DE10052224A1 - Gasdiffusionselektrode mit erhöhter Toleranz gegenüber Feuchteschwankung - Google Patents

Gasdiffusionselektrode mit erhöhter Toleranz gegenüber Feuchteschwankung

Info

Publication number
DE10052224A1
DE10052224A1 DE10052224A DE10052224A DE10052224A1 DE 10052224 A1 DE10052224 A1 DE 10052224A1 DE 10052224 A DE10052224 A DE 10052224A DE 10052224 A DE10052224 A DE 10052224A DE 10052224 A1 DE10052224 A1 DE 10052224A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gas diffusion
layer
diffusion electrode
buffer layer
polymer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE10052224A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10052224B4 (de
Inventor
Peter Britz
Sandro Haug
Gabor Toth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Priority to DE10052224A priority Critical patent/DE10052224B4/de
Priority to AU2002218244A priority patent/AU2002218244A1/en
Priority to PCT/EP2001/012015 priority patent/WO2002035620A2/de
Publication of DE10052224A1 publication Critical patent/DE10052224A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10052224B4 publication Critical patent/DE10052224B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8807—Gas diffusion layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8853—Electrodeposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0234—Carbonaceous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0239—Organic resins; Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/921—Alloys or mixtures with metallic elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige Gasdiffusionselektrode, welche mindestens eine Gasdiffusionsschicht und eine Katalysatorschicht enthält. Diese Gasdiffusionselektrode weist zwischen Gasdiffusionsschicht weist zwischen Gasdiffusionschicht und Katalysatorschicht mindestens eine Pufferschicht zur Steuerung des Gas- und Wassermanagements auf. DOLLAR A 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 mehrschichtige Gasdiffusionselektrode zum Einsatz in Polymerelektrolytmembran- Brennstoffzellen, ein Verfahren zu deren Herstellung, eine Membranelektrodenanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Membranelektrodenanordnung 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 Gasdiffusionselektrode.
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. Diese Anwendung war auf die maximale Menge an Katalysator, der in den Elektroden Einsatz findet, ausgerichtet. Auch die Einarbeitung von PTFE in die jeweilige Katalysatorschicht zur Überwindung des Flutungsproblems erforderte höhere Mengen an Katalysator, da das vorhandene PTFE den Katalysator teilweise belegt und somit den elektrischen Kontakt behindert und die Gaszufuhr erschwert. In US 5,350,643 wird um das Problem des Flutens der Elektrode bzw. um die Membran vor dem Austrocknen zu bewahren, beispielsweise auf die Oberfläche der Katalysatorschicht zwei Schichten mit unterschiedlichem Gehalt an PTFE aufgebracht. Dies hat zumindest teilweise die Inaktivierung eines Teils des Katalysators zur Folge und PTFE behindert als Isolator den ionischen Kontakt bzw. die Gaszufuhr. Mit diesem Aufbau werden Leistungen bis 0,23 W/cm2 erreicht.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Gasdiffusionselektrode zur Verfügung zu stellen, bei der die Steuerung des Gas- und Wasserhaushaltes in einer Polymerelektrolytmembran- Brennstoffzelle bei gleichzeitig geringer Katalysatorbelegung und hoher Leistungsdichte verbessert ist. Aufgabe der Erfindung ist es außerdem, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Gasdiffusionselektrode anzugeben, eine Membranelektroden­ anordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Membranelektrodenanordnung und deren Verwendung in Brennstoffzellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung eine mehrschichtige Gasdiffusionselektrode mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Gasdiffusionselektrode nach Anspruch 15, eine Membranelektrodenanordnung nach Anspruch 13, ein Verfahren zur Herstellung dieser Membranelektrodenanordnung gemäß Anspruch 16 sowie deren Verwendung in einer Polymerelektrolytmembran- Brennstoffzelle nach Anspruch 17 vor.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode ist eine hohe elektrische Leistung bei gleichzeitig hoher Stabilität während des Brennstoff­ zellenbetriebs.
Die weiteren Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß der Erfindung enthält die mehrschichtige Gasdiffusionselektrode zum Einsatz in Polymerelektrolytmembran- Brennstoffzellen eine Gasdiffusionsschicht oder Gasverteilungsschicht oder ein Substrat und eine Katalysatorschicht, wobei die Gasdiffusionselektrode zwischen Gasdiffusionsschicht oder Gasverteilungsschicht oder Substrat und Katalysatorschicht mindestens eine Pufferschicht zur Steuerung des Gas- und Wassermanagements aufweist.
Die Gasdiffusionsschicht oder Gasverteilungsschicht oder das Substrat und die Pufferschicht(en) 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 und zwar um so stärker, je geringer der Katalysatorbelegungsgrad ausfällt, der im Zuge einer Kostenreduzierung jedoch von großem Interesse ist.
Um sowohl den spezifisch ionischen als auch den spezifischen elektrischen Stromwiderstand zu minimieren, werden als Ausgangsmaterialien für die mindestens eine Pufferschicht Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltige Materialien und mindestens ein hydrophobes Polymer verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die mindestens eine Pufferschicht der erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode mindestens eine weitere Pufferschicht, wobei die mindestens eine weitere Pufferschicht mindestens ein hydrophobes Polymer und/oder Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltiges Material enthält. In einer besonderen Ausführung weisen die Pufferschichten unterschiedliche Konzentrationen an dem mindestens einen hydrophoben Polymer auf. In einer anderen Ausgestaltung kann das Ausgangsmaterial der Pufferschichten 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 mindestens einen Pufferschicht liegt zwischen 0 und 30 Gewichtsprozent. Vorteilhafterweise nimmt die Konzentration des mindestens einen hydrophoben Polymers zu der Katalysatorschicht hin ab. Besonders bevorzugt enthält die der Katalysatorschicht benachbarte letzte Pufferschicht kein hydrophobes Polymer, wobei diese letzte Pufferschicht als Wasserspeicherschicht wirkt, d. h. sie ist in der Lage rückdiffundiertes, an der Kathode gebildetes Reaktionswasser wie ein Schwamm aufzunehmen. Dadurch kann sich kein Wasserfilm, der die Platincluster deaktiviert, ausbilden. Die Katalysatorschicht wird damit nahezu wasserfrei gehalten und steht somit für die elektrochemische Reaktion fast vollständig zur Verfügung. Zudem ist eine Permeation des Wassers durch die stark hydrophobe Pufferschicht zum Graphitpapier hin nicht möglich. Beide Pufferschichten sind daher 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.
Durch die Hydrophobierung der Pufferschicht(en) enthält sowohl die Gasdiffusionsschicht oder Gasverteilungsschicht oder das Substrat wie auch die Katalysatorschicht bevorzugt kein hydrophobes Polymer. Dies hat den Vorteil, daß die Gasdiffusionschicht oder Gasverteilungsschicht oder das Substrat, die bzw. das bespielsweise ein Kohlepapier sein kann, nicht mehr zum Steuern des Wasserhaushalts herangezogen werden muß. Somit entfällt zum einen der Verfahrensschritt, nämlich die Imprägnierung des Kohlepapiers und zum anderen die Anpassung dieses Schrittes an das jeweilige Substrat, welches vorteilhafterweise zu einer Verfahrensvereinfachung führt. Da das hydrophobe Polymer als Isolator wirkt und bei Vorhandensein in der Katalysatorschicht zumindest einen Teil des Katalysators belegt, so daß der elektrische Kontakt und auch der Gasaustausch reduziert wird, ist es von besonderem Vorteil, daß die Katalysatorschicht bevorzugt kein hydrophobes Polymer enthält.
Erfindungsgemäß weist die Gasdiffusionselektrode bevorzugt einen Katalysatorbelegungsgrad von 100 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.
Der Katalysator bzw. die katalysatorhaltige Schicht kann auf die von der Gasdiffusionsschicht am entferntesten liegenden Pufferschicht mittels Siebdruck, durch Aufstreichen, Aufrakeln, Plasmabeschichtung, Sputtertechnik oder anderer geeigneter Verfahren aufgebracht werden. Bevorzugt wird der Katalysator oder die katalysatorhaltige Schicht auf die von der Gasdiffusionsschicht am entferntesten liegenden Pufferschicht mittels elektrochemischer Abscheidung aufgebracht. Die Abscheidung des Katalysators kann auch durch die Membran hindurch erfolgen, wie dies in der Anmeldung DE 199 12 896 detailliert beschrieben ist.
Vorteilhafterweise wird in der Erfindung eine Membranelektrodenanordnung, enthaltend eine Polymermembran, eingesetzt, die zwischen zwei Elektroden angeordnet ist, wobei mindestens eine der Elektroden nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist und 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 mehrschichtigen Gasdiffusionselektrode 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 der mindestens einen Pufferschicht auf eine Gasdiffusionsschicht, die kein hydrophobes Polymer enthält, und Trocknen der mindestens einen Lage,
  • - Temperaturbehandeln der miteinander verbundenen Schichten bei 300 bis 450°C, bevorzugt bei 370 bis 420°C,
  • - Herstellen einer Suspension zur Herstellung der mindestens einen weiteren Pufferschicht enthaltend mindestens ein hydrophobes Polymer und/oder Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltiges Material, und mindestens eine Flüssigkeit,
  • - Aufbringen der Suspension der mindestens einen weiteren Pufferschicht auf die mindestens eine Pufferschicht und Trocknen der mindestens einen Lage,
  • - Temperaturbehandeln der miteinander verbundenen Schichten bei 300 bis 450°C, bevorzugt bei 370 bis 420°C,
  • - Elektrochemische Abscheidung des Katalysators bzw. der Katalysatorschicht auf die von der Gasdiffusionsschicht am entferntesten liegende Pufferschicht,
  • - anschließendes Waschen der so hergestellten Gasdiffusionselektrode mit 0,1 M H2SO4.
Fig. 1 zeigt schematisch einen möglichen Aufbau der erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode.
Fig. 2 zeigt als ein Beispiel den Vergleich von zwei Strom- Spannungskennlinien einer erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode mit einer bzw. mit zwei erfindungsgemäßen Pufferschichten mit einem Platin- Katalysatorbelegungsgrad von 0,05 mg/cm2, gemessen in einer Wasserstoff/Luft betriebenen Brennstoffzelle.
Fig. 3 zeigt beispielhaft den Vergleich von zwei Strom- Spannungskennlinien einer erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode mit zwei Pufferschichten gemessen in einer Wasserstoff/Luft und einer Wasserstoff/Sauerstoff betriebenen Brennstoffzelle.
Fig. 4 zeigt als ein weiteres Beispiel den Vergleich von zwei Strom-Spannungskennlinien einer erfindungs­ gemäßen Gasdiffusionselektrode mit einer bzw. mit zwei Pufferschichten und mit einem Platin-Ruthenium- Katalysator beaufschlagt, gemessen in einer Wasserstoff/Luft betriebenen Brennstoffzelle.
Fig. 5 stellt beispielhaft eine Kohlenmonoxid-Kurve einer erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode dar, die zwei Pufferschichten enthält und mit einem Platin- Ruthenium-Katalysator beaufschlagt ist, wobei die Messung in einer Wasserstoff/Luft betriebenen Brennstoffzelle erfolgt ist.
Die mehrschichtige Gasdiffusionselektrode hat wie in Fig. 1 beispielhaft gezeigt folgenden möglichen Aufbau:
  • - Ein Kohlepapier als Schicht (1),
  • - darauffolgend eine Pufferschicht (2) mit angepaßtem Teflongehalt,
  • - darauffolgend eine weitere Pufferschicht (3) mit angepaßtem Teflongehalt
  • - auf der eine darüberbefindliche Katalysatorschicht (4) angeordnet ist.
Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Gasdiffusionselektrode weist im einzelnen folgende Prozeßschritte auf:
  • - Die mindestens 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, Aufrakeln 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 Pufferschichten untereinander, wenn man die Schritte des Aufbringens und Trocknens ein- oder mehrmals wiederholt. Die Beladung der Schicht 1 mit einer oder mehrerer Pufferschicht(en) 2 liegt zwischen 0,1 und 2 mg/cm2, bevorzugt zwischen 0,2 und 1,5 mg/cm2. Der Teflongehalt der jeweiligen Pufferschicht ist im Bereich zwischen 0 und 60%, bevorzugt im Bereich zwischen 5 und 40%, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 10 und 30%, 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. Die mindestens eine weitere Pufferschicht 3, enthaltend mindestens ein hydrophobes Polymer und/oder Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltiges Material, 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 die mindestens eine Pufferschicht 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 Pufferschichten untereinander, wenn man die Schritte des Aufbringens und Trocknens ein- oder mehrmals wiederholt. Die Beladung der mindestens einen weiteren Pufferschicht 3 mit einer oder mehrerer Pufferschicht(en) liegt zwischen 0,5 und 2,5 mg/cm2, bevorzugt zwischen 0,7 und 2,0 mg/cm2. Der Teflongehalt der jeweiligen weiteren Pufferschicht ist im Bereich zwischen 0 und 40 Gewichtsprozent-% angesiedelt, bevorzugt zwischen 0,1 und 10 Gewichtsprozent-%, besonders bevorzugt enthält die der Katalysatorschicht benachbarte letzte Pufferschicht kein hydrophobes Polymer. Der Gesamtaufbau als eine mögliche Variante aus Schicht 1 und 2 und 3 wird nach Fertigstellung bei Temperaturen zwischen 300°C und 450°C, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 370°C und 420°C temperaturbehandelt. Es kann nach dem Auftrag der Pufferschicht noch ein Glättungsschritt der Oberfläche erfolgen. Obengenannter Aufbau kann der besseren Katalysatorabscheidung wegen noch ca. 5 Minuten in der Abscheidelösung ohne Stromfluß vorkonditioniert werden.
  • - Die erfindungsgemäße(n) Pufferschicht(en) steuert bzw. steuern den Gas- und Wasserhaushalt der erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektroden, indem sie in der Lage ist bzw. sind, Feuchteschwankungen in der Grenzschicht zwischen Katalysator und Elektrolyt auszugleichen, ohne den Gaskontakt oder den Protonentransport zu behindern. Durch eine besonders bevorzugte Ausbildung der Erfindung enthält die der Katalysatorschicht benachbarte letzte Pufferschicht 3 wenig oder kein hydrophobes Polymer und kann als hydrophilere Schicht ihre Funktion als Wasserspeicherschicht ausüben, unterstützt durch eine hydrophobere Pufferschicht 2, die eine Permeation des Wassers zum Kohlepapier hin verhindert. Die Katalysatorschicht(en) sind daher nahezu wasserfrei. Gerade bei nur niedrigen Katalysator­ belegungsgraden würde dies sonst durch die Inaktivierung des Katalysators zu einem Leistungsabfall in der Brennstoffzelle führen. Die Erfindung löst somit unter anderem auf elegante Weise das Problem der Rückdiffusion von Reaktionswasser zur Anode. In der Regel ist es ausreichend, wenn eine Elektrode, bevorzugt die Anode, in der Brennstoffzelle erfindungsgemäß ausgelegt ist.
  • - Die Aufbringung des Katalysators bzw. der Katalysatorschicht 4 auf die von der Gasdiffusionsschicht am entferntesten liegende Pufferschicht erfolgt mittels elektrochemischer Abscheidung. Als Elektrolyt wird Hexachloroplatinsäure (H2PtCl6 × 6 H2O) mit einem Gehalt von 5 g/l in 0,1 M Schwefelsäure herangezogen. Die Abscheidung erfolgt bei Raumtemperatur oder bei Temperaturen bis zu 80°C. Die Abscheidedauer umfaßt je nach Temperatur 2 bis ca. 20 min. Die Abscheideparameter umfassen einen Offsetbereich von mindestens 1,3 bis mindestens 1,5 Volt, eine Amplitude von mindestens 1,3 Volt und ein Spannungsprofil (z. B. Gleichspannung mit überlagerter Rechteck-, Sinus- oder Dreieckspannung) in einem Frequenzbereich zwischen 6 Hz bis max. 2 kHz. Die Abscheidung kann auch mittels Gleichstrom mit einer Spannung von etwa 1 bis 3 Volt, bevorzugt von etwa 1,3 bis 1,5 Volt, erfolgen.
  • - Betrachtet man die Pufferschicht nach direkter Platinabscheidung unter dem Mikroskop, so zeigt sich, daß Platincluster in einem sehr breiten Bereich, d. h. auch in die Pufferschicht hinein, abgeschieden. Dieses Phänomen drückt sich in einer sehr guten Fähigkeit zur Pufferung des Wasserfilms aus. Trotz Inaktivierung der Platincluster in Membrannähe bei hohen Stromdichten bleibt noch ausreichend viel Platin im Inneren der Pufferschicht aktiv.
  • - Nach der Abscheidung wird die so erhaltene Gasdiffusionselektrode anschließend noch ca. eine Stunde in 0,1 M H2SO4 eingelegt, um noch adsorbiertes Chlorid bzw. platinhaltige Verbindungen zu entfernen.
Die so hergestellte Elektrode 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/06337 der Fa. Gore/DuPont de Nemours ausgeführt ist, Einsatz finden. Auf der anderen Seite kann eine Gasdiffusionselektrode mit gleichem oder anderem Aufbau und mit einer gleichen oder einer anderen Zusammensetzung bzw. Belegungsgrad hinsichtlich des verwendeten Katalysators eingesetzt werden. 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. Die so hergestellte Membranelektrodenanordnung (MEA), die mindestens eine Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 12 enthält, zeichnet sich äußerst vorteilhaft durch eine geringe Katalysatorbelegung und eine hohe elektrische Leistung und Stabilität während des Betriebs in einer Brennstoffzelle aus. Die Leistungsdichten liegen um 600 mW/cm2 oder höher. 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 um die 600 mV oder höher.
In Fig. 2 ist beispielhaft der Vergleich von zwei Strom- Spannungskennlinien einer erfindungsgemäßen Membran-Elektroden­ einheit mit einer (PTFE-Anteil: ca. 11 Gewichts-%) bzw. mit zwei Pufferschicht(en) (PTFE-Anteil: ca. 11 Gewichts-%/0 Gewichts-%) bei einem Platin-Katalysator-Belegungsgrad auf der Anode von etwa 0,05 mg/cm2 gezeigt. Als Membranmaterial dieser Membranelektrodeneinheit wurde eine Nation-Membran 112 der Fa. DuPont de Nemours eingesetzt. Die Messung dieser Membran- Elektrodeneinheiten 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 Beleuchtungstemperatur kann anodenseitig mit 75°C und kathodenseitig mit 50°C angegeben werden. Die Gegenelektrode (hier: Kathode) mit nur einer Pufferschicht mit einem PTFE-Anteil von ca. 11 Gewichts-% weist einen Platin- Katalysatorbelegungsgrad von etwa 4 mg/cm2 auf.
Fig. 3 zeigt beispielhaft eine Vergleichsmessung einer erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode mit zwei Pufferschichten. Die Messung erfolgte zum einen in einer Wasserstoff/Luft betriebenen Brennstoffzelle, zum anderen in einer Wasserstoff/Sauerstoff betriebenen Brennstoffzelle. Aufbau der Gasdiffusionselektrode und Verfahrensparameter der Messung wurden bereits in Fig. 2 beschrieben.
In Fig. 4 ist beispielhaft der Vergleich von zwei Strom- Spannungskennlinien einer erfindungsgemäßen Membran-Elektroden­ einheit mit einer (PTFE-Anteil: ca. 11 Gewichtsprozent) bzw. mit zwei Pufferschicht(en) (PTFE-Anteil: ca. 11 Gewichts­ prozent/4,7 Gewichtsprozent), beaufschlagt mit einem Platin- Ruthenium-Katalysator, gezeigt. Als Membranmaterial dieser Membranelektrodeneinheit wurde eine Nation-Membran 112 der Fa. DuPont de Nemours eingesetzt. Die Messung dieser Membran- Elektrodeneinheiten 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 anodenseitig mit 75°C und kathodenseitig mit 50°C angegeben werden. Die Kathode mit nur einer Pufferschicht mit einem PTFE-Anteil von ca. 11 Gewichtsprozent weist einen Platin-Katalysator mit einer Beladung von 4 mg/cm2 auf.
Die vorab erfolgte Abscheidung des Platin-Komplexes erfolgte bei Raumtemperatur (ca. 25 bis 30°C). Die Abscheidedauer beträgt etwa 10 bis 20 min. Die Abscheideparameter umfassen einen Offsetbereich von etwa 1,3 Volt, eine Amplitude von 1,3 Volt und ein Spannungsprofil, bevorzugt Gleichspannung mit überlagerter Wechselspannung, wobei die Wechselspannung bevorzugt sinusförmig ist mit einer Frequenz von etwa 6 Hz. Die Abscheidung kann auch mittels Gleichstrom mit einer Spannung von etwa 1,5 Volt erfolgen.
In Fig. 5 zeigt die in Fig. 4 beschriebene erfindungsgemäße Gasdiffusionselektrode mit zwei Pufferschichten und beaufschlagt mit einem Platin-Ruthenium-Katalysator eine Kennlinie ihrer Kohlenmonoxid-Toleranz, die Messung der Kennlinie erfolgte mit denselben Verfahrensparametern wie in Fig. 4 beschrieben. Die vorab erfolgte Abscheidung des Platin- Ruthenium-Komplexes erfolgte bei Raumtemperatur (ca. 25 bis 30°C). Die Abscheidedauer beträgt etwa 10 min bis 20 min. Die Abscheideparameter umfassen einen zweistufigen Offsetbereich von etwa 1,3 Volt und anschließend von etwa 0,7 Volt, eine Amplitude von mindestens 0,5 Volt und ein Spannungsprofil, bevorzugt Gleichspannung mit überlagerter Wechselspannung, wobei die Wechselspannung bevorzugt sinusförmig ist mit einer Frequenz von etwa 6 Hz.
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 (Kohlepapier) 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% (hydrophobe Schicht).
2. Herstellung einer Pufferschicht (3)
Zunächst wird eine wässrige Suspension oder streichfähige Paste, enthaltend Kohlenstoff (z. B. Acetylenblack C 50), durch Dispergieren hergestellt. Die resultierende Mischung wird mittels Siebdruck, durch Aufstreichen oder Aufsprühen in an sich bekannter Weise auf die Pufferschicht 2 aufgebracht. Die Trocknung des Aufbaus 1 (Kohlepapier), 2 mit 3 erfolgt für ca. 1 Minute bei etwa 400°C. Die Beladung mit der Pufferschicht liegt bevorzugt bei ca. 1,5 bis 2 mg/cm2, der Teflongehalt in der Pufferschicht 3 beläuft sich auf 0% (hydrophile, wasserspeichernde Schicht).
3. Beschichtung der Gasdiffusionselektrode mit einer kata­ lytisch aktiven Schicht (4)
Die elektrochemische Abscheidung findet in einem Abscheidebad statt, wobei die Gegenelektrode ein platiniertes Titanstreckmetallnetz darstellt. Das Substrat aus Gasdiffusionsschicht 1 und doppellagiger Pufferschicht 2 und 3 ist auf eine mit Graphitfilz aufgezogene Graphitplatte zur besseren elektrischen Kontaktierung aufgebracht und in einen Spannrahmen eingebunden. Als Elektrolyt wird Hexachloroplatinsäure (H2PtCl6 6 H2O) mit einem Gehalt von 5 g/l in 0,1 M Schwefelsäure herangezogen. Die Abscheidung erfolgt bei Raumtemperatur bei ca. 25 bis 30°C. Die Abscheidedauer umfaßt etwa 20 min. Die Abscheideparameter umfassen einen Offsetbereich von mindestens 1,5 Volt, eine Amplitude von mindestens 1,3 Volt und ein Spannungsprofil, bevorzugt Gleichspannung mit überlagerter Wechselspannung, wobei die Wechselspannung bevorzugt sinusförmig ist mit einer Frequenz von etwa 6 Hz. Die Abscheidung kann auch mittels Gleichstrom mit einer Spannung von etwa 1,5 Volt erfolgen.
Die Gasdiffusionselektroden gemäß der Erfindung eignen sich gleichermaßen für Wasserstoff- und reformatbetriebene Brennstoffzellen. In PEM-Brennstoffzellen werden die erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektroden bevorzugt als Anoden verwendet.

Claims (17)

1. Mehrschichtige Gasdiffusionselektrode zum Einsatz in Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen, enthaltend mindestens eine Gasdiffusionsschicht und eine Katalysatorschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdiffusionselektrode zwischen Gasdiffusionsschicht und Katalysatorschicht mindestens eine Pufferschicht zur Steuerung des Gas- und Wassermanagements aufweist.
2. Gasdiffusionselektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Pufferschicht Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltiges Material und mindestens ein hydrophobes Polymer enthält.
3. Gasdiffusionselektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdiffusionselektrode mindestens eine weitere Pufferschicht enthält.
4. Gasdiffusionselektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine weitere Pufferschicht mindestens ein hydrophobes Polymer und/oder Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltiges Material enthält.
5. Gasdiffusionselektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschichten unterschiedliche Konzentrationen an dem mindestens einen hydrophoben Polymer aufweisen.
6. Gasdiffusionselektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentrationsbereich des mindestens einen hydrophoben Polymers in der mindestens einen Pufferschicht und in der mindestens einen weiteren Pufferschicht zwischen 0 und 60 Gewichtsprozent liegt.
7. Gasdiffusionselektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der Katalysatorschicht benachbarte letzte Pufferschicht kein hydrophobes Polymer enthält.
8. Gasdiffusionselektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des mindestens einen hydrophoben Polymers zu der Katalysatorschicht hin abnimmt.
9. Gasdiffusionselektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdiffusionsschicht bevorzugt kein hydrophobes Polymer enthält.
10. Gasdiffusionselektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorschicht bevorzugt kein hydrophobes Polymer enthält.
11. Gasdiffusionselektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdiffusionselektrode einen Katalysatorbelegungsgrad bevorzugt von 100 µg/cm2 oder kleiner aufweist.
12. Gasdiffusionselektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie bevorzugt als Anode ausgebildet ist.
13. Membranelektrodenanordnung, enthaltend eine Polymer­ membran, die zwischen zwei Elektroden angeordnet ist, wobei mindestens eine der Elektroden nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist und wobei die Hauptfläche der Membran teilweise oder ganz durch die Elektroden abgedeckt ist.
14. Membranelektrodenanordnung nach Anspruch 13, 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.
15. Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Gasdiffusionselektrode 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 mindestens einen Pufferschicht auf eine Gasdiffusionsschicht, 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 zur Herstellung der mindestens einen weiteren Pufferschicht enthaltend mindestens ein hydrophobes Polymer und/oder Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltiges Material, und mindestens eine Flüssigkeit,
  • e) Aufbringen der Suspension der mindestens einen weiteren Pufferschicht auf die mindestens eine Pufferschicht und Trocknen der mindestens einen Lage,
  • f) Temperaturbehandlung der miteinander verbundenen Schichten bei 300 bis 450°C, bevorzugt bei 370 bis 420°C,
  • g) Elektrochemische Abscheidung des Katalysators bzw. der Katalysatorschicht auf die von der Gasdiffusionsschicht am entferntesten liegende Pufferschicht,
  • h) Nach der Abscheidung Einlegen der so hergestellten Gasdiffusionselektrode in 0,1 M H2SO4.
16. Verfahren zur Herstellung einer Membranelektrodenanordnung, bei dem zwei Elektroden mit einem festen Polymerelektrolyten verbunden werden, wobei mindestens eine der Elektroden aus einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 12 besteht und wobei die Hauptfläche der Membran teilweise oder ganz durch die Elektroden bedeckt wird.
17. Verwendung einer Membranelektrodenanordnung nach Anspruch 13 in einer Wasserstoff- oder reformatbetriebenen Brennstoffzelle.
DE10052224A 2000-10-21 2000-10-21 Gasdiffusionselektrode mit erhöhter Toleranz gegenüber Feuchteschwankung, eine diese aufweisende Membranelektrodenanordnung, Verfahren zur Herstellung der Gasdiffusionselektrode und der Membranelektrodenanordnung sowie Verwendung der Membranelektrodenanordnung Expired - Fee Related DE10052224B4 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10052224A DE10052224B4 (de) 2000-10-21 2000-10-21 Gasdiffusionselektrode mit erhöhter Toleranz gegenüber Feuchteschwankung, eine diese aufweisende Membranelektrodenanordnung, Verfahren zur Herstellung der Gasdiffusionselektrode und der Membranelektrodenanordnung sowie Verwendung der Membranelektrodenanordnung
AU2002218244A AU2002218244A1 (en) 2000-10-21 2001-10-17 Gas diffusion electrode having an increased tolerance with regard to fluctuation in humidity
PCT/EP2001/012015 WO2002035620A2 (de) 2000-10-21 2001-10-17 Gasdiffusionselektrode mit erhöhter toleranz gegenüber feuchteschwankung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10052224A DE10052224B4 (de) 2000-10-21 2000-10-21 Gasdiffusionselektrode mit erhöhter Toleranz gegenüber Feuchteschwankung, eine diese aufweisende Membranelektrodenanordnung, Verfahren zur Herstellung der Gasdiffusionselektrode und der Membranelektrodenanordnung sowie Verwendung der Membranelektrodenanordnung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10052224A1 true DE10052224A1 (de) 2002-07-18
DE10052224B4 DE10052224B4 (de) 2009-12-10

Family

ID=7660557

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10052224A Expired - Fee Related DE10052224B4 (de) 2000-10-21 2000-10-21 Gasdiffusionselektrode mit erhöhter Toleranz gegenüber Feuchteschwankung, eine diese aufweisende Membranelektrodenanordnung, Verfahren zur Herstellung der Gasdiffusionselektrode und der Membranelektrodenanordnung sowie Verwendung der Membranelektrodenanordnung

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU2002218244A1 (de)
DE (1) DE10052224B4 (de)
WO (1) WO2002035620A2 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6921599B2 (en) 2001-08-24 2005-07-26 Daimlerchrysler Ag Sealing assembly for an MEA and method for manufacturing the sealing assembly
DE102007025207A1 (de) * 2007-05-30 2008-12-04 Volkswagen Ag Gasdiffusionselektrode und diese enthaltende Membran-Elektroden-Einheit für eine Brennstoffzelle
DE102006043362B4 (de) * 2005-09-19 2009-08-06 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Brennstoffzelle mit Wasserblockierschicht und saugendem Reservoir

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7232627B2 (en) * 2002-11-08 2007-06-19 Honda Motor Co., Ltd. Electrode for solid polymer fuel cell
US20120107712A1 (en) * 2009-07-16 2012-05-03 Basf Se Method for operating a fuel cell, and a corresponding fuel cell
DE112010002924A5 (de) * 2009-07-16 2012-11-29 Basf Se Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzelle und zugehörige Brennstoffzelle
PT2957659T (pt) 2014-06-16 2019-05-31 Siemens Ag Camada de difusão de gás, célula eletrolítica pem com uma camada de difusão de gás desta natureza assim como eletrolisador
DE102014213555A1 (de) 2014-07-11 2016-01-14 Sgl Carbon Se Membran-Elektroden-Einheit
EP3211698B1 (de) * 2014-10-20 2019-02-06 Panasonic Corporation Elektrode, brennstoffzelle und wasserbehandlungsvorrichtung

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE1008455A3 (nl) * 1994-06-07 1996-05-07 Vito Gasdiffusie elektrode met katalysator voor een elektrochemische cel met vast elektrolyt en werkwijze ter vervaardiging van dergelijke elektrode.
DE19548422A1 (de) * 1995-12-22 1997-09-11 Hoechst Ag Materialverbunde und ihre kontinuierliche Herstellung
TW404079B (en) * 1996-08-27 2000-09-01 Univ New York State Res Found Gas diffusion electrodes based on polyethersulfone carbon blends
DE19709199A1 (de) * 1997-03-06 1998-09-17 Magnet Motor Gmbh Gasdiffusionselektrode mit verringertem Diffusionsvermögen für Wasser und Verfahren zum Betreiben einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle ohne Zuführung von Membranbefeuchtungswasser
IT1291603B1 (it) * 1997-04-18 1999-01-11 De Nora Spa Elettrodi a diffusione gassosa per cella a combustibile a membrana polimerica
JP2000182625A (ja) * 1998-12-11 2000-06-30 Toyota Motor Corp 燃料電池用電極及びその製造方法
DE10004955A1 (de) * 1999-02-05 2000-08-17 Japan Storage Battery Co Ltd Elektrode für eine Brennstoffzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung
JP2002164056A (ja) * 2000-11-22 2002-06-07 Aisin Seiki Co Ltd 固体高分子電解質型燃料電池及び電極、及びその電極の製造方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6921599B2 (en) 2001-08-24 2005-07-26 Daimlerchrysler Ag Sealing assembly for an MEA and method for manufacturing the sealing assembly
DE102006043362B4 (de) * 2005-09-19 2009-08-06 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Brennstoffzelle mit Wasserblockierschicht und saugendem Reservoir
US7749637B2 (en) 2005-09-19 2010-07-06 Gm Global Technology Operations, Inc. Water blocking layer and wicking reservoir for PEMFC
DE102007025207A1 (de) * 2007-05-30 2008-12-04 Volkswagen Ag Gasdiffusionselektrode und diese enthaltende Membran-Elektroden-Einheit für eine Brennstoffzelle

Also Published As

Publication number Publication date
DE10052224B4 (de) 2009-12-10
AU2002218244A1 (en) 2002-05-06
WO2002035620A2 (de) 2002-05-02
WO2002035620A3 (de) 2003-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0867048B1 (de) Gasdiffusionselektrode für polymerelektrolytmembran-brennstoffzellen
EP0968542B1 (de) Gasdiffusionselektrode mit verringertem diffusionsvermögen für wasser und polymerelektrolytmembran-brennstoffzelle
EP1150369B1 (de) Gasverteilerstrukturen und Gasdiffusionselektroden für Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen
DE19611510A1 (de) Gasdiffusionselektrode für Membranbrennstoffzellen und Verfahren zu ihrer Herstellung
WO2014177318A1 (de) Selbstbefeuchtende membran-elektroden-einheit und brennstoffzelle mit einer solchen
DE112004002061T5 (de) Verfahren zur Herstellung von Membranen und Membranelektrodenanordnungen mit einem Wasserstoffperoxid-zersetzungskatalysator
DE102010017397A1 (de) Membranelektrodenanordnung und Brennstoffzelle
DE102007003162A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen elektrolytverstärkten Verbundmembran
DE102015015046A1 (de) Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle, Verfahren zum Herstellen der Membran-Elektroden-Anordnung, Brennstoffzellensystem und Fahrzeug
DE112015002354T5 (de) Membran-elektroden-anordnung
EP1261057B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektrodeneinheit und dadurch hergestellte Membran-Elektrodeneinheit
DE102014205033A1 (de) Katalysatorschicht für eine Brennstoffzelle und Verfahren zur Herstellung einer solchen
DE112020001053T5 (de) Kathodenkatalysatorschicht für eine Brennstoffzelle, und Brennstoffzelle
EP1341251A1 (de) PEM-Brennstoffzellenstapel
DE102020213447A1 (de) Elektrolytmembran für Brennstoffzellen mit einem Wasserstoffperoxid erzeugenden Katalysator und einem Wasserstoffperoxid zersetzenden Katalysator, sowie Herstellungsverfahren dafür
DE112012004623T5 (de) Membranelektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle
DE102016113854A1 (de) Oxidative Kontrolle der Porenstruktur in kohlenstoffgeträgerten Katalysatoren auf PGM-Basis
DE10052224B4 (de) Gasdiffusionselektrode mit erhöhter Toleranz gegenüber Feuchteschwankung, eine diese aufweisende Membranelektrodenanordnung, Verfahren zur Herstellung der Gasdiffusionselektrode und der Membranelektrodenanordnung sowie Verwendung der Membranelektrodenanordnung
DE602004010021T2 (de) Tinte zur Herstellung einer Katalysatorschicht, Elektrode und Membran-Elektrode-Anordnung in denen solche Tinte verwendet wird
DE10052189B4 (de) Mehrschichtige Gasdiffusionselektrode einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle, Membranelektrodenanordnung, Verfahren zur Herstellung einer Gasdiffusionselektrode und einer Membranelektrodenanordnung sowie Verwendung der Membranelektrodenanordnung
DE10052190B4 (de) Gasdiffusionselektrode, Membranelektrodenanordnung, Verfahren zur Herstellung einer Gasdiffusionselektrode und Verwendung einer Membranelektrodenanordnung
DE102004024844A1 (de) Elektrodenpaste zur Herstellung einer Katalysatorschicht für eine elektrochemische Zelle sowie Verfahren zur Herstellung einer Katalysatorschicht
DE112010002746B4 (de) Reaktionsschicht für Brennstoffzelle
EP1150370A2 (de) Gasverteilerstrukturen und Gasdiffusionselektroden für Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen
DE19815455A1 (de) Kombination aus Elektrolyse- und Brennstoffzelle

Legal Events

Date Code Title Description
OR8 Request for search as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8105 Search report available
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: BALLARD POWER SYSTEMS INC., BURNABY, BRITISH COLUM

8110 Request for examination paragraph 44
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: BDF IP HOLDINGS LTD., VANCOUVER, BRITHISH COLU, CA

8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE

8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee