EP1338055A1 - Verfahren zur katalysatorabscheidung - Google Patents

Verfahren zur katalysatorabscheidung

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EP1338055A1
EP1338055A1 EP01989360A EP01989360A EP1338055A1 EP 1338055 A1 EP1338055 A1 EP 1338055A1 EP 01989360 A EP01989360 A EP 01989360A EP 01989360 A EP01989360 A EP 01989360A EP 1338055 A1 EP1338055 A1 EP 1338055A1
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EP
European Patent Office
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catalyst
carbon
deposition
layer
fuel cell
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01989360A
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English (en)
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Inventor
Rolf Hempelmann
Heinz Schmitz
Marc-Simon LÖFFLER
Harald Natter
Jiri Divisek
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Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
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Publication date
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    • 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
    • H01M4/881—Electrolytic membranes
    • 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
    • H01M4/8842—Coating using a catalyst salt precursor in solution followed by evaporation and reduction of the precursor
    • 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]
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the central element of a fuel cell is the membrane electrode assembly (MEA), which is composed of sandwich-like layers of electrode / membrane / electrode.
  • MEA membrane electrode assembly
  • ion-conducting solid electrolyte membranes based on polymers are used.
  • the anode for the oxygen oxidation and the cathode for the oxygen reduction are predominantly coated with platinum, the anode for the methanol oxidation of the direct methanol fuel cell (DMFC) is coated with platinum-ruthenium, for example.
  • the principle of a fuel cell is known from the publication "K. Kordesch, G. Simander: Fuel Cells and their Applications, VCH Weinheim, 1996".
  • Various methods for producing membrane electrode assemblies (MEA) for fuel cells are also described therein.
  • the catalytically active layer is therefore at the phase boundary between the gas diffusion sion layer (backing layer) and the polymer electrolyte.
  • the carbon-supported precious metal catalysts are usually obtained by chemical reduction of a salt on the surface of the coal. Commercially available powders are also used less frequently as unsupported catalysts.
  • an electrolytic deposition of a catalyst metal from an electroplating bath is carried out by making the catalyst layer the cathode for the deposition.
  • This process requires expensive electroplating baths containing precious metals, which have to be worked up in a complex and costly manner, and the use of the precious metal dissolved in the electroplating bath is very limited, so that the advantages obtained by optimized deposition, for example can be reversed by flushing processes.
  • the object of the invention is to provide a simple method for the deposition of a catalyst, in particular a noble metal catalyst, which does not require the direct application of an external voltage.
  • a carbon carrier is suitable for carrying a pseudo-capacitive charge.
  • a pseudo capacity of a carbon carrier is present when it is able to have an oxidizing and / or reducing effect in the electrochemical sense.
  • the active groups on the surface of a carbon support are able to store an electrical charge.
  • graphite or activated carbon pick up electrons on an auxiliary electrode and are even present in a reduced form.
  • the graphite or activated carbon can then be oxidized again by donating electrons to another system (e.g. Pt / Pt 2+ ) and the other system can be reduced.
  • the reduced form of the activated carbon Vulcan XC72 has a redox potential of 337 mV against NHE (normal hydrogen electrode) at a pH value of 7.73. This value is 183 mV more negative than the corresponding potential position of the redox pair Pt / Pt 2+ , so that the Vulcan coal can reduce the platinum from a solution due to the pseudo-capacitive effect.
  • the catalytically active layer of a fuel cell typically contains a carbon carrier, in particular also activated carbon. It has been found in the context of the invention that some of the types of carbon which are suitable as carrier materials allow the cathodic reduction of a water or Nafion-soluble noble metal salt to take place directly in the active layer.
  • the manufacture of the carbon carrier, e.g. B. the activated carbon suitably brought to a potential that is able to reduce the metallic salt solution.
  • the precursor layer of a fuel cell electrode is then prepared from this coal.
  • the precursor is applied to the membrane using a suitable method (eg spraying, screen printing, brushing). This precursor layer contains activated carbon which is in contact with Nafion distributed in the layer. These contact points represent the potential active three-phase limits.
  • a Nafion solution of a noble metal salt is now added to the electrode (preferably noble metal salts such as Pt salts or noble metal salt mixtures such as Pt / Ru salts), distributed this along the Nafion paths and is electrochemically deposited in situ at the three-phase borders with the activated carbon.
  • a noble metal salt preferably noble metal salts such as Pt salts or noble metal salt mixtures such as Pt / Ru salts
  • the resulting nitric acid is flushed out in the early stages of fuel cell operation, similar to the other water-soluble auxiliaries, e.g. B. Glycerin.
  • An advantageous embodiment of the method according to claim 2 uses carbon black or activated carbon as a particularly suitable carbon carrier.
  • a further advantageous embodiment of the method according to claim 3 provides for the carbon carrier to be presented in the form of a precursor layer.
  • the MEA membrane electrode assembly
  • the deposition of the metallic catalyst takes place directly at the three-phase zone.
  • the ionic metal catalyst in the form of an electrolyte solution to the carbon support.
  • the aforementioned method is particularly suitable for the production of membrane electrode Units for fuel cells.
  • No external electric field is required to deposit the catalyst.
  • no electrical contacts are necessary.
  • the pseudo-capacitive charge can already be achieved during the manufacturing process of the carbon carrier, so that the subsequent catalyst separation can take place completely independently of a voltage supply.
  • the deposition also advantageously takes place at the three-phase zone.
  • FIG. 1 Schematic representation of an MEA (membrane-electrode assembly of a fuel cell with the membrane, the precursor layer, comprising carbon particles and deposited platinum particles and the gas diffusion layer).
  • MEA membrane-electrode assembly of a fuel cell with the membrane, the precursor layer, comprising carbon particles and deposited platinum particles and the gas diffusion layer.
  • FIG. 2 Cyclic voltamogram (current versus potential measured against the reversible hydrogen electrode -RHE) for the platinum deposited in the precursor layer from the Pt (N0 3 ) 2 as an ionic compound.
  • the current / time integral of the hydrogen desorption between 0 and 300 mV is characteristic for the in-situ formation of the Pt catalyst.
  • FIG. 3 Representation of the curves for the cell voltage versus the current density for a fuel cell: a) without a catalyst layer, b) with a catalyst layer, produced by electrodeposition, c) with a catalyst layer, produced by the capacitive deposition according to the invention.
  • Vulcan XC-72 4 mg / cm 2 each
  • the discharge of the coal creates nanocrystalline Pt, which is suitable as a catalyst for the fuel cell.
  • the electrochemical activity is demonstrated by the hydrogen storage capacity in the hydrogen potential area (FIG. 2: Cyclic voltammogram). This figure shows that the electrochemical see activity is quite comparable to that of the electrochemically deposited Pt coatings.
  • MEAs membrane electrode assemblies
  • the function of an MEA produced by the method according to the invention in a fuel cell is shown in FIG. 3.
  • the iR-corrected curve of the function as a fuel cell also shows that the performance is, on the one hand, much better than without Pt coating, and on the other hand comparable to that of the electrochemically deposited Pt coatings.
  • An iR corrected curve is to be understood as the cell voltage that would result if all disturbing ohmic potential drops were eliminated. This adjusted cell voltage is generally understood as a criterion for the electrochemical activity of the electrodes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden eines Katalysators, insbesondere ein Verfahren zum Beschichten einer Membran-Elektroden-Einheit (MEA) für eine Brennstoffzelle. Das Verfahren benötigt dabei kein äusseres elektrisches Feld, wie sonst bei galvanotechnischen Verfahren üblich. Der Träger der Katalysatorschicht wird zunächst kapazitiv aufgeladen (Pseudokapazität). Im Kontakt mit einer Elektrolytlösung, die den Katalysator in Form gelöster Metallsylzionen aufweist, kommt es dann an den Kontaktstellen zu einer in-situ Reduktion (Abscheidung) der Metallsalzionen zum metallischen Katalysator.

Description

B e s c h r e i b u n g
Verfahren zur Katalysatorabscheidung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abscheidung eines Katalysators, insbesondere die Abscheidung eines Katalysators als Beschichtung einer Membran-Elektroden- Einheit einer Brennstoffzelle.
Stand der Technik
Das zentrale Element einer Brennstoffzelle stellt die Membran-Elektroden-Einheit (MEA) dar, die aus sand- wichartig angeordneten Schichten aus Elektrode/Membran/Elektrode zusammengesetzt ist. Für Brennstoffzellen mit einem Betriebstemperaturbereich von 0 bis 150 °C werden ionenleitende Festelektrolyt -Membranen auf Polymerbasis verwendet. Die Anode für die asser- stoffoxidation und die Kathode für die Sauerstoffreduk- tion sind vorwiegend mit Platin, die Anode für die Me- thanoloxidation der Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC) ist beispielsweise mit Platin-Ruthenium belegt.
Das Prinzip einer Brennstoffzelle ist aus der Druckschrift "K. Kordesch, G. Simander: Fuel Cells and their Applications, VCH Weinheim, 1996 " bekannt. Hierin werden ferner verschiedene Verfahren zur Herstellung von Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) für Brennstoffzellen beschrieben. Die katalytisch aktive Schicht befindet sich demnach an der Phasengrenze zwischen der Gasdiffu- sionsschicht (backing layer) und dem Polymerelektroly- ten.
Die Aufbringung des Katalysators kann typischerweise auf zwei Wegen erfolgen. Einerseits kann die Elektrode durch Auftragen einer dünnen Platinschicht oder eines kohlenstoffgeträgerten Platinkatalysators auf die Diffusionsschicht einer Gasdiffusionselektrode aufgebracht werden (J. Power Sources 22 (1988) 359, J. Electrochem . Soc . 135 (1988) 2209, Electrochimica Acta 38 (1993)
1661) . Andererseits kann die Katalysatorschicht auf die Membran aufgebracht werden, wie es zum erstenmal z. B. im US Patent 3 , 291 , 484 dargestellt wurde. Eine ausführliche Darstellung unterschiedlicher Beschichtungsver- fahren befindet sich in der Druckschrift "Advances in Electrochemical Science and Technology, Volume 5, R . C. Alkire, edi tor, Wiley-VCH Verlag, Weinheim, 1997 " .
Die kohlenstoffgeträgerten Edelmetall -Katalysatoren werden in der Regel durch chemische Reduktion eines Salzes auf der Kohleoberfläche erhalten. Seltener werden auch im Handel erhältliche Pulver als nicht geträ- gerte Katalysatoren verwendet .
Die nach diesen Verfahren hergestellten katalytischen Schichten weisen regelmäßig eine relativ hohe Katalysatorbelegung mit dem Edelmetall auf. Insbesondere im Falle der DMFC resultiert eine derart hohe Katalysator- belegung, so daß das ganze Verfahren unwirtschaftlich erscheint. Aus US 5, 084 , 144 sowie aus der Druckschrift "E. J. Taylor et al . , Journal of the Electrochemical Society, Vol . 139 (1992) L45-46 " ist ein elektrochemisches Beschichtungsverfahren zur Herstellung von Gasdiffusionslektroden mit dem Ziel bekannt, eine besonders niedrige Platinbelegung durch hohe Platinaus- nutzung zu erreichen. Dies erfolgt nach der elektrochemischen Beschichtungsmethode automatisch, da sich die Metallkeime nur dort abscheiden können, wo sich auch die elektrochemisch aktive Dreiphasengrenze befindet. Verfahrensgemäß wird zur Herstellung einer dünnen, ka- talytisch aktiven Schicht eine elektrolytische Abscheidung eines Katalysatormetalls aus einem Galvanikbad durchgeführt, indem die Katalysatorschicht zu der Kathode für die Abscheidung gemacht wird. Der Nachteil besteht darin, daß bei diesem Verfahren teure edelme- tallhaltige Galvanikbäder erforderlich sind, die aufwendig und kostenintensiv aufgearbeitet werden müssen. Außerdem ist die Nutzung des im Galvanikbad gelösten Edelmetalls sehr beschränkt, so daß die durch optimierte Abscheidung erhaltenen Vorteile beispielsweise durch Spülvorgänge rückgängig gemacht werden.
Um diese Nachteile zu beseitigen, wurde in DE 191 20 688 Cl ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem das in der Nafion-Lösung gelöste Edelmetallsalz als eine Precur- sorschicht zwischen die Diffusionsschicht der Elektrode und die Elektrolytschicht gebracht, und anschließend das Edelmetall elektrochemisch zielgerichtet zwischen dem Elektronenleiter und dem Elektrolyten in der aktiven Dreiphasen-Zone abgeschieden wird. Vorteilhaft ist bei diesem Verfahren, daß keine teuren Galvanikbäder mehr erforderlich sind. Die Ausführung des Verfahrens ist in DE 191 20 688 Cl ausführlich beschrieben. Alle vorgenannten Methoden sind im Prinzip galvanotechnische Verfahren. Sie haben die gemeinsame Eigenschaft, daß sie einen äußeren elektrischen Stromkreis mit angelegter Spannung benötigen, in dem durch die Änderung des Stromflusses (galvanostatische Verfahren) oder der Spannung (potentiostatische Verfahren) ein elektrochemischer Abscheidungsvorgang hervorgerufen wird, wie dies in der Galvanotechnik üblich ist. Durch diese direkte elektrochemische Abscheidung, die meist katho- disch ist, wird lokal der Metallkatalysator aus einem Salz elektrochemisch abgeschieden und kann an dieser Stelle wirksam werden. Gleichzeitig findet an einer Gegenelektrode die anodische Reaktion statt .
Aus der Druckschrift "Ein neues Verfahren zur Kupferätzung bei der Lei terplattenherstellung, Galvanotechnik Nr. 9, Band 65 (1914) , S . 2-10 " ist ein alternatives Verfahren bekannt, welches den elektrischen Strom indirekt mittels der an der Kohleoberfläche gespeicherten Ladung überträgt. Graphit und insbesondere Aktivkohle haben auf der Oberfläche zahlreiche aktive Gruppen, die zum einen im elektrochemischen Sinne reduzierende oder oxidierende Eigenschaften haben, zum anderen eine starke adsorptive Wirkung ausüben können (R . Ch . Bansal , J. -B. Donnet, F. Stoeckli , ACTIVE CARBON, Marcel Dek- ker, N. Y. , 1988) . Diese Eigenschaft wurde bei dem indirekten Verfahren genutzt. An einer Hilfsanode wurde eine GraphitSuspension zu den sogenannten "Graphitverbindungen" oxidiert, für welche die Summenformel C^ HSO^ angegeben wurde. Diese können sowohl oxidativ wirken als auch anorganische Säuren adsorbieren, wie aus der angegebenen Formel hervorgeht . Bei einer gespeicherten Ladung von 3 As/g ergab sich hieraus n = 2700. Da die Leiterplatten eine elektrisch isolierende Unterplatte haben, können sie nicht direkt elektrisch kontaktiert werden. Deshalb wurde die Gra- phitsuspension mit der Elektrolytströmung zu der Kupfer-Leiterplatte transportiert, die sie bei der Berührung zu Kupferionen oxidierte . So konnte ein elektrischer Kontakt "aus der Lösung" hergestellt werden. Der Gesamtvorgang wurde mit folgenden Gleichungen so be- schrieben:
Hilfselektrode: Gr - Gr^n + + 2n e
Kathode : n Cu2+ + 2n e" -> n Cu
Werkstück: Gr2n + + n Cu → Gr + n Cu2+
Aufgabe und Lösung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren zur Abscheidung eines Katalysators, insbesondere eines Edelmetallkatalysators zu schaffen, welches ohne das direkte Anlegen einer äußeren Spannung auskommt .
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Hauptanspruch. Vorteilhafte Ausführungsformen des Ver- fahrens sind den jeweils rückbezogenen Ansprüchen zu entnehmen. Gegenstand der Erfindung
Im Rahmen der Erfindung wurde gefunden, daß ein Kohlenstoffträger dazu geeignet ist, pseudokapazitive Ladung zu tragen. Eine Pseudokapazitat eines Kohlenstoffträgers liegt dann vor, wenn dieser in der Lage ist, im elektrochemischen Sinne oxidierend und/oder reduzierend zu wirken. Die auf der Oberfläche eines Kohlenstoffträgers befindlichen aktiven Gruppen sind in der Lage, eine elektri- sehe Ladung zu speichern. Insbesondere kann z. B. Graphit oder Aktivkohle an einer Hilfselektrode Elektronen aufnehmen und selbst in einer reduzierten Form vorliegen. An anderer Stelle kann anschließend der Graphit oder die Aktivkohle durch Abgabe von Elektronen an ein anderes System (z. B. Pt/Pt2+) wieder selbst oxidiert und das andere System dabei reduziert werden. So wurde beispielsweise gefunden, daß die reduzierte Form der Aktivkohle Vulcan XC72 bei einem pH-Wert von 7,73 ein Redox-Potential von 337 mV gegen NHE (Normal- Wasserstoffelektrode) hat. Dieser Wert ist um 183 mV negativer als die entsprechende Potentiallage des Re- dox-Paares Pt/Pt2+, so daß die Vulcan-Kohle infolge der pseudokapazitiven Wirkung das Platin aus einer Lösung reduzieren kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abscheidung von Katalysatormaterial gemäß Anspruch 1 weist daher den Schritt auf, daß ein Kohlenstoffträger eine ionische Katalysator-Vorstufe zum metallischen Katalysator redu- ziert. Unter einem Kohlenstoffträger ist ein Material zu verstehen, welches als Trägermaterial eingesetzt wird, und auf Kohlenstoff basiert. Zu einem solchen Träger zählen insbesondere Kohlen und Graphit, insbesondere Aktivkohlen in Pulver- oder Granulatform bzw. Rußkohlenstoff .
Die katalytisch aktive Schicht einer Brennstoffzelle enthält typischerweise einen Kohlenstoffträger, insbesondere auch Aktivkohle. Es wurde im Rahmen der Erfindung gefunden, daß einige der Kohlenstoffarten, die als Trägermaterial geeignet sind, die kathodische Reduktion eines Wasser- bzw. Nafion löslichen Edelmetallsalzes direkt in der aktiven Schicht stattfinden lassen. Durch die Herstellung wird der Kohlenstoffträger, z. B. die Aktivkohle, in geeigneter Weise auf ein Potential gebracht, das die metallische Salzlösung zu reduzieren vermag. Dann wird aus dieser Kohle die Precursorschicht einer Brennstoffzellen-Elektrode präpariert. Der Pre- cursor wird nach einem geeigneten Verfahren (z. B. Sprühen, Siebdruck, Pinseln) auf die Membran aufgetragen. Diese Precursorschicht enthält Aktivkohle, die mit in der Schicht verteiltem Nafion in Kontakt steht. Diese Kontaktstellen stellen die potentiellen aktiven Dreiphasengrenzen dar. Wird jetzt der Elektrode eine Nafion-Lösung eines Edelmetallsalzes zugegeben (vorzugsweise Edelmetallsalze wie z. B. Pt-Salze oder Edel- metallsalz-Gemische wie z. B. Pt/Ru-Salze) , verteilt sich diese entlang der Nafionpfade und wird an den Dreiphasengrenzen mit der Aktivkohle direkt in situ elektrochemisch abgeschieden. Dabei wird die in der Kohle (Cn für Kohlenstoffträger allgemein oder Gr für Graphit) gespeicherte Pseudokapazitat entladen. Gr → Gr2n+ + 2 e"
Pt2+ + 2 e- → Pt Als Reaktionsprodukt entsteht, analog wie bei den vorher beschriebenen "Graphitverbindungen" , ein Adsorbat der anorganischen Säure mit der Kohle gemäß der Gesamt- reaktionsgleichung :
C„ + Pt(N03)2 → Pt + C„2+ (NO3-)2
Die entstandene Salpetersäure wird im Anfangsstadium des Brennstoffzellen-Betriebs herausgespült, ähnlich wie die anderen wasserlöslichen Hilfsstoffe, z. B. Gly- cerin.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 2 verwendet Ruß oder Aktivkohle als besonders geeigneten Kohlenstoffträger .
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 3 sieht vor, den Kohlenstoffträger in Form einer Precursorschicht vorzulegen. Dadurch kann die MEA (Membran-Elektroden-Einheit) materialschonend vorbereitet werden, und die Abscheidung des metalli- sehen Katalysators findet direkt an der Dreiphasen-Zone statt .
Besonders vorteilhaft wird dem Kohlenstoffträger gemäß Anspruch 4 der ionische Metallkatalysator in Form einer Elektrolytlösung zugegeben.
Das vorgenannte Verfahren eignet sich in besonderer Weise für die Herstellung von Membran-Elektroden- Einheiten für Brennstoffzellen. Es wird kein äußeres elektrisches Feld für die Abscheidung des Katalysators benötigt. Ferner sind keine elektrischen Kontakte notwendig. Die pseudo-kapazitive Ladung kann schon beim Herstellungsprozeß des Kohlenstoffträgers erreicht werden, so daß die anschließende Katalysatorabscheidung völlig unabhängig von einer Spannungsversorgung erfolgen kann. Vorteilhaft findet die Abscheidung ebenfalls an der Dreiphasen-Zone statt.
Spezieller Beschreibungsteil
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren und einem Ausführungsbeispiel näher erläutert .
Es zeigen:
Figur 1: Schematische Darstellung einer MEA (Membran- Elektroden-Einheit einer Brennstoffzelle mit der Membran, der Precursorschicht, umfassend Kohlepartikel und abgeschiedene Platinpartikel sowie der Gasdiffusionsschicht) .
Figur 2: Zyklisches Voltamogramm (Strom gegen Potential gemessen gegen die reversible Wasserstoffelektrode -RHE) für das in der Precursor- schicht aus dem Pt(N03)2 als ionische Verbindung abgeschiedene Platin. Das Strom/Zeit- Integral der Wasserstoffdesorption zwischen 0 und 300 mV ist für die in-situ Bildung des Pt-Katalysators charakteristisch. Figur 3 : Darstellung der Kurven für die Zellspannung gegen die Stromdichte für eine Brennstoffzelle : a) ohne Katalysatorschicht, b) mit Katalysatorschicht, hergestellt durch eine galvanische Abscheidung, c) mit Katalysatorschicht, hergestellt durch die erfindungsgemäße kapazitive Abscheidung.
Ausführungsbeispiel
Vulcan XC-72 wird mit einer Nafion-Lösung versetzt, vermischt und auf zwei Teflonfolien gesprüht (Nafion- Gehalt: 30%) . Die Schicht wird getrocknet und bei
130 °C auf eine Nafion-Membran doppelseitig gepreßt. Danach werden die Teflonfolien abgezogen. Auf die verbliebene Kohleschicht wird eine Mischung von Platinnitrat mit Nafion gepinselt und abschließend getrock- net .
Es wurde folgende Precursorprobe erhalten:
Vulcan XC-72: jeweils 4 mg/cm2
Platin: jeweils 1 mg/cm2 Nafion: jeweils 8 mg/cm2
Durch die Entladung der Kohle entsteht nanokristallines Pt, das als Katalysator für die Brennstoffzelle geeignet ist. Die elektrochemische Aktivität wird durch die Wasserstoff-Speicherfähigkeit im Wasserstoff-Potentialgebiet nachgewiesen (Figur 2: Zyklisches Volta- mogramm) . Diese Abbildung zeigt, daß die elektrochemi- sehe Aktivität durchaus mit der bei den elektrochemisch abgeschiedenen Pt-Belegungen vergleichbar ist.
Die mit Platin doppelseitig beschichtete Membran wird zwischen zwei Diffusionsschichten (backing layers) zusammengepreßt, so daß die Precursorschicht sich jeweils auf der der Di fusionsschicht zugewandten Seite befindet. So können MEAs (Membran-Elektroden-Einheiten) für Brennstoffzellen hergestellt werden, die vorteilhaft für den Brennstoffzellenbetrieb geeignet sind.
Die Funktion einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten MEA in einer Brennstoffzelle wird in Figur 3 dargestellt. Die iR-korrigierte Kurve der Funktion als Brennstoffzelle zeigt ebenfalls, daß die Leistungsfähigkeit zum einen viel besser als ohne Pt- Belegung, zum anderen mit den bei den elektrochemisch abgeschiedenen Pt-Belegungen vergleichbar ist. Unter einer iR korrigierten Kurve ist die Zellspannung zu verstehen, die sich ergeben würde, wenn alle störenden Ohmschen Potentialabfälle beseitigt werden. Diese so bereinigte Zellspannung wird allgemein als Kriterium für die elektrochemische Aktivität der Elektroden verstanden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Abscheidung von Katalysatormaterial an einer Precursorschicht mit dem Schritt ein Kohlenstoffträger reduziert eine ionische Katalysator-Vorstufe zum metallischen Katalysator.
2. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, bei dem als Kohlenstoffträger Ruß oder Aktivkohle eingesetzt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kohlenstoffträger in Form einer Precursorschicht vorliegt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der ionische Katalysator dem Kohlenstoffträger in Form einer Elektrolytlösung zugegeben wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Einheit für eine Brennstoffzelle.
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