WO2012000622A1 - Method for producing an ion-conductive membrane - Google Patents

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WO2012000622A1 PCT/EP2011/003029 EP2011003029W WO2012000622A1 WO 2012000622 A1 WO2012000622 A1 WO 2012000622A1 EP 2011003029 W EP2011003029 W EP 2011003029W WO 2012000622 A1 WO2012000622 A1 WO 2012000622A1
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membrane
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Klaus Berger
Harald Tober
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing an ion-conductive membrane having at least one ion-conductive region and at least one fluid-tight region.
  • DE 10 2007 037 632 A1 discloses a method for producing an ion-conducting membrane, in which at least one region of the ion-conducting membrane is deactivated so that the selected region is not ion-conductive. To deactivate the area, a material which prevents the ionic conduction is added to the already ion-conducting membrane in the relevant region.
  • the invention has for its object to provide a comparison with the prior art improved method for producing an ion-conductive membrane.
  • the object is achieved by a method which the in
  • an ion-conductive material is deposited on and / or in at least one first subregion of a region limited to dimensions of the ion-conductive region to be produced
  • FIG. 1 shows schematically a first carrier material during a plurality of method steps in the production of an ion-conducting membrane
  • FIG. 2 schematically shows a second carrier material during a plurality of process steps in the production of an ion-conducting membrane
  • Fig. 3 shows schematically a third carrier material during several process steps in the production of an ion-conductive membrane
  • FIG. 4 schematically shows a fourth carrier material during a plurality of method steps in the production of an ion-conducting membrane.
  • FIG. 1 shows a first carrier material 1 during a plurality of method steps S1 to S6 during the production of an ion-conducting membrane 2.
  • the membrane 2 is intended for use in a fuel cell not shown in detail as an ion exchange membrane and comprises an ion-conducting region 2.1, which is enclosed on the edge side by a fluid-tight region 2.2. In this case, an outside of the membrane 2 facing away from the outer side of the fluid-tight region 2.2 is used
  • the substrate 1 is formed over the entire surface porous and is present in a first process step S1 in the production in the untreated state.
  • the carrier material 1 is formed from plastic, metal or ceramic. In a particular embodiment, the carrier material 1 is formed from polytetrafluoroethylene.
  • the carrier material 1 in particular stretched bidirectionally, perforated and / or additionally provided with pores or holes.
  • the porosity is generated chemically, for example by washing and / or converting regions of the carrier material 1.
  • the carrier material 1 is in particular in a
  • Lithography and chemical processes such as an etching process treated.
  • the porosity can also be generated by other well-known methods.
  • the substrate 1 is processed so that it is suitable for coating with an ion-conductive material, so that in a first
  • the ion-conductive region 2.1 of the membrane 2 can be generated.
  • the carrier material 1 is initially formed without pores. To produce the full-surface porosity are in the
  • Carrier material 1 is first introduced pores and / or holes, wherein the introduction by means of said mechanical, chemical, photo-chemical and / or other well-known processes takes place.
  • step S3 is in a second portion 1.2 of the
  • Support material 1 which completely surrounds the first subregion 1.1 as a frame region, applies a sealing material to the carrier material 1 and / or introduced into it, whereby the fluid-tight region 2.2 is generated in the second subregion 1.2.
  • the second subregion 1.2 is limited to the dimensions of the fluid-tight region 2.2 of the membrane 2 to be generated.
  • the application and / or introduction takes place in an impregnation and / or coating process and / or another well known methods, such as a spray method.
  • the generation of the fluid-tight region 2.2 by means of various methods and materials is possible, the methods and materials are selected depending on the purpose of the membrane. Also, by such a generation of the fluid-tight
  • Area 2.2 advantageously a combination with other sealing concepts possible.
  • an ion-conductive material is then applied and / or introduced into and / or into the first subregion 1.1 of the carrier material 1 by application and / or introduction, whereby the ion-conductive region 2.1 is produced.
  • the first subarea 1.1 is to dimensions of the to be generated
  • the ion-conductive material is processed only in the region of the carrier material 1 in which the ion-conducting region 2.1 of the membrane 2 is to be produced.
  • the ionic conductive material is a perfluorocarbon or a sulfonated tetrafluoroethylene polymer. Alternatively, other known ion-conductive materials can be used.
  • the introduction and / or introduction of the ion-conductive material takes place in an impregnation and / or coating process and / or another generally known process, such as a spray process.
  • a catalyst is applied to the activated ion-conducting region 2.1 on one or both sides, the application being carried out once or several times using generally known methods over the entire surface, partially and / or in a pattern.
  • the membrane 2 is separated in a sixth method step S6.
  • separating the membrane 2 is separated from the excess carrier material 1, in particular punched or cut from this.
  • the membrane 2 is separated from the excess carrier material 1, in particular punched or cut from this.
  • Subareas 1.1 and second subregions 1.2 one behind the other and / or side by side on the carrier material 1, so that a plurality of membranes 2 are produced on the carrier material 1.
  • a parallel processing of multiple membranes 2 is possible.
  • membranes 2 multi-zone membranes with multiple functional areas can be generated.
  • the functional areas can be produced during production, in particular by introducing and / or applying various ion-conductive materials and / or different sealing materials in different regions into and / or onto the carrier material 1. In this case, the materials in successive and / or in parallel steps on or be applied, with any
  • the membrane 2 remains in a further embodiment, not shown, for transport and / or further processing in the carrier material 1. In this way, for example, a
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment in which a second carrier material 3 is processed during a plurality of method steps S1 to S6 for producing the ion-conducting membrane 2.
  • the carrier material 3 is formed from plastic, metal or ceramic. In a particular embodiment, the carrier material 3 is made
  • the second carrier material 3 is in the first process step S1 before all over pores.
  • the carrier material 3 is perforated in a predetermined first subregion 3.1 and / or provided with pores and / or holes.
  • the introduction is limited in the first subsection 3.1 by means of the already mentioned under Figure 1 mechanical, chemical, photo-chemical and / or other well-known methods.
  • the following method steps S3 to S6 correspond to the method steps S3 to S6 already described under FIG.
  • the third method step S3 of applying and / or introducing the sealing material onto and / or into the carrier material 3 in the second subregion 3.2 can be omitted if the nonporous second carrier material 3 is fluid-tight and the sealing material is not otherwise required or advantageous is, for example to
  • Transitional sealing, reinforcement, thickening, etc .
  • the third carrier material 4 is pore-free all over and is formed from plastic, metal or ceramic.
  • Embodiment is the third carrier material 4 of polyethylene naphthalate or
  • a material recess A is introduced into a predetermined first subregion 4.1 in the third substrate 4.
  • Material recess A is produced by punching or cutting in the carrier material 4.
  • a porous material insert E is introduced into the material recess A.
  • the material insert E is preferably formed of porous polytetrafluoroethylene. The introduction takes place in particular by pouring, gluing and / or welding of the material insert E with the carrier material 4.
  • a fourth method step S4 the sealing material is applied and / or introduced into the substrate 2 in a predetermined second sub-area 4.2 and / or into the substrate 4 according to the description of FIG.
  • the sealing material may also partially be applied to and / or introduced into and / or into the edge area of the material insert E.
  • the fourth method step S4 of applying and / or introducing the sealing material onto and / or into the carrier material 4 in the second partial region 4.2 can be omitted if the non-porous carrier material 4 is fluid-tight and the Sealing material is not needed otherwise or is advantageous, for example for temporary sealing, reinforcement, thickening, etc ..
  • Part 4.1 of the substrate 4 on and / or in the material insert E up and / or introduced This mounting and / or introduction also takes place as explained in the description of FIG.
  • Support material 4 is further processed as a roll material with a plurality of membranes 2, corresponding to the already described under Figure 1 process steps S5 and S6.
  • FIG. 4 shows an alternative fourth carrier material 5 during several
  • the fourth substrate 5 is formed of plastic, metal or ceramic.
  • the fourth carrier material 5 is formed from polyethylene naphthalate or polyether ketones.
  • a material recess A is introduced into the carrier material 5 in a predetermined first subregion 5.1.
  • the material recess A is produced by punching or cutting in the carrier material 5.
  • a porous material insert E is introduced into the material recess A.
  • the material insert E is preferably formed of porous polytetrafluoroethylene and is already provided with the ion-conductive material. The introduction takes place in particular by pouring, gluing and / or welding of the material insert E with the carrier material 5.
  • a fourth method step S4 the sealing material is applied to and / or introduced into the substrate 5 in a predetermined second sub-area 5.2 and / or into the substrate 5 according to the description of FIG.
  • the sealing material may also partially be applied to and / or introduced into and / or into the edge area of the material insert E.
  • the fourth method step SA of applying and / or introducing the sealing material onto and / or into the carrier material 5 in the second subregion 5.2 can be dispensed with if the nonporous carrier material 5 is fluid-tight and the sealing material is not otherwise required or advantageous , eg for
  • Transitional sealing, reinforcement, thickening, etc .
  • Support material 5 is further processed as a roll material with a plurality of membranes 2, in turn, correspond to those already described under Figure 1
  • process steps S1 to S6 or S1 to S7 can be performed in a different order.
  • alternative arrangements of the first subregions 1.1, 3.1, 4.1, 5.1 and the second subregions 1.2, 3.2, 4.2, 5.2 and thus alternative embodiments of the membrane 2 with the ion-conducting region 2.1 and the fluid-tight region 2.2 are possible.
  • a plurality of ion-conductive regions 2. 1 and fluid-tight regions 2. 2 can also be provided.
  • any other combinations of the materials used are possible, the materials being selected depending on the functions of the membrane 2 to be produced.
  • the membrane 2 Prior to integration of the membrane 2 produced in the fuel cell, the membrane 2 is integrated in one particularly preferred embodiment in one or more further components, connected to these and / or supplemented with several components.
  • ion-conducting regions 2.1 and the fluid-tight regions 2.2 and the catalyst can also be produced in different shapes, patterns or, for example, as strips. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

The invention relates to a method for producing an ion-conductive membrane (2) having at least one ion-conductive region (2.1) and at least one fluid-tight region (2.2). According to the invention, an ion-conductive material is applied to and/or introduced into at least one first partial region (1.1, 3.1, 4.1, 5.1) of a carrier material (1, 3, 4, 5), said at least one first partial region being limited to dimensions of the ion-conductive region (2.1) to be produced.

Description

Verfahren zur Herstellung einer ionenleitfähigen Membran  Process for the preparation of an ion-conductive membrane
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer ionenleitfähigen Membran mit zumindest einem ionenleitfähigen Bereich und zumindest einem fluiddichten Bereich. The invention relates to a method for producing an ion-conductive membrane having at least one ion-conductive region and at least one fluid-tight region.
Aus der DE 10 2007 037 632 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer ionenleitfähigen Membran bekannt, bei welchem zumindest ein Bereich der ionenleitfähigen Membran deaktiviert wird, so dass der gewählte Bereich nicht ionenleitfähig ist. Zur Deaktivierung des Bereiches wird der bereits ionenleitfähigen Membran im betreffenden Bereich ein Material zugesetzt, welches die lonenleitung verhindert. DE 10 2007 037 632 A1 discloses a method for producing an ion-conducting membrane, in which at least one region of the ion-conducting membrane is deactivated so that the selected region is not ion-conductive. To deactivate the area, a material which prevents the ionic conduction is added to the already ion-conducting membrane in the relevant region.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung einer ionenleitfähigen Membran anzugeben. The invention has for its object to provide a comparison with the prior art improved method for producing an ion-conductive membrane.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die in The object is achieved by a method which the in
Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Having claim 1 features.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
In dem Verfahren zur Herstellung einer ionenleitfähigen Membran mit zumindest einem ionenleitfähigen Bereich und zumindest einem fluiddichten Bereich wird erfindungsgemäß ein ionenleitfähiges Material auf und/oder in zumindest einen auf Abmessungen des zu erzeugenden ionenleitfähigen Bereichs begrenzten ersten Teilbereich eines In the method for producing an ion-conducting membrane having at least one ion-conductive region and at least one fluid-tight region, an ion-conductive material is deposited on and / or in at least one first subregion of a region limited to dimensions of the ion-conductive region to be produced
Trägermaterials aufgebracht und/oder eingebracht. Applied carrier material and / or introduced.
Aus dem erfindungsgemäßen Aufbringen des ionenleitfähigen Materials nur im Bereich des zu erzeugenden ionenleitfähigen Bereichs ergibt sich der Vorteil, dass ein The application of the ion-conducting material according to the invention only in the region of the ion-conducting region to be produced affords the advantage that a
Materialeinsatz sowie daraus folgend die Herstellungskosten der Membran verringert werden. Weiterhin sind in die Membran zwei oder mehr Teilbereiche oder Zonen integrierbar, welche durch eine Verwendung und Kombination verschiedener Werkstoffe und Applikationstechniken mit geringem Aufwand und kostengünstig erzeugt werden können. Somit wird eine kontinuierliche Herstellung unterschiedlicher Funktionsbereiche in der Membran ermöglicht. Material use and consequently reduced the manufacturing cost of the membrane become. Furthermore, two or more subregions or zones can be integrated into the membrane, which can be produced by using and combining different materials and application techniques with little effort and at low cost. Thus, a continuous production of different functional areas in the membrane is made possible.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen: Showing:
Fig. 1 schematisch ein erstes Trägermaterial während mehrerer Verfahrensschritte bei der Herstellung einer ionenleitfähigen Membran, 1 shows schematically a first carrier material during a plurality of method steps in the production of an ion-conducting membrane,
Fig. 2 schematisch ein zweites Trägermaterial während mehrerer Verfahrensschritte bei der Herstellung einer ionenleitfähigen Membran, 2 schematically shows a second carrier material during a plurality of process steps in the production of an ion-conducting membrane,
Fig. 3 schematisch ein drittes Trägermaterial während mehrerer Verfahrensschritte bei der Herstellung einer ionenleitfähigen Membran und Fig. 3 shows schematically a third carrier material during several process steps in the production of an ion-conductive membrane and
Fig. 4 schematisch ein viertes Trägermaterial während mehrerer Verfahrensschritte bei der Herstellung einer ionenleitfähigen Membran. 4 schematically shows a fourth carrier material during a plurality of method steps in the production of an ion-conducting membrane.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
In Figur 1 ist ein erstes Trägermaterial 1 während mehrerer Verfahrensschritte S1 bis S6 bei der Herstellung einer ionenleitfähigen Membran 2 dargestellt. FIG. 1 shows a first carrier material 1 during a plurality of method steps S1 to S6 during the production of an ion-conducting membrane 2.
Die Membran 2 ist zur Verwendung in einer nicht näher dargestellten Brennstoffzelle als lonenaustauschmembran vorgesehen und umfasst einen ionenleitfähigen Bereich 2.1 , welcher randseitig von einem fluiddichten Bereich 2.2 umschlossen ist. Dabei dient eine von der Membran 2 abgewandte Außenseite des fluiddichten Bereichs 2.2 zur The membrane 2 is intended for use in a fuel cell not shown in detail as an ion exchange membrane and comprises an ion-conducting region 2.1, which is enclosed on the edge side by a fluid-tight region 2.2. In this case, an outside of the membrane 2 facing away from the outer side of the fluid-tight region 2.2 is used
Gasabdichtung zu einer Bipolarplatte und zum aktiven Bereich der Brennstoffzelle hin. Eine zur Membran gewandte Innenseite des fluiddichten Bereichs 2.2 dient zur Gas seal to a bipolar plate and the active area of the fuel cell out. An inner side of the fluid-tight region 2.2 facing the membrane is used for
Gasabdichtung des ionenleitfähigen Bereichs 2.1. Im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist das Trägermaterial 1 vollflächig porös ausgebildet und liegt in einem ersten Verfahrensschritt S1 bei der Herstellung in unbehandeltem Zustand vor. Gas seal of the ion-conducting area 2.1. In the illustrated first embodiment of Figure 1, the substrate 1 is formed over the entire surface porous and is present in a first process step S1 in the production in the untreated state.
Das Trägermaterial 1 ist aus Kunststoff, Metall oder Keramik gebildet. In einer besonderen Ausführungsform ist das Trägermaterial 1 aus Polytetrafluorethylen gebildet. The carrier material 1 is formed from plastic, metal or ceramic. In a particular embodiment, the carrier material 1 is formed from polytetrafluoroethylene.
In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird das Trägermaterial 1 mechanisch In a second method step S2, the carrier material 1 becomes mechanical
vorbehandelt, wobei das Trägermaterial 1 insbesondere bidirektional gereckt, perforiert und/oder zusätzlich mit Poren oder Löchern versehen wird. Alternativ oder zusätzlich wird die Porosität chemisch, beispielsweise durch Auswaschen und/oder Umwandeln von Bereichen des Trägermaterials 1 erzeugt. pretreated, wherein the carrier material 1 in particular stretched bidirectionally, perforated and / or additionally provided with pores or holes. Alternatively or additionally, the porosity is generated chemically, for example by washing and / or converting regions of the carrier material 1.
Alternativ oder zusätzlich ist es weiterhin möglich, die Porosität in photo-chemischen Prozessen zu erzeugen. Hierbei wird das Trägermaterial 1 insbesondere in einer Alternatively or additionally, it is also possible to produce the porosity in photo-chemical processes. Here, the carrier material 1 is in particular in a
Lithographie und chemischen Prozessen, wie einem Ätzprozess, behandelt. Die Porosität kann weiterhin auch mittels anderer allgemein bekannter Verfahren erzeugt werden. Lithography and chemical processes, such as an etching process treated. The porosity can also be generated by other well-known methods.
In der Vorbehandlung wird das Trägermaterial 1 derart bearbeitet, dass es sich zu einer Beschichtung mit einem ionenleitfähigen Material eignet, so dass in einem ersten In the pretreatment, the substrate 1 is processed so that it is suitable for coating with an ion-conductive material, so that in a first
Teilbereich 1.1 des Trägermaterials 1 der ionenleitfähige Bereich 2.1 der Membran 2 erzeugbar ist. Part 1.1 of the substrate 1, the ion-conductive region 2.1 of the membrane 2 can be generated.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Trägermaterial 1 zunächst porenlos ausgebildet. Zur Erzeugung der vollflächigen Porosität werden in das In one embodiment, not shown, the carrier material 1 is initially formed without pores. To produce the full-surface porosity are in the
Trägermaterial 1 zunächst Poren und/oder Löcher eingebracht, wobei das Einbringen mittels der genannten mechanischen, chemischen, photo-chemischen und/oder anderer allgemein bekannter Verfahren erfolgt. Carrier material 1 is first introduced pores and / or holes, wherein the introduction by means of said mechanical, chemical, photo-chemical and / or other well-known processes takes place.
In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird in einem zweiten Teilbereich 1.2 des In a third method step S3 is in a second portion 1.2 of the
Trägermaterials 1 , weicher den ersten Teilbereich 1.1 als Rahmenbereich vollständig umgibt, ein Dichtmaterial auf das Trägermaterial 1 aufgebracht und/oder in dieses eingebracht, wodurch der fluiddichte Bereich 2.2 im zweiten Teilbereich 1.2 erzeugt wird. Support material 1, which completely surrounds the first subregion 1.1 as a frame region, applies a sealing material to the carrier material 1 and / or introduced into it, whereby the fluid-tight region 2.2 is generated in the second subregion 1.2.
Der zweite Teilbereich 1.2 ist dabei auf die Abmessungen des zu erzeugenden fluiddichten Bereichs 2.2 der Membran 2 begrenzt. Das Aufbringen und/oder Einbringen erfolgt in einem Imprägnier- und/oder Beschichtungsverfahren und/oder einem sonstigen allgemein bekannten Verfahren, wie beispielsweise einem Sprühverfahren. Dabei ist die Erzeugung des fluiddichten Bereichs 2.2 mittels verschiedener Verfahren und Werkstoffe möglich, wobei die Verfahren und Werkstoffe je nach Einsatzzweck der Membran ausgewählt werden. Auch ist durch eine derartige Erzeugung des fluiddichten The second subregion 1.2 is limited to the dimensions of the fluid-tight region 2.2 of the membrane 2 to be generated. The application and / or introduction takes place in an impregnation and / or coating process and / or another well known methods, such as a spray method. In this case, the generation of the fluid-tight region 2.2 by means of various methods and materials is possible, the methods and materials are selected depending on the purpose of the membrane. Also, by such a generation of the fluid-tight
Bereichs 2.2 in vorteilhafter Weise eine Kombination mit anderen Dichtkonzepten möglich. Area 2.2 advantageously a combination with other sealing concepts possible.
Im vierten Verfahrensschritt S4 wird dann durch Aufbringen und/oder Einbringen ein ionenleitfähiges Material auf und/oder in den ersten Teilbereich 1.1 des Trägermaterials 1 aufgebracht und/oder eingebracht, wodurch der ionenleitfähige Bereich 2.1 erzeugt wird. Dabei ist der erste Teilbereich 1.1 auf Abmessungen des zu erzeugenden In the fourth method step S4, an ion-conductive material is then applied and / or introduced into and / or into the first subregion 1.1 of the carrier material 1 by application and / or introduction, whereby the ion-conductive region 2.1 is produced. In this case, the first subarea 1.1 is to dimensions of the to be generated
ionenleitfähigen Bereichs 2.1 begrenzt. Mit anderen Worten: Das ionenleitfähige Material wird nur in dem Bereich des Trägermaterials 1 verarbeitet, in welchem der ionenleitfähige Bereich 2.1 der Membran 2 erzeugt werden soll. Bei dem ionenleitfähigen Material handelt es sich um Perflourkohlenwasserstoff oder ein sulfoniertes Tetrafluorethylen- Polymer. Alternativ sind auch andere bekannte ionenleitfähige Materialien verwendbar. Das Auf- und/oder Einbringen des ionenleitfähigen Materials erfolgt in einem Imprägnier- und/oder Beschichtungsverfahren und/oder einem sonstigen allgemein bekannten Verfahren, wie beispielsweise einem Sprühverfahren. ion-conducting region 2.1 limited. In other words, the ion-conductive material is processed only in the region of the carrier material 1 in which the ion-conducting region 2.1 of the membrane 2 is to be produced. The ionic conductive material is a perfluorocarbon or a sulfonated tetrafluoroethylene polymer. Alternatively, other known ion-conductive materials can be used. The introduction and / or introduction of the ion-conductive material takes place in an impregnation and / or coating process and / or another generally known process, such as a spray process.
In einer alternativen Weiterbildung sind die Verfahrensschritte S3 und S4 in ihrer In an alternative development, the method steps S3 and S4 are in their
Reihenfolge vertauscht, so dass zuerst der ionenleitfähige Bereich 2.1 und anschließend der fluiddichte Bereich 2.2 erzeugt wird. Reversed order, so that first the ion-conductive region 2.1 and then the fluid-tight region 2.2 is generated.
Nach der Erzeugung des ionenleitfähigen Bereichs 2.1 wird dieser in nicht dargestellter Weise aktiviert. After the generation of the ion-conductive region 2.1 this is activated in a manner not shown.
In einem fünften Verfahrensschritt S5 wird ein Katalysator ein- oder beidseitig auf den aktivierten ionenleitfähigen Bereich 2.1 appliziert, wobei die Applikation einmalig oder mehrmalig mit allgemein bekannten Verfahren vollflächig, teilweise und/oder in einem Muster erfolgt. In a fifth method step S5, a catalyst is applied to the activated ion-conducting region 2.1 on one or both sides, the application being carried out once or several times using generally known methods over the entire surface, partially and / or in a pattern.
Anschließend wird die Membran 2 in einem sechsten Verfahrensschritt S6 vereinzelt. Bei der Vereinzelung wird die Membran 2 von dem überschüssigen Trägermaterial 1 getrennt, insbesondere aus diesem gestanzt oder geschnitten. In nicht näher dargestellter Weise befinden sich mehrere zu bearbeitende erste Subsequently, the membrane 2 is separated in a sixth method step S6. When separating the membrane 2 is separated from the excess carrier material 1, in particular punched or cut from this. In a manner not shown are several to be processed first
Teilbereiche 1.1 und zweite Teilbereiche 1.2 hintereinander und/oder nebeneinander auf dem Trägermaterial 1 , so dass auf dem Trägermaterial 1 mehrere Membranen 2 erzeugt werden. Somit ist eine parallele Bearbeitung mehrerer Membranen 2 möglich. Subareas 1.1 and second subregions 1.2 one behind the other and / or side by side on the carrier material 1, so that a plurality of membranes 2 are produced on the carrier material 1. Thus, a parallel processing of multiple membranes 2 is possible.
Ferner sind als Membranen 2 Mehrzonen-Membranen mit mehreren Funktionsbereichen erzeugbar. Die Funktionsbereiche sind während der Herstellung insbesondere durch Einbringen und/oder Aufbringen verschiedener ionenleitfähiger Materialien und/oder verschiedener Dichtmaterialien in unterschiedlichen Bereichen in- und/oder auf das Trägermaterial 1 erzeugbar. Dabei sind die Materialien in nacheinander folgenden und/oder in parallelen Arbeitsschritten ein- oder aufbringbar, wobei eine beliebige Further, as membranes 2 multi-zone membranes with multiple functional areas can be generated. The functional areas can be produced during production, in particular by introducing and / or applying various ion-conductive materials and / or different sealing materials in different regions into and / or onto the carrier material 1. In this case, the materials in successive and / or in parallel steps on or be applied, with any
Kombination verschiedener ionenleitfähigen Materialien und/oder Dichtmaterialien in Abhängigkeit einer gewünschten Funktion der zu erzeugenden Membran 2 möglich ist. Combination of various ion-conductive materials and / or sealing materials depending on a desired function of the membrane 2 to be generated is possible.
Alternativ zu der Vereinzelung der Membran 2 oder mehrerer Membranen 2 verbleibt die Membran 2 in einer nicht dargestellten Weiterbildung zu einem Transport und/oder einer Weiterverarbeitung im Trägermaterial 1. Hierdurch ist beispielsweise eine As an alternative to the separation of the membrane 2 or a plurality of membranes 2, the membrane 2 remains in a further embodiment, not shown, for transport and / or further processing in the carrier material 1. In this way, for example, a
Weiterverarbeitung des Trägermaterials 1 und mehrerer Membranen 2 als Rollenmaterial möglich. Further processing of the carrier material 1 and a plurality of membranes 2 as a roll material possible.
Figur 2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel, bei dem ein zweites Trägermaterial 3 während mehrerer Verfahrensschritte S1 bis S6 zur Herstellung der ionenleitfähigen Membran 2 bearbeitet wird. Das Trägermaterial 3 ist aus Kunststoff, Metall oder Keramik gebildet. In einer besonderen Ausführungsform ist das Trägermaterial 3 aus FIG. 2 shows an alternative embodiment in which a second carrier material 3 is processed during a plurality of method steps S1 to S6 for producing the ion-conducting membrane 2. The carrier material 3 is formed from plastic, metal or ceramic. In a particular embodiment, the carrier material 3 is made
Polytetrafluorethylen gebildet. Polytetrafluoroethylene formed.
Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten und zuvor beschriebenen In contrast to that shown in Figure 1 and described above
Trägermaterial 1 liegt das zweite Trägermaterial 3 im ersten Verfahrensschritt S1 vollflächig porenlos vor. Support material 1, the second carrier material 3 is in the first process step S1 before all over pores.
Im zweiten Verfahrensschritt S2 wird das Trägermaterial 3 in einem vorgegebenen ersten Teilbereich 3.1 perforiert und/oder mit Poren und/oder Löchern versehen. Das Einbringen erfolgt begrenzt im ersten Teilbereich 3.1 mittels der bereits unter Figur 1 genannten mechanischen, chemischen, photo-chemischen und/oder anderen allgemein bekannten Verfahren. Die folgenden Verfahrensschritte S3 bis S6 entsprechen den bereits unter Figur 1 beschriebenen Verfahrensschritten S3 bis S6. In the second method step S2, the carrier material 3 is perforated in a predetermined first subregion 3.1 and / or provided with pores and / or holes. The introduction is limited in the first subsection 3.1 by means of the already mentioned under Figure 1 mechanical, chemical, photo-chemical and / or other well-known methods. The following method steps S3 to S6 correspond to the method steps S3 to S6 already described under FIG.
In einer alternativen Ausführungsform kann der dritte Verfahrensschritt S3 des Auf- und/oder Einbringens des Dichtmaterials auf und/oder in das Trägermaterial 3 im zweiten Teilbereich 3.2 entfallen, wenn das porenlose zweite Trägermaterial 3 fluiddicht ist und das Dichtmaterial nicht anderweitig benötigt wird oder von Vorteil ist, z.B. zur In an alternative embodiment, the third method step S3 of applying and / or introducing the sealing material onto and / or into the carrier material 3 in the second subregion 3.2 can be omitted if the nonporous second carrier material 3 is fluid-tight and the sealing material is not otherwise required or advantageous is, for example to
Übergangsabdichtung, Verstärkung, Verdickung, etc.. Transitional sealing, reinforcement, thickening, etc ..
In Figur 3 ist ein alternatives drittes Trägermaterial 4 während mehrerer In Figure 3, an alternative third carrier material 4 during several
Verfahrensschritte S1 bis S7 bei der Herstellung der ionenleitfähigen Membran 2 dargestellt. Process steps S1 to S7 shown in the production of the ion-conducting membrane 2.
Das dritte Trägermaterial 4 liegt im ersten Verfahrensschritt S1 vollflächig porenlos vor und ist aus Kunststoff, Metall oder Keramik gebildet. In einer besonderen In the first method step S1, the third carrier material 4 is pore-free all over and is formed from plastic, metal or ceramic. In a special
Ausführungsform ist das dritte Trägermaterial 4 aus Polyethylennaphthalat oder Embodiment is the third carrier material 4 of polyethylene naphthalate or
Polyetherketonen gebildet. Polyether ketones formed.
Im zweiten Verfahrenschritt S2 wird eine Materialaussparung A in einen vorgegebenen ersten Teilbereich 4.1 in das dritte Trägermaterial 4 eingebracht. Die In the second method step S2, a material recess A is introduced into a predetermined first subregion 4.1 in the third substrate 4. The
Materialaussparung A wird mittels Ausstanzen oder Ausschneiden im Trägermaterial 4 erzeugt. Material recess A is produced by punching or cutting in the carrier material 4.
In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird in die Materialaussparung A ein poröser Materialeinsatz E eingebracht. Der Materialeinsatz E ist vorzugsweise aus porösem Polytetrafluorethylen gebildet. Das Einbringen erfolgt insbesondere durch Eingießen, Verkleben und/oder Verschweißen des Materialeinsatzes E mit dem Trägermaterial 4. In a third method step S3, a porous material insert E is introduced into the material recess A. The material insert E is preferably formed of porous polytetrafluoroethylene. The introduction takes place in particular by pouring, gluing and / or welding of the material insert E with the carrier material 4.
Anschließend wird in einem vierten Verfahrensschritt S4 das Dichtmaterial in einem vorgegebenen zweiten Teilbereich 4.2 auf und/oder in das Trägermaterial 4 gemäß der Beschreibung zur Figur 1 auf- und/oder eingebracht. Das Dichtmaterial kann darüber hinaus auch teilweise auf und/oder in den Randbereich des Materialeinsatzes E auf- und/oder eingebracht werden. Subsequently, in a fourth method step S4, the sealing material is applied and / or introduced into the substrate 2 in a predetermined second sub-area 4.2 and / or into the substrate 4 according to the description of FIG. In addition, the sealing material may also partially be applied to and / or introduced into and / or into the edge area of the material insert E.
In einer alternativen Ausführungsform kann der vierte Verfahrensschritt S4 des Auf- und/oder Einbringens des Dichtmaterials auf und/oder in das Trägermaterial 4 im zweiten Teilbereich 4.2 entfallen, wenn das porenlose Trägermaterial 4 fluiddicht ist und das Dichtmaterial nicht anderweitig benötigt wird oder von Vorteil ist, z.B. zur Übergangsabdichtung, Verstärkung, Verdickung, etc.. In an alternative embodiment, the fourth method step S4 of applying and / or introducing the sealing material onto and / or into the carrier material 4 in the second partial region 4.2 can be omitted if the non-porous carrier material 4 is fluid-tight and the Sealing material is not needed otherwise or is advantageous, for example for temporary sealing, reinforcement, thickening, etc ..
In einem fünften Verfahrensschritt wird das ionenleitfähige Material im ersten In a fifth method step, the ion-conductive material in the first
Teilbereich 4.1 des Trägermaterials 4 auf und/oder in den Materialeinsatz E auf- und/oder eingebracht. Dieses Auf- und/oder Einbringen erfolgt ebenfalls wie in der Beschreibung zur Figur 1 erläutert. Part 4.1 of the substrate 4 on and / or in the material insert E up and / or introduced. This mounting and / or introduction also takes place as explained in the description of FIG.
Die folgenden Verfahrensschritte S6 und S7, in welchen der Katalysator auf den ersten Teilbereich 4.1 appliziert wird und die Membran 2 vereinzelt wird oder das The following method steps S6 and S7, in which the catalyst is applied to the first portion 4.1 and the membrane 2 is separated or the
Trägermaterial 4 als Rollenmaterial mit mehreren Membranen 2 weiterverarbeitet wird, entsprechen den bereits unter Figur 1 beschriebenen Verfahrensschritten S5 und S6. Support material 4 is further processed as a roll material with a plurality of membranes 2, corresponding to the already described under Figure 1 process steps S5 and S6.
Figur 4 zeigt ein alternatives viertes Trägermaterial 5 während mehrerer FIG. 4 shows an alternative fourth carrier material 5 during several
Verfahrensschritte S1 bis S6 bei der Herstellung der ionenleitfähigen Membran 2, wobei das vierte Trägermaterial 5 im ersten Verfahrensschritt S1 vollflächig porenlos vorliegt. Das vierte Trägermaterial 5 ist aus Kunststoff, Metall oder Keramik gebildet. In einer besonderen Ausführungsform ist das vierte Trägermaterial 5 aus Polyethylennaphthalat oder Polyetherketonen gebildet. Method steps S1 to S6 in the production of the ion-conductive membrane 2, wherein the fourth carrier material 5 is present in the first process step S1 poreslos entire surface. The fourth substrate 5 is formed of plastic, metal or ceramic. In a particular embodiment, the fourth carrier material 5 is formed from polyethylene naphthalate or polyether ketones.
Im zweiten Verfahrenschritt S2 wird eine Materialaussparung A in einem vorgegebenen ersten Teilbereich 5.1 in das Trägermaterial 5 eingebracht. Die Materialaussparung A wird mittels Ausstanzen oder Ausschneiden in dem Trägermaterial 5 erzeugt. In the second method step S2, a material recess A is introduced into the carrier material 5 in a predetermined first subregion 5.1. The material recess A is produced by punching or cutting in the carrier material 5.
In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird in die Materialaussparung A ein poröser Materialeinsatz E eingebracht. Der Materialeinsatz E ist vorzugsweise aus porösem Polytetrafluorethylen gebildet und ist bereits mit dem ionenleitfähigen Material versehen. Das Einbringen erfolgt insbesondere durch Eingießen, Verkleben und/oder Verschweißen des Materialeinsatzes E mit dem Trägermaterial 5. In a third method step S3, a porous material insert E is introduced into the material recess A. The material insert E is preferably formed of porous polytetrafluoroethylene and is already provided with the ion-conductive material. The introduction takes place in particular by pouring, gluing and / or welding of the material insert E with the carrier material 5.
Anschließend wird in einem vierten Verfahrensschritt S4 das Dichtmaterial in einem vorgegebenen zweiten Teilbereich 5.2 auf und/oder in das Trägermaterial 5 gemäß der Beschreibung zur Figur 1 auf- und/oder eingebracht. Das Dichtmaterial kann darüber hinaus auch teilweise auf und/oder in den Randbereich des Materialeinsatzes E auf- und/oder eingebracht werden. In einer alternativen Ausführungsform kann der vierte Verfahrensschritt SA des Auf- und/oder Einbringens des Dichtmaterials auf und/oder in das Trägermaterial 5 im zweiten Teilbereich 5.2 entfallen, wenn das porenlose Trägermaterial 5 fluiddicht ist und das Dichtmaterial nicht anderweitig benötigt wird oder von Vorteil ist, z.B. zur Subsequently, in a fourth method step S4, the sealing material is applied to and / or introduced into the substrate 5 in a predetermined second sub-area 5.2 and / or into the substrate 5 according to the description of FIG. In addition, the sealing material may also partially be applied to and / or introduced into and / or into the edge area of the material insert E. In an alternative embodiment, the fourth method step SA of applying and / or introducing the sealing material onto and / or into the carrier material 5 in the second subregion 5.2 can be dispensed with if the nonporous carrier material 5 is fluid-tight and the sealing material is not otherwise required or advantageous , eg for
Übergangsabdichtung, Verstärkung, Verdickung, etc.. Transitional sealing, reinforcement, thickening, etc ..
Die folgenden Verfahrensschritte S5 und S6, in welchen der Katalysator auf den ersten Teilbereich 5.1 appliziert wird und die Membran 2 vereinzelt wird oder das The following method steps S5 and S6, in which the catalyst is applied to the first portion 5.1 and the membrane 2 is separated or the
Trägermaterial 5 als Rollenmaterial mit mehreren Membranen 2 weiterverarbeitet wird, entsprechen wiederum den bereits unter Figur 1 beschriebenen Support material 5 is further processed as a roll material with a plurality of membranes 2, in turn, correspond to those already described under Figure 1
Verfahrensschritten S5 und S6. Process steps S5 and S6.
Allen Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 4 ist gemein, dass die in den All embodiments of Figures 1 to 4 is common that in the
Verfahrensschritten S1 bis S6 bzw. S1 bis S7 durchgeführten Prozesse alternativ in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden können. Auch sind alternative Anordnungen der ersten Teilbereiche 1.1 , 3.1 , 4.1 , 5.1 und der zweiten Teilbereiche 1.2, 3.2, 4.2, 5.2 und somit alternative Ausbildungen der Membran 2 mit dem ionenleitfähigen Bereich 2.1 und dem fluiddichten Bereich 2.2 möglich. Ferner können auch mehrere ionenleitfähige Bereiche 2.1 und fluiddichte Bereiche 2.2 vorgesehen sein. Alternatively, process steps S1 to S6 or S1 to S7 can be performed in a different order. Also, alternative arrangements of the first subregions 1.1, 3.1, 4.1, 5.1 and the second subregions 1.2, 3.2, 4.2, 5.2 and thus alternative embodiments of the membrane 2 with the ion-conducting region 2.1 and the fluid-tight region 2.2 are possible. Furthermore, a plurality of ion-conductive regions 2. 1 and fluid-tight regions 2. 2 can also be provided.
Auch sind beliebige andere Kombinationen der verwendeten Materialien möglich, wobei die Materialien in Abhängigkeit der Funktionen der zu erzeugenden Membran 2 gewählt werden. Also, any other combinations of the materials used are possible, the materials being selected depending on the functions of the membrane 2 to be produced.
Vor einer Integration der erzeugten Membran 2 in die Brennstoffzelle wird die Membran 2 in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel in ein oder mehrere weiter Bauteile integriert, mit diesen verbunden und/oder mit mehreren Bauteilen ergänzt. Prior to integration of the membrane 2 produced in the fuel cell, the membrane 2 is integrated in one particularly preferred embodiment in one or more further components, connected to these and / or supplemented with several components.
Zusammenfassend ist es mit dem dargestellten Verfahren möglich, eine Membran 2 in einem einfachen Herstellungsverfahren zu erzeugen. Weiterhin ist eine Handhabbarkeit der Membran 2 während der Herstellung vereinfacht und es ist ein integrierter Transfer auf andere Bauteile möglich. Auch sind die ionenleitfähigen Bereiche 2.1 und die fluiddichten Bereiche 2.2 sowie der Katalysator in unterschiedlichen Formen, Mustern oder beispielsweise als Streifen erzeugbar. Bezugszeichenliste In summary, it is possible with the illustrated method to produce a membrane 2 in a simple manufacturing process. Furthermore, handling of the membrane 2 during manufacture is simplified and an integrated transfer to other components is possible. The ion-conducting regions 2.1 and the fluid-tight regions 2.2 and the catalyst can also be produced in different shapes, patterns or, for example, as strips. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Trägermaterial 1 carrier material
1.1 erster Teilbereich  1.1 first subarea
1.2 zweiter Teilbereich  1.2 second subarea
2 Membran  2 membrane
2.1 ionenleitfähiger Bereich  2.1 Ion-conductive region
2.2 fluiddichter Bereich  2.2 fluid-tight area
3 Trägermaterial  3 carrier material
3.1 erster Teilbereich  3.1 first subarea
3.2 zweiter Teilbereich  3.2 second subarea
4 Trägermaterial  4 carrier material
4.1 erster Teilbereich  4.1 first subarea
4.2 zweiter Teilbereich  4.2 second subarea
5 Trägermaterial  5 carrier material
5.1 erster Teilbereich  5.1 first subarea
5.2 zweiter Teilbereich  5.2 second subarea
A Materialaussparung A material recess
E Materialeinsatz E material usage
S1 bis S7 Verfahrensschritt  S1 to S7 process step

Claims

Patentansprüche  claims
Verfahren zur Herstellung einer ionenleitfähigen Membran (2) mit zumindest einem ionenleitfähigen Bereich (2.1) und zumindest einem fluiddichten Bereich (2.2), dadurch gekennzeichnet, dass ein ionenleitfähiges Material auf und/oder in zumindest einen auf Abmessungen des zu erzeugenden ionenleitfähigen A method for producing an ion-conductive membrane (2) having at least one ion-conductive region (2.1) and at least one fluid-tight region (2.2), characterized in that an ion-conductive material and / or in at least one on the dimensions of the ion-conductive
Bereichs (2.1 ) begrenzten ersten Teilbereich (1 .1 , 3.1 , 4.1 , 5.1 ) eines Range (2.1) limited first subarea (1 .1, 3.1, 4.1, 5.1) of a
Trägermaterials (1 , 3, 4, 5) aufgebracht und/oder eingebracht wird. Support material (1, 3, 4, 5) applied and / or introduced.
Verfahren nach Anspruch 1 , Method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass in mehreren Bereichen des characterized in that in several areas of the
Trägermaterials (1 , 3, 4, 5) verschiedene ionenleitfähige Materialien und/oder Support material (1, 3, 4, 5) different ion-conductive materials and / or
Dichtmaterialien aufgebracht und/oder eingebracht werden. Applied and / or introduced sealing materials.
Verfahren nach Anspruch 1 , Method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das ionenleitfähige Material auf und/oder in den ersten Teilbereich (1.1 ) eines vollflächig porösen Trägermaterials (1) auf- und/oder eingebracht wird. characterized in that the ion-conductive material on and / or in the first portion (1.1) of a full surface porous support material (1) and / or introduced.
Verfahren nach Anspruch 1 , Method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass in ein vollflächig porenloses Trägermaterial (3) im ersten Teilbereich (3.1 ) Poren eingebracht werden und anschließend das ionenleitfähige Material auf und/oder in den ersten Teilbereich (3.1 ) auf- und/oder eingebracht wird. Verfahren nach Anspruch 1 , characterized in that in a completely pore-free carrier material (3) in the first portion (3.1) pores are introduced and then the ion-conductive material and / or in the first portion (3.1) up and / or introduced. Method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass in eine im ersten Teilbereich (4.1 ) angeordnete Materialaussparung (A) eines porenlosen Trägermaterials (4) ein poröser characterized in that in a in the first subregion (4.1) arranged material recess (A) of a pore-free carrier material (4) has a porous
Materialeinsatz (E) eingebracht wird, wobei anschließend das ionenleitfähige Material auf und/oder in den Materialeinsatz (E) auf- und/oder eingebracht wird. Material insert (E) is introduced, wherein subsequently the ion-conductive material and / or in the material insert (E) and / or introduced.
Verfahren nach Anspruch 1 , Method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass in eine im ersten Teilbereich (5.1 ) angeordnete Materialaussparung (A) eines porenlosen Trägermaterials (5) ein mit dem ionenleitfähigen Material versehener poröser Materialeinsatz (E) eingebracht wird. characterized in that a porous material insert (E) provided with the ion-conductive material is introduced into a material recess (A) of a pore-free carrier material (5) provided in the first subregion (5.1).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass auf und/oder in zumindest einem auf Abmessungen des zu erzeugenden fluiddichten Bereichs (2.2) begrenzten zweiten characterized in that on and / or in at least one limited to dimensions of the fluid-tight region (2.2) to be generated second
Teilbereich (1.2, 3.2, 4.2, 5.2) des Trägermaterials (1 , 3, 4, 5) und/oder in einem Randbereich des Materialeinsatzes (E) ein Dichtmaterial auf- und/oder eingebracht wird. Part (1.2, 3.2, 4.2, 5.2) of the carrier material (1, 3, 4, 5) and / or in a peripheral region of the material insert (E) a sealing material and / or introduced.
PCT/EP2011/003029 2010-07-01 2011-06-18 Method for producing an ion-conductive membrane WO2012000622A1 (en)

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