DE112006001846T5 - Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrat - Google Patents
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Abstract
Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrat
für eine
Brennstoffzelle mit einer Katalysatorschicht und einem Strömungsfeld,
umfassend:
zumindest eine steife Schicht, um mit dem Strömungsfeld in Kontakt zu treten;
zumindest eine komprimierbare Schicht, die auf der zumindest einen steifen Schicht bzw. angrenzend an diese vorgesehen ist, um mit der Katalysatorschicht in Kontakt zu treten;
wobei die zumindest eine steife Schicht einen Elastizitätsmodul aufweist, welcher höher ist als jener der zumindest einen komprimierbaren Schicht; und
wobei die zumindest eine steife Schicht eine Dicke von nicht größer als 70% einer Gesamtdicke des Diffusionsmediumsubstrats aufweist.
zumindest eine steife Schicht, um mit dem Strömungsfeld in Kontakt zu treten;
zumindest eine komprimierbare Schicht, die auf der zumindest einen steifen Schicht bzw. angrenzend an diese vorgesehen ist, um mit der Katalysatorschicht in Kontakt zu treten;
wobei die zumindest eine steife Schicht einen Elastizitätsmodul aufweist, welcher höher ist als jener der zumindest einen komprimierbaren Schicht; und
wobei die zumindest eine steife Schicht eine Dicke von nicht größer als 70% einer Gesamtdicke des Diffusionsmediumsubstrats aufweist.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft Brennstoffzellen und Vorrichtungen, welche Elektrizität erzeugen, um Fahrzeuge oder andere Maschinen anzutreiben. Im Spezielleren betrifft die vorliegende Erfindung das Anbringen eines Mehrschicht-Gasdiffusionsmediumsubstrats zwischen einer Membranelektrodenanordnung (MEA) und einem Strömungsfeld, und zwar mit einer relativ weichen und elastischen, komprimierbaren Schicht, die in der Nähe der MEA positioniert ist, und einer steifen Schicht, welche in der Nähe des Strömungsfelds positioniert ist. Mit diesem Aufbau wird eine optimale, mechanische Unversehrtheit des Gasdiffusionsmediums erreicht und ein optimales Leistungsverhalten der Brennstoffzelle gewährleistet.
- Hintergrund der Erfindung
- Bei der Brennstoffzellentechnologie handelt es sich um eine noch relativ junge Entwicklung in der Kraftfahrzeugindustrie. Es wurde herausgefunden, dass Brennstoffzellen-Antriebsaggregate in der Lage sind, einen Wirkungsgrad von sogar bis zu 55% zu erreichen. Darüber hinaus stoßen Brennstoffzellen-Antriebsaggregate als Nebenprodukte nur Wärme und Wasser aus.
- Eine Brennstoffzelle umfasst in ihrem Inneren drei Komponenten: eine Kathoden-Katalysatorschicht, eine Anoden-Katalysatorschicht, und einen Elektrolyten, der zwischen der Kathodenschicht und der Anodenschicht angeordnet ist und Protonen leitet. Diese Dreischichtenanordnung, wie sie in einer Brennstoffzelle mit Protonenaustauschmembran (PEM) verwendet wird, wird hier als eine Membranelektrodenanordnung (MEA) bezeichnet und wird manchmal auch als katalysatorbeschichtete Membran (CCM) bezeichnet. Im Betrieb spaltet der Katalysator in der Anodenschicht Wasserstoff in Elektronen und Protonen auf. In einer Anordnung mit einzelner Brennstoffzelle werden die Elektronen als elektrischer Strom von der Anode durch eine externe Schaltung geleitet, wo sie elektrische Energie bereitstellen können, und gelangen dann zu der Kathode. Die Protonen wandern von der Anode durch den Elektrolyten zu der Kathode. Der Katalysator in der Kathodenschicht erleichtert das Aufspalten von Sauerstoffmolekülen und die anschließende Reaktion mit den (durch die Membran hindurchgehenden) Protonen und den (von der Bereitstellung elektrischer Energie zurückkehrenden) Elektronen, um Wasser zu bilden. Einzelne Brennstoffzellen können in Reihe geschaltet und zu Stapeln zusammengefasst werden, um zunehmend größere Spannungen und Elektrizitätsmengen zu erzeugen.
- In einer Brennstoffzelle mit PEM dient eine Polymermembran als Elektrolyt zwischen einer Kathode und einer Anode. Die derzeit in Brennstoffzellenanwendungen in Gebrauch stehende Polymermembran erfordert einen gewissen Grad an Feuchtigkeit, um die Protonenleitfähigkeit der Membran zu fördern. Daher ist die Aufrechterhaltung des richtigen Feuchtigkeitsgrads in der Membran durch Feuchtigkeits-/Wasser-Management für die ordnungsgemäße Funktion der Brennstoffzelle sehr wichtig. Die Polymerelektrolytmembran schwillt an, wenn sie Wasser absorbiert und zieht sich zusammen bzw. schrumpft, wenn sie austrocknet, was es erforderlich macht, dass der Brennstoffzellenstapel von seinem Entwurf her so angelegt ist, dass er in der Lage ist, mit der Auswirkung des veränderlichen Membranvolumens auf die Stapelgröße und die interne Kompression zurecht zu kommen.
- Außerhalb der MEA angeordnet ist ein (weiter unten noch zu beschreibendes) Gasdiffusionsmedienpaar und leitende Trennplatten (auch als Bipolarplatten bezeichnet), um die MEA mechanisch in Position zu halten und die in einem Brennstoffzellenstapel aneinander angrenzend angeordneten MEAs miteinander elektrisch in Reihe zu schalten. Beide Seiten der Trennplatten, von denen eine zu der MEA und dem Gasdiffusionsmedium einer Zelle hin und die andere zu der MEA und dem Gasdiffusionsmedium der nächsten Zelle in dem Stapel hin angeordnet ist, sind mit Gasdurchgängen, die auch als Strömungsfelder bezeichnet werden, versehen, um Reaktandengase bereitzustellen, und zwar Wasserstoff an die Anodenseite einer MEA und Luft/Sauerstoff an die Kathodenseite der benachbarten MEA. Die Strömungsfelder schaffen auch ein Mittel, durch welches Produktwasser aus der Zelle entfernt werden kann, indem es gemeinsam mit unumgesetzten Gasen abgeleitet wird. Die Bipolarplatte enthält normalerweise auch Kühlmittelkanäle in ihrem Inneren und ist so konstruiert, dass das Kühlmittel von den Gasen isoliert ist, die gleichermaßen der Anode und der Kathode zugeführt bzw. von dieser abgeleitet werden.
- In der Brennstoffzelle ist ein Gasdiffusionsmedium, welches typischerwei se aus Kohlenstofffaserpapier oder Kohlenstofffaserstoff gefertigt ist, zwischen dem Strömungsfeld der Bipolarplatte und der MEA angeordnet, um eine optimale Diffusion der Reaktionsgase zu den Elektroden zu fördern, eine optimale Leitung der Elektronen zu schaffen, an der MEA erzeugte Wärme zu dem Kühlmittel innerhalb der Kühlmittelkanäle der Bipolarplatte zu übertragen und die Übertragung von Produktwasser von der Kathode zu dem Strömungsfeld zu erleichtern. Das Diffusionsmedium hat auch die Funktion einer mechanischen Pufferschicht zwischen der weichen MEA und den steifen Bipolarplatten, indem Dickenabweichungen sowohl der Bipolarplatten als auch des Diffusionsmediums ausgeglichen werden und die MEA außerdem bei einer Kompression vor einer Beschädigung durch die Bipolarplatte geschützt wird. Diffusionsmedien sind typischerweise von blattartiger Geometrie, ungefähr 100 bis 400 Mikrometer dick und decken die gesamte wirksame Fläche der Zelle (gewöhnlich 50-1000 cm2) ab. In der nachfolgenden Erörterung wird die "Dickenrichtung" des Diffusionsmediums (100-400 Mikrometer dick, normal 150-300 Mikrometer dick) als die z-Richtung bezeichnet. Dies unterscheidet sie von den beiden "Ebenenrichtungen" des Blatts, die weiter unten als x-y-Richtungen bezeichnet werden.
- Einerseits ist es wünschenswert, dass das Diffusionsmedium in den x-y-Richtungen steif ist, so dass bei einer Komprimierung das Diffusionsmedium nicht in die Strömungsfeld-Kanäle der Bipolarplatte eindringt. Ein solches Eindringen erhöht den Druckverlust von dem Gaseinlass des jeweiligen Strömungsfeldes zu dem Auslass des Strömungsfeldes, was die Anforderung hinsichtlich der Kompressorkapazität und somit des Stromverbrauchs erhöht. Außerdem kann dies einen großen Druckunterschied zwischen dem Anodenabteil und dem Kathodenabteil verursachen und somit die MEA beschädigen. Darüber hinaus ist eine Steifheit des Diffusionsmediums in der x-y-Richtung erwünscht, um den Kontaktdruck zwischen der MEA und dem Diffusionsmedium über den Strömungsfeld-Kanalbereich hinweg zu erhöhen und dadurch den elektrischen und thermischen Kontaktwiderstand zwischen MEA und Diffusionsmedium zu reduzieren. Die Steifigkeit des Diffusionsmediums ist als die Kraft definiert, die erforderlich ist, um eine definierte Verformung in der x- oder y-Richtung zu erzeugen [Timoshenko S. P. und Gere J.M., 1972, Mechanics of Materials, Litton Education Publishing, Inc.]. Sie ist von dem Elastizitätsmodul (einer immanenten Materialeigenschaft) und der Materialdicke abhängig.
- Andererseits ist eine komprimierbare und elastische Eigenschaft in der z-Richtung des Diffusionsmediums ebenfalls vorteilhaft. Dadurch wird während der Kompression des Stapels das Auftreten von lokalen Stellen mit hoher Beanspruchung reduziert. Darüber hinaus wird dadurch der Kontakt zwischen der MEA und dem Diffusionsmedium während der Zyklen des Anschwellens und des Schrumpfens der Membran aufrecht erhalten. Weiterhin ist ein Diffusionsmedium mit einer hohen Kompressibilität in der z-Richtung in der Lage, Dickenvariationen in den Diffusionsmedien und in den Bipolarplatten auszugleichen. Die Kompressibilität ist definiert als die Stauchung bei einer definierten Druckbeanspruchung, die in der z-Richtung angewendet wird, wobei die Stauchung definiert ist als das Verhältnis zwischen Druckverformung und Originaldicke. Ein Diffusionsmedium muss typischerweise Stauchungen in dem Bereich von 10 bis 50% aufweisen, wenn der Stapel unter Druckbeanspruchungen in einem Bereich von 50 bis 400 psi steht. Somit ist klar, dass die mechanischen Eigenschaften des Diffusionsmediums optimiert werden müssen, um den verschiedenen Anforderungen in dem Brennstoffzellenstapel gerecht zu werden. Alle erwünschten Eigenschaften gleichzeitig zu erzielen, ist schwierig. Beispielsweise stellt es eine Herausforderung für die Werkstoff technik dar, in ein und demselben Material äußerst hohe, anisotrope mechanische Eigenschaften, Steifigkeit (in den x-y-Richtungen) und eine ausreichend hohe Kompressibilität (in der z-Richtung) zu erzielen.
- Tests, die allgemein eingesetzt werden, um die mechanischen Eigenschaften eines Gasdiffusionsmediums zu bestimmen, umfassen Biegetests und Druckspannungs-/Stauchungstests. In einem Biegetest eines blattartigen Materials (z.B. ASTM D790 und ASTM D5934) werden der Elastizitätsmodul und der Bruchmodul des Materials in den x-y-Richtungen gemessen. Ein hoher Wert bei der Biegesteifigkeit infolge eines hohen Elastizitätsmoduls und/oder einer großen Dicke erhöht die Kompression des Diffusi onsmediums zwischen der MEA und der Bipolarplatte über die Strömungsfeldkanäle der Platte hinweg, wodurch dort der Kontaktwiderstand minimiert wird. Die Minimierung des Kontaktwiderstands über die Kanäle hinweg ist wichtig, um Spannungsverluste zu minimieren und so eine maximale Effizienz der Brennstoffzelle zu erreichen. In dem Druckspannungs-/Stauchungstest (z.B. ASTM E111) wird das Material in der z-Richtung komprimiert und die Stauchung als eine Funktion der Druckbeanspruchung überwacht.
- Bei der Herstellung eines Materials für ein Gasdiffusionsmedium für Brennstoffzellen tritt das Problem auf, dass es schwierig ist, ein Material herzustellen, das eine relativ hohe Kompressibilität in der z-Richtung in Kombination mit einer Steifigkeit in den x-y-Richtungen aufweist. So sind beispielsweise die nassgelegten Kohlenstofffaserpapiere, wie etwa die Toray TGPH-060 Kohlenstofffasersubstrate, bedingt durch die Eigenschaften von Kohlenstofffasern und die Harz-Bindemittelimprägnierung während des Fertigungsprozesses relativ steif in den x-y-Richtungen. Diese Art von nassgelegtem Kohlenstofffaserpapier weist jedoch eine geringere Kompressibilität auf als zahlreiche gemeinhin verwendete Diffusionsmedien, wie etwa im Luftstrom aufgebrachtes, hydrodynamisch verwirbeltes Kohlenstofffaserpapier (von Freudenberg, Deutschland erzeugt) und Kohlenstoff-Webstoffe (Zoltek, USA). Diese Materialien weisen zwar eine höhere Kornpressibilität in der z-Richtung auf, verfügen jedoch nicht über die gewünschte Steifigkeit in der x-y-Richtung, was einen höheren Kontaktwiderstand über den Kanal hinweg und ein stärkeres Eindringen in den Kanal zur Folge hat.
- Demgemäß wird ein Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrat benötigt, welches die Eigenschaften eines komprimierbaren Substrats mit jenen ei nes steifen Substrats kombiniert, um daraus das optimale Material für ein Diffusionsmedium in einer Brennstoffzelle zu erhalten.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrat, welches sich zur Verwendung als Gasdiffusionsmedium in einer Brennstoffzelle eignet. Das Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrat umfasst zumindest eine steife Schicht in Kombination mit einer komprimierbaren Schicht. Die steife Schicht ist entlang der x- und der y-Richtung verformungsbeständiger als die im Vergleich dazu komprimierbare Schicht. In einem fertig zusammengebauten Brennstoffzellenstapel sind die Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrate so angeordnet, dass die komprimierbareren Schichten in größerer Nähe zu den Membranelektrodenanordnungen (MEAs) einer jeden Zelle positioniert sind als die steifen Schichten, wohingegen die steifen Schichten in größerer Nähe zu den Bipolarplatten einer jeden Zelle positioniert sind als die komprimierbaren Schichten. Bei einer Kompression des Substrats zwischen der MEA und den Bipolarplatten übt die steife Schicht einen hohen Kontaktdruck gegen die relativ komprimierbare Schicht aus, wodurch ein Eindringen des Diffusionsmediums in die Strömungsfeld-Kanäle der Platte verhindert wird. Darüber hinaus bewirkt die steife Schicht einen hohen Kontaktdruck zwischen der MEA und dem Diffusionsmedium in dem Kanalbereich, welcher wünschenswert ist, um den elektrischen und thermischen Widerstand an dieser Grenzfläche zu minimieren. Die relativ komprimierbare Eigenschaft der an die MEA angrenzenden Schicht trägt dazu bei, dass auch bei schwankender Dicke der Platte und des Diffusionsmediums der Kontakt zwischen der MEA und dem Diffusionsmedium aufrechterhalten bleibt.
- Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Diffusionsmediumsubstrats. Das Verfahren umfasst, dass eine erste Kohlenstofffaserschicht gebildet wird, die erste Kohlenstofffaserschicht durch Imprägnieren der ersten Kohlenstofffaserschicht mit Harzbindemitteln versteift wird, und dass eine zweite Kohlenstofffaserschicht auf der ersten Kohlenstofffaserschicht vorgesehen wird.
- Kurzbeschreibung der Zeichnungen
- Die Erfindung wird nun in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
1 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrats ist; -
2 eine Brennstoffzelle ist, die ein Paar der erfindungsgemäßen Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrats umfasst; -
3 ein Ablaufdiagramm ist, das die aufeinander folgenden Verfahrensschritte veranschaulicht, die bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrats ausgeführt werden; -
4 ein Beispiel eines verbesserten Kanal-Eindringverhaltens unter Verwendung der aktuellen Erfindung zeigt; -
5 ein Beispiel eines verbesserten Drucks über den Kanal hinweg unter Verwendung der aktuellen Erfindung zeigt. - Detaillierte Beschreibung der Erfindung
- In
1 , auf welche zu Beginn Bezug genommen wird, ist eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mehrschicht-Diffusions mediumsubstrats allgemein mit der Bezugszahl10 angegeben. Das Substrat10 umfasst eine steife Schicht12 und eine komprimierbare Schicht14 , die auf der steifen Schicht12 vorgesehen ist. Das Mehrschicht-Substrat kann weiterhin mit einer Beschichtung behandelt werden, die MEA-seitig auf die komprimierbare Schicht14 aufgebracht wird, welche das Wassermanagement verbessert und oft aus Kohlenstoffpartikeln besteht, die durch ein hydrophobes, fluorhaltiges Polymer gebunden werden. Solche Schichten sind für den Fachmann allgemein bekannt und werden oft als mikroporöse Schichten (MPLs) bezeichnet. Eine solche Schicht ist in1 angrenzend an die relativ komprimierbare Schicht14 als Beschichtung16 gezeigt. Weiterhin kann eine Katalysatorschicht auf die mikroporöse Schicht aufgebracht oder ohne Verwendung einer mikroporösen Schicht direkt auf das Substrat aufgebracht werden. Eine solche Schicht ist in1 nicht gezeigt, ist jedoch dem Fachmann allgemein bekannt. Darüber hinaus kann die gesamte Struktur mit einem hydrophoben Polymer (wie etwa Polytetrafluorethylen, z.B. Teflon® von DuPont) behandelt werden, was ebenfalls eine dem Fachmann allgemein bekannte Praxis darstellt. Die mikroporöse Schicht und die Behandlung mit hydrophobem Polymer haben einen relativ geringen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Diffusionsmediums. Beim Einbau in eine Brennstoffzelle wird die steife Schicht12 , wie in weiterer Folge eingehender beschrieben, angrenzend an die Bipolarplatte bzw. das Strömungsfeld angeordnet, während die komprimierbare Schicht14 angrenzend an die MEA der Brennstoffzelle angeordnet wird. Das Mehrschicht-Substrat10 kombiniert die Eigenschaften der steifen Schicht12 und der komprimierbaren Schicht14 , um die Leistungsmerkmale des Mehrschicht-Substrats10 als ein Gasdiffusionsmedium in der Brennstoffzelle zu optimieren, wie im Folgenden noch eingehender beschrieben wird. - Verglichen mit der komprimierbaren Schicht
14 weist die steife Schicht12 einen größeren Elastizitätsmodul auf, was eine größere Festigkeit gegenüber Ausdehnung oder Verformung entlang der x-y-Richtung18 zur Folge hat. Die Kompressibilität der Schicht12 ist vorzugsweise geringer als jene der Schicht14 . Vorzugsweise weist die steife Schicht12 einen Elastizitätsmodul auf, der zumindest das Dreifache von jenem der komprimierbaref Schicht14 beträgt. Die Dicke der steifen Schicht12 beträgt mindestens 8% und höchstens 70% der Gesamtdicke des Gasdiffusionsmediums. Mehr bevorzugt, weist die steife Schicht12 einen Elastizitätsmodul auf, der mindestens das Sechsfache von jenem der komprimierbaren Schicht14 beträgt. Mehr bevorzugt, beträgt die Dicke der steifen Schicht12 mindestens 15% und höchstens 50% der Gesamtdicke des Gasdiffusionsmediums. Die dem Fachmann bekannten, nassgelegten Kohlenstofffaserpapiere mit Harzimprägnierung sind für die Verwendung als steife Schicht12 geeignet, da sie in der x-y-Richtung18 sehr steif sind. Als Beispiele für nassgelegte, harzimprägnierte Kohlenstofffaserpapiere, die sich als steife Schicht12 eignen, sind die von der Toray Corp., Japan, erhältlichen Kohlenstofffaserpapier-Substrate der Serie Toray TGPH zu nennen. Bevorzugt wird eine Schichtdicke von weniger als 200 Mikrometer, jedoch mehr als 20 Mikrometer. - Verglichen mit der steifen Schicht
12 muss die relativ komprimierbare Schicht14 eine größere Kompressibilität entlang der z-Richtung20 aufweisen. Im Luftstrom aufgebrachte, hydrodynamisch verwirbelte Kohlenstofffaserpapiere, die dem Fachmann bekannt sind, eignen sich besonders gut für eine Verwendung als komprimierbare Schicht14 . Als Beispiel für im Luftstrom aufgebrachte, hydrodynamisch verwirbelte Materialien, die sich als komprimierbare Schicht14 eignen, ist das von der Freudenberg & Co., Weinheim, Deutschland, erhältliche Gasdiffusionspapier-Substrat der Serie Freudenberg FC H2315 zu nennen. Kohlenstoff-Webstoffe (z.B. Zoltek, USA) sind ebenfalls geeignete, jedoch weniger bevorzugte Materialien für eine Verwendung als komprimierbare Schicht14 . Bevorzugt wird eine Schichtdicke von mehr als 70 Mikrometer, jedoch weniger als 400 Mikrometer. - In
2 , auf welche als nächstes Bezug genommen wird, ist eine Brenn stoffzelle22 gezeigt, bei welcher das erfindungsgemäße Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrat10 realisiert ist. Die Brennstoffzelle22 umfasst eine Protonenaustauschmembran (PEM)30 , welche zwischen einer Kathode26 (manchmal als Kathoden-Katalysatorschicht bezeichnet) und einer Anode28 (manchmal als Anoden-Katalysatorschicht bezeichnet) angeordnet ist. Eine Bipolarplatte32 an der Kathodenseite der Brennstoffzelle22 umfasst mehrere Strömungsfeld-Kanäle34 , und eine Bipolarplatte32a an der Anodenseite der Brennstoffzelle22 umfasst mehrere Strömungsfeld-Kanäle34a . - Ein erfindungsgemäßes Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrat
10 ist zwischen der Kathoden-Katalysatorschicht26 und der entsprechenden Bipolarplatte32 angeordnet. Die optionale, aus einer mikroporösen Schicht bestehende Beschichtung16 an der Oberfläche der komprimierbaren Schicht14 steht mit der Kathoden-Katalysatorschicht26 in Kontakt, während die steife Schicht12 des Substrats10 mit der Bipolarplatte32 in Kontakt ist. Ein zweites, erfindungsgemäßes Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrat10a ist zwischen der Anoden-Katalysatorschicht28 und der entsprechenden Bipolarplatte32a angeordnet. Eine aus einer mikroporösen Schicht bestehende Beschichtung16a kann optional auf die Oberfläche der komprimierbaren Schicht14a des Substrats10a aufgebracht sein. Die mikroporöse Schicht16a steht, falls eine solche vorhanden ist, mit der Anoden-Katalysatorschicht28 in Kontakt, während die steife Schicht12a des Substrats10a von der Bipolarplatte32a in Kontakt genommen wird. - Während des Betriebs der Brennstoffzelle
22 strömt Wasserstoffgas36 durch die Strömungskanäle34a der Bipolarplatte32a und diffundiert durch das Substrat10a zu der Anoden-Katalysatorschicht28 . In derselben Weise strömt Sauerstoff bzw. Luft38 durch die Strömungskanäle34 der Bipolarplatte32 und diffundiert durch das Substrat10 zu der Kathoden-Katalysatorschicht26 . An der Anode28 wird der Wasserstoff36 in Elektronen und Protonen aufgespalten. In einer einzelnen Brennstoffzelle werden die Elektronen als elektrischer Strom von der Anode28 durch eine elektrische Last geführt (nicht gezeigt) und dann zu der Kathoden-Katalysatorschicht26 geleitet. Die Protonen wandern von der Anoden-Katalysatorschicht28 durch die Membran30 zu der Kathode26 . An der Kathode26 werden die Protonen mit den von ihrer Arbeit in der elektrischen Last zurückkehrenden Elektronen und dem Sauerstoff38 kombiniert, um Wasser40 zu bilden. Das Produktwasser muss dann von der Kathode26 durch das Substrat10 in die Strömungskanäle34 der Bipolarplatte32 gelangen, von wo aus es in weiterer Folge aus der Brennstoffzelle22 abgeleitet wird. - In der Brennstoffzelle
22 wird das Substrat10 zwischen der Katalysatorschicht und der Bipolarplatte32 komprimiert. Demgemäß bewirkt die Robustheit der steifen Schicht12 in der x-y-Richtung, dass die steife Schicht12 ein hohes Maß an Kontaktdruck zwischen der Kathoden-Katalysatorschicht und dem Diffusionsmediumsubstrat10 über die Strömungskanäle34 hinweg ausübt, und verhindert dadurch auch ein Eindringen von Diffusionsmedium in den Strömungskanal34 der Bipolarplatte32 . Dadurch wird verhindert, dass es zu einem übermäßigen Druckverlust in der Brennstoffzelle22 kommt, und es wird die Funktion der Strömungsfeld-Kanäle34 optimiert. Die steife Schicht12 und die komprimierbare Schicht14 tragen dazu bei, den Kontakt zwischen der Katalysatorschicht26 und dem Diffusionsmedium10 aufrecht zu erhalten, und sie reduzieren den elektrischen und thermischen Widerstand während des Anschwellens und Schrumpfens der Membran30 über die Dauer des Betriebs der Brennstoffzelle22 hinweg. Dieselben Vorteile treffen auch in Bezug auf das Substrat10a zu, welches zwischen der Anoden-Katalysatorschicht28 und der Bipolarplatte32a angeordnet ist. - In
1 , auf welche nun erneut Bezug genommen wird, können die steife Schicht12 und die komprimierbare Schicht14 des Substrats10 getrennt hergestellt werden und anschließend gemäß dem Fachmann bekannten Verfahren zu dem Mehrschicht-Substrat10 aneinandergeklebt werden. In der vorliegenden Erfindung ist jedoch die Herstellung des Substrats10 als ein einziges Substrat mit mehreren Lagen oder Schichten erwogen, welche die steife Schicht12 und die komprimierbare Schicht14 umfassen, die unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. In beiden Fällen weist die steife Schicht12 im Vergleich mit der komprimierbaren Schicht14 robustere bzw. verformungsbeständigere Eigenschaften auf, die entlang der x-y-Richtung18 wirken. Andererseits ist die Schicht14 im Vergleich mit der steifen Schicht12 vorzugsweise in der z-Richtung20 mehr komprimierbar, und sie stellt somit das Mittel dar, durch welches eine Schwankung in der Dicke der Platten und der Diffusionsmedien, aber auch Änderungen in der Druckbeanspruchung während des Betriebs der Brennstoffzelle, in erster Linie ausgeglichen werden. - Es folgt nun eine allgemeine Beschreibung der Fertigungsmaterialien des Mehrschicht-Diffusionsmediums. Beide Schichten können aus einer Viel zahl von leitfähigen, porösen Materialien, wie beispielsweise Schäumen, Netzen, Geweben und Vliesmatten gefertigt sein. Die komprimierbare Schicht wird im Allgemeinen aus Geweben oder Vliesmatten gebildet, die aus Kohlenstoff- und/oder Metallfasern gefertigt sind. Die Vliesmatten können flexible Bindemittel, wie etwa karbonisierte Akrylfasermasse bzw. -pulpe oder eine geringe Menge von karbonisiertem Phenolharz enthalten. Die komprimierbare Schicht könnte auch aus flexiblem Metall- oder Kohlenstoff-Schäumen bestehen. Die steife Schicht wird im Allgemeinen aus Geweben oder Vliesmatten gebildet, die ebenfalls aus Kohlenstoff und/oder Metallfasern gefertigt sind. Steife Schichten auf Basis von Gewebestoffen und Vliesmatten weisen auch ein relativ starres Bindemittel auf, wie beispielsweise eine große Menge von karbonisiertem Phenolharz. Die steife Schicht könnte auch aus relativ starren Metall- oder Kohlenstoffschäumen bestehen.
- Es wird nun in beispielhafter Weise die Herstellung eines erfindungsgemäßen Mehrschicht-Diffusionsmediums beschrieben. Das Ablaufdiagramm aus
3 veranschaulicht die aufeinanderfolgenden Prozessschritte, die gemäß einem beispielhaften Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrats durchgeführt werden. In Schritt1 wird eine erste Kohlenstofffaserschicht vorbereitet. Die erste Kohlenstofffaserschicht wird unter Verwendung eines herkömmlichen Nasslege-Papierherstellungsprozesses gefertigt. In Schritt2 wird die erste Kohlenstofffaserschicht mit Harz-Bindemittel imprägniert, und zwar typischer weise auf herkömmlichem Weg durch Tauchstreichen. In Schritt3 wird das imprägnierte Harz bei einer Temperatur von typischerweise ungefähr 100-300 Grad C ausgehärtet. In Schritt4 wird eine zweite Kohlenstofffaserschicht auf die erste Kohlenstofffaserschicht aufgebracht. Die zweite Kohlenstofffaserschicht wird auf die erste Kohlenstofffaserschicht entwe der im Luftstrom aufgebracht oder darauf nassgelegt. In Schritt5 wird das Mehrschicht-Kohlenstofffasersubstrat einem hydrodynamischen Verwirbelungsverfahren bzw. einer Wasserstrahlbehandlung unterzogen, um die erste Kohlenstofffaserschicht an der zweiten Kohlenstofffaserschicht zu befestigen bzw. sie mit dieser zu verbinden. Falls eine Wasserstrahlbe handlung zum Einsatz kommt, wären die Strahleigenschaften so zu wählen, dass die Schichten miteinander verbunden werden, ohne dass dabei die steife Schicht beschädigt wird. Schließlich wird in Schritt6 das Mehrschicht-Kohlenstofffasersubstrat bei einer Temperatur von typischerweise ungefähr mindestens 1300 Grad C, vorzugsweise 1700 Grad C, und optional über 2000 Grad C karbonisiert bzw. graphitiert. Die Mehrschicht-Struktur kann optional mit einem hydrophoben Polymer behandelt werden. Zusätzlich kann optional eine aus einer mikroporösen Schicht bestehende Beschichtung auf der Oberseite der zweiten Kohlenstofffaserschicht aufgebracht werden. Außerdem ist es nicht absolut notwendig, die steife Schicht und die komprimierbare Schicht miteinander zu verbinden, bevor sie in der Brennstoffzelle komprimiert werden. Die Kompression in der Brennstoffzelle kann einen ausreichenden Kontakt zwischen den Schichten bewirken, so dass diese wunschgemäß funktionieren würden. In dem Mehrschicht-Kohlenstofffasersubstrat weist die erste Kohlenstofffaser eine im Vergleich mit der zweiten Kohlenstofffaserschicht größere Steifigkeit in der x-y-Richtung auf, während die zweite Kohlenstofffaserschicht vorzugsweise eine im Vergleich mit der ersten Kohlenstofffaserschicht größere Kompressibilität in der z-Richtung aufweist. Demgemäß hat in dem Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrat10 aus1 die erste Kohlenstofffaserschicht die Funktion der steifen Schicht12 und hat die zweite Kohlenstofffaserschicht die Funktion der komprimierbaren Schicht14 . - BEISPIEL 1
- In
4 und5 wurde ein Vergleich durch Computermodellierung nach dem Prinzip der Finite-Elemente-Analysemethode angestellt, um das Eindringen und den Kontaktdruck im Kanalzentrum zwischen dem Stand der Technik und der aktuellen Erfindung zu bewerten. Der Stand der Technik wird durch ein typisches, handelsübliches Gasdiffusionsmedium (z.B. Sigracet® GDL 21 Series Gas Diffusion Layer von SGL Carbon Group) dargestellt, dessen Elastizitätsmodul auf 1000 MPa geschätzt wurde. Die Dicke beträgt 260 Mikrometer. Das Verhalten von neun Mehrschicht-Gasdiffusionsmediensorten wurde modelliert, wobei eine jede dieselbe Gesamtdicke wie jenes nach dem Stand der Technik aufwies – 260 Mikrometer. Es wurde angenommen, dass die komprimierbare Schicht aus demselben Material besteht wie nach dem Stand der Technik. Die neun verschiedenen steifen Schichten waren aus der Kombination von drei Dicken: 108, 43 und 22 Mikrometer, und drei Elastizitätsmodulen gebildet, die das Drei-, Sechs- und Zwölffache der komprimierbaren Schicht betrugen. Für die beispielhafte Berechnung wurde angenommen, dass die Kompressibilität in der z-Richtung (d.h. die Druckspannungs-/Stauchungsergebnisse) dieselbe sei wie bei dem Stand der Technik. Diese Kompressibilitätswerte ergaben eine Stauchung von 0,15 bei 100 psi, eine Stauchung von 0,21 bei 200 psi, eine Stauchung von 0,27 bei 300 psi, eine Stauchung von 0,33 bei 400 psi, eine Stauchung von 0,35 bei 450 psi, eine Stauchung von 0,37 bei 500 psi. Sowohl die Schicht nach dem Stand der Technik als auch die Schicht gemäß der aktuellen Erfindung wurden gegen eine starre, flache Ebene und ein starres Strömungsfeld mit einem 1 mm breiten Kanal und einem 2 mm breiten Steg komprimiert. Die Kompression über die Stege hinweg betrug 450 psi. Das Eindringen wurde durch den Abstand in der z-Richtung zwischen dem Punkt des maximalen Eindringens des Gasdiffusionsmediums (im Zentrum des Kanals) und der Ebene der Stege des Strömungsfelds bestimmt. Der Kontaktdruck wurde durch den Reaktionsdruck an der der flachen Platte im Zentrum des Kanals gegenüberliegenden Oberfläche bestimmt. Gemäß den herkömmlichen Finite-Elemente-Analysetechniken bestand der erste Schritt der Analyse darin, eine geometrische Darstellung des Strömungsfelds und des Diffusionsmediums einschließlich aller Schichten zu erzeugen. Ein geometrisches Modell des Diffusionsmediums wurde geschaffen, indem das gesamte Material in diskrete Elemente (auch Netz genannt) aufgeteilt wurde. Das Strömungsfeld und die flache Platte wurden als starre Oberflächen modelliert, da typische Strömungsfelder aus einem Material gefertigt sind, das viel steifer ist als das Diffusionsmedium.4 und5 veranschaulichen jeweils das Eindringen und den Kontaktdruck (beide normalisiert in Bezug auf den Fall gemäß dem Stand der Technik) der neun Testfälle verglichen mit dem Fall nach dem Stand der Technik. Es geht daraus deutlich hervor, dass für alle Fälle, bei denen die aktuelle Erfindung zum Einsatz kommt, das Eindringverhalten um zwischen 5% und 30% verbessert worden ist und der Kontaktdruck um zwischen 28% und 240% verbessert worden ist. Die Vorteile der aktuellen Erfindung sind in diesem Beispiel klar demonstriert, in welchem die Auswirkung der Verwendung einer steifen Schicht im Sinne einer Verminderung des Eindringens des Diffusionsmediums in den Kanal und einer Erhöhung des Kontaktdrucks über den Kanal hinweg ersichtlich werden. In dem bevorzugten Fall, in welchem die Kompressibilität der steifen Schicht geringer wäre als jene des Materials nach dem Stand der Technik, wäre der Nutzen sogar noch bedeutender. - BEISPIEL 2
- Zusätzlich zu der Modellierung und der Analyse wurde ein Test des trockenen Druckverlusts durchgeführt, um den Nutzen der Erfindung in Bezug auf die Verringerung des Druckverlusts durch Vermindern des Eindringens des Diffusionsmediums in den Strömungsfeld-Kanal aufzuzeigen.
- Bei diesem Experiment wurde die zu charakterisierende Gasdiffusionsschicht über das spezifizierte Strömungsfeld gelegt, auf eine gegebene Last komprimiert, und es wurde Gas mit einer spezifizierten Strömungsrate durch das Strömungsfeld hindurch geleitet. Dieser Test wurde an einem Strömungsfeld durchgeführt, und der gemessene Druckverlust in der Platte zeigte das Eindringen der Gasdiffusionsschicht in den Strömungsfeld-Kanal an. Bei dem an der Schicht nach dem Stand der Technik durchgeführten Experiment wurde zu Vergleichszwecken mit der Erfindung eine Gasdiffusionsschicht, Freudenberg FC H2315, mit einer Dicke von 209 Mikrometer, einer Stauchung von 0,32 bei 450 psi, und einem Elastizitätsmodul von 800 MPa verwendet. Die Erfindung wurde beispielhaft dargestellt, indem zunächst ein Stück Toray TGPH 030 (mit einer Dicke von 105 Mikrometer, einer Stauchung von 0,28 bei 450 psi und einem Elastizitätsmodul von 3000 MPa) gegen das Strömungsfeld platziert wurde, und anschließend die Freudenberg FC H2315 Gasdiffusionsschicht auf deren obere Seite gelegt wurde und beides schließlich gegen eine flache Graphitplatte gelegt und komprimiert wurde. Obwohl die Schichten bei diesem Beispiel nicht miteinander verbunden waren, zielt diese Kombination auf die Vermeidung des Eindringens der Schicht in den Kanal ab, und zwar durch die Verwendung der Mehrschicht-Gasdiffusionsschicht. Bei einer gegebenen Strömungsrate, Kompression und Strömungsfeld-Geometrie betrug der Druckverlust des beispielhaften Mehrschicht-Materials nur 50% von dem, welcher im Fall des Gasdiffusionsmediums nach dem Stand der Technik beobachtet wurde.
- Es sind weiter oben zwar die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben worden, es ist jedoch anerkannt und es versteht sich, dass verschiedene Abänderungen an der Erfindung vorgenommen werden können, und die beigefügten Patentansprüche sollen alle sol chen Abänderungen abdecken, die in die Wesensart und den Umfang der Erfindung fallen können.
- Es wird ein Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrat mit verbesserten mechanischen Eigenschaften offenbart. Das Diffusionsmediumsubstrat umfasst zumindest eine steife Schicht und zumindest eine komprimierbare Schicht. Die zumindest eine steife Schicht weist im Vergleich zu der zumindest einen komprimierbaren Schicht eine größere Steifigkeit in der x-y-Richtung auf. Die zumindest eine komprimierbare Schicht weist eine größere Kompressibilität in der z-Richtung auf. Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrats offenbart.
Claims (35)
- Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrat für eine Brennstoffzelle mit einer Katalysatorschicht und einem Strömungsfeld, umfassend: zumindest eine steife Schicht, um mit dem Strömungsfeld in Kontakt zu treten; zumindest eine komprimierbare Schicht, die auf der zumindest einen steifen Schicht bzw. angrenzend an diese vorgesehen ist, um mit der Katalysatorschicht in Kontakt zu treten; wobei die zumindest eine steife Schicht einen Elastizitätsmodul aufweist, welcher höher ist als jener der zumindest einen komprimierbaren Schicht; und wobei die zumindest eine steife Schicht eine Dicke von nicht größer als 70% einer Gesamtdicke des Diffusionsmediumsubstrats aufweist.
- Diffusionsmediumsubstrat nach Anspruch 1, welches weiterhin eine mikroporöse Schicht auf der zumindest einen komprimierbaren Schicht umfasst.
- Diffusionsmediumsubstrat nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine steife Schicht eine Kohlenstofffaserpapierschicht umfasst.
- Diffusionsmediumsubstrat nach Anspruch 3, wobei es sich bei der Kohlenstofffaserpapierschicht um eine nassgelegte Kohlenstofffaserschicht handelt.
- Diffusionsmediumsubstrat nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine komprimierbare Schicht eine Kohlenstofffaserschicht umfasst.
- Diffusionsmediumsubstrat nach Anspruch 5, wobei es sich bei der Kohlenstofffaserschicht um eine trockengelegte Kohlenstofffaserschicht handelt.
- Diffusionsmediumsubstrat nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine steife Schicht einen Elastizitätsmodul aufweist, der zumindest das Dreifache, mehr bevorzugt zumindest das Sechsfache von jenem der zumindest einen komprimierbaren Schicht beträgt.
- Diffusionsmediumsubstrat nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine steife Schicht eine Dicke von mindestens 15% und nicht mehr als 50% der Gesamtdicke des Diffusionsmediumsubstrats aufweist.
- Diffusionsmediumsubstrat nach Anspruch 1, wobei die steife Schicht eine Dicke von weniger als 200 Mikrometer und mehr als 20 Mikrometer aufweist.
- Diffusionsmediumsubstrat nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine komprimierbare Schicht in größerem Ausmaß komprimierbar ist als die zumindest eine steife Schicht.
- Diffusionsmediumsubstrat nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine komprimierbare Schicht eine Dicke von mehr als 70 Mikrometer und weniger als 400 Mikrometer aufweist.
- Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrat für eine Brennstoffzelle mit einer Katalysatorschicht und einem Strömungsfeld, umfassend: zumindest eine steife Schicht, um mit dem Strömungsfeld in Kontakt zu treten; zumindest eine komprimierbare Schicht, die auf der zumindest einen steifen Schicht vorgesehen ist, um mit der Katalysatorschicht in Kontakt zu treten; wobei die zumindest eine steife Schicht und die zumindest eine komprimierbare Schicht eine x-y-Richtung definieren, die im Allgemeinen entlang einer Ebene der zumindest einen steifen Schicht und der zumindest einen komprimierbaren Schicht angeordnet ist, und eine z-Richtung definieren, die im Allgemeinen rechtwinkelig zu der x-y-Richtung verläuft; wobei die zumindest eine komprimierbare Schicht verglichen mit der zumindest einen steifen Schicht eine größere Kompressibilität entlang der z-Richtung aufweist, und die zumindest eine steife Schicht einen größeren Elastizitätsmodul als die zumindest eine komprimierbare Schicht aufweist; und wobei die zumindest eine steife Schicht eine Dicke von nicht mehr als 70% einer Gesamtdicke des Diffusionsmediumsubstrats aufweist.
- Diffusionsmediumsubstrat nach Anspruch 12, welches weiterhin eine mikroporöse Schicht auf der zumindest einen komprimierbaren Schicht umfasst.
- Diffusionsmediumsubstrat nach Anspruch 12, wobei die zumindest eine steife Schicht eine nassgelegte Kohlenstofffaserschicht umfasst.
- Diffusionsmediumsubstrat nach Anspruch 12, wobei die zumindest eine komprimierbare Schicht eine trockengelegte Kohlenstofffaserschicht umfasst.
- Diffusionsmediumsubstrat nach Anspruch 12, wobei die zumindest eine komprimierbare Schicht einen Elastizitätsmodul von weniger als 3000 MPa aufweist.
- Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrats, welches umfasst dass: eine erste Kohlenstofffaserschicht gebildet wird; die erste Kohlenstofffaserschicht versteift wird; und eine zweite Kohlenstofffaserschicht auf der ersten Kohlenstofffaserschicht vorgesehen wird.
- Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Bilden einer ersten Kohlenstofffaserschicht umfasst, dass die erste Kohlenstofffaserschicht unter Verwendung eines Nasslege-Papierherstellungsprozesses gebildet wird.
- Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Bilden einer zweiten Kohlenstofffaserschicht umfasst, dass die zweite Kohlenstofffaserschicht unter Verwendung eines Trockenlege-Papierherstellungsprozesses gebildet wird.
- Verfahren nach Anspruch 17, welches weiterhin umfasst, dass eine mikroporöse Schicht auf der zweiten Kohlenstofffaserschicht vorgesehen wird.
- Verfahren nach Anspruch 17, welches weiterhin umfasst, dass die Harz-Bindemittel ausgehärtet werden, indem die Harz-Bindemittel einer Temperatur von ungefähr 100 Grad C bis ungefähr 300 Grad C ausgesetzt werden.
- Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrats, welches umfasst dass: eine erste Kohlenstofffaserschicht gebildet wird; eine zweite Kohlenstofffaserschicht auf der ersten Kohlenstofffaserschicht gebildet wird; wobei die erste Kohlenstofffaserschicht einen größeren Elastizitätsmodul aufweist als die zweite Kohlenstofffaserschicht; und wobei die erste Kohlenstofffaserschicht eine Dicke von nicht mehr als 70% einer Gesamtdicke des Diffusionsmediumsubstrats auf weist.
- Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Bilden einer ersten Kohlenstofffaserschicht umfasst, dass die erste Kohlenstofffaserschicht unter Verwendung eines Nasslege-Papierherstellungsprozesses gebildet wird.
- Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Bilden einer zweiten Kohlenstofffaserschicht umfasst, dass die zweite Kohlenstofffaserschicht unter Verwendung eines Trockenlege-Papierherstellungsprozesses gebildet wird.
- Verfahren nach Anspruch 22, welches weiterhin umfasst, dass eine mikroporöse Schicht auf der zweiten Kohlenstofffaserschicht vorgesehen wird.
- Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrats, welches umfasst dass: eine erste Kohlenstofffaserschicht gebildet wird; die erste Kohlenstofffaserschicht versteift wird; eine zweite Kohlenstofffaserschicht auf der ersten Kohlenstofffaserschicht gebildet wird; wobei die erste Kohlenstofffaserschicht einen größeren Elastizitätsmodul aufweist als die zweite Kohlenstofffaserschicht; und wobei die erste Kohlenstofffaserschicht eine Dicke von nicht mehr als 70% einer Gesamtdicke des Diffusionsmediumsubstrats aufweist.
- Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Bilden einer ersten Kohleristofffaserschicht umfasst, dass die erste Kohlenstofffaserschicht unter Verwendung eines Nasslege-Papierherstellungsprozesses gebildet wird.
- Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Bilden einer zweiten Kohlenstofffaserschicht umfasst, dass die zweite Kohlenstofffaserschicht unter Verwendung eines Trockenlege-Papierherstellungsprozesses gebildet wird.
- Verfahren nach Anspruch 26, welches weiterhin umfasst, dass eine mikroporöse Schicht auf der zweiten Kohlenstofffaserschicht vorgesehen wird.
- Mehrschicht-Diffusionsmediumsubstrat für eine Brennstoffzelle mit einer Katalysatorschicht und einem Strömungsfeld, umfassend: zumindest eine steife Schicht, um mit dem Strömungsfeld in Kontakt zu treten; zumindest eine komprimierbare Schicht, die auf der zumindest einen steifen Schicht vorgesehen ist, um mit der Katalysatorschicht in Kontakt zu treten; wobei die zumindest eine steife Schicht einen Elastizitätsmodul aufweist, welcher mindestens das Dreifache des Elastizitätsmoduls der zumindest einen komprimierbaren Schicht beträgt; und wobei die zumindest eine steife Schicht eine Dicke von nicht mehr als 70% einer Gesamtdicke des Diffusionsmediumsubstrats aufweist.
- Diffusionsmediumsubstrat nach Anspruch 30, welches weiterhin eine mikroporöse Schicht auf der zumindest einen komprimierbaren Schicht umfasst.
- Diffusionsmediumsubstrat nach Anspruch 30, wobei die zumindest eine steife Schicht eine Kohlenstofffaserpapierschicht umfasst.
- Diffusionsmediumsubstrat nach Anspruch 32, wobei es sich bei der Kohlenstofffaserpapierschicht um eine nassgelegte Kohlenstofffaserschicht handelt.
- Diffusionsmediumsubstrat nach Anspruch 32, wobei die zumindest eine komprimierbare Schicht eine Kohlenstofffaserschicht umfasst.
- Diffusionsmediumsubstrat nach Anspruch 34, wobei es sich bei der Kohlenstofffaserschicht um eine trockengelegte Kohlenstofffaserschicht handelt.
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