DE19544323A1 - Gasdiffusionselektrode für Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen - Google Patents
Gasdiffusionselektrode für Polymerelektrolytmembran-BrennstoffzellenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen,
insbesondere Gasdiffusionselektroden für Brennstoffzellen oder
Elektrolysezellen, ein Verfahren zur Herstellung einer
Gasdiffusionselektrode für Brennstoffzellen oder Elektrolysezellen, ein
Verfahren zur Beschichtung von Gasdiffusionselektroden mit einer
katalytisch aktiven Schicht und ein Verfahren zur Herstellung einer
Membran-Elektrodeneinheit.
In Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen wird eine
Gasdiffusionsmatte als Elektrode zwischen Polymerelektrolytmembran
und Stromsammlern, z. B. bipolaren Platten, verwendet. Sie hat die
Funktion, den in der Membrane erzeugten Strom abzuleiten und muß die
Reaktionsgase zur katalytischen Schicht durchdiffundieren lassen.
Außerdem muß die Gasdiffusionselektrode zumindest in der der
Membrane zugewandten Schicht wasserabweisend sein, um zu
verhindern, daß bei der Reaktion gebildetes Wasser die Poren der
Gasdiffusionselektrode flutet. Für viele Anwendungen, beispielsweise in
der Raumfahrt, ist es zudem wichtig, daß die zum Aufbau der Zellstapel
verwendeten Materialien leicht und platzsparend sind. Stets von Interesse
ist eine möglichst kostengünstige Herstellung der Materialien.
Bisher werden für derartige Gasdiffusionselektroden typischerweise
Matten aus graphitisiertem Gewebe verwendet, die ab einer Dichte von
116 g/m² erhältlich sind. Die Gasdiffusionsmatten aus graphitisiertem
Gewebe lassen Sauerstoff, besonders O₂ aus der Luft unter niedrigem
Druck, oft nicht ausreichend gut diffundieren und sind außerdem relativ
schwer. Bei ihrer Herstellung werden hohe Temperaturen benötigt, was
zu einem entsprechend hohen Energieverbrauch und hohen Preisen führt.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine kostengünstig herstellbare, leichte
Gasdiffusionselektrode zur Verfügung zu stellen, die Sauerstoff,
insbesondere aus der Luft unter geringem Überdruck, gut diffundieren
läßt und die außerdem die erforderliche hohe elektrische Leitfähigkeit
besitzt und wasserabstoßend ist.
Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle
mit einer solchen Gasdiffusionselektrode zur Verfügung
zu stellen.
Aufgabe der Erfindung ist es außerdem, ein Verfahren zur Herstellung
einer derartigen Gasdiffusionselektrode anzugeben.
Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Verfahren zur Beschichtung einer
Gasdiffusionselektrode mit einer katalytisch aktiven Schicht
bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur
Herstellung einer Membran-Elektrodeneinheit anzugeben.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Gasdiffusionselektrode gemäß
Anspruch 1, die Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle gemäß
Anspruch 10, das Verfahren zur Herstellung einer
Gasdiffusionselektrode gemäß Anspruch 11, das Verfahren zur
Beschichtung einer Gasdiffusionselektrode gemäß Anspruch 19 und das
Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektrodeneinheit gemäß
Anspruch 24. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
entsprechenden Unteransprüchen angegeben.
Abb. 1 zeigt eine erfindungsgemäße
Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle.
Die Gasdiffusionselektroden gemäß der Erfindung eignen sich für
Brennstoffzellen, insbesondere Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen,
und Polymerelektolytmembran-Elektrolysezellen. In
Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen können die erfindungsgemäßen
Gasdiffusionselektroden sowohl als Anode als auch als Kathode
verwendet werden, in Elektrolysezellen sind sie ausschließlich an der
Wasserstoff-Seite einsetzbar, da an der Sauerstoff-Seite Oxidation
stattfinden würde. Mit besonderem Vorteil können die
erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektroden in
Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen verwendet werden, die als
Brenngas Wasserstoff und als Oxidationsmittel Luft verwenden und die
bei niedrigem Druck von weniger als 0,5 bar, bevorzugt weniger als 0,1
bar betrieben werden. Insbesondere bevorzugt sind
Betriebsdruckdifferenzen in der Größenordnung von etwa 10 mbar.
Als Ausgangsmaterial für die erfindungsgemäßen
Gasdiffusionselektroden wird ein sehr leichtes Kohlefaservlies, bevorzugt
aus carbonisierten Fasern, verwendet. Besonders gut geeignet sind
carbonisierte Kohlefaservliese mit flächenspezifischen Massen bis zu
60 g/m², typischerweise 30 g/m². Carbonisierte Kohlefasern können sehr
viel billiger hergestellt werden als graphitisierte Fasern, denn zu ihrer
Herstellung werden wesentlich geringere Temperaturen benötigt.
Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode wird
zunächst aus Ruß und mindestens einer Flüssigkeit eine Suspension
hergestellt, z. B. eine Suspension aus Vulcan XC 72 und Wasser. Zur
Herabsetzung der Oberflächenspannung können Zusätze wie z. B.
Isopropanol beigegeben werden. Derartige Zusätze verbessern die
Herstellbarkeit der Suspension, da sie eine bessere Benetzbarkeit des
Rußes und damit eine bessere Mischbarkeit von Ruß und
Suspensionsflüssigkeit bewirken. Diese Suspension wird intensiv
gemischt mit einer Suspension aus PTFE in mindestens einer
Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser. PTFE und Ruß werden bevorzugt im
Massenverhältnis 1 : 10 bis 1 : 1 eingesetzt. Typisch sind 25 bis 40%
PTFE bezogen auf die eingewogene Menge an Ruß. Das Kohlefaservlies
wird mit dieser Mischung getränkt bzw. die Mischung wird auf das
Kohlefaservlies gleichmäßig aufgetragen, so daß das Kohlefaservlies im
wesentlichen homogen imprägniert wird. Anschließend wird das
Kohlefaservlies getrocknet, wobei sich die zur Trocknung erforderlichen
Temperaturen nach der Art der verwendeten Flüssigkeiten richten. In
der Regel ist ein Trocknen bei höheren Temperaturen als
Raumtemperatur vorteilhaft, z. B. etwa 110°C oder darüber bei
vorwiegend wäßrigen Suspensionen. Das Imprägnieren und Trocknen des
Kohlefaservlieses kann ein- oder mehrmals wiederholt werden. Das so
imprägnierte Kohlefaservlies wird schließlich bei einer Temperatur von
mindestens 200°C gesintert. Bevorzugt wird etwa eine halbe Stunde lang
bei Temperaturen von etwa 300°C bis 400°C gesintert.
Die so erhaltene Elektrode aus Kohlefaservlies ist besonders homogen,
porös und leicht und dennoch mechanisch sehr stabil. Sie läßt Sauerstoff
besser diffundieren als die bisher verwendeten graphitisierten Gewebe
und trägt wegen ihres im Vergleich zu graphitisierten Geweben
geringeren Gewichts dazu bei, das Gesamtgewicht der Brennstoffzellen
zu verringern. Ein wichtiger Faktor sind auch die gegenüber
graphitisierten Geweben erzielten Einsparungen beim
Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektroden:
Bei der Herstellung der Kohlefaservliese sind niedrigere Temperaturen
erforderlich als bei graphitisierten Geweben, was zu Energie- und damit
Kostenersparnissen führt. Wegen ihres Anteils an Ruß und
Polytetrafluorethylen besitzen die Gasdiffusionselektroden gemäß der
Erfindung die erforderliche hohe Leitfähigkeit für elektrischen Strom
und sind wasserabstoßend.
Die wie vorstehend beschrieben hergestellte Gasdiffusionselektrode kann
nun in eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle eingesetzt
werden. Da die Elektrode keine katalytisch aktive Schicht enthält, muß
eine mit Katalysator beschichtete Membran verwendet werden.
Alternativ kann jedoch auch die erfindungsgemäße
Gasdiffusionselektrode mit Katalysator beschichtet werden. Die
katalytische Schicht muß gasdurchlässig sein und elektrische
Leitfähigkeit sowie H⁺-Ionenleitfähigkeit besitzen und selbstverständlich
die gewünschte Reaktion katalysieren. Diese Eigenschaften erhält man
bei einer sehr dünnen Schicht, die ionenleitfähiges Material, z. B.
Nafion-Polymer und Edelmetallkatalysator gemischt enthält. Als
Edelmetallkatalysator wird bevorzugt Platin auf Kohlenstoffträger
verwendet. Eine sehr günstige Platinbeladung ist etwa 0,2 mg/cm² der
Gasdiffusionselektrode. Das Masseverhältnis von Platin auf
Kohlenstoffträger : Nafion liegt typischerweise im Bereich von 2 : 1 bis
4 : 1. Der Kohlenstoffträger ist elektrisch leitfähig und porös, so daß eine
ausreichende Leitfähigkeit und Gasdurchlässigkeit der katalytischen
Schicht gewährleistet ist. Das Polymer dient gleichzeitig als Bindemittel
für die Schicht. Die geringe Schichtdicke von größenordnungsmäßig
etwa 20 µm garantiert kurze Transportwege für Elektronen, H⁺-Ionen
und Gas.
Erfindungsgemäß wird eine Gasdiffusionselektrode folgendermaßen mit
einer katalytisch aktiven Schicht beschichtet: Edelmetallkatalysator auf
Kohlenstoffträger, z. B. 20% Pt, 80% C, wird mit gelöstem oder
suspendiertem ionenleitendem Polymer intensiv gemischt. Als
ionenleitendes Polymer kann z. B. Nafion, gelöst in Alkoholen und
Wasser, verwendet werden. Die Suspension kann ggf. mit einer
geeigneten Flüssigkeit, z. B. Wasser, verdünnt werden. Die Suspension
aus Katalysator und Polymer wird auf eine Oberfläche der
Gasdiffusionselektrode aufgebracht und die aufgebrachte Schicht dann
getrocknet. Meist ist es vorteilhaft, vor dem Aufbringen der Suspension
einen Teil der Alkohole, eventuell bei leicht erhöhter Temperatur, zu
verdunsten. Die Verdunstung eines Teils der Alkohole dient dazu, die
Oberflächenspannung der Suspension zu erhöhen, denn bei zu geringer
Oberflächenspannung besteht die Gefahr, daß das imprägnierte
Kohlefaservlies die Suspension aufsaugt. Ziel ist es jedoch, eine dünne
Katalysatorschicht an der Oberfläche des imprägnierten Kohlefaservlieses
zu erhalten.
Die katalytisch aktive Schicht kann z. B. durch Aufsprühen, durch
Siebdruck oder durch Aufpinseln aufgebracht werden. Eine besonders
gute Haftung der katalytisch aktiven Schicht erhält man, wenn man die
Schritte des Aufbringens und Trocknens ein- oder mehrmals wiederholt.
Auf diese Weise kann auch die Bildung von Rissen in der Schicht
zuverlässig vermieden werden. Die katalytisch aktive Schicht muß nicht
notwendigerweise über ihre ganze Dicke homogen sein, vielmehr ist es
meist günstiger, wenn ein Konzentrationsgradient an elektrisch und
ionenleitendem Material senkrecht zur Schicht besteht. Wenn man die
Schicht in mehreren Schritten aufbringt, ist es durch Wahl der
geeigneten Konzentrationen der jeweiligen Suspension an Kohlenstoff
und Polymer leicht möglich, Schichten zu erhalten, die am
Kohlefaservlies kohlenstoffreich, an der später der Membran
zugewandten Seite jedoch reich an Polymer sind. Eine derartige
Verteilung an elektronenleitendem Kohlenstoff und ionenleitendem
Polymer ist insofern von Vorteil, als sie der unterschiedlichen
Konzentration an Elektronen und Ionen in der katalytisch aktiven Schicht
angepaßt ist. Betrachtet man beispielsweise die Anode, so wird das aus
dem Kohlefaservlies in die katalytisch aktive Schicht übertretende
Brenngas auf seinem Weg durch die Schicht hindurch in Richtung
Polymerelektrolytmembran in zunehmendem Maße ionisiert, so daß die
Konzentration an Ionen und damit der Bedarf an ionenleitendem Material
in membrannahen Bereichen der katalytisch aktiven Schicht höher ist als
in den an das Kohlefaservlies angrenzenden Bereichen. Die
Konzentration an Elektronen und damit der Bedarf an
elektronenleitendem Kohlenstoff hingegen ist in den membrannahen
Bereichen geringer, da nicht die Gesamtmenge der freiwerdenden
Elektronen diese Bereiche passiert, sondern lediglich die bei der
Ionisierung des in dem jeweiligen Bereich noch vorhandenen neutralen
Restgases freiwerdenden Elektronen. Analog wird in der katalytisch
aktiven Schicht der Kathode das Oxidationsgas auf seinem Weg durch
die Schicht durch Aufnahme von Elektronen in zunehmendem Ausmaß
ionisiert, so daß auch hier die Konzentration an Ionen in membrannahen
Bereichen höher und die Konzentration an Elektronen geringer ist als in
membranabgewandten Bereichen.
Das Verfahren kann bei jeder beliebigen nicht katalysierten
Gasdiffusionselektrode angewendet werden.
Die Gasdiffusionselektrode kann durch ein leitendes Gitternetz verstärkt
werden. Für das Gitternetz eignet sich besonders ein
Nickel-Quadratmaschengewebe mit einer Maschenweite von 0,4 bis 0,8 mm und
einer Drahtstärke von 0, 12 bis 0,28 mm. Nickel ist insofern ein
günstiges Material, als es für die Verhältnisse in der Brennstoffzelle
chemisch inert ist und einen wesentlich kleineren Übergangswiderstand
zu imprägniertem Kohlefaservlies aufweist als z. B. Edelstahl. Das
Gitternetz wird bei der Montage der Brennstoffzelle auf der der
Membran abgewandten Seite der Gasdiffusionselektrode eingebaut. Seine
Aufgabe ist es, eine sehr gute Stromableitung von der
Gasdiffusionselektrode sicherzustellen und gleichzeitig die Elektrode
gleichmäßig an die Membran anzupressen.
Bei Bedarf können auch mehrere Kohlefaservliese nach dem
Imprägnieren und Sintern zu einer Gasdiffusionselektrode kombiniert
werden. Durch die Verwendung mehrerer imprägnierter Kohlefaservliese
übereinander wird die Gefahr verringert, daß sich das Gitternetz
und/oder Teile der Stromsammler, z. B. der bipolaren Platten, bis zur
Membran hin durchdrücken und diese beschädigen. Typischerweise
werden zwei bis drei imprägnierte Kohlefaservliese miteinander
kombiniert. Die Verwendung von mehr als vier Kohlefaservliesen
übereinander kann zu einer nicht mehr ausreichenden Gasdiffusion
führen, die sich in der U-I-Kennlinie bemerkbar macht. Zur Erzielung
einer guten Haftung der imprägnierten Kohlefaservliese aneinander kann
die gewünschte Anzahl imprägnierter und gesinterter Kohlefaservliese
gepreßt werden, wobei bevorzugt Drücke von bis zu 500 bar und
Temperaturen bis 400°C angewendet werden. Typische Bedingungen
sind ein Druck von ca. 200 bar und eine Temperatur von ca. 140°C.
Das Beschichten einer Oberfläche einer derartigen Gasdiffusionselektrode
mit Katalysator führt man am besten nach dem Pressen durch.
Die erfindungsgemäße Gasdiffusionselektrode kann mit einer
Polymerelektrolytmembran zu einer Membran-Elektrodeneinheit
kombiniert werden. Je nach dem, ob die Gasdiffusionselektrode eine
katalytisch aktive Schicht trägt oder nicht, muß eine Membran ohne oder
mit katalytisch aktiver Schicht verwendet werden. Zur Herstellung einer
Membran-Elektrodeneinheit wird eine Gasdiffusionselektrode, die aus
einem oder mehreren imprägnierten Kohlefaservliesen aufgebaut sein
kann, an einer Seite einer in ihrer H⁺-Form vorliegenden
Polymerelektrolytmembran angeordnet und anschließend bei Drücken bis
zu 500 bar und Temperaturen bis zu 250°C aufgepreßt. Typische
Bedingungen sind ein Druck von ca. 200 bar und eine Temperatur von
ca. 125°C. Wenn die Gasdiffusionselektrode die katalytisch aktive
Schicht enthält, muß sie dergestalt auf die Membran aufgepreßt werden,
daß die katalytisch aktive Schicht in Kontakt mit der Membran steht.
Mit beiden Seiten der Membran kann auf diese Weise verfahren werden,
so daß sowohl Anode als auch Kathode auf diese Weise hergestellt
werden können. Durch das Aufpressen wird der elektrische Kontakt
zwischen der Katalysatorschicht auf der Membran und dem
Kohlefaservlies bzw. zwischen der Katalysatorschicht auf dem
Kohlefaservlies und der Membran gegenüber einem losen
Zusammenspannen deutlich verbessert. Vor dem Einbau der
Membran-Elektrodeneinheit in eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle
können die Gasdiffusionselektroden auf der der Membran abgewandten
Seite durch Beilegung eines Gitternetzes verstärkt werden.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform einer Brennstoffzelle mit
erfindungsgemäßer Gasdiffusionselektrode ist in Abb. 1 gezeigt.
Anode 1 und Kathode 1′ werden von den imprägnierten
Kohlefaservliesen 3 und 3′ gebildet. Anode 1 und Kathode 1′ tragen an
ihren der Polymerelektrolytmembran 5 zugewandten Seiten jeweils eine
Katalysatorschicht 4 bzw. 4′. Anode 1 und Kathode 1′ bilden zusammen
mit der Polymerelektrolytmembran 5 die Membran-Elektrodeneinheit 6
bzw. 6′. An ihren von der Membran abgewandten Seiten sind Anode 1
und Kathode 1′ durch leitende Gitternetze 2 bzw. 2′ verstärkt. Die
bipolaren Platten 7 und 7′ begrenzen die Zelle anoden- bzw.
kathodenseitig.
Beispiel für die Herstellung einer erfindungsgemäßen
Gasdiffusionselektrode:
45 g Ruß (Vulcan XC 72) werden in 450 ml Wasser und 495 ml
Isopropanol suspendiert. Diese Suspension wird intensiv gemischt mit
32, 17 g einer PTFE-Suspension (60% Hostaflonfasern in wäßriger
Suspension). Mit der resultierenden Mischung wird ein carbonisiertes
Kohlefaservlies (30 mg/m²) gleichmäßig bestrichen und das Vlies
anschließend bei ca. 70°C getrocknet. Das Bestreichen und Trocknen
wird zweimal wiederholt. Nach dem letzten Trocknen wird das
imprägnierte Kohlefaservlies ca. 30 Minuten lang bei 400°C gesintert.
Man erhält ein gleichmäßig mit Vulcan XC 72 und Hostaflon
imprägniertes Kohlefaservlies.
Beispiel für die Beschichtung einer Gasdiffusionselektrode mit einer
katalytisch aktiven Schicht:
0,6 g Edelmetallkatalysator auf Kohlenstoffträger (20% PT, 80% C)
werden mit 4,0 g einer 5%igen Nafionlösung (Nafion gelöst in niederen
aliphatischen Alkoholen und Wasser) und 10,0 g Wasser intensiv
gemischt. Danach werden 2 g der enthaltenen Alkohole bei 50°C
abgedampft, um die Oberflächenspannung der Suspension zu erhöhen.
Die Suspension wird nun auf ein imprägniertes Kohlefaservlies
aufgesprüht und anschließend bei 80°C getrocknet. Das Aufsprühen und
Trocknen wird zweimal wiederholt. Es resultiert eine mit Katalysator
beschichtete Gasdiffusionselektrode.
Die so erzeugte Gasdiffusionselektrode läßt Sauerstoff besser
diffundieren als graphitisiertes Gewebe, besitzt durch ihren Rußgehalt
eine hohe elektrische Leitfähigkeit und ist durch ihren PTFE-Gehalt
wasserabstoßend. Außerdem ist sie kostengünstiger herstellbar, sehr
homogen und besitzt eine geringere Masse/Flächeneinheit als die bisher
bekannten graphitisierten Gewebe mit Ruß.
Claims (24)
1. Gasdiffusionselektrode (1, 1′) für eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle
(8) oder die Wasserstoffseite einer
Polymerelektrolyt-Membran-Elektrolysezelle, die elektrisch leitfähig,
hydrophob und gasdurchlässig ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie mindestens ein Kohlefaservlies (3, 3′) enthält, das mit Ruß
und Polytetrafluorethylen imprägniert ist.
2. Gasdiffusionselektrode (1, 1′) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Kohlefaservlies (3, 3′) aus carbonisierten Fasern besteht.
3. Gasdiffusionselektrode (1, 1′) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Kohlefaservlies (3, 3′) eine flächenspezifische Masse von bis
zu 60 g/m² besitzt.
4. Gasdiffusionselektrode (1, 1′) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie ein bis vier Kohlefaservliese enthält.
5. Gasdiffusionselektrode (1, 1′) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie eine katalytisch aktive Schicht (4, 4′) aufweist.
6. Gasdiffusionselektrode (1, 1′) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die katalytisch aktive Schicht (4, 4′) elektrisch leitendes Material
und ionenleitendes Material aufweist, wobei die Konzentration an
elektrisch leitendem Material senkrecht zur Schicht mit
zunehmender Entfernung vom Kohlefaservlies abnimmt und die
Konzentration an ionenleitendem Material zunimmt.
7. Gasdiffusionselektrode (1, 1′) nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die katalytisch aktive Schicht (4, 4′) mindestens einen
Edelmetallkatalysator auf Kohlenstoffträger und mindestens ein
ionenleitendes Polymer aufweist.
8. Gasdiffusionselektrode (1, 1′) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie durch ein leitendes Gitternetz (2, 2′) verstärkt ist.
9. Gasdiffusionselektrode (1, 1′) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gitternetz (2, 2′) ein Nickel-Quadratmaschengewebe mit
einer Maschenweite von 0,4 bis 0,8 mm und einer Drahtstärke von
0,12 bis 0,28 mm ist.
10. Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (8) mit einer Anode (1), einer
Kathode (1′), einer zwischen Anode und Kathode angeordneten
Polymerelektrolytmembran (5),
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine der Elektroden (1, 1′) als Gasdiffusionselektrode
nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
11. Verfahren zur Herstellung einer Gasdiffusionselektrode (1, 1′) für
eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (8), folgende Schritte
aufweisend:
- a) Herstellen einer Suspension aus Ruß und mindestens einer Flüssigkeit,
- b) Bereitstellen einer Suspension aus Polytetrafluorethylen und mindestens einer Flüssigkeit,
- c) intensiv Mischen der in Schritt a) und Schritt b) hergestellten Suspensionen,
- d) Imprägnieren eines Kohlefaservlieses mit der in Schritt c) hergestellten Mischung,
- e) Trocknen des imprägnierten Kohlefaservlieses,
- f) Sintern des imprägnierten Kohlefaservlieses bei einer Temperatur von mindestens 200°C.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schritte d) und e) ein- oder mehrmals wiederholt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das mindestens eine gesinterte Kohlefaservlies bei einem Druck
von bis zu 500 bar und einer Temperatur bis zu 400°C gepreßt
wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Trocknen des imprägnierten Kohlefaservlieses bei einer
höheren Temperatur als Raumtemperatur erfolgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß carbonisiertes Kohlefaservlies verwendet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß Kohlefaservlies mit einer flächenspezifischen Masse von bis zu
60 g/m² verwendet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Suspension aus Ruß und mindestens einer Flüssigkeit ein
Mittel zur Herabsetzung der Oberflächenspannung zugefügt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß Polytetrafluorethylen und Ruß im Massenverhältnis 1 : 10 bis 1 : 1
eingesetzt werden.
19. Verfahren zur Beschichtung einer Gasdiffusionselektrode (1, 1′) an
einer Oberfläche mit einer katalytisch aktiven Schicht,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Beschichten folgende Schritte aufweist:
- a) intensives Mischen von Edelmetallkatalysator auf Kohlenstoffträger mit gelöstem oder suspendiertem ionenleitendem Polymer,
- b) Aufbringen der in Schritt a) hergestellten Suspension auf eine Oberfläche der Gasdiffusionselektrode (1, 1′),
- c) Trocknen der aufgebrachten Schicht.
20. Verfahren nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Gasdiffusionselektrode (1, 1′) eine Elektrode nach einem der
Ansprüche 1 bis 4 verwendet wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Aufbringen der in Schritt a) hergestellten Suspension
ein Teil der Suspensionsflüssigkeit verdunstet wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schritte b) und c) ein- oder mehrmals wiederholt werden.
23. Verfahren nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß Suspensionen unterschiedlicher Konzentration an
Edelmetallkatalysator auf Kohlenstoffträger und ionenleitendem
Polymer verwendet werden.
24. Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektrodeneinheit (6, 6′),
folgende Schritte aufweisend:
- a) Bereitstellen einer Polymerelektrolytmembran (5) in H⁺-Form mit oder ohne katalytisch aktive Beschichtung,
- b) Anordnen einer Gasdiffusionselektrode (1, 1′) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 an einer oder an beiden Seiten der Polymerelektrolytmembran (5), denn diese katalytisch beschichtet ist oder Anordnen einer Gasdiffusionselektrode (1, 1′) nach einem der Ansprüche 5 bis 7 an einer oder an beiden Seiten der Polymerelektrolytmembran (5), wenn diese nicht katalytisch beschichtet ist,
- c) Pressen der Anordnung aus Gasdiffusionselektrode (1, 1′) und Membran (5) bei einem Druck von bis zu 500 bar und einer Temperatur von bis zu 250°C.
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Owner name: PROTON MOTOR FUEL CELL GMBH, 82319 STARNBERG, DE |
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8131 | Rejection |