-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer katalysatorbeschichteten Membran für eine Brennstoffzelle nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, eine mittels des Verfahrens hergestellte katalysatorbeschichtete Membran für eine Brennstoffzelle und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
-
Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
WO 2013/064640 A1 beschrieben, ein Verfahren zur Herstellung einer katalysatorbeschichteten Membran für eine Brennstoffzelle bekannt. In diesem Verfahren wird eine erste Katalysatorschicht auf einem stützenden Substrat angeordnet. Die erste Katalysatorschicht wird mit einer Ionomerdispersion beschichtet, um eine Ionomerschicht auszubilden, auf welche eine zweite Katalysatorschicht aufgebracht wird.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung einer katalysatorbeschichteten Membran für eine Brennstoffzelle, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte katalysatorbeschichtete Membran für eine Brennstoffzelle und eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung einer katalysatorbeschichteten Membran für eine Brennstoffzelle anzugeben.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer katalysatorbeschichteten Membran für eine Brennstoffzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine katalysatorbeschichtete Membran für eine Brennstoffzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
In einem Verfahren zur Herstellung einer katalysatorbeschichteten Membran für eine Brennstoffzelle wird die katalysatorbeschichtete Membran aus mehreren aufeinander angeordneten Schichten ausgebildet.
-
Erfindungsgemäß werden mehrere oder alle Schichten jeweils mittels eines Beschichtungsverfahrens ausgebildet, wobei mindestens eine ausgebildete Schicht oder zumindest ein Bereich dieser Schicht durch Erwärmen getrocknet wird, bevor die nächste Schicht aufgebracht wird. Bevorzugt werden mehrere oder alle jeweils ausgebildeten Schichten oder zumindest ein Bereich der jeweiligen Schicht durch Erwärmen getrocknet, bevor die nächste Schicht aufgebracht wird. D. h. es wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, bevor die nächste Schicht aufgebracht wird.
-
Die katalysatorbeschichtete Membran, auch als Catalyst-Coated-Membran (CCM) bezeichnet, ist die wichtigste Komponente in einer Brennstoffzelle, insbesondere in Brennstoffzellen, welche in Fahrzeugen verwendet werden, um insbesondere elektrische Energie für mindestens einen elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs zu erzeugen. Aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Herstellung solcher katalysatorbeschichteten Membranen sind sehr kostenintensiv. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden Materialkosten und Herstellungskosten reduziert, ein Qualitätsniveau wird gehalten oder die Qualität wird verbessert und es wird eine verbesserte Verfahrensablaufstabilität erreicht, so dass geringere Qualitäts- und Quantitätsabweichungen und geringerer Ausschuss auftreten. Zudem wird eine hohe Materialeffizienz erreicht. Durch eine mittels des Verfahrens erreichte bessere Verbindung der einzelnen Schichten können Leistungsverbesserungen der Brennstoffzelle erreicht werden. Zudem können durch eine erhöhte Flexibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens katalysatorbeschichtete Membranen mit neuen Strukturen ausgebildet werden.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
-
Dabei zeigen:
-
1 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer katalysatorbeschichteten Membran,
-
2 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer katalysatorbeschichteten Membran,
-
3 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer katalysatorbeschichteten Membran,
-
4 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer katalysatorbeschichteten Membran,
-
5 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer katalysatorbeschichteten Membran,
-
6 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer katalysatorbeschichteten Membran,
-
7 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer katalysatorbeschichteten Membran,
-
8 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer katalysatorbeschichteten Membran,
-
9 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer katalysatorbeschichteten Membran,
-
10 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer katalysatorbeschichteten Membran,
-
11 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer katalysatorbeschichteten Membran,
-
12 schematisch ein Beispiel verschiedener aufeinander angeordneter Schichten, und
-
13 schematisch ein weiteres Beispiel verschiedener aufeinander angeordneter Schichten.
-
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Die 1 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele einer aus mehreren Schichten S1 bis S5 ausgebildeten katalysatorbeschichteten Membran 1 für eine hier nicht dargestellte Brennstoffzelle, welche mittels eines Verfahrens zur Herstellung einer katalysatorbeschichteten Membran 1 für eine Brennstoffzelle herstellbar sind. Ausführungsbeispiele dieses Verfahrens werden im Folgenden näher beschrieben.
-
Derartige katalysatorbeschichtete Membranen 1, auch als Catalyst Coated Membrane (CCM) bezeichnet, sind mehrschichtige Strukturen. Der Schichtaufbau kann dabei unterschiedlich sein.
-
In 1 weist die katalysatorbeschichtete Membran 1 lediglich eine Kathodenkatalysatorschicht K, eine Membranschicht M und eine Anodenkatalysatorschicht A auf. Katalysatorschichten K, A sind poröse Strukturen. Es ist erforderlich, ein Blockieren oder Verstopfen dieser porösen Strukturen zu vermeiden, um die ordnungsgemäße Funktion der katalysatorbeschichteten Membran 1 und somit der Brennstoffzelle sicherzustellen. Um insbesondere die Gefahr des Blockierens oder Verstopfens der porösen Strukturen sicher zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren, können daher Modifikationen vorgesehen sein, wie in den 2 bis 4 dargestellt.
-
In 2 weist die katalysatorbeschichtete Membran 1 zwei Membranschichten M auf, zwischen denen eine Verstärkungsschicht V angeordnet ist. Somit weist diese Ausführungsform fünf Schichten S1 bis S5 auf, die Kathodenkatalysatorschicht K, eine Membranschicht M, die Verstärkungsschicht V, eine weitere Membranschicht M und die Anodenkatalysatorschicht A.
-
In 3 weist die katalysatorbeschichtete Membran 1 die Schichten S1 bis S3 gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel und zusätzlich eine Trag- und/oder Stützschicht T auf, so dass sich die Schichtreihenfolge gegenüber 1 verändert. Somit weist diese Ausführungsform der katalysatorbeschichteten Membran 1 einen Schichtaufbau aus vier Schichten S1 bis S4 auf, die Trag- und/oder Stützschicht T, die Kathodenkatalysatorschicht K, die Membranschicht M und die Anodenkatalysatorschicht A.
-
In 4 weist die katalysatorbeschichtete Membran 1 die Schichten S1 bis S3 gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel und zusätzlich zwei mikroporöse Schichten MP1, MP2 auf, auch als microporous layer (MPL) bezeichnet, wodurch sich auch hier die Schichtreihenfolge gegenüber 1 verändert. Somit weist diese Ausführungsform der katalysatorbeschichteten Membran 1 einen Schichtaufbau aus fünf Schichten S1 bis S5 auf, die kathodenseitige mikroporöse Schicht MP1, die Kathodenkatalysatorschicht K, die Membranschicht M, die Anodenkatalysatorschicht A und die anodenseitige mikroporöse Schicht MP2 auf.
-
Die in den 1 bis 4 dargestellten Schichten S1 bis S5 lassen sich auch anders miteinander kombinieren, beispielsweise können an Stelle der Membranschicht M der Ausführungsbeispiele gemäß den 3 und 4 die Membranschichten M mit dazwischen angeordneter Verstärkungsschicht V gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 2 vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise die Trag- und/oder Stützschicht T des Ausführungsbeispiels gemäß 3 auch für die katalysatorbeschichteten Membranen 1 der Ausführungsbeispiele der 2 und 4 vorgesehen sein.
-
Die
5 bis
11 zeigen verschiedene beispielhafte Ausführungsformen des Verfahrens zur Herstellung einer katalysatorbeschichteten Membran
1 für eine Brennstoffzelle und einer Vorrichtung
2 zur Durchführung des Verfahrens. In diesem Verfahren werden mehrere oder vorteilhafterweise alle Schichten S1 bis S5 der katalysatorbeschichteten Membran
1 durch Beschichten erzeugt. Dazu können ein oder mehrere Beschichtungsverfahren BV verwendet werden. Als Beschichtungsverfahren BV kommen beispielsweise Vorhangbeschichtung VB oder Schlitzdüsenbeschichtung, wie in
5 gezeigt, Sprühbeschichtung SB, wie in
6 gezeigt, und/oder Walzenbeschichtung WB oder Rollenbeschichtung, wie in
7 gezeigt, in Betracht, wobei die Walzenbeschichtung WB oder Rollenbeschichtung beispielsweise mittels gravierter Walzen oder Rollen, auch als Gravur coating bezeichnet, oder mittels drahtumwickelter Walzen oder Rollen, auch als Mayerbar coating oder Mayer Bar coating bezeichnet, welches in der
US 1,043,021 beschrieben ist, erfolgen kann. Auch eine Kombination ein oder mehrerer dieser Beschichtungsverfahren BV und/oder ein oder mehrerer anderer Beschichtungsverfahren BV ist möglich, wie in
8 beispielhaft dargestellt.
-
Die Beschichtungsverfahren BV haben jeweils spezifische Vorteile, welche zur Verbesserung der Qualität der katalysatorbeschichteten Membran 1 genutzt werden können. Beispielsweise ermöglicht die Sprühbeschichtung SB ein schnelles und homogenes Trocknen der ausgebildeten Schicht S1 bis S5. Die Vorhangbeschichtung VB oder Schlitzdüsenbeschichtung ermöglicht beispielsweise das Ausbilden dünner Schichten S1 bis S5, d. h. einer als dünner Film ausgebildeten Schicht S1 bis S5 bei hohen Prozessgeschwindigkeiten. Die Walzenbeschichtung WB oder Rollenbeschichtung ermöglicht beispielsweise das Ausbilden dicker Schichten S1 bis S5, d. h. einer als dicker Film mit einer großen Schichtdicke ausgebildeten Schicht S1 bis S5, welche eine homogene Schichtdicke aufweist, d. h. keine oder nur geringe Schichtdickeschwankungen.
-
Die Auswahl des jeweiligen Beschichtungsverfahrens BV hängt beispielsweise ab von einer Oberfläche, auf welcher jeweils beschichtet werden soll, zum Beispiel von deren Material und/oder Oberflächenstruktur, und/oder vom jeweiligen Beschichtungsmaterial, mit welchem die jeweilige Schicht S1 bis S5 durch Beschichten ausgebildet werden soll, beispielsweise von einer Partikelgröße und einer Oberflächenenergie des Beschichtungsmaterials. Daher kann es sinnvoll sein, mehr als ein Beschichtungsverfahren BV zu verwenden und unterschiedliche Beschichtungsverfahren BV zu kombinieren.
-
Im Verfahren werden daher ein oder mehrere Beschichtungsverfahren BV verwendet, um eine mehrschichtige Struktur für Brennstoffzellenanwendungen herzustellen, insbesondere eine katalysatorbeschichtete Membran 1 für eine Brennstoffzelle. Mittels des Verfahrens werden katalysatorbeschichtete Membranen 1 vorzugsweise in einem kontinuierlichen Beschichtungsprozess hergestellt. Die Schichten S1 bis S5 können dabei sequenziell oder, wie in den 5 bis 10 gezeigt, quasiparallel erzeugt werden. Sequentiell bedeutet, dass erst eine Schicht S1 bis S4 vollständig fertiggestellt wird und dann darauf die nächste Schicht S2 bis S5 erzeugt wird. Quasiparallel bedeutet, dass eine Schicht S1 bis S4 erzeugt wird und währenddessen auf einem bereits fertig ausgebildeten Bereich dieser Schicht S1 bis S4 eine weitere Schicht S2 bis S5 erzeugt wird.
-
Im Verfahren werden, abhängig von jeweiligen Oberflächeneigenschaften und Beschichtungsmaterialeigenschaften, insbesondere Tinteneigenschaften, die für die jeweils zu erzeugende Schicht S1 bis S5 am besten geeigneten Beschichtungsverfahren BV ausgewählt, um insbesondere separate poröse Schichten S1 bis S5 ohne Kreuzkontamination auszubilden, d. h. ohne Vermischung der einzelnen Schichten S1 bis S5 und deren Beschichtungsmaterialien.
-
In den Ausführungsbeispielen gemäß den 5 bis 10 werden jeweils mehrere, genauer gesagt in den dargestellten Beispielen jeweils drei, Schichten S1 bis S3 quasiparallel erzeugt. Dies wird erreicht, indem entweder ein Substrat S unter nacheinander angeordneten Beschichtungsvorrichtungen BVR hindurchbewegt wird, wie in den 5 bis 10 dargestellt, und/oder indem die Beschichtungsvorrichtungen BVR nacheinander entlang des Substrats S bewegt werden. Eine Bewegungsrichtung R des Substrats S ist jeweils mit einem Richtungspfeil angedeutet. Mittels der ersten Beschichtungsvorrichtung BVR wird die erste Schicht S1 auf dem Substrat S aufgebracht, mittels der zweiten Beschichtungsvorrichtung BVR wird die zweite Schicht S2 auf der ersten Schicht S1 aufgebracht und mittels der dritten Beschichtungsvorrichtung BVR wird die dritte Schicht S3 auf der zweiten Schicht S2 aufgebracht. Die auf diese Weise ausgebildete katalysatorbeschichtete Membran 1 kann dann von dem Substrat S abgenommen werden bzw. das Substrat S kann von der katalysatorbeschichteten Membran 1 abgezogen werden. Es sind hier jeweils lediglich drei Beschichtungsvorrichtungen BVR und drei erzeugte Schichten S1 bis S3 dargestellt. Entsprechend der Anzahl der jeweils benötigten Schichten S1 bis S5 können in anderen Ausführungsbeispielen jedoch auch weniger oder mehr Beschichtungsvorrichtungen BVR vorgesehen sein und eine entsprechende Anzahl Schichten S1 bis S5 erzeugt werden.
-
In 5 sind alle Beschichtungsvorrichtungen BVR als Vorhangbeschichtungsvorrichtungen VBBVR oder Schlitzdüsenbeschichtungsvorrichtungen ausgebildet, d. h. die Schichten S1 bis S3 werden alle mittels Vorhangbeschichtung VB oder Schlitzdüsenbeschichtung hergestellt.
-
In 6 sind alle Beschichtungsvorrichtungen BVR als Sprühbeschichtungsvorrichtungen SBBVR ausgebildet, d. h. die Schichten S1 bis S3 werden alle mittels Sprühbeschichtung SB hergestellt.
-
In
7 sind alle Beschichtungsvorrichtungen BVR als Walzenbeschichtungsvorrichtungen WBBVR oder Rollenbeschichtungsvorrichtungen ausgebildet, d. h. die Schichten S1 bis S3 werden alle mittels Walzenbeschichtung WB oder Rollenbeschichtung hergestellt, auch als Roller coating bezeichnet, beispielsweise mittels gravierter Walzen oder Rollen, auch als Gravur coating bezeichnet, oder mittels drahtumwickelter Walzen oder Rollen, auch als Mayerbar coating oder Mayer Bar coating bezeichnet, welches in der
US 1,043,021 beschrieben ist.
-
In 8 ist eine Kombination der verschiedenen Beschichtungsvorrichtungen BVR aus den 5 bis 7 dargestellt. Die erste Beschichtungsvorrichtung BVR ist eine Vorhangbeschichtungsvorrichtung VBBVR oder Schlitzdüsenbeschichtungsvorrichtung, wie in 5, so dass die erste Schicht S1 mittels Vorhangbeschichtung VB oder Schlitzdüsenbeschichtung hergestellt wird. Die zweite Beschichtungsvorrichtung BVR ist eine Sprühbeschichtungsvorrichtung SBBVR wie in 6, so dass die zweite Schicht S2 mittels Sprühbeschichtung SB hergestellt wird. Die dritte Beschichtungsvorrichtung BVR ist eine Walzenbeschichtungsvorrichtung WBBVR oder Rollenbeschichtungsvorrichtung wie in 7, so dass die dritte Schicht S3 mittels Walzenbeschichtung WB oder Rollenbeschichtung hergestellt wird. Es sind auch andere Kombinationen und/oder andere Anordnungsreihenfolgen der in den 5 bis 7 dargestellten Beschichtungsvorrichtungen BVR möglich.
-
Die 9 und 10 zeigen besonders vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens. In diesen Ausführungsbeispielen wird die jeweils durch Beschichten ausgebildete Schicht S1 bis S3, genauer gesagt ein Bereich der jeweiligen Schicht S1, S2, durch Erwärmen getrocknet, bevor die nächste Schicht S2, S3 aufgebracht wird. D. h. es wird eine Wärmebehandlung WBH durchgeführt, bevor die nächste Schicht S2, S3 aufgebracht wird. Bei der letzten, d. h. dritten Schicht S3, wird ebenfalls eine Wärmebehandlung WBH durchgeführt, um auch sie durch Erwärmen zu trocknen. Zu diesem Zweck ist zwischen den Beschichtungsvorrichtungen BVR jeweils mindestens eine hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellte Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet. Auch hier bewegt sich das Substrat S unter den Beschichtungsvorrichtungen BVR und Wärmebehandlungsvorrichtungen hinweg. Alternativ oder zusätzlich können in nicht dargestellten Ausführungsbeispielen die Beschichtungsvorrichtungen BVR und die dazwischen angeordneten Wärmebehandlungsvorrichtungen nacheinander entlang des Substrats S bewegt werden. Dabei erfolgt in dem in 9 dargestellten Beispiel die Wärmebehandlung WBH jeweils von oben, während sie in 10 von unten erfolgt.
-
Auch in 10 sind die Wärmebehandlungsvorrichtungen jeweils in Bewegungsrichtung R zwischen zwei Beschichtungsvorrichtungen BVR angeordnet, allerdings sind hier die Beschichtungsvorrichtungen BVR wie in den bisherigen 5 bis 9 über dem Substrat S angeordnet und die Wärmebehandlungsvorrichtungen unter dem Substrat S, so dass das Substrat S und die jeweils ausgebildeten Bereiche der Schichten S1 bis S3 von unten erwärmt werden. Zudem wird in dieser Ausführungsform das Substrat S oder in anderen Ausführungsformen beispielsweise die unterste Schicht S1 mittels Unterdruck U an eine hier nicht dargestellte Produktions- und/oder Transportebene angesaugt. Diese Produktions- und/oder Transportebene ist beispielsweise als ein so genannter Vakuumtisch ausgebildet, d. h. die Produktions- und/oder Transportebene weist Luftabsaugungseinrichtungen auf, um die Luft zwischen dem Substrat S oder der untersten Schicht S1 und der Produktions- und/oder Transportebene abzusaugen und somit das Substrat S oder die unterste Schicht S1 an die Produktions- und/oder Transportebene anzusaugen. Dadurch wird das Substrat S oder die unterste Schicht S1 und somit der gesamte Schichtverbund aus den erzeugten Schichten S1 bis S3 niedergehalten, so dass beispielsweise keine Falten oder Knicke und daraus resultierende fehlerhafte Beschichtungen entstehen können.
-
In 11 ist eine beispielhafte und besonders vorteilhafte Prozesskette des Verfahrens zur Herstellung der katalysatorbeschichteten Membran 1 dargestellt. Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt VS1 die Kathodenkatalysatorschicht K durch Beschichten auf das später abziehbare Substrat S mittels eines Beschichtungsverfahrens BVR aufgebracht. In einem zweiten Verfahrensschritt VS2 wird eine Ionomerfilmschicht IF beispielsweise durch Sprühbeschichtung SB mittels einer Sprühbeschichtungsvorrichtung SBBVR auf die Kathodenkatalysatorschicht K aufgebracht. Die Sprühbeschichtung SB ermöglicht das Ausbilden eines dünnen und homogenen Films. Diese Ionomerfilmschicht IF wird in einem dritten Verfahrensschritt VS3 durch eine Wärmebehandlung WBH getrocknet, beispielsweise auf einem beheizten Vakuumtisch, wie in 10 dargestellt. Auf diese Weise wird die bereits ausgebildete Schichtstruktur durch Vakuum oder Unterdruck, wie oben bereits beschrieben, niedergehalten und durch die Wärmebehandlung WBH wird eine Trocknungszeit erheblich verkürzt.
-
Da es mittels Sprühbeschichtung SB sehr zeitaufwändig ist, eine Ionomerschicht I mit einer größeren Schichtdicke auszubilden, wird für einen vierten Verfahrensschritt S4 ein anderes Beschichtungsverfahren BVR gewählt. In diesem vierten Verfahrensschritt S4 wird auf diese Ionomerfilmschicht IF eine Ionomerschicht I beispielsweise mittels Walzenbeschichtung WB oder Rollenbeschichtung aufgebracht, bevorzugt mittels des oben beschriebenen Mayerbar coating und einer entsprechenden Beschichtungsvorrichtung BVR. Dieses Mayerbar coating ermöglicht das Ausbilden von Ionomerschichten I mit einer Schichtdicke von einigen Mikrometern. Auch hier kann anschließend eine Wärmebehandlung WBH durchgeführt werden, beispielsweise auf einem beheizten Vakuumtisch, wie bereits im dritten Verfahrensschritt VS3. Auf diese Weise wird die bereits ausgebildete Schichtstruktur durch Vakuum oder Unterdruck U, wie oben bereits beschrieben, niedergehalten und durch die Wärmebehandlung WBH wird eine Trocknungszeit erheblich verkürzt.
-
In einem fünften Verfahrensschritt VS5 wird ein Ausgleichsprozessschritt APS unter Temperatureinfluss durchgeführt, das so genannte Anealing. In einem sechsten Verfahrensschritt VS6 wird die Anodenkatalysatorschicht A durch Beschichten auf die Ionomerschicht I aufgebracht. Diese Reihenfolge des Ausbildens der in diesem Beispiel vier Schichten S1 bis S4 mit der Anodenkatalysatorschicht A als letzte Schicht S4 wird gewählt, weil die Anodenkatalysatorschicht A dünner ist als die Kathodenkatalysatorschicht K, sie benötigt eine geringere Trocknungszeit und die feuchtigkeitssensible Ionomerschicht I wird gegen Feuchtigkeit geschützt.
-
Die oben beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens können variiert werden, beispielsweise durch andere Kombinationen der Beschichtungsverfahren BVR. Die Qualität der katalysatorbeschichteten Membran 1 ist beispielsweise abhängig von einer jeweiligen Beschichtungsreihenfolge. Vorteilhafterweise weist die erste Schicht S1, welche die Basis für nachfolgende Schichten S2 bis S5 bildet, die höchste Schichtdicke auf. Bei der auszubildenden katalysatorbeschichteten Membran 1 ist dies die Kathodenkatalysatorschicht K. Auf dieser ersten Schicht S1 können Schichten S2 bis S5 mit einer geringeren Schichtdicke durch Beschichten erzeugt werden. Bei der katalysatorbeschichteten Membran 1 wird daher die Anodenkatalysatorschicht A zuletzt erzeugt, im letzten Beschichtungsschritt, so dass sie die oberste, d. h. beispielsweise dritte, vierte oder fünfte Schicht S3, S4, S5 bildet.
-
Besonders bevorzugt werden zwischen den Beschichtungsschritten, wie oben bereits beschrieben, Wärmebehandlungen WBH zur Trocknung der jeweils ausgebildeten Schicht S1 bis S5 oder des jeweils ausgebildeten Bereichs der jeweiligen Schicht S1 bis S5 durchgeführt, um ein Vermischen der Schichten S1 bis S5 an ihren Berührungsflächen zu verhindern oder zumindest zu reduzieren und/oder damit sich Polymerketten entspannen und Spannungen abgebaut werden können und/oder um eine Herstellungszeit zu verkürzen.
-
Alternativ oder zusätzlich kann Unterdruck- oder Vakuumtechnik, beispielsweise in Form des oben beschriebenen Vakuumtischs, verwendet werden, um die bereits ausgebildeten Schichten S1 bis S5 zu glätten und eine Faltenbildung zu vermeiden. Derartige Vakuumtische oder andere Vakuum- oder Unterdrucklösungen sind besonders für Großserienproduktionen vorteilhaft, um einen kontinuierlichen Herstellungsprozess zu ermöglichen.
-
Die 12 und 13 zeigen Schnittdarstellungen zweier Beispiele verschiedener mittels des Verfahrens auf einem Substrat S erzeugter aufeinander angeordneter Schichten S1 bis S3 einer katalysatorbeschichteten Membran 1. Wie hier zu erkennen, können mittels des Verfahrens separate Schichten S1, S2, S3 mit einer Schichtdicke von wenigen Mikrometern erzeugt werden. So weist die erste Schicht S1 in den 12 und 13 beispielsweise eine Schichtdicke von ca. 3 μm auf. Die zweite Schicht S2 weist in 12 beispielsweise eine Schichtdicke von ca. 10 μm und in 13 beispielsweise eine Schichtdicke von ca. 20 μm auf.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2013/064640 A1 [0002]
- US 1043021 [0032, 0040]
