DE19705469C1

DE19705469C1 - Fuel cell electrolyte layer production

Info

Publication number: DE19705469C1
Application number: DE19705469A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Dohle; Ilona Busenbender; Volker Dr Peinecke; Thorsten Kels
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1997-02-13
Filing date: 1997-02-13
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2017-02-14

Abstract

Production of an electrolyte layer for a fuel cell comprises: (a) applying an ultraviolet- or light-sensitive lacquer layer on a substrate; (b) irradiating the lacquer layer in such a way that a line- or net-like structure is produced in the lacquer layer; (c) removing the irradiated structures; (d) inserting catalyst material into the sites of the removed structures; (e) producing a mechanical connection between the catalyst material and an electrolyte layer for a fuel cell; and (f) removing the substrate. After inserting the catalyst material and before applying electrolyte material to the catalyst material, the remaining light sensitive line-like or point-like lacquer layer is irradiated and then removed. The electrolyte layer has a catalyst alloy whose concentration changes in the direction of the surface norm of the electrolyte surface.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrolytschicht mit angrenzendem Katalysatormaterial für Brennstoffzel len sowie auf ein diesbezügliches Herstellungsverfah ren.The invention relates to an electrolyte layer with adjacent catalyst material for fuel cell len and a related manufacturing process ren.

Eine Brennstoffzelle weist eine Kathode, einen Elektro lyten (Elektrolytschicht) sowie eine Anode auf. Der Elektrolyt besteht aus einer ionenleitenden Schicht, z. B. aus einer Membran.A fuel cell has a cathode, an electric lyten (electrolyte layer) and an anode. Of the Electrolyte consists of an ion-conducting layer, e.g. B. from a membrane.

Der Kathode wird ein Oxidationsmittel, z. B. Luft und der Anode wird ein Brennstoff, z. B. Wasserstoff zuge führt. An der Anode bilden sich in Anwesenheit des Brennstoffs mittels eines Katalysators Wasserstoffio nen. Die Wasserstoffionen passieren die protonenlei tende Membran und verbinden sich auf der Kathodenseite mit dem vom Oxidationsmittel stammenden Sauerstoff zu Wasser. Elektronen werden dabei anodenseitig freige setzt, über einen äußeren Leiter der Kathode zugeführt und so elektrische Energie erzeugt.The cathode becomes an oxidizing agent, e.g. B. air and the anode becomes a fuel, e.g. B. added hydrogen leads. Form at the anode in the presence of the Fuel by means of a catalyst hydrogen ion nen. The hydrogen ions pass through the proton membrane and connect on the cathode side with the oxygen coming from the oxidizing agent Water. Electrons are released on the anode side sets, fed via an outer conductor of the cathode and so produces electrical energy.

Auf der Membran befindet sich aufgebrachtes Katalysa tormaterial wie Platin, Platin-Ruthenium, Nickel oder Palladium. Die Elektroden bzw. das Katalysatormaterial weisen eine durchgehende Porosität auf, damit der Brennstoff bzw. das Oxidationsmittel an die Elektrolyt schicht gelangen kann. Applied catalysis is on the membrane gate material such as platinum, platinum-ruthenium, nickel or Palladium. The electrodes or the catalyst material have a continuous porosity, so that the Fuel or the oxidizing agent to the electrolyte layer can get.

Die bekannten Schichtdicken eines schichtförmig aufge brachten Katalysatormaterials betragen herstellungsbe dingt einige µm. Solche Schichtdicken sind zur Erzie lung der katalytischen Wirkung nicht erforderlich, da katalytische Aktivität räumlich begrenzt auftritt. Die katalytische Wirkung beschränkt sich nämlich auf die Kontaktstellen des Katalysators mit dem Elektrolyten. Der relevante Bereich ist daher lediglich ca. 1 µm, möglicherweise jedoch auch bis zu schätzungsweise 5 µm dick.The known layer thicknesses of a layered brought catalyst material are manufacturing a few µm. Such layer thicknesses are used for education development of the catalytic effect is not necessary because catalytic activity occurs spatially limited. The The catalytic effect is limited to Contact points of the catalyst with the electrolyte. The relevant range is therefore only approx. 1 µm, however, possibly up to an estimated 5 µm thick.

Insbesondere aufgrund des hohen Preises der Katalysa tormaterialien sind überdimensionierte Schichtdicken nachteilhaft.In particular due to the high price of the catalytic converter Door materials are oversized layer thicknesses disadvantageous.

Katalysatorschichten werden aus Pulvern hergestellt, um eine durchgehende Porosität sicherzustellen. Diese Her stellungsverfahren führen nicht nur zu vorgenannten Schichtdicken, sondern auch zu mechanischen Haftungs problemen zwischen Katalysator und Elektrolyten.Catalyst layers are made from powders ensure a continuous porosity. This Her Placement procedures do not only lead to the aforementioned Layer thicknesses, but also to mechanical adhesion problems between catalyst and electrolyte.

Auch beschränkt sich die Auswahl der Materialien auf die zur Verfügung stehenden Pulvermaterialien.The choice of materials is also limited the powder materials available.

Verschiedene Verfahren zum Aufbringen von Metall auf ein Substrat sind aus dem Stand der Technik bekannt.Different methods of applying metal on a substrate is known from the prior art.

Der Druckschrift DE 22 53 196 A1 ist z. B. ein Verfahren zum partiellen Galvanisieren eines nicht- oder halbleitenden Stoffes zu entnehmen. Dabei kann auch partiell, d. h. in einem bestimmten Muster, Platin auf ein Substrat aufgebracht werden.The publication DE 22 53 196 A1 is such. B. a Method of partially electroplating a non- or semiconducting substance. It can also partially, d. H. in a certain pattern, platinum be applied to a substrate.

Gemäß der Druckschrift DE 33 41 560 A1 werden Metallcluster, d. h. Metallpunkte in Polymerstrukturen bzw. Polymersubstraten mittels Plasmabehandlung aufgebracht. According to the publication DE 33 41 560 A1 Metal clusters, d. H. Metal dots in polymer structures or polymer substrates by means of plasma treatment upset.

In der Druckschrift DE 38 06 131 C2 werden Rußpartikelfilter beschrieben, die ein Netzwerk, das mit Katalysatormaterial beschichtet ist, auf einem Keramiksubstrat aufweisen.In the document DE 38 06 131 C2 Soot particle filter described a network that is coated with catalyst material on a Have ceramic substrate.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfah rens, welches die Herstellung einer Elektrolytschicht mit einer geringen Katalysatorbelegung ermöglicht. Auf gabe der Erfindung ist ferner die Bereitstellung eines derartigen Elektrolyten mit Katalysatorbelegung.The object of the invention is to provide a method rens, which is the production of an electrolyte layer with a low catalyst occupancy. On Another object of the invention is to provide a such electrolytes with catalyst coverage.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Nebenanspruchs gelöst. Vorteilhafte Aus gestaltungen ergeben sich aus den rückbezogenen Ansprü chen.The task is accomplished through a process with the characteristics of the main claim and by a device with the Features of the subsidiary claim solved. Favorable off designs result from the related claims chen.

Verfahrensgemäß wird ein lichtempfindlicher Lack, also z. B. der kommerziell erhältliche Positiv-Photolack Microposit 1400® mit dem Entwickler Microposit 351® der Firma ShipleyCo auf ein - vorzugsweise dünnes - Substrat, mit anderen Worten auf ein Trägermaterial schichtförmig aufgebracht. Die Schichtdicke beträgt dann beispielsweise maximal 1 µm. Um später ein elek trochemisches Abscheidungsverfahren durchführen zu kön nen, sollte das Substrat insbesondere elektrisch lei tend sein. Auf den oder über dem Photolack wird z. B. eine punkt- oder linienförmige Maske gebracht. Die Punkte oder Linien sind im Unterschied zu den übrigen Bereichen der Maske lichtundurchlässig. Der Abstand zwischen den Linien oder Punkten kann dann bei einigen µm, also z. B. bei 1 µm liegen. Anschließend wird der Photolack durch die lichtdurchlässigen Bereiche der Maske hindurch belichtet. Dann wird der Photolack an den belichteten Positionen durch Entwicklung und an schließend die Maske entfernt.According to the method, a light-sensitive varnish is used e.g. B. the commercially available positive photoresist Microposit 1400® with the developer Microposit 351® der ShipleyCo company on a - preferably thin - Substrate, in other words on a carrier material applied in layers. The layer thickness is then for example a maximum of 1 µm. To later an elec to be able to carry out a trochemical deposition process NEN, the substrate should in particular be electrically conductive tend to be. On or above the photoresist z. B. brought a dot or line mask. The Points or lines are different from the rest Areas of the mask opaque. The distance between the lines or points can then be in some µm, i.e. B. 1 µm. Then the Photoresist through the translucent areas of the Exposed through mask. Then the photoresist turns on the exposed positions through development and on finally removing the mask.

Alternativ zur Maske können unmittelbar Lichtstrahlen über die lichtempfindliche Schicht derart gelenkt wer den, daß das gewünschte Muster entsteht.As an alternative to the mask, light rays can be used directly steered over the photosensitive layer in such a way that the desired pattern is created.

Katalysatormaterial, wie z. B. Platin, wird im Anschluß - z. B. elektrochemisch oder durch Sputtern - auf das den Photolack aufweisende Substrat aufgetragen. Zweck mäßigerweise wird danach der Photolack - z. B. durch erneute Belichtung und Entwicklung - entfernt, um im Endergebnis den Katalysator in den Elektrolyten einzu betten. Dieser (fakultative) Schritt kann jedoch auch entfallen. Durch z. B. ein Sprühverfahren oder durch Aufgießen eines Elektrolytmaterials wird nun eine Elek trolytschicht, üblicherweise Nafion^®-Polymer, mit dem Katalysator verbunden. Alternativ kann eine Membran auf das Substrat mit dem darauf befindlichen Katalysator gepreßt werden, um so eine mechanische Verbindung zwi schen dem Katalysator und der Elektrolytschicht herzu stellen.Catalyst material, such as. B. platinum, is subsequently - z. B. electrochemically or by sputtering - applied to the substrate having the photoresist. Expediently, the photoresist - z. B. by renewed exposure and development - removed to embed the catalyst in the end result in the electrolyte. However, this (optional) step can also be omitted. By z. B. a spray process or by pouring an electrolyte material is now an electrolyte layer, usually Nafion ^® polymer, connected to the catalyst. Alternatively, a membrane can be pressed onto the substrate with the catalyst thereon, so as to establish a mechanical connection between the catalyst and the electrolyte layer.

Das Substrat wird danach - z. B. durch ein Ätzverfahren oder durch Abziehen - entfernt. Je dünner das eingangs gewählte Substrat gewählt war, um so schneller und ein facher läßt es sich z. B. per Ätzen beseitigen.The substrate is then - z. B. by an etching process or by peeling - removed. The thinner that at the beginning chosen substrate was chosen the faster and a it can be z. B. eliminate by etching.

Das Katalysatormaterial liegt nun linien- oder netzför mig vor, so daß die in Brennstoffzellen erforderliche, durchgehende Querleitfähigkeit auch im Mikrobereich ge währleistet ist. Das Katalysatornetz ist bei Durchfüh rung des vorgenannten, fakultativen Schrittes in den Elektrolyten vorteilhaft eingearbeitet, mit anderen Worten eingebettet worden. Es ist also eine Art Verzah nung und damit eine Vergrößerung der Kontaktfläche zwi schen Katalysator und Elektrolyt erzielt worden. Eine stabile mechanische Verbindung zwischen Katalysator und Elektrolyt ist so gewährleistet. Auch wird der elektro chemisch aktive Bereich durch die Verzahnung vergrö ßert, da Betriebsmittel in die Verzahnung gelangen kann. Die verwendete Menge an Katalysatormaterial kann im Vergleich zum Stand der Technik sehr genau dosiert werden. Materialkosten können so eingespart werden.The catalyst material is now line or mesh mig before, so that the required in fuel cells continuous transverse conductivity also in the micro range is guaranteed. The catalyst network is in progress tion of the aforementioned, optional step in the Electrolytes advantageously incorporated with others Words have been embedded. So it's kind of a tooth voltage and thus an increase in the contact area between catalyst and electrolyte have been achieved. A stable mechanical connection between catalyst and This ensures electrolyte. Also the electro chemically active area through the teeth ßers because resources get into the teeth can. The amount of catalyst material used can dosed very precisely compared to the prior art will. Material costs can be saved in this way.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird wechselweise Katalysatormaterial und Störstellen material aufgetragen. Beispiel ist die wechselweise Auftragung von Platin und Ruthenium im Verhältnis 1 : 1. Hierdurch werden Störstellen in das Katalysatormaterial eingebaut. Es entsteht so eine weiter vergrößerte, ka talytisch aktive Zone.In an advantageous embodiment of the method alternately becomes catalyst material and defects material applied. The example is alternate Application of platinum and ruthenium in a ratio of 1: 1. This creates imperfections in the catalyst material built-in. This creates a further enlarged, ka analytically active zone.

In der vorgenannten Weise, also durch die an sich be kannte Dünnschichtstapeltechnik können auch Katalysa torlegierungen erzeugt werden, deren Zusammensetzungen sich räumlich und zwar insbesondere senkrecht zur Ober fläche der Elektrolytschicht, also entlang der Flächen normalen der Elektrolytschichtoberfläche (ionenleitende Membran) verändern. Es ist bekannt, daß Katalysatorma terialien in Abhängigkeit des eingesetzten Brennstoffs unterschiedlich geeignet sind. Der Brennstoffgehalt än dert sich durch Verbrauch auf seinem Weg in Richtung Elektrolytschicht. Durch das Vorsehen eines Konzentra tionsgradienten senkrecht zur Elektrolytschichtoberflä che ist es erfindungsgemäß möglich, die Katalysatorzu sammensetzung in optimaler Weise an den jeweiligen Ver brauchsgrad des Brennstoffs anzupassen.In the aforementioned manner, that is, by the be Known thin-film stacking technology can also catalyze Tor alloys are generated, their compositions spatially, in particular perpendicular to the upper surface of the electrolyte layer, i.e. along the surfaces normal of the electrolyte layer surface (ion conducting Membrane) change. It is known that catalyst ma materials depending on the fuel used are differently suitable. The fuel content changes due to consumption on its way towards Electrolyte layer. By providing a concentra tion gradient perpendicular to the electrolyte layer surface According to the invention, it is possible to add the catalyst composition in an optimal way to the respective ver adjust fuel consumption.

Zur Herstellung einer Membran bzw. einer Elektrolyt schicht mit beidseitig aufgetragenen Elektroden werden zwei Elektrolytschichten mit verfahrensgemäß aufge brachtem Katalysatormaterial hergestellt. Anschließend werden Elektrolytschichten mit der jeweils unbeschich teten Seite - z. B. mittels eines zehnminütigen Heiß preßverfahrens bei Temperaturen von 135°C und Drücken von 220 bar - miteinander verbunden. Es entsteht so eine Elektrolytschicht mit beidseitig aufgetragenen Ka talysatorschichten.For the production of a membrane or an electrolyte layer with electrodes applied on both sides two electrolyte layers with according to the process brought catalyst material produced. Subsequently become electrolyte layers with the respective uncoated side - z. B. by means of a ten-minute hot pressing process at temperatures of 135 ° C and pressures of 220 bar - connected to each other. It is created this way an electrolyte layer with Ka applied on both sides analyzer layers.

Eine verfahrensgemäß hergestellte Katalysatorschicht kann unmittelbar als Elektrode mit durchgehender Poro sität fungieren.A catalyst layer produced according to the process can be used directly as an electrode with a continuous poro act act.

Die so hergestellte Elektroden-Elektrolyt-Einheit wird insbesondere in Brennstoffzellen eingesetzt.The electrode-electrolyte unit thus produced is used especially in fuel cells.

Die Aufgabe wird des weiteren durch einen Elektrolyten mit linien- oder netzförmig aufgebrachtem Katalysator material gelöst. Die Netzform wird bevorzugt, wenn eine Querleitfähigkeit mittels des Katalysators erzielt wer den soll. Unter linien- oder netzförmig ist eine Schicht zu verstehen, die eine Vielzahl von Schlitzen oder Löchern aufweist. Die Schlitze oder Löcher "durchlöchern" die Schicht. Sie erstrecken sich also von einer Seite der Schicht durch diese hindurch zur gegenüberliegenden Seite der Schicht. Die räumliche Po sition eines durchgehenden Schlitzes oder Loches hängt dann ausschließlich von der Position auf der Oberfläche des Elektrolyten ab. Es gibt also praktisch keine Orts abhängigkeit eines durchgehenden Schlitzes oder eines durchgehenden Loches senkrecht zur Oberfläche des Elek trolyten, auf die das Katalysatormaterial aufgebracht ist (also in z-Richtung, wenn die x- und y- Achse eines kartesischen Koordinatensystems parallel zur beschich teten Oberfläche des Elektrolyten verlaufen). The task is further accomplished by an electrolyte with linear or net-shaped catalyst material solved. The network form is preferred if one Cross conductivity achieved by means of the catalyst that should. Below is a line or mesh Layer to understand that a variety of slots or has holes. The slits or holes "perforate" the layer. So they extend from one side of the layer through it to opposite side of the layer. The spatial bottom sition of a continuous slot or hole hangs then only from the position on the surface of the electrolyte. So there is practically no place dependence of a continuous slot or one through hole perpendicular to the surface of the elec trolytes to which the catalyst material is applied (i.e. in the z direction if the x and y axes are one Cartesian coordinate system parallel to beschich surface of the electrolyte).

Ein solcher Elektrolyt mit schichtförmig aufgebrachtem Katalysatormaterial wird in der erläuterten Weise li thographisch hergestellt. Die Schichtdicke ist freier wählbar im Vergleich zum genannten Stand der Technik. Die Porosität und die erforderliche Querleit fähigkeit, d. h. die durchgehende elektrische Verbin dung von einem Rand zum gegenüberliegenden Rand der Ka talysatorschicht, ist gewährleistet. Die Querleitfähig keit dient der Gleichverteilung des elektrischen Stro mes während des Betriebes.Such an electrolyte with a layered Catalyst material is li in the manner explained made thographically. The layer thickness is freely selectable compared to the state of the art Technology. The porosity and the required cross conductance ability, d. H. the continuous electrical connection dung from one edge to the opposite edge of the Ka layer is guaranteed. The cross conductivity speed serves to evenly distribute the electrical current mes during operation.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gibt es eine Ein bettung des linien- oder netzförmigen Katalysators in der Elektrolytschicht. Unter Einbettung ist zu verste hen, daß das Elektrolytmaterial in die Linien oder Lö cher der Katalysatorschicht hineinreicht, also zumin dest teilweise eingegraben ist. Diese Einbettung zwi schen Katalysator und Elektrolyt sorgt für eine mecha nisch stabile Verbindung und vergrößert die Dreiphasen zone, also den katalytisch aktiven Bereich, da Be triebsmittel in die Verzahnung gelangen kann.In an advantageous embodiment there is an on bedding of the linear or reticulated catalyst in the electrolyte layer. Embedding is to be understood hen that the electrolyte material in the lines or Lö cher the catalyst layer, so at least is at least partially buried. This embedding between The catalytic converter and electrolyte ensure a mecha nically stable connection and increases the three-phase zone, i.e. the catalytically active area, since Be drive can get into the teeth.

Insbesondere sollte bei einer teilweisen Einbettung mehr als 50% der Oberfläche des netz- oder lienienför migen Katalysators zugleich den Elektrolyten unmittel bar kontaktieren. Die dann freie Oberfläche beträgt folglich bis zu 50%.In particular, with partial embedding more than 50% of the surface of the network or line the same time the electrolyte immediately contact bar. The free surface is then consequently up to 50%.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Katalysatorbelegung nicht mehr als 0,8 mg/cm². Insbesondere liegt die Katalysatorbelegung bei 0,1 mg/cm².In a further embodiment of the invention, the catalyst coverage is not more than 0.8 mg / cm ² . In particular, the catalyst coverage is 0.1 mg / cm ² .

Teures Katalysatormaterial wird im Vergleich zum Stand der Technik folglich sparsam eingesetzt. Die Katalysa torbelegung beschränkt sich ferner weitgehend auf die Kontaktbereiche mit dem Elektrolyten, wo katalytische Aktivität auftritt. Die vorgenannte sparsame Katalysa torbelegung hat daher keine Einschränkung der katalyti schen Wirkungen zur Folge.Expensive catalyst material is compared to the state technology is therefore used sparingly. The cat Goal assignment is also largely limited to Contact areas with the electrolyte, where catalytic Activity occurs. The aforementioned economical catalytic converter Door assignment therefore has no restriction on the catalytic effects.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Schichtdicke des schichtartig vorliegenden Kataly satormaterials - insbesondere in Kombination mit der Einbettung - weniger als 1 µm, unter Umständen auch we niger als 200 nm.In a further embodiment of the invention the layer thickness of the layered Kataly sator material - especially in combination with the Embedding - less than 1 µm, possibly also white less than 200 nm.

Brennstoff bzw. Oxidationsmittel können in die Verzah nung hineingelangen. So entstehen zusätzliche, elektro chemisch aktive Zonen im Oberflächenbereich der Elek trolytschicht. Dieser Oberflächenbereich ist einige 100 nm dick. Folglich ist es zur Vermeidung von Materialko sten zweckmäßig, die Schichtdicke der Katalysator schicht an die Tiefe des vorgenannten Oberflächenberei ches anzupassen. Die vorgenannten Schichtdicken haben sich als ausreichend herausgestellt.Fuel or oxidizing agents can be in the tooth get in. This creates additional, electro chemically active zones in the surface area of the elec trolyte layer. This surface area is some 100 nm thick. Hence it is to avoid material knockout Most appropriate, the layer thickness of the catalyst layer to the depth of the aforementioned surface area ches to adapt. Have the aforementioned layer thicknesses turned out to be sufficient.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er findung weist die Katalysatorschicht Störstellenmate rialien oder Katalysatormischungen auf. Störstellenma terialien vergrößern vorteilhaft weiter den elektroche misch aktiven Bereich. Platin-Ruthenium sei hier als Katalysatormischung beispielhaft genannt.In a further advantageous embodiment of the Er invention shows the catalyst layer impurity mate rialien or catalyst mixtures. Impurity measurements materials advantageously further enlarge the electroche mixed active area. Platinum-ruthenium is here as Catalyst mixture mentioned as an example.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er findung variiert die Konzentration einer Katalysatormi schung senkrecht zur Oberfläche der Elektrolytschicht. Eine Anpassung des Katalysators an den sich aufgrund von Verbrauch ändernden Brennstoffgehalt ist mittels des Konzentrationsgradienten möglich.In a further advantageous embodiment of the Er the concentration of a catalyst mixture varies perpendicular to the surface of the electrolyte layer. An adaptation of the catalyst to the due fuel consumption is changing by means of of the concentration gradient possible.

Kann auf eine Querleitfähigkeit im Mikrobereich ver zichtet werden, so ist es selbstverständlich nicht er forderlich, daß der Katalysator linien- oder netzförmig vorliegt. Durch z. B. entsprechende Wahl einer Maske, die dann z. B. ein lichtundurchlässiges Netz darstellt, entsteht z. B. verfahrensgemäß eine Elektrolytschicht, die punktuell mit Katalysator belegt ist. Die geschil derten Vorteile der Erfindung treten bis auf eine feh lende Querleitfähigkeit durch den Katalysator unverän dert ein.Can ver on a cross conductivity in the micro range be waived, so of course it is not him required that the catalyst be linear or reticular is present. By z. B. appropriate choice of mask, which then z. B. represents an opaque network, arises z. B. according to the method, an electrolyte layer, which is spotted with catalyst. The schil derte advantages of the invention occur except for one feh The transverse conductivity remains unchanged due to the catalyst changes.

Die Fig. 1a zeigt den grundsätzlichen Aufbau in Auf sicht und Fig. 1b zeigt einen Schnitt senkrecht zur Aufsicht. Fig. 1a shows the basic structure in plan and Fig. 1b shows a section perpendicular to the plan.

In schichtförmiges protonenleitfähiges Material 1, be kannt unter der Bezeichnung Nafion^®, ist katalytisch aktives Material 2, z. B. Platin, auf beiden Seiten der Membran netzförmig mittels Lithographie eingebettet worden. Elektrolytmaterial 3 reicht also in die (durch die katalytische Schicht hindurchgehenden) Löcher des netzförmigen Katalysators 2 hinein.In layered proton conductive material 1 , known under the name Nafion ^® , is catalytically active material 2 , for. B. platinum, has been embedded on both sides of the membrane in a network by means of lithography. Electrolyte material 3 thus extends into the holes (which pass through the catalytic layer) of the reticulated catalyst 2 .

Der Katalysator 2 kann unmittelbar als Elektrode fungieren. Diese Elektroden-Elektrolyt-Einheit kann in PEM-Brennstoffzellen eingesetzt werden.The catalyst 2 can act directly as an electrode. This electrode-electrolyte unit can be used in PEM fuel cells.

Während des Betriebes gelangt Brennstoff oder Oxidati onsmittel in die verzahnten Bereiche zwischen Elektro lytbereich 3 und Katalysator 2 hinein. Da hier der Ka talysator an den Elektrolyten grenzt, tritt die ge wünschte katalytische Wirkung auf.During operation, fuel or oxidizing agent gets into the toothed areas between electrolyte area 3 and catalytic converter 2 . Since the catalyst adjoins the electrolyte here, the desired catalytic effect occurs.

Die Löcher des Netzes lassen den Brennstoff oder das Oxidationsmittel zum Elektrolyten 1 gelangen. Die Pfeile 4 in Fig. 1b verdeutlichen das vorteilhafte Eindringen von Betriebsmitteln in die Verzahnung des Katalysators 2 mit dem Elektrolytbereich 3. Aufgrund der Verzahnung grenzt in der aus der Figur ersichtli chen Weise ca. 50% der Oberfläche des Katalysators an die Membran. Der andere Teil der Katalysatoroberfläche liegt frei.The holes in the network allow the fuel or the oxidizing agent to reach the electrolyte 1 . The arrows 4 in FIG. 1b illustrate the advantageous penetration of operating resources into the toothing of the catalyst 2 with the electrolyte region 3 . Due to the toothing, in the manner shown in the figure, approximately 50% of the surface of the catalyst borders on the membrane. The other part of the catalyst surface is exposed.

Claims

1. A method for producing an electrolyte layer for a fuel cell with an adjacent catalyst material, comprising the steps:

a) applying a UV or light-sensitive lacquer layer to a substrate,
b) exposure of the lacquer layer in such a way that a linear or reticulated structure is formed in the lacquer layer,
c) removal of the exposed structures,
d) introduction of catalyst material into the locations of the removed linear or network structure,
e) establishing a mechanical connection between the introduced catalyst material and an electrolyte layer for a fuel cell,
f) removal of the substrate.

2. The method according to claim 1, wherein according to the Introduction of catalyst material into the places the distant line or network structure and before the application of electrolyte material the catalyst material the remaining light sensitive, linear or punctiform Layer of paint is exposed and then removed.

3. electrolyte layer ( 1 ) for a fuel cell, producible by a method according to any one of the preceding claims with point, line or net applied, catalytically active material ( 2 ).

4. electrolyte layer ( 1 ) according to claim 3 with an at least partial embedding of the catalytically active material ( 2 ) in the electrolyte ( 1 , 3 ).

5. electrolyte layer ( 1 ) according to claim 3 or 4 with a catalyst alloy ( 2 ), the concentration of which changes in the direction of the surface normals of the electrolyte surface.