DE102020202199A1 - Electrochemical cell with immobilized substance that binds transition metal ions - Google Patents

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Abstract

Es wird eine elektrochemische Zelle vorgeschlagen, die eine immobilisierte Übergangsmetallionen bindende Substanz aufweist, die innerhalb der elektrochemischen Zelle so angeordnet ist, dass eine schädigende Wirkung von Übergangsmetallionen auf ein lonomer der elektrochemischen Zelle vermindert wird.An electrochemical cell is proposed which has an immobilized substance which binds transition metal ions and which is arranged within the electrochemical cell in such a way that a damaging effect of transition metal ions on an ionomer of the electrochemical cell is reduced.

Description

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzellen oder Batterien als Beispiele elektrochemischer Zellen werden typischerweise als elektrische Stromquellen für die Versorgung von Elektromotoren oder Maschinen verwendet. Dabei sind Elektroantriebe zunehmend Bestandteil eines Fahrzeugantriebs für Elektrofahrräder, Elektroautos, Hybridfahrzeuge und dergleichen. Im Gegensatz zu batteriebetriebenen Fahrzeugen zeichnen sich Brennstoffzellenfahrzeuge durch eine deutlich höhere Reichweite und eine schnellere Betankungszeit aus. Beispielsweise in einer Proton-Exchange-Membrane Brennstoffzelle (PEM-BZ) trennt eine Polymermembran die Reaktionsgase. Diese Membran besteht aus einem sogenannten lonomer, welches typischerweise ein perfluoriertes, protonenleitfähiges Polymer ist. Dieses lonomer ist ebenfalls Bestandteil der Katalysatorschichten an Anode und Kathode.Fuel cells or batteries as examples of electrochemical cells are typically used as electrical power sources for supplying electric motors or machines. Electric drives are increasingly becoming part of a vehicle drive for electric bicycles, electric cars, hybrid vehicles and the like. In contrast to battery-operated vehicles, fuel cell vehicles are characterized by a significantly longer range and a faster refueling time. For example, in a proton exchange membrane fuel cell (PEM-FC), a polymer membrane separates the reaction gases. This membrane consists of a so-called ionomer, which is typically a perfluorinated, proton-conductive polymer. This ionomer is also part of the catalyst layers on the anode and cathode.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Ein solches lonomer kann bei einem Einsatz in einer elektrochemischen Zelle u.a. durch zwei chemische Schädigungsmechanismen in seiner Funktion beeinträchtigt werden. Zum einen können Ionen von Übergangsmetallen also Übergangsmetallionen, die zum Beispiel durch Korrosionsprozesse an verschiedenen Orten der elektrochemischen Zelle freigesetzt werden, mittels Diffusionsprozessen das lonomer in einer Katalysatorschicht bzw. einer Elektrode einer Membran-Elektrodenanordnung (MEA) der elektrochemischen Zelle und/oder eine Membran der Membran-Elektrodenanordnung erreichen und dort durch Kationenaustausch die protonogenen Gruppen, typischerweise Sulfonsäuregruppen, des lonomers blockieren. Dadurch verliert das lonomer seine protonenleitende Eigenschaft. Dieser Vorgang ist die sogenannte Vergiftung des lonomers. Zum anderen kann Wasserstoffperoxid, welches bei bestimmten Betriebspunkten der elektrochemischen Zelle verstärkt gebildet wird, Übergangsmetallionen-katalysiert in hochreaktive Radikale zersetzt werden, wodurch das lonomer irreversibel chemisch geschädigt wird. Dies ist die sogenannte chemische Degradation des lonomers.When used in an electrochemical cell, such an ionomer can be impaired in its function by two chemical damage mechanisms, among other things. On the one hand, ions of transition metals, i.e. transition metal ions that are released, for example, by corrosion processes at different locations in the electrochemical cell, can use diffusion processes to convert the ionomer into a catalyst layer or an electrode of a membrane electrode assembly (MEA) of the electrochemical cell and / or a membrane of the Reach membrane-electrode arrangement and block the protonogenic groups, typically sulfonic acid groups, of the ionomer there by cation exchange. As a result, the ionomer loses its proton-conducting property. This process is the so-called poisoning of the ionomer. On the other hand, hydrogen peroxide, which is increasingly formed at certain operating points of the electrochemical cell, is catalyzed by transition metal ions and decomposed into highly reactive radicals, as a result of which the ionomer is irreversibly chemically damaged. This is the so-called chemical degradation of the ionomer.

Zusammenfassend sind bei beiden Schadensmechanismen somit Übergangsmetallionen in Gegenwart des lonomers verantwortlich für die Schädigung des lonomers. Somit wäre es wünschenswert die Übergangsmetallionen räumlich von dem lonomer der elektrochemischen Zelle zu trennen, bzw. zu verhindern, dass die Übergangsmetallionen das lonomer erreichen. Besonders bei Einsatz metallischer Komponenten in elektrochemischen Zellen erfolgt durch Korrosion die Freisetzung von Übergangsmetallionen, insbesondere Fe(III), Cr(III) und Ni(II)), wobei diese Übergangsmetallionen das lonomer in beschriebener Weise schädigen.In summary, transition metal ions in the presence of the ionomer are responsible for the damage to the ionomer in both damage mechanisms. It would therefore be desirable to spatially separate the transition metal ions from the ionomer of the electrochemical cell, or to prevent the transition metal ions from reaching the ionomer. Particularly when metallic components are used in electrochemical cells, corrosion results in the release of transition metal ions, in particular Fe (III), Cr (III) and Ni (II)), these transition metal ions damaging the ionomer in the manner described.

Durch die Zugabe von Radikalfängern bzw. Wasserstoffperoxid-Zersetzungskatalysatoren kann eine chemische Degradation des lonomers aufgrund der Wirkung des herrschenden elektrischen Feldes in der elektrochemischen Zelle nicht vollständig wirksam erreicht werden, da diese einzusetzenden Materialien in aktiver Form am potenziellen Schädigungsort vorhanden sein müssen, um ihre Schutzwirkung zu entfalten, was durch das elektrische Feld vermindert wird.By adding radical scavengers or hydrogen peroxide decomposition catalysts, chemical degradation of the ionomer due to the effect of the prevailing electrical field in the electrochemical cell cannot be achieved completely effectively, since these materials to be used must be present in an active form at the potential damage site in order to provide their protective effect to unfold what is diminished by the electric field.

Erfindungsgemäß wird eine elektrochemische Zelle angegeben, die eine immobilisierte Übergangsmetallionen bindende Substanz aufweist, eine Verwendungen einer solchen elektrochemische Zelle und Verfahren zur Herstellung einer solchen elektrochemischen Zelle gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, die zumindest zum Teil die genannten Aufgaben lösen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, an electrochemical cell is specified which has a substance that binds immobilized transition metal ions, a use of such an electrochemical cell and a method for producing such an electrochemical cell according to the features of the independent claims, which at least in part achieve the stated objects. Advantageous configurations are the subject matter of the dependent claims and the description below.

Gemäß einem Aspekt wird eine elektrochemische Zelle vorgeschlagen, die eine immobilisierte Übergangsmetallionen bindende Substanz aufweist, die innerhalb der elektrochemischen Zelle so angeordnet ist, dass eine schädigende Wirkung von Übergangsmetallionen auf ein lonomer der elektrochemischen Zelle vermindert wird.According to one aspect, an electrochemical cell is proposed which has an immobilized substance which binds transition metal ions and which is arranged within the electrochemical cell in such a way that a damaging effect of transition metal ions on an ionomer of the electrochemical cell is reduced.

Beide oben beschriebenen Schädigungsmechanismen werden dadurch dramatisch reduziert, dass die Übergangsmetallionen bindende Substanz angeordnet ist, eine schädigende Wirkung auf das lonomer zu vermindern, da ohne den Kontakt der Übergangsmetallionen mit dem lonomer eine schädigende Wirkung ausbleibt.Both damage mechanisms described above are dramatically reduced in that the substance which binds transition metal ions is arranged to reduce a damaging effect on the ionomer, since there is no damaging effect without contact of the transition metal ions with the ionomer.

Der Begriff elektrochemische Zelle ist breit zu verstehen und umfasst zum Beispiel Brennstoffzellen oder Elektrolyseur-Zellen. Dabei weist jede elektrochemische Zelle eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode, beispielsweise in Form von Elektrodenplatinen, wie z.B. Bipolarplatten, als Elektronenleiter auf. Diese Elektroden kontaktieren mechanisch und elektrisch eine elektrisch leitfähige Fluidverteilerschicht, die als Gasdiffusionsschicht in Form eines Kohlefaserflieses (GDB = gas diffusion backing) ausgebildet sein kann, und weiterhin eine mikroporöse Funktionsschicht (MPL = microporous layer) aufweisen kann. Diese Gasdiffusionsschicht kontaktiert in einer elektrochemischen Zelle elektrisch und mechanisch eine Membran-Elektrodeneinheit, die wiederum eine Membran und eine Katalysatorschicht aufweist.The term electrochemical cell is to be understood broadly and includes, for example, fuel cells or electrolyzer cells. Each electrochemical cell has an anode electrode and a cathode electrode, for example in the form of electrode plates, such as bipolar plates, as electron conductors. These electrodes make mechanical and electrical contact with an electrically conductive fluid distribution layer, which can be designed as a gas diffusion layer in the form of a carbon fiber fleece (GDB = gas diffusion backing) and can also have a microporous functional layer (MPL = microporous layer). In an electrochemical cell, this gas diffusion layer makes electrical and mechanical contact with a membrane-electrode unit, which in turn has a membrane and a catalyst layer.

Eine solche Gasdiffusionsschicht kann eine membranseitig gelegene elektrokatalytische Reaktionsschicht mit der bipolaren Platte elektrisch, mechanisch und thermisch verbinden und den Medientransport zu und von der elektrokatalytischen Reaktionsschicht sicherstellen. Die Gasdiffusionsschicht hat innerhalb von beispielsweise einer elektrochemischen Zelle verschiedene Aufgaben. Dazu zählen die Stoffverteilung von Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser, etc., sowie eine Stromleitung, eine Wärmeleitung sowie eine Kraftverteilung von Anpressdrücken. Das typischerweise verwendete Faserflies ist in der Ebene der Gasdiffusionsschicht sehr gut für Gase durchlässig und hilft bei der Querverteilung der Medien, der Wärme und des Stroms unter Stegen von Bipolarplatten, die eingerichtet sind den Strom nach außen abzuleiten. Die mikroporöse Funktionsschicht definiert sich vor allem über ihre Eigenschaften, nämlich einen guten Elektronentransport von der Katalysatorschicht zur Fluidverteilerschicht bereitzustellen und das Wassermanagement an der der Membran abgewandten Seite der Katalysatorschicht zu unterstützen.Such a gas diffusion layer can be an electrocatalytic one located on the membrane side Connect the reaction layer to the bipolar plate electrically, mechanically and thermally and ensure the media transport to and from the electrocatalytic reaction layer. The gas diffusion layer has various tasks within, for example, an electrochemical cell. This includes the material distribution of oxygen, hydrogen, water, etc., as well as a power line, a heat line and a force distribution of contact pressures. The fiber fleece that is typically used is very permeable to gases in the plane of the gas diffusion layer and helps with the transverse distribution of the media, the heat and the current under webs of bipolar plates that are designed to divert the current to the outside. The microporous functional layer is primarily defined by its properties, namely to provide good electron transport from the catalyst layer to the fluid distribution layer and to support water management on the side of the catalyst layer facing away from the membrane.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Übergangsmetallionen bindende Substanz innerhalb der elektrochemischen Zelle so angeordnet ist, dass gebundene Übergangsmetallionen räumlich von Komponenten der elektrochemischen Zelle getrennt sind, die lonomere aufweisen. Durch eine räumliche Trennung der Übergangsmetallionen von dem lonomer wird entsprechend die schädigende Wirkung der Übergangsmetallionen auf das lonomer unterbunden. Insbesondere gilt dies für Übergangsmetallionen bindende Substanzen mit hoher Bindungsstärke zu Übergangsmetallionen. Beide oben beschriebenen Schädigungsmechanismen werden dadurch vorteilhafterweise dramatisch reduziert, da keine freien Übergangsmetallionen aufgrund der räumlichen Trennung in Kontakt zum lonomer kommen könnten. Vorteilhafterweise wird dies erreicht, wenn das Übergangsmetallionen-bindende Material an geeigneter Stelle in der elektrochemischen Zelle angeordnet ist.According to one aspect, it is proposed that the substance which binds transition metal ions is arranged within the electrochemical cell in such a way that bound transition metal ions are spatially separated from components of the electrochemical cell which have ionomers. By spatially separating the transition metal ions from the ionomer, the damaging effect of the transition metal ions on the ionomer is correspondingly prevented. This applies in particular to substances which bind transition metal ions and have a high bond strength to transition metal ions. Both damage mechanisms described above are thereby advantageously reduced dramatically, since no free transition metal ions could come into contact with the ionomer due to the spatial separation. This is advantageously achieved if the material which binds transition metal ions is arranged at a suitable location in the electrochemical cell.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das lonomer kationenleitfähig oder anionenleitfähig ist. Vorteilhafterweise kann eine solche Trennung von Übergangsmetallionen und lonomeren sowohl für anionenleitfähige als auch für kationen leitfähige lonomere, die in elektrochemischen Zellen verwendet werden, die Lebensdauer bzw. Betriebsdauer der elektrochemischen Zelle verbessern. Beispiele für kationenleitfähige lonomere sind Materialien die unter dem Handelsnamen Nafion, Flemion, Aquivion oder Dyneon bekannt sind.According to one aspect it is proposed that the ionomer is cation-conductive or anion-conductive. Such a separation of transition metal ions and ionomers can advantageously improve the service life or operating time of the electrochemical cell for both anion-conductive and cation-conductive ionomers which are used in electrochemical cells. Examples of cation-conductive ionomers are materials which are known under the trade names Nafion, Flemion, Aquivion or Dyneon.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das lonomer eine polymere Perfluorsulfonsäure aufweist.According to one aspect it is proposed that the ionomer has a polymeric perfluorosulfonic acid.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Übergangsmetallionen bindende Substanz chelatisierende chemische Gruppen aufweist. According to one aspect it is proposed that the substance which binds transition metal ions has chelating chemical groups.

Vorteilhafterweise haben chelatisierende Gruppen sehr hohe Bindungsstärken gegenüber mehrfach geladenen Ionen, wie es typischerweise Übergangsmetallionen sind. Daher sind solche Strukturen besonders geeignet für das hier vorgestellte Konzept.Advantageously, chelating groups have very high bond strengths with respect to multiply charged ions, as are typically transition metal ions. Therefore, such structures are particularly suitable for the concept presented here.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird vorgeschlagen, dass die chelatisierende chemische Gruppe Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) ist. Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) ist ein typischer Vertreter solcher Chelatbildner mit einer außerordentlich hohen Bindungsaffinität und Kapazität gegenüber diversen Übergangsmetallionen.According to a further aspect it is proposed that the chelating chemical group is ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA). Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) is a typical representative of such chelating agents with an extraordinarily high binding affinity and capacity for various transition metal ions.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass ein metall-organisches Gerüst zur Immobilisierung mit der Übergangsmetallionen bindenden Substanz funktionalisiert ist. Dies wurde beispielsweise in Nature Communications (2018) 9:187 von Yaguang Peng et al. dargestellt (DOI: 10.1038/s41467-017-02600-2), in der ein metall-organisches Gerüst mit EDTA funktionalisiert wurde und daraufhin außerordentlich hohe Bindungsaffinität und Kapazität gegenüber diversen Übergangsmetallionen nachgewiesen wurden. Insbesondere ist dabei die Stabilitätskonstante mit freien EDTA sehr hoch, was vorteilhaft insbesondere für die Edelstahl-Bestandteile Ni und Fe (Cr(III)) ist. Diese Immobilisierung kann dadurch erfolgen, dass durch Funktionalisierung die Übergangsmetallionen bindende Substanz nicht wasserlöslich ist.According to one aspect, it is proposed that a metal-organic framework for immobilization is functionalized with the substance that binds transition metal ions. This was for example in Nature Communications (2018) 9: 187 by Yaguang Peng et al. (DOI: 10.1038 / s41467-017-02600-2), in which a metal-organic framework was functionalized with EDTA and then extremely high binding affinity and capacity for various transition metal ions were demonstrated. In particular, the stability constant with free EDTA is very high, which is particularly advantageous for the stainless steel components Ni and Fe (Cr (III)). This immobilization can take place in that the substance that binds transition metal ions is not water-soluble as a result of functionalization.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Übergangsmetallionen bindende Substanz chelatisierende Liganden aufweist, die immobilisiert sind, und/oder chelatisierende Polymere aufweist. Insbesondere bei chelatisierenden Polymeren ist vorteilhaft, dass diese als hochmolekulare Materialien einfach in einer nicht-wasserlöslichen Form erzeugt werden können, sodass sie eine ortsfeste Bindung der Übergangsmetallionen sicherstellen. Neben den oben dargestellten Materialien als Substanzen um Übergangsmetallionen zu binden können generell auch alle anderen Materialien dafür verwendet werden, die Übergangsmetallkationen stark binden.According to one aspect it is proposed that the substance which binds transition metal ions has chelating ligands which are immobilized and / or has chelating polymers. In the case of chelating polymers, in particular, it is advantageous that these can be produced simply as high molecular weight materials in a non-water-soluble form, so that they ensure a fixed bond of the transition metal ions. In addition to the materials shown above as substances to bind transition metal ions, all other materials can generally also be used that bind transition metal cations strongly.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass eine mikroporöse Schicht (MPL) der elektrochemischen Zelle und/oder einer Gasdiffusionsschicht der elektrochemischen Zelle und/oder eine Grenzfläche zwischen der mikroporösen Schicht (MPL) und einer Elektrode der elektrochemischen Zelle und/oder eine Gasverteilerstruktur der elektrochemischen Zelle und/oder der lonomer eine Übergangsmetallionen bindende Substanz aufweist.According to one aspect, it is proposed that a microporous layer (MPL) of the electrochemical cell and / or a gas diffusion layer of the electrochemical cell and / or an interface between the microporous layer (MPL) and an electrode of the electrochemical cell and / or a gas distribution structure of the electrochemical cell and / or the ionomer has a substance which binds transition metal ions.

Vorteilhafterweise wird die Übergangsmetallionen bindende Substanz an einer geeigneten Stellen innerhalb der elektrochemischen Zelle angeordnet, um die Übergangsmetallionen zu binden, bevor sie räumlich in die Nähe des Schadentfaltungsortes, d. h. in die Nähe des lonomers gelangen. Durch diese räumliche Trennung kann die schädigende Wirkung der Übergangsmetallionen vermieden werden.The substance which binds transition metal ions is advantageously arranged at a suitable location within the electrochemical cell in order to bind the transition metal ions before they are spatially in the vicinity of the damage development site, i.e. H. get near the ionomer. This spatial separation makes it possible to avoid the damaging effect of the transition metal ions.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die elektrochemische Zelle die Übergangsmetallionen bindende Substanz Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) in der mikroporösen Schicht (MPL) aufweist, die mit einer metallorganischen Gerüstverbindungen immobilisiert ist. Die Einbringung in die mikroporöse Schicht (MPL) ist vorteilhaft, da sie weitmöglichst räumlich entfernt von z.B. der metallischen Bipolarplatte, dem typischen Entstehungsort der Übergangsmetallionen, ist, sodass die Konzentration der Übergangsmetallionen in der mikroporösen Schicht (MPL) durch vorausgehenden partiellen Austrag z.B. schon reduziert ist. Dies ist vorteilhaft für die bestmögliche Nutzung der Übergangsmetallionen bindenden Substanz hinsichtlich Bindungskapazität und Bindungsgeschwindigkeit. Gleichzeitig ist die MPL typischerweise die angrenzende Schicht zur Katalysatorschicht, welche vor den Übergangsmetallionen geschützt werden soll, sodass eine Wirkung der Übergangsmetallionen bindenden Substanz wie oben beschrieben erfolgen kann.According to one aspect, it is proposed that the electrochemical cell has the substance ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) which binds transition metal ions in the microporous layer (MPL), which is immobilized with an organometallic framework compound. The introduction into the microporous layer (MPL) is advantageous because it is as far away as possible from e.g. the metallic bipolar plate, the typical point of origin of the transition metal ions, so that the concentration of the transition metal ions in the microporous layer (MPL) is already reduced by the previous partial discharge, for example is. This is advantageous for the best possible use of the substance which binds transition metal ions in terms of binding capacity and binding speed. At the same time, the MPL is typically the layer adjoining the catalyst layer, which is to be protected from the transition metal ions, so that the substance that binds transition metal ions can take effect as described above.

Es wird ein Verfahren zur Herstellung der elektrochemischen Zelle wie oben beschrieben vorgeschlagen, wobei zumindest eine Komponente zur Herstellung der elektrochemischen Zelle eine Übergangsmetallionen bindende Substanz aufweist. Dadurch, dass eine Komponente zur Herstellung der elektrochemischen Zelle eine Übergangsmetallionen bindende Substanz aufweist, kann mit dieser Komponente eine räumliche Trennung der Übergangsmetallionen von den lonomeren, die in der elektrochemischen Zelle verwendet werden, erreicht werden.A method for producing the electrochemical cell as described above is proposed, at least one component for producing the electrochemical cell having a substance that binds transition metal ions. Because a component for producing the electrochemical cell has a substance that binds transition metal ions, this component can be used to achieve spatial separation of the transition metal ions from the ionomers that are used in the electrochemical cell.

Es wird ein Verfahren zur Herstellung der elektrochemische Zelle wie oben beschrieben vorgeschlagen, wobei in einem Imprägnierungsschritt und/oder einem Beschichtungsschritt während der Assemblierung der Komponenten eine Übergangsmetallionen bindende Substanz aufgebracht wird. Somit kann der erfindungsgemäße Vorteil auch erreicht werden, wenn keine der Komponenten der elektrochemischen Zelle Übergangsmetallionen bindende Substanzen aufweist, da beispielsweise in einem separaten Imprägnierungsschritt oder einem zusätzlichen Beschichtungsschritt während der Assemblierung der Komponenten zur elektrochemischen Zelle Übergangsmetallionen bindende Substanzen aufgebracht werden, die wie beschrieben die Übergangsmetallionen räumlich von den in der elektrochemischen Zelle vorhanden lonomeren trennen. Polymermaterialien könnten z.B. in gelöster Form eingebracht werden und nach Entfernen des Lösungsmittels in unlöslicher Form, insbesondere in wasserunlöslicher Form, vorliegen. Nicht-lösliche Übergangsmetallionen bindende Substanzen können in Form von Partikeln beispielsweise in suspendierter Form aufgesprüht werden.A method for producing the electrochemical cell as described above is proposed, a substance which binds transition metal ions being applied in an impregnation step and / or a coating step during the assembly of the components. Thus, the advantage according to the invention can also be achieved if none of the components of the electrochemical cell has substances that bind transition metal ions, since, for example, in a separate impregnation step or an additional coating step during the assembly of the components to form the electrochemical cell, substances that bind transition metal ions are applied, which as described the transition metal ions spatially separate from the ionomers present in the electrochemical cell. Polymer materials could, for example, be introduced in dissolved form and, after removal of the solvent, be in insoluble form, in particular in water-insoluble form. Substances that bind non-soluble transition metal ions can be sprayed on in the form of particles, for example in suspended form.

Es wird eine Verwendung einer Brennstoffzelle und/oder eines Elektrolyseurs wie oben beschrieben vorgeschlagen, um eine mobile Plattform zu betreiben. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch eine verlängerte Lebensdauer der Brennstoffzelle für den Betrieb einer mobilen Plattform, die eine spezielle Form einer elektrochemischen Zelle darstellt.The use of a fuel cell and / or an electrolyzer as described above is proposed in order to operate a mobile platform. This advantageously results in an extended service life of the fuel cell for the operation of a mobile platform, which is a special form of an electrochemical cell.

Eine mobile Plattform kann ein zumindest teilweise automatisiertes System sein, das mobil ist, und/oder ein Fahrerassistenzsystem. Ein Beispiel kann ein zumindest teilweise automatisiertes Fahrzeug bzw. ein Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem sein. Das heißt, in diesem Zusammenhang beinhaltet ein zumindest teilweise automatisiertes System eine mobile Plattform in Bezug auf eine zumindest teilweise automatisierte Funktionalität, aber eine mobile Plattform beinhaltet auch Fahrzeuge und andere mobile Maschinen einschließlich Fahrerassistenzsysteme. Weitere Beispiele für mobile Plattformen können Fahrerassistenzsysteme mit mehreren Sensoren, mobile Multisensor-Roboter wie z. B. Roboterstaubsauger oder Rasenmäher, ein Multisensor-Überwachungssystem, eine Fertigungsmaschine, ein Flugzeug, ein Schiff, eine Drohne, ein persönlicher Assistent oder ein Zugangskontrollsystem sein. Jedes dieser Systeme kann ein vollständig oder teilweise autonomes System sein.A mobile platform can be an at least partially automated system that is mobile and / or a driver assistance system. An example can be an at least partially automated vehicle or a vehicle with a driver assistance system. That is, in this context an at least partially automated system includes a mobile platform with regard to an at least partially automated functionality, but a mobile platform also includes vehicles and other mobile machines including driver assistance systems. Further examples of mobile platforms can be driver assistance systems with several sensors, mobile multi-sensor robots such as B. robotic vacuum cleaners or lawn mowers, a multi-sensor monitoring system, a manufacturing machine, an airplane, a ship, a drone, a personal assistant or an access control system. Each of these systems can be a fully or partially autonomous system.

Claims (13)

Elektrochemische Zelle, die eine immobilisierte Übergangsmetallionen bindende Substanz aufweist, die innerhalb der elektrochemischen Zelle so angeordnet ist, dass eine schädigende Wirkung von Übergangsmetallionen auf ein lonomer der elektrochemischen Zelle vermindert wird.Electrochemical cell which has an immobilized substance which binds transition metal ions and which is arranged within the electrochemical cell in such a way that a damaging effect of transition metal ions on an ionomer of the electrochemical cell is reduced. Elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 1, wobei die Übergangsmetallionen bindende Substanz innerhalb der elektrochemischen Zelle so angeordnet ist, dass gebundene Übergangsmetallionen räumlich von Komponenten der elektrochemischen Zelle getrennt sind, die lonomere aufweisen.Electrochemical cell according to Claim 1 , wherein the substance binding transition metal ions is arranged within the electrochemical cell in such a way that bound transition metal ions are spatially separated from components of the electrochemical cell which have ionomers. Elektrochemische Zelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das lonomer kationenleitfähig oder anionenleitfähig ist.Electrochemical cell according to one of the preceding claims, wherein the ionomer is cation-conductive or anion-conductive. Elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 1 und 2, wobei das lonomer eine polymere Perfluorsulfonsäure aufweist.Electrochemical cell according to Claim 1 and 2 wherein the ionomer comprises a polymeric perfluorosulfonic acid. Elektrochemische Zelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Übergangsmetallionen bindende Substanz chelatisierende chemische Gruppen aufweist.Electrochemical cell according to one of the preceding claims, wherein the substance binding transition metal ions has chelating chemical groups. Elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 5, wobei die chelatisierende chemische Gruppe Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) ist.Electrochemical cell according to Claim 5 , wherein the chelating chemical group is ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA). Elektrochemische Zelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein metall-organisches Gerüst zur Immobilisierung mit der Übergangsmetallionen bindenden Substanz funktionalisiert ist.Electrochemical cell according to one of the preceding claims, wherein a metal-organic framework for immobilization is functionalized with the substance that binds transition metal ions. Elektrochemische Zelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Übergangsmetallionen bindende Substanz chelatisierende Liganden aufweist, die immobilisiert sind, und/oder chelatisierende Polymere aufweist.Electrochemical cell according to one of the preceding claims, wherein the substance which binds transition metal ions has chelating ligands which are immobilized and / or has chelating polymers. Elektrochemische Zelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine mikroporöse Schicht (MPL) der elektrochemischen Zelle und/oder einer Gasdiffusionsschicht der elektrochemischen Zelle und/oder eine Grenzfläche zwischen der mikroporösen Schicht (MPL) und einer Elektrode der elektrochemischen Zelle und/oder eine Gasverteilerstruktur der elektrochemischen Zelle und/ oder der lonomer eine Übergangsmetallionen bindende Substanz aufweist.Electrochemical cell according to one of the preceding claims, wherein a microporous layer (MPL) of the electrochemical cell and / or a gas diffusion layer of the electrochemical cell and / or an interface between the microporous layer (MPL) and an electrode of the electrochemical cell and / or a gas distribution structure of the electrochemical cell and / or the ionomer has a transition metal ion binding substance. Elektrochemische Zelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die die Übergangsmetallionen bindende Substanz Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) in der mikroporösen Schicht (MPL) aufweist, die mit einer metallorganischen Gerüstverbindung immobilisiert ist.Electrochemical cell according to one of the preceding claims, which has the substance ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) which binds transition metal ions in the microporous layer (MPL), which is immobilized with an organometallic framework compound. Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Komponente zur Herstellung der elektrochemischen Zelle eine Übergangsmetallionen bindende Substanz aufweist.Method for producing an electrochemical cell according to one of the preceding claims, wherein at least one component for producing the electrochemical cell has a substance which binds transition metal ions. Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle gemäß Anspruch 1 bis 10, wobei in einem Imprägnierungsschritt und/oder einem Beschichtungsschritt während der Assemblierung der Komponenten eine Übergangsmetallionen bindende Substanz aufgebracht wird.Process for the production of an electrochemical cell according to Claim 1 until 10 , wherein a substance that binds transition metal ions is applied in an impregnation step and / or a coating step during the assembly of the components. Verwendung einer Brennstoffzelle und/oder eines Elektrolyseurs gemäß Anspruch 1 bis 10 zum Betrieb einer mobilen Plattform.Use of a fuel cell and / or an electrolyzer according to Claim 1 until 10 to operate a mobile platform.
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