SU1114357A3 - Способ изготовлени ленточного электрода топливного элемента - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕНТОЧНОГО ЭЛЕКТРОДА ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА, содержащего по меньшей мере один тонкий пористый провод щий слой, путем пропускани  порошкообразного материала катода, увлажненного органической жидкостью, между валками каландра, о т л и ющ и и с   тем, что, с целью стабилизации характеристик путем повышени  однородности структуры, сначала получают материал электрода смешиванием водной дисперсии угольного порошка с эмульсией св зующего, осаждением св зующего на порошок, сушкой и сухим размолом, а з-атем увлажн ют порошок жидкостью, устран кнцей прилипание гранул порошка к роликам каландра, смачивающей гранулы и выбранной из группы, содержащей циклогексанон, декалин.тетралин и уайт-спирит в Количестве 15-20 см на 30 г порошка дл  циклогексанона и соответственно 14-20 см дл  уайтСУ ) спирита, 13-19 см дл  тетралина и декалина и каландрируют без подложки . 2, Способ по п. 1, отлича гощ и и с   тем, ЧТО;водна  диспер .си  угольного порошка содержит катализатор . 4; со СП 4j

Description

Изобретение относитс  к химическ источникам тока и касаетс  способа изготовлени  ленточного электрода топливного элемента. Известен способ изготовлени  лен точного электрода топливного элемен путем смешени  водной дисперсии угольного порошка с эмульсией св зу щего, осаждени  св зующего на порош сушкой и размолом 1 . Однако такой способ требует использовайи  подложки дл  упрочнени  электрода. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ изготовлени  ленточного электрода топливного элемен та, содержащего по меньшей мере оди тонкий пористый провод щий слой, согласно которому осуществл ют пропускание порошкообразного материала электрода, смоченного органической жидкостью - гексаном между валками каландра 2 . Однако электроды, изготавливаемы известным способом, имеют-невоспроизводимые свойства вследствие неоднородности их структуры. Цель изобретени  - повьштение одн родности структуры электрода. Эта цель достигаетс  тем, что согласно способу изготовлени  ленто ного электрода топливного элемента, содержащего по меньшей мере один тонкий пористый провод щий слой, путем пропускани  порошкообразного материала электрода, смоченного органической жидкостью, между валками каландра,сначала получают материал электрода смешением водной дисперсии угольного порошка с эмульсией св зующ го, осаждают св зующее на порошок,проИзвод т сушку и сухой размол, а затем увлажн ют порошок жидкостью, устран ющей прилипание, гранул порошка к роликам каландра и смачивающей гранулы и выбра ой из группы содержащей циклогексанон, тетралин, декалин, уайт-спирит, в количестве 15-20 см на 30 г твердого материала дл  циклогексанона, 14-20 см на 30 г дл  уайт-спирита и 13-19 см дл  тетралина и декалина и каландри руют без подложки. Предпочтительно, чтобы водна  дисперси  угольного порошка содержала катализатор. Отсутствие порообразовател  и каландрирование без подложки поз7 вол ет получить тонкий однородный слой, не содержащий трещин. Пример. Дл  однородного осаждени  св зующего агента на угольный порошок целесообразно использовать водную дисперсию и св зующий агент в сильно разбавленном виде с целью получени  возможно более однородной смеси двух компонентов перед осаждением . Так, водна  дисперси  угольного порошка может содержать 10-50 г/л угл  в зависимости от характера используемого угл|1, несущего или не несущего катализатор, например платину. Можно использовать как газовую сажу, так и активный уголь. После диспергировани  осуществл ют дегазацию с целью исключени  присутстви  пузырьков воздуха на уровне поверхности угольных гранул. Согласно изобретению св зующим агентом  вл етс  политетрафторэтилен и целесообразно использовать эмульсию , содержащую примерно 100-120 г сухого экстракта на литр. Эту эмульсию можно получать разведением более концентрированной эмульсии, содержащий , например, 400-600 г политетрафторэтилена на 1 кг эмульсии. Эта эмульси  может содержать стабилизаторы, которые затем удал ют после осаждени  путем простой промывки водой. Смешение угл  и эмульсии св зующего агента осуществл ют при регулируемой тег ературе ниже 18°С, предпочтительно от 12 - 15°С с целью исключени  спонтанного.осаждени . Кроме того, с этой же целью до смешени  уравновешивают рН дисперсии и эмульсии. Затем путем повьщ1ени  температуры инициируют осаждение, увеличива  температуру , например, до 25-30°С введени  катионов, например подава  разбавленную хлористоводородную кислоту. После осаждени  и возможной промывки водой в зависимости от того Присутствуют или нет стабилизирующие агенты, осуществл ют сушку, затем сухое размалывание, предпочтительно в ножевой дробилке. По истечении некоторого времени размалывани , не прерыва  его, осуществл ют увлажнение жидкостью, исключающей налипание гранул на валы

каландра путем смачивани  указанных гранул.

Согласно изобретению, указанную зщдкостьвыбирают в группе, содержащей циклогексанон, тетралин, декалин , уайт-спирит в количестве 13-20 см жидкости на 30 г твердого продукта.

После завершени  этой операции порошковый продукт помещают в бунке непосредственно питающий каландр бе применени  подложки и после каландр ровани  при окружающей температуре получают самонесущую пористую прово д щую ленту. Св зующий агент может представл ть собой также поливинилхлорид, но в этом случае использование в ка честве увлажн ющей жидкости циклогексанона недопустимо, так как это вещество раствор ет поливинилхлорид Пористость тонкого сло  регулируют до заданной величины путем рег лировани  расхода порошка, питающег каландр, и скорости вращени  валов каландра. Толщину ленты можно регулировать просто путем регулировани  зазора между цилиндром каландра. Практически можно получать толщины от нескольких микрометров до нескольких сот микрометров. Способ согласно изобретению позвол ет изготовл ть тонкие пористые многослойные ленты путем совместног каландрировани  в холодном состо ни нескольких слоев, полученных описан способом. Можно также непрерывно изготовл  ленту, содержащую два сло : заграждающий слой, содержащий уголь и св зующий , и каталитический слой, .содержащий уголь, несущий катаЬизатор и св зующий агент, причем весовое количество св зующего агента в каждом из слоев, а именно политетрафторэтилену (PTFE) может составл ть 20-99%, а угл  - 80-1%. Таким образом, электрод содержит заграждающий и каталитический слой. Заграждающий слой,  вл ющийс  электропровод щим, обеспечивает электронный перенос каталитического сло  в коллектор элемента, обеспечива  при этом благодар  своей пористости.достижение газообразными реагентами (водородом и воздухом) эа счет диффузии каталитического сло  при малом давлении подачи.

Кроме того, благодар  своей гидрофобности заграждающий слой позвол ет локализовать поверхность раздела жидкость -газ в массе активного сло ,Активный или каталитический слой благодар  своей электропроводности обеспечивает -возможность электронного переноса реакционных зон в коллектор через заграждающий слой, обеспечива  при этом ионную диффузию к реакционным зонам или же от них, а также внесение реактивов, что обеспечиваетс  как его пористостью , так и толщиной. Каталитической активностью он обладает в отношении электрбхимического процесса. Дл  таких слоев действуют следующим образом. , Прежде всего с целью получени  каталитического сло  с одной стороны диспергируют в 4,5 л воды двойной дистилл ции 120 г угл  с 20% платины с перемешиванием при температуре около 12°С с последующей тщательной дегазацией этой суспензии. С другой стороны, в 3 л воды двойной дистилл ции развод т при 12-15°С 487 г эмульсии политетрафторэтилена, содержащей 37% сухого экстракта. Затем дисперсию катализатора выливают в эмульсию политетрафторэтилена при температуре ниже 15°С, продолжа  перемешивать с целью гомогенизации смеси, исключа  сепарирование последней. Затем осаждают св зукнций агент путем добавлени  хлористоводородной кислоты в разведенном виде, причем врем  осаждени  составл ет, около 10 мин. Отфильтровывают, затем просушивают коагул т в сушильном шкафу при в течение 10 ч. Затем осуществл ют размол в сухом виде и в ходе его весьма незначительное увлазкнение жидкостью, например циклогексаном, тетралином,декалином,уайт-спиритом. Целью применени  такой жидкости  вл етс  исключение налипани  гранул на валы каландра путем их смазывани  и предотвращени  комковани  в результате слипани  отдельных гранул. Кроме того, така  жидкость позвол ет регулировать окончательную пористость в некоторых пределах. При использовании политетрафторэтилена целесообразйо использовать циклргексанон. Увлажненный таким образом порошок служит в качестве материала, подавав51 мого в каландр дл  получени  тонкой ленты, как было описано. Во-вторых, получают заграждающий J слой следуклцим образом. 90 г угл  диспергируют в 2 л воды двойной дистилл ции с перемешиванием , затем дегазируют эту суспензию . Кроме того, получают эмульсию из 568 г политетрафторэтилена в 2 л воды двойной дистилл ции при температуре 12-15 С. Затем смешивают дисперсию с суспензией как и в случае дл аналитического сло . Затем осуществл ют осазкдение, повыша  температуру до уровн  более в течение примерно 25 мин. 76 Продукт сушат в сушильном шкафу при 80°С в течение 24 ч, размалывают и увлажн ют как и при получении каталитического сло . Полученный таким образом порошок подают, в свою очередь, в каландр и получают другую тонкую ленту. Обе полученные таким образом ленты каландрируют вместе с целью получени  двуслойного электрода, который затем просушивают и при.необходимости подвергают термической обработке дл  модификации гидрофобности . Полученньм таким образом электрод содержит 30% угл  и 70% политетрафторэтилена в заграждающем слое

еттк 82,517-19,1 Никло- 247t5 ИГЕ 6р См 17,5 13,5 15 15 Ifr Сажа 36 17 15,3 20 18 Ft« Цикло- 250+ PTFE 70PTfE 82,5 Ю гексаСаха 27С«м 17,5 16 11,2 18,8

pt Jго

воЯТВ 82,5 9

tbnuro15 гексаKOtt

Сажа IIСаш 17.5 - 9 - 18,6

PtZ1520

PtTE МWPE 82,5 12

14 Сака 36Сака t7.5 18 15 20 18 Уайт- 245 спирит Pt4

PTFE 60РТРЕ 82,5

ТетраСажа 36 .С жа 17,5 12 15 13 18

Pt41719. PTTE 60PTrt 82,5 12 15 lJ 18 36Сажа у,5 1719 Pt4 иВ - ««иточжм  аф мтп 248±5 о

25014 40-53 52-59 46-574057,8

47-58 48-58 48-585356,8

57 Лпкали  255 47-56 48-58 48-58 , 53 ( потенциал при 1гу евои ток г  отетрил дл  тока t А/(м} 56,1 58,3 50-5$ 52-59 52-56,5 5354 53,5 56,8 43-55 52-39 49-5845,9 57,8 46-57 50-59 -57,5 52,5 56,5

и А0% катализатора и 60% политетрафторэтилена в каталитическом слое. Такие двуслойные электроды легко встраивать в конструкции топливных элементов фильтропрессного фильтра , в которых сн тие тока молно обеспечить посредством коллекторов с точками или лини ми, отсто щими друг от друга на несколько миллиметров, например бипол рным гофрированным коллектором. Такой коллектор может состо ть из любого электропровод щего материала, целесообразно - излиста пластического материала, содержащего провод щие , в частностиугольные волокна.онтакт между коллектором и электродом

обеспечивают либо давлением, предпочг тительно путем сварки, либо склейванием электропровод щим клеем, предпочтительно эпоксидной смолой с угольным наполнителем.

Способ отбора тока на электродах, изготовленных согласно изобретению и содержащих большую долю политетрафторэтилена , позвол ет получать плотности тока пор дка 300 мА/см дл  водорода и 200 мА/см л  воздуха при относительно малыхатмосферных перенапр жени х , не превышающих, например, 200мВ.

В таблице обобщены характеристики электродов, полученных согласно предлагаемому способу..

Claims (2)

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕНТОЧНОГО ЭЛЕКТРОДА ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА, содержащего по меньшей мере один тонкий пористый проводящий слой, путем пропускания порошкообразного материала катода, увлажненного органической жидкостью, меж ду валками каландра, отличающийся тем, что, с целью стабилизации характеристик путем повышения однородности структуры, сначала получают материал электрода смешиванием водной дисперсии угольного порошка с эмульсией связующего, осаждением связующего на порошок, сушкой и сухим размолом, а з-атем увлажняют порошок жидкостью, устраняющей прилипание гранул порошка к роликам каландра, смачивающей гранулы и выбранной из группы, содержащей циклогексанон, декалин.тетралин и уайт-спирит в количестве 15-20 см³ на 30 г порошка для циклогексанона и соответственно 14-20 см³ для уайтспирита, 13-19 см³ для тетралина й декалина и каландрируют без подложки.

2. Способ поп. 1, отличающийся тем, что;водная дисперсия угольного порошка содержит катали затор.

»SU ш> 1114357

----.------------ .„«.у--------->