmosfære., hvorunder den fibrose forbindelse karboniseresj i det de innbyrdes mengdeforhold mellom de forskjellige sammenblåndede komponenter på forhånd er fastr lagt slik at det ferdige belegg på bæreren omtrent får folgende sammensetning:

10 vektprosent fibros forbindelse,

40 vektprosent polytetrafluoretylen, og

50 vektprosent material som utgjor den aktive del av belegget.

Den anvendte forbindelse av cellulose-opprinnelse, eller med polyamid-basis kan f.eks. være papirmasse eller cellulosefibre, eller eventuelt polyamidfibre. Denne fibrose forbindelse har som formål på den ene side å motvirke sprekk-dannelse under torking av det aktive lag ved at bevegelser av materialet for-hindres under nevnte torking, og på den annen side å oke porevolumet inne i elektroden under karboniseringen.

Elektroder som omfatter et lag sammensatt av katalysatorpartikler, av vannavstøtende bindemiddel som omfatter en fluorkarbonharpiks samt et vannabsorberende material, eventuelt i hydratisert form og med den oppgave å forbedre elektrolyttens fukting av elektroden, er allerede kjent fra US patentskrift nr. 3.386.859.

Det angis imidlertid i rievnte patentskrift at det vannabsorberende material ikke må dekomponeres under tilvirkningen av elektroden. Når dette materialet er nylon, er det fblgelig ikke i overen-stemmelse med det som er angitt i patentskriftet, at nevnte nylon karboniseres.

Videre er det kjent fra fransk patentskrift nr. 1.542.346 å fremstille et ledende lag på en gasselektrode for brensel-celler, ved pyrolyse av et fibrbst material, men det skal bemerkes at dette material påfbres i form av et flak og ikke i form av en oppslemning.

Det material som skal utgjore den aktive del av det ledende

lag kan være det samme som det som er angitt i ovenfor nevnte franske patentskrift, nemlig karbon-partikler som er belagt med en katalysator utvalgt fra den materialgruppe som dannes av metallene pg metalloksydene. Partikler av aktivert karbon kan

imidlertid også anvendes.

Det vannavstøtende middel som anvendes er polytetrafluoretylen eller PTFE, og den strukturstabiliserende behandling består i , oppvarming til omkring 300°C i en hydrogenholdig nitrogenatmosfære. PTFE kan anvendes i form av faste granuler med små dimensjoner, f.eks. av størrelsesorden 35 mikron, men det er også mulig å anvende dette material i form av en emulsjon, f.eks. i en ammoniakk-opplosning.

I henhold til at trekk ved oppfinnelsen blir en forbindelse som

er i stand til å frembringe geldannelse i PTFE-emulsjonen, f.eks. aceton, tilfort den oppslemning som inneholder partikler av det material som skal utgjore den aktive del av laget, PTFE-materialet, fukte-midlet samt den fibrose forbindelse, for denne oppslemning påfors bæreren.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremtre klarere ved folgendé beskrivelse av et utforelseeksempel, som angir hvorledes fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen evntuelt kan bringes til utforelse.

En. oppslemning tilberedes forst av papirmasse i vandig medium.

I tillegg frembringes så en oppslemning som omfatter polytetrafluoretylen samt et fuktemiddel. Fuktemidlet kan være alkylfenoksypolyetoksyetanol. For å danne denne annen oppslemning,

kan PTFE enten anvendes i torr tilstand i form av granuler, eller i form av en emulsjon. 40 g PTFE i fast tilstand og i form av ganuler hvis diameter er omkring 35 mikron, kan dispergeres i en opplosning som inneholder 75 g pr. 1 av alkylfenoksypolyetoksyetanol. Til den oppslemning som fremkommer på denne måte tilsettes den forste oppslemning, som f.eks. omfatter 10 g papirmasse. De to oppslemninger blandes, og til den frembragte blanding tilfores partikler av det material som skal utgjore den aktive del av det ledende lag. 50 g acetylen-sverte med tilsats av 8%

sol v kan således tilfores for dette formål.

I dette tilfelle anvendes-en PTFE-emulsjon med PTFE-korn av storrelsesorden 0,3 mikron. Etter tilforselen av partiklene av det material som skal utgjore den aktive del av belegget, tilsettes fortrinnsvis aceton for å bryte opp PTFE-emulsjonen og å frembringe gel-dannelse av dette material.

For fremstilling av elektroden, påfbres den således dannede blanding på den ledende bærer, som kan bestå av en tynn plate av sintret.nikkel, som f.eks. er fremstilt ved elektrostatisk på-sproyting fulgt av valsing og sintring. Denne ledende bærer kan også bestå av et grafittvev eller et ganske kraftig papir-material.

De flyktige stoffer som inngår i blandingen elimineres derpå ved å plassere bæreren i vakuum.

Som et anskuelig eksempel, kan den materialmengde som påfores være slik at vekten av det påforte belegg blir omtrent 15 mg pr. cm 2. Torking skjer deretter ved å anbringe elektroden i en tbrkeovn ved omtrent 100°C i omkring 15 min., og den fremstilte elektrode presses sa under et trykk på omkring 10 kg/cm 2. Elektroden utsettes tilslutt for en strukturstabiliserende behandling som, i det tilfelle det vannavstøtende middel består av polytetrafluoretylen, kan omfatte en varmebehandling ved 380°C i omkring 30 min. i en nitrogen-atmosfære som inneholder omtrent 10% hydrogen. Denne arbeidsoperasjon frembringes også karbonisering av den fibrose forbindelse som ble påfort elektroden under dens tilvirkning, således at porevolumet inne i elektroden okes.

Som et ikke begrensende eksempel, gav en elektrode som ble fremstilt i samsvar med oppfinnelsens fremgangsmåte under elektro-kjemiske prover en kortvarig strømtetthet på 50 milliampere pr. cm ved en spenning på 200 millivolt, sammen med en Hg/HgO-referanseelektrode, mens denne elektrodeoppstilling ved langtids-prover ga 40 milliampere pr. cm 2 i 3000 timer ved et spennings-fall på 30 millivolt.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en gass-elektrode, særlig en forbrennings-underholdende elektrode, for brensel-celler og av den type som omfatter et porbst, katalytisk aktivt ledende belegg bestående av karbonpartikler av aktivert karbon eller i det minste delvis belagt med en katalysator, idet nevnte porbse belegg i tillegg omfatter polytetrafluoretylen som vannavstbpende middel og er påfort på en ledende bærer som kan gjennomtrenges av en væske; karakterisert ved at det fremstilles en fbrste oppslemning i vandig medium av en fibrbs, karboniserbar forbindelse valgt blant forbindelser av cellulose-opprinnelse eller blant forbindelser med polyamid-basis, samt en annen oppslemning som omfatter nevnte polytetrafluoretylen og et fuktemiddel, hvorpå fbrste og annen oppslemning sammenblandes, og bladningen tilsettes et pulver av et material som skal utgjore den aktive del av nevnte belegg; hvoretter blandingen påfbres på den ledende bærer og tbrkes ved hjelp av vakuum- og varmebehandling, og det hele deretter sammenpresses under et trykk, på 10 kg/cm og til slutt utsettes for en stabiliserende varmebehandling ved omkring 380°C i en hydrogenholdig nitrogenatmosfære, hvorunder den fibrose forbindelse karboniseres; i det de innbyrdes mengdeforhold mellom de forskjellige sammenblandede komponenter på forhånd er fastlagt slik at det ferdige belegg på bæreren omtrent får fblgende sammensetning:

10 vektprosent fibrbs forbindelse,

40 vektprosent polytetrafluoretylen, og

50 vektprosent material som utgjor den aktive del av belegget.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det for fremstilling av nevnte annen oppslemning anvendes en polytetrafluoretylen-emulsjon, f.eks. en emulsjon dannet av 60 vektprosent polytetrafluoretylen i en ammoniakk-opplbsning, mens nevnte fuktemiddel utgjbres av alkylfenoksypolyetoksyetanol.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den dannede blanding, som inneholder pulver av det material som skal utgjore den aktive del av nevnte belegg, polytetrafluoretylen, fuktemiddel samt den fibrose forbindelse, for den påfores på bæreren, tilsettes en forbindelse som er i stand til å bevirke gel-dannelse i polytetrafluoretylen, f.eks. aceton.