DE10161605A1 - Elektroden mit einstellbarer Gaspermeabilität - Google Patents

Abstract

Es wird eine Elektrode mit einstellbarer Gaspermeabilität für elektrochemische Zellen, insbesondere Brennstoffzellen, beschrieben. Die eine dünne Schicht darstellende Elektrode, die an einer Membran anliegt, dient nicht nur der Stromleitung, sondern auch der Zuführung der Reaktionsgase und der Abführung der Reaktionsprodukte. Sie besteht deshalb grundsätzlich aus einem porösen stromleitenden Material. Die beschriebene Elektrode besteht nun aus mindestens zwei Materialien unterschiedlicher Gaspermeabilität, die im wesentlichen flächenmäßig aneinanderliegen, wobei das Material der höheren Gaspermeabilität auf der Seite der Membran liegt. Das Material mit der niedrigeren Gaspermeabilität bildet eine Schicht auf der der Membran abgewandten Seite. Von dieser Seite her sind Löcher in die oder durch die Elektrode zur membranseitigen Seite hin gebildet, deren Seitenwand im Bereich des Materials mit der höheren Gaspermeabilität noch durch das in diese Materialschicht vordringende Material mit der geringeren Gaspermeabilität zumindest bereichsweise bedeckt wird.

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Elektroden für elektrochemische Zellen, die eine bestimmte Gaspermeabilität zur Zufuhr der Reaktionsgase aufweisen und die eine gleichmäßige Verteilung der Reaktionsgase über die gesamte Kontaktfläche zum Elektrolyten ermöglichen.
• Elektrochemische Zellen bestehen aus einer anoden- und einer kathodenseitigen Elektrode, die zur Herstellung des elektrischen Kontakts, aber auch zur Zu- und Abführung der Edukte und Produkte der elektrochemischen Reaktion dienen, sowie aus einem zwischen den Elektroden liegenden Elektrolyten.
• Beispiel für eine derartige elektrochemische Zelle ist eine Polymerelektrolytmembran(PEM)-Brennstoffzelle. Als Elektrolyt verwendet man hier eine Membran aus einem protonenleitenden Polymer. Auf beiden Seiten der Membran, entweder auf dieser selbst oder auf den angrenzenden Gasdiffusions- Elektroden, befindet sich eine poröse Schicht, die den für die elektrochemische Reaktion notwendigen Katalysator enthält. Daran schließen sich auf beiden Seiten sogenannte Gasdiffusions-Elektroden an, die zur Zuführung der Reaktionsgase Wasserstoff und Luft dienen. Auf der Anodenseite wird der zugeführte Wasserstoff am Katalysator in Protonen und Elektronen aufgespaltet. Die Protonen wandern durch die Polymerelektrolytmembran auf die Kathodenseite der Brennstoffzelle und reagieren dort mit dem Sauerstoff aus der zugeführten Luft zu Wasser. Die dazu benötigten Elektronen werden von der Anode über einen äußeren Stromkreis zur Kathode geführt. In diesem Stromkreis können sie elektrische Arbeit verrichten.
• Die Druckschrift WO 01/54213 beschreibt die Verwendung von Folien aus gepresstem expandierten Graphit mit sogenannten Gaskanälen als Elektroden in elektrochemischen Zellen. Diese Gaskanäle stellen durchgehende Öffnungen von einer Seite der Graphitfolie zur anderen dar. Diese sind notwendig da eine geschlossene Folie aus gepresstem expandierten Graphit nur eine sehr geringe Gaspermeabilität aufweist, so dass ohne diese Öffnungen keine ausreichende Zufuhr von Reaktionsgasen zum Katalysator und zur Membran möglich wäre. Diese Druckschrift beschreibt Elektroden die zwei ebene, parallele Oberflächen besitzen, auch nachdem die Öffnungen in der Graphitfolie geformt wurden. Insbesondere ist auch die der Membran bzw. der auf der Membran befindlichen Katalysatorschicht zugewandte Seite eben und besitzt keine Vorsprünge o. ä. Daher liegt hier die Graphitfolie der Elektroden überall direkt an der Katalysatorschicht an, außer in den Bereichen wo sich eine der Öffnungen in der Elektrode befindet. Eine Gasdiffusion von den Öffnungen der Elektrode aus parallel zur Membran findet dabei jedoch kaum statt, da die Katalysatorschicht zwar poröse aber nur sehr dünn ist. Das heißt es können kaum Reaktionsgase zu den von der Elektrode abgedeckten Teilen der katalysierten Membran gelangen. Der Nachteil der beschriebenen Elektrode besteht also darin, dass nur ein geringer Teil der zur Verfügung stehenden Membranfläche tatsächlich genutzt wird, was zu erheblichen Leistungsminderungen z. B. bei einer Brennstoffzelle führt.
• Aufgabe der Erfindung ist es Elektroden für elektrochemische Zellen bereitzustellen, deren Gaspermeabilität durch ein einfaches, kostengünstiges Herstellungsverfahren bei optimaler Reaktionsgasverteilung parallel zur Membran festgelegten kann.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Elektrode für elektrochemisch Zellen, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mindestens zwei Materialien unterschiedlicher Gaspermeabilität besteht, wobei ein Material (1) Öffnungen (3) aufweist, im Bereich um diese Öffnungen (3) in die weiteren Materialien (2) eindringt und letztere auf diese Weise einkerbt.
• Des weiteren wird die erfindungsgemäße Elektrode dadurch gekennzeichnet, dass durch das Eindringen des Materials (1) in die Materialien (2) eine Verhakung zwischen allen diesen Materialien auftritt, die zu einem mechanischen Verbund der Materialien führt, und, dass das Material (1) eine wesentlich niedrigere Gaspermeabilität als die Materialien (2) besitzt.
• Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den jeweiligen Unteransprüchen.
• Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und aus den Ausführungsbeispielen.
• Es zeigen:
• Fig. 1 Perspektivische Sicht auf einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Elektrode, bei der das Material (1) mit niedriger Gaspermeabilität trichterförmig in die Materialien (2) mit höherer Gaspermeabilität eindringt.
• Fig. 2 Perspektivische Sicht auf einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Elektrode, bei der die Öffnungen (3) im Material (1) linienförmig sind.
• Fig. 3 Perspektivische Sicht auf einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Elektrode bei der die Materialien (2) nicht komplett durchlöchert wurden.
• Fig. 4 Perspektivische Sicht auf einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Elektrode, bei der sich abgetrennte Teile (6) des eindringenden Materials (1) in den Materialien (2) befinden.
• Eine Elektrode für elektrochemische Zellen gemäß Fig. 1 besteht aus mindestens zwei Materialien (1) und (2) mit unterschiedlicher Gaspermeabilität, wobei Material (1) Öffnungen (3) aufweist und im Bereich um diese Öffnungen in die Materialien (2) eindringt.
• Die verwendeten Materialien (1) und (2) sind elektrisch leitfähig und mechanisch verformbar, wobei das eindringende Material (1) bevorzugt eine wesentlich niedrigere Gaspermeabilität als die Materialien (2) besitzt. Material (1) dient zur Festlegung der Gaspermeabilität der ganzen Elektrode zur Membran hin, die Materialien (2), die sich in der zusammengebauten, elektrochemischen Zelle auf der dem Elektrolyten zugewandten Seite der Elektrode befinden, dienen zur Verteilung der Reaktionsgase parallel zum Elektrolyt, nachdem die Reaktanden die Öffnungen (3) im Material (1) passiert haben. Das bevorzugt poröse Material (2) setzt den Reaktionsgasen keinen nennenswerten Diffusionswiderstand entgegen, was eine gleichmäßige Verteilung der Reaktionsgase über die gesamte Membranfläche zur Folge hat. Daher kann mittels der erfindungsgemäßen Elektroden die ganze Membranfläche genutzt werden. Dies gilt auch, wenn sich nur relativ wenige Öffnungen (3) in der Elektrode befinden, um insgesamt eine niedrige Gaspermeabilität hin zur Membran zu erreichen.
• Als Material (1) eignet sich bevorzugt expandierter Graphit oder Metall, besonders bevorzugt werden Folien aus Metall oder aus gepresstem expandierten Graphit verwendet. Bei letzteren wird die elektrische und thermische Leitfähigkeit der Elektrode durch die Erzeugung der Öffnungen (3) im Material (1) erhöht. Die Graphitfolie dringt so in die Materialien (2) ein, dass sich um die Öffnungen (3) herum die Schichtebene des Graphits senkrecht zur Ebene der Elektrode befindet. Da gepresster expandierter Graphit eine wesentlich höhere elektrische und thermische Leitfähigkeit senkrecht zur Schichtnormalen aufweist, folgt daraus eine höhere Leitfähigkeit der gesamten Elektrode senkrecht zu ihrer Ebene.
• Als Materialien (2) kommen bevorzugt Kohlefasermaterialien zum Einsatz, insbesondere Vliese, Filze oder Papiere aus Kohlefasern möglicherweise mit geeigneten Bindern versehen oder zur Erhöhung ihrer Leitfähigkeit beispielsweise mit Ruß gefüllt.
• Da die Reaktionsgase im wesentlichen nur durch die Öffnungen (3) im Material (1) zur Membran bzw. zum Elektrolyten einer elektrochemischen Zelle diffundieren können, kann durch die Größe und den Abstand der einzelnen Öffnungen (3) die Gaspermeabilität der Elektrode insgesamt festgelegt werden, d. h. die Menge der durch die Öffnungen (3) diffundierenden Reaktionsgase kann auf diese Weise gesteuert werden. Eine über die Fläche der ganzen Elektrode gleichbleibende geometrische Anordnung der einzelnen Öffnungen (3) hat eine konstante Gaspermeabilität der ganzen Elektrode zur Folge.
• Durch Variation der geometrischen Anordnungen der Öffnungen (3) kann eine sich über ihre Fläche verändernde Gaspermeabilität der Elektrode erreicht werden. Dies kann beispielsweise bei der Kathode einer Brennstoffzelle zur Anwendung kommen, wenn dieser nur eine stöchiometrische Menge Luft zugeführt wird. Dabei nimmt der Anteil an Sauerstoff in der Luft auf dem Weg entlang die Membranfläche vom Lufteintritt zum Luft-Austritt immer mehr ab, da der Sauerstoff durch die elektrochemische Reaktion an der Membran verbraucht wird. Um einen gleichmäßigen Ablauf der Reaktion über die gesamte Membranfläche zu erreichen, wird im Bereich des Lufteinlasses eine geringere Gaspermeabilität der Elektrode durch eine geringere Dichte der Öffnungen (3) (Anzahl der Öffnungen pro Elektrodenfläche) eingestellt, während im Bereich des Auslasses eine höhere Gaspermeabilität aufgrund einer höheren Dichte der Öffnungen vorhanden ist.
• Vorteilhaft wirkt sich dies auch auf den Wasserhaushalt einer solchen Brennstoffzelle aus. Da am Einlaß die relativ kalte Umgebungsluft einströmt, wird hier besonders viel Wasserdampf von der Membran in den Luftstrom aufgenommen. Beim Durchgang durch die Brennstoffzelle erwärmt sich der Luftstrom, so dass er am Luft- Austritt nur noch sehr wenig Wasserdampf aufnehmen kann. Es besteht als die Gefahr, dass die Membran am Luft-Eintritt austrocknet, am Luft-Austritt geflutet wird. Durch die geringe Gaspermeabilität der Elektrode am Einlaß kann nun weniger Wasserdampf in den Luftstrom diffundieren, so dass die Membran hier ausreichend befeuchtet bleibt. Am Auslaß kann wegen der erhöhten Gaspermeabilität mehr Wasserdampf von dem noch nicht so gesättigten Luftstrom aufgenommen werden, was ein Fluten der Membran verhindert.
• Die geometrische Form der Öffnungen (3) im Material (1) ist beliebig. Sie ist bevorzugt auf der Fläche des Materials (1) annähernd die eines Kreises. Entlag der Ränder dieser Kreise entsteht durch das Erzeugen der Öffnungen (3) und das damit verbundene Eindringen des Materials (1) in die Materialien (2) ein rotationssymmetrisches, bevorzugt trichterförmiges Gebilde (4), d. h. das eindringende Material (1) ragt trichterförmig in die Materialien (2) hinein (siehe Fig. 1).
• In einer weiteren bevorzugten Ausführung beschreibt die geometrische Form der Öffnungen (3) annähernd Linien auf der Fläche des Materials (1). Entlag der Ränder dieser Linien entsteht durch das Erzeugen der Öffnungen (3) und das damit verbundene Eindringen des Materials (1) in die Materialien (2) eine Form (7), die sich in einem Querschnitt senkrecht zur Ausdehnung der Linie nach unten hin bevorzugt trichterförmig öffnet (siehe Fig. 2).
• Durch das Eindringen des Materials (1) in die Materialien (2) und die dabei entstehenden Trichter (4) bzw. Formen (7) entsteht eine Haftung zwischen diesen Materialien. Diese wird noch verstärkt durch die ausgefransten, offenen unteren Enden der Trichter (4) bzw. Formen (7), welche die Materialien (2) einkerben. Es entsteht eine Verhakung der Materialien (1) und (2), ein mechanischer Verbund.
• Bevorzugt ist die Tiefe der Trichter (4) bzw. Formen (7) mindestens zweimal so groß wie die Dicke des Materials (1); die Gesamtdicke der Materialen (2) wird bevorzugt größer als die Tiefe der Trichter (4) bzw. Formen (7) gewählt, wobei letztere abhängig von der Größe der einzelnen Öffnungen (3) ist. Dadurch ist es möglich, dass die Reaktionsgase, die entlang der Oberfläche des Materials (1) zugeführt werden, von den Trichtern (4) aus in die Materialien (2) diffundieren können. Zusätzlich können beim Stechen der Öffnungen (3) Spalten (5) in den Wänden der Trichter (4) entstehen. Auch durch diese Spalten (5) können die Reaktionsgase in die Materialien (2) diffundieren.
• Der größte Durchmesser der Trichter (4) bzw. die größte Breite der Formen (7) liegt bevorzugt im Bereich zwischen 0,1 und 1 mm.
• Die annähernd kreisförmigen Öffnungen (3) im Material (1) werden beispielsweise mit Hilfe von Nadeln oder Stiften mechanisch in dieses Material (1) gedrückt und zwar von der den Materialien (2) abgewandten Seite her. Dabei wird das Material (1) bevor es reißt in die Materialien (2) hineingedrückt, wodurch die oben erwähnten trichterförmigen Gebilde (4) entstehen. Die Tiefe der Trichter (4) ist abhängig von Art und Durchmesser der Nadeln bzw. Stifte und von deren Einstechtiefe.
• Annähernd linienförmige Öffnungen (3) werden beispielsweise mit Hilfe gerader Metallklingen oder Metallplättchen erzeugt. Diese können über das Material (1) gezogen werden, so dass eine Art Schnitt in diesem Material entsteht, der die oben beschriebene Form (7) aufweist oder sie können von der den Materialien (2) abgewandten Seite her durch das Material (1) gedrückt werden, so dass sie erstere einkerben und letzteres gemäß der beschriebenen Form (7) hineindrücken. Auch hier ist die Tiefe der Formen (7) abhängig von der Breite der Klingen bzw. dem Querschnitt der Plättchen und von deren Einstechtiefe.
• Bei der Verwendung von Nadeln oder Klingen zur Erzeugung der Öffnungen (3) im Material (1) kann die Einstechtiefe unterschiedlich eingestellt werden, im Extremfall entweder so, dass das eindringende Material (1) gerade durchlöchert wird, die Materialen (2) aber nicht ganz durchdrungen werden. Das hat zur Folge, dass sich nur enge Trichter (4) bzw. schmale Formen (7) im Material (1) ergeben, was zu einer geringen Gaspermeabilität der Elektroden führt (siehe Fig. 3). Der andere Extremfall ist, dass Nadel bzw. Klinge die porösen Materialien (2) ganz durchbohrt, wobei ein breitere Trichter (4) bzw. eine breit Form (7) im Material (1) entstehen, was eine höhere Gaspermeabilität der Elektrode bedeutet (siehe Fig. 1). Dass dabei kein Material (2) direkt unter den Öffnungen (3) zurückbleibt, ist von geringer Bedeutung, da dieses, auch wenn es vorhanden ist, nur einen sehr geringen Gasdiffusionswiderstand hat.
• Bevorzugt wird zur Einstellung der Gaspermeabilität allerdings nicht die Größe der Öffnungen (3), also beispielsweise der Durchmesser der Nadeln bzw. die Breite der Klinge oder deren Einstechtiefe, variiert, sondern die Dichte der Öffnungen, d. h. die Anzahl der Öffnungen auf einer bestimmten Fläche der Elektrode. Indem die Form der Trichter (4) bzw. Formen (7) der Öffnungen (3) soweit möglich gleich gelassen und nur deren Abstand verändert wird, ist eine besser reproduzierbare Einstellung der Gaspermeabilität vom Standpunkt der Bearbeitung aus möglich.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zur Erzeugung der Öffnungen (3) im Material (1) Stifte bzw. Metallplättchen verwendet, die relativ stumpf sind. Bei Verwendung von geeigneten, dünnen Materialien (1) und einer geeigneten Einstechtiefe führt dies dazu, dass kleine Teile (6) des eindringenden Materials (1), die in etwa dem Querschnitt der Stifte bzw. der Plättchen entsprechen, von diesem abgetrennt und in die darunter liegenden Materialien (2) gedrückt werden (siehe Fig. 4). Dies ist beispielsweise bei der Kathode einer Brennstoffzelle von Vorteil. Das an der Kathode der Brennstoffzelle entstehende Produktwasser wird an den Stellen der Membran, die sich gegenüber einer der Öffnungen (3) einer Elektrode ohne diese Teile (6) befinden, schneller vom Reaktionsluftstrom aufgenommen als von anderen Bereichen. Dies führt zu einer erhöhten Gefahr der Austrocknung der Membran an diesen Stellen. Durch die unterhalb der Öffnungen (3) in das poröse Material (2) gedrückten Teile (6) des eindringenden Materials (1) kann das Produktwasser nicht ungehindert durch die Öffnungen (3) in den Reaktionsluftstrom verdampfen, sondern muss erst um diese Teile (6) herum diffundieren. Dadurch wird eine gleichmäßigere Befeuchtung der Membran gewährleistet.
• Die Materialien (1) und (2) können auf verschiedene Art mechanisch verbunden werden. Mindestens eines der verwendeten Materialien kann als unzusammenhängendes Rohmaterial auf die anderen Materialien aufgebracht und mit diesen verpresst werden. Wird expandierter Graphit als Rohmaterial für das Materials (1) verwendet, können beispielsweise Flocken des expandierten Graphits auf das Material (2), bevorzugt ein Kohlefasermaterial, aufgelegt werden und mit diesem zu einer geschlossenen Graphitschicht auf dessen Oberfläche verpresst werden. Durch Verhakungen der Graphitteilchen mit dem Kohlefasermaterial haftet diese Schicht auf letzterem selbst ohne Öffnungen (3). Danach können beliebige Öffnungen (3) in dieser Graphitschicht erzeugt werden.
• Die jeweiligen Materialien können auch als Schichtmaterial vorliegen, z. B. Folien aus gepresstem expandiertem Graphit oder dünne Metallfolien einerseits und Lagen aus Kohlefasermaterial andererseits. Wie bereits erläutert werden diese einfach übereinandergelegt und bilden durch die Erzeugung der Öffnungen (3) einen mechanischen Verbund.
• In einer weiteren Ausführungsform können die Materialien vor der Erzeugung der Öffnungen (3) mittels eines geeigneten Haftvermittlers verbunden werden. Es eignen sich bevorzugt aushärtbare Harze, wie Epoxid-Harz, Thermoplasten, wie Polyethylen, oder flourierte Thermoplasten. Dadurch kann eine manchmal erforderliche, erhöhte mechanische Stabilität der Elektrode erreicht werden.
Beispiel 1
• In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Öffnungen (3) in einer Folie aus gepresstem expandiertem Graphit (1) mittels Nadeln erzeugt. Sie durchstechen die Graphitfolie (1) von der dem Kohlefasermaterial (2) abgewandten Seite her. Die Einstechtiefe der Nadeln wird so gewählt, dass sie das Kohlefasermaterial (2) ganz durchstechen, wobei bei der Herstellung die Spitzen der Nadeln bis zu einer Tiefe von etwa 1 mm unter der Elektrode vordringen. Dazu befinden sich das Kohlefasermaterial (2) und die darüber befindliche Graphitschicht (1) auf einer Unterlage aus einem Material, dass sich ebenfalls durchstechen lässt, z. B. einem Papier.
• Speziell wird eine gepresste Graphitfolie (1) KU-CB 7,5 aus expandiertem Graphit der Firma Kunze mit einer Dicke von 75 µm verwendet. Das Kohlefasermaterial (2) ist ein Kohlefaserpapier GDL 10-P der Firma SGL Carbon AG imprägniert mit einer PTFE-Lösung mit einer Dicke von 350 µm. Die Graphitfolie (1) wird ohne Haftvermittler auf das Kohlefaserpapier (2) gelegt. Durch geeignete Nadeln werden Graphittrichter (4) mit einer Tiefe von 250 bis 300 µm erzeugt. Diese verhaken sich im Kohlefaserpapier (2), was zu einem mechanischem Verbund zwischen Graphitschicht (1) und Kohlefaserpapier(2) führt. Der größte Durchmesser der erzeugten Graphittrichter (4) beträgt etwa 500 µm.
• Diese Öffnungen (3) können mit Hilfe eines in eine Fräsmaschine eingespannten Werkzeugs in die Graphitfolie (1) gestochen. Dieses Werkzeug besitzt bevorzugt eine Vielzahl von Nadeln, so dass die zur Herstellung einer Elektrode nötigen Öffnungen (3) in nur einem oder wenigen Arbeitsschritten erzeugt werden können. Bevorzugt werden die Graphitfolie (1) und das Kohlefaserpapier (2) durch eine poröse Unterlage von einer Saugvorrichtung angesaugt, um eine möglichst präzise Kontrolle über die Größe der hergestellten Graphittrichter (4) zu haben. Ein etwaiges Abheben von Graphitfolie (1) und Kohlefaserpapier (2) von der Unterlage hätte zur Folge, dass die sich zur Spitze hin verjüngenden Nadeln bis zu einem größeren Durchmesser durch die Graphitfolie (1) stoßen und so einen größeren Graphittrichter (4) erzeugen.
• Bei der Verwendung der so hergestellten Elektroden in PEM-Brennstoffzellen kann zwischen Elektrode und Membran noch ein weicheres Kohlefaservlies eingebracht werden, dass zur Verbesserung der Leitfähigkeit mit Ruß, Graphit und einem PTFE- Binder imprägniert sein kann. Somit wird die Gefahr, dass die starren Fasern des verwendeten Kohlefaserpapiers die Membran beschädigen, wenn sie mit ihr in Berührung gebracht werden, vermieden.
Beispiel 2
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird unter Verwendung derselben Materialien wie in Beispiel 1 die Graphitfolie (1) auf das Kohlefaserpapier (2) aufgeklebt. Dazu wird eine Suspension aus dem teilflourierten Kunststoff THV 530 der Firma Dyneon gemischt mit Isopropanol im Volumenverhältnis 1 : 5 verwendet. Dieser Haftvermittler wird auf geeignete Weise auf die Graphitfolie (1) aufgetragen. Nach dem Aufbringen auf das Kohlefaserpapier (2) werden die Materialien auf eine Temperatur höher als der Schmelzpunkt des teilflourierten Kunststoffs gebracht, bevorzugt auf über 250°C und einem leichten Druck von etwa 1 bar ausgesetzt.
• Dadurch wird vorab zwischen Graphitfolie (1) und Kohlefaserpapier (2) ein Verbund erreicht, der durch die anschließend wie in Beispiel 1 hergestellten Öffnungen (3) in der Graphitschicht (1) noch verstärkt wird.
Beispiel 3
• Statt der in Beispiel 1 genannten Nadeln werden in diesem Ausführungsbeispiel nahezu zylindrische Stifte, die insbesondere an ihren Enden stumpf sind, zur Erzeugung der Öffnungen (3) in der Graphitschicht (1) verwendet. Der Durchmesser dieser Stifte kann zwischen 0.3 und 0.8 mm betragen. Dadurch werden wie oben dargelegt kleine Teile (6) von der Graphitfolie (1) abgetrennt und in das darunter liegende Kohlefaserpapier (2) gedrückt. Die Herstellung der Elektrode erfolgt im übrigen wie in Beispiel 1, bis auf die Einstellung der Einstechtiefe der Stifte, die so gewählt werden muss, dass die Teile (6) der Graphitfolie (1) nicht durch das Kohlefaserpapier (2) hindurch in die Unterlage gedrückt werden. Bezugszeichenliste 1 Material mit niedriger Gaspermeabilität
  2 Materialien mit hoher Gaspermeabilität
  3 Öffnungen im Material (1)
  4 Trichter aus dem Material (1)
  5 Spalten in den Trichtern (4)
  6 In die Materialien (2) hineingedrückte Teile des Materials (1)
  7 Form der linienartigen Öffnungen (3) aus dem Material (1), die sich in einem Querschnitt senkrecht zur Ausdehnung der Linien trichterförmig nach unten öffnen
  

Claims (16)

1. Elektrode für elektrochemische Zellen, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mindestens zwei Materialien unterschiedlicher Gaspermeabilität besteht, wobei ein Material (1) Öffnungen (3) aufweist, im Bereich um diese Öffnungen (3) in die weiteren Materialien (2) eindringt und letztere auf diese Weise einkerbt.

2. Elektrode für elektrochemische Zellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Eindringen des Materials (1) in die anderen Materialien (2) eine Verhakung zwischen allen diesen Materialien auftritt, die zu einem mechanischen Verbund der Materialien führt.

3. Elektrode für elektrochemische Zellen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (1) eine niedrigere Gaspermeabilität aufweist als die Materialien (2).

4. Elektrode für elektrochemische Zellen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine beliebige geometrische Anordnung und Anzahl von Öffnungen (3) auf der Fläche des Materials (1) aufweist, die entsprechend der gewünschten Gaspermeabilität der Elektrode festgelegt wird.

5. Elektrode für elektrochemische Zellen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (3) im Material (1) eine beliebige geometrische Form aufweisen können, insbesondere annähernd kreis- oder linienförmig sind.

6. Elektrode für elektrochemische Zellen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verhakung des Materials (1) in die anderen Materialien (2) annähernd trichterförmig (4) bzw. entsprechend der Form (7) erfolgt.

7. Elektrode für elektrochemische Zellen nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Materialien (2) größer ist als die Tiefe der Verhakungen (4) des Materials (1).

8. Elektrode für elektrochemische Zellen nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich abgetrennte Teile (6) des Materials (1) den Öffnungen (3) gegenüber innerhalb der Materialien (2) befinden.

9. Elektrode für elektrochemische Zellen nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien (1) und (2) elektrisch gut leitfähig und mechanisch verformbar sind.

10. Elektrode für elektrochemische Zellen nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Material (1) gepresster expandierter Graphit oder ein Metall verwendet wird und als Material (2) Kohlefasermaterialien verwendet werden.

11. Elektrode für elektrochemische Zellen nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Eindringen des Materials (1) in die Materialien (2) die elektrische und thermische Leitfähigkeit der Elektrode senkrecht zu ihrer Fläche erhöht wird.

12. Verfahren zur Herstellung der Elektroden nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein mechanischer Druck von der den Materialien (2) abgewandten Seite des Materials (1) her auf dieses ausgeübt wird, so dass das Material (1) an den Stellen der zu erzeugenden Öffnungen (3) reißt, dort Einkerbungen in den Materialien (2) geformt werden und das eindringende Material (1) entsprechend den Einkerbungen in die Materialien (2) gedrückt wird.

13. Verfahren zur Herstellung der Elektrode nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Erzeugung der Öffnungen (3) und das Eindringen des Materials (1) in die Materialien (2) ein mechanischer Verbund hergestellt wird.

14. Verfahren zur Herstellung der Elektrode nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Erzeugung der Öffnungen (3) und dem Eindringen des Materials (1) in die Materialien (2) ein geeigneter Haftvermittler zwischen den Materialien aufgebracht wird.

15. Verfahren zur Herstellung der Elektrode nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass alle Materialien (1) und (2) als Schichtmaterial vorliegen.

16. Verfahren zur Herstellung der Elektrode nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Erzeugung der Öffnungen (3) im Material (1) mindestens eines der verwendeten Materialien als unzusammenhängendes Rohmaterial auf die anderen Materialien aufgebracht wird und mit diesen zu einem mechanischen Verbund verpresst wird.