DE60221281T2

DE60221281T2 - Brennstoffzelle und verfahren zur herstellung einer solchen mit grosser aktiver oberfläche und mit verringertem volumen

Info

Publication number: DE60221281T2
Application number: DE60221281T
Authority: DE
Inventors: Jean Arroyo; Didier Bloch; Jean-Yves Laurent; Didier Marsacq
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2022-11-16
Also published as: FR2832549B1; EP1456902B1; WO2003043117A2; FR2832549A1; JP4748937B2; US7270686B2; EP1456902A2; WO2003043117A3; JP2005510019A; CN1615557A; DE60221281D1; ATE367659T1; CN100487968C; US20050019635A1; ES2289179T3

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle mit großer aktiver Oberfläche und verringertem Volumen.
Die Erfindung betrifft also das Gebiet der Brennstoffzellen und insbesondere der Brennstoffzellen mit einer festen Membran aus Polymer als Elektrolyt, wie etwa die Zellen des Typs PEMFC ("Protons Exchange Membrane Fuel Cell") und DMFC ("Direct Methanol Fuel Cell").
Die Brennstoffzellen des Typs mit festem Polymer-Elektrolyt werden vor allem bei den Land-, Wasser- und Raumtransporten verwendet, insbesondere bei den Landfahrzeugen, die gegenwärtig Gegenstand zahlreicher Entwicklungsprogramme sind, um Alternativen für die Batterien der Elektrofahrzeuge zu finden.
STAND DER TECHNIK
Generell werden Brennstoffzellen durch einen Stapel von Elementarzellen gebildet. Jede dieser Zellen umfasst eine Anode und eine Katode, die beiderseits eines Elektrolyts angeordnet sind. In Höhe der Anode erfolgt eine Oxidation des Brennstoffs, etwa des Wasserstoffs H₂ bei den Wasserstoffzellen, wodurch Protonen und Elektronen erzeugt werden. Die Elektronen fließen in den äußeren Stromkreis, während die Protonen zur Katode wandern, durch den Elektrolyt hindurch, der sich generell in Form einer ionenleitenden Membran präsentiert. Die Oxidation des Oxidators, etwa des Sauerstoffs der Luft, erfolgt in Höhe der Katode, was im Falle der Wasserstoffzellen mit der Produktion von Wasser einhergeht, das aus der Rekombination der durch die Reduktion erzeugten Ionen und der Protonen resultiert.
Die in Höhe einer Elementarzelle erreichten Leistungsdichten sind sehr gering und reichen bei weitem nicht aus, um elektrische Geräte zu betreiben. Man muss daher eine große Anzahl dieser Elementarzellen zusammenbauen, um eine ausreichende Leistung zu erhalten. Der Verbund besteht meistens aus einem Stapel Elementarzellen, wobei die Trennung zwischen den einzelnen Zellen durch dichte Platten, sogenannte Bipolarplatten, erfolgt.
Im Stand der Technik werden zahlreiche Brennstoffzellen vorgeschlagen. Die Brennstoffzellen mittlerer Leistung, das heißt mit 10 bis 50 kW pro Zelle, werden generell realisiert durch einen Verbund des Typs "Filterpresse" von Bipolarplatten aus Graphit oder aus nichtrostendem Stahl und Verbunden des Typs Elektrode-Membran-Elektrode, realisiert durch das Zusammenpressen von zwei Gewebeelektroden und einer protonenleitenden Membran aus NAFION^®.
Die Brennstoffzellen mit geringer Leistung, das heißt 0,5 bis 50 W, Mikrozellen genannt, erfordern für ihre Herstellung die Entwicklung von Architekturen und Verfahren, die oft von Techniken der Mikroelektronik abstammen. Die Schwierigkeit liegt im Zusammenbauen der Mikroelektrode mit dem Dünnfilm aus protonenleitendem Material. Zudem muss die Elektrode aufweisen: eine hohe Elektronenleitfähigkeit, eine sehr gute Durchlässigkeit für Gas und insbesondere für Wasserstoff im Falle einer PEMFC-Architektur für die Wasserstoff/Luft-Zellen, eine sehr gute Durchlässigkeit für Gas und für Methanol im Falle eine DMFC-Architektur für die Methanol/Luft-Zellen, eine Eignung, als dünne Schicht auf einer kleinen Fläche geformt zu werden, sowie eine gute thermomechanische Festigkeit. Die Mikroelektrode muss auch eine Oberfläche aufweisen, die angepasst ist an das Abscheiden eines Katalysators in dispergierter Form.
In der Literatur wird unterschieden zwischen Architekturen auf der Basis von porösem Silicium, auf dem sukzessiv ein Katalysator und dann eine Nafion^®-Membran sind, die den Elektrode-Membran-Verbund bilden. Jedoch sind die Leistungen einer solchen Vorrichtung begrenzt durch die schlechte Kohäsion der verschiedenen Schichten, was einen starken Grenzflächenwiderstand erzeugt, und durch eine sehr schwache bzw. geringe Dispersion des Katalysators, wobei dieser letztere schwach bzw. leicht geteilt (divisé) ist, um eine sehr gut Elektronen leitende Abscheidung zu erhalten.
Verschiedene Laboratorien haben auf nichtporösem Silicium basierende Techniken entwickelt. Mitarbeiter des "Lawrence Livermore National Laborstory" haben eine Mikrobrennstoffzelle entwickelt, bei der sie zunächst eine metallische Dünnschicht aus Nickel abscheiden, die als Elektronenkollektor auf einem Siliciumsubstrat dient. Anschließend wird auf dem Nickel der Katalysator und dann der Protonenleiter abgeschieden. Dann wird der Nickel durch chemische Ätzung perforiert, um den Katalysator und das Reduktionsmittel in Kontakt zu bringen, nämlich – in Abhängigkeit von dem Typ der vorgesehenen Brennstoffzelle – zum Beispiel den Wasserstoff und das Methanol. Diese Technik hat einige Nachteile, die insbesondere mit den Eigenschaften des Nickels verbunden sind. Nickel ist nämlich empfindlich gegenüber den Korrosionsphänomenen, die durch den stark sauren Charakter des Protonenleiters verursacht werden. Der Katalysator dispergiert zudem schwach bzw. schlecht auf der perforierten Nickelschicht, die einer geringe Fähigkeit zu einer homogenen Dispersion des Reduktionsmittels auf dem Katalysator hat. Schließlich ist bei dieser Technik die Präsenz von Tripelpunkten nicht sehr wahrscheinlich.
Die Patenanmeldung WO 97/11503 [1] und das Patent US 5,759,712 [2] beschreiben eine Brennzellenarchitektur, basierend auf der Verwendung eines mikroporösen protonenleitenden Substrats als dem zentralen Element eines Mikrobrennzellensystems. Die verschiedenen zur Bildung einer Brennzelle nötigen Materialien werden dann beiderseits dieses Substrats mittels klassischer Vakuumabscheidungstechniken abgeschieden. Diese Erfindung hat zwei Hauptnachteile, nämlich einerseits die Brüchigkeit des Polymersubstrats, vor allem, wenn es durch aggressive Vakuumtechniken bearbeitet wird, und andererseits die schlechten elektrochemischen Leistungen, die insbesondere mit dem Mangel an aktiver Oberfläche und auch mit der Brüchigkeit der Katalysatorabscheidung direkt auf den Protonenaustauschmembranen verbunden sind.
Alle diese Architekturen weisen die Besonderheit auf, planar zu sein und aus diesem Grund keine ausreichend große Elektrodenfläche zu haben, um tragbare elektronische Vorrichtungen mit Energie zu speisen.
Daher werden im Stand der Technik mehrere nichtplanare Geometrien vorgeschlagen.
Die US-Patente 6,080,501 [3], 6,007,932 [4] und 6,001,500 [5] beschreiben eine zylindrische Architektur für Miniaturbrennstoffzellen. Diese Architektur basiert darauf, einen klassisch in planarer Geometrie verwendeten Elektrode-Membran-Elektrode-Verbund um einen Dom aus Metallschaum zu wickeln. Jedoch sind die Leistungen eines solchen Verbunds hauptsächlich aus zwei Gründen begrenzt:

– der ursprünglich planare Elektrode-Membran-Elektrode-Verbund ist nicht an eine zylindrische Geometrie angepasst, was es quasi unmöglich macht, die Anode-Anode-, Katode-Katode- und Membran-Membran-Kontakte nach dem Wickeln des planaren Verbunds wiederherzustellen;
– die Stromkollektoren haben keinen engen Kontakt mit der Anode und der Katode, so dass zu hohe Grenzflächenwiderstände entstehen.

Ein anderes amerikanisches Team hat ein ähnliches Konzept einer röhrenförmigen Miniaturbrennzelle entwickelt. Ein Elektrode-Membran-Elektrode-Verbund wird so gewickelt, dass er einen Zylinder bildet. Dieser wird anschließend in eine metallische "Zylinderträger"-Vorrichtung integriert, die das Sammeln des elektrischen Stroms gewährleistet. Jedoch ist dieser Architekturtyp nicht für tragbare elektronische Geräte geeignet; hauptsächlich wegen der Größe des "Zylinderträger"-Systems.
Das Patent JP 63 138667 [6] präsentiert ein Verfahren zur Herstellung einer nichtplanaren Zellenstruktur, wobei dieses Verfahren darin besteht, einen Zellenfilm auf der Innenoberfläche eines Teils der Löcher eines gitterförmigen Trägers abzuscheiden. Es wird auch die Möglichkeit beschrieben, mehrere dieser Träger zusammenzubauen.
Jedoch hat die durch das beschriebene Verfahren realisierte Vorrichtung die folgenden Nachteile:

– aufgrund der Konfiguration der Löcher und noch genauer aufgrund der Tatsache, dass die Löcher eine parallelflache Form von sehr geringer Höhe aufweisen, ist es schwierig, eine gleichmäßige Zellenfilmabscheidung auf der Innenoberfläche der genannten Löcher zu realisieren;
– wegen der Geometrie und der Anordnung der Löcher in diesem Dokument ist es notwendig, einen Teil der Löcher des gitterförmigen Trägers für den Transport der Versorgungsreagenzien der Zelle vorzusehen, was für die Abscheidung der Zellenfilme einen Oberflächenverlust und folglich einen Leistungsverlust der genannten Zelle bedeutet, verursacht durch diese Konfiguration.

Es existiert also ein tatsächlicher Bedarf an einem Herstellungsverfahren für Brennstoffzellen, das ermöglicht, Zellen mit einem kleinstmöglichen Gesamtvolumen herzustellen und dabei die Realisierung eines elektrischen Verbindungsnetzes und eines Reagenzienverteilungsnetzes zu ermöglichen.
Es besteht außerdem ein Bedarf für diesen Zellentyp, der elektrische Leistungen entwickeln kann, die kompatibel sind mit einer Verwendung dieser Zellen insbesondere auf dem Gebiet der Landtransporte bzw. -fahrzeuge.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht also darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle vorzuschlagen, die an Vorrichtungen des täglichen Gebrauchs angepasst ist, die u.a. dem oben erwähnten Bedarf entspricht und nicht die Nachteile, Mängel und Einschränkungen des Stands der Technik aufweist, und das insbesondere ermöglicht, eine Zelle mit einer aktiven Oberfläche zu realisieren, die sehr viel größer ist als ihre Bodenfläche. Zudem besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Realisierung einer Brennstoffzelle vorzuschlagen, das ermöglicht, eine Zelle mit hoher Leistung herzustellen, die dabei einen großen Raum für die Realisierung eines elektrischen Verbindungsnetzes und eines Reagenzienverteilungsnetzes aufweist.
Schließlich hat die vorliegende Erfindung noch die Aufgabe, eine Brennstoffzelle mit einem verringerten Volumen und dennoch einer großen aktiven Oberfläche liefern.
Diese und andere Ziele werden durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle erreicht, wobei diese Brennstoffzelle eine Gruppe elektrisch miteinander verbundener Elementarzellen umfasst, jede Elementarzelle wenigstens drei Schichten aufweist, nämlich eine erste Elektrodenschicht, eine zweite Elektrodenschicht und eine dazwischen befindliche Membranschicht, und das genannte Verfahren sukzessive die folgenden Schritte umfasst:

– einen Schritt zur Realisierung einer Vielzahl von Löchern in wenigstens zwei Trägern, wobei jedes Loch auf beiden der entgegengesetzten Seiten jedes Trägers mündet, mit einem ersten Öffnungsquerschnitt und einem zweiten Öffnungsquerschnitt, und jedes Loch eine Seitenfläche aufweist;
– einen Schritt zur Realisierung von Elementarzellen auf der Seitenfläche von jedem der genannten Löcher;
– einen Schritt zur Realisierung – auf wenigstens einer der genannten entgegengesetzten Seiten jedes Trägers – eines elektrischen Verbindungsnetzes und eines Reagenzienverteilungsnetzes, wobei die genannten Netze die Elementarzellen miteinander verbinden und das aus einem Träger, den Elementarzellen und den genannten Netzen bestehende Ganze einen Basismodul bildet;
– einen Schritt, in dem wenigstens zwei Basismodule so zusammengebaut werden, dass die Elementarzellen jedes Basismoduls den Elementarzellen des (der) angrenzenden Basismoduls (Basismodule) gegenüberstehen;

Präzisiert sei, dass sich der Begriff "Basismodul" erfindungsgemäß auf die Einheit bezieht, die durch einen Träger gebildet wird, in dessen Innern Elementarbrennstoffzellen realisiert sind, wobei die genannten Zellen durch elektrische Verbindungsnetze miteinander elektrisch verbunden sind und durch Reagenzienverteilungsnetze versorgt werden, wobei diese Netze auf wenigstens einer der Seiten des Trägers realisiert werden, auf denen die Löcher vorgesehen sind.
Präzisiert sei, dass erfindungsgemäß als Seitenfläche die Fläche der Wände bezeichnet wird, die das Loch begrenzen.
Präzisiert sei, dass erfindungsgemäß als Reagenzienverteilungsnetz das Netz zur Versorgung der Elektroden mit Oxidations- oder Reduktionsmitteln bezeichnet wird.
Präzisiert sei, dass – wenn Bezug genommen wird auf einen Querschnitt des Lochs in einer zu den entgegengesetzten Seiten des Trägers parallelen Ebene –, man sich auf alle Querschnitte mit Ausnahme der oben erwähnten Öffnungsquerschnitte bezieht.
Präzisiert sei, dass man unter Träger vorzugsweise einen Träger von im Wesentlichen parallelflacher Form versteht.
Präzisiert sei, dass man unter aktiver Oberfläche die durch die Elektroden eingenommene Oberfläche versteht, die der Sitz der elektrochemischen Reaktionen der Zelle sind.
Vorteilhafterweise können Löcher entsprechend der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen kegelstumpfförmig oder pyramidenstumpfförmig sein.
Die Tatsache, Löcher mit einer derartigen Geometrie zu realisieren, hat die folgenden Vorteile:

– in Bezug auf Löcher mit zum Träger senkrechten Wänden, wie dies bei der Realisierung des oben erwähnten japanischen Dokuments der Fall ist, haben Löcher mit schrägen Wänden den Vorteil, die Abscheidung der Schichten zu erleichtern, die zur Ausbildung der Elementarzellen notwendig sind;
– in Bezug auf Löcher mit zum Träger senkrechten Wänden ermöglicht die Realisierung von Löchern mit einer in Bezug auf die Fläche des anderen Öffnungsquerschnitts kleineren Querschnittsfläche, auf den Seiten, wo die genannten Löcher realisiert werden, einen Platzgewinn zu erzielen, insbesondere auf der Seite mit den kleineren Öffnungsquerschnitten, wobei dieser Platzgewinn zur Realisierung des elektrischen Verbindungsnetzes und des Reagenzienverteilungsnetzes, ja sogar zur Realisierung zusätzlicher Löcher genutzt werden kann, um die aktive Oberfläche der Zelle zu vergrößern;
– in Bezug auf Löcher mit zum Träger senkrechten Wänden ist die Seitenfläche (oder Innenoberfläche des Lochs) größer, was einer Vergrößerung der aktiven Oberfläche der Elementarzellen gleichkommt.

Präzisiert sei, dass – wenn oben vergleichsweise auf Löcher mit zum Träger senkrechten Wänden Bezug genommen wird –, diese Löcher mit senkrechten Wänden einen Querschnitt aufweisen, der dem oben erwähnten ersten oder zweiten Öffnungsquerschnitt entspricht.
Zudem beruht der vorteilhafte Charakter dieser Erfindung auf der Tatsache, dass zwei oder mehrere Basismodule zusammengebaut werden, um die aktive Oberfläche der resultierenden Zelle noch weiter zu vergrößern.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht also darin, auf diese Weise die Seitenfläche der Löcher aufzuteilen, indem man diese beim Zusammenbau von mindestens zwei Basismodulen vis-à-vis anordnet.
Dank dieses erfindungsgemäßen Verfahrens kann man also Brennstoffzellen mit einer verringerten Bodenfläche und einer trotzdem erhöhten aktiven Oberfläche realisieren, da die aktiven Oberflächen der Zelle sich im Innern des den Träger bildenden Materials befinden.
Zudem hat die Tatsache, dass das erfindungsgemäße System aus mehreren Modulen realisiert wird, zusätzlich zu der speziellen Geometrie bestimmter Löcher den großen Vorteil, die Herstellung aktiver Schichten auf den Wänden dieser Löcher zu erleichtern.
Wenn man nämlich eine Architektur einer Zelle mit nur einem einzigen Modul betrachtet, ist zum Beispiel die Neigung der Wände bei Löchern mit konischem Volumen durch die Geometrie festgelegt, insbesondere durch die Dicke des Trägers und die der Öffnungsquerschnittsflächen der Löcher. Bei einem solchen System müssen die Wände eine starke Neigung aufweisen, um die aktive Oberfläche zusätzlich zu vergrößern. Hingegen kann das aus mehreren Modulen bestehende erfindungsgemäße System durch Module von geringerer Höhe gebildet werden, bei denen die Innenwände der Löcher folglich ein weniger steiles Profil aufweisen. Es ist daher leichter – bei diesem System – die Abscheidung der Schichten zu realisieren, um Elementarzellen auszubilden.
Erfindungsgemäß können die in jedem Träger ausgebildeten Löcher durch Ätzung oder Laserablation realisiert werden.
Der Träger kann erfindungsgemäß aus einem Material sein, das ausgewählt wird aus der Gruppe, die durch Silicium, etwa poröses Silicium, Graphit, Keramiken, Polymere gebildet wird.
Die Keramiken können zum Beispiel Titan- oder Aluminiumoxid und die Polymere des Teflon^®, des Peek^® oder Polysulfone sein.
Vorzugsweise hat jedes in jedem Träger realisierte Loch einen ersten Öffnungsquerschnitt und einen zweiten Öffnungsquerschnitt mit einer kleineren Fläche als der Seitenoberfläche dieses Lochs, was den Vorteil hat, dass eine große Fläche der Seiten dieses Trägers der Realisierung der elektrischen Verbindungsnetze und der Reagenzienverbindungsnetze gewidmet werden kann.
Die Realisierung der Elementarzellen in den in jedem Träger vorgesehenen Löchern erfolgt erfindungsgemäß durch das sukzessive Abscheiden von wenigstens drei Schichten auf der Seitenoberfläche jedes dieser Löcher, um die erste Elektrodenschicht, die Membranschicht und die zweite Elektrodenschicht auszubilden.
Diese Realisierungsphase kann außerdem die Abscheidung von Stromkollektoren in Höhe jeder Elektrodenschicht umfassen.
Erfindungsgemäß kann der Zusammenbau von zwei Basismodulen, wenn sich bei diesem Zusammenbau zwei Seiten ohne Netze gegenüberstehen (also ohne elektrischem Verbindungsnetz und Reagenzienverteilungsnetz), sukzessiv die folgenden Schritte umfassen:

– einen Schritt zur Abscheidung einer Verbindungsschicht auf wenigstens einer der genannten netzlosen Seiten; und
– einen Schritt zur Vereinigung der Basismodule mittels der genannten Seiten.

Erfindungsgemäß kann der Zusammenbau von zwei Basismodulen, von denen wenigstens einer auf der Zusammenbauseite ein elektrisches Verbindungsnetz und/oder ein Reagenzienverteilungsnetz umfasst, sukzessiv die folgenden Schritte umfassen:

– einen Schritt zur Maskierung der Seite oder Seiten mit dem oder den genannten Netzen mittels einer dichten und isolierenden Schicht;
– einen Schritt zur Planarisierung der Seite oder Seiten mit dem oder den genannten Netzen;
– einen Schritt zur Abscheidung einer Verbindungsschicht auf wenigstens einer der zusammenzufügenden Seiten;
– einen Schritt zur Vereinigung der genannten zusammenzufügenden Seiten

Vorzugsweise ist die Verbindungsschicht mit der Membranschicht identisch.
Dies hat insbesondere den Vorteil, dass man in einem einzigen Schritt die Membranen auf den Wänden der Löcher und die Oberflächenverbindungsschicht realisieren kann.
Nach einer Realisierungsvariante der Erfindung kann die Verbindungsschicht auch – anders als die Membranschicht – ein Adhäsiv sein, ausgewählt aus einer Gruppe, die gebildet wird durch die Epoxide, die Polyimide, die Silikone, die Acrylpolymere.
Nach einer anderen Variante der Erfindung ist die Verbindungsschicht aus einem unter Siliciumoxid und Siliciumnitrid ausgewählten Material.
Nachdem die Verbindungsschicht aufgebracht ist, können die beiden Basismodule erfindungsgemäß durch Klemmung vereinigt werden.
Nach einer anderen Realisierungsart der Erfindung kann die Vereinigung der beiden Basismodule durch Klebung erfolgen.
Schließlich kann die Vereinigung auch durch Molekularadhäsion erfolgen. Vorzugsweise werden die Schritte des Maskierens, Planarisierens, Klebens und Aufbringens der Verbindungsschicht simultan durch das Aufbringen einer einzigen Schicht realisiert.
Nach einer besonders vorteilhaften Realisierungsart der Erfindung ist die einzige Schicht eine Schicht von identischer Beschaffenheit wie die Membranschicht.
Nach einer Variante ist die einzige Schicht eine Verbindungsschicht aus einem zwischen Siliciumoxid und Siliciumnitrid ausgewählten Material.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine durch das oben beschriebene Verfahren hergestellte Brennzelle vorzuschlagen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben.
Die 1 zeigt einen Querschnitt eines Lochs von erfindungsgemäßer Geometrie, auf dessen Seitenfläche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine elementare Brennstoffzelle realisiert worden ist.
Die 2 ist eine Schrägperspektive von einem Zusammenbau von zwei Basismodulen (die Zusammenfügungsebene von zwei Basismodulen wird in der Erfindungsterminologie "Kavitätsniveau" genannt).
Die 3 zeigt eine Schnittansicht eines Zusammenbaus mit zwei Kavitätsniveaus, realisiert nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die 4 zeigt verschiedene Zusammenbauarten von vier Basismodulen.
DETAILLIERTE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle umfasst nacheinander einen Schritt zur Realisierung einer Vielzahl von Löchern in mindestens zwei Trägem, gefolgt von einem Schritt zur Realisierung von elementaren Zellen in jedem der Löcher, einem Schritt zur Realisierung – auf wenigstens einer der Seiten jedes Trägers – eines Katodenverbindungsnetzes, eines Anodenverbindungsnetzes und eines Netzes zur Verteilung der Reagenzien, an dessen Ende ein Basismodul realisiert ist, wobei die genannten Löcher so realisiert werden, dass wenigstens einer der genannten Öffnungsquerschnitte, nämlich der erste und/oder zweite jedes Lochs eine Fläche aufweist, die kleiner ist als die Fläche wenigstens eines Querschnitts des genannten Lochs in einer zu den entgegengesetzten Seiten parallelen Ebene, und dadurch, dass für jedes Loch der erste oder zweite Öffnungsquerschnitt eine Fläche aufweist, die kleiner ist als die Fläche des anderen Öffnungsquerschnitts.
Der Schritt zur Realisierung der Vielzahl von Löchern in jedem Träger kann durch jedes bekannte Verfahren erfolgen, zum Beispiel mittels einer Plasmaätzung oder einer Nassätzung. Sobald die Löcher realisiert sind, realisiert man auf der Seitenfläche jedes dieser Löcher elementare Brennstoffzellen, zum Beispiel durch sukzessives Abscheiden auf der Seitenfläche jedes dieser Löcher von einer ersten Elektrodenschicht, einer Membranschicht und einer zweiten Elektrodenschicht, und eventuell von Stromkollektoren in Höhe jeder der Elektrodenschichten. Nach der Erfindung kann das Abscheiden der Elektrodenschichten durch jedes bekannte Verfahren erfolgen, das die Abscheidung von Dünnschichten ermöglicht. Diese Abscheidung einer Basisschicht zum Beispiel aus platinhaltigem Kohlenstoff kann zum Beispiel durch PVD (Physical Vapor Deposition), CVD (Chemical Vapor deposition), Spincoating oder Tauchbeschichtung (trempage) erfolgen.
Nach der Erfindung kann die Abscheidung der Membran zum Beispiel auf flüssigem Wege erfolgen. Das die Membran bildende Material kann zum Beispiel aus der Gruppe gewählt werden, die durch die Polyimide, die Polyethersulfone, die Polystyrole und ihre Derivate, die Polyetherketone und ihre Derivate, die Polybenzoaxole, die Polybenzoimidazole und ihre Derivate, die Polyarylene wie etwa die Paraphenylene und Polyparaxylylene umfasst.
Die so ausgebildeten elementaren Zellen sind dazu bestimmt, elektrisch verbunden zu werden, um die elektrischen Einzelleistungen aller Zellen zu addieren bzw. zu summieren. Zudem müssen diese Zellen mit Reagenzien versorgt werden. Dazu umfasst das Verfahren einen Schritt zur Realisierung eines elektrischen Verbindungsnetzes und eines Reagenzienverteilungsnetzes auf wenigstens einer der Seiten des Trägers.
Für diese Schritte zur Realisierung der elektrischen Verbindungen können Photolithographietechniken angewendet werden, mit Hilfe von Fotoresists oder lichtempfindlichen Trockenfilmen. Es können auch Ätztechniken benutzt werden, insbesondere das Ätzen mittels Schwerionenbeschuss.
Die Realisierung des Reagenzienverteilungsnetzes kann durch das Ätzen von Kanälen auf wenigstens einer der Seiten des Trägers realisiert werden, wobei diese Kanäle dazu bestimmt sind, die Reagenzien zu leiten, was durch das Aufbringen einer Diffusionsschicht optimiert werden kann.
Die 1 zeigt ein Loch 1 mit einer erfindungsgemäßen Form, dessen Wände während eines Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den Schichten einer Elementarzelle versehen werden.
Nach dieser besonderen Art hat das Loch eine pyramidenstumpfartige Form, also mit einer quadratischen Basis, das auf den beiden entgegengesetzten Seiten 9a, 9b eines Trägers 9 in Form eines ersten Öffnungsquerschnitts 1a und eines zweiten Öffnungsquerschnitts 1b mündet, wobei die Fläche des ersten Öffnungsquerschnitts in diesem besonderen Fall kleiner ist als alle anderen Querschnitte aller Ebenen dieses Lochs zwischen den beiden genannten entgegengesetzten Seiten und parallel zu diesen, wobei das genannte Loch eine Seitenfläche 1c aufweist. Dieses Loch weist ein geneigtes Innenprofil auf, was dazu beiträgt, den Realisierungsschritt der Elementarzellen zu vereinfachen, bezogen auf ein Loch, dessen Wände senkrecht sind zu den entgegengesetzten Seiten des genannten Trägers. Auf der Seitenfläche 1c dieses Lochs sind nacheinander abgeschieden:

– ein Anodenstromkollektor 2, wobei dieser Stromkollektor oberflächlich mit einem Anodenverbindungsnetz in Form von Leiterbahnen 3 verbunden ist;
– eine erste Elektrodenschicht 4, die nach dieser Realisierungsart die Anodenfunktion erfüllt;
– eine Membranschicht 5;
– eine zweite Elektrodenschicht 4, welche die Katodenfunktion erfüllt;
– einen Katodenstromkollektor 7, oberflächlich mit dem Katodenverbindungsnetz in Form von Leiterbahnen 8 verbunden.

Gemäß der Erfindungsterminologie bildet der Träger, in dessen Löchern, in denen Elementarzellen realisiert sind, einen Basismodul, wobei dieser Modul dazu bestimmt ist, mit wenigstens einem anderen Modul zusammengebaut zu werden, um wenigstens ein Kavitätsniveau zu bilden.
Anzumerken ist, dass die in der Beschreibung der Erfindung benutzte Bezeichnung "Kavitätsniveau" sich auf die aus dem Zusammenbau von zwei wie weiter oben definierten Basismodulen resultierende Einheit bezieht.
Die 2 dient dem Verständnis der Art – nach einer speziellen Realisierungsart der Erfindung –, wie zwei mit 9' bezeichnete Basismodule zusammengebaut werden. Diese Figur stellt also zwei im Wesentlichen gleiche parallelflache Träger 9 dar, versehen mit drei Reihen mit Löchern 10 von pyramidenstumpfartiger Form mit quadratischer Basis. Jedes Loch 10 bildet eine Elementarzelle wie oben mit Bezug auf die 1 beschrieben, wobei die verschiedenen Zellen elektrisch in Serie verbunden sind durch ein elektrisches Verbindungsnetz 11 und 12 (anodisch und katodisch) in Form von Leiterbahnen, um die aktiven Oberflächen aller Elementarzellen zu addieren bzw. zu summieren. Selbstverständlich kann nach einer Variante der Erfindung die elektrische Verbindung zwischen den verschiedenen Zellen parallel sein. Aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung ist das Reagenzienverteilungsnetz in dieser Figur nicht dargestellt.
Nach dieser speziellen Realisierungsart der Erfindung werden die Flächen ohne elektrische Verbindungsnetze und Reagenzienverteilungsnetzes vor dem Zusammenbau von zwei Basismodulen mit einer Verbindungsschicht 13 überzogen, die für die Reagenzien undurchlässig ist. Diese Verbindungsschicht kann zum Beispiel die Membranschicht sein, die insbesondere wegen ihrer Undurchlässigkeit gegenüber Reagenzien benutzt wird, aber auch eine Schicht mit Hafteigenschaften, wobei die genannte Schicht zum Beispiel aus einem Material ist, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, welche die Epoxide, die Polyimide, die Silicone, die Acrylpolymere umfasst. Festzustellen ist, dass der Zusammenbau von zwei Basismodulen so erfolgen muss, dass die Löcher des einen Basismoduls den Löchern des (oder der) anderen Basismoduls (Basismodule) genau gegenüberliegen, so dass die aktive Oberfläche der Löcher des einen Moduls mit der aktiven Oberfläche der Löcher des (oder der) anderen Moduls (Module) summiert werden. Dazu werden die zusammenzubauenden Module zum Beispiel mit Hilfe einer doppelseitigen Positionierungsmaschine positioniert, die in Höhe jedes Moduls ein Positionierungskreuzsystem umfasst.
Sobald die Positionierung erfolgt ist, wird der Zusammenbau durch einen Vereinigungsschritt der beiden Basismodule vollendet, wobei dieser Schritt mit Hilfe von unterschiedlichen Techniken durchgeführt werden kann.
So kann man die Vereinigung mittels Klemmung realisierten, insbesondere dann, wenn die auf wenigstens einer der netzlosen Seiten des Moduls aufgebrachte Verbindungsschicht keine ausreichenden Hafteigenschaften hat, um die Kohäsion der beiden Basismodule zu gewährleisten.
Die Vereinigung kann auch durch Klebung erfolgen. Unter den möglichen Klebetechniken kann man das Kleben mittels Molekularadhäsion oder das Verschweißen von Polymermaterialien derselben Art vorsehen, nach einer Behandlung im Bereich der Glasübergangstemperatur. Wenn zum Beispiel die Verbindungsschicht von gleicher Art wie die Membranschicht ist, wobei die Membran aus Kunststoff ist, kann die Vereinigung durch Wärmebehandlung der Schicht bei einer Temperatur höher oder gleich der Glasübergangstemperatur des Polymers erfolgen.
Die aus diesem Vereinigungsschritt resultierende Einheit aus zwei Basismodulen bildet gemäß der Terminologie der Erfindung ein Kavitätsniveau.
Um Zellen herzustellen, bei denen das Verhältnis aus aktiver Fläche und Bodenfläche der Brennzelle noch größer ist, kann man erfindungsgemäß vorsehen, mehr als zwei Basismodule zusammenzubauen, zum Beispiel durch den Zusammenbau von wenigstens zwei Kavitätsniveaus oder wenigstens einem Kavitätsniveau mit wenigstens einem Basismodul.
Dazu umfasst ein solcher Zusammenbau vorteilhafterweise ggf.: einen Maskierungsschritt des elektrischen Verbindungsnetzes und des Reagenzienverteilungsnetzes der zusammenzufügenden Seiten mit einer dichten und isolierenden Schicht, einen Planarisierungsschritt dieser Seiten, gefolgt von einem Aufbringungsschritt einer Verbindungsschicht auf wenigstens einer der zusammenzufügenden Seiten, und schließlich einen Vereinigungsschritt der fraglichen Seiten.
Dieselben Schritte kann man vorsehen, wenn es darum geht, zwei Basismodule zusammenzubauen, bei denen wenigstens eine der zusammenzufügenden Seiten ein Anoden- und/oder Katodenverbindungsnetz und/oder eine Reagenzienverteilungsnetz aufweist.
Der Maskierungsschritt, wie seine Bezeichnung andeutet, besteht darin, die elektrischen Verbindungsnetz und die Reagenzienverteilungsnetze zu maskieren, um beim Zusammenfügen der beiden Seiten Kurzschluss- und Leckprobleme zu vermeiden.
Diese Schritt besteht zum Beispiel im Aufbringen einer dichten und isolierenden Schicht.
Der Planarisierungsschritt besteht dann, die mit Netzen versehenen zusammenzufügenden Oberflächen eben zu machen, zum Beispiel durch das Aufbringen einer planarisierenden Schicht oder durch ein mechanisches Verfahren wie zum Beispiel eine Politur. Dieser Planarisierungsschritt ist notwendig, um jedes Oberflächen-Unebenheitsproblem beim Zusammenbau der Module auszuschließen.
Eine besonders vorteilhafte Realisierungsart der Erfindung besteht dann, den Schritt der Maskierung, Planarisierung und Aufbringung einer Verbindungsschicht durch das Aufbringen einer einzigen Schicht zu realisieren, die zum Beispiel entweder eine Schicht von gleicher Art wie die Membran ist, gebildet zum Beispiel durch Nafion^®, oder eine Schicht aus einem anorganischen Material wie etwa einem zwischen Siliciumoxid oder Siliciumnitrid ausgewählten Material, oder auch eine aus diesen verschiedenen Materialien gebildete Multischicht.
Die 3 zeigt einen aus dem Zusammenfügen von zwei Kavitätsniveaus resultierenden Zellenquerschnitt, der einer speziellen Realisierungsart der Erfindung entspricht.
Die in Höhe dieser verschiedenen Basismodule vorgesehenen Löcher 14 sind kegelstumpfförmig, was einer der vorliegenden Erfindung gemäßen Geometrie entspricht.
Man sieht auf der Seitenfläche 14a jedes Lochs 14 einen Schichtenstapel, nämlich eine erste Elektrodenschicht 15, eine Membranschicht 16 und eine zweite Elektrodenschicht 17.
Eine Schicht 18, die einer dichten Verbindungsschicht entspricht, gewährleistet die Dichtheit zwischen zwei benachbarten Basismodulen 19, die also durch ihren Zusammenbau ein Kavitätsniveau 20 bilden. Bei dieser Konfiguration, hergestellt nach einer speziellen Realisierungsart der Erfindung, ist die Schicht 18 aus demselben Material wie die Membranschicht 16. Man sieht, dass bei dieser speziellen Realisierungsart das Zusammenbauen von zwei Basismodulen 19 zur Herstellung eines Kavitätsniveaus 20 darin besteht, zwei netzlose Seiten zusammenzufügen.
Eine einzige Schicht 21 gewährleistet gleichzeitig die Haftung, die Dichtheit, die Isolierung und die Planarisierung des Zusammenbaus zwischen zwei Kavitätsniveaus 20. Nach dieser einer speziellen Realisierungsart der Erfindung entsprechenden Konfiguration ist die einzige Schicht 21 von identischer Art wie die Membranschicht 16.
Die Zellen der beiden Kavitätsniveaus sind elektrisch in Serie miteinander verbunden durch elektrische Verbindungsnetze 22 und 23.
Das Zusammenbauen von zwei Basismodulen, um ein Kavitätsniveau sowie zwei Kavitätsniveaus zu bilden, kann auf verschiedene Weisen erfolgen.
So stellen die 4A, 4B und 4C verschiedene Schnittansichten von unterschiedlichen Zusammenbauweisen von 4 Basismodulen dar. Nach diesen speziellen Realisierungsarten umfasst jeder der Basismodule eine Vielzahl von Löchern, wobei diese Löcher kegelstumpfförmig sind.
Nach der 4A resultiert jedes der beiden Kavitätsniveaus 25 aus dem Zusammenbau von zwei Basismodulen 24, wobei die Grundflächen 27 der Löcher 26 zusammenfallen bzw. kongruent sind (in der Figur mit Volllinie dargestellt). Anschließend werden diese Kavitätsniveaus zusammengebaut, wobei eine der Kopfflächen 28 des einen Kapazitätsniveaus mit einer der Kopfflächen 28 des anderen Kapazitätsniveaus zusammenfällt bzw. kongruent ist (in der Figur mit Volllinie dargestellt).
Nach der 4B resultiert jedes der beiden Kavitätsniveaus 25 aus dem Zusammenbau von zwei Basismodulen 24, wobei die Kopfflächen 28 der Löcher 26 zusammenfallen bzw. kongruent sind. Anschließend werden diese Kavitätsniveaus zusammengebaut, wobei eine der Grundflächen 27 des einen Kapazitätsniveaus mit einer der Grundflächen 27 des anderen Kapazitätsniveaus zusammenfällt bzw. kongruent ist.
Schließlich resultiert jedes der beiden Kavitätsniveaus 25 aus dem Zusammenbau von zwei Basismodulen 24, wobei die Kopffläche 28 des einen Moduls zentrisch zusammenfällt mit der Grundfläche 27 des anderen Moduls. Anschließend werden diese Kavitätsniveaus zusammengebaut, wobei die Kopffläche 28 eines Moduls des einen Kapazitätsniveaus zentrisch zusammenfällt mit der Grundfläche 27 eines Moduls des anderen Kapazitätsniveaus. Die verschiedenen Zusammenbauvarianten tragen zur Bildung komplexer Kavitäten bei, die der Sitz von Elementarzellen sind, welche die Brennstoffzelle bilden, deren Innenoberfläche groß ist in Bezug auf die Oberfläche der Öffnungsquerschnitte der resultierenden Kavitäten. Auf diese Weise erhält man eine aktive Fläche, die groß ist in Bezug auf sicht- bzw. scheinbare Oberfläche der so realisierten Einheit. Die Erfindung wird nun anhand eines nicht einschränkenden Beispiels beschrieben.
Beispiel
Die Aufgabe besteht darin, bei einer sicht- bzw. scheinbaren Oberfläche von 25 cm² eine aktive Fläche von 350 cm² und für eine Energie von 10 Wh zu entwickeln.
Dazu ist der Träger eine Platte aus monokristallinem Silicium mit einer Dicke von 400 μm und einer scheinbaren Oberfläche von 25 cm², in die ein Gitter aus Löchern geätzt ist. Die Löcher werden durch Plasmaätzen hergestellt und haben einen quadratischen Querschnitt mit 100 μm Seitenlänge, eine Öffnungsfläche von 56 %, wobei die Öffnungsfläche dem Verhältnis aus Hohlfläche zu Gesamtfläche entspricht, und einem Reduktionsfaktor von 80 % zwischen der Eingangs- und der Ausgangsfläche der Löcher. Aus diese Grund ist die entwickelte bzw. abgewickelte Fläche 7 mal größer als die scheinbare Fläche. Auf den Flanken der Löcher sind sukzessive die zur Realisierung einer Brennstoffzelle notwendigen Schichten abgeschieden, nämlich:

– eine Anode umfasst im Rahmen dieses Beispiels einen Stromkollektor und eine Katalysatorschicht, abgeschieden durch Zerstäubung einer aktiven Tinte;
– eine dünne Elektrolytmembran in Form einer dünnen Schicht aus NAFION^®, aufgebracht durch Tauchbeschichtung (trempage);
– eine Katalysatorschicht, abgeschieden auf der Membran, um die Reaktion in Höhe der Katode zu aktivieren, gefolgt von einer Metallabscheidung, dazu bestimmt, das Sammeln des elektrischen Stroms in Höhe der Katode zu gewährleisten.

Die anodischen und katodischen Verbindungsnetze werden gemäß diesem Beispiel auf einer der Seiten des Trägers durch photolithographische Techniken mit lichtempfindlichen Resists und lichtempfindlichen Trockenfilmen realisiert und die Reagenzienverteilungsnetze durch Ätzung der Kanäle. Am Ende dieser Schritte erhält man einen Basismodul.
Der Zusammenbau von zwei Basismodulen wird durch NAFION^®-Schichten realisiert, die nach einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur, die höher ist als die Glasübergangstemperatur, zusammengeklebt werden. Auf diese Weise erhält man ein Kavitätsniveau.
Der Zusammenbau von mehreren Kavitätsniveaus wird durch eine Siliciumdioxidschicht gewährleistet und durch einen Molekularadhäsionsschritt (étape de collage moléculaire) abgeschlossen.
Die genaue Positionierung der für den Zusammenbau bestimmten Module oder Kavitätsniveaus erfolgt mit Hilfe einer doppelseitigen Positionierungsmaschine.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle, wobei diese Brennstoffzelle eine Gruppe elektrisch miteinander verbundener Elementarzellen umfasst, jede Elementarzelle wenigstens drei Schichten aufweist, nämlich eine erste Elektrodenschicht, eine zweite Elektrodenschicht und eine dazwischen befindliche Membranschicht, und das genannte Verfahren sukzessive die folgenden Schritte umfasst: – einen Schritt zur Realisierung einer Vielzahl von Löchern (1, 10) in wenigstens zwei Trägem (9), wobei jedes Loch auf beiden der entgegengesetzten Seiten (9a, 9b) jedes Trägers mündet, mit einem ersten Öffnungsquerschnitt (1a) und einem zweiten Öffnungsquerschnitt (1b), und jedes Loch eine Seitenfläche (1c) aufweist; – einen Schritt zur Realisierung von Elementarzellen auf der Seitenfläche (1c) von jedem der genannten Löcher; – einen Schritt zur Realisierung – auf wenigstens einer der genannten entgegengesetzten Seiten jedes Trägers – eines elektrischen Verbindungsnetzes (11, 12) und eines Reagenzienverteilungsnetzes, wobei die genannten Netze die Elementarzellen miteinander verbinden und das aus einem Träger, den Elementarzellen und den genannten Netzen bestehende Ganze einen Basismodul (9') bildet; – einen Schritt, in dem zwei Basismodule (9') so zusammengebaut werden, dass die Elementarzellen jedes Basismoduls den Elementarzellen des (der) angrenzenden Basismoduls (Basismodule) gegenüberstehen; dabei ist das genannte Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass während des Schritts zur Realisierung der Vielzahl von Löchern jedes Loch so realisiert wird, dass wenigstens einer, d.h. der erste oder der zweite der genannten Öffnungsquerschnitte (1a, 1b) jedes Lochs eine Fläche aufweist, die kleiner ist als die Fläche von wenigstens einem Querschnitt des genannten Lochs in einer zu den genannten entgegengesetzten Seiten parallelen Ebene, und dadurch, dass für jedes Loch der erste oder der zweite Öffnungsquerschnitt eine Fläche aufweist, die kleiner ist als die Fläche des anderen Öffnungsquerschnitts.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher im Wesentlichen kegelstumpfartig sind.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher im Wesentlichen pyramidenstumpfförmig sind.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes in jedem Träger realisierte Loch einen ersten Öffnungsquerschnitt und einen zweiten Öffnungsquerschnitt mit kleineren Flächen als der Seitenfläche des genannten Lochs aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher in jedem Träger durch Ätzung realisiert werden.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher in jedem Träger durch Laserablation realisiert werden.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger durch ein aus einer Gruppe ausgewähltes Material gebildet wird, die Silicium wie etwa das poröse Silicium, Graphit, Keramiken und Polymere umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Realisierung der Elementarzellen durch sukzessive Abscheidungen auf der Seitenfläche jedes der genannten Löcher erfolgt, um die erste Elektrodenschicht, die Membranschicht und die zweite Elektrodenschicht auszubilden.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Realisierung der Elementarzellen außerdem das Abscheiden von Stromkollektoren in Höhe jeder Elektrodenschicht umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusammenbau von zwei Basismodulen, bei dem zwei sich gegenüberstehende Seiten ohne die in Anspruch 1 definierten Netze zusammengebaut werden, die folgenden Schritte umfasst: – einen Schritt zur Abscheidung einer Verbindungsschicht (13) auf wenigstens einer der genannten netzlosen Seiten; und – einen Schritt zur Vereinigung der Basismodule mittels der genannten Seiten.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusammenbau von wenigstens zwei Basismodulen mit sich gegenüberstehende Seiten, von denen wenigstens eine ein elektrisches Verbindungsnetz und/oder ein Reagenzienverteilungsnetz umfasst, die folgenden Schritte umfasst: – einen Schritt zur Maskierung der mit dem (den) genannten Netz(en) versehenen Seite(n) mit einer dichten und isolierenden Schicht; – einen Schritt zur Planarisierung der mit dem (den) genannten Netz(en) versehenen Seite(n); – einen Schritt zur Abscheidung einer Verbindungsschicht auf wenigstens einer der zusammenzufügenden Seiten; – einen Schritt zur Vereinigung der genannten zusammenzufügenden Seiten der genannten Basismodule.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht (13) eine Schicht mit derselben Konstitution bzw. Zusammensetzung wie die Membranschicht ist, oder eine Schicht aus einem Material ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die das Siliciumoxid oder das Siliciumnitrid umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht einem Adhäsiv entspricht, das ausgewählt wird unter den Epoxiden, den Polyimiden, den Siliconen, den Acrylpolymeren.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Vereinigungsschritt eine Klemmung umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Vereinigungsschritt eine molekulare Adhäsion umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Vereinigungsschritt eine Klebung umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Maskierungsschritt, der Planarisierungsschritt und der Abscheidungsschritt der Verbindungsschicht simultan realisiert werden, durch das Abscheiden einer einzigen Schicht.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Schicht die gleiche Konstitution bzw. Zusammensetzung wie die Membranschicht hat.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Schicht aus einem Material ist, das ausgewählt wird aus der Gruppe, die Siliciumoxid und Siliciumnitrid umfasst.
Brennstoffzelle, umfassend: – wenigstens zwei Träger (9) mit einer Vielzahl von Löchern (1, 10), wobei jedes Loch auf beiden der entgegengesetzten Seiten (9a, 9b) jedes Trägers mündet, mit einem ersten Öffnungsquerschnitt (1a) und einem zweiten Öffnungsquerschnitt (1b), und jedes Loch eine Seitenfläche (1c) aufweist; – Elementarzellen, realisiert auf der Seitenfläche (1c) von jedem der genannten Löcher; – auf wenigstens einer der genannten entgegengesetzten Seiten jedes Trägers ein elektrisches Verbindungsnetz (11, 12) und ein Reagenzienverteilungsnetz, wobei die genannten Netze die Elementarzellen miteinander verbinden und das aus einem Träger, den Elementarzellen und den genannten Netzen bestehende Ganze einen Basismodul bildet, und wenigstens zwei Basismodule so zusammengebaut werden, dass die Elementarzellen jedes Basismoduls den Elementarzellen des (der) angrenzenden Basismoduls (Basismodule) gegenüberstehen; dadurch gekennzeichnet, dass jedes Loch so realisiert wird, dass wenigstens einer, d.h. der erste oder der zweite der genannten Öffnungsquerschnitte (1a, 1b) jedes Lochs eine Fläche aufweist, die kleiner ist als die Fläche von wenigstens einem Querschnitt des genannten Lochs in einer zu den genannten entgegengesetzten Seiten parallelen Ebene, und dadurch, dass für jedes Loch der erste oder der zweite Öffnungsquerschnitt eine Fläche aufweist, die kleiner ist als die Fläche des anderen Öffnungsquerschnitts.