DE10052190B4 - Gasdiffusionselektrode, Membranelektrodenanordnung, Verfahren zur Herstellung einer Gasdiffusionselektrode und Verwendung einer Membranelektrodenanordnung - Google Patents

Gasdiffusionselektrode, Membranelektrodenanordnung, Verfahren zur Herstellung einer Gasdiffusionselektrode und Verwendung einer Membranelektrodenanordnung Download PDF

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Abstract

Gasdiffusionselektrode zum Einsatz in einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle, wobei die Gasdiffusionselektrode umfasst:
– ein Substrat (1), das kein hydrophobes Polymer enthält,
– eine auf das Substrat (1) aufgebrachte Pufferschicht (2) zur Steuerung des Gas- und Wassermanagements, die Kohlenstoff und/oder ein kohlenstoffhaltiges Material enthält, und
– eine auf die Pufferschicht (2) aufgebrachte Katalysatorschicht (3),
wobei die Pufferschicht (2) und die Katalysatorschicht (3) jeweils mindestens ein hydrophobes Polymer enthalten,
dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (2) zwischen 1 und 11 Gewichtsprozent hydrophobes Polymer und die Katalysatorschicht (3) zwischen 1 und 5 Gewichtsprozent hydrophobes Polymer enthalten.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gasdiffusionselektrode zum Einsatz in einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle, eine mit einer derartigen Gasdiffusionselektrode ausgestattete Membranelektrodenanordnung, ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Gasdiffusionselektrode und die Verwendung einer Membranelektrodenanordnung in einer Brennstoffzelle.
  • 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.
  • Die EP 0 872 906 A1 offenbart eine zum Einsatz in einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle vorgesehene Gasdiffusionselektrode, die ein aus einem Kohlenstoffgewebe oder aus Metall bestehendes Substrat, eine auf das Substrat aufgebrachte Zwischenschicht sowie eine auf die Zwischenschicht aufgebrachte Katalysatorschicht umfasst. Die Zwischenschicht enthält 15 bis 25 Gewichtsprozent eines hydrophoben Bindemittels, während die Katalysatorschicht 10 bis 20 Gewichtsprozent eines hydrophoben Bindemittels enthält.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gasdiffusionselektrode zur Verfügung zu stellen, die es ermöglicht, die Steuerung des Gas- und Wasserhaushaltes in einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle bei gleichzeitig hoher Leistungsdichte zu verbessern. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine mit einer derartigen Gasdiffusionselektrode versehene Membranelektrodenanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Gasdiffusionselektrode anzugeben. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verwendung einer Membranelektrodenanordnung anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Gasdiffusionselektrode mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Membranelektrodenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3, ein Verfahren zur Herstellung einer Gasdiffusionselektrode mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 und eine Verwendung einer Membranelektrodenanordnung gemäß dem Patentanspruch 7 gelöst.
  • Gemäß der Erfindung umfasst eine Gasdiffusionselektrode zum Einsatz in einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle ein Substrat, das kein hydrophobes Polymer enthält, eine auf das Substrat aufgebrachte Pufferschicht zur Steuerung des Gas- und Wassermanagements die Kohlenstoff und/oder ein kohlenstoffhaltiges Material enthält, und eine auf die Pufferschicht aufgebrachte Katalysatorschicht, wobei die Pufferschicht und die Katalysatorschicht jeweils mindestens ein hydrophobes Polymer enthalten. Die Pufferschicht enthält zwischen 1 und 11 Gewichtsprozent hydrophobes Polymer und die Katalysatorschicht enthält zwischen 1 und 5 Gewichtsprozent hydrophobes Polymer.
  • Das Substrat und die Pufferschicht der erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode 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 Verarbeitungshilfsmittel 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 11 Gewichtsprozent und in der Katalysatorschicht zwischen 1 und 5 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.
  • Das Substrat kann ein Kohlepapier, ein Gewebe, ein Filz oder ein Band aus Kohlenstoff sein. Durch die Hydrophobierung der Pufferschicht und der Katalysatorschicht enthält das Substrat kein hydrophobes Polymer. Dies hat den Vorteil, dass 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 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 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 Gasdiffusionselektrode werden in einer mit einer derartigen Gasdiffusionselektrode asgestatteten Membranelektrodenanordnung vorzugsweise Leistungsdichten größer 600 mW/cm2 erreicht.
  • Da das Substrat 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 erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode liegt in der Tatsache begründet, dass sowohl die Anode als auch die Kathode einer Membranelektrodenanordnung nach demselben Verfahren hergestellt werden. Diese Vorteile zusammengenommen, führen zu einer deutlichen Kosteneinsparung.
  • Erfindungsgemäß weist die Gasdiffusionselektrode 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 VI b und/oder VIII b ausgewählt ist. Besonders bevorzugt werden Rutheniumchalkogenide eingesetzt. Als platinhaltige Katalysatoren können beispielsweise Platin oder Platinkomplexe mit Elementen der Nebengruppe VIII b, insbesondere Platin-Ruthenium-Komplexe, Einsatz finden.
  • Eine erfindungsgemäße Membranelektrodenanordnung umfasst eine Polymermembran, die zwischen zwei erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektroden angeordnet ist, wobei die Hauptfläche der Membran teilweise oder ganz durch die Gasdiffusionselektroden abgedeckt ist. Die Membran in der Membranelektrodenanordnung enthält mindestens ein perfluorsulfonsäurehaltiges Polymer, ein fluoriertes sulfonsäuregruppenhaltiges Polymer, ein Polymer auf Basis von Polysulfonen, ein Polymer auf Basis von aromatischen Polyetherketonen und/oder ein Polymer auf Basis von Trifluorstyrol oder ist als Kompositmembran ausgebildet.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
    • • Herstellen einer Suspension, die Kohlenstoff und/oder ein kohlenstoffhaltiges Material, hydrophobes Polymer und eine Flüssigkeit enthält,
    • • Aufbringen dieser Suspension auf ein Substrat, das kein hydrophobes Polymer enthält, und Trocknen der auf das Substrat aufgebrachten Suspension,
    • • Temperaturbehandeln des Substrats und der auf das Substrat aufgebrachten Suspension bei 300 bis 450°C, bevorzugt bei 370 bis 420°C, um eine Pufferschicht auf dem Substrat zu erzeugen,
    • • Herstellen einer Suspension oder Paste, die ein katalytisch aktives Material, hydrophobes Polymer und eine Flüssigkeit enthält,
    • • Aufbringen dieser Suspension auf die Pufferschicht und Trocknen der auf die Pufferschicht aufgebrachten Suspension oder Paste, und
    • • Temperaturbehandeln des Substrats, der Pufferschicht und der auf die Pufferschicht aufgebrachten Suspension oder Paste bei etwa 300 bis 450°C, bevorzugt bei etwa 370 bis 420°C, um eine Katalysatorschicht auf der Pufferschicht zu erzeugen.
  • Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode ist die kostengünstigere Herstellung durch die Einsparung von Verfahrensschritten.
  • Die weiteren Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • 1 zeigt schematisch einen möglichen Aufbau der erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode
  • 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
  • 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 Gasdiffusionselektrode hat wie in 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.
  • Eine Polymerelektrolytmembran 4 ist auf der Gasdiffusionselektrode angeordnet.
  • Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode 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 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 11 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 5 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 Nafion 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 A1 der Fa. Ballard beschrieben ist, oder auf Basis einer Kompositmembran, wie dies als Beispiel in einer älteren, nicht vorveröffentlichten Schrift DE 19943244 A1 der Fa. DaimlerChrysler, in WO 97/25369 A1 oder WO 90/06337 A1 der Fa. Gore/DuPont de Nemours ausgeführt ist, Einsatz finden.
  • Eine 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 2 ist beispielhaft der Vergleich von zwei Strom-Spannungskennlinien einer erfindungsgemäßen Membranelektrodeneinheit 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 einge setzt. 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.
  • 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 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 (7)

  1. Gasdiffusionselektrode zum Einsatz in einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle, wobei die Gasdiffusionselektrode umfasst: – ein Substrat (1), das kein hydrophobes Polymer enthält, – eine auf das Substrat (1) aufgebrachte Pufferschicht (2) zur Steuerung des Gas- und Wassermanagements, die Kohlenstoff und/oder ein kohlenstoffhaltiges Material enthält, und – eine auf die Pufferschicht (2) aufgebrachte Katalysatorschicht (3), wobei die Pufferschicht (2) und die Katalysatorschicht (3) jeweils mindestens ein hydrophobes Polymer enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (2) zwischen 1 und 11 Gewichtsprozent hydrophobes Polymer und die Katalysatorschicht (3) zwischen 1 und 5 Gewichtsprozent hydrophobes Polymer enthalten.
  2. Gasdiffusionselektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdiffusionselektrode einen Katalysatorbelegungsgrad von 4000 μg/cm2 oder kleiner aufweist.
  3. Membranelektrodenanordnung mit einer Polymermembran (4), die zwischen zwei Gasdiffusionselektroden nach einem der Ansprüche 1 bis 2 angeordnet ist, wobei eine Hauptfläche der Polymermembran (4) teilweise oder ganz durch die Gasdiffusionselektroden abgedeckt ist.
  4. Membranelektrodenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermembran (4) ein perfluorsulfonsäurehaltiges Polymer, ein fluoriertes sulfonsäuregruppenhaltiges Polymer, ein Polymer auf Basis von Polysulfonen, ein Polymer auf Basis von aromatischen Polyetherketonen und/oder ein Polymer auf Basis von Trifluorstyrol enthält oder als Kompositmembran ausgebildet ist.
  5. Membranelektrodenanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranelektrodenanordnung eine Leistungsdichte größer 600 mW/cm2 aufweist.
  6. Verfahren zur Herstellung einer Gasdiffusionselektrode nach Anspruch 1 oder 2, mit den Schritten: a) Herstellen einer Suspension, die Kohlenstoff und/oder ein kohlenstoffhaltiges Material, ein hydrophobes Polymers und eine Flüssigkeit enthält, b) Aufbringen dieser Suspension auf ein Substrat (1), das kein hydrophobes Polymer enthält, und Trocknen der auf das Substrat (1) aufgebrachten Suspension, c) Temperaturbehandeln des Substrats (1) und der auf das Substrat (1) aufgebrachten Suspension bei 300 bis 450°C, um eine Pufferschicht (2) auf dem Substrat (1) zu erzeugen, d) Herstellen einer Suspension oder Paste, die ein katalytisch aktives Material, ein hydrophobes Polymer und eine Flüssigkeit enthält, e) Aufbringen dieser Suspension oder Paste auf die Pufferschicht (2) und Trocknen der auf die Pufferschicht (2) aufgebrachten Suspension oder Paste, und f) Temperaturbehandeln des Substrats (1), der Pufferschicht (2) und der auf die Pufferschicht (2) aufgebrachten Suspension oder Paste bei 300 bis 450°C, um eine Katalysatorschicht (3) auf der Pufferschicht (2) zu erzeugen.
  7. Verwendung einer Membranelektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5 in einer wasserstoff- und/oder reformatbetriebenen Brennstoffzelle.
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