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Title:
ELECTRODE MATERIAL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/090196
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a method for producing an electrode material for gas diffusion layers, to the electrode material thereby produced and to its use.

Inventors:
SCHWEISS RÜDIGER-BERND (DE)
MEISER CHRISTIAN (DE)
CAZIMIR DANA (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/079620
Publication Date:
May 05, 2022
Filing Date:
October 26, 2021
Export Citation:
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Assignee:
SGL CARBON SE (DE)
International Classes:
H01M4/86
Foreign References:
US20030161781A12003-08-28
US20190006682A12019-01-03
JP2007268735A2007-10-18
EP1328947B12006-12-20
US7144476B22006-12-05
EP1502992A12005-02-02
EP2089925B12014-10-01
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Claims:
Patentansprüche

1 . Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmatenals für Gasdiffusionsschich- ten umfassend folgende Schritte: a) Bereitstellen von mindestens einer Lage Fasergebilde, b) Bereitstellen von mindestens einer Lage thermoplastischen Materials, c) Stapeln der mindestens einen Lage Fasergebilde aus Schritt a) mit der mindestens einer Lage thermoplastischen Materials aus Schritt b), d) Verbinden der gestapelten Lagen aus Schritt c) durch Anwenden eines Drucks von 2 bis 80 bar und einer Temperatur von 70 bis 280 °C zu einem Verbundmaterial, und e) Karbonisieren des Verbundmaterials aus Schritt d) bei Temperaturen von 1400 bis 2500 °C unter Schutzgasatmosphäre.

2. Verfahren nach Anspruchl , wobei die mindestens eine Lage Fasergebilde aus Schritt a) ein Carbonfaservlies oder Carbonfasergewebe ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Lage Faserge- bilde aus Schritt a) eine Dicke von 50 bis 400 μm aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das thermoplastische Material der min- destens einen Lage aus der Schritt b) aus der Gruppe Polyethylen Polypro- pylen, Ethylen-Vinylacetat- Copolymere, Polyvinylbutyral, Celluloseacetat, Polyvinylalkohol, Vinylpyrrolidon-vinylacetat-Copolymere, Styrol-Maleinsäure- anhydrid-Copolymere oder thermoplastische Elastomere, bevorzugt Polyethy- len, Polyvinylbutyral oder Celluloseacetat ausgewählt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, wobei die mindestens eine Lage des ther- moplastischen Materials aus Schritt b) als Folie oder textiles Gebilde ausge- bildet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die mindestens eine Lage des thermo- plastisches Materials eine Dicke von 10 bis 300 μm aufweist. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die mindestens eine Lage des thermo- plastischen Materials mit karbonisierbaren Harzen und/oder Kohlenstoffma- terialien beschichtet ist. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die karbonisierbaren Harze aus der Gruppe Phenolharze, Melaminharze, Resorcinol-Formaldehydharze, Phenol- modifizierte Kohlenwasserstoffharze, Benzoxazinharze, Cyanesterharze, Vinylesterharze, Furanharze, Polyimide, Polyoxadiazol, oder Polyacrylnitrile ausgewählt sind. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Kohlenstoffmaterialen aus der Gruppe Melasse, Bitumen, Steinkohlenteerpech, Graphit, Ruß, Aktivkohle, gemahlene bzw. geschnittene Carbonfasern oder Kokspartikel ausgewählt sind. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die mindestens eine Lage des thermo- plastischen Materials zusätzlich mit Vernetzungsadditiven beschichtet ist. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Vernetzungsadditive aus der Gruppe organische Peroxide, Dialdehyde, Diamine oder UV- vernetzende Polymere ausgewählt sind. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei in Schritt d) der Verbund zusätzlich mit ionisierender Strahlung oder UV-Strahlung bestrahlt wird. Elektrodenmatenal hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 12. Elektrodenmaterial nach Anspruch 12, wobei das Elektrodenmatenal eine Dicke von 50 bis 500 μm aufweist. 16 Verwendung des Elektrodenmaterials gemäß Anspruch 13 oder 14 in Poly- merelektrolytbrennstoffzellen, in Phosphorsäurebrennstoffzellen, mikrobiellen Brennstoffzellen, elektrochemischen Reaktoren, Sauerstoffverzehrkatoden, Metall-Luft-Batterien, PEM-Elektrolyseuren oder Batterien.

Description:
ELEKTRODENMATERIAL

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenma- terials für Gasdiffusionsschichten, das mit diesem Verfahren hergestellte Elektroden- material sowie dessen Verwendung.

Gasdiffusionsschichten (englisch: Gas Diffusion Layers, GDLs) sind hochporöse, leitfähige Materialien auf Basis von Kohlenstoff oder Metallen und werden vor- nehmlich in Polymerelektrolytbrennstoffzellen (PEMFCs), Metall-Luft-Batterien, elektrochemischen Reaktoren und Elektrolyseuren eingesetzt. Als Gasdiffusions- elektroden (GDEs) werden GDLs bezeichnet, welche zusätzlich elektrokatalytisch wirksame Bestandteile enthalten.

Kernaufgabe der GDL ist die Versorgung der elektrochemisch aktiven Schichten mit gasförmigen bzw. flüssigen Brennstoffen (Wasserstoff, Methanol) und mit Oxi- danten (Sauerstoff) sowie die Ableitung von Strom und Wärme bzw. der Abtrans- port von Reaktionsprodukten. Kohlenstoffbasierte GDLs weisen in der Regel ein makroporöses, Carbonfasern umfassendes Elektrodenmaterial auf, welches mit Fluorpolymeren hydrophobiert und einseitig mit einer mikroporösen Schicht (engl. micro-porous layer, MPL) aus Kohlenstoffpartikeln und Fluorpolymeren (in der Re- gel Polytetrafluorethylen, PTFE) versehen ist. Die MPL penetriert zum Teil in das makroporöse Elektrodenmaterial.

Die makroporösen Elektrodenmaterialien werden entweder durch Weben von Koh- lenstoffasern oder durch Vliesstoffprozesse (Trocken- bzw. Nassvliestechnologie) hergestellt. Heutige GDLs basieren fast ausschließlich auf Vliesstoffen aus Carbon- fasern, während die Gewebe nur noch eine untergeordnete Rolle spielen.

Zur Herstellung von GDL-Elektrodenmaterialien wird entweder ein Primärvlies aus Carbonfasern und Bindern erzeugt oder es wird ein Primärvlies aus Carbonfaser- prekursoren erzeugt und dieses Vlies wird anschließend karbonisiert. In der industri- ellen Praxis verwendet man im Wesentlichen folgende 2 unterschiedliche Verfahren zur Herstellung von Primärvliesen:

A) Trockenlegen von Vliesen aus Prekursorfasern: Hier werden Vliese aus gekräuselten Stapelfasern aus Polyacrylnitril (PAN) bzw. aus oxidiertem Polyacrylnitril mit einem typischen Fasertiter von 0.8 bis 4 dtex und einer Faserlänge von 30 bis 70 mm unter Anwendung der Wasser- strahlverfestigung (Spunlace-Technologie) hergestellt. Diese Vliese werden dann weiter zu Carbonfaservliesen karbonisiert, wobei bei Verwendung von PAN als Prekursorfaser eine vorherige thermische Stabilisierung erfolgt. Die Karbonisierung bewirkt einen Schrumpf des Vlieses um ca. 10 bis 15 %.

B) Nassvliestechnologie (Papierherstellung) mit Kurzschnitt-Carbonfasern Hier werden Kurzschnitt-Carbonfasern aus Polyacrylnitril (PAN) mit einer typi- schen Faserlänge von 3 bis 15 mm dispergiert und mittels einer Schrägsieb- Papiermaschine unter Zuhilfenahme von Bindefasern bzw. von wässrigen Dispersionen von Binderpolymeren zu Vliesen verarbeitet. Anschließend er- folgt optional eine Imprägnierung mit karbonisierbaren Harzen und eine Här- tung der Harzmatrix mit anschließender Karbonisierung.

EP1328947B1 beschreibt einen Prozess auf Basis von Verfahren A mit gekräusel- ten, präoxidierten Polyacrylnitril-Stapelfasern aufweisend eine Länge von 40 bis 80 mm unter Zusatz von Bindefasern auf Basis von Polyvinylalkohol. Letztere verfließen durch die Einwirkung von Temperatur und Feuchtigkeit (Wasserstrahl- verfestigung). Diese Primärvliese werden mittels Kalander verdichtet und an- schließend karbonisiert.

Routen nach Verfahren B basieren auf Kurzschnitt-Carbonfasern aufweisend eine Länge von 6 bis 12 mm, welche mittels thermoplastischen Bindern zu einem Papier verarbeitet werden. Diese Primärvliese („Papiere") haben in der Regel eine niedrige Grammatur (< 30 g/m 2 ) und sind mechanisch weniger stabil. Zur Verbesserung der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit und zur Erhöhung der Festigkeit werden diese mit karbonisierbaren Harzen, z.B. Phenolharzen, imprägniert und nochmals karbonisiert (US7144476B2).

EP1502992A1 beschreibt eine Methode auf Basis von Verfahren B (Papierprozess) mit Kurzschnitt-Carbonfasern und unter Verwendung von fibrillierten bzw. gemah- lenen Polyacrylnitrilfasern als Bindesubstanz. Letztere werden in die Faserstoff- suspension zudosiert. Nach der Bildung des Vliesstoffes erfolgt eine Verdichtung der Bahn unter Wärmeeinwirkung mittels Doppelbandpressen.

Herstellungsverfahren gemäß EP 2089925B1 nutzen Trocken- bzw. Nasslegepro- zesse, bei welchen der Binder in unter anderem Form von ungehärteten Phenol- harzfasern (beispielsweise Novoloid® (ungehärtete Phenolharzfasern)) eingebracht wird. Durch thermische Vernetzung unter Druckeinwirkung mit anschließender Kar- bonisierung wird ein Elektrodenmatenal erhalten.

Brennstoffzellen für den automobilen Einsatz erfordern aufgrund des beschränkten Bauraums und der hohen Stromdichten zunehmend dünnere Gasdiffusionsschichten (< 200 μm) mit hohen Anforderungen bezüglich Dickentoleranzen und Homogenität. Dies hat damit zu tun, dass diese Brennstoffzellenstapel aus bis zu 400 Einzelzellen bestehen, und damit bei relativ hohen Dickenschwankungen der GDL (im Vergleich zu den restlichen Komponenten) Probleme bezüglich gleichmäßiger Kompression und Stapeldimensionierung auftreten können.

Nachteilig an dem Verfahren B ist, dass vor allem bei Carbonfaser-Papieren Impräg- nierprozesse im Anschluss an den Papierherstellungsprozess erforderlich sind, wel- che zusätzliche Prozessschritte und Kostenfaktoren erfordern. Dies betrifft insbeson- dere den Aufwand für das Dispergieren und die Trocknung und die längeren Pro- zesszyklen. Zudem könnend die Imprägnierprozesse zum Teil zu Inhomogenitäten führen, falls die Imprägnierung mit Füllstoffen oder Binderharzen ungleichmäßig er- folgt. Darüber hinaus ermöglichen klassische Herstellverfahren ohne Verdichtung des imprägnierten Materials keine Herstellung von dünnen Substraten mit ausreichender mechanischer Stabilität, da der Faservolumenanteil zu gering ausfällt. Ein hoher Fa- seranteil bzw. ein geringer Binderanteil ist erwünscht, da im Brennstoffzellenbetrieb bevorzugt an der Bindermatrix eine Wasserakkumulation erfolgen kann, welche nach- teilig ist, da diese die Leistung der Zelle herabsetzt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials für Gasdiffusionsschichten mit geringer Dicke bereitzustellen, welches die Nachteile, von zusätzlichen Prozessschritten und somit Kosten verhindert.

Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Elektrodenmatenals für Gasdiffusionsschichten gelöst, wel- ches folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellen von mindestens einer Lage Fasergebilde, b) Bereitstellen von mindestens einer Lage thermoplastischen Materials, c) Stapeln der mindestens einen Lage Fasergebilde aus Schritt a) mit der min- destens einer Lage thermoplastischen Materials aus Schritt b) d) Verbinden der gestapelten Lagen aus Schritt c) durch Anwenden eines Drucks von 2 bis 80 bar und einer Temperatur von 70 bis 280 °C zu einem Verbundmaterial, und e) Karbonisieren des Verbundmaterials aus Schritt d) bei Temperaturen von 1400 bis 2500 °C unter Schutzgasatmosphäre.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass keine Imprägnie- rungsschritte des Fasergebildes in der weiteren Herstellung des Elektrodenmate- rials notwendig sind, so dass ein einfacheres und kostengünstigeres Verfahren zur Verfügung gestellt wird. Der Grund hierfür liegt darin, dass durch die Bildung eines Verbundes aus mindestens einer Lage Fasergebilde und mindestens einer Lage thermoplastischen Materials, durch das Verbinden der Lagen unter Temperatur- und Druckeinwirkung zu einem Verbundmaterial, das thermoplastische Material in das Fasergebilde eindringt und so eine Imprägnierung überflüssig wird. Weiterhin wird das thermoplastische Material mit karbonisierbaren Harzen und/oder kohlen- stoffbasierten Füllstoffen ausgerüstet, wodurch die Porosität des karbonisierten Material eingestellt werden kann. Darüber hinaus ist das beschriebene Elektroden- material stabiler und weist einen höheren Faservolumengehalt auf. Das erfindungs- gemäße Verfahren kann sowohl als kontinuierlicher oder Batch-Prozess ausgeführt werden. Im kontinuierlichen Verfahren (Rolle-zu Rolle-Verfahren) werden Bahnen von Fasergebilden und thermoplastischen Materialien verwendet. Im Batch-Pro- zess wird hingegen Plattenware verwendet. Bevorzugt wird der kontinuierliche Prozess, da so Prozesszeiten verringert werden. Das in Schritt c) beschriebene Stapeln der Lagen kann in jeglicher Reihenfolge erfolgen, wobei die Anzahl der La- gen nicht begrenzt ist. Bevorzugt werden jedoch zwei und drei-Lagen. Durch die Hitze und Druckeinwirkung in Schritt d), welche mittels Doppelstempelpressen, Ka- schieranlagen, Doppelbandpressen oder Kalandrieren wird der Verbund erhalten. Bei dem in Schritt e) verwendeten Schutzgas kann jedes beliebige Schutzgas, wie beispielsweise Argon oder Stickstoff verwendet werden.

Im Rahmen der Erfindung werden unter Fasergebilden Vliesstoffe aus Kurzfasern oder Stapelfasern verstanden, wobei auch, Fasergewebe zu den Fasergebilden zählen. Kurzfasern weisen eine Länge von 1 mm - 20 mm und Stapelfasern eine Länge von 30-80 mm auf. Bei Geweben handelt es sich um textile Flächengebilde, wobei diese mindestens zwei Fadensysteme aufweisen, die nicht parallel verlaufen und sich somit kreuzen. Unter einem Vliesstoff versteht man ein Gebilde aus Kurz- fasern oder Stapelfasern, welche durch Nasslegen bzw. Trockenlegen hergestellt werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die mindestens eine Lage Fasergebilde aus Schritt a) ein Carbonfaservlies oder ein Carbonfasergewebe. Die Carbonfaser- vliese können mittels verschiedener Verfahren, wie Meltblown, Spunlace oder Nasslegeverfahren, erhalten werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die mindestens eine Lage des Faser- gebildes eine Dicke von 50 μm bis 400 μm, bevorzugt 100 μm bis 250 μm auf. Bei einer Dicke von kleiner als 50 μm ist das Fasergebilde zu instabil, so dass das Handling erschwert wird und bei größer als 400 μm Dicke des Fasergebildes ist die Verdichtung erschwert. Der Dickenbereich von 100 μm bis 200 μm ist bevorzugt, da hier das Verhältnis von Stabilität und Verdichtungsmöglichkeit besonders günstig ist.

Erfindungsgemäß wird die mindestens eine Lage thermoplastischen Materials aus Schritt b) aus der Gruppe Polyethylen (Low Density Polyethylen (LDPE), High Density Polyethylen (HDPE)), Polypropylen (PP), Ethylen-Vinylacetat-Copolymere (EVA), Polyvinylbutyral (PVB), Celluloseacetat (CA), Polyvinylalkohol (PVA), Vi- nylpyrrolidon-vinylacetat-Copolymere, Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymere (Styrol-Maleinsäureanhydrid (SMA)) oder thermoplastische Elastomere (thermo- plastische Polyolefine (TPO), Styrolblockcopolymere (TPS)), bevorzugt Polyvinyl- butyral, Celluloseacetat oder Polyvinylalkohol ausgewählt. Bevorzugt sind Poly- mere mit Hydroxyl- oder Anhydridgruppen, da diese Kondensationsreaktionen mit Harzen eingehen oder selbst zu Vernetzungsreaktionen befähigt sind.

Vorteilhafterweise ist das thermoplastische Material als Folie oder textiles Gebilde ausgebildet. Folie und textiles Gebilde werden bevorzugt, da es sich um bahnförmi- ges Material handelt, so dass das Verfahren als kontinuierliches Verfahren ausge- führt werden kann.

Vorteilhafterweise weist das thermoplastische Material eine Dicke von 10 μm bis 300 μm auf, bevorzugt von 20 μm bis 75 μm. Thermoplastisches Material mit einer Dicke kleiner als 10 μm ist kommerziell nicht verfügbar und dicker als 300 μm ver- ringert die Stabilität des Substrates und die Verdichtung wird verschlechtert. Der Bereich 50 μm bis 250 μm ist bevorzugt, da sich hier ein bevorzugtes Verhältnis von Fasergebilde zu thermoplastischem Material ergibt. In einer weiteren vorteilhaf- ten Ausführungsform ist die mindestens eine Lage thermoplastischen Materials mit karbonisierbaren Harzen und/oder Kohlenstoffmatenalien beschichtet. Durch die Beschichtung wird die Kohlenstoffausbeute erhöht., denn die karbonisierbaren Harze wandeln sich bei der Karbonisierung in Kohlenstoff um. Die Harze und Koh- lenstoffmatenalien können in Form von Pulvern, Suspensionen, Dispersionen oder Lösungen vorliegen. Suspensionen, Dispersionen oder Lösungen können durch Tauchbeschichtung, Besprühen, Siebdruck, Rakeln, Curtain-Coating, Walzenauf- trag, Prepreg-Technologie oder Inkjet-Drucken aufgebracht werden. Pulverförmige Stoffe können durch Aufstreuen aufgetragen werden. Durch die Beschichtung kön- nen die mechanischen Eigenschaften des Elektrodenmatenals gesteuert werden und auch die Beschichtung trägt dazu bei, dass ein Imprägnierungsschritt in der weiteren Herstellung des Elektrodenmaterial nicht erforderlich ist. Vorteilhafterweise werden die Harze aus der Gruppe Phenolharze, Melaminharze, Resorcinolharze, Cyanesterharze, Vinylesterharze ausgewählt

Diese Harze weisen eine besonders hohe Kohlenstoffausbeute auf.

Vorteilhafterweise werden die Kohlenstoffmaterialen aus der Gruppe Melasse, Bitu- men, Graphit, Ruß, Aktivkohle, gemahlene Carbonfasern, Steinkohlenteerpech oder Kokspartikel ausgewählt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Beschichtung Vernet- zungsadditive (1 -5% bezogen auf den Anteil an thermoplastischem Material). Durch die Vernetzungsadditive wird die Kohlenstoffausbeute der thermoplastischen Kom- ponenten erhöht und dadurch wird ein Elektrodenmaterial mit verbesserter Stabilität und Leitfähigkeit erhalten.

Vorteilhafterweise werden die Vernetzungsadditive aus der Gruppe organische Per- oxide, Dialdehyde, Diamine oder UV- härtbare Polymere ausgewählt.

Diese Vernetzungsadditive weisen eine besonders hohe Kohlenstoffausbeute auf.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Verbund in Schritt d) zu- sätzlich mit ionisierender Strahlung oder UV-Strahlung bestrahlt.

Hierdurch kann die Kohlenstoffausbeute erhöht werden, was eine höhere Leitfähig- keit des Elektrodenmaterials erzeugt.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Elektrodenmaterial, wel- ches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist.

Der Vorteil des Elektrodenmatenals ist, dass dieses eine besonders glatte Oberflä- che aufweist, so dass Kontaktwiderstände innerhalb der Zelle verringert werden. Darüber hinaus wird durch den hohen Faservolumengehalt des Elektrodenmatenals zum einen die Wasserakkumulation deutlich verringert, so dass die Zelle eine hö- here Leistung aufweist und zum anderen die thermische und elektrische Leitfähigkeit erhöht, was ebenfalls zu einer höheren Leitung der Zelle führt. Der höhere Faservo- lumengehalt bewirkt zusätzlich eine höhere Steifigkeit bzw. einen höheren Schermo- dul des Materials. Daraus resultiert eine geringere Intrusion des Elektrodenmatenals in die Flußkanäle der Bipolarplatte in der Zelle. Dies hat den Vorteil, dass wiederum Kontaktwiderstände reduziert werden und weniger Flüssigwasseranreicherung in den Flußkanälen der Bipolarplatten erfolgt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Elektrodenmaterial eine Dicke von 50 μm bis 500 μm, bevorzugt von 70μm bis 200 μm auf. Gemäß ei- ner noch weiter bevorzugten Ausführungsform weist das Elektrodenmatenal eine Dichte von 0,1 g/cm 3 bis 0,6 g/cm 3 , bevorzugt 0,15 g/cm 3 bis 0,40 g/cm 3 auf. Die ge- wählten Dicken des Elektrodenmatenals bedingen die gewünschte Stabilität und die gewählten Dichten des Elektrodenmatenals sorgen für einen Porenraum, der für die GDL von Bedeutung ist.

Ein noch weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des Elektrodenmaterials in Polymerelektrolytbrennstoffzellen, in Phosphorsäurebrenn- stoffzellen, mikrobiellen Brennstoffzellen, elektrochemischen Reaktoren, Sauer- stoffverzehrkatoden, Metall-Luft-Batterien, PEM-Elektrolyseuren oder Batterien.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen be- schrieben.

Figur 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren

Figur 2 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren

Figur 3 zeigt ein thermoplastisches Material mit Beschichtung

Figur 4 zeigt ein Substrat mit zwei Lagen

Figur 5 zeigt ein Substrat mit drei Lagen

Figur 6: zeigt ein Substrat mit drei Lagen

Figur 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren. Zunächst wird eine thermoplastische Folie (1 ) mit einer Dispersion (2) beschichtet und dadurch eine Folienbahn mit einer Beschichtung (4) erhalten. Zwei Folienbahnen mit Beschichtung (4) werden mit einem Carbonfaservlies (6) zu einem Verbund (9) mittels mehrerer Heißkalander oder Bandpressen (7,8) vereinigt. In einem folgenden Schritt wird der Verbund (9) anschließend in einem kontinuierlichen Ofen (10) unter Schutzgasatmosphäre zu einem Elektrodenmaterial (11 ) karbonisiert.

Figur 2 zeigt zusätzlich die Vernetzung des thermoplastischen Polymers durch ioni- sierende oder UV-Strahlung (12).

Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes beschichtetes thermoplastisches Material (4), wobei die Beschichtung (5) auf dem thermoplastischen Material (1 ) aufgebracht ist.

Figur 4 zeigt ein erfindungsgemäßes zwei-lagiges Elektrodenmaterial, wobei die Be- schichtung (5) des thermoplastischen Materials (1 ) an die Lage Carbonfaservlies (6) angrenzt.

Figur 5 zeigt ein erfindungsgemäßes, 3-lagiges Elektrodenmaterial, wobei die Schichtreihenfolge thermoplastisches Material (1 ) mit einer Beschichtung (5), Car- bonfaservlies (6), thermoplastisches Material (1 ) mit einer Beschichtung (5) ist und die Beschichtung (5) jeweils an das Carbonfaservlies (6) angrenzt.

Figur 6 zeigt ein erfindungsgemäßes, 3-lagiges Elektrodenmaterial, wobei die Schichtreihenfolge Carbonfaservlies(6), thermoplastisches Material mit Beschichtung (5) , Carbonfaservlies (6) ist.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen er- läutert, wobei die Ausführungsbeispiele keine Einschränkung der Erfindung darstel- len.

Die Herstellung eines Prothesenbauteils kann wie unten beschrieben erfolgen.

Ausführungsbeispiel 1

1 ,5 Teile Novolak-Phenolharz (Bakelit, Hexion) und 1 Teil synthetischer Graphit (d50 =4 μm) werden in 1 ,5 Teilen Ethanol gelöst bzw. suspendiert. Mittels Rakelverfahren wird diese viskose Dispersion auf eine Polyvinylbutyralfolie (Trosifol®,Kuraray, 50μm) beschichtet (Nassfilmdicke 40 μm). Anschließend wird mittels einer Heißpresse (160°C, 5 bar) ein Verbund aus 2 Lagen der beschichteten Polyvinylbutyralfolie und einem Carbonfaservlies (23 g/m 2 ) hergestellt (Schichtfolge: Folie I Carbonfaservlies I Folie). Dieser Verbund wird anschließend in Schutzgasatmosphäre bei einer Tem- peratur von 1400°C karbonisiert.

Ausführungsbeispiel 2

150 g Novolak-Phenolharz (Bakelit PF0227 SP, Hexion), 100 g gemahlene Kohlen- stofffasern (Sigrafil® CM80, SGL Carbon) und 100 g phenolmodifiziertes Inden- Cumaronharz (Novares CA80, Rütgers) werden in 150 g Aceton gelöst bzw. suspen- diert. Mittels Rakelverfahren wird diese viskose Dispersion auf eine Polyvinylbutyral- folie (Trosifol®, Kuraray, 50 μm) beschichtet (Nassfilmdicke 50 μm). Anschließend wird mittels einer Heißpresse ein Verbund aus 2 Lagen der beschichteten Polyvinyl- butyralfolie und einem Carbonfasergebilde (23 g/m 2 ) hergestellt (Schichtfolge Folie I Carbonfasergebilde I Folie). Dieser Verbund wird anschließend in Schutzgas- atmosphäre bei einer Temperatur von 1400°C karbonisiert.

Ausführungsbeispiel 3

Auf einem Deskcoater wird eine Polyethylenfolie (HDPE, 50 μm, Folienwerk Lahr) mit einer Dispersion aus Phenolharz (10 Teile), Azetylenruß (5 Teile) in Isopropanol (18,5 Teile) beschichtet und bei 80 °C getrocknet. Die Auftragsmenge betrug 10 g/m 2 . Mittels eines Heißkalanders (180 °C, 10 bar) wird ein Verbund aus einer Lage Carbonfasergebilde (23 g/m 2 ) zwischen 2 Lagen der beschichteten Folie herge- stellt, wobei die Beschichtung jeweils zum Carbonfasergebilde orientiert ist. An- schließend erfolgt eine Karbonisierung bei 1700 °C in Schutzgasatmosphäre.

Ausführungsbeispiel 4

Mittels einer kontinuierlichen Presse (140 °C, 5 bar) wird eine Lage Carbonfaservlies (18 g/m 2 ) und beidseitig mit je einer Folie auf Basis von Ethylen-Vinylacetat-Copoly- mer (TecWeb®, 20) kaschiert. Anschließend erfolgt eine Elektronenbestrahlung (Do- sis 150 Gy) zur Vernetzung des Polymers. Der Verbund wird anschließend in Schutzgasatmosphäre bei einer Temperatur von 1750 °C karbonisiert.

Die folgende Tabelle zeigt eine Zusammenfassung der Ausfahrungsbeispiele.

Folgende Tabelle zeigt die physikalischen Eigenschaften der Ausführungsbeispiele im Vergleich zu kommerziellen Referenzmatenalien auf Basis von etablierter Tech- nologie (Sigracet® GDL 29 AA und Sigracet® GDL 28 AA). Es zeigt sich, dass die

Elektrodenmaterialen gemäß der Erfindung bei geringerer Dicke vergleichbare Ei- genschaften wie die Referenzmaterialien aufweisen. Der flächenspezifische Wider- stand wurde gemäß DIN 51911 -1997 gemessen und die Biegesteifigkeit längs und quer gemäß ISO 5628- 2019

*DIN 51911

**ISO 5628

Bezugszeichenliste

(1 ) Thermoplastische Folie

(2) Dispersion

(3) Rolle

(4) Thermoplastisches Material mit Beschichtung

(5) Beschichtung

(6) Carbonfaservlies

(7) Heißkalander oder Bandpressen

(8) Heißkalander oder Bandpressen

(9) Verbund

(10) Ofen

(11 ) Elektrodenmaterial

(12) Ionisierende oder UV-Strahlung