DE102020213499A1 - Process for the production of a multilayer device for a motor vehicle, switchable auxiliary assembly layer and layer device - Google Patents

Process for the production of a multilayer device for a motor vehicle, switchable auxiliary assembly layer and layer device Download PDF

Info

Publication number
DE102020213499A1
DE102020213499A1 DE102020213499.5A DE102020213499A DE102020213499A1 DE 102020213499 A1 DE102020213499 A1 DE 102020213499A1 DE 102020213499 A DE102020213499 A DE 102020213499A DE 102020213499 A1 DE102020213499 A1 DE 102020213499A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
state
auxiliary
assembly
layer surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020213499.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Andreas Gehrold
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102020213499.5A priority Critical patent/DE102020213499A1/en
Priority to PCT/EP2021/078742 priority patent/WO2022089970A1/en
Priority to CN202180073721.3A priority patent/CN116508183A/en
Publication of DE102020213499A1 publication Critical patent/DE102020213499A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002—Organic membrane manufacture
    • B01D67/0006—Organic membrane manufacture by chemical reactions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0081—After-treatment of organic or inorganic membranes
    • B01D67/0088—Physical treatment with compounds, e.g. swelling, coating or impregnation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/58—Other polymers having nitrogen in the main chain, with or without oxygen or carbon only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mehrere Schichten (4, 5) aufweisenden Schichtvorrichtung (1), aufweisend die folgenden Schritte:- Bereitstellen einer Montagehilfsschicht (2) mit einer Hilfsschichtoberfläche (3), wobei die Hilfsschichtoberfläche (3) zwischen einem ersten Zustand (Z1) und einem zweiten Zustand (Z2) umschaltbar ausgebildet ist, wobei der erste Zustand (Z1) eine vom zweiten Zustand (Z2) verschiedene Polarität aufweist,- Schalten der Hilfsschichtoberfläche (3) in den ersten Zustand (Z1),- Erzeugen einer ersten Schicht (4) auf der Hilfsschichtoberfläche (3) aus einem ersten Schichtwerkstoff, wobei der erste Schichtwerkstoff eine bessere Haftung an der in den ersten Zustand (Z1) versetzten Hilfsschichtoberfläche (3) als an einer in den zweiten Zustand (Z2) versetzten Hilfsschichtoberfläche (3) aufweist,- Anordnen einer zweiten Schicht (5) aus einem zweiten Schichtwerkstoff auf der ersten Schicht (4) zur Erzeugung der Schichtvorrichtung (1),- Schalten der Hilfsschichtoberfläche (3) in den zweiten Zustand (Z2), und- Ablösen der erzeugten Schichtvorrichtung (1) von der Montagehilfsschicht (2). Ferner betrifft die Erfindung eine Montagehilfsschicht (2) sowie eine Schichtvorrichtung (1).The invention relates to a method for producing a layered device (1) having a plurality of layers (4, 5), comprising the following steps: - providing an assembly auxiliary layer (2) with an auxiliary layer surface (3), the auxiliary layer surface (3) between a first state (Z1) and a second state (Z2) is switchable, the first state (Z1) having a polarity different from the second state (Z2),- switching the auxiliary layer surface (3) into the first state (Z1),- generating a first layer (4) on the auxiliary layer surface (3) made of a first layer material, the first layer material adhering better to the auxiliary layer surface (3) set to the first state (Z1) than to an auxiliary layer surface (3) set to the second state (Z2) 3) comprising, - arranging a second layer (5) of a second layer material on the first layer (4) to produce the layered device (1), - switching n the auxiliary layer surface (3) into the second state (Z2), and detaching the layer device (1) produced from the auxiliary assembly layer (2). The invention also relates to an assembly aid layer (2) and a layer device (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mehrere Schichten aufweisenden Schichtvorrichtung, wie bspw. eine Elektrode oder eine Membran für eine Brennstoffzelle oder dergleichen, für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung eine schaltbare Montagehilfsschicht zur Verwendung bei der Herstellung einer Schichtvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie eine Schichtvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.The present invention relates to a method for manufacturing a multilayer laminated device such as an electrode or a membrane for a fuel cell or the like for an automobile. Furthermore, the invention relates to a switchable auxiliary assembly layer for use in the production of a layered device for a motor vehicle and a layered device for a motor vehicle.

Stand der TechnikState of the art

Es ist eine Vielzahl unterschiedlicher Schichtvorrichtungen bekannt. Unter einer Schichtvorrichtung wird im Rahmen der Erfindung eine Vorrichtung verstanden, welche zwei oder mehr übereinander angeordnete Schichten aufweist, welche insbesondere miteinander verbunden sind. Bekannte Schichtvorrichtungen weisen bspw. eine Membran und/oder Elektrode auf oder sind als Membran oder Elektrode ausgebildet. Eine bekannte Schichtvorrichtung ist bspw. eine Brennstoffzelle (BSZ).A large number of different layer devices are known. Within the scope of the invention, a layered device is understood to mean a device which has two or more layers which are arranged one above the other and which are in particular connected to one another. Known layer devices have, for example, a membrane and/or an electrode or are designed as a membrane or an electrode. A known layered device is, for example, a fuel cell (BSZ).

Brennstoffzellen werden oftmals auch als „Fuel Cells“ (FC) bezeichnet und sind elektrochemische Energiewandler, die bspw. zur Umwandlung von Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) in Wasser (H2O), elektrische Energie und Wärme ausgebildet sind. Eine bekannte Brennstoffzelle ist die Protonen-Austausch-Membran-Brennstoffzelle, die auch unter den Bezeichnungen „Proton Exchange Membrane Fuel Cell“ (PEMFC) oder „PEM-Brennstoffzelle“ bekannt ist. Fuel cells are often also referred to as “fuel cells” (FC) and are electrochemical energy converters that are designed, for example, to convert hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) into water (H 2 O), electrical energy and heat. A well-known fuel cell is the proton exchange membrane fuel cell, also known by the names "proton exchange membrane fuel cell" (PEMFC) or "PEM fuel cell".

PEM-Brennstoffzellen weisen eine zentrale Membran auf, welche bspw. aus einem Polymer gebildet ist oder zumindest ein Polymer aufweist. An der Membran ist beidseitig jeweils eine Katalysatorschicht angeordnet. Auf den Katalysatorschichten ist jeweils eine Gasdiffusionslage angeordnet. Derartige Diffusionslagen weisen bspw. eine an der Katalysatorschicht angeordnete mikroporöse Schicht (MPL) und eine auf einer der Katalysatorschicht abgewandten Seite der mikroporösen Schicht angeordnete Karbonfasermatte auf. Somit ist eine Schichtstruktur der Brennstoffzelle gebildet. Über eine Gasverteilerstruktur sind die zum Betreiben der Brennstoffzelle erforderlichen Gase der Schichtstruktur zuführbar. Durch die Schichten neben der Membran ist eine Anode, an welcher der Wasserstoff zuführbar ist, und eine Kathode, an welcher der Sauerstoff zuführbar ist, gebildet.PEM fuel cells have a central membrane, which is formed from a polymer, for example, or has at least one polymer. A catalyst layer is arranged on both sides of the membrane. A gas diffusion layer is arranged on each of the catalyst layers. Such diffusion layers have, for example, a microporous layer (MPL) arranged on the catalyst layer and a carbon fiber mat arranged on a side of the microporous layer facing away from the catalyst layer. Thus, a layered structure of the fuel cell is formed. The gases required to operate the fuel cell can be supplied to the layer structure via a gas distributor structure. An anode, to which the hydrogen can be supplied, and a cathode, to which the oxygen can be supplied, are formed by the layers next to the membrane.

Die Herstellung einer Funktionsschicht der Brennstoffzelle, wie bspw. einer Membran oder einer Elektrode, erfolgt üblicherweise über nasschemische Verfahren durch Beschichten. Hierbei werden bspw. Dispersionen von lonomeren auf eine Montagehilfsschicht aufgebracht und getrocknet. Bei der Herstellung der Elektroden werden hierfür Katalysatoren verwendet, während für die Herstellung der Membran ein Katalysator üblicherweise nicht vonnöten ist. Auf diese Weise sind einzelne Funktionsschichten herstellbar, welche in nachfolgenden Laminierverfahren miteinander kombinierbar sind.A functional layer of the fuel cell, such as a membrane or an electrode, is usually produced using wet-chemical methods by coating. Here, for example, dispersions of ionomers are applied to an assembly aid layer and dried. Catalysts are used for this purpose in the production of the electrodes, while a catalyst is usually not required for the production of the membrane. In this way, individual functional layers can be produced, which can be combined with one another in subsequent lamination processes.

Die Montagehilfsschicht dient als Trägervorrichtung zur Stabilisierung der jeweiligen Funktionsschicht und muss daher mehrere wichtige Funktionen erfüllen. Hierfür ist eine genaue Abstimmung der Eigenschaften der Montagehilfsschicht wichtig. Die Montagehilfsschicht kann bspw. folienartig oder plattenartig ausgebildet sein. Um eine gute Verteilung der Dispersion auf der Montagehilfsschicht zur Erzeugung einer homogenen sowie rissfreien Funktionsschicht, welche auch nach dem Trocknen eine ausreichende sowie gleichmäßige Verbindung mit der Montagehilfsschicht aufweist, sicherzustellen, sollte die Montagehilfsschicht eine entsprechend gute Benetzbarkeit aufweisen. Gleichwohl ist eine zu starke Anbindung der Funktionsschicht an die Montagehilfsschicht zu vermeiden, da die Montagehilfsschicht nach dem Laminieren der von ihr getragenen auf eine weitere Funktionsschicht zwei Funktionsschichten miteinander verbunden sind und die Montagehilfsschicht von dem Funktionsschichtsandwich abgelöst werden muss Mit anderen Worten muss die Montagehilfsschicht zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten im Herstellungsprozess zwei gegenteilige Eigenschaften aufweisen, nämlich zunächst eine möglichst große Anbindung der Dispersion und zu einem späteren Zeitpunkt eine möglichst geringe Anbindung, um ein leichtes Ablösen der Funktionsschicht zu gewährleisten.The assembly aid layer serves as a carrier device to stabilize the respective functional layer and must therefore fulfill several important functions. For this purpose, it is important that the properties of the auxiliary assembly layer are precisely matched. The auxiliary assembly layer can be formed, for example, in the form of a film or a plate. In order to ensure good distribution of the dispersion on the auxiliary assembly layer to produce a homogeneous and crack-free functional layer which has a sufficient and uniform bond with the auxiliary assembly layer even after drying, the auxiliary assembly layer should have correspondingly good wettability. Nevertheless, too strong a connection between the functional layer and the auxiliary assembly layer should be avoided, since the auxiliary assembly layer is connected to one another after the lamination of the two functional layers it carries onto another functional layer and the auxiliary assembly layer has to be detached from the functional layer sandwich. In other words, the auxiliary assembly layer has to be two have two opposite properties at different points in time in the production process, namely initially the greatest possible attachment of the dispersion and at a later point in time the lowest possible attachment in order to ensure easy detachment of the functional layer.

Sowohl die Membran als auch die Elektroden weisen Materialien auf, die hydrophile und hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Insbesondere die Hydrophobizität von Grenzflächen der Funktionsschichten ist für die bestimmungsgemäße Betriebsweise der Brennstoffzellen von hoher Wichtigkeit. Die Eigenschaften der Grenzflächen werden insbesondere von der Montagehilfsschicht, auf der die jeweilige Funktionsschicht hergestellt wird, beeinflusst. Bei einer hydrophoben Hilfsschichtoberfläche der Montagehilfsschicht wird die Grenzfläche der auf der Hilfsschichtoberfläche erzeugten Funktionsschicht hydrophobe Eigenschaften aufweisen, da hierbei eine elektrostatische Wechselwirkung maximiert wird. Bei einer hydrophilen Hilfsschichtoberfläche verhält es sich genau umgekehrt, sodass die Grenzfläche hydrophile Eigenschaften annimmt. Somit sind Eigenschaften der Grenzflächen von der Art der Montagehilfsschicht abhängig und sind nach dem derzeitigen Stand der Technik nicht weiter konfigurierbar.Both the membrane and the electrodes are made of materials that have hydrophilic and hydrophobic properties. In particular, the hydrophobicity of interfaces of the functional layers is of great importance for the intended operation of the fuel cells. The properties of the interfaces are influenced in particular by the auxiliary assembly layer on which the respective functional layer is produced. In the case of a hydrophobic auxiliary layer surface of the assembly auxiliary layer, the interface of the functional layer produced on the auxiliary layer surface will have hydrophobic properties since an electrostatic interaction is maximized in this case. In the case of a hydrophilic auxiliary layer surface, the situation is exactly the opposite, so that the interface takes on hydrophilic properties. The properties of the interfaces are therefore dependent on the type of auxiliary assembly layer and cannot be further configured according to the current state of the art.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mehrere Schichten aufweisenden Schichtvorrichtung. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

  • - Bereitstellen einer Montagehilfsschicht mit einer Hilfsschichtoberfläche, wobei die Hilfsschichtoberfläche zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand umschaltbar ausgebildet ist, wobei der erste Zustand eine vom zweiten Zustand verschiedene Polarität aufweist,
  • - Schalten der Hilfsschichtoberfläche in den ersten Zustand,
  • - Erzeugen einer ersten Schicht auf der Hilfsschichtoberfläche aus einem ersten Schichtwerkstoff, wobei der erste Schichtwerkstoff eine bessere Haftung an der in den ersten Zustand versetzten Hilfsschichtoberfläche als an einer in den zweiten Zustand versetzten Hilfsschichtoberfläche aufweist,
  • - Anordnen einer zweiten Schicht aus einem zweiten Schichtwerkstoff auf der ersten Schicht zur Erzeugung der Schichtvorrichtung,
  • - Schalten der Hilfsschichtoberfläche in den zweiten Zustand, und
  • - Ablösen der erzeugten Schichtvorrichtung von der Montagehilfsschicht.
A first aspect of the invention relates to a method for producing a layered device having a plurality of layers. The procedure has the following steps:
  • - providing an assembly aid layer with an auxiliary layer surface, wherein the auxiliary layer surface is designed to be switchable between a first state and a second state, the first state having a different polarity from the second state,
  • - switching the auxiliary layer surface to the first state,
  • - producing a first layer on the surface of the auxiliary layer from a first layer material, the first layer material having better adhesion to the surface of the auxiliary layer that has been placed in the first state than to an surface of the auxiliary layer that has been placed in the second state,
  • - arranging a second layer of a second layer material on the first layer to produce the layered device,
  • - switching the auxiliary layer surface to the second state, and
  • - Detachment of the layer device produced from the auxiliary assembly layer.

Zunächst wird die Montagehilfsschicht zur Erzeugung der ersten Schicht bereitgestellt. Die Montagehilfsschicht kann erfindungsgemäß bspw. als Folie, insbesondere als flexible Folie, ausgebildet sein. Alternativ kann eine Montagehilfsschicht bereitgestellt werden, die plattenförmig, insbesondere steif oder elastisch, ausgebildet ist. Die Hilfsschichtoberfläche ist zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umschaltbar ausgebildet. Erfindungsgemäß kann dabei vorgesehen sein, dass die komplette Montagehilfsschicht zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umschaltbar ausgebildet ist.First of all, the auxiliary assembly layer for producing the first layer is provided. According to the invention, the assembly aid layer can be designed, for example, as a film, in particular as a flexible film. Alternatively, an assembly aid layer can be provided which is plate-shaped, in particular rigid or elastic. The auxiliary layer surface can be switched between the first state and the second state. According to the invention, it can be provided that the complete auxiliary assembly layer is designed such that it can be switched between the first state and the second state.

In dem ersten Zustand weist die Hilfsschichtoberfläche eine vom zweiten Zustand verschiedene Polarität auf. Das bedeutet, dass die Hilfsschichtoberfläche im ersten Zustand eine andere Wechselwirkung mit einer polaren Flüssigkeit, wie bspw. Wasser, aufweist als in dem zweiten Zustand. Vorzugsweise ist die Hilfsschichtoberfläche im ersten Zustand hydrophil, insbesondere superhydrophil, und im zweiten Zustand hydrophob, insbesondere superhydrophob, ausgebildet oder umgekehrt.In the first state, the auxiliary layer surface has a different polarity than the second state. This means that the auxiliary layer surface has a different interaction with a polar liquid, such as water, in the first state than in the second state. The auxiliary layer surface is preferably hydrophilic, in particular superhydrophilic, in the first state and hydrophobic, in particular superhydrophobic, in the second state, or vice versa.

Ein für die Montagehilfsschicht verwendbares Material, welches eine Umschaltbarkeit zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand aufweist, ist bspw. aus der Veröffentlichung „Smart Copolymer-Functionalized Flexible Surfaces with Photo-Switchable Wettability: From Superhydrophobicity with „Rose Petal“ Effect to Superhydrophilicity“ von Chuanyong Zong et al. bekannt (vgl. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 28, S. 25436-25444 vom 24. Juni 2019). Das Material der Montagehilfsschicht ist demnach vorzugsweise als Copolymer ausgebildet. Copolymere eignen sich besonders als Substrat für eine Oberflächenbeschichtung und weisen eine gute mechanische sowie chemische Widerstandsfähigkeit auf. Das Umschalten vom ersten Zustand in den zweiten Zustand sowie vom zweiten Zustand in den ersten Zustand kann bei derartigen Materialien durch Bestrahlung mit geeigneten Lichtwellen, wie bspw. UV-Strahlung, insbesondere mit einer Wellenlänge größer als 260 nm, und sichtbarem Licht, erfolgen.A material that can be used for the assembly aid layer, which can be switched between the first state and the second state, is, for example, from the publication "Smart Copolymer-Functionalized Flexible Surfaces with Photo-Switchable Wettability: From Superhydrophobicity with "Rose Petal" Effect to Superhydrophilicity" by Chuanyong Zong et al. known (cf. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 28, pp. 25436-25444 of June 24, 2019). The material of the assembly aid layer is therefore preferably in the form of a copolymer. Copolymers are particularly suitable as a substrate for a surface coating and have good mechanical and chemical resistance. Switching from the first state to the second state and from the second state to the first state can take place in such materials by irradiation with suitable light waves, such as UV radiation, in particular with a wavelength greater than 260 nm, and visible light.

Unter dem Schalten der Hilfsschichtoberfläche in den ersten Zustand wird im Rahmen der Erfindung verstanden, dass die Hilfsschichtoberfläche beim Bereitstellen der Montagehilfsschicht bereits in den ersten Zustand geschaltet ist oder während bzw. nach dem Bereitstellen in den ersten Zustand geschaltet wird. Demnach kann das Umschalten in den ersten Zustand auch vor dem Bereitstellen der Montagehilfsschicht erfolgen.Switching the surface of the auxiliary layer to the first state is understood within the scope of the invention to mean that the surface of the auxiliary layer is already switched to the first state when the auxiliary assembly layer is provided or is switched to the first state during or after the provision. Accordingly, switching to the first state can also take place before the auxiliary assembly layer is provided.

Die Umschalteigenschaft des Materials der Montagehilfsschicht beruht auf einer cis/trans-Isomerisierung einer Diazobindung. Der trans-Zustand ist ein thermodynamisch stabilerer Zustand als der cis-Zustand. Durch die cis/trans-Isomerisierung werden z.B. wasserabweisende Gruppen entweder stark exponiert oder eher verborgen, sodass zwischen Hydrophilizität und Hydrophobizität umschaltbar ist. Vorzugsweise weist die Hilfsschichtoberfläche im ersten Zustand den cis-Zustand bzw. zumindest überwiegend den cis-Zustand auf. Im ersten Zustand weist die Hilfsschichtoberfläche demnach vorzugsweise eine hydrophile bzw. superhydrophile Eigenschaft auf. Im zweiten Zustand weist die Hilfsschichtoberfläche demnach vorzugsweise eine hydrophobe bzw. superhydrophobe Eigenschaft auf.The switching property of the material of the assembly aid layer is based on a cis/trans isomerization of a diazo bond. The trans state is a more thermodynamically stable state than the cis state. For example, through cis/trans isomerization, water-repellent groups are either strongly exposed or rather hidden, so that it is possible to switch between hydrophilicity and hydrophobicity. In the first state, the surface of the auxiliary layer is preferably in the cis state or at least predominantly in the cis state. In the first state, the surface of the auxiliary layer therefore preferably has a hydrophilic or superhydrophilic property. In the second state, the surface of the auxiliary layer therefore preferably has a hydrophobic or superhydrophobic property.

Auf der in den ersten Zustand geschalteten Hilfsschichtoberfläche wird anschließend die erste Schicht aus dem ersten Schichtwerkstoff erzeugt. Als erster Schichtwerkstoff wird vorzugsweise eine Dispersion mit einem Elektrodenwerkstoff sowie einem polaren Lösungsmittel, wie bspw. Wasser, Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol oder dergleichen, verwendet. Die erste Schicht wird vorzugsweise durch Siebdruck, Rakeln, Sprühbeschichten, Inkjet, mittels einer Schlitzdüse oder dergleichen hergestellt. Als erster Schichtwerkstoff kann bspw. Elektrodentinte verwendet werden. Durch die polaren Eigenschaften der Hilfsschichtoberfläche und der Dispersion wird eine besonders gleichmäßige Benetzung der Hilfsschichtoberfläche mit der Dispersion erzielt. Somit wird eine erste Schicht mit einer sehr gleichmäßigen Ausbildung erzeugt. Anschließend wird die erste Schicht getrocknet, bspw. durch Wärme. Durch die gute Anbindung an die Hilfsschichtoberfläche weist die erste Schicht auch nach dem Trocknen eine gleichmäßige sowie rissfreie Ausbildung auf.The first layer of the first layer material is then produced on the surface of the auxiliary layer switched to the first state. A dispersion with an electrode material and a polar solvent, such as, for example, water, ethanol, n-propanol, isopropanol or the like, is preferably used as the first layer material. The first layer is preferably produced by screen printing, knife coating, spray coating, inkjet, using a slot nozzle or the like. Electrode ink, for example, can be used as the first layer material. Due to the polar properties of the auxiliary layer surface and the dispersion, a particularly uniform wetting of the surface of the auxiliary layer with the dispersion is achieved. A first layer with a very uniform formation is thus produced. The first layer is then dried, for example by heat. Due to the good connection to the surface of the auxiliary layer, the first layer shows an even and crack-free formation even after drying.

Anschließend wird die zweite Schicht aus dem zweiten Schichtwerkstoff auf einer der Montagehilfsschicht abgewandten ersten Schichtoberfläche der ersten Schicht angeordnet. Der zweite Schichtwerkstoff ist vorzugsweise vom ersten Schichtwerkstoff verschieden ausgebildet. Hierbei ist es bevorzugt, dass die zweite Schicht als bereits fertiggestellte Schicht auf der ersten Schicht abgelegt wird. Das Anordnen der zweiten Schicht auf der ersten Schicht kann erfindungsgemäß auch vor dem Trocknen oder zumindest vor dem kompletten Durchtrocknen der ersten Schicht erfolgen, um eine bessere Anbindung der zweiten Schicht an die erste Schicht zu erreichen.The second layer made of the second layer material is then arranged on a first layer surface of the first layer that faces away from the assembly aid layer. The second layer material is preferably designed differently from the first layer material. It is preferred here that the second layer is deposited on the first layer as a layer that has already been completed. According to the invention, the second layer can also be arranged on the first layer before drying or at least before the first layer has dried completely, in order to achieve better bonding of the second layer to the first layer.

Zudem wird die Hilfsschichtoberfläche in den zweiten Zustand geschaltet. Dies erfolgt vorzugsweise gleichzeitig oder im Anschluss an das Anordnen der zweiten Schicht auf der ersten Schicht. Das Schalten in den zweiten Zustand erfolgt vorzugsweise durch Wärmeeinbringung, bspw. durch eine externe Wärmequelle oder durch Druck im Rahmen eines Pressvorgangs zum Zusammenpressen der ersten Schicht mit der zweiten Schicht.In addition, the auxiliary layer surface is switched to the second state. This preferably takes place at the same time as or after the arrangement of the second layer on the first layer. Switching to the second state is preferably effected by introducing heat, for example by an external heat source or by pressure as part of a pressing process for pressing the first layer together with the second layer.

Durch das Schalten in den zweiten Zustand ist die Polarität der Hilfsschichtoberfläche derart verändert, dass die Haftung zwischen der ersten Schicht und der Hilfsschichtoberfläche reduziert ist. Somit ist das anschließende Ablösen der Schichtvorrichtung von der Montagehilfsschicht verbessert. Die Montagehilfsschicht ist für die Erzeugung einer weiteren ersten Schicht wiederverwendbar.Switching to the second state changes the polarity of the surface of the auxiliary layer in such a way that the adhesion between the first layer and the surface of the auxiliary layer is reduced. The subsequent detachment of the layer device from the assembly aid layer is thus improved. The auxiliary assembly layer can be reused to produce a further first layer.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren hat gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise sichergestellt ist, dass die Gesamtheit der Verfahrensschritte des Erzeugens der ersten Schicht und des Ablösens der erzeugten Schichtvorrichtung verbessert ist. Durch Schalten der Hilfsschichtoberfläche in den ersten Zustand ist eine gleichmäßige Ausbildung der ersten Schicht gewährleistet. Durch Schalten der Hilfsschichtoberfläche in den zweiten Zustand ist ein verbessertes Ablösen der Schichtvorrichtung von der Montagehilfsvorrichtung sichergestellt. Aufgrund der Umschaltbarkeit der Hilfsschichtoberfläche zwischen hydrophil und hydrophob werden die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile bei der Erzeugung von Schichtvorrichtungen, nämlich, dass nicht gleichzeitig ein Erzeugen einer besonders gleichmäßigen ersten Schicht sowie ein leichtes Ablösen der Schichtvorrichtung realisierbar ist, auf vorteilhafte Weise behoben.A method according to the invention has the advantage over conventional methods that it is ensured with simple means and in a cost-effective manner that the totality of the method steps of producing the first layer and detaching the layer device produced is improved. By switching the surface of the auxiliary layer to the first state, a uniform formation of the first layer is ensured. Switching the auxiliary layer surface to the second state ensures improved detachment of the layer device from the auxiliary assembly device. Due to the ability to switch the auxiliary layer surface between hydrophilic and hydrophobic, the disadvantages known from the prior art in the production of layer devices, namely that it is not possible to produce a particularly uniform first layer and easily detach the layer device at the same time, are advantageously eliminated.

Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass die zweite Schicht durch Auftragen eines zweiten Schichtwerkstoffs auf der ersten Schicht und Trocknen des zweiten Schichtwerkstoffs erzeugt wird. Hierbei ist es bevorzugt, dass die erste Schicht bereits getrocknet oder zumindest derart getrocknet ist, dass die erste Schichtoberfläche der ersten Schicht, auf welcher die zweite Schicht erzeugt wird, getrocknet oder zumindest derart ausgebildet ist, dass eine Beschädigung der ersten Schicht vermieden wird. Der zweite Schichtwerkstoff wird vorzugsweise flüssig oder zähflüssig auf die erste Schicht aufgetragen. Die zweite Schicht wird vorzugsweise durch Siebdruck, Rakeln, Sprühbeschichten, Inkjet, mittels einer Schlitzdüse oder dergleichen hergestellt. Vorzugsweise wird der zweite Schichtwerkstoff zum Herstellen der zweiten Schicht getrocknet, bspw. mittels Wärme und/oder Druck oder dergleichen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Schichtvorrichtung erzeugbar ist, wobei zudem eine Anbindung der zweiten Schicht an die erste Schicht verbessert ist.According to a preferred further development of the invention, it can be provided in a method that the second layer is produced by applying a second layer material to the first layer and drying the second layer material. It is preferred that the first layer is already dried or at least dried in such a way that the first layer surface of the first layer on which the second layer is produced is dried or at least formed in such a way that damage to the first layer is avoided. The second layer material is preferably applied to the first layer in liquid or viscous form. The second layer is preferably produced by screen printing, knife coating, spray coating, inkjet, using a slot nozzle or the like. The second layer material is preferably dried to produce the second layer, for example by means of heat and/or pressure or the like. This has the advantage that the layered device can be produced using simple means and in a cost-effective manner, with the connection of the second layer to the first layer also being improved.

Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die zweite Schicht mit der ersten Schicht verpresst wird. Das Verpressen erfolgt vorzugsweise mittels einer Pressvorrichtung. Das Verpressen erfolgt vorzugsweise in einem Zustand, in welchem die erste Schicht auf der Montagehilfsschicht und die zweite Schicht auf der ersten Schicht angeordnet ist. Eine Hauptdruckkraft beim Verpressen wirkt vorzugsweise in Richtung einer Flächennormalen der Montagehilfsschicht bzw. der ersten Schicht. Das Verpressen erfolgt vorzugsweise bei einer Verpresstemperatur von über 110°C, besonders bevorzugt bei einer Verpresstemperatur von mindestens 120°C. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine besonders vorteilhafte Anbindung der ersten Schicht an die zweite Schicht erzielt wird. It is preferred according to the invention that the second layer is pressed with the first layer. The pressing is preferably carried out by means of a pressing device. The pressing preferably takes place in a state in which the first layer is arranged on the assembly aid layer and the second layer is arranged on the first layer. A main compressive force during pressing preferably acts in the direction of a surface normal of the auxiliary assembly layer or the first layer. The pressing preferably takes place at a pressing temperature of more than 110°C, particularly preferably at a pressing temperature of at least 120°C. This has the advantage that a particularly advantageous connection of the first layer to the second layer is achieved with simple means and in a cost-effective manner.

Besonders bevorzugt erfolgt das Verpressen derart, dass durch einen, vorzugsweise bestimmten, Verpressdruck und/oder durch eine, vorzugsweise bestimmte, Verpresstemperatur die Hilfsschichtoberfläche in den zweiten Zustand geschaltet wird. Ein zusätzliches Schalten der Hilfsschichtoberfläche in den zweiten Zustand durch zusätzliche Mittel ist somit nicht mehr erforderlich. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein verbessertes Ablösen der ersten Schicht von der Montagehilfsschicht erzielt wird und hierfür kein zusätzlicher Verfahrensschritt zum Schalten der Hilfsschichtoberfläche durchgeführt werden muss.The pressing is particularly preferably carried out in such a way that the surface of the auxiliary layer is switched to the second state by a, preferably determined, pressing pressure and/or by a, preferably determined, pressing temperature. An additional switching of the auxiliary layer surface into the second state by additional means is therefore no longer necessary. This has the advantage that, with simple means and in a cost-effective manner, the first layer can be detached from the auxiliary assembly layer in an improved manner is achieved and no additional process step for switching the auxiliary layer surface has to be carried out for this.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das Verfahren zur Herstellung einer als Brennstoffzelle ausgebildeten Schichtvorrichtung verwendet, wobei der erste Schichtwerkstoff ein Elektrodenwerkstoff und der zweite Schichtwerkstoff ein Membranwerkstoff der Brennstoffzelle bildet. Die erste Schicht ist demnach als Elektrode und die zweite Schicht als Membran der Brennstoffzelle ausgebildet. Erfindungsgemäß können noch weitere Schichten vorgesehen sein, insbesondere eine als Elektrode ausgebildete dritte Schicht aus einem dritten Schichtwerkstoff, wobei der dritte Schichtwerkstoff als Elektrodenwerkstoff ausgebildet ist. Die Membran ist vorzugsweise zwischen den Elektroden ausgebildet. Die erste Schicht ist vorzugsweise als Kathode oder Teil einer Kathode, wie bspw. eine Katalysatorschicht und/oder Gasdiffusionslage, und die dritte Schicht als Anode oder Teil einer Anode, wie bspw. eine Katalysatorschicht und/oder Gasdiffusionslage ausgebildet oder umgekehrt. Vorzugsweise wird die dritte Schicht gemäß der ersten Schicht unter Verwendung einer zusätzlichen Montagehilfsschicht erzeugt. Weiter bevorzugt erfolgt ein Verpressen, wobei die Montagehilfsschichten die erste Schicht, die zweite Schicht, die dritte Schicht und etwaige weitere Schichten sandwichartig umgeben. Erfindungsgemäß kann das Verfahren auch zur Herstellung weiterer Komponenten verwendet werden, wie bspw. mikroporöse Schichten, Grünschichten einer Lambdasonde, Komponenten einer Festoxidbrennstoffzelle (SOFC), Sensorikelementen oder dergleichen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Herstellung voranstehend genannter Erzeugnisse, insbesondere einer Brennstoffzelle, verbessert ist.In a particularly preferred embodiment of the method, the method is used to produce a layered device designed as a fuel cell, with the first layered material forming an electrode material and the second layered material forming a membrane material of the fuel cell. Accordingly, the first layer is designed as an electrode and the second layer as a membrane of the fuel cell. According to the invention, further layers can be provided, in particular a third layer formed as an electrode made of a third layer material, the third layer material being formed as an electrode material. The membrane is preferably formed between the electrodes. The first layer is preferably designed as a cathode or part of a cathode, such as a catalyst layer and/or gas diffusion layer, and the third layer as an anode or part of an anode, such as a catalyst layer and/or gas diffusion layer, or vice versa. The third layer is preferably produced according to the first layer using an additional auxiliary assembly layer. Pressing is more preferably carried out, with the auxiliary assembly layers sandwiching the first layer, the second layer, the third layer and any further layers. According to the invention, the method can also be used to produce other components, such as microporous layers, green layers of a lambda probe, components of a solid oxide fuel cell (SOFC), sensor elements or the like. This has the advantage that the production of the aforementioned products, in particular a fuel cell, is improved with simple means and in a cost-effective manner.

Vorzugsweise wird die Hilfsschichtoberfläche durch Bestrahlung mit Lichtwellen in den ersten Zustand geschaltet. Hierfür werden vorzugsweise Lichtwellen im ultravioletten Spektrum verwendet. Die Lichtwellen weisen vorzugsweise eine Wellenlänge von weniger als 280 nm, besonders bevorzugt von unter 250 nm auf. Erfindungsgemäß sind hierfür UV-C Lichtwellen bevorzugt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Schalten der Hilfsschichtoberfläche in den ersten Zustand erfolgt.The auxiliary layer surface is preferably switched to the first state by irradiation with light waves. Light waves in the ultraviolet spectrum are preferably used for this. The light waves preferably have a wavelength of less than 280 nm, particularly preferably less than 250 nm. According to the invention, UV-C light waves are preferred for this. This has the advantage that the auxiliary layer surface is switched to the first state using simple means and in a cost-effective manner.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Montagehilfsschicht auf einem Trägersubstrat bereitgestellt, wobei die Hilfsschichtoberfläche vom Trägersubstrat abgewandt ist. Das Trägersubstrat weist vorzugsweise eine höhere Biegesteifigkeit als die Montagehilfsschicht auf. Vorzugweise ist die Montagehilfsschicht als Nanobeschichtung auf dem Trägersubstrat angeordnet. Das Trägersubstrat ist vorzugsweise aus einem verhältnismäßig kostengünstigen Werkstoff hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine mechanische Belastbarkeit der Montagehilfsschicht verbessert ist. Überdies hat eine dünne Schichtdicke der Montagehilfsschicht den Vorteil, dass hierdurch gegenüber dickeren Montagehilfsschichten Kosten reduzierbar sind.According to a preferred embodiment of the invention, the auxiliary assembly layer is provided on a carrier substrate, with the surface of the auxiliary layer facing away from the carrier substrate. The carrier substrate preferably has a higher flexural rigidity than the auxiliary assembly layer. The auxiliary assembly layer is preferably arranged as a nanocoating on the carrier substrate. The carrier substrate is preferably made of a relatively inexpensive material. This has the advantage that the mechanical load-bearing capacity of the auxiliary assembly layer is improved with simple means and in a cost-effective manner. Furthermore, a thin layer thickness of the auxiliary assembly layer has the advantage that costs can be reduced as a result compared to thicker auxiliary assembly layers.

Besonders bevorzugt wird als erster Schichtwerkstoff eine Dispersion mit einem polaren Lösungsmittel verwendet. Der erste Schichtwerkstoff weist vorzugsweise Wasser, Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol oder dergleichen auf. Der erste Zustand ist vorzugsweise hydrophil oder superhydrophil. Der zweite Zustand ist vorzugsweise hydrophob oder superhydrophob. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die erste Schicht herstellbar ist.A dispersion with a polar solvent is particularly preferably used as the first layer material. The first layer material preferably contains water, ethanol, n-propanol, iso-propanol or the like. The first state is preferably hydrophilic or superhydrophilic. The second state is preferably hydrophobic or superhydrophobic. This has the advantage that the first layer can be produced using simple means and in a cost-effective manner.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Montagehilfsschicht zur Verwendung bei der Herstellung einer mehrere Schichten aufweisenden Schichtvorrichtung. Die Montagehilfsschicht weist eine Hilfsschichtoberfläche auf. Erfindungsgemäß ist die Hilfsschichtoberfläche zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand umschaltbar ausgebildet, wobei der erste Zustand und der zweite Zustand verschiedene Polaritäten aufweisen. Ferner ist die Montagehilfsschicht für die Verwendung bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer mehrere Schichten aufweisenden Schichtvorrichtung ausgebildet.A second aspect of the invention relates to an assembly aid sheet for use in the manufacture of a multi-layer laminated device. The assembly aid layer has an auxiliary layer surface. According to the invention, the auxiliary layer surface can be switched between a first state and a second state, the first state and the second state having different polarities. Furthermore, the auxiliary assembly layer is designed for use when carrying out a method according to the invention for producing a layered device having a plurality of layers.

Die Montagehilfsschicht ist vorzugsweise selbsttragend ausgebildet. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Montagehilfsschicht auf einem Trägersubstrat angeordnet. Vorzugsweise ist der erste Zustand ein hydrophiler oder superhydrophiler Zustand. Weiter bevorzugt ist der zweite Zustand ein hydrophober oder superhydrophober Zustand. Vorzugsweise ist der zweite Zustand chemisch stabiler als der erste Zustand ausgebildet.The assembly aid layer is preferably designed to be self-supporting. According to an alternative embodiment, the auxiliary assembly layer is arranged on a carrier substrate. Preferably the first state is a hydrophilic or superhydrophilic state. More preferably, the second state is a hydrophobic or superhydrophobic state. The second state is preferably chemically more stable than the first state.

Die erfindungsgemäße Montagehilfsschicht weist dieselben Vorteile auf, wie bereits voranstehend zu einem Verfahren zur Herstellung einer mehrere Schichten aufweisenden Schichtvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben ist. Demnach hat die erfindungsgemäße Montagehilfsschicht gegenüber herkömmlichen Montagehilfsschichten den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine gleichmäßige Erzeugung einer ersten Schicht sowie ein sicheres Ablösen der ersten Schicht von der Montagehilfsvorrichtung sicherstellbar ist. Durch die Möglichkeit des Schaltens der Hilfsschichtoberfläche in den ersten Zustand ist eine gleichmäßige Ausbildung der ersten Schicht gewährleistbar. Durch die Möglichkeit des Schaltens der Hilfsschichtoberfläche in den zweiten Zustand ist ein verbessertes Ablösen der Schichtvorrichtung von der Montagehilfsvorrichtung sicherstellbar. Aufgrund der Umschaltbarkeit der Hilfsschichtoberfläche zwischen hydrophil und hydrophob sind die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile bei der Erzeugung von Schichtvorrichtungen, nämlich, dass nicht gleichzeitig ein Erzeugen einer besonders gleichmäßigen ersten Schicht sowie ein leichtes Ablösen der Schichtvorrichtung realisierbar ist, auf vorteilhafte Weise behebbar.The assembly aid layer according to the invention has the same advantages as already described above for a method for producing a layer device having a plurality of layers according to the first aspect of the invention. Accordingly, the assembly aid layer according to the invention has the advantage over conventional assembly aid layers that uniform production of a first layer and reliable detachment of the first layer from the assembly aid device can be ensured with simple means and in a cost-effective manner. The possibility of switching the surface of the auxiliary layer into the first state ensures a uniform formation tion of the first layer can be guaranteed. Due to the possibility of switching the surface of the auxiliary layer into the second state, improved detachment of the layered device from the auxiliary assembly device can be ensured. Due to the ability to switch the auxiliary layer surface between hydrophilic and hydrophobic, the disadvantages known from the prior art in the production of layer devices, namely that it is not possible to produce a particularly uniform first layer and easily detach the layer device at the same time, can be eliminated in an advantageous manner.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Schichtvorrichtung. Die Schichtvorrichtung weist eine erste Schicht und eine mit der ersten Schicht verbundene zweite Schicht auf. Erfindungsgemäß ist die Schichtvorrichtung mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt.A third aspect of the invention relates to a layered device. The layered device has a first layer and a second layer connected to the first layer. According to the invention, the layered device is produced by means of a method according to the invention.

Die erste Schicht der Schichtvorrichtung ist vorzugsweise als Elektrode ausgebildet. Die zweite Schicht der Schichtvorrichtung ist vorzugsweise als Membran ausgebildet. Vorzugsweise weist die Schichtvorrichtung eine dritte Schicht auf, wobei die zweite Schicht zwischen der ersten Schicht und der dritten Schicht angeordnet ist. Die dritte Schicht der Schichtvorrichtung ist vorzugsweise als Elektrode ausgebildet.The first layer of the layer device is preferably designed as an electrode. The second layer of the layer device is preferably designed as a membrane. The layered device preferably has a third layer, with the second layer being arranged between the first layer and the third layer. The third layer of the layer device is preferably designed as an electrode.

Die erfindungsgemäße Schichtvorrichtung weist dieselben Vorteile auf, wie bereits voranstehend zu einem Verfahren zur Herstellung einer mehrere Schichten aufweisenden Schichtvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie zu einer Montagehilfsschicht gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben ist. Demnach hat die erfindungsgemäße Schichtvorrichtung gegenüber herkömmlichen Schichtvorrichtungen den Vorteil, dass diese mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise hergestellt ist. Die erste Schicht ist besonders gleichmäßig ausgebildet.The layer device according to the invention has the same advantages as already described above for a method for producing a layer device having several layers according to the first aspect of the invention and for an assembly aid layer according to the second aspect of the invention. Accordingly, the layer device according to the invention has the advantage over conventional layer devices that it is produced with simple means and in a cost-effective manner. The first layer is particularly uniform.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren, eine erfindungsgemäße Montagehilfsschicht sowie eine erfindungsgemäße Schichtvorrichtung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

  • 1 in einer Seitenansicht einen ersten Zeitpunkt bei der Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 in einer Seitenansicht einen zweiten Zeitpunkt bei der Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 3 in einer Seitenansicht einen dritten Zeitpunkt bei der Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 4 in einer Seitenansicht eine bevorzugte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schichtvorrichtung,
  • 5 in einer Seitenansicht eine bevorzugte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schichtvorrichtung, und
  • 6 in einer Seitenansicht eine bevorzugte dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schichtvorrichtung.
A method according to the invention, an auxiliary assembly layer according to the invention and a layer device according to the invention are explained in more detail below with reference to drawings. They each show schematically:
  • 1 in a side view a first point in time when carrying out a preferred embodiment of the method according to the invention,
  • 2 in a side view a second point in time when carrying out a preferred embodiment of the method according to the invention,
  • 3 in a side view a third point in time when carrying out a preferred embodiment of the method according to the invention,
  • 4 in a side view a preferred first embodiment of a layer device according to the invention,
  • 5 in a side view a preferred second embodiment of a layer device according to the invention, and
  • 6 in a side view a preferred third embodiment of a layer device according to the invention.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 6 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and mode of action are in the 1 until 6 each provided with the same reference numerals.

In 1 ist ein erster Zeitpunkt bei der Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Zum ersten Zeitpunkt ist eine Montagehilfsschicht 2 auf einem Trägersubstrat 7 angeordnet. Die Montagehilfsschicht 2 weist eine Hilfsschichtoberfläche 3 auf, welche zum ersten Zeitpunkt in einen ersten Zustand Z1 versetzt ist. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der erste Zustand Z1 ein superhydrophiler Zustand.In 1 a first point in time when carrying out a preferred embodiment of the method according to the invention is shown schematically in a side view. At the first point in time, an auxiliary assembly layer 2 is arranged on a carrier substrate 7 . The assembly aid layer 2 has an auxiliary layer surface 3 which is placed in a first state Z1 at the first point in time. In this preferred embodiment, the first state Z1 is a superhydrophilic state.

2 zeigt einen zweiten Zeitpunkt bei der Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Seitenansicht. Zum zweiten Zeitpunkt ist die Hilfsschichtoberfläche 3 weiterhin im ersten Zustand Z1. Auf der Hilfsschichtoberfläche 3 ist eine erste Schicht 4 angeordnet, welche aufgrund des ersten Zustands Z1 der Hilfsschichtoberfläche 3 eine besonders gute Haftung an der Montagehilfsschicht 2 sowie eine gleichmäßige Ausbildung aufweist. 2 shows a second point in time when carrying out a preferred embodiment of the method according to the invention, schematically in a side view. At the second point in time, the auxiliary layer surface 3 is still in the first state Z1. A first layer 4 is arranged on the auxiliary layer surface 3, which due to the first state Z1 of the auxiliary layer surface 3 has particularly good adhesion to the assembly auxiliary layer 2 and a uniform formation.

In 3 ist ein dritter Zeitpunkt bei der Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Zum dritten Zeitpunkt ist auf einer der Montagehilfsschicht 2 entgegengesetzten Oberfläche der ersten Schicht 4 eine zweite Schicht 5 angeordnet und vorzugsweise komplett getrocknet. Vorzugsweise haften die erste Schicht 4 und die zweite Schicht 5 aneinander und bilden somit ein erfindungsgemäßes Schichtbauteil 1. Die Hilfsschichtoberfläche 3 ist in den zweiten Zustand Z2 umgeschaltet, wobei der zweite Zustand Z2 vorzugsweise ein superhydrophober Zustand ist. Somit ist das Schichtbauteil 1 besonders leicht von der Montagehilfsschicht 2 ablösbar.In 3 a third point in time when carrying out a preferred embodiment of the method according to the invention is shown schematically in a side view. At the third point in time, a second layer 5 is arranged on a surface of the first layer 4 opposite the assembly aid layer 2 and is preferably completely dried. The first layer 4 and the second layer 5 preferably adhere to one another and thus form a layered component 1 according to the invention. The auxiliary layer surface 3 has switched to the second state Z2, the second state Z2 preferably being a superhydrophobic state. The layered component 1 can thus be detached particularly easily from the assembly aid layer 2 .

4 zeigt eine bevorzugte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schichtvorrichtung 1 schematisch in einer Seitenansicht. Das Schichtbauteil 1 ist bspw. mittels des in den 1 bis 3 beschriebenen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt. Zudem ist das Schichtbauteil 1 von der Montagehilfsschicht 2 entfernt. 4 shows a preferred first embodiment of a layer device 1 according to the invention schematically in a side view. The layered component 1 is, for example, by means of in the 1 until 3 described preferred embodiment produced form of the method according to the invention. In addition, the layered component 1 is removed from the auxiliary assembly layer 2 .

In 5 ist eine bevorzugte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schichtvorrichtung 1 schematisch in einer Seitenansicht illustriert. Die Schichtvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform weist eine zweite Schicht 5 auf, welche zwischen einer ersten Schicht 4 und einer dritten Schicht 8 sandwichartige angeordnet und mit diesen flächig verbunden ist.In 5 a preferred second embodiment of a layer device 1 according to the invention is illustrated schematically in a side view. The layered device 1 according to the second embodiment has a second layer 5 which is arranged in the manner of a sandwich between a first layer 4 and a third layer 8 and is connected to these in a planar manner.

6 zeigt eine bevorzugte dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schichtvorrichtung 1 schematisch in einer Seitenansicht. Die Schichtvorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform ist als Brennstoffzelle 6 ausgebildet und weist ebenfalls eine zweite Schicht 5 auf, welche zwischen einer ersten Schicht 4 und einer dritten Schicht 8 sandwichartige angeordnet und mit diesen flächig verbunden ist. Die zweite Schicht 5 bildet eine Membran 9 der Brennstoffzelle 6. Die erste Schicht 4 bildet eine Kathode 10 der Brennstoffzelle 6. Eine Katalysatorschicht 14 der Kathode 10 liegt an der Membran 9 an. Eine Gasdiffusionslage 13 der Kathode 10 liegt an der Katalysatorschicht 14 an. Eine Gasverteilstruktur 12 der Kathode 10 mit einer Sauerstoffzufuhr 16 liegt an der Gasdiffusionslage 13 an. Die zweite Schicht 5 bildet eine Anode 11 der Brennstoffzelle 6. Eine Katalysatorschicht 14 der Anode 11 liegt an der Membran 9 an. Eine Gasdiffusionslage 13 der Anode 11 liegt an der Katalysatorschicht 14 an. Eine Gasverteilstruktur 12 der Anode 11 mit einer Wasserstoffzufuhr 15 liegt an der Gasdiffusionslage 13 an. Die Kathode 10 und Anode 11 sind in diesem Ausführungsbeispiel mit einer elektrischen Last 17 elektrisch gekoppelt. 6 shows a preferred third embodiment of a layer device 1 according to the invention schematically in a side view. The layered device 1 according to the third embodiment is designed as a fuel cell 6 and also has a second layer 5 which is sandwiched between a first layer 4 and a third layer 8 and is connected to them over a large area. The second layer 5 forms a membrane 9 of the fuel cell 6. The first layer 4 forms a cathode 10 of the fuel cell 6. A catalyst layer 14 of the cathode 10 lies against the membrane 9. FIG. A gas diffusion layer 13 of the cathode 10 is in contact with the catalyst layer 14 . A gas distribution structure 12 of the cathode 10 with an oxygen supply 16 is in contact with the gas diffusion layer 13 . The second layer 5 forms an anode 11 of the fuel cell 6. A catalyst layer 14 of the anode 11 rests against the membrane 9. FIG. A gas diffusion layer 13 of the anode 11 is in contact with the catalyst layer 14 . A gas distribution structure 12 of the anode 11 with a hydrogen supply 15 is in contact with the gas diffusion layer 13 . The cathode 10 and anode 11 are electrically coupled to an electrical load 17 in this exemplary embodiment.

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung einer mehrere Schichten (4, 5) aufweisenden Schichtvorrichtung (1), aufweisend die folgenden Schritte: - Bereitstellen einer Montagehilfsschicht (2) mit einer Hilfsschichtoberfläche (3), wobei die Hilfsschichtoberfläche (3) zwischen einem ersten Zustand (Z1) und einem zweiten Zustand (Z2) umschaltbar ausgebildet ist, wobei der erste Zustand (Z1) eine vom zweiten Zustand (Z2) verschiedene Polarität aufweist, - Schalten der Hilfsschichtoberfläche (3) in den ersten Zustand (Z1), - Erzeugen einer ersten Schicht (4) auf der Hilfsschichtoberfläche (3) aus einem ersten Schichtwerkstoff, wobei der erste Schichtwerkstoff eine bessere Haftung an der in den ersten Zustand (Z1) versetzten Hilfsschichtoberfläche (3) als an einer in den zweiten Zustand (Z2) versetzten Hilfsschichtoberfläche (3) aufweist, - Anordnen einer zweiten Schicht (5) aus einem zweiten Schichtwerkstoff auf der ersten Schicht (4) zur Erzeugung der Schichtvorrichtung (1), - Schalten der Hilfsschichtoberfläche (3) in den zweiten Zustand (Z2), und - Ablösen der erzeugten Schichtvorrichtung (1) von der Montagehilfsschicht (2).Method for producing a multi-layer (4, 5) having layer device (1), having the following steps: - Providing an assembly aid layer (2) with an auxiliary layer surface (3), wherein the auxiliary layer surface (3) is designed to be switchable between a first state (Z1) and a second state (Z2), the first state (Z1) being one of the second state ( Z2) has different polarity, - switching the auxiliary layer surface (3) to the first state (Z1), - Creating a first layer (4) on the auxiliary layer surface (3) from a first layer material, the first layer material adhering better to the auxiliary layer surface (3) set in the first state (Z1) than to one in the second state (Z2) offset auxiliary layer surface (3), - arranging a second layer (5) made of a second layer material on the first layer (4) to produce the layered device (1), - switching the auxiliary layer surface (3) to the second state (Z2), and - Detachment of the layer device (1) produced from the auxiliary assembly layer (2). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (5) durch Auftragen eines zweiten Schichtwerkstoffs auf der ersten Schicht (4) und Trocknen des zweiten Schichtwerkstoffs erzeugt wird.procedure after claim 1 , characterized in that the second layer (5) is produced by applying a second layer material to the first layer (4) and drying the second layer material. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (5) mit der ersten Schicht (4) verpresst wird.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the second layer (5) is pressed with the first layer (4). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpressen derart erfolgt, dass die Hilfsschichtoberfläche (3) durch einen Verpressdruck oder eine Verpresstemperatur in den zweiten Zustand (Z2) geschaltet wird.procedure after claim 3 , characterized in that the pressing takes place in such a way that the auxiliary layer surface (3) is switched to the second state (Z2) by a pressing pressure or a pressing temperature. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Herstellung einer als Brennstoffzelle (6) ausgebildeten Schichtvorrichtung (1) verwendet wird, wobei der erste Schichtwerkstoff ein Elektrodenwerkstoff und der zweite Schichtwerkstoff ein Membranwerkstoff der Brennstoffzelle bildet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is used to produce a layer device (1) designed as a fuel cell (6), the first layer material forming an electrode material and the second layer material forming a membrane material of the fuel cell. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsschichtoberfläche (3) durch Bestrahlung mit Lichtwellen in den ersten Zustand (Z1) geschaltet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the auxiliary layer surface (3) is switched to the first state (Z1) by irradiation with light waves. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagehilfsschicht (2) auf einem Trägersubstrat (7) bereitgestellt wird, wobei die Hilfsschichtoberfläche (3) vom Trägersubstrat (7) abgewandt ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the auxiliary assembly layer (2) is provided on a carrier substrate (7), the auxiliary layer surface (3) facing away from the carrier substrate (7). Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Schichtwerkstoff eine Dispersion mit einem polaren Lösungsmittel verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a dispersion with a polar solvent is used as the first layer material. Montagehilfsschicht (2) zur Verwendung bei der Herstellung einer mehrere Schichten (4, 5) aufweisenden Schichtvorrichtung (1), wobei die Montagehilfsschicht (2) eine Hilfsschichtoberfläche (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsschichtoberfläche (3) zwischen einem ersten Zustand (Z1) und einem zweiten Zustand (Z2) umschaltbar ausgebildet ist, wobei der erste Zustand (Z1) und der zweite Zustand (Z2) verschiedene Polaritäten aufweisen, wobei die Montagehilfsschicht (2) für die Verwendung bei der Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.Auxiliary assembly layer (2) for use in the production of a layer device (1) having a plurality of layers (4, 5), the auxiliary assembly layer (2) having an auxiliary layer surface (3), characterized in that the auxiliary layer surface (3) is between a first state ( Z1) and a second state (Z2) is designed to be switchable, the first state (Z1) and the second state (Z2) having different polarities, the auxiliary assembly layer (2) for use in the implementation of a method according to one of the preceding claims. Schichtvorrichtung (1), aufweisend eine erste Schicht (4) und eine mit der ersten Schicht (4) verbundene zweite Schicht (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtvorrichtung (1) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt ist.Layer device (1), comprising a first layer (4) and a second layer (5) connected to the first layer (4), characterized in that the layer device (1) by means of a method according to one of Claims 1 until 8th is made.
DE102020213499.5A 2020-10-27 2020-10-27 Process for the production of a multilayer device for a motor vehicle, switchable auxiliary assembly layer and layer device Pending DE102020213499A1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020213499.5A DE102020213499A1 (en) 2020-10-27 2020-10-27 Process for the production of a multilayer device for a motor vehicle, switchable auxiliary assembly layer and layer device
PCT/EP2021/078742 WO2022089970A1 (en) 2020-10-27 2021-10-18 Method for producing a layered device having plurality of layers for a motor vehicle, connectable assembly aid layer, and layered device
CN202180073721.3A CN116508183A (en) 2020-10-27 2021-10-18 Method for producing a layer system for a motor vehicle with a plurality of layers, switchable assembly aid layer and layer system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020213499.5A DE102020213499A1 (en) 2020-10-27 2020-10-27 Process for the production of a multilayer device for a motor vehicle, switchable auxiliary assembly layer and layer device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020213499A1 true DE102020213499A1 (en) 2022-04-28

Family

ID=78302765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020213499.5A Pending DE102020213499A1 (en) 2020-10-27 2020-10-27 Process for the production of a multilayer device for a motor vehicle, switchable auxiliary assembly layer and layer device

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN116508183A (en)
DE (1) DE102020213499A1 (en)
WO (1) WO2022089970A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112004001842T5 (en) 2003-10-06 2006-08-10 General Motors Corp. (N.D.Ges.D. Staates Delaware), Detroit Method of making membrane electrode assemblies
US20120276334A1 (en) 2011-02-23 2012-11-01 Massachusetts Institute Of Technology Surfaces with Controllable Wetting and Adhesion

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7020355B2 (en) * 2001-11-02 2006-03-28 Massachusetts Institute Of Technology Switchable surfaces

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112004001842T5 (en) 2003-10-06 2006-08-10 General Motors Corp. (N.D.Ges.D. Staates Delaware), Detroit Method of making membrane electrode assemblies
US20120276334A1 (en) 2011-02-23 2012-11-01 Massachusetts Institute Of Technology Surfaces with Controllable Wetting and Adhesion

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZONG, Chuanyong [u.a.]: Smart copolymer-functionalized flexible surfaces with photoswitchable wettability: from superhydrophobicity with "rose petal" effect to superhydrophilicity. In: ACS Applied Materials & Interfaces, Vol. 11, 2019, No. 28, S. 25436–25444. - ISSN 1944-8244 (P); 1944-8252 (E). DOI: 10.1021/acsami.9b07767. URL: https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.9b07767 [abgerufen am 2020-11-19]

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022089970A1 (en) 2022-05-05
CN116508183A (en) 2023-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112005001826B4 (en) Edge-protected, catalyst-coated membrane electrode assemblies
DE102010020142B4 (en) Process for making a catalyst coated gas diffusion medium
DE102011105072B3 (en) Retention device for fuel cell for converting chemical energy into electrical power, has membrane arranged between frame elements in form-fit manner, and sealing element arranged on outer portion of one frame element with larger frame width
DE112004002665B4 (en) Durable diffusion media coated with a membrane electrode assembly catalyst without lamination to the membrane
EP1198021A2 (en) Method for manufacturing a membrane electrode unit for fuel cells
DE19829142A1 (en) Gas-tight combination of bipolar plate and membrane-electrode assembly of polymer electrolyte membrane fuel cells
DE102007021956A1 (en) Electrode catalyst layer for fuel cell, has ionomeric material disposed in catalyst portion, where concentration of material decreases or increases with respect to surface of portion to another opposed surface of portion
DE112015001388B4 (en) Method of making a catalyst coated membrane sealing assembly
EP1759434A1 (en) Membrane electrode assembly (mea) for a fuel cell
DE102018110438A1 (en) Process for the production of a fuel cell separator
DE102011014154A1 (en) Selectively coated bipolar plates for water management and freeze start in pem fuel cells
DE102020213499A1 (en) Process for the production of a multilayer device for a motor vehicle, switchable auxiliary assembly layer and layer device
DE102019203373A1 (en) Gas diffusion layer for a fuel cell and fuel cell
DE112015001244T5 (en) Method for producing a reinforced electrolyte membrane, method for producing a membrane-electrode assembly and membrane-electrode assembly
DE10152587A1 (en) Solid polymer electrolyte membrane and fuel cell, which includes the same
WO2020109435A1 (en) Method for producing a membrane electrode assembly
DE102010054305A1 (en) Fuel cell stack e.g. polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell stack has gas diffusion layers fixed on adjacent bipolar plate and formed with stabilization layers
DE102020202086A1 (en) Method for applying a seal to a bipolar plate
WO2020074168A1 (en) Method for sealing a fuel cell
DE112004001748B4 (en) Fuel cell assembly and method of manufacture
DE202005008749U1 (en) Membrane electrode assembly for a fuel cell, comprises a planar polymer membrane which is coated with an electrode structure on both sides
WO2022129533A1 (en) Assembly of electrochemical cells, vehicle comprising said assembly, and process for manufacturing the assembly
EP4150692B1 (en) Method for the manufacture of a membrane electrode assembly laminate containing at least 2 layers
DE102015013623A1 (en) Membrane electrode assembly for a fuel cell, fuel cell and method of fabricating a membrane electrode assembly
DE102021105017A1 (en) Electrochemical unit for an electrochemical device and method of making an electrochemical unit for an electrochemical device

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified