Способ изготовления пористой диафрагмы

Способ изготовления пористой диафрагмы

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве топливных элементов и других электрохимических устройств с пористыми диафрагмами. Цель изобретения - уменьшение разброса пористости по площади диафрагмы при сохранении ее высокого газозапорного давления. Способ включает фильтрацию суспензии волокнистого материала на сетке вращающегося перфорированного цилиндра, полностью погруженного в ванну с суспензией, уплотнение полученной влажной заготовки прикатным валиком, опирающимся на перфорированный цилиндр и расположенным над цилиндром параллельно его оси,и сушку при вакуумировании до постоянной массы. Процесс фильтрации ведут непрерывно, фильтрат постоянно возвращают в ванну, при этом окружную скорость вращения цилиндра поддерживают 0,8 - 3,8 м/мин. Процесс заканчивают при достижении требуемой толщины диафрагмы при ее постоянном уплотнении контактным валиком. Способ позволяет в 2 раза уменьшить разброс пористости по площади. 2 табл.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к прямому преобразованию химической энергии в электрическую, и касается способа изготовления пористых мембран, используемых в качестве диафрагм для топливных элементов или влаготранспортных мембран для влагоотделителя электрохимического генератора тока. Известен способ изготовления асбестовых диафрагм для топливных элементов путем механического дробления и расщепления пучков волокон, приготовления суспензии асбеста, ее ультразвуковой обработки, отфильтровывания жидкости, сушки и прессования при введении в заготовку дозируемого количества воды. Такие диафрагмы, имея высокое (до 8^. 10⁵ Па при толщине 400 мкм) газозапорное давление, характеризуются недостаточной однородностью структуры, что проявляется в разбросе значений пористости по площади диафрагмы, достигающем 9% При уменьшении толщины диафрагмы до 100-200 мкм это различие еще существеннее. Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ изготовления пористых диафрагм путем вакуумной фильтрации суспензии волокнистого материала на сетке вращающегося перфорированного цилиндра, частично погруженного в ванну с суспензией, удаления фильтрата, поддержания постоянной за счет подпитки концентрации суспензии в ванне в течение всего времени формирования диафрагмы, снятия нафильтрованного слоя (заготовки диафрагмы), уплотнения ее прикатным валиком, расположенным вне ванны, и сушки. Недостатком такого способа, обеспечивающего некоторое уменьшение разброса пористости (до 6%), является низкое газозапорное давление диафрагм: при толщине диафрагмы 400 мкм газозапорное давление не превышает 4^. 10⁵, что в 2 раза меньше, чем у аналога. Целью изобретения является уменьшение разброса пористости по площади диафрагмы при сохранении высокого газозапорного давления. Указанная цель достигается тем, что в известном способе изготовления пористой диафрагмы, включающем фильтрацию суспензии волокнистого материала на сетке вращающегося перфорированного цилиндра, помещенного в ванну с суспензией, уплотнение полученной влажной диафрагмы прокатным валиком и сушку, вращающийся перфорированный цилиндр и свободно опирающийся на него прикатный валик, располагаемый над цилиндром параллельно его оси, полностью погружают в суспензию, процесс отфильтровывания ведут непрерывно, фильтрат постоянно возвращают в ванну, окружную скорость вращения цилиндра поддерживают 0,8-3,8 м/мин, процесс заканчивают при достижении требуемой толщины диафрагмы при ее постоянном уплотнении прикатным валиком, а затем после слива фильтрата из ванны, продолжая вращение цилиндра при одновременном вакуумировании и уплотнении диафрагмы прикатным валиком, проводят сушку диафрагмы до постоянной массы. Только в том случае, когда перфорированный цилиндр и прикатный валик полностью погружены в суспензию, формируемая диафрагма имеет минимальное различие в пористости по площади. В противном случае происходит захват частиц материала из суспензии поверхностью прикатного валика и последующая их подсушка на воздухе, повышающая адгезию частиц до такой степени, что при дальнейшем вращении валика эти частицы при погружении в суспензию не отделяются от валика, а накатываются на слои, уже сформированные на перфорированном цилиндре, приводя к нарушению однородности диафрагмы и заметному различию в пористости. Также установлено, что определенное влияние на повышение однородности диафрагмы оказывает скорость вращения перфорированного цилиндра, на котором формируется диафрагма. В табл. 1 представлены данные по зависимости характеристик диафрагмы от окружной скорости цилиндра. В каждом опыте представлены данные не менее чем по 10 образцам. Все остальные параметры в опытах: масса волокна в суспензии, режим перемешивания суспензии, остаточное давление во внутренней полости перфорированного цилиндра, остаются постоянными. Из приведенных в табл. 1 данных следует, что наиболее однородные по пористости диафрагмы при высоком газозапорном давлении получаются при окружной скорости вращения цилиндра, превышающей 0,8 м/мин. Однако при увеличении окружной скорости вращения до значения свыше 3,8 м/мин время формирования диафрагмы достигает 3 ч и более, что экономически не эффективно, так как существенного улучшения характеристик диафрагм при этом не отмечается. На основании этих данных в качестве оптимального интервала скоростей вращения цилиндра выбирают 0,8-3,8 м/мин. Постоянное уплотнение нафильтровываемых слоев материала прикатным валиком как в процессе фильтрации, так и сушки позволяет сформировать пористую структуру, отличающуюся при повышенной однородности по пористости высоким газозапорным давлением. Предлагаемый способ отличается от известного тем, что вращающийся перфорированный цилиндр и свободно опирающийся на него прикатный валик, располагаемый над цилиндром параллельно его оси, полностью погружают в суспензию, процесс отфильтровывания ведут непрерывно, фильтрат постоянно возвращают в ванну, окружную скорость вращения цилиндра поддерживают 0,8-3,8 м/мин, процесс ведут до достижения требуемой толщины диафрагмы при ее постоянном уплотнении прикатным валиком, а затем после слива суспензии из ванны, продолжая вращение цилиндра при одновременном вакуумировании и уплотнении диафрагмы прикатным валиком, проводят сушку диафрагмы до постоянной массы. П р и м е р 1. 12 г измельченного очищенного асбестового волокна заливали 11 л воды и помещали в емкость, в которой проводили перемешивание суспензии с помощью электромешалки в течение 30 мин. Суспензию сливали из емкости в ванну с перфорированным цилиндром (диаметром 120 мм, длиной 400 мм), на котором укрепляли никелевую сетку (подложку) N 0063. В ванну же помещали прикатный резиновый валик (диаметром 120 мм, длиной 400 мм). Внутри перфорированного цилиндра создавали остаточное давление, равное 2,3 кПа, путем вакуумирования внутренней полости цилиндра. Окружная скорость вращения цилиндра составляла 2,3 м/мин. По окончании формирования и сушки диафрагмы непосредственно на перфорированном цилиндре ее снимали с цилиндра вместе с сеткой, после чего сетку отделяли от диафрагмы. Полученная цилиндрическая диафрагма толщиной 200 мкм имела следующие характеристики: газозапорное давление 5,3^. 10⁵ Па, разброс пористости по площади диафрагмы 2,8% П р и м е р 2. 28 г измельченного асбеста заливали 30 л воды и обрабатывали в режимах по примеру1. Затем суспензию сливали в ванну и создавали внутри перфорированного цилиндра остаточное давление, равное 4,8 кПа. Окружная скорость вращения цилиндра составляла 1,3 м/мин. По окончании формирования и сушки непосредственно нa перфорированном цилиндре диафрагму разрезали подлине, снимали с цилиндра и из полученного полотна вырезали диафрагму нужной конфигурации. Полученная диафрагма при толщине 400 мкм имела газозапорное давление 7,5 ^.10⁵ Па и разброс пористости по площади диафрагмы 2,3% Изготовленные по предложенному способу пористые диафрагмы отличаются высоким газозапорным давлением и небольшим разбросом пористости по площади (см.табл.2). Как видно из приведенных данных, диафрагмы, изготовленные по предлагаемому способу, имеют в 2,7-6 раз выше газозапорное давление и в 2 раза меньший разброс пористости по площади по сравнению с диафрагмами, изготовленными по известному способу.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРИСТОЙ ДИАФРАГМЫ путем вакуумной фильтрации суспензии волокнистого материала на сетке вращающегося перфорированного цилиндра, помещенного в ванну с суспензией, уплотнения полученной влажной заготовки диафрагмы прикатным валиком и сушки, отличающийся тем, что, с целью уменьшения разброса пористости по площади диафрагмы при сохранении ее высокого газозапорного давления, вращающийся перфорированный цилиндр и расположенный параллельно его оси и опирающийся на него прикатный валик полностью погружают в суспензию, процесс отфильтровывания ведут непрерывно, фильтрат постоянно возвращают в ванну, окружную скорость вращения цилиндра поддерживают 0,8 - 3,8 м/мин, процесс заканчивают при достижении требуемой толщины диафрагмы при ее постоянном уплотнении прикатным валиком, а затем после слива фильтрата из ванны, продолжая вращение цилиндра при одновременном вакуумировании и уплотнении диафрагмы прикатным валиком, проводят сушку диафрагмы до постоянной массы.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002

Извещение опубликовано: 20.05.2002