DE1280364B

DE1280364B - Verfahren zur Herstellung hochporoeser elektrisch leitender Traegergerueste fuer dieElektroden galvanischer Zellen

Info

Publication number: DE1280364B
Application number: DEV32674A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Alexander Pollack
Original assignee: VARTA AG
Current assignee: VARTA AG
Priority date: 1965-12-04
Filing date: 1965-12-04
Publication date: 1968-10-17

Description

Verfahren zur Herstellung hochporöser elektrisch leitender Trägergerüste für die Elektroden galvanischer Zellen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochporöser elektrisch leitender Trägergerüste für die Elektroden galvanischer Zellen, insbesondere elektrischer Akkumulatoren und Brennstoffzellen, aus Metallfasern durch Pressen und nachträgliches Verbinden der Fasern miteinander.
Meist werden poröse Trägergerüste für die aktive Masse von Akkumulatorenelektroden oder für die Katalysatoren von Brennstoffzellen durch Zusammensintern von Metallpulver, z. B. von Carbonylnickelpulver, hergestellt. Vielfach wird das Metallpulver zunächst gepreßt und dann einem Sinterprozeß unterworfen. Es sind auch Verfahren bekannt, nach denen poröse Elektrodengerüste durch Pressen und Zusammensintern von Metallfasern hergestellt werden. Die Verwendung von Metallfasern hat den Vorteil, daß die Elektrodengerüste auf Grund der Faserstruktur bei hoher Porosität mechanisch widerstandsfähig, insbesondere biegefest, sind und auch ohne besondere Stromableiter in Form perforierter Bleche, von Metallgewebe u. dgl. eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen, da die Fasern den Strom ohne wesentliche Übergangswiderstände weiterleiten. Alle Elektrodengerüste, bei deren Herstellung als letzte Stufe ein Sintern vorgesehen ist, haben jedoch die Nachteile, daß beim Sintern besondere Maßnahmen vorgesehen werden müssen, um ein Verziehen zu verhindern, vor allem aber, daß die Sinterstellen korrosionsanfällig sind, was zu einem vorzeitigen Zerfall der Gerüstkörper führen kann. Das Sintern ist überdies mit verhältnismäßig hohen Kosten verbunden; im kontinuierlichen Betrieb sind die Sinteröfen nicht sehr leistungsfähig, da bestimmte Sinterzeiten nicht unterschritten werden dürfen; das Sintern dünner bandförmiger Elektrodengerüste ist nicht einfach, vor allem ist es schwer, ein Verziehen der Bänder zu verhindern.
Es ist auch bekannt, poröse Trägergerüste für die Elektroden galvanischer Zellen ohne zu sintern dadurch herzustellen, daß Späne oder Körner aus Metall so lange galvanisch mit einem Metallüberzug versehen werden, bis diese untereinander und mit einer Trägerunterlage zu einem festen porösen Körper verbunden sind. Nach diesem Verfahren gelingt es jedoch nicht, dünne flexible Elektroden, wie Bandelektroden, von hoher Porosität unter Verzicht auf besondere stromleitende Einlagen herzustellen.
Ferner ist es bekannt, ein Kunststoffvlies auf chemischem Wege unter 100° C zu metallisieren, bis alle Poren mit Metall bedeckt sind. Das nichtleitende und nicht aktive Kunststoffvlies bildet jedoch für den Akkumulator einen Ballast. Das Vlies muß auch im allgemeinen mit einer Versteifungseinlage versehen werden.
Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Elektrodengerüsten zu entwickeln, das die genannten Nachteile nicht aufweist und mit dessen Hilfe es gelingt, auch dünne Bandelektroden in wirtschaftlicher und technisch einwandfreier Weise herzustellen.
Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die aus Metallfasern hergestellten Preßlinge durch Abscheiden von Metall- oder Legierungsschichten auf chemischem Wege bei tieferen Temperaturen als 100° C in einer Tiefe von einigen Hundertstel Millimetern verfestigt und homogenisiert werden.
Aus Metallfasern können durch Pressen Elektrodengerüste hoher Porosität, z. B. von 80 bis 90 %, hergestellt werden. Diese lose gepreßten Körper haben jedoch zunächst einen geringen Zusammenhalt und müssen verfestigt werden. Es hat sich herausgestellt, daß diese Verfestigung ohne wesentliche Beeinträchtigung der Porosität am besten dadurch erfolgt, daß man in einer Tiefe von einigen Hundertstel Millimeter Metallschichten auf chemischem Wege abscheidet, welche die Fasern miteinander verbinden. Wichtig ist dabei, die Fasern nicht der Einwirkung höherer Temperaturen auszusetzen, um nicht die Korrosionsbeständigkeit der Körper zu beeinträchtigen und sie zu verformen.
Die chemische Metallabscheidung hat gegenüber der galvanischen den großen Vorteil, daß die Bäder eine bessere Tiefenwirkung haben, d. h. die Abscheidung gleichmäßiger Schichten auch innerhalb der Poren poröser Körper gestatten. Man soll jedoch die Eindringtiefe der Niederschläge klein halten, wodurch man die Preßkörper an der Oberfläche verfestigt und homogenisiert, während im Innern ihre Struktur unverändert bleibt. Auf diese Weise kann man bei ausreichender Verfestigung die Porosität im Inneren voll aufrechterhalten und Elektroden hoher Kapazität und Leistung herstellen.
Die chemischen Metallabscheidungsbäder, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anwendbar sind, enthalten neben den Metallsalzen starke Reduktionsmittel, z. B. Hypophosphite oder Boranate.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, Raneylegierangen oder ähnliche Legierungen in den Poren von Preßlingen aus Metallfasern bis zu der genannten Tiefe abzuscheiden und das unedlere Metall solcher Legierungen herauszulösen, wodurch hochaktive Katalysatoren erhalten werden. Nickel-Bor-Legierungen können auf chemischem Wege aus boranathaltigen Bädern erzeugt werden. Durch Anätzen kann man aufgerauhte überzöge aus Nickel und Nickelborid erhalten, die z. B. als Katalysatoren für die elektrochemische Wasserstoffaktivierung gut geeignet sind.
Die auf chemischem Wege metallisierten Preßkörper aus Fasern haben eine hohe Porosität, da das Porenvolumen durch den gleichmäßigen bis zu der genannten Tiefe abgeschiedenen Niederschlag nur wenig verkleinert wird. Es gelingt feste, jedoch biegsaure Elektrodenträger mit einer Porosität von 75 bis 85 % herzustellen.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung hochporöser elektrisch leitender Trägergerüste für die Elektroden galvanischer Zellen, insbesondere elektrischer Akkumulatoren und Brennstoffzellen, aus Metallfasern durch Pressen und nachträgliches Verbinden der Fasern miteinander, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß die aus Metallfasern hergestellten Preßlinge durch Abscheiden von Metall- oder Legierungsschichten auf chemischem Wege bei tieferen Temperaturen als 100° C in einer Tiefe von einigen Hundertstel Millimetern verfestigt und homogenisiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, .dadurch gekennzeichnet, daß man auf dem Preßling und in den Poren des Preßlings eine Legierung abscheidet und danach den leichter löslichen Bestandteil durch Behandlung mit einem Lösungsmittel herauslöst. In. Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1016 335; österreichische Patentschriften Nr. 215508, 234799.