164896. lajstromszámú szabadalom • Szövés nélküli hőre lágyuló műszál szeparátor elektrokémiai elemekhez, és eljárás annak előállítására

3 164896 4 tulajdonságaik az elemben összegeződve jutnak kifejezésre. Többféle szeparátor ismeretes már, amelyek finom szálakból készült, szövés nélküli kelméből állnak. Ezeket a szövés nélküli kelméket általában tömörítéssel, így nemezeléssel, vagy más módon, a szálak rendezetlen elhelyezkedését biztosító módon állították elő. A szeparátorok vastagságának csökkentése, és ezáltal a szomszédos elektródák közötti távolság csökkentése céljából javasolták már olyan szálasanyag-réteg alkalmazását, amelyben a szálak egymással lényegében párhuzamosan, de némi átfedéssel, keveredéssel vannak hosszirányban elrendezve. Általában a fizikai szilárdság biztosítására a szálakat egyesítik, végül helyenként a megfelelő ragasztó vagy kötőanyaggal rögzítik azokat egymáshoz. Az összetett szeparátorok, amelyeknél az egyes szál-rétegeket egymásra helyezik és belső felületüket kötik egymáshoz, egységes porozitást biztosítanak. Bár a kötés javítja a szövés nélküli kelmék fizikai szilárdságát és porozitását, nem biztosíthatja azonban a kopásállóságot. Az eddig legjobban bevált, szövés nélküli kelméből készített szeparátorok az elektrolitnak ellenálló, hőre lágyuló műgyantából készülnek. Ilyen például a polivinilklorid, polietilén, polipropilén, nylon, poliakrilgyanta, teflon stb. Bár ezek az anyagok gyakran ellenállók kémiai behatásokkal szemben, szeparátorként történő alkalmazásukkor a magas hőmérsékletre és az itt fellépő kémiai behatásokra mégis érzékenyek. Ezt az okozza, hogy a szálak közötti kötés biztosítására használt gyanta-kötőanyag gyakran a szálaktól eltérő kémiai tulajdonságokkal rendelkezik és ezért a korróziós hatások összegeződésekor károsodást okoz az anyagban. A kötőgyanta bomlásának természetes következménye ugyanis a szálszerkezet károsodása, ez pedig elektromos rövidzárlatot eredményez. Az elem elektródjai gyakran hajlamosak a felületi részek „ledobására". A szeparátor tulajdonképpen egy finom szűrő, amely magába zárja a levált elektród-részecskéket és így lehetővé teszi az elektrolit oldat szabad áramlását. A szeparátor tönkremenetele után ezek a részecskék az elektrolitba kerülnek és esetleg tönkretehetik az elemet. A fenti, szövés nélküli kelmékben alkalmazott gyanta-kötóanyag további hátránya, hogy káros hatást gyakorol a porozitásra, ezáltal csökkenti a szeparátor áteresztőképességét, mivel a pórusok eltömődnek. Az ilyen elem feltöltése során, különösen a zárt nikkel-kadmium, ezüst kadmium vagy más lúgos cellákban, ahol kálium- vagy nátriumhidroxid elektrolit oldat van, nagymennyiségű oxigén gáz keletkezik, amelynek a szeparátoron szabadon kell átáramolnia. Ha a porozitás nagymértékben csökken, az említett áramlás nem lesz kielégítő, ezért nagy nyomáskülönbség lép fel a szeparátor két oldala között, amely a szeparátor eltöréséhez vagy az elem burkolatának tönkremeneteléhez vezet. Ez esetben a problémát nem a cellák válaszfalainak szellőzése, hanem az okozza, hogy a szeparátornak nagy áteresztőképességgel kell rendelkeznie és gyakorlatilag akadálytalanul kell az elektrolit áramlását átengednie. A találmány szerinti eljárás javított, szövés nélküli, lemez-szerű, az elektrolitot átengedő kelméből készült szeparátor előállítására irányul, elektrokémiai elemekhez. A találmány szerint szeparátor segítségével kiküszöbölhetők a fentiekben részletezett hátrányok és hiányosságok és nagymértékben megjavítható az elemek hatásossága, valamint élettartama. Ezeket a javított tulajdonságokat úgy érjük el, hogy a szeparátort hőre lágyuló szálakból képzett kártfátyolból alakítjuk ki, melynek szálait az érintkezési pontoknál egymáshoz préseléssel vagy hőhatással kötjük, anélkül azonban, hogy ezáltal a szálak elveszítenék szilárdságukat vagy deformálódnának. Az így préselt anyagban a szálak közötti kapcsolat különlegesen erős, gyanta kötőanyag hozzáadása nélkül is, a pórusok pedig nem tömődnek el. A kártfátyol felületén elhelyezkedő legkülső szálak kopásállósága is jó, ezáltal az anyag könnyen kezelhető és az elektrokémiai elemek készítése során semmiféle különleges intézkedést nem tesz szükségessé. A préselt, hőre lágyuló szálakból álló kártfátyol önmagában nem új. Az ilyen kártfátylak préselését azonban általában az egyedi szálak degradációja követi, mert a préseléshez szükséges hőmőrséklet túl közel van az anyag olvadási, illetve lágyulási pontjához. A kritikus hőmérséklet közelében dolgozva csak olyan préselt lemezek állíthatók elő, amelyek nem rendelkeznek egységes méretű pórusokkai, a préselés során bekövetkező elcsavarodás miatt deformálódnak, szilárdságuk pedig az eredeti anyag szilárdságához képest jelentősen csökken. Az ily módon préselt anyag tehát nem használható elektrokémiai elemekben szeparátorként. A találmány kiterjed a hőre lágyuló műszálakból készített, préselt, szövés nélküli kelmék előállítására is, amelynek segítségével igen jó minőségű, az elektrokémiai elemekhez alkalmazható szeparátor lemezeket állíthatunk elő. A találmány szerinti eljárás során a kártfátylat olyan hőmérsékleten préseljük, amely a szálak olvadási és lágyulási pontjánál alacsonyabb, így nem következik be az anyag tulajdonságainak leromlása, a fátyol porozitásának romlása és a szilárdsági értékek csökkenése. A találmány szerinti eljárással előállított préselt szeparátor anyag és áteresztőképessége nagyobb, kémiai és fizikai behatásokkal szembeni érzékenysége kisebb, mint az egyéb eljárásokkal előállított termékeké. A találmány szerinti, elemekhez alkalmazható szövés nélküli szeparátor egy kártfátyoi, amelyet hőre lágyuló, lényegében rendezett, párhuzamosan fektetett és préselt szálakból alakítunk ki, az érintkezési pontokon is megőrizve az anyag előnyös tulajdonságait. A préselt anyag az elektrolittal szemben jó kémiai ellenállóképességet mutat és porozitása egyenletes. A szövés nélküli kelme kívánt vastagságának, porozitásának és szilárdságának elérése céljából számításba kell venni néhány tényezőt. így például lényeges a szálak elhelyezkedési iránya, a szálak vastagsága és mennyisége. A szálak lehetnek egyenesek, előnyösen azonban hullámosítottak (pl. cikk-cakk alakban), csavar-vonalúak, enyhén hullámosítottak stb. A szálak általában nem meghatározott szögekben helyezkednek el, ezáltal a kereszteződési és érintkezési pontok száma megnövekszik és egyúttal a préselt termék szilárdsága is nagyobb lesz. A kelmében lévő szálak többsége lényegileg rendezetlen, párhuzamosan, de 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2