DE69527033T2 - Ionenaustauschmembran-Elektrodeneinheit für eine elektrochemische Zelle - Google Patents

Ionenaustauschmembran-Elektrodeneinheit für eine elektrochemische Zelle

Info

Publication number
DE69527033T2
DE69527033T2 DE69527033T DE69527033T DE69527033T2 DE 69527033 T2 DE69527033 T2 DE 69527033T2 DE 69527033 T DE69527033 T DE 69527033T DE 69527033 T DE69527033 T DE 69527033T DE 69527033 T2 DE69527033 T2 DE 69527033T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ion exchange
electrode
solid polymer
membrane
polymer ion
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
DE69527033T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69527033D1 (de
Inventor
Hiroshi Kato
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.)
Japan Gore Tex Inc
Original Assignee
Japan Gore Tex Inc
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
Priority claimed from JP30367294A external-priority patent/JP3555999B2/ja
Priority claimed from JP13177195A external-priority patent/JP3481010B2/ja
Application filed by Japan Gore Tex Inc filed Critical Japan Gore Tex Inc
Publication of DE69527033D1 publication Critical patent/DE69527033D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69527033T2 publication Critical patent/DE69527033T2/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
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8817—Treatment of supports before application of the catalytic active composition
    • H01M4/8821—Wet proofing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • C25B9/23—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms comprising ion-exchange membranes in or on which electrode material is embedded
    • 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
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • 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
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8828—Coating with slurry or ink
    • 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
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8828—Coating with slurry or ink
    • H01M4/8839—Painting
    • 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
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8846—Impregnation
    • H01M4/885—Impregnation followed by reduction of the catalyst salt precursor
    • 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
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
    • 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
    • H01M4/96—Carbon-based electrodes
    • 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
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • 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
    • H01M8/1039—Polymeric electrolyte materials halogenated, e.g. sulfonated polyvinylidene fluorides
    • 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
    • H01M8/1058—Polymeric electrolyte materials characterised by a porous support having no ion-conducting properties
    • H01M8/106—Polymeric electrolyte materials characterised by a porous support having no ion-conducting properties characterised by the chemical composition of the porous support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • 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
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • 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
    • 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
    • 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
    • H01M8/1069—Polymeric electrolyte materials characterised by the manufacturing processes
    • H01M8/1081—Polymeric electrolyte materials characterised by the manufacturing processes starting from solutions, dispersions or slurries exclusively of polymers
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft Ionenaustauschmembranen und Elektroden zur Verwendung in elektrochemischen Bauteilen wie zum Beispiel Batterien, Brennstoffzellen und elektrolytischen Reaktoren. Insbesondere betrifft die Erfindung Elektroden und Feststoffpolymer-Ionenaustauchmembranen, die vereint sind, um eine einheitliche Anordnung zu bilden.
  • Elektrochemische Zellen, die aus Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz gebildete Ionenaustauschmembranen verwenden, und Elektroden, in denen katalytisch aktive und elektrisch leitende Materialien enthalten sind, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Zellen lassen sich zum Erzeugen von Elektrizität beispielsweise in Brennstoffzellen und in Batterien einsetzen, oder in elektrolytischen Reaktoren, beispielsweise für die Elektrolyse von Wasser, zur chemischen Synthese und für zahlreiche andere Zwecke.
  • Derartige Zellen werden nach verschiedenen Methoden hergestellt, die eine Struktur einer Feststoffpolymerelektrolyt-(SPE-)Membran oder eine Protonenaustauschmembran für den Ionenaustausch schaffen, sandwichartig zwischen Elektroden für den Stromtransfer und, im Fall von Gasbrennstoffzellen, für die Gasdiffusion angeordnet. Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembranen, die für solche Bauelemente geeignet sind, können aus handelsüblichen Membranen ausgewählt werden, beispielsweise aus perfluorierten Membranen, die unter den Handelsbezeichnungen Nation® (DuPont Co.) und Flemion® (Asahi Glass Co.) vertrieben werden, oder die als aus Lösungen gegossene Filme ausgebildet sind, wobei die Lösungen handelsübliche Austauschharze enthalten. Häufig werden die Elektroden aus elektrisch leitenden teilchenförmigen Materialien (die möglicherweise Katalysatormaterialien enthalten können) geformt, die von einem Polymer-Bindemittel zusammengehalten werden. Häufig dient Polytetrafluorethylen-(PTFE-)Harz aufgrund seiner chemischen Inertheit sowie hoher Temperaturbeständigkeit als Polymer-Bindemittel. Das PTFE- Harz wird üblicherweise mit teilchenförmigen Elektrodenmaterialien kombiniert und mit Hilfe von im Stand der Technik bekannten PTFE-Pastenerzeugungsverfahren zu Flachstückform geformt oder verarbeitet. Die Zellen können außerdem poröse Stromsammel- oder Verteilungsschichten enthalten, beispielsweise Platin-Drahtmaschen oder gewebtes Kohlenstofftuch, das mit den Elektrodenflächen in Berührung steht, die von der Ionenaustauschmembran wegweisen. Wichtige Gesichtspunkte bei derartigen Schichtstrukturen beinhalten die Gleichmäßigkeit der Dicke und der Verteilung von Funktionsmaterialien, welche die Schichten bilden oder darin enthalten sind, außerdem die Qualität und die Haltbarkeit des Kontakts zwischen den Schichten. Außerdem ist erwünscht, daß die Schichten möglichst dünn sind, um den Energiewirkungsgrad und die Stromdichte der Zellen zu steigern.
  • Um den Energiewirkungsgrad der elektrochemischen Bauelemente zu verbessern, wurden Elektrodenstrukturen modifiziert, um die Anzahl von Reaktionsstellen zu steigern. Um die Rate der Ionenbewegung zu erhöhen, wurden außerdem Feststoffpolymer-Ionenaustauschharze in die Elektrodenstrukturen einbezogen. Damit die erzeugten Ionen schnell in Richtung der Gegenelektrode wandern können, muß man den Kontakt zwischen dem Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz im Inneren der Elektrode und der Ionenaustauschmembran verbessern und den Membranwiderstand der Ionenaustauschmembran selbst senken.
  • Üblicherweise werden Feststoffpolymer-Membranen mit den Elektroden durch Heißpressen oder einfach dadurch vereint, daß sie in der Zelle durch auf sie aufgebrachte mechanische Kräfte zusammengehalten werden. Allerdings ist es mit jedem dieser Verfahren schwierig, eine Zelle mit dünnen Membranen aufzubauen. Wird vom Heißpressen Gebrauch gemacht, wird das Membranmaterial durch die Wärme aufgeweicht und geschwächt, und ist es zu dünn, kommt es zu einem Riß, und es entsteht ein Gasentweichungsweg, oder es kommt zu einem Kurzschluß zwischen den Elektroden. Erschwert werden diese Probleme noch dann, wenn die Elektrodenflächen eine geringe Glätte besitzen. Wenn lediglich mechanische Kraft eingesetzt wird, so ist eine viel größere Kraft erforderlich, um einen gleichmäßigen Kontakt zu garantieren und einen geringen Kontaktwiderstand zwischen der Membran und den Elektroden zu erreichen, so daß es zu den gleichen Problemen wie bei dünnen Ionenaustauschmembranen kommt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der zum Zusammendrängen von Elektroden und Membran aufgebrachte Druck, sei es mit oder ohne Wärme, zu einer Kompaktierung der Elektroden und damit zu einer Verringerung der Gasdurchlässigkeit der Elektrode kommen kann.
  • Mittel, diese Probleme anzugehen, beinhalten das Auftragen und Trocknen einer ein Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz enthaltenden Lösung auf eine Elektrodenfläche und das anschließende Vereinen der beschichteten Elektrode mit einer Ionenaustauschmembran durch Heißpressen. Ein weiteres beschriebenes Verfahren besteht darin, eine ein Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz enthaltende Lösung oder ein Lösungsmittel für das Harz auf eine Elektrodenfläche aufzubringen, um dann, während sich das Lösungsmittel noch auf der Oberfläche befindet, die beschichtete Elektrode an die Ionenaustauschmembran anzulegen, woraufhin das Lösungsmittel beseitigt wird. Bei einem weiteren Verfahren wird eine ein Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz enthaltende Lösung auf eine Oberfläche von zwei Elektroden aufgebracht, und die beschichteten Oberflächen werden im noch nassen Zustand zusammengeführt, woraufhin das Lösungsmittel entfernt und zwischen den Elektroden eine Ionenaustauschmembran gebildet wird. Allerdings leiden auch diese Verfahren an Nachteilen insofern, als es schwierig ist, das Eindringen der aufgetragenen Lösungen in die Elektroden zu beherrschen, so daß sehr große Mengen von Lösungen aufgebracht werden müssen. Dies führt häufig zu einem beeinträchtigten Gas-Diffusionsvermögen in den Elektroden und erschwert darüber hinaus die Ausbildung einer dünnen Ionenaustauschmembran gleichmäßiger Dicke.
  • Weitere Verfahren zur Fertigung von Ionenaustauschmembran/Elektroden- Strukturen, bei denen Elektroden an einem Stromsammler ausgebildet werden und anschließend mit einer Ionenaustauschmembran vereint werden, oder bei denen Elektroden direkt auf einer Ionenaüstauschmembran ausgebildet und danach an einem Gasdiffusionsmaterial oder einem Stromsammler angebracht werden, sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt. Die meisten dieser Verfahren sind Varianten oder Kombinationen der oben beschriebenen Verfahren, nur daß andere Substrate verwendet werden, und diese Verfahren haben auch Nachteile ähnlich jenen, die oben beschrieben wurden.
  • Das US-Patent 5 234 777 (Wilson) betrifft eine Membran-Katalysatorschichtstruktur für eine Brennstoffzelle, die eine dünne Katalysatorschicht zwischen einem Feststoffpolymer-Elektrolyten und einer porösen Elektrodenabstützung beinhaltet. Wilson offenbart einen Katalysatorfilm, der aus einer Tintenzubereitung hergestellt ist, bestehend aus einem Gemisch aus durch Kohlenstoffpartikel getragenem Platin-Katalysator, einem lösungsfähigen Ionenaustauschharz und Verdickungsmitteln. Die Elektrodentinte kann auf eine Ablösefläche aufgetragen werden, im Ofen zur Bildung einer dünnen Schicht getrocknet werden, und kann nach zur Bildung des Films ausreichender Hinzufügung von Schichten entfernt und auf eine Ionenaustauschmembran durch Heißpressen aufgebracht werden. Offenbart ist außerdem ein alternatives Verfahren, bei dem eine andere Form des Ionenaustauschharzes in dem Tintengemisch gelöst wird, die Elektrodentinte auf die Oberfläche der Ionenaustauschmembran aufgetragen wird, zur Bildung einer Schicht erhitzt und getrocknet wird und, nachdem zur Bildung des Films eine ausreichende Menge Schichten hinzugefügt wurde, die Anordnung behandelt wird, um das Ionenaustauschharz in seine Gebrauchsform umzuwandeln.
  • Die WO-A-8906055 betrifft eine Elektrodenvorrichtung zur Verwendung in elektrochemischen Systemen, umfassend ein Anodenabteil und ein Kathodenabteil, in denen Gas und Ionen erzeugt werden, um in den Abteilen während der Erzeugung elektrischen Stroms verbraucht zu werden. Die Elektrodenvorrichtung enthält eine Membran zum Trennen des Anodenabteils von dem Kathodenabteil, wobei die Membran sowohl für Ionen als auch für Gas durchlässig ist. Die Kathode und die Anode der Anordnung befinden sich auf einander abgewandten Seiten der Membran. Bei der Verwendung der Membran-Elektroden-Vorrichtung in elektrochemischen Zellen wandern das Gas und die Ionen, die an der Kathode oder Anode erzeugt werden, durch die Membran hindurch und sorgen für einen effizienten Transfer von Gas und Ionen zwischen dem Anoden- und dem Kathodenabteil. Die WO-A-89-06055 offenbart und lehrt lediglich eine poröse Ionenaustauschmembran, die die Elektroden und Elektrodenabteile voneinander trennt, was diskrete poröse Zonen für den Durchgang von Gas sowie diskrete Zonen für den Durchgang von Ionen schafft.
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Elektroden/Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran-Anordnung für eine elektrochemische Zelle, umfassend planare Schichten aus Materialien, die zur Bildung einer einheitlichen Struktur innig miteinander vereint sind. Die Schichten werden durch eine Bindung innig zusammengehalten, die quer zu der Schicht-Grenzfläche verlaufend gebildet wird durch Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz, das sich in mindestens einer jeder paarweisen benachbarten Schichten befindet. Jede Ausführungsform der Erfindung besitzt eine oder mehrere Schichten, die durch mindestens eine vorgeformte Trägermatrix gehalten wird, die ihrerseits aus porösem Polytetrafluorethylen besteht. Die vorgeformte Trägermatrix aus Polytetrafluorethylen enthält die die Elektrode bildenden oder die Ionenaustauschmembran bildenden Materialien der Schicht und sorgt für Festigkeit, Verstärkung und Handhabbarkeit, während gleichzeitig die Migration des Materials in benachbarte Schichten hinein unterbunden wird.
  • Ein planarer Artikel oder eine planare Form wird hier als Artikel oder Form verstanden, die derart ausgebildet ist, daß sie Längen- und Breitenabmessungen oder radiale Abmessungen besitzt die viel größer sind als die Dickenabmessungen. Beispiele für derartige Artikel beinhalten einen Polymerfilm oder eine Membran, einen Papierbogen, einen textilen Stoff, ein Band oder eine Scheibe oder dergleichen. Man sieht, daß derartige Artikel, wenn sie einmal geformt sind, als im wesentlichen flache Artikel verwendet werden können, oder aber als zu komplexeren Ausgestaltungen gewickelte, gefaltete oder verdrehte Formen verwendet werden können.
  • Der Begriff porös bedeutet hier eine Struktur von untereinander verbundenen Poren oder Hohlräumen derart, daß durch ein Material durchgehende kontinuierliche Kanäle und Durchgänge vorhanden sind.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung ist eine einheitliche Anordnung, umfassend eine planare, nicht-poröse Verbundfeststoffpolymer-Ionenaustauschmembran, die mindestens einen vorgeformten Membranträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen mit einer Dicke von 1 bis 20 Mikrometer aufweist, welcher Membranträgerfilm Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz enthält und durch dieses nicht-porös gemacht ist, und eine planare Elektrode in inniger Berührung mit und gebunden mit einer planaren Oberfläche der nicht-porösen Verbundfeststoffpolymer-Ionenaustauschmembran durch das Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist eine einheitliche Anordnung, welche eine nicht-poröse planare Verbundfeststoffpolymer-Ionenaustauschmembran mit mindestens einem vorgeformten Membranträger aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen mit einer Dicke von 1 bis 20 Mikrometer aufweist der Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz enthält und durch dieses nicht-porös gemacht ist, wobei jede Elektrode in inniger Berührung mit einer planaren Oberfläche der nicht-porösen Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran steht und mit dieser durch das Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz verbunden ist.
  • Eine noch weitere Ausführungsform der Erfindung ist eine einheitliche Anordnung, umfassend eine planare, nicht-poröse Verbundfeststoffpolymer-Ionenaustauschmembran mit mindestens einem vorgeformten Membranträger aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen, der Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz enthält und durch dieses nicht-porös gemacht ist; und eine planare Elektrode mit einem vorgeformten Elektrodenträger aus porösem, expandierten Polytetrafluorethylen mit einer Dicke von 1 bis 20 Mikrometer, enthaltend sowohl ein Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz als auch ein Katalysatormaterial, in inniger Berührung stehend mit einer planaren Oberfläche der nicht-porösen Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran und mit dieser durch Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz verbunden.
  • Eine noch weitere Ausführungsform der Erfindung ist eine einheitliche Anordnung, umfassend eine planare, nicht-poröse Verbundfeststoffpolymer-Ionenaustauschmembran mit mindestens einem vorgeformten Membranträger aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen mit einer Dicke von 1 bis 20 Mikrometer, die Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz enthält und durch dieses nicht-porös gemacht ist, und zwei planare Elektroden, die jeweils einen vorgeformten Elektrodenträger aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen mit einer Dicke von 1 bis 20 Mikrometer aufweisen, enthaltend sowohl ein Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz als auch ein Katalysatormaterial, und die in inniger Berührung stehen mit einer planaren Fläche der Feststoffpolymer- Ionenaustauschmembran und mit dieser durch Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz verbunden sind.
  • Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind einheitliche Anordnungen aus einer planaren, nicht-porösen Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran und einer oder zwei planaren Elektroden; jede Elektrode enthält einen vorgeformten Elektrodenträger aus porösem, expandierten Polytetrafluorethylen mit einer Dicke von 3 bis 20 Mikrometern, enthaltend sowohl ein Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz als auch ein Katalysatormaterial, wobei jede Elektrode in inniger Berührung steht mit einer planaren Oberfläche der nicht-porösen Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran und mit dieser durch Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz verbunden ist.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird außerdem eine einheitliche Anordnung für eine elektrochemische Zelle geschaffen, welche aufweist:
  • eine nicht-poröse Verbundfeststoffpolymer-Ionenaustauschmembran mit einer ersten und einer zweiten ebenen Oberfläche;
  • wobei die nicht-poröse Verbund-Ionenaustauschmembran mindestens einen vorgeformten Membranträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen mit einer Dicke von 1 bis 20 Mikrometer aufweist, welcher Membranträgerfilm Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz enthält und durch dieses nicht-porös gemacht ist; und
  • eine erste Elektrode mit zwei ebenen Oberflächen, von denen eine Oberfläche in inniger Berührung mit der ersten Oberfläche der nicht-porösen Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran steht und an die Membran durch das Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz gebunden ist.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine einheitliche Anordnung für eine elektrochemische Zelle geschaffen, welche aufweist:
  • eine nicht-poröse Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran mit einer ersten und einer zweiten ebenen Oberfläche; und
  • eine erste Elektrode mit zwei ebenen Oberflächen; wobei die erste Elektrode einen vorgeformten Elektrodenträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen mit einer Dicke von 3 bis 20 Mikrometern aufweist, und der Elektrodenträgerfilm sowohl ein Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz als auch ein Katalysatormaterial enthält;
  • wobei eine Oberfläche der ersten Elektrode in inniger Berührung mit der ersten Oberfläche der Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran steht und an der Membran durch das Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz gebunden ist.
  • Die Erfindung schafft eine einheitliche Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran/Elektroden-Anordnung. Die Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran umfaßt mindestens einen vorgeformten Membranträger aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen, das mit Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz gefüllt und von diesem nicht-porös gemacht ist. Der poröse PTFE-Membranträger wird typischerweise durch Imprägnieren mit einer flüssigen Zusammensetzung gefüllt, die das Ionenaustauschharz enthält und in den Membranträger eingebracht wird. Die Elektrode enthält Elektrodenbestandteile, die sowohl ein Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz als auch ein Katalysatormaterial enthalten, außerdem eine Trägermatrix aus Polytetrafluorethylen. Die Elektrode wird innig vereint mit der Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran und an dieser durch eine Bindung befestigt, die zwischen dem in beiden Schichten vorhandenen Ionenaustauschharz zustande kommt.
  • Wie oben angemerkt, enthält innerhalb der erfindungsgemäßen einheitlichen Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran/Elektroden-Anordnung die Verbund-Ionenaustauschmembran mindestens einen Membranträger, bestehend aus einem vorgeformten porösen Film aus Polytetrafluorethylen. Elektroden der Anordnung enthalten vorzugsweise ebenfalls einen Elektrodenträger, bestehend aus einem vorgeformten porösen Film aus Polytetrafluorethylen. Allerdings können auch andere Elektrodenstrukturen, auch mit einer Polytetrafluorethylen-Trägermatrix, vorzugsweise einer solchen aus expandiertem Polytetrafluorethylen, durch Zusammenmischen von elektrisch leitenden Materialien und PTFE-Harz-Partikeln und gemeinsames Formen des Gemisches zum Herstellen einer zur Verwendung in der Anordnung geeigneten Elektrodenstruktur erhalten werden. Solche Verfahren eignen sich besonders zur Ausbildung von Gasdiffusionszonen oder von Gasdiffusionsschichten der Elektroden. Ein Verfahren zum gemeinsamen Formen teilchenförmiger Materialien und Polytetrafluorethylen-Harz zwecks Herstellung eines mit Partikeln gefüllten, expandierten Polytetrafluorethylen-Films ist in dem US-Patent 4 985 296 (Mortimer) offenbart.
  • Ein poröser Polytetrafluorethylen-Film, der sich zur Verwendung als Membranträger oder als Elektrodenträger eignet, kann durch bekannte Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Reck- oder Ziehverfahren, durch Papierherstellungsverfahren, durch Verfahren, bei denen Füllstoffe in das PTFE- Harz eingebracht werden, und die anschließend entfernt werden, damit eine poröse Struktur übrig bleibt, oder durch Pulver-Sinterverfahren. Vorzugsweise ist der poröse Polytetrafluorethylen-Film ein Film aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen mit einer Struktur aus untereinander verbundenen Knötchen und Fibrillen, wie dies in den US-Patenten 3 953 566 und 4 187 390 (Gore) und in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0 661 336 (Morishita et al.) beschrieben ist, die das bevorzugte Material und die Verfahren zu dessen Herstellung beschreiben.
  • Zur Verwendung als Membranträger sollte der poröse Polytetrafluorethylen- Film eine Dicke im Bereich von 1 bis 20 Mikrometer, ein Porenvolumen im Bereich von 60 bis 98 Prozent, vorzugsweise im Bereich von 80 bis 95 Prozent, und eine Nenn-Porengröße im Bereich von 0,05 bis 5 Mikrometer, vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 2 Mikrometer aufweisen. Eine zu dünne Membran neigt zu Rissen, die ihrerseits zu Kurzschlüssen oder zu Gasundichtigkeiten quer durch die Membran führen. Ist die Porengröße zu klein, so ist die Imprägnierung des Membranträgers mit dem Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz schwierig, und wenn die Porengröße zu groß ist, verliert der Membranträger seine Fähigkeit, die Flüssigzusammensetzung, welche das Feststoffpolymer- Ionenaustauschharz enthält, zu halten und deren Migration zu verhindern. Ein zu geringes Porenvolumen steigert den Widerstand der Membran aufgrund eines Mangels an Ionenaustauschharz; und ein übermäßig großes Porenvolumen führt dazu, daß der Membranträgerfilm für den Einsatz zu schwach ist.
  • Zur Verwendung als Elektrodenträger sollte der poröse Polytetrafluorethylen- Film eine Dicke im Bereich von 3 bis 20 Mikrometer, ein Porenvolumen im Bereich von 85 bis 95 Prozent, vorzugsweise im Bereich von 60 bis 95 Prozent, und eine durch einen Isopropanol-Blasenpunkt (IBP) definierte maximale Porengröße im Bereich von 0,05 bis 0,5 kg/cm², vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 0,3 kg/cm² aufweisen. (Eine Beschreibung des Blasenpunkttests wird unten geliefert). Die optimale Filmdicke für den Elektrodenträger variiert entsprechend der Menge des Katalysatormaterials, was für einen Anwendungsfall benötigt wird, jedoch erschwert eine Dicke von weniger als 3 Mikrometer die Erzielung einer adäquaten Anzahl von Katalysatorstellen und deren richtige dreidimensionale Verteilung. Eine Dicke von mehr als etwa 200 Mikrometer verhindert eine Gasdiffusion und eine Ionenleitung, und die Elektrode kann nicht ordnungsgemäß arbeiten. Ein Porenvolumen von weniger als etwa 60 Prozent steigert die Menge PTFE in Relation zu der Menge Katalysatormaterial und ermöglicht nicht die Erzielung von geringen Widerstandswerten. Eine maximale Porengröße gemäß IBP von mehr als 0,5 kg/cm² entspricht einer porösen PTFE-Struktur, deren Porengrößen zu gering sind, um in einfacher Weise Katalysatormaterialien, zum Beispiel Platin tragende Kohlenstoffteilchen, in die Struktur einzubringen. Außerdem ist bevorzugt, daß die Struktur des porösen, expandierten Polytetrafluorethylen-Elektrodenträgers, das ist eine Struktur aus durch Fibrillen untereinander verbundenen Knötchen, eine solche Struktur ist, in der die Größe der Knötchen möglichst klein ist, um das nutzbare Porenvolumen zu steigern und das Einbringen der Katalysatorpartikel und des Feststoffpolymer-Ionenaustauschharzes in die Struktur zu erleichtern.
  • Es ist der Einsatz derartiger unabhängig hergestellter, vorgeformter Trägermembranen aus expandiertem Polytetrafluorethylen, der einer Optimierung der Leistungsfähigkeit der Ionenaustauschmembran/Elektroden-Anordnung ermöglicht. Die Membraneigenschaften wie zum Beispiel Festigkeit, Porenvolumen, Porengröße und Dicke lassen sich entsprechend den Anforderungen der Schicht der Kompositanordnung, unter denen sie zur Erzielung gewünschter Zelleneigenschaften eingesetzt wird, beispielsweise Katalysatormengen, Gas- Diffusionsfähigkeit, Elektronen- und Ionenleitung, maßschneidern. Darüber hinaus schafft die Verwendung von Membranträger- und Elektrodenträgerfilmen eine viel stärkere Gleichförmigkeit und Wiederholbarkeit, ermöglicht eine Vielfalt von Herstellungsverfahren und damit eine größere Flexibilität bei der Auswahl von Herstellungsverfahren, und erleichtert die Herstellung der gesamten Anordnung. Darüber hinaus dient ihr Vorhandensein bei der Herstellung der Anordnung einer Verringerung der Probleme in Verbindung mit der Migration von Lösungsmitteln oder anderer Materialien in benachbarte Schichten, wie man sie bei der Herstellung konventioneller Strukturen elektrochemischer Zellen antrifft.
  • Keine besonderen Beschränkungen gibt es bezüglich der Ionenaustausch- ode Elektrolytharze, solange diese dem Eindringen und dem Halten durch die Membranträger- und Elektrodenträger-Filme zugänglich sind. Ionenaustauschharze auf Kohlenwasserstoffbasis oder Fluorbasis können nach Wunsch eingesetzt werden. Vorzugsweise werden Feststoffpolymer-Ionenaustauschharze verwendet, insbesondere solche Polymer-Ionenaustauschharze, die in geeigneten Lösungsmitteln gelöst oder zumindest teilweise gelöst werden können, um flüssige Zusammensetzungen zu erhalten, die sich zur Imprägnierung der Trägerfilme eignen. Am meisten bevorzugt sind Ionenaustauschharze auf Perfluorkohlenstoff-Basis, insbesondere Perfluorsulfonsäureharze, wie sie beispielsweise unter der Handelsbezeichnung Nation® (DuPont Co.) oder Flemion® (Asahi Glass Co.) vertrieben werden. Geeignete Lösungsmittel für diese Ionenaustauschharze sind im Stand der Technik bekannt, sie beinhalten verschiedene Alkohole und andere organische Lösungsmittel, Wasser oder Gemische dieser Materialien mit Wasser. Um das Imprägnieren eines Membranträgerfilms aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen zu unterstützen, kann abhängig von dem Molekulargewicht des Feststoffpolymerharzes oder vom Typ des verwendeten Lösungsmittels dessen Konzentration in der flüssigen Zusammensetzung variiert werden, dem Polytetrafluorethylen kann ein Oberflächenbehandlungsmittel beigegeben werden, oder man kann ein Tensid verwenden. Tenside können auch in den Flüssigkeiten enthalten sein, um das Mischen und die Dispersion der die flüssigen Zusammensetzungen bildenden Materialien zu erleichtern.
  • Wie auch bei den Ionenaustauschharzen, gibt es keine speziellen Beschränkungen bezüglich der Katalysatormaterialien, solange sie sich für das Imprägnieren und das Gehalten-Werden der Membranträger- und Elektrodenträger-Filme eignen. Jedes teilchenförmige Material oder Pulver, das als Katalysator fungiert, läßt sich verwenden und wird entsprechend dem betreffenden Anwendungsfall ausgewählt. Beispiele enthalten - ohne Beschränkung -: Bleidioxid für Ozonerzeugungs-Elektroden; Platin oder Platinlegierungen für hydrolytische Elektroden, Platin oder Platinlegierungen auf Ruß und dergleichen.
  • Die Katalysatormaterialien und ein Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz werden in einem flüssigen Gemisch kombiniert zum Imprägnieren eines Elektronenträgerfilms oder zur Oberflächenbeschichtung oder zur Imprägnierung einer Elektrodenstruktur. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß man das Katalysatorpulver in Lösungsmitteln, beispielsweise den oben angegebenen Lösungsmitteln, dispergiert, um dann Ionenaustauschharz oder eine Ionenaustauschharz enthaltende flüssige Zusammensetzung hinzugibt, um das flüssige Gemisch herzustellen. Je nach Wunsch ist es auch möglich, ein Fluorpolymer wie zum Beispiel PTFE, Tetrafluorethylen/(Perfluoralkyl-)Vinylether-Copolymer (PFA) oder Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylen-Copolymer (FEP) in solche Flüssiggemische zu geben, um die Wasserabstoßung der Elektrodenstruktur zu verbessern. Ebenfalls möglich ist es, ein porenformendes Mittel beizugeben, beispielsweise Ammoniumbicarbonat, Natriumchlorid oder Calciumcarbonat, das nach der Herstellung der Membran wieder entfernt wird, zum Beispiel durch Erhitzen oder Auslaugen, um zur Steigerung des Gas-Diffusionsvermögens Hohlräume zu erzeugen.
  • Man kann auch Katalysatormaterialien als Katalysator-Vorläufer in eine Elektrodenstruktur einbringen. In diesem Fall ist das in einen Elektrodenträgerfilm als Imprägnierung einzubringende Flüssiggemisch ein solches Gemisch, das durch Kombinieren einer flüssigen Dispersion aus nicht katalytischen, elektrisch leitenden Partikeln und einer Flüssigzusammensetzung erhalten wird, die den Katalysator-Vorläufer und ein Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz enthält. Es handelt sich also um ein Gemisch aus nicht-katalytischen, elektrisch leitenden Partikeln, eines Feststoffpolymer-Ionenaustauschharzes und eines Feststoffpolymer-Ionenaustauschharzes, das an seinen Austauschgruppen einen Katalysatormetall-Vorläufer gebunden hat. Beispielsweise wird Ruß für die elektrisch leitenden Partikel verwendet; der Ruß wird in einer Flüssigzusammensetzung dispergiert, die Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz enthält, damit das Harz an dem Ruß adsorbiert werden kann. Katalysatormetall-Anionen, beispielsweise in einer Platin-Aminokomplex-Lösung, werden anschließend hinzugegeben, um den Ionenaustausch zu bewirken, woraufhin zusätzliches Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz hinzugegeben wird. Die Ingredienzien können gleichzeitig gemischt oder sequentiell hinzugefügt werden. Wenn ein solches Gemisch verwendet wird, muß der Katalysator-Vorläufer durch irgendeine Reduzierbehandlung in einen Katalysator umgewandelt werden, nachdem die Feststoffpolymer-Austauschmembran/Elektrode hergestellt worden ist. Derartige Reduzierbehandlungen beinhalten das Erhitzen und die Wasserstoffreduktion, eine chemische Reduktion unter Einsatz von Natriumborhydrid sowie andere aus dem Stand der Technik bekannte Reduzierbehandlungen. Man kann einen in hohem Maß aktiven Katalysator mit Hilfe derartiger Verfahren erhalten.
  • Bei der Herstellung einer einheitlichen Ionenaustauschmembran/Elektrodenanordnung gemäß der Erfindung werden die Poren des Membranträgerfilms aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen mit einem Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz imprägniert, um eine Kompositmembran zu erhalten, die zwar dünn ist dennoch eine hohe Festigkeit besitzt. Das Imprägnieren läßt sich unter Einsatz einer aus dem Stand der Technik bekannten Anlage und eines bekannten Verfahrens vornehmen, es gibt diesbezüglich keine speziellen Beschränkungen. Beispielsweise kann man den Membranträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen in eine das Harz enthaltende Flüssigzusammensetzung eintauchen oder tränken, oder man kann die Flüssigzusammensetzung auf die Oberfläche durch Bürsten oder Sprühen, durch Siebdruck, durch Walzenbeschichtung oder dergleichen aufbringen, woraufhin das Lösungsmittel entfernt wird. Diese Verfahren lassen sich mehrmals wiederholen, bis die Poren im wesentlichen vollständig mit dem Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz gefüllt sind und ein nicht-poröser Kompositfilm hergestellt ist. Das Lösungsmittel kann durch jedes geeignete Verfahren beseitigt werden, beispielsweise durch Trocknen in Luft, durch Erhitzen in einem Ofen oder über aufgeheizten Walzen und dergleichen. Wird von dem Erhitzen Gebrauch gemacht, so sollten Temperaturen vermieden werden, die möglicherweise zu einer Zersetzung des Ionenaustauschharzes führen. Aufgrund der Festigkeit und der Handhabbarkeit des aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen bestehenden Films, und aufgrund von dessen Fähigkeit, die Flüssigzusammensetzung zu halten, welche in der porösen Struktur das Ionenaustauschharz enthält, kann der Verbund-Membranträgerfilm, der mit Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz gefüllt ist separat hergestellt werden, um anschließend innig mit einer Elektrodenstruktur verbunden zu werden, er kann aber auch vor Ort auf der Oberfläche einer Elektrode oder eines anderen Substrats ausgebildet werden, beispielsweise dadurch, daß zunächst der Membranträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen auf eine Elektrodenstruktur aufgebracht und anschließend der Membranträgerfilm imprägniert wird, was gleichzeitig den Film mit der Elektrode vereint.
  • Eine bevorzugte Struktur für eine einheitliche Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran/Elektroden-Anordnung gemäß der Erfindung enthält eine Elektrodenstruktur mit einem vorgeformten Elektrodenträger, der ebenfalls aus einem vorgeformten porösen Film aus Polytetrafluorethylen besteht. Die porösen, expandierten Polytetrafluorethylen-Elektrodenträgerfilme sind mit den flüssigen Gemischen imprägniert, die Katalysatormaterialien und Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz enthalten, wobei das Imprägnieren mit den gleichen Mitteln erfolgt, wie sie oben beschrieben sind. So wie bei dem oben beschriebenen Ionenaustausch-Membranträger läßt sich der Elektrodenträgerfilm separat imprägnieren, oder aber auf einem Substrat, das eine Ablösefläche bildet, oder auf der Oberfläche eines Substrats, mit dem er gleichzeitig innig verbunden wird, beispielsweise der Oberfläche eines Kollektors, eines Gasdiffusionsmaterials, einer Ionenaustauschmembran oder, bevorzugt, eines Verbund- Membranträgerfilms, der mit Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz gefüllt ist.
  • Im Zuge der Imprägnierung und der Desolvation/Verfestigung der Flüssiggemische bewirkt das Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz, daß die Katalysatorpartikel aneinander haften, und das Harz dient als Bindemittel beim Fixieren der Katalysatorpartikel in der internen Struktur der Matrix des expandierten Polytetrafluorethylens. Das Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz in der so hergestellten Elektrodenstruktur dient auch als Bindemittel zum innigen Vereinen der Struktur mit einem oben beschriebenen Verbundfilm, der mit Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz gefüllt ist, und dient außerdem zur Schaffung von Wegen, über die die über die Katalysatorpartikel erzeugten Ionen rasch zu der Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran wandern. Die mechanische Festigkeit der Elektrodenstruktur leitet sich ab von der Elektronenträgermatrix aus expandiertem Polytetrafluorethylen, und deshalb braucht lediglich ausreichend Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz zur Erzielung des obigen Zwecks eingesetzt zu werden, was zu einer Struktur mit guter Gas-Diffusionsfähigkeit führt. Eine überschüssige Menge des Feststoffpolymer-Ionenaustauschharzes ist für die Entwicklung der Festigkeitseigenschaften der durch Polytetrafluorethylen getragenen Struktur nicht notwendig, und ist, weil eine überschüssige Menge Harz möglicherweise die Gas-Permeabilität verringert und die Fertigung verkompliziert, unerwünscht. Wenn außerdem Lösungsmittel aus dem imprägnierten Flüssigkeitsgemisch entfernt wird, kommt es zu einer Aggregation von Feststoffkomponenten und damit einhergehend zu einer Verringerung des Volumens, allerdings wird die Aggregationskraft ausgeglichen und verteilt durch die Matrix des expandierten Polytetrafluorethylens, so daß winzige Risse und Lücken in den sich zusammenziehenden Feststoffen entstehen, was die Gas-Diffusionsfähigkeit zusätzlich verbessert.
  • Wie oben bereits erwähnt, ermöglicht die Verwendung von vorgeformten Filmen aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen eine Vielfalt von Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße einheitliche Feststoffpolymer- Ionenaustauschmembran/Elektroden-Anordnung. Wenn entweder eine getragene Komposit-Ionenaustauschstruktur oder eine Komposit-Elektrodenstruktur getrennt hergestellt wird, läßt sie sich mit der jeweils anderen Struktur durch herkömmliche Verfahren vereinen, beispielsweise durch Anwenden von Wärme und Druck. Ein bevorzugtes Verfahren zum Vereinen der Struktur besteht jedoch in durch Lösungsmittel unterstützten Klebeverfahren der Art, daß der Einfluß des Lösungsmittels oder des Ionenaustauschharzes und des als Klebstoff verwendeten Lösungsmittels beschränkt ist auf die Zone in der Nähe der Verbindung der miteinander zu vereinenden Schichten. Die Rückhalte-Kennwerte der Trägermatrix aus expandiertem Tetrafluorethylen verhindern wesentlich die Wanderung von Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz auch dann, wenn dieses durch ein Lösungsmittel erweicht ist, von der abgestützten Komposit-Ionenaustauschstruktur aus, und verhindert gleichermaßen das Wandern von Elektrodenmaterialien aus einer abgestützten Komposit-Elektrodenstruktur. Das durch Lösungsmittel unterstützte Vereinen der Schichten läßt sich in bereits erwähnter Weise bewirken, wenn eine der gestützten Verbundstrukturen imprägniert und auf der Oberfläche der anderen, vorab hergestellten Struktur ausgebildet ist. Falls beide miteinander zu vereinende Strukturen separat gefertigt wurden und das Lösungsmittel vollständig beseitigt ist, kann oben auf die Verbindungsoberfläche einer getragenen Verbundstruktur eine leichte Aufbringung eines Lösungsmittels oder einer Flüssigzusammensetzung eines Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz enthaltenden Lösungsmittels erfolgen, und dann werden die Schichten zusammengefügt. Ein Vorteil dieses durch Lösungsmittel unterstützten Klebens besteht darin, daß die Strukturen sich mit minimaler auf sie aufgebrachter Druckkraft vereinen lassen und sie sich bei diesem Vorgang nicht verformen. In den Fällen, in denen eine Kompositstruktur mit einer anderen vereint wird, während sie imprägniert wird, wird praktisch überhaupt keine Druckkraft aufgebracht. Wenn eine separat gefertigte und getrocknete getragene Kompositstruktur mit einer anderen Struktur vereint wird, wird lediglich eine geringe Druckkraft benötigt, die in einer Weise aufgebracht wird, daß die Ausbildung und das Einfangen von Luftblasen zwischen den Schichten verhindert.
  • Aus dem oben Gesagten ist ersichtlich, daß die einheitliche erfindungsgemäße Anordnung mit Hilfe einer Vielfalt von Verfahren hergestellt werden kann und eine Anzahl von Strukturen umfaßt, zum Beispiel: eine einheitliche Anordnung mit einem mit Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz gefüllten Verbund- Membranträgerfilm, der auf jede Seite einer zuvor hergestellten Ionenaustauschmembran befestigt ist; eine einheitliche Anordnung mit einem mit Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz gefüllten Verbund-Membranträgerfilm, bei dem auf einer Seite oder auf beiden Seiten eine Elektrodenstruktur befestigt ist; und, vorzugsweise, eine einheitliche Anordnung mit einem mit Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz gefüllten Verbund-Membranträgerfilm, dessen eine Seite oder dessen beide Seiten an einer Elektrodenstruktur befestigt ist/sind, die einen Verbund-Elektrodenträgerfilm aufweist, der mit Feststoffpolymer- Ionenaustauschharz gefüllt ist.
  • Was nun folgt, ist eine Beschreibung des Blasenpunkttests sowie mehrerer Beispiele für die Erfindung.
    • TESTVERFAHREN Blasenpunkttest
  • Es wurde der Blasenpunkt gemäß den Prozeduren nach der ASTM F316-86 gemessen. Als Benetzungsfluid zum Füllen der Poren einer Testprobe wurde Isopropylalkohol verwendet.
  • Der Blasenpunkt ist derjenige Luftdruck, der erforderlich ist, um den Isopropylalkohol aus den größten Poren der Testprobe zu verdrängen und den ersten kontinuierlichen Blasenstrom zu erzeugen, der durch seinen Aufstieg durch eine das poröse Medium bedeckende Schicht aus Isopropylalkohol nachweisbar ist. Diese Messung liefert eine Abschätzung der maximalen Porengröße.
    • Beispiel 1
  • Es wurde eine Elektrode aus Graphitpartikeln (95 Gew.-%) und PTFE-Harzpartikeln (5 Gew.-%) gemäß herkömmlichen Pastenerzeugungsverfahren hergestellt, bei denen die partikelförmigen Materialien vermischt, mit Gleitmittel versehen, zur Bildung eines Bands mittels Stößel extrudiert und zur Bildung eines Elektrodenflachstücks für eine Lithiumionenzelle kalandriert wurden.
  • Die Oberfläche des Elektrodenflachstücks wurde leicht mit einer Lösung aus Alkylenoxidpolymer-Oligomer überzogen, die 0,15 mol Lithiumperchlorat pro Etherbindung des Oligomers und 1 Gew.-% (basierend auf dem Gesamtgewicht von Oligomer und Lithiumperchlorat) Benzyldimethylketon, ein mittels Ultraviolett-(UV-)Strahlung aktiviertes Vernetzungsmittel, enthielt.
  • An der Oberfläche des überzogenen Elektrodenflachstücks wurde ein aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen bestehender Film mit einer Dicke von etwa 3 Mikrometer (ein expandierter Gore-Tex®-PTFE-Film, hergestellt von Japan Gore-Tex, Inc.) mit einer Nenn-Porengröße von etwa 1 Mikrometer und einem Porenvolumen von 93% fixiert. Der poröse PTFE-Film wurde mit der gleichen Lösung überzogen und imprägniert, die auch auf das Elektrodenflachstück aufgebracht wurde, um die Poren des PTFE-Films im wesentlichen auszufüllen und Kontakt zu der auf das Elektrodenflachstück befindlichen Lösung herzustellen, woraufhin der Komposit-Artikel UV-Strahlung ausgesetzt wurde, um die Vernetzung zu veranlassen, und es wurde eine einheitliche Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran/Elektroden-Anordnung gemäß der Erfindung hergestellt.
    • Beispiel 2
  • Es wurde folgendermaßen eine Gasdiffusionselektrode für eine Brennstoffzelle hergestellt:
  • eine wäßrige Dispersion aus Rußpartikeln ("Denka Black", geliefert von Denka Co.) und PTFE-Harz-Partikel mit einer Feststoffkonzentration von 65 Gew.-% Ruß und 35 Gew.-% PTFE wurde hergestellt. Das PTFE wurde zum Koagulieren gebracht, und das Koagulum des Gemischs aus Ruß und PTFE wurde getrocknet. Es wurde Naphtha als Gleitmittel dem getrockneten Koagulum hinzugegeben und gemischt. Das gleitfähig gemachte Koagulum wurde einer Stößelextrusion zur Bildung eines 2,5 mm dicken Bands unterzogen. Das extrudierte Band wurde kalandriert, die Dicke reduzierte sich auf 250 Mikrometer. Das kalandrierte Band wurde uniaxial (in Längsrichtung) bei einer Temperatur von etwa 250ºC auf das 5-fache seiner Originallänge gereckt, anschließend wiederum kalandriert, um seine Dicke um einen Faktor 5 zu reduzieren. Das so produzierte poröse, elektrisch leitende und gasdurchlässige Elektrodenflachstück hatte eine Dicke von etwa 50 Mikrometer, besaß eine Nenn-Porengröße von etwa 1 Mikrometer und ein Porenvolumen von etwa 78%.
  • Ein Kollektorflachstück, bestehend aus einem 130 Mikrometer dicken Kohlenstoffpapier, geliefert von Toray Co., wurde mit einer wäßrigen Dispersion aus PTFE imprägniert. Das mit PTFE behandelte Kollektorflachstück und ein Gasdiffusions-Elektrodenflachstück wurden durch Aufbringen von Wärme (120ºC) und Druck (20 kg/cm²) zusammen-laminiert, woraufhin die laminierte Anordnung 10 Minuten lang einer Wärmebehandlung bei 360ºC unterzogen wurde.
  • Es wurde ein Flüssigkeitsgemisch vorbereitet, welches Katalysatormaterial und Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz enthielt. Das Katalysatormaterial war mit Platin (25 Gew.-%) überzogener Ruß (Handelsbezeichnung Vulcan® XC72), das Feststoffpolymer- Ionenaustauschharz war Perfluorsulfonsäureharz Nafion® (hergestellt von DuPont Co.). Es wurde eine Dispersion aus 5 Gramm mit Pt überzogenem Ruß in 40 Gramm 2-Methyl, 1-Propylalkohol hergestellt. Eine flüssige Zusammensetzung aus Isopropylalkohol, die 9 Gew.-% Perfluorsulfonsäureharz Nation® enthielt, wurde der Dispersion hinzugegeben, um ein Flüssiggemisch mit einer relativen Konzentration von 30 Gew.-% Perfluorsulfonsäureharz und 70 Gew.-% Pt-beschichteten Kohlenstoff zu erhalten. Das Flüssiggemisch wurde mittels Bürste auf die Oberfläche des Gasdiffusions- Elektrodenflachstücks aufgebracht, um dadurch eine einen Katalysator enthaltende Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz-Zone zu bilden, anschließend wurde das Lösungsmittel beseitigt, und damit war die Elektrodenstruktur fertig.
  • An der mit Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz/Katalysator beschichteten Oberfläche der Elektrode wurde ein Film aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen fixiert. Der PTFE-Film war 20 Mikrometer dick, besaß eine Nenn-Porengröße von 0,2 Mikrometer und ein Porenvolumen von 89%. Der poröse PTFE-Film wurde mit einer Flüssigzusammensetzung aus Isopropylalkohol überzogen, die 5 Gew.-% Perfluorsulfonsäureharz Nation® (hergestellt von DuPont Co.) enthielt, und in Luft getrocknet. Das Überziehen und Trocknen in Luft wurden jeweils fünfmal wiederholt, bis die Poren des PTFE-Films im wesentlichen vollständig gefüllt waren, die Schichten durch das in jeder Schicht vorhandenen Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz vereint, der Komposit- Membran-Trägerfilm halbtransparent wurde, und die Oberfläche des Films mit dem Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz überzogen war. Die Verbundanordnung wurde einer Wärmebehandlung bei 130ºC während 24 Stunden unterzogen, und dadurch wurde eine einheitliche Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz/Elektroden-Anordnung erhalten.
  • In genau der oben beschriebenen Weise wurde eine zweite einheitliche Anordnung aus Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz/Elektrode hergestellt. Die von der Membran getragene Ionenaustauschharz-Oberfläche einer der Anordnungen wurde überzogen mit einer Flüssigzusammensetzung aus Isopropylalkohol, die 2 Gew.-% Perfluorsulfonsäureharz Nation® enthielt, wurde auf die von der Membran getragene Ionenaustauschharz-Fläche der zweiten Anordnung aufgelegt und etwas angedrückt, um eingefangene Luft zu beseitigen, woraufhin das Lösungsmittel durch Lufttrocknung entfernt wurde und die zusammengefügten Anordnungen 24 Stunden lang bei 130ºC einer Wärmebehandlung unterzogen wurden.
  • Die so vereinten einheitlichen Anordnungen bildeten eine größere einheitliche Ausführungsform der Erfindung, an der weitere Komponenten angebracht wurden. Die vollständige, oben beschriebene Anordnung wurde als Gas- Brennstoffzelle zusammengebaut und in Betrieb genommen. Einer Seite der montierten Anordnung wurde angefeuchteter Wasserstoff zugeführt, der anderen Seite wurde bei einer Betriebstemperatur von 80ºC Sauerstoff zugeführt. Die Zelle lieferte eine Spannung von 0,78 Volt bei einer Stromdichte von 1 A/cm².
    • Vergileichsbeispiel 1
  • Es wurde wie im Beispiel 2 eine elektrochemische Zellenanordnung hergestellt, nur daß keine Membranträgerfilme verwendet wurden und die Flüssigzusammensetzung aus Perfluorsulfonsäureharz Nation® enthaltendem Isopropylalkohol direkt auf das gasdurchlässige Elektrodenflachstück aufgetragen wurde. Es bildeten sich zahlreiche Risse aus, und es kam zu einer teilweisen Abtrennung von dem Substrat.
  • Die elektrochemische Zellenanordnung wurde in einer Brennstoffzelle gemäß Beispiel 2 getestet und entwickelte eine Spannung von 0,67 Volt bei einer Stromdichte von 1 A/em².
    • Beispiel 3
  • Es wurde separat ein von einer Membran getragener Film, der mit Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz gefüllt war, hergestellt. Der PTFE-Film war 15 Mikrometer dick, besaß eine Nenn-Porengröße von 0,2 Mikrometer und ein Porenvolumen von 89%.
  • Der aus einer porösen, expandierten Polytetrafluorethylen-Membran getragene Film wurde in einem offenen Rahmen angebracht, der den Film an den Rändern hielt, um ihn beim Imprägnieren mit einer Flüssigzusammensetzung aus Isopropylalkohol, die 5 Gew.-% Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz (Perfluorsulfonsäureharz Nation®) enthielt, vor einem Schrumpfen zu bewahren. Der in seiner Bewegung eingeschränkte Film wurde mit der Flüssigzusammensetzung überzogen, welche von dem porösen Membranträgerfilm absorbiert wurde, und wurde anschließend in Luft getrocknet. Die Schritte des Beschichtens und Trocknens wurden dreimal wiederholt, und die Poren des PTFE-Films wurden im wesentlichen vollständig gefüllt, und es entstand ein halbtransparenter Film.
  • Dann wurde eine geringe Menge der gleichen Flüssigzusammensetzung mit Hilfe einer Bürste auf die Oberfläche des mit Nation®-Harz gefüllten, so hergestellten Membranträgerfilms aufgetragen, und die benetzte Oberfläche wurde auf die mit Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz/Katalysatormaterial überzogene Oberfläche einer Elektrodenstruktur plaziert, hergestellt wie im Beispiel 2 beschrieben, und der Film wurde leicht angedrückt, um eingefangene Luft zu beseitigen und den Film innig mit der Elektrodenstruktur zu vereinen. Das Lösungsmittel wurde durch Lufttrocknung beseitigt, wodurch eine erfindungsgemäße einheitliche Anordnung vervollständigt wurde.
    • Beispiel 4
  • Es wurde wie im Beispiel 3 ein von einer Membran abgestützter, mit Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz gefüllter Verbundfilm getrennt hergestellt.
  • Eine geringe Menge Lösungsmittel, Isopropylalkohol, wurde mittels Bürste auf die mit Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz/Katalysatormaterial überzogen Oberfläche einer (gemäß Beispiel 2 hergestellten) Elektrodenstruktur aufgebracht. Der mit Nation®-Harz gefüllte Membranträgerfilm wurde unmittelbar auf die benetzte Oberfläche der Elektrodenstruktur aufgebracht und leicht angedrückt, um eingefangene Luft zu entfernen und den Film innig mit der Elektrodenstruktur zu vereinen. Das Lösungsmittel wurde durch Lufttrocknung entfernt, wodurch eine erfindungsgemäße einheitliche Anordnung entstand.
    • Vergleichsbeispiel 2
  • Es wurde gemäß Beispiel 3 ein von einer Membran getragener, mit Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz gefüllter Verbundfilm hergestellt, nur daß der Membranträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen eine Dicke von 30 Mikrometer besaß.
  • Eine geringe Menge einer Flüssigzusammensetzung aus Isopropylalkohol, die 5 Gew.-% Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz (Perfluorsulfonsäureharz Nafion®» als Lösungsmittel enthielt, wurde mittels Bürste auf beide Oberflächen des mit Harz gefüllten Films aufgetragen, und der Film wurde sandwichartig eingefaßt zwischen den mit Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz/Katalysatormaterial überzogenen Oberflächen der beiden Elektrodenstrukturen (hergestellt gemäß Beispiel 2). Die Anordnung wurde leicht zusammengedrückt, um eingefangene Luft zu beseitigen und den Film innig mit den Elektrodenstrukturen zu vereinen. Das Lösungsmittel wurde durch Lufttrocknung entfernt, wodurch eine erfindungsgemäße einheitliche Anordnung entstand.
    • Vergleichsbeispiel 3
  • An der mit Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz/Katalysatormaterial überzogenen Oberfläche einer (gemäß Beispiel 2 hergestellten) Elektrodenstruktur wurde ein Film aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen fixiert. Der PTFE-Film hatte eine Dicke von 40 Mikrometer, besaß eine Nenn-Porengröße von 0,7 Mikrometer und ein Porenvolumen von 92%. Der poröse PTFE-Film wurde mit einer Flüssigzusammensetzung aus Isopropylalkohol überzogen, die 5 Gew.-% Perfluorsulfonsäureharz Nation® (hergestellt von DuPont Co.) enthielt, und wurde in Luft getrocknet. Die Schritte des Überziehens und Trocknens in Luft wurden dreimal wiederholt, bis die Poren des PTFE-Films im wesentlichen gefüllt waren. Es wurde ein vierter Schritt des Überziehens durchgeführt, die mit Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz/Katalysatormaterial überzogene Oberfläche einer zweiten Elektrodenstruktur wurde leicht gegen die benetzte Fläche gedrückt und mit ihr vereint durch das in jeder Schicht vorhandene Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz. Dann wurde das Lösungsmittel durch Lufttrocknung entfernt, wodurch eine erfindungsgemäße einheitliche Anordnung entstand.
    • Beispiel 5
  • Es wurde eine Flüssigdispersion aus feinen Bleidioxidpartikeln (Partikelgröße: 0,2 Mikrometer) in Isopropylalkohol hergestellt. Der Dispersion wurde eine Flüssigzusammensetzung aus Isopropyl hinzugegeben, die 5 Gew.-% Perfluorsulfonsäureharz Nation® (hergestellt von DuPont Co.) enthielt, und die Dispersion wurde gründlich gemischt, um ein erstes Flüssiggemisch zu erhalten, das eine relative Konzentration von 15 Gew.-% Ionenaustauschharz und 85 Gew.-% Bleidioxid enthielt.
  • Auf ein Polypropylen-Ablöseflachstück wurde ein Elektrodenträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen (Dicke: 12 Mikrometer; Porenvolumen 93%; IBP: 0,08 kg/cm²) aufgelegt und durch den Walzenspalt eines Walzenbeschichters geleitet. Das oben beschriebene eiste Flüssiggemisch wurde auf der Oberfläche des Elektrodenträgerfilms durch Walzenbeschichtung aufgebracht und in die Poren des Elektrodenträgerfilms eingetrieben, woraufhin das Lösungsmittel durch Lufttrocknung entfernt, der imprägnierte Elektrodenträgerfilm von dem Ablöseflachstück abgezogen und damit eine erste Elektrode vervollständigt wurde.
  • Es wurde eine Dispersion aus Ruß/Platin (20 Gew.-%) in Partikelform (von NE Chemcat Co.) in Isopropylalkohol hergestellt. Der Dispersion wurde eine Flüssigzusammensetzung aus Isopropylalkohol beigegeben, die 5 Gew.-% Perfluorsulfonsäureharz Nation® (hergestellt von DuPont Co.) enthielt, und die Dispersion wurde mit Hilfe von Ultraschall-Rühren kräftig vermischt, um ein zweites Flüssiggemisch zu erhalten, das eine relative Konzentration von 40 Gew.-% Ionenaustauschharz und 60 Gew.-% von Ruß getragenem Platin enthielt.
  • Ein zweiter Elektrodenträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen, identisch mit dem ersten Elektrodenträger, wurde auf der Oberfläche eines 200 Mikrometer dicken Kohlepapiers (hergestellt von Toray Co.) fixiert. Das zweite Flüssiggemisch wurde auf die Oberfläche des Elektrodenträgerfilms aufgetragen, und mit ihm wurden die Poren des Films imprägniert, woraufhin das Lösungsmittel durch Lufttrocknung entfernt wurde, so daß eine zweite Elektrode fertig war.
  • Eine Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran (eine Perfluorsulfonsäure- Membran Nation® 117, hergestellt von DuPont Co.) wurde sandwichartig eingefaßt zwischen der ersten Elektrodenstruktur und der zweiten Elektrodenstruktur, und wurde durch Aufbringen von Wärme (140ºC) und Druck (25 kg/cm²) laminiert, um eine erfindungsgemäße einheitliche Anordnung zu schaffen.
  • Ein mit Platin überzogenes Titannetz wurde auf die Oberfläche der ersten Elektrode als Kollektor aufgebracht, und zur Schaffung einer elektrochemischen Zelle wurden die einheitliche Anordnung mit dem Kollektor sandwichartig zwischen gerippten, mit Platin überzogenen Platten aus rostfreiem Stahl eingefaßt. Den gerippten Bereichen wurde gereinigtes Wasser zugeleitet, und die Zelle wurde als Ozongenerator durch Wasser-Elektrolyse unter Einsatz eines Feststoffpolymer-Elektrolyts betrieben.
    • Beispiel 6
  • Eine Dispersion aus 5 Gramm Ruß/Platin (25 Gew.-%-Partikeln von NE Chemcat Co.) wurde in 40 Gramm 2-Methyl, 1-Propylalkohol hergestellt. Der Dispersion wurde eine Flüssigzusammensetzung aus Isopropylalkohol beigegeben, die 9 Gew.-% Perfluorsulfonsäureharz Nafioni® (hergestellt von Du- Pont Co.) enthielt, und die Dispersion wurde mit Hilfe von Ultraschall-Rühren kräftig gemischt, um ein Flüssiggemisch zu bilden, das eine relative Konzentration von 25 Gew.-% Ionenaustauschharz und 75 Gew.-% von Ruß getragenem Platin enthielt.
  • Es wurde ein Kollektorflachstück, bestehend aus 230 Mikrometer dickem Kohlepapier, hergestellt von Toray Co., mit einer wäßrigen Lösung aus PTFE imprägniert, um Wasserabstoßung zu erreichen, anschließend wurde das Flachstück 10 Minuten lang bei 360ºC einer Wärmebehandlung unterzogen. Auf der Oberfläche des Kohlepapiers wurde ein Elektrodenträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen (Dicke: 16 Mikrometer; Porenvolumen 94%; IBP: 0,12 kg/cm²) fixiert. Das Flüssiggemisch wurde mittels Bürste aufgetragen, um die Poren des Elektrodenträgerfilms zu imprägnieren, woraufhin das Lösungsmittel durch Lufttrocknung entfernt wurde. Die Verbundstruktur wurde 24 Stunden lang bei 120ºC einer Wärmebehandlung unterzogen, wodurch eine erste Elektrode fertiggestellt wurde.
  • An der mit Ionenaustauschharz/Katalysatormaterial imprägnierten Oberfläche der ersten Elektrode wurde ein Membranträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen (Dicke: 20 Mikrometer; Porenvolumen: 93%; IBP: 0,15 kg/cm²) fixiert. Der poröse PTFE-Film wurde mittels Bürste mit einer Flüssigzusammensetzung aus Isopropyl überzogen, die 5 Gew.-% Perfluorsulfonsäureharz Nation® (hergestellt von DuPont Co.) enthielt, und in Luft getrocknet. Die Schritte des Überziehens und Trocknens in Luft wurden dreimal wiederholt, bis die Poren des PTFE-Films im wesentlichen gefüllt und die Schichten durch das in jeder Schicht vorhandene Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz vereint waren, wodurch eine erste erfindungsgemäße einheitliche Anordnung gebildet wurde.
  • Es wurde eine wäßrige Dispersion aus Rußpartikeln ("Denka Black", geliefert von Denka Co.) und PTFE-Harzpartikeln mit einer Feststoffkonzentration von 60 Gew.-% Ruß und 40 Gew.-% PTFE hergestellt. Das PTFE wurde zum Koagulieren gebracht, und das Koagulum aus gemischtem Ruß und PTFE wurde getrocknet. Als Gleitmittel wurde Naphtha hinzugegeben und in das getrocknete Koagulum eingemischt. Das gleitfähig gemachte Koagulum wurde zur Bildung eines 2,5 mm dicken Bands mittels Stößel extrudiert. Das extrudierte Band wurde kalandriert, die Dicke reduzierte sich auf etwa 300 Mikrometer. Das kalandrierte Band wurde (in Längsrichtung) uniaxial gereckt bei einer Temperatur von etwa 250ºC auf das fünffache der ursprünglichen Länge, und es wurde anschließend erneut kalandriert, um seine Dicke um einen Faktor 5 zu reduzieren. Das so hergestellte, elektrisch leitende und gasdurchlässige Elektrodenflachstück besaß eine Dicke von etwa 60 Mikrometer, hatte eine Nenn-Porengröße von etwa 1 Mikrometer und eine Wichte von 0,51 g/cm³. Ein Kollektorflachstück, identisch mit dem mit der ersten Elektrode verbundenen Elektroflachstück, wurde an einer Fläche des gasdurchlässigen Elektrodenflachstücks fixiert.
  • Ein Elektrodenträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen, identisch mit dem Elektrodenträgerfilm der ersten Elektrode, wurde an der anderen Fläche des gasdurchlässigen Elektrodenflachstücks fixiert, und er wurde mit dem Flüssiggemisch der Ionenaustauschharz/Katalysator-Partikel imprägniert und in der oben beschriebenen Weise einer Wärmebehandlung unterzogen, um eine zweite Elektrode zu erhalten.
  • Ein Membranträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen, identisch mit dem mit der ersten Elektrode vereinten Membranträger, wurde an der mit Ionenaustauschharz/Katalysator imprägnierten Oberfläche der zweiten Elektrode fixiert und wurde mit den gleichen Materialien und in der gleichen Weise imprägniert, wodurch eine zweite erfindungsgemäße einheitliche Anordnung entstand.
  • Dann wurde eine geringe Menge der gleichen Flüssigzusammensetzung aus Isopropylalkohol, die 5 Gew.-% Perfluorsulfonsäureharz Nation®, die oben beschrieben wurde, mittels Bürste auf die Oberfläche des mit Nation®-Harz gefüllten Membranträgerfilms der zweiten Anordnung aufgebracht, und die Ionenaustauschharz enthaltenden Oberflächen der ersten und der zweiten Anordnung wurden zusammengebracht und leicht angedrückt, um eingefangene Luft zu beseitigen und die Anordnung innig zu vereinen, woraufhin das Lösungsmittel durch Lufttrocknung entfernt wurde und eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen einheitliche Anordnung fertig war.
  • Diese Ausführungsform der Erfindung wurde als Gas-Brennstoffzelle zusammengebaut und betrieben. Einer Seite der zusammengebauten Anordnung wurde angefeuchteter Sauerstoff, der anderen Seite wurde bei einer Betriebstemperatur von 80ºC Sauerstoff zugeführt. Die Zelle entwickelte eine Spannung von 0,71 Volt bei einer Stromdichte von 1 A/cm².
    • Beispiel 7
  • Auf ein Polypropylen-Ablöseflachstück wurde ein Membranträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen (Dicke: 10 Mikrometer; Porenvolumen: 83%; IBP: 1,75 kg/cm²) gelegt. Der Membranträgerfilm wurde mit Hilfe einer Bürste mit einer Flüssigzusammensetzung aus Isopropylalkohol überzogen, die 5 Gew.-% Perfluorsulfonsäureharz Nation® (hergestellt von DuPont Co.) enthielt, und bei 70ºC in Luft getrocknet. Die Schritte des Überziehens und Trocknens in Luft wurden viermal wiederholt, bis die Poren des PTFE-Films im wesentlichen vollständig gefüllt waren, was zu einer nahezu transparenten Verbund-Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran führte.
  • Es wurde wie im Beispiel 8 ein Flüssiggemisch hergestellt, das 25 Gew.-% Perfluorsulfonsäureharz Nation® (hergestellt von DuPont Co.) und 75 Gew.-% Ruß/Platin-(30 Gew.-%) Partikel von NE Chemcat Co.) enthielt.
  • Auf der Oberfläche einer Verbund-Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran auf dem Polypropylen-Ablöseflachstück wurde ein Elektronenträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen (Dicke: 10 Mikrometer; Porenvolumen: 91%; IBP: 0,13 kg/cm²) fixiert. Das Flüssiggemisch wurde mittels Bürste auf die Oberfläche des Elektrodenträgerfilms aufgetragen, imprägnierte die Poren des Films und vereinte sich mit der mittels PTFE-Membran getragenen Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran. Das Lösungsmittel wurde durch Lufttrocknung bei 70ºC entfernt, und hierdurch entstand eine erfindungsgemäße einheitliche Anordnung.
  • Es wurde in ähnlicher Weise eine zweite Anordnung gebildet. Die beiden Anordnungen wurden mit sich berührenden Ionenaustauschmembran-Oberflächen zusammengeführt, thermisch verschmolzen durch Durchlaufen durch den Walzenspalt eines Walzenpaares, die auf 150ºC erhitzt waren, und von dem Polypropylen-Ablöseflachstück entfernt, wodurch eine weitere Ausführungsform der Erfindung entstand, die eine einheitliche Anordnung in Form einer Elektroden/Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran/Elektrode war.
  • Aus Materialien und in einer Anordnung gemäß Beispiel 2 wurden ein poröses, gasdurchlässiges Elektrodenflachstück und ein mit PTFE behandelter Kohlepapier-Kollektor an jeder Elektrodenfläche einer Ausführungsform der Elektroden/Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran/Elektrode angelegt und in einer Brennstoffzelle durch mechanisch gegen die gerippten Gaszuführseparatoren ausgeübte Kraft aneinander gehalten. In der Brennstoffzelle diente eine Elektrode als die Luftelektrode, während die andere Elektrode als die Wasserstoffelektrode fungierte. Als die Brennstoffzelle mit Luft und Wasserstoff gespeist wurde, entstand eine Ausgangsgröße von 0,64 Volt bei einer Stromdichte von 0,5 A/cm². Der Wechselstromwiderstand betrug etwa 0,07 Ohm- cm², und es gab praktisch keine Änderung des Widerstands nach 800 Betriebsstunden.
    • Beispiel 8
  • Die gemäß Beispiel 7 hergestellten beiden einheitlichen Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran/Elektroden-Anordnungen, die sich vom Beispiel 7 nur dadurch unterschieden, daß der Membranträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen auf dem Polypropylen-Ablöseflachstück 6 Mikrometer dick war und lediglich zwei Imprägnierungs/Trocknungs-Schritte zum Imprägnieren und Füllen des Films mit der Flüssigzusammensetzung aus Isopropylalkohol durchgeführt wurden, wobei der Isopropylalkohol 5 Gew.-% Perfluorsulfonsäureharz Nation® enthielt.
  • Zwischen die Ionenaustauschmembran-Flächen der einheitlichen Anordnung wurde eine separat gefertigte Perfluorsulfonsäure-Ionenaustauschmembran Nation® 112 (hergestellt von DuPont Co.) gelegt und durch Heißpressen bei einer Temperatur von 140ºC und einem Druck von 30 kg/cm² verbunden, um eine erfindungsgemäße einheitliche Elektroden/Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran/Elektroden-Anordnung zu erhalten.
  • Diese Ausführungsform der Erfindung wurde in eine Brennstoffzelle eingebracht, die die im Beispiel 9 beschriebene Ausgestaltung besaß, als sie mit Sauerstoff und Wasserstoff gespeist wurde, lieferte die Brennstoffzelle am Ausgang 0,6 Volt bei einer Stromdichte von 1 A/cm².
    • Beispiel 9
  • Es wurde wie im Beispiel 6 beschrieben ein Flüssiggemisch hergestellt, welches 25 Gew.-% Perfluorsulfonsäureharz (hergestellt von DuPont Co.) und 75 Gew.-% Ruß/Platin (30 Gew.-%) in Partikelform (von NE Chemcat Co.) enthielt.
  • Auf die Oberfläche eines Polypropylen-Ablöseflachstücks wurde ein Elektrodenträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen (Dicke: 10 Mikrometer; Porenvolumen: 91%; IBP: 0,13 kg/cm²) gelegt. Das Flüssiggemisch wurde mittels Bürste auf die Oberfläche des Elektrodenträgerfilms aufgetragen und imprägnierte die Poren des Films. Das Lösungsmittel wurde durch Lufttrocknung bei 70ºC entfernt, und die erste Elektrode war fertig.
  • Auf die Elektrode wurde ein Membranträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen gelegt (Dicke: 18 Mikrometer; Porenvolumen: 85%; IBP: 1,75 kg/em²). Der Membranträgerfilm wurde mittels Bürste mit einer Flüssigzusammensetzung aus Isopropylalkohol überzogen, die 9 Gew.-% Perfluorsulfonsäureharz Nation® (hergestellt von DuPont Co.) enthielt und wurde bei 70ºC in Luft getrocknet. Die Schritte des Überziehens und Trocknens in Luft wurden fünfmal wiederholt, bis die Poren des Membranträgerfilms im wesentlichen vollständig gefüllt waren, und mit der Elektrode wurde die so hergestellte Ionenaustauschmembran vereint.
  • Ein als die erste Elektrode verwendeter Elektrodenträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen wurde auf die Ionenaustauschmembran der oben beschriebenen Anordnung gelegt. Es wurde eine zweite Elektrode gebildet und mit der Ionenaustauschmembran in der gleichen Weise und den gleichen Materialien verbunden, wie die erste Elektrode. Nach dem abschließenden Trocknungsschritt wurde von dem Propylen-Ablöseflachstück die einheitliche Elektroden-Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran/Elektroden-Anord- nung entfernt.
  • Diese Ausführungsform der Erfindung diente für den Aufbau einer Brennstoffzelle mit der im Beispiel 7 beschriebenen Ausgestaltung, bei Zuspeisung von Luft und Wasserstoff lieferte die Brennstoffzelle am Ausgang 0,62 Volt bei einer Stromdichte von 0,5 A/cm². Der Wechselstromwiderstand der Brenstoffzelle betrug 0,065 Ohm-cm².

Claims (14)

1. Einheitliche Anordnung für eine elektrochemische Zelle, umfassend:
eine nicht-poröse Verbundfeststoffpolymer-Ionenaustauschmembran mit einer ersten und einer zweiten ebenen Oberfläche;
wobei die nicht-poröse Verbund-Ionenaustauschmembran mindestens einen vorgeformten Membranträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen mit einer Dicke von 1 bis 20 Mikrometer aufweist, welcher Membranträgerfilm Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz enthält und durch dieses nicht-porös gemacht ist; und
eine erste Elektrode mit zwei ebenen Oberflächen, von denen eine Oberfläche in inniger Berührung mit der ersten Oberfläche der nicht-porösen Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran steht und an die Membran durch das Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz gebunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine zweite Elektrode mit einer Oberfläche in inniger Berührung mit der zweiten Oberfläche der nicht- porösen Verbundfeststoffpolymer-Ionenaustauschmembran, und an die Membran gebunden mittels des Feststoffpolymer-Ionenaustauschharzes.
3. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die erste Elektrode einen vorgeformten Elektrodenträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen aufweist, wobei der Elektrodenträgerfilm sowohl ein Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz als auch ein Katalysatormaterial enthält.
4. Anordnung nach Anspruch 3, bei der der vorgeformte Elektrodenträgerfilm außerdem ein nicht-katalytisches elektrisch leitendes Material enthält.
5. Anordnung nach Anspruch 3, bei der die zweite Oberfläche der ersten Elektrode in innige Berührung mit einem elektrisch leitenden Gasdiffusionsmaterial steht, wobei die erste Elektrode an dem elektrisch leitenden Material durch das Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz gebunden ist.
6. Anordnung nach Anspruch 4, bei der die zweite Oberfläche der ersten Elektrode in inniger Berührung mit einem elektrisch leitenden Gasdiffusionsmaterial steht, wobei die erste Elektrode an dem elektrisch leitenden Material durch das Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz gebunden ist.
7. Anordnung nach Anspruch 2, bei der die zweite Elektrode einen vorgeformten Elektrodenträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen enthält, wobei der Elektrodenträgerfilm sowohl ein Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz als auch ein Katalysatormaterial enthält.
8. Anordnung nach Anspruch 7, bei der der vorgeformte Elektrodenträgerfilm außerdem ein nicht-katalytisches, elektrisch leitendes Material enthält.
9. Anordnung nach Anspruch 7, bei der die zweite Oberfläche der zweiten Elektrode in inniger Berührung mit einem elektrisch leitenden Gasdiffusionsmaterial steht, wobei die zweite Elektrode an dem elektrisch leitenden Material durch das Feststoffpolymer-Elektrolytharz gebunden ist.
10. Anordnung nach Anspruch 8, bei der die zweite Oberfläche der zweiten Elektrode in inniger Berührung mit einem elektrisch leitenden Gasdiffusionsmaterial steht, wobei die zweite Elektrode an dem elektrisch leitenden Material durch das Feststoffpolymer-Elektrolytharz gebunden ist.
11. Einheitliche Anordnung für eine elektrochemische Zelle, umfassend:
eine nicht-poröse Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran mit einer ersten und einer zweiten ebenen Oberfläche; und
eine erste Elektrode mit zwei ebenen Oberflächen; wobei die erste Elektrode einen vorgeformten Elektrodenträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen mit einer Dicke von 3 bis 20 Mikrometern aufweist, und der Elektrodenträgerfilm sowohl ein Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz als auch ein Katalysatormaterial enthält;
wobei eine Oberfläche der ersten Elektrode in inniger Berührung mit der ersten Oberfläche der Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran steht und an der Membran durch das Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz gebunden ist.
12. Anordnung nach Anspruch 11, weiterhin umfassend:
eine zweite Elektrode, umfassend einen vorgeformten Elektrodenträgerfilm aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen, wobei der Elektrodenträgerfilm sowohl ein Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz als auch ein Katalysatormaterial enthält;
wobei eine Oberfläche der zweiten Elektrode in inniger Berührung mit der zweiten Oberfläche der Feststoffpolymer-Ionenaustauschmembran steht und an die Membran durch das Feststoffpolymer-Ionenaustauschharz gebunden ist.
13. Anordnung nach Anspruch 11, bei der der vorgeformte Elektrodenträgerfilm außerdem ein nicht-katalytisches, elektrisch leitendes Material enthält.
14. Anordnung nach Anspruch 12, bei der der vorgeformte Elektrodenträgerfilm außerdem ein nicht-katalytisches, elektrisch leitendes Material enthält.
DE69527033T 1994-12-07 1995-12-07 Ionenaustauschmembran-Elektrodeneinheit für eine elektrochemische Zelle Expired - Lifetime DE69527033T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30367294A JP3555999B2 (ja) 1994-12-07 1994-12-07 高分子電解質型燃料電池用高分子固体電解質・電極接合体の製造方法
JP30499194 1994-12-08
JP13177195A JP3481010B2 (ja) 1995-05-30 1995-05-30 高分子固体電解質膜／電極一体成形体及びその製法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69527033D1 DE69527033D1 (de) 2002-07-18
DE69527033T2 true DE69527033T2 (de) 2003-02-13

Family

ID=27316366

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69527033T Expired - Lifetime DE69527033T2 (de) 1994-12-07 1995-12-07 Ionenaustauschmembran-Elektrodeneinheit für eine elektrochemische Zelle

Country Status (3)

Country Link
US (2) US6054230A (de)
EP (2) EP1217680B1 (de)
DE (1) DE69527033T2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012018621A1 (de) * 2012-09-14 2014-04-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Alkali-Chalkogen-Batterie mit geringer Selbstentladung und hoher Zyklenfestigkeit und Leistung

Families Citing this family (135)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE37701E1 (en) * 1994-11-14 2002-05-14 W. L. Gore & Associates, Inc. Integral composite membrane
US6054230A (en) * 1994-12-07 2000-04-25 Japan Gore-Tex, Inc. Ion exchange and electrode assembly for an electrochemical cell
US5702755A (en) * 1995-11-06 1997-12-30 The Dow Chemical Company Process for preparing a membrane/electrode assembly
US6312845B1 (en) 1995-10-06 2001-11-06 The Dow Chemical Company Macroporous flow field assembly
WO1997013287A2 (en) * 1995-10-06 1997-04-10 The Dow Chemical Company Flow field structures for membrane electrode assemblies of fuel cells
US5863673A (en) * 1995-12-18 1999-01-26 Ballard Power Systems Inc. Porous electrode substrate for an electrochemical fuel cell
US5882810A (en) * 1996-03-08 1999-03-16 The Dow Chemicalcompany Active layer for membrane electrode assembly
DE19611510A1 (de) * 1996-03-23 1997-09-25 Degussa Gasdiffusionselektrode für Membranbrennstoffzellen und Verfahren zu ihrer Herstellung
JP3262708B2 (ja) * 1996-03-26 2002-03-04 日本電信電話株式会社 複合高分子電解質膜
AU2928397A (en) * 1996-04-30 1997-11-19 W.L. Gore & Associates, Inc. Integral multi-layered ion-exchange composite membranes
US6514561B1 (en) * 1996-11-06 2003-02-04 Dsm N.V. Electrolytic membrane, method of manufacturing it and use
EP0949703A1 (de) * 1996-12-27 1999-10-13 Japan Storage Battery Co., Ltd. Gasdiffusionselektrode, feste polymerelektrolytmembrane, verfahren zu deren herstellung und verwendung derselben in einer festpolymerelektrolytbrennstoffzelle
US6110333A (en) * 1997-05-02 2000-08-29 E. I. Du Pont De Nemours And Company Composite membrane with highly crystalline porous support
JPH1131520A (ja) * 1997-05-13 1999-02-02 Mazda Motor Corp 固体高分子型燃料電池
US6635384B2 (en) * 1998-03-06 2003-10-21 Gore Enterprise Holdings, Inc. Solid electrolyte composite for electrochemical reaction apparatus
JP2001517876A (ja) 1997-09-22 2001-10-09 ダブリュ．エル．ゴア アンド アソシエーツ，ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 電気化学的エネルギー貯蔵手段
CN1619868A (zh) 1997-11-25 2005-05-25 日本电池株式会社 固体高分子电解质－催化复合电极、燃料电池用电极及其制法
US6291091B1 (en) 1997-12-24 2001-09-18 Ballard Power Systems Inc. Continuous method for manufacturing a Laminated electrolyte and electrode assembly
DE19812592B4 (de) * 1998-03-23 2004-05-13 Umicore Ag & Co.Kg Membran-Elektroden-Einheit für Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie Tinte
DE19837669A1 (de) * 1998-08-20 2000-03-09 Degussa Katalysatorschicht für Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen
DE19844059A1 (de) 1998-09-25 2000-03-30 Degussa Elektrolysezelle und deren Verwendung
KR100280705B1 (ko) * 1998-11-05 2001-03-02 김순택 리튬 이온 폴리머 전지용 전극 활물질 조성물 및 이를 이용한리튬 이온 폴리머 전지용 전극판의 제조방법
EP1194973B1 (de) * 1999-04-30 2004-12-22 E.I. Du Pont De Nemours And Company Elektrochemische anwendungen von amorphen fluoropolymeren
DE19943244A1 (de) 1999-09-10 2001-03-15 Daimler Chrysler Ag Membran für eine Brennstoffzelle und Verfahren zur Herstellung
JP2001181876A (ja) * 1999-12-22 2001-07-03 Teeiku Wan Sogo Jimusho:Kk オゾン発生用電解セルとその製造方法
US6740445B1 (en) * 2000-02-29 2004-05-25 Ion Power, Inc. Coated fuel cell electrodes
US20030022054A1 (en) * 2000-03-03 2003-01-30 Didier Marsacq Method for preparing electrode-membrane assemblies, resulting assemblies and fuel cells comprising same
US6368365B1 (en) * 2000-03-23 2002-04-09 The Gillette Company Method of making a battery
JP4974403B2 (ja) 2000-05-31 2012-07-11 日本ゴア株式会社 固体高分子電解質型燃料電池
CN1214478C (zh) * 2000-07-06 2005-08-10 松下电器产业株式会社 电解质膜电极接合体的制造方法
WO2002026883A1 (fr) * 2000-09-27 2002-04-04 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Composition en dispersion de copolymere a base de perfluorocarbone
US6524736B1 (en) 2000-10-18 2003-02-25 General Motors Corporation Methods of preparing membrane electrode assemblies
JP2002216778A (ja) * 2001-01-15 2002-08-02 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池用電極およびその製造方法および固体高分子電解質型燃料電池
US7541308B2 (en) * 2001-04-11 2009-06-02 Cabot Corporation Fuel cells and other products containing modified carbon products
US7318972B2 (en) * 2001-09-07 2008-01-15 Itm Power Ltd. Hydrophilic polymers and their use in electrochemical cells
US6861489B2 (en) * 2001-12-06 2005-03-01 Gore Enterprise Holdings, Inc. Low equivalent weight ionomer
US7094851B2 (en) * 2001-12-06 2006-08-22 Gore Enterprise Holdings, Inc. Low equivalent weight ionomer
US6716549B2 (en) * 2001-12-27 2004-04-06 Avista Laboratories, Inc. Fuel cell having metalized gas diffusion layer
JP4294263B2 (ja) * 2002-05-21 2009-07-08 Ｊｓｒ株式会社 電極用触媒ペースト組成物
US6933003B2 (en) * 2002-06-13 2005-08-23 General Motors Corporation Method of making membrane electrode assemblies
JP3873825B2 (ja) * 2002-06-26 2007-01-31 株式会社デンソー 燃料電池およびその製造方法
EP1535950B1 (de) * 2002-07-08 2011-03-23 Asahi Glass Company, Limited Dispersion von ionenaustauscherpolymer, herstellungsverfahren dafür und verwendung davon
WO2004030132A1 (ja) * 2002-09-30 2004-04-08 Asahi Glass Company, Limited 電解質膜、その製造方法及び固体高分子型燃料電池
US20050183963A1 (en) * 2002-10-08 2005-08-25 Yuzo Mori Electrode for electrolytic processing
DE60331406D1 (de) * 2002-10-10 2010-04-08 Asahi Glass Co Ltd Brennstoffzelle und Herstellungsverfahren
CN100548449C (zh) * 2002-10-16 2009-10-14 阿奎泰克国际公司 离子交换介质的制备方法
US20060138042A1 (en) * 2002-10-24 2006-06-29 Kazutake Okamoto Heat-resistant film and composite ion-exchange membrane
KR100486728B1 (ko) * 2002-12-12 2005-05-03 삼성에스디아이 주식회사 나노복합전해질막 및 이를 채용한 연료전지
KR100493171B1 (ko) * 2003-02-08 2005-06-02 삼성에스디아이 주식회사 복합전해질막 및 이를 채용한 연료전지
US7056608B2 (en) 2003-02-14 2006-06-06 Relion, Inc. Current collector for use in a fuel cell
JP4068988B2 (ja) * 2003-02-20 2008-03-26 Ｊｓｒ株式会社 電解膜−電極基板複合体の製造方法
CA2520477A1 (en) * 2003-03-28 2004-10-14 Sumitomo Chemical Company, Limited Process for continuously producing polymerelectrolyte membrane and producing apparatus therefor
US6939636B2 (en) * 2003-04-28 2005-09-06 Relion, Inc. Air cooled fuel cell module
US7308510B2 (en) * 2003-05-07 2007-12-11 Intel Corporation Method and apparatus for avoiding live-lock in a multinode system
NO320029B1 (no) * 2003-07-07 2005-10-10 Revolt Technology As Fremgangsmate for fremstilling av gassdiffusjonselektroder
US20050042489A1 (en) * 2003-07-11 2005-02-24 Kenji Fukuta Laminate useful as a membrane-electrode assembly for fuel cells, production process therefor and a fuel cell provided with the laminate
EP1706914A2 (de) * 2003-12-23 2006-10-04 Universität Stuttgart Elektrochemische zellenanordnung in taschenförmiger bauweise
US20050181934A1 (en) * 2004-02-16 2005-08-18 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Catalyst supporting method for polymer electrolyte fuel cell
US8323675B2 (en) * 2004-04-20 2012-12-04 Genzyme Corporation Soft tissue prosthesis for repairing a defect of an abdominal wall or a pelvic cavity wall
US7662498B2 (en) * 2004-04-23 2010-02-16 Asahi Kasei Chemicals Corporation Polymer electrolyte composition containing aromatic hydrocarbon-based resin
JP2006116816A (ja) * 2004-10-21 2006-05-11 Sumitomo Chemical Co Ltd 積層体の製造方法及び製造装置
US7419732B2 (en) * 2005-02-11 2008-09-02 Gore Enterprise Holdings, Inc. Method for reducing degradation in a fuel cell
US9045607B2 (en) * 2005-06-28 2015-06-02 Samsung Sdi Co., Ltd. Polymer membrane and membrane-electrode assembly for fuel cell and fuel cell system comprising same
US8652705B2 (en) * 2005-09-26 2014-02-18 W.L. Gore & Associates, Inc. Solid polymer electrolyte and process for making same
CN1949568B (zh) * 2005-10-13 2010-09-29 比亚迪股份有限公司 燃料电池膜电极的制备方法
US20070087245A1 (en) * 2005-10-14 2007-04-19 Fuller Timothy J Multilayer polyelectrolyte membranes for fuel cells
US20070128425A1 (en) * 2005-12-07 2007-06-07 3M Innovative Properties Company Reinforced ion-conductive membranes
CN100515566C (zh) * 2005-12-12 2009-07-22 比亚迪股份有限公司 一种催化剂涂层膜的制备方法
US20070269698A1 (en) * 2005-12-13 2007-11-22 Horizon Fuel Cell Technologies Pte. Ltd Membrane electrode assembly and its manufacturing method
HUP0501204A2 (en) 2005-12-23 2007-07-30 Thales Rt Ozone generating electrolytic cell
US20080025898A1 (en) 2005-12-28 2008-01-31 Gennady Resnick Method of treating a material to achieve sufficient hydrophilicity for making hydrophilic articles
US8574716B2 (en) * 2006-01-23 2013-11-05 Hitachi Chemical Co., Ltd. Ionic polymer devices and methods of fabricating the same
US20090301875A1 (en) * 2006-01-23 2009-12-10 Hitachi Chemical Co., Ltd. Ionic polymer devices and methods of fabricating the same
EP1991606A2 (de) * 2006-01-23 2008-11-19 Hitachi Chemical Research Center, Inc. Ionomervorrichtungen und herstellungsverfahren dafür
JP5124097B2 (ja) * 2006-03-20 2013-01-23 日本ゴア株式会社 電解質膜及び固体高分子形燃料電池
US20070281198A1 (en) * 2006-06-01 2007-12-06 Lousenberg Robert D Membranes electrode assemblies prepared from fluoropolymer dispersions
JP4314493B2 (ja) * 2006-11-02 2009-08-19 信越化学工業株式会社 高分子電解質膜用パーフルオロポリエーテルゴム組成物及びイオン導電性高分子電解質膜
KR20090082457A (ko) * 2006-11-08 2009-07-30 비디에프 아이피 홀딩스 리미티드 연료 전지용 전극촉매층들 및 연료 전지용 전극촉매층들의 제조 방법들
US20080160356A1 (en) * 2006-12-08 2008-07-03 George Kisa Hayashi Shimizu Metal-Organic Solids for Use in Proton Exchange Membranes
US20080199749A1 (en) * 2007-02-16 2008-08-21 Conocophillilps Company Organic anodes for hydrocarbon fuel cells
CA2679594C (en) * 2007-02-21 2013-12-31 Asahi Kasei E-Materials Corporation Polymer electrolyte composition, polymer electrolyte membrane, membrane electrode assembly and solid polymer electrolyte-based fuel cell
JP2008288193A (ja) * 2007-04-19 2008-11-27 Toyota Motor Corp 燃料電池用補強型電解質膜、燃料電池用膜−電極接合体、及びそれを備えた固体高分子形燃料電池
US8026020B2 (en) 2007-05-08 2011-09-27 Relion, Inc. Proton exchange membrane fuel cell stack and fuel cell stack module
US9293778B2 (en) 2007-06-11 2016-03-22 Emergent Power Inc. Proton exchange membrane fuel cell
US20090042078A1 (en) * 2007-08-09 2009-02-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Surface-treated hydrocarbon-based polymer electrolyte membranes for direct oxidation fuel cells
US8003274B2 (en) 2007-10-25 2011-08-23 Relion, Inc. Direct liquid fuel cell
JP5333438B2 (ja) * 2008-03-21 2013-11-06 旭硝子株式会社 固体高分子形燃料電池用膜電極接合体および固体高分子形燃料電池
US8586259B2 (en) 2008-05-29 2013-11-19 Georgia Tech Research Corporation Proton exchange membranes based on heterocycles and acids through an organic-inorganic hybrid process
WO2010044436A1 (ja) 2008-10-17 2010-04-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用補強型電解質膜、燃料電池用膜－電極接合体、及びそれを備えた固体高分子形燃料電池
US8389177B2 (en) * 2008-12-22 2013-03-05 Gm Global Technology Operations Combined subgasket and membrane support
JP5725744B2 (ja) 2010-07-01 2015-05-27 日本ゴア株式会社 離型フィルムを用いて複合化シートを積層する方法、その方法による積層物、ならびにその方法に用いる離型フィルム
US20120202099A1 (en) * 2011-02-08 2012-08-09 United Technologies Corporation Flow battery having a low resistance membrane
WO2012160445A2 (en) * 2011-05-23 2012-11-29 Exonomer Pty Ltd Expanded ionomers and their uses
KR101890747B1 (ko) 2011-11-03 2018-10-01 삼성전자주식회사 이온 교환막 충전용 조성물, 이온 교환막의 제조방법, 이온 교환막 및 레독스 플로우 전지
CA2859829C (en) 2011-12-19 2020-04-21 National Research Council Of Canada Co-extruded ultra thin films
US9382274B2 (en) 2012-07-27 2016-07-05 Lockheed Martin Advanced Energy Storage, Llc Aqueous redox flow batteries featuring improved cell design characteristics
US9768463B2 (en) 2012-07-27 2017-09-19 Lockheed Martin Advanced Energy Storage, Llc Aqueous redox flow batteries comprising metal ligand coordination compounds
US9692077B2 (en) 2012-07-27 2017-06-27 Lockheed Martin Advanced Energy Storage, Llc Aqueous redox flow batteries comprising matched ionomer membranes
US8691413B2 (en) 2012-07-27 2014-04-08 Sun Catalytix Corporation Aqueous redox flow batteries featuring improved cell design characteristics
US9559374B2 (en) 2012-07-27 2017-01-31 Lockheed Martin Advanced Energy Storage, Llc Electrochemical energy storage systems and methods featuring large negative half-cell potentials
US9899694B2 (en) 2012-07-27 2018-02-20 Lockheed Martin Advanced Energy Storage, Llc Electrochemical energy storage systems and methods featuring high open circuit potential
US10164284B2 (en) 2012-07-27 2018-12-25 Lockheed Martin Energy, Llc Aqueous redox flow batteries featuring improved cell design characteristics
US8753761B2 (en) 2012-07-27 2014-06-17 Sun Catalytix Corporation Aqueous redox flow batteries comprising metal ligand coordination compounds
US9865893B2 (en) 2012-07-27 2018-01-09 Lockheed Martin Advanced Energy Storage, Llc Electrochemical energy storage systems and methods featuring optimal membrane systems
CN102978648A (zh) * 2012-12-05 2013-03-20 吉首市汇锋矿业有限责任公司 用于制备钒电池电解液的电解装置及电解池组
EP2842620A1 (de) 2013-08-26 2015-03-04 Agfa-Gevaert Verfahren zur Herstellung einer Verbundmembran
US20150096884A1 (en) 2013-10-07 2015-04-09 W. L. Gore & Associates, Inc. Humidification Control Device
EP3065209B1 (de) 2013-11-29 2019-04-10 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Polymerelektrolytfilm
TWI586689B (zh) 2013-11-29 2017-06-11 Daikin Ind Ltd Modified polytetrafluoroethylene powder and uniaxially stretched porous body
EP3075767A4 (de) 2013-11-29 2017-07-05 Daikin Industries, Ltd. Poröser körper, polymerelektrolytmembran, filtermaterial für filter und filtereinheit
US10644339B2 (en) 2013-11-29 2020-05-05 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Polymer electrolyte membrane
MX2017004888A (es) 2014-11-26 2017-07-27 Lockheed Martin Advanced Energy Storage Llc Complejos de metales de catecolatos sustituidos y baterias de flujo redox que los contienen.
US10367217B2 (en) 2015-02-09 2019-07-30 W. L. Gore & Associates, Inc. Membrane electrode assembly manufacturing process
US10253051B2 (en) 2015-03-16 2019-04-09 Lockheed Martin Energy, Llc Preparation of titanium catecholate complexes in aqueous solution using titanium tetrachloride or titanium oxychloride
DE112016003948T5 (de) 2015-08-31 2018-05-09 City Of Sapporo Molekulare verfahren zum beurteilen einer urothelialen erkrankung
US10316047B2 (en) 2016-03-03 2019-06-11 Lockheed Martin Energy, Llc Processes for forming coordination complexes containing monosulfonated catecholate ligands
US10644342B2 (en) 2016-03-03 2020-05-05 Lockheed Martin Energy, Llc Coordination complexes containing monosulfonated catecholate ligands and methods for producing the same
US9938308B2 (en) 2016-04-07 2018-04-10 Lockheed Martin Energy, Llc Coordination compounds having redox non-innocent ligands and flow batteries containing the same
US10377687B2 (en) 2016-07-26 2019-08-13 Lockheed Martin Energy, Llc Processes for forming titanium catechol complexes
US10343964B2 (en) 2016-07-26 2019-07-09 Lockheed Martin Energy, Llc Processes for forming titanium catechol complexes
US10065977B2 (en) 2016-10-19 2018-09-04 Lockheed Martin Advanced Energy Storage, Llc Concerted processes for forming 1,2,4-trihydroxybenzene from hydroquinone
US10930937B2 (en) 2016-11-23 2021-02-23 Lockheed Martin Energy, Llc Flow batteries incorporating active materials containing doubly bridged aromatic groups
US10497958B2 (en) 2016-12-14 2019-12-03 Lockheed Martin Energy, Llc Coordinatively unsaturated titanium catecholate complexes and processes associated therewith
US10741864B2 (en) 2016-12-30 2020-08-11 Lockheed Martin Energy, Llc Aqueous methods for forming titanium catecholate complexes and associated compositions
US10320023B2 (en) 2017-02-16 2019-06-11 Lockheed Martin Energy, Llc Neat methods for forming titanium catecholate complexes and associated compositions
CN108425132B (zh) * 2018-02-11 2019-08-02 中氧科技（广州）有限公司 一种臭氧电解池阳极催化剂膜板的制备方法
US10593372B2 (en) 2018-07-20 2020-03-17 Seagate Technology Llc Dehumidifying devices, and data storage devices having one or more dehumidifying devices
JP7209221B2 (ja) 2018-07-23 2023-01-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電気化学式水素ポンプ
US11177498B1 (en) 2018-10-15 2021-11-16 Ampcera Inc. Redox flow batteries, components for redox flow batteries and methods for manufacture thereof
US11819806B1 (en) 2018-10-15 2023-11-21 Ampcera Inc. Methods for manufacturing a solid state ionic conductive membrane on a macro porous support scaffold
KR102090616B1 (ko) * 2018-12-17 2020-03-19 (주) 시온텍 복합 축전식 탈염 전극의 제조 방법, 복합 축전식 탈염 전극 및 조립체
US11600853B1 (en) 2019-05-14 2023-03-07 Ampcera Inc. Systems and methods for storing, transporting, and handling of solid-state electrolytes
KR20220034204A (ko) * 2019-07-11 2022-03-17 니뽄 고아 고도가이샤 전해질 막 또는 막 전극 어셈블리의 제조에 사용하기 위한 이형 필름
CN112467184A (zh) * 2020-11-25 2021-03-09 上海汽车集团股份有限公司 一种增强型质子交换膜及其制备方法
US20230307677A1 (en) * 2022-03-25 2023-09-28 Advent Technologies Holdings, Inc. ELECTRODE STRUCTURES FOR MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLIES OPERATING GREATER THAN 8OºC

Family Cites Families (102)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2681319A (en) 1951-01-10 1954-06-15 Rohm & Haas Permselective films of anionexchange resins
US2827426A (en) 1954-02-12 1958-03-18 Rohm & Haas Cationic permselective membranes and their use in electrolysis
US2951818A (en) 1955-02-10 1960-09-06 Bayer Ag Ion exchanger membranes from polyvinylidene chloride and phenolic resin reactants
US2965697A (en) 1956-11-05 1960-12-20 Electric Storage Battery Co Battery diaphragm
US3692569A (en) * 1970-02-12 1972-09-19 Du Pont Surface-activated fluorocarbon objects
CA962021A (en) * 1970-05-21 1975-02-04 Robert W. Gore Porous products and process therefor
JPS5171888A (en) * 1974-12-19 1976-06-22 Sumitomo Electric Industries Sekisokozokaranaru fuirumu oyobi sonoseizohoho
US4012303A (en) * 1974-12-23 1977-03-15 Hooker Chemicals & Plastics Corporation Trifluorostyrene sulfonic acid membranes
US4065534A (en) 1976-04-20 1977-12-27 Ppg Industries, Inc. Method of providing a resin reinforced asbestos diaphragm
JPS53149881A (en) * 1977-06-03 1978-12-27 Asahi Glass Co Ltd Strengthened cation exchange resin membrane and production thereof
US4207163A (en) 1977-09-26 1980-06-10 Olin Corporation Diaphragms for use in the electrolysis of alkali metal chlorides
US4207164A (en) 1977-10-03 1980-06-10 Olin Corporation Diaphragms for use in the electrolysis of alkali metal chlorides
DE2857627C2 (de) 1977-12-09 1982-12-30 General Electric Co., Schenectady, N.Y. Kombinierte Elektrolyt- und Elektrodenstruktur
US4224121A (en) 1978-07-06 1980-09-23 General Electric Company Production of halogens by electrolysis of alkali metal halides in an electrolysis cell having catalytic electrodes bonded to the surface of a solid polymer electrolyte membrane
US4262041A (en) 1978-02-02 1981-04-14 Kanegafuchi Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Process for preparing a composite amphoteric ion exchange membrane
IT1110461B (it) 1978-03-01 1985-12-23 Oronzio De Nora Impianti Membrane anioniche costituite da copolimeri di (2) o (4)-vinilpiridina con divinilbenzene o con monomeri vinilici alogenati
JPS55145540A (en) 1979-04-28 1980-11-13 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd Joining method of cation exchange membrane
US4210510A (en) 1979-07-25 1980-07-01 Bendix Autolite Corporation Gas sensor with closely wound termination springs
ATE24550T1 (de) * 1980-01-29 1987-01-15 Atochem Diaphragma fuer die elektrolyse und verfahren zu seiner herstellung.
US4774039A (en) 1980-03-14 1988-09-27 Brunswick Corporation Dispersing casting of integral skinned highly asymmetric polymer membranes
US4629563B1 (en) 1980-03-14 1997-06-03 Memtec North America Asymmetric membranes
US4313832A (en) 1980-06-12 1982-02-02 Rohm And Haas Company Method for treatment of aqueous solutions with ion exchange fibers
US4518650A (en) * 1980-07-11 1985-05-21 E. I. Du Pont De Nemours And Company Protective clothing of fabric containing a layer of highly fluorinated ion exchange polymer
US4469744A (en) * 1980-07-11 1984-09-04 E. I. Du Pont De Nemours And Company Protective clothing of fabric containing a layer of highly fluorinated ion exchange polymer
US4311567A (en) * 1980-11-17 1982-01-19 Ppg Industries, Inc. Treatment of permionic membrane
JPS57137490A (en) 1981-01-16 1982-08-25 Du Pont Film, electrochemical tank and electrolytic method
JPS5847471B2 (ja) * 1981-02-13 1983-10-22 工業技術院長 電解用接合体の製造法
AU555658B2 (en) 1981-04-03 1986-10-02 Eli Lilly And Company Benzothiophene compounds
US4433082A (en) * 1981-05-01 1984-02-21 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for making liquid composition of perfluorinated ion exchange polymer, and product thereof
US4453991A (en) * 1981-05-01 1984-06-12 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for making articles coated with a liquid composition of perfluorinated ion exchange resin
US4528083A (en) * 1983-04-15 1985-07-09 United Technologies Corporation Device for evolution of oxygen with ternary electrocatalysts containing valve metals
JPS6084590A (ja) 1983-10-17 1985-05-13 キヤノン株式会社 画像処理システム
US4664801A (en) 1983-10-27 1987-05-12 Brunswick Corporation Filter cartridge sealing composition and process therefor
IL72506A (en) 1984-07-25 1987-08-31 Univ Ben Gurion Ion-exchange membranes and processes for the preparation thereof
JPS61130347A (ja) * 1984-11-30 1986-06-18 Asahi Glass Co Ltd 新規な電解用複層隔膜
JPS61276987A (ja) * 1985-06-03 1986-12-06 Agency Of Ind Science & Technol ガス及び液透過性電極用材料
EP0241432B1 (de) * 1986-03-07 1993-08-11 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. Gasdurchlässige Elektrode
JPS6311979A (ja) * 1986-03-12 1988-01-19 Hitachi Metals Ltd 電子写真用ヒ−トロ−ル
US4816431A (en) * 1986-04-03 1989-03-28 Nagakazu Furuya Process for preparing materials for reaction layer of gas permeable electrode
US5256503A (en) 1986-04-07 1993-10-26 Scimat Limited Process for making a composite membrane
JPS62280230A (ja) 1986-05-30 1987-12-05 Asahi Glass Co Ltd 補強された複層イオン交換隔膜
US4698243A (en) * 1986-06-20 1987-10-06 The Dow Chemical Company Method for sizing and hydrolyzing polytetrafluoroethylene fabrics, fibers, yarns, or threads
US4849311A (en) * 1986-09-24 1989-07-18 Toa Nenryo Kogyo Kabushiki Kaisha Immobilized electrolyte membrane
DE3784480D1 (de) 1986-12-05 1993-04-08 Ciba Geigy Ag Abluftreinigungsverfahren.
JPS63187574A (ja) * 1987-01-29 1988-08-03 Japan Gore Tex Inc 燃料電池電極−マトリクス一体成形体及びその製法
US4863604A (en) 1987-02-05 1989-09-05 Parker-Hannifin Corporation Microporous asymmetric polyfluorocarbon membranes
US4804592A (en) * 1987-10-16 1989-02-14 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Composite electrode for use in electrochemical cells
BR8807357A (pt) * 1987-12-14 1990-05-22 Hughes Aircraft Co Aparelho de eletrodos
US4865925A (en) * 1987-12-14 1989-09-12 Hughes Aircraft Company Gas permeable electrode for electrochemical system
JPH01194927A (ja) 1988-01-27 1989-08-04 Japan Gore Tex Inc 水蒸気選択透過膜
US4902308A (en) * 1988-06-15 1990-02-20 Mallouk Robert S Composite membrane
US4865930A (en) * 1988-10-27 1989-09-12 Hughes Aircraft Company Method for forming a gas-permeable and ion-permeable membrane
US5041195A (en) * 1988-11-17 1991-08-20 Physical Sciences Inc. Gold electrocatalyst, methods for preparing it, electrodes prepared therefrom and methods of using them
US5133842A (en) * 1988-11-17 1992-07-28 Physical Sciences, Inc. Electrochemical cell having electrode comprising gold containing electrocatalyst
US4954388A (en) * 1988-11-30 1990-09-04 Mallouk Robert S Fabric reinforced composite membrane
US4990228A (en) 1989-02-28 1991-02-05 E. I. Du Pont De Nemours And Company Cation exchange membrane and use
US4985296A (en) * 1989-03-16 1991-01-15 W. L. Gore & Associates, Inc. Polytetrafluoroethylene film
US5183545A (en) * 1989-04-28 1993-02-02 Branca Phillip A Electrolytic cell with composite, porous diaphragm
US5094895A (en) * 1989-04-28 1992-03-10 Branca Phillip A Composite, porous diaphragm
US5075006A (en) 1989-08-09 1991-12-24 Exxon Research And Engineering Company Isocyanurate crosslinked polyurethane membranes and their use for the separation of aromatics from non-aromatics
DE59005259D1 (de) 1989-10-31 1994-05-11 Gkn Automotive Ag Faltenbalg.
US5154827A (en) 1990-01-22 1992-10-13 Parker-Nannifin Corporation Laminated microporous fluorocarbon membrane and fluorocarbon filter cartridge using same
WO1991014021A1 (en) * 1990-03-13 1991-09-19 Japan Gore-Tex Inc. Sheet electrode material containing ion exchange resin, composite material thereof, and production thereof
US5066403A (en) 1990-07-12 1991-11-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Process for separating azeotropic or close-boiling mixtures by use of a composite membrane, the membrane, and its process of manufacture
US5521023A (en) * 1990-08-16 1996-05-28 Kejha; Joseph B. Composite electrolytes for electrochemical devices
CA2090970A1 (en) 1990-09-20 1992-04-02 Raymond Singleton Polymer membrane
JPH04162365A (ja) * 1990-10-25 1992-06-05 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 燃料電池用電極の作製法
US5082472A (en) * 1990-11-05 1992-01-21 Mallouk Robert S Composite membrane for facilitated transport processes
US5275725A (en) 1990-11-30 1994-01-04 Daicel Chemical Industries, Ltd. Flat separation membrane leaf and rotary separation apparatus containing flat membranes
US5183713A (en) * 1991-01-17 1993-02-02 International Fuel Cells Corporation Carbon monoxide tolerant platinum-tantalum alloyed catalyst
US5234777A (en) * 1991-02-19 1993-08-10 The Regents Of The University Of California Membrane catalyst layer for fuel cells
JP3077113B2 (ja) * 1991-03-15 2000-08-14 ジャパンゴアテックス株式会社 白金族または白金族合金をめっきした微細多孔質フッ素樹脂材およびその製造法
JPH0575835A (ja) * 1991-09-10 1993-03-26 Kobe Nippon Denki Software Kk イメージデータへの文字データ埋め込み印刷方式
EP0545068A3 (en) 1991-11-08 1993-12-22 Du Pont Wetting of diaphragms
US5336384A (en) * 1991-11-14 1994-08-09 The Dow Chemical Company Membrane-electrode structure for electrochemical cells
US5266421A (en) * 1992-05-12 1993-11-30 Hughes Aircraft Company Enhanced membrane-electrode interface
US5350643A (en) * 1992-06-02 1994-09-27 Hitachi, Ltd. Solid polymer electrolyte type fuel cell
ATE171003T1 (de) * 1992-06-11 1998-09-15 Canon Kk Anzeigevorrichtung
EP0574791B1 (de) 1992-06-13 1999-12-22 Aventis Research & Technologies GmbH & Co. KG Polymerelektrolyt-Membran und Verfahren zu ihrer Herstellung
US5209850A (en) 1992-06-19 1993-05-11 W. L. Gore & Associates, Inc. Hydrophilic membranes
JPH0629032A (ja) * 1992-07-08 1994-02-04 Sumitomo Electric Ind Ltd 高分子電解質膜及びその製造法
US5273694A (en) * 1992-08-28 1993-12-28 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for making ion exchange membranes and films
JPH0684590A (ja) * 1992-09-01 1994-03-25 Hitachi Chem Co Ltd 容量性発光体の駆動装置
JP3271801B2 (ja) 1992-09-22 2002-04-08 田中貴金属工業株式会社 高分子固体電解質型燃料電池、該燃料電池の加湿方法、及び製造方法
US5523181A (en) 1992-09-25 1996-06-04 Masahiro Watanabe Polymer solid-electrolyte composition and electrochemical cell using the composition
US5228994A (en) 1992-10-13 1993-07-20 Millipore Corporation Composite microporous membranes
US5415888A (en) * 1993-04-26 1995-05-16 E. I. Du Pont De Nemours And Company Method of imprinting catalytically active particles on membrane
US5766787A (en) 1993-06-18 1998-06-16 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. Solid polymer electrolyte composition
DE69404602T2 (de) 1993-10-07 1998-01-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd Herstellungsverfahren eines Separators für eine Lithium-Sekundärbatterie und eine Lithium-Sekundärbatterie mit organischem Elektrolyt, die einen solchen Separator verwendet
US5599638A (en) * 1993-10-12 1997-02-04 California Institute Of Technology Aqueous liquid feed organic fuel cell using solid polymer electrolyte membrane
US5447636A (en) 1993-12-14 1995-09-05 E. I. Du Pont De Nemours And Company Method for making reinforced ion exchange membranes
JPH07196831A (ja) * 1993-12-28 1995-08-01 Japan Gore Tex Inc ポリテトラフルオロエチレン多孔膜とその製造方法
US5468574A (en) * 1994-05-23 1995-11-21 Dais Corporation Fuel cell incorporating novel ion-conducting membrane
US5545475A (en) 1994-09-20 1996-08-13 W. L. Gore & Associates Microfiber-reinforced porous polymer film and a method for manufacturing the same and composites made thereof
US5795668A (en) * 1994-11-10 1998-08-18 E. I. Du Pont De Nemours And Company Fuel cell incorporating a reinforced membrane
US5547551A (en) * 1995-03-15 1996-08-20 W. L. Gore & Associates, Inc. Ultra-thin integral composite membrane
US6254978B1 (en) 1994-11-14 2001-07-03 W. L. Gore & Associates, Inc. Ultra-thin integral composite membrane
US5599614A (en) * 1995-03-15 1997-02-04 W. L. Gore & Associates, Inc. Integral composite membrane
US6054230A (en) 1994-12-07 2000-04-25 Japan Gore-Tex, Inc. Ion exchange and electrode assembly for an electrochemical cell
US5672438A (en) 1995-10-10 1997-09-30 E. I. Du Pont De Nemours And Company Membrane and electrode assembly employing exclusion membrane for direct methanol fuel cell
US5672439A (en) * 1995-12-18 1997-09-30 Ballard Power Systems, Inc. Method and apparatus for reducing reactant crossover in an electrochemical fuel cell
US6130175A (en) 1997-04-29 2000-10-10 Gore Enterprise Holdings, Inc. Integral multi-layered ion-exchange composite membranes

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012018621A1 (de) * 2012-09-14 2014-04-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Alkali-Chalkogen-Batterie mit geringer Selbstentladung und hoher Zyklenfestigkeit und Leistung

Also Published As

Publication number Publication date
DE69527033D1 (de) 2002-07-18
EP1217680B1 (de) 2013-03-27
US6054230A (en) 2000-04-25
EP0718903A1 (de) 1996-06-26
US20030152820A1 (en) 2003-08-14
EP1217680A2 (de) 2002-06-26
EP0718903B1 (de) 2002-06-12
EP1217680A3 (de) 2004-10-20
US7125626B2 (en) 2006-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69527033T2 (de) Ionenaustauschmembran-Elektrodeneinheit für eine elektrochemische Zelle
DE112015001388B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer mit Katalysator beschichteten Membran-Versiegelungs-Anordnung
EP1114475B1 (de) Gasdiffusionsstruktur senkrecht zur membran von polymerelektrolyt-membran brennstoffzellen
EP1198021B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektrodeneinheit für Brennstoffzellen
DE102010020142B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines mit Katalysator beschichteten Gasdiffusionsmediums
EP0868760B1 (de) Kontinuierliches verfahren zur herstellung von membran-elektroden-verbunden (mea)
DE60004594T2 (de) Geschichtete Kohlenstoffelektrode für elektrochemische Zellen
DE10151458B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Elektrode auf einem Substrat, Verfahren zur Herstellung einer Membranelektrodensubstrat-Baugruppe und Membranelektrodensubstrat-Baugruppen
DE102006048612B4 (de) Diffusionsmedium für eine PEM-Brennstoffzelle, Verfahren zu seiner Herstellung, Brennstoffzellenstapel und Verfahren zur Verbesserung der Leistung eines PEM-Brennstoffzellenstapels
DE60016924T2 (de) Elektrochemische anwendungen von amorphen fluoropolymeren
DE102007013416B4 (de) Membranelektrodenanordnung zur Verwendung in einer Festpolymerelektrolyt-Brennstoffzelle
WO2005006473A2 (de) Membran-elektroden-einheit für elektrochemische vorrichtungen
DE112007000928B4 (de) Brennstoffzellen-Elektrode und Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzellen-Elektrode, Membran-Elektroden-Einheit und Verfahren zum Herstellen der Membran-Elektroden-Einheit und Festpolymer-Brennstoffzelle
DE10222090A1 (de) Brennstoffzelle, Elektrode für eine Brennstoffzelle und Herstellungsverfahren einer Elektrode für eine Brennstoffzelle
DE102009004054A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Protonenaustauschmembran unter Verwendung einer Gasdiffusionselektrode als Substrat
DE102013205284B4 (de) Elektrodenanordnung mit integrierter Verstärkungsschicht
DE112004001842T5 (de) Verfahren zum Herstellen von Membranelektrodenanordnungen
DE112004002665T5 (de) Haltbares, mit einem Katalysator einer Membranelektrodenanordnung beschichtetes Diffusionsmedium ohne Laminierung an die Membran
DE102010020166B4 (de) Verfahren zum Überführen einer nanostrukturierten dünnen Katalysatorschicht von einem tragenden Substrat zu einem Transfersubstrat
DE102018003424A1 (de) Verbesserte katalysatorbeschichtete Membranen und Herstellungsverfahren für Brennstoffzellen
DE102018109817A1 (de) Membran-elektroden-gasdiffusionsschicht-anordnung und verfahren zu deren herstellung
DE112020001053T5 (de) Kathodenkatalysatorschicht für eine Brennstoffzelle, und Brennstoffzelle
DE10247452A1 (de) Elektrode für Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle
DE602004010021T2 (de) Tinte zur Herstellung einer Katalysatorschicht, Elektrode und Membran-Elektrode-Anordnung in denen solche Tinte verwendet wird
DE102015118426B4 (de) Membranelektrodenanordnung und Brennstoffzelle

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition