DE60212209T2 - Brennstoffzelle und membran-elektrodenanordnung dafür - Google Patents

Brennstoffzelle und membran-elektrodenanordnung dafür Download PDF

Info

Publication number
DE60212209T2
DE60212209T2 DE60212209T DE60212209T DE60212209T2 DE 60212209 T2 DE60212209 T2 DE 60212209T2 DE 60212209 T DE60212209 T DE 60212209T DE 60212209 T DE60212209 T DE 60212209T DE 60212209 T2 DE60212209 T2 DE 60212209T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
polymer
membrane
anode
cell according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60212209T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60212209D1 (de
Inventor
Pirelli Labs S.p.A. Antonio ZAOPO
Ana Berta Lopes Correira Tavares
A. Yuri DUBITSKY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pirelli and C SpA
Original Assignee
Pirelli and C SpA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pirelli and C SpA filed Critical Pirelli and C SpA
Publication of DE60212209D1 publication Critical patent/DE60212209D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60212209T2 publication Critical patent/DE60212209T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
    • H01M8/1027—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having carbon, oxygen and other atoms, e.g. sulfonated polyethersulfones [S-PES]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
    • H01M8/1032—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having sulfur, e.g. sulfonated-polyethersulfones [S-PES]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle. Insbesondere betrifft sie eine Brennstoffzelle, die eine sulfonierte Polysulfonmembran-Elektroden-Anordnung inkorporiert und die sulfonierte Polysulfon-elektrolytische Membran-Elektroden-Anordnung.
  • Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, angetrieben durch die Brennstoffzelle.
  • Brennstoffzellen sind hocheffiziente elektrochemische Energieumwandlungsvorrichtungen, die direkt die chemische Energie, abstammend von erneuerbarem Brennstoff, in elektrische Energie umwandeln.
  • Signifikante Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten wurden auf die Entwicklung von Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen gerichtet. Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen haben eine Polymerelektrolytenmembran, angeordnet zwischen einer Gasdiffusions-positiven Elektrode (Kathode) und einer negativen Elektrode (Anode), und bilden die sogenannte Membran-Elektroden-Anordnung (hiernach bezeichnet als "MEA").
  • Die Polymerelektrolytenmembran umfasst ein protonenleitendes Polymer. Seine Rolle ist die Bereitstellung eines Mittels für den Ionentransport und die Abtrennung des Anodenkompartiments und des Kathodenkompartiments.
  • Kathode und Anode enthalten in der Regel einen Metallkatalysator, gestützt von einem elektrisch leitenden Material, z.B. Platin (Pt) oder Legierungen davon, gestützt auf fein verteiltem Kohlenstoff. Der Metallkatalysator wird mit einem protonenleitenden Polymer kombiniert, das dasselbe oder ein anderes sein kann als das der Polymerelektrolytenmembran.
  • Die Gasdiffusionselektroden sind gegenüber den jeweiligen Reaktannen-Gasen exponiert, dem Reduktions-Gas und dem Oxidations-Gas. Eine elektrachemische Reaktion tritt an jeder der beiden Verbindungen (Dreiphasengrenzen) auf, worin eine der Elektroden, der Polymerelektrolytenmembran und des Reduktions-Gases sich treffen.
  • Im Fall von Wasserstoff-Brennstoffzellen sind die elektrochemischen Reaktionen, die während der Brennstoffzelloperation an beiden Elektroden (Anode und Kathode) auftreten, die folgenden:
    Anode: H2 → 2H+ + 2e–;
    Kathode: 1/2O2 + 2H+ + 2e– → H2O;
    Gesamt: H2 + 1/2O2 → H2O.
  • Während Brennstoffzelloperationen permeiert Wasserstoff durch die Anode und tritt mit dem Metallkatalysator in Wechselwirkung und erzeugt Elektronen und Protonen. Die Elektronen werden über ein elektrisch leitendes Material durch einen externen Kreislauf zu der Kathode geleitet, während die Protonen simultan über einen Ionenweg durch eine Polymerelektrolytenmembran zu der Kathode transferiert werden. Sauerstoff permeiert zu den Katalysatorstellen der Kathode, wo es Elektronen gewinnt. und mit Protonen reagiert, um Wasser zu bilden. Demzufolge sind die Produkte der Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellreaktionen Wasser, Elektrizität und Wärme. In den Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen wird der Strom simultan durch den ionischen und den elektronischen Weg geleitet. Die Effizienz der Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen hängt im wesentlichen von ihrer Fähigkeit ab, sowohl die Ionen- als auch die elektronische Resistitivät zu minimieren.
  • Polymerelektrolytenmembranen spielen eine wichtige Rolle in Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen. In Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen hat die Polymerelektrolytenmembran im wesentlichen drei Funktionen: a) die Wirkung als Elektrolyt, um eine Ionenkommunikation zwischen Anode und Kathode bereitzustellen; b) die Trennung der beiden Reaktandengase (z.B. O2 und H2) und c) die Wirkung als elektronischer Isolator. Anders ausgedrückt sollte die Polymerelektrolytmembran, obwohl sie als gute Protonentransfermembran nützlich ist, auch eine niedrige Permeabilität für die Reaktandengase aufweisen, um Cross-Over-Phänomene zu vermeiden, die die Leistung der Brennstoffzelle reduzieren würden. Dies ist insbesondere bei Brennstoffzellanwendungen wichtig, bei denen sich die Reaktandengase unter Druck befinden und die Brennstoffzelle bei erhöhten Temperaturen arbeitet. Wenn Elektronen durch die Membran passieren, ist die Brennstoffzelle vollständig oder teilweise kurzgeschlossen und die erzeugte Leistung wird reduziert oder sogar vollständig annuliert.
  • Brennstoffzellereaktanten werden als Oxidations- und Reduktionsmittel auf der Basis ihrer Elektronenakzeptor- oder Donoreigenschaften klassifiziert. Oxidationsmittel können reinen Sauerstoff, sauerstoffhaltige Gase (z.B. Luft) und Wasserstoffperoxid beinhalten. Reduktionsmittel können reinen Wasserstoff, Formaldehyd, Ethanol, Ethylether, Methanol, Ammoniak und Hydrazin beinhalten.
  • Polymerelektrolytenmembranen basieren im allgemeinen auf (einem) protonenleitenden Polymer(en) mit sauren funktionalen Gruppen, angehaftet an das Polymergrundgerüst.
  • Gegenwärtig werden perfluorierte (Co)polymere, wie z.B. Nafion® (Du Pont), basierend auf Perfluorsulfonsäure, besonders häufig als protonenleitendes Polymer für Polymerelektrolytmembranen und bei der Elektrodenkonstruktion verwendet. Sie haben chemische und physikalische Eigenschaften, die für die anspruchsvollen Brennstoffzellbedingungen geeignet sind, jedoch ist diese Membranart aufgrund der bei der Synthese involvierten Fluorchemie teuer. Viele Studien wurden durchgeführt, um günstigere Alternativen für diese Membranen bereitzustellen.
  • Thermoplastische Polymere, wie z.B. Polysulfone, Polyethersulfone, Polyetherketone, Polyimide, Polybenzimidazol, wurden als Ersatz für Perfluoridmaterialien vorgeschlagen, unter der Voraussetzung, dass eine saure funktionale Gruppe (z.B. Sulfonsäuregruppe, Carbonsäuregruppe und Phosphorsäuregruppe) in die Struktureinheit eingeführt wird. Diese Materialien entsprachen den meisten der Spezifikationen der Brennstoffzellmembranen, nämlich hohe Protonenleitfähigkeit, Stabilität in oxidierenden und reduzierenden Umgebungen und saurem Medium, thermische Stabilität usw. Unter den oben erwähnten Polymeren wird Polysulfon aufgrund der niedrigen Kosten und der kommerziellen Verfügbarkeit als besonders interessant angesehen.
  • Die WO 01/65623 (Commissariat Energie Atomique) offenbart ein Verfahren zur Herstellung von MEA unter Verwendung eines thermoplastischen Materials als polymeres Material für sowohl Membran als auch Elektroden. Alle Beispiele sind für sulfonierte Polyimidmaterialien, und es werden keine Beispiele für sulfoniertes Polysulfon angegeben, obwohl beansprucht wird, dass dieses Verfahren auch in diesem Fall verwendet werden könnte. Das Verfahren umfasst die Bildung einer Lösung des thermostabilen Polymers, den Guss auf einen Träger und vor dem vollständigen Trocknen wird die Elektrode auf dem Polymerfilm platziert. Es wird keine Zellleistung dargestellt.
  • Die WO 00/15691 (im Namen von Victrex Manufacturing Ltd.) offenbart Ionenaustauschpolymere, insbesonders sulfonierte Polyarylethersulfone, die als ionenleitende Membranen von Polymerelektrolytenmembran-Brennstoffzellen geeignet sind. Diese Polymere beinhalten mindestens einen der folgenden Bestandteile:
    Figure 00050001
    worin G inter alia das folgende ist:
    Figure 00050002
    gebunden über ein oder mehr der Phenylbestandteile an die benachbarten Bestandteile. Die Tg der Polymere kann mindestens 144°C betragen.
  • Die WO 01/71839 (im Namen von Victrex Manufacturing Ltd.) offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Ionenaustauschmaterialien, vorzugsweise sulfoniert, mit einer Formel, wie angegeben in WO 00/15691 supra, die als Ionenleitungsmembranen von Polymerelektrolytenmembran-Brennstoffzellen geeignet sind. Das Material hat mindestens einige Kristallinität oder ist kristallisierbar.
  • WO 01/19896 (im Namen von Victrex Manufacturing Ltd.) offenbart eine Kompositmembran zur Verwendung als Ionenaustauschmembran, beinhaltend ein leitendes Polymer mit einer Formel, wie angegeben in WO 00/15691 supra, vorzugsweise sulfoniert. Dieses Polymer ist vorzugsweise vernetzt, um seine Schwellfähigkeit in Wasser zu reduzieren.
  • Die WO 02/075835 (im Namen von Victrex Manufacturing Ltd.) offenbart eine Brennstoffzelle und die Verwendung eines Polymerelektrolyten mit einer Formel, wie angegeben in WO 00/15691 supra, die mindestens einige Kristallinität aufweist oder kristallisierbar ist. Die Tg des Polymers kann mindestens 144°C sein.
  • Wie von Jennifer A. Leeson, Michael A. Hickner und James E. McGrath, in dem Artikel mit dem Titel "Design, Fabrication, and testing of Membrane Electrode Assemblies Containing Novel ion Containing Copolymers", Virginia Polytechnic Institute and State University, Materials Research Institute, Department of Chemistry, Blacksburg, VA, USA (Summer Untergraduate Research Program, August 2001) berichtet, wurden Versuche unternommen, sulfonierten Poly(arylenethersulfon)(e) (BPSH-XX-Copolymere) der allgemeinen Formel
    Figure 00060001
    für die Ionenaustauschmembran (protonenleitendes Material) mit auf Nafion® basierenden Elektroden zu verwenden. Die Verwendung unterschiedlicher Polymere für die Membran und die Elektrode führt sowohl zu einer schlechten Adhäsion als auch zu Leistungsproblemen an der Membran-Elektroden-Grenzfläche.
  • Dieser Artikel zeigt einen Leistungsvergleich zwischen einem MEA, hergestellt mit demselben BPSH für die Elektrolytenmembran und in der katalytischen Schicht und einem Gesamt-Nafion® MEA. BPSH MEA zeigte ähnliche Leistungen wie Nafion®.
  • Feng Wang et al., Journal of Membrane Science, 197 (2002), 231–242 diskutieren sulfonierte Poly(arylenethersulfon)-statistische Copolymere als Kandidaten für Protonenaustauschmembranen, die in Brennstoffzellen verwendet werden sollen. Diese Copolymere, die dort als PBPSH-XX identifiziert werden, haben dieselbe Formel wie die von Leeson, J. A. et al., supra, beschriebene, mit einem Sulfonierungsgrad zwischen 0 % und 60 %.
  • Wie in diesem Artikel berichtet, werden größere Ionenaustauschkapazitäten (IECs) mit sulfonierten Poly(arylenethern) benötigt, um ähnliche Leitfähigkeiten für Perfluorsulfonsäure Nafion®-Polymere zu erreichen, was der Stärke der Säuregruppe von jedem System zugeschrieben wird. Die IEC basiert auf der Menge der sauren funktionalen Gruppen (z.B. SO3H-Gruppen) pro Trockenmembrangewicht. Nafion® 1135 zeigt eine IEC = 0,91 mÄq/g, hoch-sulfoniertes PBPSH-40 und PBPSH-60, wie dort beschrieben, haben eine IEC von 1,72 mÄq/g bzw. 2,42 mÄq/g.
  • Eine geeignete Hydratisierung der Elektrolytenmembran ist für den Brennstoffzellbetrieb kritisch. Die Wasseraufnahme steigt mit dem Sulfonatgehalt aufgrund der starken Hydrophilizität der Sulfonatgruppen. Feng Wang et al., supra, berichten, dass die Wasseraufnahme fast linear von 4,4 % für PBPSH-10 auf 39 % für PBPSH-40 ansteigt und danach schnell auf 148 % für PBPSH-60 ansteigt.
  • Die Wasseraufnahme (oder Wasserschwellrate) muss für die Membran-Protonen-Leitfähigkeit ausreichen, aber nicht so hoch sein, dass ein exzessives Anschwellen ausgelöst wird, was zu einer Verminderung der Membranfestigkeitseigenschaften führt oder zu einer Membrandeformation, wie inter alia in der EP-A-1 138 712 berichtet (im Namen der JSR Corporation).
  • Diese Patentanmeldung offenbart, dass, obwohl sich die Protonenleitfähigkeit mit steigender Menge der inkorporierten Sulfonsäuregruppen verbessert, der Einbau einer großen Menge von Sulfonsäuregruppen zu einem sulfonierten Polymer führt, das deutlich beeinträchtigte mechanische Festigkeitseigenschaften aufweist. Sulfonierte Polyarylen-Copolymere mit einer IEC im Bereich zwischen 1,5 und 3,5 mÄq/g werden als zufriedenstellend in heißem Wasser offenbart, selbst wenn die Vergleichsverbindungen mit einer IEC von ungefähr 3 mÄq/g sich als nicht dazu in der Lage erwiesen, die Membranform in heißem Wasser zu erhalten. Keines der beispielhaften Polymere ist ein Polysulfon.
  • Zusätzlich zu der IEC und der Wasseraufnahme (WU) ist die Glasübergangstemperatur (Tg) des protonenleitenden Polymers von Wichtigkeit in einer Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle.
  • MEA werden durch Pressen der Elektroden auf die Polymerelektrolytenmembran hergestellt, normalerweise bei einer Temperatur, die leicht höher ist als die Glasübergangstemperatur des protonenleitenden Polymers. Zum Beispiel liegt diese Temperatur für ganz auf Nafion® basierende MEAs bei ungefähr 130°C (E. Passalacqua, et al., Electrochimica Acta, 2001,799).
  • Es ist vorteilhaft, mit Polymeren mit niedriger Glasübergangstemperatur zu arbeiten, nicht nur aufgrund ihrer besseren Verarbeitbarkeit, sondern auch im Hinblick darauf, dass ein Desulfonierungsverfahren wahrscheinlich auftreten wird, insbesondere bei Temperaturen von ungefähr 230 bis 250°C, wie gezeigt bei F. Lufrano et al., Solid State Ionics, 145 (2001), 47–51.
  • Je niedriger die Glasübergangstemperatur, desto niedriger die nötige Temperatur, um die Elektroden gegen die Membran zu pressen. Auf diese Weise wird ein möglicher Abbau der Sulfonsäuregruppe vermieden, wobei es sich um den empfindlichsten Teil der Polymerstruktur handelt.
  • Außerdem korrespondieren niedrige Tg-Werte auch zu einer höheren Löslichkeit in Lösungsmitteln, was zu einer besseren Verarbeitbarkeit führt.
  • Sulfonierte Poly(arylenethersulfon)(e) PBPSH-40, PBPSH-50 und PBPSH-60, wie von Feng Wang et al., supra, beschrieben, zeigen eine Tg von mehr als 270°C. Solche Tg-Werte machen es schwierig, sie für eine Anordnung einer MEA zu verwenden.
  • Zusammengefasst ist es für die gute Leistung einer Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle, basierend auf einem sulfonierten Polymer wichtig, einen ausreichenden Sulfonierungsgrad aufzuweisen, um eine hohe Ionenaustauschkapazität (IEC) bereitzustellen, jedoch nicht eine überschüssige Wasseraufnahme (WU) zu ergeben. Außerdem sollte die Glasübergangstemperatur (Tg) betrachtet werden, um eine geeignete Verarbeitbarkeit des Polymers in der MEA und eine gute Stabilität bereitzustellen.
  • Die Anmelder haben festgestellt, dass das Problem der Balance der unterschiedlichen Merkmale, die für ein sulfoniertes protonenleitendes Polymer notwendig sind, um die Anforderungen an eine Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle zu erfüllen, gelöst werden sollten, indem als protonenleitendes Polymer ein sulfoniertes Polysulfonpolymer, wie unten beschrieben, verwendet wird.
  • Die Anmelder haben festgestellt, dass sulfonierte Polysulfonpolymere, wie unten definiert, eine verbesserte Kombination von Eigenschaften zeigen, insbesondere eine Ionenaustauschkapazität, Wasseraufnahme und Glasübergangstemperatur.
  • Daher betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennstoffzelle, umfassend eine Membran-Elektroden-Anordnung, beinhaltend:
    • (a) eine Anode;
    • (b) eine Kathode; und
    • (c) eine Polymerelektrolytmembran, angeordnet zwischen der Anode und der Kathode,
    wobei die Polymerelektrolytmembran ein sulfoniertes Polysulfonpolymer mit den folgenden, sich wiederholenden Einheiten umfasst:
    Figure 00100001
    worin
    R1 bis R16 unabhängig Wasserstoff, eine SO3H-Gruppe, eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe oder eine optional verzweigte (C3-6)-Alkylgruppe sind, mit der Massgabe, dass mindestens eines von R1 bis R16 eine SO3H-Gruppe ist;
    n + m liegt im Bereich zwischen 10 und 1.000 einschliesslich;
    n liegt im Bereich zwischen 0 und 999 einschliesslich; und
    m liegt im Bereich zwischen 1 und 1.000 einschliesslich,
    und Salze davon.
  • Vorzugsweise ist mindestens eine von R13-R16 eine SO3H-Gruppe.
  • Vorzugsweise sind R1-R4 und R9-R12 Wasserstoff.
  • Vorzugsweise ist mindestens eine von R5-R8 und R13-R16 SO3H.
  • Vorzugsweise umfasst die Polymerelektrolytenmembran der vorliegenden Erfindung ein sulfoniertes Polysulfonpolymer mit den folgenden sich wiederholenden Einheiten
    Figure 00110001
    worin x + y gleich 1 und n = m.
  • Ein erfindungsgemäßes Polymer hat einen Sulfonsäuregruppengehalt (Ionenaustauschkapazität) von ungefähr 0,5–3,5 mÄq/g, vorzugsweise ungefähr 0,7–2,3 mÄq/g, noch bevorzugter ungefähr 0,8–1,3 mÄq/g.
  • Vorzugsweise ist das Polymer der Erfindung im wesentlichen amorph.
  • Das Polymer der Erfindung kann ein statistisches oder Blockcopolymer sein.
  • Vorzugsweise umfasst die Kathode und/oder Anode der Brennstoffzelle gemäß der Erfindung ein sulfoniertes Polysulfon. Noch bevorzugter ist das sulfonierte Polysulfonpolymer ein erfindungsgemäßes Polymer.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Brennstoffzelle eine Wasserstoff-Brennstoffzelle.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrifft eine Membran-Elektroden-Anordnung, beinhaltend:
    • (a) eine Anode;
    • (b) eine Kathode; und
    • (c) eine Polymerelektrolytmembran, angeordnet zwischen Anode und Kathode,
    wobei die Polymerelektrolytmembran ein sulfoniertes Polysulfonpolymer mit sich wiederholenden Einheiten, wie oben offenbart, umfasst.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die durch die oben offenbarte Brennstoffzelle angetrieben wird. Diese Vorrichtung kann eine Maschine für den Transport durch Beförderungsmittel oder alternativ eine elektronische tragfähige Vorrichtung sein, wie z.B. ein Handy, ein Laptop, ein Radio, ein Camcorder oder eine Fernbedienung.
  • Aromatische Polyethersulfonpolymere, enthaltend einen Phenolphthaleinbestandteil, sind auf dem Gebiet bekannt, siehe beispielsweise JP 05-310941 (im Namen von Toray Ind. Inc.). Die Sulfonierung solcher Polymere kann durch bekannte Verfahren bewirkt werden. Siehe beispielsweise Feng Wang et al., supra, und die darin beinhalteten Referenzen.
  • Die Elektrolytenmembran und die Elektrode der Erfindung werden hergestellt, indem eine Lösung des sulfonierten Polysulfons in DMA/CCl4 (DMA= N,N-Dimethylacetamid) gegossen wird.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun weiter unter Bezugnahme auf die folgenden angefügten Figuren illustriert:
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer Brennstoffzelle;
  • 2 zeigt Polarisationskurven in einer H2/Luft-Brennstoffzelle bei 30°C der MEA gemäß der Erfindung und eine ganz auf Nafion® basierende;
  • 3 zeigt einen Zeitstabilitätstest einer Brennstoffzelle gemäß der Erfindung.
  • 1 stellt schematisch die Struktur einer Brennstoffzelle mit einer Polymermembran-Elektroden-Anordnung (MEA) dar. Die Polymerelektrolytenmembran 1 ist wie bei einem Sandwich zwischen einer Anode 2 und einer Kathode 3 angeordnet und Gasdiffusionsschichten 4 und 5 werden auf der Außenseite der Anode 2 bzw. der Kathode 3 gebildet. Auf der Anodenseite werden Wasserstoffionen und Elektronen durch den Katalysator bereitgestellt, der die Anode 2 bildet, von einem Wasserstoffgas, das der Anode 2 durch die Gasdiffusionsschicht 4 zugeführt wird und die resultierenden Protonen passieren durch die Polymerelektrolytenmembran 1 und bilden Wasser durch Umsetzung mit einem Sauerstoffgas, das der Kathode 3 durch die Gasdiffusionsschicht 5 auf der Seite der Kathode 3 zugeführt wird und mit Elektronen, die der Kathode 3 durch einen Außenkreislauf zugeführt werden.
  • Die Anode 2 und die Kathode 3 umfassen vorzugsweise einen Katalysator, der dazu in der Lage ist, die notwendigen Elektrodenreaktionen zu unterstützen. Die Zusammensetzung des Katalysators, der in der Anode und Kathode verwendet wird, kann Platin (Pt) oder Legierungen davon umfassen, gestützt auf fein verteiltem Kohlenstoff. Vorzugsweise ist der Katalysator in einer Polymermatrix dispergiert, umfassend das Polymer der Erfindung.
  • Die Gasdiffusionsschichten 4 und 5 bestehen aus einem Material, das eine elektrische Leitfähigkeit und Gaspermeabilität aufweist, wie z.B. Kohlepapier, Webstoffe, Vliesstoffe oder ein anderes Material, bestehend aus Kohlefasern.
  • Eine vollständig auf einem sulfonierten Polysulfon basierende Brennstoffzelle wurde hergestellt und in einer H2/Luft-Brennstoffzelle bei 30°C getestet, wie illustriert in der folgenden Beschreibung.
  • Das bei der Herstellung der MEA dieser Brennstoffzelle (als Elektrolytenmembran und in den Elektroden) verwendete protonenleitende Polymer war ein sulfoniertes Polysulfon (hiernach bezeichnet als "SPS") der Formel
    Figure 00150001
    worin x + y 1 ist und n = m.
  • Dieses Produkt wird von der Joint Stock Company "NPO Chemplast" (Moskau, Russland) vertrieben.
  • Die IR-Spektren wurden mit dem AutoImage Spectrum 1-Instrument aufgezeichnet und die Gegenwart des lactonhaltigen Monomers (C=O-Streckung 1750cm–1; CO-O-Streckung 1250 und 1050 cm–1) wurde bestätigt.
  • Beispiel 1
  • SPS-Membran-Charakterisierung: Bestimmung der Tg, Wasseraufnahme (WU), Ionenaustauschkapazität (IEC)
  • a) Differenzial-Rasterkalorimetrie (DSC)
  • Die Glasübergangstemperatur (Tg) wurde mit einem Mettler Toledo Star System Differenzialrasterkalorimeter unter einem N2-Fluss und in statischer Luft gemessen. Die Scans wurden bei einer Erwärmungsrate von 10°C/min von –20°C bis 240°C durchgeführt. Die Tg-Werte wurden als Veränderung am Mittelpunkt in der Neigung der Basislinie des Scans berichtet.
  • b) Ionenaustauschkapazität
  • Eine 120 μm SPS-Membranprobe (10 cm2) wurde zunächst in H2SO4 bei Raumtemperatur 18 Stunden aktiviert, dann mit heißem destillierten Wasser (50–60°C) gewaschen und dann in einem Vakuumofen bei 80°C für 2 Stunden getrocknet. Dann wurde das Gewicht der Membran bestimmt (mdry). Nachdem die Membran in 20 ml 1 M NaCl 18 Stunden bei Raumtemperatur eingetaucht wurde, um H+-Ionen aus dem Polymer mit Na+-Ionen zu tauschen, die in der Lösung vorlagen, wurde die Lösung, enthaltend die Membran, mit einer 0,01 M NaOH-Lösung titriert, wobei der pH-Wert der Titration überwacht wurde.
  • Das Auftragen des pHs als Funktion von NaOH zugefügtem Volumen ergab das Äquivalentvolumen (Väq) und die IEC, berechnet gemäß der Gleichung:
    Figure 00160001
  • c) Wasseraufnahme-(WU)-bestimmung
  • Eine andere H2SO4-aktivierte 120 μm SPS-Probe (10 cm2) wurde 24 Stunden bei Raumtemperatur in 10 ml destilliertem Wasser eingetaucht. Die Probe wurde dann aus dem Wasser entfernt, das überschüssige Wasser wurde unter Verwendung von Filterpapier eliminiert und die Membran gewogen (mwet). Die Probe wurde dann in einem Vakuumofen bei 80°C 2 Stunden getrocknet und ihr Gewicht wurde bestimmt (mdry). Die Wassermenge, die durch die Membran adsorbiert wurde über das Trockengewicht (WU) wird dann unter Verwendung der folgenden Formel berechnet.
  • Figure 00160002
  • Tabelle 1 fasst das Ergebnis der SPS-Membranbewertung und der korrespondierenden Werte der Verbindungen gemäß Feng Wang et al., supra, zusammen.
  • Tabelle 1
    Figure 00170001
  • Die Verbindungen aus dem Stand der Technik zeigten eine höhere IEC als die Verbindung gemäß der Erfindung, jedoch war ihre Tg für eine gute Verarbeitbarkeit zu hoch. Außerdem hatte PBPSH-60 einen WU-Wert, der eine Schwellung anzeigte, die die mechanische Festigkeit und die Form beeinträchtigen würde.
  • Beispiel 2
  • Auf SPS-basierende MEA und ihre Leistung in einer H2/Luft Brennstoffzelle
  • a) MEA-Konfiguration
    • SPS-Elektrolytenmembran
    • SPS-haltige Elektroden, gebildet durch:
      • – Diffusionsschicht;
      • – katalytische Schicht, abgelagert auf der Diffusionsschicht und gebildet durch:
      • – gestützter Katalysator
      • – Porenbilder
      • – SPS (Protonenaustauschpolymer)
  • b) Elektrodenherstellung
  • Die Elektroden bestanden aus einer Kompositstruktur, gebildet durch eine Diffusionsschicht und eine katalytische Schicht, gesprüht auf ein feuchtigkeitssicheres Kohlepapier (Toray TGPH090) mit einer Dicke von 0,3 mm.
  • Die Diffusionsschicht wurde durch Versprühen einer Kohle (Vulcan XC-72) hergestellt, enthaltend 40 Gew.% (trocken) einer Polytetrafluorethylen (PTFE, Aldrich) -Mischung auf den Kohlepapierträger und wurde bei 350°C wärmebehandelt. Die Kohlenstoff-Endbeladung lag bei 2 mg/cm2.
  • Die katalytischen Schichten von sowohl der Kathode als auch der Anode wurden durch Sprühen von katalytischer Tinte auf die Diffusionsschicht gebildet.
  • Die katalytische Tinte wurde durch Vermischen einer SPS-Dispersion, Glycerin und 20 Gew.% Pt/Vulcan XC-72 (E-TEK) hergestellt.
  • Die SPS-Dispersion wurde durch tröpfchenweises Vermischen von 5 ml einer Isopropanol-deionisiertem Wasser 1:1-Mischung mit 10 ml einer 15%igen SPS-Lösung in Dimethylacetamid unter kräftigem Rühren hergestellt, bis eine homogene Dispersion gebildet wurde.
  • Das Katalysator-/SPS-Verhältnis lag bei 3:1 (Gew.% trocken) und das SPS-Dispersion-/Glycerin-Verhältnis bei 1:1 (Gew.% trocken). Die erhaltene Dispersion wurde dann mit Ultraschall 20 Minuten behandelt.
  • Die katalytischen Schichten der Kathode und Anode wurden durch Versprühen von katalytischer Tinte auf die Diffusionsschicht abgelagert. Die so erhaltenen Elektroden wurden bei 160°C in einem Vakuumofen für 1 Stunde getrocknet. Die Ofentemperatur wurde langsam von 50°C auf 160°C mit einer Erhitzungsrate von 5°C/min angehoben. Der Pt-Gehalt wurde konstant bei ungefähr 0,1 mg/cm2 für beide Elektroden gehalten.
  • c) MEA-Konstruktion
  • Eine MEA wurde unter Verwendung der Elektrodenkonfiguration von Schritt b) für sowohl die Anode als auch die Kathode hergestellt und einer 120 μm dicken SPS-Elektrolytenmembran.
  • Die Membran wurde vorläufig durch Behandlung mit 200 ml 30 Gew.%iger Schwefelsäure für 18 Stunden aktiviert, gefolgt von drei Waschungen mit deionisiertem Wasser und Trocknen unter Vakuum für 6 Stunden bei 80°C.
  • Die MEA wurde durch Heißpressen der Elektroden und der SPS-Elektrolytenmembran bei 130°C für 30 Minuten durch Anwendung eines 50 kg/cm2 Drucks angeordnet.
  • Der geometrische Elektrodenbereich der Elektrode-/Membrananordnung war 5 cm2.
  • d) Elektrochemische Charakterisierung in einer H2/Luft-Zelle
  • Der Einzelzelltestapparat wurde von Globe Tech Inc. erworben. Er bestand aus zwei Kupfersstromsammelendplatten und zwei Graphitplatten, enthaltend rippenkanalartige Muster, die die Passage von angefeuchtetem Wasserstoff zur Anode und angefeuchteter Luft zur Kathode ermöglichten. Die Einzelzelle wurde mit einer HP-Impedanzbrücke verbunden und arbeitete zwischen 30°C und 70°C bei atmosphärischem Druck für sowohl die Anode als auch die Kathode. Die Wasserstoff- und Luftanfeuchter wurden bei einer Temperatur von 10°C bzw. 5°C höher als derjenigen der Zelle gehalten.
  • Nach Insertion der MEA in das Einzelzelltestgehäuse wurde die Zelle mit den angefeuchteten Gasen äquilibriert.
  • Zwei Typen von Experimenten wurden durchgeführt: eine Zellwiderstandsmessung bei offenem Kreislauf und Polarisationskurven (Zellpotenzial gegen die Stromdichte).
  • Der Zellwiderstand wurde bei einer fixierten Frequenz von 1 kHz und unter einem offenen Kreislauf durch die Impedanzbrücke (HP) bei verschiedenen Temperaturen gemessen. Die Polarisationskurven wurden mit einem Programm unter Verwendung einer elektronischen Beladung, an einer Grenzfläche mit einem Personal-Computer aufgezeichnet.
  • Nach Erhalt eines konstanten Widerstandswerts wurde die Zelle schrittweise auf 70°C erwärmt und Widerstandsmessungen und Polarisationskurven wurden bei verschiedenen Temperaturen gesammelt. Eine weitere Sammlung von Widerstandsdaten wurde nach einigen Tagen durchgeführt. Die Daten waren reproduzierbar.
  • Der Zellwiderstand wurde bei offenen Kreislaufbedingungen gemessen und der Aufzeichnungsbereichwiderstandswert (recorder areal resistance value), wie auch die offene Kreislaufspannung (OCV) sind wie in Tabelle 2 dargestellt. Ein bemerkenswerter OCV-Wert wurde zusammen mit einem niedrigen Zellwiderstand gemessen.
  • Die aufgezeichnete Polarisationskurve ist in 2 dargestellt.
  • Beispiel 3
  • Auf Nafion®-basierende MEA und ihre Leistung in einer H2/Luft-Brennstoffzelle
  • a) MEA-Konfiguration
    • – Nafion® 115 (Dupont) Elektrolytmembran
    • – Nafion® 115 E-TEKSM (De Nora) kommerzielle Elektroden.
  • b) Elektrodenkonfiguration
  • Die Elektrode bestand aus einer Elektrokatalysatorschicht, bestehend aus 20 Gew.% Pt auf Vulcan XC-72(E-TEKSM) und 30 Gew.% PTFE (Aldrich), direkt auf einem 0,3 mm dicken feuchtigkeitssicheren Kohlepapier abgelagert (Toray TGPH090). Eine 5 Gew.% Nafion®-Lösung (Aldrich) wurde auf die Katalysatorschicht gesprüht und bei 80°C getrocknet. Der endgültige Pt- und Nafion®-Gehalt lag bei 0,49 mg/cm2 bzw. 0,6 mg/cm2.
  • c) MEA-Präparation
  • Eine MEA wurde unter Verwendung derselben Elektroden von Schritt b) für sowohl Anode als auch Kathode hergestellt und einer 120 μm dicke Nafion®-Elektrolytenmembran.
  • Die Membran wurde vorher in einer 5%igen H2O2-Lösung bei 80°C für 1 Stunde gereinigt, gefolgt von einer Behandlung in 1 M Schwefelsäure für 2 Stunden.
  • Die MEA wurde dann durch Heißpressen der Elektroden sowie der Nafion® 115-Membran bei 130°C für 30 Minuten hergestellt, wobei ein Druck von 50 kg/cm2 angewandt wurde.
  • Der geometrische Elektrodenbereich der Elektroden-/Membrananordnung lag bei 5 cm2.
  • d) Elektrochemische Charakterisierung in der H2/Luft-Zelle
  • Die elektrochemische Leistung dieser MEA wurde unter Verwendung desselben Versuchsaufbaus, wie in Beispiel 2 beschrieben, durchgeführt.
  • Tabelle 2 fasst die Ergebnisse von Beispiel 2 und 3 zusammen.
  • Tabelle 2
    Figure 00220001
  • Diese Daten zeigen, dass eine MEA, die auf einem sulfonierten Polysulfonpolymer gemäß der Erfindung basiert, eine bessere Leistung zeigt als eine, die vollständig auf Nafion® basiert.
  • Die aufgezeichnete Polarisationskurve ist auch in 2 dargestellt.
  • Beispiel 4
  • Stabilitätstests einer ganz auf SPS basierenden MEA in einer H2/Luft-Zelle bei 60°C.
  • Eine andere MEA wurde gemäß Beispiel 2 unter Verwendung einer 160 μm SPS-Elektrolytenmembran hergestellt.
  • Um die Zeitstabilität dieser neuen MEA sicherzustellen, wurde ein potenziostatischer Zeittest bei 60°C durchgeführt. Das Zellpotenzial wurde bei 0,4 V fixiert und die Variation des gelieferten Stroms wurde über die Zeit verfolgt.
  • 3 zeigt den gemessenen Strom als Funktion der Zeit. Die MEA der Erfindung hat eine sehr stabile Reaktion über die Zeit.

Claims (15)

  1. Brennstoffzelle, umfassend eine Membran-Elektroden-Anordnung, beinhaltend: (a) eine Anode; (b) eine Kathode; und (c) eine Polymerelektrolytmembran, angeordnet zwischen der Anode und der Kathode, wobei die Polymerelektrolytmembran ein sulfoniertes Polysulfonpolymer mit den folgenden, sich wiederholenden Einheiten umfasst:
    Figure 00230001
    worin R1 bis R16 unabhängig Wasserstoff, eine SO3H-Gruppe, eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe oder eine optional verzweigte (C3-6)-Alkylgruppe sind, mit der Massgabe, dass mindestens eines von R1 bis R16 eine SO3H-Gruppe ist; n + m liegt im Bereich zwischen 10 und 1.000 einschliesslich; n liegt im Bereich zwischen 0 und 999 einschliesslich; und m liegt im Bereich zwischen 1 und 1.000 einschliesslich, und Salze davon.
  2. Brennstoffelle gemäss Anspruch 1, wobei mindestens eines von R13 bis R16 eine SO3H-Gruppe ist.
  3. Brennstoffzelle gemäss Anspruch 1, worin R1 bis R4 und R9 bis R12 Wasserstoff sind.
  4. Brennstoffzelle gemäss Anspruch 2, worin mindestens eines von R5 bis R8 und R13 bis R16 SO3H ist.
  5. Brennstoffzelle gemäss Anspruch 1, wobei die Polymerelektrolytmembran ein sulfoniertes Polysulfonpolymer mit den folgenden sich wiederholenden Einheiten umfasst:
    Figure 00240001
    Figure 00250001
    worin x + y 1 und n = m ist.
  6. Brennstoffzelle gemäss Anspruch 1, wobei das Polymer einen Sulfonsäuregehalt von etwa 0,5 bis 3,5 mäq/g aufweist.
  7. Brennstoffzelle gemäss Anspruch 5, wobei das Polymer einen Sulfonsäuregehalt von etwa 0,7 bis 2,3 mäq/g aufweist.
  8. Brennstoffzelle gemäss Anspruch 6, wobei das Polymer einen Sulfonsäuregehalt von etwa 0,8 bis 1,3 mäq/g aufweist.
  9. Brennstoffzelle gemäss Anspruch 1, wobei das Polymer amorph ist.
  10. Brennstoffzelle gemäss Anspruch 1, wobei die Kathode und/oder die Anode ein sulfoniertes Polysulfon umfasst.
  11. Brennstoffzelle gemäss Anspruch 10, wobei das sulfonierte Polysulfonpolymer ein Polymer mit den sich wiederholenden Einheiten gemäss Anspruch 1 ist.
  12. Brennstoffzelle gemäss Anspruch 1, wobei es sich um eine Wasserstoff-Brennstoffzelle handelt.
  13. Membran-Elektroden-Anordnung, beinhaltend: (a) eine Anode; (b) eine Kathode; und (c) eine Polymerelektrolytmembran, angeordnet zwischen Anode und Kathode, wobei die Polymerelektrolytmembran ein sulfoniertes Polysulfonpolymer mit sich wiederholenden Einheiten gemäss einem der vorstehenden Ansprüche umfasst.
  14. Apparat, angetrieben durch eine Brennstoffzelle gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12 und umfassend dieselbe.
  15. Apparat gemäss Anspruch 14, gewählt aus einer Maschine für einen Transport durch Beförderungsmittel, einer Energiezufuhreinheit und einer elektronischen tragbaren Vorrichtung.
DE60212209T 2002-12-13 2002-12-13 Brennstoffzelle und membran-elektrodenanordnung dafür Expired - Lifetime DE60212209T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2002/014246 WO2004055927A2 (en) 2002-12-13 2002-12-13 Membrane-electrode assembly and fuel cell thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60212209D1 DE60212209D1 (de) 2006-07-20
DE60212209T2 true DE60212209T2 (de) 2007-04-19

Family

ID=32523967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60212209T Expired - Lifetime DE60212209T2 (de) 2002-12-13 2002-12-13 Brennstoffzelle und membran-elektrodenanordnung dafür

Country Status (9)

Country Link
US (1) US7722975B2 (de)
EP (1) EP1576683B1 (de)
JP (1) JP4664683B2 (de)
AT (1) ATE329374T1 (de)
AU (1) AU2002356654B2 (de)
CA (1) CA2508835C (de)
DE (1) DE60212209T2 (de)
ES (1) ES2266642T3 (de)
WO (1) WO2004055927A2 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7993791B2 (en) * 2005-10-26 2011-08-09 Nanotek Instruments, Inc. Self-humidifying proton exchange membrane, membrane-electrode assembly, and fuel cell
JP2007280946A (ja) * 2006-03-16 2007-10-25 Fujifilm Corp 膜／電極接合体および燃料電池
KR101234232B1 (ko) 2006-03-16 2013-02-22 삼성에스디아이 주식회사 다중 블럭 공중합체, 그 제조방법, 상기 다중 블럭공중합체로부터 제조된 고분자 전해질막, 그 제조방법 및상기 고분자 전해질막을 포함하는 연료전지
CN101512676B (zh) * 2006-07-04 2011-07-06 住友化学株式会社 高分子电解质乳液及其用途
EP2084210A1 (de) * 2006-11-22 2009-08-05 Gwangju Institute of Science and Technology Sulfonierter poly(arylenether) mit vernetzbarer einheit in der endgruppe, herstellungsverfahren dafür und polymerelektrolytmembran unter verwendung des sulfonierten poly(arlylenether)s und verfahren
CN104968710A (zh) 2012-12-18 2015-10-07 索尔维特殊聚合物美国有限责任公司 由低氯芳香族聚砜制成的移动电子装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3917648A1 (de) * 1989-05-31 1990-12-06 Bayer Ag Aromatische polyethersulfone
JPH05310941A (ja) 1992-05-11 1993-11-22 Toray Ind Inc 芳香族ポリエーテルスルホン共重合体からなる成形物品
DE69933129T2 (de) 1998-09-11 2007-03-01 Victrex Mfg. Ltd., Thornton Cleveleys Ionenaustauschpolymere
FR2794157B1 (fr) 1999-05-25 2001-07-13 Andre Paul Raphael Iser Dispositif de couverture pliable en accordeon
AU778365B2 (en) 1999-09-10 2004-12-02 Victrex Manufacturing Limited Composite ion-exchange membranes
US6232025B1 (en) * 2000-01-10 2001-05-15 Lexmark International, Inc. Electrophotographic photoconductors comprising polaryl ethers
FR2805927B1 (fr) 2000-03-03 2002-04-12 Commissariat Energie Atomique Procede de preparation d'assemblages electrodes-membrane-et electrode-membraneelectrode, assemblage ainsi obtenus, et dispositif de pile combustible comprenant ces assemblages
EP1138712B1 (de) 2000-03-29 2006-01-18 JSR Corporation Polyarylen Kopolymer und Protonen leitende Membran
DE60143444D1 (de) * 2000-09-20 2010-12-23 Virginia Tech Intell Prop Ionenleitende sulfonierte polymerische materialien
WO2002075835A2 (en) 2001-03-21 2002-09-26 Victrex Manufacturing Limited Polymer electrolyte membrane fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
WO2004055927A2 (en) 2004-07-01
US7722975B2 (en) 2010-05-25
ATE329374T1 (de) 2006-06-15
CA2508835C (en) 2011-02-08
DE60212209D1 (de) 2006-07-20
JP2006520992A (ja) 2006-09-14
CA2508835A1 (en) 2004-07-01
AU2002356654A1 (en) 2004-07-09
JP4664683B2 (ja) 2011-04-06
US20060228607A1 (en) 2006-10-12
AU2002356654B2 (en) 2009-08-20
EP1576683A2 (de) 2005-09-21
ES2266642T3 (es) 2007-03-01
WO2004055927A3 (en) 2006-01-19
EP1576683B1 (de) 2006-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60311985T2 (de) Sulfoniertes leitungs-graftpolymerkohlenstoffmaterial für brennstoffzellenanwendungen
DE112005003202B4 (de) Sehr haltbare Elektrodenkatalysatorschicht, Verfahren zu ihrer Herstellung, elektrolytische Polymerlösung, Membranelektrodenanordnung und Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle
EP1176653B1 (de) Membran-Elektrodeneinheit für Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE60022993T2 (de) Gasdiffusionsubstrat
EP1150369B1 (de) Gasverteilerstrukturen und Gasdiffusionselektroden für Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen
DE102009035312B4 (de) Gasdiffusionsschicht sowie damit ausgestattete Brennstoffzelle
WO1997020358A1 (de) Gasdiffusionselektrode für polymerelektrolytmembran-brennstoffzellen
DE19737390A1 (de) Gasdiffusionselektroden auf Basis von Poly(vinylidenfluordid)-Kohlenstoff-Gemischen
DE10201691A1 (de) Polymerelektrolytmembran, Verfahren zu deren Herstellung und Membranelektrodenanordnung und Polymerelektrolytbrennstoffzelle, die diese umfasst
WO2011020843A1 (de) Anorganische und/oder organische säure enthaltende katalysatortinte und deren verwendung in der herstellung von elektroden, katalysatorbeschichteten membranen, gasdiffusionselektroden und membran-elektroden-einheiten
DE102006001770A1 (de) Protonenleitende Polymermembran
DE202004000365U1 (de) Membran-Elektroden-Einheit, Polymermembranen für eine Membran-Elektroden-Einheit und Polyelektrolyt-Brennstoffzellen
DE112015002354T5 (de) Membran-elektroden-anordnung
DE19701174A1 (de) Verfahren zur Messung der für eine Reaktion verfügbaren spezifischen Oberflächengröße eines Edelmetall-Katalysators in der Elektrode einer Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle und zur Bemessung der Katalysatorschicht für die Elektrode dieser Brennstoffzelle
DE102012212420A1 (de) Membran mit laminierter Struktur und orientierungsgesteuerten Nanofaser-Verstärkungszusatzstoffen für Brennstoffzellen
EP1261057B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektrodeneinheit und dadurch hergestellte Membran-Elektrodeneinheit
DE19737389A1 (de) Gasdiffusionselektroden auf Basis von Polyethersulfon-Kohlenstoff-Gemischen
EP1601037B1 (de) Membran-Elektroden-Einheit für Direkt-Methanol-Brennstoffzellen (DMFC)
DE60314643T2 (de) Herstellung von gasdiffusionselektroden
DE60212209T2 (de) Brennstoffzelle und membran-elektrodenanordnung dafür
DE102012222049A1 (de) Verbesserte Elektrode mit verringerter Schwundrissbildung durch Ionomere mit gemischtem Äquivalentgewicht
DE602004009603T2 (de) Monomerverbindung, graft-copolymerverbindung, verfahren zu deren herstellung, polymerelektrolytmembran und kraftstoffzelle
DE102015121787B4 (de) Gepfropfte funktionelle Gruppen an Träger aus expandiertem Tetrafluorethylen (ePTFE) für Brennstoffzellen- und Wassertransportmembranen
DE10052189B4 (de) Mehrschichtige Gasdiffusionselektrode einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle, Membranelektrodenanordnung, Verfahren zur Herstellung einer Gasdiffusionselektrode und einer Membranelektrodenanordnung sowie Verwendung der Membranelektrodenanordnung
DE102007025207A1 (de) Gasdiffusionselektrode und diese enthaltende Membran-Elektroden-Einheit für eine Brennstoffzelle

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition