DD258250A5 - Verfahren zur herstellung einer festpolymerelektrolytstruktur - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Festpolymerelektrolytstruktur. Erfindungsgemaess wird eine Festpolymerelektrolytstruktur hergestellt, indem (a) eine Suspension aus katalytisch aktiven, elektrisch leitenden Teilchen und einer Fluessigkeit wie Dibromtetrafluorethan gebildet wird; (b) die Suspension auf mindestens eine Seite einer Fluorkohlenstoffmembranfolie aufgebracht wird, waehrend sich diese Folie in ihrer thermoplastischen Form befindet; (c) im wesentlichen die gesamte Fluessigkeit entfernt wird, wobei die Teilchen auf der Membranfolie zurueckbleiben; (d) mindestens ein Teil der Teilchen in die Membranfolie gepresst wird; und (e) die Seite der so behandelten Membran, die die Teilchen auf der Oberflaeche hat, mit einer elektrisch leitenden, hydraulisch durchlaessigen Matrix in Kontakt gebracht wird. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine feste Polymerelektrolyt (SPE) -Struktur, die den elektrischen Widerstand zwischen einem Stromabnehmer und einer eingelagerten oder aufgeklebten Elektrode, die in Elektrolyt-SPE-Zellen verwendet wird, minimiert.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Festpolymerelektrolyt (SPE) -Zellen beziehen sich auf Zellen, in denen eine oder beide Elektroden mit einer Polymerionenaustauschmembran verbunden sind oder in sie eingelagert sind. Solche Zellen sind wohlbekannt und werden im Detail in den folgenden US-Patenten Nr.4.315.805, Darlington et al (16. Februar 1982);

4.364.815, Darlington et al (12. Dezember 1982); 4.272.353 Lawrence et al (09. Juni 1981) und 4.394.229, Korach (19.JuIi 1983) diskutiert.

In SPE-Zellen wird ein Stromabnehmer gegen die Elektrode gepreßt und mit ihr in Kontakt gebracht und schafft einen Weg für den elektrischen Strom, um von einer Energiequelle zur Elektrode zu fließen. Stromabnehmer sind elektrisch leitende, hydraulisch durchlässige Matrizen, die eine Vielzahl von Formen, Größen und Arten aufweisen können einschließlich einer metallischen Fensterabschirmung, gelochten Metallplatten, Streckmetallen und ähnlichem. Die folgenden US-Patente beschreiben einige handelsübliche Arten von Stromabnehmern: 4.299.674, Korach (10. November 1981); 4.468.311, de Nora et al (28. August 1984) und 4.215.183, MacLeod (29. Juli 1980). Bei SPE-Zellen ergeben sich oft größere Probleme wegen dem hohen elektrischen Widerstand zwischen den eingelagerten oder verbundenen Elektroden und den Stromabnehmern, die gegen die Elektrode gepreßt werden. Viele Fachleute auf diesem Gebiet haben versucht, das Problem des hohen Widerstandes auf einer Vielzahl von Wegen zu lösen. Einige Lösungen schließen die Verwendung einer Matte ein, wie es die US-PS 4.468.311, de Nora et al (28. August 1984) zeigt oder legen den Elektrokatalysator direkt an ein leitendes Kohlenstoffgewebe an, das als Stromabnehmer dient, wie es in US-PS 4.239.396, Allen et al (06. Oktober 1981) beschrieben ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von verbesserten Festpolymerelektrolyt (SPE) -Zellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Widerstand gegen den Fluß der elektrischen Energie in einer Elektrolyt-SPE-Zelle zwischen einem Stromabnehmer und einer Elektrode zu minimieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst in einem Verfahren zur Herstellung einer Festpolymerelektrolytstruktur unter Verwendung derfolgenden Schritte:

(a) Bildung einer Suspension aus katalytisch aktiven, elektrisch leitenden Teilchen und einer Flüssigkeit;

(b) Aufbringen der Suspension auf mindestens eine Seite einer Fluorkohlenstoff-Membranfolie, während diese Folie in ihrer thermoplastischen Form ist;

(c) Entfernen von im wesentlichen aller Flüssigkeit, wobei die Teilchen auf der Membranfolie zurückbleiben und

(d) Pressen mindestens eines Teiles der Teilchen in die Membranfolie; und

gegebenenfalls wird die Seite der so behandelten Membran, die die Teilchen auf ihrer Oberfläche hat, in Kontakt gebracht mit einer elektrisch leitenden, hydraulisch durchlässigen Matrix.

Als Ergebnis des innigen Kontaktes zwischen der Membranfolie, den elektrisch leitenden Teilchen und der elektrisch leitenden, hydraulisch durchlässigen Matrix (die als Stromabnehmer dient und mit einer Stromquelle verbunden ist) wird der Widerstand gegen den Fluß der elektrischen Energie minimiert und dadurch wird die Zelle effizienter betrieben als Zellen, die SPE-Strukturen nach dem Stand der Technik verwenden.

Die Membran kann hergestellt sein aus einem fluorkohlenstoffartigen Material oder einem kohlenwasserstoffartigen Material.

Solche Membranmaterialien sind wohlbekannt. Vorzugsweise werden jedoch Fluorkohlenstoffmaterialien wegen ihrer chemischen Stabilität allgemein verwendet.

Nichtionische (thermoplastische) Formen von perfluorinierten Polymeren, die in den folgenden US-Patenten beschrieben sind, sind geeignet zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung: 3,282,875; 3,909,378; 4,025,405; 4,065,366; 4,116,888; 4,123,336; 4,126,588; 4,151,052; 4,176,215; 4,178,218; 4,192,725; 4,209,635; 4,212,713; 4,251,333; 4,270,996; 4,329,435; 4,330,654; 4,337,137; 4,337,211; 4,340,680; 4,357,218; 4,358,412; 4,358,545; 4,417,969; 4,462,877; 4,470,889; 4,478,695 und veröffentlichte europäische Patentanmeldung 0027009.

Solche Polymere haben gewöhnlich ein Äquivalentgewicht im Bereich von 500 bis 2000.

Damit die elektrisch leitenden Teilchen in die Fluorkohlenstoffmembran eingelagert werden, ist es wünschenswert, daß sich die Fluorkohlenstoffmembran in ihrer thermoplastischen Form befindet. Sie ist in ihrer thermoplastischen Form, wenn sie hergestellt wird und bevor sie in eine lonenaustauschform umgewandelt wird. Unter thermoplastischer Form wird z. B.

verstanden, daß die Membran eher SO₂X-Seitengruppen als ionisch gebundene SOaNa- oder SOaH-Seitengruppen hat, wobei X -F,-CO₂,-CH₃odereinquaternäresAmin ist.

Insbesondere bevorzugte Fluorkohlenstoffmaterialien zur Verwendung für die Herstellung von Membranen sind Copolymere von Monomer 1 mit Monomer 11 (wie unten definiert). Gegebenenfalls kann eine dritte Monomerenart mit 1 und 11 copolymerisiert werden.

Die erste Monomerenart wird dargestellt durch die allgemeine Formel:

CF₂=CZZ', (I)

Z und Z' unabhängig voneinander ausgewählt sind aus -H, -Cl, -F und -CF₃.

Das zweite Monomer besteht aus einem oder mehreren Monomeren, ausgewählt aus Verbindungen, die durch die allgemeine Formel dargestellt werden:

Y-(CF₂)_a-(CFR_f)_b-(CFR_f)_c-O-[CF(CF₂X)-CF₂-O]_n-CF=CF₂ (II)

Y ausgewählt ist aus-SO₂Z,-CN,-COZ und C(R₃f)(R₄f)OH;

Z ausgewählt ist aus I, Br, Cl, F, OR und NR₁R₂;

R ein verzweigter oder linearer Alkylrest ist mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen oder ein Arylrest;

R³f und R⁴f unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Perfluoralkylresten mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen; Ri und R₂ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus H, einem verzweigten oder geradkettigen Alkylrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen und einem Arylrest;

a = 0 bis 6; *

c = Ooder 1 ist;

unter der Voraussetzung, daß a + b + c nicht gleich 0 ist;

X ausgewählt ist aus Cl, Br, Fund Mischungen davon,

wenn η größer 1 ist;

η = Obis6; und

Rf und Rf unabhängig voneinander ausgewählt sind aus F, Cl, Perfluoralkylresten mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen und Fluorchloralkylresten mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen.

Besonders bevorzugt ist ein Monomer, worin Y = -SO₂FOdBr-COOCH₃; η = Ooderi; R_f und Rf F; X Cl oder F und a + b + c = 2 oder 3 sind.

Als drittes und fakultatives Monomer geeignet ist ein oder mehrere Monomere, ausgewählt aus den Verbindungen, die durch die folgende allgemeine Formel dargestellt werden:

Y'-(CF₂)_aHCFR_f)_b-(CFRk_f)_c-O-[CF(CF₂X')-CF₂-O]_n-CF=CF_{2 f} (III)

Y'ausgewählt ist aus F, Cl und Br;

a' und b' unabhängig voneinander 0 bis 3 sind;

c' 0 oder 1 ist;

vorausgesetzt, daß a' + b' + c' nicht gleich 0 ist;

Rf und Rf unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Br, Cl, F Perfluoralkylresten mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen und Chlorperfluoralkylresten mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen und

X' ausgewählt ist aus F, Cl, Br und Mischungen davon, wenn n' > 1 ist.

Die Umwandlung von Y in lonenaustauschgruppen ist wohlbekannt und besteht aus einer Reaktion von Y mit einer alkalischen Lösung.

1,2-Dibromtetrafluorethan und 1,2,2-Trichlortrifluorethan haben sich als gutes Lösungsmittel für Polymere, die aus den oben beschriebenen Monomeren hergestellt wurden, erwiesen.

Während die Fluorkohlenstoffmembran in ihrer thermoplastischen Form ist, ist sie fähig zu erweichen, wenn sie erhitzt wird und wieder zu erhärten, wenn sie abkühlt. Daher können Teilchen leicht in die Membran gepreßt werden, wenn die Membran erhitzt worden ist. Die Temperatur, auf die die Membran vorzugsweise erhitzt wird, um sie genügend weich zu machen, um die Teilchen darin einlagern zu können, hängt in einem großen Ausmaß von der chemischen Formulierung der Membran ab. Im allgemeinen jedoch sind Temperaturen im Bereich von 150^cC bis350°Cfür Membranen geeignet, wenn Y = -SO₂F (Wie in Gleichung Il oben definiert). Membranen auf Kohienwasserstoffbasis können (abhängig von der genauen Zusammensetzung des Kohlenwasserstoffmaterials) auf eine Temperatur von 100°Cbis 190°C erhitzt werden.

Zum Beispiel kann eine Membranfolie hergestellt werden, indem ein Sulfonylfluoridpulver mit einem Äquivalentgewicht von etwa 1000, wie es in US-PS 4,330,654 beschrieben ist, zwischen zwei Folien aus Polytetrafluorethylen, das mit Glasfasern verstärkt ist, bei einer Temperatur von etwa 310⁰C unter einem Druck von etwa 0,75t/inch² (13335 kPa) etwa 1,25 Minuten heißgepreßt wird. Die entstehende Folie mit einem Durchmesser von 15 bis 18cm hat eine Dicke von 0,0025 bis 0,4mm, vorzugsweise von 0,01 bis 0,25 mm und besonders bevorzugt von 0,05 bis 0,15 mm.

Für die vorliegende Erfindung ist es wichtig, eine wirksame Bindung zwischen der elektrisch leitenden, hydraulisch durchlässigen Matrix und der Membran herzustellen. Eine derartige Bindung kann mit oder ohne Verwendung von von außen angewendetem Druck während der Verbindung erfolgen. Es wurde jedoch festgestellt, daß eine bessere Bindung im allgemeinen erreicht wird, wenn die Membran und die elektrisch leitende, hydraulisch durchlässige Matrix zuerst miteinander in Kontakt gebracht und erhitzt werden bei 0 Druck für etwa eine Minute gefolgt von der Anwendung eines Druckes von 1 bis8t/inch²für0,2 bis 2 Minuten.

Die vorliegende Erfindung erfordert, daß mindestens eine der Elektroden in Form einer Vielzahl von elektrisch leitenden Teilchen vorliegt, die in die Membranfolie eingelagert sind. Dies ist es, was eine SPE-Elektrode ausmacht. Die Elektrode, die aus einer Vielzahl von elektrisch leitenden Teilchen zusammengesetzt ist, kann entweder die Kathode oder die Anode sein. Gegebenenfalls können beide Elektroden elektrisch leitende Teilchen sein, die in entgegengesetzte Seiten der Membranfolie eingelagert sind.

Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung sollen die Formen der beiden Elektroden so beschrieben werden, als wären sie elektrisch leitende Teilchen und ebenso beschrieben werden, als wären sie separate übliche Elektroden.

Übliche Anoden sind gewöhnlich hydraulisch durchlässige, elektrisch leitende Strukturen, die in einer Vielzahl von Formen und Arten hergestellt werden einschließlich z. B. einer Folie aus Streckmetall, einer perforierten Platte, einer gelochten Platte, einem nicht flachgelegten, rautenförmigen Streckmetall oder einem gewebtem Metalldraht. Metalle, die geeignet sind zur Verwendung als Anoden schließen Tantal, Wolfram, Columbium, Zirkonium, Molybdän und vorzugsweise Titan sowie Legierungen, die größere Mengen dieser Metalle enthalten, ein.

Gegebenenfalls kann die Anode eine SPE-Elektrode sein, die aus einer Vielzahl von elektrisch leitenden Teilchen, die in die Membranfolie eingelagert sind, besteht. Materialien, die geeignet sind zur Verwendung als elektrokatalytisch aktive Anodenmaterialien schließen z.B. aktivierende Substanzen wie Oxide von Metallen der Platingruppe wie Ruthenium, Iridium, Rhodium, Platin, Palladium entweder allein oder in Kombination mit einem Oxid eines filmbildenden Metalls ein. Andere geeignete aktivierende Oxide schließen Kobaltoxid entweder allein oder in Kombination mit anderen Metalloxidenein. Beispiele solcher aktivierenden Oxide sind zu finden in US-PS 3,632,498; 4,142,005; 4,061,549 und 4,214,971.

Übliche Kathoden sind gewöhnlich hydraulisch durchlässige, elektrisch leitende Strukturen, die in einer Vielzahl von Formen und Arten hergestellt werden, einschließlich z. B. einer Folie aus Streckmetall, einer perforierten Platte, einer gelochten Platte, einem nicht flach gepreßten, rautenförmigen Streckmetall oder einem gewobenen Metalldraht. Metalle, die geeignet sind zur Verwendung als Kathode schließen z. B. Kupfer, Eisen, Nickel, Blei, Molybdän, Kobalt und Legierungen, die einen größeren Teil dieser Metalle enthalten, ein wie rostfreier Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und Metalle oder Legierungen, die mit Substanzen wie Silber, Gold, Platin, Ruthenium, Palladium und Rhodium beschichtet sind.

Gegebenenfalls kann die Kathode, wie es bereits festgestellt wurde, eine SPE-Elektrode sein, die aus einer Vielzahl von elektrisch leitenden Teilchen, die in die Mem'branfolie eingelagert sind, bestehen. Materialien, die geeignet sind zur Verwendung als elektrokatalytisch aktive Kathodenmaterialien schließen z. B. ein Metall der Platingruppe oder ein Metalloxid wie Ruthenium oder Rutheniumoxid ein. US-PS 4,465,580 beschreibt solche Kathoden.

Die elektrisch leitenden Teilchen sind vorzugsweise, ob sie als Anode oder als Kathode verwendet werden, fein verteilt und haben eine große Oberfläche. Zum Beispiel sind im Fall einer Sauerstoff- oder Wasserstoffelektroden-Brennstoffzelle Platinschwarz mit einer Oberfläche, die größer ist als 25 m²/g oder Platin mit einer großen Oberfläche (800 bis 1 800m²/g) Platin aktiviertem Kohlenstoffpulver (durchschnittliche Teilchengröße 10 bis 30μιτι) sehr geeignet zur Verwendung als Anode oder Kathode. Im Fall einer Chlorzelle kann eine Beschichtung hergestellt werden, in der Rutheniumdioxidteilchen durch thermische Zersetzung von Rutheniumnitrat bei einer Temperatur von 450°C 2 Stunden lang erzeugt werden. Das entstehende Oxid kann dann gemahlen werden unter Verwendung eines Mörsers und Pestills und der Teil, der durch ein 325 mesh Sieb (weniger als 44μητι) durchgeht, wird verwendet, um eine Elektrode herzustellen.

Die elektrisch leitende, hydraulisch durchlässige Matrix, die gegen die Seite der Membran gepreßt wird, die Teilchen eingelagert hat, dient als Stromabnehmer, um die elektrische Energie zur oder von der SPE-Elektrode zu übermitteln und kann aus einer Vielzahl von Substanzen zusammengesetzt sein einschließlich Kohlenstoffgewebe, Kohlepapier, Kohlenstoff-Filz, metallische Siebe, Metallfilze und poröse Metallfolien. Vorzugsweise ist jedoch die elektrisch leitende, hydraulisch durchlässige Matrix ein Kohlenstoffgewebe, da ein Kohlenstoffgewebe leicht erhältlich ist, gut geeignet ist und leicht handhabbar ist und relativ billig ist.

Das Gewebe, das am meisten bevorzugt verwendet wird bei der Erfindung, ist eines mit einem niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand, ist relativ billig, besitzt eine genügende Festigkeit zur Herstellung und hat entsprechende Oberflächeneigenschaften wie Rauhigkeit, um eine gute Bindung zwischen der lonenaustauschmembran und ihm selbst zu bewirken. Es ist auch günstig, einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem Kohlenstoffgewebe und den elektrokatalytisch aktiven Teilchen der Elektrode zu schaffen.

Die Art des Kohlenstoffgewebes, die geeignet ist zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung, ist im Handel erhältlich von vielen Firmen einschließlich: Stackpole Fibers Co. und wird unter dem Namen Panex PWB-3, PWB-6, KFB und SWB-8und von Union Carbide Corp. unter dem Namen WCA Graphite Cloth und VCK und VCA carbon cloth verkauft. Kohlenstoffgewebe kann auch gewebt werden aus Kohlenstoff-Fasern, die erhältlich sind von der Fiberite Corp. und verkauft werden unter den Namen Celion 1000, Celion 3000, Celion 6000, Celion 12000 oder von der Celanese Corporation als C-6 oder G-50. Diese Materialien können in ihren physikalischen Eigenschaften variieren, sind aber akzeptabel zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung, solange sie genügend fest sind, um ihre physikalische Integrität bei der Herstellung aufrechtzuerhalten. Fasergröße und Webmuster können ebenso variieren und sind nicht kritisch für die erfolgreiche Durchführung der vorliegenden Erfindung. Gewebe, das geeignet ist für die vorliegende Erfindung, hat vorzugsweise eine Dicke von 0,05 bis 0,65 mm und einen spezifischen elektrischen Widerstand von 600.000 bis 1375μΟηπη-0Γη. Bevorzugter hat das Gewebe, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, einen spezifischen elektrischen Widerstand von annähernd 1500μΟΙιιτ)-οΓη.

Die SPE-Struktur kann dann hergestellt werden, indem die Membran in die thermoplastische Form gebracht wird und gegebenenfalls kann der Stromabnehmer dann an die Teilchen gebunden werden und die elektrokatalytisch aktiven Teilchen können in die Membran eingelagert werden, die Membran wird in ihre ionische Form umgewandelt durch Reaktion, im Fall von -SO2F-Seitengruppen, mit NaOH unter den folgenden Bedingungen:

(1) Der Film wird in etwa 25Gew.-% Natriumhydroxid etwa 16 Stunden bei einer Temperatur von etwa 90⁰C eingetaucht,

(2) der Film wird zweimal mit deionisiertem Wasser, das auf eine Temperatur von etwa 90⁰C erhitzt ist, gespült, wobei 30 bis 60 Minuten pro Spülung verwendet werden. Die Seitengruppe ist dann in der-SO3~Na⁺-Form. Andere Kationen als Na⁺ können gegebenenfalls gegen Na⁺ ausgetauscht werden, wenn es zweckmäßig ist (wie H⁺). Gegebenenfalls kann der Stromabnehmer, statt daß er mit den Teilchen verbunden wird, gegen die Teilchen nach Umwandlung der Membran in ihre ionische Form gepreßt werden.

Die elektrokatalytisch aktiven Teilchen können in die Oberfläche der Membran inkorporiert werden unter Verwendung einer Vielzahl von Techniken einschließlich der Herstellung einer Suspension der Teilchen mit einer Flüssigkeit und Aufsprühen oder Gießen der Suspension über die Membran, Entfernen der Flüssigkeit, die ein Lösungsmittel für das Polymer sein kann, durch Verdampfen der Flüssigkeit und dann Heißpressen der Teilchen in die Membran mit oder ohne das Kohlenstoffgewebe an Ort und Stelle. Zum Beispiel können Platin- und Kohlenstoffteilchen in einer Flüssigkeit wie 1,2-Dibromtetrafluorethan oder 1,2,2-Trichlortrifluorethan aufgeschlämmt werden und auf die Membran gegossen oder gesprüht werden. Die Flüssigkeit wird dann verdampfen gelassen. Kohlenstoffgewebe als Stromabnehmer kann dann gegen diese so gebildeten Elektroden gepreßt werden.

Die Menge an Teilchen, die auf dem Membranfilm verwendet wird, um die SPE-Elektrode zu bilden, kann abhängig von der Aktivität des Elektrokatalysators, seiner Kosten usw. variieren. Für Chloralkali SPE-Membranen liegt die Menge an verwendetem Katalysator gewöhnlich zwischen 0,4 und 1,0 mg Katalysator pro cm² Membranoberfläche. Es gibt eine obere Grenze für die Teilchenmenge, die auf die Membran gebracht werden kann, um ein Durchdringen der Teilchen durch die Membran zu vermeiden. Die obere Grenze wurde bestimmt mit etwa 25mg Katalysator pro cm² Membranoberfläche. Die Festpolymer-Elektrolytstruktur der vorliegenden Erfindung ist nützlich für eine große Vielzahl von elektrochemischen Zellen einschließlich z. B. Brennstoffzellen für die kontinuierliche Produktion von elektrischer Energie; Elektrolysezellen für die Herstellung von chemischen Produkten und Batterien für die diskontinuierliche Herstellung von elektrischer Energie.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt die SPE-Stmktur der erfindungsgemäßen Festpolymerelektrolytstruktur.

In der erfindungsgemäßen Festpolymerelektrolytstruktur ist die Membranfolie mit 20, die Vielzahl von elektrisch leitenden Teilchen mit 110 und die elektrisch leitende, hydraulisch durchlässige Matrix mit 130 bezeichnet.

Die SPE-Struktur der vorliegenden Erfindung schließt Ausführungsformen ein, worin elektrisch leitende Teilchen mit einer oder beiden Seiten der Membranfolie oder in sie eingelagert sind.

Die Figur zeigt die SPE-Struktur 100. Sie ist zusammengesetzt aus einer Membranfolie 120, die eine Vielzahl von elektrisch leitenden Teilchen 110 eingelagert hat.

Die Teilchen 110 sind in physikalischem und elektrischem Kontakt mit einer elektrisch leitenden, hydraulisch durchlässigen Matrix 130, die ebenfalls in die Membranfolie 120 eingelagert ist.

Die Membranfolie teilt den Anodenteil von dem Kathodenteil und begrenzt Art und Menge der Flüssigkeiten und/oder Ionen, die zwischen dem Anodenteil und den Kathodenteilen durchströmen. Die Membran kann eine Einschichtmembran oder eine Vielschicht-Verbundmembran sein.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung einer Festpolymerelektrolytstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) eine Suspension aus katalytisch aktiven, elektrisch leitenden Teilchen und einer Flüssigkeit herstellt;

(b) die Suspension auf mindestens eine Seite einer Fluorkohlenstoffmembrandolie aufbringt, während sich die Folie in ihrer thermoplastischen Form befindet;

(c) im wesentlichen alle Flüssigkeit entfernt, wobei die Teilchen auf der Membranfolie zurückbleiben; und

(d) mindestens einen Teil der Teilchen in die Membranfolie preßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran/Matrixkombination einem Druck unterworfen wird, der ausreicht, um mindestens einen Teil der Matrix in die Membran einzulagern.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seite der so behandelten Membran, die die Teilchen an der Oberfläche hat, mit einer elektrisch leitenden, hydraulisch durchlässigen Matrix in Kontakt gebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix ausgewählt ist aus Kohlenstoffgewebe, Kohlepapier, Kohlenstoff-Filz, Metallsieb, Metallfilz und einer porösen Metallfolie und einen spezifischen elektrischen Widerstand von 600000 bis 1375μΟΙιηη-οιη hat.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix Kohlenstoffgewebe mit einer Dicke von 0,05 bis 0,65 mm ist.

6. Verfahren nach Anspruch 3,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix einen spezifischen elektrischen Widerstand von 1 500MOhm-cm hat.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine Dicke von 0,0025 bis 0,4 mm und ein Äquivalentgewicht von 500 bis 2000 hat.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen auf beide Seiten der Membran aufgebracht werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytisch aktiven Teilchen ausgewählt werden aus Metallen der Platingruppe, Metalloxiden der Platingruppe, Rithenium, Iridium, Rhodium, Platin, Palladium, entweder allein oder in Kombination mit einem Oxid eines filmbildenden Metalls und Kobaltoxid allein oder in Kombination mit anderen Metalloxiden, daß die aktiven Teilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von 10 bis 30μητί und eine Oberfläche von 800 bis 1800m²/g haben.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytisch aktiven Teilchen auf der Membran in einer Menge von 0,4 bis 25mg/cm² Membranoberfläche vorhanden sind.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von elektrisch leitenden Teilchen eine Anode an einer Seite der Membranfolie und eine Vielzahl von elektrisch leitenden Teilchen einer Kathode an der entgegengesetzten Seite der Membranfolie bilden.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode sich aus einer Vielzahl von elektrisch leitenden Teilchen zusammensetzt und die andere Elektrode aus einer porösen Metallplatte besteht.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit ausgewählt ist aus 1,2-Dibromtetrafluorethan und 1,2,3-Trichlortrifluorethan.