DE102018002337A1 - Verfahren zum Verringern der Halogenion-Verunreinigung in Feststoff-Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Verbessern der Haltbarkeit von Membran-Elektroden-Anordnungen in Feststoff-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen durch das Verringern der Menge von vorhandenen Halogenion-Verunreinigungen wird offenbart. Silbercarbonat wird in einer lonomerdispersion aufgelöst und in eine geeignete Komponente in der Brennstoffzelle eingebracht, wo es mit vorhandenem Halogenion reagiert, um Silberhalogenide zu bilden. Die Komponente wird dann einer geeigneten Lichtquelle ausgesetzt, welche das Halogenid in Halogengas zersetzt, welches dann vor dem endgültigen Zusammenbau der Brennstoffzelle entfernt wird.

Description

• Hintergrund
• Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Verbessern der Haltbarkeit von Membran-Elektroden-Anordnungen in Feststoff-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen durch das Verringern der Menge von vorhandenen Verunreinigungen. Insbesondere betrifft sie das Verringern der Menge von vorhandenem Halogenion.
• Beschreibung des verwandten Stands der Technik
• Brennstoffzellen sind weiterhin der Gegenstand von vertiefter Forschungs- und Entwicklungsanstrengung, wegen der Energieeffizienz und der Umweltvorteile, welche diese möglicherweise bieten können. Feststoff-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen zeigen ein besonderes Potential für eine Verwendung als Stromversorgungen in, zum Beispiel automobilen, Traktionsanwendungen. Jedoch verbleiben verschiedene Herausforderungen im Erreichen gewünschter Ziele im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit und Kosten, bevor Brennstoffzellen weitreichend angenommen werden, insbesondere für automobile Anwendungen.
• Feststoff-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen (welche auch als Protonen-Austauschmembran-Brennstoffzellen bezeichnet werden) konvertieren Reaktanden, nämlich einen Brennstoff (zum Beispiel Wasserstoff) und ein Oxidationsmittel (zum Beispiel Sauerstoff oder Luft), um elektrische Leistung zu erzeugen. Sie verwenden im Allgemeinen einen protonenleitfähigen Feststoff-Polymer-Membranelektrolyten zwischen den Elektroden, nämlich einer Kathode und einer Anode. Geeignete Katalysatorzusammensetzungen (typischerweise geträgertes Platin oder Platinlegierungs-Zusammensetzungen) werden an jeder Elektrode verwendet, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Eine Struktur, welche einen Membranelektrolyten umfasst, welcher zwischen diesen beiden Elektroden angeordnet ist, wird als eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) bezeichnet. Poröse Gasdiffusionslagen (GDLs) werden üblicherweise an die beiden Elektroden angrenzend verwendet, um das gleichmäßige Diffundieren der Reaktandengase zu den Elektroden zu unterstützen. Des Weiteren sind eine anodische Strömungsfeldplatte und eine kathodische Strömungsfeldplatte, welche jede zahlreiche Fluidverteilungskanäle für die Reaktanden umfassen, an die anodischen beziehungsweise kathodischen GDLs angrenzend vorgesehen, um die Reaktanden auf die jeweiligen Elektroden zu verteilen, und um Nebenprodukte der elektrochemischen Reaktionen zu entfernen, welche innerhalb der Brennstoffzelle stattfinden.
• Wasser ist das hauptsächliche Nebenprodukt in einer Zelle, welche mit Wasserstoff und Luft als Reaktanden betrieben wird. Weil die Ausgangsspannung einer einzelnen Zelle in der Größenordnung von 1 V liegt, wird für kommerzielle Anwendungen üblicherweise eine Mehrzahl von Zellen in Reihe zusammengestapelt. In solch einem Stapel grenzt somit die anodische Strömungsfeldplatte einer Zelle an die kathodische Strömungsfeldplatte der angrenzenden Zelle an. Für Zwecke der Fertigung wird oft ein Satz von anodischen Strömungsfeldplatten mit einem korrespondierenden Satz von kathodischen Strömungsfeldplatten vor der Montage des Stapels verbunden. Ein verbundenes Paar einer anodischen und einer kathodischen Strömungsfeldplatte wird als eine Bipolarplattenanordnung bezeichnet. Die Brennstoffzellenstapel können des Weiteren für die Nutzung in automobilen Anwendungen und dergleichen in Gruppen von miteinander in Reihe und/oder parallel verbundenen Stapeln verbunden sein.
• Die Haltbarkeit der MEA ist nun eines der wichtigsten Probleme für die Entwicklung von Brennstoffzellensystemen in entweder stationären oder Transportanwendungen. Für automobile Anwendungen wird von einer MEA gefordert, dass sie eine Haltbarkeit von etwa 6000 Stunden zeigt.
• In solchen Zellen dient der Membranelektrolyt als ein Separator, um eine Vermischung der Reaktandengase zu verhindern, und als ein Elektrolyt, um Protonen von der Anode zu der Kathode zu transportieren. Ein Perfluorsulfonsäure (PFSA)-Ionomer, zum Beispiel Nafion®, war bis heute das Material der Wahl und der Technologiestandard für Membranen. Nafion® besteht aus einer perfluorierten Hauptkette, welche herabhängende Vinylether-Seitenketten trägt, welche mit SO₃H-Gruppen enden. Kohlenwasserstoff-Ionomere werden auch als ein Membranelektrolyt-Material in Betracht gezogen und haben in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit erhalten.
• Halogenierte Zwischenprodukte und Vorläufer wurden weit verbreitet in der Synthese von PFSA-Ionomer und in der Synthese von Platin-Katalysatoren in Nanopartikelgröße für solche Brennstoffzellen verwendet. Jedoch kann, wie in Electrochimica Acta 52(2007): 7444 - 7552 offenbart, die Anwesenheit von Halogenionen (Cl- oder Br) in der Brennstoffzelle, besonders Chloridionen, die Auflösung und somit den Abbau des Platinkatalysators selbst bei sehr niedrigen Gehalten (zum Beispiel ∼ 1ppm) durch die Bildung von (PtCl₄)^2-- oder (PtCl₆)^2-- Komplexen bewirken. Des Weiteren kann bei ähnlichen ppm-Gehalten die Absorption von Halogenionen auf dem Pt-Katalysator die Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit der MEA auch auf andere Arten nachteilig beeinflussen. Zum Beispiel kann ein negativer kinetischer Effekt auf dem Katalysator beobachtet werden (zum Beispiel führte eine Chlorid-Verunreinigung in der Größenordnung von 4 ppm zu einem Spannungsverlust der Brennstoffzelle von etwa 50 mV; Journal of Electroanalytical Chemistry 508 (2001) 41-47). Und es kann eine Steigerung der Produktion von Wasserstoffperoxid geben, speziell an der Anodenseite der Zelle (bis zu etwa 20% H₂O₂ können bei der Anwesenheit von Cl^- gebildet werden; Journal of Electroanalytical Chemistry 508 (2001) 41-47). Die Zersetzung des Wasserstoffperoxids erzeugt wiederum freie Radikale, welche zu einem Abbau des Membranelektrolyten führen können, und welche gegebenenfalls zu einem Reißen oder Ausdünnen der Membran oder der Bildung von sehr kleinen Löchern führen.
• Es ist daher sehr wichtig, Halogenionen wenn möglich von der MEA zu entfernen und insbesondere von den Katalysatorschichten in solchen in Brennstoffzellen.
• In der US20150024293 ist eine MEA offenbart, welche eine Elektrolytmembran umfasst, eine katalytische Elektrodenschicht, welche nanostrukturierte Elemente umfasst, welche als Träger nadelförmige, mikrostrukturierte Whisker aufweisen, welche nadelförmige, nanoskopische Katalysatorpartikel tragen, und eine GDL, welche eine stickstoffhaltige Verbindung umfasst, welche eine anionische lonentauschergruppe umfasst. Die stickstoffhaltige Verbindung oder Polymer wird verwendet, um Chloridion festzusetzen, welches in der Brennstoffzelle vorhanden ist. Jedoch verbleiben mit diesen Verfahren Chloridionen in der GDL in der Brennstoffzelle. Die Chloridionen können freigesetzt werden, indem die MEA regeneriert wird. Das Verfahren zum Regenerieren umfasst ein Injizieren einer alkalischen Lösung in die Brennstoffzelle, sodass die Gasdiffusionslage kontaktiert wird, das Abführen der Lösung von der Brennstoffzelle und dann ein Wiederholen mit injiziertem deionisiertem Wasser.
• In der JP2008177132 wird eine Anionen fangende Schicht, welche Silbermetall enthält, in der Brennstoffzelle in zumindest eine GDL, einen Separator (oder Strömungsfeldplatte) oder eine Sammelleitung für ein Reaktandengas eingebracht. Das Silbermetall reagiert mit dem Halogenion darin und wird in der Abfangschicht eingefangen. Das Halogen verbleibt jedoch in einer „neutralisierten“ Form als AgCl in der Brennstoffzelle.
• Trotz der jüngsten Fortschritte im Stand der Technik verbleibt ein Bedürfnis nach verbesserten Verfahren zum Entfernen von Halogenionen aus solchen Brennstoffzellen und nach einer verbesserten Haltbarkeit der MEAs. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Bedürfnisse und liefert weitere verwandte Vorteile.
• Zusammenfassung
• Wie oben erörtert kann die Haltbarkeit von Membran-Elektroden-Anordnungen in Feststoff-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen verbessert werden, indem die Menge von vorhandenen Halogenion-Verunreinigungen verringert wird (zum Beispiel Chloridion-Verunreinigung, Bromidion-Verunreinigung). In der vorliegenden Erfindung wird dies erreicht, indem die Halogenion-Verunreinigung zu Halogengas umgewandelt wird, welches vor dem Fertigstellen des Zusammenbaus der Brennstoffzelle entfernt wird.
• Eine relevante Feststoff-Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle umfasst typischerweise einen Elektrolyten, welcher Elektrolyt-Ionomer umfasst, eine Kathode, welche einen Kathoden-Katalysator und Kathoden-Ionomer umfasst, und eine Anode, welche einen Anoden-Katalysator und Anoden-Ionomer umfasst. In dem Verfahren der Erfindung wird eine Dispersion hergestellt, welche ein Dispersionsionomer, Silbercarbonat und ein wässriges Lösungsmittel umfasst. Die Dispersion kann auch andere, nicht wässrige Lösungsmittel enthalten (zum Beispiel einen Alkohol, wie dies typischerweise in handelsüblichen Dispersionen der Fall ist). Wenn es in der Dispersion kombiniert wird, reagiert das Dispersionsionomer mit dem Silbercarbonat, um ein silberhaltiges lonomer, Kohlendioxid und Wasser zu bilden. Das Kohlendioxid wird in die umgebende Atmosphäre verteilt, und das Wasser mischt sich in das Lösungsmittel. Auf eine von verschiedenen Arten wird dann die Dispersion in eine oder mehrere Komponenten eingebracht, welche aus dem Elektrolyten, der Kathode und der Anode ausgewählt ist. Wenn sie in die Komponente oder Komponenten eingebracht sind, reagieren die Silberkationen in dem silberhaltigen lonomer naturgemäß mit der Halogenion-Verunreinigung darin, um ein Silberhalogenid zu bilden. An irgendeinem geeigneten Punkt in dem Verfahren wird das Lösungsmittel entfernt, und die Komponente wird Licht ausgesetzt, welches dazu in der Lage ist, das Silberhalogenid in Halogen und Silbermetall zu zersetzen. Die Lichtexposition zersetzt so jegliches Silberhalogenid in der Komponente oder den Komponenten in Halogengas, welches anschließend entfernt wird. Die Komponente oder Komponenten werden dann auf geeignete Weise während der Herstellung in die Brennstoffzelle eingebaut. In dem Vorstehenden können, wo es möglich ist, bestimmte Schritte in beliebiger Reihenfolge und/oder gleichzeitig vorgenommen werden. Zum Beispiel kann, obwohl der Lichtexpositionsschritt bevorzugt vorgenommen wird, nachdem das gesamte Lösungsmittel entfernt ist, im Grundsatz der Lichtexpositionsschritt gleichzeitig mit oder zum Teil nach dem Entfernen des Lösungsmittels vorgenommen werden.
• Es gibt unterschiedliche Arten, auf welche die Dispersion in eine oder mehrere der Komponenten eingebracht werden kann. In einer Ausführungsform kann die Dispersion auf die Komponente aufgetragen (zum Beispiel beschichtet) werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Komponente unter Verwendung der Dispersion hergestellt werden. Zum Beispiel kann, wenn die Komponenten den Elektrolyten umfassen, der Elektrolyt hergestellt (zum Beispiel gegossen) werden, indem die Dispersion verwendet wird. Hier ist dann das Dispersionsionomer das Elektrolyt-Ionomer. Auf gleiche Weise können, wenn die Komponenten die Kathodenelektroden und/oder Anodenelektroden umfassen, diese Elektroden auf ansonsten herkömmliche Weise hergestellt werden, wobei jedoch das Dispersionsionomer als das Kathoden-Ionomer und/oder entsprechend Anoden-Ionomer verwendet wird.
• Im Hinblick auf die Arten von lonomeren, welche in der Erfindung verwendet werden, können verschiedene Kombinationen nach Wunsch verwendet werden. Zum Beispiel können das Dispersionsionomer, das Elektrolyt-Ionomer, das Kathoden-Ionomer und das Anoden-Ionomer alle die gleiche Art lonomer sein. Jedoch kann auch jede Kombination der vorstehenden lonomere dieselbe oder verschieden sein. Geeignete Arten von lonomer für das Dispersionsionomer und/oder die anderen lonomere umfassen Perfluorsulfonsäure-Ionomer und Kohlenwasserstoff-Ionomer.
• Das Licht, welches in dem Belichtungsschritt verwendet wird, ist dazu in der Lage, Silberhalogenid in Halogen und Silbermetall zu zersetzen. Zum Beispiel kann sichtbares Licht geeignet sein, Silberchlorid und Silberbromid zu zersetzen. Ultraviolettes Licht ist auch bekanntermaßen geeignet, Silberbromid zu zersetzen.
• Feststoff-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen, welche unter Verwendung des Verfahrens der Erfindung hergestellt sind, können durch die Anwesenheit von Silbermetall in einer Komponente unterschieden werden, welche aus dem Elektrolyten, der Kathode und der Anode ausgewählt ist. Des Weiteren können solche Brennstoffzellen durch Komponenten unterschieden werden, welche im Wesentlichen kein Silberhalogenid umfassen.
• Diese und andere Aspekte der Erfindung sind mit Bezug auf die folgende, ausführliche Beschreibung ersichtlich.
• Figurenliste
• 1 zeigt die Reaktionen, welche stattfinden, wenn Silbercarbonat zu der lonomerdispersion hinzugegeben wird, welche in dem Verfahren der Erfindung verwendet wird.
• Ausführliche Beschreibung
• Die vorliegende Erfindung sieht eine verbesserte Haltbarkeit von Membran-Elektroden-Anordnungen in Feststoff-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen und Stapeln durch das Verringern der Menge von darin vorhandenen Halogenion-Verunreinigungen vor. Halogenionen, und insbesondere Cl-, können die Auflösung des typischen Pt-Katalysators bewirken, welcher in den Brennstoffzellenelektroden verwendet wird, und so PtCl₄ bilden. Eine erhebliche Auflösung kann selbst mit sehr geringen Gehalten an vorhandenem Halogen stattfinden. Solch eine Auflösung trägt erheblich zu dem Abbau der Elektrodenkatalysatoren bei. Zum Beispiel wurden in bestimmtem entwicklungsgemäßem Anodenkatalysatormaterial Mengen an Cl in einer Höhe von mehreren tausend ppm gefunden. Diese Mengen sind erheblich und führen zu einer erheblichen Auflösung der Brennstoffzellenkatalysatoren.
• In der vorliegenden Erfindung wird eine Quelle eines Halogenion-Scavengers, speziell Silberionen (Ag⁺) von Silbercarbonat (Ag₂CO₃), in einer wasserbasierten Ionomerdispersion verteilt, welche weiter in den Elektrolyten und/oder eine oder beide Elektroden der Brennstoffzelle wunschgemäß zum Entfernen von Verunreinigungen eingebracht wird. In der lonomerdispersion kann das Silbercarbonat in wünschenswerter Weise mit dem lonomer (eine starke Säure) reagieren, wobei dissoziierte Protonen (von dem lonomer) und Carbonationen reagieren, um Kohlendioxidgas und Wasser zu bilden, und wobei gelöste Silberionen für Proton in dem lonomer ausgetauscht werden. Das gebildete Kohlendioxid entweicht einfach in die Atmosphäre. Diese Abfolge von Reaktionen ist in 1 veranschaulicht.
• In der Anwesenheit von Halogenionen reagieren die Silberanionen in der Dispersion, um unlösliche Silberhalogenid-Ausfällungen zu bilden. Für Chlor- und Brom-Verunreinigungen werden Silberchlorid beziehungsweise Silberbromid gebildet. Vorteilhafterweise werden jedoch in der vorliegenden Erfindung die Ausfällungen einer geeigneten Lichtquelle ausgesetzt, welche dazu in der Lage ist, die Halogenidausfällung in Halogen und Silbermetall zu zersetzen. Für Chlor-Verunreinigung werden Chlorgas und Silbermetall produziert, wenn AgCl einer geeigneten Quelle sichtbaren Lichts ausgesetzt wird (gemäß der Gleichung unten). $$2\text{ AgCl}\stackrel{\text{Licht}}{\to }2\text{ Ag}+{\text{Cl}}_2\uparrow$$

  
• Das Chlorgas wird unter Umgebungsbedingungen leicht entfernt. Für Brom-Verunreinigung werden unter Umgebungsbedingungen flüssiges Brom und Silbermetall produziert, wenn AgBr einer geeigneten Lichtquelle ausgesetzt wird (zum Beispiel ultraviolettes Licht, gemäß der Gleichung unten). $$2\text{ AgBr}\stackrel{\text{UV Licht}}{\to }2\text{ Ag}+{\text{Br}}_2\uparrow$$

  
• Brom hat jedoch einen vergleichsweise niedrigen Siedepunkt von etwa 59°C, und es kann daher leicht mit mäßigem Heizen, und ohne das lonomer oder andere Zellkomponenten zu beschädigen, als ein Gas entfernt werden.
• Auf diese Weise können die in dem Elektrolyten und/oder einer oder beiden Elektroden vorhandenen Halogenionen vor dem endgültigen Zusammenbau der Brennstoffzellen entfernt werden. Dies wird durch Einbringen einer Dispersion, welche Silbercarbonat enthält, in jede gewünschte Komponente erreicht. Die Halogenionen reagieren, um eine Silberhalogenid-Ausfällung zu bilden, welche dann zersetzt wird, um Halogen zu produzieren, welches leicht in Gasform entfernt werden kann.
• Die Menge von in dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendendem Silbercarbonat hängt davon ab, wie viel Halogeniongehalt vorhanden sein kann, und eine wie geringe Menge von Halogenion in der Brennstoffzelle toleriert werden kann. Im Grundsatz ist jedoch der Halogeniongehalt so gering wie möglich, um jeglichen Einfluss auf die Haltbarkeit der MEA zu vermeiden. Die nachfolgende Erörterung liefert eine Orientierungshilfe, um geeignete Mengen an zu verwendendem Silbercarbonat zu bestimmen, um einen gewünschten Gehalt an Halogenion in einer Elektrodenkomponente zu erreichen. Zum Beispiel beträgt auf der Basis der bekannten Löslichkeitskonstante von AgCl die Konzentration von Cl- in einer gesättigten AgCl-Lösung bei 25 °C 0,443 ppm. Daher wird mit ausreichend zugefügtem Ag⁺, welches mit der Menge von vorhandenem Cl- übereinstimmt, ein Gehalt von 0,443 ppm an freiem Cl-Ion in der relevanten Komponente erhalten, wobei das verbleibende Cl-Ion als festes AgCl gebunden ist. Nach dem Entfernen des Dispersions-Lösungsmittels, und nachdem die Komponente in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren belichtet wurde, zersetzt sich das AgCl, wobei das Chlor als Chlorgas freigesetzt wird, welches in die Atmosphäre entflieht. Jedoch kann ein Komponentengehalt von sogar weniger als 0,443 ppm erhalten werden, indem ein Überschuss an Ag⁺ verwendet wird. Zum Beispiel sollte, um einen Gehalt von weniger als 10 ppb an Chloridion in 50 g der trockenen Feststoff-Komponente zu erreichen (unter der Annahme, dass das Volumen der Dispersion 250 mL beträgt, bevor das gesamte Lösungsmittel entfernt ist), die Konzentration an Cl-Ion in der Dispersion weniger als 5,64×10^-8 mol/L betragen, und somit sollte die Konzentration an Ag-Ion mehr als 2,77×10^-3 mol/L in der Dispersion betragen. Auf gleiche Weise beträgt auf der Basis der bekannten Löslichkeitskonstante von AgBr die Konzentration von Br in einer gesättigten AgBr-Lösung bei 25 °C 0,070 ppm. So kann, mit ausreichend zugefügtem Ag⁺, welches mit der Menge von vorhandenem Br übereinstimmt, ein Gehalt von 0,070 ppm an freiem Br-Ion in der relevanten Komponente erhalten werden. Und des Weiteren können sogar niedrigere Gehalte erhalten werden, indem ein Überschuss an Ag⁺-Ion verwendet wird.
• Die Dispersion, welche das Silbercarbonat umfasst, kann in die gewünschte Komponente eingebracht werden, indem verschiedene herkömmliche Verfahren verwendet werden. Zum Beispiel kann die Dispersion nach der üblichen Herstellung der Komponente auf die Komponente aufgetragen werden (zum Beispiel durch Sprühbeschichten oder Rollbeschichten). Alternativ kann die Dispersion stattdessen auf geeignete Weise während der herkömmlichen Herstellung der Komponente eingebracht werden. Weil der Elektrolyt Elektrolyt-Ionomer enthält und die Kathoden- und AnodenElektroden üblicherweise lonomer enthalten (Kathoden-Ionomer beziehungsweise Anoden-Ionomer), kann Silbercarbonat einfach auf geeignete Weise in die Dispersionen eingebracht werden, welche verwendet werden, um die lonomere zu bilden, welche in diesen Komponenten auftreten. Daher können die in der Erfindung verwendeten Dispersionsionomere jegliche oder alle Arten des Elektrolyt-, Kathoden- und Anoden-Ionomers umfassen. Diese Arten umfassen möglicherweise Perfluorsulfonsäure-Ionomere, Kohlenwasserstoff-Ionomere und jegliche andere lonomere, welche für die Verwendung in Feststoff-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen geeignet sind. Obwohl unterschiedliche Arten von lonomer in jeder dieser Komponenten verwendet werden können, wird oft die gleiche Art an lonomer in einer gegebenen Brennstoffzellenbauart verwendet.
• In dem allgemeinen Verfahren der Erfindung ist es dann, wenn erst einmal das eingebrachte Silbercarbonat mit den Halogenion-Verunreinigungen reagieren kann, möglich, Halogen zu entfernen, indem es einer geeigneten Lichtquelle ausgesetzt wird. Daher ist eine gewisse Abwandlung in der Reihenfolge von bestimmten Schritten in dem Verfahren möglich, und bestimmte Schritte können gleichzeitig vorgenommen werden. Zum Beispiel kann in Betracht gezogen werden, die Komponente der Lichtquelle auszusetzen, bevor das gesamte Lösungsmittel entfernt wurde. Und des Weiteren kann so auch Halogen entfernt werden (zum Beispiel als ein Gas), bevor das gesamte Lösungsmittel entfernt ist. Des Weiteren kann der Expositionsschritt an individuellen Komponenten vorgenommen werden, oder zum Beispiel kontinuierlich auf sich bewegenden Bahnen, welche die Komponenten umfassen.
• Während verschiedener Phasen des Herstellungsprozesses können Silbercarbonat und Silberhalogenide in den relevanten Brennstoffzellenkomponenten (Elektrolyt und Elektroden) gefunden werden. Wenn man jedoch die relevanten Reaktionen bis zum Abschluss gehen lässt, was die Zersetzungsreaktionen umfasst, welche aus der Lichtexposition hervorgehen, kann dann, wenn erst der Zusammenbau der Brennstoffzelle abgeschlossen ist, im Wesentlichen kein Silberhalogenid in der Brennstoffzelle verbleiben. In solchen Ausführungsformen kann dies ein Unterscheidungsmerkmal der vorliegenden Erfindung sein. (Man beachte jedoch, dass wie unten erörtert AgCl erneut in sehr kleinen Mengen über die Reaktion mit PtCl₄ erzeugt werden kann.)
• Durch das Einbringen von Silbercarbonat in mit Halogen verunreinigte Brennstoffzellenkomponenten auf diese Weise entfernt die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise Halogenionen und insbesondere Chloridionen, und sie verlangsamt dadurch den Abbau der Katalysatoren und des Membranelektrolyten in der Zelle. Dies verbessert wiederum die Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit der Zelle. Das Verfahren ist vergleichsweise einfach und fügt im Wege von zusätzlichen Schritten in der Brennstoffzellenherstellung wenig hinzu. Das Carbonat-Gegenion in dem eingebrachten Silbercarbonat ist gutartig für die Zelle und kann des Weiteren, wie oben erläutert, ohnehin als Kohlendioxid während der Herstellung entfernt werden.
• Das metallische Silber, welches schließlich in den Zellkomponenten gebildet wird, liefert zusätzliche Vorteile für das erfindungsgemäße Verfahren. Silbermetall ist ein freier Radikalfänger, welcher in wünschenswerter Weise jegliches Wasserstoffperoxid zersetzt, welches in der Brennstoffzelle vorhanden sein kann. Das Zersetzen jeglichen vorhandenen Wasserstoffperoxids verlangsamt wiederum weiter den Katalysatorabbau und verbessert die Haltbarkeit der Membran-Elektroden-Anordnung in der Brennstoffzelle. Des Weiteren ist Silbermetall das einzige Metall, welches einfach PtCl₄ zu Pt reduzieren kann. In nicht wünschenswerter Weise kann PtCl₄ durch eine unbeabsichtigte Auflösung von Pt-Katalysatoren in der Brennstoffzelle gebildet werden. Die geringen Mengen von vorhandenem Silber können jedoch mit jeglichem gebildeten PtCl₄ reagieren, um AgCl und Pt zu bilden, wobei das Katalysatormaterial regeneriert wird. Diese Reaktion wird bei einer Temperatur von ∼ 27 °C begünstigt.
• Alle vorgenannten US-Patente, Veröffentlichungen von US-Patentanmeldungen, US-Patentanmeldungen, ausländischen Patente, ausländischen Patentanmeldungen und nicht der Patentliteratur zugehörigen Publikationen, auf welche in dieser Beschreibung Bezug genommen wurde, sind hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme einbezogen.
• Obwohl bestimmte Elemente, Ausführungsformen und Anwendungen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es natürlich verständlich, dass die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist, da Abänderungen vom Fachmann vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, insbesondere im Lichte der vorstehenden Lehren. Solche Abwandlungen sind innerhalb des Bereichs und Umfangs der nachstehenden Ansprüche zu berücksichtigen.
• 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
• US 20150024293 [0009]
• JP 2008177132 [0010]

Claims (12)

1. Verfahren zum Verringern der Menge von Halogen-Verunreinigung in einer Feststoff-Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle, wobei die Brennstoffzelle einen Elektrolyten umfasst, welcher Elektrolyt-Ionomer umfasst, eine Kathode, welche einen Kathoden-Katalysator und Kathoden-Ionomer umfasst, und eine Anode, welche einen Anoden-Katalysator und Anoden-Ionomer umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Herstellen einer Dispersion, welche ein Dispersionsionomer, Silbercarbonat und ein wässriges Lösungsmittel umfasst, wobei das Dispersionsionomer und das Silbercarbonat reagieren, um ein silberhaltiges lonomer, Kohlendioxid und Wasser zu bilden; Einbringen der Dispersion in eine Komponente, welche aus dem Elektrolyten, der Kathode und der Anode ausgewählt ist, wobei die Silberkationen in dem silberhaltigen lonomer mit Halogenion-Verunreinigung in der Komponente reagieren, um ein Silberhalogenid zu bilden; Entfernen des Lösungsmittels; Belichten der Komponente mit Licht, welches dazu in der Lage ist, das Silberhalogenid in Halogen und Silbermetall zu zersetzen; Entfernen des Halogens; und Einbauen der Komponente in die Brennstoffzelle.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Halogen Chlor oder Brom ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Einbringens ein Auftragen der Dispersion auf die Komponente umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Einbringens ein Herstellen der Komponente unter Verwendung der Dispersion umfasst.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Komponente der Elektrolyt ist und das Dispersionsionomer das Elektrolytionomer ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Komponente die Kathode ist und das Dispersionsionomer das Kathoden-Ionomer ist.
7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Komponente die Anode ist und das Dispersionsionomer das Anoden-Ionomer ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Dispersionsionomer, das Elektrolyt-Ionomer, das Kathoden-Ionomer und das Anoden-Ionomer dieselbe Art lonomer sind.
9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Dispersionsionomer Perfluorsulfonsäurelonomer oder Kohlenwasserstoff-Ionomer ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das in dem Schritt des Belichtens verwendete Licht sichtbares Licht oder ultraviolettes Licht ist.
11. Feststoff-Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle, welche einen Elektrolyten umfasst, welcher Elektrolyt-Ionomer umfasst, eine Kathode, welche einen Kathoden-Katalysator und Kathoden-Ionomer umfasst, und eine Anode, welche einen Anoden-Katalysator und Anoden-Ionomer umfasst, wobei die Brennstoffzelle Silbermetall in einer Komponente umfasst, welche aus dem Elektrolyten, der Kathode und der Anode ausgewählt ist.
12. Brennstoffzelle nach Anspruch11, wobei die Komponente im Wesentlichen kein Silberhalogenid umfasst.

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