DE112015000657T5

DE112015000657T5 - Gasdiffusionssubstrat

Info

Publication number: DE112015000657T5
Application number: DE112015000657.5T
Authority: DE
Inventors: James Matthew CASH; Michael Jeschke; Victoria Jane WRIGHT; Jonathan David Brereton Sharman
Original assignee: Technical Fibre Products Ltd; Johnson Matthey Fuel Cells Ltd
Current assignee: Technical Fibre Products Ltd
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2016-12-01
Also published as: JP2017509111A; WO2015118323A1; US10424795B2; JP6717748B2; US20160351919A1; GB201401952D0

Abstract

Beschrieben ist ein poröses Gasdiffusionssubstrat, umfassend: a) ein poröses Vliesgewebe, das Kohlenstofffasern umfasst; und b) einen kohlenstoffhaltigen Rückstand; wobei der kohlenstoffhaltige Rückstand in das poröse Vliesgewebe eingebettet ist; c) ein fluoriertes Polymer; und d) inerte Partikel, wobei zumindest einige der Kohlenstofffasern des porösen Vliesgewebes eine Beschichtung aufweisen, die das fluorierte Polymer und inerte Partikel umfasst.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasdiffusionssubstrat, insbesondere ein Gasdiffusionssubstrat zur Verwendung in einer Brennstoffzelle, wie einer Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung solcher Gasdiffusionssubstrate.
Hintergrund der Erfindung
Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Zelle, die zwei durch einen Elektrolyten getrennte Elektroden umfasst. Ein Brennstoff, z. B. Wasserstoff, ein Alkohol, wie Methanol oder Ethanol, oder Ameisensäure, wird der Anode zugeführt und ein Oxidans, z. B. Sauerstoff oder Luft, wird der Kathode zugeführt. Elektrochemische Reaktionen finden an den Elektroden statt, und die chemische Energie des Brennstoffs und des Oxidans wird in elektrische Energie und Wärme umgewandelt. Elektrokatalysatoren werden verwendet, um die elektrochemische Oxidation des Brennstoffs an der Anode und die elektrochemische Reduktion von Sauerstoff an der Kathode zu fördern.
Brennstoffzellen werden üblicherweise entsprechend der Natur des verwendeten Elektrolyten in Klassen eingeordnet. Häufig ist der Elektrolyt eine feste Polymermembran, wobei die Membran elektrisch nichtleitend, aber ionisch leitend ist. Bei der mit Wasserstoff oder Alkohol betriebenen Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC) ist die Membran protonenleitend, und die Protonen, die an der Anode gebildet werden, werden durch die Membran hindurch zu der Kathode transportiert, wo sie sich mit Sauerstoff unter Bildung von Wasser verbinden.
Die Hauptkomponente der PEMFC ist die Membran-Elektroden-Anordnung (MEA), die im Wesentlichen aus fünf Schichten zusammengesetzt ist. Die in der Mitte gelegene Schicht ist die Polymerionen-leitende Membran. An jeder Seite der Ionen-leitenden Membran befindet sich eine Elektrokatalysatorschicht, die einen für die spezifische elektrolytische Reaktion ausgestalteten Elektrokatalysator enthält. Angrenzend an jede Elektrokatalysatorschicht ist zum Schluss eine Gasdiffusionsschicht vorhanden. Die Gasdiffusionsschicht muss es den Reaktanten ermöglichen, die Elektrokatalysatorschicht zu erreichen, und muss den elektrischen Strom leiten, der durch die elektrochemischen Reaktionen erzeugt wird. Daher muss die Gasdiffusionsschicht porös und elektrisch leitend sein.
Elektrokatalysatoren für die Oxidation des Brennstoffs und die Reduktion von Sauerstoff basieren typischerweise auf Platin oder auf Platin, das mit einem oder mehreren weiteren Metallen legiert ist. Die Platin- oder Platinlegierungskatalysatoren können in Form von nicht geträgerten Nanopartikeln (wie Metallschwarz oder anderen nicht geträgerten teilchenförmigen Metallpulvern) vorliegen oder können in Form von Teilchen mit noch höherer Oberfläche auf einem leitenden Kohlenstoffsubstrat oder einem anderen leitenden Material (ein geträgerter Katalysator) abgelagert sein.
Herkömmlicherweise kann die MEA mittels einer Reihe von nachfolgend erläuterten Verfahren konstruiert werden:

(i) Die Elektrokatalysatorschicht kann auf die Gasdiffusionsschicht zur Bildung einer Gasdiffusionselektrode appliziert werden. Eine Gasdiffusionselektrode wird auf jede Seite einer Ionen-leitenden Membran platziert und laminiert, um die fünf Schichten aufweisende MEA zu bilden;
(ii) Die Elektrokatalysatorschicht kann auf beide Seiten einer Ionen-leitenden Membran appliziert werden, um eine mit Katalysator beschichtete Ionen-leitende Membran zu bilden. Nachfolgend wird eine Gasdiffusionsschicht auf jede Seite der mit Katalysator beschichteten Ionen-leitenden Membran appliziert.
(iii) Eine MEA kann aus einer auf einer Seite mit einer Elektrokatalysatorschicht beschichteten Ionen-leitenden Membran, einer an diese Elektrokatalysatorschicht angrenzenden Gasdiffusionsschicht und einer Gasdiffusionselektrode auf der anderen Seite der Ionen-leitenden Membran gebildet werden.

Typischerweise sind Dutzende oder Hunderte von MEAs erforderlich, um genug Strom für die meisten Anwendungen zu liefern, daher werden mehrfache MEAs angeordnet, um ein Brennstoffzellen-Stack (Stapel) herzustellen. Feldströmungsplatten werden zur Trennung der MEAs verwendet. Die Platten üben mehrere Funktionen aus: Zuführen der Reaktanten zu den MEAs, Entfernen der Produkte, Bereitstellen elektrischer Verbindungen und Bereitstellen eines physikalischen Trägers.
Typischerweise sind die Gasdiffusionsschichten aus auf Kohlenstofffaser basierenden Gasdiffusionssubstraten gebildet, die eine Schicht von teilchenförmigem Material (eine mikroporöse oder Basisschicht), wie Kohleschwarz und Polytetrafluorethylen (PTFE), auf einer Seite des Gasdiffusionssubstrats aufweisen, so dass die mikroporöse Schicht, wenn sie zu einer MEA ausgebildet wird, mit der Elektrokatalysatorschicht in Berührung gelangt.
Es ist ein wesentliches Erfordernis eines Gasdiffusionssubstrats, dass es porös, elektrisch leitend und mechanisch stabil ist. Die derzeit weitestgehend vermarkteten Gasdiffusionssubstrate werden aus carbonisierten Polyacrylnitril(PAN)-Fasern unter Verwendung eines Feucht- oder Trocken-Verfahrens zur Bildung eines Vliesgewebes von Kohlenstofffasern hergestellt. Das Vliesgewebe wird allgemein mit einem organischen Harzbindemittelmaterial (z. B. einem phenolischen Harz) imprägniert, das nachfolgend bei einer Hitzebehandlung auf eine hohe Temperatur oberhalb von 2000°C carbonisiert/graphitisiert wird. Die bei Verwendung dieses Hochtemperaturverfahrens hergestellten Gasdiffusionssubstrate besitzen die erforderliche Leitfähigkeit, Stabilität und mechanische Festigkeit, jedoch ist das Verfahren extrem energieintensiv und trägt wesentlich zu den Kosten dieser Substrate bei.
Es wurden Gasdiffusionssubstrate, die den oben beschriebenen ähnlich sind, jedoch unter Verwendung eines mittlere Temperatur (etwa 1500°C bis 2000°C) für die Carbonisierung des organischen Bindemittelmaterials verwendenden Verfahrens hergestellt; das Verfahren zur Herstellung solcher Substrate ist weniger energieintensiv als das höhere Temperatur verwendende Verfahren und daher sind die Kosten der Substrate geringer. Des Weiteren sind solche Substrate weniger steif und können in Form von Rollenware hergestellt werden.
Ferner wurden Gasdiffusionssubstrate vorgeschlagen, die nicht eine Hochtemperaturcarbonisierungs- oder -graphitisierungsstufe erfordern, bei denen eine Dispersion eines hydrophoben Polymers und von Rußschwarz- oder Graphitpartikeln in ein Kohlenstofffaser-Vliesgeflecht eingebaut ist. Obwohl diese Substrate eine mit niedrigeren Kosten verbundene Option sind, kann die Leitfähigkeit derartiger Substrate für manche Anwendungen nicht ausreichend sein.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Problem bei Substraten, die unter Verwendung eines mittlere Temperatur verwendenden Verfahrens hergestellt werden, besteht darin, dass die Korrosionsbeständigkeit solcher Substrate geringer ist als die Korrosionsbeständigkeit von Substraten, die unter Verwendung des Hochtemperaturverfahrens hergestellt werden.
Die vorliegenden Erfinder stellten überraschenderweise fest, dass die Bereitstellung einer Beschichtung eines Polymers und von inerten Partikeln auf die einzelnen Fasern in dem Kohlenstofffaservliesgeflecht eines bei mittlerer Temperatur (hergestellten) Substrats die Herstellung eines Gasdiffusionssubstrats ermöglicht, das eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit aufweist und dennoch biegbar (nicht starr) ist, was die Herstellung eines Produkts in Form von Rollenware ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung liefert ein poröses Gasdiffusionssubstrat, das folgende Bestandteile umfasst:

(a) ein poröses Vliesgewebe, das Kohlenstofffasern umfasst; und
(b) einen kohlenstoffhaltigen Rückstand, wobei der kohlenstoffhaltige Rückstand in das poröse Vliesgewebe eingebettet ist;
(c) ein fluoriertes Polymer; und
(d) inerte Partikel,

Die Erfindung liefert des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung des porösen Gasdiffusionssubstrats der Erfindung, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfasst:

(i) Bereitstellen eines porösen Vliesgewebes, das Kohlenstofffasern umfasst;
(ii) Bereitstellen einer Dispersion, die ein carbonisierbares Harz umfasst;
(iii) Imprägnieren des porösen Vliesgewebes mit der in Stufe (ii) hergestellten Dispersion;
(iv) Durchführen einer Härtungsstufe zum Härten des carbonisierbaren Harzes bei einer Temperatur von 100°C bis 300°C;
(v) Durchführen einer Wärmebehandlungsstufe zum Carbonisieren/Graphitisieren des carbonisierbaren Harzes bei einer Temperatur von 900°C bis 3000°C zur Bereitstellung eines Gasdiffusionssubstratvorläufers;
(vi) Bereitstellen einer Wasser, fluoriertes Polymer und inerte Partikel umfassenden Dispersion;
(vii) Behandeln des Gasdiffusionssubstratvorläufers mit der in Stufe (vi) hergestellten Dispersion;
(viii) Trocknen; und
(ix) Erwärmen auf eine Temperatur von bis zu 400°C zur Bereitstellung des Gasdiffusionssubstrats.

Die Erfindung liefert ferner: Die Verwendung des porösen Gasdiffusionssubstrats in einer elektrochemischen Zelle, beispielsweise einer Brennstoffzelle; eine Gasdiffusionsschicht, die ein erfindungsgemäßes Gasdiffusionssubstrat umfasst; eine Elektrode, die ein erfindungsgemäßes Gasdiffusionssubstrat umfasst und eine Membran-Elektroden-Anordnung, die ein erfindungsgemäßes Gasdiffusionssubstrat umfasst.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Querschnitt entlang eines Teils einer Länge einer beschichteten Kohlenstofffaser des Gasdiffusionssubstrats der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Abtastelektronenmikrografie(REM)-Bild eines erfindungsgemäßen Beispiels.
3 ist ein REM-Bild eines Vergleichsbeispiels.
4 ist eine grafische Darstellung, die die Korrosionsstromdichte eines erfindungsgemäßen Beispiels und zweier Vergleichsbeispiele zeigt.
5 ist eine grafische Darstellung, die den Ethanol-Kontaktwinkel eines erfindungsgemäßen Beispieles und zweiter Vergleichsbeispiele zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die bevorzugten und/oder optionalen Merkmale der Erfindung werden nun erörtert. Ein beliebiger Aspekt der Erfindung kann mit einem beliebigen anderen Aspekt der Erfindung kombiniert werden, wenn es der Zusammenhang nicht anders fordert. Beliebige der bevorzugten oder optionalen Merkmale eines beliebigen Aspekts können einzeln oder in Kombination mit einem beliebigen Aspekt der Erfindung kombiniert werden, wenn der Zusammenhang nichts anderes erfordert.
Das poröse Gasdiffusionssubstrat der Erfindung umfasst: ein Kohlenstofffasern umfassendes poröses Vliesgewebe und einen kohlenstoffhaltigen Rückstand. Zumindest einige der Kohlenstofffasern weisen eine ein fluoriertes Polymer und inerte Partikel umfassende Beschichtung auf.
Poröses Vliesgewebe
Das poröse Vliesgewebe umfasst Kohlenstofffasern, die zu einer porösen Struktur ausgebildet sind. Die Kohlenstofffasern können mit einem polymeren Bindemittel oder einem thermisch abbaubaren Bindemittel verbunden sein, das aus dem Vliesfasergewebe während der Herstellung des Substrats entfernt wird und daher im Endprodukt nicht vorhanden ist.
Das poröse Vliesgewebe (einschließlich beliebiger polymerer Bindemittel oder thermisch abbaubarer Bindemittel) besitzt ein Gewicht (Grammatur) von 20 bis 250 gsm (g/m²), geeigneterweise von 50 bis 200 gsm und am bevorzugtesten von 60 bis 120 gsm.
Die zur Bildung des porösen Vliesgewebes verwendeten Kohlenstofffasern umfassen solche, die von Polyacrylnitril(PAN)-Fasern (wie SIGRAFIL^® C-Qualitäten von SGL Group, Panex-Qualitäten (z. B. Panex 35) vom Zoltek), Pechfasern (wie Dialead^TM von Mitsubishi Plastics Inc., Thornel^® kontinuierliche Kohlenstofffasern auf Pechbasis und Thermalgraph^®-Fasern, beides von Cytec Industries Inc.), Rayonfasern oder Fasern, die von einem beliebigen anderen Polymervorläufer abgeleitet sind, aktivierten Kohlenstofffasern (wie KOTHmex ACF von Taiwan Carbon Technology Co. Ltd und ACF 1603-15 und 1603-20 von Kynol Europa GmbH), Kohlenstoffnanofasern, auf Pech basierenden Schaumfasern oder einem Gemisch von einem oder mehreren hiervon abgeleitet sind. Geeigneterweise umfasst das Kohlenstofffaservliesgewebe Kohlenstofffasern oder Kohlenstoffnanofasern (Fasern mit einem Durchmesser von weniger als 1000 nm) oder Gemische hiervon. Geeigneterweise sind die Kohlenstofffasern PAN-Fasern oder auf Pech basierende Fasern, geeigneter PAN-Fasern.
Die Kohlenstofffasern weisen geeigneterweise einen mittleren Faserdurchmesser in dem Bereich von 0,1 bis 20 μm, geeigneterweise in dem Bereich von 3 bis 15 μm, geeigneterweise in dem Bereich von 5 bis 10 μm und vorzugsweise in dem Bereich von 5 bis 8 μm auf.
Die Kohlenstofffasern besitzen geeigneterweise eine Faserlänge von 3 bis 25 mm, geeigneterweise 6 bis 18 mm und vorzugsweise von 9 bis 15 mm.
Die individuellen Kohlenstofffasern können beschafft werden und ein Vliesgewebe kann mittels einer Technik, die Fachleuten auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt ist, hergestellt werden. Solche Techniken umfassen Verfahren, wie Herstellungsverfahren für nassgelegtes Papier, Hydro-Verhakung oder Trockenablageverfahren. Vor der Imprägnierung mit dem carbonisierbaren Harzbindemittel werden die Kohlenstofffasern mittels eines polymeren Bindemittels oder eines anderen thermisch abbaubaren Bindemittels zusammengehalten. Beispiele für geeignete Bindemittel umfassen: Polyvinylalkohol(PVA)-Fasern, wie Mewlon SML von Unitika Kasei Ltd. und Fibribond VPB107-1 von Kuraray Co. Ltd.; wässrige Polyesterdispersionen, wie WD-30 wasserdispergierbares Polymer (30% Feststoffe) von Eastman Chemical Company; oder ein Styrol/Acryl-System auf Wasserbasis, wie Acronal S605, 500D oder 205D von BASF. Das polymere Bindemittel wird aus dem Faservliesgewebe während der Herstellung des Substrats entfernt und ist daher im Endprodukt nicht vorhanden.
Alternativ kann das Vliesgewebe in Form einer vorgeformten Matte erhalten werden, die Kohlenstofffasern (die mit einem polymeren Bindemittel oder einem thermisch abbaubaren Bindemittel gebunden sind) umfasst. Beispiele für solche vorgeformten Matten umfassen den Optimat^®-Produktbereich von Technical Fibre Products Ltd oder den AFN^®(Advanced Fiber Nonwovens)-Produktbereich von Hollingsworth und Vose.
Kohlenstoffhaltiger Rückstand
Der kohlenstoffhaltige Rückstand ist der Rest eines carbonisierbaren Harzes nach Wärmebehandlung. Das carbonisierbare Harz ist beispielsweise ein phenolisches Harzbindemittel eines Harzes auf Pechbasis oder ein anderes mit hoher Ausbeute carbonisierbares Harz, wie Polyimid. Beispiele für solche Harze, die unter Zurücklassen eines kohlenstoffhaltigen Rückstands mit Wärme behandelt werden können, umfassen: SC-1008 von Borden Chemical Inc., phenolische, Novolac- und Resolharze von Dowell Trading Co. Ltd. und Durez von Sumitomo Bakelite Co. Ltd. In dem fertiggestellten Gasdiffusionssubstrat ist das carbonisierbare Harz carbonisiert worden und das Substrat umfasst daher einen kohlenstoffhaltigen Rückstand des carbonisierbaren Harzes.
Das carbonisierbare Harz wird in einem gewichtsprozentualen Anteil von 10 bis 80 Gew.-%, geeigneterweise 30 bis 80 Gew.-% und vorzugsweise 40 bis 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des porösen Vliesgewebes (einschließlich eines beliebigen vorhandenen polymeren Bindemittels oder thermisch abbaubaren Bindemittels) und des carbonisierbaren Harzes.
Fluoriertes Polymer
Das fluorierte Polymer ist geeigneterweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus: fluoriertem Ethylenpropylen (FEP), Polyvinylfluorid (PVF), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Perfluoralkoxypolymer (PFA), Polyethylentetrafluorethylen (ETFE), Polyethylenchlortrifluorethylen (ECTFE), perfluoriertem Elastomer [Perfluoroelastomer] (FFPM/FFKM), Fluorcarbon [Chlortrifluorethylenvinylidenfluorid] (FPM/FKM), Perfluorpolyether (PFPE), Perfluorsulfonsäure (PFSA) und Perfluorpolyoxethan besteht. Die fluorierten Polymere sind allgemein in Form von Dispersionen, typischerweise wässrigen Dispersionen, erhältlich und umfassen häufig des Weiteren ein grenzflächenaktives Mittel. Beispiele für geeignet fluorierte Polymere umfassen den Dyneon^TM-Bereich (wie Dyneon^TM THV, Dyneon^TM FEP, Dyneon^TM PFA) von 3M und den Fluon^®-PTFE-Bereich (wie AD208E) von AGC Chemicals Europe, Ltd.
Inerte Partikel
Beliebige inerte Partikel, die nicht mit einer beliebigen elektrochemischen Reaktion wechselwirken, die stattfindet, wenn das Gasdiffusionssubstrat in einer beliebigen elektrochemischen Zelle verwendet wird, können verwendet werden.
Beispiele für geeignete Partikel umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein: teilchenförmigen Graphit, teilchenförmigen Kohlenstoff (z. B. Kohleschwarz), Metalloxid, feuerfestes Oxid, Metallcarbid. Teilchenförmiger Graphit oder teilchenförmiger Kohlenstoff ist besonders geeignet.
Die inerten Partikel können in Form von separaten einzelnen Partikeln oder als Aggregate von kleineren Partikeln, die zusammengeschmolzen sind, vorliegen. Die inerten Partikel weisen geeigneterweise eine größte Abmessung von 0,1 bis 20 μm, geeigneterweise von 0,1 bis 10 μm und vorzugsweise von 0,1 bis 5 μm auf. Für im Wesentlichen runde Partikel entspricht die größte Abmessung dem Durchmesser.
Beschichtung
Das fluorierte Polymer und die inerten Partikel bilden eine Beschichtung auf zumindest einigen der Kohlenstofffasern in dem porösen Faservliesgewebe.
Geeigneterweise weisen mindestens 50%, geeigneter mindestens 75%, nach geeigneter mindestens 90% und vorzugweise mindestens 95% der Kohlenstofffasern eine Beschichtung auf, die das fluorierte Polymer und inerte Partikel umfasst.
Die Beschichtung auf den beschichteten Kohlenstofffasern kann vollständig sein (d. h., die gesamte Faser ist mit der Beschichtung beschichtet). Alternativ kann die Beschichtung unvollständig sein (d. h. es gibt Bereiche/Teilstücke der Kohlenstofffasern, welche nicht beschichtet sind).
Geeigneterweise ist das fluorierte Polymer in einer Konzentration von 1 bis 20 Gew.-%, geeigneterweise 5 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 7,5 bis 12,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des porösen Gasdiffusionssubstratvorläufers vor der Zugabe der Beschichtung (jedoch nach einer Carbonisierung des carbonisierbaren Harzes) vorhanden.
Geeigneterweise sind die inerten Partikel in einer Konzentration von 0,1 bis 10 Gew.-%, geeigneterweise 0,1 bis 7,5 Gew.-% und vorzugsweise 0,1 bis 2 Gew.-% des Gewichts des fluorierten Polymers vorhanden.
Geeigneterweise sind einige der inerten Partikel nicht vollständig durch das fluorierte Polymer bedeckt, sondern ragen entweder aus der Oberfläche des fluorierten Polymers heraus oder verursachen, da sie teilweise eingebettet sind, dass die Oberfläche des fluorierten Polymers wellenförmig ist, wobei eine ”raue” Textur erhalten wird.
1 ist ein Querschnitt (nicht maßstabsgetreu) entlang eines Teils der Länge einer beschichteten Kohlenstofffaser des Gasdiffusionssubstrats der vorliegenden Erfindung. Eine Kohlenstofffaser (1) besitzt eine Beschichtung aus fluoriertem Polymer (2) auf ihrer Oberfläche. Obwohl die Beschichtung des fluorierten Polymers (2) als kontinuierlich auf einer Seite der Kohlenstofffaser (1) dargestellt ist, fällt eine Kohlenstofffaser (1), die vollständig bedeckt ist oder bei der die Beschichtung unvollständig ist, unter den Umfang der Erfindung. Inerte Partikel (3) sind in die Beschichtung aus fluoriertem Polymer (2) auf der Kohlenstofffaser (1) eingebettet oder teilweise eingebettet. Obwohl die inerten Partikel (3) so dargestellt sind, als ob sie im Wesentlichen regelmäßig in der fluorierten Polymerbeschichtung (2) entlang der Kohlenstofffaser (1) beabstandet sind, ist es dem sachkundigen Fachmann klar, dass die Verteilung der inerten Partikel im Wesentlichen zufällig ist und dass es Bereiche der fluorierten Polymerbeschichtung (2) geben kann, in denen die Dichte der inerten Partikel höher ist als in anderen Bereichen.
Elektrisch leitende kohlenstoffhaltige Partikel
Das Gasdiffusionssubstrat kann optional elektrisch leitende kohlenstoffhaltige Partikel umfassen, die in dem porösen Vliesgewebe mit dem kohlenstoffhaltigen Rückstand eingebettet sind. Die elektrisch leitenden kohlenstoffhaltigen Partikel umfassen: (i) Ruße (z. B. Vulcan XC72R von Cabot), (ii) Graphit (entweder synthetisch oder natürlich) (z. B. wie er aus einer Dispersion aus dem Timrex^®-Bereich von Imerys Graphite and Carbon oder dem Aquadag^®-Bereich, der von Henkel Corporation verfügbar ist, erhalten würde), (iii) ein Gemisch von Ruß bzw. Kohleschwarz und Graphit (z. B. wie er aus einer Dispersion von dem Timrex^®-Bereich von Imerys Graphit and Carbon erhalten würde); (iv) Nanofasern und Nanoröhrchen (z. B. Pyrograf III^® Carbon Fiber von Pyrograf Products Inc. oder VGCF-H von Showa Denko K. K.) oder ein Gemisch hiervon, (v) Nanographenplättchen (die manchmal als Graphen-Nanoplättchen bezeichnet werden), wie die N002-, N006- und N008-Reihen von Angstrom Materials, Inc., xGnP^® von XG-Sciences, Inc. oder US1059 von US Research Nanomaterials, Inc.). Beliebige weitere Materialien, die hier nicht aufgelistet sind, die jedoch elektrisch leitende kohlenstoffhaltige Partikel und geeignet für eine Verwendung in einem Gasdiffusionssubstrat sind, fallen auch unter den Umfang der vorliegenden Erfindung.
Das poröse Gasdiffusionssubstrat der Erfindung kann einen einzelnen Typ eines elektrisch leitenden, kohlenstoffhaltigen Materials umfassen oder kann ein Gemisch von zwei oder mehr verschiedenen Typen von elektrisch leitenden kohlenstoffhaltigen Materialien umfassen.
Die elektrisch leitenden kohlenstoffhaltigen Partikel sind in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-% des carbonisierbaren Harzes vorhanden.
Das erfindungsgemäße Gasdiffusionssubstrat kann durch ein Verfahren gemäß vorhergehender Beschreibung hergestellt werden. Ein Vliesgewebe wird bereitgestellt und mit einer Dispersion imprägniert, die das carbonisierbare Harz und, falls vorhanden, die elektrisch leitenden Partikel umfasst. Die Imprägnierungsstufe wird durch Beschichten des Vliesgewebes mit der Dispersion von carbonisierbarem Harz und, falls vorhanden, elektrisch leitenden Partikeln beschichtet. Das imprägnierte Vliesgewebe wird zur Härtung des carbonisierbaren Harzes auf eine Temperatur von 100°C bis 300°C erwärmt, worauf eine Wärmebehandlung bei 900°C bis 3000°C, geeigneterweise 900°C bis 2000°C und bevorzugt 1500°C bis 2000°C zum Carbonisieren/Graphitisieren des carbonisierbaren Harzes folgt, wodurch der kohlenstoffhaltige Rückstand gebildet wird. Optional kann eine oder können beide Hitzebehandlungsstufe(n) unter einer Drucklast durchgeführt werden. Der Gasdiffusionssubstratvorläufer, der das Vliesgewebe, den kohlenstoffhaltigen Rückstand und, falls vorhanden, elektrisch leitende Partikel umfasst, wird daraufhin mit einer Wasser, fluoriertes Polymer und inerte Partikel umfassenden Dispersion behandelt, um die Kohlenstofffasern des Gasdiffusionssubstrats mit einer Beschichtung des fluorierten Polymers und inerter Partikel zu versehen. Sobald die Behandlung abgeschlossen ist, wird das Substrat getrocknet und auf eine Temperatur von bis zu 400°C erwärmt (die exakte Erwärmungstemperatur hängt von dem verwendeten Fluorpolymer ab und wird von Fachleuten auf dem einschlägigen Fachgebiet in einfacher Weise bestimmt). Die Dispersion von Wasser, fluoriertem Polymer und inerten Partikel ist ausreichend flüssig, um durch den gesamten porösen Substratvorläufer hindurchzudringen. Grenzflächenaktive Mittel können in der fluorierten Polymerdispersion vorhanden sein und weitere grenzflächenaktive Mittel können zur Unterstützung des Eindringens in den porösen Substratvorläufer verwendet werden.
Das poröse Gasdiffusionssubstrat der Erfindung kann als eine Elektrode in einer beliebigen elektrochemischen Vorrichtung, welche ein poröses Gasdiffusionssubstrat erfordert, verwendet werden. Demgemäß liefert ein weiterer Aspekt der Erfindung eine Gasdiffusionselektrode, die ein poröses Gasdiffusionssubstrat der Erfindung und eine auf einer Seite des porösen Gasdiffusionssubstrats vorhandene Elektrokatalysatorschicht umfasst. Bei einigen Anwendungen, wie z. B. PEMFC, kann eine zusätzliche kohlenstoffhaltige Schicht, die üblicherweise als eine mikroporöse Schicht oder eine Basisschicht bezeichnet wird, ebenfalls vor der Ablagerung der Elektrokatalysatorschicht appliziert werden, um – wie sie häufig bezeichnet wird – eine Gasdiffusionsschicht (Gasdiffusionssubstrat + mikroporöse Schicht) auszubilden. Demgemäß liefert ein weiterer Aspekt der Erfindung eine Gasdiffusionsschicht, die ein poröses Gasdiffusionssubstrat der Erfindung und einen mikroporöse Schicht, appliziert auf eine Seite des porösen Gasdiffusionssubstrats, umfasst. Ein noch weiterer Aspekt der Erfindung liefert eine Gasdiffusionselektrode, die eine erfindungsgemäße Gasdiffusionsschicht und eine auf der Seite der Gasdiffusionsschicht, die die mikroporöse Schicht aufweist, vorhandene Elektrokatalysatorschicht umfasst.
Das poröse Gasdiffusionssubstrat der Erfindung ist ferner für Zellen geeignet, bei denen die Katalysatorschicht auf der Membran oder einem anderen Separator, die bzw. der die Anoden- und Kathodenelektroden elektrisch trennt, abgeschieden ist.
Die Elektrokatalysatorschicht umfasst einen Elektrokatalysator, bei dem es sich um ein feinteiliges Metallpulver (Metallschwarz) handeln kann oder der ein geträgerter Katalysator sein kann, bei dem kleine Metallpartikel auf elektrisch leitenden teilchenförmigen Kohlenstoffträgern verteilt sind. Das Elektrokatalysatormetall ist typischerweise ausgewählt aus

(i) den Platingruppenmetallen (Platin, Palladium, Rhodium, Ruthenium, Iridium und Osmium),
(ii) Gold oder Silber,
(iii) einem unedlen Metall,

Die Elektrokatalysatorschicht kann geeigneterweise weitere Komponenten, wie Ionen-leitendes polymeres Material, enthalten, das zur Verbesserung der ionischen Leitfähigkeit in der Schicht enthalten ist.
Die vorliegende Erfindung liefert des Weiteren eine Membran-Elektroden-Anordnung, die ein erfindungsgemäßes Gasdiffusionsvliessubstrat umfasst. Die Membran-Elektroden-Anordnung umfasst eine zwischen zwei Elektrokatalysatorschichten eingefügte Polymerelektrolytmembran. Gasdiffusionssubstrate, von denen mindestens eines ein erfindungsgemäßes Gasdiffusionsvliessubstrat ist, grenzen an die Elektrokatalysatorschichten an.
Die Membran kann eine beliebige zur Verwendung in einer PEM-Brennstoffzelle geeignete Membran sein, beispielsweise kann die Membran auf einem perfluorierten Sulfonsäurematerial, wie Nafion^® (DuPont), Flemion^® (Asahi Glass), Aciplex^® (Asahi Kasei) und Aquivion^TM (Solvay Plastics) basieren. Diese Membranen können unmodifiziert verwendet werden oder sie können zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit bei hoher Temperatur, beispielsweise durch Einbauen eines Additivs, modifiziert sein. Alternativ kann die Membran auf einer sulfonierten Kohlenwasserstoffmembran basieren, wie die Fumapem^® P, E und K-Reihen von Membranen, die von der FuMA-Tech GmbH erhältlich sind. Die Membran kann eine Verbundmembran sein, die das Protonen-leitende Material und weitere Materialien, die Eigenschaften wie mechanische Festigkeit beitragen, enthalten. Beispielsweise kann die Membran eine Protonen-leitende Membran und ein planares poröses Material, wie gestrecktes Polytetrafluorethylen, gemäß Beschreibung in US RE37307 oder eine Matrix aus Silicafasern gemäß Beschreibung in EP 0 875 524 umfassen. Alternativ kann die Membran auf mit Phosphorsäure dotiertem Polybenzimidazol basieren und umfasst Membranen von Entwicklern wie FuMA-Tech GmbH, die in dem Bereich von 120°C to 180°C arbeiten.
Die MEA kann des Weiteren Komponenten umfassen, die die Kantenregionen der MEA verschließen/versiegeln, wie beispielsweise in WO 2005/020356 beschrieben ist. Die MEA wird mittels herkömmlicher Verfahren, die Fachleuten auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt sind, zusammengefügt.
Die MEA kann in einer beliebigen elektrochemischen Vorrichtung, die eine MEA erfordert, beispielsweise einer Wasserstoff-betriebenen PEMFC oder einer Direkt-Methanol-PEMFC verwendet werden.
Das Gasdiffusionssubstrat oder die Elektrode der Erfindung können direkt in einer Brennstoffzelle, beispielsweise einer Phosphorsäure-Brennstoffzelle, worin der Elektrolyt flüssige Phosphorsäure in einer Trägermatrix, beispielsweise Siliciumcarbid, ist, verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Gasdiffusionssubstrate besitzen, wenn sie in eine Brennstoffzelle eingebaut sind, eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit gegenüber den Substraten des Standes der Technik, die unter Verwendung einer Carbonisierungsstufe bei mittlerer Temperatur hergestellt wurden.
In einer betriebsfähigen Brennstoffzelle kann das elektrochemische Potenzial von sowohl der Anoden- als auch der Kathodenkomponenten von 0 V bis zu Potenzialen einer Höhe von 1,5 bis 1,6 V (ggü. RHE) unter extremen Betriebsbedingungen, wie einer Zellenumpolung oder Anschalt-/Abschaltereignissen schwanken. Während eine Exposition gegenüber derartigen hohen (oxidativen) Potenzialen lediglich vorübergehend sein kann, kann es erforderlich sein, dass die in der Praxis betriebene Brennstoffzelle viele Tausende solcher Potenzialzyklen während ihrer Lebensdauer verträgt. Wenn berücksichtigt wird, dass das thermodynamische Potenzial für eine Kohlenstoffkorrosion bei lediglich 0,25 V (25°C, ggü. RHE) auftritt, ist darüber hinaus klar, dass die hohen Potenziale, insbesondere diejenigen, die oberhalb von 1,0 V liegen, sich als besonders schädigend für die kohlenstoffhaltigen Komponenten der Brennstoffzelle erweisen. Die ersichtlichste Konsequenz einer Kohlenstoffkorrosion ist der vollständige Verlust von Kohlenstoff aus dem System durch direkte Oxidation zu CO₂. Im Falle einer unvollständigen Kohlenstoffoxidation können sich jedoch funktionelle Gruppen (wie Carbonsäure-, Hydroxylgruppen usw.) auf der Kohlenstoffoberfläche bilden. Beide Vorgänge führen zu einer Veränderung der Hydrophobie/Hydrophilie des Gasdiffusionssubstrats, wodurch dessen Fähigkeiten hinsichtlich Wassermanagement und Gastransport beeinträchtigt werden können. Die Verbesserung der Kohlenstoffkorrosionsbeständigkeit kann unter Verwendung eines elektrochemischen Standardtests, wie er hier im Folgenden detaillierter beschrieben ist, gezeigt werden.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf das nachfolgende Beispiel, das der Veranschaulichung dient und die Erfindung nicht einschränkt, weiter beschrieben.
Beispiel 1

(i) Ein Vliesgewebe von 100 gsm, das Kohlenstofffasern auf PAN-Basis (Sigrafil^® C30-Fasern von SGL Group) und Pechfasern (Dialead^TM K223HE von Mitsubishi Plastics Inc.) in einem Verhältnis von 2:1 enthält, wurde mit Phenolharz (von Durez, Sumitomo Bakelite Co. Ltd) und Kohlenstoffpartikeln (aus einer wässrigen Dispersion von Ruß, erhältlich von Imerys Graphite and Carbon) (den elektrisch leitenden, kohlenstoffhaltigen Partikeln) imprägniert. Das Phenolharz machte 50% des Gewichts des Vliesgewebes und phenolischen Harzes aus; der Ruß war mit 6,5 Gew.-%, bezogen auf das Phenolharz, vorhanden. Das imprägnierte Vliesgewebe wurde zur Härtung des Harzes auf 150°C erwärmt und anschließend in einer inerten Atmosphäre auf 1.600°C erwärmt, um das Harz zur Bereitstellung des kohlenstoffhaltigen Rückstands zu carbonisieren, wobei beide Wärmebehandlungsstufen unter Druck durchgeführt wurden, um einen Substratvorläufer bereitzustellen.
(ii) Eine Dispersion, die Wasser, fluoriertes Ethylenpropylen (FEP) (Dyneon FEP 6300GZ) (fluoriertes Polymer) und Rußpartikel (aus einer wässrigen Dispersion eines Rußes, erhältlich von Imerys Graphite and Carbon) (inerte Partikel) umfasste, wurde unter Verwendung eines Mischers mit hoher Scherung hergestellt. Die Rußpartikel waren mit 0,5% der Masse des FEP vorhanden. Die Dispersion wurde in eine Schale eingebracht und eine Probe des oben hergestellten imprägnierten Vliesgewebes wurde 5 Minuten in die Dispersion eingetaucht, danach wurde die Probe entfernt und während eines kurzen Zeitraums an Umgebungsluft getrocknet. Die Probe wurde anschließend umgedreht und weitere 5 Minuten in die Dispersion eingetaucht, an der Umgebungsluft während eines kurzen Zeitraums getrocknet und dann 30 Minuten bei 80°C in einem Ofen getrocknet. Die Temperatur wurde langsam auf 385°C erhöht, 15 Minuten in Luft bei dieser Temperatur gehalten und anschließend abkühlen gelassen, wobei das fertiggestellte Gasdiffusionssubstrat mit einer FEP-Konzentration von 10% bezüglich des Gewichts des Substratvorläufers vor der Beschichtung der Fasern mit FEP/Ruß (d. h. dem Substrat, das nach Stufe (i) erhalten wurde) bereitgestellt wird.

Vergleichsbeispiel 1
Ein Gasdiffusionssubstrat, das ein mit elektrisch leitenden, kohlenstoffhaltigen Partikeln und einem kohlenstoffhaltigen Rückstand imprägniertes Vliesgewebe umfasste, wurde entsprechend einem in Stufe (i) von Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt.
Vergleichsbeispiel 2
Ein Gasdiffusionssubstrat wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt, wobei der Unterschied darin bestand, dass die inerten Partikel aus Stufe (ii) ausgeschlossen waren.

Die nachfolgende Tabelle 1 fasst die Komponenten in Beispiel 1 und den zwei Vergleichsbeispielen zusammen. Tabelle 1

	Beispiel	Vergleichsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 2
Vliesgewebe	✓	✓	✓
elektrisch leitende kohlenstoffhaltige Partikel	✓	✓	✓
kohlenstoffhaltiger Rückstand	✓	✓	✓
fluoriertes Polymer	✓	nicht vorhanden	✓
inerte Partikel	✓	nicht vorhanden	nicht vorhanden

Abtastelektronenmikrografie(REM)-Bilder von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 sind in den 2 bzw. 3 dargestellt. Es ist in 2 klar ersichtlich, dass auf den Fasern eine Rauheit vorhanden ist, die durch die Anwesenheit der inerten Partikel in der Beschichtung der Fasern verursacht wird. Keine derartige Rauheit kann in 3 beobachtet werden.
Elektrochemischer Korrosionstest
Ein elektrochemischer Standardtest verwendet eine Drei-Elektroden-Konfiguration mit einer Pd/C + Quecksilbersulfat-Referenzelektrode, einer Pt-Gaze-Gegenelektrode und einer Probe des Gasdiffusionssubstrats (entweder Beispiel 1 oder Vergleichsbeispiel 1 oder 2), gehalten durch einen Reingolddraht als Arbeitselektrode. Ein Elektrolyt von 1 M H₂SO_4(aq) bei 80°C wird verwendet, um die Temperatur und den pH-Wert einer betriebsfähigen PEMFC nachzuahmen. Ein typisches Testverfahren ist das Anlegen eines hohen Potenzials (bis zu 1,4 V, typischerweise 1,2 V) und die Messung der produzierten Stromdichte als Funktion der Zeit; hoch korrodierbare Materialien liefern einen hohen Korrosionsstrom.
4 zeigt die erhaltene Stromdichte für jeweils Beispiel 1, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2. Es ist ersichtlich, dass die Korrosionsstromdichte für das erfindungsgemäße Substrat (Beispiel 1) nahezu die Hälfte der Stromdichte bei Vergleichsbeispiel 2 und nahezu ein Drittel derjenigen von Vergleichsbeispiel 1 beträgt. Dies zeigt, dass das erfindungsgemäße Substrat gegenüber den Vergleichsbeispielen 1 und 2 unerwartet verbesserte Korrosionseigenschaften besitzt.
Test zur Benetzbarkeit
Der Ethanol-Kontaktwinkel von jeweils Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 wird unter Verwendung der in der WO 2004/066417 offenbarten Methode bestimmt.
Proben der Gasdiffusionssubstrate von Beispiel 1, Vergleichsbeispiel 1 oder Vergleichsbeispiel 2 werden in Isopropylalkohol (IPA) oder Ethanol so eingetaucht, dass mindestens eine Kante der Probe sich in vollständigem Kontakt mit der Flüssigkeit befindet. Die Veränderung der Masse der Probe, während die Probe die Flüssigkeit durch Kapillarkräfte absorbiert, wird über den Zeitverlauf hinweg aufgezeichnet.
Ein Diagramm der Gewichtszunahme gegen die Quadratwurzel der verstrichenen Zeit wird aufgezeichnet und der Gradient der Kurve während des linearen Abschnitts des Diagramms wird erhalten. Das Verhältnis des Gradienten für Ethanol zu dem Gradienten für IPA wird anschließend berechnet. Dieses Verhältnis wird dann bezüglich des Unterschieds der Flüssigkeitseigenschaften durch Multiplizieren des Verhältnisses des Produkts der Flüssigkeitsdichte und der Quadratwurzel der Oberflächenspannung der Flüssigkeit und anschließendes Teilen durch das Verhältnis der Flüssigkeitsviskositäten korrigiert. Das Ergebnis dieser Berechnung ist das Verhältnis der Quadratwurzeln vom Cosinus der Kontaktwinkel. Es wird angenommen, dass IPA vollständig benetzt und somit der Cosinus des Kontaktwinkels 1 beträgt, somit liefert der inverse Cosinus des Quadrats des Ergebnisses der Berechnung den Kontaktwinkel von Ethanol.
5 zeigt den Ethanol-Kontaktwinkel für jeweils Beispiel 1, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 sowohl in einer Maschinenlaufrichtung (MD) als auch in Querrichtung (CD) des Faservliesgewebes. Der Ethanol-Kontaktwinkel von Beispiel 1 ist größer als der eines jeden der beiden Vergleichsbeispiele, was darauf hinweist, dass das erfindungsgemäße Substrat stärker hydrophob ist und daher gegenüber den Vergleichsbeispielen unterschiedliche Wassermanagementeigenschaften aufweist.

Claims

Poröses Gasdiffusionssubstrat, umfassend: (a) ein poröses Vliesgewebe, das Kohlenstofffasern umfasst, und (b) einen kohlenstoffhaltigen Rückstand, wobei der kohlenstoffhaltige Rückstand in das poröse Vliesgewebe eingebettet ist; (c) ein fluoriertes Polymer und (d) inerte Partikel, wobei zumindest einige der Kohlenstofffasern des porösen Vliesgewebes eine Beschichtung aufweisen, die das fluorierte Polymer und inerte Partikel umfasst.
Poröses Gasdiffusionssubstrat nach Anspruch 1, wobei das fluorierte Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus: fluoriertem Ethylenpropylen (FEP), Polyvinylfluorid (PVF), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Perfluoralkoxypolymer (PFA), Polyethylentetrafluorethylen (ETFE), Polyethylenchlortrifluorethylen (ECTFE), perfluoriertem Elastomer [Perfluoroelastomer] (FFPM/FFKM), Fluorcarbon [Chlortrifluorethylenvinylidenfluorid] (FPM/FKM), Perfluorpolyether (PFPE), Perfluorsulfonsäure (PFSA) und Perfluorpolyoxethan besteht.
Poröses Gasdiffusionssubstrat nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die inerten Partikel teilchenförmigen Graphit, teilchenförmigen Kohlenstoff (z. B. Ruß), Metalloxid, feuerfestes Oxid, Metallcarbid umfassen.
Poröses Gasdiffusionssubstrat nach Anspruch 3, wobei die inerten Partikel teilchenförmiger Graphit oder teilchenförmiger Kohlenstoff sind.
Poröses Gasdiffusionssubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die inerten Partikel eine größte Abmessung von 0,1 bis 20 μm aufweisen.
Poröses Gasdiffusionssubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens 50% der Kohlenstofffasern eine das fluorierte Polymer und inerte Partikel umfassende Beschichtung aufweisen.
Poröses Gasdiffusionssubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Beschichtung auf den Kohlenstofffasern vollständig ist.
Poröses Gasdiffusionssubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Beschichtung auf den Kohlenstofffasern nicht vollständig ist.
Poröses Gasdiffusionssubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das fluorierte Polymer in einer Konzentration von 1 bis 20 Gew.-% bezüglich des Gewichts des porösen Gasdiffussionssubstrats ohne die Beschichtung vorhanden ist.
Poröses Gasdiffusionssubtrat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die inerten Partikel in einer Konzentration von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des fluorierten Polymers, vorhanden sind.
Poröses Gasdiffusionssubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Gasdiffusionssubstrat des Weiteren elektrisch leitende, kohlenstoffhaltige Partikel umfasst, die in das poröse Vliesgewebe eingebettet sind.
Verfahren zur Herstellung des porösen Gasdiffusionssubstrats nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfasst: (i) Bereitstellen eines porösen Vliesgewebes, das Kohlenstofffasern umfasst; (ii) Bereitstellen einer Dispersion, die ein carbonisierbares Harz umfasst; (iii) Imprägnieren des porösen Vliesgewebes mit der in Stufe (ii) hergestellten Dispersion; (iv) Durchführen einer Härtungsstufe zum Härten des carbonisierbaren Harzes bei einer Temperatur von 100°C bis 300°C; (v) Durchführen einer Wärmebehandlungsstufe zum Carbonisieren/Graphitisieren des carbonisierbaren Harzes bei einer Temperatur von 900°C bis 3000°C zur Bereitstellung eines Gasdiffusionssubstratvorläufers; (vi) Bereitstellen einer Dispersion, die Wasser, fluoriertes Polymer und inerte Partikel umfasst; (vii) Behandeln des Gasdiffusionssubstratvorläufers mit der in Stufe (vi) hergestellten Dispersion; (viii) Trocknen; und (ix) Erwärmen auf eine Temperatur von bis zu 400°C, um das Gasdiffusionssubstrat zu liefern.
Verwendung des porösen Gasdiffusionssubstrats nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einer elektrochemischen Zelle.
Gasdiffusionsschicht, die ein poröses Gasdiffusionssubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und eine mikroporöse Schicht, die auf eine Seite des porösen Gasdiffusionssubstrats appliziert ist, umfasst.
Gasdiffusionselektrode, die ein Gasdiffusionssubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und eine Elektrokatalysatorschicht, die auf einer Seite des porösen Gasdiffusionssubstrats vorhanden ist, umfasst.
Gasdiffusionselektrode, die eine Gasdiffusionsschicht gemäß Anspruch 14 und eine Elektrokatalysatorschicht, die auf der Seite der die mikroporöse Schicht aufweisenden Gasdiffusionsschicht vorhanden ist, umfasst.
Membran-Elektroden-Anordnung, die ein poröses Gasdiffusionssubstrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, eine Polymerelektrolytmembran und eine Elektrokatalysatorschicht zwischen dem porösen Gasdiffusionssubstrat und der Polymerelektrolytmembran umfasst.