DE102021205857A1

DE102021205857A1 - Membrane electrode assembly and method of making a membrane and an electrode layer for a membrane electrode assembly

Info

Publication number: DE102021205857A1
Application number: DE102021205857.4A
Authority: DE
Inventors: Andy Gottschalk; David Thomann; Andre Posch; Robert Landvogt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-06-10
Filing date: 2021-06-10
Publication date: 2022-12-15

Abstract

Bipolarplatte (20) für eine elektrochemische Zelle (100), insbesondere Brennstoffzelle. Die Bipolarplatte (20) weist zumindest eine Einlage (21) für eine Verbindung zur einer Membran-Elektroden-Anordnung (1) auf.Membran-Elektroden-Anordnung (1) für eine elektrochemische Zelle (100), insbesondere für eine Brennstoffzelle. Die Membran-Elektroden-Anordnung (1) umfasst eine Rahmenstruktur (16), eine Membran (2) und mindestens eine Elektrodenschicht (3, 4). Die Membran (2) wirkt mit der Elektrodenschicht (3, 4) flächig zusammen. Die Membran (2) und die Elektrodenschicht (3, 4) sind an einem Randbereich (22) von der Rahmenstruktur (22) eingefasst. Die Membran (2) und/oder die Elektrodenschicht (3, 4) weist in einer aktiven Fläche (21) eine Katalysatorpaste (31, 41) und in dem Randbereich (22) eine Alternativpaste (32, 42) auf.Bipolar plate (20) for an electrochemical cell (100), in particular a fuel cell. The bipolar plate (20) has at least one insert (21) for a connection to a membrane electrode assembly (1).Membrane electrode assembly (1) for an electrochemical cell (100), in particular for a fuel cell. The membrane-electrode assembly (1) comprises a frame structure (16), a membrane (2) and at least one electrode layer (3, 4). The membrane (2) interacts with the electrode layer (3, 4) over a large area. The membrane (2) and the electrode layer (3, 4) are bordered by the frame structure (22) at an edge area (22). The membrane (2) and/or the electrode layer (3, 4) has a catalyst paste (31, 41) in an active area (21) and an alternative paste (32, 42) in the edge area (22).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Membran-Elektroden- Anordnung, insbesondere für eine elektrochemische Zelle, und ein Verfahren zum Herstellen einer Membran bzw. einer Elektrode für eine derartige Membran-Elektroden-Anordnung.The present invention relates to a membrane-electrode assembly, in particular for an electrochemical cell, and a method for producing a membrane or an electrode for such a membrane-electrode assembly.

Stand der TechnikState of the art

Elektrochemische Zellen, insbesondere Brennstoffzellen, mit Membran-Elektroden-Anordnungen und Bipolarplatten sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweis aus der Offenlegungsschrift DE102015218117A1 . Die Membran-Elektroden-Anordnungen weisen dabei üblicherweise eine Membran und auf beiden Seiten der Membran je eine Elektrodenschicht auf, optional auch noch Diffusionslagen, wie beispielsweise aus der DE10140684A1 bekannt. Die Membran und die Elektrodenschichten sind an ihrem Umfang von einer Rahmenstruktur eingefasst, oft wird hier auch von einem Subgasket gesprochen. Die Elektrodenschicht weist einen sehr teuren Katalysator, üblicherweise Platin, auf.Electrochemical cells, in particular fuel cells, with membrane electrode assemblies and bipolar plates are known from the prior art, for example from the published application DE102015218117A1 . The membrane-electrode assemblies usually have a membrane and an electrode layer on both sides of the membrane, optionally also diffusion layers, such as from DE10140684A1 known. The membrane and the electrode layers are surrounded by a frame structure, often referred to as a subgasket. The electrode layer has a very expensive catalyst, usually platinum.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun eine Membran-Elektroden-Anordnung zur Verfügung zu stellen, welche einen verringerten Einsatz des Katalysatormaterials aufweist.The object of the present invention is now to provide a membrane electrode assembly which uses less catalyst material.

Dazu umfasst die Membran-Elektroden-Anordnung eine Rahmenstruktur, eine Membran und mindestens eine Elektrodenschicht. Die Membran wirkt mit der Elektrodenschicht flächig zusammen. Die Membran und die Elektrodenschicht sind an einem Randbereich von der Rahmenstruktur eingefasst. Die Membran und/oder die Elektrodenschicht weist in einer aktiven Fläche eine Katalysatorpaste und in dem Randbereich eine Alternativpaste auf.For this purpose, the membrane-electrode assembly includes a frame structure, a membrane and at least one electrode layer. The membrane interacts extensively with the electrode layer. The membrane and the electrode layer are bordered by the frame structure at an edge area. The membrane and/or the electrode layer has a catalyst paste in an active area and an alternative paste in the edge area.

Die Alternativpaste ist eine katalysatorfreie Paste, also frei von Katalysatorpartikeln, und weist somit deutlich niedrigere Materialkosten auf. Bevorzugt dichtet die Alternativpaste die aktive Fläche nach außen ab. Die Alternativpaste kann dabei umlaufend um die aktive Fläche aufgetragen werden, oder prozessbedingt beispielsweise auch nur an zwei Seitenkanten der Membran-Elektroden-Anordnung. Es kann also sein, dass die Katalysatorpaste auch in manchen Teilbereichen des Randbereichs aufgetragen ist; dies stellt dann einen Kompromiss zwischen Materialkosten und Prozesskosten dar.The alternative paste is a catalyst-free paste, i.e. free of catalyst particles, and therefore has significantly lower material costs. The alternative paste preferably seals the active surface from the outside. The alternative paste can be applied all around the active surface, or depending on the process, for example only on two side edges of the membrane-electrode assembly. It is therefore possible that the catalyst paste is also applied to some partial areas of the edge area; this then represents a compromise between material costs and process costs.

Vorteilhafterweise sind die Katalysatorpaste und die Alternativpaste zwischen der Membran und der Elektrodenschicht angeordnet, also in derselben Ebene. Für die Katalysatorpaste ist dies in der aktiven Fläche ohnehin erforderlich, damit es in der elektrochemischen Zelle in diesem Bereich zu einer chemischen Reaktion kommen kann.The catalyst paste and the alternative paste are advantageously arranged between the membrane and the electrode layer, ie in the same plane. For the catalyst paste, this is necessary in the active area anyway, so that a chemical reaction can occur in this area in the electrochemical cell.

In bevorzugten Ausführungen weisen die Katalysatorpaste und die Alternativpaste dieselbe Höhe auf. Dadurch müssen, insbesondere für einen Stapelprozess von mehreren elektrochemischen Zellen, keine Toleranzen zwischen der aktiven Fläche und dem Randbereich ausgeglichen werden.In preferred embodiments, the catalyst paste and the alternative paste have the same height. As a result, no tolerances between the active surface and the edge area have to be compensated for, in particular for a stacking process of a plurality of electrochemical cells.

Die Erfindung umfasst auch einen entsprechenden Beschichtungsprozess mit Katalysatorpaste und Alternativpaste. Dabei kann entweder die Membran oder die Elektrodenschicht mit den beiden Pasten beschichtet werden; in besonderen Verfahren ist es auch denkbar, dass sowohl die Membran als auch die Elektrodenschicht beschichtet werden.The invention also includes a corresponding coating process with catalyst paste and alternative paste. Either the membrane or the electrode layer can be coated with the two pastes; in special processes it is also conceivable that both the membrane and the electrode layer are coated.

Das Verfahren zur Beschichtung der Membran bzw. der Elektrodenschicht für eine Membran-Elektroden-Anordnung nach einer der obigen Ausführungen ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

◯ Aufbringen einer Katalysatorpaste auf eine aktive Fläche der Membran oder der Elektrodenschicht,
◯ Aufbringen einer Alternativpaste auf einen Randbereich der Membran oder der Elektrodenschicht.

The method for coating the membrane or the electrode layer for a membrane-electrode assembly according to one of the above statements is characterized by the following process steps:

◯ Application of a catalyst paste to an active area of the membrane or the electrode layer,
◯ Application of an alternative paste to an edge area of the membrane or the electrode layer.

Bevorzugt werden dabei die Katalysatorpaste und die Alternativpaste zeitgleich aufgebracht, besonders bevorzugt mittels einer dreiteiligen Schlitzdüse. Dadurch kann die Membran bzw. die Elektrodenschicht beispielsweise mittels Rolle-zu-Rolle-Verfahren beschichtet werden. Hier ist es auch denkbar quasi eine Endlos-Membran bzw. -Elektrodenschicht zu beschichten, welche erst anschließend auf die stapelbare Länge gekürzt wird.The catalyst paste and the alternative paste are preferably applied at the same time, particularly preferably by means of a three-part slot nozzle. As a result, the membrane or the electrode layer can be coated, for example, by means of a roll-to-roll method. It is also conceivable here to coat an endless membrane or electrode layer, which is only then shortened to the length that can be stacked.

Prozessbedingt kann dabei in einem Teilbereich des Randbereichs dennoch die Katalysatorpaste aufgebracht sein, beispielsweise an den kurzen Kantenlängen der im Wesentlichen rechteckförmigen Membran-Elektroden-Anordnung. Dadurch kann dennoch ein sehr einfaches und schnelles Rolle-zu-Rolle-Verfahren für den Beschichtungsprozess verwendet werden.Depending on the process, the catalyst paste can nevertheless be applied in a partial area of the edge area, for example on the short edge lengths of the essentially rectangular membrane-electrode assembly. As a result, a very simple and fast roll-to-roll method can still be used for the coating process.

Die Erfindung betrifft neben der Brennstoffzelle auch weitere elektrochemische Zellen, wie Batteriezellen und Elektrolysezellen.In addition to the fuel cell, the invention also relates to other electrochemical cells, such as battery cells and electrolysis cells.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.Further measures improving the invention result from the following description of some exemplary embodiments Invention, which are shown schematically in the figures. All of the features and/or advantages resulting from the claims, the description or the drawings, including structural details, spatial arrangements and method steps, can be essential to the invention both on their own and in various combinations. It should be noted that the figures are only descriptive and are not intended to limit the invention in any way.

Es zeigen schematisch:

1 den Schnitt durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Brennstoffzelle, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
2 einen Schnitt durch eine Membran-Elektroden-Anordnung mit einer Rahmenstruktur aus den Stand der Technik, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
3 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Membran-Elektroden-Anordnung, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
4 eine Beschichtungsanlage zum Beschichten einer Membran bzw. Elektrodenschicht in perspektivischer Ansicht, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.

They show schematically:

1 the section through a fuel cell known from the prior art, with only the essential areas being shown,
2 a section through a membrane electrode assembly with a frame structure from the prior art, with only the essential areas being shown,
3 a section through a membrane electrode assembly according to the invention, with only the essential areas being shown,
4 a coating system for coating a membrane or electrode layer in a perspective view, with only the essential areas being shown.

1 zeigt schematisch eine aus dem Stand der Technik bekannte elektrochemische Zelle 100 in Form einer Brennstoffzelle, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Die Brennstoffzelle 100 weist eine Membran 2 auf, insbesondere eine Polymerelektrolyt-Membran. Zu einer Seite der Membran 2 ist ein Kathodenraum 100a, zu der anderen Seite ein Anodenraum 100b ausgebildet. 1 shows schematically an electrochemical cell 100 known from the prior art in the form of a fuel cell, only the essential areas being shown. The fuel cell 100 has a membrane 2, in particular a polymer electrolyte membrane. A cathode space 100a is formed on one side of the membrane 2 and an anode space 100b on the other side.

Im Kathodenraum 100a sind von der Membran 2 nach außen weisend - also in Normalenrichtung bzw. Stapelrichtung z - eine Elektrodenschicht 3, eine Diffusionslage 5 und eine Verteilerplatte 7 angeordnet. Analog sind im Anodenraum 100b von der Membran 2 nach außen weisend eine Elektrodenschicht 4, eine Diffusionslage 6 und eine Verteilerplatte 8 angeordnet. Die Membran 2 und die beiden Elektrodenschichten 3, 4 bilden eine Membran-Elektroden-Anordnung 1. Optional können auch die beiden Diffusionslagen 5, 6 noch Bestandteil der Membran-Elektroden-Anordnung 1 sein. Optional können eine oder beide Diffusionslagen 5, 6 auch wegfallen, sofern die Verteilerplatten 7, 8 für ausreichend homogene Gaszuführungen sorgen können.An electrode layer 3, a diffusion layer 5 and a distributor plate 7 are arranged in the cathode chamber 100a, pointing outwards from the membrane 2--ie in the normal direction or stacking direction z. Analogously, an electrode layer 4, a diffusion layer 6 and a distributor plate 8 are arranged in the anode chamber 100b, pointing outwards from the membrane 2. The membrane 2 and the two electrode layers 3, 4 form a membrane-electrode assembly 1. Optionally, the two diffusion layers 5, 6 can also be part of the membrane-electrode assembly 1. Optionally, one or both diffusion layers 5, 6 can also be omitted if the distributor plates 7, 8 can ensure sufficiently homogeneous gas feeds.

Die Verteilerplatten 7, 8 weisen Kanäle 11 für die Gaszufuhr - beispielsweise Luft im Kathodenraum 100a und Wasserstoff im Anodenraum 100b -zu den Diffusionslagen 5, 6 auf. Die Diffusionslagen 5, 6 bestehen typischerweise kanalseitig - also zu den Verteilerplatten 7, 8 hin - aus einem Kohlefaserflies und elektrodenseitig - also zu den Elektrodenschichten 3, 4 hin - aus einer mikroporösen Partikelschicht.The distributor plates 7, 8 have ducts 11 for the supply of gas--for example air in the cathode space 100a and hydrogen in the anode space 100b--to the diffusion layers 5,6. The diffusion layers 5, 6 typically consist of a carbon fiber fleece on the channel side--ie towards the distributor plates 7, 8--and on the electrode side--ie towards the electrode layers 3, 4--of a microporous particle layer.

Die Verteilerplatten 7, 8 weisen die Kanäle 11 und somit implizit auch an die Kanäle 11 angrenzende Stege 12 auf. Die Unterseiten dieser Stege 12 bilden demzufolge eine Kontaktfläche 13 der jeweiligen Verteilerplatte 7, 8 zu der darunterliegenden Diffusionslage 5, 6.The distributor plates 7 , 8 have the channels 11 and thus implicitly also the webs 12 adjoining the channels 11 . The undersides of these webs 12 consequently form a contact surface 13 of the respective distributor plate 7, 8 with the underlying diffusion layer 5, 6.

Üblicherweise sind die kathodenseitige Verteilerplatte 7 einer elektrochemischen Zelle 100 und die anodenseitige Verteilerplatte 8 der dazu benachbarten elektrochemischen Zelle fest verbunden, beispielsweise durch Schweißverbindungen, und damit zu einer Bipolarplatte zusammengefasst.Usually, the cathode-side distributor plate 7 of an electrochemical cell 100 and the anode-side distributor plate 8 of the electrochemical cell adjacent thereto are firmly connected, for example by welded joints, and are thus combined to form a bipolar plate.

2 zeigt in einem Vertikalschnitt die Membran-Elektroden-Anordnung 1 einer elektrochemischen Zelle 100, insbesondere einer Brennstoffzelle, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Die Membran-Elektroden-Anordnung 1 weist die Membran 2, beispielhaft eine Polymerelektrolytmembran (PEM), und die zwei porösen Elektrodenschichten 3 bzw. 4 mit jeweils einer Katalysatorschicht auf, wobei die Elektrodenschichten 3 bzw. 4 jeweils an einer Seite bzw. Fläche der Membran 2 angeordnet sind. Weiter weist die elektrochemische Zelle 100 die beiden Diffusionslagen 5 bzw. 6 auf, welche je nach Ausführung auch zur Membran-Elektroden-Anordnung 1 gehören können. 2 shows a vertical section of the membrane-electrode assembly 1 of an electrochemical cell 100, in particular a fuel cell, only the essential areas being shown. The membrane-electrode assembly 1 has the membrane 2, for example a polymer electrolyte membrane (PEM), and the two porous electrode layers 3 and 4, each with a catalyst layer, the electrode layers 3 and 4 each on one side or surface of the membrane 2 are arranged. Furthermore, the electrochemical cell 100 has the two diffusion layers 5 and 6, which can also belong to the membrane-electrode assembly 1, depending on the design.

Die Membran-Elektroden-Anordnung 1 ist an ihrem Umfang von der Rahmenstruktur 16 umgeben, hier spricht man auch von einem Subgasket. Die Rahmenstruktur 16 dient der Steifigkeit und der Dichtheit der Membran-Elektroden-Anordnung 1 und ist ein nicht-aktiver Bereich der elektrochemischen Zelle 100.The membrane electrode assembly 1 is surrounded on its periphery by the frame structure 16, which is also referred to as a subgasket. The frame structure 16 is used for rigidity and tightness of the membrane electrode assembly 1 and is a non-active area of the electrochemical cell 100.

Die Rahmenstruktur 16 ist im Schnitt insbesondere U-förmig bzw. Y-förmig ausgebildet, wobei ein erster Schenkel des U-förmigen Rahmenabschnitts durch eine erste Folie 161 aus einem ersten Werkstoff W1 gebildet ist und ein zweiter Schenkel des U-förmigen Rahmenabschnitts durch eine zweite Folie 162 aus einem zweiten Werkstoff W2 gebildet ist. Zusätzlich sind die erste Folie 161 und die zweite Folie 162 mittels eines Klebemittels 163 aus einem dritten Werkstoff W3 zusammengeklebt. Häufig sind der erste Werkstoff W1 und der zweite Werkstoff W2 identisch und aus thermoplastischem Polymer, beispielsweise aus PEN (Polyethylennaphthalat) ausgeführt.The frame structure 16 is particularly U-shaped or Y-shaped in section, with a first leg of the U-shaped frame section being formed by a first film 161 made of a first material W1 and a second leg of the U-shaped frame section being formed by a second Foil 162 is formed from a second material W2. In addition, the first foil 161 and the second foil 162 are glued together by means of an adhesive 163 made of a third material W3. The first material W1 and the second material W2 are often identical and are made of a thermoplastic polymer, for example PEN (polyethylene naphthalate).

Die beiden Diffusionslagen 5 bzw. 6 sind quasi in die Rahmenstruktur 16 eingelegt, üblicherweise so, dass sie über einer aktiven Fläche 21 der Membran-Elektroden-Anordnung 1 mit je einer Elektrodenschicht 3, 4 in Kontakt sind. Die Elektrodenschichten 3, 4 weisen eine Katalysatorpaste 31, 41 auf, in welcher Katalysatoren, üblicherweise Katalysatorpartikel, eingebettet sind.The two diffusion layers 5 and 6 are quasi inserted into the frame structure 16, usually in such a way that they have an active surface 21 of the Membrane-electrode assembly 1 each having an electrode layer 3, 4 are in contact. The electrode layers 3, 4 have a catalyst paste 31, 41 in which catalysts, usually catalyst particles, are embedded.

Sind die Elektrodenschichten 3, 4 von der Rahmenstruktur 16 bedeckt, handelt es sich um einen nicht-aktiven Randbereich 22 der Membran-Elektroden-Anordnung 1. Im nicht-aktiven Randbereich 22 gelangen keine Reaktionsfluide an die in die Elektrodenschichten 3, 4 bzw. Katalysatorpasten 31, 41 eingebetteten Katalysatoren; somit finden im Randbereich 22 keine chemischen Reaktionen statt, die Stromdichte der elektrochemischen Zelle 100 fällt hier also relativ zur aktiven Fläche 21 sehr stark ab bzw. ist sogar Null.If the electrode layers 3, 4 are covered by the frame structure 16, this is a non-active edge area 22 of the membrane electrode assembly 1. In the non-active edge area 22, no reaction fluids reach the electrode layers 3, 4 or catalyst pastes 31, 41 embedded catalysts; thus no chemical reactions take place in the edge area 22, the current density of the electrochemical cell 100 therefore drops very sharply here relative to the active surface 21 or is even zero.

Demzufolge sind die Katalysatorpartikel, beispielsweise Platinpartikel, innerhalb des Randbereichs 22 ineffizient und tragen zur Leistung der elektrochemischen Zelle 100 nichts bzw. nahezu nichts bei. Erfindungsgemäß sind die Elektrodenschichten 3, 4 im Randbereich 22 daher nicht mit der Katalysatorpaste 31, 41 beschichtet, sondern mit einer Alternativpaste 32, 42, wie in 3 dargestellt. Die Höhen h von Katalysatorpaste 31, 41 und Alternativpaste 32, 42 sind bevorzugt gleich hoch, so dass auch die Dicken bzw. Höhen der Elektrodenschichten 3, 4 in der aktiven Fläche 21 und im nicht-aktiven Randbereich gleich groß sind. Trotz Einsparung des teuren Katalysatormaterials kommt es dadurch also zu keinen erzwungenen Dickenausgleichen und damit auch nicht zu geometrisch induzierten Spannungen und größeren Toleranzen. As a result, the catalyst particles, such as platinum particles, within the rim region 22 are inefficient and contribute little or nothing to the performance of the electrochemical cell 100 . According to the invention, the electrode layers 3, 4 in the edge region 22 are therefore not coated with the catalyst paste 31, 41, but with an alternative paste 32, 42, as in 3 shown. The heights h of catalyst paste 31, 41 and alternative paste 32, 42 are preferably the same, so that the thicknesses or heights of the electrode layers 3, 4 in the active surface 21 and in the non-active edge region are also the same. Despite saving the expensive catalyst material, there are no forced thickness compensations and therefore no geometrically induced stresses and larger tolerances.

Die Katalysatorpaste 31, 41 und die Alternativpaste 32, 42 sind bevorzugt auf die Elektrodenschichten 3, 4 aufgebracht, können dazu äquivalent aber auch auf die Membran 2 aufgebracht sein.The catalyst paste 31, 41 and the alternative paste 32, 42 are preferably applied to the electrode layers 3, 4, but can also be applied to the membrane 2 in an equivalent manner.

4 zeigt einen erfindungsgemäßen Beschichtungsprozess der Membran 2 bzw. der Elektrodenschicht 3, 4 in perspektivischer Ansicht. Dabei wird die zu beschichtende Membran 2 bzw. Elektrodenschicht 3, 4 kontinuierlich über eine oder mehrere Rollen 52 geführt und so unter einer stationären Beschichtungsanlage 51 geführt. Die Beschichtungsanlage 51 ist bevorzugt als dreiteilige Schlitzdüse ausgeführt, die senkrecht zur Laufrichtung über der Rolle 52, also parallel zur Achse der Rolle 52, drei nebeneinanderliegende Bereiche beschichtet: außen die beiden Randbereiche 22 und dazwischen die aktive Fläche 21. Analog dienen die beiden äußeren, kleineren Schlitze der Beschichtungsanlage 51 der Beschichtung mit der Alternativpaste 32, 42 und der dazwischen angeordnete größere Schlitz der Beschichtung mit der Katalysatorpaste 31, 41. Äquivalent kann auch die Beschichtungsanlage 51 bewegt werden, falls beispielsweise die Membran 2 bzw. die Elektrodenschicht 3, 4 nicht kontinuierlich über die Rolle 52 läuft. 4 shows a coating process according to the invention of the membrane 2 or the electrode layer 3, 4 in a perspective view. The membrane 2 or electrode layer 3 , 4 to be coated is guided continuously over one or more rollers 52 and is thus guided under a stationary coating system 51 . The coating system 51 is preferably designed as a three-part slot nozzle, which coats three adjacent areas perpendicular to the direction of travel above the roller 52, i.e. parallel to the axis of the roller 52: the two edge areas 22 on the outside and the active surface 21 in between. The two outer, smaller slits of the coating system 51 of the coating with the alternative paste 32, 42 and the larger slit of the coating with the catalyst paste 31, 41 arranged in between. Equivalently, the coating system 51 can also be moved if, for example, the membrane 2 or the electrode layer 3, 4 is not runs continuously over the roller 52.

Ob die Membran 2 oder die Elektrodenschicht 3, 4 mit der Katalysatorpaste 31, 41 und mit der Alternativpaste 32, 42 beschichtet werden, hängt letztendlich vom konkreten Aufbau der Membran-Elektroden-Anordnung 1 und beispielsweise auch von der mechanischen Stabilität der verwendeten Membran 2 und Elektrodenschicht 3, 4 ab. Prinzipiell ist das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren sowohl für die Beschichtung der Membran 2 als auch für die Beschichtung der Elektrodenschicht 3, 4 geeignet; die Katalysatorpaste 31, 41 muss innerhalb der Membran-Elektroden-Anordnung 1 in der aktiven Fläche 21 in einem nahezu flächigen Bereich zwischen der Membran 2 und der Elektrodenschicht 3, 4 angeordnet sein, so dass hier auf kleinstem Raum die lonen-leitende Membran 2 die Elektronen-leitende Elektrodenschicht 3, 4 die Katalysatorpaste 31, 41 und ein Reaktionsfluid zusammentreffen.Whether the membrane 2 or the electrode layer 3, 4 is coated with the catalyst paste 31, 41 and with the alternative paste 32, 42 ultimately depends on the specific structure of the membrane-electrode assembly 1 and, for example, also on the mechanical stability of the membrane 2 and used Electrode layer 3, 4 from. In principle, the coating method according to the invention is suitable both for coating the membrane 2 and for coating the electrode layer 3, 4; the catalyst paste 31, 41 must be arranged within the membrane-electrode assembly 1 in the active area 21 in an almost flat area between the membrane 2 and the electrode layer 3, 4, so that the ion-conducting membrane 2 is the smallest space Electron-conductive electrode layer 3, 4 meet the catalyst paste 31, 41 and a reaction fluid.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102015218117 A1 [0002]
DE 10140684 A1 [0002]

Claims

Membrane-electrode assembly (1) for an electrochemical cell (100), in particular a fuel cell, the membrane-electrode assembly (1) having a frame structure (16), a membrane (2) and at least one electrode layer (3, 4). , the membrane (2) and the electrode layer (3, 4) interacting over an area, the membrane (2) and the electrode layer (3, 4) being bordered by the frame structure (22) at an edge region (22), characterized in that that the membrane (2) and/or the electrode layer (3, 4) has a catalyst paste (31, 41) in an active area (21) and an alternative paste (32, 42) in the edge region (22).

Membrane electrode assembly (1) after claim 1 , characterized in that the catalyst paste (31, 41) and the alternative paste (32, 42) between the membrane (2) and the electrode layer (3, 4) are arranged.

Membrane electrode assembly (1) after claim 1 or 2 , characterized in that the alternative paste (32, 42) is free of catalyst particles.

Membrane electrode assembly (1) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the catalyst paste (31, 41) and the alternative paste (32, 42) have the same height (h).

Method for coating a membrane (2) or an electrode layer (3, 4) for a membrane-electrode assembly (1) according to one of Claims 1 until 4 , characterized by the following method steps: o Application of a catalyst paste (31, 41) to an active surface (21) of the membrane (2) or the electrode layer (3, 4) o Application of an alternative paste (32, 42) to an edge area (22) the membrane (2) or the electrode layer (3, 4)

procedure after claim 5 characterized in that the catalyst paste (31, 41) and the alternative paste (32, 42) are applied at the same time, preferably by means of a three-part slot nozzle.