DE112008001974T5

DE112008001974T5 - Demontageverfahren für eine Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle und Demontageverfahren für eine Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE112008001974T5
Application number: DE112008001974T
Authority: DE
Inventors: Michiaki Kariya Kato
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2028-07-17
Also published as: CN101772853B; WO2009014045A1; JP2009032458A; DE112008001974B4; US20100200161A1; US8187417B2; CN101772853A

Abstract

Demontageverfahren für eine Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle, wobei das Demontageverfahren zum Demontieren einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle dient, in der eine einen Katalysator umfassende katalytische Schicht und eine Elektrolytmembran laminiert sind, und das Verfahren folgendes umfasst:
einen Ausdehnungsschritt, in dem ein volumetrisch ausdehnbares Material, das im Stande ist sich volumetrisch auszudehnen, volumetrisch ausgedehnt wird, in einem solchen Zustand, dass die katalytische Schicht das volumetrisch ausdehnbare Material einschließt; und
einen Schritt des Beendens der Ausdehnung, in dem die volumetrische Ausdehnung des volumetrisch ausdehnbaren Materials, das der volumetrischen Ausdehnung in der katalytischen Schicht unterlag, beendet oder verringert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Demontageverfahren für eine Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle und ein Demontageverfahren für eine Brennstoffzelle.
Stand der Technik
Als eine Technik hinsichtlich der Demontage einer Brennstoffzelle ist eine Technik bekannt, eine Technik, bei der ein Hilfsmittel zur Ablösung zwischen dem Umfangsanteil der Elektrolytmembran, die die Membran-Elektroden-Anordnung bildet, und dem Umfangsanteil der Gasdiffusionsschicht angebracht ist, wodurch das mechanische Ablösen der Elektrolytmembran von der Gasdiffusionsschicht erleichtert wird (Patentliteratur Nr. 1).
Darüber hinaus ist als eine Technik hinsichtlich eines Wiederverwendungsverfahrens für ein Fluor enthaltendes Polymer eine Technik bekannt, eine Technik, bei der die folgenden Schritte durchgeführt werden: ein Schritt, in dem die Membran-Elektroden-Anordnung vorbereitet wird, eine Membran-Elektroden-Anordnung, in der eine Elektrolytmembran, eine katalytische Schicht und eine Gasdiffusionsschicht in dieser Reihenfolge laminiert sind, und dann Aufquellen lassen der Elektrolytmembran der Membran-Elektroden-Anordnung; ein Schritt des Aufwickelns der Membran-Elektroden-Anordnung, die mit der aufgequollenen Elektrolytmembran ausgestattet ist, auf einen Laufrollenkörper zu einer gerollten Form; ein Schritt des Einfrierens der um den Laufrollenkörper gewickelten Membran-Elektroden-Anordnung mit flüssigem Stickstoff zusammen mit der Elektrolytmembran; und nachfolgend ein Schritt, in dem die gefrorene und gehärtete katalytische Schicht der Membran-Elektroden-Anordnung in ein Pulver umgewandelt wird, in dem diese mit einer Pulverisierungsrolle pulverisiert wird (Patentliteratur Nr. 2).

Patentliteratur Nr. 1: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Gazette Nr. 2006-278,070 ; und
Patentliteratur Nr. 2: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Gazette Nr. 2005-289,001

Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe
In der Industrie war die Entwicklung eines Demontageverfahrens, das vorteilhafter für die Demontage von einer Membran-Elektroden-Anordnung ist, erforderlich. Die vorliegende Erfindung ist eine Erfindung, die hinsichtlich der vorher genannten Umstände getätigt wurde, und es ist eine Aufgabe, ein Demontageverfahren für eine Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle bereit zu stellen und ein Demontageverfahren für eine Brennstoffzelle, Demontageverfahren, die noch vorteilhafter für die Demontage einer Membran-Elektroden-Anordnung sind.
Mittel zum Lösen der Aufgabe
Das Demontageverfahren für eine Membran-Elektroden-Anordnung für die Brennstoffzelle, das auf die erste Erfindung gerichtet ist, ist zum Demontieren einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle, in der eine einen Katalysator umfassende katalytische Schicht und eine Elektrolytmembran laminiert sind, und umfasst Folgendes:
einen Ausdehnungsschritt, in dem ein volumetrisch ausdehnbares Material, das im Stande ist sich volumetrisch auszudehnen, volumetrisch ausgedehnt wird, in einem solchen Zustand, dass die katalytische Schicht das volumetrisch ausdehnbare Material einschließt, und
einen Schritt des Beendens der Ausdehnung, in dem die volumetrische Ausdehnung des volumetrisch ausdehnbaren Materials, das der volumetrischen Ausdehnung in der katalytischen Schicht unterlag, beendet oder verringert wird.
Das Demontageverfahren für eine Brennstoffzelle, das auf die zweite Erfindung gerichtet ist, ist zum Demontieren einer Brennstoffzelle, die mit Folgendem ausgestattet ist: einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle, in der eine Elektrolytmembran, eine einen Katalysator umfassende katalytische Schicht und eine Reaktionsflüssigkeits-Diffusionsschicht in dieser Reihenfolge laminiert sind; und einem Separator, der auf die Membran-Elektroden-Anordnung laminiert ist; und das Verfahren umfasst:
einen Ausdehnungsschritt, in dem ein volumetrisch ausdehnbares Material, welches im Stande ist sich volumetrisch auszudehnen, volumetrischen ausgedehnt wird, in einem solchen Zustand, dass die katalytische Schicht das volumetrisch ausdehnbare Material einschließt; und
einen Schritt des Beendens der Ausdehnung, in dem die volumetrische Ausdehnung des volumetrisch ausdehnbaren Materials, welches der volumetrischen Ausdehnung in der katalytischen Schicht unterlag, beendet oder verringert wird.
In Übereinstimmung mit den vorliegenden Erfindungen ist das volumetrisch ausdehnbare Material in der katalytischen Schicht in dem Ausdehnungsschritt enthalten. Das volumetrisch ausdehnbare Material, das in der katalytischen Schicht enthalten ist, dehnt sich volumetrisch innerhalb der katalytischen Schicht aus. In diesem Fall wirkt eine Belastung auf die katalytische Schicht und der Zerfall der katalytischen Schicht verläuft von innen her.
Nachfolgend wird die volumetrische Ausdehnung des volumetrisch ausdehnbaren Materials, das in der katalytischen Schicht enthalten ist, aufgehoben oder verringert. Unter Berücksichtigung eines Zyklus, der den vorher genannten Ausdehnungsschritt und den Schritt des Beendens der Ausdehnung als Demontagezyklus einschließt, ist es möglich, den Demontagezyklus wenigstens einmal durchzuführen. Es ist ebenso zulässig, den Demontagezyklus zweimal durchzuführen, oder es ist sogar zulässig, den Demontagezyklus dreimal durchzuführen, ferner ist es sogar zulässig, diesen noch öfter durchzuführen.
In Übereinstimmung mit den vorliegenden Erfindungen ist es bevorzugt, dass das volumetrisch ausdehnbare Material Fluid-Substanzen sein können, insbesondere Flüssigkeiten, die im Stande sind einzufrieren. Es ist bevorzugt, dass der Ausdehnungsschritt ein Schritt des Einfrierens sein kann, in dem die Flüssigkeit eingefroren wird, die in der katalytischen Schicht enthalten ist, in einem solchen Zustand, dass die katalytische Schicht die Flüssigkeit einschließt, die in einem nicht gefrorenen Zustand vorliegt. Es ist bevorzugt, dass der Schritt des Beendens der Ausdehnung ein Schritt des Auftauens sein kann, in dem das Auftauen der Flüssigkeit, die in der katalytischen Schicht gefroren wurde, erleichtert wird.
In Übereinstimmung mit den vorliegenden Erfindungen, wie für eine Membran-Elektroden-Anordnung, können Membran-Elektroden-Anordnungen genannt werden, in denen eine Elektrolytmembran, eine katalytische Schicht und eine Reaktionsflüssigkeits-Diffusionsschicht in dieser Reihenfolge laminiert sind. Alternativ können Membran-Elektroden-Anordnungen genannt werden, in denen eine Elektrolytmembran und eine katalytische Schicht laminiert sind. In diesem Fall wird die Reaktionsflüssigkeits-Diffusionsschicht im Voraus von der Membran-Elektroden-Anordnung getrennt.
Es ist bevorzugt, dass die Elektrolytmembran protonenleitfähige Membranen sein können; es ist ebenso zulässig, dass sie Membranen vom Polymertyp sind, so wie perfluorierte Sulfonsäureharze, die mit funktionellen Gruppen, wie Sulfonsäuregruppen, bereitgestellt werden; es ist ebenso zulässig, dass sie eine Membran vom Typ eines anorganischen Materials ist, so wie jene, die glasig sind; oder es ist sogar zulässig, dass sie Membranen vom Koexistenztyp sind, in denen ein Polymer und ein anorganisches Material nebeneinander bestehen. Es ist bevorzugt, dass das Elektrolytmaterial mit dem volumetrisch ausdehnbaren Material, wie Wasser, imprägniert werden kann. Die vorher genannte katalytische Schicht ist eine, die einen Katalysator einschließt, der die Stromerzeugungsreaktion erleichtert. Als Katalysator, obwohl Katalysatoren auf Basis von Edelmetall, wie Platin, Rhodium, Ruthenium, Palladium und Gold als Beispiel genannt werden können, kann dieser nicht auf jene beschränkt werden. Die katalytische Schicht weist Porosität auf, die bewirkt, dass die Reaktionsflüssigkeiten hierin eindringen, besitzt Elektronenleitfähigkeit und weist einen elektrolytischen Bestandteil auf.
Im Herstellungsverfahren der Membran-Elektroden-Anordnung ist es ebenso zulässig, dass die katalytische Schicht an der Elektrolytseite anhaftet; oder es ist sogar zulässig, dass diese an der Seite der Gasdiffusionsschicht anhaften kann. Darüber hinaus ist es in dem vorher genannten Herstellungsverfahren ebenso zulässig, dass die katalytische Schicht an beiden, der Elektrolytschicht, bzw. der Gasdiffusionsschicht, anhaften kann und dann kann der Katalysator auf dem Elektrolyt und der Katalysator auf der Gasdiffusionsschicht durch Laminieren integriert werden, wenn die Membran-Elektroden-Anordnung gebildet wird. Ferner ist es sogar zulässig, dass eine Zwischenschicht zwischen der Gasdiffusionsschicht und der katalytischen Schicht angeordnet wird, eine Zwischenschicht, in der, obwohl kein Katalysator enthalten ist, Mikroelektronenleiter (nämlich z. B. Ruß, wie Acetylen black) und ein elektrolytischer Bestandteil in das Trägermaterial aufgenommen sind.
Als der Membran-Elektroden-Anordnung zuzuführende Reaktionsflüssigkeiten können Wasserstoffgase, Wasserstoff-haltige Gase, Sauerstoffgase und Sauerstoff-haltige Gase als Beispiel genannt werden. Die Reaktionsflüssigkeits-Diffusionsschicht ist eine, die Flüssigkeitspermeabilität (oder Porosität) und elektrische Leitfähigkeit zeigt, und mit Fasern angereicherte Substanzen können als Beispiel genannt werden, mit Fasern angereicherte Substanzen, in denen elektrisch leitfähige Fasern, wie Kohlenstofffasern oder metallische Fasern angesammelt sind.
Was das volumetrisch ausdehnbare Material betrifft, das einer volumetrischen Ausdehnung unterliegt, können dies bevorzugt Flüssigkeiten sein, die einer volumetrischen Ausdehnung mittels Einfrieren unterliegen, wenn die Handhabbarkeit in Betracht gezogen wird. Insbesondere unter Berücksichtigung der Kosten und der Handhabbarkeit können Wasser, Systeme wässriger Lösungen und Systeme alkoholischer Lösungen als Beispiel genannt werden. Infolge des Grundes des Anpassens der Einfriertemperatur (oder des Gefrierpunkts) und dergleichen, ist es ebenso zulässig, dass ein anderer Bestandteil in die Lösung, wie Wasser, gemischt werden kann.
In dem Fall, in dem das volumetrisch ausdehnbare Material, wie Wasser, in dem Elektrolytmaterial eingeschlossen ist, ist es bevorzugt, dass in dem Ausdehnungsschritt, obwohl das in der katalytischen Schicht enthaltene volumetrisch ausdehnbare Material, wie Wasser, ausgedehnt wird, das der Elektrolytmembran eingeschlossene volumetrisch ausdehnbare Material, wie Wasser, nicht allzu sehr ausgedehnt werden kann. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass im Vergleich zu dem Expansionskoeffizienten des volumetrisch ausdehnbaren Materials in der katalytischen Schicht, der Expansionskoeffizient des volumetrisch ausdehnbaren Materials in der Elektrolytmembran geringer sein kann.
In diesem Fall ist es, da sich das in der katalytischen Schicht eingeschlossene volumetrisch ausdehnbare Material innerhalb der katalytischen Schicht, oder an der Grenzfläche zwischen der Elektrolytmembran und der Reaktionsflüssigkeits-Diffusionsschicht ausdehnt, wahrscheinlich, dass die strukturelle Zerstörung der katalytischen Schicht oder eine Ablösung der vorher genannten Grenzfläche voranschreitet. Da jedoch die Ausdehnung des in der Elektrolytmembran enthaltenen volumetrisch ausdehnbaren Materials niedrig gehalten wird, wird ein Beschädigen der Elektrolytmembran unterbunden.
In Folge dessen ist es, in dem Fall der volumetrischen Ausdehnung mittels Einfrieren, bevorzugt, dass in dem Schritt des Einfrierens der Gefrieranteil der Flüssigkeit in der Elektrolytmembran geringer gehalten wird als der Gefrieranteil der Flüssigkeit in der katalytischen Schicht, obwohl in dem Schritt des Einfrierens die in der katalytischen Schicht enthaltene Flüssigkeit eingefroren wird. Daher ist es bevorzugt das in der Elektrolytmembran eingeschlossene Wasser nicht einzufrieren; alternativ ist es bevorzugt, den Gefrieranteil des in der Elektrolytmembran eingeschlossenen Wassers geringer zu halten als den Gefrieranteil des in der katalytischen Schicht eingeschlossenen Wassers.
Der „Gefrieranteil” bezeichnet den Prozentsatz der Masse des gefrorenen Wassers bezogen auf die gesamte Masse des in den relevanten Anteilen eingeschlossen Wassers. In diesem Fall verläuft, da das in der katalytischen Schicht eingeschlossene Wasser aktiv einfriert, die Zerstörung der katalytischen Schicht von innen her mittels volumetrischer Ausdehnung. Da jedoch das Einfrieren des in der Elektrolytmembran enthaltenen Wassers gering gehalten wird, wird ein Beschädigen der Elektrolytmembran unterbunden. Daher ist es möglich die Elektrolytmembran wiederzuverwenden.
In Übereinstimmung mit den vorliegenden Erfindungen kann das volumetrisch ausdehnbare Material bevorzugt Wasser sein und dann verringert sich der Feuchtigkeitsgehalt in der Elektrolytmembran der Membran-Elektroden-Anordnung, wenn sich die Temperatur verringert. Wenn sich die Temperatur verringert, bewegt sich das Wasser, das aus der Elektrolytmembran der Membran-Elektroden-Anordnung ausgetragen wird, zu der Grenzfläche zwischen der Elektrolytmembran und der katalytischen Schicht und friert dann an der Grenzfläche ein. In diesem Fall ist es möglich die Eigenschaft der Ablösung der Elektrolytmembran von der katalytischen Schicht weiter zu erleichtern.
In Übereinstimmung mit den vorliegenden Erfindungen ist es möglich, einen Rückhalteschritt durchzuführen, in dem das volumetrisch ausdehnbare Material in der katalytischen Schicht der Membran-Elektroden-Anordnung durch Imprägnieren der katalytischen Schicht mit dem volumetrisch ausdehnbaren Material vor dem Schritt der Ausdehnung, bevorzugt vor dem Schritt der Ausdehnung, zurückgehalten wird. Auf diese Weise erhöht sich die volumetrische Ausdehnbarkeit des volumetrisch ausdehnbaren Materials an der katalytischen Schicht und dadurch wird die strukturelle Zerstörung der katalytischen Schicht wahrscheinlicher voranschreiten. Darüber hinaus ist es, was den Schritt des Rückhaltens betrifft, möglich, ein Verfahren als Beispiel zu nennen, in dem die Rückhaltung durch Inkontaktbringen der Membranelektrode mit dem volumetrisch ausdehnbaren Material und dann Imprägnieren der katalytischen Schicht mit dem volumetrisch ausdehnbaren Material, durchgeführt wird. Auf diese Weise ist es wahrscheinlich, dass das volumetrisch ausdehnbare Material in die katalytische Schicht der Membran-Elektroden-Anordnung eintritt, sich die volumetrische Ausdehnbarkeit der katalytischen Schicht erhöht und dadurch wird es wahrscheinlich, dass die strukturelle Zerstörung der katalytischen Schicht voranschreitet.
Daher ist es möglich, einen Rückhalteschritt durchzuführen, in dem eine Flüssigkeit, wie Wasser, in der katalytischen Schicht der Membran-Elektroden-Anordnung zurückgehalten wird, in dem letztere mit ersterem vor dem Schritt des Einfrierens aktiv imprägniert wird. Auf diese Weise erhöht sich die volumetrische Ausdehnbarkeit der Flüssigkeit, wie Wasser, und die strukturelle Zerstörung der katalytischen Schicht schreitet wahrscheinlich voran. Darüber hinaus ist, was den Rückhalteschritt betrifft, möglich, ein Verfahren als Beispiel zu nennen, in dem das Rückhalten durch Inkontaktbringen der Membranelektrode mit einer Flüssigkeit, wie Wasser, durchgeführt wird und dann die katalytische Schicht mit der Flüssigkeit imprägniert wird. Auf diese Weise wird es möglich, dass die Flüssigkeit in die katalytische Schicht der Membran-Elektroden-Anordnung eintritt, sich die volumetrische Ausdehnbarkeit bei der katalytischen Schicht erhöht und dadurch die strukturelle Zerstörung der katalytischen Schicht wahrscheinlich voranschreitet. Es ist zu beachten, dass unter atmosphärischem Druck für Wasser im Allgemeinen eine volumetrische Ausdehnung von ungefähr 5 bis 10% gilt.
Darüber hinaus ist es, was den Rückhalteschritt betrifft, möglich, ein Verfahren als Beispiel zu nennen, in dem Wasser innerhalb der Membran-Elektroden-Anordnung mittels Stromerzeugung an der Membran-Elektroden-Anordnung erzeugt wird, in dem der Membran-Elektroden-Anordnung ein flüssiger Brennstoff und ein flüssiges Oxidationsmittels zugeführt werden. Wasser wird an der Elektrode des Oxidationsmittels mittels einer Stromerzeugungsreaktion erzeugt. Daher ist es vorteilhaft, das Einfrieren der katalytischen Schicht auf der Seite der Elektrode des Oxidationsmittels durchzuführen. Das an der Elektrode des Oxidationsmittels erzeugte Wasser tritt ebenso in die Brennstoffelektrode ein. Daher ist es vorteilhaft, das Einfrieren der katalytischen Schicht auf der Seite der Brennstoffelektrode durchzuführen.
Es ist möglich, ein Verfahren als Beispiel zu nennen, in dem ein Trennschritt durchgeführt wird, in dem die Reaktionsflüssigkeits-Diffusionsschicht und die Elektrolytmembran voneinander nach dem vorher genannten Schritt des Beendens der Ausdehnung getrennt werden. In diesem Fall ist dies, da die Elektrolytmembran abgetrennt wird, für die Rückgewinnung und Wiederverwertung der Elektrolytmembran vorteilhaft. Darüber hinaus ist es möglich, ein Verfahren als Beispiel zu nennen, in dem ein Katalysator, der in der katalytischen Schicht eingeschlossen ist, nach dem Schritt des Beendens der Ausdehnung wiedergewonnen wird. In diesem Fall ist dies, da der Katalysator wiedergewonnen wird, für die Wiederverwertung des Katalysators vorteilhaft.
Wirkung der Erfindung
In Übereinstimmung mit den vorliegenden Erfindungen ist es zum Durchführen der Zerstörung der inneren Struktur der katalytischen Schicht vorteilhaft einen Demontagezyklus zu haben, der die volumetrische Ausdehnung eines volumetrisch ausdehnbaren Materials aufweist (z. B. eine Flüssigkeit wie Wasser) und die Beendigung der Ausdehnung. Daher ist es möglich, zu der Zerstörung von Membran-Elektroden-Anordnungen beizutragen. Daher ist dies für die Demontage von Membran-Elektroden-Anordnungen vorteilhaft und darüber hinaus für die Demontage von Brennstoffzellen. Darüber hinaus ist es im Fall der Wiederverwendung der die Membran-Elektroden-Anordnungen bildenden Bestandteile möglich die Wiederverwertung einfach zu gestalten.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 ist ein Querschnittsdiagramm, um eine Membran-Elektroden-Anordnung schematisch darzustellen;
2 ist ein Querschnittsdiagramm, um schematisch einen solchen Zustand darzustellen, in dem eine Membran-Elektroden-Anordnung in Wasser eingetaucht ist;
3 ist ein Querschnittsdiagramm, um schematisch einen solchen Zustand darzustellen, in dem Membran-Elektroden-Anordnungen zwischen Separatoren gehalten werden; und
4 ist ein Querschnittsdiagramm, um schematisch ein Beispiel eines Stapels darzustellen.
Erklärung der Bezugszeichen
„1” bezeichnet eine Membran-Elektroden-Anordnung; „2” bezeichnet die Elektrolytmembran; „3” bezeichnet die katalytische Schicht; „30” bezeichnet die katalytische Schicht für das Oxidationsmittel; „3f” bezeichnet die katalytische Schicht für den Brennstoff; „4” bezeichnet die Gasdiffusionsschicht (d. h., die beanspruchte Reaktionsflüssigkeits-Diffusionsschicht); „40” bezeichnet die Gasdiffusionsschicht für das Oxidationsmittel; „4f” bezeichnet eine Gasdiffusionsschicht für den Brennstoff; und „200” bezeichnet den Stapel.
Beste Weise zum Ausführen der Erfindung
(Beispiel Nr. 1)
1 zeigt das Beispiel Nr. 1. Das Beispiel Nr. 1 ist ein Demontageverfahren zum Demontieren der Membran-Elektroden-Anordnung 1 für eine Brennstoffzelle, die Membran-Elektroden-Anordnung 1, in der eine einen Katalysator einschließende katalytische Schicht und eine Elektrolytmembran laminiert sind. 1 zeigt die Membran-Elektroden-Anordnung 1. Die Membran-Elektroden-Anordnung 1 wird durch Laminieren der Elektrolytmembran 2, der katalytischen Schicht 3 und der Gasdiffusionsschicht 4, die als die beanspruchte Reaktionsflüssigkeits-Diffusionsschicht dient, in dieser Reihenfolge gebildet. D. h., wie in 1 dargestellt, wird die Membran-Elektroden-Anordnung 1, wenn diese von der Seite der Brennstoffelektrode betrachtet wird, durch Laminieren der Elektrolytmembran 2, der katalytischen Schicht 3f für den Brennstoff und der Gasdiffusionsschicht 4f für den Brennstoff in dieser Reihenfolge in der Dickenrichtung gebildet. Wenn diese von der Seite der Elektrode des Oxidationsmittels betrachtet wird, wird die Membran-Elektroden-Anordnung 1 durch Laminieren der Elektrolytmembran 2, der katalytischen Schicht 30 für das Oxidationsmittel und der Gasdiffusionsschicht 40 für das Oxidationsmittel in dieser Reihenfolge in der Gegenrichtung gebildet. Nachfolgend werden die katalytische Schicht 3f für den Brennstoff und die katalytische Schicht 30 für das Oxidationsmittel kombiniert, um diese als die katalytische Schicht 3 zu bezeichnen. Nachfolgend werden die Gasdiffusionsschicht 4f für den Brennstoff und die Gasdiffusionsschicht 4f für das Oxidationsmittel kombiniert, um diese als Gasdiffusionsschicht 4 zu bezeichnen.
Die Elektrolytmembran 2 ist eine protonenleitfähige Membran, sie ist eine vom Polymertyp, wie ein perfluoriertes Sulfonsäureharz, das mit funktionellen Gruppen, wie Sulfonsäuregruppen und dergleichen, bereitgestellt wird. Dennoch ist die Elektrolytmembran 2 nicht darauf beschränkt. Die katalytische Schicht 3 schließt Katalysatoren zum Erleichtern der Stromerzeugungsreaktion ein. Was die Katalysatoren betrifft ist es möglich Edelmetalle zu nennen, wie Platin, Rhodium, Ruthenium, Palladium und Gold. Die katalytische Schicht 3 weist Porosität auf, die bewirkt, dass Reaktionsflüssigkeiten, wie Gase, diese durchdringen, besitzt Elektronenleitfähigkeit und weist einen elektrolytischen Bestandteil auf. Daher schließt die katalytische Schicht 3 das Folgende als Trägermaterial ein: Mikroelektronenleiter (nämlich z. B. Acetylen black oder Graphitpulver), auf die Katalysatoren geladen sind; und einen elektrolytischen Bestandteil mit Protonenleitfähigkeit; und es ist, wenn erforderlich, ebenso zulässig elektronenleitfähige Fasern, wie Kohlenstofffasern, einzuschließen. Daher schließt die katalytische Schicht 3 Katalysatoren, Mikroelektronenleiter und einen elektrolytischen Bestandteil mit Protonenleitfähigkeit ein.
Was die der Brenngaselektrode zuzuführenden Reaktionsflüssigkeiten betrifft, ist es möglich, Wasserstoffgase, Wasserstoff-haltige Gase und Methanol zu nennen. Was die der Elektrode des Oxidationsmittels zuzuführenden anderen Reaktionsflüssigkeiten betrifft, ist es möglich, Sauerstoffgase und Sauerstoff-haltige Gase als Beispiele zu nennen. Die Gasdiffusionsschicht 4 zeigt Flüssigkeitspermeabilität (oder Gaspermeabilität) und Elektronenleitfähigkeit und ist aus einer mit Fasern angereicherten Substanz gebildet, die als Trägermaterial dient, und welche durch Ansammeln von elektrisch leitfähigen Fasern hergestellt wird, wie Kohlenstofffasern oder metallische Fasern.
Unter Berücksichtigung der Kosten- und Handhabbarkeit ist die beanspruchte Flüssigkeit Wasser; und es ist ebenso zulässig, weitere Bestandteile in das Wasser zu mischen. Der Schritt des Einfrierens (oder der Schritt der Ausdehnung) des vorher genannten Demontagezyklus wird durch Halten der Membran-Elektroden-Anordnung 1 bei der Einfriertemperatur des Wassers oder darunter durchgeführt. Unter Atmosphärendruck friert Wasser im Allgemeinen bei 0°C. Abhängig von den Bedingungen, wie den Arten der Elektrolytmembran 2, wird jedoch behauptet, dass in der Elektrolytmembran 2 eingeschlossenes Wasser bei ungefähr 5°C unter Null bis –70°C unter Null, alternativ bei ungefähr 15°C unter Null bis –50°C unter Null, alternativ bei ungefähr 25°C unter Null bis –35°C unter Null einfriert. Daher werden, wenn die Temperatur, bei der das in der katalytischen Schicht 3 eingeschlossene Wasser einfriert, mit „T1” benannt wird und die Temperatur, bei der das in der Elektrolytmembran 2 eingeschlossene Wasser einfriert, mit „T2” benannt wird, diese so festgelegt, dass bei der absoluten Temperatur „T1” > „T2” ist.
In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Beispiel wird die Membran-Elektroden-Anordnung 1 im Schritt des Einfrierens zwischen „T1” und „T2” gehalten. Als Ergebnis friert das Wasser, das in der katalytischen Schicht 3 der Membran-Elektroden-Anordnung 1 enthalten ist, ein. Das Wasser, das in der Elektrolytmembran 2 enthalten ist, friert jedoch nicht ein. Alternativ ist es ebenso zulässig, die Membran-Elektroden-Anordnung 1 in Bereichen tiefer Temperatur zu halten, in denen das Einfrieren des in der Elektrolytmembran 2 enthaltenen Wassers geringer gehalten werden kann als das in der katalytischen Schicht 3. In diesem Fall friert das in der katalytischen Schicht 3 enthaltene Wasser ein und verwandelt sich in Eis, wodurch es einer volumetrischen Ausdehnung unterliegt. Entsprechend wirkt durch das volumetrische Ausdehnen eine Belastung auf die Feuchtigkeit enthaltenden Teile der Membran-Elektroden-Anordnung 1 und dann verläuft die strukturelle Zerstörung der katalytischen Schicht 3 von innen heraus, so dass die katalytische Schicht 3 brüchig wird. Ein Beschädigen der Elektrolytmembran 2 wird jedoch unterbunden, da das Einfrieren des in der Elektrolytmembran 2 enthaltenen Wassers gering gehalten wird. Daher ist die Einstellung für die Wiederverwendung der Elektrolytmembran 2 vorteilhaft.
Die strukturelle Zerstörung der katalytischen Schicht 3, die zwischen der Gasdiffusionsschicht 4 und der Elektrolytmembran 2 gehalten wird, verläuft wie vorher beschrieben. Auf diese Weise wird die Eigenschaft des Ablösens der Gasdiffusionsschicht 4 von der Elektrolytmembran 2 erleichtert, da die katalytische Schicht 3 stufenweise zerfällt. Daher ist es möglich, die Gasdiffusionsschicht 4 zufriedenstellend von der Elektrolytmembran 2, oder umgekehrt, zu trennen. Daher ist dies zum Beispiel für die Wiederverwendung der Gasdiffusionsschicht 4 und/oder der Elektrolytmembran 2 geeignet.
Wenn die Membran-Elektroden-Anordnung 1 im Schritt des Einfrierens abgekühlt wird, wird das in der Elektrolytmembran 2 enthaltene Wasser der Membran-Elektroden-Anordnung 1 fortschreitend ausgetragen. Der Grund hierfür ist wie folgt: der Feuchtigkeitsgehalt in der Elektrolytmembran 2 hängt von der Temperatur ab und entsprechend erhöht sich der Feuchtigkeitsgehalt bei hohen Temperaturen und der Feuchtigkeitsgehalt verringert sich bei tiefen Temperaturen; und in Folge dessen verringert sich die Menge an Wasser, die in der Elektrolytmembran 2 zurückgehalten werden kann, da diese tiefen Temperaturen unterliegt. Das aus der Elektrolytmembran 2 ausgetragene Wasser bewegt sich zur Grenzfläche zwischen der katalytischen Schicht 3 und der Elektrolytmembran 2. Ferner migriert das Wasser in Richtung der katalytischen Schicht 3 (oder 30 und 3f) und wird dann in der katalytischen Schicht 3 (oder 30 und 3f) absorbiert, um den Feuchtigkeitsgehalt in der katalytischen Schicht 3 zu erhöhen. Da sich dadurch der Feuchtigkeitsgehalt in der katalytischen Schicht 3 erhöht, erhöht das Wasser die volumetrische Ausdehnbarkeit der katalytischen Schicht 3 und erhöht dann weiterhin die Eigenschaft des Zerfalls der katalytischen Schicht 3. Darüber hinaus erleichtert, wenn das Wasser, das sich zu der Grenzfläche zwischen der katalytischen Schicht 3 und der Elektrolytmembran 2 bewegt hat, einfriert und einer volumetrischen Ausdehnung unterliegt, dies die Eigenschaft des Ablösens der katalytischen Schicht 3 von der Elektrolytmembran 2 weiterhin und erleichtert schließlich die Eigenschaft des Ablösens der Gasdiffusionsschicht 4 von der Elektrolytmembran 2 weiterhin. In diesem Fall wird die Beschädigung der Elektrolytmembran 2 verringert.
Im Schritt des Auftauens (oder dem Schritt des Beendens der Ausdehnung) in dem Demontagezyklus unterliegt die Membran-Elektroden-Anordnung 1 nach der Durchführung des Schritt des Einfrierens einer Temperaturerhöhung und wird dann bei einer vorherbestimmten Temperatur gehalten und dadurch wird die Membran-Elektroden-Anordnung 1 aufgetaut. Wenn die Membran-Elektroden-Anordnung 1 aufgetaut wird, schreitet die Eigenschaft der Demontage der katalytischen Schicht 3 fort, da der gefriergehärte Zustand der katalytischen Schicht 3 aufgehoben wird. Entsprechend ist dies im Vergleich zu einem System, in dem die Membran-Elektroden-Anordnung 1 in einem solchen Zustand pulverisiert wird, in dem die katalytische Schicht 3 gefriergehärtet ist, für die Rückgewinnung der Bestandteile der katalytischen Schicht 3 vorteilhaft, während die Schäden an der katalytischen Schicht 3 gering gehalten werden. Was die Bestandteile der katalytischen Schicht 3 betrifft, ist es möglich, Katalysatoren, elektrolytische Bestandteile und Elektronenleiter (z. B. Ruß, Graphitpulverpartikel und dergleichen) zu nennen. Es ist zu beachten, dass in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Beispiel, obwohl Wasser als Substanz zum Einfrieren verwendet wird, es ebenso möglich ist, Aceton, Ethylalkohol, Essigsäure usw. anstelle von Wasser oder zusammen mit Wasser zu verwenden. Es ist ebenso zulässig, eine Einstellkomponente für den Stockpunkt, wenn erforderlich, zuzumischen.
(Beispiel Nr. 2)
Da das vorliegende Beispiel auf dieselbe Weise arbeitet und Vorteile bewirkt, wie es im Grunde in Beispiel Nr. 1 der Fall ist, wird 1 entsprechend angewendet.
Nachfolgend wird das vorliegende Beispiel erklärt, während der Fokus auf Teilen liegt, die von denen des Beispiels Nr. 1 unterschiedlich sind. In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Beispiel wird der Demontagezyklus, welcher den vorher genannten Schritt des Einfrierens und den Schritt des Auftauens einschließt, zweimal oder mehrmals wiederholt durchgeführt. Daher wird das Folgende durchgeführt: Schritt des Einfrierens → Schritt des Auftauens → Schritt des Einfrierens → Schritt des Auftauens. Darüber hinaus wird Folgendes durchgeführt: Schritt des Einfrierens → Schritt des Auftauens → Schritt des Einfrierens → Schritt des Auftauens → Schritt des Einfrierens → Schritt des Auftauens. Auf diese Weise wird die volumetrische Ausdehnung des in der katalytischen Schicht 3 enthaltenen Wassers wiederholt durchgeführt. In Folge dessen erhöht sich die Eigenschaft des strukturellen Zerfalls der katalytischen Schicht 3 weiter.
(Beispiel Nr. 3)
Da das vorliegende Beispiel auf dieselbe Weise arbeitet und Vorteile bewirkt, wie es im Grunde in Beispiel Nr. 1 der Fall ist, wird 1 entsprechend angewendet. Nachfolgend wird das vorliegende Beispiel erklärt, während der Fokus auf unterschiedlichen Teilen liegt. In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Beispiel wird ein Schritt des Rückhaltens, in dem Wasser (d. h., die beanspruchte Flüssigkeit) in der katalytischen Schicht 3 (oder der katalytischen Schicht 30 und der katalytischen Schicht 3f) der Membran-Elektroden-Anordnung 1 zurückgehalten wird, vor dem Durchführen des Demontagezyklus durchgeführt. Auf diese Weise wird Wasser in der katalytischen Schicht 3 absorbiert und entsprechend erhöht sich der Feuchtigkeitsgehalt in der katalytischen Schicht 3. Daher wird im Schritt des Einfrierens die Gefrierfähigkeit des in der katalytischen Schicht 3 eingeschlossenen Wassers verstärkt und in Folge dessen verläuft die strukturelle Zerstörung der katalytischen Schicht 3 wahrscheinlich durch die volumetrische Ausdehnung. In diesem Fall, was den Schritt des Rückhaltens betrifft, wird das Innere der katalytischen Schicht 3 mit Wasser imprägniert (d. h., dem beanspruchten volumetrisch ausdehnbaren Material), indem Wasser in Kontakt mit der Membran-Elektroden-Anordnung 1 für eine vorherbestimmte Zeit durch Eintauchen der Membran-Elektroden-Anordnung 1 in Wasser 90 (d. h., das beanspruchte volumetrisch ausdehnbare Material) eingetaucht wird, welches in dem Behälter 9, wie in 2 gezeigt, aufgenommen ist. Obwohl die vorherbestimmte Zeit entsprechend festgelegt werden kann, ist es möglich, 10 Sekunden bis 2 Stunden oder 30 Sekunden bis 1 Stunde als Beispiel zu nennen, dennoch ist dies nicht darauf beschränkt. Auf diese Weise dringt eine große Menge Wasser in das Innere der katalytischen Schicht 3 der Membran-Elektroden-Anordnung 1 ein. Daher erhöht sich in dem Schritt des Einfrierens (d. h., der beanspruchte Schritt der Ausdehnung) die Gefrierfähigkeit in der katalytischen Schicht 3 und dadurch verläuft die strukturelle Zerstörung der katalytischen Schicht 3 wahrscheinlich durch die volumetrische Ausdehnung.
Bevorzugt kann der Demontagezyklus, der den vorher genannten Schritt des Einfrierens und den Schritt des Auftauens einschließt, zweimal oder mehrmals wiederholt durchgeführt werden. Es ist bevorzugt, den Schritt der Wasserrückhaltung in der frühen Phase des Demontagezyklus durchzuführen, dennoch ist es ebenso zulässig, ihn abhängig von den Fällen in der Mitte des Demontagezyklus durchzufüren oder es ist sogar zulässig, ihn jederzeit durchzuführen, bevor der Demontagezyklus durchgeführt wird. Daher ist es möglich, das Folgende der Reihe nach durchzuführen: Schritt des Rückhaltens → Schritt des Einfrierens → Schritt des Auftauens → Schritt des Rückhaltens → Schritt des Einfrierens → Schritt des Auftauens. Darüber ist es möglich, das Folgende der Reihe nach durchzuführen. Schritt des Rückhaltens → Schritt des Einfrierens → Schritt des Auftauens → Schritt des Einfrierens → Schritt des Auftauens → Schritt des Einfrierens → Schritt des Auftauens. Was den Schritt des Rückhaltens betrifft, ist es darüber hinaus ebenso zulässig, Wasser auf die Membran-Elektroden-Anordnung 1 aufzusprühen oder sie zu überschütten.
(Beispiel Nr. 4)
Da das vorliegende Beispiel auf dieselbe Weise arbeitet und Vorteile bewirkt, wie es im Grunde in Beispiel Nr. 1 der Fall ist, wird 1 entsprechend angewendet. Nachfolgend wird das vorliegende Beispiel erklärt, während der Fokus auf unterschiedlichen Teilen liegt. In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Beispiel werden, wenn die Temperatur, bei der das in der katalytischen Schicht 3 enthaltene Wasser einfriert, mit „T1” benannt wird und wenn die Temperatur, bei der das in der Elektrolytmembran enthaltene Wasser mit „T2” benannt wird, diese so festgelegt, dass für die absolute Temperatur „T1” > „T2” ist. Im Schritt des Einfrierens wird die Membran-Elektroden-Anordnung 1 in einem Bereich geringer Temperatur gehalten, welcher geringer als „T2” (z. B. 40°C unter Null bis 100°C unter Null) ist. In diesem Fall, da eine große Angst herrscht, dass die Elektrolytmembran 2 mehr oder minder beschädigt wird, kann die Elektrolytmembran 2 bevorzugt eine solche sein, die haltbar gegenüber Beschädigungen ist. Anschließend wird die Membran-Elektroden-Anordnung 1 bei Raumtemperatur stehen gelassen und dann wird der Schritt des Auftauens, durch den das Auftauen der Membran-Elektroden-Anordnung 1 erleichtert wird, durchgeführt.
(Beispiel Nr. 5)
3 zeigt Beispiel Nr. 5. Das vorliegende Beispiel arbeitet und bewirkt Vorteile auf dieselbe Weise, wie es im Grunde in Beispiel Nr. 1 der Fall ist. Im Folgenden wird ebenso das vorliegende Beispiel erläutert, während der Fokus auf den unterschiedlichen Teilen liegt. In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Beispiel werden der Schritt des Wasserrückhaltens, der Schritt des Einfrierens und der Schritt des Auftauens in einem gestapelten Zustand durchgeführt. Ein Stapel wird gebildet, in dem die Membran-Elektroden-Anordnungen 1 zwischen Separatoren 5 gehalten werden. Die Separatoren 5 weisen Strömungskanäle 60 zum Zuführen des flüssigen Oxidationsmittels zu den Gasdiffusionsschichten 40 für Oxidationsmittel in den Membran-Elektroden-Anordnungen 1, auf. Darüber hinaus weisen die Separatoren 5 Strömungskanäle 6f zum Zuführen von flüssigem Brennstoff zu den Gasdiffusionsschichten 4f für den Brennstoff in den Membran-Elektroden-Anordnungen 1, auf. Das Abdichtmaterial 7 wird zwischen benachbarten Separatoren 5 angebracht.
Zunächst wird, vor der Demontage des Stapels, der Rückhalteschritt durchgeführt, der Rückhalteschritt, in dem Wasser, die beanspruchte Flüssigkeit, aktiv in der katalytischen Schicht 3 der Membran-Elektroden-Anordnungen 1 zurückgehalten wird. In diesem Fall wird nicht nur ein flüssiger Brennstoff (z. B. Wasserstoffgas oder Wasserstoff-haltiges Gas) in den Strömungskanal 6f für den Brennstoff in den Separatoren 5 zugeführt, sondern ebenso wird das flüssige Oxidationsmittel (z. B. Sauerstoffgas oder Sauerstoff-haltiges Gas) dem Strömungskanal 60 in den Separatoren 5 zugeführt, wodurch ein Stromerzeugungsbetrieb für eine vorherbestimmte Zeit durchgeführt wird. Die vorherbestimmte Zeit kann geeignet festgelegt werden und es ist möglich, 5 Minuten bis 100 Stunden, 10 Minuten bis 10 Stunden oder 15 Minuten bis 1 Stunde als Beispiel zu nennen. Die Stromerzeugungsreaktion tritt in den Membran-Elektroden-Anordnungen 1 durch den Stromerzeugungsbetrieb auf. Wasser wird an den Elektroden des Oxidationsmittels der Membran-Elektroden-Anordnungen 1 durch den Stromerzeugungsbetrieb erzeugt. In diesem Fall ist es bevorzugt, die Membran-Elektroden-Anordnungen 1 unter solchen operativen Stromerzeugungsbedingungen zu betreiben, die es ermöglichen, ein Fluten hervorzurufen. Auf diese Weise steigt die in der katalytischen Schicht 3 (oder der katalytischen Schicht 30 und der katalytischen Schicht 3f) enthaltene Menge an Wasser, entsprechend erhöht sich der Feuchtigkeitsgehalt in der katalytischen Schicht 3 (oder der katalytischen Schicht 30 und der katalytischen Schicht 3f), in Folge dessen wird die Gefrierfähigkeit der katalytischen Schicht 3 (oder der katalytischen Schicht 30 und der katalytischen Schicht 3f) erhöht und dadurch verläuft die strukturelle Zerstörung der katalytischen Schicht 3 wahrscheinlich durch die volumetrische Ausdehnung.
Wie vorher genannt, ist es in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Beispiel möglich, den Feuchtigkeitsgehalt in der katalytischen Schicht 30 für das Oxidationsmittel durch den Stromerzeugungsbetrieb unmittelbar vor der Demontage zu erhöhen und entsprechend ist dies für das Einfrieren der katalytischen Schicht 30 für das Oxidationsmittel vorteilhaft und in Folge dessen ist es möglich, die Menge der volumetrischen Ausdehnung zum Zeitpunkt des Einfrierens sicher zu stellen. Das in der katalytischen Schicht 30 für das Oxidationsmittel durch den Stromerzeugungsbetrieb erzeugte Wasser tritt ebenso in die katalytische Schicht 3f für den Brennstoff ein. Daher ist es möglich, den Feuchtigkeitsgehalt in der katalytischen Schicht 3f für den Brennstoff zu erhöhen und entsprechend ist dies für das Einfrieren der katalytischen Schicht 3f für den Brennstoff vorteilhaft und in Folge dessen ist es möglich, die Menge der volumetrischen Ausdehnung zum Zeitpunkt des Einfrierens sicher zu stellen.
(Beispiel Nr. 6)
Da das vorliegende Beispiel auf dieselbe Weise arbeitet und Vorteile bewirkt, wie es im Grunde in Beispiel Nr. 1 der Fall ist, wird 3 entsprechend angewendet. In dem Folgenden wird das vorliegende Beispiel ebenso erklärt, während der Fokus auf den unterschiedlichen Teilen liegt. In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Beispiel werden der Schritt der Wasserrückhaltung, der Schritt des Einfrierens und der Schritt des Auftauens in einem gestapelten Zustand durchgeführt. Zunächst wird vor der Demontage des Stapels der Rückhalteschritt durchgeführt, der Rückhalteschritt, in dem Wasser aktiv in der katalytischen Schicht 3 der Membran-Elektroden-Anordnungen 1 zurückgehalten wird. In diesem Fall wird dem Strömungskanal 6f für den Brennstoff in den Separatoren 5 nicht nur Wasser (d. h., die beanspruchte Flüssigkeit) durch ein Wasser-Zuführmittel (oder Flüssigkeits-Zuführmittel), wie eine Pumpe, zugeführt, sondern es wird dem Strömungskanal 60 für das Oxidationsmittel in den Separatoren 5 durch das Wasser-Zuführmittel ebenso Wasser zugeführt. Auf diese Weise wird Wasser in den Stapel eingespritzt. Daher wird die katalytische Schicht 3 (oder die katalytische Schicht 30 und die katalytische Schicht 3f) mit Wasser imprägniert und dann erhöht sich der Feuchtigkeitsgehalt in der katalytischen Schicht 3 (oder die katalytische Schicht 30 und die katalytische Schicht 3f). Nachfolgend wird der Schritt des Einfrierens durchgeführt. In dem Schritt des Einfrierens wird der Stapel für eine vorherbestimmte Zeit (z. B. 60 bis 90 Minuten) in einem Temperaturbereich belassen, dessen Temperatur die Einfriertemperatur von Wasser oder geringer ist (z. B. 20°C unter Null). In diesem Fall ist es bevorzugt, das Wasser in der Elektrolytmembran 2 nicht einfrieren zu lassen, obwohl die Rückhaltetemperatur für den Stapel auf die Gefriertemperatur der Elektrolytmembran 2 oder höher festgelegt wurde, um das Wasser innerhalb der katalytischen Schicht 3 (oder der katalytische Schicht 30 und der katalytische Schicht 3f) einzufrieren.
Nachfolgend wird der Stapel aufgetaut, indem er auf Raumtemperatur gebracht wird und bei dieser für eine vorherbestimmte Zeit (z. B. 30 bis 90 Minuten) belassen wird. Der vorher genannte Schritt des Einfrierens und der Schritt des Auftauens bilden den Demontagezyklus (der Rückhalteschritt ist nicht eingeschlossen). Ein solcher Demontagezyklus kann, wenn erforderlich, insgesamt in einer Vielzahl von Zyklen durchgeführt werden. Schließlich wird der Stapel zurück zu Raumtemperatur gebracht und dann wird der Stapel durch Entfernen der Separatoren 5 und der Membran-Elektroden-Anordnungen 1 abgebaut. Durch ein solches Wiederholen des Schritts des Einfrierens und des Schritts des Auftauens verläuft die strukturelle Zerstörung der katalytischen Schicht 3 an den in dem Stapel aufgenommenen Membran-Elektroden-Anordnungen 1. Daher verbessert sich die Eigenschaft des Ablösens der Gasdiffusionsschicht 4 von der Elektrolytmembran 2.
Ferner ist es, in dem Fall, in dem Wasser ebenso zwischen die Separatoren 5f und 5o eindringt und zwischen diesen einfriert, möglich, die volumetrische Ausdehnung des Wassers, das in die Räume 5m zwischen den Separatoren 5f und 5o eindringt, zu erwarten. In diesem Fall verbessert sich die Eigenschaft des Abtrennens zwischen den benachbarten Separatoren 5, da sich der Abstand zwischen den benachbarten Separatoren 5 erhöht.
(Beispiel Nr. 7)
Da das vorliegende Beispiel auf dieselbe Weise arbeitet und Vorteile bewirkt, wie es im Grunde in Beispiel Nr. 1 der Fall ist, wird 3 entsprechend angewendet. In dem Folgenden wird das vorliegende Beispiel ebenso erklärt, während der Fokus auf den unterschiedlichen Teilen liegt. In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Beispiel werden die in der katalytischen Schicht 3 (oder der katalytische Schicht 30 und der katalytische Schicht 3f) eingeschlossenen Katalysatoren wiedergewonnen, nachdem die katalytische Schicht 3 durch den Demontagezyklus zerfallen ist. In diesem Fall werden die zerfallenen Teile gerührt, während diese in einem Behälter eingetaucht werden, der eine Rückgewinnungslösung enthält. Insbesondere werden die zerfallenen Teile mit der Rückgewinnungslösung in Kontakt gebracht. Auf diese Weise ist es möglich, die Katalysatoren rückzugewinnen, die in der katalytischen Schicht 3 (oder der katalytische Schicht 30 und der katalytische Schicht 3f) enthalten sind, in dem diese als Ionen in der Rückgewinnungslösung gelöst werden (oder nass gelöst werden). Was die Rückgewinnungslösung betrifft ist es möglich Königswasser, Schwefelsäurelösungen und Salpetersäurelösungen als Beispiele zu nennen. Es ist möglich die Katalysatoren durch Zugabe eines Reduktionsmittels zu der Rückgewinnungslösung und dann elektrochemisches Reduzieren der katalytischen Ionen wieder zu gewinnen. Wie es oft der Fall ist, werden Edelmetallkatalysatoren als Katalysatoren eingesetzt. Es ist wichtig, Edelmetallkatalysatoren rückzugewinnen und dann wiederzuverwerten, da diese wertvoll sind.
(Beispiel Nr. 8)
Da das vorliegende Beispiel auf dieselbe Weise arbeitet und Vorteile bewirkt, wie es im Grunde in Beispiel Nr. 1 der Fall ist, wird 3 entsprechend angewendet. 3 zeigt schematisch Hauptabschnitte des Stapels 200. Wie in 3 gezeigt, ist der Stapel 200 mit Folgendem ausgestattet: Membran-Elektroden-Anordnungen 1 für eine Brennstoffzelle, Membran-Elektroden-Anordnungen 1, in denen eine Elektrolytmembran 2, Katalysatoren enthaltende katalytische Schichten 3 und Gasdiffusionsschichten 4 (d. h., die beanspruchten Reaktions-flüssigkeits-Diffusionsschichten) in dieser Reihenfolge laminiert sind, und kohlenstoffhaltige oder metallische (z. B. Legierungsstahl) Separatoren 5, die auf die Membran-Elektroden-Anordnungen 1 laminiert sind. Die Separatoren 5 werden mit Folgendem bereitgestellt: Strömungskanäle 6f zum Zuführen eines flüssigen Brennstoffs (z. B. Wasserstoffgas oder Wasserstoff-haltiges Gas) zu der Gasdiffusionsschicht 4 für den Brennstoff in den Membran-Elektroden-Anordnungen 1 und Strömungskanäle 60 zum Zuführen des flüssigen Oxidationsmittels (z. B. Wasserstoffgas oder ein Wasserstoff-haltiges Gas) zu der Gasdiffusionsschicht 4 für das Oxidationsmittel in den Membran-Elektroden-Anordnungen 1.
Hier werden die entsprechenden Membran-Elektroden-Anordnungen 1 durch Laminieren der Elektrolytmembran 2, der katalytischen Schichten 3 und der Gasdiffusionsschichten 4 in dieser Reihenfolge gebildet. Insbesondere wird jede der Membran-Elektroden-Anordnungen 1, wenn diese auf der Seite der Brennstoffelektrode betrachtet wird, durch Laminieren der Elektrolytmembran 2, der katalytischen Schicht 3f für den Brennstoff und der Gasdiffusionsschicht 4f für den Brennstoff in dieser Reihenfolge in der Dickenrichtung gebildet. Wenn diese auf der Elektrodenseite des Oxidationsmittels betrachtet wird, wird jede der Membran-Elektroden-Anordnungen 1 durch Laminieren der Elektrolytmembran 2, der katalytischen Schicht 30 für das Oxidationsmittel und der Gasdiffusionsschicht 40 für das Oxidationsmittel in dieser Reihenfolge in gegenüber liegender Richtung gebildet.
Vor dem Schritt des Einfrierens wird der Rückhalteschritt durchgeführt, ein Rückhalteschritt, in dem Wasser aktiv in der katalytischen Schicht 3 der den Stapel bildenden Membran-Elektroden-Anordnungen 1 zurückgehalten wird. In diesem Fall wird befeuchtetes Wasserstoffgas (z. B. relative Feuchtigkeit: 100% RH) dem Strömungskanal 6f für den Brennstoff in den Separatoren 5 zugeführt und befeuchtete Luft (z. B. relative Feuchtigkeit: 100% RH) wird dem Strömungskanal 60 für das Oxidationsmittel in den Separatoren 5 zugeführt. Auf diese Weise wird der Stromerzeugungsbetrieb für eine vorher bestimmte Zeit (z. B. 30 Minuten) durchgeführt. Obwohl die elektrische Stromdichte auf 0,2 bis 1,0 Ampere/cm², insbesondere auf 0,5 Ampere/cm² festgelegt wird, ist diese auf keinste Weise darauf beschränkt.
An der katalytischen Schicht 3 für das Oxidationsmittel in den Membran-Elektroden-Anordnungen 1 wird Wasser durch die elektrische Stromerzeugungsreaktion erzeugt. Daher wird der Feuchtigkeitsgehalt in den katalytischen Schichten 30 durch den Stromerzeugungsbetrieb erhöht. Daher erhöht sich die volumetrische Ausdehnbarkeit durch das Einfrieren der katalytischen Schichten 30. Der Flüssigkeitsgehalt in den katalytischen Schichten 3f wird erhöht, da das Wasser in den katalytischen Schichten 30 durch die Elektrolytmembranen 2 durch tritt, um an den katalytischen Schichten 3f für den Brennstoff anzukommen. Daher erhöht sich die volumetrische Ausdehnbarkeit durch das Einfrieren der katalytischen Schichten 30. Hier ist es, um zu bewirken, dass Wasser unten innerhalb den katalytischen Schichten 30 und den katalytischen Schichten 3f vorliegt, stärker bevorzugt, die Brennstoffzelle zu betreiben, um Strom zu erzeugen und dann zu bewirken, dass das Wasser, welches durch den Stromerzeugungsbetrieb erzeugt wurde, innerhalb der Membran-Elektroden-Anordnungen 1 vorliegt, als die Membran-Elektroden-Anordnungen 1 in Wasser einzutauchen.
Nachdem der vorher genannte Stromerzeugungsbetrieb beendet wurde, wird der Schritt des Einfrierens durchgeführt. In den Schritt des Einfrierens wird der gesamte Stapel 200 bei einer solch tiefen Temperatur wie 20°C unter Null für eine vorher bestimmte Zeit (z. B. 90 Minuten) belassen. Nachfolgend wird der Schritt des Auftauens durchgeführt. Beim Schritt des Auftauens wird der Stapel 200 zurück zu Raumtemperatur gebracht und dabei für eine vorher bestimmte Zeit (z. B: 10 bis 90 Minuten) belassen. Der vorher genannte Schritt des Einfrierens und der Schritt des Auftauens bilden den Demontagezyklus. Ein solcher Demontagezyklus wird noch zweimal durchgeführt. Insbesondere wird der Demontagezyklus insgesamt dreimal (d. h. eine Vielzahl von Zeiten) wiederholt. Schließlich wird der Stapel 200 zurück zu Raumtemperatur gebracht und dann wird der Stapel 200 durch Entfernen der Separatoren 5 und der Membran-Elektroden-Anordnungen 1 abgebaut. Durch ein solches Wiederholen des Schritts des Einfrierens und des Schritts des Auftauens verläuft die strukturelle Zerstörung der katalytischen Schicht 3 an den in dem Stapel 200 aufgenommenen Membran-Elektroden-Anordnungen 1. Daher verbessert sich die Eigenschaft des Ablösens der Gasdiffusionsschicht 4 von der Elektrolytmembran 2.
(Beispiel Nr. 9)
Zusätzliche Erläuterungen werden in einem Beispiel gemäß einem Fall gegeben, in dem eine Membran-Elektroden-Anordnung 1, an der der Schritt des Einfrierens und der Schritt des Auftauens durchgeführt werden sollen, gebildet wird. Dennoch ist die Bildung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Nach Herstellen der katalytischen Schicht 3f für den Brennstoff wird ein mit Platin-Ruthenium beladener kohlenstoffhaltiger Katalysator („TEC62E58” hergestellt von TANAKA KIKINZOKU KOGYO) zunächst verwendet, ein kohlenstoffhaltiger Katalysator, der mit Platin-Ruthenium in einer Menge von 57 Masse-% auf elektrisch leitfähigem Ruß („KETJENBLACK EC”) beladen ist, der als Träger zum Beladen mit Katalysator auf denselben dient. Die Mischung wird durch Mischen des Folgenden gebildet: 5 g dieses mit Platin-Ruthenium beladenen kohlenstoffhaltigen Katalysators, 18 g reines Wasser, 54 g einer flüssigen Alkoholdispersion eines makromolekularen Elektrolytpolymers („Aciplex SS-1100”, hergestellt von ASAHI KASEI) und 6 g Isopropylalkohol. Das Dispergieren der resultierenden Mischung wird so durchgeführt, dass die sekundären Partikeldurchmesser des mit Platin-Ruthenium beladenen kohlenstoffhaltigen Katalysators 0,5 μm bis 1 μm groß werden, wodurch eine Katalysatorpaste für den Brennstoff hergestellt wird. Diese Katalysatorpaste wird unter Verwenden eines Applikators in einheitlicher Form einer Dünnschicht auf eine PTFE-Folie („AFLEX”, hergestellt von ASAHI GLASS) gegossen und bei 80°C getrocknet. Das resultierende gegossene Produkt wird auf Elektrodengröße ausgeschnitten, wodurch die katalytische Schicht 3f für den Brennstoffhergestellt wird.
Darüber hinaus wird nach dem Herstellen der katalytischen Schicht 30 für das Oxidationsmittel ein mit Platin beladener kohlenstoffhaltiger Katalysator („TEC10E60TPM”, hergestellt von TANAKA KIKINZOKU KOGYO) verwendet, ein kohlenstoffhaltiger Katalysator, in dem Platin in einer Menge von 57 Masse-% auf elektrisch leitfähigen Ruß („KETJENBLACK EC”) geladen wird, der als katalytisches Trägermaterial dient. Die Mischung wird durch Mischen des Folgenden gebildet: 5 g dieses mit Platin beladenen, kohlenstoffhaltigen Katalysators, 18 g reines Wasser, 54 g einer flüssigen Alkoholdispersion eines makromolekularen Elektrolytpolymers („Aciplex SS-1100”, hergestellt von ASHAI KASEI) und 6 g Isopropylalkohol. Und das Dispergieren der resultierenden Mischung wird so durchgeführt, dass die sekundären Partikeldurchmesser des mit Platin beladenen kohlenstoffhaltigen Katalysators 0,5 μm bis 1,0 μm groß werden, wodurch die Katalysatorpaste für das Oxidationsmittel hergestellt wird. Diese Katalysatorpaste wird unter Verwenden eines Applikators in einer einheitlichen Form einer Dünnschicht auf eine PTFE-Folie („AFLEX”, hergestellt von ASAHI GLASS) gegossen und bei 80°C getrocknet. Das resultierende gegossene Produkt wird auf Elektrodengröße ausgeschnitten, wodurch die katalytische Schicht 30 für das Oxidationsmittel hergestellt wird.
Ein Gasdiffusions-Trägermaterial („Kohlenstoffpapier”, hergestellt von TORAY Co., Ltd.), welches einer Behandlung für das Wasserabweisen unterzogen wurde, wird auf Elektrodengröße geschnitten, wodurch die Gasdiffusionsschicht 4f für den Brennstoff und die Gasdiffusionsschicht 40 für das Oxidationsmittel in einer Anzahl von einer Folie für jede derselben hergestellt wird. Dann werden unter den folgenden Bedingungen von 150°C Temperatur, 10 MPa (oder 100 kgf/cm²) Oberflächendruck und 1 Minute Rückhaltezeit, die katalytische Schicht 3f für den Brennstoff und die katalytische Schicht 30 für das Oxidationsgas, die katalytische Schicht 3f und die katalytische Schicht 30, die auf der vorher genannten PTFE-Folie gebildet wurden, heiß gepresst (oder durch Wärme vereinigt), so dass sie wie folgt angeordnet sind: katalytische Schicht 3f für den Brennstoff/Elektrolytmembran 2/katalytische Schicht 30 für das Oxidationsmittel. Die verwendete Polymerelektrolytmembran 2, die Protonenleitfähigkeit zeigt, ist „GORE-SELECT30”, welche von JAPAN GÖRE-TEX hergestellt wird.
1 zeigt die Membran-Elektroden-Anordnung 1, die auf das vorliegende Beispiel gerichtet ist. Die Membran-Elektroden-Anordnung 1 wird durch Laminieren der bildenden Elemente in der Dickenrichtung gebildet, so dass diese auf die folgende Weise angeordnet sind: Gasdiffusionsschicht 4f für den Brennstoff, katalytische Schicht 3f für den Brennstoff, Polymerelektrolytmembran 2, katalytische Schicht 30 für das Oxidationsmittel und Gasdiffusionsschicht 40 für das Oxidationsmittel, wie in 1 gezeigt. In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Beispiel weist die katalytische Schicht 3f für den Brennstoff einen Katalysator (z. B. Platin-Ruthenium) auf und zusätzlich weist die katalytische Schicht 30 für das Oxidationsmittel einen weiteren Katalysator (z. B. Platin) auf. Die Belademenge mit Platin wird auf ungefähr 0,1 bis 0,3 mg/cm² in der katalytischen Schicht 3f für den Brennstoff festgelegt und wird auf ungefähr 0,5 bis 0,8 mg/cm² in der katalytischen Schicht 30 für das Oxidationsmittel festgelegt. Und die Separatoren 5 werden entsprechend mit beiden gegenüber liegenden Seiten der Membran-Elektroden-Anordnung 1, wie in 3 gezeigt, angebaut, wodurch der Stapel 200 gebildet wird. Wenn dieser Stapel 200 demontiert wird, werden der vorher genannte Schritt des Einfrierens und der Schritt des Auftauens mit Bezug auf den Stapel 200 oder die Membran-Elektroden-Anordnungen 1 durchgeführt. Die vorher genannten Herstellungsbedingungen sind nicht auf das Obige beschränkt, sondern können in geeigneter Weise abhängig von dem Bedarf festgelegt werden.
(Beispiel Nr. 10)
4 zeigt ein Beispiel eines Stapels. Das vorliegende Beispiel weist im Grunde dieselben Aufbauten wie jene des Beispiels 1 auf und arbeitet und bewirkt dann Vorteile auf dieselbe Weise. Wie in 4 gezeigt, wird der Brennstoffzellenstapel 200B nicht nur durch einfaches Zusammenbauen einer Vielzahl von Membran-Elektroden-Anordnungen 1 gebildet, sondern ebenso durch Zusammenbauen einer Vielzahl von Separatoren 5f für den Brennstoff und einer Vielzahl von Separatoren 50 für das Gas des Oxidationsmittels. Der Brennstoffzellenstapel 200B wird mit Brennstoff Strömungskanälen 5x bereitgestellt, die das Brenngas auf die Strömungskanäle 6f für den Brennstoff in den entsprechenden Separatoren 5f für den Brennstoff verteilen und mit Oxidationsgas-Strömungskanälen 6x, die Luft auf die Strömungskanäle 60 in den entsprechenden Separatoren 50 verteilen. Ein Katalysator (z. B. Platin-Ruthenium oder Platin) liegt in den katalytischen Schichten 3f für den Brennstoff vor. Ein weiterer Katalysator (z. B. Platin) liegt in den katalytischen Schichten 30 für das Oxidationsmittel vor.
In dem Schritt des Beladens mit dem Katalysator wird den Strömungskanälen 6f für den Brennstoff in den Separatoren 5f für den Brennstoff nicht nur Wasserstoffgas zugeführt, sondern ebenso wird den Strömungskanälen 60 in den Separatoren 50 für das Oxidationsgas Luft zugeführt. Das Wasserstoffgas erreicht die katalytischen Schichten 3f für den Brennstoff über die Strömungskanäle 6f in den Separatoren 5f für den Brennstoff und über die Gasdiffusionsschichten 4f für den Brennstoff. Das Wasserstoffgas, welches die katalytischen Schichten 3f für den Brennstoff erreicht hat, wird zu Protonen (H⁺) und Elektronen (e^–) durch die Oxidationsreaktion mittels des Katalysators (z. B. Platin-Ruthenium oder Platin) an den katalytischen Schichten 3f für den Brennstoff abgebaut. Die Elektronen (e^–) wandern über elektrisch leitfähige Wege zu den Elektroden des Oxidationsmittels, dann wird die Reduktionsreaktion an den katalytischen Schichten 30 für das Oxidationsmittel durchgeführt und dadurch wird Wasser erzeugt. Es ist zu beachten, dass in 4 „100” eine Endplatte bezeichnet, „101” ein Rohrleitungssystem bezeichnet, „102” Kühlwasserkanäle, um Kühlwasser zum Kühlen des Brennstoffzellenstapel 200 fließen zu lassen, bezeichnet, „103” wärmeisolierende Materialien bezeichnet, „104” Spannungsplatten bezeichnet, „105” Endanschlüsse bezeichnet und „106” Abdichtelemente zwischen den Separatoren 50 und 5f bezeichnet. Das Rohrleitungssystem 101 ist mit einer Einlassöffnung 5cx, zum Einlassen eines gasförmigen Brennstoffs in den Brenngaskanal 5x, bereitgestellt und einer Einlassöffnung 6cx, zum Einlassen eines Gasstroms eines Oxidationsmittels (z. B. im Allgemeinen Luft) in den Oxidationsmittelkanal 6x.
In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Beispiel wird den Strömungskanälen 6f für den Brennstoff in den Separatoren 5f Wasserstoffgas zugeführt, und Luft, die als flüssiges Oxidationsmittel dient (z. B. relative Feuchtigkeit: 100% RH), wird den Strömungskanälen 60 für das Oxidationsmittel in den Separatoren 50 zugeführt, wodurch der Stromerzeugungsbetrieb für eine vorher bestimmte Zeit (z. B. 30 Minuten) durchgeführt wird. Die elektrische Stromdichte wird auf 0,3 bis 0,7 Ampere/cm² festgelegt. An den katalytischen Schichten 30 für das Oxidationsmittel in den Membran-Elektroden-Anordnungen 1 wird Wasser durch die Stromerzeugungsreaktion erzeugt. Daher wird der Feuchtigkeitsgehalt in den katalytischen Schichten 30 durch den Stromerzeugungsbetrieb erhöht und entsprechend wird die Gefrierfähigkeit der katalytischen Schichten 30 erhöht. Da das Wasser in den katalytischen Schichten 30 durch die Elektrolytmembranen 2 durchtritt, um an den katalytischen Schichten 3f für den Brennstoff anzukommen, wird der Feuchtigkeitsgehalt in den katalytischen Schichten 3f erhöht., Um zu bewirken, das Wasser unten in den katalytischen Schichten 30 und den katalytischen Schichten 3f vorliegt, ist es hier bevorzugt, dass bewirkt wird, dass das durch den Stromerzeugungsbetrieb erzeugte Wasser vorliegt, als die Membran-Elektroden-Anordnungen 1 in Wasser einzutauchen.
Nachdem der Stromerzeugungsbetrieb beendet wurde, wird der Schritt des Einfrierens durchgeführt. In dem Schritt des Einfrierens wird der Stapel 200B, von dem die Verdrahtung entfernt wurde, bei einer solch tiefen Temperatur wie 20°C unter Null für eine vorher bestimmte Zeit (z. B. 90 Minuten) belassen. Nachfolgend wird der Schritt des Auftauens durchgeführt. In dem Schritt des Auftauens wird der Stapel 200B zurück zu Raumtemperatur gebracht und wird dann hierbei für eine vorherbestimmte Zeit (z. B. 10 bis 60 Minuten) belassen. Der vorher genannte Schritt des Einfrierens und der Schritt des Auftauens bilden den Demontagezyklus. Ein solcher Demontagezyklus wird noch zweimal durchgeführt. Insbesondere wird der Demontagezyklus insgesamt dreimal (d. h. eine Vielzahl von Zeiten) durchgeführt. Schließlich wird der Stapel 200B zurück zu Raumtemperatur gebracht und dann wird der Stapel 200B durch Entfernen der Separatoren 50, 5f und der Membran-Elektroden-Anordnungen 1 abgebaut. Mittels einer solchen Wiederholung des Schritts des Einfrierens und des Schritts des Auftauens verläuft die strukturelle Zerstörung der katalytischen Schichten 30, 3f an den in dem Stapel 200B aufgenommenen Membran-Elektroden-Anordnungen 1. Daher verbessert sich die Eigenschaft des Ablösens der Gasdiffusionsschicht 4 von der Elektrolytmembran 2. Es ist zu beachten, dass es bevorzugt ist, dass in der Elektrolytmembran 2 enthaltenes Wasser nicht einzufrieren, alternativ ist es bevorzugt, den in der Elektrolytmembran 2 enthaltenen Gefrieranteil des Wassers geringer zu gestalten als den Gefrieranteil des Wassers in der katalytischen Schicht 3 (oder den katalytischen Schichten 30 und den katalytischen Schichten 3f).
(Weiteres)
Obwohl der Schritt des Rückhaltens, in dem die katalytische Schicht 3 der den Stapel bildenden Membran-Elektroden-Anordnungen 1 imprägniert wird, vor dem Schritt des Einfrierens mit Wasser, das als die beanspruchte Flüssigkeit dient, imprägniert wird, kann der Schritt des Rückhaltens, wenn erforderlich, durchgeführt werden. Abhängig von den Umständen ist es ebenso zulässig, den Schritt des Rückhaltens wegzulassen. In den vorher genannten entsprechenden Beispielen ist es bevorzugt das in der Elektrolytmembran 2 enthaltene Wasser nicht einzufrieren, alternativ ist es bevorzugt, den Gefrieranteil des in der Elektrolytmembran 2 enthaltenen Wassers geringer zu halten als den Gefrieranteil des in der katalytischen Schicht 3 enthaltenen Wassers (oder der katalytischen Schicht 30 und der katalytischen Schicht 3f). Es ist jedoch ebenso zulässig, den Gefrieranteil des in der Elektrolytmembran 2 enthaltenen Wassers, wenn erforderlich, zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben erwähnten und in den Figuren dargestellten Beispiele beschränkt, sondern ist ausführbar während entsprechende Veränderungen innerhalb von Bereichen vorgenommen werden, die nicht vom Sinn oder Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abweichen. Die spezifischen Strukturen und Funktionen, mit denen eines der Beispiele bereitgestellt wird, sind auf die anderen Beispiele ebenso anwendbar. Daher ist es möglich, eine Vielzahl von Beispielen teilweise zu kombinieren oder es ist ebenso möglich, die charakteristischen Elemente eines Beispiels mit den charakteristischen Elementen eines weiteren der Beispiele zu ersetzen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung selbst kann beim Demontieren von Brennstoffzellen für stationäre Brennstoffzellen, für ein Fahrzeug, für eine elektrische Ausstattung und für eine elektronische Ausstattung von Nutzen sein und zum Beispiel für die Demontage von Membran-Elektroden-Anordnungen.
Zusammenfassung
Demontageverfahren für eine Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle und Demontageverfahren für eine Brennstoffzelle
Ein Demontageverfahren für eine Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle und ein Demontageverfahren für eine Brennstoffzelle werden bereitgestellt, Demontageverfahren, die vorteilhaft für die Rückgewinnung von in katalytischen Schichten enthaltenen Katalysatoren sind, bei denen die strukturelle Zerstörung der katalytischen Schichten durch Ausdehnen eines volumetrisch ausdehnbaren Materials innerhalb der katalytischen Schichten voranschreitet. In einem solchen Zustand, in dem die katalytische Schicht ein volumetrisch ausdehnbares Material enthält, das im Stande ist sich volumetrisch auszudehnen, wird das volumetrisch ausdehnbare Material, welches in der katalytischen Schicht enthalten ist, durch eine Ausdehnungs-Behandlung ausgedehnt. Danach wird die Ausdehnung des volumetrischen Materials, das einer volumetrischen Ausdehnung in der katalytischen Schicht unterlag, beendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2006-278070 [0003]
- JP 2005-289001 [0003]

Claims

Demontageverfahren für eine Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle, wobei das Demontageverfahren zum Demontieren einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle dient, in der eine einen Katalysator umfassende katalytische Schicht und eine Elektrolytmembran laminiert sind, und das Verfahren folgendes umfasst: einen Ausdehnungsschritt, in dem ein volumetrisch ausdehnbares Material, das im Stande ist sich volumetrisch auszudehnen, volumetrisch ausgedehnt wird, in einem solchen Zustand, dass die katalytische Schicht das volumetrisch ausdehnbare Material einschließt; und einen Schritt des Beendens der Ausdehnung, in dem die volumetrische Ausdehnung des volumetrisch ausdehnbaren Materials, das der volumetrischen Ausdehnung in der katalytischen Schicht unterlag, beendet oder verringert wird.
Demontageverfahren für eine Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei das volumetrisch ausdehnbare Material eine Flüssigkeit ist, die im Stande ist, einzufrieren; der Ausdehnungsschritt ein Schritt des Einfrierens ist, in dem die Flüssigkeit, die in der katalytischen Schicht enthalten ist, eingefroren wird, in einem solchen Zustand, dass die katalytische Schicht die Flüssigkeit einschließt, die in einem nicht gefrorenen Zustand vorliegt; der Schritt des Beendens der Ausdehnung ein Schritt des Auftauens ist, in dem das Auftauen der Flüssigkeit, die in der katalytischen Schicht gefroren wurde, voranschreitet.
Demontageverfahren für eine Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 2, wobei in dem Schritt des Einfrierens der Gefrieranteil der Flüssigkeit in der Elektrolytmembran geringer gehalten wird, als der Gefrieranteil der Flüssigkeit in der katalytischen Schicht, obwohl in dem Schritt des Einfrierens die in der katalytischen Schicht enthaltene Flüssigkeit eingefroren wird.
Demontageverfahren für eine Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Rückhalteschritt durchgeführt wird, in dem das volumetrisch ausdehnbare Material in der katalytischen Schicht der Membran-Elektroden-Anordnung durch Imprägnieren der katalytischen Schicht mit dem volumetrisch ausdehnbaren Material vor dem Schritt der Ausdehnung zurückgehalten wird.
Demontageverfahren für eine Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 4, wobei der Rückhalteschritt durch die Erzeugung von Elektrizität in der Membran-Elektroden-Anordnung durch geführt wird, indem der Membran-Elektroden-Anordnung ein flüssiger Brennstoff und ein flüssiges Oxidationsmittel zugeführt werden.
Demontageverfahren für eine Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Membran-Elektroden-Anordnung, eine Struktur aufweist, in der eine Elektrolytmembran, eine katalytische Schicht und eine Reaktionsflüssigkeits-Diffusionsschicht in dieser Reihenfolge laminiert sind, oder eine Struktur, in der eine Elektrolytmembran und eine katalytische Schicht laminiert sind.
Demontageverfahren für eine Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 6, wobei ein Trennschritt durchgeführt wird, in dem die Reaktionsflüssigkeits-Diffusionsschicht und die Elektrolytmembran voneinander nach dem Schritt des Beendens der Ausdehnung getrennt werden.
Demontageverfahren für eine Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Rückgewinnungsschritt durchgeführt wird, in dem der in der katalytischen Schicht eingeschlossene Katalysator nach dem Schritt des Beendens der Ausdehnung rückgewonnen wird.
Demontageverfahren für eine Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Elektrolyt nach dem Schritt des Beendens der Ausdehnung wiederverwendet wird.
Demontageverfahren für eine Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das volumetrisch ausdehnbare Material Wasser ist; sich der Feuchtigkeitsgehalt in der Elektrolytmembran der Membran-Elektroden-Anordnung verringert wenn sich die Temperatur verringert; und sich das Wasser, das aus der Elektrolytmembran der Membran-Elektroden-Anordnung ausgetragen wird wenn sich die Temperatur verringert, zu der Grenzfläche zwischen der Elektrolytmembran und der katalytischen Schicht bewegt und dann an der Grenzfläche einfriert.
Demontageverfahren für eine Brennstoffzelle, wobei das Demontageverfahren für eine Brennstoffzelle ist, die mit folgendem ausgestattet ist: einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle, in der eine Elektrolytmembran, eine einen Katalysator umfassende katalytische Schicht und eine Reaktionsflüssigkeits-Diffusionsschicht in dieser Reihenfolge laminiert sind; und einem Separator, der auf die Membran-Elektroden-Anordnung in der Dickenrichtung derselben laminiert ist; und das Verfahren umfasst: einen Ausdehnungsschritt, in dem ein volumetrisch ausdehnbaren Material, welches im Stande ist sich volumetrisch auszudehnen, volumetrisch ausgedehnt wird, in einem solchen Zustand, dass die katalytische Schicht das volumetrisch ausdehnbare Material einschließt; und einen Schritt des Beendens der Ausdehnung, in dem die volumetrische Ausdehnung des volumetrisch ausdehnbaren Materials, das einer volumetrischen Ausdehnung in der katalytischen Schicht unterlag, beendet oder verringert wird.
Demontageverfahren für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 11, wobei das volumetrisch ausdehnbare Material eine Flüssigkeit ist, die im Stande ist sich durch Einfrieren volumetrisch auszudehnen; der Ausdehnungsschritt ein Schritt des Einfrierens ist, in dem die Flüssigkeit, die in der katalytischen Schicht enthalten ist eingefroren wird, in einem solchen Zustand, dass die katalytische Schicht die Flüssigkeit einschließt, die in einem nicht gefrorenen Zustand vorliegt; der Schritt des Beendens der Ausdehnung ein Schritt des Auftauens ist, in dem das Auftauen der Flüssigkeit, die in der katalytischen Schicht gefroren wurde, voranschreitet.