AT389020B

AT389020B - Brennstoffzelle

Info

Publication number: AT389020B
Application number: AT0215286A
Authority: AT
Inventors: Peter Dipl Ing Dr Schuetz
Original assignee: Peter Dipl Ing Dr Schuetz
Priority date: 1986-08-08
Filing date: 1986-08-08
Publication date: 1989-10-10
Also published as: ATA215286A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzelle, insbesondere Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle, mit Endplatten, einer Anoden- und einer Kathodenenelektrode, die beide in innigem Kontakt mit den Oberflächen einer zwischen diesen Elektroden angeordneten hydratisierten ionenaustauschenden Membrane als Festelektrolyt stehen und Einrichtungen zum Zuführen von Brennstoffgas zur Anode und einem oxidierenden Gas zur Kathode.

Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird im folgenden auf eine 1-12/02-Brennstoffzelle Bezug genommen, in der der Brennstoff Wasserstoff und das Oxidationsmittel reiner Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiger Luftstrom ist. Die Erfindung ist jedoch auch auf andere Brennstoffzellen unabhängig von den Reaktanten anwendbar, wie z.

B. aufH/ClH/Br-und andere Brennstoffzellen.

Elektrochemische Brennstoffzellen, die Energie durch die elektrochemische Umsetzung eines Brennstoffes, wie Wasserstoff und eines Oxydationsmittels, wie Sauerstoff, an der Oberfläche katalytischer Elektroden erzeugen, die durch eine ionentransportierende Membran voneinander getrennt sind, sind gut bekannt. Auch sind Brennstoffzellenbatterien, in denen eine Vielzahl von Zellen mittels bipolarer Platten in Reihe verbunden sind, die die einzelnen Zellen trennen, bekannt. Eine solche Brennstoffzellenbatterie ist in der US-PS 3 134 696 beschrieben. Die dort beschriebene Batterie weist Zellen auf, deren jede eine hydratisierte Ionenaustauschermembran enthält, mit deren gegenüberliegenden Oberflächen aus Teilchen bestehende katalytische Elektroden verbunden sind.

Neuere Entwicklungen verwenden poröse Elektroden, die neben dem Katalysator auch noch elektronenleitende und ionenleitende Substanzen enthalten.

Leitende bipolare Separatoren stehen in Berührung mit der Brennstoff- (Anode)- und der Oxidationsmittel- (Kathode) -Elektrode, die an den Membranen benachbarter Zellen angebracht sind. Jedes leitende bipolare Element besteht aus einer leitenden Platte mit leitenden Vorsprüngen auf den gegenüberliegenden Seiten. Die Vorsprünge berühren die Elektroden benachbarter Zellen, um das Fliessen von Anoden- und Kathodenstrom in den Zellen zu gestatten. Die Vorsprünge sorgen auch für das Vorhandensein paralleler Strömungspfade für den Brennstoff und das Oxidationsmittel über die Oberfläche der Elektroden.

Die Begriffe "Anode" und "Kathode" sind in ihrem elektrochemischen Sinne benutzt, wonach die Reduktion durch Zugabe von Elektronen an der Kathode und die Oxidation durch Verlust von Elektronen an der Anode stattfindet.

Die Wärmeentwicklung einer Brennstoffzellenbatterie ist ein kritischer Aspekt beim Entwurf einer solchen Batterie. Die aufgrund der elektrochemischen Umsetzungen in der Zelle erzeugte Wärme entzieht der hydratisierten Ionenaustauschermembran Wasser. Mit zunehmendem Verlust an Hydrationswasser nimmt der Widerstand der Membranen zu, und die Leistungsfähigkeit der Zellen bei einer gegebenen Stromstärke vermindert sich.

Die Dehydratation der Zellenmembranen durch die bei der elektrochemischen Umsetzung erzeugte Wärme ist jedoch nur ein Aspekt des Problems. Ein subtilerer und vielleicht schwierigerer Aspekt des Problems besteht darin, dass die Membran aufgrund des ionischen Stromflusses selbst austrocknet. Das bedeutet, dass der an der Brennstoffseite zu H+-Kationen bzw. Protonen oxidierte Wasserstoff beim Transportieren durch die Membran mehrere Moleküle Membranwasser als Hydratationswasser mitnimmt. Ein Proton kann von etwa 8 bis 10 Moleküle Wasser transportieren, so dass auf einer Mol zu Mol oder ein Mol/Faraday-Basis 8 bis 10 Mole Wasser für jedes an der Anode oxidierte Mol Wasserstoff transportiert werden (Proton Pumping). Es besteht daher eine starke Neigung zum Austrocknen der Anodenseite der Membran. Dieses Austrocknen wird durch zunehmende Stromdichte verstärkt.

Das Austrocknen der Brennstoffseite der Membran kann daher ein wichtiger begrenzender Faktor in der Leistungsabgabe einer Brennstoffzellenbatterie mit irgendeiner festgelegten Zahl von Zellen sein. In einem Versuch, das Austrocknen der Membran zu vermeiden, wird das eingeleitete Brennstoffgas üblicherweise angefeuchtet, um Wasser zum Hydratisieren der Wasserstoffseite der Membran zur Verfügung zu haben. Das Anfeuchten des Brennstoffgases stellt jedoch nur eine Teillösung dar, da die Menge an Wasser, die dem Brennstoffgasstrom hinzugegeben werden kann, ohne den Zellbetrieb zu beeinflussen, begrenzt ist. Das bedeutet, dass sich bei der Anwesenheit von zuviel Wasserdampf in dem eingeleiteten Brennstoffgas ein Wasserfilm über der Anode bildet, der den Zugang des Wasserstoffes zur Elektrode hindert.

Während daher der Protonentransport durch die Membran ein Herausziehen von 8 bis 10 Molen HO/Faraday zur Folge haben kann, kann eine bedeutend geringere Menge durch den angefeuchteten Reaktantenstrom wieder zurückgeführt werden.

Durch die DE-OS 3 321 984 wurde zwecks Verminderung des Austrocknens der Membrane auch schon vorgeschlagen, durch entsprechende Auslegung der Kühleinrichtungen einen Temperaturunterschied über der
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durchaus zweckmässig, aber in den meisten Fällen keineswegs ausreichend.

Ziel der Erfindung ist es, eine Brennstoffzelle der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei der ein Austrocknen der Membrane sicher verhindert wird, wobei die Anode meist mit Wasserstoffgas beaufschlagt wird.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Membrane mit Mikroporen, von denen die überwiegende Anzahl einer Grösse von 0, 001 pu bis lem aufweist, versehen ist und/oder mit porösen Partikeln, z. B.

Asbestfasern, Kaolin u. dgl., gefüllt ist, deren Grösse 0,01 ,um bis 10 Jlssl beträgt. Auf diese Weise ist es möglich, dass das an der Kathode, die meist mit Sauerstoffgas beaufschlagt wird, anfallende hochreine Reaktionswasser, das bei den bisherigen Brennstoffzellen mit dem Sauerstoffstrom abgeführt wurde, durch die

Poren der Membrane hindurch zurück auf deren Anodenseite diffundieren kann. Auf diese Weise wird ein Austrocknen der Anodenseite der Membrane sicher verhindert. Dabei ist durch die geringe Grösse der Poren gewährleistet, dass diese vollständig mit Wasser gefüllt sind und es zu keinem direkten Kontakt des Wasserstoffgases mit dem Sauerstoffgas oder anderen miteinander reagierenden Medien kommt.

Zu der Funktion der erfindungsgemässen Brennstoffzellen bzw. deren Membrane ist zu bemerken, dass feste polymere Elektrolyte üblicherweise während des Betriebes der Brennstoffzelle aufgrund der Ionenleitung (Wanderung der W-Ionen) austrocknen. So kann ein Proton bis zu 8 Wasserstoffmoleküle mittransportieren. Dadurch trocknet die Membran auf der Wasserstoffelektrodenseite aus und verliert dadurch ihre Ionenleitfähigkeit und ihre erwünschten physikalisch chemischen Charakteristika. Dadurch, dass die Membran erfindungsgemäss eine Kapillarstruktur aufweist, wird die Rückdiffusion von reinstem Wasser von der Sauerstoffseite zur Wasserstoffseite ermöglicht. Dadurch, dass nur reinstes Wasser, das bei dem elektrochemischen Prozess gebildet wird, in den Poren vorhanden ist, ist dieses Wasser nicht als Elektrolyt anzusehen und leitet daher keine Ionen.

Es findet daher in diesem erfindungsgemässen wasserfeuchten Mikroporengerüst kein"Protonenpumpen", sondern eben nur die Rückdiffusion des Wassers statt, wodurch die Wasserstoffseite der Membrane wieder befeuchtet wird bzw. die Feuchtigkeit über das gesamte Membran-Volumen konstant gehalten wird. Aufgrund der Kleinheit der Kapillaren (Poren) ist sichergestellt, dass diese zur Gänze von Wasser geflutet sind, sodass die regierenden Gase Wasserstoff und Sauerstoff nicht durch die Kapillaren direkt auf die jeweils andere Seite der Elektrode gelangen können. Die Oberflächenspannung des Wassers in den Kapillaren stellt auch für relativ hohe Gasdruckunterschiede auf den beiden Seiten einen unüberwindbaren Widerstand dar.

Gemäss einem Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Membran aus einem porösen ionenleitenden Kunststoff hergestellt ist, wodurch sich besonders günstige Verhältnisse ergeben.

Die erfindungsgemässe Einzelzelle, bei der am Ende der Strom abgenommen wird, um sie einem äusseren Verbraucher zuzuführen, kann genausogut Bestandteil einer mehrzelligen bipolaren Brennstoffzelle sein, wenn an die beiden elektrisch leitenden Endplatten weitere Einzelzellen angeschlossen werden, sodass sich dann eine Serienschaltung vieler Einzelzellen, die dann bipolar heisst, ergibt. Die bipolaren Endplatten müssen vollkommen ionen-und gasundurchlässig sein, da sonst ein interner Kurzschluss entsteht und sind üblicherweise aus völlig undurchlässigen Materialien, wie z. B. Stahl, u. a. gefertigt.

Weiters bezieht sich die Erfindung auf eine Brennstoffzellenbatterie, die aus erfindungsgemässen Einzelzellen aufgebaut sind, wobei die Endplatten zwischen den Kathoden und den Anoden benachbarter Brennstoffzellen angeordnet sind. Dabei ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass die Endplatten bipolar ausgebildet sind und mit Mikroporen, von denen die überwiegende Anzahl eine Grösse von 0, 001 Mm bis 1 im aufweist, versehen ist und/oder mit porösen Partikeln, z. B. Asbestfasern, Kaolin u. dgl., gefüllt ist, deren Grösse 0, 01 je bis 10 p. beträgt.

Dadurch ist es möglich, dass das an der Kathode gebildete hochreine Wasser dem Partialdruckgefá11e folgend durch die bipolare Endplatte auf die trockene Anodenseite diffundiert und dort beiträgt, den Wasserverlust der Anode und ionentauschenden Membran auszugleichen. Ebenso wie bei der mikroporösen Membran stellt das hochreine Wasser die Barriere für die Gase dar und leitet überdies keine Ionen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass in den vorher beschriebenen mikroporösen Endplatten Kühlkanäle angeordnet sind, die mit hochreinem Wasser durchströmt werden.

Die Anordnung der Kühlkanäle kann gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ausserhalb der Längssymmetrieebene der Endplatten, und zwar näher der der Anode der Brennstoffzelle zugekehrten Fläche der Endplatte angeordnet sein. Auf diese Weise lässt sich auch bei einer Batterie eine ungleiche Kühlung der Anoden und der Kathoden der einzelnen Zellen sicherstellen, was zu einer Verbesserung der Diffusion des Wassers durch die Membran beiträgt. Dies kann gemäss anderer Ausführungsformen der Erfindung auch dadurch sichergestellt werden, dass entweder die der Kathode zugekehrte Seite der Endplatte mit einer wasserundurchlässigen Schichte ausgebildet ist oder dass die Endplatte über ihren Querschnitt gesehen mit unterschiedlicher Porosität ausgebildet ist, wobei sie anodenseitig eine grössere Porosität als kathodenseitig aufweist.

Durch die Durchströmung der Endplatten mit Kühlwasser ist sichergestellt, dass diese nicht austrocknen und für Gase durchlässig bleiben.

Als weiteres Merkmal der Erfindung wird ein Teil des durchströmenden Kühlwassers auch durch die mikroporöse Endplatte zu den Gasverteilungsbereichen diffundieren, dort verdunsten und dadurch zur besonderen Kühlung beitragen.

Dieser Kühleffekt durch verdunstendes Kühlwasser ist dann besonders vorteilhaft, wenn der der Anode zugekehrte Bereich der Endplatte mit etwas grösseren Mikroporen als die Kathodenseite ausgebildet ist und/oder die Kühlkanäle aussermittig angebracht sind (näher zur Anodenseite), da in diesem Falle der überwiegende Teil des durch die Kühlkanäle strömenden Wassers zur Aussenseite der Endplatte diffundiert, dort verdunstet und die Anode durch die Verdunstungskälte kühlt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann so vorgegangen werden, dass die bipolaren Endplatten geteilt ausgeführt werden, wobei diese Teilung parallel zu den benachbarten Elektroden verläuft und vorzugsweise im Bereich der Kühlkanäle liegt, wobei z. B. die Teilungsfläche der einen Endplattenhälfte eben ausgeführt wird und die Teilungsfläche der anderen Endplattenhälfte solche Rillen bzw. Strukturen aufweist, dass erst durch das Zusammenfügen der beiden Endplattenhälften die Kühlkanäle (Kühlleitungen) entstehen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, Verfahren zur Herstellung erfindungsgemässer Einzelteile anzugeben.

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Lösung eines ionenleitendes Kunststoffes und bzw. oder einer Polysulfonlösung auf Tri-oder Tetrachloräthylenbasis, suspendiert und anschliessend filtriert und die abfiltrierte Masse auf eine Folie, z. B. aus Aluminium oder Butterpapier, oder direkt auf die angrenzende Elektrode, in einer Schichtdicke von 0, 01 mm bis 1 mm, vorzugsweise durch Siebdrucken, aufgebracht und bei einer Temperatur von 10 C bis 100 C getrocknet und anschliessend bei einem Druck von 1 bar bis 100 bar und einer Temperatur von 100 C bis 400 C gesintert wird.

Auf diese Weise wird eine offenporige, mikroporöse, hydrophile Membran erhalten, die zwar eine Diffusion des Wassers zur Anodenseite hin ermöglicht, nicht aber einen direkten Kontakt und Durchtritt der Reaktionsgase.

Eine weitere Möglichkeit der Herstellung einer erfindungsgemässen Membran besteht darin, dass poröse Substanzen, wie z. B. Kaolin, Asbestfasern od. dgl., auf eine Teilchengrösse von 0, 1 g bis 10 fi, insbesondere 1 fl, gemahlen und vorzerkleinerter, ionenleitender Kunststoff beigemengt und miteinander vermischt werden, wobei vorzugsweise Füllgrade von 10% bis 60% Füllstoff im ionenleitenden Kunststoff vorgesehen werden, wonach diese Mischung in einer Suspensionsflüssigkeit, wie z. B. in desilliertem Wasser, Alkohol, Kohlenwasserstoff, 1 bis 10%-iger Lösung eines ionenleitenden Kunststoffes und bzw. oder einer Polysulfonlösung auf Tri-oder Tetrachloräthylenbasis, suspendiert und anschliessend filtriert und die abfiltrierte Masse auf eine Folie, z.

B. aus Aluminium oder Butterpapier, oder direkt auf die angrenzende Elektrode in einer Schichtdicke von 0, 01 mm bis 1 mm, vorzugsweise durch Siebdrucken, aufgebracht und bei einer Temperatur
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Membran durch die beigemengten porösen Füllstoffe gegeben.

Um die Herstellung der Membran zu erleichtern, kann in beiden Fällen vorgesehen sein, dass zur Verbesserung der Fliesseigenschaften der abfiltrierten Masse dieser bis zu 10%, vorzugsweise 1%, Na-Carboxy-MethylCellulose beigegeben wird.

Weiters kann vorgesehen sein, dass vor dem Sintern auf die getrocknete Masse mehrere Schichten der abfiltrierten bzw. übertrockneten Masse gleicher Zusammensetzung, vorzugsweise jedoch geringerer Konsistenz, zum Auskitten allfälliger grosser Poren und Risse aufgebracht und gegebenenfalls bei einer Temperatur von 100C bis 100 C getrocknet wird. Auch die Einbettung von Kunststoffnetzen zur mechanischen Verstärkung zwischen die Lagen ist möglich. Anschliessend werden alle Lagen bei einem Druck von 10 bar bis 300 bar und einer Temperatur von 1000C bis 400 C gesintert. Dadurch wird ein hohes Mass an Gleichmässigkeit der Eigenschaften der Membran sichergestellt.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen :
Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemässe bipolare Brennstoffzelle,
Fig. 2 eine erfindungsgemässe Membran in vergrössertem Massstab,
Fig. 3 eine Anode in vergrössertem Massstab,
Fig. 4 eine bipolare Endplatte,
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer bipolaren Endplatte und
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen bipolaren Brennstoffzelle.

Fig. 1 zeigt eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle in auseinandergezogener Darstellung mit folgenden Teilen :
Endplatten (2,6) die als Stromableiter dienen und Rillen bzw. Verteilungskanäle für das Wasserstoffgas bzw. Sauerstoffgas aufweisen und eine Wasserstoffelektrode (3), die als Anode wirkt.

Diese Wasserstoffelektrode (3) weist wenigstens eine makroporöse Struktur auf und enthält Kohlenpulver, welches mit Platin oder anderen geeigneten Katalysatoren katalytisch aktiviert wurde, ein plastisches, hydrophobes Material (PTFE) sowie einen Ionenleiter. Diese makroporöse Struktur har grosse hydrophobe Gasdiffusionsporen, sowie gegebenenfalls ein Gerüst aus zusammengesinterten Ionenleiterpartikelchen, die aus einem protonen-und ionenleitendem Kunststoff bestehen, welcher in der Literatur auch mit SPE bezeichnet wird, und ein Gerüst aus Kohlenpulver, welches die Aufgabe hat, sowohl die katalytischen Zentren zur Verfügung zu stellen, als auch die Ableitung von Elektronen zu gewährleisten.

Weiters ist eine feste polymere Elektrolyt-Membran (4) vorgesehen, die nach mehreren Methoden gewonnen werden kann. In konventionellen SPE-Brennstoffzellen besteht die Membran einfach aus einem vollkommen gasdichten und flüssigkeitsdichten Polymerfilm in einer Dicke von ca. 0, 1 mm bis 1 mm. Die erfindungsgemäss verwendete Membran (4) ist dagegen mikroporös, wodurch sie in der Lage ist, das an der Kathode (5) anfallende Wasser entgegen der Richtung des"Protonenpumpens", das durch die Protonenwanderung bedingt ist und eine Mitnahme des Wassers durch die Protonen bedeutet, zu leiten. Dies kann entweder durch offene Poren erzielt werden, die durch Entfernung eines geeigneten Füllmaterials, wie z. B.

Backpulver oder Zucker, im Zuge des Fabrikationsprozesses geschaffen werden und/oder durch die Inkorporierung mikroporöser Füllstoffe, wie z. B.

Mikroasbest und/oder Kaolin in die Membran erzielt werden.

Im ersteren Fall weist die überwiegende Anzahl der Mikroporen eine Grösse auf, die zwischen 0, 001 pm bis 1

) mi liegt, im letzteren Fall weisen die mikroporösen Füllstoffe eine Grösse auf, die zwischen 0, 01 pm bis 10 liegt.

Die Sauerstoffelektrode (5), die als Kathode wirkt, wie auch die Wasserstoffelektrode (3), müssen nicht unbedingt einen Ionenleiter enthalten, um eine Funktion der Kapillarmembran zu ermöglichen. Falls kein Ionenleiter in diesen Elektroden enthalten ist, liegt ein üblicher Elektrodenaufbau vor. Andernfalls kann zusätzlich zum (PTFE) in Weiterbildung der Erfindung noch ein Ionenleiter in die Elektroden inkorporiert werden, sodass die Elektrode sowohl ionen-als auch elektronenleitend wird. Die von der Membran (4) abgewandte Seite der Elektrode (5) bzw. der Endplatte (6) zugewandte Seite ist speziell hydrophobiert, was am besten durch das Aufsintem einer mikroporösen Folie geschieht oder durch das Aufdrucken (Siebdruck) einer hoch-hydrophoben Deckschicht.

In ähnlicher Weise wie die in Fig. 1 dargestellte bipolare Brennstoffzelle kann auch eine einzelne Brennstoffzelle aufgebaut werden, wobei jede solche Einzelzelle zwei Endplatten aufweist.

Der Teil (1) ist die Sauerstoffelektrode der links benachbarten Einzelzelle. Die rechts neben der Endplatte (6) angeordnete Einzelzelle ist nicht dargestellt und ist ansonsten gleich ausgebildet.

In konventioneller Weise werden die Endplatten (2 und 6) vollkommen gasdicht und flüssigkeitsdicht ausgeführt. Sie stellen eine echte physikalische und physische Grenze zwischen den Einzelzellen dar. Die einzige Verbindung besteht durch die ElektrononenleitfÅahigkeit des Materials, sodass der Strom durch die gesamte bipolare Brennstoffzelle und somit durch die Einzelzellen nacheinander fliessen kann. Bei Wasserstoff-SauerstoffBrennstoffzellen mit SPE-Elektrolyten, d. h. sauren Elektrolyten, entsteht auf der Sauerstoffseite das Produkt Wasser. Dieses Wasser wird üblicherweise mit dem Sauerstoffstrom abgeführt und wie bereits geschildert, trocknet die Wasserstoffseite der Membran (4) aus.

Um das Befeuchten der Wasserstoffelektrode zu verbessern, können die Endplatten (2,6) ebenso, wie die vorher geschilderte SPE-Membran (4) auch eine mikroporöse Struktur aufweisen. Diese Endplatten müssen elektronen-, d. h. stromleitend sein, dürfen aber nicht ionenleitend sein und dürfen auch keine Gasdiffusion zulassen. Die Struktur der erfindungsgemässen Endplatten (2,6) besteht aus Kohlenstoffmaterial und weist erfindungsgemäss ganz feine offene Poren bzw. Kaolin und/oder Asbestfasern als Füllstoff auf, wobei die Poren - bzw. Füllstoffpartikelgrösse zwischen 0,001 lam und 1 pm, vorzugsweise bei 0, 01 fim, liegt.

Zusätzlich zu den in Fig. 1 beschriebenen bzw. aufgezählten Bestandteilen des Teils (3) kann auch noch, wie bereits erwähnt, Kaolin oder Mikroasbest in die Elektrode eingebaut werden. Die Sauerstoffelektrode (5) weist jedoch keine solchen Füllstoffe auf.

Fig. 2 ist die vergrösserte Herauszeichnung der vorher als Teil (4) beschriebenen Membran, wobei links an diese Membran (4) die Wasserstoffelektrode (3) direkt anschliesst und rechts die Sauerstoffelektrode (5). Diese Membran (4) hat nun die Aufgabe, Protonen zu leiten. Dafür ist das SPE-Material verantwortlich. Im Zuge der Protonenleitung wird auch Wasser mittransportiert, wodurch konventionelle Membranen austrocknen. Die erfindungsgemässe Membranstruktur hat jedoch noch zusätzlich Kapillaren eingebaut, die eine Rückdiffusion des Wassers ermöglichen. Diese Porenstruktur ist auf zweierlei Weise zu erreichen, nämlich :
1.) einfache Porosität, d. h. Poren, die dadurch erzielt werden, dass beim Produktionsprozess Füllstoffe, wie z.

B. Zucker, Bicarbonat oder auch Lösungsmittel, Wasser usw. in den "Teig" eingemischt werden und dann nach dem Sintern bzw. im selben Arbeitsgang herausgelöst werden. Die Poren sind so klein, dass sie zur Gänze geflutet sind und auch bei grossen oder grösseren Druckunterschieden auf den beiden Seiten gasundurchlässig sind.

2. ) Der Wasserrücktransport ist auch dadurch zu ermöglichen, dass ein zusätzlicher Transportstoff, z. B. Kaolin oder Mikroasbest oder andere mikroporöse Fasermaterialien, eingemischt werden.

Fig. 3 zeigt die Wasserstoffelektrode für den Fall, dass sie auch einen erfindungsgemässen Wasserleitungsmechanismus aufweisen soll. Diese Wasserstoffelektrode (3) muss makroporös und teilweise hydrophob sein, um offene Poren für das Durchströmen von Wasserstoff und das Zuströmen von Wasserstoff zu den Reaktionsplätzen zu ermöglichen. Zusätzlich ist diese Elektrode elektronenleitend und protonenleitend. Die Elektronen werden nach links in die bipolare Endplatte geleitet und die Protonen (H+) nach rechts in die Ionentauschermembran (4). Zusätzlich ist noch ein Gerüst bzw. ein Skelett vorhanden, welches aus mikroporösen Fasern bzw. Teilchen, wie z. B. Asbest und Kaolin, besteht, die in Kontakt untereinander stehen und eine wasserleitende Brücke zwischen der Endplatte (2,6) und der SPE-Membran (4) herstellt.

Ein typisches Gemisch zur Herstellung einer solchen Elektrode muss daher (PTFE) als Hydrophobierungsmittel enthalten, wobei dieser auch die mechanische Festigkeit sicherstellt. Weiters muss Kohlenstoff, am besten ein Acetogenruss, enthalten sein, damit die Elektronen geleitet werden und damit auf dessen Oberfläche auch die elektrochemische Reaktion ablaufen kann. Der Kohlenstoff ist üblicherweise schon vorher mit einem geeigneten Katalysator versetzt, doch kann der Katalysator auch nachträglich eingebracht werden. Weiters sind Nafion oder andere ionenleitende Partikelchen in der Elektrode enthalten, sowie Kaolin oder Mikroasbest für die Wasserleitung. Zusätzlich muss ein Porenbildner eingemischt sein, der nach seiner Entfernung die makroporöse Struktur schafft, durch die das Wasserstoffgas strömen bzw. diffundieren kann.

Zur näheren Erläuterung ist in der Fig. 3 schematisch ein Gerüst eingezeichnet, das durch aneinanderstossende Partikelchen gebildet ist und das verschiedene Leitfähigkeiten aufweist. Die punktiert dargestellten Partikelchen stellen z. B. Kaolin dar, der durch seine Mikroporosität das aus der Endplatte kommende Wasser entweder direkt zu der SPE-Membran (4) leitet, oder dieses entlang des aufwärts gerichteten Astes zu Reaktionsstellen in der

Elektrode bzw. zu Anfangs- bzw. Endpunkten des Nation-Gerüstes (schräg strichliert) leitet, um das auch dort durch den Ionentransport abtransportierte Wasser zu ersetzen und auf diese Weise ein Austrocknen verhindert. Schliesslich stellen die kreuzweise schraffierten Teilchen Kohlenstoff- bzw. Russteilchen dar, die das elektronenleitende Gerüst bilden.

Die zwei schwarzen Punkte stellen Katalysatorenteilchen dar.

Die Reaktion läuft folgendermassen ab :
Wasserstoff kann durch die makroporöse Struktur, die weiss, d. h. also ohne Zeichnung, dargstellt ist, diffundieren. Dabei diffundiert der Wasserstoff durch die Makroporen zu einem Platz hin, wo ionenleitende Substanz, also SPE und eine elektronenleitende Substanz, also Kohle und Katalysatoren zusammenstossen. An diesem Punkt wird das Wasserstoffmolekül ionisiert, das Proton wird durch die SPE-Struktur zur Membran (4) abgeleitet und das Elektron durch die Kohlenstruktur zur Endplatte. Wie bereits vorher beschrieben, trocknet dabei die ionenleitende Substanz aus, wodurch nach einiger Zeit dieser vorher beschriebene Reaktionsort nicht mehr als Reaktionsort verwendet werden kann, weil eben die Ionenleitfähigkeit nicht mehr gegeben ist.

Daher wird durch die wasserleitende Struktur, die wie gesagt, punktiert eingezeichnet ist, das abgeführte Wasser wieder nachgeführt.

Zusätzlich ist es noch üblich, das Wasserstoffgas anzufeuchten, um zumindest einen Teil des verlorengehenden Wassers zu ersetzen. Es ist aber auch bekannt, dass dies nicht ausreicht, um das"weggepumpte"Wasser zu ersetzen.

Fig. 4 zeigt eine bipolare Endplatte (2,6), die dazu dient, um die einzelnen Einzelzellen einer mehrzelligen bipolaren Brennstoffzelle voneinander zu trennen. Die bipolare Platte muss unbedingt elektronenleitend sein, wobei die Leitfähigkeit so hoch wie möglich sein soll, damit die ohm'schen Verluste gering gehalten werden.

Zusätzlich muss die bipolare Platte eine echte Trennung zwischen den beiden benachbarten Einzelzellen darstellen und darf keine Gasdiffusion zulassen. In einem solchen Falle würde es zur direkten Reaktion der Reaktanten, z. B. Sauerstoff und Wasserstoff kommen, wobei bei dieser Reaktion Wärme produziert wird und dadurch der Wirkungsgrad der Gesamtanlage kleiner wird und die Verlustwärme schwer abzuführen wäre. Bipolare Endplatten haben üblicherweise Strömungskanäle für die reagierenden Gase und können auch noch zusätzlich Kühlkanäle beinhalten, um die Wärme abzuführen. Wie vorher beschrieben, bildet sich auf der Sauerstoffseite das Produktwasser, wogegen auf der benachbarten Wasserstoffseite Wassermangel herrscht. Erfindungsgemäss wird daher die bipolare Endplatte so gebaut, dass sie Mikroporen aufweist.

Dabei können, wie bereits erwähnt, offene Poren vorgesehen sein, die durch das Herauslösen von geeigneten Füllmaterialien erzeugt werden, oder aber mikroporöse, wasserleitende Substanzen, wie z. B. Kaolin oder Mikroasbest eingebaut sein. Wichtig ist auch hier, dass diese Porenstruktur genügend fein ist, um gasundurchlässig zu sein. Die Gasundurchlässigkeit ist so lange gegeben, solange alle Poren geflutet, d. h. mit Wasser gefüllt sind. Die Struktur muss daher sehr hydrophil sein, um das Wasser halten zu können. Die Brennstoffzelle ist auch so konstruiert, dass ein Austrocknen dieser bipolaren Endplatte nicht möglich ist, weil sonst ein direktes Reagieren der beteiligten Gase zum Versagen oder zur Vernichtung der gesamten Sauerstoff-Brennstoffzelle führen könnte.

Auch hier ist es wieder wichtig, dass das Wasser nicht elektrolytisch ist, d. h. keine gelösten Salze oder sonstigen Elektrolyten enthält, damit keine Ionenverbindung zwischen den benachbarten Zellen möglich ist, da dies einem Kurzschluss gleichkäme.

Ein besonders zweckmässiger Aufbau einer bipolaren Endplatte (2,6) ist in Fig. 5 dargestellt. Bei dieser sind in einer zu den angrenzenden Elektroden parallelen Teilungsebene mehrere Kühlkanäle (10) angeordnet, die über eine nicht dargestellte Pumpe mit mehrfach destilliertem, z. B. bidestilliertem Wasser, d. h. nicht leitendem Wasser, beaufschlagt sind.

Das durch die Kühlkanäle (10) fliessende Wasser diffundiert durch den mikroporösen Bereich (11) der Endplatte (2,6) zu der der Wasserstoffelektrode zugekehrten Oberfläche der Endplatte (2,6) und verdunstet an dieser. Dabei ergibt sich eine sehr gute Kühlung aufgrund der Verdunstungskälte. Gleichzeitig wird diese Seite der Endplatte (2,6) befeuchtet und damit deren Charakteristika sichergestellt. Weiters wird das an dieser Seite der Endplatte (2,6) strömende Wasserstoffgas befeuchtet und Wasser für die Anodenfeuchthaltung beigestellt. Die Verdunstungsrate kann dabei durch den Gasstrom geregelt werden, wobei ein verstärkter Gasstrom eine stärkere Verdunstung und damit eine verstärkte Kühlung bewirkt.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn eine asymmetrische Kühlung eintritt, d. h. dass die Verdunstungskälte im wesentlichen nur an einer Seite der Endplatte wirksam ist. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, dass die Kühlkanäle (10) ausserhalb der Längssysmmetrieebene der Endplatten (2 bzw. 6) angeordnet sind und zwar näher der der Anode der Brennstoffzelle zugekehrten Fläche der Endplatte (2 bzw. 6). Zusätzlich oder für sich kann auch vorgesehen sein, dass der mikroporöse Bereich (11) der Endplatte (2 bzw. 6) von einer wasserundurchlässigen Barriere (12) gegen die Sauerstoffelektrode zu begrenzt ist.

Diese Asymmetrie kann aber auch dadurch erreicht werden, dass die Endplatte über ihren Qerschnitt gesehen, mit unterschiedlicher Porosität ausgebildet ist, wobei sie anodenseitig eine grössere Porosität als kathodenseitig besitzt
Bei der in Fig. 6 gezeigten erfindungsgemässen Brennstoffzellenbatterie sind die Endplatten (2 und 6) in der Längssysmmetrieebene, also parallel zu den Elektroden verlaufend, geteilt. Diese Teilung kann symmetrisch bzw. asymmetrisch erfolgen.

Durch diese Teilung können zwei wesentliche Vorteile erreicht werden. Einerseits können in dieser Teilungsebene die Kühlkanäle (10) vorgesehen werden, was bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 dergestalt der Fall ist, dass die Kühlkanäle in der einen Endplattenhälfte zur Gänze als offene Kanäle eingearbeitet sind und durch den daran anschliessenden zweiten Teil der Endplatte dessen Längsoberfläche eben ausgebildet ist,

abgeschlossen werden. Zum anderen ergibt sich hiedurch auch der Vorteil eines besonders vorteilhaften technologischen Herstellungsverfahrens. Im Siebdruckverfahren können nämlich die einzelnen Teilelemente einer Brennstoffzelle (Einzelzelle), nämlich der eine Endplattenteil eine hydrophobe Gasverteilungsschicht (21), einer Dicke von z.

B. Imm, sodann die Wasserstoffelektrode (22), die Membran (23), die Sauerstoffelektrode (24), gegebenenfalls eine weitere Gasverteilungsschicht (25) und schliesslich ein Teil der anderen Endplatte nacheinander eine direkt auf die andere durch Siebdruck aufgebracht (aufgedruckt) hergestellt werden. Die nach allfälliger Zwischentrocknung bzw. Endtrocknung und Sinterung unter Druck und Temperatur erhaltene Einzelzelle kann dann in einfachster Weise, z. B. durch Verkleben der zugehörigen Endplattenteile, zu einer Brennstoffzellenbatterie zusammengefügt werden. Das Verkleben kann beispielsweise durch einen Silber-EpoxyKleber erfolgen. Anstelle des Klebens kann auch ein Schweissverfahren, beispielsweise mittels Ultraschall oder Mikrowellen, Anwendung finden.

Hiedurch wird der besondere Vorteil erhalten, dass das Zusammenfügen der Einzelzellen an einer Stelle erfolgt, wo keine elektrochemischen Reaktionen im Betrieb der Brennstoffzelle ablaufen und daher morphologische Veränderungen der Struktur oder Verunreinigungen, bedingt durch das Verfahren des Zusammenfügens, den Betrieb und die Wirkungsweise der Brennstoffzelle nicht stören.

Für die Herstellung der erfindungsgemässen, wasserdurchlässigen Membran, bzw. der Endplatten und Elektroden haben sich die folgenden Rezepturen und Verfahren bewährt
A. Herstellung einer porösen SPE-Membran ohne Füllstoff :
In einem Hochgeschwindigkeitsmixer wird ein ionenleitender Kunststoff auf eine Teilchengrösse von 0, 01 pu bis 10 pu, vorzugsweise 1 pm und ein Porenbildner, z. B. Backpulver, Zucker, od. dgl., auf eine Teilchengrösse von 0, 01 im bis 1 m, vorzugsweise 0, 1 tun vermahlen. Der Anteil des Porenbildners beträgt dabei bis zu 20%.

Dieses Pulver wird in destilliertem Wasser, Alkohol oder einem flüssigen Kohlenwasserstoff, durch langsames Einrühren auf einem Ultraschallrührer suspendiert. Als Suspendierungs- und Bindemittel kann aber auch eine 1- 10%-ige Lösung eines ionenleitenden Kunststoffes, die in üblicher Weise zubereitet ist, und bzw. oder eine Polysulfonlösung auf Tri-oder Tetrachloräthylenbasis verwendet werden, wobei eine 1 : 1 Mischung der beiden Bindungslösungen bevorzugt wird. Anschliessend wird die Suspension über ein Filter abgesaugt oder vorgetrocknet, sodass die Masse die für die weitere Verarbeitung optimale Konsistenz erhält. Bis zu 10% Na- Carboxy-Methyl-Cellulose kann der Masse zur Verbesserung der Fliesseigenschaften zugesetzt werden, doch ist es vorteilhaft, nicht mehr als 1 % zuzusetzen.

Diese Masse kann nun auf mehrere Arten zu einer Folie verarbeitet werden. Dies ist z. B. durch Rollen, Pressen (Konsistenz : Plastillin) oder Siebdrucken (Konsistenz : Ölfarbe, Zahnpaste) möglich, wobei das Siebdruckverfahren bevorzugt wird, bei dem die Masse in einer Schichtdicke zwischen 0, 01mm bis lmm auf eine Folie, z. B. Aluminium oder Butterpapier oder direkt auf die angrenzende Elektrode aufgebracht wird. Diese Schicht wird bei 10 C bis 100 C getrocknet, wobei sich 30 C als besonders günstig erwiesen haben.

Anschliessend erfolgt eine Sinterung bei einem Druck von 1 bar bis 100 bar und einer Temperatur von 100 C bis 400 C.

In Abänderung kann wie folgt vorgegangen werden :
Eine in gleicher Weise zubereitete Masse, die aber nur bis zu einer geringeren Konsistenz getrocknet bzw. abfiltriert wurde, kann nun in mehreren Lagen auf die Oberfläche der vorstehend beschriebenen getrockneten SPEFolie zum Auskitten eventueller Poren/Risse mit einer Abziehklinge oder wieder durch Siebdruck aufgebracht werden. Diese Folie wird abschliessend bei einem Druck von 10 bar bis 100 bar und einer Temperatur von 100 C bis 400 C 10-30 min. lang gesintert, wobei die höheren Temperaturen und Drücke anzuwenden sind, wenn Füllstoffe zur Porenbildung, z. B. Zucker, zugesetzt wurden. Ohne Porenbildner ist eine reine Druckbehandlung mit 50 bar für eine Dauer von 10 min. vorzuziehen.

Falls thermisch stabile Porenbildner, wie z. B. Zucker, eingesetzt wurden, sind diese abschliessend auszuwaschen bzw. geeignet zu entfernen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass besonders gute Ergebnisse erzielt werden, wenn als Porenbildner Bicarbonat verwendet wird.

B. Herstellung einer porösen SPE-Membran mit Füllstoffen :
Als Transportmedium für Wasser können mikroporöse Substanzen, wie z. B. Mikroasbest oder Kaolin u. dgl. verwendet werden. Diese Füllstoffe sind fein zu vermahlen, wobei die Teilchengrösse bevorzugt zwischen 0, 01 pjn bis 10 J. lu liegen soll. Dieses Pulver wird dem vorzerkleinerten SPE-Material beigemengt, wobei Füllgrade zwischen 10% bis 60% Füllstoff im SPE-Material möglich sind. Beimengungen von 30% ergeben gute Werte. Diese Mischung wird in einem Hochgeschwindigkeitsmixer für ca. 5 min. weiter vermahlen, um eine innige Mischung zu erzielen. Anschliessend wird das Pulver genauso wie unter Punkt A beschrieben suspendiert und zu einer Folie verarbeitet.

Das abschliessende Sintern erfolgt bei ca. 200 C bis 400 C unter Schutzgas, insbesondere Argon-Atomsphäre, für ca. 15 Minuten und unter 10 bar bis 300 bar Druck.
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Grafit- bzw. Russ mit hoher Leitfähigkeit, wie z. B. Acetogenruss od. dgl., wird mit 0 bis 50 % eines Porenbildners, wie z. B. Backpulver oder Zucker, und/oder 0-50% mikroporösen Füllstoffen, wie z. B. Kaolin oder Asbest in einem Hochgeschwindigkeitsmixer auf eine Teilchengrösse von max. 0,001 ,um bis 1 stem, vorzugsweise 0, 01) im vermahlen. Das solcherart erhaltene Gemisch wird sodann mit 0-10%, vorzugsweise 1 %, Natrium-Carboxy-Methyl-Cellulose vermischt und möglichst trocken, z. B. in einer Polysulfonlösung,

suspendiert.

Anschliessend wird dieses Gemisch auf eine verlorene Trägersubstanz, wie z. B. einer Folie bzw. eine Form, oder direkt auf eine angrenzende Elektrode durch Aufwalzen, Aufspachteln, Einwalzen, insbesondere Siebdrucken in ein oder mehreren Lagen, aufgebracht. Das solcherart erhaltene Gebilde wird bei einer Temperatur von 10 C bis 100 C getrocknet und anschliessend bei einem Druck zwischen 1 bar bis 300 bar und einer Temperatur von 100 C bis 400 C gesintert. Das Endprodukt wird sodann im Falle der Verwendung thermisch stabiler Porenbildner, wie z. b. Zucker, durch Auswaschen und/oder Auskochen in bidestilliertem Wasser entfernt.

Dieses Auskochen in bidestilliertem Wasser kann auch den Zweck der Beseitigung von Verunreinigungen aus solcherart erzeugten porösen Kohlestruktur zum Ziele haben.

D. Herstellung einer Elektrode :
Ein Gemisch aus 10% bis 40% porösen Substanzen, wie z. B. Kaolin, Asbest od. dgl., 10% bis 40% vorzerkleinertem ionenleitendem Kunststoff, 20% bis 60% elektronenleitendem Material, wie z. B.

Leitfähigkeitsruss, weniger als 1% elektrochemische Katalysatoren, z. B. Platin, und 10% bis 30% hydrophobes Kunststoffpulver, z. B. Teflon, werden in einem Hochgeschwindigkeitsmixer auf eine Teilchengrösse von 0, 001 gm bis 1 gm, vorzugsweise 0, 01 jim, vermahlen. Das solcherart erhaltene Gemisch wird anschliessend mit 10% bis 40%, insbesondere 30%, porendbildender Substanzen, wie z. B. Bicarbonat, Zucker od. dgl., mit einer
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Carboxy-Methyl-Cellulose vermengt. Diese Mischung wird in destilliertem Wasser, Alkohol, Kohlenwasserstoffen, suspendiert und sodann abfiltriert. Die abfiltrierte Masse wird auf eine Unterlage, z. B.

Butterpapier od. dgl., oder direkt auf die angrenzende Membran in einer Schichtdicke von 0, 1 mm bis 5 mm, insbesondere durch ein-oder mehrmaliges Siebdrucken, aufgebracht und bei einer Temperatur von 100C bis 100 C getrocknet. Anschliessend wird diese Schichte bei einem Druck von 1 bar bis 300 bar, vorzugsweise 5 bar bis 100 bar, und einer Temperatur zwischen 100 C bis 400 C, vorzugsweise 354 C, gesintert, wonach die thermisch stabilen Porenbildner, wie z. B. Zucker, herausgewaschen und die Elektroden durch Kochen, vorzugsweise während einer Dauer von 2 Stunden, in hochdestilliertem, insbesondere bidestilliertem Wasser, gereinigt werden.

Die in den vorstehenden Beispielen angegebenen Prozentangaben beziehen sich jeweils auf die Gesamtmenge.

PATENTANSPRÜCHE 1. Brennstoffzelle, insbesondere Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle, mit Endplatten, einer Anoden- und einer Kathodenelektrode, die beide in innigem Kontakt mit den Oberflächen einer zwischen diesen Elektroden angeordneten, hydratisierten, ionenaustauschenden Membran stehen und Einrichtungen zum Zuführen von Brennstoffgas zur Anode und einem oxidierenden Gas zur Kathode, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (4) mit Mikroporen, von denen die überwiegende Anzahl eine Grösse von cm bis 1 pm aufweist, versehen ist und/oder mit porösen Partikeln, z. B. Asbestfasern, Kaolin, u. dgl., gefüllt ist, deren Grösse 0, 01 jim bis 10 pm beträgt.

Claims

2. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (4) aus einem porösen ionenleitenden Kunststoff hergestellt ist.

3. Brennstoffzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Endplatten (2,6) Kühlkanäle (10) angeordnet sind, die mit hochreinem Wasser durchströmt sind, wobei der der Anode (3) zugekehrte Bereich der Endplatte (2,6) vorzugsweise eine poröse Struktur (11) aufweist.

4. Brennstoffzellenbatterie mit Brennstoffzellen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Endplatten (2,6) zwischen den Kathoden (5) und Anoden (3) benachbarter Brennstoffzellen liegen dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatten (2,6) bipolar ausgebildet sind und mit Mikroporen, von denen die überwiegende Anzahl eine Grösse von 0, 001 p. m bis 1 pm aufweist, versehen ist und/oder mit porösen Partikeln, z. B. Asbestfasern, Kaolin, gefüllt ist, deren Grösse 0, 01 pu bis 10 pm beträgt.

5. Brennstoffzellenbatterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatten in ihrem Inneren parallel zu den benachbarten Elektroden (3,5) verlaufende, mit Wasser beaufschlagte Kühlkanäle (10) aufweist, die in einem wasserdurchlässigen Bereich (11) der Endplatte (2,6) verlaufen, der vorzugsweise aus einem porösen Kohle-Polysulfongemisch besteht. <Desc/Clms Page number 8> 6. Brennstoffzellenbatterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle ausserhalb der Längssymmetrieebene der Endplatten und zwar näher der der Anode der Brennstoffzelle zugekehrten Fläche der Endplatte (2,6) angeordnet sind.

7. Brennstoffzellenbatterie nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die der Kathode zugekehrte Seite der Endplatte (2,6) mit einer wasserundurchlässigen Schichte ausgebildet ist.

8. Brennstoffzellenbatterie nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatte über ihren Querschnitt gesehen mit unterschiedlicher Porosität ausgebildet ist, wobei sie anodenseitig eine grössere Porosität als kathodenseitig aufweist.

9. Brennstoffzellenbatterie nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie zweiteilig ausgebildet ist, wobei die Teilungsebene parallel zur Längssysmmetrieebene verläuft, und dass in dieser Teilungsebene die Kühlkanäle angeordnet sind.

10. Brennstoffzellenbatterie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle zur Gänze in einer Endplattenhälfte ausgebildet sind.

11. Brennstoffzellenbatterie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle angrenzend an die Teilungsebene in der einen Endplattenhälfte als offene Kanäle ausgebildet sind, welche beim Verbinden der Endplattenhälfte durch die andere Endplattenhälfte verschliessbar sind.

12. Verfahren zur Herstellung der Membran einer Brennstoffzelle gemäss Anspruch 2 bis 11, dadurch EMI8.1 Alkohol, Kohlenwasserstoff, einer 1 bis 10%-igen Lösung eines ionenleitenden Kunststoffes und bzw. oder einer Polysulfonflösung auf Tri-oder Tetrachloräthylenbasis, auspendiert und anschliessend filtriert und die abfiltrierte Masse auf eine Folie, z. B. aus Aluminium oder Butterpapier, oder direkt auf die angrenzende Elektrode, in einer Schichtdicke von 0, 01 mm bis 1 mm, vorzugsweise durch Siebbrucken, aufgebracht und bei einer Temperatur von 10 C bis 100 C getrocknet und anschliessend bei einem Druck von 1 bar bis 100 bar und einer Temperatur von 100 C bis 400 C gesintert wird.

13. Verfahren zur Herstellung einer Membran nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass poröse Substanzen, wie z. B. Kaolin, Asbestfasern od. dgl., auf eine Teilchengrösse von 0, 1 tm bis 10 tim, insbesondere 1 pm, gemahlen und vorzerkleinerter, ionenleitender Kunststoff beigemengt und miteinander vermischt werden, wobei vorzugsweise Füllgrade von 10% bis 60% Füllstoff im ionenleitenden Kunststoff vorgesehen werden, wonach diese Mischung in einer Suspensionsflüssigkeit, wie z. B. in destilliertem Wasser, Alkohol, Kohlenwasserstoff, einer 1 bis 10%-igen Lösung eines ionenleitenden Kunststoffes bzw. oder einer Polysulfonlösung auf Tri-oder Tetrachloräthylenbasis, suspendiert und anschliessend filtriert und die abfiltrierte Masse auf eine Folie, z.

B. aus Aluminium oder Butterpapier, oder direkt auf die angrenzende Elektrode, in einer Schichtdicke von 0, 01 mm bis 1 mm, vorzugsweise durch Siebdrucken, aufgebracht und bei einer Temperatur von 10 C bis 100 C getrocknet und anschliessend bei einem Druck von 10 bar bis 300 bar und einer Temperatur von 100 C bis 400 C gesintert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Fliesseigenschaften der abfiltrierten Masse dieser von 0, 01 bis zu 10%, vorzugsweise 1% Natrium-CarboxyMethyl-Cellulose beigegeben wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Sintern auf die getrocknete Masse eine oder mehrere Schichten der abfiltrierten bzw. übertrockneten Masse gleicher Zusammensetzung, vorzugsweise jedoch geringerer Konsistenz, zum Auskitten allfälliger grosser Poren und Risse EMI8.2 16. Verfahren zur Herstellung der Endplatten einer Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Grafit- bzw. Russ mit hoher Leitfähigkeit, wie z. B. Acetogenruss, od. dgl. mit 0-50% eines Porenbildners, wie z. B. Backpulver oder Zucker, und/oder 0-50% mikroporösen Füllstoffen, wie z. B.

Kaolin oder Asbest, auf eine Teilchengrösse von max. 0, 001 tim bis 1 jim, vorzugsweise 0, 01 pm, vermahlen wird, mit 0-10%, vorzugsweise 1%, Natrium-Carboxy-Methyl-Cellulose vermischt wird und möglichst trocken, z. B. in einer Polysulfonlösung, suspendiert wird und anschliessend dieses Gemisch auf eine verlorene <Desc/Clms Page number 9> Trägersubstanz, wie z.

B. eine Folie bzw. eine Form, oder direkt auf eine angrenzende Elektrode (3,5) durch Aufwalzen, Aufspachteln, Einwalzen, insbesondere Siebdrucken in ein und mehreren Lagen, aufgebracht wird, sodann bei einer Temperatur von 10 C bis 100 C getrocknet und anschliessend bei einem Druck zwischen 1 bar bis 300 bar und einer Temperatur von 100 C bis 400 C gesintert wird und sodann im Falle der Verwendung thermisch stabiler Porenbildner, wie z. B. Zucker, diese durch Auswaschen und/oder Auskochen entfernt werden.

17. Verfahren zur Herstellung der Elektrode einer Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus 10-40% porösen Sustanzen, wie z. B. Kaolin, Asbest od. dgl., 10-40% vorzerkleinertem ionenleitendem Kunststoff, 20-60% elektronenleitendem Material, wie z. B. Leitfähigkeitesruss, weniger als 1 % elektrochemische Katalysatoren, z. B. Platin, und 10-30% hydrophoben Kunststoffpulver auf eine Teilchengrösse von 0, 001 pm bis 1 pm, vorzugsweise 0, 01 , vermahlen werden und anschliessend mit 10 bis 40%, insbesondere 30%, porenbildenden Substanzen, wie z. B.

Bicarbonat, Zucker od. dgl., mit einer Teilchengrösse von 1 jim bis 10 pm, sowie mit 0-10%, insbesondere 1%, Natrium-Carboxy-Methyl-Cellulose vermengt werden, wonach diese Mischung in destilliertem Wasser, Alkohol, Kohlenwasserstoff, suspendiert und sodann abfiltriert wird, die abfiltrierte Masse auf eine Unterlage, z. B.

Butterpapier od. dgl., oder direkt auf die angrenzende Membran (4) in einer Schichtdicke von 0, 1 mm bis 5 mm, insbesondere durch ein-oder mehrmaliges Siebdrucken, aufgebracht und bei einer Temperatur von 100C bis 100 C getrocknet wird, und anschliessend bei einem Druck von 1 bar bis 300 bar, vorzugsweise 5 bar bis 100 bar und einer Temperatur zwischen 100 C bis 400 C, vorzugsweise 354 C, gesintert wird, wonach die thermisch stabilen Porenbildner, wie z. B. Zucker, herausgewaschen und die Elektrode durch Kochen, vorzugsweise während einer Dauer von zwei Stunden, in hochdestilliertem, insbesondere bi-destilliertem Wasser, gereinigt wird.

18. Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle bzw. Brennstoffzellenbatterie, nach einem der Ansprüche 1 bis 11 unter Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Elemente der Brennstoffzelle, wie Endplatte bzw. Endplattenhälfte, Kathode, Membran, Anode, Endplatte bzw. Endplattenhälfte, eines auf dem anderen durch Aufbringen jeweils einer oder mehrerer Schichten in Siebdrucktechnik erfolgt.