WO2012163383A1 - Electrolyte membrane assembly for a fuel cell and method for the production thereof - Google Patents

Electrolyte membrane assembly for a fuel cell and method for the production thereof Download PDF

Info

Publication number
WO2012163383A1
WO2012163383A1 PCT/EP2011/006268 EP2011006268W WO2012163383A1 WO 2012163383 A1 WO2012163383 A1 WO 2012163383A1 EP 2011006268 W EP2011006268 W EP 2011006268W WO 2012163383 A1 WO2012163383 A1 WO 2012163383A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
electrolyte membrane
amplifier
perforated
coated
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/006268
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dirk Lindenau
Matteo Scolari
Original Assignee
Daimler Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler Ag filed Critical Daimler Ag
Publication of WO2012163383A1 publication Critical patent/WO2012163383A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1065Polymeric electrolyte materials characterised by the form, e.g. perforated or wave-shaped
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • H01M4/8803Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/881Electrolytic membranes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/028Sealing means characterised by their material
    • H01M8/0284Organic resins; Organic polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0286Processes for forming seals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0289Means for holding the electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04197Preventing means for fuel crossover
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1058Polymeric electrolyte materials characterised by a porous support having no ion-conducting properties
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1058Polymeric electrolyte materials characterised by a porous support having no ion-conducting properties
    • H01M8/106Polymeric electrolyte materials characterised by a porous support having no ion-conducting properties characterised by the chemical composition of the porous support
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1069Polymeric electrolyte materials characterised by the manufacturing processes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0088Composites
    • H01M2300/0094Composites in the form of layered products, e.g. coatings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/22Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising carbon or oxygen or hydrogen and other elements; Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising only elements other than carbon, oxygen or hydrogen
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a multilayer electrolyte membrane arrangement with an amplifier layer.
  • the invention further relates to a method for producing an electrolyte membrane arrangement for a fuel cell, in particular a
  • the polyelectrolyte membrane separates an anode side of the fuel cell from a cathode side.
  • hydrogen is catalytically oxidized to protons at the anode side by the emission of electrons.
  • the protons diffuse through the polymer electrolyte membrane to the cathode where they react with oxygen to form water.
  • chemical energy is converted into electrical energy which is used, one between anode and cathode
  • the prior art further includes fuel cells in which methanol, formic acid, methane, a coal gas, carbon or magnesium is used as fuel on the anode side.
  • methanol, formic acid, methane, a coal gas, carbon or magnesium is used as fuel on the anode side.
  • the polymer electrolyte membrane diffusing ion according to the type of fuel cell also hydroxide, oxonium, or radical dioxide ions can be used.
  • US 2005/0227132 A1 discloses a multilayer electrolyte membrane arrangement which has a porous amplifier layer with an aperture ratio between 50% and 90%.
  • the amplifier layer is completely in one
  • the polyelectrolyte membrane is coated on both sides with a catalyst layer, which is a Having carbon powder, which serves as a support material for a catalytic metal such as platinum.
  • the invention is based on the object, an improved over the prior art electrolyte membrane assembly and an improved method for
  • a multilayered electrolyte membrane assembly for a fuel cell has an amplifier layer with a perforated portion and a perforated portion
  • the perforated portion is coated with an ion-conductive material, so that a
  • the semipermeable membrane layer is formed.
  • the semipermeable membrane layer is particularly permeable only to molecules, ions or particles below a predeterminable size.
  • prior art polymer electrolyte membranes formed from the ion-conductive material are very thin (10-30 ⁇ ) and mechanically sensitive. Therefore, such polymer electrolyte membrane can be laboriously glued or welded, which also with the risk of damaging the
  • the amplifier layer is preferably formed from a mechanically, thermally and / or chemically resistant material.
  • the arrangement of the ionic conductive material on the support material of the amplifier layer increases the mechanical robustness and thus helps to avoid damage during production. In particular, so waste can be reduced during production.
  • the protruding edge region of the amplifier layer allows a simplified handling of the electrolyte membrane assembly during manufacture, whereby contact with the sensitive region of the semipermeable membrane layer is avoided.
  • the protruding edge region provides an enlarged joining surface, which in particular is quick and easy with other components the fuel cell can be glued and / or welded.
  • the amplifier layer is formed from a low cost material to reduce manufacturing costs.
  • the ionic conductive material is an ionomer, such as a sulfonated tetrafluoroethylene polymer, such that the semipermeable membrane layer of the electrolyte membrane assembly is permeable, at least for protons.
  • the ionically conductive material may have a permeability such that the semipermeable membrane layer formed by the ionically conductive material is permeable to at least one of a hydroxide ion, an oxonium ion, and a free radical dioxide ion.
  • the amplifier layer is of a low cost
  • Plastic material such as in particular a polymer formed, which has an increased mechanical, thermal and / or chemical robustness compared to the ion-conductive material. This advantageously reduces material costs and production costs.
  • At least one reinforcing frame element is materially connected to the edge region of the amplifier layer such that the frame element surrounds the edge of the semipermeable membrane layer.
  • the cohesive connection between the frame region and the edge region takes place in particular by means of a bond or a weld.
  • the edge region projecting beyond the semipermeable membrane layer ensures a flat connection surface, so that in particular the connection between frame element and edge region can be made fluid-tight.
  • the semipermeable membrane layer is coated with a catalyst layer.
  • the catalyst layer may for example consist of a carbon support and a catalytically active material such as platinum.
  • the catalyst layer serves at least as part of an electrode of the
  • the semipermeable membrane layer is in particular with a
  • Catalyst layer coated to form an anode or a cathode can be arranged on the catalyst layers, which are correspondingly permeable to gases such as hydrogen or oxygen.
  • a first method step at least one subregion of an amplifier layer is perforated in such a way that an imperforate edge region surrounding the subregion is formed on the edge.
  • the perforated portion is coated with an ion-conductive material to form a semipermeable membrane layer of the electrolyte membrane assembly.
  • the electrolyte membrane arrangement thus formed has an increased mechanical, thermal and / or chemical robustness.
  • the manufacturing method allows an economical production of the electrolyte membrane arrangement, as a direct bonding or welding of the mechanically sensitive ion-conductive material of the semipermeable membrane layer is avoided. This reduces the risk of
  • a low-cost plastic material can be used for the amplifier layer, so that material costs are saved.
  • an ionomer can be used as the ion-conductive material.
  • the semipermeable membrane layer is printed or coated with a catalyst layer.
  • the catalyst layer comprises at least one catalytically active material such as platinum or a platinum alloy and forms an electrode of the fuel cell.
  • the semipermeable membrane layer is coated on both opposite sides to form the anode and the cathode of the fuel cell with the catalyst layer.
  • the catalytically active platinum alloy for example, platinum-ruthenium, platinum-nickel or platinum-cobalt alloys are suitable.
  • the frame element completely surrounds the semipermeable region of the amplifier layer at the edge, so that the semipermeable membrane layer and / or the catalyst layer arranged thereon are completely covered by an inner cutout surface of the frame element.
  • the amplifier layer is made
  • Electrolyte membrane assembly takes place either before the first process step or after the third process step, a separating step in which the roll goods are cut.
  • Process technology is particularly advantageous if the
  • Rolled goods enable a continuous production process, which can be integrated particularly advantageously into a correspondingly automated production line.
  • FIGS. 1A to 1 D schematically illustrate method steps for producing a
  • Fig. 2 shows a roll of a plastic film having portions which are perforated to produce the electrolyte membrane assembly and then coated with a catalyst layer.
  • Fig. 3 shows the electrolyte membrane assembly in a sectional view.
  • FIG. 4 shows a sectional view of the electrolyte membrane arrangement with enclosing frame elements.
  • FIGS. 1A to 1 D schematically illustrate individual method steps for producing an electrolyte membrane arrangement 1.
  • FIG. 1A shows an amplifier layer 2 for a multilayer
  • Electrolytic Membrane Arrangement 1 An inner portion 2.1 of the amplifier layer 2 is perforated in a first method step by means of suitable punching or perforating tools.
  • the amplifier layer 2 has a circumferential edge region 2.2, which is imperforate and the peripheral portion of the perforated portion 2.1 rotates.
  • the amplifier layer 2 is produced, for example, from individual sheets of a plastic film K or from rolls of the plastic film K, as shown in FIG.
  • individual sections A1 to An of the plastic film K are preferably first perforated in such a way that each inner partial area 2.1 of the section A1 to An is surrounded correspondingly by the imperforate edge area 2.2.
  • the plastic film K consists of a cost-effective material which has sufficient mechanical, thermal and chemical robustness.
  • Suitable plastic films may for example consist of a polymer, polyethylene or a polypropylene.
  • the subregion 2.1 is coated with an ion-conductive material, such as, for example, a sulfonated tetrafluoroethylene polymer.
  • an ion-conductive material such as, for example, a sulfonated tetrafluoroethylene polymer.
  • a semipermeable membrane layer 3 which is permeable to particles or ions below a predeterminable size, is formed.
  • the semipermeable membrane layer 3 is coated or printed with a catalyst layer 4.
  • a catalyst layer 4 For example, precious metal-containing inks are used.
  • the membrane layers 3 thus formed are provided with the catalyst layer 4.
  • the roll of plastic film K is cut and fed to the further manufacturing process.
  • the protruding edge region 2.2 of the amplifier layer 2 is arranged opposite one another
  • the frame element 5 materially connected.
  • the frame element 5 has an inner cutout surface 5.1, which overlaps with the catalyst layer 4.
  • the amplifier layer 2 is glued or welded to the frame element 5.
  • the edge region 2.2 ensures surface contact with the respective frame element 5.
  • FIG. 3 shows the electrolyte membrane arrangement 1 in a sectional view.
  • Amplifier layer 2 has an inner perforated portion 2.1.
  • Part 2.1 of the amplifier layer 2 is on both sides with the semipermeable
  • Membrane layer 3 coated so that an ion exchange between the
  • the semipermeable membrane layer 3 is permeable only to ions of a predeterminable size. According to various embodiments of the invention, the semipermeable membrane layer 3 according to the cell chemistry of
  • the edge region 2.2 of the amplifier layer 2 is uncoated and protrudes beyond the edge of the coated region of the membrane layer 3 and the catalyst layer 4. This allows a simplified handling and processing of
  • Electrolyte membrane assembly 1 during manufacture, so that damage to the sensitive membrane layer 3 can be avoided.
  • FIG. 4 shows the electrolyte membrane arrangement 1 with the frame elements 5, which are materially connected to the protruding edge regions 2.2 of the amplifier layer 2.
  • the two oppositely arranged frame elements 5 ensure the mechanical stability of the electrolyte membrane assembly 1.
  • Cut-out surface 5.1 of the frame member 5 overlaps with the region of the membrane layer 3 and the catalyst layer 4, so that this of the
  • a catalyst layer 4 is arranged on opposite sides of the amplifier layer 2.
  • the two opposing catalyst layers 4 serve as electrodes of the fuel cell.
  • gas diffusion layers may be arranged in a manner not shown, so that the cell chemistry of the fuel cell corresponding gases of the anode and the cathode can be fed.

Abstract

The invention relates to a multi-layer electrolyte membrane assembly (1) for a fuel cell, comprising a reinforcing layer (2) having a perforated sub-region (2.1) and an unperforated edge region (2.2) surrounding the perforated region (2.1) at the edge of the perforated region. The perforated sub-region (2.1) is coated with an ion-conductive material such as to form a semipermeable membrane layer (3).

Description

Elektrolytmembrananordnung für eine Brennstoffzelle und Verfahren zu deren Herstellung  Electrolyte membrane assembly for a fuel cell and method for its production
Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige Elektrolytmembrananordnung mit einer Verstärkerschicht. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrolytmembrananordnung für eine Brennstoffzelle, insbesondere eine The invention relates to a multilayer electrolyte membrane arrangement with an amplifier layer. The invention further relates to a method for producing an electrolyte membrane arrangement for a fuel cell, in particular a
Polymerelektrolytbrennstoffzelle. Polymer electrolyte fuel cell.
Aus dem Stand der Technik sind Brennstoffzellen bekannt, welche eine feste From the prior art, fuel cells are known which a solid
Polyelektrolytmembran aus beispielsweise einem sulfoniertem Tetrafluorethylen-Polymer aufweisen. Die Polyelektrolytmembran trennt eine Anodenseite der Brennstoffzelle von einer Kathodenseite. Typischer Weise wird an der Anodenseite Wasserstoff unter Abgabe von Elektronen zu Protonen katalytisch oxidiert. Die Protonen diffundieren durch die Polymerelektrolytmembran zur Kathode, um dort mit Sauerstoff zu Wasser zu reagieren. Somit wird bei der Reaktion chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt, welche dazu genutzt wird, einen zwischen Anode und Kathode Polyelectrolyte membrane of, for example, a sulfonated tetrafluoroethylene polymer. The polyelectrolyte membrane separates an anode side of the fuel cell from a cathode side. Typically, hydrogen is catalytically oxidized to protons at the anode side by the emission of electrons. The protons diffuse through the polymer electrolyte membrane to the cathode where they react with oxygen to form water. Thus, in the reaction, chemical energy is converted into electrical energy which is used, one between anode and cathode
geschalteten elektrischen Verbraucher zu betreiben. operated electrical consumers.
Im Stand der Technik sind weiterhin Brennstoffzellen enthalten, bei denen an der Anodenseite als Brennstoff Methanol, Ameisensäure, Methan, ein Kohlegas, Kohlenstoff oder Magnesium verwendet wird. Als die Polymerelektrolytmembran diffundierendes Ion können entsprechend der Bauart der Brennstoffzelle auch Hydroxid-, Oxonium-, oder radikalische Dioxid-Ionen Verwendung finden. The prior art further includes fuel cells in which methanol, formic acid, methane, a coal gas, carbon or magnesium is used as fuel on the anode side. As the polymer electrolyte membrane diffusing ion, according to the type of fuel cell also hydroxide, oxonium, or radical dioxide ions can be used.
Aus der US 2005/0227132 A1 ist eine mehrschichtige Elektrolytmembrananordnung bekannt, welche eine poröse Verstärkerschicht mit einem Öffnungsverhältnis zwischen 50% und 90% aufweist. Die Verstärkerschicht ist vollständig in eine US 2005/0227132 A1 discloses a multilayer electrolyte membrane arrangement which has a porous amplifier layer with an aperture ratio between 50% and 90%. The amplifier layer is completely in one
Polymerelektrolytmembran eingebracht. Insbesondere überlappen sich die Polymer electrolyte membrane introduced. In particular, the overlap
Verstärkerschicht und die daran angeordnete Polymerelektrolytmembran vollständig. Die Polyelektrolytmembran ist beidseitig mit einer Katalysatorschicht beschichtet, welche ein Kohlenstoffpulver aufweist, das als Trägermaterial für ein katalytisches Metall wie beispielsweise Platin dient. Amplifier layer and arranged thereon polymer electrolyte membrane completely. The polyelectrolyte membrane is coated on both sides with a catalyst layer, which is a Having carbon powder, which serves as a support material for a catalytic metal such as platinum.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Elektrolytmembrananordnung und ein verbessertes Verfahren zur The invention is based on the object, an improved over the prior art electrolyte membrane assembly and an improved method for
Herstellung der Elektrolytmembrananordnung anzugeben. Specify preparation of the electrolyte membrane assembly.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Elektrolytmembrananordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung der Elektrolytmembrananordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des The object is achieved by an electrolyte membrane assembly having the features of claim 1 and by a method for producing the electrolyte membrane assembly with the characterizing features of
Patentanspruchs 6. Patent claim 6.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Eine mehrschichtige Elektrolytmembrananordnung für eine Brennstoffzelle weist eine Verstärkerschicht mit einem perforierten Teilbereich und einen den perforierten A multilayered electrolyte membrane assembly for a fuel cell has an amplifier layer with a perforated portion and a perforated portion
Teilbereich randseitig umgebenden, unperforierten Randbereich auf. Der perforierte Teilbereich ist mit einem ionenleitfähigen Material beschichtet, so dass eine Partial area surrounding, imperforate edge area on. The perforated portion is coated with an ion-conductive material, so that a
semipermeable Membranschicht gebildet ist. Die semipermeable Membranschicht ist insbesondere nur für Moleküle, Ionen oder Partikel unterhalb einer vorgebbaren Größe durchlässig. semipermeable membrane layer is formed. The semipermeable membrane layer is particularly permeable only to molecules, ions or particles below a predeterminable size.
Typischer Weise sind Polymerelektrolytmembrane des Standes der Technik, welche aus dem ionenleitfähigen Material gebildet sind, sehr dünn (10-30 μιη) und mechanisch empfindlich. Daher lassen sich solche Polymerelektrolytmembrane nur aufwändig kleben oder schweißen, was zudem mit der Gefahr der Beschädigung der Typically, prior art polymer electrolyte membranes formed from the ion-conductive material are very thin (10-30 μιη) and mechanically sensitive. Therefore, such polymer electrolyte membrane can be laboriously glued or welded, which also with the risk of damaging the
Polymerelektrolytmembran einher geht. Die Verstärkerschicht ist vorzugsweise aus einem mechanisch, thermisch und/oder chemisch widerstandsfähigen Material gebildet. Die Anordnung des ionenleitfähigen Materials auf dem Trägermaterial der Verstärkerschicht erhöht die mechanische Robustheit und trägt somit dazu bei, Beschädigungen bei der Fertigung zu vermeiden. Insbesondere kann so Ausschuss während der Produktion reduziert werden. Der überstehende Randbereich der Verstärkerschicht ermöglicht eine vereinfachte Handhabung der Elektrolytmembrananordnung während der Fertigung, wobei Kontakt mit dem empfindlichen Bereich der semipermeablen Membranschicht vermieden wird. Des Weitern stellt der überstehende Randbereich eine vergrößerte Fügefläche bereit, welche insbesondere schnell und einfach mit anderen Komponenten der Brennstoffzelle verklebt und/oder verschweißt werden kann. Vorzugsweise ist die Verstärkerschicht zur Reduktion von Herstellungskosten aus einem kostengünstigen Material gebildet. Polymer electrolyte membrane is accompanied. The amplifier layer is preferably formed from a mechanically, thermally and / or chemically resistant material. The arrangement of the ionic conductive material on the support material of the amplifier layer increases the mechanical robustness and thus helps to avoid damage during production. In particular, so waste can be reduced during production. The protruding edge region of the amplifier layer allows a simplified handling of the electrolyte membrane assembly during manufacture, whereby contact with the sensitive region of the semipermeable membrane layer is avoided. Furthermore, the protruding edge region provides an enlarged joining surface, which in particular is quick and easy with other components the fuel cell can be glued and / or welded. Preferably, the amplifier layer is formed from a low cost material to reduce manufacturing costs.
Vorzugsweise ist das ionenleitfähige Material ein lonomer, wie beispielsweise ein sulfoniertes Tetrafluorethylen-Polymer, so dass die semipermeable Membranschicht der Elektrolytmembrananordnung zumindest für Protonen durchlässig ist. Alternativ dazu kann das ionenleitfähige Material eine Permeabilität aufweisen, so dass die von dem ionenleitfähigen Material gebildete semipermeable Membranschicht zumindest für ein Hydroxid-, ein Oxonium-, oder ein radikalisches Dioxid-Ion durchlässig ist. Preferably, the ionic conductive material is an ionomer, such as a sulfonated tetrafluoroethylene polymer, such that the semipermeable membrane layer of the electrolyte membrane assembly is permeable, at least for protons. Alternatively, the ionically conductive material may have a permeability such that the semipermeable membrane layer formed by the ionically conductive material is permeable to at least one of a hydroxide ion, an oxonium ion, and a free radical dioxide ion.
Bevorzugter Weise ist die Verstärkerschicht aus einem kostengünstigen Preferably, the amplifier layer is of a low cost
Kunststoffmaterial, wie insbesondere einem Polymer gebildet, welches im Vergleich zu dem ionenleitfähigen Material eine erhöhte mechanische, thermische und/oder chemische Robustheit aufweist. Dadurch werden Materialkosten und Produktionskosten vorteilhaft reduziert. Plastic material, such as in particular a polymer formed, which has an increased mechanical, thermal and / or chemical robustness compared to the ion-conductive material. This advantageously reduces material costs and production costs.
Einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zufolge ist zumindest ein verstärkendes Rahmenelement mit dem Randbereich der Verstärkerschicht derart stoffschlüssig verbunden, dass das Rahmenelement die semipermeable Membranschicht randseitig umläuft. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen Rahmenbereich und dem Randbereich erfolgt insbesondere mittels einer Verklebung oder einer Verschweißung. Dabei stellt der die semipermeable Membranschicht überstehende Randbereich eine flächige Verbindungsfläche sicher, so dass insbesondere die Verbindung zwischen Rahmenelement und Randbereich fluiddicht ausgebildet werden kann. According to a preferred embodiment of the invention, at least one reinforcing frame element is materially connected to the edge region of the amplifier layer such that the frame element surrounds the edge of the semipermeable membrane layer. The cohesive connection between the frame region and the edge region takes place in particular by means of a bond or a weld. In this case, the edge region projecting beyond the semipermeable membrane layer ensures a flat connection surface, so that in particular the connection between frame element and edge region can be made fluid-tight.
Vorzugsweise ist die semipermeable Membranschicht mit einer Katalysatorschicht beschichtet. Insbesondere kann die semipermeable Membranschicht mit der Preferably, the semipermeable membrane layer is coated with a catalyst layer. In particular, the semipermeable membrane layer with the
Katalysatorschicht bedruckt werden. Die Katalysatorschicht kann beispielsweise aus einem Kohlenstoffträger und einem katalytisch aktiven Material wie beispielsweise Platin bestehen. Die Katalysatorschicht dient zumindest als Teil einer Elektrode der Catalyst layer to be printed. The catalyst layer may for example consist of a carbon support and a catalytically active material such as platinum. The catalyst layer serves at least as part of an electrode of the
Brennstofffzelle. Die semipermeable Membranschicht ist insbesondere mit einer Brennstofffzelle. The semipermeable membrane layer is in particular with a
Katalysatorschicht zur Ausbildung einer Anode oder einer Kathode beschichtet. Ferner können auf den Katalysatorschichten eine oder mehrere Gasdiffusionslagen angeordnet sein, welche entsprechend für Gase wie Wasserstoff oder Sauerstoff durchlässig sind. Bei einem Verfahren zur Herstellung der Elektrolytmembrananordnung wird Catalyst layer coated to form an anode or a cathode. Furthermore, one or more gas diffusion layers can be arranged on the catalyst layers, which are correspondingly permeable to gases such as hydrogen or oxygen. In a method of manufacturing the electrolyte membrane assembly is
erfindungsgemäß in einem ersten Verfahrensschritt zumindest ein Teilbereich einer Verstärkerschicht derart perforiert, dass ein den Teilbereich randseitig umgebender, unperforierter Randbereich gebildet ist. In einem zweiten Verfahrensschritt wird der perforierte Teilbereich mit einem ionenleitfähigen Material zur Ausbildung einer semipermeablen Membranschicht der Elektrolytmembrananordnung beschichtet. Die so gebildete Elektrolytmembrananordnung weist eine erhöhte mechanische, thermische und/oder chemische Robustheit auf. Das Herstellungsverfahren ermöglicht eine wirtschaftliche Produktion der Elektrolytmembrananordnung, da eine direkte Verklebung oder Verschweißung des mechanisch empfindlichen ionenleitfähigen Materials der semipermeablen Membranschicht vermieden ist. Dies reduziert die Gefahr von According to the invention, in a first method step, at least one subregion of an amplifier layer is perforated in such a way that an imperforate edge region surrounding the subregion is formed on the edge. In a second method step, the perforated portion is coated with an ion-conductive material to form a semipermeable membrane layer of the electrolyte membrane assembly. The electrolyte membrane arrangement thus formed has an increased mechanical, thermal and / or chemical robustness. The manufacturing method allows an economical production of the electrolyte membrane arrangement, as a direct bonding or welding of the mechanically sensitive ion-conductive material of the semipermeable membrane layer is avoided. This reduces the risk of
Beschädigungen und somit Ausschuss während der Herstellung. Ferner kann ein kostengünstiges Kunststoffmaterial für die Verstärkerschicht verwendet werden, so dass Materialkosten eingespart werden. Als ionenleitfähiges Material kann insbesondere ein lonomer verwendet werden. Damage and thus rejects during production. Furthermore, a low-cost plastic material can be used for the amplifier layer, so that material costs are saved. In particular, an ionomer can be used as the ion-conductive material.
Bevorzugter Weise wird in einem anschließenden dritten Verfahrensschritt zumindest die semipermeable Membranschicht mit einer Katalysatorschicht bedruckt oder beschichtet. Die Katalysatorschicht umfasst zumindest ein katalytisch aktives Material wie Platin oder eine Platinlegierung und bildet eine Elektrode der Brennstoffzelle. Vorzugsweise wird die semipermeable Membranschicht auf beiden gegenüberliegenden Seiten zur Bildung der Anode und der Kathode der Brennstoffzelle mit der Katalysatorschicht beschichtet. Als katalytisch aktive Platinlegierung sind beispielsweise Platin-Ruthenium-, Platin-Nickeloder Platin-Cobaltlegierungen geeignet. Preferably, in a subsequent third process step, at least the semipermeable membrane layer is printed or coated with a catalyst layer. The catalyst layer comprises at least one catalytically active material such as platinum or a platinum alloy and forms an electrode of the fuel cell. Preferably, the semipermeable membrane layer is coated on both opposite sides to form the anode and the cathode of the fuel cell with the catalyst layer. As the catalytically active platinum alloy, for example, platinum-ruthenium, platinum-nickel or platinum-cobalt alloys are suitable.
In einem bevorzugten Ausbildungsbeispiel wird in einem vierten Verfahrensschritt zumindest ein verstärkendes Rahmenelement mit dem Randbereich der In a preferred exemplary embodiment, in a fourth method step, at least one reinforcing frame element with the edge region of the
Verstärkerschicht stoffschlüssig verbunden. Das Rahmenelement umläuft den semipermeablen Bereich der Verstärkerschicht randseitig vollständig, so dass sich die semipermeable Membranschicht und/oder die darauf angeordnete Katalysatorschicht mit einer inneren Ausschnittsfläche des Rahmenelements vollständig überdeckt. Amplifier layer bonded cohesively. The frame element completely surrounds the semipermeable region of the amplifier layer at the edge, so that the semipermeable membrane layer and / or the catalyst layer arranged thereon are completely covered by an inner cutout surface of the frame element.
Vorzugsweise wird der Randbereich der Verstärkerschicht beidseitig mit zwei Preferably, the edge region of the amplifier layer on both sides with two
gegenüberliegenden Rahmenelementen verklebt oder verschweißt, um die mechanische Robustheit der Elektrolytmembrananordnung vorteilhaft zu erhöhen. glued or welded to the opposite frame members to the mechanical Robustness of the electrolyte membrane assembly to increase advantageous.
Einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zufolge wird die Verstärkerschicht aus According to a preferred embodiment, the amplifier layer is made
Rollenmaterial einer Kunststofffolie gefertigt. Zur Herstellung der Roll material made of a plastic film. For the production of
Elektrolytmembrananordnung erfolgt entweder vor dem ersten Verfahrensschritt oder nach dem dritten Verfahrensschritt ein Vereinzelungsschritt, in welchem die Rollenware zugeschnitten wird. Verfahrenstechnisch besonders vorteilhaft ist es, wenn die Electrolyte membrane assembly takes place either before the first process step or after the third process step, a separating step in which the roll goods are cut. Process technology is particularly advantageous if the
Perforation des Teilbereichs, die Applikation des ionenleitfähigen Materials und die anschließende Beschichtung mit der Katalysatorschicht bereits auf der Rollenware der Kunststofffolie erfolgen. Die perforierte und beschichtete Kunststofffolie wird Perforation of the portion, the application of the ion-conductive material and the subsequent coating with the catalyst layer already done on the roll of the plastic film. The perforated and coated plastic film will
anschließend zugeschnitten und insbesondere mit dem Rahmenelement zur Bildung der Elektrolytmembrananordnung verschweißt oder verklebt. Die Verarbeitung von then cut and in particular welded or glued to the frame member to form the electrolyte membrane assembly. The processing of
Rollenware ermöglicht einen kontinuierlichen Herstellungsprozess, welcher besonders vorteilhaft in eine entsprechend automatisierte Fertigungsstraße integriert werden kann. Rolled goods enable a continuous production process, which can be integrated particularly advantageously into a correspondingly automated production line.
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.
Fig. 1A bis 1 D illustrieren schematisch Verfahrensschritte zur Herstellung einer FIGS. 1A to 1 D schematically illustrate method steps for producing a
Elektrolytmembrananordnung.  Electrolyte membrane assembly.
Fig. 2 zeigt Rollenware einer Kunststofffolie, welche Teilbereiche aufweist, die zur Herstellung der Elektrolytmembrananordnung perforiert und anschließend mit einer Katalysatorschicht beschichtet werden. Fig. 2 shows a roll of a plastic film having portions which are perforated to produce the electrolyte membrane assembly and then coated with a catalyst layer.
Fig. 3 zeigt die Elektrolytmembrananordnung in einer Schnittdarstellung. Fig. 3 shows the electrolyte membrane assembly in a sectional view.
Fig. 4 zeigt eine Schnittdarstellung der Elektrolytmembrananordnung mit einfassenden Rahmenelementen. 4 shows a sectional view of the electrolyte membrane arrangement with enclosing frame elements.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Figuren 1A bis 1 D illustrieren schematisch einzelne Verfahrensschritte zur Herstellung einer Elektrolytmembrananordnung 1. Figur 1A zeigt eine Verstärkerschicht 2 für eine mehrschichtige FIGS. 1A to 1 D schematically illustrate individual method steps for producing an electrolyte membrane arrangement 1. FIG. 1A shows an amplifier layer 2 for a multilayer
Elektrolytmembrananordnung 1. Ein innerer Teilbereich 2.1 der Verstärkerschicht 2 wird in einem ersten Verfahrensschritt mittels geeigneter Stanz- oder Perforationswerkzeuge perforiert. Die Verstärkerschicht 2 weist einen umlaufenden Randbereich 2.2 auf, der unperforiert ist und den perforierten Teilbereich 2.1 randseitig umläuft. Electrolytic Membrane Arrangement 1. An inner portion 2.1 of the amplifier layer 2 is perforated in a first method step by means of suitable punching or perforating tools. The amplifier layer 2 has a circumferential edge region 2.2, which is imperforate and the peripheral portion of the perforated portion 2.1 rotates.
Die Verstärkerschicht 2 wird beispielsweise aus Einzelbögen einer Kunststofffolie K oder aus Rollenware der Kunststofffolie K, wie in Figur 2 dargestellt, hergestellt. Bei der Herstellung aus Rollenware werden vorzugsweise zunächst einzelne Abschnitte A1 bis An der Kunststofffolie K derart perforiert, dass jeder innere Teilbereich 2.1 des Abschnitts A1 bis An entsprechend vom unperforierten Randbereich 2.2 umgeben ist. The amplifier layer 2 is produced, for example, from individual sheets of a plastic film K or from rolls of the plastic film K, as shown in FIG. In the production of rolled goods, individual sections A1 to An of the plastic film K are preferably first perforated in such a way that each inner partial area 2.1 of the section A1 to An is surrounded correspondingly by the imperforate edge area 2.2.
Die Kunststofffolie K besteht aus einem kostengünstigen Material, welches eine ausreichende mechanische, thermische und chemische Robustheit aufweist. Geeignete Kunststofffolien können beispielsweise aus einem Polymer, Polyethylen oder einem Polypropylen bestehen. The plastic film K consists of a cost-effective material which has sufficient mechanical, thermal and chemical robustness. Suitable plastic films may for example consist of a polymer, polyethylene or a polypropylene.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird, wie in Figur 1 B gezeigt, der Teilbereich 2.1 mit einem ionenleitfähigen Material, wie beispielsweise einem sulfonierten Tetrafluorethylen- Polymer, beschichtet. Dabei wird eine semipermeable Membranschicht 3, welche für Partikel oder Ionen unterhalb einer vorgebbaren Größe durchlässig ist, gebildet. In a second method step, as shown in FIG. 1B, the subregion 2.1 is coated with an ion-conductive material, such as, for example, a sulfonated tetrafluoroethylene polymer. In this case, a semipermeable membrane layer 3, which is permeable to particles or ions below a predeterminable size, is formed.
Anschließend wird, wie in Figur 1 C dargestellt, die semipermeable Membranschicht 3 mit einer Katalysatorschicht 4 beschichtet oder bedruckt. Dazu kommen beispielsweise edelmetallhaltige Tinten zum Einsatz. Subsequently, as shown in FIG. 1C, the semipermeable membrane layer 3 is coated or printed with a catalyst layer 4. For example, precious metal-containing inks are used.
Bei der Herstellung aus Rollenware werden entsprechend die Teilbereiche 2.1 der einzelnen Abschnitte A1 bis An zunächst im zweiten Verfahrensschritt mit dem In the production of rolled goods, the subregions 2.1 of the individual sections A1 to An are first of all in the second method step with the
ionenleitfähigen Material beschichtet. Anschließend werden im dritten Verfahrensschritt die so gebildeten Membranschichten 3 mit der Katalysatorschicht 4 versehen. In einem darauf folgenden Vereinzelungsschritt wird die Rollenware der Kunststofffolie K zugeschnitten und dem weiteren Herstellungsverfahren zugeführt. ion-conductive material coated. Subsequently, in the third method step, the membrane layers 3 thus formed are provided with the catalyst layer 4. In a subsequent separating step, the roll of plastic film K is cut and fed to the further manufacturing process.
In einem in Figur 1 D dargestellten vierten Verfahrensschritt wird der überstehende Randbereich 2.2 der Verstärkerschicht 2 mit gegenüberliegend angeordneten In a fourth method step shown in FIG. 1D, the protruding edge region 2.2 of the amplifier layer 2 is arranged opposite one another
Rahmenelementen 5 stoffschlüssig verbunden. Das Rahmenelement 5 weist eine innere Ausschnittsfläche 5.1 , welche sich mit der Katalysatorschicht 4 überdeckt auf. Beispielsweise wird die Verstärkerschicht 2 mit dem Rahmenelement 5 verklebt oder verschweißt. Dabei stellt der Randbereich 2.2 den flächigen Kontakt mit dem jeweiligen Rahmenelement 5 sicher. Frame elements 5 materially connected. The frame element 5 has an inner cutout surface 5.1, which overlaps with the catalyst layer 4. For example, the amplifier layer 2 is glued or welded to the frame element 5. In this case, the edge region 2.2 ensures surface contact with the respective frame element 5.
Figur 3 zeigt die Elektrolytmembrananordnung 1 in einer Schnittdarstellung. Die FIG. 3 shows the electrolyte membrane arrangement 1 in a sectional view. The
Verstärkerschicht 2 weist einen inneren perforierten Teilbereich 2.1 auf. Der Amplifier layer 2 has an inner perforated portion 2.1. Of the
Teilbereich 2.1 der Verstärkerschicht 2 ist beidseitig mit der semipermeablen Part 2.1 of the amplifier layer 2 is on both sides with the semipermeable
Membranschicht 3 beschichtet, so dass ein lonenaustausch zwischen den Membrane layer 3 coated so that an ion exchange between the
gegenüberliegend angordneten Katalysatorschichten 4 ermöglicht ist. Je nach Wahl des ionenleitfähigen Materials ist die semipermeable Membranschicht 3 nur für Ionen vorgebbarer Größe durchlässig. Gemäß verschiedener Ausführungsformen der Erfindung ist die semipermeable Membranschicht 3 entsprechend der Zellchemie der opposite arranged catalyst layers 4 is made possible. Depending on the choice of the ion-conducting material, the semipermeable membrane layer 3 is permeable only to ions of a predeterminable size. According to various embodiments of the invention, the semipermeable membrane layer 3 according to the cell chemistry of
Brennstoffzelle für Protonen, Hydroxid-, Oxonium-, oder radikalische Dioxid-Ionen durchlässig. Fuel cell permeable to protons, hydroxide, oxonium, or radical dioxide ions.
Der Randbereich 2.2 der Verstärkerschicht 2 ist unbeschichtet und ragt randseitig über den beschichteten Bereich der Membranschicht 3 und der Katalysatorschicht 4 hinaus. Dies ermöglicht eine vereinfachte Handhabung und Verarbeitung der The edge region 2.2 of the amplifier layer 2 is uncoated and protrudes beyond the edge of the coated region of the membrane layer 3 and the catalyst layer 4. This allows a simplified handling and processing of
Elektrolytmembrananordnung 1 während der Herstellung, so dass Beschädigungen der empfindlichen Membranschicht 3 vermieden werden können. Electrolyte membrane assembly 1 during manufacture, so that damage to the sensitive membrane layer 3 can be avoided.
Figur 4 zeigt die Elektrolytmembrananordnung 1 mit den Rahmenelementen 5, welche mit den überstehenden Randbereichen 2.2 der Verstärkerschicht 2 stoffschlüssig verbunden sind. Die beiden gegenüberliegend angeordneten Rahmenelemente 5 stellen die mechanische Stabilität der Elektrolytmembrananordnung 1 sicher. Die innere FIG. 4 shows the electrolyte membrane arrangement 1 with the frame elements 5, which are materially connected to the protruding edge regions 2.2 of the amplifier layer 2. The two oppositely arranged frame elements 5 ensure the mechanical stability of the electrolyte membrane assembly 1. The inner one
Ausschnittsfläche 5.1 des Rahmenselements 5 überdeckt sich mit dem Bereich der Membranschicht 3 und der Katalysatorschicht 4, so dass dieser von der Cut-out surface 5.1 of the frame member 5 overlaps with the region of the membrane layer 3 and the catalyst layer 4, so that this of the
Verstärkerschicht 2 erhabene Bereich der Membran- und Katalysatorschicht 3, 4 formschlüssig an dem Rahmenelement 5 anliegt. Amplifying layer 2 raised portion of the membrane and catalyst layer 3, 4 rests positively on the frame member 5.
In Figur 3 und 4 ist jeweils eine Katalysatorschicht 4 an gegenüberliegende Seiten der Verstärkerschicht 2 angeordnet. Die beiden gegenüberliegenden Katalysatorschichten 4 dienen als Elektroden der Brennstoffzelle. An den Katalysatorschichten 4 können in nicht dargestellter Weise Gasdiffusionslagen angeordnet sein, so dass die der Zellchemie der Brennstoffzelle entsprechenden Gase der Anode bzw. der Kathode zuführbar sind. Bezugszeichenliste In each of FIGS. 3 and 4, a catalyst layer 4 is arranged on opposite sides of the amplifier layer 2. The two opposing catalyst layers 4 serve as electrodes of the fuel cell. At the catalyst layers 4 gas diffusion layers may be arranged in a manner not shown, so that the cell chemistry of the fuel cell corresponding gases of the anode and the cathode can be fed. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Elektrolytmembrananordnung 1 electrolyte membrane assembly
2 Verstärkerschicht  2 amplifier layer
2.1 Teilbereich  2.1 subarea
2.2 Randbereich  2.2 border area
3 Membranschicht  3 membrane layer
4 Katalysatorschicht  4 catalyst layer
5 Rahmenelement  5 frame element
5.1 innere Ausschnittsfläche  5.1 inner cut-out area
A1 bis An Abschnitt A1 to An section
K Kunststofffolie  K plastic film

Claims

Patentansprüche claims
1. Mehrschichtige Elektrolytmembrananordnung (1 ) für eine Brennstoffzelle, welche eine Verstärkerschicht (2) mit einem perforierten Teilbereich (2.1 ) und einen den perforierten Teilbereich (2.1) randseitig umgebenden Randbereich (2.2) aufweist, wobei der perforierte Teilbereich (2.1 ) mit einem ionenleitfähigen Material beschichtet ist, so dass eine semipermeable Membranschicht (3) gebildet ist. 1. A multilayer electrolyte membrane arrangement (1) for a fuel cell, which has an amplifier layer (2) with a perforated subregion (2.1) and an edge region (2.2) surrounding the perforated subregion (2.1) at the edge, the perforated subregion (2.1) having an ion-conducting Material is coated so that a semi-permeable membrane layer (3) is formed.
2. Mehrschichtige Elektrolytmembrananordnung (1) nach Anspruch 1 , 2. A multilayer electrolyte membrane assembly (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das ionenleitfähige Material ein lonomer ist.  characterized in that the ionic conductive material is an ionomer.
3. Mehrschichtige Elektrolytmembrananordnung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, 3. A multilayer electrolyte membrane assembly (1) according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkerschicht (2) aus einem  characterized in that the amplifier layer (2) consists of a
Kunststoffmaterial gebildet ist.  Plastic material is formed.
4. Mehrschichtige Elektrolytmembrananordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, 4. Multilayer electrolyte membrane arrangement (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein verstärkendes Rahmenelement (5) mit dem Randbereich (2.2) der Verstärkerschicht (2) derart stoffschlüssig verbunden ist, dass das Rahmenelement (5) die semipermeable  characterized in that at least one reinforcing frame element (5) is materially connected to the edge region (2.2) of the amplifier layer (2) in such a way that the frame element (5) is semipermeable
Membranschicht (3) umläuft.  Membrane layer (3) rotates.
5. Mehrschichtige Elektrolytmembrananordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, 5. Multilayer electrolyte membrane arrangement (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeable Membranschicht (3) mit einer Katalysatorschicht (4) beschichtet ist. characterized in that the semipermeable membrane layer (3) is coated with a catalyst layer (4).
6. Verfahren zur Herstellung einer Elektrolytmembrananordnung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, 6. A method for producing an electrolyte membrane assembly (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt zumindest ein Teilbereich (2.1) einer Verstärkerschicht (2) derart perforiert wird, dass ein den Teilbereich (2.1) randseitig umgebender, unperforierter Randbereich (2.2) gebildet ist und in einem zweiten Verfahrensschritt der perforierte Teilbereich (2.1) mit einem ionenleitfähigen Material zur Ausbildung einer semipermeablen Membranschicht (3) beschichtet wird.  characterized in that in a first method step at least a partial region (2.1) of an amplifier layer (2) is perforated in such a way that an imperforate edge region (2.2) surrounding the partial region (2.1) is formed on the edge side and in a second process step the perforated partial region (2.1 ) is coated with an ion-conductive material to form a semipermeable membrane layer (3).
7. Verfahren nach Anspruch 6, 7. The method according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Verfahrensschritt die  characterized in that in a third process step the
semipermeable Membranschicht (3) mit einer Katalysatorschicht (4) bedruckt oder beschichtet wird.  semipermeable membrane layer (3) is printed or coated with a catalyst layer (4).
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, 8. The method according to claim 6 or 7,
dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Verfahrensschritt zumindest ein verstärkendes Rahmenelement (5) mit dem Randbereich (2.2) der  characterized in that in a fourth method step at least one reinforcing frame element (5) with the edge region (2.2) of
Verstärkerschicht (2) stoffschlüssig verbunden wird, so dass das  Amplifier layer (2) is materially connected, so that the
Rahmenelement (5) die semipermeable Membranschicht (3) randseitig umläuft.  Frame element (5), the semipermeable membrane layer (3) rotates edge.
9. Verfahren nach Anspruch 8, 9. The method according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (2.2) der Verstärkerschicht (2) beidseitig mit zwei gegenüberliegenden Rahmenelementen (5) verklebt oder verschweißt wird. 0. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9,  characterized in that the edge region (2.2) of the amplifier layer (2) is glued or welded on both sides with two opposite frame elements (5). 0. Method according to one of claims 6 to 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkerschicht (2) aus Rollenmaterial einer Kunststofffolie (K) gefertigt wird, wobei vor dem ersten Verfahrensschritt oder nach dem dritten Verfahrensschritt ein Vereinzelungsschritt erfolgt, in welchem die Rollenware zugeschnitten wird.  characterized in that the amplifier layer (2) is made of roll material of a plastic film (K), wherein prior to the first process step or after the third process step, a separating step takes place, in which the roll goods are cut.
PCT/EP2011/006268 2011-06-01 2011-12-13 Electrolyte membrane assembly for a fuel cell and method for the production thereof WO2012163383A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011106767A DE102011106767B3 (en) 2011-06-01 2011-06-01 Multilayer electrolyte membrane arrangement for fuel cell, has strengthening layer including perforated subregion, which is coated with ion-conductive material so that semipermeable membrane layer is formed
DE102011106767.5 2011-06-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012163383A1 true WO2012163383A1 (en) 2012-12-06

Family

ID=45372812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/006268 WO2012163383A1 (en) 2011-06-01 2011-12-13 Electrolyte membrane assembly for a fuel cell and method for the production thereof

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102011106767B3 (en)
WO (1) WO2012163383A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5761417B1 (en) * 2014-03-31 2015-08-12 大日本印刷株式会社 Electrolyte membrane with support, and catalyst layer-electrolyte membrane laminate with support
US10333157B2 (en) 2014-11-25 2019-06-25 Johnson Matthey Fuel Cells Limited Membrane-seal assembly

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10186720B2 (en) 2014-03-24 2019-01-22 Johnson Matthey Fuel Cells Limited Membrane-seal assembly
GB201405209D0 (en) * 2014-03-24 2014-05-07 Johnson Matthey Fuel Cells Ltd Process
CN112186216A (en) * 2019-07-05 2021-01-05 深圳市南科燃料电池有限公司 Packaging method and membrane electrode assembly

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003007403A1 (en) * 2001-07-13 2003-01-23 Ceramic Fuel Cells Limited A fuel cell gas separator plate
US20050227132A1 (en) 2004-03-04 2005-10-13 Yoshihiro Hori Composite electrolyte membrane, catalyst-coated membrane assembly, membrane-electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell
US20060046121A1 (en) * 2004-08-30 2006-03-02 Asahi Glass Company, Limited Membrane-electrode assembly for polymer electrolyte fuel cells, and polymer electrolyte fuel cell
US20070054169A1 (en) * 2005-09-06 2007-03-08 Day Michael J Ceramic membranes with integral seals and support, and electrochemical cells and electrochemical cell stacks including the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003007403A1 (en) * 2001-07-13 2003-01-23 Ceramic Fuel Cells Limited A fuel cell gas separator plate
US20050227132A1 (en) 2004-03-04 2005-10-13 Yoshihiro Hori Composite electrolyte membrane, catalyst-coated membrane assembly, membrane-electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell
US20060046121A1 (en) * 2004-08-30 2006-03-02 Asahi Glass Company, Limited Membrane-electrode assembly for polymer electrolyte fuel cells, and polymer electrolyte fuel cell
US20070054169A1 (en) * 2005-09-06 2007-03-08 Day Michael J Ceramic membranes with integral seals and support, and electrochemical cells and electrochemical cell stacks including the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5761417B1 (en) * 2014-03-31 2015-08-12 大日本印刷株式会社 Electrolyte membrane with support, and catalyst layer-electrolyte membrane laminate with support
US10333157B2 (en) 2014-11-25 2019-06-25 Johnson Matthey Fuel Cells Limited Membrane-seal assembly

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011106767B3 (en) 2012-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1652258B1 (en) Membrane-electrode unit for the electrolysis of water
DE102011106767B3 (en) Multilayer electrolyte membrane arrangement for fuel cell, has strengthening layer including perforated subregion, which is coated with ion-conductive material so that semipermeable membrane layer is formed
EP1917693A1 (en) Method for producing membranes coated with a catalyst on both sides
DE112015001388B4 (en) Method of making a catalyst coated membrane sealing assembly
DE102008048720A1 (en) Membrane catalyst layer assembly with reinforcing films, membrane electrode assembly with reinforcing films and polymer electrolyte fuel cells
DE102009006296A1 (en) Pre-assembling the active surface on plates to reduce thickness variations
DE112008003166B4 (en) Membrane electrode assembly, fuel cell and method of making the same
DE112008002146T5 (en) Cell for fuel cell, and fuel cell
DE102013205284B4 (en) Electrode arrangement with an integrated reinforcement layer
DE112008000842T5 (en) The fuel cell system
DE102020132271A1 (en) Porous transport layer PTL, stack with PTL, manufacturing process for a PTL
DE102013004799A1 (en) Humidifying device for humidifying process gases and fuel cell assembly comprising such
EP4093901B1 (en) Device and method for carbon dioxide electrolysis or carbon monoxide electrolysis
DE112006000323T5 (en) fuel cell
DE112015005313T5 (en) REED-seal ARRANGEMENT
DE102014102409B4 (en) Method of simultaneously applying multiple fuel cell component coatings to a substrate and method of making a membrane electrode assembly
DE102012215657B4 (en) Process for the preparation of a water vapor transfer membrane
DE102020120691B4 (en) Method of making a membrane electrode and gas diffusion layer assembly
DE102021207245A1 (en) Bipolar plate, reference pattern for a bipolar plate, system and method for manufacturing and testing a bipolar plate
DE102020212539A1 (en) Method of manufacturing an electrolyte membrane for fuel cells with improved durability
DE102016123910A1 (en) Gas diffusion electrode
DE102021212382A1 (en) Diffusion sheet for an electrochemical cell, electrochemical cell and method of making a diffusion sheet
WO2019162019A1 (en) Electrode, metal/air cell, method and multilayer composite
WO2024046908A1 (en) Battery cell, system, method for producing a battery cell assembly, and battery cell assembly
EP3477750A1 (en) Metal/air cell and its manufacture

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11801598

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11801598

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1