164896. lajstromszámú szabadalom • Szövés nélküli hőre lágyuló műszál szeparátor elektrokémiai elemekhez, és eljárás annak előállítására
5 164896 6 átfedéssel helyezkedik el. Ez azt jelenti, hogy hozzávetőlegesen 67-97%-ban, előnyösen 90-97%-ban lényegében egymással párhuzamosan helyezkednek el a szálak, minden egyes szál azonban változóan, de legfeljebb 30°-kal, előnyösen legfeljebb 10°-kai eltér a párhuzamostól. Abban az esetben, amikor a szálak hullámosítottak, csavar-vonal alakúak, vagy enyhén hullámosítottak, ez már eleve meghatározza a szálírányítást, így legnagyobb részük bizonyos szögben helyezkedik el a többi szálhoz képest. A szálaknak ez az elhelyezkedése a szeparátort alkalmassá teszi arra, hogy ellenálljon a nagy nyomásnak, amely az elem különböző működési ciklusaiban lép fel, különösen, ha a szeparátor egy része_eltömődik az áramfejlesztés során az elektródról leváló nagymennyiségű szemcsével. Az irányított szálfektetés következtében, a kereszteződési pontokban a préselés útján kialakított kötések révén mind hossz- mind pedig keresztirányban megfelelő szilárdságot tudunk kialakítani, így a szövés nélküli kelmében nem ébrednek különböző feszültségek. A többségben egyirányban elhelyezett szálakból kialakított kártfátyol tehát egységes porozitást mutat, ami nem érhető ei a szálak rendszertelenül történő fektetésével. Az előbbieken túlmenően legfontosabb, hogy az ilyen, többségében egyirányban elhelyezkedő szálak esetében a szerkezet préselés, tömörítés következtében alakuljon ki: erre a későbbiekben még részletesebben kitérünk. A szövés nélküli kelméből készített szeparátor előnyösen kis pórusokkal és viszonylag nagy nyitott felülettel rendelkezik (vagyis a terület nagy százalékát nem foglalják el a szálak) és ennek megfelelően nagy az üregek összíérfogata (azaz a szálak által el nem foglalt térfogat százaiéka). Az ilyen anyag nagy áramlási kapacitást biztosít, lehetővé teszi az elektrolit gyors átengedését és a töltési vagy áramfejlesztési ciklusban a keletkezett gáz gyors, egyik oldalról a másik oldalra való áramlását. Az elemek szeparátoraiban a pőrusnagyság 5-35 mikron nagyságrendű, a szabad felület kb. 25-60%, az üregek összíérfogata 50-90%. E három tényező egyben a termék áteresztő képességét is meghatározza, melyet rendszerint az átáramló levegő felületegységre eső mennyiségével fejeznek ki 1,27 cm vizoszlopnyomásnál. A zsugorított anyag porozitása oiyan, hogy áteresztőképessége 0,073-0,34 m3 .j. perc/m2 , 1,27 cm vízoszlop nyomásnál. Ez az érték a legtöbb elektrokémiai elemben történő alkalmazáshoz megfelelő. Meg kell jegyezni, hogy a zárt és a levegőztetett cellákkal szemben más és más követelményeket támasztanak és a szeparátor anyag megválasztásánál ezeket is tekintetbe kell venni. A zárt cellák esetében nagymennyiségű gáz fejlődik, melyet a szeparátornak át kell engednie, a fellépő nyomáskülönbségek miatt tehát előnyös, ha a szeparátor az áramlással szemben kevésbé ellenálló az ilyen celláknál, mint a szellőztetett celláknál. Az ilyen szeparátor előállításánál a pórus nagyságot 20 mikron felettire, a szabad felületet 35% felettire és a iegáteresztést 0,13 m3 X perc/m2-re 1,27 cm vízoszlopnyomáson alakítottuk ki. A fenti paraméterekkel, vagy azoknál alacsonyabbakkal és 0,008 in3 j. perc/m 2 áteresztőképességgel (1,27 vizoszlopnyomásnál) rendelkező szeparátor a nyitott, szellőző celláknál alkalmazható, ahol leginkább az ionos elektrolit átengedése a kritikus tényező. A megfelelő pórusnagyság az alkalmazott szálak vastagságának és számának gondos megválasztásával érhető el. Nagymennyiségű, vagy viszonylag kis vastagságú szálak alkalmazása előnyös, a megengedettnél nagyobb szórás az előállítás során rossz irányban befolyásolja a porozitást, a nagyobb átmérőjű szálak többségének nem megfelelő elhelyezkedésével. A nagyobb mennyiségű szál alkalmazása a szövés nélküli kelme szilárdsági értékeit növeli. Ugyancsak lényeges a szálhosszúság, melyet szintén gondosan kell megválasztanunk, különös tekintettel a szálak rendezetlen elhelyezkedésére. A szálhosszúság 1,27—7,62 cm lehet, a vastagság pedig 1,5—8,0 denier, a szálsűrűség 50-1500 szál/cm2. Az előbbi tulajdonságokkal rendelkező szálak megfelelőnek bizonyultak. Vékonyabb, 1,5-3 denier-es 700-1500 szál/cm2 sűrűségben alkalmazva a szálak erősebb, egyenletesebb kelmét biztosítanak, amely az előbbinél még előnyösebb. Ahol finomabb szálakat alkalmazunk és követelmény a finomabb porozitás, a száísűrűséget kb. 3500 szál/cm2 -re állítjuk be. A kártfátyol g/m2 súlya a szálak megválasztásakor a fenti paraméterek figyelembevételével automatikusan ellenőrizhető, így pl. a fenti értékeket figyelembe véve 6-96 g/m2 súlyú terméket kapunk. Amint ezt már az előzőekben ismertettük, az elemek szeparátorainak vastagsága lényegesen befolyásolja a hatékonyságot és az elektrokémiai cellában fejlesztett áram mennyiségét. A találmány szerinti, szövés nélküli kelméből készített szeparátor nagy szilárdsága lehetővé teszi, hogy vékonyabbra készítsük, mint az eddig ismeretes szeparátorokat, a nagyobb szilárdság biztosítása mellett. Ismeretes, hogy a vékony, jó áteresztőképességű anyag gyakran kisebb ellenállású az elektrolit áramlásával szemben, mint a vastagabb változat. A töltési és üzemeltetési ciklusban a találmány szerinti szeparátor alkalmazásával javítható az elem hatásfoka. A szövés nélküli kelméből álló szeparátort 0,05 mm vastagságban is előállíthatjuk, előnyösebb azonban az 1,3 mm-es vagy ennél nagyobb vastagság. A célnak általában a 0,25 mm-es vastagság a leginkább megfelelő. A préselt, szövés nélküli kelmét előállíthatjuk bármely hőre lágyuló gyantából húzott szálból, mely az elemben az elektrolit által okozott korróziós hatásnak ellenáll. Ilyen anyagok pl. a polivinilklorid, a polivinilklorid kopolimerjei, mint pl. vinion, polivinilalkohol, polivinilacetát, polietilén, polipropilén, nylon, teflon (politetrafiuoretilén), módosított akrilszármazékok, mint Dynel, Cresslan, Verel kereskedelmi elnevezéssel forgalmazott termékek, poliakrilszálak, így pl. Orion, Akril 500 és Dralon néven forgalmazott termékek alkalmasak. Bár a találmány szerinti szövés nélküli kelmék bármely hőre lágyuló anyagból előállíthatók, és alkalmazhatók bármely elektrokémiai elemhez, a legmegfelelőbb anyagot meghatározott elemekhez esetenként kell megválasztanunk. A polipropilén, polietilén, nylon és teflon pl. kiemelkedően jó ellenállást mutat a kémiai behatásokkal szemben nikkel-kadmium, vagy ezust-kadmium, vagy egyéb lúgos elemek esetében, ha az elektrolit káliumhidroxid. Polipropilén, polietilén és nylon 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3
