DE10052190A1 - Membranelektrodenanordnung mit optimierter Elektrodenstruktur - Google Patents

Membranelektrodenanordnung mit optimierter Elektrodenstruktur

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige Gasdiffusionselektrode, welche mindestens eine Gasdiffusionsschicht oder Gasverteilungslage oder Substrat und eine Katalysatorschicht enthält. Diese Gasdiffusionselektrode weist zwischen Gasdiffusionsschicht oder Gasverteilungslage oder ein Substrat und Katalysatorschicht mindestens eine Pufferschicht zur Steuerung des Gas- und Wassermanagements auf. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Gasdiffusionselektrode, eine Membranelektrodenanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Membranelektrodenanordnung und deren Verwendung in einer Brennstoffzelle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranelektrodenanordnung zum Einsatz in Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung in Brennstoffzellen.
In Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen wird eine Gasdiffusionselektrode als Elektrode zwischen Polymerelektrolytmembran und Stromsammlern, z. B. Bipolarplatten, verwendet. Sie hat die Funktion, den durch die Redoxreaktion erzeugten Strom abzuleiten und muß die Reaktionsgase zur katalytischen Schicht durchdiffundieren lassen. Außerdem sollte die Gasdiffusionselektrode zumindest in der der Membran zugewandten Schicht wasserabweisend sein, um zu verhindern, daß bei der Reaktion gebildetes Wasser die Poren der Gasdiffusionselektrode flutet und damit den Gastransport zur katalytisch aktiven Schicht blockiert. Stets von Interesse ist eine Kostenreduzierung bei der Herstellung der Gasdiffusionselektroden.
Um das Problem des Flutens zu überwinden, wird für derartige Gasdiffusionselektroden in Polymerelektrolytmembran (PEM)- Brennstoffzellen bislang PTFE als Bindemittel für Kohlenstoffsubstrate zur Erzeugung einer Gasdiffusionsschicht oder zur Imprägnierung eines Kohlepapiers eingesetzt. Die US 3,899,354 A1 beschreibt ein weiteres Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenmatrix aus Kohlenstoff und PTFE oder einem anderem Polymerbindemittel, indem Kohlepapier mit einer Suspension eines Gemischs aus PTFE und Kohlenstoff besprüht wird, bis eine dicke Schicht erhalten wird, die noch einer anschließenden Temperaturbehandlung unterzogen wird.
Für ein gutes Leistungsvermögen muß eine Elektrode jedoch auch gleichzeitig für eine gleichmäßige Durchfeuchtung des Elektrolyten sorgen, damit der Protonentransport nicht behindert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Membranelektrodenanordnung zur Verfügung zu stellen, bei der die Steuerung des Gas- und Wasserhaushaltes in einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle bei gleichzeitig hoher Leistungsdichte verbessert ist. Aufgabe der Erfindung ist es außerdem, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Membranelektrodenanordnung anzugeben, sowie deren Verwendung in Brennstoffzellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung eine Membranelektrodenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Membranelektrodenanordnung gemäß Anspruch 8 sowie deren Verwendung in einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle nach Anspruch 9 vor.
Gemäß der Erfindung umfaßt die Membranelektrodenanordnung zum Einsatz in Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen eine Gasdiffusionsschicht oder Gasverteilungslage oder ein Substrat mit einer hydrophoben kohlenstoffhaltigen Schicht und eine Membran, wobei die Gasdiffusionselektrode zwischen Gasdiffusionsschicht oder Gasverteilungslage oder Substrat und Katalysatorschicht eine Pufferschicht zur Steuerung des Gas- und Wassermanagements aufweist, die Gasdiffusionsschicht oder Gasverteilungslage oder das Substrat bevorzugt kein hydrophobes Polymer enthält, die Pufferschicht und die Katalysatorschicht jeweils mindestens ein hydrophobes Polymer aufweisen und der Konzentrationsbereich des mindestens einen hydrophoben Polymers in der Pufferschicht zwischen 1 und 14 Gewichtsprozent und in der Katalysatorschicht zwischen 1 und 10 Gewichtsprozent liegt.
Die Gasdiffusionsschicht oder Gasverteilungslage oder das Substrat und die Pufferschicht der erfindungsgemäßen Membranelektrodenanordnung haben folgende wichtige Aufgaben: Sie müssen den gleichmäßigen Antransport des Brennstoffs an die Anode bzw. der Luft oder des Sauerstoffs an die Kathode und den Abtransport des entstehenden Reaktionswassers an der Kathode gewährleisten. Gleichzeitig muß aber eine ausreichende Durchfeuchtung des Elektrolyten sichergestellt werden, um den Protonentransport durch den Elektrolyten nicht zu behindern. Bei der Realisierung dieser Anforderung muß vor allem dem Grenzbereich zwischen Elektrolyt und Katalysator Rechnung getragen werden: zum einen führt bereits ein geringer Wasserüberschuß zu einer Separation des Katalysators mit der Folge, daß das Brenngas die Katalysatorschicht nicht mehr erreicht, zum anderen wird der Protonentransport behindert, wenn die Wassermenge nicht ausreicht, um den Elektrolyten zu durchfeuchten. In beiden Fällen fällt die Brennstoffzellen- Leistung stark ab.
Um sowohl den spezifisch ionischen als auch den spezifischen elektrischen Stromwiderstand zu minimieren, werden als Ausgangsmaterialien für die Pufferschicht Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltige Materialien und mindestens ein hydrophobes Polymer verwendet. In einer anderen Ausgestaltung kann das Ausgangsmaterial der Pufferschicht noch Verarbeitungs­ hilfsmittel enthalten, insbesondere Dispergiermittel, Porenbildner und/oder Verdickungsmittel, die durch eine Temperaturbehandlung während der Herstellung der Gasdiffusionselektrode wieder entfernt werden. Der Konzentrationsbereich des mindestens einen hydrophoben Polymers in der Pufferschicht liegt zwischen 1 und 14 Gewichtsprozent und in der Katalysatorschicht zwischen 1 und 10 Gewichtsprozent. Vorteilhafterweise nimmt die Konzentration des mindestens einen hydrophoben Polymers zu der Polymerelektrolytmembran hin ab. Die Pufferschicht ist hierbei durch den angepaßten Teflongehalt in der Lage Feuchteschwankungen in der Membran-Elektrodeneinheit, insbesondere in der Grenzschicht Katalysator-Elektrolyt, auszugleichen, ohne den Gaskontakt zu behindern. Der Teflongehalt hängt dabei vom eingesetzten Elektrolyten und den Betriebsparametern wie z. B. Druck, Gasbefeuchtung und Systemtemperatur ab.
Die verwendete Gasdiffusionsschicht oder Gasverteilungslage kann ein Kohlepapier, ein Gewebe, ein Filz oder ein Band aus Kohlenstoff sein. Durch die Hydrophobierung der Pufferschicht und der Katalysatorschicht enthält die Gasdiffusionsschicht oder Gasverteilungslage oder das Substrat bevorzugt kein hydrophobes Polymer. Dies hat den Vorteil, daß die Gasdiffusionsschicht oder Gasverteilungslage oder das Substrat gleichzeitig einen Beitrag zur Steuerung des Gas- und Wassermanagements leisten kann und zwar dergestalt, daß durch das Hineinragen der Fasern des bevorzugt verwendeten Kohlepapiers in die Pufferschicht hinein bzw. der nicht vorhandenen Hydrophobierung dieser Schicht ein Kapillareffekt entsteht, der die Gasdiffusionsschicht oder Gasverteilungslage oder das Substrat in die Lage versetzt, das überschüssige Wasser an der Anode wie an der Kathode abzuziehen. Dies ist mit einem Aufbau wie in der US 3,899,354 A1 beschrieben nicht möglich, da die Gasdiffusionsschicht bzw. die darauffolgende kohlenstoffhaltige Schicht aufgrund der hohen Teflongehalte weder in der Lage sind, Wasser abzuziehen, wie dies z. B. durch die Rückdiffusion von Reaktionswasser zur Anode notwendig wird, um die Elektrode nicht zu fluten, noch Wasser zu speichern, um den Elektrolyten in einem ausreichend befeuchteten Zustand zu halten. Eine mangelhafte Befeuchtung des Elektrolyten äußert sich in einer Behinderung des Protonentransports und führt somit ebenso zu einem Leistungsabfall in der Brennstoffzelle.
Durch das Zusammenwirken von Gasdiffusionsschicht oder Gasverteilungslage oder Substrat und Pufferschicht wird die Katalysatorschicht vorteilhafterweise nahezu wasserfrei gehalten und steht somit für die elektrochemische Reaktion uneingeschränkt zur Verfügung.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau einer solchen Membranelektrodenanordnung werden mit besonderem Vorteil Leistungsdichten größer 600 mW/cm2 erreicht.
Da das Substrat oder die Gasdiffusionschicht oder die Gasdiffusionslage nicht hydrophobiert wird, entfällt als ein weiterer Vorteil zum einen der Verfahrensschritt der Imprägnierung des Kohlepapiers und zum anderen die Anpassung dieses Schrittes an das jeweilige Substrat, welches außerdem zu einer Verfahrensvereinfachung führt. Eine weitere Vereinfachung der Herstellung einer solchen erfindungsgemäßen Membranelektrodenanordnung liegt in der Tatsache begründet, daß sowohl die Anode als auch die Kathode der jeweiligen Membranelektrodenanordnung nach demselben Verfahren hergestellt werden. Diese Vorteile zusammengenommen, führen zu einer deutlichen Kosteneinsparung.
Erfindungsgemäß weist die Membranelektrodenanordnung bevorzugt einen Katalysatorbelegungsgrad von 4000 µg/cm2 oder kleiner auf. Als Katalysator bzw. katalysatorhaltige Materialien können geträgerte und ungeträgerte Katalysatoren eingesetzt werden. Es finden platinhaltige und platinfreie Katalysatoren Anwendung. Als platinfreie Katalysatoren sind solche bevorzugt, die mindestens ein Übergangsmetall und mindestens ein Chalkogen enthalten oder daraus bestehen, wobei das mindestens eine Übergangsmetall aus den Nebengruppen des Periodensystems VIb und/oder VIIIb ausgewählt ist. Besonders bevorzugt werden Rutheniumchalkogenide eingesetzt. Als platinhaltige Katalysatoren können beispielsweise Platin oder Platinkomplexe mit Elementen der Nebengruppe VIIIb, insbesondere Platin-Ruthenium-Komplexe, Einsatz finden.
Vorteilhafterweise wird in der Erfindung eine Membranelektrodenanordnung eingesetzt, enthaltend eine Polymermembran, die zwischen zwei erfindungsgemäßen Elektroden angeordnet ist, wobei die Hauptfläche der Membran teilweise oder ganz durch die Elektroden abgedeckt ist. Die Membran in der Membranelektrodenanordnung weist mindestens ein perfluorsulfonsäurehaltiges Polymer, ein fluoriertes sulfonsäuregruppenhaltiges Polymer, ein Polymer auf Basis von Polysulfonen bzw. Polysulfon-Modifikationen, ein Polymer auf Basis von aromatischen Polyetherketonen, ein Polymer auf Basis von Trifluorstyrol auf oder ist als Kompositmembran ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Membranelektrodenanordnung nach Anspruch 1 weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
  • - Herstellen einer Suspension zumindest enthaltend Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltiges Material, mindestens ein hydrophobes Polymer und mindestens eine Flüssigkeit,
  • - Aufbringen dieser Suspension zur Herstellung einer Pufferschicht auf eine Gasdiffusionsschicht oder Gasverteilungsschicht oder ein Substrat, die kein hydrophobes Polymer enthält,
  • - Temperaturbehandeln der miteinander verbundenen Schichten bei 300 bis 450°C, bevorzugt bei 370 bis 420°C,
  • - Herstellen einer Suspension oder Paste zur Herstellung der Katalysatorschicht enthaltend mindestens ein hydrophobes Polymer, katalytisch aktives Material und mindestens eine Flüssigkeit,
  • - Aufbringen des Katalysators bzw. der katalysatorhaltigen Schicht auf die Pufferschicht und Trocknen der mindestens einen Lage,
  • - Temperaturbehandlung der miteinander verbundenen Schichten bei etwa 300 bis 450°C, bevorzugt bei etwa 370 bis 420°C.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode ist die kostengünstigere Herstellung einer solchen Membranelektrodenanordnung durch die Einsparung von Verfahrensschritten.
Die weiteren Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Fig. 1 zeigt schematisch einen möglichen Aufbau der erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode
Fig. 2 zeigt als ein Beispiel den Vergleich von zwei Strom- Spannungskennlinien einer erfindungsgemäßen MEA ohne bzw. mit einer erfindungsgemäßen Pufferschicht mit einem Katalysatorbelegungsgrad von etwa 4 mg/cm2, gemessen in einer Wasserstoff/Luft betriebenen Brennstoffzelle
Fig. 3 zeigt beispielhaft den Vergleich von zwei Strom- Spannungskennlinie einer erfindungsgemäßen MEA gemessen in einer Wasserstoff/Luft und einer Wasserstoff/Sauerstoff betriebenen Brennstoffzelle
Die erfindungsgemäße Membranelektrodenanordnung hat wie in Fig. 1 beispielhaft gezeigt folgenden möglichen Aufbau:
  • - Ein Kohlepapier als Schicht 1,
  • - darauffolgend eine Pufferschicht 2 mit angepaßtem Teflongehalt,
  • - auf der eine darüberbefindliche Katalysatorschicht 3 angeordnet ist,
  • - gefolgt von einer Polymerelektrolytmembran 4.
Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Membranelektrodenanordnung weist im einzelnen folgende Prozeßschritte auf:
  • - Eine Pufferschicht 2 aus Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltigem Material und mindestens einem hydrophobem Polymer wird in einem geeigneten Lösungsmittel, bevorzugt in Wasser unter Zugabe eines Benetzungsmittels, vorzugsweise höhere zweiwertige Alkohole wie z. B. Propandiol, Butandiol etc., dispergiert und als Suspension oder streichfähige Paste auf das Kohlepapier, das bevorzugt kein hydrophobes Polymer enthält, aufgebracht. Dies kann in an sich bekannter Weise mittels Siebdruck, durch Aufstreichen, Aufsprühen oder dergleichen geschehen. Die Schicht wird in mindestens einer Lage, vorzugsweise in zwei oder mehr Lagen aufgebracht. Bei mehrlagigem Aufbau erhält man eine besonders gute Haftung der einzelnen Lagen untereinander, wenn man die Schritte des Aufbringens und Trocknens ein- oder mehrmals wiederholt. Die Beladung der Schicht 1 mit einer Pufferschicht liegt zwischen 0,1 und 3 mg/cm2, bevorzugt zwischen 0,2 und 1,5 mg/cm2. Der Teflongehalt der erfindungsgemäßen Pufferschicht ist im Bereich zwischen 1 und 14 Gewichts-% angesiedelt. Der Gesamtaufbau aus Schicht 1 und 2 wird nach Fertigstellung bei Temperaturen zwischen 300°C und 450°C, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 370°C und 420°C einer Temperaturbehandlung unterzogen.
  • - Das Katalysatormaterial wird ebenfalls in einem oder mehreren geeigneten Lösungsmitteln, bevorzugt in Wasser und falls notwendig unter Zugabe eines Benetzungsmittels dispergiert und mit einer ein hydrophobes Polymer enthaltenen Lösung vermengt.
  • - Die so erhaltene Suspension oder Paste, enthaltend mindestens ein hydrophobes Polymer, katalytisch aktives Material und mindestens eine Flüssigkeit wird in einem weiteren Schritt auf die Pufferschicht aufgebracht, z. B durch Sprühen, Drucken, Pinseln, Aufstreichen. Die katalysatorhaltige Schicht 3 wird in mindestens einer Lage aufgebracht. Bei mehrlagigem Aufbau erhält man eine besonders gute Haftung der einzelnen Schichten untereinander, wenn man die Schritte des Aufbringens und Trocknens ein- oder mehrmals wiederholt. Der so erhaltene Aufbau aus Schichten 1 (Kohlepapier), 2 (Pufferschicht) und 3 (katalysatorhaltige Schicht) wird anschließend bei etwa 300 bis 450°C, bevorzugt bei etwa 370 bis 420°C einer Temperaturbehandlung unterzogen. Dabei kann das Tempern an Luft erfolgen, aber die Verwendung anderer Trocknungsmedien, z. B. Stickstoff oder Edelgase ist möglich. Der Teflongehalt der katalysatorhaltigen Schicht ist im Bereich zwischen 1 und 10 Gewichtsprozent-% angesiedelt. Die Katalysatorbeladung beträgt etwa 4 mg/cm2 oder weniger.
Die so hergestellte Elektrode, die in vorteilhafter Weise als Anode und als Kathode verwendet werden kann, wird im weiteren mittels eines Heißpreßverfahrens auf eine Seite eines geeigneten polymeren Festelektrolyten mit hoher ionischer Leitfähigkeit aufgebracht. Als Festelektrolyt können Polymerelektrolyte auf Basis von Nation der Fa. DuPont, aber auch Membranen auf Basis mindestens eines perfluorsulfonsäurehaltigen Polymers, eines fluorierten sulfonsäuregruppenhaltigen Polymers, eines Polymers auf Basis von Polysulfonen bzw. Polysulfon-Modifikationen, z. B. PES oder PSU, eines Polymers auf Basis von aromatischen Polyetherketonen, z. B. PEEK, PEK oder PEEKK, eines Polymers auf Basis von Trifluorstyrol, wie dies z. B. in WO 97/25369 der Fa. Ballard beschrieben ist, oder auf Basis einer Kompositmembran, wie dies als Beispiel in einer älteren, nicht vorveröffentlichten Schrift DE 199 43 244 der Fa. Daimlerchrysler, in WO 97/25369 oder WO 90/06337 der Fa. Gore/DuPont de Nemours ausgeführt ist, Einsatz finden.
Die so hergestellte Membranelektrodenanordnung (MEA), die mindestens eine erfindungsgemäße Elektrode enthält, zeichnet sich äußerst vorteilhaft durch eine hohe elektrische Leistung und Stabilität während des Betriebs in einer Brennstoffzelle aus. In besonderer Weise lassen sich solche MEA's über den gesamten Lastbereich mit Stromdichten von 0 bis 1 A/cm2 betreiben. Die hierbei erreichten Spannungen lagen bei mindestens 600 mV.
In Fig. 2 ist beispielhaft der Vergleich von zwei Strom- Spannungskennlinien einer erfindungsgemäßen Membranelektroden­ einheit ohne bzw. mit einer Pufferschicht (PTFE-Anteil: ca. 11 Gewichts-%) bei einem Katalysatorbelegungsgrad von etwa 4 mg/cm2 gezeigt, wobei Anode wie Kathode denselben Aufbau aufweisen, d. h Anode wie Kathode dieser Vergleichsmessung enthalten entweder beide keine Pufferschicht oder enthalten beide die Pufferschicht. Als Membranmaterial dieser Membranelektrodeneinheit wurde eine Nafion-Membran 113,5 der Fa. DuPont de Nemours eingesetzt. Die Messung dieser Membranelektrodeneinheiten wurde in einer Wasserstoff/Luft betriebenen Brennstoffzelle durchgeführt, wobei der stöchiometrische Anteil an Luft/H2 2,0/1,5 und die Zelltemperatur 80°C beträgt. Der Druck anoden- wie kathodenseitig beträgt in diesem Beispiel 3,07 bar absolut. Die Befeuchtungstemperatur kann anoden- wie kathodenseitig mit 75°C, der Platin-Katalysatorbelegungsgrad mit etwa 4 mg/cm2 angegeben werden.
Fig. 3 zeigt beispielhaft eine Vergleichsmessung einer erfindungsgemäßen MEA mit einer Pufferschicht zum einen in einer Wasserstoff/Luft betriebenen Brennstoffzelle, zum anderen in einer Wasserstoff/Sauerstoff betriebenen Brennstoffzelle. Aufbau der MEA und Verfahrensparameter der Messung wurden bereits in Fig. 2 beschrieben.
Membranelektrodeneinheiten (MEA), die die erfindungsgemäße Elektrode enthalten, können nicht nur in einer Wasserstoff-, sondern ebenso in reformatbetriebenen Brennstoffzellen eingesetzt werden.
Ausführungsbeispiel für die Herstellung einer Gasdiffusionselektrode:
1. Herstellung einer Pufferschicht 2
Zunächst wird eine wässrige Suspension oder streichfähige Paste, enthaltend Kohlenstoff (z. B. Acetylenblack C 50) und PTFE, durch Dispergieren hergestellt. Die resultierende Mischung wird mittels Siebdruck, durch Aufstreichen oder Aufsprühen in an sich bekannter Weise auf ein Kohlepapier (z. B. Toray TGP H090), im weiteren als Schicht 1 bezeichnet, aufgebracht. Die Trocknung des Aufbaus 1 mit 2 erfolgt für ca. 1 Minute bei etwa 400°C. Die Beladung mit der Pufferschicht liegt bevorzugt bei ca. 1,0 mg/cm2, der Teflongehalt in der Pufferschicht 2 beläuft sich auf etwa 11 Gewichts-%.
2. Herstellung einer Katalysatorschicht 3
Das Katalysatormaterial wird in Wasser unter Zugabe eines Benetzungsmittels, z. B. PEG 400, dispergiert und mit einer wässrigen PTFE-Lösung vermengt. Die so erhaltene Suspension oder Paste wird in einem weiteren Schritt im Siebdruckverfahren auf die Pufferschicht aufgedruckt. Die katalysatorhaltige Schicht 3 wird in einer Lage aufgebracht. Der so erhaltene Aufbau aus Schichten 1 (Kohlepapier), 2 (Pufferschicht) und 3 (katalysatorhaltige Schicht) wird anschließend bei etwa 405°C für ca. 30 sec einer Temperaturbehandlung unterzogen, wobei das Tempern an Luft erfolgt. Der Teflongehalt der katalysatorhaltigen Schicht liegt bei etwa 5 Gewichts-%. Die Platin-Katalysatorbeladung beträgt etwa 4 mg/cm2.

Claims (9)

1. Membranelektrodenanordnung zum Einsatz in Polymer­ elektrolytmembran-Brennstoffzellen, umfassend eine Gasdiffusionselektrode mit einer hydrophoben kohlenstoffhaltigen Schicht und eine Membran, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdiffusionselektrode zwischen Gasdiffusionsschicht oder Gasverteilungslage oder Substrat und Katalysatorschicht eine Pufferschicht zur Steuerung des Gas- und Wassermanagements aufweist, die Gasdiffusionsschicht oder Gasverteilungslage oder das Substrat bevorzugt kein hydrophobes Polymer enthält, die Pufferschicht und die Katalysatorschicht jeweils mindestens ein hydrophobes Polymer aufweisen und der Konzentrationsbereich des mindestens einen hydrophoben Polymers in der Pufferschicht zwischen 1 und 14 Gewichtsprozent und in der Katalysatorschicht zwischen 1 und 10 Gewichtsprozent liegt.
2. Membranelektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschicht Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltiges Material und mindestens ein hydrophobes Polymer enthält.
3. Membranelektrodenanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des mindestens einen hydrophoben Polymers zu der Polymerelektrolytmembran hin abnimmt.
4. Membranelektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdiffusionselektrode einen Katalysatorbelegungsgrad bevorzugt von 4000 µg/cm2 oder kleiner aufweist.
5. Membranelektrodenanordnung nach Anspruch 1 bis 4, enthaltend eine Polymermembran, die zwischen zwei Elektroden angeordnet ist, wobei die Hauptfläche der Membran teilweise oder ganz durch die Elektroden abgedeckt ist.
6. Membranelektrodenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran in der Membranelektrodenanordnung mindestens ein perfluorsulfonsäurehaltiges Polymer, ein fluoriertes sulfonsäuregruppenhaltiges Polymer, ein Polymer auf Basis von Polysulfonen bzw. Polysulfon-Modifikationen, ein Polymer auf Basis von aromatischen Polyetherketonen, ein Polymer auf Basis von Trifluorstyrol aufweist oder als Kompositmembran ausgebildet ist.
7. Membranelektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranelektrodenanordnung eine Leistungsdichte größer 600 mW/cm2 aufweist.
8. Verfahren zur Herstellung einer Membranelektrodenanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
  • a) Herstellen einer Suspension zumindest enthaltend Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltiges Material, mindestens ein hydrophobes Polymer und mindestens eine Flüssigkeit,
  • b) Aufbringen dieser Suspension zur Herstellung der einen Pufferschicht auf eine Gasdiffusionsschicht oder Gasverteilungslage oder ein Substrat, die kein hydrophobes Polymer enthält, und Trocknen der mindestens einen Lage,
  • c) Temperaturbehandlung der miteinander verbundenen Schichten bei 300 bis 450°C, bevorzugt bei 370 bis 420°C,
  • d) Herstellen einer Suspension oder Paste zur Herstellung der Katalysatorschicht enthaltend mindestens ein hydrophobes Polymer, katalytisch aktives Material und mindestens eine Flüssigkeit,
  • e) Aufbringen der Suspension oder Paste auf die Pufferschicht und Trocknen der mindestens einen Lage,
  • f) Temperaturbehandlung der miteinander verbundenen Schichten bei etwa 300 bis 450°C, bevorzugt bei 370 bis 420°C.
9. Verwendung einer Membranelektrodenanordnung nach Anspruch 1 bis 8 in einer Wasserstoff- und/oder reformatbetriebenen Brennstoffzelle.
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