DE2818523C2

DE2818523C2 - Poröses Kohlenstoff-Fasermaterial

Info

Publication number: DE2818523C2
Application number: DE2818523A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Shiga Kitamura; Shinsaku Tada; Kazuo Yoshida
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1977-05-10
Filing date: 1978-04-27
Publication date: 1986-12-11
Also published as: GB1585326A; JPS53139872A; DE2818523A1; US4169911A

Description

2. Poröses Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Fasern in der Weise zu einer zweidimensionalen Ebene willkürlich dispergiert oder angeordnet ist, daß der Winkel zwischen der Achse der zerschnittenen Kohlenstoffaser und der Ebene kleiner als 30° ist.

3. Poröses Material nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Bindemittel Phenolharz, Epoxyharz, Furanharz, Xylenol-Formaldehydharz, Harnstoffharz, Melaminharz, Anilin-Formaidehydharz, Friedel-Crafts-Harz, ungesättigtes Polyesterharz, Polyvinylalkohol, Polyacrylharz, Polyvinylbutyral, Polyvinylpyrrolidon Polyvinylacetat, Polystyrol und/oder Polyisobutylen enthält.

4. Poröses Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es auf den Fasern einen Metallfilm aus Nickel, Eisen, Kobalt, Platin, Gold, Silber, Kupfer, Palladium, Rhodium, Rhenium, Lithium, Aluminium, Wismut, Beryllium, Blei, Zink, Zinn, Chrom, Titan, Vanadin, Molybdän, Niob, Wolfram, Tantal, Cadmium, Indium, Mangan, Tellur, Antimon, Selen, Germanium, Silicium oder Legierungen, die eines dieser Metalle als Hauptkomponente enthalten, besitzt.

5. Poröses Material nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtvolumen seiner Poren 80 bis 98% des Gesamtvolumens des porösen Materials ausmacht.

6. Poröses Material nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es die Form einer Matte mit parallelen, voneinander beabstandeten glatten Oberflächen besitzt.

7. Poröses Material nach einem der Ansprüche 1 hi«; 6 dadurch ppl<pnn7pirhnpt daft ρ«; hrnrpnartiue zylindrische oder säulenartige Form besitzt.

Die Erfindung betrifft ein poröses Kohlenstoff-Fasermaterial, das zu einer Platte oder Matte geformt werden kann, welche beispielsweise als ein Elektrodensubstrat, das die aktiven Anoden- und Kathodenmaterialien einer Batterie trägt, als Durchflußelektroden, wie elektrolytische Elektroden oder Stromsammler, für Durchflußelemente, wie Filter einschließlich Magnetfiltern, Nebeltrenneinrichtungen und Rippen von Wärmestrab lern, und als Stütz- und Durchflußelemente, wie als Katalysatorträger brauchbar ist

Es sind bereits verfilzte Materialien bekannt, die aus ineinander verwobenen Kohlenstoff-Fasern, die metallisiert sind, bestehea In solchen verfilzten Materialien sind jedoch die Kohlenstoff-Fasern nicht gut dispergiert, und es liegen Faserbündel vor, in welchen viele einzelne Fasern miteinander ein Aggregat bilden und alle in der gleichen Richtung orientiert sind. In solchen Materialien befindet sich die Metallisierung nur auf der äußeren Oberfläche des Faserbündels und nicht auf den Kohlenstoff-Faseroberflächen im Inneren des Bündels, so daß man das Äquivalent einer sehr dicken Einzelfaser bekommt

Poröse Materialien aus dicken Einzelfasern oder Faserbündeln haben folgende Nachteile:

a) Die verfügbare Oberfläche des porösen Materials ist klein und folglich nachteilig in der Verwendung, besonders als Durchflußelektrode.

Beispielsweise ist die Außenfläche eines Faserbündels, das von 100 einzelnen Fasern gebildet wird, kleiner als ein Zehntel der Summe der Oberfläche von 100 unabhängigen Einzelfasern. Wenn andererseits die oben erwähnte Oberfläche größer wird, wird die Aktivierungspolarisierung und die Konzentrationspolarisierung einer elektrolytischen Elektrode kleiner, und die Sammeleffizienz des Stromsammlers wird höher. Demnach sollte die verfügbare Oberfläche so groß wie möglich sein.

b) Die Poren des porösen Materials sind so grob, daß es unvorteilhaft für die Verwendung als Trägereinrichtung oder als Durchflußelement ist. Die Porengröße eines solchen porösen Materials kann als der mittlere Abstand zwischen einem Faserschnitlpunkt und einem benachbarten Faserschnittpunkt ausgedrückt werden. Dieser mittlere Abstand ist bekanntermaßen nahezu proportional dem Durch-.messer der Faser. Daher ist jede wesentliche Vergrößerung des Faserdurchmessers durch Aggregation einzelner Fasern sehr wichtig, da sie die Porengröße des porösen Materials unerwünscht vergrößert. Je größer die Poren des porösen Materials sind, desto geringer ist seine Fähigkeit, seine Form und Festigkeit als Träger beizubehalten, desto geringer ist seine Stromsammeieffizienz, wenn es als Stromsammler verwendet wird, und desto geringer ist die Kontaktwahrscheinlichkeit, wenn es als Durchflußelement mit einem Fließmittel verwendet wird.

c) Es ist nachteilig, das poröse Material in der Form einer dicken Faser oder von Faserbündeln als eine Elektrode zu verwenden, da es geringe elektrische Leitfähigkeit besitzt. Wenn dicke Fasern vorliegen,

Rn nimmt Hie Zahl der Berührungspunkte mit den anderen Fasern ab. Als ein Ergebnis hiervon ist die elektrische Leitfähigkeit des porösen Materials geringer. Für die Verwendung als eine Elektrode ist aber eine elektrische Leitfähigkeit so hoch wie möglich erforderlich.

d) Die Porosität von Materialien aus dicken Fasern ist so gering, daß das poröse Material für die Verwendung als Träger und Durchflußeinrichtung unge-

eignet ist Das heißt, wenn die Porosität niedrig ist, kann der Träger nur eine kleine Menge aktiver Substanz je Einheit der Faser darbieten, und seine Gewichtseffizienz wird dadurch vermindert Bei Verwendung ab elektrolytische Elektrode wird die Aktivierungspolarisierung und die Konzentrationspolarisierung übermäßig groß, was die Elektrodenjeistung beeinträchtigt Bei Verwendung als Durchflußelektrode wächst der Fließmittelwiderstand der Platte oder Matte.

e) Das {Λ/röse Material aus dicken Fasern ist nicht gleichmäßig und daher ungeeignet für die Verwendung als Durchflußelement Wenn das poröse Material nicht gleichmäßig ist, wird die Gleichrichtung des Fließmiuels stark gestört Es wird auch schwierig, eine gleichmäßige Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit zu bekommen. Außerdem kann das Fließmittel nicht glatt fließen, was eine Steigerung des Fließwiderstandes verursacht

Die DE-PS 22 04 752 beschreibt ein poröses Material, das durch Metallisieren eines Graphitfaservlieses mit Nickel gewonnen wird, wobei der Durchmesser der Graphitfasern 100 bis 400 μπι beträgt und somit sehr grob ist In dem Vlies sind wie in den obenerwähnten Matten die Fasern nicht genügend dispergiert, und außerdem werden so dicke Graphitfasern verwendet, daß diese alle obenerwähnten Nachteile haben.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe war es daher, ein poröses Kohienstoff-Fasermaterial zu bekommen, das die obigen Nachteile nicht hat und ab ein Elektrodensubstrat einer Batterie, als Durchflußelement, wie eine elektrolytische Elektrode, ein Stromsammler oder ein magnetisches Filter, brauchbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem porösen Kohlenstoff-Fasermaterial gelöst, das aus

a) einer Vielzahl von auf Längen im Bereich von 2 bis 50 mm zerschnittenen Kohlenstoffasern mit einem Durchmesser von 3 bis 20 μπι, die derart vollständig und willkürlich dispergiert sind, daß entweder überhaupt keine Faserbündel vorliegen oder nur solche aus 2 bis 10 in die gleiche Richtung weisenden Fasern, die weniger als 5% des Gesamtvolumens des porösen Materials ausmachen, wobei die Fasern übereinanderliegen und sich gegenseitig schneiden,

b) 2 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zerschnittenen Fasern, eines die Fasern an ihren Überschneidungspunkten unter Bildung einer porösen Struktur mit einer Vielzahl von Poren, die sich zusammenhängend von einem Ende des Materials zum anderen erstrecken, berührenden Bindemittels, und

c) einem jede der Fasern bedeckenden Metallfilm von nicht mehr als 10 μίτι Dicke

besteht.

In der vorliegenden Beschreibung soll der Ausdruck »Kohlenstoffasern« irgendwelche Fasern einschließen, Hjp diirrh Carbonisieren oder Verkohlen organischer Fasern, wie Cellulosefasern, synthetischer Acrylpolymerfasern oder synthetischer Polyvinylalkoholfasern, gewonnen werden. Der Ausdruck »Kohlenstoffasern« schließt auch Graphitfasern ein, die aus fast reinem Kohlenstoff bestehen und die mehr als 98% Kohlenstoff enthalten.

Vorzugsweise haben alle zerschnittenen Kohlenstoffasern etwa die gleiche Länge. Wenn die zerschnittenen Fasern kürzer als 2 mm sind, wirken sie mehr wie Pulver als wie Fasern. Daher neigen sie dazu, sich zu dicht aneinanderzulegen, so daß ihre Porosität abnimmt Wenn andererseits die zerschnittenen Fasern länger als 50 mm sind, verwirren sie sich zu leicht so daß es schwierig wird, sie im wesentlichen vollständig zu dispergieren.

Das vollständige Dispergieren der feinen Kohlenstoffasern vergrößert die Oberfläche des porösen Materials wesentlich. Wenn beispielsweise der Berührungsgrad zwischen dem Fließmittel und der Elektrode steigt, werden die Aktivierungspolarisierung und die Konzentrationspolarisierung einer elektrolytischen Elektrode und die Stromsammeieffizienz des Stromsammlers verbessert Das poröse Material nach der Erfindung ist daher äußerst geeignet für diese Verwendungen, da es eine sehr große Oberfläche besitzt Die Vergrößerung der Zahl der Berührungspunkte zwischen den Fasern macht die elektrische Leitfähigkeit des Materials größer was äußerst erwünscht für die Verwendung als eine Elektrode ist

Durch die Feinheit und vollständige Dispergierung der Fasern hat das poröse Material eine feine Porengröße. Wie beschrieben, ist es erwünscht, ein feinporöses Material zu bekommen, da dies die Trägereigenschafteri für Träger.naterialien verbessert und auch die Stromsammeleffizienz und die Berührungswahrscheinlichkeit einer Durchflußeinrichtung erhöht Beispielsweise bei Verwendung als Stromsammler fließen in dem aktiven Material erzeugte Ladungen als ein Strom in die benachbarten Fasern, was zu dem normalen Strom hinzukommt Daher steigt der Strom zunehmend, wenn der Stromweg länger wird, und verursacht einen großen Spannungsabfall. Je gröber die Poren des porösen Materials sind, desto länger ist der Stromweg. Demnach ist es besonders wichtig, daß die Poren des Materials fein sind, um ein Anwachsen des Spannungsabfalls zu vermeiden.

Bei Verwendung als elektrolytische Elektrode unterliegt der Elektrolyt einer chemischen Reaktion. Nur ein kleiner Teil des Elektrolyten, der sehr nahe an die Fasern herankommt, unterliegt jedoch tatsächlich einer solchen elektrochemischen Reaktion. Andere Teile des Elektrolyten, die nicht in die Nachbarschaft der Fasern gelangen, fließen aus, der Elektrode, ohne irgendeiner wesentlichen elektrochemischen Reaktion zu unterliegen. Als Ergebnis hiervon nimmt die Effizienz der Elektrode ab. Wenn die Poren des porösen Materials grob so sind, nimmt die Menge eines solchen Elektrolyten, der die Elektrode verläßt, zu.

Die Porosität des porösen Materials nach der Erfindung ist sehr groß, wie 80 bis 98%. Eine derart hohe Porosität wird dadurch erhalten, daß man die zerschnittenen Fasern möglichst vollkommen öffnet. Hohe Porosität ist vorteilhaft, da sie es ermöglicht, daß das Material eine größere Materialmenge trägt, wenn es als Träger verwendet wird, und bewirkt, daß ein Fließmittel glatt durchfließt. Bei Verwendung als elektrolytische Elektrode wächst die Effizienz, da die Berührung des Elektrolyten mit der Elektrode verbessert wird und da unerwünschte Effekte, wie Aktivierungspolarisierung und Konzentrationspolarisierung, unterdrückt werden.

Die Bindemittel sind beispielsweise Phenolharze, Epoxyharze, Furanharze, Xylenol-Formaldehydharze, Harnstoffharze, Melaminharze, Anilin-Formaldehydharze, Friedel-Crafts-Harze, ungesättigte Polyesterharze, Polyvinylalkohol, Polyacrylharze, Polyvinylbutyral,

Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylacetat, Polystyrol oder Polyisobutylen. Diese können mit oder ohne Lösungsmittel verwendet werden. Wenn die Menge des Bindemittels geringer als 2 Gew.-% ist, haften die zerschnittenen Kohlenstoffasern nicht fest genug aneinander. Wenn die Menge des Bindemittels größer als 50 Gew.-% ist, besteht die Gefahr, daß das Bindemittel die Poren verstopft und somit die Porosität abnimmt. Außerdem kommt es manchmal vor, daß zuviel Bindemittel es schwierig macht, die zerschnittenen Kohlenstoffasern im wesentlichen vollständig mit dem Metall zu bedecken.

Das für den Metallfilm verwendete Metall ist ein elektrisch leitendes Metall aus der Gruppe Nickel, Eisen, Kobalt, Platin, Gold, Silber, Kupfer, Palladium, Rhodium, Rhenium, Lithium, Aluminium, Wismut, Berylium, Blei, Zink, Zinn, Chrom, Titan, Vanadin, Molybdän, Niob, Wolfram, Tantal, Cadmium, Indium, Mangan, Tellur, Antimon, Selen, Germanium, Silicium und Legierungen, die aus wenigstens einem dieser Metalle als Hauptkomponente aufgebaut sind. Das Bedecken der zerschnittenen Fasern mit dem Metall ist erforderlich, um die elektrische Leitfähigkeit des porösen Materials zu verbessern, und oftmals liefert dies den weiteren Vorteil, daß die Formstabilität des Produktes verbessert wird.

Das Metall oder die Legierung kann je nach der erwünschten Endverwendung des porösen Materials ausgewählt werden. Wenn beispielsweise das Material als ein Elektrodensubstrat für die Verwendung in Batterien der Anhäufung geglättet. Danach werden die zerschnittenen Kohlenstoffasern galvanisch metallisiert.

In dem porösen Material aus Kohlenstoffaser nach der Erfindung haften die zerschnittenen Fasern aneinander an einigen ihrer Schnittpunkte und ergeben eine einheitliche Masse der Fasern. Jeder der zerschnittenen Fasern ist außerdem mit einem dünnen Metallfilm bedeckt Daher hält das poröse Material leicht seine eigene Form und wird daran gehindert, unter dem Gewicht des getragenen Materials, wenn man es als Träger verwendet, oder unter dem Fließmitteldruck, wenn man es als Durchflußelement verwendet, deformiert zu werden.

In der Zeichnung bedeuten

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines porösen Kohlenstoff-Fasermaterials nach der Erfindung,

F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt eines Teils des Materials gemäß F i g. 1 unter Darstellung des Aussehens der zerschnittenen Kohlenstoffasern und der Art ihrer Verbindung miteinander,

Fig.3 eine perspektivische Darstellung einer zerschnittenen Kohlenstoffaser mit einem dünnen Metallfilm nach der Erfindung, und

Fig.4 eine graphische Darstellung, welche die Strompotential-Elektrolysekurven zeigt, die man erhält, wenn man als elektrolytische Elektroden das poröse Kohlenstoff-Fasermaterial nach der Erfindung mit einem Platindrahtnetz vergleicht

Eine Ausführungsform eines porösen Materials nach verwendet werden soll, ist Nickel zweckmäßig. Wenn es 30 der Erfindung ist in F i g. 1 der Zeichnung gezeigt
als elektrolytische Elektrode verwendet wird, sind Pia- Darin ist das poröse Material allgemein mit dem Betin, Gold und Silber zweckmäßig. Bei Verwendung als zugszeichen 1 versehen. Es umfaßt eine Vielzahl von magnetische Filter sind Nickel, Kobalt und Eisen zweck- Einzelfasern, von denen jede willkürlich angeordnet ist, mäßig. alle aber in im wesentlichen einer Richtung parallel zu Die Dicke des Metallfilmes ist nicht mehr als 10 μπι. 35 einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Wie im Wenn dickere Metallschichten verwendet werden, wird rechten Teil von F i g. 1 ersichtlich ist, sind mehrere Fa

der Durchmesser der Fasern zu groß, was die gleichen Nachteile bewirkt, wei wenn Faserbündel vorlägen.

Die zerschnittenen Kohlenstoffasern können nach verschiedenen Methoden mit dem Metallfilm bedeckt werden, wie durch elektrochemisches Metallisieren, durch chemisches Metallisieren, durch Vakuumablagerur.g, durch Versprühen, durch Ionenmetallisierung, durch Plasmastrahlaufbringung oder durch chemische serdicken gezeigt so daß ein plattenartiges oder mattenartiges Produkt gebildet wurde, das genügend Festigkeit haben kann, um selbsttragend zu sein. Das gezeigte poröse Material ist aus zerschnittenen Kohlenstoff-Fasern aufgebaut die mit einem dünnen Metallfilm bedeckt sind. Die Längen der zerschnittenen Kohlenstoffasern sind fast gleich, und ihre Durchmesser sind 3 bis 20 μπι. Die Fasern überlappen einander unter BiI-

Dampfablagerung. Elektrochemisches Metallisieren 45 dung von Poren, welche sich kontinuierlich bzw. ohne wird vorzugsweise angewendet da es sehr leicht ist das Unterbrechung von einer Oberfläche des Materials zu

Metall auf jenen Abschnitten der Fasern aufzubringen, die im Inneren des porösen Materials liegen. Außerdem ist elektrochemisches Metallisieren billiger und wird in der Industrie weitgehend angewendet

Die Form des Materials kann je nach der beabsichtigten Verwendung gewählt werden. Beispielsweise bei Verwendung als Durchflußelektroden oder Katalysator kann es vorteilhaft sein, die Form eines Zylinders oder einer Säule des porösen Materials zu verwenden. Für die Verwendung als Elektrodensubstrat oder als Magnetfilter ist oftmals eine plattenartige Form zweckmäßig-

Eine Methode zur Herstellung von porösem Kohlenstoff-Fasermaterial nach der Erfindung ist beispielswei- ω se folgende:

Kohlenstoffasern werden zerschnitten und auf einem Netz angehäuft wobei man ihr eigenes Gewicht in Verbindung mit einem Luftstrahl benutzt Sodann wird das Bindemittel auf der Anhäufung verteilt und das Produkt wird durch ein Paar heißer Walzen geführt um die erwünschte Dicke zu bekommen. Während dieses Verfahrens wird das Bindemittel verfestigt und die Oberfläche der anderen erstrecken und jede der Fasern ist willkürlich aber im wesentlichen parallel zu einer zweidimensionalen Ebene verteilt oder dispergiert

Der Ausdruck »im wesentlichen parallel zu einer zweidimensionalen Ebene« soll bedeuten, daß der Winkel zwischen der Achse der zerschnittenen Kohlenstoffaser und der zweidimensionalen Ebene kleiner als 30°, vorzugsweise kleiner als 15° ist

Wie in Fig.2 erläutert ist, sind die zerschnittenen Kohlenstoffaseii miteinander durch ein Bindemittel 4 in Bereichen des Überschneidens der Fasern verbunden, so daß die Fasern eine einheitliche Masse bilden. Außerdem ist jede zerschnittene Kohlenstoffaser mit einem dünnen Metallfilm 5 bedeckt wie in F i g. 3 erläutert ist

Beispiel 1

Kohlenstoffasern mit ellipsoidartigem Querschnitt von 6x8 μπι und einem mittleren Durchmesser von 7 μπι wurden auf 15 mm Länge zerschnitten und auf einem Netz unter Ausnutzung ihres Eigengewichts und eines Luftstrahles angehäuft Sodann wurde eine wäßri-

ge Phenolharzemulsion auf dieser Anhäufung der zerschnittenen Fasern verteilt. Diese Anhäufung wurde durch ein Paar heißer Walzen geführt, wobei das Bindemittel sich verfestigt und die Oberfläche der Anhäufung geglättet wurde. Das plattenartige oder mattenartige Material (nachfolgend als Platte bezeichnet), das erhalten wurde, hatte ein Gewicht von 30 g/m² und eine Dikke von 1,0 + 0,1 mm. Nach genau dem gleichen Verfahren wurde auch eine andere Platte erhalten.

Die beiden obenerwähnten Platten wurden in ein Bad zur Vernickelung eingetaucht. Unter Verwendung einer Nickelplatte als Gegenanode und der obenerwähnten Platten als Kathoden wurden die Platten vernickelt, wobei eine Stromdichte von 1 A/dm² verwendet wurde. Die Größe der in das Bad eingetauchten Platten lag bei 5x5 cm. Der Elektrolyt bestand aus 150 g/! Nickelsulfid, 15 g/l Ammoniumchlorid, 15 g/l Borsäure und besaß einen pH-Wert von 5,6 bis 5,8.

Die Porosität des Materials lag nach der Vernickelung bei 94%. Sein Gewicht lag bei 600 g/m², und sein spezifischer Widerstand lag bei 0,7 ■ 10-³Ohm · cm. Sodann wurde dieses poröse Material zu Stücken von 2 χ 3 cm zerschnitten, und ein Kupferdraht wurde an einer der kürzeren Kanten aufgelötet. Danach wurde das dünne poröse Material mit Epoxyharz 2 cm von der anderen kürzeren Kante entfernt versiegelt.

So wurde ein Elektrodensubstrat gewonnen. Eines dieser Elektrodensubstrate wurde in eine wäßrige Lösung von 3,5 Mol/l Nickelnitrat eingetaucht Unter Verwendung einer Nickelplatte als anodische Gegenelektrode wurde dieses Elektrodensubstrat kathodisch 12 h bei einer Stromdichte von 25 mA/cm² polarisiert Weiterhin wurde dieses Elektrodensubstrat in einer wäßrigen 5 N Kaliumhydroxidlösung 1 h bei einer Stromdichte von 50 mA/cm² polarisiert.

Ein anderes Elektrodensubstrat wurde in eine wäßrige Cadmiumnitratlösung von 4,5 Mol/I eingetaucht. Unter Verwendung einer Cadmiumplatte als Gegenanode wurde das Elektrodensubstrat 4 h bei einer Stromdichte von 15,5 mA/cm² kathodisch polarisiert Um die Diffusion des während der Elektrolyse erzeugten Gases zu verhindern, wurde eine Trenneinrichtung aus Polyvinylchlorid mit feinen Poren verwendet. Auf der anodischen Zelle wurden große Mengen Cadmiumoxidpulver suspendiert Nach dieser Elektrolyse wurde die Platte in einer 5 N Kaliumhydroxidlösung 1 h bei einer Stromdichte von 15 mA/cm² polarisiert, sodann wurde ein Teil des Cacmiumhydroxids in metallisches Cadmium überführt Diese beiden Elektrodenarten, die Nickelelektrode und Cadmiumelektrode, wurden elektrochemisch in einer wäßrigen Lösung von Kaliumhydroxid mit einem spezifischen Gewicht von 1,25 während 20 h bei einer Stromdichte von 50 mA/cm² gebildet Nach dem Spülen und Trocknen derselben wurde ihr Gewicht gemessen. Die Menge der Füllung von aktivem Material in der Nickelelektrode lag bei 1,9 g/cm³ und in der Cadmiumelektrode bei 133 g/cm³. Durch Messung der Kapazität dieser beiden Elektroden in einer Methode mit einer einzelnen Elektrode wurde gefunden, daß die Platten ausgezeichnete Eigenschaften für die Verwendung als Elektrodensubstrate für eine Lagerbatterie besaßen, deren Anode eine Nickelanode und deren Kathode eine Cadmiumkathode war.

Beispiel 2

Nach genau dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 wurde genau die gleiche plattenartige Kohlenstoff-Fasersubstanz hergestellt. Diese Platte wurde mit Platin metallisiert, und man erhielt ein poröses Material von mit Platin überzogenen Kohlenstoffasern. Ihr Grundgewicht lag bei 650 g/m², und der mittlere Durchmesser der zerschnittenen Fasern, d. h. der mit Platin überzogenen Kohlenstoffasern, war etwa 12 μηι. Um dieses poröse Material als eine elektrolytische Elektrode zu testen, wurde es auf eine runde Form geschnitten, und sein Umfang wurde mit Epoxyharz versiegelt. Dann wurde

ίο es als Arbeitselektrode benutzt, deren wirksame Fläche 0,79 cm² war. Die Arbeitselektrode wurde in einer Glasrohre mit einem Innendurchmesser von 10 mm angeordnet, so daß die Ebene der Arbeitselektrode senkrecht zu der Zylinderachse der Glasrohre lag.

Eine wäßrige Lösung von 0,1 Mol/l Schwefelsäure mit einem Gehalt von 0,01 Mol/l Kupfersulfat floß durch diese Glasrohre mit einer Geschwindigkeit von 21 ml/min. Nach dem Einsetzen einer Gegenelektrode aus Platin in diese Glasrohre wurde das Verhältnis zwisehen dem Elektrodenstrom und dem Elektrodenpotential der Arbeitselektrode bei der Elektrolyse gemessen. Das Ergebnis dieser Messung findet sich in der Kurve (A) in F ig. 4.

Für einen Vergleich wurde die gleiche Messung unter Verwendung einer Arbeitselektrode aus einem Platinnetz aus Platindrähten mit einem Durchmesser von 80 μπι durchgeführt Das Grundgewicht dieses Platinnetzes lag bei 650 g/m² und war das gleiche wie jenes des besagten porösen Materials aus mit Platin überzogenen Kohlenstoffasern. Das Ergebnis dieser Messung findet sich in Kurve (B)\n F i g. 4.

Wie aus F i g. 4 ersichtlich ist, war die Stromdichte der Arbeitselektrode unter Benutzung des porösen Materials nach der Erfindung größer als jene der Arbeitselektrode unter Benutzung des Platinnetzes. Dies beruht hauptsächlich darauf, daß der Durchmesser der zerschnittenen Kohlenstoffasern des porösen Materials nach der Erfindung etwa 12 μπι und damit viel feiner als jener des Platindrahtes mit einem Durchmesser von 80 μπι war.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Poröses Kohlenstoff-Fasermaterial, bestehend aus

a) einer Vielzahl von auf Längen im Bereich von 2 bis 50 mm zerschnittenen Kohlenstoffasern mit einem Durchmesser von 3 bis 20 μΐη, die derart vollständig und willkürlich dispergiert sind, daß entweder überhaupt keine Faserbündel vorliegen oder nur solche aus 2 bis 10 in die gleiche Richtung weisenden Fasern, die weniger als 5% des Gesamtvolumens des porösen Materials ausmachen, wobei die Fasern übereinanderliegen und sich gegenseitig schneiden,

b) 2 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zerschnittenen Fasern, eines die Fasern an ihren Überschneidungspunkten unter Bildung einer porösen Struktur mit einer Vielzahl von Poren, die sich zusammenhängend von einem Ende des Materials zum anderen erstrekken, berührenden Bindemittels, und

c) einem jede der Faser bedeckenden Metallfilm von nicht mehr als 10 um Dicke.