DE102007008213A1

DE102007008213A1 - Gesteuerte Elektrodenüberlappungsarchitektur zur verbesserten MEA-Haltbarkeit

Info

Publication number: DE102007008213A1
Application number: DE102007008213A
Authority: DE
Inventors: James Leistra; Ronald L. James; David Dobulis
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2027-02-21
Also published as: US20070196718A1; DE102007008213B4; JP2007242609A; CN101026241A; CN101026241B; US7955750B2; JP4738362B2

Abstract

Eine Membranelektrodenanordnung umfasst eine Membranschicht, eine Kathoden- oder Anodenkatalysatorschicht benachbart einer Fläche der Membranschicht, eine Anoden- oder Kathodenkatalysatorschicht benachbart einer anderen Fläche der Membranschicht, eine Klebstoffschicht benachbart der anderen Fläche der Membranschicht, wobei die Klebstoffschicht an eine Fläche der Anoden- oder Kathodenkatalysatorschicht angrenzt, und eine Unterdichtungsschicht, die einen Randabschnitt aufweist, wobei die Unterdichtungsschicht sich benachbart einer Fläche der Klebstoffschicht befindet, wobei sich die Kathodenkatalysatorschicht und die Anodenkatalysatorschicht entlang einer Länge der Membranschicht relativ zu dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht erstrecken, wobei sich die Kathoden- oder Anodenkatalysatorschicht über eine größere Länge entlang der Länge der Membranschicht als die Anoden- oder Kathodenkatalysatorschicht relativ zu dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht erstreckt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Brennstoffzellen und insbesondere neue und verbesserte Membranelektrodenanordnungen, die eine gesteigerte Haltbarkeit aufweisen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Brennstoffzellen sind bei vielen Anwendungen als eine Energiequelle verwendet worden. Beispielsweise sind Brennstoffzellen zur Verwendung in elektrischen Fahrzeugantriebsanlagen als Ersatz für Verbrennungsmotoren vorgeschlagen worden. Bei Brennstoffzellen vom Protonenaustauschmembran-(PEM)-Typ wird Wasserstoff an die Anode der Brennstoffzelle geliefert und Sauerstoff als das Oxidationsmittel an die Kathode geliefert. PEM-Brennstoffzellen umfassen eine Membranelektrodenanordnung (MEA) mit einer dünnen protonendurchlässigen, nicht elektrisch leitenden Festpolymerelektrolytmembran, die auf einer ihrer Seiten den Anodenkatalysator und auf der entgegengesetzten Seite den Kathodenkatalysator aufweist. Die MEA ist schichtartig zwischen einem Paar elektrisch leitender Elemente angeordnet, die manchmal als die Gasdiffusionsmediumkomponenten bezeichnet werden und die: (1) als Stromkollektoren für die Anode und Kathode dienen; (2) geeignete Öffnungen darin zur Verteilung der gasförmigen Reaktanden der Brennstoffzelle über die Oberflächen der jeweiligen Anoden- und Kathodenkatalysatoren enthalten; (3) Produktwas serdampf oder flüssiges Wasser von der Elektrode an Strömungsfeldkanäle entfernen; (4) zur Wärmeabweisung wärmeleitend sind; und (5) eine mechanische Festigkeit besitzen. Der Begriff "Brennstoffzelle" wird typischerweise dazu verwendet, abhängig vom Kontext entweder eine einzelne Zelle oder eine Vielzahl von Zellen (beispielsweise einen Stapel) zu bezeichnen. Gewöhnlich werden eine Vielzahl einzelner Zellen miteinander gebündelt, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden, und werden gewöhnlich in Reihe angeordnet. Jede Zelle in dem Stapel umfasst die vorher beschriebene MEA, und jede derartige MEA liefert ihr Spannungsinkrement.

In PEM-Brennstoffzellen ist Wasserstoff (H₂) der Anodenreaktand (d.h. Brennstoff), und Sauerstoff ist der Kathodenreaktand (d.h. Oxidationsmittel). Der Sauerstoff kann entweder in reiner Form (O₂) oder als Luft (einer Mischung aus O₂ und N₂) vorliegen. Die Festpolymerelektrolyte bestehen typischerweise aus Ionentauscherharzen, wie perfluorierter Sulfonsäure. Die Anode/Kathode umfasst typischerweise fein geteilte katalytische Partikel, die oftmals auf Kohlenstoffpartikeln getragen und mit einem protonenleitenden Harz gemischt sind. Die katalytischen Partikel sind typischerweise teure Edelmetallpartikel. Diese Membranelektrodenanordnungen sind relativ teuer herzustellen und erfordern für einen effektiven Betrieb bestimmte Bedingungen, die ein richtiges Wassermanagement wie auch eine richtige Befeuchtung sowie eine Steuerung katalysatorschädigender Bestandteile, wie Kohlenmonoxid (CO), umfassen.

Beispiele der Technologie in Verbindung mit Brennstoffzellensystemen vom PEM-Typ und anderen damit in Verbindung stehenden Typen können unter Bezugnahme auf die gemeinsam übertragenen U.S. Patente Nrn. 3,985,578 von Witherspoon et al.; 5,272,017 von Swathirajan et al.; 5,624,769 von Li et al.; 5,776,624 von Neutzler; 6,103,409 von DiPierno Bosco et al.; 6,277,513 von Swathirajan et al.; 6,350,539 von Woods, III et al.; 6,372,376 von Fronk et al.; 6,376,111 von Mathias et al.; 6,521,381 von Vyas et al.; 6,524,736 von Sompalli et al.; 6,528,191 von Senner; 6,566,004 von Fly et al.; 6,630,260 von Forte et al.; 6,663,994 von Fly et al.; 6,740,433 von Senner; 6,777,120 von Nelson et al.; 6,793,544 von Brady et al.; 6,794,068 von Rapaport et al.; 6,811,918 von Blunk et al.; 6,824,909 von Mathias et al.; U.S. Patentanmeldung Veröffentlichungsnrn. 2004/0229087 von Senner et al.; 2005/0026012 von O'Hara; 2005/0026018 von O'Hara et al.; und 2005/0026523 von O'Hara et al. gefunden werden, wobei die gesamten Beschreibungen von allen hier ausdrücklich durch Bezugnahme eingeschlossen sind.

Die 1 und 2 zeigen eine typische, nicht gesteuerte Überlappungsrandkonstruktion, die in den Randgebieten typischerweise versagt, beispielsweise, wo der Randabschnitt 10 der Anodenkatalysatorschicht 12 an den Randabschnitt 14 der Unterdichtungsschicht 16 und den Randabschnitt 18 der Klebstoffschicht 20 angrenzt und/oder wo der Randabschnitt 22 der Kathodenkatalysatorschicht 24 an den Randabschnitt 26 der anderen Unterdichtungsschicht 28 und den Randabschnitt 30 der anderen Klebstoffschicht 32 angrenzt. Es sei angemerkt, dass die Anodenkatalysatorschicht 12 und die Kathodenkatalysatorschicht 24 die Membranschicht 34 in einer überlappenden, gestaffelten oder versetzten Konfiguration schichtartig anordnen, wie in den 1 und 2 gezeigt ist.

Diese ungesteuerte Überlappungskonfiguration erzielt an einigen MEA-Randorten eine Anode > Kathode-Konfiguration und an einigen anderen MEA-Randorten eine Kathode > Anode-Konfiguration typischerweise aufgrund von Herstelltoleranzen bei der Aufbringung der Anoden- und Kathodenunterdichtungen auf die Membran und während des Elektrodenabziehlagenübertragungsprozesses. Beschränkungen dieser jeweiligen Kon struktionen umfassen einen potenziellen Spalt G zwischen den Ränder der jeweiligen Katalysatorschichten und den Rändern der jeweiligen Unterdichtungen, wie in den 3 und 4 gezeigt ist. Ein Spalt erlaubt einen direkten Gaszugang, beispielsweise entweder O₂ oder H₂, zu der Membranfläche, wodurch die Bildung radikaler *OH- und *HO₂-Arten von den Übertrittsgasen gesteigert wird, was zu einem beschleunigten lokalen chemischen Abbau der Polymermembran führt. Wenn die Elektrode größer als das durch die Unterdichtung erzeugte Fenster ist, kann die Katalysatorschicht "Zelte" T über dem Rand der Unterdichtung während des Katalysatoraufbringungsprozesses auf die Membran (typischerweise bekannt als Abziehlagenübertragung) bilden, wie in den 5 und 6 gezeigt ist. Diese Zeltbildung führt typischerweise zu einem Reißen von Katalysator an dem Rand der Unterdichtung und einem darauf folgenden direkten Gaszugang zu der Membranfläche und einem beschleunigten lokalen chemischen Abbau. Zusätzlich führt dieses Zeltbildungsphänomen typischerweise zu einer gewissen Länge der Membranfläche, deren Länge in der Größenordnung der Dicke der Unterdichtung liegt, ohne dass Katalysator an der Membranfläche angebracht ist.

Es sind verschiedene Versuche gemacht worden, um dieses Problem zu überwinden. Beispielsweise haben einige Hersteller Heißdruck verwendet, um die Unterdichtungen an den Ionomermembranen anzubringen. Zusätzlich zu der Wärme und dem Druck, die in der Technik erforderlich sind, besteht ein zusätzlicher Nachteil darin, dass die Katalysatorschichten nach der Unterdichtung hinzugefügt werden. Dies verhindert, dass die Unterdichtung über der Katalysatorschicht angebracht werden kann. Bei diesem Verfahren kann die Unterdichtung unter dem Katalysator angebracht werden, wobei dies jedoch oftmals zu einem Reißen des Katalysators und einer Delaminierung an dem Unterdichtungsrand führt. Diese Rissbildung resultiert in einem unscharfen Katalysatorrand an dem Un terdichtungsrand. Um die Anoden- und Kathodenkatalysatorränder zu versetzen, erfordert dieses Verfahren zusätzlichen Raum, um die Unsicherheit in dem Katalysatorrand, die durch die Rissbildung bewirkt wird, zu berücksichtigen. Zusätzlich kann dieses Verfahren Spalte von freiliegender Ionomermembran zwischen den Katalysator- und Unterdichtungsrändern zurücklassen.

Andere Versuche verwenden eine Vorgehensweise, bei der die Unterdichtung auf der Oberseite der Membran angeordnet ist. Dann wird dieser Dreischichtaufbau zwischen zwei Stücken von mit katalysatorbeschichtetem Diffusionsmedium angeordnet. Die gesamte Anordnung wird dann über den Glasübergangspunkt des Ionomers hinaus heißgepresst, um die MEA zu bilden. Während diese Vorgehensweise hinsichtlich einer Steuerung der Katalysatorränder ziemlich robust ist, besitzt sie verschiedene Nachteile. Erstens können die Hitze und der Druck, die erforderlich sind, um die Verbindung zu erhalten, bewirken, dass die Ionomermembran fließt, was zu einer Ausdünnung unter den Unterdichtungen führen kann. Zweitens können die Hitze/Kühlungszyklen thermische Spannungen in dem Teil bewirken. Es können dann Fehler an dem Unterdichtungsrand auftreten. Drittens ist es, da die gesamte MEA zum Einbau des Gasdiffusionsmediums (GDM) in einem einzelnen Heißpressschritt zusammengebaut wird, sehr schwierig, dann die Katalysatorrandpositionen zu prüfen.

Demgemäß besteht ein Bedarf nach neuen und verbesserten MEA-Konfigurationen, bei denen die Randarchitektur in der Nähe der Unterdichtung und der katalysatorbeschichteten Membranschichten eine gesteigerte Membranhaltbarkeit vorsieht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß den allgemeinen Lehren der vorliegenden Erfindung sind neue und verbesserte MEA-Randkonstruktionen und -konfigurationen für eine verbesserte Membranhaltbarkeit vorgesehen.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Membranelektrodenanordnung vorgesehen, mit: (1) einer Membranschicht; (2) einer Kathodenkatalysatorschicht benachbart einer Fläche der Membranschicht; (3) einer Anodenkatalysatorschicht benachbart einer anderen Fläche der Membranschicht, wobei die Membranschicht zwischen der Kathodenkatalysatorschicht und der Anodenkatalysatorschicht angeordnet ist; (4) einer Klebstoffschicht benachbart der anderen Fläche der Membran, wobei die Klebstoffschicht an eine Fläche der Anodenkatalysatorschicht angrenzt; und (5) einer Unterdichtungsschicht, die einen Randabschnitt aufweist, wobei sich die Unterdichtungsschicht benachbart einer Fläche der Klebstoffschicht befindet, wobei die Klebstoffschicht zwischen der Unterdichtungsschicht und der Membranschicht angeordnet ist, wobei sich die Kathodenkatalysatorschicht und die Anodenkatalysatorschicht entlang einer Länge der Membranschicht relativ zu dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht erstrecken, wobei die Kathodenkatalysatorschicht sich über eine größere Länge entlang der Länge der Membranschicht als die Anodenkatalysatorschicht relativ zu dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht erstreckt.

Gemäß einer ersten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Membranelektrodenanordnung vorgesehen, mit: (1) einer Membranschicht; (2) einer Kathodenkatalysatorschicht benachbart einer Fläche der Membranschicht; (3) einer Anodenkatalysatorschicht benach bart einer anderen Fläche der Membranschicht, wobei die Membranschicht zwischen der Kathodenkatalysatorschicht und der Anodenkatalysatorschicht angeordnet ist; (4) einer Klebstoffschicht benachbart der anderen Fluche der Membran, wobei die Klebstoffschicht an eine Fläche der Anodenkatalysatorschicht angrenzt; und (5) einer Unterdichtungsschicht, die einen Randabschnitt aufweist, wobei sich die Unterdichtungsschicht benachbart einer Fläche der Klebstoffschicht befindet, wobei die Klebstoffschicht zwischen der Unterdichtungsschicht und der Membranschicht angeordnet: ist, wobei sich die Kathodenkatalysatorschicht und die Anodenkatalysatorschicht entlang einer Länge der Membranschicht relativ zu dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht erstrecken, wobei sich die Anodenkatalysatorschicht über eine größere Länge entlang der Länge der Membranschicht als die Kathodenkatalysatorschicht relativ zu dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht erstreckt.

Gemäß einer zweiten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Membranelektrodenanordnung vorgesehen, mit: (1) einer Membranschicht; (2) einer Anodenkatalysatorschicht benachbart einer Fläche der Membranschicht; (3) einer Kathodenkatalysatorschicht benachbart einer anderen Fläche der Membranschicht, wobei die Membranschicht zwischen der Kathodenkatalysatorschicht und der Anodenkatalysatorschicht angeordnet ist; (4) einer Klebstoffschicht benachbart der anderen Fläche der Membran, wobei die Klebstoffschicht an eine Fläche der Kathodenkatalysatorschicht angrenzt; und (5) einer Unterdichtungsschicht, die einen Randabschnitt aufweist, wobei sich die Unterdichtungsschicht benachbart einer Fläche der Klebstoffschicht befindet, wobei die Klebstoffschicht zwischen der Unterdichtungsschicht und der Membranschicht angeordnet ist, wobei sich die Kathodenkatalysatorschicht und die Anodenkatalysatorschicht entlang einer Länge der Membranschicht relativ zu dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht erstrecken, wobei sich die Kathodenkatalysatorschicht über eine größere Länge entlang der Länge der Membranschicht als die Anodenkatalysatorschicht relativ zu dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht erstreckt.

Gemäß einer dritten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Membranelektrodenanordnung vorgesehen, mit : (1) einer Membranschicht; (2) einer Anodenkatalysatorschicht benachbart einer Fläche der Membranschicht; (3) einer Kathodenkatalysatorschicht benachbart einer anderen Fläche der Membranschicht, wobei die Membranschicht zwischen der Kathodenkatalysatorschicht und der Anodenkatalysatorschicht angeordnet ist; (4) einer Klebstoffschicht benachbart der anderen Fläche der Membran, wobei die Klebstoffschicht an eine Fläche der Kathodenkatalysatorschicht angrenzt; und (5) einer Unterdichtungsschicht, die einen Randabschnitt aufweist, wobei sich die Unterdichtungsschicht benachbart einer Fläche der Klebstoffschicht befindet, wobei die Klebstoffschicht zwischen der Unterdichtungsschicht und der Membranschicht angeordnet ist, wobei sich die Kathodenkatalysatorschicht und die Anodenkatalysatorschicht entlang einer Länge der Membranschicht relativ zu dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht erstrecken, wobei sich die Anodenkatalysatorschicht über eine größere Länge entlang der Länge der Membranschicht als die Kathodenkatalysatorschicht relativ zu dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht erstreckt.

Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:

1 eine schematische Ansicht einer ersten herkömmlichen MEA gemäß dem Stand der Technik ist;

2 eine schematische Ansicht einer zweiten herkömmlichen MEA gemäß dem Stand der Technik ist;

3 eine schematische Ansicht einer dritten herkömmlichen MEA gemäß dem Stand der Technik ist;

4 eine schematische Ansicht einer vierten herkömmlichen MEA gemäß dem Stand der Technik ist;

5 eine schematische Ansicht der in den 1 oder 3 gezeigten herkömmlichen MEA, wobei die Katalysatorschichten zeltförmig über den Unterdichtungen angeordnet sind, gemäß dem Stand der Technik ist;

6 eine schematische Ansicht der in den 2 oder 4 gezeigten herkömmlichen MEA, wobei die Katalysatorschichten zeltförmig über den Unterdichtungen angeordnet sind, gemäß dem Stand der Technik ist;

7 eine schematische Ansicht einer MEA mit einer lokal größeren Kathodenkatalysatorschichtfläche als der Anodenkatalysatorschichtfläche, wobei eine Unterdichtung die Anodenkatalysatorschicht überlappt und eine Klebstoffschicht zwischen der Unterdichtung und der Anodenkatalysatorschicht angeordnet ist, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

8 eine schematische Ansicht einer MEA mit einer lokal größeren Anodenkatalysatorschichtfläche als der Kathodenkatalysatorschichtfläche, wobei eine Unterdichtung die Anodenkatalysatorschicht überlappt und eine Klebstoffschicht zwischen der Unterdichtung und der Anodenkatalysatorschicht angeordnet ist, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

9 eine schematische Ansicht einer MEA mit einer lokal größeren Kathodenkatalysatorschichtfläche als der Anodenkatalysatorschichtfläche, wobei eine Unterdichtung die Kathodenkatalysatorschicht überlappt und eine Klebstoffschicht zwischen der Unterdichtung und der Kathodenkatalysatorschicht angeordnet ist, gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und

10 eine schematische Ansicht einer MEA mit einer lokal größeren Anodenkatalysatorschichtfläche als der Kathodenkatalysatorschichtfläche, wobei eine Unterdichtung die Kathodenkatalysatorschicht überlappt und eine Klebstoffschicht zwischen der Unterdichtung und der Kathodenkatalysatorschicht angeordnet ist, gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen) ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.

Gemäß den allgemeinen Lehren der vorliegenden Erfindung umfasst eine verbesserte Randarchitektur einer MEA eine katalysatorbeschichtete Membran mit einer Unterdichtung, die einen impermeablen Barrierefilm umfasst, und einem Klebstoff. Die Unterdichtung kann auf entweder die Anodenkatalysatorseite, wodurch eine Kathodenelektrodenfläche erreicht wird, die größer als eine Anodenelektrodenfläche ist, oder die Kathodenkatalysatorseite, um eine Anodenkatalysatorfläche zu erreichen, die größer als eine Kathodenkatalysatorfläche ist, und/oder auf sowohl die Anodenelektrodenfläche als auch die Kathodenelektrodenfläche aufgebracht werden, wodurch eine aus einer Anoden/Kathodenkatalysatorfläche erreicht wird, die kleiner und/oder größer als eine Anoden/Kathodenkatalysatorfläche ist. Es sei jedoch angemerkt, dass die Anode und die Kathode so ausgebildet sein können, dass sie bezüglich eines Randabschnitts voneinander ungeachtet dessen, wie viele Unterdichtungen verwendet sind, im Wesentlichen gleich enden (d.h. kein oder nur ein sehr geringer Grad an Überlappung).

Bezug nehmend auf 7 ist eine schematische Ansicht einer MEA mit einer lokal größeren Kathodenkatalysatorschichtfläche als der Anodenkatalysatorschichtfläche, wobei eine Unterdichtung die Anodenkatalysatorschicht überlappt und eine Klebstoffschicht zwischen der Unterdichtung und der Anodenkatalysatorschicht angeordnet ist, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.

Genauer umfasst die MEA, die allgemein mit 100 gezeigt ist, hauptsächlich eine Membranschicht 102, eine Kathodenkatalysatorschicht 104 benachbart einer Fläche 102a der Membranschicht 102, eine Anodenkatalysatorschicht 106 benachbart einer anderen Fläche 102b der Membranschicht 102, wobei die Membranschicht 102 zwischen der Kathodenkatalysatorschicht 104 und der Anodenkatalysatorschicht 106 angeordnet ist, eine Klebstoffschicht 108 benachbart der anderen Fläche 102b der Membranschicht 102, wobei die Klebstoffschicht 108 an eine Fläche 106a der Anodenkatalysatorschicht 106 angrenzt, und eine Unterdichtungsschicht 110, die einen Randabschnitt 112 aufweist, wobei die Unterdichtungsschicht 110 sich benachbart einer Fläche 108a der Klebstoffschicht 108 befindet, wobei die Klebstoffschicht 108 zwischen der Unterdichtungsschicht 110 und der Membranschicht 102 angeordnet ist, wobei sich die Kathodenkatalysatorschicht 104 und die Anodenkatalysatorschicht 106 entlang einer Länge der Membranschicht 102 relativ zu dem Randabschnitt 112 der Unterdichtungsschicht 110 erstrecken, wobei sich die Kathodenkatalysatorschicht 104 über eine größere Länge entlang der Länge der Membranschicht 102 als die Anodenkatalysatorschicht 106 relativ zu dem Randabschnitt 112 der Unterdichtungsschicht 110 erstreckt. D.h. die Kathodenkatalysatorschicht 104 und die Anodenkatalysatorschicht 106 befinden sich in überlappter, gestaffelter oder versetzter Orientierung in Bezug aufeinander. Zusätzlich ist die Kathodenkatalysatorschicht 104 länger als die Anodenkatalysatorschicht 106, wenn von dem Randabschnitt 112 der Unterdichtungsschicht 110 zu einem Randabschnitt 114 der Kathodenkatalysatorschicht 104 gemessen wird. D.h. die Länge der Kathodenkatalysatorschicht 104, die von dem Randabschnitt 112 der Unterdichtungsschicht 110 zu dem Randabschnitt 114 der Kathodenkatalysatorschicht 104 gemessen wird, ist länger als die Länge der Anodenkatalysatorschicht 106, die von dem Randabschnitt 112 der Unterdichtungs schicht 110 zu einem Randabschnitt 116 der Anodenkatalysatorschicht 106 gemessen wird.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Distanz zwischen dem Randabschnitt 112 der Unterdichtungsschicht 110 und dem Randabschnitt 114 der Kathodenkatalysatorschicht 104 im Bereich von etwa 0,1 Millimeter bis etwa 5 Millimeter. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Distanz zwischen dem Randabschnitt 112 der Unterdichtungsschicht 110 und dem Randabschnitt 114 der Kathodenkatalysatorschicht 104 im Bereich von etwa 1,5 Millimeter bis etwa 2,5 Millimeter.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dringt ein Anteil der Klebstoffschicht 108 in die Anodenkatalysatorschicht 106 ein, um eine Klebstoffeindringschicht 118 zu bilden. Die Klebstoffeindringschicht 118 ist zwischen der Anodenkatalysatorschicht 106 und der Unterdichtungsschicht 110 angeordnet. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dringt die Klebstoffeindringschicht 118 in etwa die oberen 10 % der Tiefe der Anodenkatalysatorschicht 106 vor.

Bezug nehmend auf 8 ist eine schematische Ansicht einer MEA mit einer lokal größeren Anodenkatalysatorschichtfläche als der Kathodenkatalysatorschichtfläche, wobei eine Unterdichtung die Anodenkatalysatorschicht überlappt und eine Klebstoffschicht zwischen der Unterdichtung und der Anodenkatalysatorschicht angeordnet ist, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.

Genauer umfasst die MEA, die allgemein mit 200 gezeigt ist, hauptsächlich eine Membranschicht 202, eine Kathodenkatalysatorschicht 204 benachbart einer Fläche 202a der Membranschicht 202, eine Anodenkataly satorschicht 206 benachbart einer anderen Fläche 202b der Membranschicht 202, wobei die Membranschicht 202 zwischen der Kathodenkatalysatorschicht 204 und der Anodenkatalysatorschicht 206 angeordnet ist, eine Klebstoffschicht 208 benachbart der anderen Fläche 202b der Membranschicht 202, wobei die Klebstoffschicht 208 an eine Fläche 206a der Anodenkatalysatorschicht 206 angrenzt, und eine Unterdichtungsschicht 210, die einen Randabschnitt 212 aufweist, wobei die Unterdichtungsschicht 210 sich benachbart einer Fläche 208a der Klebstoffschicht 208 befindet, wobei die Klebstoffschicht 208 zwischen der Unterdichtungsschicht 210 und der Membranschicht 202 angeordnet ist, wobei sich die Kathodenkatalysatorschicht 204 und die Anodenkatalysatorschicht 206 entlang einer Länge der Membranschicht 202 relativ zu dem Randabschnitt 212 der Unterdichtungsschicht 210 erstrecken, wobei sich die Anodenkatalysatorschicht 206 über eine größere Länge entlang der Länge der Membranschicht 202 als die Kathodenkatalysatorschicht 204 relativ zu dem Randabschnitt 212 der Unterdichtungsschicht 210 erstreckt. D.h. die Kathodenkatalysatorschicht 204 und die Anodenkatalysatorschicht 206 befinden sich in überlappter, gestaffelter oder versetzter Orientierung in Bezug aufeinander. Zusätzlich ist die Anodenkatalysatorschicht 206 länger als die Kathodenkatalysatorschicht 204, wenn von dem Randabschnitt 212 der Unterdichtungsschicht 210 zu einem Randabschnitt 214 der Anodenkatalysatorschicht 206 gemessen wird. D.h. die Länge der Anodenkatalysatorschicht 206, die von dem Randabschnitt 212 der Unterdichtungsschicht 210 zu dem Randabschnitt 214 der Anodenkatalysatorschicht 206 gemessen wird, ist länger als die Länge der Kathodenkatalysatorschicht 204, die von dem Randabschnitt 212 der Unterdichtungsschicht 210 zu einem Randabschnitt 216 der Kathodenkatalysatorschicht 204 gemessen wird.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Distanz zwischen dem Randabschnitt 212 der Unterdichtungsschicht 210 und dem Randabschnitt 214 der Anodenkatalysatorschicht 206 im Bereich von etwa 0,1 Millimeter bis etwa 5 Millimeter. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Distanz zwischen dem Randabschnitt 212 der Unterdichtungsschicht 210 und dem Randabschnitt 214 der Anodenkatalysatorschicht 206 im Bereich von etwa 1,5 Millimeter bis etwa 2,5 Millimeter.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dringt ein Anteil der Klebstoffschicht 208 in die Anodenkatalysatorschicht 206 ein, um eine Klebstoffeindringschicht 218 zu bilden. Die Klebstoffeindringschicht 218 ist zwischen der Anodenkatalysatorschicht 206 und der Unterdichtungsschicht 210 angeordnet. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dringt die Klebstoffeindringschicht 218 in etwa die oberen 10 % der Tiefe der Anodenkatalysatorschicht 206 vor.

Bezug nehmend auf 9 ist eine schematische Ansicht einer MEA mit einer lokal größeren Kathodenkatalysatorschichtfläche als der Anodenkatalysatorschichtfläche, wobei eine Unterdichtung die Kathodenkatalysatorschicht überlappt und eine Klebstoffschicht zwischen der Unterdichtung und der Kathodenkatalysatorschicht angeordnet ist, gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.

Genauer umfasst die MEA, die allgemein mit 300 gezeigt ist, hauptsächlich eine Membranschicht 302, eine Anodenkatalysatorschicht 304 benachbart einer Fläche 302a der Membranschicht 302, eine Kathodenkatalysatorschicht 306 benachbart einer anderen Fläche 302b der Membranschicht 302, wobei die Membranschicht 302 zwischen der Anodenkatalysatorschicht 304 und der Kathodenkatalysatorschicht 306 angeordnet ist, eine Klebstoffschicht 308 benachbart der anderen Fläche 302b der Membranschicht 302, wobei die Klebstoffschicht 308 an eine Fläche 306a der Kathodenkatalysatorschicht 306 angrenzt, und eine Unterdichtungsschicht 310, die einen Randabschnitt 312 aufweist, wobei die Unterdichtungsschicht 310 sich benachbart einer Fläche 308a der Klebstoffschicht 308 befindet, wobei die Klebstoffschicht 308 zwischen der Unterdichtungsschicht 310 und der Membranschicht 302 angeordnet ist, wobei sich die Anodenkatalysatorschicht 304 und die Kathodenkatalysatorschicht 306 entlang einer Länge der Membranschicht 302 relativ zu dem Randabschnitt 312 der Unterdichtungsschicht 310 erstrecken, wobei sich die Kathodenkatalysatorschicht 306 über eine größere Länge entlang der Länge der Membranschicht 302 als die Anodenkatalysatorschicht 304 relativ zu dem Randabschnitt 312 der Unterdichtungsschicht 310 erstreckt. D.h. die Kathodenkatalysatorschicht 306 und die Anodenkatalysatorschicht 304 befinden sich in überlappter, gestaffelter oder versetzter Orientierung in Bezug aufeinander. Zusätzlich ist die Kathodenkatalysatorschicht 306 länger als die Anodenkatalysatorschicht 304, wenn von dem Randabschnitt 312 der Unterdichtungsschicht 310 zu einem Randabschnitt 314 der Kathodenkatalysatorschicht 306 gemessen wird. D.h. die Länge der Kathodenkatalysatorschicht 306, die von dem Randabschnitt 312 der Unterdichtungsschicht 310 zu dem Randabschnitt 314 der Kathodenkatalysatorschicht 306 gemessen wird, ist länger als die Länge der Anodenkatalysatorschicht 304, die von dem Randabschnitt 312 der Unterdichtungsschicht 310 zu einem Randabschnitt 316 der Anodenkatalysatorschicht 304 gemessen wird.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Distanz zwischen dem Randabschnitt 312 der Unterdichtungsschicht 310 und dem Randabschnitt 314 der Kathodenkatalysatorschicht 306 im Bereich von etwa 0,1 Millimeter bis etwa 5 Millimeter. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Distanz zwischen dem Randabschnitt 312 der Unterdichtungsschicht 310 und dem Randabschnitt 314 der Kathodenkatalysatorschicht 306 im Bereich von etwa 1,5 Millimeter bis etwa 2,5 Millimeter.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dringt ein Anteil der Klebstoffschicht 308 in die Kathodenkatalysatorschicht 306 ein, um eine Klebstoffeindringschicht 318 zu bilden. Die Klebstoffeindringschicht 318 ist zwischen der Kathodenkatalysatorschicht 306 und der Unterdichtungsschicht 310 angeordnet. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dringt die Klebstoffeindringschicht 318 in etwa die oberen 10 % der Tiefe der Kathodenkatalysatorschicht 306 vor.

Bezug nehmend auf 10 ist eine schematische Ansicht einer MEA mit einer lokal größeren Anodenkatalysatorschichtfläche als der Kathodenkatalysatorschichtfläche, wobei eine Unterdichtung die Kathodenkatalysatorschicht überlappt und eine Klebstoffschicht zwischen der Unterdichtung und der Kathodenkatalysatorschicht angeordnet ist, gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.

Genauer umfasst die MEA, die allgemein mit 400 gezeigt ist, hauptsächlich eine Membranschicht 402, eine Anodenkatalysatorschicht 404 benachbart einer Fläche 402a der Membranschicht 402, eine Kathodenkatalysatorschicht 406 benachbart einer anderen Fläche 402b der Membranschicht 402, wobei die Membranschicht 402 zwischen der Anodenkatalysatorschicht 404 und der Kathodenkatalysatorschicht 406 angeordnet ist, eine Klebstoffschicht 408 benachbart der anderen Fläche 402b der Membranschicht 402, wobei die Klebstoffschicht 408 an eine Fläche 406a der Kathodenkatalysatorschicht 406 angrenzt, und eine Unterdichtungsschicht 410, die einen Randabschnitt 412 aufweist, wobei die Unterdich tungsschicht 410 sich benachbart einer Fläche 408a der Klebstoffschicht 408 befindet, wobei die Klebstoffschicht 408 zwischen der Unterdichtungsschicht 410 und der Membranschicht 402 angeordnet ist, wobei sich die Anodenkatalysatorschicht 404 und die Kathodenkatalysatorschicht 406 entlang einer Länge der Membranschicht 402 relativ zu dem Randabschnitt 412 der Unterdichtungsschicht 410 erstrecken, wobei sich die Anodenkatalysatorschicht 404 über eine größere Länge entlang der Länge der Membranschicht 402 als die Kathodenkatalysatorschicht 406 relativ zu dem Randabschnitt 412 der Unterdichtungsschicht 410 erstreckt. D.h. die Anodenkatalysatorschicht 404 und die Kathodenkatalysatorschicht 406 befinden sich in überlappter, gestaffelter oder versetzter Orientierung in Bezug aufeinander. Zusätzlich ist die Anodenkatalysatorschicht 404 länger als die Kathodenkatalysatorschicht 406, wenn von dem Randabschnitt 412 der Unterdichtungsschicht 410 zu einem Randabschnitt 414 der Anodenkatalysatorschicht 404 gemessen wird. D.h. die Länge der Anodenkatalysatorschicht 404, die von dem Randabschnitt 412 der Unterdichtungsschicht 410 zu dem Randabschnitt 414 der Anodenkatalysatorschicht 404 gemessen wird, ist länger als die Länge der Kathodenkatalysatorschicht 406, die von dem Randabschnitt 412 der Unterdichtungsschicht 410 zu einem Randabschnitt 416 der Kathodenkatalysatorschicht 406 gemessen wird.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Distanz zwischen dem Randabschnitt 412 der Unterdichtungsschicht 410 und dem Randabschnitt 414 der Anodenkatalysatorschicht 404 im Bereich von etwa 0,1 Millimeter bis etwa 5 Millimeter. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Distanz zwischen dem Randabschnitt 412 der Unterdichtungsschicht 410 und dem Randabschnitt 414 der Anodenkatalysatorschicht 404 im Bereich von etwa 1,5 Millimeter bis etwa 2,5 Millimeter.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dringt ein Anteil der Klebstoffschicht 408 in die Kathodenkatalysatorschicht 406 ein, um eine Klebstoffeindringschicht 418 zu bilden. Die Klebstoffeindringschicht 418 ist zwischen der Kathodenkatalysatorschicht 406 und der Unterdichtungsschicht 410 angeordnet. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dringt die Klebstoffeindringschicht 418 in etwa die oberen 10 % der Tiefe der Kathodenkatalysatorschicht 406 vor.

Bezüglich der vorher erwähnten Ausführungsformen bestehen die Unterdichtungsschichten aus einem Material, das aus der Gruppe gewählt ist, die umfasst: Polyester, Polyethylene, Polyimide und deren Kombinationen. Anhand eines nicht beschränkenden Beispiels kann die Unterdichtungsschicht 108 aus MYLAR^® (beispielsweise einem biaxial orientierten Polyethylenterephthalat-(BOPET)-Polyesterfilm) oder PET (d.h. Polyethylenterephthalat) als dem impermeablen Barrierefilm bestehen. Jedoch sei angemerkt, dass genauso gut andere Materialien verwendet werden können, wie, jedoch nicht darauf beschränkt, PEN (d.h. Polyethylen-2,6-naphthalendicarboxylat), KAPTON^® (d.h. Polyimidfilm), andere Polyesterfilme und/oder dergleichen. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Randarchitektur entweder PET oder PEN aufgrund einer fünffachen und zehnfachen Reduktion der Gaspermeabilität jeweils im Vergleich zu einem Polyimidfilm. Zusätzlich ist die Feuchtigkeitsadsorption im Vergleich zu einem Polyimidfilm um das Dreifache und Vierfache für PET bzw. PEN reduziert. Diese Dickenbereiche verleihen dem Rand der Fünfschicht-MEA-Anordnung (allgemein bekannt als MEA5) eine gewisse Steifigkeit, die für Massenproduktionsbetriebsabläufe erforderlich ist, ist jedoch immer noch dünn genug für die Hochleistungsdichteanforderungen, die durch gegenwärtige Kraftfahrzeuganwendungen gefordert werden.

Bezüglich der vorher erwähnten Ausführungsformen besitzen die Unterdichtungsschichten eine Dicke von etwa 100 μm oder größer. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung besitzen die Unterdichtungsschichten eine Dicke im Bereich von etwa 6 μm bis etwa 100 μm. Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung besitzen die Unterdichtungsschichten eine Dicke im Bereich von etwa 12 μm bis etwa 50 μm.

Bezüglich der vorher erwähnten Ausführungsformen kann der Klebstoff der Klebstoffschichten beispielsweise drucksensitive Klebstoffe (PSA), Heißschmelzklebstoffe und/oder dergleichen umfassen. PSA's können beispielsweise acryl- oder silikonbasierte Klebstoffe umfassen. Heißschmelzklebstoffe können beispielsweise Polyvinylacetat oder Ethylvinylacetat/Polyethylenmischungen umfassen. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Randarchitektur der MEA die Verwendung von PSA, da das PSA auf die katalysatorbeschichtete Membran bei Raumtemperatur aufgebracht werden kann, was keinen Einfluss auf die Membranhaltbarkeit besitzt.

Bezüglich der vorher erwähnten Ausführungsformen besitzen die Klebstoffschichten eine Dicke von etwa 50 μm oder größer. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung besitzen die Klebstoffschichten eine Dicke im Bereich von etwa 6 μm bis etwa 50 μm. Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung besitzen die Klebstoffschichten eine Dicke im Bereich von etwa 8 μm bis etwa 25 μm.

Ohne sich an eine bestimmte Theorie der Funktionsweise der vorliegenden Erfindung zu binden, erzielen diese Bereiche einen kontinuierlichen Klebstofffilm ohne Klebstoffporen und erlauben, dass der Klebstoff an den Katalysatorschichtrand fließen kann, wodurch eine gasdichte Abdichtung zwischen dem Katalysatorrand und der Membran vorgesehen wird. Ohne sich an eine bestimmte Theorie der Funktionsweise der vorliegenden Erfindung zu binden, minimiert diese gasdichte Abdichtung einen direkten Gaszugang zu der Membran und eine anschließende Bildung freier Radikale, was zu einem beschleunigten lokalen chemischen Abbau führt.

Bezüglich der vorher erwähnten Ausführungsformen ist die Haltbarkeit der gesamten MEA um das Zwei- bis Dreifache im Vergleich zu herkömmlichen MEA-Konfigurationen verbessert. Typischerweise erzielt das Aufbringen der Unterdichtungsschicht (d.h. des impermeablen Barrierefilms)/Klebstoffs auf die Kathodenseite eine ungefähr zweifache Erhöhung der Haltbarkeit der MEA, und eine Aufbringung der Unterdichtungsschicht (d.h. des impermeablen Barrierefilms)/Klebstoffs auf die Anodenseite erzielt eine ungefähr dreifache Erhöhung der Haltbarkeit der MEA.

Ohne sich an eine bestimmte Theorie der Funktionsweise der vorliegenden Erfindung zu binden, existieren verschiedene Vorteile, die durch die Verwendung der vorliegenden Erfindung realisiert werden können, wie, jedoch nicht darauf beschränkt: (1) ein Kleben der Unterdichtungsschicht an die Membranschicht mit Klebstoff sieht ein starreres Teil zur leichteren Handhabung bei Massenproduktionsbetriebsabläufen vor; (2) die Unterdichtungsschicht (d.h. der impermeable Gasbarrierefilm) definiert eine konsistente Randarchitekturkonfiguration, beispielsweise entweder Kathode > Anode oder Anode > Kathode, ungeachtet der lokalen Elektrodenüberlappung, was zu einer verbesserten Gesamtmembranhaltbarkeit führt; (3) der Klebstofffilm (d.h. die Klebstoffeindringschicht) zwischen der Unterdichtungsschicht (d.h. dem impermeablen Gasbarrierefilm) und dem Katalysatorschicht-(d.h. Elektroden-)Rand minimiert einen direkten Gaszugang zu der Membranschicht, eine anschließende Bildung freier Radikale und einen beschleunigten lokalen chemischen Abbau im Vergleich zu einem lose gelegten Barrierefilm, der entlang des Randes der katalysatorbeschichteten Membran gelegt ist; (4) in dem Fall, dass ein lokaler chemischer Polymermembranabbau in dem Gebiet zwischen dem Anodenkatalysatorrand und dem Kathodenkatalysatorrand auftritt, verhindert die Unterdichtungsschicht/Klebstoffschicht einen Gasübertritt, wodurch die Gesamtmembranhaltbarkeit verbessert wird.

Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und somit sind Abwandlungen, die nicht von der Erfindungsidee der Erfindung abweichen, als innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung befindlich anzusehen. Derartige Abwandlungen werden nicht als Abweichung von dem Erfindungsgedanken und dem Schutzumfang der Erfindung betrachtet.

Claims

Membranelektrodenanordnung, mit: einer Membranschicht; einer Kathodenkatalysatorschicht benachbart einer Fläche der Membranschicht; einer Anodenkatalysatorschicht benachbart einer anderen Fläche der Membranschicht, wobei die Membranschicht zwischen der Kathodenkatalysatorschicht und der Anodenkatalysatorschicht angeordnet ist; einer Klebstoffschicht benachbart der anderen Fläche der Membranschicht, wobei die Klebstoffschicht an eine Fläche der Anodenkatalysatorschicht angrenzt; und einer Unterdichtungsschicht, die einen Randabschnitt aufweist, wobei die Unterdichtungsschicht sich benachbart einer Fläche der Klebstoffschicht befindet, wobei die Klebstoffschicht zwischen der Unterdichtungsschicht und der Membranschicht angeordnet ist; wobei sich die Kathodenkatalysatorschicht und die Anodenkatalysatorschicht entlang einer Länge der Membranschicht relativ zu dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht erstrecken, wobei sich die Kathodenkatalysatorschicht über eine größere Länge entlang der Länge der Membranschicht als die Anodenkatalysatorschicht relativ zu dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht erstreckt.
Erfindung nach Anspruch 1, wobei ein Anteil der Klebstoffschicht in die Anodenkatalysatorschicht eindringt, um eine Klebstoffeindringschicht zu bilden.
Erfindung nach Anspruch 2, wobei die Klebstoffeindringschicht zwischen der Anodenkatalysatorschicht und der Unterdichtungsschicht angeordnet ist.
Erfindung nach Anspruch 1, wobei die Unterdichtungsschicht aus einem Material besteht, das aus der Gruppe gewählt ist, die Polyester, Polyethylene, Polyimide und Kombinationen daraus umfasst.
Erfindung nach Anspruch 1, wobei die Distanz zwischen dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht und einem Randabschnitt der Kathodenkatalysatorschicht im Bereich von etwa 0,1 Millimeter bis etwa 5 Millimeter liegt.
Erfindung nach Anspruch 1, wobei die Distanz zwischen dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht und einem Randabschnitt der Kathodenkatalysatorschicht im Bereich von etwa 1,5 Millimeter bis etwa 2,5 Millimeter liegt.
Membranelektrodenanordnung, mit: einer Membranschicht; einer Kathodenkatalysatorschicht benachbart einer Fläche der Membranschicht; einer Anodenkatalysatorschicht benachbart einer anderen Fläche der Membranschicht, wobei die Membranschicht zwischen der Kathodenkatalysatorschicht und der Anodenkatalysatorschicht angeordnet ist; einer Klebstoffschicht benachbart der anderen Fläche der Membranschicht, wobei die Klebstoffschicht an eine Fläche der Anodenkatalysatorschicht angrenzt; und einer Unterdichtungsschicht, die einen Randabschnitt aufweist, wobei die Unterdichtungsschicht sich benachbart einer Fläche der Klebstoffschicht befindet, wobei die Klebstoffschicht zwischen der Unterdichtungsschicht und der Membranschicht angeordnet ist; wobei sich die Kathodenkatalysatorschicht und die Anodenkatalysatorschicht entlang einer Länge der Membranschicht relativ zu dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht erstrecken, wobei sich die Anodenkatalysatorschicht über eine größere Länge entlang der Länge der Membranschicht als die Kathodenkatalysatorschicht relativ zu dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht erstreckt.
Erfindung nach Anspruch 7, wobei ein Anteil der Klebstoffschicht in die Anodenkatalysatorschicht eindringt, um eine Klebstoffeindringschicht zu bilden.
Erfindung nach Anspruch 8, wobei die Klebstoffeindringschicht zwischen der Anodenkatalysatorschicht und der Unterdichtungsschicht angeordnet ist.
Erfindung nach Anspruch 7, wobei die Unterdichtungsschicht aus einem Material besteht, das aus der Gruppe gewählt ist, die Polyester, Polyethylene, Polyimide und Kombinationen daraus umfasst.
Erfindung nach Anspruch 7, wobei die Distanz zwischen dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht und einem Randabschnitt der Anodenkatalysatorschicht im Bereich von etwa 0,1 Millimeter bis etwa 5 Millimeter liegt.
Erfindung nach Anspruch 7, wobei die Distanz zwischen dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht und einem Randabschnitt der Anodenkatalysatorschicht im Bereich von etwa 1,5 Millimeter bis etwa 2,5 Millimeter liegt.
Membranelektrodenanordnung, mit: einer Membranschicht; einer Anodenkatalysatorschicht benachbart einer Fläche der Membranschicht; einer Kathodenkatalysatorschicht benachbart einer anderen Fläche der Membranschicht, wobei die Membranschicht zwischen der Kathodenkatalysatorschicht und der Anodenkatalysatorschicht angeordnet ist; einer Klebstoffschicht benachbart der anderen Fläche der Membranschicht, wobei die Klebstoffschicht an eine Fläche der Kathodenkatalysatorschicht angrenzt; und einer Unterdichtungsschicht, die einen Randabschnitt aufweist, wobei die Unterdichtungsschicht sich benachbart einer Fläche der Klebstoffschicht befindet, wobei die Klebstoffschicht zwischen der Unterdichtungsschicht und der Membranschicht angeordnet ist; wobei sich die Kathodenkatalysatorschicht und die Anodenkatalysatorschicht entlang einer Länge der Membranschicht relativ zu dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht erstrecken, wobei sich die Kathodenkatalysatorschicht über eine größere Länge entlang der Länge der Membranschicht als die Anodenkatalysatorschicht relativ zu dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht erstreckt.
Erfindung nach Anspruch 13, wobei ein Anteil der Klebstoffschicht in die Kathodenkatalysatorschicht eindringt, um eine Klebstoffeindringschicht zu bilden.
Erfindung nach Anspruch 14, wobei die Klebstoffeindringschicht zwischen der Kathodenkatalysatorschicht und der Unterdichtungsschicht angeordnet ist.
Erfindung nach Anspruch 13, wobei die Unterdichtungsschicht aus einem Material besteht, das aus der Gruppe gewählt ist, die Polyester, Polyethylene, Polyimide und Kombinationen daraus umfasst.
Erfindung nach Anspruch 13, wobei die Distanz zwischen dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht und einem Randabschnitt der Kathodenkatalysatorschicht im Bereich von etwa 0,1 Millimeter bis etwa 5 Millimeter liegt.
Erfindung nach Anspruch 13, wobei die Distanz zwischen dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht und einem Randabschnitt der Kathodenkatalysatorschicht im Bereich von etwa 1,5 Millimeter bis etwa 2,5 Millimeter liegt.
Membranelektrodenanordnung, mit: einer Membranschicht; einer Anodenkatalysatorschicht benachbart einer Fläche der Membranschicht; einer Kathodenkatalysatorschicht benachbart einer anderen Fläche der Membranschicht, wobei die Membranschicht zwischen der Kathodenkatalysatorschicht und der Anodenkatalysatorschicht angeordnet ist; einer Klebstoffschicht benachbart der anderen Fläche der Membranschicht, wobei die Klebstoffschicht an eine Fläche der Kathodenkatalysatorschicht angrenzt; und einer Unterdichtungsschicht, die einen Randabschnitt aufweist, wobei die Unterdichtungsschicht sich benachbart einer Fläche der Klebstoffschicht befindet, wobei die Klebstoffschicht zwischen der Unterdichtungsschicht und der Membranschicht angeordnet ist, wobei sich die Kathodenkatalysatorschicht und die Anodenkatalysatorschicht entlang einer Länge der Membranschicht relativ zu dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht erstrecken, wobei sich die Anodenkatalysatorschicht über eine größere Länge entlang der Länge der Membranschicht als die Kathodenkatalysatorschicht relativ zu dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht erstreckt.
Erfindung nach Anspruch 19, wobei ein Anteil der Klebstoffschicht in die Kathodenkatalysatorschicht eindringt, um eine Klebstoffeindringschicht zu bilden.
Erfindung nach Anspruch 20, wobei die Klebstoffeindringschicht zwischen der Kathodenkatalysatorschicht und der Unterdichtungsschicht angeordnet ist.
Erfindung nach Anspruch 19, wobei die Unterdichtungsschicht aus einem Material besteht, das aus der Gruppe gewählt ist, die Polyester, Polyethylene, Polyimide und Kombinationen daraus umfasst.
Erfindung nach Anspruch 19, wobei die Distanz zwischen dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht und einem Randabschnitt der Anodenkatalysatorschicht im Bereich von etwa 0,1 Millimeter bis etwa 5 Millimeter liegt.
Erfindung nach Anspruch 19, wobei die Distanz zwischen dem Randabschnitt der Unterdichtungsschicht und einem Randab schnitt der Anodenkatalysatorschicht im Bereich von etwa 1,5 Millimeter bis etwa 2,5 Millimeter liegt.