DE112007000928T5

DE112007000928T5 - Brennstoffzellen-Elektrode, Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzellen-Elektrode, Membran-Elektroden-Einheit, Verfahren zum Herstellen der Membran-Elektroden-Einheit und Festpolymer-Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE112007000928T5
Application number: DE112007000928T
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Toyota-shi Ilsaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2027-05-24
Also published as: CA2639636A1; JP2007317391A; US20090068525A1; CN101395745A; DE112007000928B4; WO2007136135A1

Abstract

Brennstoffzellen-Elektrode, in der eine ein aus Cellulosederivaten ausgewähltes Verdickungsmittel enthaltende Bindemittelschicht (Pufferschicht) auf einer Gasdiffusionsschicht bereitgestellt wird und eine Katalysatorpartikel und einen Polymerelektrolyt enthaltende Elektroden-Katalysatorschicht auf die Bindemittelschicht (Pufferschicht) laminiert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzellen-Elektrode, ein Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzellen-Elektrode, eine Membran-Elektroden-Einheit, in der eine Protonen-Austauschmembran, eine Elektroden-Katalysatorschicht und eine Gasdiffusionsschicht laminiert sind, ein Verfahren zum Herstellen der Membran-Elektroden-Einheit, eine Membran-Elektroden-Einheit und eine Festpolymer-Brennstoffzelle, umfassend die Membran-Elektroden-Einheit.
Stand der Technik
Festpolymer-Brennstoffzellen sind dadurch charakterisiert, dass sie geringe Betriebstemperaturen und kurze Inbetriebnahmezeiten aufweisen, es ermöglichen, leicht eine hohe Leistung zu erreichen, dass es erwartet wird, dass sie in Größe und Gewicht reduziert werden, und dass sie beständig gegenüber Vibrationen sind. Daher sind Festpolymer-Brennstoffzellen als Stromquellen für mobile Gegenstände geeignet.
Ein Festpolymer-Elektrolyt ist ein Polymermaterial, umfassend eine Polymerkette mit Elektrolytgruppen, wie einer Sulfonsäuregruppe. Er besitzt die Eigenschaft, spezifische Ionen fest zu binden und die Permeation von Kationen oder Anionen selektiv zu ermöglichen. Insbesondere weist eine Elektrolytmembran mit einer Fluoridgruppe, die durch eine Perfluorsulfonsäuremembran verkörpert wird, eine sehr hohe chemische Stabilität auf und wird daher weit verbreitet als Ionenaustauschmembran eingesetzt, die für Brennstoffzellen verwendet wird, die unter extremen Bedingungen verwendet werden.
In einer Festpolymer-Brennstoffzelle wird ein Paar Elektroden auf beiden Seiten einer Ionenaustauschmembran mit Protonenleitfähigkeit bereitgestellt, Wasserstoffgas wird als Brenngas einer Elektrode (Brenngaselektrode) zugeführt, und Sauerstoffgas oder Luft wird als Oxidationsmittel der anderen Elektrode (Luftelektrode) zugeführt, so dass eine elektromotorische Kraft erhalten wird.
Wenn eine solche Ionenaustauschmembran in einer Festpolymer-Brennstoffzelle eingesetzt wird, wird eine Membran-Elektroden-Einheit verwendet, welche eine solche Struktur aufweist, dass Elektroden-Katalysatorschichten mit Brenngas-Oxidations-vermögen oder dem Vermögen, ein Oxidationsmittel zu reduzieren, auf beiden Seiten der Ionenaustauschmembran angeordnet sind, wo auf deren Außenseite ferner Gasdiffusionsschichten angeordnet sind.
Insbesondere schließt die Struktur eine aus einer Polymer-Elektrolytmembran, die selektiv Wasserstoffionen transportiert, bestehende Ionenaustauschmembran ein, wobei auf jeder Seite derselben eine Elektroden-Katalysatorschicht gebildet wird, die als Hauptkomponente ein Kohlenstoffpulver umfasst, das einen Platingruppen-Metallkatalysator trägt. Als nächstes wird auf der äußeren Oberfläche der Elektroden-Katalysatorschicht eine Gasdiffusionsschicht, welche sowohl Brenngaspermeabilität als auch Elektronenleitfähigkeit aufweist, gebildet. Im Allgemeinen besteht eine Gasdiffusionsschicht aus einem Träger aus Kohlepapier oder Kohlenstoffvlies, auf dem eine Schicht einer Paste gebildet wird, die ein Pulver aus Fluorharz, Siliziumdioxid, Kohlenstoff oder dergleichen enthält. Die zuvor genannte Elektroden-Katalysatorschicht und die Gasdiffusionsschicht werden gemeinsam als Elektrode bezeichnet.
Um dem Lecken des zugeführten Brenngases und dem Mischen von zwei Typen von Brenngasen vorzubeugen, wird eine Manschette oder eine Dichtung um die Elektrode herum in einer solchen Weise angeordnet, dass die Ionenaustauschmembran davon umgeben ist. Die Manschette, Dichtung, Elektrode und Ionenaustauschmembran werden zuvor auf eine inte-grierte Weise zusammengefügt, so dass eine Membran-Elektroden-Einheit (MEA) hergestellt wird.
Auf der Außenseite der MEA wird ein elektrisch leitender und luftdichter Separator so angeordnet, dass die MEA mechanisch fixiert wird und diese mit benachbarten MEAs elek-trisch in Reihe geschaltet wird. Der Teil des Separators, der in Kontakt mit der MEA tritt, wird mit einem Gaskanal zum Zuführen eines Reaktionsgases zu der Elektrodenoberfläche und zum Abführen eines erzeugten oder überschüssigen Gases ausgebildet. Während der Gaskanal getrennt von dem Separator bereitgestellt werden kann, wird er im Allgemeinen durch Bereitstellen einer Nut in der Oberfläche des Separators gebildet. Eine solche Struktur, die aus einer mittels eines Paares von Separatoren befestigten MEA besteht, wird als Einzelzelle verwendet, welche die Elementareinheit einer Brennstoffzelle ist.
Durch Verbinden einer Vielzahl solcher einzelner Zellen in Reihe und Anordnen eines Leitungssystems, was eine Rohrleitungsvorrichtung zum Zuführen des Brenngases ist, wird eine Brennstoffzelle aufgebaut.
Im Allgemeinen wird die obige Gasdiffusionsschicht durch Verwenden eines Trägers, wie Kohlepapier oder Kohlenstoffvlies, und eines Pulvers eines Fluorharzes, Siliziumdioxid, Kohlenstoff oder dergleichen, hergestellt.
Die JP Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 8-236123 A (1996) offenbart eine Brennstoffzellen-Elektrode und ein Verfahren zum Herstellen derselben. Die Brennstoffzelle weist eine Katalysatorpartikel, ein Polymer mit Polytetrafluorethylengruppe und einen Polymerelektrolyt umfassende Katalysatorschicht auf. Die Katalysatorschicht wird durch Zugeben eines Verdickungsmittels (und eines nichtionischen Tensids) zu einer flüssigen Mischung, umfassend Katalysatorpartikel und eine Dispersion eines Polymers mit Polytetrafluorethylengruppe, Durchführen einer Wärmebehandlung und Beschichten des Resultats mit einem Polymerelektrolyt erhalten. Es ist beabsichtigt, mit der Erfindung die Formbarkeit der Katalysatorschicht signifikant zu verbessern, ohne eine Verschlechterung der Zellleistung zu verursachen, um wirksam die dreidimensionale Reaktionsseite in dem Polymerelektrolyt wirksam zu aktivieren, um die so erhaltene Katalysatorschicht zu vereinheitlichen und um die Katalysatornutzung zu verstärken, wobei die Elektrodeneigenschaften verbessert werden.
Wie in der JP Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 8-236123 A (1996) beschrieben, tritt in dem Fall des Verwendens einer Brennstoffzellen-Elektrode mit einer Katalysatorschicht, die durch Zugeben eines Verdickungsmittels (und eines nichtionischen Tensids) zu einer flüssigen Mischung, enthaltend Katalysatorpartikel und eine Dispersion des Polymers mit Polytetrafluorethylengruppe (PTFE), Durchführen einer Wärmebehandlung und Beschichten des Resultats mit einem Polymerelektrolyt (Nafion: Handelsname) erhalten wurde, ein Spannungsabfall in dem Materialtransportbereich (Hochspannungsdichtebereich) auf, der problematisch ist.
Der mögliche Grund für das obige Problem wird unten beschrieben.
Polytetrafluorethylen (PTFE) ist dadurch gekennzeichnet, dass:

(1) es ein typisches nicht-polares Polymer mit einer extrem geringen Kohäsionsenergiedichte ist; und
(2) es einen sehr hohen Grad an Kristallinität von 95% oder mehr aufweist.

PTFE ist durch das obige (1) und (2) charakterisiert. Mit anderen Worten weist PTFE nichtpolare C-F-Bindungen und eine hohe Bindungsenergie von 114 kcal/mol auf, so dass es hochkristallin ist. Daher ist PTFE hoch beständig und weist eine geringe kritische Oberflächenspannung (Index der Dispersion eines Lösungsmittels auf einer Polymeroberfläche) auf. Daher dispergiert ein Lösungsmittel auf PTFE (Polymer)-Oberflächen nicht und verbleibt in Form von Tropfen darauf. Im Fall der durch das Patent-dokument 1 erhaltenen Elektrode resultiert der hohe Grad an Benetzbarkeit eines Polymerelektrolyten (Nation: Handelsname) auf PTFE in der offensichtlichen Delaminierung der Katalysatorschicht und einem Anstieg in der Menge an Diffusionsgas, das nicht mit dem Katalysator reagiert. Entsprechend wird in Betracht gezogen, dass ein signifikanter Spannungsabfall in dem Materialtransportbereich (Hochspannungsdichtebereich) auftritt.
Offenbarung der Erfindung
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung bereitzustellen: eine Brennstoffzellen-Elektrode, in der das Adhäsionsvermögen zwischen einer aus Kohlepapier oder Kohlenstoffvlies hergestellten Gasdiffusionsschicht und einer Katalysatorpartikel und einen Polymerelektrolyt umfassenden Elektroden-Katalysatorschicht verbessert ist und Delaminierung oder Rissbildung in der Elektroden-Katalysatorschicht nicht auftritt; eine eine Brennstoffzellen-Elektrode umfassende Membran-Elektroden-Einheit (MEA); und eine die Membran-Elektroden-Einheit umfassende Festpolymer-Brennstoffzelle.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass der obige Gegenstand mit einer laminierten Struktur erreicht wird, in der eine spezifische Bindemittelschicht (Pufferschicht) zwischen einer Gasdiffusionsschicht und einer Elektroden-Katalysatorschicht bereitgestellt wird. Dies führte zur Vollendung der vorliegenden Erfindung.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt eine Brennstoffzellen-Elektrode, in der eine ein Verdickungsmittel enthaltende Bindemittelschicht (Pufferschicht) auf einer Gasdiffusionsschicht bereitgestellt wird, und eine Katalysatorpartikel und einen Polymerelektrolyt enthaltende Elektroden-Katalysatorschicht auf die Bindemittelschicht (Pufferschicht) laminiert ist.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist das Bindemittel ein Cellulosederivat. Bevorzugte Beispiele des Cellulosederivats schließen wenigstens eines ein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nitrocellulose, Trimethylcellulose, Alkylcellulose, Ethylcellulose, Benzylcellulose, Carboxymethylcellulose (CMC) und Methylcellulose (MC). Insbesondere ist Carboxymethylcellulose (CMC) hinsichtlich des Adhäsionsvermögens zu Kohlepapier und/oder zu Kohlenstoffvlies bevorzugt, das für eine repräsentative Gasdiffusionsschicht verwendet wird.
Es ist bevorzugt, als optionalen Bestandteil ein Verdickungsmittel zu der Bindemittelschicht (Pufferschicht) zusätzlich zu dem Bindemittel zuzugeben. Bevorzugte Beispiele eines Verdickungsmittels schließen wenigstens eines ein, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Styrol-Butadiengummi(SBR)-Latex, einer wässrigen Polytetrafluorethylen(PTFE)-Dispersion, Polyolefinen, Polyimid, PTFE-Pulver, Fluorgummi, wärmehärtendes Harz, Polyurethan, Polyethylenoxid (PEO), Polyanilin (PAN), Polyvinylidenfluorid (PVdF), Polyhexafluorpropylen (PHFP), Polyvinylether/Methylmethacrylat (PVE/MMA), Casein, Stärke, Ammoniumalginat, Polyvinylalkohol (PVA) und Ammoniumpolyacrylat.
In Übereinstimmung mit der Erfindung können für die Gasdiffusionsschicht in dem Gebiet der Festpolymer-Brennstoffzellen eingesetzte Gasdiffusionsschichten umfassend verwendet werden. Bevorzugte Beispiele hiervon schließen Kohlepapier und Kohlenstoffvlies ein.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen der obigen Brennstoffzellen-Elektrode, umfassend die Schritte: Aufbringen einer ein Verdickungsmittel enthaltenden Bindemittelschicht (Pufferschicht) auf eine Gasdiffusionsschicht; und Aufbringen einer Katalysatorpartikel und einem Polymerelektrolyt enthaltenden Elektroden-Katalysatorschicht auf die Bindemittelschicht (Pufferschicht).
Entsprechend dem Verfahren zum Herstellen der Brennstoffzellen-Elektrode der vorliegenden Erfindung werden das Bindemittel, das Verdickungsmittel und die Gasdiffusionsschicht wie oben beschrieben verwendet.
In einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Membran-Elektroden-Einheit (MEA), in der eine Protonen-Austauschmembran, eine Elektroden-Katalysatorschicht und eine Gasdiffusionsschicht laminiert sind, wobei eine ein Verdickungsmittel enthaltende Bindemittelschicht (Pufferschicht) zwischen der Elektroden-Katalysatorschicht und der Gasdiffusionsschicht bereitgestellt wird.
Entsprechend der Membran-Elektroden-Einheit (MEA) der vorliegenden Erfindung werden das Bindemittel, das Verdickungsmittel und die Gasdiffusionsschicht wie oben beschrieben verwendet.
In einem vierten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen der obigen Membran-Elektroden-Einheit (MEA), in der eine Protonen-Austauschmembran, eine Elektroden-Katalysatorschicht und eine Gasdiffusionsschicht laminiert sind, wobei ein solches Verfahren die Schritte umfasst: Aufbringen einer ein Verdickungsmittel enthaltenden Bindemittelschicht (Pufferschicht) auf eine Gasdiffusionsschicht; und Aufbringen einer Katalysatorpartikel und einen Polymerelektrolyt enthaltenden Elektroden-Katalysatorschicht auf die Bindemittelschicht (Pufferschicht).
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen der Membran-Elektroden-Einheit (MEA) der vorliegenden Erfindung werden das Bindemittel, das Verdickungsmittel und die Gasdiffusionsschicht wie oben beschrieben verwendet.
In einem fünften Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Festpolymer-Brennstoffzelle, in welcher die obige Membran-Elektroden-Einheit (MEA) verwendet wird.
Gemäß der Brennstoffzellen-Elektrode und der Membran-Elektroden-Einheit (MEA) der vorliegenden Erfindung weist (1): die Bindemittelschicht (Pufferschicht) ein verbessertes Bindungsvermögen zu der Gasdiffusionsschicht auf, so dass Delaminierung vermindert wird, und (2): die Bindemittelschicht (Pufferschicht) ein verbessertes Bindungsvermögen zu der Elektroden-Katalysatorschicht auf, so dass Rissbildung unterdrückt wird. Insbesondere weist ein wasserlösliches Bindemittel, wie Carboxymethylcellulose (CMC), das für die Bindemittelschicht (Pufferschicht) verwendet wird, ein hohes Adhäsionsvermögen zu dem für die Gasdiffusionsschicht verwendeten Kohlepapier und/oder Kohlenstoffvlies auf, was in einer Verbesserung der Bindungsstärke resultiert. Ebenso sind sowohl das wasserlösliche Bindemittel, wie Carboxymethylcellulose (CMC), das für die Bindemittelschicht (Pufferschicht) verwendet wird, als auch der Polymerelektrolyt, wie Nation (Handelsname), der in der in der Elektroden-Katalysatorschicht enthalten ist, wasserlöslich und weisen ein hohes Adhäsionsvermögen auf, so dass sie an der verbundenen Oberfläche integriert werden, um miteinander verbunden zu werden.
Ferner wird, gemäß der Brennstoffzellen-Elektrode der vorliegenden Erfindung, eine laminierte Struktur (eine Elektroden-Katalysatorschicht/eine Bindemittelschicht (Pufferschicht)/eine Gasdiffusionsschicht) verwendet. Daher weist eine Brennstoffzelle, die die mit der Brennstoffzellen-Elektrode hergestellte Membran-Elektroden-Einheit (MEA) umfasst, eine hohe Bindungsstärke auf, und folglich tritt Delaminierung oder Rissbildung in der Elektroden-Katalysatorschicht während des Betriebs nicht auf. Entsprechend kann die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle aufrecht erhalten werden.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 zeigt schematisch die laminierte Struktur der Brennstoffzellen-Elektrode der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein schematisches Diagramm der Leitfähigkeit, wenn Delaminierung zwischen der Gasdiffusionsschicht und der Elektroden-Katalysatorschicht auftritt oder wenn Risse in der Elektroden-Katalysatorschicht erzeugt werden.
3 zeigt schematisch Faktoren, die mit dem Spannungsabfall in der Brennstoffzelle verbunden sind.
4 zeigt ein SEM-Bild eines Querschnitts des Beispiels.
5 zeigt ein SEM-Bild eines Querschnitts des Vergleichsbeispiels.
Beste Art zum Ausführen der Erfindung
1 zeigt schematisch die laminierte Struktur der Brennstoffzellen-Elektrode der vorliegenden Erfindung. 1 zeigt einen Fall, in dem Carboxymethylcellulose (CMC) oder dergleichen für die Bindemittelschicht (Pufferschicht) verwendet wird, Kohlepapier und/oder Kohlenstoffvlies für die Gasdiffusionsschicht verwendet wird und die Elektroden-Katalysatorschicht einen Polymerelektrolyt wie Nafion (Handelsname) enthält.
Wie in 1 gezeigt, ist das Adhäsionsvermögen der Bindegrenzfläche, an der die Gasdiffusionsschicht direkt mit der Elektroden-Katalysatorschicht in Kontakt kommt, gering. Indessen wird, wenn eine Carboxymethylcellulose (CMC) enthaltende Bindemittelschicht (Pufferschicht) zwischen die Gasdiffusionsschicht und die Elektroden-Katalysatorschicht eingeführt wird, die Bindungsstärke aufgrund des hohen Adhäsionsvermögens zwischen Carboxymethylcellulose (CMC) und Kohlepapier und/oder Kohlenstoffvlies verbessert. Ebenso sind sowohl Carboxymethylcellulose (CMC) und ein Polymerelektrolyt wie Nafion (Handelsname) wasserlöslich und weisen ein hohes Adhäsionsvermögen auf, so dass sie an der verbundenen Oberfläche integriert werden, um miteinander verbunden zu werden.
2 ist ein schematisches Diagramm der Leitfähigkeit, wenn Delaminierung zwischen der Gasdiffusionsschicht und der Elektroden-Katalysatorschicht auftritt oder wenn Risse in der Elektroden-Katalysatorschicht erzeugt werden. Wie in 2 gezeigt wird, wenn Delaminierung oder Rissbildung in der aus Kohlepapier (oder Kohlenstoffvlies) gebildeten Katalysatorschicht auftritt, angenommen, dass Diffusionspolarisierung nach Materialtransport auftreten würde und Kraftstoff aufgrund des Leckens des Kraftstoffs durch die Elektrolytmembran verschwendet würde, was als Crossover bezeichnet wird. Dies würde zu einem Spannungsabfall, insbesondere bei einer hohen Stromdichte führen.
3 zeigt schematisch Faktoren, die mit dem Spannungsabfall in der Brennstoffzelle verbunden sind. Wie in 3 gezeigt, wird der Spannungsabfall der elektromotorischen Kraft durch Kathodenpolarisation A, Anodenpolarisation B und den Ohm'schen Verlust C (abhängig von der Elektrolytmembran) verursacht. Bei einer Stromdichte von ungefähr 800 mA/cm² oder mehr wird der Materialtransport D, abhängig von der Gasdiffusionsschicht oder der MEA-Struktur, induziert. Daher fällt die Zellspannung stark ab.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben.
Als in der vorliegenden Erfindung verwendete Gasdiffusionsschicht (Elektrodenträger) werden Gasdiffusionsschichten, die im Allgemeinen für Brennstoffzellen verwendet werden, ohne besondere Beschränkungen verwendet. Zum Beispiel wird eine poröse leitfähige hauptsächlich aus einem leitfähigen Träger bestehende Platte verwendet. Beispiele für solche leitfähigen Substanzen schließen ein gesintertes Produkt von Polyacrylnitril, eine Kohlenstofffaser mit Mesophasenpechgruppe, ein gesintertes Produkt von Perylen, ein gesintertes Produkt von Pech, Kohlenstoffmaterial wie Graphit oder expandierter Graphit, Edelstahl, Molybdän und Titan, ein. Die leitfähige Substanz kann in faseriger Form oder in partikulärer Form vorliegen, ist jedoch nicht besonders darauf beschränkt. Dennoch ist in dem Fall, in dem eine solche Substanz für eine elektrochemische Vorrichtung wie eine Brennstoffzelle verwendet wird, in der ein Gas als aktives Elektrodenmaterial verwendet wird, eine anorganische leitfähige faserige Substanz (anorganische leitfähige Faser), wie insbesondere eine Kohlenstofffaser, hinsichtlich der Gaspermeabilität bevorzugt. Als poröse leitfähige eine anorganische leitfähige Faser umfassende Platte kann hinsichtlich der Struktur entweder Gewebe oder Faservlies verwendet werden. Die poröse leitfähige Platte der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders beschränkt. Dennoch ist es in einer bevorzugten Ausführungsform möglich als Hilfsmittel leitfähige Partikel von Ruß oder dergleichen und eine leitfähige Faser wie eine Kohlenstofffaser zum Verbessern der Leitfähigkeit zu der porösen leitfähigen Platte zuzugeben.
Beispiele der Gasdiffusionsschicht schließen, zusätzlich zu der obigen Gasdiffusionsschicht, Kohlenstofffaserpapier ein, dass durch Verbinden kurzer Kohlenstofffasern, die in zufälligen Richtungen orientiert sind, auf einer im Wesentlichen zweidimensionale Ebene mit einer Polymersubstanz, erhalten werden. Zusätzlich wird durch Verbinden kurzer Kohlenstofffasern mit einer Polymersubstanz das Kohlenstofffaserpapier beständig gegenüber Kompression oder Dehnung, so dass eine verbesserte Festigkeit und verbesserte Handhabungseigenschaften erhalten werden. Daher wird es möglich zu verhindern, dass sich die kurzen Kohlenstofffasern von dem Kohlenstofffaserpapier ablösen oder in der Richtung der Dicke des Kohlenstofffaserpapiers orientiert werden.
In einer Festpolymer-Brennstoffzelle wird Wasser als Elektroden-Reaktionsprodukt erzeugt oder Wasser, das durch einen Elektrolyt permeiert ist, wird in der Kathode erzeugt (Luftelektrode oder Sauerstoffelektrode). Zusätzlich wird in der Anode (Brenngaselektrode) der Kraftstoff befeuchtet und dann zugeführt, um das Austrocknen der Protonen-Austauschmembran zu verhindern. Da die Zufuhr des Elektroden-Recktanten durch Taubildung oder Wasseransammlung aufgrund von Befeuchtung und durch Schwellen der Polymersubstanzen bei Anwesenheit von Wasser unterbrochen wird, ist es bevorzugt, dass die Polymersubstanz eine geringe Wasserabsorptionsrate aufweist.
Der Gehalt der Polymersubstanz in der Gasdiffusionsschicht beträgt bevorzugt von 0,1 bis 50 Gew.-%. Um den elektrischen Widerstand des Kohlenstofffaserpapiers zu verringern, ist es bevorzugt, dass der Gehalt der Polymersubstanz gering ist. Jedoch kann bei weniger als 0,1 Gew.-% die Gasdiffusionsschicht keine ausreichende Festigkeit aufweisen, um handhabungsbeständig zu sein, was in der Ablösung vieler kurzer Kohlenstofffasern resultiert. Andererseits steigt bei mehr als 50 Gew.-% der elektrische Widerstand des Kohlenstofffaserpapiers, was problematisch ist. Stärker bevorzugt beträgt ein solcher Gehalt von 1 bis 30 Gew.-%.
Beispiele einer Kohlenstofffaser schließen Polyacrylnitril(PAN)-Gruppen-Kohlenstoff-fasern, eine Phenolgruppen-Kohlenstoffaser, eine Pechgruppen-Kohlestoff-faser und eine Rayongruppen-Kohlenstoffaser ein. Unter ihnen ist die PAN-Gruppen-Kohlenstofffaser bevorzugt.
Bevorzugt umfasst die in der vorliegenden Erfindung verwendete Gasdiffusionsschicht eine poröse leitfähige Platte, in der leitfähige Partikel mit Flexibilität in Plattenform angeordnet sind. Als Ergebnis wird es möglich, eine kostengünstige Gasdiffusionsschicht mit einem geringen elektrischen Widerstand bereitzustellen, in der die Ablösung der Bestandteile selten auftritt und welche selten nach Anwendung mechanischer Kraft beschädigt wird. Insbesondere kann der obige Gegenstand durch Verwenden von expandierten Graphitpartikeln als leitfähige Partikel mit Flexibilität erreicht werden. Der hierin verwendete Ausdruck „expandierte Graphitpartikel" bezieht sich auf Graphitpartikel, die durch Herstellen einer Interkalationsverbindung von Graphitparti keln unter Verwendung von Schwefelsäure, Salpetersäure oder dergleichen und Bewirken, dass die Verbindung durch schnelles Erwärmen expandiert, erzeugt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die für die Gasdiffusionsschicht der vorliegenden Erfindung verwendete leitfähige Platte zusätzlich zu leitfähigen feinen Partikeln mit Flexibilität andere leitfähige Partikel oder leitfähige Fasern. Dennoch kann, wenn sowohl die leitfähige Faser als auch die leitfähigen Partikel aus anorganischen Materialien hergestellt sind, ein Elektrodenträger erhalten werden, der ausgezeichnet in der Wärmebeständigkeit, der Oxidationsbeständigkeit und der Elutionsbeständigkeit ist.
Die für die vorliegende Erfindung verwendete Protonenaustauschmembran ist nicht besonders beschränkt. Insbesondere enthält sie als Protonenaustauschgruppe zum Beispiel eine Sulfonsäuregruppe, eine Carbonsäuregruppe und eine Phosphorsäuregruppe. Unter ihnen wird die Sulfonsäuregruppe hinsichtlich der Darstellung der Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle bevorzugt verwendet.
Bevorzugte Beispiele einer solchen Protonenaustauschmembran, die verwendet werden kann, schließen eine Protonenaustauschmembran mit Kohlenwasserstoffgruppe ein, umfassend ein Styroldivinylbenzol-Copolymer und dergleichen und eine Protonenaustauschmembran mit Perfluorgruppe, umfassend ein Fluoralkyl-Copolymer mit Fluoralkylether-Seitenketten und Perfluoralkyl-Hauptketten. Diese werden entsprechend in Übereinstimmung mit der Anwendung und der Umgebung der Brennstoffzelle ausgewählt. Jedoch ist eine Protonenaustauschmembran mit Perfluorgruppe hinsichtlich der Lebensdauer der Brennstoffzelle bevorzugt. Zusätzlich wird als Kohlenwasserstoff-Protonenaustauschmembran ein teilweise fluorierter Beschichtungsfilm, der einer teilweisen Fluoratom-Substitution unterzogen wurde, ebenso bevorzugt verwendet. Beispiele für eine Protonenaustauschmembran mit Perfluor-gruppe schließen Nafion (Handelsname) von DuPont, Aciplex (Handelsname) von Asahi Kasei Corporation, Flemion (Handelsname) von Asahi Glass Co. Ltd., und GORE-SELECT (Handelsname) von Japan Gore-Tex Inc. ein. Beispiele eines partiell fluorierten Beschichtungsfilms schließen einen Beschichtungsfilm ein, der durch Einführen einer Sulfonsäuregruppe in ein Trifluorstyrolsulfonsäurepolymer, ein Polyvinylidendifluorid oder dergleichen, erhalten wurde.
Beispiele einer Protonenaustauschmembran, die verwendet werden kann, schließen ferner zusätzlich zu der Membran, die einen einzelnen Typ eines Polymers umfasst, eine Membran ein, die ein Copolymer oder ein Mischpolymer, das aus zwei oder mehr Typen von Polymeren besteht, eine Kompositmembran, die durch Binden von zwei oder mehr Typen von Membranen erhalten wird, und eine Membran, die durch Verstärken einer Protonenaustauschmembran mit Faservlies, einem porösen Beschichtungsfilm oder dergleichen erhalten wurde.
Die Elektroden-Katalysatorschicht der vorliegenden Erfindung umfasst wenigstens einen Katalysator oder ein einen Katalysator tragendes Medium ein. (Zum Beispiel ist ein Katalysator tragender Kohlenstoff bevorzugt. Nachfolgend wird der Katalysator tragende Kohlenstoff als Beispiel erklärt, obwohl die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist.) Zum Beispiel umfasst die Elektroden-Katalysatorschicht der vorliegenden Erfindung ein Polymer, das in einer Katalysatorschicht gebildet ist, in der die Bindung zwischen dem Katalysator tragenden Kohlenstoff und Katalysator tragendem Kohlenstoff, dem Katalysator tragenden Kohlenstoff und einem Elektrodenträger oder dem Katalysator tragenden Kohlenstoff und einer Protonenaustauschmembran erhalten wurde, ist jedoch nicht besonders darauf beschränkt.
Der in dem Katalysator tragenden Kohlenstoff enthaltene Katalysator ist nicht besonders beschränkt. Dennoch schließen Beispiele eines solchen Katalysators, der bevorzugt verwendet wird, Edelmetallkatalysatoren wie Platin, Gold, Palladium, Ruthenium und Iridium ein, da sie eine geringe Überspannungsaktivierung während der katalytischen Reaktion aufweisen. Zusätzlich kann der Katalysator tragende Kohlenstoff zum Beispiel eine Legierung oder Mischung solcher Edelmetallkatalysatoren enthalten, welche zwei oder mehr Elemente umfasst.
Bevorzugte Beispiele des Kohlenstoffs, der den Katalysator tragenden Kohlenstoff bildet, schließen Ruße, wie Oil-furnace black, Channel black, Lamp black, Ther mal black und Acetylene black hinsichtlich der elektronischen Leitfähigkeit und der Größe der spezifischen Oberfläche ein, sind jedoch nicht besonders darauf beschränkt. Beispiele für Oil-furnace black schließen VULCAN XC-72, VULCAN P, BLACK PEARLS 880, BLACK PEARLS 1100, BLACK PEARLS 1300, BLACK PEARLS 2000 und REGAL 400 von Cabot Corporation, Ketchen black EC von LION Corporation und #3150 und #3250 von Mitsubishi Chemical Corporation ein. Beispiele von Acetylene black schließen DENKA BLACK von Denki Kagaku Kogyo Kabishiki Kaisha ein.
Das in der Elektroden-Katalysatorschicht enthaltene Polymer ist nicht besonders beschränkt. Dennoch ist ein Polymer bevorzugt, das sich nicht in der Oxidationsreduktions-Atmosphäre in der Brennstoffzelle verschlechtert. Ein solches Polymer kann ein Fluoratome umfassendes Polymer sein. Beispiele eines solchen Polymers, das verwendet werden kann, schließen Polyvinylfluorid (PVF), Polyvinylidendifluorid (PVDF), Polyhexafluorpropylen (FEP), Polytetrafluorethylen, Polyperfluoralkylvinylether (PVA), ein Copolymer derselben und ein Copolymer oder Mischpolymer, das eine Monomereinheit eines beliebigen der obigen Beispiele und ein anderes Monomer, wie ein Ethylen oder Styrolmonomer umfasst, ein, sind jedoch nicht besonders darauf beschränkt.
Als in der Elektroden-Katalysatorschicht enthaltenes Polymer ist ein Polymer mit Protonenaustauschgruppen ebenso hinsichtlich der Verbesserung der Protonenleitfähigkeit in der Elektroden-Katalysatorschicht bevorzugt. Beispiele einer in einem solchen Polymer enthaltenen Protonenaustauschgruppe schließen eine Sulfonsäuregruppe, eine Carbonsäuregruppe und eine Phosphorsäuregruppe ein, sind jedoch nicht besonders darauf beschränkt. Zusätzlich wird ein Polymer mit einer solchen Protonenaustauschgruppe ohne besondere Beschränkung ausgewählt. Dennoch wird ein Fluoralkyl-Copolymer mit einer Fluoralkylether-Seitenkette, die eine Protonenaustauschgruppe umfasst, bevorzugt verwendet. Bevorzugte Beispiele hiervon schließen Nafion (Handelsname) von DuPont ein. Ferner können das obige Fluoratome enthaltende und Protonenaustauschgruppen aufweisende Polymer, ein anderes Polymer wie Ethylen oder Styrolpolymer und ein Copolymer oder Mischpolymer derselben verwendet werden.
Als in der Elektroden-Katalysatorschicht enthaltendes Polymer ist es ebenso bevorzugt, ein Polymer zu verwenden, das durch Polymerisieren oder Mischen des obigen Fluoratome enthaltenden Polymers und eines Polymers mit einer Protonen-Austauschgruppe erhalten wurde. Hinsichtlich der Elektroden-Leistungsfähigkeit ist es besonders bevorzugt, Polyvinylidendifluorid, Poly(hexafluorpropylenvinylidendi-fluorid)-Copolymer oder dergleichen mit einem Polymer wie Nafion (Handelsname), das eine Protonenaustauschgruppe mit einer Fluoralkylether-Seitenkette und einer Fluoralkyl-Hauptkette umfasst, zu mischen.
Die Hauptbestandteile der Elektroden-Katalysatorschicht sind bevorzugt ein Katalysator tragender Kohlenstoff und ein Polymer. Das Verhältnis derselben wird entsprechend, basierend auf den erforderlichen Elektrodeneigenschaften, ohne besondere Beschränkung bestimmt. Jedoch beträgt das Gewichtsverhältnis des Katalysator tragenden Kohlenstoffs:Polymer bevorzugt von 5:95 bis 95:5. Insbesondere beträgt, wenn die Elektroden-Katalysatorschicht für eine Festpolymer-Brennstoffzelle verwendet wird, das Gewichtsverhältnis des Katalysator tragenden Kohlenstoffs/Polymer bevorzugt von 40:60 bis 85:15.
Zusätzlich ist es ebenso bevorzugt, zu dem obigen Kohlenstoff, wie dem Katalysator tragenden Kohlenstoff, eine Vielzahl von leitfähigen Mitteln zu der Elektroden-Katalysatorschicht zum Verbessern der elektronischen Leitfähigkeit zuzugeben. Beispiele solcher leitfähigen Mittel schließen eine Vielzahl von graphithaltigen Kohlenstoff-Materialien und kohlenstoffhaltigen Materialien, Metall und Halbleitern, zusätzlich zu Ruß, der ebenso wie der obige Kohlenstoff für den Katalysator tragenden Kohlenstoff verwendet wird, ein, sind jedoch nicht besonders darauf beschränkt. Beispiele für solche Kohlenstoff-Materialien schließen zusätzlich zu dem obigen Ruß künstliche Graphite und Kohlenstoffe ein, die aus organischen Verbindungen, wie natürlich auftretendem Graphit, Pech, Koks, Polyacrylnitril, Phenolharz und Furanharz erhalten werden. Solche Kohlenstoff-Materialien können nicht nur in partikulärer Form, sondern auch in faseriger Form verwendet werden. Ferner ist es möglich, Kohlenstoff-Materialien zu verwenden, die durch eine Nachbehandlungs-Bearbeitung des obigen Kohlen stoff-Materials erhalten werden. Die Gehalte der obigen zugegebenen leitfähigen Mittel betragen bevorzugt 1 bis 80 Gew.-% und stärker bevorzugt 5 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Elektroden-Katalysatorschicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren zum Aufbringen der Bindemittelschicht und der Elektroden-Katalysatorschicht auf die Gasdiffusionsschicht nicht besonders beschränkt. Eine Bindemittelschicht in Form einer gekneteten Paste, die eine Vielzahl von wasserlöslichen Bindemitteln umfasst, kann direkt zu der Gasdiffusionsschicht gegeben werden oder durch das Verfahren des Streichens mit großer Bürste, Streichens mit kleiner Bürste, Rollbeschichten, Messerbeschichten, Siebdruck, Sprühbeschichten oder dergleichen darauf gebildet werden. Alternativ kann die Bindemittelschicht vorübergehend auf einem anderen Träger (Transferträger) gebildet werden und dann auf die Gasdiffusionsschicht transferiert werden. Beispiele solcher Transferträger, die verwendet werden können, schließen eine Polytetrafluorethylen (PTFE)-Platte und eine Glasplatte oder Metallplatte ein, deren Oberfläche mit einem Fluorgruppen- oder Siliziumdioxidgruppen-Freisetzungsmittel behandelt wurde.
Ebenso kann die Elektroden-Katalysatorschicht in Form einer gekneteten Paste, die einen Katalysator tragenden Kohlenstoff und ein in der Elektroden-Katalysatorschicht zu enthaltendes Polymer umfasst, direkt zu der Bindemittelschicht zugegeben oder durch das Verfahrens des Streichens mit großer Bürste, Streichens mit kleiner Bürste, Rollbeschichten, Messerbeschichten, Siebdruck, Sprühbeschichten oder dergleichen darauf gebildet werden. Alternativ kann die Elektroden-Katalysatorschicht vorübergehend auf einem anderen Träger (Transferträger) gebildet werden und dann auf die Bindemittelschicht transferiert werden. Beispiele solcher Transferträger, die verwendet werden können, schließen eine Polytetrafluorethylen (PTFE)-Platte und eine Glasplatte oder Metallplatte ein, deren Oberfläche mit einem Fluorgruppen- oder Siliziumdioxidgruppen-Freisetzungsmittel behandelt wurde.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt der nach dem Verbinden der Brennstoffzellen-Elektrode oder der Membran-Elektroden-Einheit angelegte Druck bevorzugt 1 bis 10 MPa und stärker bevorzugt 2 bis 10 MPa. Wenn der angelegte Druck 1 MPa oder weniger beträgt, wird das Verbinden der Elektroden-Katalysatorschicht/Bindemittel/Gasdiffusionsschicht nicht ausreichend durchgeführt, was in einem hohen ionischen Widerstand oder einem hohen elektronischen Widerstand an jeder Grenzfläche resultiert, was nicht bevorzugt ist. Zusätzlich wird, wenn der angelegte Druck 10 MPa oder mehr beträgt, die Elektroden-Katalysatorschicht beschädigt, und daher wird das Diffusionsvermögen des Reaktionsgases in der Elektroden-Katalysatorschicht unterdrückt, was nicht bevorzugt ist.
Zusätzlich weicht die Behandlungszeit zum Erwärmen und Druckbeaufschlagen abhängig von der Temperatur oder dem Druck ab. In den meisten Fällen ist, je höher die Temperatur und der Druck ist, die Behandlungszeit umso kürzer. Die Behandlungszeit beträgt bevorzugt 10 Minuten oder länger, stärker bevorzugt 30 Minuten oder länger, und noch stärker bevorzugt 60 Minuten oder länger.
Die Brennstoffzellen-Elektrode und die Membran-Elektroden-Einheit der vorliegenden Erfindung können in einer Vielzahl von elektrochemischen Vorrichtungen angewendet werden. Bevorzugt können sie in Brennstoffzellen angewendet werden. Unter den Brennstoffzellen können sie bevorzugt in Festpolymer-Brennstoffzellen angewendet werden. Es gibt Brennstoffzellen, in denen Wasserstoff als Kraftstoff verwendet wird, und solche, in denen ein Kohlenwasserstoff wie Methanol als Kraftstoff verwendet wird. Jedoch kann die vorliegende Erfindung ohne besondere Beschränkung verwendet werden.
Mögliche Anwendungen von Brennstoffzellen, in denen die Brennstoffzellen-Elektrode und/oder die Membran-Elektroden-Einheit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind nicht besonders beschränkt. Dennoch werden solche Brennstoffzellen bevorzugt als Elektrizitäts-Zuführquellen für Fahrzeuge hinsichtlich geeigneter Anwendungen von Festpolymer-Brennstoffzellen verwendet.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend ausführlicher unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben, obwohl der technische Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
[Beispiele]
Ein Katalysator in einer Menge von 0,40 g (C: 78 Gew.-%, N:C (Nafion:Kohlenstoff): 0,75:1) und ein Elektrolyt (Nafion) (10 Gew.-%, 2,34 g) wurden zu einem Wasser (4,68 g), Ethanol (2,34 g) und Propylenglycol (1,56 g) umfassenden Lösungsmittel gegeben, gefolgt von Pulverisierung 6 mal für 30 Sekunden und dann Ultraschalldispersion 3 mal für 30 Minuten. So wurde eine Tinte hergestellt. Die hergestellte Tinte wurde mit einer Rakel 10 bis 12 mal auf Kohlepapier mit einer Carboxymethylcellulose (CMC) umfassenden Bindemittelschicht (Pufferschicht) aufgebracht und dann luftgetrocknet. Nach Heißpressen wurde das Kohlepapier bei 80°C unter Stickstoffatmosphäre getrocknet und weiter vakuumgetrocknet.
Die Knetverfahren sind wie folgt. Ein aktives einen Katalysator/einen Träger umfassendes Material wurde gewogen und in ein Biaxialgefäß gegeben. CMC wurde gewogen und in das Biaxialgefäß gegeben. Das Pulvermischen wird mit einer Biaxialknetmaschine durchgeführt. Ein Lösungsmittel wird in das Gefäß (zum ersten Mal) gegeben, gefolgt von Mischen mit der Biaxialknetmaschine. Ein Lösungsmittel wird in das Gefäß (zum zweiten Mal) gegeben, gefolgt von Mischen mit der Biaxialknetmaschine. SBR, der als Bindemittelhilfsstoff dient, wird in das Gefäß gegeben, gefolgt von Kneten mit der Biaxialknetmaschine. Deformation wird durchgeführt. Dann wird die Viskosität gemessen. Das Partikelmaß wurde gemessen.
4 zeigt ein SEM-Bild eines Querschnitts der Katalysatorschicht. In diesem Beispiel wies die Katalysatorschicht einige Risse auf. Daher ist es ersichtlich, dass Delaminierung der Katalysatorschicht von dem Kohlenstoffvlies selten auftrat.
[Vergleichsbeispiel] Das Vergleichsbeispiel wurde wie das Beispiel durchgeführt, außer dass Carboxymethylcellulose (CMC) nicht für die Bindemittelschicht (Pufferschicht) verwendet wurde.
5 zeigt ein SEM-Bild eines Querschnitts der Katalysatorschicht. In diesem Vergleichsbeispiel wies die Katalysatorschicht Risse auf. Daher ist es ersichtlich, dass Delaminierung der Katalysatorschicht von dem Kohlenstoffvlies auftrat.
Unter Verwendung der in dem Beispiel und in dem Vergleichsbeispiel erhaltenen Brennstoffzellen-Elektroden wurden Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) hergestellt. In dem Fall der Brennstoffzelle, in der die Membran-Elektroden-Einheit (MEA) des Beispiels verwendet wurde, war die Bindungsstärke zwischen der Gasdiffusionsschicht und der Elektroden-Katalysatorschicht ausreichend, so dass eine Leistungsverminderung in der Brennstoffzelle während des Betriebs unterdrückt wurde.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß der Brennstoffzellen-Elektrode und der Membran-Elektroden-Einheit (MEA) der vorliegenden Erfindung weist (1): die Bindemittelschicht (Pufferschicht) ein verbessertes Bindungsvermögen zu der Gasdiffusionsschicht auf, so dass Delaminierung vermindert wird, und (2): die Bindemittelschicht (Pufferschicht) ein verbessertes Bindungsvermögen zu der Elektroden-Katalysatorschicht auf, so dass Rissbildung unterdrückt wird. Das Bindungsvermögen zwischen der Elektroden-Katalysatorschicht und der Gasdiffusionsschicht wurde verbessert, und es wurden keine Risse in der Elektroden-Katalysatorschicht erzeugt. Entsprechend war es möglich, die Eigenschaft der Stromerzeugung und insbesondere die Eigenschaft der Stromerzeugung in dem Hochspannungsdichtebereich der Brennstoffzelle zu verbessern. Daher trägt die vorliegende Erfindung zum praktischen weitverbreiteten Gebrauch von Brennstoffzellen bei.
Zusammenfassung
Brennstoffzellen-Elektrode, Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzellen-Elektrode, Membran-Elektroden-Einheit, Verfahren zum Herstellen der Membran-Elektroden-Einheit und Festpolymer-Brennstoffzelle
Mit der Verwendung einer Brennstoffzellen-Elektrode, in der eine ein Verdickungsmittel enthaltende Bindemittelschicht (Pufferschicht) auf einer Gasdiffusionsschicht bereitgestellt wird und eine Katalysatorpartikel und einen Polymerelektrolyt enthaltende Elektroden-Katalysatorschicht auf die Bindemittel-schicht (Pufferschicht) laminiert ist, ist es möglich bereitzustellen: eine Brennstoffzellen-Elektrode, in der das Adhäsionsvermögen zwischen der aus Kohlepapier oder Kohlenstoffvlies hergestellten Gasdiffusionsschicht und der Katalysatorpartikel und einen Polymerelektrolyt enthaltenden Elektroden-Katalysatorschicht verbessert ist und Delaminierung oder Rissbildung in der Elektroden-Katalysatorschicht nicht auftritt; eine Membran-Elektroden-Einheit (MEA) umfassend die Brennstoffzellen-Elektrode; und eine Festpolymer-Brennstoffzelle umfassend die Membran-Elektroden-Einheit.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 8-236123 A [0011, 0012]

Claims

Brennstoffzellen-Elektrode, in der eine ein aus Cellulosederivaten ausgewähltes Verdickungsmittel enthaltende Bindemittelschicht (Pufferschicht) auf einer Gasdiffusionsschicht bereitgestellt wird und eine Katalysatorpartikel und einen Polymerelektrolyt enthaltende Elektroden-Katalysatorschicht auf die Bindemittelschicht (Pufferschicht) laminiert ist.
Brennstoffzellen-Elektrode nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel ein Cellulosederivat ist, das wenigstens eines ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Nitrocellulose, Trimethylcellulose, Alkylcellulose, Ethylcellulose, Benzylcellulose, Carboxymethylcellulose (CMC) und Methylcellulose (MC).
Brennstoffzellen-Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gasdiffusionsschicht aus Kohlepapier und/oder Kohlenstoffvlies hergestellt ist.
Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzellen-Elektrode, umfassend die Schritte: Aufbringen einer ein Verdickungsmittel enthaltenden Bindemittelschicht (Pufferschicht) auf eine Gasdiffusionsschicht; und Aufbringen einer Katalysatorpartikel und einen Polymerelektrolyt enthaltenden Elek-troden-Katalysatorschicht auf die Bindemittelschicht (Pufferschicht).
Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzellen-Elektrode nach Anspruch 4, wobei das Bindemittel ein Cellulosederivat ist, das wenigstens eines ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Nitrocellulose, Trimethylcellulose, Alkylcellulose, Ethylcellulose, Benzylcellulose, Carboxymethylcellulose (CMC) und Methylcellulose (MC).
Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzellen-Elektrode nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Gasdiffusionsschicht aus Kohlepapier und/oder Kohlenstoffvlies hergestellt ist.
Membran-Elektroden-Einheit, in der eine Protonenaustauschmembran, eine Elektroden-Katalysatorschicht und eine Gasdiffusionsschicht laminiert sind, wobei eine ein Verdickungsmittel enthaltende Bindemittelschicht (Pufferschicht) zwischen der Elek-troden-Katalysatorschicht und der Gasdiffusionsschicht bereitgestellt wird.
Membran-Elektroden-Einheit nach Anspruch 7, wobei das Bindemittel ein Cellulosederivat ist, das wenigstens eines ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Nitrocellulose, Trimethylcellulose, Alkylcellulose, Ethylcellulose, Benzylcellulose, Carb-oxymethylcellulose (CMC) und Methylcellulose (MC).
Membran-Elektroden-Einheit nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Gasdiffusionsschicht aus Kohlepapier und/oder Kohlenstoffvlies hergestellt ist.
Verfahren zum Herstellen der obigen Membran-Elektroden-Einheit (MEA), in der eine Protonenaustauschmembran, eine Elektroden-Katalysatorschicht und eine Gasdiffusionsschicht laminiert sind, umfassend die Schritte: Aufbringen einer ein Verdickungsmittel enthaltenden Bindemittelschicht (Pufferschicht) auf eine Gasdiffusionsschicht; und Aufbringen einer Katalysatorpartikel und einen Polymerelektrolyt enthaltenden Elek-troden-Katalysatorschicht auf die Bindemittelschicht (Pufferschicht).
Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Einheit nach Anspruch 10, wobei das Bindemittel ein Cellulosederivat ist, das wenigstens eines ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Nitrocellulose, Trimethylcellulose, Alkylcellulose, Ethylcellulose, Benzylcellulose, Carboxymethylcellulose (CMC) und Methylcellulose (MC).
Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Einheit nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Gasdiffusionsschicht aus Kohlepapier und/oder Kohlenstoffvlies hergestellt ist.
Festpolymer-Brennstoffzelle, in der die Membran-Elektroden-Einheit nach einem der Ansprüche 7 bis 9 verwendet wird.