DE10115928A1 - Electrolyte membrane, this comprehensive membrane electrode assembly, manufacturing method and special uses - Google Patents

Electrolyte membrane, this comprehensive membrane electrode assembly, manufacturing method and special uses

Info

Publication number
DE10115928A1
DE10115928A1 DE10115928A DE10115928A DE10115928A1 DE 10115928 A1 DE10115928 A1 DE 10115928A1 DE 10115928 A DE10115928 A DE 10115928A DE 10115928 A DE10115928 A DE 10115928A DE 10115928 A1 DE10115928 A1 DE 10115928A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
acid
membrane
zirconium
electrolyte membrane
fuel cell
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.)
Withdrawn
Application number
DE10115928A
Other languages
German (de)
Inventor
Volker Hennige
Christian Hying
Gerhard Hoerpel
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.)
Creavis Gesellschaft fuer Technologie und Innovation mbH
Original Assignee
Creavis Gesellschaft fuer Technologie und Innovation mbH
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 Creavis Gesellschaft fuer Technologie und Innovation mbH filed Critical Creavis Gesellschaft fuer Technologie und Innovation mbH
Priority to DE10115928A priority Critical patent/DE10115928A1/en
Priority to PCT/EP2002/001550 priority patent/WO2002080297A2/en
Publication of DE10115928A1 publication Critical patent/DE10115928A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/076Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/083Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound
    • C03C3/085Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/076Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/083Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound
    • C03C3/085Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal
    • C03C3/087Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal containing calcium oxide, e.g. common sheet or container glass
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/076Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/089Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron
    • C03C3/091Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron containing aluminium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

The invention relates to a proton-conductive, flexible electrolyte membrane for a fuel cell, which is impermeable to the reaction components of the fuel-cell reaction. Said membrane comprises a composite material that is permeable to substances and that consists of a flexible, perforated support comprising a glass, in addition to a porous ceramic material. The composite material is interspersed with a proton-conductive material, which is suitable for selectively conducting protons through the membrane.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft spezielle protonenleitfähige, flexible Elektrolytmembranen für eine Brennstoffzelle, Verfahren zur Herstellung dieser Elektrolytmembranen sowie eine flexible Membranelektrodeneinheit für eine Brennstoffzelle, die eine erfindungsgemäße Elektrolytmembran umfasst. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner spezielle Zwischenprodukte bei der Herstellung der Membranelektrodeneinheit und spezielle Verwendungen der Elektrolytmembran und Membranelektrodeneinheit.The present invention relates to special proton-conductive, flexible Electrolyte membranes for a fuel cell, process for producing the same Electrolyte membranes and a flexible membrane electrode unit for one Fuel cell which comprises an electrolyte membrane according to the invention. The The present invention further relates to special intermediates in the manufacture membrane electrode assembly and special uses of the electrolyte membrane and membrane electrode assembly.

Brennstoffzellen enthalten Elektrolytmembranen, die einerseits den Protonenaustausch zwischen den Halbzellenreaktionen gewährleisten und andererseits verhindern, dass es zu einem Kurzschluss zwischen den Halbzellenreaktionen kommt.Fuel cells contain electrolyte membranes Ensure proton exchange between the half-cell reactions and on the other hand, prevent a short circuit between the Half-cell reactions are coming.

Herkömmlicherweise werden in Brennstoffzellen sogenannte Membranelektrodeneinheiten (MEAs) eingesetzt, die aus einer ionenleitenden Elektrolytmembran und den darauf aufgebrachten gegebenenfalls katalytisch wirksamen Elektroden (Anode und Kathode) bestehen.Conventionally, so-called Membrane electrode units (MEAs) are used, which consist of an ion-conducting Electrolyte membrane and optionally catalytically applied thereon effective electrodes (anode and cathode) exist.

Aus dem Stand der Technik sind als protonenaustauschende Membranen (PEMs) für Brennstoffzellen Elektrolytmembranen aus organischen Polymeren bekannt, die mit sauren Gruppen modifiziert sind, wie beispielsweise Nation® (DuPont, EP 0 956 604) sulfonierte Polyetherketone (Höchst, EP 0 574 791), sulfonierte Kohlenwasserstoffe (Dais, EP 1 049 724) oder die phosphorsäurehaltigen Polybenzimidazolmembranen (Celanese, WO 99/04445).From the prior art are as proton exchange membranes (PEMs) for Fuel cell electrolyte membranes made from organic polymers known to use acidic groups are modified, such as Nation® (DuPont, EP 0 956 604) sulfonated polyether ketones (Höchst, EP 0 574 791), sulfonated Hydrocarbons (Dais, EP 1 049 724) or those containing phosphoric acid Polybenzimidazole membranes (Celanese, WO 99/04445).

Organische Polymere haben jedoch den Nachteil, dass die Leitfähigkeit vom Wassergehalt der Membranen abhängt. Deshalb müssen diese Membranen vor dem Einsatz in der Brennstoffzelle in Wasser gequellt werden und obwohl an der Kathode ständig Wasser gebildet wird, muss während des Betriebs der Membran von Aussen zusätzlich Wasser zugesetzt werden, um ein Austrocknen bzw. eine Abnahme der Protonenleitfähigkeit, zu verhindern. Typischerweise müssen organische Polymermembran in einer Brennstoffzelle sowohl anoden- als auch kathodenseitig in einer mit Wasserdampf gesättigten Atmosphäre betrieben werden.However, organic polymers have the disadvantage that the conductivity of  Water content of the membranes depends. Therefore, these membranes must be Use in the fuel cell can be swollen in water and although on the cathode Water is constantly being formed during operation of the membrane from the outside additional water can be added to dry out or decrease the To prevent proton conductivity. Typically organic Polymer membrane in a fuel cell both on the anode and cathode side in be operated in an atmosphere saturated with water vapor.

Bei erhöhter Betriebstemperatur können Elektrolytmembranen aus organischen Polymeren nicht verwendet werden, weil bei Temperaturen von mehr als etwa 100°C der Wassergehalt in der Membran bei Atmosphärendruck nicht mehr gewährleistet werden kann. Der Einsatz von solchen Membranen in einer Reformat- oder Direktmethanol-Brennstoffzelle ist daher in der Regel nicht möglich. Dazu kommt, dass die Polymermembranen beim Einsatz in einer Direktmethanol-Brennstoffzelle eine zu große Permeabilität für Methanol zeigen. Durch das sogenannte cross-over von Methanöl auf die Kathodenseite lassen sich nur geringe Leistungsdichten in der Direktmethanol-Brennstoffzelle realisieren.At elevated operating temperatures, electrolyte membranes made of organic Polymers are not used because at temperatures greater than about 100 ° C the water content in the membrane at atmospheric pressure is no longer guaranteed can be. The use of such membranes in a reformate or Direct methanol fuel cells are therefore generally not possible. In addition the polymer membranes when used in a direct methanol fuel cell show great permeability to methanol. Through the so-called cross-over from Methane oil on the cathode side can only have low power densities in the Realize direct methanol fuel cells.

Daher sind herkömmliche organische Polymermembranen zur Anwendung in einer Reformat- oder Direktmethanol-Brennstoffzelle trotz der hohen Protonenleitfähigkeit in der Praxis nicht brauchbar.Therefore, conventional organic polymer membranes are for use in one Reformat or direct methanol fuel cell despite the high proton conductivity in not usable in practice.

Anorganische Protonenleiter sind z. B. aus "Proton Conductors", P. Colomban, Cambridge University Press, 1992 bekannt. Für die Zwecke einer Brennstoffzelle zeigen aus der EP 0 838 258 bekannte protonenleitfähige Zirkoniumphosphate aber zu geringe Leitfähigkeiten. Andererseits wird bei Defektperowskiten eine brauchbare Protonenleitfähigkeit erst bei Temperaturen erreicht, die über den in der Praxis vorkommenden Betriebstemperaturen einer Brennstoffzelle liegen. Bekannte protonenleitende MHSO4-Salze sind leicht in Wasser löslich und kommen daher für Brennstoffzellenanwendungen bei denen bei der Brennstoffzellenreaktion Wasser gebildet wird, nur mit Einschränkungen in Frage (WO 00/45447). Inorganic proton conductors are e.g. B. from "Proton Conductors", P. Colomban, Cambridge University Press, 1992 known. However, for the purposes of a fuel cell, proton-conductive zirconium phosphates known from EP 0 838 258 show conductivities which are too low. On the other hand, in the case of defect perovskites, a usable proton conductivity is only achieved at temperatures which are above the operating temperatures of a fuel cell that occur in practice. Known proton-conducting MHSO 4 salts are readily soluble in water and are therefore only of limited use for fuel cell applications in which water is formed in the fuel cell reaction (WO 00/45447).

Bekannte anorganische protonenleitende Materialien lassen sich zudem nicht in Form von dünnen Membranfolien herstellen, die zur Bereitstellung eines geringen Gesamtwiderstands der Zelle erforderlich sind. Geringe Flächenwiderstände und hohe Leistungsdichten einer Brennstoffzelle für technische Anwendungen im Automobilbau sind mit den bekannten Materialien daher nicht möglich.Known inorganic proton-conducting materials also cannot be molded of thin membrane films that are used to provide a low Total cell resistance is required. Low sheet resistance and high Power densities of a fuel cell for technical applications in automotive engineering are therefore not possible with the known materials.

Die WO 99/62620 schlägt einen ionenleitenden, stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff sowie dessen Verwendung als Elektrolytmembran einer MEA in einer Brennstoffzelle vor. Die Elektrolytmembran aus dem Stand der Technik besteht aus einem Metallnetz, das mit einem porösen keramischen Material beschichtet ist auf das ein protonenleitendes Material aufgebracht wurde. Diese Elektrolytmembran hat eine im Hinblick auf eine organische Nafionmembran überlegene Protonenleitfähigkeit bei Temperaturen von mehr als 80°C. Der Stand der Technik enthält aber keine Ausführungsform einer Brennstoffzelle, bei der eine solche Elektrolytmembran verwendet wurde.WO 99/62620 proposes an ion-conducting, permeable composite material and its use as an MEA electrolyte membrane in a fuel cell in front. The electrolyte membrane from the prior art consists of a metal network, which is coated with a porous ceramic material on the one proton conductive material was applied. This electrolyte membrane has an im Proton conductivity superior to an organic Nafion membrane Temperatures of more than 80 ° C. However, the prior art does not contain any Embodiment of a fuel cell in which such an electrolyte membrane was used.

Es wurde nun gefunden, dass die aus der WO 99/62620 bekannte Elektrolytmembran gravierende Nachteile aufweist im Hinblick auf die Brauchbarkeit einer diese Elektrolytmembran enthaltenden MEA in der Praxis und im Hinblick auf das Herstellungsverfahren, das zur Bereitstellung von solchen MEAs erforderlich ist. Durch diese Nachteile ist die aus der WO 99/62620 bekannte MEA für den Einsatz in einer Brennstoffzelle in der Praxis ungeeignet. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die bekannten Elektrolytmembranen zwar bei erhöhten Temperaturen eine gute Protonenleitfähigkeit aufweisen, dass andererseits aber unter praktischen Anwendungsbedingungen in einer Brennstoffzelle Kurzschlüsse auftreten, die die Elektrolytmembranen unbrauchbar machen.It has now been found that the electrolyte membrane known from WO 99/62620 has serious disadvantages with regard to the usability of these MEA containing electrolyte membrane in practice and in view of that Manufacturing process required to provide such MEAs. By these disadvantages are the MEA known from WO 99/62620 for use in a Fuel cell unsuitable in practice. It has been shown that the known electrolyte membranes a good one at elevated temperatures Have proton conductivity, but on the other hand under practical Conditions of use occur in a fuel cell that shorts the Make electrolyte membranes unusable.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine protonenleitfähige, flexible Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle bereitzustellen, die für einen Einsatz in der Praxis geeignet ist und insbesondere
It is therefore an object of the present invention to provide a proton-conductive, flexible electrolyte membrane for a fuel cell which is suitable for use in practice and in particular

  • a) eine hohe Protonenleitfähigkeit bei deutlich reduzierter Luftfeuchtigkeit im Vergleich zu Polymermembranen aufweist,a) high proton conductivity with significantly reduced air humidity in the Compared to polymer membranes,
  • b) einen geringen Gesamtwiderstand einer Membranelektrodeneinheit ermöglicht, b) enables a low total resistance of a membrane electrode unit,  
  • c) mechanische Eigenschaften, wie Zugfestigkeit und Flexibilität, aufweist, die für einen Einsatz unter extremen Bedingungen, wie sie beim Betrieb eines Fahrzeugs auftreten, geeignet sind,c) mechanical properties, such as tensile strength and flexibility, which for use under extreme conditions, such as when operating a Vehicle are suitable,
  • d) erhöhte Betriebstemperaturen von mehr als 80°C toleriert,d) tolerated increased operating temperatures of more than 80 ° C,
  • e) Kurzschlüsse und cross-over-Probleme vermeidet, unde) avoids short circuits and cross-over problems, and
  • f) einfach hergestellt werden kann.f) can be easily manufactured.

Diese Aufgabe wird mit einer für die Reaktionskomponenten der Brennstoffzellen­ reaktion undurchlässigen, protonenleitfähigen, flexiblen Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle gemäß Anspruch 1 gelöst. Die vorliegende Erfindung stellt eine Elektrolytmembran bereit, die eine Kombination aus einem speziellen Verbundwerkstoff und einem protonenleitfähigen Material umfasst.This task is done with one for the reaction components of the fuel cells reaction impermeable, proton conductive, flexible electrolyte membrane for one Fuel cell solved according to claim 1. The present invention provides one Electrolyte membrane ready, which is a combination of a special Composite and a proton conductive material includes.

Es wurde gefunden, dass die praktische Unbrauchbarkeit einer aus dem Stand der Technik bekannten Elektrolytmembran damit zusammenhängt, dass die Keramikbeschichtung des Metallnetzes an den Überwurfstellen der Metallfäden leicht einreißt und dadurch die leitfähige Oberfläche des Metallträgers freigelegt wird. Es genügt schon ein einziger sehr kleiner Riß in der Keramikbeschichtung, um die gesamte Membran unbrauchbar zu machen. Aus diesem Grund ist es nicht möglich die aus dem Stand der Technik bekannte Elektrolytmembran in einer Größe herzustellen, die für den Einsatz in einer Brennstoffzelle erforderlich ist, ohne dass es unter Betriebsbedingungen zu einer starken Beanspruchung der Keramikbeschichtung kommt, die die Membran in kurzer Zeit zerstört.It has been found that the practical usability of a state of the art Technology known electrolyte membrane is related to the fact that the Ceramic coating of the metal net easily at the union points of the metal threads tears and thereby the conductive surface of the metal carrier is exposed. It a single very small crack in the ceramic coating is sufficient to remove the make the entire membrane unusable. Because of this, it is not possible the electrolyte membrane known from the prior art in one size manufacture that is required for use in a fuel cell without it under operating conditions, the ceramic coating is subjected to high stress comes, which destroys the membrane in a short time.

Die vorliegende Erfindung schlägt daher eine für die Reaktionskomponenten der Brennstoffzellenreaktion undurchlässige, protonenleitfähige, flexible Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle vor, umfassend einen stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff aus einem flexiblen, durchbrochenen, ein Glas umfassenden Träger und einem porösen Keramikmaterial, wobei der Verbundwerkstoff mit einem protonenleitfähigen Material durchsetzt ist, das geeignet ist selektiv Protonen durch die Membran zu leiten.The present invention therefore proposes one for the reaction components of the Fuel cell reaction impermeable, proton conductive, flexible Electrolyte membrane for a fuel cell, comprising a permeable Composite material made of a flexible, openwork, glass-encased carrier and a porous ceramic material, the composite material having a proton conductive material is penetrated, which is suitable for the proton selectively To guide the membrane.

Es wurde gefunden, dass überraschenderweise eine in der Praxis brauchbare und insbesondere gegenüber Kurzschlüssen und cross-over-Problemen unempfindliche Elektrolytmembran bereitgestellt werden kann, wenn als Material für den Membranträger ein Glas gewählt wird.It has been found that, surprisingly, a practical and  especially insensitive to short circuits and cross-over problems Electrolyte membrane can be provided if as a material for the Membrane support a glass is chosen.

Die Elektrolytmembran der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, dass sie nicht in Wasser gequellt werden muss, um eine brauchbare Leitfähigkeit bereitzustellen. Es ist daher wesentlich einfacher die Elektroden und die Elektrolytmembran zu einer Membranelektrodeneinheit zu kombinieren. Insbesondere ist es nicht erforderlich eine gequellte Membran mit einer Elektrodenschicht zu versehen, wie dies im Fall einer Nafionmembran notwendig ist, um zu verhindern, dass die Elektrodenschicht beim Quellen einreißt. Auch ist durch die Wahl des speziellen Trägers eine feste Haftung des porösen Keramikmaterials an den Träger möglich. Dadurch kann eine stabile MEA hergestellt werden, die auch hohen mechanischen Belastungen standhalten kann. Durch die gute Stabilität und Leitfähigkeit kann die erfindungsgemäße Elektrolytmembranen in einer Reformat- oder Direktmethanol-Brennstoffzelle eingesetzt werden, die lange Standzeiten sowie hohe Leistungsdichten auch bei geringen Wasserpartialdrucken und hohen Temperaturen bereitstellen. Ferner ist es möglich den Wasserhaushalt der neuen Membranelektrodeneinheiten durch die Anpassung der Hydrophobie/Hydrophilie von Membran und Elektroden zu steuern. Durch gezielte Schaffung von Nanoporen in der Membran lässt sich zusätzlich der Effekt der Kapillarkondensation ausnutzen. Eine Flutung der Elektroden durch Produktwasser bzw. eine Austrocknung der Membran bei höherer Betriebstemperatur bzw. Stromdichte kann so vermieden werden.The electrolyte membrane of the present invention has the advantage that it is not in Water must be swelled to provide usable conductivity. It is therefore much easier to combine the electrodes and the electrolyte membrane To combine membrane electrode unit. In particular, there is no need for one to provide a swollen membrane with an electrode layer, as in the case of a Nafion membrane is necessary to prevent the electrode layer when Sources tears. The choice of the special carrier also ensures firm liability of the porous ceramic material on the carrier possible. This enables a stable MEA be manufactured that can withstand high mechanical loads. The good stability and conductivity of the invention Electrolyte membranes in a reformate or direct methanol fuel cell long service life and high power densities are also used provide low water partial pressures and high temperatures. Furthermore, it is possible the water balance of the new membrane electrode units through the Control the hydrophobicity / hydrophilicity of the membrane and electrodes. Through the targeted creation of nanopores in the membrane, the Take advantage of the effect of capillary condensation. A flooding of the electrodes Product water or a drying out of the membrane at a higher operating temperature or current density can be avoided in this way.

Das Glas des Trägers ist vorzugsweise ein Alumosilikatglas, ein Silikatglas oder ein Borsilikatglas, die jeweils noch weitere Elemente enthalten können. Als weiteres Element ist Magnesium besonders bevorzugt. Der Gehalt an Alkalimetallen sollte möglichst niedrig sein, um die Stabilität des Glases unter den Betriebsbedingungen nicht zu gefährden.The glass of the carrier is preferably an aluminosilicate glass, a silicate glass or a Borosilicate glass, each of which may contain other elements. As another Magnesium is particularly preferred. The content of alkali metals should be as low as possible to ensure the stability of the glass under the operating conditions not endangered.

Ein Alumosilikatglas ist besonders bevorzugt. Vorzugsweise enthält das Glas mindestens 50 Gew.-% SiO2 und gegebenenfalls mindestens 5 Gew.-% Al2O3, vorzugsweise mindestens 60 Gew.-% SiO2 und gegebenenfalls mindestens 10 Gew.-% Al2O3. Für den Fall, dass das Glas weniger als 60 Gew.-% SiO2 enthält, ist es wahrscheinlich, dass die chemische Widerstandsfähigkeit des Glases zu gering ist und der Träger unter den Betriebsbedingungen zerstört wird. Für den Fall, dass weniger als 10 Gew.-% Al2O3 in dem Glas vorliegen, kann es sein, dass der Erweichungspunkt des Glases zu niedrig ist und daher die technische Herstellung der Komposit- Membranen sehr schwierig wird.An aluminosilicate glass is particularly preferred. The glass preferably contains at least 50% by weight of SiO 2 and optionally at least 5% by weight of Al 2 O 3 , preferably at least 60% by weight of SiO 2 and optionally at least 10% by weight of Al 2 O 3 . In the event that the glass contains less than 60% by weight of SiO 2 , the chemical resistance of the glass is likely to be too low and the carrier will be destroyed under the operating conditions. In the event that less than 10% by weight Al 2 O 3 is present in the glass, the softening point of the glass may be too low and the technical manufacture of the composite membranes may therefore become very difficult.

Weitere Elemente, die in einem Alumosilikatglas, Silikatglas oder Borsilikatglas vorliegen können, sind Alkalimetalle, wie Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, oder Cäsium, Erdalkalimetalle, wie Magnesium, Calcium, Strontium oder Barium, sowie Blei, Zink, Titan, Arsen, Antimon, Zirkonium, Eisen, Lanthan, Cer, Cadmium, oder Halogene, wie Fluor oder Chlor.Other elements in an aluminosilicate glass, silicate glass or borosilicate glass can be present are alkali metals, such as lithium, sodium, potassium, rubidium, or Cesium, alkaline earth metals such as magnesium, calcium, strontium or barium, as well Lead, zinc, titanium, arsenic, antimony, zirconium, iron, lanthanum, cerium, cadmium, or Halogens such as fluorine or chlorine.

Eine bevorzugte Glaszusammensetzung für einen Träger ist wie folgt:
64-66 Gew.-% SiO2,
24-25 Gew.-% Al2O3,
9-12 Gew.-% MgO,
< 0,2 Gew.-% CaO, Na2O, K2O, Fe2O3
A preferred glass composition for a support is as follows:
64-66% by weight SiO 2 ,
24-25% by weight Al 2 O 3 ,
9-12% by weight of MgO,
<0.2% by weight CaO, Na 2 O, K 2 O, Fe 2 O 3

Der Träger muss sowohl im Laufe der Herstellung der Elektrolytmembran als auch unter den Betriebsbedingungen in einer Brennstoffzelle stabil sein. Daher ist das Glas für den Träger vorzugsweise stabil gegenüber Protonen, die durch die Membran geleitet werden, das protonenleitende Material mit dem der Verbundwerkstoff durchsetzt ist und das Keramikmaterial mit dem der Träger kontaktiert wird. Ferner ist das Glas vorzugsweise auch stabil gegenüber dem Reaktionsmedium mit dem der Träger in Kontakt kommen kann, wenn die Keramikbeschichtung des Trägers Risse aufweist. Besonders bevorzugt ist es daher, wenn das Glas keine durch Säure auslaugbaren Kationen enthält. Andererseits können auslaugbare Kationen im Glas vorliegen, wenn die Stabilität des Trägers nicht leidet, wenn Kationen durch Protonen ersetzt werden, so zum Beispiel, wenn das Glas geeignet ist eine Gelschicht auf der Oberfläche zu bilden, die den Glasträger vor einem weiteren Angriff der Säure schützt.The support must be used both in the course of manufacturing the electrolyte membrane as well be stable under the operating conditions in a fuel cell. Hence the glass for the carrier preferably stable towards protons through the membrane be guided, the proton-conducting material with which the composite material is penetrated and the ceramic material with which the carrier is contacted. Further is the glass preferably also stable to the reaction medium with that of Carrier can come into contact if the ceramic coating of the carrier cracks having. It is therefore particularly preferred if the glass is not acidic contains leachable cations. On the other hand, leachable cations can be found in the glass if the stability of the support does not suffer, if cations by protons be replaced, for example, if the glass is suitable a gel layer on the To form a surface that protects the glass support from further attack by the acid.

Es ist auch möglich, dass ein Glas, Quartz oder Quartzglas verwendet wird, das eine Stabilität unter Betriebsbedingungen aufweist, die für den praktischen Einsatz nicht ausreichend ist. In diesem Fall kann die Oberfläche des Trägers beschichtet werden mit einem Material, das dem Träger die notwendige Stabilität verleiht. Eine säureresistente Beschichtung aus α-Al2O3, ZrO2 oder TiO2 kann beispielsweise nach einem Sol-Gel-Verfahren bereitgestellt werden. Als Material steht dann auch ein Glasgewebe (Erweichungspunkt: < 800°C) mit folgender chemischer Zusammensetzung zur Verfügung:
52-56 Gew.-% SiO2
12-16 Gew.-% Al2O3,
5-10 Gew.-% B2O3,
16-25 Gew.-% CaO,
0-5 Gew.-% MgO
< 2 Gew.-% Na2O + K2O
< 1,5 Gew.-% TiO2
< 1 Gew.-% Fe2O3
It is also possible to use a glass, quartz or quartz glass that has a stability under operating conditions that is not sufficient for practical use. In this case, the surface of the carrier can be coated with a material that gives the carrier the necessary stability. An acid-resistant coating made of α-Al 2 O 3 , ZrO 2 or TiO 2 can be provided, for example, by a sol-gel process. A glass fabric (softening point: <800 ° C) with the following chemical composition is then available as material:
52-56 wt% SiO 2
12-16% by weight Al 2 O 3 ,
5-10% by weight B 2 O 3 ,
16-25% by weight CaO,
0-5 wt% MgO
<2 wt% Na 2 O + K 2 O
<1.5% by weight of TiO 2
<1 wt% Fe 2 O 3

Das Glas aus dem der Träger hergestellt wird hat vorzugsweise einen Erweichungspunkt von < 800°C, besonders bevorzugt < 1000°C.The glass from which the carrier is made preferably has one Softening point of <800 ° C, particularly preferably <1000 ° C.

Der Gewichtsverlust in 10% HCl beträgt nach 24 h vorzugsweise < 4 Gew.-% und nach 168 h < 5,5 Gew.-%.The weight loss in 10% HCl is preferably <4% by weight after 24 hours and after 168 h <5.5% by weight.

Der flexible, durchbrochene, ein Glas umfassende Träger kann ferner ein Material umfassen, das ausgewählt ist aus Keramiken, Mineralien, Kunststoffen, amorphen nichtleitenden Substanzen, Naturprodukten, Verbundstoffen, Verbundwerkstoffen oder aus zumindest einer Kombination dieser Materialien, vorausgesetzt, dass diese Materialien die Brauchbarkeit der erfindungsgemäßen Elektrolytmembran unter den Betriebsbedingungen in einer Brennstoffzelle nicht beeinträchtigen. Als flexibler, durchbrochener, ein Glas umfassender Träger, kann auch ein Träger verwendet werden, der durch Behandlung mit Laserstrahlen oder Ionenstrahlen stoffdurchlässig gemacht wurde. Der Träger des Verbundwerkstoffs umfasst vorzugsweise ein Gewebe oder Vlies. Der Träger umfasst vorzugsweise Fasern und/oder Filamente mit einem Durchmesser von 1 bis 150 µm, vorzugsweise 1 bis 20 µm, und/oder Fäden mit einem Durchmesser von 5 bis 150 µm, vorzugsweise 20 bis 70 µm.The flexible, openwork, glass-containing support may also be a material include, which is selected from ceramics, minerals, plastics, amorphous non-conductive substances, natural products, composite materials, composite materials or from at least a combination of these materials, provided that this Materials the usefulness of the electrolyte membrane according to the invention among the Do not affect operating conditions in a fuel cell. As a more flexible, Openwork, glass-enclosed carrier, a carrier can also be used become permeable by treatment with laser beams or ion beams have been done. The carrier of the composite material preferably comprises a fabric or fleece. The carrier preferably comprises fibers and / or filaments with a  Diameter from 1 to 150 microns, preferably 1 to 20 microns, and / or threads with a Diameter from 5 to 150 microns, preferably 20 to 70 microns.

Für den Fall, dass der Träger ein Gewebe ist, dann handelt es sich dabei vorzugsweise um ein Gewebe aus 11-Tex-Garnen mit 5-50 Kett- bzw. Schussfäden und insbesondere 20-28 Kett- und 28-36 Schussfäden. Ganz besonders bevorzugt werden 5,5-Tex Garne mit 10-50 Kett- bzw. Schussfäden und bevorzugt 20-28 Kett- und 28-36 Schussfäden.In the event that the carrier is a fabric, then it is preferably around a fabric made of 11-Tex yarns with 5-50 warp or weft threads and especially 20-28 warps and 28-36 wefts. Very particularly preferred 5.5-Tex yarns with 10-50 warp or weft threads and preferably 20-28 Warp and 28-36 wefts.

Das poröse Keramikmaterial weist vorzugsweise Poren mit einem mittleren Durchmesser von mindestens 20 nm, vorzugsweise von mindestens 100 nm, ganz besonders bevorzugt mehr als 500 nm, auf. Das Keramikmaterial des Verbundwerkstoffs hat vorzugsweise eine Porosität von 10% bis 60%, vorzugsweise von 20% bis 45%.The porous ceramic material preferably has pores with a medium one Diameter of at least 20 nm, preferably of at least 100 nm, entirely particularly preferably more than 500 nm. The ceramic material of the Composite preferably has a porosity of 10% to 60%, preferably from 20% to 45%.

Das protonenleitfähige Material einer erfindungsgemäßen Elektrolytmembran umfasst vorzugsweise eine Brönstedsäure, eine immobilisierte Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon, und/oder eine ionische Flüssigkeit. Diese Komponenten verleihen der Elektrolytmembran Protonenleitfähigkeit. Gegebenenfalls kann das protonenleitfähige Material ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor enthalten. Ein solches Oxid ist bei Verwendung einer Brönstedsäure wesentlich. Für den Fall, dass eine immobilisierte Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon, und/oder eine ionische Flüssigkeit verwendet werden, kann auf das zusätzliche Oxid verzichtet werden.The proton conductive material of an electrolyte membrane according to the invention comprises preferably a Bronsted acid, an immobilized hydroxysilylalkyl acid of Sulfur or phosphorus or a salt thereof, and / or an ionic liquid. These components impart proton conductivity to the electrolyte membrane. If necessary, the proton-conductive material can be an oxide of aluminum, Contain silicon, titanium, zirconium, and / or phosphorus. Such an oxide is at Use of a Bronsted acid essential. In the event that an immobilized Hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof, and / or If an ionic liquid is used, the additional oxide can be dispensed with become.

Die Brönstedsäure kann Schwefelsäure, Phosphorsäure, Perchlorsäure, Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure, schweflige Säure, phosphorige Säure sowie Ester davon und/oder eine monomere oder polymere organische Säure sein.Bronsted acid can be sulfuric acid, phosphoric acid, perchloric acid, Nitric acid, hydrochloric acid, sulfurous acid, phosphorous acid as well Esters thereof and / or a monomeric or polymeric organic acid.

Die erfindungsgemäße Elektrolytmembran ist vorzugsweise bei mindestens 80°C, vorzugsweise bei mindestens 120°C, und ganz besonders bevorzugt bei mindestens 140°C, stabil. The electrolyte membrane according to the invention is preferably at least 80 ° C. preferably at least 120 ° C, and very particularly preferably at least 140 ° C, stable.  

Der Verbundwerkstoff der Elektrolytmembran hat vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 10 bis 150 µm, vorzugsweise 10 bis 80 µm, ganz besonders bevorzugt 10 bis 50 µm.The composite material of the electrolyte membrane preferably has a thickness in the range from 10 to 150 µm, preferably 10 to 80 µm, most preferably 10 to 50 µm.

Die erfindungsgemäße Elektrolytmembran toleriert vorzugsweise einen Biegeradius von mindestens 100 mm, insbesondere von mindestens 20 mm und ganz besonders bevorzugt von mindestens 5 mm.The electrolyte membrane according to the invention preferably tolerates a bending radius of at least 100 mm, in particular of at least 20 mm and very particularly preferably of at least 5 mm.

Die erfindungsgemäße Elektrolytmembran weist bei Raumtemperatur und bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 35% vorzugsweise eine Leitfähigkeit von mindestens 2 mS/cm, vorzugsweise mindestens 20 mS/cm, ganz besonders bevorzugt 23 mS/cm auf.The electrolyte membrane according to the invention exhibits at room temperature and at one relative air humidity of 35%, preferably a conductivity of at least 2 mS / cm, preferably at least 20 mS / cm, very particularly preferably 23 mS / cm on.

Im folgenden wird die Herstellung der erfindungsgemäßen Elektrolytmembranen beschrieben.The following is the production of the electrolyte membranes according to the invention described.

Eine Elektrolytmembran der vorliegenden Erfindung ist erhältlich durch
An electrolyte membrane of the present invention is available from

  • a) Infiltration eines stoffdurchlässigen Verbundwerkstoffs aus einem flexiblen, durchbrochenen, ein Glas umfassenden Träger und einem porösen Keramikmaterial mit einer ionischen Flüssigkeit, um ein den Verbundwerkstoff durchsetzendes Material zu schaffen, das geeignet ist selektiv Protonen durch die Membran zu leiten, odera) infiltration of a permeable composite material from a flexible, openwork, a glass support and a porous Ceramic material with an ionic liquid to make up the composite to create penetrating material that is suitable for selectively protons to guide the membrane, or
  • b) Infiltration eines stoffdurchlässigen Verbundwerkstoffs aus einem flexiblen, durchbrochenen, ein Glas umfassenden Träger und einem porösen Keramikmaterial mit
    • 1. einer Mischung, enthaltend eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder einem Salz davon; oder
    • 2. einer Mischung, enthaltend eine Brönstedsäure und/oder eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon sowie ein Sol, das eine Vorstufe für Oxide von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor umfasst und Verfestigung der den Verbundwerkstoff infiltrierenden Mischung,
    b) Infiltration of a permeable composite material from a flexible, openwork, a glass-containing carrier and a porous ceramic material with
    • 1. a mixture containing an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof; or
    • 2. a mixture containing a Bronsted acid and / or an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof and a sol which comprises a precursor for oxides of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus and solidification of the composite infiltrating mixture,

und gegebenenfalls Infiltration des nach Stufe (b) erhaltenen Verbundwerkstoffs mit einer ionischen Flüssigkeit, um ein den Verbundwerkstoff durchsetzendes Material zu schaffen, das geeignet ist selektiv Protonen durch die Membran zu leiten.and optionally infiltration of the composite material obtained after step (b) with an ionic liquid to create a material penetrating the composite create that is capable of selectively guiding protons through the membrane.

Die Elektrolytmembranen der vorliegenden Erfindung können einen speziellen Verbundwerkstoff, der in allgemeiner Form und für eine andere Anwendung aus der PCT/EP 981 05 939 bekannt ist, enthalten. Dieser Verbundstoff kann mit einem protonenleitenden Material oder einer Vorstufe davon, infiltriert werden, worauf die Membran getrocknet, verfestigt und gegebenenfalls in geeigneter Weise modifiziert wird, so dass eine stoffundurchlässige, ionen/protonenleitende and flexible Membran erhalten wird. Zur Herstellung des Verbundwerkstoffs wird zunächst der ein Glas enthaltende Träger gemäß PCT/EP98/05939 in eine mechanisch and thermisch stabile, stoffdurchlässige keramische Grundmembran überführt, die weder elektrisch- noch ionenleitend ist. Anschließend wird diese poröse, elektrisch isolierende Grundmembran mit dem protonenleitenden Material durchsetzt.The electrolyte membranes of the present invention can be a special one Composite, which in general form and for another application from the PCT / EP 981 05 939 is known. This composite can be used with a proton-conducting material or a precursor thereof, whereupon the Dried membrane, solidified and optionally modified in a suitable manner so that an impermeable, ion / proton-conducting and flexible membrane is obtained. To manufacture the composite material, a glass is first used containing carrier according to PCT / EP98 / 05939 in a mechanical and thermal stable, permeable ceramic base membrane that neither electrically is still ion-conducting. Then this becomes porous, electrically insulating Basic membrane penetrated with the proton-conducting material.

Bei der Herstellung des Verbundwerkstoffes wird ein flexibler, durchbrochener, ein Glas umfassender Träger, mit einer Suspension kontaktiert bzw. infiltriert, die eine Vorstufe für das poröse Keramikmaterial enthält. Als Vorstufe für das poröse Keramikmaterial kommt mindestens eine anorganische Komponente aus einer Verbindung eines Metalls, eines Halbmetalls oder eines Mischmetalls mit einem der Elemente der 3. bis 7. Hauptgruppe in Frage, die als Suspension auf den Träger aufgebracht werden und vorzugsweise durch Erwärmen verfestigt werden kann. Das Kontaktieren bzw. Infiltrieren kann durch Aufdrucken, Aufpressen, Einpressen Aufrollen, Aufrakeln, Aufstreichen, Tauchen, Spritzen oder Aufgießen erfolgen.A flexible, openwork, is used in the manufacture of the composite material Glass-containing carrier, contacted or infiltrated with a suspension, the one Contains precursor for the porous ceramic material. As a preliminary stage for the porous Ceramic material comes from at least one inorganic component Connection of a metal, a semi-metal or a mixed metal with one of the Elements of the 3rd to 7th main group in question as a suspension on the carrier can be applied and preferably solidified by heating. The Contact or infiltration can be done by printing, pressing, or pressing Roll up, knife, spread, dip, spray or pour.

Die Suspension mit der der Träger kontaktiert wird, enthält vorzugsweise eine anorganische Komponente und ein Metalloxidsol, ein Halbmetalloxidsol oder ein Mischmetalloxidsol oder eine Mischung dieser Sole. Eine solche bevorzugte Suspension kann durch Suspendieren einer anorganischen Komponente in einem dieser Sole hergestellt werden.The suspension with which the carrier is contacted preferably contains one inorganic component and a metal oxide sol, a semimetal oxide sol or a Mixed metal oxide sol or a mixture of these brines. Such a preferred Suspension can be achieved by suspending an inorganic component in a this brine can be produced.

Es können handelsübliche Sole, wie Titannitratsol, Zirkonnitratsol oder Silikasol eingesetzt werden. Die Sole sind aber auch erhältlich durch Hydrolyse einer Metallverbindung, Halbmetallverbindung oder Mischmetallverbindung in einem Medium, wie Wasser, Alkohol oder einer Säure. Als zu hydrolisierende Verbindung wird vorzugsweise ein Metallnitrat, ein Metallchlorid, ein Metallcarbonat, eine Metallalkoholatverbindung oder eine Halbmetallalkoholatverbindung, besonders bevorzugt zumindest eine Metallalkoholatverbindung, ein Metallnitrat, ein Metallchlorid, ein Metallcarbonat oder zumindest eine Halbmetallalkoholatverbindung ausgewählt aus den Verbindungen der Elemente Ti, Zr, Al, Si, Sn, Ce und Y oder der Lanthanoiden und Actinoiden, wie z. B. Titanalkoholate, wie z. B. Titanisopropylat, Siliziumalkoholate, Zirkoniumalkoholate, oder ein Metallnitrat, wie z. B. Zirkoniumnitrat, hydrolisiert. Es kann vorteilhaft sein, die Hydrolyse mit mindestens dem halben Molverhältnis an Wasser, bezogen auf die hydrolisierbare Gruppe der hydrolisierbaren Verbindung, durchzuführen. Die hydrolisierte Verbindung kann mit einer Säure, vorzugsweise mit einer 10 bis 60%igen Säure, bevorzugt mit einer Mineralsäure, ausgewählt aus Schwefelsäure, Salzsäure, Perchlorsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure oder einer Mischung dieser Säuren peptisiert werden.Commercial sols such as titanium nitrate sol, zirconium nitrate sol or silica sol can be used  be used. However, the brine can also be obtained by hydrolysis of one Metal compound, semi-metal compound or mixed metal compound in one Medium, such as water, alcohol or an acid. As a compound to be hydrolyzed is preferably a metal nitrate, a metal chloride, a metal carbonate, a Metal alcoholate compound or a semimetal alcoholate compound, especially preferably at least one metal alcoholate compound, a metal nitrate, a metal chloride, a metal carbonate or at least one semimetal alcoholate compound is selected from the compounds of the elements Ti, Zr, Al, Si, Sn, Ce and Y or the Lanthanoids and actinoids, such as. B. titanium alcoholates such. B. titanium isopropylate, Silicon alcoholates, zirconium alcoholates, or a metal nitrate, such as. B. zirconium nitrate, hydrolysed. It may be advantageous to use at least half the hydrolysis Molar ratio of water, based on the hydrolyzable group of hydrolyzable Connection to perform. The hydrolyzed compound can be mixed with an acid, preferably with a 10 to 60% acid, preferably with a mineral acid, selected from sulfuric acid, hydrochloric acid, perchloric acid, phosphoric acid and Nitric acid or a mixture of these acids can be peptized.

Eine anorganische Komponente mit einer Korngröße von 1 bis 10 000 nm kann in dem Sol suspendiert werden. Vorzugsweise wird eine anorganische Komponente, die eine Verbindung, ausgewählt aus Metallverbindungen, Halbmetallverbindungen, Mischmetallverbindungen und Metallmischverbindungen mit zumindest einem der Elemente der 3. bis 7. Hauptgruppe, oder zumindest eine Mischung dieser Verbindungen aufweist, suspendiert. Besonders bevorzugt wird zumindest eine anorganische Komponente, die zumindest eine Verbindung aus den Oxiden der Nebengruppenelemente oder den Elementen der 3. bis 5. Hauptgruppe, vorzugsweise Oxide, ausgewählt aus den Oxiden der Elemente Sc, Y, Ti, Zr, Nb, Ce, V, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, B, Al, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb und Bi, wie z. B. Y2O3, ZrO2, Fe2O3, Fe3O4, SiO2, Al2O3, aufweist, suspendiert. Die anorganische Komponente kann auch Alumosilicate, Aluminiumphospate, Zeolithe oder partiell ausgetauschte Zeolithe, wie z. B. ZSM-5, Na-ZSM-5 oder Fe-ZSM-5 oder amorphe mikroporöse Mischoxide, die bis zu 20% nicht hydrolisierbare organische Verbindungen enthalten können, wie z. B. Vanadinoxid, Siliziumoxid-Glas oder Aluminiumoxid- Siliziumoxid- MethylSiliziumsesquioxid-Gläser, aufweisen. An inorganic component with a grain size of 1 to 10,000 nm can be suspended in the sol. An inorganic component which has a compound selected from metal compounds, semimetal compounds, mixed metal compounds and mixed metal compounds with at least one of the elements of the 3rd to 7th main group, or at least a mixture of these compounds, is preferably suspended. Particular preference is given to at least one inorganic component which comprises at least one compound from the oxides of the subgroup elements or from the elements of the 3rd to 5th main group, preferably oxides, selected from the oxides of the elements Sc, Y, Ti, Zr, Nb, Ce, V , Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, B, Al, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb and Bi, such as. B. Y 2 O 3 , ZrO 2 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , SiO 2 , Al 2 O 3 , suspended. The inorganic component can also be aluminosilicates, aluminum phosphates, zeolites or partially exchanged zeolites, such as, for. B. ZSM-5, Na-ZSM-5 or Fe-ZSM-5 or amorphous microporous mixed oxides, which can contain up to 20% non-hydrolyzable organic compounds, such as. B. vanadium oxide, silicon oxide glass or aluminum oxide-silicon oxide-methyl silicon sesquioxide glasses.

Vorzugsweise beträgt der Massenanteil der suspendierten Komponente das 0,1- bis 500fache der eingesetzten hydrolisierten Verbindung.The mass fraction of the suspended component is preferably 0.1 to 500 times the hydrolyzed compound used.

Durch geeignete Wahl der Korngröße der suspendierten Verbindungen in Abhängigkeit von der Größe der Poren, Löcher oder Zwischenräume des Trägers, aber auch durch geeignete Wahl der Schichtdicke des Verbundwerkstoffes sowie des anteiligen Verhältnisses von Sol : Lösungsmittel : Metalloxid lassen sich Risse im Verbundwerkstoff vermeiden.By a suitable choice of the grain size of the suspended compounds in Depending on the size of the pores, holes or spaces of the support, but also by a suitable choice of the layer thickness of the composite material and the Proportional ratio of sol: solvent: metal oxide cracks in the Avoid composite material.

Bei Verwendung eines Maschengewebes mit einer Maschenweite von z. B. 100 µm können zur Erhöhung der Rissfreiheit vorzugsweise Suspensionen verwendet werden, die eine suspendierte Verbindung mit einer Korngröße von mindestens 0,7 µm aufweist. Im allgemeinen sollte das Verhältnis Korngröße zu Maschen- bzw. Porengröße von 1 : 1000 bis 50 : 1000 betragen. Der Verbundwerkstoff kann vorzugsweise eine Dicke von 5 bis 1000 µm, besonders bevorzugt von 10 bis 70 µm und ganz besonders bevorzugt von 10 bis 30 µm aufweisen. Die Suspension aus Sol und zu suspendierenden Verbindungen weist vorzugsweise ein Verhältnis von Solden zu den zu suspendierenden Verbindungen von 0,1 : 100 bis 100 : 0,1, vorzugsweise von 0,1 : 10 bis 10 : 0,1 Gewichtsteilen auf.When using a mesh fabric with a mesh size of z. B. 100 microns suspensions can preferably be used to increase freedom from cracks, which is a suspended compound with a grain size of at least 0.7 microns having. In general, the ratio of grain size to mesh or Pore size from 1: 1000 to 50: 1000. The composite can preferably a thickness of 5 to 1000 microns, particularly preferably from 10 to 70 microns and very particularly preferably have from 10 to 30 microns. The suspension from sol and compounds to be suspended preferably have a ratio of solids to the compounds to be suspended from 0.1: 100 to 100: 0.1, preferably from 0.1: 10 to 10: 0.1 parts by weight.

Die Suspension kann nach Kontaktieren mit dem Träger durch Erwärmen des Verbundes aus Suspension und Träger auf 50 bis 1000°C verfestigt werden. In einer besonderen Ausführungsform wird der Verbund für 10 Sekunden bis 1 Stunde, vorzugsweise 10 Sekungen bis 10 Minuten, einer Temperatur von 50 bis 100°C ausgesetzt. In einer weiteren besonderen Ausführungsform wird der Verbund für 5 Sekunden bis 10 Minuten, vorzugsweise 5 Sekunden bis 5 Minuten, besonders bevorzugt für 5 Sekunden bis 1 Minute, einer Temperatur von 100 bis 800°C ausgesetzt. Das Erwärmen des Verbundes kann mit erwärmter Luft, Heißluft, Infrarotstrahlung, Mikrowellenstrahlung oder elektrisch erzeugter Wärme, erfolgen. In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfestigen der Suspension dadurch erreicht werden, dass die Suspension mit einem vorgewärmten Träger kontaktiert wird und somit sofort nach dem Kontaktieren verfestigt wird. After contacting the carrier, the suspension can be heated by heating the Composite of suspension and carrier are solidified to 50 to 1000 ° C. In a particular embodiment, the composite is for 10 seconds to 1 hour, preferably 10 seconds to 10 minutes, a temperature of 50 to 100 ° C. exposed. In a further special embodiment, the composite for 5 Seconds to 10 minutes, preferably 5 seconds to 5 minutes, especially preferably for 5 seconds to 1 minute, a temperature of 100 to 800 ° C. exposed. The composite can be heated with heated air, hot air, Infrared radiation, microwave radiation or electrically generated heat. In Another embodiment can thereby solidify the suspension achieved that the suspension is contacted with a preheated carrier and thus solidifies immediately after contacting.  

In einer weiteren besonderen Ausführungsform wird der Träger von einer Rolle abgerollt mit einer Geschwindigkeit von 1 m/h bis 1 m/s, auf eine Apparatur, die die Suspension mit dem Träger kontaktiert und anschließend zu einer weiteren Apparatur, die das Verfestigen der Suspension durch Erwärmen ermöglicht, und der so hergestellte Verbundwerkstoff wird auf einer zweiten Rolle aufgerollt. Auf diese Weise ist es möglich, den Verbundwerkstoff kontinuierlich herzustellen.In a further special embodiment, the carrier is from a roll unrolled at a speed of 1 m / h to 1 m / s, on an apparatus that the Suspension contacted with the carrier and then to another apparatus, which enables the suspension to solidify by heating, and the like The composite material produced is rolled up on a second roll. In this way it is possible to manufacture the composite material continuously.

Durch mehrmaliges Infiltrieren eines Trägers mit einer Suspension bzw. einem Sol ist es möglich, zur Herstellung von Verbundwerkstoffen mit einer bestimmten Porengröße auch solche Träger zu verwenden, deren Poren- bzw. Maschenweite zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes mit der geforderten Porengröße nicht geeignet ist. Dies kann z. B. der Fall sein, wenn ein Verbundwerkstoff mit einer Porengröße von 0,25 µm unter Verwendung eines Trägers mit einer Maschenweite von über 300 µm hergestellt werden soll. Zum Erhalt eines solchen Verbundwerkstoffes kann es vorteilhaft sein, auf den Träger zuerst zumindest eine Suspension zu bringen, die geeignet ist Träger mit einer Maschenweite von 300 µm zu behandeln, und diese Suspension nach dem Aufbringen zu verfestigen. Der auf diese Weise erhaltene Verbundwerkstoff kann nun als Träger mit einer geringeren Maschen- bzw. Porengröße eingesetzt werden. Auf diesen Träger kann eine weitere Suspension aufgebracht werden, die eine Verbindung mit einer Korngröße von 0,5 µm aufweist.By repeatedly infiltrating a carrier with a suspension or a sol it is possible to manufacture composite materials with a certain pore size also to use carriers whose pore or mesh size for production a composite material with the required pore size is not suitable. This can e.g. B. the case when a composite material with a pore size of 0.25 microns produced using a carrier with a mesh size of over 300 microns shall be. To obtain such a composite, it can be advantageous to to bring the carrier first at least one suspension that is suitable carrier with to treat a mesh size of 300 microns, and this suspension after Apply to solidify. The composite material obtained in this way can now can be used as a carrier with a smaller mesh or pore size. On a further suspension can be applied to this carrier, which is a compound with a grain size of 0.5 microns.

Die Rissunempfindlichkeit bei Verbundwerkstoffen mit großen Maschen- bzw. Porenweiten kann auch dadurch verbessert werden, dass Suspensionen auf den Träger aufgebracht werden, die zumindest zwei suspendierte Verbindungen aufweisen. Vorzugsweise werden zu suspendierende Verbindungen verwendet, die ein Korngrößenverhältnis von 1 : 1 bis 1 : 20, besonders bevorzugt von 1 : 1,5 bis 1 : 2,5 aufweisen. Der Gewichtsanteil von der Korngrößenfraktion mit der kleineren Korngröße sollte einen Anteil von höchstens 50%, vorzugsweise von 20% und ganz besonders bevorzugt von 10%, an dem Gesamtgewicht der eingesetzten Korngrößenfraktion nicht überschreiten.The insensitivity to cracks in composite materials with large mesh or Pore sizes can also be improved by adding suspensions to the Carrier are applied, the at least two suspended compounds exhibit. Compounds to be suspended are preferably used which are a Grain size ratio of 1: 1 to 1:20, particularly preferably from 1: 1.5 to 1: 2.5 exhibit. The weight fraction of the grain size fraction with the smaller one Grain size should be at most 50%, preferably 20% and whole particularly preferably of 10% of the total weight of the used Do not exceed the grain size fraction.

Der Verbundwerkstoff wird mit einem protonenleitenden Material durchsetzt, das geeignet ist selektiv Protonen durch die Membran zu leiten und das der Elektrolytmembran Protonenleitfähigkeit verleiht. Das protonenleitende Material kann dabei nach der Herstellung des Verbundwerkstoffs oder aber auch während der Herstellung des Verbundwerkstoffs in das Keramikaterial eingebracht werden.The composite material is permeated with a proton-conducting material that is suitable to selectively conduct protons through the membrane and that of  Electrolyte membrane gives proton conductivity. The proton-conducting material can thereby after the production of the composite material or also during the Production of the composite material can be introduced into the ceramic material.

Das protonenleitfähige Material kann eine Brönstedsäure, eine immobilisierte Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon, und/oder eine ionische Flüssigkeit, sowie gegebenenfalls ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor umfassen. Als geeignetes protonenleitendes Material zur Herstellung der Elektrolytmembran können insbesondere alle in der WO 99/62620 beschriebenen protonenleitenden Materialien verwendet werden.The proton conductive material can be a Bronsted acid, an immobilized Hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof, and / or an ionic liquid, and optionally an oxide of aluminum, silicon, Include titanium, zirconium, and / or phosphorus. As a suitable proton-conducting Material for the production of the electrolyte membrane can in particular all in the Proton-conducting materials described in WO 99/62620 can be used.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Elektrolytmembran kann ausgehend von dem stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff insbesondere folgende Schritte umfassen:
Starting from the permeable composite material, the method according to the invention for producing an electrolyte membrane can comprise in particular the following steps:

  • a) Infiltration eines stoffdurchlässigen Verbundwerkstoffs aus einem flexiblen, durchbrochenen, ein Glas umfassenden Träger und einem porösen Keramikmaterial mit einer ionischen Flüssigkeit, um ein den Verbundwerkstoff durchsetzendes Material zu schaffen, das geeignet ist selektiv Protonen durch die Membran zu leiten, odera) infiltration of a permeable composite material from a flexible, openwork, a glass support and a porous Ceramic material with an ionic liquid to make up the composite to create penetrating material that is suitable for selectively protons to guide the membrane, or
  • b) Infiltration eines stoffdurchlässigen Verbundwerkstoffs aus einem flexiblen, durchbrochenen, ein Glas umfassenden Träger und einem porösen Keramikmaterial mit
    • 1. einer Mischung, enthaltend eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder einem Salz davon; oder
    • 2. einer Mischung, enthaltend eine Brönstedsäure und/oder eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon sowie ein Sol, das eine Vorstufe für Oxide von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor umfasst und Verfestigung der den Verbundwerkstoff infiltrierenden Mischung, und gegebenenfalls Infiltration des nach Stufe (b) erhaltenen Verbundwerkstoffs mit einer ionischen Flüssigkeit,
    b) Infiltration of a permeable composite material from a flexible, openwork, a glass-containing carrier and a porous ceramic material with
    • 1. a mixture containing an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof; or
    • 2. a mixture containing a Bronsted acid and / or an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof and a sol which comprises a precursor for oxides of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus and solidification of the composite infiltrating mixture, and optionally infiltration of the composite material obtained in step (b) with an ionic liquid,

um ein den Verbundwerkstoff durchsetzendes Material zu schaffen, das geeignet ist selektiv Protonen durch die Membran zu leiten.to create a material penetrating the composite that  selectively passing protons through the membrane is suitable.

Die Mischung, enthaltend ein Sol mit dem der Verbundwerkstoff infiltriert wird ist erhältlich durch Hydrolyse einer hydrolysierbaren Verbindung, vorzugsweise in einer Mischung aus Wasser und Alkohol, zu einem Hydrolysat, wobei die hydrolysierbare Verbindung ausgewählt ist aus hydrolysierbaren Alkoholaten, Acetaten, Acetylacetonaten, Nitraten, Oxynitraten, Chloriden, Oxychloriden, Carbonaten, von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor oder Estern, vorzugsweise Methylestern, Ethylestern und/oder Propylestern der Phosphorsäure oder der phoshorigen Säure, und Peptisierung des Hydrolysats zu der ein Sol enthaltenden Mischung.The mixture containing a sol with which the composite material is infiltrated obtainable by hydrolysis of a hydrolyzable compound, preferably in one Mixture of water and alcohol to form a hydrolyzate, the hydrolyzable Compound is selected from hydrolyzable alcoholates, acetates, Acetylacetonates, nitrates, oxynitrates, chlorides, oxychlorides, carbonates, of Aluminum, silicon, titanium, zirconium, and / or phosphorus or esters, preferably Methyl esters, ethyl esters and / or propyl esters of phosphoric acid or phosphoric acid, and peptization of the hydrolyzate to that containing a sol Mixture.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die hydrolysierbare Verbindung nicht hydrolysierbare Gruppen neben hydrolysierbaren Gruppen trägt. Vorzugsweise wird als eine solche zu hydrolysierende Verbindung eine Alkyltrialkoxy- oder Dialkyldialkoxy- oder Trialkylalkoxyverbindung der Elements Silizium verwendet.It may be advantageous if the hydrolyzable compound is not hydrolyzable Bears groups in addition to hydrolyzable groups. Preferably, as such, too hydrolyzing compound an alkyltrialkoxy or dialkyl dialkoxy or Trialkylalkoxy compound of the element silicon used.

Der Mischung kann eine in Wasser und/oder Alkohol lösliche Säure oder Base zugegeben werden. Vorzugsweise wird eine Säure oder Base der Elemente Na, Mg, K, Ca, V, Y, Ti, Cr, W, Mo, Zr, Mn, Al, Si, P oder S zugegeben.The mixture can be an acid or base which is soluble in water and / or alcohol be added. An acid or base of the elements Na, Mg, K, Ca, V, Y, Ti, Cr, W, Mo, Zr, Mn, Al, Si, P or S added.

Die Mischung kann auch nichtstöchiometrische Metall-, Halbmetall- oder Nichtmetalloxide beziehungsweise Hydroxide umfassen, die durch Änderung der Oxidationsstufe des entsprechenden Elements erzeugt wurden. Die Änderung der Oxidationsstufe kann durch Reaktion mit organischen Verbindungen oder anorganische Verbindungen oder durch elektrochemische Reaktionen erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Änderung der Oxidationsstufe durch Reaktion mit einem Alkohol, Aldehyd, Zucker, Ether, Olefin, Peroxid oder Metallsalz. Verbindungen die auf diese Weise die Oxidationsstufe ändern sind z. B. Cr, Mn, V, Ti, Sn, Fe, Mo, W oder Pb.The mixture can also be non-stoichiometric metal or semi-metal Include non-metal oxides or hydroxides by changing the Oxidation level of the corresponding element were generated. The change in Oxidation stage can be achieved by reaction with organic compounds or inorganic compounds or by electrochemical reactions. The change in the oxidation state is preferably carried out by reaction with a Alcohol, aldehyde, sugar, ether, olefin, peroxide or metal salt. Connections on this way change the oxidation level are z. B. Cr, Mn, V, Ti, Sn, Fe, Mo, W or Pb.

Der Mischung können auch Substanzen zugesetzt werden, die zur Bildung von anorganischen ionenleitenden Strukturen führen. Solche Substanzen können z B. Zeolith- und/oder β-Alumosilikatpartikel sein.Substances can also be added to the mixture which are used to form lead inorganic ion-conducting structures. Such substances can e.g.  Zeolite and / or β-aluminosilicate particles.

Der stoffdurchlässige Verbundwerkstoff kann auch durch die Behandlung mit einem Silan ionisch ausgestattet werden. Dazu wird eine 1- bis 20%ige Lösung dieses Silans in einer Wasser enthaltenden Lösung angesetzt und der Verbundwerkstoff wird eingetaucht. Als Lösungsmittel können aromatische und aliphatische Alkohole, aromatische und aliphatische Kohlenwasserstoffe und andere gängige Lösungsmittel oder Gemische verwendet werden. Vorteilhaft ist der Einsatz von Ethanol, Octanol, Toluol, Hexan, Cylohexan und Octan. Nach Abtropfen der anhaftenden Flüssigkeit wird der getränkte Verbundwerkstoff bei ca. 150°C getrocknet und kann entweder direkt oder nach mehrmaliger nachfolgender Beschichtung und Trocknung bei 150°C als ionenleitender stoffdurchlässiger Verbundwerkstoff genutzt werden. Hierzu eignen sich sowohl kationische als auch anionische Gruppen tragende Silane. Im Falle protonenleitender Materialien sind Sulfon- bzw. Phosphonsäuregruppen bevorzugt.The permeable composite material can also be treated with a Silane ionic be equipped. For this, a 1 to 20% solution of this silane is used prepared in a solution containing water and the composite material immersed. Aromatic and aliphatic alcohols, aromatic and aliphatic hydrocarbons and other common solvents or mixtures can be used. It is advantageous to use ethanol, octanol, Toluene, hexane, cyclohexane and octane. After draining the adhering liquid the soaked composite material is dried at approx. 150 ° C and can either directly or after repeated subsequent coating and drying at 150 ° C can be used as an ion-conducting, permeable composite material. Suitable for this silanes carrying both cationic and anionic groups. In the event of proton-conducting materials, sulfonic or phosphonic acid groups are preferred.

Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn die Lösung oder Suspension zur Behandlung des Verbundwerkstoffs neben einem Trialkoxysilan auch saure oder basische Verbindungen und Wasser umfaßt. Vorzugsweise umfassen die sauren oder basischen Verbindungen zumindest eine dem Fachmann bekannte Brönstedt- oder Lewissäure oder -base.It may also be advantageous if the solution or suspension is for treatment the composite material in addition to a trialkoxysilane also acidic or basic Compounds and water includes. Preferably, the acidic or basic compounds at least one Brönstedt or known to the expert Lewis acid or base.

Die Mischung mit der der Verbundwerkstoff infiltriert wird kann weitere protonenleitende Stoffe, vorzugsweise Titanphosphate, Titanphosphonate, Zirkoniumphosphate, Zirkoniumphosphonate, Iso- und Heteropolysäuren, nanokristalline und/oder kristalline Metalloxide, wobei Al2O3-, ZrO2-, TiO2- oder SiO2- Pulver bevorzugt sind, enthalten. Iso- und Heteropolysäuren sind beispielsweise Wolframphosphorsäure oder Siliziumwolframsäure.The mixture with which the composite material is infiltrated can contain further proton-conducting substances, preferably titanium phosphates, titanium phosphonates, zirconium phosphates, zirconium phosphonates, iso- and heteropoly acids, nanocrystalline and / or crystalline metal oxides, with Al 2 O 3 -, ZrO 2 -, TiO 2 - or SiO 2 - Powder are preferred. Examples of iso- and heteropolyacids are tungsten phosphoric acid and silicon tungstic acid.

Die Infiltration des Verbundwerkstoffs kann durch Aufdrucken, Aufpressen, Einpressen, Aufrollen, Aufrakeln, Aufstreichen, Tauchen, Spritzen oder Aufgießen der Mischung auf den stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff erfolgen. Die Infiltration mit der Mischung kann wiederholt durchgeführt werden. Gegebenenfalls kann ein Trocknungsschritt, vorzugsweise bei einer erhöhten Temperatur in einem Bereich von 50 bis 200°C, zwischen der wiederholten Infiltration erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Infiltration des stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff kontinuierlich. Es kann vorteilhaft sein, dass der Verbundwerkstoff zur Infiltration vorgewärmt wird.The infiltration of the composite material can be done by printing, pressing, Pressing in, rolling up, knife coating, spreading on, dipping, spraying or pouring on the Mix on the permeable composite material. Infiltration with the Mixing can be repeated. If necessary, a Drying step, preferably at an elevated temperature in a range of  50 to 200 ° C, between repeated infiltration. In a preferred one In one embodiment, the permeable composite material is infiltrated continuously. It may be advantageous for the composite to be used for infiltration is preheated.

Die Verfestigung der Mischung in dem Verbundwerkstoff kann durch durch Erwärmen auf eine Temperatur von 50 bis 800°C, vorzugsweise 100 bis 600°C, ganz besonders bevorzugt 150 bis 200°C erfolgen, wobei die Erwärmung durch erwärmte Luft, Heißluft, Infrarotstrahlung oder Mikrowellenstrahlung erfolgen kann.The mixture can be solidified in the composite material by heating to a temperature of 50 to 800 ° C, preferably 100 to 600 ° C, very particularly preferably 150 to 200 ° C, the heating by heated air, hot air, Infrared radiation or microwave radiation can take place.

Die Elektrolytmembran kann aber auch durch Verwendung eines Sols, enthaltend ein ionenleitendes Material oder ein Material, das nach einer weiteren Behandlung ionenleitende Eigenschaften aufweist, bei der Herstellung des Verbundwerkstoffs erhalten werden. Vorzugsweise werden dem Sol Materialien zugesetzt, die zur Bildung von anorganischen ionenleitenden Schichten auf den inneren und/oder äusseren Oberflächen der im Verbundwerkstoff enthaltenen Partikel führen.However, the electrolyte membrane can also be made using a sol containing a ion-conducting material or a material that after further treatment has ion-conducting properties in the manufacture of the composite material be preserved. Materials are preferably added to the sol, which are used for formation of inorganic ion-conducting layers on the inner and / or outer Lead surfaces of the particles contained in the composite.

Zur Herstellung der Elektrolytmembran kann eine saure und/oder basische Gruppen enthaltende Trialkoxysilanlösung oder -suspension eingesetzt wird. Vorzugsweise ist zumindest eine der sauren oder basischen Gruppen eine quartäre Ammonium-, Phosphonium-, Alkylsulfonsäure-, Carbonsäure- oder Phosphonsäuregruppe.An acidic and / or basic group can be used to produce the electrolyte membrane containing trialkoxysilane solution or suspension is used. Preferably at least one of the acidic or basic groups is a quaternary ammonium, Phosphonium, alkyl sulfonic acid, carboxylic acid or phosphonic acid group.

Im folgenden wird eine erfindungsgemäße Membranelektrodeneinheit beschrieben. Die flexible Membranelektrodeneinheit für eine Brennstoffzelle umfasst eine Anodenschicht und eine Kathodenschicht, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten einer für die Reaktionskomponenten der Brennstoffzellenreaktion undurchlässigen, protonenleitfähigen, flexiblen Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle vorgesehen sind, wobei die Elektrolytmembran einen stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff aus einem flexiblen, durchbrochenen, ein Glas umfassenden Träger und einem porösen Keramikmaterial umfasst, wobei der Verbundwerkstoff mit einem protonenleitfähigen Material durchsetzt ist, das geeignet ist selektiv Protonen durch die Membran zu leiten, und wobei die Anodenschicht und die Kathodenschicht porös sind und jeweils einen Katalysator für die Anoden- und Kathodenreaktion, eine protonenleitfähige Komponente und gegebenenfalls einen Katalysatorträger umfassen.A membrane electrode unit according to the invention is described below. The flexible membrane electrode unit for a fuel cell comprises one Anode layer and a cathode layer, each on opposite sides one impermeable to the reaction components of the fuel cell reaction, Proton-conductive, flexible electrolyte membrane intended for a fuel cell are, wherein the electrolyte membrane from a permeable composite material a flexible, openwork, glass and porous support Ceramic material comprises, wherein the composite material with a proton conductive Material is penetrated, which is capable of selectively guiding protons through the membrane, and wherein the anode layer and the cathode layer are porous and one each Catalyst for the anode and cathode reaction, a proton conductive  Component and optionally include a catalyst support.

Die protonenleitfähige Komponente der Anoden- und/oder Kathodenschicht und/oder das protonenleitfähige Material des Verbundwerkstoffs umfasst jeweils vorzugsweise
The proton-conductive component of the anode and / or cathode layer and / or the proton-conductive material of the composite material preferably each comprises

  • a) eine immobilisierte Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon, sowie gegebenenfalls ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium und/oder Phosphor, und/odera) an immobilized hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof, and optionally an oxide of aluminum, Silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus, and / or
  • b) eine Brönstedsäure und ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor sowie gegebenenfallsb) a Bronsted acid and an oxide of aluminum, silicon, titanium, Zirconium, and / or phosphorus and optionally
  • c) anorganische Oxide, Phosphate, Phosphide, Phosphonate, Sulfate, Sulfonate, Vanadate, Antimonate, Stannate, Plumbate, Chromate, Wolframate, Molybdate, Manganate, Titanate, Silikate, Alumosilikate und Aluminate der Elemente Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium, Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, Yttrium, Phosphor Vanadium, Wolfram, Molybdän, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink oder Cerium oder einer Kombination dieser Elemente,c) inorganic oxides, phosphates, phosphides, phosphonates, sulfates, Sulfonates, vanadates, antimonates, stannates, plumbates, chromates, Tungsten, molybdates, manganates, titanates, silicates, aluminosilicates and aluminates of the elements lithium, sodium, potassium, magnesium, Calcium, aluminum, silicon, titanium, zirconium, yttrium, phosphorus Vanadium, tungsten, molybdenum, chrome, manganese, iron, cobalt, nickel, Copper, zinc or cerium or a combination of these elements,

und das protonenleitfähige Material des Verbundwerkstoffs umfasst gegebenenfalls eine ionische Flüssigkeit, die eine Brönstedsäure enthalten kann.and comprises the proton conductive material of the composite optionally an ionic liquid containing a Bronsted acid can.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors oder ein Salz davon eine siliziumorganische Verbindung der allgemeinen Formeln
In a preferred embodiment, the hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof is an organosilicon compound of the general formulas

[{(RO)y(R2)z}aSi{R1-SO3 -}a]xMx+ (I)
[{(RO) y (R 2 ) z } a Si {R 1 -SO 3 - } a ] x M x + (I)

oder
or

[(RO)y(R2)zSi{R1-Ob-P(OcR3)O2 -}a]xMx+ (II)
[(RO) y (R 2 ) z Si {R 1 -O b -P (O c R 3 ) O 2 - } a ] x M x + (II)

wobei R1 für eine lineare oder verzweigte Alkyl- oder Alkylengruppe mit 1 bis 12 C- Atomen, eine Cycloalkylgruppe mit 5 bis 8 C-Atomen oder eine Einheit der allgemeinen Formeln
where R 1 is a linear or branched alkyl or alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 8 carbon atoms or a unit of the general formulas

steht,
wobei n, m jeweils für eine ganze Zahl von 0 bis 6 steht,
M für H, NH4 oder ein Metall steht,
x = 1 bis 4,
y = 1 bis 3, z = 0 bis 2 und a = 1 bis 3 bedeuten, mit der Maßgabe, dass y + z = 4 - a ist,
b, c = 0 oder 1,
R, R2 gleich oder verschieden sind und für Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butylreste oder H stehen
und
R3 für M oder einen Methyl-, Ethyl-, Propyl- oder Butylrest steht.
stands,
where n, m each represents an integer from 0 to 6,
M represents H, NH 4 or a metal,
x = 1 to 4,
y = 1 to 3, z = 0 to 2 and a = 1 to 3, with the proviso that y + z = 4 - a,
b, c = 0 or 1,
R, R 2 are the same or different and stand for methyl, ethyl, propyl, butyl radicals or H.
and
R 3 represents M or a methyl, ethyl, propyl or butyl radical.

Die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors ist vorzugsweise Trihydroxysilylpropylsulfonsäure, Trihydroxysilylpropylmethylphosphonsäure oder Dihydroxysilylpropylsulfondisäure. Vorzugsweise ist die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors oder ein Salz davon mit einer hydrolysierten Verbindung des Phosphors oder einem hydrolisierten Nitrat, Oxynitrat, Chlorid, Oxychlorid, Carbonat, Alkoholat, Acetat, Acetylacetonat eines Metalls oder Halbmetalls immobilisiert. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder des Phosphors oder ein Salz davon mit einer hydrolysierten Verbindung, erhalten aus Titanpropylat, Titanethylat, Tetraethylorthosilikat (TEOS) oder Tetramethylorthosilikat (TMOS), Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat, Zirkoniumacetylacetonat, Phosphorsäuremethylester, Diethylphosphit (DEP) oder Diethylethylphosphonat (DEEP) immobilisiert. The hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus is preferred Trihydroxysilylpropylsulfonic acid, trihydroxysilylpropylmethylphosphonic acid or Dihydroxysilylpropylsulfondisäure. The hydroxysilylalkyl acid is preferably the Sulfur or phosphorus or a salt thereof with a hydrolyzed compound phosphorus or a hydrolyzed nitrate, oxynitrate, chloride, oxychloride, Carbonate, alcoholate, acetate, acetylacetonate of a metal or semimetal immobilized. In a further preferred embodiment, the Hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof a hydrolyzed compound obtained from titanium propylate, titanium ethylate, Tetraethyl orthosilicate (TEOS) or tetramethyl orthosilicate (TMOS), zirconium nitrate, Zirconium oxynitrate, zirconium propylate, zirconium acetate, zirconium acetylacetonate, Phosphoric acid methyl ester, diethyl phosphite (DEP) or diethyl ethyl phosphonate (DEEP) immobilized.  

Vorteilhafterweise kann der mit einem protonenleitfähigen Material durchsetzte Verbundstoff zusätzlich eine ionische Flüssigkeit enthalten, die ein Kation umfasst, das ausgewählt ist, aus den Imidazoliumionen, Pyridiniumionen, Ammoniumionen oder Phosphoniumionen der folgenden Formeln:
Advantageously, the composite impregnated with a proton conductive material can additionally contain an ionic liquid which comprises a cation which is selected from the imidazolium ions, pyridinium ions, ammonium ions or phosphonium ions of the following formulas:

wobei R und R' gleich oder verschieden sein können und für Alkyl-, Olefin- oder Arylgruppen stehen oder Wasserstoff bedeuten,
und wobei die ionische Flüssigkeit ein Anion umfasst, das ausgewählt ist aus folgenden Ionen: Nitrat, Sulfat, Hydrogensulfat, Chloroaluminationen, BF4 -, Alkyl-Borat-Ionen, vorzugsweise Triethylhexylborat, Halogeno-Phosphat-Ionen, vorzugsweise PF6 -.
where R and R 'can be identical or different and represent alkyl, olefin or aryl groups or are hydrogen,
and wherein the ionic liquid comprises an anion which is selected from the following ions: nitrate, sulfate, hydrogen sulfate, chloroaluminations, BF 4 - , alkyl borate ions, preferably triethylhexyl borate, halogenophosphate ions, preferably PF 6 - .

Die erfindungsgemäße Membranelektrodeneinheit kann vorzugsweise in einer Brennstoffzelle bei einer Temperatur von mindestens 80°C, vorzugsweise bei mindestens 120°C, und ganz besonders bevorzugt bei mindestens 140°C betrieben werden kann. Die erfindungsgemäße Membranelektrodeneinheit toleriert vorzugsweise einen Biegeradius von mindestens 100 mm, insbesondere von mindestens 20 mm, ganz besonders bevorzugt von mindestens 5 mm toleriert.The membrane electrode assembly according to the invention can preferably be in a Fuel cell at a temperature of at least 80 ° C, preferably at operated at least 120 ° C, and very particularly preferably at least 140 ° C can be. The membrane electrode assembly according to the invention preferably tolerates a bending radius of at least 100 mm, in particular of at least 20 mm, very particularly preferably tolerated by at least 5 mm.

In einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membran­ elektrodeneinheit weisen die protonenleitfähige Komponente der Anodenschicht und Kathodenschicht und das protonenleitfähige Material der Elektrolytmembran die gleiche Zusammensetzung auf. Andererseits ist es auch möglich, dass lediglich die Anodenschicht und die Kathodenschicht die gleiche Zusammensetzung aufweisen oder dass die Anodenschicht und die Kathodenschicht unterschiedliche Katalysatoren aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Katalysatorträger in der Anodenschicht und in der Kathodenschicht elektrisch leitfähig.In a special embodiment of the membrane according to the invention electrode unit have the proton conductive component of the anode layer and Cathode layer and the proton conductive material of the electrolyte membrane same composition. On the other hand, it is also possible that only the Anode layer and the cathode layer have the same composition or that the anode layer and the cathode layer different catalysts exhibit. In a preferred embodiment, the catalyst support is in the Anode layer and electrically conductive in the cathode layer.

Zur Herstellung der Membranelektrodeneinheit wird eine Elektrolytmembran durch ein geeignetes Verfahren mit dem gegebenenfalls katalytisch aktiven Elektrodenmaterial beschichtet.To manufacture the membrane electrode assembly, an electrolyte membrane is inserted through a  suitable method with the optionally catalytically active electrode material coated.

Die Elektrolytmembran kann auf verschiedenen Wegen mit der Elektrode versehen werden. Die Art und Weise sowie die Reihenfolge, wie das elektrisch leitfähige Material, Katalysator, Elektrolyt und ggf. weitere Additive auf die Membran aufgebracht werden steht im Belieben des Fachmanns. Es ist lediglich darauf zu achten, dass die Grenzfläche Gasraum/Katalysator(Elektrode)/Elektrolyt gebildet wird. In einem speziellen Fall wird auf das elektrisch leitfähige Material als Katalysatorträger verzichtet, in diesem Fall sorgt der elektrisch leitfähige Katalysator direkt für die Ableitung der Elektronen aus der Membranelektrodeneinheit.The electrolyte membrane can be provided with the electrode in various ways become. The way as well as the order of how the electrically conductive Material, catalyst, electrolyte and possibly other additives applied to the membrane be at the discretion of the expert. It is only important to ensure that the Interface gas space / catalyst (electrode) / electrolyte is formed. In one special case is on the electrically conductive material as a catalyst carrier waived, in this case the electrically conductive catalytic converter takes care of the Deriving the electrons from the membrane electrode assembly.

Zur Herstellung der Membranelektrodeneinheit werden in einer speziellen Ausführungsform auf der Elektrolytmembran die katalytisch aktiven (Gasdiffusions-)Elektroden aufgebaut. Hierzu wird eine Tinte aus einem Ruß- Katalysator-Pulver und mindestens einem protonenleitenden Material hergestellt. Die Tinte kann aber noch weitere Additive enthalten, die die Eigenschaften der Membranelektrodeneinheit verbessern. Der Ruß kann auch durch andere, elektrisch leitfähige Materialien (wie z. B. Metallpulver, Metalloxidpulver, Kohlenstoff, Kohle) ersetzt werden. In einer speziellen Ausführungsform wird als Katalysatorträger anstelle von Ruß ein Metall- oder Halbmetalloxidpulver (wie z. B. Aerosil) eingesetzt. Diese Tinte wird dann beispielsweise durch Siebdruck, Aufräkeln, Aufsprühen, Aufwalzen oder durch Tauchen auf die Membran aufgebracht.To manufacture the membrane electrode assembly, a special Embodiment on the electrolyte membrane the catalytically active (Gas diffusion) electrodes built. For this, an ink from a soot Catalyst powder and at least one proton conductive material. The Ink can also contain other additives that improve the properties of the Improve the membrane electrode assembly. The soot can also be electric by others conductive materials (such as metal powder, metal oxide powder, carbon, coal) be replaced. In a special embodiment, is used as a catalyst support a metal or semimetal oxide powder (such as Aerosil) is used for soot. This Ink is then, for example, by screen printing, scraping, spraying, rolling or applied to the membrane by dipping.

Die Tinte kann sämtliche ionenleitenden Materialien enthalten, die auch zur Infiltration des Verbundwerkstoffs verwendet werden. So kann die Tinte also eine Säure oder deren Salz enthalten, die oder das durch eine chemische Reaktion im Laufe eines Verfestigungsprozesses nach dem Aufbringen der Tinte auf die Membran immobilisiert wird. Diese Säure kann also z. B. einfache Brönstedsäure, wie Schwefel- oder Phosphorsäure, oder aber eine Silylsulfon- oder Silylphosphonsäure sein. Als Materialien, die die Verfestigung der Säure unterstützen, können z. B. Al2O3, SiO2, ZrO2, TiO2 dienen, die auch über molekulare Vorstufen der Tinte zugesetzt werden. The ink can contain any ion-conducting material that is also used to infiltrate the composite. The ink can thus contain an acid or its salt, which is immobilized by a chemical reaction in the course of a solidification process after the ink has been applied to the membrane. So this acid can e.g. B. simple Bronsted acid, such as sulfuric or phosphoric acid, or a silylsulfonic or silylphosphonic acid. As materials that support the solidification of the acid, for. B. Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 are used, which are also added via molecular precursors of the ink.

Im Gegensatz zu dem protonenleitfähigen Material des Vebundwerkstoffs, der für die Reaktionskomponenten der Brennstoffzellenreaktion undurchlässig sein muss, müssen sowohl Kathode als auch Anode eine große Porosität aufweisen, damit die Reaktionsgase, wie Wasserstoff und Sauerstoff, ohne Stofftransporthemmung an die Grenzfläche von Katalysator und Elektrolyt herangeführt werden können. Diese Porosität lässt sich beispielsweise durch Verwendung von Metalloxidpartikeln mit einer geeigneten Partikelgröße sowie von organischen Porenbildnern in der Tinte oder durch einen geeigneten Lösungsmittel-anteil in der Tinte beeinflussen.In contrast to the proton conductive material of the composite material, which for the Reaction components of the fuel cell reaction must be impermeable, Both the cathode and the anode must have a large porosity so that the Reaction gases, such as hydrogen and oxygen, without inhibiting mass transfer to the Interface between catalyst and electrolyte can be brought up. This Porosity can be achieved, for example, by using metal oxide particles a suitable particle size and of organic pore formers in the ink or by a suitable proportion of solvent in the ink.

Als spezielle Tinte kann ein Mittel verwendet werden, das folgende Komponenten umfasst:
A medium comprising the following components can be used as a special ink:

  • 1. eine kondensierbare Komponente, die nach der Kondensation einer Anodenschicht oder einer Kathodenschicht einer Membranelektrodeneinheit einer Brennstoffzelle Protonenleitfähigkeit verleiht,1. a condensable component, which after the condensation of a Anode layer or a cathode layer of a membrane electrode assembly gives proton conductivity to a fuel cell,
  • 2. einen Katalysator, der die Anodenreaktion oder die Kathoden-reaktion in einer Brennstoffzelle katalysiert, oder eine Vorläuferverbindung des Katalysators,2. a catalyst that the anode reaction or the cathode reaction in one Catalyzed fuel cell, or a precursor compound of the catalyst,
  • 3. gegebenenfalls einen Katalysatorträger3. optionally a catalyst support
  • 4. gegebenenfalls einen Porenbildner, und4. optionally a pore former, and
  • 5. gegebenenfalls Additive zur Verbesserung von Schaumverhalten, Viskosität und Haftung.5. optionally additives to improve foam behavior, viscosity and liability.

Die kondensierbare Komponente, die nach der Kondensation der Anodenschicht oder der Kathodenschicht Protonenleitfähigkeit verleiht, wird vorzugsweise ausgewählt aus
The condensable component which imparts proton conductivity to the anode layer or the cathode layer after the condensation is preferably selected from

  • A) hydrolysierbaren Verbindung des Phosphors und/oder hydrolysierbaren Nitraten, Oxynitraten, Chloriden, Oxychloriden, Carbonaten, Alkoholaten, Acetaten, Acetylacetonaten eines Metalls oder Halbmetalls, vorzugsweise Aluminiumalkoholaten, Vanadium-alkoholaten, Titanpropylat, Titanethylat, Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat oder Zirkoniumacetylacetonat, und/oder Metallsäuren des Aluminiums, Titans, Vanadiums, Antimons, Zinns, Bleis, Chroms, Wolframs, Molybdäns, Mangans, wobei Wolframphosphorsäure und Siliziumwolframsäure bevorzugt sind, und/oder A) hydrolyzable compound of phosphorus and / or hydrolyzable nitrates, oxynitrates, chlorides, oxychlorides, carbonates, Alcoholates, acetates, acetylacetonates of a metal or semimetal, preferably aluminum alcoholates, vanadium alcoholates, titanium propylate, Titanium ethylate, zirconium nitrate, zirconium oxynitrate, zirconium propylate, Zirconium acetate or zirconium acetylacetonate, and / or Metal acids of aluminum, titanium, vanadium, antimony, tin, lead, Chromium, tungsten, molybdenum, manganese, being tungsten phosphoric acid and Silicotungstic acid are preferred and or  
  • B) einer immobilisierbaren Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon und in einer besonders bevorzugten Ausführungsform zusätzlich eine die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors bzw. deren Salz immobilisierende hydrolysierbare Verbindung des Phosphors oder ein hydrolisierbares Nitrat, Oxynitrat, Chlorid, Oxychlorid, Carbonat, Alkoholat, Acetat, Acetylacetonat eines Metalls oder Halbmetalls, vorzugsweise Phosphorsäuremethylester, Diethylphosphit (DEP), Diethylethylphosphonat (DEEP) Titanpropylat, Titanethylat, Tetraethylorthosilikat (TEOS) oder Tetramethylorthosilikat (TMOS), Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat oder Zirkoniumacetylacetonat.B) an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof and in a particularly preferred embodiment additionally a hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or their salt immobilizing hydrolyzable compound of phosphorus or a hydrolyzable nitrate, oxynitrate, chloride, oxychloride, carbonate, alcoholate, Acetate, acetylacetonate of a metal or semimetal, preferably Phosphoric acid methyl ester, diethyl phosphite (DEP), diethyl ethyl phosphonate (DEEP) titanium propylate, titanium ethylate, tetraethyl orthosilicate (TEOS) or Tetramethyl orthosilicate (TMOS), zirconium nitrate, zirconium oxynitrate, Zirconium propylate, zirconium acetate or zirconium acetylacetonate.

Die Tinte kann aber zur Erhöhung der Protonenleitfähigkeit auch nanoskalige Oxide, wie z. B. von Aluminium, Titan, Zirkonium oder Silizium, oder aber Zirkonium- oder Titanphosphate oder -phosphonate enthalten.However, to increase proton conductivity, the ink can also contain nanoscale oxides, such as B. of aluminum, titanium, zirconium or silicon, or zirconium or Contain titanium phosphates or phosphonates.

Der Katalysator oder die Vorstufenverbindung des Katalysators umfasst vorzugsweise Platin oder eine Platinlegierug und gegebenenfalls einen Cokatalysator, wobei der Cokatalysator ein Übergangsmetallkomplex des Phtalocyanins oder substituierter Phthalocyanine ist. Die Vorstufenverbindung des Katalysators umfasst vorzugsweise Platin, Palladium und/oder Ruthenium. Der Übergansmetallkomplex des Cokatalysators umfasst vorzugsweise Nickel und/oder Kobalt.The catalyst or precursor compound of the catalyst preferably comprises Platinum or a platinum alloy and optionally a cocatalyst, the Cocatalyst is a transition metal complex of phthalocyanine or substituted Is phthalocyanine. The catalyst precursor preferably comprises Platinum, palladium and / or ruthenium. The transition metal complex of the Cocatalyst preferably comprises nickel and / or cobalt.

Der Porenbildner, der gegebenenfalls in der Tinte enthalten ist, kann ein organischer und/oder anorganischer Stoff sein, der sich bei einer Temperatur zwischen 50 und 600°C und bevorzugt zwischen 100 und 250°C zersetzt. Insbesondere kann der anorganische Porenbildner Ammoniumcarbonat oder Ammoniumbicarbonat sein.The pore former that may be contained in the ink may be an organic one and / or inorganic substance that is at a temperature between 50 and 600 ° C and preferably decomposed between 100 and 250 ° C. In particular, the inorganic pore formers ammonium carbonate or ammonium bicarbonate.

Der Katalysatorträger, der gegebenenfalls in der Tinte enthalten ist, ist vorzugsweise elektrisch leitfähig und enthält vorzugsweise Ruß, Metallpulver, Metalloxidpulver, Kohlenstoff oder Kohle.The catalyst support which is optionally contained in the ink is preferred electrically conductive and preferably contains carbon black, metal powder, metal oxide powder, Carbon or coal.

In eine weiteren Ausführungsform kann ein vorgefertigter Gasverteiler, der die Gasdiffusionselektrode, bestehend aus elektrisch leitfähigem Material (z. B. ein poröses Kohlevlies) Katalysator und Elektrolyt enthält, direkt auf die Membran aufgebracht werden. Im einfachsten Fall erfolgt die Fixierung von Gasverteiler und Membran durch ein Pressverfahren. Hierzu ist es erforderlich, dass Membran oder Gasverteiler bei der Presstemperatur thermoplastische Eigenschaften aufweisen. Der Gasverteiler kann aber auch durch einen, Klebstoff auf der Membran fixiert werden. Dieser Klebstoff muss ionenleitende Eigenschaften aufweisen und kann prinzipiell aus den bereits oben genannten Materialklassen bestehen. Beispielsweise kann als Klebstoff ein Metalloxidsol eingesetzt werden, das zusätzlich eine Hydroxysilylsäure enthält. Schließlich kann der Gasverteiler aber auch "in situ" bei der letzten Stufe der Membran- oder Gasdiffusionselektroden-herstellung aufgebracht werden. In dieser Stufe ist das protonenleitende Material im Gasverteiler oder in der Membran noch nicht ausgehärtet und lässt sich als Klebstoff nutzen. Der Klebevorgang erfolgt in beiden Fällen durch eine Gelierung des Sols mit anschließender Trocknung/Verfestigung.In a further embodiment, a prefabricated gas distributor, which the  Gas diffusion electrode consisting of an electrically conductive material (e.g. a contains porous carbon fleece) catalyst and electrolyte, directly on the membrane be applied. In the simplest case, the gas distributor and are fixed Membrane by a pressing process. For this it is necessary that membrane or Gas distributors have thermoplastic properties at the pressing temperature. The The gas distributor can also be fixed to the membrane with an adhesive. This adhesive must have ion-conducting properties and can, in principle, consist of the material classes already mentioned above. For example, as Adhesive a metal oxide sol can be used, which also contains a hydroxysilyl acid contains. Finally, the gas distributor can also "in situ" at the last stage of the Membrane or gas diffusion electrode manufacture can be applied. In this The proton-conducting material in the gas distributor or in the membrane is not yet stage cured and can be used as an adhesive. The gluing process takes place in both Precipitation by gelation of the sol followed by drying / solidification.

Es ist aber auch möglich den Katalysator direkt auf der Membran abzuscheiden und mit einer offenporigen Gasdiffusionselektrode (wie z. B. einem offenporigen Kohle­ papier) zu versehen. Hierzu kann z. B. ein Metallsalz oder eine Säure auf die Oberfläche aufgebracht und in einem zweiten Schritt zum Metall reduziert werden. So lässt sich beispielsweise Platin über die Hexachloroplatinsäure aufbringen und zum Metall reduzieren. Im letzten Schritt wird die Ableitelektrode durch ein Pressverfahren oder über einen elektrisch leitfähigen Klebstoff fixiert. Die Lösung, die die Metallvorstufe enthält, kann zusätzlich noch eine Verbindung enthalten, die bereits protonenleitfähig ist oder zumindest am Ende des Herstellungsverfahrens ionenleitend ist. Als geeignete Materialien kommen wieder die bereits oben genannten ionenleitenden Stoffe in Frage.However, it is also possible to deposit the catalyst directly on the membrane and with an open-pore gas diffusion electrode (such as an open-pore coal paper). For this, e.g. B. a metal salt or an acid on the Surface applied and reduced to metal in a second step. So For example, platinum can be applied via hexachloroplatinic acid and used for Reduce metal. In the last step, the lead electrode is pressed or fixed with an electrically conductive adhesive. The solution that the Contains metal precursor, can additionally contain a compound that already is proton-conductive or at least ion-conductive at the end of the manufacturing process is. Suitable materials come again from those already mentioned above ion-conducting substances in question.

Man erhält auf diese Weise eine Membranelektrodeneinheit, die in einer Brennstoffzelle, insbesondere in einer Direktmethanol-Brennstoffzelle oder einer Reformat-Brennstoffzelle, verwendet werden kann.In this way, a membrane electrode assembly is obtained which is in a Fuel cell, especially in a direct methanol fuel cell or one Reformat fuel cell can be used.

Die erfindungsgemäße Elektrolytmembran und die erfindungsgemäße Membranelektrodeneinheit kann insbesondere zur Herstellung einer Brennstoffzelle oder eines Brennstoffzellenstacks eingesetzt werden, wobei die Brennstoffzelle insbesondere eine Direktmethanol-Brennstoffzelle oder eine Reformat-Brennstoffzelle ist, die in einem Fahrzeug eingesetzt wird.The electrolyte membrane according to the invention and the one according to the invention Membrane electrode unit can in particular be used to manufacture a fuel cell  or a fuel cell stack can be used, the fuel cell in particular a direct methanol fuel cell or a reformate fuel cell that is used in a vehicle.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of examples.

BEISPIELE 3EXAMPLES 3 Herstellungsbeispiel 1Production Example 1 Herstellung von SuspensionenProduction of suspensions Herstellungsbeispiel 1.1Production example 1.1

120 g Titantetraisopropylat werden mit 140 g entionisiertem Eis unter kräftigem Rühren bis zur Feinstverteilung des entstehenden Niederschlages gerührt. Nach Zugabe von 100 g 25%ige Salzsäure wird bis zu Klarwerden der Phase gerührt. Anschliessend werden 280 g Aluminiumoxid des Typs CT300OSG der Fa. Alcoa, Ludwigshafen, zugegeben und über mehrere Tage bis zum Auflösen der Aggregate gerührt. Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.120 g of titanium tetraisopropylate are mixed with 140 g of deionized ice with vigorous stirring stirred until the precipitate is finely distributed. After adding 100 g of 25% hydrochloric acid is stirred until the phase becomes clear. Subsequently 280 g of aluminum oxide of the type CT300OSG from Alcoa, Ludwigshafen, added and stirred for several days until the aggregates dissolved. This Suspension can then be used to make a composite or as Precursor for a proton-conducting material can be used.

Herstellungsbeispiel 1.2Production example 1.2

80 g Titantetraisopropylat werden mit 20 g Wasser hydrolysiert und der entstandene Niederschlag wird mit 120 g Salpetersäure (25%ig) peptisiert. Diese Lösung wird bis zum Klarwerden gerührt und nach Zugabe von 40 g Titandioxid der Fa. Degussa (P25) wird bis zum Auflösen der Agglomerate gerührt. Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.80 g of titanium tetraisopropylate are hydrolyzed with 20 g of water and the resulting one Precipitation is peptized with 120 g of nitric acid (25%). This solution is up stirred to clear and after adding 40 g of titanium dioxide from Degussa (P25) is stirred until the agglomerates dissolve. This suspension can then for the production of a composite material or as a preliminary stage for a proton-conducting Material can be used.

Herstellungsbeispiel 1.3Production example 1.3

90 g Titanisopropylat werden mit 40 g Ethanol versetzt und mit 10 g Wasser hydrolysiert. Das dabei ausfallende Gel wird mit 80 g einer 30%igen Schwefelsäure peptisiert und nach vollständigem Auflösen des Gels werden 30 g Aluminiumoxid der Fa. Degussa zugegeben und bis zum Auflösen der Agglomerate gerührt. Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.90 g of titanium isopropylate are mixed with 40 g of ethanol and with 10 g of water hydrolyzed. The gel that precipitates is mixed with 80 g of a 30% sulfuric acid peptized and after complete dissolution of the gel 30 g of aluminum oxide Degussa added and stirred until the agglomerates dissolve. This  Suspension can then be used to make a composite or as Precursor for a proton-conducting material can be used.

Herstellungsbeispiel 1.4Production example 1.4

50 g Titantetraethoxylat wurden mit 270 g Wasser hydrolysiert und mit 30 g Salpetersäure (25%ig) peptisiert. Anschließend wurden 100 g Ethanol und 350 g CT 2000 SG der Fa. Alcoa zugegeben und verührt. Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.50 g of titanium tetraethoxylate were hydrolyzed with 270 g of water and with 30 g Nitric acid (25%) peptized. Then 100 g of ethanol and 350 g of CT 2000 SG from Alcoa added and stirred. This suspension can then for the production of a composite material or as a preliminary stage for a proton-conducting Material can be used.

Herstellungsbeispiel 1.5Production example 1.5

40 g Titanisopropylat und 30 g Methyltriethoxysilan werden mit 60 g Ethanol versetzt und mit 10 g Wasser hydrolysiert. Das dabei ausfallende Gel wird mit 60 g einer 30%igen Salzsäure peptisiert und nach vollständigem Auflösen des Gels werden 90 g amorphe mikroporöse Mischoxide (vgl. DE 195 45 042) zugegeben und bis zum Auflösen der Agglomerate gerührt. Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.40 g of titanium isopropylate and 30 g of methyltriethoxysilane are mixed with 60 g of ethanol and hydrolyzed with 10 g of water. The gel which precipitates is 60% 30% Hydrochloric acid peptized and after complete dissolution of the gel 90 g amorphous microporous mixed oxides (cf. DE 195 45 042) are added and by Dissolve the agglomerates stirred. This suspension can then be used Manufacture of a composite material or as a preliminary stage for a proton-conducting Material can be used.

Herstellungsbeispiel 1.6Production example 1.6

80 g Titantetraisopropylat werden mit 20 g Wasser hydrolysiert und der entstandene Niederschlag wird mit 120 g Salpetersäure (25%ig) peptisiert. Diese Lösung wird bis zum Klarwerden gerührt und nach Zugabe von 20 g Titandioxid der Fa. Degussa (P25) und 40 g Titandioxids in der Anatase-Form wird bis zum Auflösen der Agglomerate gerührt. Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.80 g of titanium tetraisopropylate are hydrolyzed with 20 g of water and the resulting one Precipitation is peptized with 120 g of nitric acid (25%). This solution is up stirred to clear and after adding 20 g of titanium dioxide from Degussa (P25) and 40 g of titanium dioxide in the anatase form until the agglomerates dissolve touched. This suspension can then be used to produce a Composite or used as a precursor for a proton conductive material become.

Herstellungsbeispiel 1.7Production example 1.7

40 g Titantetraisopropylat werden mit 20 g Wasser hydrolysiert und der entstandene Niederschlag wird mit 60 g Salpetersäure (25%ig) peptisiert. Diese Lösung wird bis zum Klarwerden gerührt und nach Zugabe von 40 g Zinnoxid der Fa. Aldrich wird bis zum Auflösen der Agglomerate gerührt. Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.40 g of titanium tetraisopropylate are hydrolyzed with 20 g of water and the resulting one Precipitation is peptized with 60 g of nitric acid (25%). This solution is up stirred to clear and after addition of 40 g of tin oxide from Aldrich is until stirred to dissolve the agglomerates. This suspension can then be used  Manufacture of a composite material or as a preliminary stage for a proton-conducting Material can be used.

Herstellungsbeispiel 1.8Production example 1.8

80 g Titantetraisopropylat werden mit 40 g Wasser hydrolysiert und der entstandene Niederschlag wird mit 120 g Salzsäure (25%ig) peptisiert. Diese Lösung wird bis zum Klarwerden gerührt und nach Zugabe von 200 g Titandioxid der Fa. Bayer wird bis zum Auflösen der Agglomerate gerührt. Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.80 g of titanium tetraisopropylate are hydrolyzed with 40 g of water and the resulting one Precipitation is peptized with 120 g of hydrochloric acid (25%). This solution will last until Are stirred clear and after adding 200 g of titanium dioxide from Bayer stirred to dissolve the agglomerates. This suspension can then be used Manufacture of a composite material or as a preliminary stage for a proton-conducting Material can be used.

Herstellungsbeispiel 1.9Production example 1.9

120 g Titantetraisopropylat werden mit 140 g entionisiertem Eis unter kräftigem Rühren bis zur Feinstverteilung des entstehenden Niederschlages gerührt. Nach Zugabe von 100 g 25%ige Salpetersäure wird bis zu Klarwerden der Phase gerührt und 280 g Aluminiumoxid des Typs CT3000SG der Fa. Alcoa, Ludwigshafen, zugegeben und über mehrere Tage bis zum Auflösen der Aggregate gerührt. Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.120 g of titanium tetraisopropylate are mixed with 140 g of deionized ice with vigorous stirring stirred until the precipitate is finely distributed. After adding 100 g of 25% nitric acid is stirred until the phase becomes clear and 280 g Alumina of the type CT3000SG from Alcoa, Ludwigshafen, added and stirred for several days until the aggregates dissolved. This suspension can then for the production of a composite material or as a preliminary stage for a proton conducting material can be used.

Herstellungsbeispiel 1.10Production example 1.10

20 g Titantetraisopropylat und 120 g Titanhydroxidhydrat (S500-300, Versuchsprodukt der Fa. Rhone-Poulenc wurden mit 45 g Wasser hydrolysiert bzw. gelöst und mit 50 g einer 25%igen Salzsäure peptisiert. Nach Klarwerden und Zugabe von 300 g Aluminiumoxid (7988 E330, der Fa. Norton Materials) und 50 g Eisen(III)chlorid wird bis zum Auflösen der Agglomerate gerührt. Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.20 g titanium tetraisopropylate and 120 g titanium hydroxide hydrate (S500-300, test product from Rhone-Poulenc were hydrolyzed or dissolved with 45 g of water and with 50 g peptized with a 25% hydrochloric acid. After clearing and adding 300 g Alumina (7988 E330, Norton Materials) and 50 g of iron (III) chloride stirred until the agglomerates dissolve. This suspension can then be used Manufacture of a composite material or as a preliminary stage for a proton-conducting Material can be used.

Herstellungsbeispiel 1.11Production example 1.11

6 g Titantetrachlorid wurden mit 10 g einer 25%igen Salzsäure hydrolisiert. Nach Klarwerden und Zugabe von 13 g Aluminiumoxid (7988 E330, der Fa. Norton Materials) und 2 g Rutheniumchlorid wurde bis zum Auflösen der Agglomerate gerührt. 6 g of titanium tetrachloride were hydrolyzed with 10 g of 25% hydrochloric acid. To Clear and add 13 g of aluminum oxide (7988 E330, Norton Materials) and 2 g of ruthenium chloride were stirred until the agglomerates dissolved.  

Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.This suspension can then be used to produce a composite or can be used as a precursor for a proton-conducting material.

Herstellungsbeispiel 1.12Production example 1.12

100 g Silicasol (Levasil 200, der Fa. Bayer AG) wurden mit 180 g Aluminiumoxid AA07 der Fa. Sumitomo Chemical bis zum Auflösen der Agglomerate gerührt. Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.100 g of silica sol (Levasil 200, from Bayer AG) were mixed with 180 g of aluminum oxide AA07 from Sumitomo Chemical until the agglomerates have dissolved. This Suspension can then be used to make a composite or as Precursor for a proton-conducting material can be used.

Herstellungsbeispiel 1.13Production example 1.13

70 g Tetraethoxysilan werden mit 20 g Wasser hydrolysiert und der entstandene Niederschlag wird mit 120 g Salpetersäure (25%ig) peptisiert. Diese Lösung wird bis zum Klarwerden gerührt und nach Zugabe von 40 g amorpher Kieselsäure oder amorphem Siliziumdioxids der Fa. Degussa bis zum Auflösen der Agglomerate gerührt. Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.70 g of tetraethoxysilane are hydrolyzed with 20 g of water and the resulting one Precipitation is peptized with 120 g of nitric acid (25%). This solution is up stirred to clear and after adding 40 g of amorphous silica or amorphous silicon dioxide from Degussa until the agglomerates dissolve touched. This suspension can then be used to produce a Composite or used as a precursor for a proton conductive material become.

Herstellungsbeispiel 1.14Preparation example 1.14

20 g Aluminiumtriisopropylat werden in 10 g Ethanol vorgelegt und mit 5 g Wasser hydrolysiert. Das entstehende Gel wird mit 45 g Salpetersäure (15%ig) peptisiert und bis zum vollständigen Auflösen des Gels gerührt. Nach Zugabe von 60 g Vanadiumpentoxid der Fa. Aldrich wird bis zur vollständigen Lösung der Agglomerate gerührt. Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.20 g of aluminum triisopropylate are placed in 10 g of ethanol and with 5 g of water hydrolyzed. The resulting gel is peptized with 45 g of nitric acid (15%) and stirred until the gel completely dissolves. After adding 60 g Vanadium pentoxide from Aldrich is used until the agglomerates are completely dissolved touched. This suspension can then be used to produce a Composite or used as a precursor for a proton conductive material become.

Herstellungsbeispiel 1.15Production example 1.15

20 g Zirkoniumtetraisopropylat werden mit 15 g Wasser hydrolysiert und der entstehende Niederschlag wird mit 30 g Salpetersäure (25%ig) peptisiert. Nach vollständigem Lösen des Niederschlages wird nach Zugabe von 60 g Zeolith Y (Typ CBV 780 der Fa. Zeolyst) bis zum vollständigen Lösen der Agglomerate gerührt. Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.20 g of zirconium tetraisopropylate are hydrolyzed with 15 g of water and the resulting precipitate is peptized with 30 g of nitric acid (25%). To the precipitate is completely dissolved after adding 60 g of zeolite Y (type CBV 780 from Zeolyst) until the agglomerates are completely dissolved. This Suspension can then be used to make a composite or as  Precursor for a proton-conducting material can be used.

Herstellungsbeispiel 1.16Preparation example 1.16

20 g Zirkoniumtetraisopropylat werden mit 15 g Wasser hydrolysiert und der entstehende Niederschlag wird mit 30 g Salpetersäure (25%ig) peptisiert. Nach vollständigem Lösen des Niederschlages wird nach Zugabe von 10 g Zirkoniumdioxid der Fa. Degussa (Teilchengroße 50 run) bis zum vollständigen Lösen der Agglomerate gerührt. Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.20 g of zirconium tetraisopropylate are hydrolyzed with 15 g of water and the resulting precipitate is peptized with 30 g of nitric acid (25%). To The precipitate is completely dissolved after the addition of 10 g of zirconium dioxide from Degussa (particle size 50 run) until the agglomerates are completely dissolved touched. This suspension can then be used to produce a Composite or used as a precursor for a proton conductive material become.

Herstellungsbeispiel 1. 17Production example 1. 17

20 g Zirkoniumtetraisopropylat werden mit 15 g Wasser hydrolysiert und der entstehende Niederschlag wird mit 30 g Salpetersäure (25%ig) peptisiert. Nach vollständigem Lösen des Niederschlages wird nach Zugabe von 60 g Korundpulver der Teilchengröße 10 Mikrometer (Amperit, HC Stark) bis zum vollständigen Lösen der Agglomerate gerührt. Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.20 g of zirconium tetraisopropylate are hydrolyzed with 15 g of water and the resulting precipitate is peptized with 30 g of nitric acid (25%). To the precipitate is completely dissolved after the addition of 60 g of corundum powder Particle size 10 micrometers (Amperit, HC Stark) until the Agglomerates stirred. This suspension can then be used to produce a Composite or used as a precursor for a proton conductive material become.

Herstellungsbeispiel 1.18Production example 1.18

20 g Zirkonnitratsol (30%ig der Fa. MEL Chemicals wurden mit 150 g Wasser, 25 g Titandioxid (Finntianx 78173 der Fa. Kemira Pigments und 210 g Glasmehl (HK, der Fa. Robert Reidt) verrührt. Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.20 g of zirconium nitrate sol (30% from MEL Chemicals were mixed with 150 g of water, 25 g Titanium dioxide (Finntianx 78173 from Kemira Pigments and 210 g glass powder (HK, the Robert Reidt) stirred. This suspension can then be used to produce a Composite or used as a precursor for a proton conductive material become.

Herstellungsbeispiel 1.19Production example 1.19

10 g Zirkonnitratsol (30%ig der Fa. MEL Chemicals und 50 g Titandioxid-Filterkuchen, Versuchsprodukt der Fa. Sachtzleben wurden mit 150 g Wasser, 290 g Aluminiumoxid 71340 RA der Fa Nabaltec bis zum Auflösen der Agglomerate gerührt. Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.10 g of zirconium nitrate sol (30% from MEL Chemicals and 50 g Titanium dioxide filter cake, test product from Sachtzleben was charged with 150 g Water, 290 g of aluminum oxide 71340 RA from Nabaltec until the Agglomerates stirred. This suspension can then be used to produce a Composite or used as a precursor for a proton conductive material  become.

Herstellungsbeispiel 1.20Production example 1.20

120 g Zirkontetraisopropylat werden mit 140 g entionisiertem Eis unter kräftigem Rühren bis zur Feinstverteilung des entstehenden Niederschlages gerührt. Nach Zugabe von 100 g 25%ige Salzsäure wird bis zum Klarwerden der Phase gerührt und 280 g α-Aluminiumoxid des Typs CT3000SG der Fa. Alcoa, Ludwigshafen, wurden zugegeben und für mehrere Tage bis zum Auflösen der Aggregate gerührt. Diese Suspension kann anschließend zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs oder als Vorstufe für ein protonenleitendes Material verwendet werden.120 g of zirconium tetraisopropylate are mixed with 140 g of deionized ice under vigorous Stir until the precipitate is finely divided. To The addition of 100 g of 25% hydrochloric acid is stirred until the phase becomes clear and 280 g of α-aluminum oxide of the type CT3000SG from Alcoa, Ludwigshafen, were added and stirred for several days until the aggregates dissolved. This Suspension can then be used to make a composite or as Precursor for a proton-conducting material can be used.

Herstellungsbeispiel 2Production Example 2 Herstellung der VerbundwerkstoffeManufacture of composite materials Herstellungsbeispiel 2.1Production example 2.1

Eine Suspension nach Beispiel 1.9 wird auf ein Quadratmaschengewebe aus Glas (65 Gew.-% SiO2, 25 Gew.-% Al2O3, 10 Gew.-% MgO, < 0,2 Gew.-% CaO, Na2O, K2O, Fe2O3; 11-Tex-Garn mit 24 Kett- und 32 Schussfäden) mit einer Maschenweite von 90 µm aufgerakelt und durch Beblasen mit heißer Luft, die eine Temperatur von 550°C aufwies, innerhalb von 10 Sekunden getrocknet. Es wurde ein flächiger Verbundwerkstoff erhalten der als Verbundwerkstoff mit einer Porenweite von 0,2 bis 0,4 µm eingesetzt werden kann. Der Verbundwerkstoff ist bis auf einen Radius von 5 mm biegbar, ohne dass der Verbundwerkstoff zerstört wird. Der Verbundwerkstoff kann zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Elektrolytmembran verwendet werden.A suspension according to Example 1.9 is placed on a square mesh fabric made of glass (65% by weight SiO 2 , 25% by weight Al 2 O 3 , 10% by weight MgO, <0.2% by weight CaO, Na 2 O. , K 2 O, Fe 2 O 3 ; 11-Tex yarn with 24 warp and 32 weft threads) with a mesh size of 90 µm and by blowing with hot air at a temperature of 550 ° C within 10 seconds dried. A flat composite material was obtained which can be used as a composite material with a pore size of 0.2 to 0.4 µm. The composite material can be bent to a radius of 5 mm without the composite material being destroyed. The composite material can be used to produce an electrolyte membrane according to the invention.

Herstellungsbeispiel 2.2Production example 2.2

Eine Suspension nach Herstellungsbeispiel 1.2 wurde auf einen wie in Beispiel 2.1 beschriebenen Verbundwerkstoff durch Aufrollen mit einer Schichtdicke von 5 µm aufgetragen. Das Verfestigen der Suspension erfolgte wiederum durch Beblasen des Verbundes mit 550°C heißer Luft für eine Dauer von etwa 5 Sekunden. Es wurde ein Verbundwerkstoff erhalten, der eine Porenweite von 30-60 nm aufwies und zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Elektrolytmembran geeignet ist. A suspension according to preparation example 1.2 was applied to one as in example 2.1 Composite described by rolling up with a layer thickness of 5 microns applied. The suspension was solidified again by blowing the Compound with 550 ° C hot air for a period of about 5 seconds. It became a Composite obtained, which had a pore size of 30-60 nm and for Production of an electrolyte membrane according to the invention is suitable.  

Herstellungsbeispiele 2.3 bis 2.19Production examples 2.3 to 2.19

Die Suspensionen der Herstellungsbeispiele 1.3 bis 1.19 werden jeweils auf den in Herstellungsbeispiel 2.1 beschriebenen Träger aufgebracht und durch Beblasen mit Luft einer Temperatur von 450-550°C für wenige Sekunden getrocknet. Der erhaltene Verbundwerkstoff kann zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbundmembran eingesetzt werden.The suspensions of Preparation Examples 1.3 to 1.19 are each based on the in Production example 2.1 described carrier applied and by blowing with Air dried at a temperature of 450-550 ° C for a few seconds. The Composite material obtained can be used to produce an inventive Composite membrane are used.

Herstellungsbeispiel 2.20Production example 2.20

Die gemäß Herstellungsbeispiel 1.20 hergestellte Suspension wird in dünner Schicht auf ein Glasgewebe (11-Tex-Garn mit 28 Kett- und 32 Schussfäden) aufgebracht und bei 550°C innerhalb von 5 Sekunden verfestigt. Der erhaltene Verbundwerkstoff kann zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbundmembran eingesetzt werden.The suspension produced according to production example 1.20 is in a thin layer applied to a glass fabric (11-Tex yarn with 28 warp and 32 weft threads) and solidified at 550 ° C within 5 seconds. The composite material obtained can can be used to produce a composite membrane according to the invention.

Beispiel 1example 1 Herstellung einer Elektrolytmembran durch Behandlung eines Verbundwerkstoffes mit SilanenProduction of an electrolyte membrane by treatment of a composite material with silanes

Ein anorganischer, stoffdurchlässiger Verbundwerkstoff, der hergestellt wurde durch Aufbringen einer dünnen Schicht der Suspension aus Herstellungsbeispiel 1.1 auf einen Glasträger gemäß Herstellungsbeispiel 2.1, wurde in eine Lösung getaucht, die aus folgenden Komponenten bestand: 5% Degussa Silan 285 (ein Propylsulfonsäuretriethoxysilan), 20% vollentsalztes (VE) Wasser in 75% Ethanol. Vor der Benutzung musste die Lösung 1 h bei Raumtemperatur gerührt werden.An inorganic permeable composite made by Application of a thin layer of the suspension from preparation example 1.1 a glass support according to Production Example 2.1 was immersed in a solution that consisted of the following components: 5% Degussa Silan 285 (a Propylsulfonic acid triethoxysilane), 20% deionized (VE) water in 75% ethanol. The solution had to be stirred at room temperature for 1 h before use.

Nach Abtropfen von überstehender Lösung wurde der Verbundwerkstoff bei 80 bis 150°C getrocknet, um eine Elektrolytmembran der vorliegenden Erfindung zu schaffen.After draining off the supernatant solution, the composite material was at 80 to 150 ° C. dried to provide an electrolyte membrane of the present invention.

Beispiel 2Example 2 Herstellung einer ElektrolytmembranProduction of an electrolyte membrane

20 g Aluminiumalkoholat und 17 g Vanadiumalkoholat wurden mit 20 g Wasser hydrolisiert und der entstandene Niederschlag wurde mit 120 g Salpetersäure (25%ig) peptisiert. Diese Lösung wurde bis zum Klarwerden gerührt und nach Zugabe von 40 g Titandioxid der Fa. Degussa (P25) wurde noch bis zum Auflösen aller Agglomerate gerührt. Nach Einstellung eines pH-Wertes von etwa 6 wurde die Suspension auf einen nach Herstellungsbeispiel 2.1 hergestellten Verbundwerkstoff aufgerakelt und getrocknet, um eine mit negativen Festladungen ausgestattete protonenleitende Elektrolytmembran zu schaffen.20 g of aluminum alcoholate and 17 g of vanadium alcoholate were mixed with 20 g of water hydrolyzed and the resulting precipitate was treated with 120 g of nitric acid (25%) peptized. This solution was stirred until clear and after adding 40 g  Titanium dioxide from Degussa (P25) was still until all agglomerates dissolved touched. After adjusting the pH to about 6, the suspension was opened a composite material produced according to production example 2.1 and dried to a proton conductive with negative fixed charges To create electrolyte membrane.

Beispiele 3 und 4Examples 3 and 4 Herstellung einer Elektrolytmembran mit ZeolithenProduction of an electrolyte membrane with zeolites

10 g Methyltriethoxisilan, 30 g Tetraethylorthosiloxan und 10 g Aluminiumtrichlorid wurden mit 50 g Wasser in 100 g Ethanol hydrolysiert. Hierzu wurden dann 190 g Zeolith USY (CBV 600 der Fa. Zeolyst) gegeben. Es wurde noch solange gerührt, bis sich alle Agglomerate aufgelöst hatten und anschließend wurde die Suspension auf einen nach Herstellungsbeispiel 2.1 bzw. 2.2 hergestellten Verbundwerkstoff gestrichen und durch Temperaturbehandlung bei 600°C verfestigt, um eine protonenleitende Elektrolytmembran zu schaffen.10 g methyltriethoxisilane, 30 g tetraethylorthosiloxane and 10 g aluminum trichloride were hydrolyzed with 50 g water in 100 g ethanol. For this purpose, 190 g Zeolite USY (CBV 600 from Zeolyst). It was stirred until all agglomerates had dissolved and then the suspension was opened a composite material produced according to production example 2.1 or 2.2 painted and solidified by heat treatment at 600 ° C to a to create proton-conducting electrolyte membrane.

Beispiel 5Example 5 Herstellung einer ElektrolytmembranProduction of an electrolyte membrane

10 ml wasserfreie Trihydroxysilylpropylsulfonsäure, 30 ml Ethanol sowie 5 ml Wasser werden durch Rühren gemischt. Zu dieser Mischung wird unter Rühren langsam 40 ml TEOS (Tetraethylorthosilikat) zugetropft. Zur Kondensation wird dieses Sol für 24 h in einem abgeschlossenen Gefäß gerührt. Der Verbundwerkstoff aus Herstellungsbeispiel 2.20 wird für 15 Minuten in dieses Sol getaucht. Anschließend lässt man das Sol in der getränkten Membran für 60 min an Luft gelieren und trocknen. Die mit dem Gel gefüllte Membran wird bei einer Temperatur von 150°C für 60 min getrocknet, so dass das Gel verfestigt und wasserunlöslich wird. Auf diese Weise wird eine dichte Membranen erhalten, die eine Protonenleitfähigkeit bei Raumtemperatur und normaler Umgebungsluft von ca. 2.10-3 S/cm aufweist.10 ml of anhydrous trihydroxysilylpropylsulfonic acid, 30 ml of ethanol and 5 ml of water are mixed by stirring. 40 ml of TEOS (tetraethyl orthosilicate) are slowly added dropwise to this mixture with stirring. For condensation, this sol is stirred in a closed vessel for 24 h. The composite material from production example 2.20 is immersed in this sol for 15 minutes. The sol is then allowed to gel in the impregnated membrane for 60 minutes in air and dry. The membrane filled with the gel is dried at a temperature of 150 ° C. for 60 minutes, so that the gel solidifies and becomes water-insoluble. In this way a dense membrane is obtained which has a proton conductivity at room temperature and normal ambient air of approx. 2.10 -3 S / cm.

Beispiel 6Example 6 Herstellung einer ElektrolytmembranProduction of an electrolyte membrane

In 50 ml des Sols aus Beispiels 5 werden zusätzlich 25 g Wolframphosphorsäure gelöst. In diesem Sol wird der Verbundwerkstoff aus Herstellungsbeispiel 2.1 für 15 min getaucht. Dann wird weiter wie bei Beispiel 5 verfahren.In 50 ml of the sol from Example 5, an additional 25 g of tungsten phosphoric acid solved. In this sol, the composite material from production example 2.1 is left for 15 minutes dipped. Then proceed as in Example 5.

Beispiel 7Example 7 Herstellung einer ElektrolytmembranProduction of an electrolyte membrane

100 ml Titanisopropylat wird unter kräftigem Rühren zu 1200 ml Wasser getropft. Der entstandene Niederschlag wird 1 h gealtert und dann mit 8,5 ml konzentrierte Salpetersäure versetzt und in der Siedehitze für 24 h peptisiert. In 25 ml dieses Sols werden 50 g Wolframphosphorsäure gelöst. Zu dieser Lösung gibt man weitere 25 ml Trihydroxysilylpropylsulfonsäure und rührt für eine Stunde bei Raumtemperatur. In dieses Sol wird dann der Verbundwerkstoff aus Herstellungsbeispiel 2.1 für 15 min eingetaucht. Dann wird die Membran getrocknet und durch eine Temperaturbehandlung bei 150°C verfestigt und in die protonenleitende Form überführt.100 ml of titanium isopropylate is added dropwise to 1200 ml of water with vigorous stirring. The The resulting precipitate is aged for 1 h and then concentrated with 8.5 ml Added nitric acid and peptized at the boil for 24 h. In 25 ml of this sol 50 g of tungsten phosphoric acid are dissolved. A further 25 ml is added to this solution Trihydroxysilylpropylsulfonic acid and stirred for one hour at room temperature. In this sol is then the composite material from production example 2.1 for 15 min immersed. Then the membrane is dried and through a Heat treatment solidified at 150 ° C and into the proton-conducting form transferred.

Beispiel 8Example 8 Herstellung einer ElektrolytmembranProduction of an electrolyte membrane

In wenig Wasser gelöstes Natriumtrihydroxysilylmethylphosphonat wird mit Ethanol verdünnt. Zu dieser Lösung gibt man die gleiche Menge TEOS und rührt kurz weiter. In diesem Sol wird der Verbundwerkstoff aus Herstellungsbeispiel 2.1 für 15 min eingetaucht. Dann wird die Membran getrocknet und durch eine Temperaturbehandlung bei 250°C verfestigt und durch eine Säurebehandlung in die protonenleitende Form überführt.Sodium trihydroxysilylmethylphosphonate dissolved in a little water is mixed with ethanol diluted. The same amount of TEOS is added to this solution and stirring is continued briefly. In this sol, the composite material from production example 2.1 is left for 15 minutes immersed. Then the membrane is dried and through a Heat treatment solidified at 250 ° C and by an acid treatment in the proton conductive form.

Beispiel 9Example 9 Herstellung einer ElektrolytmembranProduction of an electrolyte membrane

10 g Methyltriethoxisilan, 30 g Tetraethylorthosilikat und 10 g Aluminiumtrichlorid werden mit 50 g Wasser in 100 g Ethanol hydrolysiert. Zu dieser Mischung werden dann 190 g Zeolith USY (CBV 600 der Fa. Zeolvst) gegeben. Es wird noch solange gerührt bis sich alle Agglomerate aufgelöst haben und anschließend wird die Suspension auf einen nach Beispiel 2.20 hergestellten Verbundwerkstoff gestrichen und durch eine Temperaturbehandlung bei 500°C verfestigt und in die ionenleitende Membran überführt.10 g of methyltriethoxisilane, 30 g of tetraethylorthosilicate and 10 g of aluminum trichloride are hydrolyzed with 50 g of water in 100 g of ethanol. Become this mixture then 190 g of zeolite USY (CBV 600 from Zeolvst) added. It will still be there  stirred until all agglomerates have dissolved and then the Brush suspension on a composite material prepared according to Example 2.20 and solidified by a temperature treatment at 500 ° C and into the ion-conducting Membrane transferred.

Beispiele 10 bis 14Examples 10 to 14 Herstellung einer Elektrolytmembran durch Infiltrieren einer protonenleitenden Membran mit einer ionischen FlüssigkeitProduction of an electrolyte membrane by infiltrating a proton-conducting Membrane with an ionic liquid

Eine poröse Elektrolytmembran gemäß den Beispielen 5 bis 9 wird jeweils mit [EMIM]CF3SO3 (EMIM: 1-Ethyl-3-methylimidazolium) als ionischer Flüssigkeit besprüht. Das Besprühen erfolgt so lange von einer Seite des Verbundwerkstoffes, bis die gegenüberliegende Seite des Verbundwerkstoffes durch die durch den Verbundwerkstoff hindurchgetretene ionische Flüssigkeit ebenfalls benetzt ist. Auf diese Weise wird erreicht dass die in dem porösen ionenleitenden Verbundwerkstoff enthaltende Luft durch die ionisch leitende Flüssigkeit verdrängt wird. Man kann diese Membran nach dem Abstreifen überschüssiger ionischer Flüssigkeit an der Luft trocknen lassen. Durch Kapillarkräfte bleibt die ionische Flüssigkeit in der erfindungsgemäßen Membran erhalten. Da ionische Flüssigkeiten keinen messbaren Dampfdruck haben, ist auch nach längerer Lagerung der erfindungsgemäß hergestellten Membrane nicht mit einer Reduzierung der ionischen Flüssigkeit in der Membran zu rechnen.A porous electrolyte membrane according to Examples 5 to 9 is sprayed with [EMIM] CF 3 SO 3 (EMIM: 1-ethyl-3-methylimidazolium) as the ionic liquid. Spraying is carried out from one side of the composite material until the opposite side of the composite material is also wetted by the ionic liquid which has passed through the composite material. In this way it is achieved that the air contained in the porous ion-conducting composite material is displaced by the ionically conductive liquid. This membrane can be allowed to air dry after wiping off excess ionic liquid. The ionic liquid is retained in the membrane according to the invention by capillary forces. Since ionic liquids have no measurable vapor pressure, a reduction in the ionic liquid in the membrane cannot be expected even after the membrane produced according to the invention has been stored for a long time.

Beispiel 15 bis 74Examples 15 to 74 Herstellung einer Elektrolytmembran durch Infiltrieren einer protonenleitenden Membran mit einer ionischen FlüssigkeitProduction of an electrolyte membrane by infiltrating a proton-conducting Membrane with an ionic liquid

Anstelle des [EMIM]CF3SO3 aus den Beispielen 10 bis 14 werden die zwölf ionischen Flüssigkeiten nach [EMIM]CF3SO3 gemäß folgender Tabelle eingesetzt:
Instead of the [EMIM] CF 3 SO 3 from Examples 10 to 14, the twelve ionic liquids according to [EMIM] CF 3 SO 3 are used according to the following table:

Die Abkürzungen haben folgende Bedeutung:
EMIM = 1-Ethyl-3-methylimidazolium-Ion, BMIM = 1-n-Butyl-3-methylimidazolium-Ion, MMIM = 1-Methyl-3-methylimidazolium-Ion, Ts = H3CC6H4SO2 (Tosyl), Oc = Octyl, Et = Ethyl, Me = Methyl, Bu = n-Butyl, CF3SO3 = Triflat-Anion und Ph = Phenyl verwendet werden.
The abbreviations have the following meaning:
EMIM = 1-ethyl-3-methylimidazolium ion, BMIM = 1-n-butyl-3-methylimidazolium ion, MMIM = 1-methyl-3-methylimidazolium ion, Ts = H 3 CC 6 H 4 SO 2 (tosyl ), Oc = octyl, Et = ethyl, Me = methyl, Bu = n-butyl, CF 3 SO 3 = triflate anion and Ph = phenyl.

Beispiel 75Example 75

< ;H 07782 00070 552 001000280000000200012000285910767100040 0002010115928 00004 07663E1<Herstellung einer Elektrolytmembran durch Immobilisieren einer Brönstedsäure<; H 07782 00070 552 001000280000000200012000285910767100040 0002010115928 00004 07663E1 <Production of an electrolyte membrane by immobilizing a Bronsted acid

Eine TEOS-Lösung, bestehend aus TEOS : Ethanol : H2O : HCl = 1 : 8 : 4 : 0,05 mol, wird für 24 h vorkondensiert. Danach gibt man 20 Vol% konz. HClO4 (70%ig) zum Sol und beschichtet nach kurzem Weiterrühren durch Aufrakeln damit eine Grundmembran, die gemäß dem Herstellungsbeispiel 2.20 hergestellt wurde. Im Anschluss an die Infiltration wird die Membran bei RT verfestigt und getrocknet. Die Leitfähigkeit der Membran bei Raumtemperatur und ca. 35% r. F. liegt bei ca. 20 mS/cm. A TEOS solution consisting of TEOS: ethanol: H 2 O: HCl = 1: 8: 4: 0.05 mol is precondensed for 24 h. Then give 20 vol% conc. HClO 4 (70%) to the sol and after briefly stirring by knife coating it with a base membrane, which was produced according to Preparation Example 2.20. Following the infiltration, the membrane is solidified at RT and dried. The conductivity of the membrane at room temperature and approx. 35% r. F. is approx. 20 mS / cm.

Beispiel 76Example 76 Herstellung einer Elektrolytmembran durch Immobilisieren einer BrönstedsäureProduction of an electrolyte membrane by immobilizing a Bronsted acid

Eine Elektrolytmembran wurde wie in Beispiel 75 hergestellt, wobei anstelle von HClO4 als Säure H2SO4 (98%ig) dem Sol zugesetzt wurde. Es ergibt sich unter den gleichen Messbedingungen (Raumtemperatur und ca. 35% r. F.) eine Leitfähigkeit von etwa 23 mS/cm nach einer thermischen Behandlung von 100°C (1 h).An electrolyte membrane was produced as in Example 75, H 2 SO 4 (98% strength) being added to the sol instead of HClO 4 as acid. Under the same measurement conditions (room temperature and approx. 35% RH), the conductivity is about 23 mS / cm after a thermal treatment of 100 ° C (1 h).

Beispiel 77Example 77 Herstellung einer Elektrolytmembran durch Immobilisieren einer BrönstedsäureProduction of an electrolyte membrane by immobilizing a Bronsted acid

Ein TEOS-Sol, bestehend aus TEOS (11 ml), Diethylphosphit (19 ml), Ethanol (11 ml) und H3PO4 (10 ml) wird eine Stunde vorkondensiert und dann damit eine Grundmembran, die gemäß dem Herstellungsbeispiel 2.20 hergestellt wurde, durch Aufrakeln infiltriert. Die Membran wird bei 150°C 1 h getrocknet. Die Leitfähigkeit der Membran bei Raumtemperatur und ca. 35% r. h. liegt bei etwa. 2,9 mS/cm.A TEOS sol consisting of TEOS (11 ml), diethyl phosphite (19 ml), ethanol (11 ml) and H 3 PO 4 (10 ml) is precondensed for one hour and then a basic membrane, which was produced according to Preparation Example 2.20 , infiltrated by doctor blade. The membrane is dried at 150 ° C for 1 h. The conductivity of the membrane at room temperature and approx. 35% rh is around. 2.9 mS / cm.

Beispiel 78Example 78 Herstellung einer Elektrolytmembran durch Immobilisieren einer BrönstedsäureProduction of an electrolyte membrane by immobilizing a Bronsted acid

100 ml Titanisopropylat werden unter kräftigem Rühren in 1200 ml Wasser getropft. Der entstandene Niederschlag wird 1 h gealtert und dann mit 8,5 ml konz. HNO3 versetzt und in der Siedehitze für 24 h peptisiert. Zu 100 ml dieses Sols gibt man 10 ml H2SO4 (98%ig). Nach der Beschichtung der Grundmembran 2.20 mit einem solchen Sol und dem Verfestigen bei Temperaturen von bis ca. 150°C wird die protonenleitende Membran erhalten.100 ml of titanium isopropoxide are dropped into 1200 ml of water with vigorous stirring. The resulting precipitate is aged for 1 h and then concentrated with 8.5 ml. HNO 3 was added and peptized at the boil for 24 h. 10 ml of H 2 SO 4 (98%) are added to 100 ml of this sol. After coating the base membrane 2.20 with such a sol and solidifying at temperatures of up to approximately 150 ° C., the proton-conducting membrane is obtained.

Beispiel 79Example 79 Herstellung einer AnodentinteProduction of an anode ink

10 ml wasserfreie Trihydroxysilylpropylsulfonsäure, 60 ml Ethanol sowie 5 ml Wasser werden durch Rühren gemischt. Zu dieser Mischung wird unter Rühren langsam 40 ml TEOS (Tetraethylorthosilikat) zugetropft. In diesem Sol wird der aus DE 197 21 437 bzw. DE 198 16 622 bekannte Katalysator dispergiert so dass in der Elektrode ein Katalysator-Belegungsgrad von etwa 0,2 mg/cm2 bzw. 0,5 mg/cm2 erzielt werden kann.10 ml of anhydrous trihydroxysilylpropylsulfonic acid, 60 ml of ethanol and 5 ml of water are mixed by stirring. 40 ml of TEOS (tetraethyl orthosilicate) are slowly added dropwise to this mixture with stirring. The catalyst known from DE 197 21 437 and DE 198 16 622 is dispersed in this sol so that a degree of catalyst coverage of about 0.2 mg / cm 2 or 0.5 mg / cm 2 can be achieved in the electrode.

Beispiel 80Example 80 Herstellung einer AnodentinteProduction of an anode ink

100 ml Titanisopropylat werden unter kräftigem Rühren in 1200 ml Wasser getropft. Der entstandene Niederschlag wird 1 h gealtert und dann mit 8,5 ml konz. HNO3 versetzt und in der Siedehitze für 24 h peptisiert. In 50 ml dieses Sols werden 50 g Wolframphosphorsäure gelöst und dann der Katalysator wie in Beispiel 79 beschrieben darin dispergiert.100 ml of titanium isopropoxide are dropped into 1200 ml of water with vigorous stirring. The resulting precipitate is aged for 1 h and then concentrated with 8.5 ml. HNO 3 was added and peptized at the boil for 24 h. 50 g of tungsten phosphoric acid are dissolved in 50 ml of this sol and the catalyst is then dispersed therein as described in Example 79.

Beispiel 81Example 81 Herstellung einer AnodentinteProduction of an anode ink

20 g Aluminiumalkoholat und 17 g Vanadiumalkoholat werden mit 20 g Wasser hydrolysiert und der entstandene Niederschlag wird mit 120 g Salpetersäure (25% ig) peptisiert. Diese Lösung wird bis zum Klarwerden gerührt und nach Zugabe von 40 g Titandioxid der Fa. Degussa (P25) wird noch bis zum Auflösen aller Agglomerate gerührt. Nach Einstellung eines pH Wertes von ca. 6 wird der Katalysator wie in Beispiel 79 beschrieben darin dispergiert.20 g of aluminum alcoholate and 17 g of vanadium alcoholate are mixed with 20 g of water hydrolyzed and the resulting precipitate is treated with 120 g of nitric acid (25%) peptized. This solution is stirred until clear and after adding 40 g Titanium dioxide from Degussa (P25) is still until all agglomerates are dissolved touched. After setting a pH of approx. 6, the catalyst is as in Example 79 described dispersed therein.

Beispiel 82Example 82 Herstellung einer KathodentinteProduction of a cathode ink

10 ml wasserfreie Trihydroxysilylpropylsulfonsäure, 60 ml Ethanol sowie 5 ml Wasser werden durch Rühren gemischt. Zu dieser Mischung wird unter Rühren langsam 20 ml TEOS (Tetraethylorthosilikat) und 20 ml Methyltriethoxysilan zugetropft. In diesem Sol wird der in DE 196 11 510 oder der in DE 198 12 592 verwendete Katalysator dispergiert so dass in der Elektrode ein Pt-Belegungsgrad von etwa 0,15 mg/cm2 bzw. 0,25 mg/cm2 erzielt werden kann.10 ml of anhydrous trihydroxysilylpropylsulfonic acid, 60 ml of ethanol and 5 ml of water are mixed by stirring. 20 ml of TEOS (tetraethyl orthosilicate) and 20 ml of methyltriethoxysilane are slowly added dropwise to this mixture with stirring. The catalyst used in DE 196 11 510 or the one used in DE 198 12 592 is dispersed in this sol, so that a Pt coverage of about 0.15 mg / cm 2 or 0.25 mg / cm 2 can be achieved in the electrode ,

Beispiel 83Example 83 Herstellung einer KathodentinteProduction of a cathode ink

20 g Methyltriethoxysilan, 20 g Tetraethylorthosilikat und 10 g Aluminiumtrichlorid werden mit 50 g Wasser in 200 g Ethanol hydrolysiert. Hierzu werden dann 190 g Zeolith USY (CBV 600 der Fa. Zeolyst) gegeben. Es wird noch solange gerührt, bis sich alle Agglomerate aufgelöst haben und anschließend wird der Katalysator wie in Beispiel 82 beschrieben darin dispergiert.20 g methyltriethoxysilane, 20 g tetraethyl orthosilicate and 10 g aluminum trichloride are hydrolyzed with 50 g of water in 200 g of ethanol. For this purpose, 190 g of zeolite USY (CBV 600 from Zeolyst). It is stirred until everyone is happy Agglomerates have dissolved and then the catalyst as in Example 82 described dispersed therein.

Beispiel 84Example 84 Herstellung einer MembranelektrodeneinheitManufacture of a membrane electrode assembly

Eine Membran gemäß Beispiel 1 wird mit der Tinte gemäß Beispiel 79 durch Siebdruck zunächst auf der Vorderseite bedruckt. Diese Seite dient in der späteren Membranelektrodeneinheit als Anode. Die bedruckte Membran wird bei einer Temperatur von 150°C getrocknet. Neben dem Entweichen des Lösemittels kommt es gleichzeitig zu einer Immobilisierung der Silylpropylsulfonsäure.A membrane according to Example 1 is screen printed with the ink according to Example 79 first printed on the front. This page serves in the later Membrane electrode unit as an anode. The printed membrane is at one Dried temperature of 150 ° C. In addition to the escape of the solvent, it happens at the same time as immobilization of the silylpropylsulfonic acid.

Im zweiten Schritt wird die Membran auf der Rückseite, die später als Kathode dienen soll, mit der Tinte aus Beispiel 82 bedruckt. Auch jetzt wird die bedruckte Membran wiederum bei einer Temperatur von 150°C getrocknet wobei das Lösemittel entweicht und es gleichzeitig zu einer Immobilisierung der Silylpropylsulfonsäure kommt. Da die Kathode hydrophob ist, kann beim Betrieb der Membranelektrodeneinheit in der Brennstoffzelle das Produktwasser leicht entweichen. Diese Membranelektrodeneinheit kann in eine Direktmethanol-Brennstoffzelle oder eine Reformat-Brennstoffzelle eingebaut werden.In the second step, the membrane on the back, which will later serve as the cathode should be printed with the ink from Example 82. Even now the printed membrane again dried at a temperature of 150 ° C, whereby the solvent escapes and at the same time the silylpropylsulfonic acid is immobilized. Since the Cathode is hydrophobic, can operate when the membrane electrode assembly in the Fuel cell can easily escape the product water. This Membrane electrode unit can be in a direct methanol fuel cell or a  Reformat fuel cell to be installed.

Beispiel 85Example 85 Herstellung einer MembranelektrodeneinheitManufacture of a membrane electrode assembly

Zur Herstellung der Elektroden werden sowohl die Anodentinte gemäß Beispiel 80 als auch die Kathodentinte gemäß Beispiel 83 jeweils auf ein elektrisch leitfähiges Kohlepapier aufgebracht. Durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 150 °C wird das Lösemittel entfernt und die protonenleitfähige Komponente immobilisiert. Diese beiden Gasdiffusionselektroden werden mit einer protonenleitfähigen Membran zu einer Membranelektrodeneinheit verpresst, die dann in die Brennstoffzelle eingebaut werden kann.To produce the electrodes, both the anode ink according to Example 80 and also the cathode ink according to Example 83 in each case on an electrically conductive Carbon paper applied. By heat treatment at a temperature of 150 ° C the solvent is removed and the proton conductive component is immobilized. These two gas diffusion electrodes are made with a proton conductive membrane pressed to a membrane electrode unit, which is then in the fuel cell can be installed.

Beispiel 86Example 86 Herstellung einer BrennstoffzelleManufacture of a fuel cell

Zur Herstellung der MEA werden zunächst die Elektroden gefertigt. Hierzu wird ein Keramikvlies mit einem Ruß/Platingemisch (40%) beschichtet. Diese Elektroden werden auf die Elektrolytmembran gemäß Beispiel 77 gepresst. Die Anpressung erfolgt über eine graphitische Gasverteilerplatte, die gleichzeitig zur elektrischen Kontaktierung dient. Auf der Anodenseite kommt reiner Wasserstoff und auf der Kathodenseite reiner Sauerstoff zum Einsatz. Beide Gase werden über Wasserdampfsättiger (sogenannte "Bubbler") befeuchtet.To manufacture the MEA, the electrodes are first manufactured. For this, a Ceramic fleece coated with a soot / platinum mixture (40%). These electrodes are pressed onto the electrolyte membrane according to Example 77. The pressure takes place via a graphitic gas distribution plate, which is simultaneously used for the electrical Contacting serves. Pure hydrogen comes on the anode side and on the Pure oxygen on the cathode side. Both gases are over Water vapor saturator (so-called "bubbler") moistened.

VergleichsbeispielComparative example

Eine Brennstoffzelle wurde wie in Beispiel 86 beschrieben hergestellt, außer, das als MEA eine herkömmliche Nafion®117-Membran eingesetzt wurde. Es wurde gefunden, dass die Protonenleitfähigkeit bei Verwendung einer Nafionmembran bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von weniger als 100% drastisch abfiel und der Flächenwiderstand stark anstieg, so dass die Brennstoffzelle nicht mehr betrieben werden konnte. Andererseits kann eine erfindungsgemäße Membran auch bei einer relativen Luftfeuchtigkeit betrieben werden, die anodenseitig bei etwa 10% und kathodenseitig bei etwa 5% lag, ohne dass die Funktion der Brennstoffzelle wesentlich beeinträchtigt wurde.A fuel cell was made as described in Example 86, except that as MEA a conventional Nafion®117 membrane was used. It was found, that the proton conductivity when using a Nafion membrane in a relative humidity of less than 100% dropped drastically and the Surface resistance rose sharply so that the fuel cell no longer operated  could be. On the other hand, a membrane according to the invention can also be used in a operating relative humidity, the anode side at about 10% and on the cathode side was around 5% without the function of the fuel cell was significantly affected.

Claims (68)

1. Für die Reaktionskomponenten der Brennstoffzellenreaktion undurchlässige, protonenleitfähige, flexible Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle, umfassend einen stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff aus einem flexiblen, durchbrochenen, ein Glas umfassenden Träger und einem porösen Keramikmaterial, wobei der Verbundwerkstoff mit einem protonenleitfähigen Material durchsetzt ist, das geeignet ist selektiv Protonen durch die Membran zu leiten.1. Impermeable to the reaction components of the fuel cell reaction, proton-conductive, flexible electrolyte membrane for a fuel cell, comprising a permeable composite material made of a flexible, openwork, a glass support and a porous Ceramic material, the composite with a proton conductive Material is penetrated, which is suitable for selectively protons through the membrane to lead. 2. Elektrolytmembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das protonenleitfähige Material
  • a) eine immobilisierte Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon, sowie gegebenenfalls ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium und/oder Phosphor, und/oder
  • b) eine ionische Flüssigkeit, die gegebenenfalls eine Brönstedsäure enthalten kann, und/oder
  • c) eine Brönstedsäure und ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor
umfasst.
2. Electrolyte membrane according to claim 1, characterized in that the proton conductive material
  • a) an immobilized hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof, and optionally an oxide of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus, and / or
  • b) an ionic liquid which may optionally contain a Bronsted acid, and / or
  • c) a Bronsted acid and an oxide of aluminum, silicon, titanium, zirconium, and / or phosphorus
includes.
3. Für die Reaktionskomponenten der Brennstoffzellenreaktion undurchlässige, protonenleitfähige, flexible Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle, erhältlich durch
  • a) Infiltration eines stoffdurchlässigen Verbundwerkstoffs aus einem flexiblen, durchbrochenen, ein Glas umfassenden Träger und einem porösen Keramikmaterial mit einer ionischen Flüssigkeit, um ein den Verbundwerkstoff durchsetzendes Material zu schaffen, das geeignet ist selektiv Protonen durch die Membran zu leiten, oder
  • b) Infiltration eines stoffdurchlässigen Verbundwerkstoffs aus einem flexiblen, durchbrochenen, ein Glas umfassenden Träger und einem porösen Keramikmaterial mit
    • 1. einer Mischung, enthaltend eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder einem Salz davon; oder
    • 2. einer Mischung, enthaltend eine Brönstedsäure und/oder eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon sowie ein Sol, das eine Vorstufe für Oxide von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor umfasst und
  • c) Verfestigung der den Verbundwerkstoff infiltrierenden Mischung, und gegebenenfalls Infiltration des in Stufe (b) erhaltenen Verbundwerkstoffs mit einer ionischen Flüssigkeit, um ein den Verbundwerkstoff durchsetzendes Material zu schaffen, das geeignet ist selektiv Protonen durch die Membran zu leiten.
3. Proton-conductive, flexible electrolyte membrane for a fuel cell, impermeable to the reaction components of the fuel cell reaction, obtainable from
  • a) infiltration of a permeable composite material from a flexible, perforated support comprising a glass and a porous ceramic material with an ionic liquid in order to create a material penetrating the composite material which is suitable for selectively guiding protons through the membrane, or
  • b) Infiltration of a permeable composite material from a flexible, openwork, a glass-containing carrier and a porous ceramic material with
    • 1. a mixture containing an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof; or
    • 2. a mixture containing a Bronsted acid and / or an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof and a sol which comprises a precursor for oxides of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus and
  • c) solidifying the mixture infiltrating the composite, and optionally infiltrating the composite obtained in step (b) with an ionic liquid, in order to create a material penetrating the composite which is suitable for selectively passing protons through the membrane.
4. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Glas Alumosilikatglas ist, das mindestens 60 Gew.-% SiO2 und mindestens 10 Gew.-% Al2O3 enthält.4. Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 3, wherein the glass is aluminosilicate glass containing at least 60 wt .-% SiO 2 and at least 10 wt .-% Al 2 O 3 . 5. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas des Trägers folgende Zusammensetzung aufweist:
64-66 Gew.-% SiO2,
24-25 Gew.-% Al2O3,
9-12 Gew.-% MgO,
< 0,2 Gew.-% CaO, Na2O, K2O, Fe2O3
5. Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 4, characterized in that the glass of the carrier has the following composition:
64-66% by weight SiO 2 ,
24-25% by weight Al 2 O 3 ,
9-12% by weight of MgO,
<0.2% by weight CaO, Na 2 O, K 2 O, Fe 2 O 3
6. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Träger Fasern oder Filamente aus Glas enthält, die mit einer säureresistenten Beschichtung aus α-Al2O3, ZrO2 oder TiO2 ausgestattet sind und das Glas vorzugsweise folgende Zusammensetzung aufweist:
52-56 Gew.-% SiO2
12-16 Gew.-% Al2O3
5-10 Gew.-% B2O3
16-25 Gew.-% CaO
0-5 Gew.-% MgO
< 2 Gew.-% Na2O + K2O
< 1,5 Gew.-% TiO2
< 1 Gew.-% Fe2O3
6. Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 4, wherein the carrier contains fibers or filaments made of glass, which are provided with an acid-resistant coating of α-Al 2 O 3 , ZrO 2 or TiO 2 and the glass preferably has the following composition:
52-56 wt% SiO 2
12-16 wt% Al 2 O 3
5-10 wt% B 2 O 3
16-25 wt% CaO
0-5 wt% MgO
<2 wt% Na 2 O + K 2 O
<1.5% by weight of TiO 2
<1 wt% Fe 2 O 3
7. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brönstedsäure Schwefelsäure, Phosphorsäure, Perchlorsäure, Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure, schweflige Säure, phosphorige Säure sowie Ester davon und/oder eine monomere oder polymere organische Säure umfasst.7. Electrolyte membrane according to one of claims 2 to 6, characterized characterized that the Bronsted acid sulfuric acid, phosphoric acid, Perchloric acid, nitric acid, hydrochloric acid, sulfurous acid, phosphorous acid and esters thereof and / or a monomeric or polymeric organic acid. 8. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ein Gewebe oder Vlies umfasst.8. Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 7, characterized characterized in that the carrier comprises a fabric or fleece. 9. Elektrolytmembran nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger Fasern und/oder Filamente mit einem Durchmesser von 1 bis 150 µm, vorzugsweise 1 bis 20 µm, und/oder Fäden mit einem Durchmesser von 5 bis 150 µm, vorzugsweise 20 bis 70 µm, umfasst.9. electrolyte membrane according to claim 8, characterized in that the Carrier fibers and / or filaments with a diameter of 1 to 150 μm, preferably 1 to 20 microns, and / or threads with a diameter of 5 to 150 microns, preferably 20 to 70 microns comprises. 10. Elektrolytmembran nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ein Gewebe mit einer Maschenweite von 5 bis 500 µm, vorzugsweise 10 bis 200 µm, ist.10. Electrolyte membrane according to claim 8 or 9, characterized in that the carrier is a fabric with a mesh size of 5 to 500 μm, preferably 10 to 200 microns. 11. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Keramikmaterial eine Porosität von 10% bis 60%, vorzugsweise von 20% bis 45% aufweist.11. Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 10, characterized  characterized in that the porous ceramic material has a porosity of 10% to 60%, preferably from 20% to 45%. 12. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Keramikmaterial Poren mit einem mittleren Durchmesser von mindestens 20 nm, vorzugsweise von mindestens 100 nm, ganz besonders bevorzugt mehr als 250 nm, aufweist.12. Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 11, characterized characterized in that the porous ceramic material has pores with a medium Diameter of at least 20 nm, preferably of at least 100 nm, very particularly preferably has more than 250 nm. 13. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die bei mindestens 80°C, vorzugsweise bei mindestens 120°C, und ganz besonders bevorzugt bei mindestens 140°C, stabil ist.13. Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 12, the at least 80 ° C, preferably at least 120 ° C, and most preferably at at least 140 ° C, is stable. 14. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff eine Dicke im Bereich von 10 bis 150 µm, vorzugsweise 10 bis 80 µm, ganz besonders bevorzugt 10 bis 50 µm aufweist.14. Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 13, characterized characterized in that the composite has a thickness in the range of 10 to 150 microns, preferably 10 to 80 microns, most preferably 10 to 50 microns having. 15. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 14, die einen Biegeradius von mindestens 100 mm, vorzugsweise von mindestens 20 mm, ganz besonders bevorzugt von mindestens 5 mm toleriert.15. Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 14, which has a bending radius of at least 100 mm, preferably at least 20 mm, whole tolerated particularly preferably of at least 5 mm. 16. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 15, die bei Raumtemperatur und bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 35% eine Leitfähigkeit von mindestens 2 mS/cm, vorzugsweise mindestens 20 mS/cm, ganz besonders bevorzugt 23 mS/cm aufweist.16. Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 15, which A room temperature and a relative humidity of 35% Conductivity of at least 2 mS / cm, preferably at least 20 mS / cm, very particularly preferably has 23 mS / cm. 17. Verfahren zur Herstellung einer Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
  • a) Infiltration eines stoffdurchlässigen Verbundwerkstoffs aus einem flexiblen, durchbrochenen, ein Glas umfassenden Träger und einem porösen Keramikmaterial mit einer ionischen Flüssigkeit, um ein den Verbundwerkstoff durchsetzendes Material zu schaffen, das geeignet ist selektiv Protonen durch die Membran zu leiten, oder
  • b) Infiltration eines stoffdurchlässigen Verbundwerkstoffs aus einem flexiblen, durchbrochenen, ein Glas umfassenden Träger und einem porösen Keramikmaterial mit
    • 1. einer Mischung, enthaltend eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder einem Salz davon; oder
    • 2. einer Mischung, enthaltend eine Brönstedsäure und/oder eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon sowie ein Sol, das eine Vorstufe für Oxide von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor umfasst und
    Verfestigung der den Verbundwerkstoff infiltrierenden Mischung, und gegebenenfalls Infiltration des in Stufe (b) erhaltenen Verbundwerkstoffs mit einer ionischen Flüssigkeit, um ein den Verbundwerkstoff durchsetzendes Material zu schaffen, das geeignet ist selektiv Protonen durch die Membran zu leiten.
17. A method for producing an electrolyte membrane according to one of claims 1 to 16, characterized in that the method comprises the following steps:
  • a) infiltration of a permeable composite material from a flexible, perforated support comprising a glass and a porous ceramic material with an ionic liquid in order to create a material penetrating the composite material which is suitable for selectively guiding protons through the membrane, or
  • b) Infiltration of a permeable composite material from a flexible, openwork, a glass-containing carrier and a porous ceramic material with
    • 1. a mixture containing an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof; or
    • 2. a mixture containing a Bronsted acid and / or an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof and a sol which comprises a precursor for oxides of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus and
    Solidification of the mixture infiltrating the composite, and optionally infiltration of the composite obtained in step (b) with an ionic liquid in order to create a material penetrating the composite which is suitable for selectively guiding protons through the membrane.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Sol erhältlich ist durch
  • 1. (a1-1) Hydrolyse einer hydrolysierbaren Verbindung, vorzugsweise in einer Mischung aus Wasser und Alkohol, zu einem Hydrolysat, wobei die hydrolysierbare Verbindung ausgewählt ist aus hydrolysierbaren Alkoholaten, Acetaten, Acetylacetonaten, Nitraten, Oxynitraten, Chloriden, Oxychloriden, Carbonaten, von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor oder Estern, vorzugsweise Methylestern, Ethylestern und/oder Propylestern der Phosphorsäure oder der phoshorigen Säure,
  • 2. (a1-2) Peptisierung des Hydrolysats zu einem Sol.
18. The method of claim 17, wherein the sol is obtainable by
  • 1. (a1-1) hydrolysis of a hydrolyzable compound, preferably in a mixture of water and alcohol, to give a hydrolyzate, the hydrolyzable compound being selected from hydrolyzable alcoholates, acetates, acetylacetonates, nitrates, oxynitrates, chlorides, oxychlorides, carbonates Aluminum, silicon, titanium, zirconium, and / or phosphorus or esters, preferably methyl esters, ethyl esters and / or propyl esters of phosphoric acid or phosphoric acid,
  • 2. (a1-2) peptizing the hydrolyzate to a sol.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung weitere protonenleitende Stoffe, vorzugsweise Titanphosphate, Titanphosphonate, Zirkoniumphosphate, Zirkoniumphosphonate, Iso- und Heteropolysäuren, vorzugsweise Wolframphosphorsäure oder Siliziumwolframsäure, nanokristalline und/oder kristalline Metalloxide, wobei Al2O3-, ZrO2-, TiO2- oder SiO2 Pulver bevorzugt sind, enthält.19. The method according to claim 17 or 18, characterized in that the mixture of further proton-conducting substances, preferably titanium phosphates, titanium phosphonates, zirconium phosphates, zirconium phosphonates, iso- and heteropoly acids, preferably tungsten phosphoric acid or silicon tungstic acid, nanocrystalline and / or crystalline metal oxides, wherein Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 or SiO 2 powders are preferred. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die Infiltration durch Aufdrucken, Aufpressen, Einpressen, Aufrollen, Aufrakeln, Aufstreichen, Tauchen, Spritzen oder Aufgießen der Mischung auf den stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff erfolgt.20. The method according to any one of claims 17 to 19, wherein the infiltration by Printing on, pressing on, pressing in, rolling up, knife coating, spreading on, Dip, spray or pour the mixture onto the permeable fabric Composite material is made. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei die Infiltration mit der Mischung wiederholt durchgeführt wird und gegebenenfalls ein Trocknungsschritt, vorzugsweise bei einer erhöhten Temperatur in einem Bereich von 50 bis 200°C, zwischen der wiederholten Infiltration erfolgt.21. The method according to any one of claims 17 to 20, wherein the infiltration with the Mixing is carried out repeatedly and if necessary Drying step, preferably at an elevated temperature in one Range from 50 to 200 ° C between repeated infiltration. 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei die Infiltration des stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff kontinuierlich erfolgt.22. The method according to any one of claims 17 to 21, wherein the infiltration of the permeable composite material takes place continuously. 23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei ein erwärmter Verbundwerkstoff infiltriert wird.23. The method according to any one of claims 17 to 22, wherein a heated Composite is infiltrated. 24. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei die Verfestigung durch Erwärmen auf eine Temperatur von 50 bis 800°C, vorzugsweise 100 bis 600°C, ganz besonders bevorzugt 150 bis 200°C erfolgt.24. The method according to any one of claims 17 to 23, wherein the solidification by Heating to a temperature of 50 to 800 ° C, preferably 100 to 600 ° C, very particularly preferably 150 to 200 ° C. 25. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei die Erwärmung durch erwärmte Luft, Heißluft, Infrarotstrahlung oder Mikrowellenstrahlung erfolgt.25. The method of claim 20 or 21, wherein the heating by heated  Air, hot air, infrared radiation or microwave radiation takes place. 26. Flexible Membranelektrodeneinheit für eine Brennstoffzelle, mit einer elektrisch leitfähigen Anoden- und Kathodenschicht, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten einer für die Reaktionskomponenten der Brennstoffzellenreaktion undurchlässigen, protonenleitfähigen, flexiblen Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 16, vorgesehen sind, wobei die Elektrolytmembran einen stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff aus einem flexiblen, durchbrochenen, ein Glas umfassenden Träger und einem porösen Keramikmaterial umfasst, wobei der Verbundwerkstoff mit einem protonenleitfähigen Material durchsetzt ist, das geeignet ist selektiv Protonen durch die Membran zu leiten, und wobei die Anodenschicht und die Kathodenschicht porös sind und jeweils einen Katalysator für die Anoden- und Kathodenreaktion, eine protonenleitfähige Komponente und gegebenenfalls einen Katalysatorträger umfassen.26. Flexible membrane electrode assembly for a fuel cell, with an electrical conductive anode and cathode layers, each on opposite Pages one for the reaction components of the fuel cell reaction impermeable, proton conductive, flexible electrolyte membrane for one Fuel cell, in particular according to one of claims 1 to 16, provided are, the electrolyte membrane is a permeable composite material from a flexible, openwork, a glass and a support comprises porous ceramic material, wherein the composite material with a proton conductive material is interspersed, which is suitable selectively protons to pass through the membrane, and wherein the anode layer and the Are porous cathode layer and each have a catalyst for the anode and Cathode reaction, a proton conductive component and optionally comprise a catalyst carrier. 27. Membranelektrodeneinheit nach Anspruch 26, wobei die protonenleitfähige Komponente der Anoden- und/oder Kathodenschicht und/oder das protonenleitfähige Material des Verbundwerkstoffs jeweils umfasst
  • a) eine immobilisierte Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon, sowie gegebenenfalls ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium und/oder Phosphor, und/oder
  • b) eine Brönstedsäure und ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor sowie gegebenenfalls
  • c) anorganische Oxide, Phosphate, Phosphide, Phosphonate, Sulfate, Sulfonate, Vanadate, Antimonate, Stannate, Plumbate, Chromate, Wolframate, Molybdate, Manganate, Titanate, Silikate, Alumosilikate und Aluminate der Elemente Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium, Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, Yttrium, Phosphor Vanadium, Wolfram, Molybdän, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink
    oder Cerium oder einer Kombination dieser Elemente,
und das protonenleitfähige Material des Verbundwerkstoffs gegebenenfalls eine ionische Flüssigkeit, die eine Brönstedsäure enthalten kann, umfasst.
27. The membrane electrode assembly according to claim 26, wherein the proton-conductive component of the anode and / or cathode layer and / or the proton-conductive material of the composite material each comprises
  • a) an immobilized hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof, and optionally an oxide of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus, and / or
  • b) a Bronsted acid and an oxide of aluminum, silicon, titanium, zirconium, and / or phosphorus and optionally
  • c) inorganic oxides, phosphates, phosphides, phosphonates, sulfates, sulfonates, vanadates, antimonates, stannates, plumbates, chromates, tungstates, molybdates, manganates, titanates, silicates, aluminosilicates and aluminates of the elements lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, Aluminum, silicon, titanium, zirconium, yttrium, phosphorus vanadium, tungsten, molybdenum, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc
    or cerium or a combination of these elements,
and the proton conductive material of the composite optionally comprises an ionic liquid which may contain Bronsted acid.
28. Membranelektrodeneinheit nach Anspruch 27, wobei die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors oder ein Salz davon eine siliziumorganische Verbindung der allgemeinen Formeln
[{(RO)y(R2)z}aSi{R1-SO3 -}a]xMx+ (I)
oder
[(RO)y(R2)zSi{R1-Ob-P(OcR3)O2 -}a]xMx+ (II)
ist, wobei R1 für eine lineare oder verzweigte Alkyl- oder Alkylengruppe mit 1 bis 12 C-Atomen, eine Cycloalkylgruppe mit 5 bis 8 C-Atomen oder eine Einheit der allgemeinen Formeln
steht,
wobei n, m jeweils für eine ganze Zahl von 0 bis 6 steht,
M für H, NH4 oder ein Metall steht,
x = 1 bis 4,
y = 1 bis 3, z = 0 bis 2 und a = 1 bis 3 bedeuten, mit der Maßgabe, dass y + z = 4 - a ist,
b, c = 0 oder 1,
R, R2 gleich oder verschieden sind und für Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butylreste oder H stehen
und
R3 für M oder einen Methyl-, Ethyl-, Propyl- oder Butylrest steht.
28. The membrane electrode assembly according to claim 27, wherein the hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof is an organosilicon compound of the general formulas
[{(RO) y (R 2 ) z } a Si {R 1 -SO 3 - } a ] x M x + (I)
or
[(RO) y (R 2 ) z Si {R 1 -O b -P (O c R 3 ) O 2 - } a ] x M x + (II)
, where R 1 is a linear or branched alkyl or alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 8 carbon atoms or a unit of the general formulas
stands,
where n, m each represents an integer from 0 to 6,
M represents H, NH 4 or a metal,
x = 1 to 4,
y = 1 to 3, z = 0 to 2 and a = 1 to 3, with the proviso that y + z = 4 - a,
b, c = 0 or 1,
R, R 2 are the same or different and stand for methyl, ethyl, propyl, butyl radicals or H.
and
R 3 represents M or a methyl, ethyl, propyl or butyl radical.
29. Membranelektrodeneinheit nach Anspruch 28, wobei die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors Trihydroxysilylpropylsulfonsäure, Trihydroxysilylpropylmethylphosphonsäure oder Dihydroxysilylpropyl­ sulfondisäure ist.29. The membrane electrode assembly according to claim 28, wherein the hydroxysilylalkyl acid sulfur or phosphorus trihydroxysilylpropylsulfonic acid, Trihydroxysilylpropylmethylphosphonic acid or dihydroxysilylpropyl is sulfondioic acid. 30. Membranelektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors oder ein Salz davon mit einer hydrolysierten Verbindung des Phosphors oder einem hydrolisierten Nitrat, Oxynitrat, Chlorid, Oxychlorid, Carbonat, Alkoholat, Acetat, Acetylacetonat eines Metalls oder Halbmetalls immobilisiert ist.30. Membrane electrode unit according to one of claims 27 to 29, characterized characterized in that the hydroxysilylalkyl acid of sulfur or Phosphorus or a salt thereof with a hydrolyzed compound of Phosphorus or a hydrolyzed nitrate, oxynitrate, chloride, oxychloride, Carbonate, alcoholate, acetate, acetylacetonate of a metal or semimetal is immobilized. 31. Membranelektrodeneinheit nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder des Phosphors oder ein Salz davon mit einer hydrolysierten Verbindung, erhalten aus Diethylphosphit (DEP), Diethylethylphosphonat (DEEP), Titanpropylat, Titanethylat, Tetraethylorthosilikat (TEOS) oder Tetramethylorthosilikat (TMOS), Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat oder Zirkoniumacetylacetonat oder Phosphorsäuremethylester immobilisiert ist.31. Membrane electrode unit according to claim 30, characterized in that the hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt of which with a hydrolyzed compound obtained from diethyl phosphite (DEP), Diethyl ethyl phosphonate (DEEP), titanium propylate, titanium ethylate, Tetraethyl orthosilicate (TEOS) or tetramethyl orthosilicate (TMOS), Zirconium nitrate, zirconium oxynitrate, zirconium propylate, zirconium acetate or Zirconium acetylacetonate or methyl phosphorate is immobilized. 32. Membranelektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der mit einem protonenleitfähigen Material durchsetzte Verbundstoff zusätzlich eine ionische Flüssigkeit enthält, die ein Kation umfasst, das ausgewählt ist, aus den Imidazoliumionen, Pyridiniumionen, Ammoniumionen oder Phosphoniumionen der folgenden Formeln:
wobei R und R' gleich oder verschieden sein können und für Alkyl-, Olefin- oder Aryl-Grppen stehen oder für Wasserstoff stehen,
und wobei die ionische Flüssigkeit ein Anion umfasst, das ausgewählt ist aus folgenden Ionen: Nitrat, Sulfat, Hydrogensulfat, Chloroaluminationen, BF4 -, Alkyl-Borat-Ionen, vorzugsweise Triethylhexylborat, Halogeno-Phosphat-Ionen, vorzugsweise PF6 -.
32. Membrane electrode unit according to one of claims 26 to 31, characterized in that the composite permeated with a proton-conductive material additionally contains an ionic liquid which comprises a cation which is selected from the imidazolium ions, pyridinium ions, ammonium ions or phosphonium ions of the following formulas:
where R and R 'can be identical or different and stand for alkyl, olefin or aryl groups or stand for hydrogen,
and wherein the ionic liquid comprises an anion which is selected from the following ions: nitrate, sulfate, hydrogen sulfate, chloroaluminations, BF 4 - , alkyl borate ions, preferably triethylhexyl borate, halogenophosphate ions, preferably PF 6 - .
33. Membranelektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 26 bis 32, die bei einer Temperatur von mindestens 80°C, vorzugsweise bei mindestens 120°C, und ganz besonders bevorzugt bei mindestens 140°C betrieben werden kann.33. Membrane electrode unit according to one of claims 26 to 32, which in a Temperature of at least 80 ° C, preferably at least 120 ° C, and can very particularly preferably be operated at at least 140 ° C. 34. Membranelektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 26 bis 33, wobei der flexible, durchbrochene Träger ein säurefestes Glas umfasst.34. Membrane electrode unit according to one of claims 26 to 33, wherein the flexible, openwork straps include an acid-proof glass. 35. Membranelektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 26 bis 34, das einen Biegeradius von mindestens 100 mm, vorzugsweise von mindestens 20 mm, ganz besonders bevorzugt von mindestens 5 mm toleriert.35. Membrane electrode unit according to one of claims 26 to 34, the one Bending radius of at least 100 mm, preferably of at least 20 mm, very particularly preferably tolerated by at least 5 mm. 36. Membranelektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 26 bis 35, wobei die protonenleitfähige Komponente der Anodenschicht und Kathodenschicht und das protonenleitfähige Material der Elektrolytmembran die gleiche Zusammensetzung aufweisen.36. Membrane electrode unit according to one of claims 26 to 35, wherein the proton conductive component of the anode layer and cathode layer and the proton conductive material of the electrolyte membrane is the same Have composition. 37. Membranelektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 26 bis 36, wobei die Anodenschicht und die Kathodenschicht die gleiche Zusammensetzung aufweisen.37. Membrane electrode unit according to one of claims 26 to 36, wherein the  Anode layer and the cathode layer have the same composition exhibit. 38. Membranelektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 26 bis 36, wobei die Anodenschicht und die Kathodenschicht unterschiedliche Katalysatoren aufweisen.38. Membrane electrode unit according to one of claims 26 to 36, wherein the Anode layer and the cathode layer different catalysts exhibit. 39. Membranelektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 26 bis 38, wobei der Katalysatorträger in der Anodenschicht und in der Kathodenschicht elektrisch leitfähig ist.39. Membrane electrode unit according to one of claims 26 to 38, wherein the Catalyst carrier in the anode layer and in the cathode layer electrically is conductive. 40. Verfahren zur Herstellung einer Membranelektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 26 bis 39, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst,
  • A) Bereitstellung einer für die Reaktionskomponenten der Brennstoffzellenreaktion undurchlässigen, protonenleitfähigen, flexiblen Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Elektrolytmembran einen stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff aus einem flexiblen, durchbrochenen, ein Glas umfassenden Träger und einem porösen Keramikmaterial, wobei der Verbundwerkstoff mit einem protonenleitfähigen Material durchsetzt ist, das geeignet ist selektiv Protonen durch die Membran zu leiten, umfasst,
  • B) Bereitstellung jeweils eines Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht und einer Kathodenschicht, wobei das Mittel jeweils umfasst:
    • 1. eine kondensierbare Komponente, die nach der Kondensation der Elektrodenschicht Protonenleitfähigkeit verleiht,
    • 2. einen Katalysator, der die Anodenreaktion bzw. die Kathoden­ reaktion katalysiert, oder eine Vorstufenverbindung des Katalysators,
    • 3. gegebenenfalls einen Träger und
    • 4. gegebenenfalls einen Porenbildner,
  • C) Aufbringen der Mittel aus Stufe (B) auf jeweils eine Seite der Elektrolytmembran aus Stufe (A) zur Bildung einer Beschichtung,
  • D) Schaffung eines festen Verbundes zwischen den Beschichtungen und der Elektrolytmembran unter Ausbildung einer porösen, protonenleitfähigen Anodenschicht oder Kathodenschicht, wobei die Ausbildung der Anodenschicht und der Kathodenschicht gleichzeitig oder nacheinander erfolgen kann.
40. A method for producing a membrane electrode unit according to one of claims 26 to 39, the method comprising the following steps,
  • A) Providing a proton-conductive, flexible electrolyte membrane for a fuel cell, which is impermeable to the reaction components of the fuel cell reaction, in particular according to one of claims 1 to 16, wherein the electrolyte membrane is a permeable composite material made of a flexible, perforated, glass-containing carrier and a porous ceramic material, wherein the composite material is permeated with a proton-conductive material which is suitable for selectively guiding protons through the membrane,
  • B) Provision in each case of an agent for producing an anode layer and a cathode layer, the agent in each case comprising:
    • 1. a condensable component which gives proton conductivity after the condensation of the electrode layer,
    • 2. a catalyst which catalyzes the anode reaction or the cathode reaction, or a precursor compound of the catalyst,
    • 3. optionally a carrier and
    • 4. if necessary, a pore former,
  • C) applying the agents from stage (B) to one side of the electrolyte membrane from stage (A) to form a coating,
  • D) Creation of a firm bond between the coatings and the electrolyte membrane with the formation of a porous, proton-conductive anode layer or cathode layer, it being possible for the anode layer and the cathode layer to be formed simultaneously or in succession.
41. Verfahren nach Anspruch 40, wobei das Aufbringen des Mittels in Schritt (C) durch Aufdrucken, Aufpressen, Einpressen, Aufrollen, Aufrakeln, Aufstreichen, Tauchen, Spritzen oder Aufgießen erfolgt.41. The method of claim 40, wherein the application of the agent in step (C) by printing, pressing on, pressing in, rolling up, knife coating, spreading on, Dipping, spraying or pouring takes place. 42. Verfahren nach einem der Ansprüche 40 oder 41, wobei das Mittel gemäß Schritt (B) zur Herstellung einer Anodenschicht oder einer Kathodenschicht eine Suspension ist, die erhältlich ist durch
  • 1. Herstellung eines Hydrosols, umfassend eine Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors bzw. deren Salz und
    gegebenenfalls eine die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors bzw. deren Salz immobilisierende hydrolysierbare Verbindung des Phosphors
    oder ein hydrolisierbares Nitrat, Oxynitrat, Chlorid, Oxychlorid, Carbonat, Alkoholat, Acetat, Acetylacetonat eines Metalls oder Halbmetalls, vorzugsweise Phosphorsäuremethylester, Diethylphosphit (DEP), Diethylethylphosphonat (DEEP), Titanpropylat, Titanethylat, Tetraethylorthosilikat (TEOS) oder Tetramethylorthosilikat (TMOS), Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat oder Zirkoniumacetylacetonat,
  • 2. Dispergieren des Katalysators und gegebenenfalls des Katalysatorträgers und Porenbildners.
42. The method according to any one of claims 40 or 41, wherein the agent according to step (B) for producing an anode layer or a cathode layer is a suspension which is obtainable by
  • 1. Preparation of a hydrosol comprising a hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or its salt and
    optionally a hydrolyzable compound of phosphorus that immobilizes the hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or its salt
    or a hydrolyzable nitrate, oxynitrate, chloride, oxychloride, carbonate, alcoholate, acetate, acetylacetonate of a metal or semimetal, preferably methyl phosphorate, diethylphosphite (DEP), diethylethylphosphonate (DEEP), titanium propylate, titanium ethylate, tetraethyl orthosilicate (TEOS) or tetraethyl orthosilicate (TEOS) or Zirconium nitrate, zirconium oxynitrate, zirconium propylate, zirconium acetate or zirconium acetylacetonate,
  • 2. Dispersing the catalyst and, if appropriate, the catalyst support and pore former.
43. Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 42, wobei das Mittel gemäß Schritt (B) zur Herstellung einer Anodenschicht oder einer Kathodenschicht eine Suspension ist, die erhältlich ist durch
  • 1. Hydrolyse einer hydrolysierbaren Verbindung zu einem Hydrolysat, wobei die hydrolysierbare Verbindung ausgewählt ist aus einer hydrolysierbaren Verbindung des Phosphors oder
    hydrolysierbaren Nitraten, Oxynitraten, Chloriden, Oxychloriden, Carbonaten, Alkoholaten, Acetaten, Acetylacetonaten eines Metalls oder Halbmetalls, vorzugsweise Aluminiumalkoholaten, Vanadium­ alkoholaten, Titanpropylat, Titanethylat, Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat oder
    Zirkoniumacetylacetonat, oder
    Metallsäuren des Aluminiums, Siliziums, Titans, Vanadiums, Antimons, Zinns, Bleis, Chroms, Wolframs, Molybdäns, Mangans, wobei Wolframphosphorsäure und Siliziumwolframsäure bevorzugt ist,
  • 2. Peptisierung des Hydrolysats mit einer Säure zu einer Dispersion,
  • 3. Vermischen der Dispersion mit einem nanokristallinen und/oder kristallinen Metalloxid, vorzugsweise Al2O3-, ZrO2-, TiO2- oder SiO2- Pulver,
  • 4. Dispergieren des Katalysators und gegebenenfalls des Trägers und Porenbildners.
43. The method according to any one of claims 40 to 42, wherein the agent according to step (B) for producing an anode layer or a cathode layer is a suspension which is obtainable by
  • 1. hydrolysis of a hydrolyzable compound to a hydrolyzate, the hydrolyzable compound being selected from a hydrolyzable compound of phosphorus or
    hydrolyzable nitrates, oxynitrates, chlorides, oxychlorides, carbonates, alcoholates, acetates, acetylacetonates of a metal or semimetal, preferably aluminum alcoholates, vanadium alcoholates, titanium propylate, titanium ethylate, zirconium nitrate, zirconium oxynitrate, zirconium propylate, zirconium acetate or
    Zirconium acetylacetonate, or
    Metal acids of aluminum, silicon, titanium, vanadium, antimony, tin, lead, chromium, tungsten, molybdenum, manganese, with tungsten phosphoric acid and silicon tungsten acid being preferred,
  • 2. peptizing the hydrolyzate with an acid to give a dispersion,
  • 3. Mixing the dispersion with a nanocrystalline and / or crystalline metal oxide, preferably Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 or SiO 2 powder,
  • 4. Dispersing the catalyst and optionally the carrier and pore former.
44. Verfahren nach Anspruch 42 oder 43, wobei die Mittel zur Herstellung einer Anodenschicht und einer Kathodenschicht in Schritt (C) aufgedruckt werden und zur Schaffung eines festen Verbundes zwischen den Beschichtungen und der Elektrolytmembran unter Ausbildung einer porösen, protonenleitfähigen Anodenschicht oder Kathodenschicht in Schritt (D) auf eine Temperatur von 100 bis 800°C, vorzugsweise 150 bis 500°C, ganz besonders bevorzugt 180 bis 250°C erwärmt wird.44. The method of claim 42 or 43, wherein the means for producing a Anode layer and a cathode layer are printed in step (C) and to create a firm bond between the coatings and the electrolyte membrane to form a porous, proton-conductive Anode layer or cathode layer in step (D) to a temperature of 100 to 800 ° C, preferably 150 to 500 ° C, most preferably 180  is heated to 250 ° C. 45. Verfahren nach Anspruch 40 oder 41, gekennzeichnet durch
  • 1. Aufbringen des Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht oder Kathodenschicht auf eine Stützmembran, vorzugsweise aus Polytretrafluorethylen, als Beschichtung
  • 2. Antrocknen der unter (M1) erhaltenen Beschichtung,
  • 3. Aufpressen der angetrockneten Beschichtung auf die Elektrolytmembran bei einer Temperatur von 100 bis 800°C, vorzugsweise 150 bis 500°C, ganz besonders bevorzugt 180 bis 250°C,
  • 4. Entfernen der Stützmembran insbesondere durch mechanisches Ablösen, chemisches Auflösen, oder Pyrolisieren oder
gekennzeichnet durch
  • 1. Aufbringen des Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht oder Kathodenschicht auf eine Stützmembran, vorzugsweise aus Kohlepapier oder einem elektrisch leitfähigen Vlies, als Beschichtung,
  • 2. Antrocknen der unter (N1) erhaltenen Beschichtung zur Herstellung einer beschichteten Stützmembran,
  • 3. Aufpressen der beschichteten Stützmembran auf die Elektrolytmembran bei einer Temperatur von Raumtemperatur bis 800°C, vorzugsweise 150 bis 500°C, ganz besonders bevorzugt 180 bis 250°C.
45. The method according to claim 40 or 41, characterized by
  • 1. Application of the agent for producing an anode layer or cathode layer to a support membrane, preferably made of polytretrafluoroethylene, as a coating
  • 2. drying of the coating obtained under (M1),
  • 3. pressing the dried coating onto the electrolyte membrane at a temperature of 100 to 800 ° C., preferably 150 to 500 ° C., very particularly preferably 180 to 250 ° C.,
  • 4. Removing the support membrane, in particular by mechanical detachment, chemical dissolving, or pyrolyzing or
marked by
  • 1. applying the agent for producing an anode layer or cathode layer to a support membrane, preferably made of carbon paper or an electrically conductive fleece, as a coating,
  • 2. drying of the coating obtained under (N1) to produce a coated support membrane,
  • 3. Pressing the coated support membrane onto the electrolyte membrane at a temperature from room temperature to 800 ° C., preferably 150 to 500 ° C., very particularly preferably 180 to 250 ° C.
46. Verfahren nach einem der Ansprüche 40 oder 41, wobei in Schritt (B) bei der Bereitstellung jeweils eines Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht und einer Kathodenschicht das Mittel jeweils umfasst:
  • 1. eine kondensierbare Komponente, die nach der Kondensation der Elektrodenschicht Protonenleitfähigkeit verleiht und
  • 2. ein Katalysatormetallsalz, vorzugsweise Hexachloroplatinsäure,
nach dem Aufbringen der Mittel durch Schritt (C) das Katalysatormetallsalz zu einem Katalysator, der die Anodenreaktion oder die Kathodenreaktion katalysiert, reduziert wird,
in Schritt (D) eine offenporige Gasdiffusionselektrode, vorzugsweise ein offenporiges Kohlepapier, auf den Katalysator aufgepresst oder mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff auf den Katalysator geklebt wird.
46. The method according to any one of claims 40 or 41, wherein in step (B) in each case providing an agent for producing an anode layer and a cathode layer, the agent each comprises:
  • 1. a condensable component which gives proton conductivity after the condensation of the electrode layer and
  • 2. a catalyst metal salt, preferably hexachloroplatinic acid,
after the application of the agents by step (C), the catalyst metal salt is reduced to a catalyst which catalyzes the anode reaction or the cathode reaction,
in step (D) an open-pore gas diffusion electrode, preferably an open-pore carbon paper, is pressed onto the catalyst or is glued to the catalyst with an electrically conductive adhesive.
47. Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 46, wobei das Aufbringen des Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht oder Kathodenschicht wiederholt durchgeführt wird und gegebenenfalls ein Trocknungsschritt, vorzugsweise bei einer erhöhten Temperatur in einem Bereich von 100 bis 200°C, zwischen der wiederholten Durchführung des Aufbringens erfolgt.47. The method according to any one of claims 40 to 46, wherein the application of the Repeated by means of producing an anode layer or cathode layer is carried out and optionally a drying step, preferably at an elevated temperature in a range of 100 to 200 ° C, between the repeated application is carried out. 48. Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 47, wobei das Aufbringen des Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht oder Kathodenschicht auf eine von einer ersten Rolle abgerollten flexiblen Elektrolytmembran oder flexiblen Stützmembran erfolgt.48. The method according to any one of claims 40 to 47, wherein the application of the Means for producing an anode layer or cathode layer on one of a first roll of unrolled flexible electrolyte membrane or flexible Support membrane is made. 49. Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 48, wobei das Aufbringen des Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht oder Kathodenschicht kontinuierlich erfolgt.49. The method according to any one of claims 40 to 48, wherein the application of the Means for producing an anode layer or cathode layer done continuously. 50. Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 49, wobei das Aufbringen des Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht oder Kathodenschicht auf eine erwärmte Elektrolyt- oder Stützmembran erfolgt.50. The method according to any one of claims 40 to 49, wherein the application of the Means for producing an anode layer or cathode layer on a heated electrolyte or support membrane. 51. Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 50, wobei in Schritt (D) zur Schaffung eines festen Verbundes zwischen den Beschichtungen und der Elektrolytmembran auf eine Temperatur von 100 bis 800°C, vorzugsweise 150 bis 500°C, ganz besonders bevorzugt 180 bis 250°C erwärmt wird.51. The method according to any one of claims 40 to 50, wherein in step (D) for Creation of a firm bond between the coatings and the Electrolyte membrane to a temperature of 100 to 800 ° C, preferably 150 is heated to 500 ° C, very particularly preferably 180 to 250 ° C. 52. Verfahren nach Anspruch 51, wobei mittels erwärmter Luft, Heißluft, Infrarotstrahlung oder Mikrowellenstrahlung erwärmt wird.52. The method according to claim 51, wherein by means of heated air, hot air,  Infrared radiation or microwave radiation is heated. 53. Mittel, umfassend:
  • 1. eine kondensierbare Komponente, die nach der Kondensation einer Anodenschicht oder einer Kathodenschicht einer Membran­ elektrodeneinheit einer Brennstoffzelle Protonenleitfähigkeit verleiht,
  • 2. einen Katalysator, der die Anodenreaktion oder die Kathoden-reaktion in einer Brennstoffzelle katalysiert, oder eine Vorläuferverbindung des Katalysators,
  • 3. gegebenenfalls einen Katalysatorträger und
  • 4. gegebenenfalls einen Porenbildner, und
  • 5. gegebenenfalls Additive zur Verbesserung von Schaumverhalten, Viskosität und Haftung.
53. Medium comprising:
  • 1. a condensable component which gives proton conductivity to a fuel cell after condensation of an anode layer or a cathode layer of a membrane electrode unit,
  • 2. a catalyst which catalyzes the anode reaction or the cathode reaction in a fuel cell, or a precursor compound of the catalyst,
  • 3. optionally a catalyst support and
  • 4. optionally a pore former, and
  • 5. optionally additives to improve foam behavior, viscosity and adhesion.
54. Mittel nach Anspruch 53, wobei die kondensierbare Komponente, die nach der Kondensation der Anodenschicht oder der Kathodenschicht Protonenleitfähigkeit verleiht, ausgewählt ist aus
  • A) hydrolysierbaren Verbindung des Phosphors oder hydrolysierbaren Nitraten, Oxynitraten, Chloriden, Oxychloriden, Carbonaten, Alkoholaten, Acetaten, Acetylacetonaten eines Metalls oder Halbmetalls, vorzugsweise Aluminiumalkoholaten, Vanadium­ alkoholaten, Titanpropylat, Titanethylat, Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat oder Zirkoniumacetylacetonat, oder
    Metallsäuren des Aluminiums, Titans, Vanadiums, Antimons, Zinns, Bleis, Chroms, Wolframs, Molybdäns, Mangans, wobei Wolfram­ phosphorsäure bevorzugt ist,
    und/oder
  • B) einer immobilisierbaren Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon und gegebenenfalls einer die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors bzw. deren Salz immobilisierende hydrolysierbare Verbindung des Phosphors oder einem hydrolisierbaren Nitrat, Oxynitrat, Chlorid, Oxychlorid, Carbonat, Alkoholat, Acetat, Acetylacetonat eines Metalls oder Halbmetalls, vorzugsweise Diethylphosphonat (DEP), Diethylethylphosphonat (DEEP), Phosphorsäuremethylester, Titanpropylat, Titanethylat, Tetraethylorthosilikat (TEOS) oder Tetramethylorthosilikat (TMOS), Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat oder Zirkoniumacetylacetonat.
54. A composition according to claim 53, wherein the condensable component which gives proton conductivity to the anode layer or the cathode layer after the condensation is selected from
  • A) hydrolyzable compound of phosphorus or hydrolyzable nitrates, oxynitrates, chlorides, oxychlorides, carbonates, alcoholates, acetates, acetylacetonates of a metal or semimetal, preferably aluminum alcoholates, vanadium alcoholates, titanium propylate, titanium ethylate, zirconium nitrate, zirconium oxynitate or zirconium propyl acetate
    Metal acids of aluminum, titanium, vanadium, antimony, tin, lead, chromium, tungsten, molybdenum, manganese, with tungsten phosphoric acid being preferred,
    and or
  • B) an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof and optionally a hydrolysable compound of the phosphorus or a hydrolyzable nitrate, oxynitrate, chloride, oxychloride, carbonate, alcoholate, acetate, acetylacetonate one of the hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or its salt Metal or semimetal, preferably diethylphosphonate (DEP), diethylethylphosphonate (DEEP), phosphoric acid methyl ester, titanium propylate, titanium ethylate, tetraethylorthosilicate (TEOS) or tetramethylorthosilicate (TMOS), zirconium nitrate, zirconium oxynitrate, zirconium propyl acetate, zirconium propyl acetate.
55. Mittel nach Anspruch 53 oder 54, bei dem der Katalysator oder die Vorläuferverbindung des Katalysators ein Platinmetall oder eine Legierung von Platinmetallen und gegebenenfalls einen Cokatalysator umfasst, wobei der Cokatalysator ein Übergangsmetallkomplex des Phtalocyanins oder substituierter Phthalocyanine ist.55. Agent according to claim 53 or 54, in which the catalyst or Precursor compound of the catalyst is a platinum metal or an alloy of Platinum metals and optionally a cocatalyst, wherein the Cocatalyst a transition metal complex of phthalocyanine or substituted phthalocyanines. 56. Mittel nach Anspruch 55, bei dem der Katalysator oder die Vorläuferverbindung des Katalysators Platin, Palladium und/oder Ruthenium umfasst und gegebenenfalls der Übergansmetallkomplex Nickel und/oder Kobalt umfasst.56. Agent according to claim 55, in which the catalyst or the precursor compound of the catalyst comprises platinum, palladium and / or ruthenium and optionally the transition metal complex comprises nickel and / or cobalt. 57. Mittel nach einem der Ansprüche 53 bis 56, bei dem der Porenbildner ein organischer und/oder anorganischer Stoff ist, der sich bei einer Temperatur zwischen 50 und 600°C und vorzugsweise zwischen 100 und 250°C zersetzt.57. Agent according to one of claims 53 to 56, wherein the pore former organic and / or inorganic substance that is at a temperature decomposed between 50 and 600 ° C and preferably between 100 and 250 ° C. 58. Mittel nach Anspruch 57, bei dem der anorganische Porenbildner Ammoniumcarbonat oder Ammoniumbicarbonat ist.58. Agent according to claim 57, in which the inorganic pore former Is ammonium carbonate or ammonium bicarbonate. 59. Mittel nach einem der Ansprüche 53 bis 54, wobei der Katalysatorträger elektrisch leitfähig ist und vorzugsweise aus Ruß, Graphit, Kohle, Kohlenstoff, Aktivkohle oder Metalloxiden besteht. 59. Agent according to one of claims 53 to 54, wherein the catalyst support is electrically conductive and preferably made of carbon black, graphite, carbon, carbon, Activated carbon or metal oxides.   60. Verwendung einer Elektrolytmembran gemäß einer der Ansprüche 1 bis 16 in einer Brennstoffzelle.60. Use of an electrolyte membrane according to one of claims 1 to 16 in a fuel cell. 61. Verwendung nach Anspruch 61, wobei die Brennstoffzelle eine Direkt­ methanol-Brennstoffzelle oder eine Reformat-Brennstoffzelle ist.61. Use according to claim 61, wherein the fuel cell is a direct methanol fuel cell or a reformate fuel cell. 62. Verwendung einer Elektrolytmembran gemäß einer der Ansprüche 1 bis 16 zur Herstellung einer Membranelektrodeneinheit, einer Brennstoffzelle, oder eines Brennstoffzellenstacks.62. Use of an electrolyte membrane according to one of claims 1 to 16 for Manufacture of a membrane electrode assembly, a fuel cell, or one Fuel cell stacks. 63. Verwendung einer Membranelektrodeneinheit gemäß einem der Ansprüche 26 bis 39 in einer Brennstoffzelle.63. Use of a membrane electrode assembly according to one of claims 26 to 39 in a fuel cell. 64. Verwendung nach Anspruch 63, wobei die Brennstoffzelle eine Direkt­ methanol-Brennstoffzelle oder eine Reformat-Brennstoffzelle ist.64. Use according to claim 63, wherein the fuel cell is a direct methanol fuel cell or a reformate fuel cell. 65. Brennstoffzelle mit einer Elektrolytmembran gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16.65. Fuel cell with an electrolyte membrane according to one of claims 1 to 16th 66. Brennstoffzelle mit einer Membranelektrodeneinheit gemäß einem der Ansprüche 26 bis 39.66. Fuel cell with a membrane electrode unit according to one of the Claims 26 to 39. 67. Mobiles oder stationäres System mit einer Membranelektrodeneinheit, einer Brennstoffzelle oder einem Brennstoffzellenstack, enthaltend eine Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 16 oder eine Membranelektrodeneinheit gemäß einem der Ansprüche 26 bis 39.67. Mobile or stationary system with a membrane electrode assembly, one Fuel cell or a fuel cell stack containing one Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 16 or one Membrane electrode unit according to one of claims 26 to 39. 68. Mobiles oder stationäres System nach Anspruch 67, das ein Fahrzeug oder ein Hausenergiesystem ist.68. Mobile or stationary system according to claim 67, which is a vehicle or a Home energy system is.
DE10115928A 2001-03-30 2001-03-30 Electrolyte membrane, this comprehensive membrane electrode assembly, manufacturing method and special uses Withdrawn DE10115928A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10115928A DE10115928A1 (en) 2001-03-30 2001-03-30 Electrolyte membrane, this comprehensive membrane electrode assembly, manufacturing method and special uses
PCT/EP2002/001550 WO2002080297A2 (en) 2001-03-30 2002-02-14 Electrolyte membrane, membrane electrode units comprising the same, method for the production thereof and specific uses therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10115928A DE10115928A1 (en) 2001-03-30 2001-03-30 Electrolyte membrane, this comprehensive membrane electrode assembly, manufacturing method and special uses

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10115928A1 true DE10115928A1 (en) 2002-10-10

Family

ID=7679780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10115928A Withdrawn DE10115928A1 (en) 2001-03-30 2001-03-30 Electrolyte membrane, this comprehensive membrane electrode assembly, manufacturing method and special uses

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10115928A1 (en)
WO (1) WO2002080297A2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004049472A2 (en) * 2002-11-26 2004-06-10 Degussa Ag Separator with long-term stability for an electrochemical cell
EP1565950A2 (en) * 2002-11-26 2005-08-24 Degussa AG Separator provided with asymmetrical pore structures for an electrochemical cell
DE102010044794A1 (en) 2009-09-09 2011-03-17 BLüCHER GMBH Fuel cell for fuel cell arrangement has electrode and associated electrolyte, where electrode has porous planar formation of fibers that stay in connection with electrolyte
DE102010034949B4 (en) * 2009-08-26 2017-04-06 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Stannate additive for improving the durability of proton exchange membranes for H2-air fuel cells
CN112939575A (en) * 2021-01-29 2021-06-11 哈尔滨工业大学 Method for rapidly preparing manganese-cobalt spinel coating by microwave mixing and heating
CN114613944A (en) * 2022-03-25 2022-06-10 华侨大学 Method for preparing solid-state battery electrode through microwave process

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10208279A1 (en) * 2002-02-26 2003-10-23 Creavis Tech & Innovation Gmbh Flexible electrolyte membrane based on a carrier comprising polymer fibers, process for their production and the use thereof
CN100578684C (en) * 2004-09-30 2010-01-06 中国科学院电工研究所 Solid electrolyte film and its preparation method
CN1835263B (en) * 2005-03-18 2010-05-12 上海世龙科技有限公司 Method of preparing fuel cell electrocatalyst
GB2491359B (en) * 2011-05-31 2018-01-17 Mclaren Automotive Ltd Composite Material
DE102013200722A1 (en) 2012-01-30 2013-08-01 Evonik Litarion Gmbh Separator containing an organic-inorganic adhesion promoter component
KR101954082B1 (en) 2017-09-14 2019-03-05 한국세라믹기술원 Purification method of plasmid deoxyribonucleic acid
CN108610047B (en) * 2018-05-24 2021-04-30 电子科技大学 Ultralow temperature sintered microwave ceramic material and preparation method thereof
CN111261859B (en) * 2020-01-21 2021-04-27 山东大学 Metal phosphide/carbon composite material and preparation method and application thereof

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3210096A1 (en) * 1982-03-19 1983-09-29 Max Planck Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V., 3400 Göttingen Solid proton conductor and its use
DE3812813A1 (en) * 1988-04-16 1989-06-15 Mtu Friedrichshafen Gmbh Fuel cell working electrochemically
DE19611510A1 (en) * 1996-03-23 1997-09-25 Degussa Gas diffusion electrode for membrane fuel cells and process for their manufacture
US6444343B1 (en) * 1996-11-18 2002-09-03 University Of Southern California Polymer electrolyte membranes for use in fuel cells
US5879828A (en) * 1997-10-10 1999-03-09 Minnesota Mining And Manufacturing Company Membrane electrode assembly
US6468684B1 (en) * 1999-01-22 2002-10-22 California Institute Of Technology Proton conducting membrane using a solid acid

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1565950B1 (en) * 2002-11-26 2019-08-07 Evonik Degussa GmbH Separator provided with asymmetrical pore structures for an electrochemical cell
DE10255121B4 (en) * 2002-11-26 2017-09-14 Evonik Degussa Gmbh Separator with asymmetric pore structure for an electrochemical cell
EP1565950A2 (en) * 2002-11-26 2005-08-24 Degussa AG Separator provided with asymmetrical pore structures for an electrochemical cell
JP2006507636A (en) * 2002-11-26 2006-03-02 デグサ アクチエンゲゼルシャフト Long-time stable separator for electrochemical cells
WO2004049472A2 (en) * 2002-11-26 2004-06-10 Degussa Ag Separator with long-term stability for an electrochemical cell
CN1717821B (en) * 2002-11-26 2010-04-28 德古萨公司 Separator with long-term stability for an electrochemical cell
WO2004049472A3 (en) * 2002-11-26 2005-02-03 Creavis Tech & Innovation Gmbh Separator with long-term stability for an electrochemical cell
JP4651006B2 (en) * 2002-11-26 2011-03-16 エボニック デグサ ゲーエムベーハー Long-time stable separator for electrochemical cells
US7682731B2 (en) 2002-11-26 2010-03-23 Degussa Ag Separator with long-term stability for an electrochemical cell
US8016896B2 (en) 2002-11-26 2011-09-13 Evonik Degussa Gmbh Separator with long-term stability for an electrochemical cell
DE102010034949B4 (en) * 2009-08-26 2017-04-06 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Stannate additive for improving the durability of proton exchange membranes for H2-air fuel cells
DE102010044794A1 (en) 2009-09-09 2011-03-17 BLüCHER GMBH Fuel cell for fuel cell arrangement has electrode and associated electrolyte, where electrode has porous planar formation of fibers that stay in connection with electrolyte
DE202010012377U1 (en) 2009-09-09 2011-08-04 BLüCHER GMBH fuel cell
CN112939575A (en) * 2021-01-29 2021-06-11 哈尔滨工业大学 Method for rapidly preparing manganese-cobalt spinel coating by microwave mixing and heating
CN114613944A (en) * 2022-03-25 2022-06-10 华侨大学 Method for preparing solid-state battery electrode through microwave process
CN114613944B (en) * 2022-03-25 2023-11-21 华侨大学 Method for preparing solid-state battery electrode through microwave process

Also Published As

Publication number Publication date
WO2002080297A3 (en) 2003-02-20
WO2002080297A2 (en) 2002-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1017476B1 (en) Ion-conducting composite which is permeable to matter, method for producing said composite, and use of the same
DE10061959A1 (en) Cation- / proton-conducting ceramic membrane infiltrated with an ionic liquid, process for its production and the use of the membrane
EP1532701B1 (en) Ion conducting battery separator for lithium batteries, method for the production and use thereof
DE10061920A1 (en) Cation- / proton-conducting ceramic membrane based on a hydroxysilyl acid, process for its production and the use of the membrane
DE60315209T2 (en) Solid electrolyte with pores of nanometer size
DE10115928A1 (en) Electrolyte membrane, this comprehensive membrane electrode assembly, manufacturing method and special uses
EP1671384B1 (en) Ceramic, flexible membrane providing improved adhesion to the support fleece
DE102010015745B4 (en) A method of coating a surface of a fuel cell plate
DE10208279A1 (en) Flexible electrolyte membrane based on a carrier comprising polymer fibers, process for their production and the use thereof
WO2005038946A2 (en) Ceramic separator for electrochemical cells with improved conductivity
DE10115927A1 (en) Electrolyte membrane, this comprehensive membrane electrode assembly, manufacturing method and special uses
DE10021106A1 (en) Polymeric membranes
DE10305267A1 (en) Solid electrolyte with high ionic conductivity and electrochemical system using the solid electrolyte
DE102005026572A1 (en) Solid electrolyte and electrochemical system comprising the solid electrolyte
DE10205852A1 (en) Electrolyte membrane with diffusion barrier, these comprehensive membrane electrode units, manufacturing processes and special uses
DE102006050090A1 (en) Oxygen reduction gas diffusion cathode has a porous electrically conductive substrate with diamond particles with hydrophobic coatings and catalytic particles in a fluorine resin binder
DE10205850A1 (en) Flexible electrolyte membrane based on a glass fabric, process for its production and the use thereof
EP1218954B1 (en) Membrane for a fuel cell and a method for producing the same
DE10315209A1 (en) Solid electrolyte with high ion conductivity
DE10205849A1 (en) Proton-conducting ceramic membranes based on zirconium phosphates, processes for their production and their use in MEAs and fuel cells
JP2004281271A (en) Electrolyte film and fuel cell using the electrolyte film
DE10208275A1 (en) Flexible electrolyte membrane based on a carrier comprising polymer fibers, process for their production and the use thereof
DE10254732A1 (en) Flexible membrane for fuel cells, e.g. for cars or domestic systems, comprises a porous composite support filled with polymer electrolyte, a porous substrate of glass or polymer fibres, and a porous ceramic coating
EP1673832B1 (en) Multilayered structures and methods for producing the same

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8139 Disposal/non-payment of the annual fee