BR0302064B1 - processo para fabricação de conjuntos de membrana-eletrodo usando membranas revestidas com catalisador. - Google Patents

processo para fabricação de conjuntos de membrana-eletrodo usando membranas revestidas com catalisador. Download PDF

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Description

"PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE CONJUNTOS DE MEMBRANA-ELETRODO USANDO MEMBRANAS REVESTIDAS COM CATALISADOR"
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção se refere ao campo das células eletroquímicas e células de combustível, mais especificamen- te às células de combustível de membrana de polímero- eletrólito (PEM) e descreve um processo para fabricação de conjuntos de membrana-eletrodo (MEAs).
ANTECEDENTES
Células de combustível convertem um combustível e um agente de oxidação em eletricidade, calor e água em dois eletrodos separados espacialmente. Hidrogênio ou um gás rico em hidrogênio pode ser usado como o combustível e oxigênio ou ar como o agente de oxidação. 0 processo de conversão de energia na célula de combustível é distinguido por eficiên- cia especificamente alta. Por esta razão, as células de com- bustível estão ganhando importância crescente como uma al- ternativa para os motores de combustão convencionais. Adi- cionalmente, elas são usadas nas unidades de energia e calor combinadas estacionarias (CHP), bem como em aplicações por- táteis .
A célula de combustível de membrana de eletrólito de polímero (PEMFC) e a célula de combustível de metanol di- reto (DMFC, uma variação de PEMFC, energizada diretamente pelo metanol ao invés do hidrogênio) são apropriadas para uso como conversores de energia, graças à sua construção compacta, sua densidade de energia e alta eficiência. A tec- nologia das células de combustível é amplamente descrita na literatura, vide, por exemplo, K. Kordesch e G. Simader, "Fue1 Cells and its Applications", VCH Verlag Chemie, Wei- nheim (Alemanha) 1996.
Na seção que se segue, os termos técnicos usados no presente pedido de patente são descritos em maiores deta- lhes :
Uma membrana revestida com catalisador (doravante abreviada "CCM") consiste em uma membrana de eletrólito de polímero que é provida em ambos os lados com uma camada ca- taliticamente ativa. Uma das camadas toma a forma de um ano- do para oxidação de hidrogênio e a segunda camada toma a forma de um catodo para redução de oxigênio. Como a CCM con- siste em três camadas (camada de catalisador de anodo, mem- brana de ionômero e camada de catalisador de catodo) ela é freqüentemente referida como "MEA de três camadas".
As camadas de difusão de gás ("GDLs"), algumas ve- zes referidas como substratos ou forros de difusão de gás, são colocadas sobre as camadas de anodo e catodo do CCM, a fim de trazer o meio de reação gasoso (hidrogênio e ar) para as camadas cataliticamente ativas e, ao mesmo tempo, para estabelecer um contato elétrico. GDLs são geralmente subs- tratos a base de carbono, tais como, papel de fibra de car- bono ou tecido de carbono tramado, que são altamente porosos e permitem que os gases de reação tenham um bom acesso aos eletrodos. Adicionalmente, eles são hidrófobos, a fim de re- mover a água do produto da célula de combustível. As GDLs podem ser revestidas com uma microcamada para aperfeiçoar o contato com a membrana. Elas podem ser talhadas especifica- mente em GDLs do tipo de anodo ou GDLs do tipo de catodo, dependendo de qual lado elas são construídas em um MEA. Adi- cionalmente, elas podem ser revestidas com uma camada de ca- talisador para laminação subseqüente na membrana de ionôme- ro. Estas GDLs revestidas com catalisador são freqüentemente referidas como "forros revestidos com catalisador" (abrevia- do "CCBs") ou eletrodos de difusão de gás ("GDEs").
De modo geral, existem duas tecnologias diferentes para a produção de conjuntos de membrana-eletrodo:
Na primeira tecnologia (aqui denominada "tecnolo- gia CCM") as camadas de catalisador são aplicadas diretamen- te à membrana de ionômero resultando em uma membrana reves- tida com catalisador (CCM). Esta tecnologia é descrita, por exemplo, na EP 1.037.295 BI, EP 1.176.652 A2 e outros pedi- dos pendentes do depositante. A vantagem deste processo é o contato íntimo e próximo da camada de catalisador com a mem- brana, que é obtido em condições de processo muito brandas e benignas. A desvantagem é que a membrana revestida com cata- lisador (CCM) precisa ser montada separadamente com dois G- DLs quando da fabricação de uma pilha de célula de combustí- vel .
Na segunda tecnologia alternativa (aqui denominada "tecnologia CCB" onde CCB representa os forros revestidos de catalisador) , as camadas de catalisador são aplicadas às ca- madas de difusão de gás (GDLs) primeiro. Em uma etapa que se segue, duas camadas de difusão de gás são montadas por meio de calor e pressão com a membrana de ionômero para render uma quinta camada MEA. Este processo é freqüentemente refe- rido como processamento a quente ou laminação. Pressões al- tas e temperaturas altas são necessárias neste processo para laminação de CCB com a membrana de ionômero. Isto pode con- duzir à danificação ou perfuração da membrana, especifica- mente se as membranas de ionômero finas (com menos que 4 0 μιη de diâmetro) são usadas. Adicionalmente, a camada de catali- sador no substrato GDL pode ser danificada e/ou densifiçada, o que resulta em uma utilização baixa do catalisador e um desempenho fraco.
Na EP 1.042.837 Bl é revelado um processo para fa- bricação de um MEA de cinco camadas. Os processos descritos aqui são operados em um modo contínuo e baseiam-se nas eta- pas de co-extrusão, extrusão e/ou laminação. Os processos descritos na EP 1.042.837 Bl não são aplicáveis à fabricação dos produtos de MEA, que contêm uma membrana ionômera com áreas de eletrodo ativo seletivamente revestido. Adicional- mente, nenhum detalhe é dado com relação ao desempenho e a qualidade dos MEAs produzidos de acordo com o processo rei- vindicado.
Adicionalmente, no conjunto de uma pilha de PEMFC ou DMFC, os três componentes mencionados anteriormente devem ser combinados para formar uma estrutura intercalada. Neste processo de montagem, as GDLs apropriadas seriam colocadas exatamente na parte superior das camadas de catalisador em ambos os lados da CCM para combinar a área ativa das camadas de catalisador. Também, componentes adicionais, por exemplo, materiais de vedação, seriam aplicados. Assim, o processo de montagem da pilha compreende várias etapas de alinhamento com componentes diferentes e é consumidor de tempo e caro.
Existe a necessidade de desenvolver-se meios mais eficazes para fabricação dos MEAs. A presente invenção provê um processo de fabricação para MEAs de cinco camadas que é direto, simples e rápido. 0 processo baseia-se no uso de membranas revestidas com catalisador (CCMs) e seria facil- mente elevado a um processo de fabricação de volume alto, e contínuo.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A presente invenção se refere ao campo das células eletroquímicas e células de combustível, mais especificamen- te às células de combustível de polímero-eletrólito- membrana(PEM) e descreve um processo para fabricação de con- juntos de membrana-eletrodo (MEAs) contendo cinco camadas. Os MEAs são fabricados por um novo modo muito econômico, pe- la combinação de membranas revestidas com catalisador (CCMs) com duas camadas de difusão de gás (GDLs).
0 MEA de cinco camadas é montado por meio de um processo de laminação envolvendo um componente adesivo. A camada de difusão de gás de anodo, a membrana revestida com catalisador e a camada de difusão de gás de eletrodo são combinadas por um processo de laminação de temperatura bai- xa/pressão baixa. O manuseio dos MEAs e montagem dos produ- tos em pilhas de PEMFC e DMFC é simplificado. Isto provê me- nos dano e perfuração da membrana revestida com catalisador e, assim, o desempenho do MEAs de cinco camadas é significa- tivamente aperfeiçoado. A presente invenção se refere à "tecnologia CCM" previamente descrita e revela um processo de fabricação para MEAs de cinco camadas, com base nas membranas revestidas com catalisador. Conforme já resumido, MEAs fabricados de acordo com a tecnologia CCM consistem em três partes diferentes: a membrana revestida com catalisador, a GDL do anodo, e a GDL do catodo.
De acordo com uma modalidade, a presente invenção provê um processo para fabricação de um conjunto de membrana de cinco camadas-eletrodo (MEA), o dito processo compreen- dendo :
a - aplicação de um componente adesivo a pelo me- nos um dos componentes selecionados do grupo consistindo em uma dita camada de difusão de gás de anodo, uma camada de difusão de gás de catodo e uma dita membrana revestida com catalisador; e
b - laminação da camada de difusão de gás de ano- do, a dita camada de difusão de gás de catodo e a dita mem- brana revestida com catalisador.
A presente invenção também provê um conjunto de membrana-eletrodo compreendendo uma camada de difusão de gás de anodo, uma membrana revestida com catalisador, uma camada de difusão de gás de catodo e um componente adesivo que foi laminado.
BREVE DISCUSSÃO DOS DESENHOS
A figura 1 é um desenho esquemático de uma modali- dade da presente invenção, onde um componente adesivo é a- plicado ao anodo e a lateral do catodo de uma membrana re- vestida de catalisador em um padrão desejado e opcional e subseqüentemente seco. A CCM contendo o componente adesivo é então intercalada entre o anodo e a GDL do catodo e o con- junto é subseqüentemente laminado em condições brandas, be- nignas (temperatura baixa e pressão baixa) para render um MEA de cinco camadas.
A figura 2 é um desenho esquemático de uma segunda modalidade da presente invenção, na qual o componente adesi- vo é aplicado aos substratos de GDL em um padrão desejado. Os GDLs revestidos com adesivo são opcional e subseqüente- mente secos e então laminados com a membrana revestida com catalisador para formar um MEA de cinco camadas.
A figura 3 é uma representação de uma vista de uma membrana revestida com catalisador produzida de acordo com a presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA
De acordo com a presente invenção é provido um processo para produzir MEAs de cinco camadas. Um produto MEA de cinco camadas produzido de acordo com a presente invenção compreende uma camada de difusão de gás de anodo, uma mem- brana revestida com catalisador e uma camada de difusão de gás de catodo. A camada de difusão de gás de anodo, a camada de difusão de gás de catodo e a membrana revestida com cata- lisador são montadas em conjunto por meio de um processo de laminação usando um componente adesivo.
Esta revelação não é elementar nos catalisadores dos conjuntos de membrana-eletrodo. Os conceitos básicos co- nhecidos dos versados na técnica não foram estabelecidos em detalhes.
Um conjunto de membrana-eletrodo ("MEA de cinco camadas") é o componente central em uma célula de combustí- vel de membrana de polímero-eletrólito (PEM) e consiste em cinco camadas: a GDL do anodo, a camada de catalisador de anodo, a membrana do ionômero, a camada de catalisador do catodo e a GDL do catodo. Os MEAs podem ser fabricados por combinação de uma CCM (membrana revestida com catalisador) com duas GDLs ( no lado do anodo e do catodo) ou, alternati- vamente, por combinação de uma membrana de ionômero com dois forros revestidos com catalisador (CCBs) no lado do anodo e do catodo. Em ambos os casos, um produto de MEA de cinco ca- madas é obtido. A presente invenção está relacionada à fa- bricação de um MEA de cinco camadas, com base na combinação de uma CCM com duas camadas de difusão de gás (GDLs).
As pilhas de PEMFC e DMFC são montadas destes con- juntos de membrana-eletrodo por empilhamento de vários MEAs individuais e placas bipolares uma sobre a outra. Dependendo das dimensões laterais e o número de unidades de MEA empi- lhadas, várias faixas de força da pilha de PEMFC podem ser obtidas.
De acordo com a presente invenção, a membrana de eletrólito de polímero consiste nos materiais de polímero de condução de próton. Estes materiais são também referidos a- baixo como ionômeros para curto. Copolímero de tetrafluore- tileno-fluorvinil-éter com grupos de ácido sulfônico são preferivelmente utilizados. Este material é comercializado, por exemplo, pela E.I. DuPont sob a marca registrada Nafi- on®. Contudo, outros materiais de ionômero, especialmente livres de flúor, tais como, poliéter sulfonato cetonas ou aril cetonas ou polibenzimidazóis podem também ser usados.
Materiais de ionômero apropriados são descritos por O. Sava- dogo em "Journal of New Materials for Electrochemical Sys- tems" I, 47-66 (1998). Para uso nas células de combustível, estas membranas geralmente possuem uma espessura entre 10 e .2 00 μm.
As camadas de anodo e catodo contêm eletrocalisa- dores, que catalisam a respectiva reação (oxidação de hidro- gênio no anodo e redução de oxigênio no catodo) . Os metais do grupo platina da tabela periódica são preferivelmente u- sados como os componentes cataliticamente ativos. Os catali- sadores suportados são usados, na maioria das vezes, nos quais os metais do grupo platina cataliticamente ativos fo- ram fixados na forma de partícula nano-dimensionada à super- fície de um material de suporte condutor. 0 tamanho de par- tícula médio do metal do grupo platina está entre cerca de 1 e 10 nm. Os negros-de-fumo com tamanhos de partícula de 10 a .50 nm e condutividade elétrica alta provaram ser apropriados como materiais de suporte.
De acordo com a presente invenção, os três compo- nentes (CCM, GDL de anodo e GDL de catodo) são combinados para formar um MEA de cinco camadas por meio de um processo de laminação usando um componente adesivo. Em uma modalidade da invenção, que é ilustrada na figura 1, um componente de adesivo (b) é aplicado ao lado do anodo e do catodo de uma membrana revestida com catalisador (a) em um padrão deseja- do, e opcional e subseqüentemente seco (c) . A CCM contendo o componente adesivo é então intercalada entre a GDL do anodo e do catodo e o conjunto é subseqüentemente laminado (d) em condições brandas, benignas (temperatura e pressão baixas) para render um MEA de cinco camadas (e) , que pode ser usado para formar um conjunto de pilha de PEMFC (f).
Em uma segunda modalidade da presente invenção, que é ilustrada na figura 2, o componente adesivo (b) é a- plicado aos substratos de GDL (a) em um padrão desejado. As GDLs revestidas com adesivo são opcional e subseqüentemente secas (c) e então laminadas com a membrana revestida com o catalisador (d) para formar o MEA de cinco camadas (e), que pode ser usado para formar um conjunto de pilha de PEMFC (f) .
A figura 3 mostra uma vista na membrana revestida com catalisador (1) com pontos de componente adesivo (4). 0 número de referência (2) indica a membrana e (3) indica a área ativa das camadas de membrana. Conforme mostrado na fi- gura 3, geralmente, as dimensões laterais da área ativa das camadas de catalisador são menores do que aquelas da membra- na, assim deixando uma área circunferencial não revestida para fins de vedação. Na figura 3, os pontos do componente ativo são dispostos em um padrão desejado que pode ser vari- ado de muitos modos para fornecer a ligação ótima das GDLs à CCM.
Em uma terceira modalidade da presente invenção, o componente adesivo é aplicado à membrana revestida com cata- lisador, bem como aos substratos de GDL. Variações destas modalidades são possíveis. Por exemplo, o componente adesivo pode ser aplicado à CCM no primeiro lado (por exemplo, ao lado do anodo) e à GDL no se- gundo lado (por exemplo, para o lado do catodo).
Em todas estas várias modalidades, um MEA de cinco camadas é obtido em um processo de laminação simples. Devido às pressões baixas de laminação (preferivelmente entre 2 .105N/m2 e 20.105N/m2 (2 e 20 bar), mais pref erivelmente en- tre 2.105N/m2 e 10.105N/m2 (2 e 10 bar)) e temperaturas bai- xas (preferivelmente entre 20°C e 130°C) aplicadas, a mem- brana de ionômero e a CCM não são danificadas, perfuradas ou comprimidas. Adicionalmente, o processo da presente invenção pode ser realizado continuamente, quando se usa materiais de CCM e GDL flexíveis fornecidos em rolos. Assim, pode ser re- alizada a produção de MEA de bobina-a-bobina de alto volume.
Em geral, todos os materiais podem ser usados como o componente adesivo, os quais desenvolvam propriedades ade- sivas mediante aplicação de calor e pressão aos substratos. Os exemplos incluem, porém não estão limitados às composi- ções termoplásticas e de polímero duroplástico, adesivos de fusão a quente, adesivos de um e dois componentes, polímeros a base de poliolefina, poliéster, baquelita, epóxi silicone, acrílico, uretano ou poliimida, bem como polímeros perfluo- rados e materiais de ionômero e misturas dos mesmos. As com- posições de polímero podem ser enchidas com vários materiais de carga. Exemplos para cargas não condutoras incluem, porém não estão limitados à alumina, sílica, titânia e semelhan- tes. Exemplos de cargas condutoras incluem, porém não estão limitados ao metal precioso ou pós de metal de base, negros- de-fumo, grafite e semelhantes. Adicionalmente, eles podem ser enchidos com componentes cataliticamente ativos que in- cluem, porém não estão limitados aos negros de metal precio- sos ou eletrocatalisadores suportados por carbono. Opcional- mente, aditivos, tais como, agentes de enrijecimento, agen- tes antiespumantes, agentes de umectação, preservadores, etc. podem ser adicionados.
O componente adesivo é aplicado seletivamente em qualquer padrão desejado na área ativa da CCM ou da GDL. A fim de evitar o bloqueio e mascaramento de muitos lados ca- taliticamente ativos nos eletrodos, o padrão adesivo não de- veria ser denso. Bons resultados são obtidos com os pontos de adesivo ocupando entre 1 e 2 0%, preferivelmente entre 1 e .10% da área ativa das camadas de catalisador. Exemplos para padrões adesivos são linhas finas ou pontos pequenos ou de- pósitos nos cantos e/ou no meio da área ativa. Se o compo- nente adesivo for depositado em um padrão muito denso, atra- vés da área ativa, o desempenho reduzido pode ocorrer. Adi- cionalmente, a quantidade de componente adesivo seria limi- tada à faixa de 0,01 a 10, pref erivelmente 0,01 a 1 mg de componente adesivo/cm2 de área ativa para evitar perdas de desempenho de MEA.
As membranas revestidas com catalisador (MEAs de três camadas) úteis na presente invenção podem ser fabrica- das por impressão das camadas de eletrodo de anodo e catodo aos lados frontal e posterior de uma membrana de ionômero, conforme descrito nas EP 1.037.295 BI, EP 1.176.652 A2 e ou- tros pedidos pendentes do depositante. Contudo, CCMs fabri- cadas por processos diferentes (por exemplo, processos de decalque, bisturi, métodos de transferência por fita, méto- dos de evaporação por película fina (PVD) e semelhantes) po- dem ser incorporados.
Como as GDLs, vários materiais comercialmente dis- poníveis conhecidos na tecnologia de célula de combustível podem ser usados. Exemplos incluem, porém não estão limita- dos ao papel carbono, fibras de carbono, tecido de carbono, malha tramada com carbono, feltro costurado, tecido de ma- lha, etc. Os suportes de carbono poroso podem ser a prova de umidade e podem conter uma microcamada.
A aplicação do componente adesivo é conduzida por qualquer processo conveniente conhecido na técnica. Exemplos incluem, porém não estão limitados à aspersão, dispersão, impressão a tela, impressão em estêncil, estampagem, por bisturi ou no caso de um adesivo de fusão a quente, com uma agulha aquecida ou unidade distribuidora aquecida. No caso de uma produção contínua, a aplicação do componente adesivo pode ser feita automaticamente e pode ser integrada a um processo de fabricação contínua.
Após aplicação do componente adesivo, um processo de secagem pode ser realizado. Dependendo do teor de solven- te da composição adesiva, condições de secagem apropriadas são selecionadas. As razões de temperatura de secagem apro- priadas são, por exemplo, 4 0 a 12O0C com tempos de secagem de por exemplo, 0,5 a 60 minutos. No caso da aplicação de adesivos fundidos por aquecimento e sistemas isentos de sol- vente, a etapa de secagem pode ser omitida.
0 processo de laminação das três partes de MEA po- de ser realizado por qualquer processo empregando calor e pressão (isto é, prensagem a quente, laminação a quente, ca- landragem, estampagem e semelhantes) . Em comparação às con- dições de laminação no "processo de CCB" mencionado anteri- ormente (temperaturas tipicamente acima de 150°C, pressão tipicamente acima de 20.105N/m2 (20 bar)), as condições de laminação na presente invenção são consideravelmente mais brandas (preferivelmente pressão de até 10 bar e temperatu- ras de até 130°C) . Como uma conseqüência, a membrana de io- nômero e a CCM não são danificadas, perfuradas ou comprimi- das .
Tendo assim descrito e exemplificado a invenção com um determinado grau de especificidade, será apreciado que as reivindicações que se seguem não devem ser tão limi- tadas, porém devem fornecer um escopo mensurável em relação a cada elemento da reivindicação e seus equivalentes.
EXEMPLOS
EXEMPLO 1
Uma membrana revestida com catalisador (CCM Tipo R221, operação de reformato/umectação plena, área ativa de 50 cm2; OMG AG & Co. KG, Hanau) foi usada como o componente da CCM. O lado do eletrodo do anodo continha um eletrocata- lisador PtRu/C e tinha uma carga de metal precioso total de 0,4 5 mg (0,3 mg Pt/cm2 e 0,15 mg Ru/cm2) , o lado do catodo continha um eletrocatalisador de Pt/C com uma carga de Pt de .0,4 mg Pt/cm2.
A GDL do anodo, doravante referida como GDL(A), foi preparada como se segue: Uma folha de papel de fibra de carbono (espessura de 350 μιτι, porosidade de 85%; fornecida pela SGL Carbon Group, tipo SIGRACET®) foi tornada a prova de umidade com uma solução de PTFE a base de água (tipo Hos- taflon TF 5032, Dyneon®, Gendorf) para um teor de PTFE de .16% em peso e uma microcamada, consistindo em negro-de-fumo e PTFE foi aplicado a um lado do papel de carbono por im- pressão à tela. A GDL do catodo, doravante referida como GDL(C) , foi preparada, contudo, o teor de PTFE foi reduzido para 9% em peso no processo de modo a tornar a mesma a prova de umidade. Um adesivo de fusão a quente a base de poliole- fina (Tipo Tecdhnomelt, Teroson/Henkel Co.) foi aspergido como uma rede fina sobre o lado revestido com microcamada de GDL(A) e GDL(C). A aplicação do adesivo de fusão a quente foi feita com um distribuidor aquecido a 175°C. A quantidade de adesivo aplicado a cada GDL estava na faixa de 0,1 mg/cm2.
No processo de laminação subsequente, a membrana revestida com catalisador (CCM Tipo R221) foi combinada com dois GDLs na seqüência GDL(A) --- camada de anodo-CCM-camada de catodo --- GDL(C) e prensada a quente em pressão de .10.105N/m2 (10 bar) a 13O0C por 1 minuto. Um MEA composto de cinco camadas, muito flexível foi obtido. As cinco camadas aderiram muito bem juntas e poderiam ser facilmente manusea- das e constituídas em uma pilha de PEMFC. O MEA de cinco camadas foi combinado com vedações e submetido a um teste de desempenho em uma célula simples de PEMFC. Os dados eletroquímicos foram muito favoráveis (Tabela 1).
EXEMPLO 2
Uma membrana revestida com catalisador (CCM Tipo R221, área ativa de 50 cm2; OMG AG & Co. KG) foi usada como o componente de CCM. GDL(A) e GDL(C) foram preparados con- forme descrito no exemplo 1. A pasta contendo o catalisador foi formulada de acordo com a composição que se segue:
.15,0 g Eletrocatalisador Elyst™ A 40 (OMG AG, Ha- nau)
.50,0 g Nafion® SE10072 (10% de peso em água, Du- Pont)
.35,0 g Dipropileno glicol
.100,0 g
A pasta contendo catalisador foi aplicada em um padrão de ponto fino sobre o lado do anodo da área ativa da CCM. 0 diâmetro dos pontos foi de 1 mm, um unidade distribu- idora automática com uma agulha de 0,5 mm de diâmetro foi usada. Em uma segunda etapa, a mesma quantidade de pasta contendo catalisador foi aplicada ao lado revestido com mi- crocamada do forro de catodo (GDL (C) . Após secagem a 80°C por 2 minutos, a CCM foi intercalada entre o anodo GDL(A) e catodo GDL(C). Este conjunto foi subseqüentemente prensado a quente a 1200C em uma pressão de 8 bar. Um MEA de cinco ca- madas flexível com bom desempenho elétrico foi obtido (Tabe- la 1) . EXEMPLO 3
Uma membrana revestida com catalisador (CCM Tipo R221, área ativa de 50 cm2; OMG AG & Co. KG) foi usada. G- DLs de anodo e catodo foram preparadas conforme descrito no Exemplo 1. Uma pata de adesivo contendo negro-de-fumo foi preparada com a composição que se segue:
.20,0 g Negro-de-Fumo Shawinigan (Chevron)
.60,0 g Nafion® SE 10072 (10% de peso em água, Du- Pont)
.20,0 g Dipropileno glicol
.100,0 g
A pasta de adesivo contendo negro-de-fumo foi se- letivamente peneirada no lado revestido com a microcamada das GDLs de anodo e catodo. A etapa de secagem foi omitida. 0 processamento posterior foi conforme descrito no exemplo2. 0 MEA de cinco camadas com desempenho elétrico muito bom foi obtido (Tabela 1).
TESTE ELETROQUÍMICO
Os MEAs de cinco camadas foram testados em uma cé- lula simples de PEMFC com uma área ativa de 50 cm2 operando em condições de reformato/ar com reformato de gás natural simulado (composição a 40% volume de hidrogênio, 40% volume de nitrogênio, 2 0% volume de dióxido de carbono, 4 0 ppm de monóxido de carbono e um adicional de 2% em volume de escoa- mento de ar) . A pressão operacional do gás era ambiente (1 bar) e a temperatura da célula era de 70°C. Conforme mostra- do na tabela 1, os MEAs de cinco camadas fabricados de acor- do com a presente invenção, possuem uma tensão de célula su- perior na faixa de 630 mV em uma densidade corrente de 600 mA/cm2.
TABELA 1
RESULTADOS DQ TESTE ELETROQUÍMICO DE MEAS DE CINCO CAMADAS <table>table see original document page 19</column></row><table>

Claims (12)

1. Processo para fabricação de um conjunto de membrana-eletrodo (MEA) de cinco camadas para uso em membrana de célula combustível, o dito MEA compreende uma camada de difusão de gás de anodo, uma membrana revestida com catalisador e uma camada de difusão de gás de catodo, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de difusão de gás de anodo, a camada de difusão de gás de catodo e a membrana revestida com catalisador são reunidas por meio de um processo de laminação usando um componente adesivo e em que a quantidade do componente adesivo está limitada à faixa de 0,01 a 10 mg de adesivo/cm2 de uma área ativa das camadas de catalisador.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a membrana revestida com catalisador utilizada compreende uma membrana de ionômero revestida com camadas de catalisador em ambos os lados da dita membrana em uma área ativa desejada.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o componente adesivo é aplicado sobre as camadas de difusão de gás antes do conjunto MEA.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o componente adesivo é aplicado a ambos os lados da membrana revestida com catalisador antes do conjunto MEA.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o componente adesivo é aplicado ou à membrana revestida com catalisador ou às camadas de difusão de gás antes do conjunto MEA.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o processo de laminação é realizado em uma faixa de temperatura de 20°C a 130°C e em uma faixa de pressão de .2.105N/m2 a 20.105N/m2 (2 bar a 20 bar).
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o componente adesivo compreende um material polimérico orgânico.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o componente adesivo compreende um polímero termoplástico ou duroplástico, uma carga condutora, opcionalmente um solvente e opcionalmente um aditivo.
9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o componente adesivo é aplicado por revestimento, aspersão, impressão, distribuição, estampagem, usando uma fita de transferência e usando um distribuidor de fusão a quente.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o componente adesivo é seco após aplicação em uma faixa de temperatura de 40 a 120°C.
11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o componente adesivo é aplicado na forma de pontos de adesivo seletivamente em um padrão desejado em uma área ativa da membrana revestida com catalisador ou das camadas de difusão de gás.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que os pontos adesivos ocupam entre 1 e 20%, preferivelmente 1 e 10% da área ativa das camadas de catalisador.
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