DE112016004056T5

DE112016004056T5 - Verfahren zur Herstellung einer verstärkten Membranversiegelungsanordnung und Membranversiegelungsanordnung für Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE112016004056T5
Application number: DE112016004056.3T
Authority: DE
Inventors: Lee Alan Sweetland
Original assignee: Johnson Matthey Fuel Cells Ltd
Current assignee: Johnson Matthey Hydrogen Technologies Ltd
Priority date: 2015-09-08
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2018-05-30
Also published as: JP6878412B2; CN108028409B; KR20180048996A; JP2018526795A; GB2556785B; US20180287177A1; US10424800B2; GB2556785A; GB201515870D0; CN108028409A; WO2017042563A1; GB201802783D0

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung einer verstärkten Membranversiegelungsanordnung, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfasst:Ausbilden eines oder mehrerer Streifen einer ionenleitenden Komponente in einer Ebene auf einer temporären Trägerkomponente,Ausbilden einer Vielzahl von Streifen einer Versiegelungskomponente in der gleichen Ebene auf der temporären Trägerkomponente, derart, dass ein oder mehrere Streifen einer ionenleitenden Komponente zwischen zwei der Streifen einer Versiegelungskomponente liegt bzw. liegen,wobei eine eine Vielzahl von Poren umfassende planare Verstärkungskomponente in der Ebene bereitgestellt wird, derart, dass die ionenleitende Komponente und die Versiegelungskomponente die Vielzahl der Poren füllen,wobei der eine oder die mehreren Streifen einer ionenleitenden Komponente, die Vielzahl der Streifen einer Versiegelungskomponente und die planare Verstärkungskomponente dadurch zusammen eine verstärkte Membranversiegelungsanordnung bilden, und wobei jeder Streifen einer ionenleitenden Komponente sich von einem ersten Ende der Anordnung zu einem zweiten entgegengesetzten Ende erstreckt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer verstärkten Membranversiegelungsanordnung und insbesondere eine verstärkte Membranversiegelungsanordnung mit Eignung zur Verwendung in einer Brennstoffzelle oder einem Elektrolyseur.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Zelle, die zwei Elektroden umfasst, die durch ein Elektrolyten getrennt sind. Ein Brennstoff, wie beispielsweise Wasserstoff oder ein Alkohol, wie beispielsweise Methanol oder Ethanol, wird zu der Anode zugeführt und ein Oxidationsmittel, wie beispielsweise Sauerstoff oder Luft, wird zu der Kathode zugeführt. Elektrochemische Reaktionen treten an den Elektroden auf und die chemische Energie des Brennstoffs und des Oxidationsmittels wird in elektrische Energie und Wärme umgewandelt. Elektrokatalysatoren werden dazu verwendet, die elektrochemische Oxidation des Brennstoffs an der Anode und die elektrochemische Reduktion von Sauerstoff an der Kathode zu fördern.
In einer mit Wasserstoff als Brennstoff arbeitenden oder mit Alkohol als Brennstoff arbeitenden Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC) ist der Elektrolyt eine feste polymere Membran, die elektronisch isolierend und protonenleitend ist. Protonen, die an der Anode produziert werden, werden durch die Membran zu der Kathode transportiert, wo sie sich mit Sauerstoff unter Bildung von Wasser vereinigen. Der im breitesten Maße verwendete Alkoholbrennstoff ist Methanol, wobei diese Variante der PEMFC häufig als direkte Methanolbrennstoffzelle (DMFC) bezeichnet wird.
Die Hauptkomponente der PEMFC ist als Membranelektrodenanordnung (MEA) bekannt und ist im Wesentlichen aus fünf Schichten zusammengesetzt. Die zentrale Schicht ist die polymere ionenleitende Membran. Auf jeder Seite der ionenleitenden Membran ist eine Elektrokatalysatorschicht vorhanden, die einen Elektrokatalysator enthält, der für die spezielle elektrokatalytische Reduktion konzipiert ist. Schließlich befindet sich benachbart zu jeder Elektrokatalysatorschicht eine Gasdiffusionsschicht. Die Gasdiffusionsschicht muss zulassen, dass die Reaktionsteilnehmer die Elektrokatalysatorschicht erreichen, und muss den elektrischen Strom, der durch die elektrochemischen Reaktionen erzeugt wird, leiten. Folglich muss die Gasdiffusionsschicht porös und elektrisch leitend sein.
Herkömmlicherweise kann die MEA mittels einer Reihe von nachfolgend dargestellten Verfahren hergestellt werden:

(i) Die Elektrokatalysatorschicht kann auf die Gasdiffusionsschicht appliziert werden, um eine Gasdiffusionselektrode zu bilden. Zwei Gasdiffusionselektroden können auf beide Seiten einer ionenleitenden Membran platziert und miteinander laminiert werden, um die fünfschichtige MEA zu bilden.
(ii) Die Elektrokatalysatorschicht kann auf beide Flächen der ionenleitenden Membran appliziert werden, um eine mit Katalysator beschichtete ionenleitende Membran zu bilden. Nachfolgend werden Gasdiffusionsschichten auf beide Flächen der mit Katalysator beschichteten ionenleitenden Membran appliziert.
(iii) Eine MEA kann aus einer auf einer Seite mit einer Elektrokatalysatorschicht beschichteten ionenleitenden Membran, einer zu der Elektrokatalysatorschicht benachbarten Gasdiffusionsschicht und einer Gasdiffusionselektrode auf der anderen Seite der ionenleitenden Membran hergestellt werden.

Herkömmlicherweise wird die MEA so hergestellt, dass sich die zentrale polymere ionenleitende Membran bis zum Rand der MEA erstreckt, wobei die Gasdiffusionsschichten und die Elektrokatalysatorschichten eine kleinere Fläche besitzen als die Membran in einer derartigen Weise, dass es eine Fläche um die Peripherie der MEA herum gibt, die lediglich ionenleitende Membran umfasst. Die Fläche, auf der kein Elektrokatalysator vorhanden ist, ist eine nicht elektrochemisch aktive Region. Filmschichten, die typischerweise aus nicht ionenleitenden Polymeren gebildet werden, sind im Allgemeinen um den Randbereich der MEA herum auf den freiliegenden Oberflächen der ionenleitenden Membran positioniert, in denen kein Elektrokatalysator vorhanden ist, um den Rand der MEA zu versiegeln und/oder zu verstärken. Eine Klebstoffschicht kann auf einer oder beiden Oberflächen der Siegelfilmschicht vorhanden sein. Die Siegelfilmschichten werden herkömmlicherweise durch Schneiden von Öffnungen in einem vollständigen Film zum Ausbilden eines sogenannten Siegel-" Fensterrahmens", der dann um den Rand der MEA herum auf den freiliegenden ionenleitenden Membranoberflächen positioniert wird, hergestellt.
Die Schichten in der MEA werden typischerweise mittels eines Laminierverfahrens verbunden. Es ist übliche Praxis, dass die polymere ionenleitende Membran auch ein Verstärkungsmaterial, wie beispielsweise ein planares poröses Material, umfasst, das in der Dicke der Membran eingebettet ist, um für eine verbesserte mechanische Festigkeit der Membran und somit für eine erhöhte Haltbarkeit der MEA und Lebensdauer der Brennstoffzelle zu sorgen.
Um eine schnellere Kommerzialisierungsgeschwindigkeit bei Brennstoffzellen und eine größere Marktpenetration zu ermöglichen, ist es notwendig, das MEA-Design und die Herstellungsverfahren weiter zu verbessern, um die Herstellungskosten signifikant zu verringern und die Herstellungs-Outputrate für die MEA zu erhöhen. Daher werden derzeit kontinuierliche, ein hohes Volumen aufweisende Herstellungsverfahren, mit denen eine kontinuierliche Rolle von Vorläufer-MEA mit hoher Geschwindigkeit hergestellt wird, als Alternativen zu Herstellungsverfahren eingeführt, bei denen individuelle MEAs aus getrennten einzelnen MEA-Komponenten zusammengebaut werden.
Typischerweise erstreckt sich ein Großteil des in der Membran verwendeten polymeren ionenleitenden Materials über die elektrochemisch aktive Region hinaus in eine nicht elektrochemisch aktive Region, häufig um bis zu mehreren Zentimetern. In eine geringe geometrische Fläche aufweisenden MEAs kann diese nicht elektrochemisch aktive Region bis zu einer Größe von 50 % der gesamten geometrischen MEA-Fläche beitragen. Die Membran, die sich über die elektrochemisch aktive Fläche hinaus erstreckt, trägt nicht zur Aktivität und Leistungsfähigkeit bei. Die Polymere ionenleitende Membran ist eine der teuersten Komponenten in einer Brennstoffzelle, so dass es wünschenswert ist, deren Verwendung zu minimieren. Dieser Konstruktionsansatz wird üblicherweise sowohl bei diskreten singulären MEA-Zusammenfügungsverfahren sowie bei kontinuierlichen, eine höhere Geschwindigkeit aufweisenden Zusammenfügungsverfahren praktiziert. Im letzteren Fall wird der Film des Siegel-Fensterrahmens in kontinuierlicher Weise als sogenannter Siegel-„Leiter“-Film bereitgestellt. Das Siegelfilmmaterial kann auch teuer sein, und so besteht ein Bedarf, die Verwendung des Siegelmaterials bei der Entwicklung besserer MEA-Herstellungsverfahren zu minimieren.
Die WO 2015/145127 A offenbart einen Ansatz zur Herstellung einer Membranversiegelungsanordnung (MSA) in der MEA, der versucht, die Produktionskosten zu verringern. Eine MSA kann als Kernbaustein bei der Herstellung einer MEA dahingehend angesehen werden, dass sie die frühe Bildung der mit den Randsiegelfilmschichten kombinierten Membrankomponente umfasst. Das Verfahren umfasst die Bildung der MSA durch Ablagern einer ionenleitenden Komponente und einer Versiegelungskomponente zusammen mit einem planaren Verstärkungsmaterial, und liefert ein Verfahren, um diese Komponenten direkt lediglich in den Regionen abzulagern, in denen sie für die Funktionalität in der Brennstoffzelle erforderlich sind. Das Verfahren gewährleistet sowohl, dass die Komponenten die Poren in dem planaren Verstärkungsmaterial füllen, als auch, dass es Regionen einer ionenleitenden Komponente gibt, die vollständig von der Versiegelungskomponente quer zur Ebene der produzierten MSA umgeben sind. Als Ergebnis weist die gemäß WO 2015/145127 A hergestellte bevorzugte MSA zentrale Bereiche eines ionenleitenden Materials auf, die mit Fensterrahmen aus Versiegelungsmaterial umgeben sind. In vorteilhafter Weise verringert dies die Menge des erforderlichen teueren ionenleitenden Materials. In vorteilhafter Weise vermeidet die Ablagerungstechnik auch die Verschwendung des Versiegelungsmaterials, die mit herkömmlichen MEA-Konstruktionen verbunden ist. Das beschriebene Verfahren ist besonders bei einem kontinuierlichen, eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden Herstellungsverfahren einsetzbar.
Folglich besteht ein Ziel darin, ein besseres Verfahren bereitzustellen, das die mit dem herkömmlichen Stand der Technik verbundenen Nachteile angeht und das auch ein weiter verbessertes Verfahren gegenüber dem in der WO 2015/145127 A beschriebenen liefert oder mindestens eine kommerzielle Alternative hierzu liefert.
Die vorliegende Erfindung strebt folglich danach, ein besseres Verfahren zur Herstellung einer verstärkten Membranversiegelungsanordnung bereitzustellen, welches für eine hohe Nutzbarmachung des Membranmaterials und des Versiegelungsfilmmaterials in der verstärkten Membranversiegelungsanordnung sorgt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer verstärkten Membranversiegelungsanordnung, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfasst:

Ausbilden eines oder mehrerer Streifen einer ionenleitenden Komponente in einer Ebene auf einer temporären Trägerkomponente,
Ausbilden einer Vielzahl von Streifen einer Versiegelungskomponente in der gleichen Ebene auf der temporären Trägerkomponente in einer derartigen Weise, dass einer oder mehrere Streifen einer ionenleitenden Komponente zwischen zwei der Streifen der Versiegelungskomponente liegen,
wobei eine planare Verstärkungskomponente, die eine Vielzahl von Poren umfasst, in der Ebene derart bereitgestellt wird, dass die ionenleitende Komponente und die Versiegelungskomponente die Vielzahl der Poren füllen,
wobei der eine oder die mehreren Streifen einer ionenleitenden Komponente, die Vielzahl der Streifen der Versiegelungskomponente und die planare Verstärkungskomponente dadurch zusammen eine verstärkte Membranversiegelungsanordnung bilden, und wobei jeder Streifen der ionenleitenden Komponente sich von einem ersten Ende der verstärkten Membranversiegelungsanordnung zu einem zweiten entgegengesetzten Ende erstreckt.

Da die ionenleitende Komponente, die einen Teil der verstärkten MSA bildet, erfindungsgemäß in Form kontinuierlicher Streifen gebildet wird, führt dies zu signifikanten Einsparungen bei Materialien im Vergleich zum Vorsehen einer vollständigen Schicht einer ionenleitenden Komponente in einer MEA.
Da die ionenleitende Komponente, die einen Teil der verstärkten MSA bildet, darüber hinaus erfindungsgemäß in Form von kontinuierlichen Streifen und eben nicht in Form von diskreten Regionen, wie es in der WO 2015/145127 A offenbart ist, gebildet wird, wird das Herstellungsverfahren in vorteilhafter Weise vereinfacht. D.h., das Vorsehen einer Vielzahl von ausgerichteten Streifen erlaubt ein schnelleres Ablagerungsverfahren, das eine einfachere Vorrichtung verwendet. D.h., die Komponenten müssen lediglich in Streifen entlang der Maschinenrichtung abgelagert werden; die Versiegelungskomponente muss nicht über die gesamte Quer(quer zur Bahn)-Richtung abgelagert werden.
In der Tat führt diese neue Ausgestaltung zu einer einfacheren Implementierung für eine Herstellung mit hohem Volumen im Vergleich zu anderen Verfahren, da es wesentlich mehr verfügbare Techniken und Vorrichtungen gibt, die zur Ablagerung der Streifen eines Materials im Vergleich zur Ablagerung vollständiger Fensterrahmen, die eine Region einer ionenleitenden Komponente auf allen Seiten vollständig umgrenzen, verwendet werden können. Dies würde eine viel frühere kommerzielle Einführung von MEAs, die mittels dieser Ausgestaltung und dieses Verfahrens hergestellt werden, als es mittels der vollständig umgrenzten Ausgestaltung der Fall wäre, während immer noch eine merkliche Einsparung der ionenleitenden Komponente gegenüber mittels herkömmlicher Ausgestaltungen und mittels herkömmlicher Verfahren hergestellter MEAs erreicht wird.
Ein weiterer technischer Vorteil besteht darin, dass mit der richtigen Orientierung es die neue Ausgestaltung ermöglicht, dass die die Reaktionsteilnehmer portierenden Regionen der MEA-Ausgestaltung (Portierungslöcher, die in die Ränder der MEA geschnitten werden, um den Strom des Reaktionsteilnehmers in und aus der MEA heraus zu ermöglichen) lediglich in den Rändern der erhaltenen MEA, die die Versiegelungskomponente umfasst, gebildet werden. Dies hilft dabei, eine Kreuzkontamination während des Betriebs zu verhindern. D.h., wenn das hier beschriebene Verfahren so implementiert wird, dass sich lediglich die abgelagerte Versiegelungsregion in dem Portierungsbereich der finalen MEA befindet, dieses Verfahren potenzielle Kontaminationprobleme für den Brennstoffzellenstapel beseitigt, da es verhindert, dass ein geschnittener Membranrand, der ansonsten in der Portierungsregion sein könnte, mit den Reaktanten, die durch die Öffnungen fließen, in Berührung gelangt.
Die vorliegende Offenbarung wird nun weiter beschrieben. In den folgenden Passagen werden unterschiedliche Aspekte/Ausführungsformen der Offenbarung detaillierter definiert. Jeder so definierte Aspekt/jede so definierte Ausführungsform kann mit einem beliebigen anderen Aspekt/einer beliebigen anderen Ausführungsform oder beliebigen anderen Aspekten/beliebigen anderen Ausführungsformen kombiniert werden, sofern nicht klar das Gegenteil angegeben ist. Insbesondere kann jedes beliebige als bevorzugt oder vorteilhaft angegebene Merkmal mit einem anderen als bevorzugt oder vorteilhaft angegebenen Merkmal oder anderen als bevorzugt oder vorteilhaft angegebenen Merkmalen kombiniert werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung einer verstärkten Membranversiegelungsanordnung. Eine Membranversiegelungsanordnung ist der Kern einer MEA gemäß obiger Ausführungen. Sie erfordert das Vorsehen mindestens einer ionenleitenden Komponente. Wie hier beschrieben, umfasst die MSA die ionenleitende Komponente, die Versiegelungskomponente und die planare Verstärkungskomponente, wobei die Poren der planaren Verstärkungskomponente mit der ionenleitenden Komponente oder der Versiegelungskomponente gefüllt sind. Zur Vermeidung von Zweifeln wird, wenn sich die planare Verstärkungskomponente über einen Rand oder ein Ende der hier diskutierten Streifen erstreckt, diese nicht als Teil der MSA angesehen.
Das Verfahren umfasst eine Reihe von Stufen. Die ersten Stufen umfassen die Ausbildung von Streifen in einer Ebene. Die Ebene kann als sich in Richtung der x-Achse und der y-Achse erstreckend angesehen werden, in einer derartigen Weise, dass die z-Achse die Dicke der in der Ebene applizierten Streifen liefert. Typischerweise kann die MSA als Rolle gebildet werden und vorzugsweise erstrecken sich die hier diskutierten Streifen entlang der längsten (gerollten) Länge der Rolle. D.h., die Streifen liegen parallel zueinander um die Rolle herum, wenn sie gelagert wird. Diese längste Richtung kann als die Maschinenrichtung bezeichnet werden, wobei die senkrechte Richtung quer zu den Streifen die Querrichtung ist.
Die vorliegende Erfindung liefert vorzugsweise eine kontinuierliche Rolle einer MSA, die kontinuierliche Streifen einer parallelen alternierenden ionenleitenden Komponente und Versiegelungskomponente aufweist. Diese wirkt als der primäre Baustein zur Herstellung nachfolgender Produkte, wie einer mit Katalysator beschichteten ionenleitenden Membran (CCM) oder einer vollständig integrierten MEA, und kann in großen Volumina mit hoher Geschwindigkeit unter Verwendung des hier beschriebenen Verfahrens hergestellt und auf einer temporären Trägerkomponente gelagert werden, bis ein Weiterverarbeiten zu CCM- oder MEA-Produkten erforderlich ist.
Das Verfahren umfasst die Bildung eines oder mehrerer Streifen einer ionenleitenden Komponente in der Ebene. Die ionenleitende Komponente ist aus der Gruppe der protonenleitenden Polymere ausgewählt oder ist aus der Gruppe der anionenleitenden Polymere, wie beispielsweise einem ein Hydroxylanion leitenden Polymer ausgewählt. Beispiele für geeignete protonenleitende Polymere umfassen Perfluorsulfonsäureionomere (z.B. Nafion™ (Chemours Company), Aquivion^® (Solvay Specialty Polymers), Flemion™ (Asahi Glass Group) und Aciplex™ (Asahi Kasei Chemicals Corp.)) oder lonomere auf Basis eines sulfonierten Kohlenwasserstoffs, wie beispielsweise die von der FuMA-Tech GmbH als die fumapem^® P-, E- oder K-Produktreihe, JSR Corporation, Toyobo Corporation und anderen erhältlichen. Beispiele für geeignete anionenleitende Polymere umfassen A901 der Tokuyama Corporation und Fumasep FAA der FuMA-Tech GmbH. Beispielsweise können Persulfonsäureionomere verschiedener Äquivalentgewichte als die ionenleitende Komponente verwendet werden.
Die Verfahren zur Ausbildung der Streifen der ionenleitenden Komponente werden im Folgenden diskutiert. Der eine oder die mehreren Streifen in Form von Bändern einer ionenleitenden Komponente haben eine Breite, die sich quer zur Ebene (Querrichtung) erstreckt, und eine Länge, die sich entlang der Ebene (Maschinenrichtung) erstreckt.
Jeder Streifen einer ionenleitenden Komponente erstreckt sich von einem ersten Ende der MSA zu einem zweiten entgegengesetzten Ende. D. h., im Gegensatz zur WO 2015/145127 A bilden gemäß der vorliegenden Erfindung die Streifen keine diskreten Regionen, die auf allen Seiten durch eine Versiegelungskomponente umgrenzt sind. Eher erstrecken sich die Streifen entlang der MSA. Das erste Ende und das zweite entgegengesetzte Ende stellen den Start und das Ende des in Maschinenrichtung hergestellten Materials dar.
Die Dicke des Streifens der ionenleitenden Komponente in der MSA, gemessen in der z-Achse, hängt von ihrer finalen Anwendung ab. Im Allgemeinen beträgt die Dicke jedoch ≤ 250 µm, beispielsweise ≤ 100 µm , z.B. ≤ 50 µm, z.B. ≤ 30 µm, bspw. ≤ 20 µm. In geeigneter Weise beträgt die Dicke ≥ 5 µm. In einer Ausführungsform weist die finale verstärkte MSA eine Dicke in der durch den Ort gerichteten Richtung (z-Richtung) von 8-50 µm auf.
Das Verfahren umfasst auch die Bildung einer Vielzahl von Streifen einer Versiegelungskomponente in der Ebene. Die Versiegelungskomponente soll mit der ionenleitenden Komponente und der planaren Verstärkungskomponente kompatibel sein. Die Versiegelungskomponente kann eine Flüssigkeit oder viskose Paste sein, die auf der temporären Trägerkomponente abgelagert/appliziert werden kann. Die Versiegelungskomponente wird während den Verfahrensstufen getrocknet und muss den Temperaturen, denen sie ausgesetzt wird, standhalten. Die Versiegelungskomponente sollte nicht ionenleitend sein und muss im finalen Produkt die notwendigen mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften zum Betrieb in einem Brennstoffzellenstapel besetzen. Die Versiegelungskomponente muss jeglicher Deformation widerstehen können, wenn die temporäre Trägerkomponente nach Beendigung der Verarbeitung entfernt wird.
Das Material für die Versiegelungskomponente ist aus der Gruppe ausgewählt, die aus Fluorsiliconen, Polyurethanen, Co-Polyamiden, Epoxy-Verbindungen und Fluoracrylaten besteht. Spezielle Beispiele für geeignete Versiegelungskomponenten umfassen: Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyetherimid (PEI), Polyimid (PI), Polyethersulfon (PES), fluoriertes Ethylen-Propylen (FEP), Polyethylennaphthalat (PEN), Ethylentetrafluorethylen (ETFE), Viton®, Polyethylenoxid (PEO), Polyphenylenether (PPE), Polyethylenterephthalat (PET), Polyacrylnitril (PAN), Poly(p-phenylensulfid) (PPS), Polyolefine und Silicone.
Die Ablagerungsverfahren zum Ausbilden der Streifen der Versiegelungskomponente werden nachfolgend diskutiert. Die Streifen in Form von Bändern einer Versiegelungskomponente weisen eine Breite, die sich quer zur Ebene hinweg (Querrichtung) erstreckt und eine Länge, die sich entlang der Ebene (Maschinenrichtung) erstreckt, auf. Die Dicke der Streifen der Versiegelungskomponente liegt vorzugsweise in dem oben für die ionenleitende Komponente diskutierten Bereich. Vorzugsweise sind die Dicke der ionenleitenden Komponente und die Dicke der Versiegelungskomponente im Wesentlichen gleichförmig und vorzugsweise sind sie im Wesentlichen gleich.
In einer Ausführungsform gibt es einen Streifen einer ionenleitenden Komponente, der zwischen zwei der Streifen der Versiegelungskomponente liegt. D.h., die produzierte MSA umfasst einen einzelnen zentralen Streifen einer ionenleitenden Komponente. Diese MSA, wenn sie in einer langen Rolle hergestellt wird, kann dann weiter zu CCMs und MEAs verarbeitet werden, indem andere Komponenten auf die Rolle der MSA appliziert werden, oder sie kann durch Schneiden in Querrichtung in eine Vielzahl von diskreten MSAs zur weiteren Verarbeitung unter Ausbildung von CCMs und MEAs geteilt werden.
In einer alternativen Ausführungsform gibt es eine Vielzahl von Streifen einer ionenleitenden Komponente, und die Streifen der ionenleitenden Komponente und der Versiegelungskomponente wechseln sich ab. Dies ermöglicht die Ausbildung einzelner Streifen einer MSA durch Schlitzen der Streifen einer Versiegelungskomponente entlang ihrer Länge (in Maschinenrichtung), um einen einzelnen Streifen einer MSA mit einem einzelnen Streifen einer ionenleitenden Komponente zwischen zwei Streifen einer Versiegelungskomponente bereitzustellen. Dies erleichtert folglich eine noch effizientere Herstellung mit hohem Volumen.
Vorzugsweise werden die Streifen der ionenleitenden Komponente und die Streifen der Versiegelungskomponente gleichzeitig abgelagert, um die Geschwindigkeit der Herstellung und das Erreichen einer gleichmäßigen Streifenhöhe zu maximieren.
Alternativ werden die Streifen der ionenleitenden Komponente und die Streifen der Versiegelungskomponente sequenziell abgelagert.
Die Streifen der ionenleitenden Komponente und der Versiegelungskomponente werden auf einer temporären Trägerkomponente ausgebildet. Die temporäre Trägerkomponente liefert eine Oberfläche, auf der die Streifen ausgebildet werden, sie bildet jedoch keinen Teil einer finalen MSA. Die temporäre Trägerkomponente kann auf der MSA in einer Rollenwarenform zur Lagerung belassen werden. Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner eine Stufe eines Entfernens der verstärkten MSA von der temporären Trägerkomponente. Die temporäre Trägerkomponente ist kein Teil der finalen MSA, sondern soll in einer nachfolgenden Stufe entfernt werden; diese Stufe kann unmittelbar nach Ausbildung der MSA sein oder kann irgendwann zu einem späteren Zeitpunkt in dem Produktionsverfahren sein, wenn die MSA mit anderen Komponenten unter Bildung einer CCM oder MEA kombiniert wird.
Die temporäre Trägerkomponente liefert einen Träger für die MSA während der Herstellung und, wenn sie nicht unmittelbar entfernt wird, kann sie einen Träger und eine Festigkeit während einer beliebigen nachfolgenden Lagerung und/oder einem beliebigen nachfolgenden Transport liefern. Das Material, aus dem die temporäre Trägerkomponente hergestellt ist, sollte die erforderliche Unterstützung liefern; sollte mit der ionenleitenden Komponente und der Versiegelungskomponente kompatibel sein; sollte für die ionenleitende Komponente und die Versiegelungskomponente undurchlässig sein; sollte in der Lage sein, den bei der Herstellung der MSA auftretenden Verfahrensbedingungen zu widerstehen; und sollte in der Lage sein, ohne Beschädigung der MSA leicht entfernt werden zu können.
Beispiele für Materialien mit Eignung zur Verwendung umfassen ein Fluorpolymer, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), Ethylentetrafluorethylen (ETFE), Perfluoralkoxypolymer (PFA), fluoriertes Ethylen-Propylen (FEP - ein Copolymer von Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen), Polyvinylidendifluorid (PVDF) und Polyolefine, wie bspw. Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), biaxial orientiertes Polypropylen (BOPP), Polymethylpenten (PMP). Weitere Beispiele umfassen Laminate, mehrschichtige Extrusionen und beschichtete Filme/Folien mit der Fähigkeit, ihre mechanische Festigkeit/Integrität bei erhöhten Temperaturen, bspw. bei Temperaturen von bis zu 200 °C, beizubehalten. Beispiele für Laminate umfassen Laminate von Poly(ethylen-co-tetrafluorethylen) (ETFE) und Polyethylennaphthalat (PEN); Polymethylpenten (PMP) und PEN; Polyperfluoralkoxy (PFA) und Polyethylenterephthalat (PET) und Polyimid (PI). Die Laminate können zwei oder mehr Schichten aufweisen, bspw. ETFE-PEN-ETFE, PMP-PEN-PMP, PFA-PET-PFA, PEN-PFA, FEP-PI-FEP, PFA-PI-PFA und PTFE-PI-PTFE. Die Schichten können unter Verwendung eines Klebstoffs, wie bspw. einer Epoxyverbindung, einer Acrylverbindung oder Polyurethan verbunden werden. Beispiele für beschichtete Filme umfassen Beschichtungen von Fluorpolymeren, wie bspw. PVDF, ETFE, FEP, PTFE und PFA, oder Beschichtungen von Polyolefinen, wie bspw. PE, PP oder PMP auf Polymerfilmen, wie bspw, PET, wärmestabilisierten PET, PI, Polyetherimid (PEI), Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS) und Polyethersulfon (PES). Bevorzugte beschichtete Filme umfassen mit Fluorpolymer und Polyolefin beschichtetes wärmestabilisiertes PET und eine doppelseitige Beschichtung aus FEP auf PI (FEP-PI-FEP). In geeigneter Weise wird die temporäre Trägerkomponente in Form eines Rollenwarenmaterials bereitgestellt.
Eine planare Verstärkungskomponente, die eine Vielzahl von Poren umfasst, wird in der Ebene bereitgestellt, derart, dass die ionenleitende Komponente und die Versiegelungskomponente die Vielzahl der Poren füllen. Die finale Struktur ist in einem Querschnitt über die Querrichtung hinweg in 1 für die Ausführungsform dargestellt, in der es einen Streifen der ionenleitenden Komponente gibt. Mit dem Ausdruck „die Poren füllen“ ist gemeint, dass mindestens 90 % des gesamten Porenvolumens in der planaren Verstärkungskomponente gefüllt sind, vorzugsweise mindestens 95 %, vorzugsweise vollständig gefüllt ist. Zur Vermeidung von Zweifeln sind die Poren in der Verstärkungskomponente entweder mit einer ionenleitenden Komponente gefüllt oder sie sind mit einer Versiegelungskomponente gefüllt, obwohl die Poren an der Grenze zwischen einem Streifen einer ionenleitenden Komponente und einem Streifen einer Versiegelungskomponente mit beiden („Mischregion“) gefüllt sein können.
Die planare Verstärkungskomponente ist vorhanden, um der MSA Festigkeit und Verstärkung zu liefern. Die planare Verstärkungskomponente wird von einem porösen Material (d.h. einem, das eine Vielzahl von Poren aufweist) gebildet. Das poröse Material sollte mindestens einige der folgenden Eigenschaften besitzen: kompatibel sein mit der ionenleitenden Komponente und der Versiegelungskomponente in einer derartigen Weise, dass diese Komponenten das poröse Material ohne Schwierigkeiten durchtränken können und das poröse Material seine physikalische Integrität nach der Durchtränkung beibehält (d. h. seine grundlegende Porenstruktur beibehält); Bereitstellen einer besseren mechanischen Festigkeit und Dimensionsstabilität bei wechselnder Luftfeuchtigkeit der finalen MEA; nicht leitend sein; und chemisch und thermisch bei den Temperaturen, bei denen die Brennstoffzelle betrieben wird, stabil sein.
Geeignete planare Verstärkungskomponenten umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, die, die aus Nanofaserstrukturen gebildet werden (bspw. durch Elektrospinnen oder Spinnen unter Zwang gebildet werden), die, die aus aufgeschäumten Polymernetzwerken gebildet sind (z.B. aufgeschäumtem PTFE (ePTFE)), und die, die durch Konstruieren einer planaren nicht porösen Struktur gebildet sind. Beispiele für Materialien mit Eignung zur Verwendung bei der Ausbildung der planaren Verstärkungskomponente sind typischerweise Polymermaterialien und umfassen Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidendifluorid (PVDF), Polyetheretherketon (PEEK), Polyimid (PI), Polyetherimid, Polyethersulfon (PES) und Polypropylen (PP).
Vor Verwendung der planaren Verstärkungskomponente in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ausbildung der MSA weist die planare Verstärkungskomponente geeigneterweise eine minimale Dicke von mindestens 1 µm, geeigneterweise von mindestens 5 µm und eine maximale Dicke von 40 µm , geeigneterweise eine maximale Dicke von 25 µm auf.
Die Porosität der planaren Verstärkungskomponente vor Verwendung zur Ausbildung der MSA ist geeigneterweise größer als 30 %, vorzugsweise größer als 50 % in am stärksten bevorzugter Weise größer als 70 %. Geeigneterweise beträgt die Porosität weniger als 95 %. Die Porosität (n) wird gemäß der Formel n = V_v/V_t · 100 berechnet, wobei n für die Porosität steht, V_v das Porenvolumen bedeutet und V_t das Gesamtvolumen des porösen Materials bedeutet. Die Porosität des porösen Materials kann direkt aus Messungen der Komponentenmasse und Abmessungen und der Kenntnis der wahren Dichte des Verstärkungsmaterials berechnet oder unter Verwendung von einem Fachmann auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannten Verfahren, wie beispielsweise der Quecksilberporosimetrie bestimmt werden.
Das poröse Material zur Ausbildung der planaren Verstärkungskomponente kann isotrop oder anisotrop sein.
Die planare Verstärkungskomponente kann (i) sich bis zum Rand der MSA in Querrichtung erstrecken oder (ii) sich nicht bis zum Rand der MSA in Querrichtung erstrecken.
Die planare Verstärkungskomponente kann auf feuchten Streifen einer ionenleitenden Komponente und einer Versiegelungskomponente so bereitgestellt werden, dass sie in die Streifen eindringt und die Poren des Materials mit der ionenleitenden Komponente oder Versiegelungskomponente gefüllt werden. Diese Applikation der Verstärkungskomponente führt typischerweise dazu, dass sich die Ränder der lonomer- und Versiegelungskomponentenstreifen etwas bewegen und miteinander in Kontakt gelangen, selbst wenn die Streifen als diskrete, sich nicht berührende Streifen ausgebildet sind. Dies gewährleistet, dass es keine nicht gefüllten Hohlraumregionen zwischen der ionenleitenden Komponente und der Versiegelungskomponente in der MSA gibt.
Alternativ können die ionenleitende Komponente und die Versiegelungskomponente direkt auf der planaren Verstärkungskomponente auf der temporären Trägerkomponente abgelagert werden.
Alternativ kann die planare Verstärkungskomponente mit einer Verstärkungsschicht, die bereits auf eine Seite der planaren Verstärkungskomponente appliziert ist, bezogen werden. In diesem Fall kann die Verstärkungsschicht die temporäre Trägerkomponente werden, wenn sie die erforderlichen Eigenschaften gemäß obiger Beschreibung aufweist. Die ionenleitende Komponente und die Versiegelungskomponente können direkt auf der planaren Verstärkungskomponente, die sich auf ihrer Verstärkungsschicht befindet, abgelagert werden. Da die ionenleitende Komponente und die Versiegelungskomponente in Form von Streifen ausgebildet werden, und die planare Verstärkungskomponente durchtränken, bilden sie erste bzw. zweite Regionen in der planaren Verstärkungskomponente. Die ersten Regionen entsprechen den Flächen der planaren Verstärkungskomponente, die mit der ionenleitenden Komponente durchtränkt sind, während die zweiten Regionen den Flächen der planaren Verstärkungskomponente entsprechen, die mit der Versiegelungskomponente durchtränkt sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass die ionenleitende Komponente sich in die Poren der zweiten Regionen erstrecken kann und/oder sich die Versiegelungskomponente in die Poren der ersten Region(en) erstrecken kann, so dass es (eine) Mischregion(en) an der Grenzfläche der ersten und zweiten Regionen geben kann, die ionenleitende Komponente und Versiegelungskomponente umfasst (umfassen). Jegliche derartige Mischregion kann eine Breite von bis zu 5 mm in der Querrichtung an der Grenzfläche der ersten Region(en) und den zweiten Regionen aufweisen.
Die Poren in der Mischregion können sowohl ionenleitende Komponente als auch Versiegelungskomponente umfassen, was auftreten kann, wenn beispielsweise die Versiegelungskomponente und die ionenleitende Komponente mischbar sind.
Alternativ, wenn die Versiegelungskomponente und die ionenleitende Komponente nicht mischbar sind, kann es in der Mischregion eine oder mehrere „Inseln“ einer oder mehrerer Poren, die Versiegelungskomponente umfassen, die von Poren umgeben sind, die ionenleitende Komponente umfassen, geben. Alternativ kann es in der Mischregion eine oder mehrere „Inseln“ einer oder mehrerer Poren, die ionenleitende Komponente umfassen, die von Poren umgeben sind, die Versiegelungskomponente umfassen, geben.
Alternativ kann die Mischregion ein Gemisch von zwei oder mehr der oben beschriebenen Anordnungen umfassen.
Die Grenzfläche der ersten Region(en) und der zweiten Region(en) kann nicht perfekt linear sein, sondern kann unregelmäßig sein, beispielsweise eine „wellige“ Linie liefern.
Alternativ kann es ein Gemisch einer unregelmäßigen Grenzfläche und einer Mischregion geben.
Trotz Beschreibung unter Bezugnahme auf die Querrichtung können die Mischregion und die unregelmäßige Grenzfläche auch bei der durch die Ebene hindurch verlaufenden Richtung (z-Richtung) auftreten, insbesondere in einem Fall, in dem die Streifen in einer Vielzahl von Ablagerungsstufen gemäß nachfolgender Beschreibung ausgebildet werden.
Die ionenleitende Komponente und/oder die Versiegelungskomponente erstrecken sich nicht über die planare Verstärkungskomponente in einer Dickerichtung hinaus, so dass lediglich eine ausreichende Menge an ionenleitender Komponente und/oder Versiegelungskomponente verwendet wird, die erforderlich ist, um die Poren der planaren Verstärkungskomponente zu füllen.
Alternativ erstrecken sich die ionenleitende Komponente und/oder die Versiegelungskomponente über die planare Verstärkungskomponente in einer Dickenrichtung hinaus, so dass es eine Schicht einer ionenleitenden Komponente und/oder einer Versiegelungskomponente gibt, die nicht in die planare Verstärkungskomponente auf einer oder beiden Seiten der planaren Verstärkungskomponente imprägniert ist. Diese nicht verstärkte Schicht einer ionenleitenden Komponente und/oder Versiegelungskomponente kann in einer zusätzlichen Stufe (gemäß nachfolgender Beschreibung) appliziert werden oder die nicht verstärkte Schicht einer ionenleitenden Komponente und/oder einer Versiegelungskomponente kann durch Schrumpfung der planaren Verstärkungskomponente beim Trocknen erzeugt werden.
Jede nicht verstärkte Schicht einer Versiegelungskomponente kann die ionenleitende Komponente überlappen (die ionenleitende Komponente ist entweder in die Poren der planaren Verstärkungskomponente imprägniert oder die ionenleitende Komponente erstreckt sich über die planare Verstärkungskomponente in einer durch die Ebene verlaufenden Richtung (z-Richtung) hindurch). Jegliche Überlappung kann größer als oder gleich 1 mm sein. Die Überlappung kann kleiner als oder gleich 10 mm sein. Alternativ kann es anstelle einer Überlappung eine Mischregion gemäß obiger Beschreibung geben, die sowohl ionenleitende Komponente als auch Versiegelungskomponente umfasst.
Die Versiegelungskomponente kann sich mit der planaren Verstärkungskomponente gemeinsam erstrecken. Alternativ kann sich die Versiegelungskomponente über die planare Verstärkungskomponente hinaus in der planaren Querrichtung erstrecken.
Wenn die verstärkte MSA mehr als einen Streifen einer ionenleitenden Komponente enthält, umfasst das Verfahren optional des Weiteren ein Isolieren eines Bereichs der verstärkten MSA mit einem einzelnen Streifen der ionenleitenden Komponente zwischen zwei der Streifen der Versiegelungskomponente aus der verstärkten MSA mit zwei oder mehr Streifen einer ionenleitenden Komponente. Eine Isolierung wird vorzugsweise durch Schlitzen in einer Maschinenrichtung entlang eines oder mehrerer Streifen einer Versiegelungskomponente erreicht. Dies liefert einen einzelnen Streifen einer verstärkten MSA, die nachfolgend in individuelle verstärkte MSAs geschnitten werden kann, wobei eine Schneidestufe umfasst ist, in der der einzelne Streifen in einer Querrichtung entweder vor oder nach Entfernen der temporären Trägerkomponente geschnitten wird.
Die Versiegelungskomponente und die ionenleitende Komponente werden als Flüssigkeit oder Dispersion in einem geeigneten Lösemittel mittels einer beliebigen geeigneten, auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannten Technik in Verbindung mit einem geeigneten Maskieren, sofern geeignet, appliziert. Derartige Techniken umfassen ein Tiefdruckbeschichten, ein Schlitzdüsen(Schlitz, Extrusion)-Beschichten (wobei die Beschichtung unter Druck mittels eines Schlitzes auf die temporäre Trägerkomponente herausgepresst wird), ein Siebdrucken, ein Rotationssiebdrucken, ein Tintenstrahldrucken, Sprühen, Lackieren, Stabbeschichten, Klotzbeschichten, Spaltbeschichtungstechniken, wie einen Abstreifer oder eine Rakel über einer Walze (wobei die Beschichtung auf die temporäre Trägerkomponente appliziert wird und anschließend durch einen Schlitz zwischen dem Abstreifer und einer Trägerwalze geführt wird) und ein Dosierstabapplizieren, bspw. mit einem Meyer-Stab. Die Streifen der ionenleitenden Komponente und der Versiegelungskomponente werden in geeigneter Weise durch Schlitzdüsenbeschichtung appliziert. Die Versiegelungskomponente kann auch durch Tiefdruckbeschichten in geeigneter Weise appliziert werden.
Die ionenleitende Komponente und die Versiegelungskomponente werden individuell nach Ablagern einer jeden getrocknet oder können in einer einzelnen Stufe, sobald beide abgelagert sind, getrocknet werden. Das Trocknen wird lediglich durchgeführt, sobald die nasse ionenleitende Komponente und/oder Versiegelungskomponente die planare Verstärkungskomponente durchtränkt hat bzw. haben. Ein Trocknen im Wesentlichen zur Entfernung des (der) Lösemittel(s) aus den Beschichtungsdispersionen der ionenleitenden Komponente oder der Versiegelungskomponente kann mittels einer beliebigen geeigneten Heiztechnik, die einem Fachmann auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt ist, beispielsweise durch Luftaufprall, Infrarot usw. bewirkt werden. In geeigneter Weise wird das Trocknen typischerweise bei einer Temperatur von 70-120 °C durchgeführt, es kann jedoch von der Art des Lösemittels abhängen und kann bei bis zu und über 200 °C durchgeführt werden.
Die Versiegelungskomponente und in Abhängigkeit von ihrer Art die ionenleitende Komponente können zusätzlich zum Trocknen auch gehärtet werden, um die mechanische und/oder chemische Festigkeit der Komponente zu liefern. Ein Härten ist eine chemische Reaktion zur Herbeiführung einer Veränderung, beispielsweise einer Vernetzung, und kann thermisch (z.B. durch Wärme oder IR) oder durch UV-Energie aktiviert werden.
Die ionenleitende Komponente kann zusätzlich zum Trocknen (und optional Härten) getempert werden, um die kristalline Struktur des lonomers zu verändern und zu verfestigen. Jede Temperstufe würde eine erhöhte Temperatur im Vergleich zur Trocknungsstufe, beispielsweise bis zu 200 °C, verwenden.
Die Härtungs- und/oder Temperstufen können nach jeder Trocknungsstufe oder am Ende des Ablagerungsverfahrens vor Entfernen der temporären Trägerkomponente durchgeführt werden. In Abhängigkeit von den für die Versiegelungskomponente und die ionenleitende Komponente verwendeten Materialien können das Härten und das Tempern in einer einzelnen Stufe durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung liefert ferner eine verstärkte Membranversiegelungsanordnung, die die folgenden Bestandteile umfasst:

einen oder mehrere Streifen einer ionenleitenden Komponente in einer Ebene,
eine Vielzahl von Streifen einer Versiegelungskomponente in der gleichen Ebene,
wobei der eine oder die mehreren Streifen einer ionenleitenden Komponente an zwei der Streifen der Versiegelungskomponente angrenzt und
eine planare Verstärkungskomponente, die eine Vielzahl von Poren umfasst,
wobei die ionenleitende Komponente und die Versiegelungskomponente die Vielzahl der Poren füllen, wobei jeder Streifen der ionenleitenden Komponente sich von einem ersten Ende der Anordnung zu einem zweiten entgegengesetzten Ende erstreckt.

Vorzugsweise wird die verstärkte MSA gemäß dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt.
Vorzugsweise umfasst die verstärkte MSA einen einzelnen Streifen der ionenleitenden Komponente.
Das hier offenbarte Verfahren kann ferner die zur Zugabe weiterer Komponenten und Schichten zu der verstärkten MSA unter Bildung einer CCM oder einer MEA erforderlichen Stufen umfassen.
Eine erfindungsgemäße mit Katalysator beschichtete Membran (CCM) weist eine Verwendbarkeit in einer elektrochemischen Zelle, wie beispielsweise einer Brennstoffzelle, auf, die eine mit Katalysator beschichtete Membran erfordert. In einer CCM weist die verstärkte MSA erste und zweite Flächen, die sich in der Ebene erstrecken, auf und das Verfahren umfasst ferner das Ausbilden einer das Katalysatormaterial umfassenden Schicht (die Katalysatorschicht) auf einer oder beiden der ersten und zweiten Flächen auf mindestens einem Teil bzw. Bereich der ionenleitenden Komponente.
Das Verfahren zum Ausbilden einer ein Katalysatormaterial umfassenden Schicht auf einer oder beiden der ersten und zweiten Flächen kann mittels eines herkömmlichen indirekten Abziehbildübertragungsverfahrens, eines direkten Beschichtungsverfahrens auf die verstärkte MSA oder eines Additivschichtverfahrens erfolgen. In einem herkömmlichen Abziehbildübertragungsverfahren kann die verstärkte MSA als Komponente in dem Herstellungsverfahren verwendet werden, indem Katalysatorschichten hinzugefügt werden, beispielsweise durch Verwendung eines Streifens einer vorgeformten Katalysatorschicht auf einer Abziehbildübertragungsfolie (d.h. heiß gepresst von einer PTFE-Lage) auf eine oder beide Seiten der verstärkten MSA zur Ausbildung der CCM.
Wenn ein Additivschichtverfahren verwendet wird (beispielsweise gemäß Beschreibung in der WO 2015/145128 A ) kann die Katalysatorschicht zuerst abgelagert werden und anschließend wird die verstärkte MSA gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Oberseite dieser Grundkatalysatorschicht ausgebildet. Die zweite Katalysatorschicht würde dann auf der oberen freiliegenden Oberfläche der verstärkten MSA abgelagert werden.
Alternativ können die erste und die zweite Katalysatorschicht direkt auf einer oder beiden Flächen der verstärkten MSA abgelagert werden. Das Katalysatormaterial, wenn es abgelagert wird, kann unter Verwendung der oben für die Versiegelungskomponente und die ionenleitende Komponente offenbarten Verfahren appliziert werden. Das Katalysatormaterial wird geeigneterweise in Form einer Druckfarbe in entweder organischer oder wässriger (jedoch vorzugsweise wässriger) Form appliziert. Die Druckfarbe kann in geeigneter Weise weitere Komponenten, wie bspw. ein ionenleitendes Polymer gemäß Beschreibung in der EP 0 731 520 A , umfassen, die enthalten sind, um die lonenleitfähigkeit in der Schicht zu verbessern. Das Katalysatormaterial wird in Form von diskreten, diskontinuierlichen Flecken oder in Form von kontinuierlichen Streifen appliziert; unter Flecken sind diskrete Bereiche gemeint, die nicht miteinander verbunden sind.
Vorzugsweise wird die Katalysatorschicht in Streifen bereitgestellt, die mit den Streifen der ionenleitenden Komponente ausgerichtet sind. Dies erlaubt die Anwendung der gleichen Herstellungstechniken, die die Herstellungseffizienz des Arbeitens mit einer Rolle der verstärkten MSA nutzen.
Das Katalysatormaterial umfasst einen oder mehrere Elektrokatalysatoren. Der eine oder die mehreren Elektrokatalysatoren sind unabhängig ein feinteiliges, nicht geträgertes Metallpulver oder ein geträgerter Katalysator, worin kleine Nanopartikel von Metall auf eine große Oberfläche aufweisenden, elektrisch leitenden Kohlenstoffträgern dispergiert sind. Das Metall ist geeigneterweise aus den folgenden ausgewählt:

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

Das bevorzugte Metall ist Platin, das mit anderen Edelmetallen oder unedlen Metallen legiert werden kann. Wenn der Elektrokatalysator ein geträgerter Katalysator ist, liegt die Beladung der Metallnanopartikel auf dem Kohlenstoffträgermaterial geeigneterweise in einem Bereich von 10-90 Gew.-%, vorzugsweise 15-75 Gew.-% des Gewichts des erhaltenen Elektrokatalysators.
Das exakte Katalysatormaterial, das verwendet wird, hängt von der Reaktion ab, die katalysiert werden, und dessen Auswahl liegt in der Fähigkeit eines Fachmanns auf dem einschlägigen Fachgebiet.
Die Katalysatorschicht kann ferner zusätzliche Komponenten umfassen. Derartige zusätzliche Komponenten umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, einen Katalysator, der die Sauerstoffentwicklung erleichtert und folglich von Vorteil bei einer Zellumkehr und Einschalt-/Abschaltsituationen ist, oder einen Wasserstoffperoxidzersetzungskatalysator. Beispiele für derartige Katalysatoren und beliebige andere Additive mit Eignung zur Einarbeitung in die Katalysatorschicht sind einem Fachmann auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt.
Die Dicke der CCM in einer durch die Ebene verlaufenden Richtung (z-Richtung) in der Region, die das Katalysatormaterial und die ionenleitende Komponente umfasst, hängt von der finalen Anwendung hiervon ab. Im Allgemeinen ist die Dicke jedoch ≤ 300 µm , beispielsweise ≤ 150 µm, z.B. ≤ 80 µm, beispielsweise ≤ 50 µm. Geeigneterweise beträgt die Dicke ≥ 10 µm. In einer Ausführungsform besitzt die finale CCM eine Dicke in einer durch die Ebene hindurch verlaufenden Richtung (z-Richtung) in der Region, die das Katalysatormaterial und die ionenleitende Komponente umfasst, von 15-50 µm.
Weitere Komponenten, wie beispielsweise eine Sperrschicht und/oder eine Klebstoffkomponente können auch eingearbeitet werden, wie es beispielsweise detaillierter in der WO 2015/145128 A beschrieben ist.
Die vorliegende Erfindung liefert des Weiteren eine Membranelektrodenanordnung, die eine verstärkte MSA gemäß der vorliegenden Erfindung und eine Katalysatorschicht und eine auf mindestens einer Fläche der verstärkten MSA vorhandene Gasdiffusionsschicht umfasst. Eine Katalysatorschicht und eine Gasdiffusionsschicht können auf beiden Flächen der verstärkten MSA vorhanden sein.
Eine MEA, die eine verstärkte MSA gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, kann auf einer Reihe von Wegen hergestellt werden, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein:

(i) eine verstärkte MSA gemäß der vorliegenden Erfindung kann zwischen zwei Gasdiffusionselektroden (einer Anode und einer Kathode) angeordnet sein;
(ii) eine CCM gemäß der vorliegenden Erfindung, in der die verstärkte MSA auf einer Seite lediglich mit einer Katalysatorschicht beschichtet ist, kann zwischen einer Gasdiffusionsschicht und einer Gasdiffusionselektrode angeordnet sein, wobei die Gasdiffusionsschicht mit der Seite der CCM in Kontakt steht, die mit der Katalysatorschicht beschichtet ist; oder
(iii) eine CCM gemäß der vorliegenden Erfindung, in der die verstärkte MSA auf beiden Seiten mit einer Katalysatorschicht beschichtet ist, kann zwischen zwei Gasdiffusionsschichten angeordnet sein.

Die Gasdiffusionsschichten basieren geeigneterweise auf herkömmlichen Gasdiffusionssubstraten. Typische Substrate umfassen nicht gewebte Papiere oder Bahnen, umfassend ein Netzwerk von Kohlenstofffasern (z.B. die H2315-Serie, die von Freudenberg FCCT KG, Deutschland, erhältlich ist, oder die Sigracet^®-Serie, die von SGL-Technologies GmbH, Deutschland, erhältlich ist, oder die AvCarb^®-Serie, die von AvCarb Material Solutions, USA, erhältlich ist), ein wärmehärtbares Harzbindemittel (z.B. die TGP-H-Serie der Kohlefaserpapiere, die von Toray Industries Inc., Japan erhältlich ist) oder gewebte Kohlenstofftücher. Das Kohlenstoffpapier, die Kohlenstoffbahn oder das Kohlenstofftuch kann mit einer weiteren Behandlung vor dem Einbau in eine MEA, entweder um das Material benetzbarer (hydrophil) oder feuchtigkeitsbeständiger (hydrophob) zu machen, versehen werden. Die Art jeglicher Behandlungen hängt von dem Typ der Brennstoffzelle und den Arbeitsbedingungen, die verwendet werden, ab.
Das Substrat kann durch Einarbeiten von Materialien, wie amorphen Rußen, mittels Imprägnieren aus flüssigen Suspensionen benetzbarer gemacht werden, oder kann durch Imprägnieren der porösen Struktur des Substrats mit einer kolloidalen Suspension eines Polymers, wie beispielsweise PTFE oder Polyfluorethylenpropylen (FEP), gefolgt von einem Trocknen und Erwärmen über den Schmelzpunkt des Polymers hydrophober gemacht werden. Für Anwendungen wie eine PEMFC kann eine mikroporöse Schicht auch auf der Fläche, die mit der Elektrokatalysatorschicht in Kontakt gelangt, auf das Gasdiffusionssubstrat appliziert werden. Die mikroporöse Schicht umfasst typischerweise ein Gemisch eines Rußes und eines Polymers, wie bspw. Polytetrafluorethylen (PTFE). Die Gasdiffusionsschichten werden mittels herkömmlicher Techniken angebracht.
Die verstärkte MSA, CCM oder MEA kann ferner ein Additiv umfassen. Das Additiv kann intern in der verstärkten MSA, CCM oder MEA, oder im Falle der CCM oder MEA an einer oder mehreren der Grenzflächen zwischen den verschiedenen Schichten und/oder in einer oder mehreren der Schichten vorhanden sein.
Das Additiv kann eines oder mehrere sein, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Wasserstoffperoxidzersetzungskatalysatoren, Radikalfängern, einem freie Radikale zersetzenden Katalysator, einem selbstregenerierenden Antioxidationsmittel, einem primären Wasserstoffdonor (H-Donor)-Antioxidationsmittel, einem sekundären freie Radikale einfangenden Antioxidationsmittel und Sauerstoffabsorptionsmitteln (sauerstoffeinfangenden Mitteln) besteht. Beispiele für diese unterschiedlichen Additive finden sich beispielsweise in der WO 2009/040571 A und der WO 2009/109780 A . Ein bevorzugtes Additiv ist Cerdioxid (Ceria).
Figurenliste
Die 1 bis 4 zeigen nicht einschränkende Figuren gemäß der vorliegenden Erfindung.

1 zeigt einen Querschnitt durch eine verstärkte MSA.
2 zeigt eine Draufsicht auf eine verstärkte MSA.
Die 3 und 4 sind Flussdiagramme, die Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen verstärkten MSA zeigen.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
Die vorliegende Erfindung liefert eine verstärkte MSA, die mindestens einen kontinuierlichen Streifen einer ionenleitenden Komponente (die die Membran bildet) umfasst, der entlang der beiden langen Ränder (wie hergestellt) mit einer Versiegelungskomponente in Kontakt steht. Diese werden vorzugsweise simultan aus flüssigen Dispersionen, worin die beiden Komponenten eine einzelne planare Verstärkungskomponente teilen, appliziert. Dies bedeutet, dass die planare Verstärkungskomponente die Grenzfläche zwischen der ionenleitenden Komponente und der Versiegelungskomponente überspannt. Diese planare Verstärkungskomponente kann in der Querrichtung kontinuierlich oder nicht kontinuierlich zu dem Rand der verstärkten MSA sein, muss jedoch über die ionenleitende Komponente und die zwei Grenzflächen hinweg kontinuierlich sein. Die Versiegelungskomponente und die ionenleitende Komponente können unterschiedliche Dicken aufweisen, wobei die Versiegelungskomponente entweder dicker oder dünner sein kann als die ionenleitende Komponente, idealerweise besäßen die beiden Komponenten jedoch im Wesentlichen die gleiche Dicke, um jegliche Stufenhöhen zwischen den beiden Komponenten zu vermeiden. 1 zeigt einen Querschnitt (in Querrichtung) einer derartigen verstärkten MSA (1) für eine Ausführungsform, in der es einen Streifen der ionenleitenden Komponente gibt. Insbesondere zeigt dies, wie sich die planare Verstärkungskomponente (25) zwischen der Grenzfläche zwischen Streifen der Versiegelungskomponente (5) und der ionenleitenden Komponente (10) erstreckt.
2 zeigt eine Draufsicht einer verstärkten MSA (1), die die Ausführungsform veranschaulicht, bei der es eine Vielzahl von Streifen der ionenleitenden Komponente gibt. Die Ebene der MSA (1) ist dargestellt, derart, dass Streifen einer Versiegelungskomponente (5) und einer ionenleitenden Komponente (10) sichtbar sind. Die planare Verstärkungskomponente (25) erstreckt sich über alle Streifen.
Insbesondere zeigt 2 ein Produktdesign, wobei die verstärkte MSA mit Streifen einer Versiegelungskomponente (5) auf jeder Seite eines jeden Streifens der ionenleitenden Komponente (10) hergestellt wurde. Diese Beschichtungsverfahren können getrennt oder simultan durchgeführt werden. Der Vorteil der simultanen Auftragung der zwei Materialien besteht darin, dass eine planare Verstärkungskomponente in die Schichten eingeführt wird, wenn sie beide nass sind und folglich bereitwilliger die Grenzfläche zwischen den zwei Komponenten überspannen. Die Versiegelungskomponente und die ionenleitende Komponente werden so abgelagert, dass die trockenen Schichten die gleiche Höhe aufweisen.
Das Produkt kann unter Verwendung eines Schlitzdüsensystems hergestellt werden, das zwei getrennte Materialien Seite an Seite simultan beschichtet. Dies ermöglicht ein Beschichten der ionenleitenden Komponente im Zentrum und der zwei Streifen der Versiegelungskomponente (einer auf jeder Seite der ionenleitenden Komponente). Die zwei Materialien können mit einer kleinen Lücke zwischen ihnen abgelagert werden, die sich nach der Ablagerung schließt, so dass die beiden Dispersionen miteinander in Kontakt gelangen. Während die Materialien noch nass sind, wird eine planare Verstärkungskomponente, wie bspw. ePTFE, auf die Oberseite der nassen Komponenten gelegt, so dass sie in die nassen Komponenten eingetaucht wird, wenn sie von diesen durchtränkt wird. Auf diese Weise überspannt die planare Verstärkungskomponente die Grenzfläche zwischen den unterschiedlichen Materialien. Eine zweite Schicht der zwei Materialien kann anschließend auf der Oberseite der ersten Schicht nach einem Trocknen abgelagert werden, um dabei zu helfen, die gewünschte Dicke zu erreichen, und um auch sicherzustellen, dass die planare Verstärkungskomponente vollständig durchtränkt wird. Die Grenzfläche in den zweiten Schichten kann entweder in einer Reihe mit denen in der ersten Schicht oder versetzt in Abhängigkeit von dem geforderten Produktdesign sein. Nachfolgende Schichten können abgelagert werden, wenn es erforderlich ist.
Die zweite (oder eine beliebige nachfolgende) Schicht der ionenleitenden Komponente und der Versiegelungskomponente können auch eine zweite (oder nachfolgende) planare Verstärkungskomponente umfassen. Wenn zwei oder mehr planare Verstärkungskomponenten vorhanden sind, können diese gleich oder verschieden sein. Wenn die planaren Verstärkungskomponenten anisotrop sind, kann die Richtung der Isotropie in benachbarten planaren Verstärkungskomponenten gleich sein oder in einem Winkel, beispielsweise in einem Winkel von 90° zueinander sein, um weitere Stabilität in allen Richtungen zu liefern.
Bei einer kontinuierlichen Rolle-an-Rolle-Fertigungsstraße wird auch vorgesehen, dass mehrere Streifen von MSAs als ein vollständiges Rollwarenmaterial über die Breite der Fertigungsstraße hinweg abgelagert werden können. In diesem Fall würden x Streifen lonomer abgelagert und von x +1 Streifen an Versiegelungskomponente umgeben bzw. begrenzt sein. Die planare Verstärkungskomponente könnte als mehrere individuelle Streifen auf jede unterschiedliche MSA oder als eine planare Verstärkungskomponente über die gesamte Breite der mehreren MSAs hinweg appliziert werden.
Die 3a und 3b zeigen Flussdiagramme, die ein erfindungsgemäßes Verfahren darstellen. In 3a wird eine temporäre Trägerkomponente bereitgestellt, auf die die Komponenten, die die verstärkte MSA ausmachen, appliziert werden. Die ionenleitende Komponente und die Versiegelungskomponente werden simultan auf die temporäre Trägerkomponente in Form von einen oder mehreren Streifen abgelagert. Unter dem Ausdruck „simultan“ wird verstanden, dass die Komponenten in dem gleichen einzelnen Durchlauf der temporären Trägerkomponente durch das Verfahren derart aufgetragen werden, dass sie beide vor der Applikation der planaren Verstärkungsomponente noch nass sind. Ein Beschichtungskopf kann jedoch vor dem anderen positioniert sein, derart, dass eine Komponente zuerst abgelegt wird, gefolgt von der zweiten Komponente in dem gleichen Durchlauf. In 3a wird die ionenleitende Komponente auf der temporären Trägerkomponente vor der Versiegelungskomponente abgelagert. Die Komponenten werden auf der temporären Trägerkomponente in Streifen, die parallel zueinander verlaufen, abgelagert. Die planare Verstärkungskomponente wird auf die nasse ionenleitende Komponente und Versiegelungskomponente auf der temporären Trägerkomponente gelegt. Die ionenleitende Komponente und die Versiegelungskomponente werden, sobald sie in die Poren der planaren verstärkenden Komponente imprägniert wurden, getrocknet. Das in 3a gezeigte Verfahren schließt mit der Entfernung der temporären Trägerkomponente ab. Dies kann unmittelbar oder an einem bestimmten Punkt stromab beim Zusammenbau einer MEA durchgeführt werden.
In 3b wird weitere ionenleitende Komponente und Versiegelungskomponente auf die planare Verstärkungskomponente in den zuvor mit der Komponente imprägnierten und getrockneten Regionen appliziert. Ein Applizieren von zusätzlicher ionenleitender Komponente und Versiegelungskomponente kann so oft wie erforderlich (angegeben durch die gestrichelte Linie) durchgeführt werden, um ein vollständiges Imprägnieren und/oder Vorsehen einer nicht verstärkten Schicht einer ionenleitenden Komponente und/oder Versiegelungskomponente, die sich über die planare Verstärkungskomponente hinaus in z-Richtung erstreckt, zu gewährleisten. Obwohl eine zusätzliche Ablagerung sowohl der ionenleitenden Komponente als auch der Versiegelungskomponente dargestellt ist, ist es selbstverständlich, dass in jeglichem weiteren Durchlauf lediglich eine dieser Komponenten abgelagert werden kann. Das in 3b dargestellte Verfahren schließt mit der Entfernung der temporären Trägerkomponente ab. Wie oben angegeben, kann dies unmittelbar oder zu einem bestimmten Punkt stromab beim Zusammenbau einer MEA durchgeführt werden.
In 3c wird eine Schicht einer ionenleitenden Komponente und einer Versiegelungskomponente zuerst auf die Trägerschicht in den erforderlichen Streifen appliziert. Die ionenleitende Komponente und die Versiegelungskomponente werden getrocknet, um eine Schicht zu bilden, die keine planare Verstärkungskomponente enthält. Weitere ionenleitende Komponente und Versiegelungskomponente werden auf diese Schicht in den Regionen appliziert, die später den Streifen entsprechen, und die planare Verstärkungskomponente wird auf die nasse ionenleitende Komponente und Versiegelungskomponente gelegt. Die ionenleitende Komponente und die Versiegelungskomponente durchtränken die Poren der planaren Verstärkungskomponente und werden getrocknet. Weitere ionenleitende Komponente und Versiegelungskomponente werden auf die planare Verstärkungskomponente in den Regionen, die zuvor mit der Komponente imprägniert wurden, appliziert und getrocknet, wobei eine Schicht einer ionenleitenden Komponente und einer Versiegelungskomponente gebildet wird, die keine planare Verstärkungskomponente enthält. Das in 3c gezeigte Verfahren schließt mit der Entfernung der temporären Trägerkomponente ab. Wie oben angegeben, kann dies unmittelbar oder zu einem späteren Punkt stromab bei dem Zusammenbau einer MEA durchgeführt werden.
Die 4a und 4b zeigen Fließdiagramme, die ein alternatives sequenzielles Ablagerungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. In 4a wird eine temporäre Trägerkomponente bereitgestellt, auf die die Komponenten, die die verstärkte MSA ausmachen, appliziert werden. Zuerst wird eine ionenleitende Komponente auf die temporäre Trägerkomponente in einem oder mehreren Streifen appliziert. Die planare Verstärkungskomponente wird auf die temporäre Trägerkomponente gelegt und die ionenleitende Komponente durchtränkt die Poren der planaren Verstärkungsomponente. Sobald die ionenleitende Komponente in die planare Verstärkungskomponente imprägniert wurde, wird sie getrocknet. Die Versiegelungskomponente wird anschließend auf die planare Verstärkungskomponente in Streifen appliziert, um an die ionenleitende Komponente anzustoßen. Die Versiegelungskomponente durchtränkt die planare Verstärkungskomponente und wird nach dem Imprägnieren getrocknet. Das in 4a gezeigte Verfahren schließt anschließend mit der Entfernung der temporären Trägerkomponente ab. Wie oben angegeben, kann dies unmittelbar oder zu einem späteren Punkt stromab bei dem Zusammenbau einer MEA durchgeführt werden.
In 4b wird weitere ionenleitende Komponente auf die planare Verstärkungskomponente in den Regionen, die zuvor mit einer ionenleitenden Komponente imprägniert und getrocknet wurden, appliziert. Zusätzliche Versiegelungskomponente wird auf die planare Verstärkungskomponente in den Regionen appliziert, die zuvor mit der Versiegelungskomponente imprägniert und getrocknet wurden. Ein Applizieren von zusätzlicher ionenleitender Komponente und Versiegelungskomponente kann so oft wie erforderlich (angegeben durch die gestrichelte Linie) durchgeführt werden, um ein vollständiges Imprägnieren und/oder Vorsehen einer Schicht einer Versiegelungskomponente und/oder ionenleitenden Komponente, die sich über die planare Verstärkungskomponente hinweg erstreckt, zu gewährleisten. Das in 4b gezeigte Verfahren schließt anschließend mit der Entfernung der temporären Trägerkomponente ab. Wie oben angegeben, kann dies unmittelbar oder zu einem späteren Punkt stromab bei dem Zusammenbau einer MEA durchgeführt werden.
Es ist für einen Fachmann auf dem einschlägigen Fachgebiet offensichtlich, dass, obwohl die 4a und 4b zeigen, dass die ionenleitende Komponente zuerst appliziert wird, gefolgt von der Versiegelungskomponente, das Verfahren genauso gut funktionieren würde, wenn die Versiegelungskomponente zuerst appliziert würde und anschließend die ionenleitende Komponente.
Die 3b und 4b zeigen eine weitere Ablagerung von sowohl ionenleitender Komponente als auch Versiegelungskomponente. Es ist jedoch selbstverständlich und für einen Fachmann auf dem einschlägigen Fachgebiet offensichtlich, dass es möglich ist, dass eine zusätzliche Schicht lediglich eines Bestandteiles aus einer ionenleitenden Komponente oder einer Versiegelungskomponente abgelagert wird. Es ist auch selbstverständlich und für einen Fachmann auf dem einschlägigen Fachgebiet offensichtlich, dass die in der weiteren Ablagerung verwendete ionenleitende Komponente und Versiegelungskomponente gleich oder verschieden zu der in den früheren Ablagerungen verwendeten ionenleitenden Komponente und Versiegelungskomponente sein kann. Beispielsweise können Perfluorsulfonsäureionomere verschiedener Äquivalentgewichte als die ionenleitenden Komponenten verwendet werden.
Alle oben für die CCM-Produkte beschriebenen Ausführungsformen gelten in gleichem Maße für die Verwendung in Elektrolyseuren auf Basis einer Protonenaustauschmembran (PEM). In diesen PEM-Elektrolyseuren wird über die CCM eine Spannung derart angelegt, dass das zu der Vorrichtung zugeführte Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff an der Kathode bzw. Anode gespalten wird. Die CCMs können unterschiedliche Katalysatorkomponenten gegenüber einer PEM-Brennstoffzelle, wie beispielsweise Materialien auf Ir- und Ru-Basis an der Anode erfordern, sind jedoch ansonsten sehr ähnlich hinsichtlich der Konstruktion zu CCMs für Brennstoffzellen.
Die obige detaillierte Beschreibung wurde lediglich zur Erklärung und Veranschaulichung bereitgestellt und soll den Umfang der beigefügten Patentansprüche nicht einschränken. Zahlreiche Variationen der hier veranschaulichten gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen sind für einen Fachmann auf dem einschlägigen Fachgebiet offensichtlich und verbleiben im Umfang der beigefügten Patentansprüche und ihrer Äquivalente.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2015/145127 A [0010, 0011, 0015, 0024]
WO 2015/145128 A [0069, 0077]
EP 0731520 A [0070]
WO 2009/040571 A [0083]
WO 2009/109780 A [0083]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer verstärkten Membranversiegelungsanordnung, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfasst: Ausbilden eines oder mehrerer Streifen einer ionenleitenden Komponente in einer Ebene auf einer temporären Trägerkomponente, Ausbilden einer Vielzahl von Streifen einer Versiegelungskomponente in der gleichen Ebene auf der temporären Trägerkomponente, derart, dass ein oder mehrere Streifen einer ionenleitenden Komponente zwischen zwei der Streifen einer Versiegelungskomponente liegt bzw. liegen, wobei eine eine Vielzahl von Poren umfassende planare Verstärkungskomponente in der Ebene bereitgestellt wird, derart, dass die ionenleitende Komponente und die Versiegelungskomponente die Vielzahl der Poren füllen, wobei der eine oder die mehreren Streifen einer ionenleitenden Komponente, die Vielzahl der Streifen einer Versiegelungskomponente und die planare Verstärkungskomponente dadurch zusammen eine verstärkte Membranversiegelungsanordnung bilden, und wobei jeder Streifen einer ionenleitenden Komponente sich von einem ersten Ende der Anordnung zu einem zweiten entgegengesetzten Ende erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Streifen einer ionenleitenden Komponente zwischen zwei Streifen einer Versiegelungskomponente liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Streifen einer ionenleitenden Komponente gebildet werden, wobei jeder Streifen einer ionenleitenden Komponente zwischen zwei Streifen einer Versiegelungskomponente liegt und wobei die Streifen einer ionenleitenden Komponente und die Streifen einer Versiegelungskomponente alternieren.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner eine weitere Stufe eines Schlitzens der Streifen der Versiegelungskomponente entlang ihrer Länge zur Bereitstellung eines einzelnen Streifens einer ionenleitenden Komponente zwischen zwei Streifen einer Versiegelungskomponente umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der eine oder die mehreren Streifen einer ionenleitenden Komponente und die Vielzahl der Streifen einer Versiegelungskomponente durch Ablagerung gebildet werden, und wobei die planare Verstärkungskomponente bereitgestellt wird, nachdem der eine oder die mehreren Streifen einer ionenleitenden Komponente und die Vielzahl der Streifen der Versiegelungskomponente abgelagert wurden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der eine oder die mehreren Streifen einer ionenleitenden Komponente und die Vielzahl der Streifen einer Versiegelungskomponente durch Ablagern auf der planaren Verstärkungskomponente gebildet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der eine oder die mehreren Streifen einer ionenleitenden Komponente und die Vielzahl der Streifen einer Versiegelungskomponente gleichzeitig abgelagert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der eine oder die mehreren Streifen einer ionenleitenden Komponente und/oder die Vielzahl der Streifen einer Versiegelungskomponente mittels Schlitzdüsenbeschichten abgelagert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der eine oder die mehreren Streifen einer ionenleitenden Komponente und/oder die Vielzahl der Streifen einer Versiegelungskomponente aus einer Vielzahl von sequenziell abgelagerten Schichten gebildet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner eine Stufe eines Entfernens der Membranversiegelungsanordnung von der temporären Trägerkomponente umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die planare Verstärkungskomponente bis zum Rand der verstärkten Membranversiegelungsanordnung in einer Querrichtung erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei sich die planare Verstärkungskomponente nicht bis zum Rand der verstärkten Membranversiegelungsanordnung in der Querrichtung erstreckt.
Verstärkte Membranversiegelungsanordnung, die die folgenden Bestandteile umfasst: einen oder mehrere Streifen einer ionenleitenden Komponente in einer Ebene, eine Vielzahl von Streifen einer Versiegelungskomponente in der gleichen Ebene, wobei der eine oder die mehreren Streifen einer ionenleitenden Komponente an zwei der Streifen einer Versiegelungskomponente anstößt und eine planare Verstärkungskomponente, die eine Vielzahl von Poren umfasst, wobei die ionenleitende Komponente und die Versiegelungskomponente die Vielzahl der Poren füllt, wobei jeder Streifen einer ionenleitenden Komponente sich von einem ersten Ende der Anordnung zu einem zweiten entgegengesetzten Ende erstreckt.
Verstärkte Membranversiegelungsanordnung nach Anspruch 11, die einen einzelnen Streifen der ionenleitenden Komponente umfasst.
Verstärkte Membranversiegelungsanordnung nach einem der Ansprüche 13 und 14, erhältlich nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12.