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CN112740448A - 用于制造用于燃料电池的膜片电极单元的方法 - Google Patents

用于制造用于燃料电池的膜片电极单元的方法 Download PDF

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CN112740448A
CN112740448A CN201980061679.6A CN201980061679A CN112740448A CN 112740448 A CN112740448 A CN 112740448A CN 201980061679 A CN201980061679 A CN 201980061679A CN 112740448 A CN112740448 A CN 112740448A
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CN
China
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component
particles
electrode unit
membrane electrode
carried out
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CN201980061679.6A
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S·希普切恩
C·巴尔迪佐内
H·鲍尔
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Abstract

本发明涉及一种用于制造用于燃料电池(100)的膜片电极单元(MEA)的方法,该燃料电池具有电极单元(MPL),该电极单元实施成用于作为气体扩散层(GDL)使用,所述方法具有下列步骤:1)提供颗粒形的组成部分(a、b):a)碳颗粒和/或石墨颗粒,b)含聚偏二氟乙烯的颗粒(PVDF),2)将组成部分a)的至少一部分与组成部分b)混合,直至组成部分b)粘附在组成部分a)的颗粒上,3)将在步骤2)中获得的预混合物与组成部分a)的剩余部分混合,4)将在步骤3)中获得的混合物滚压或挤出成带形材料,该带形材料形成所述电极单元(MPL)。

Description

用于制造用于燃料电池的膜片电极单元的方法
技术领域
本发明涉及一种根据独立方法权利要求所述的用于制造用于燃料电池的膜片电极单元的方法。此外,本发明涉及一种相应的根据独立装置权利要求所述的膜片电极单元。此外,本发明涉及一种相应的根据并列独立装置权利要求所述的燃料电池。
背景技术
燃料电池是电化学换能器。在聚合物电解质膜燃料电池或简称为PEM燃料电池中为了获得能量将反应物氢气和氧气转化成水、电能和热量。根据现有技术,PEM燃料电池构造为重复单元的堆叠,所述重复单元包括阴极区域、双极板、阳极区域和膜片电极单元。双极板是能导电的,但对于气体和离子是不能穿透的。双极板借助于在毫米范围中的隔片结构在阳极区域中分配例如氢气并且在阴极区域中分配例如氧气或空气。为了简化气体从双极板的毫米级结构化部到膜片电极单元的纳米级催化剂微粒上的过渡和分配,需要在双极板和膜片电极单元之间的多孔中间层(例如气体扩散层,GDL)。该中间层例如可以构造为由碳纤维制成的多孔纤维网。在此,碳纤维的纤维端部可以由制造决定地垂直于中间层的表面竖立。
如果这种纤维网受双极板的隔片结构按压,那么在隔片下面的孔隙度明显减小并且在这些隔片下方尤其出现产物水的积聚。产物水的积聚妨碍氧气或空气尤其在氧气侧或空气侧上的必要扩散。由此限制燃料电池的局部电流密度和有效功率。为了能够将水从纤维网中排出,使一些已知的纤维网设有疏水涂层。然而,通过例如借助于喷涂施加疏水涂层,可能出现敞开的多孔结构的部分或完全的封闭,使得纤维网虽然具有疏水涂层,但用于将液化水排出的多孔结构变窄或被封闭。由此也妨碍氧气或空气进入到膜片上。
目前,在燃料电池中要求具有几微米的材料厚度的相对较薄的膜片。这种膜片不能作为自由支承的薄膜或者仅能够以显著的花费和大的废品率作为自由支承的薄膜使用。因此,这些非常薄的膜片目前被直接涂覆到纤维网的一侧上。因为纤维网的表面上的纤维结构是不平的,所以可以构造波形的膜片。波形的膜片不能实现与对应侧的气体扩散层的好的接触。纤维网经常涂覆有微孔层,所述微孔层通过微粒悬浮物的喷涂、干燥和烧结同样与纤维网连接。在此,通过施加过程跟踪纤维网的表面波形。此外,在纤维网以微粒悬浮物或形成膜片的膜片溶液直接涂覆时可以使溶液或悬浮物挤入到纤维结构的凹部中并且填充这些凹部。这样挤入的溶液或悬浮物可以封闭气体扩散层的多孔结构并且妨碍气流以及水排出。此外,这种膜片或微孔层可以具有不均匀的厚度并且因此引起不均匀的电阻。由此可以出现局部不同的电流强度,由此可以限制燃料电池的有效功率。
发明内容
本发明设置一种根据独立方法权利要求所述的用于制造用于燃料电池的膜片电极单元的方法。此外,本发明设置一种相应的根据独立装置权利要求所述的膜片电极单元。此外,本发明设置一种相应的根据并列独立装置权利要求所述的燃料电池。本发明的另外的优点和细节由从属权利要求、说明书和附图得出。在此,结合根据本发明的方法描述的优点、特征和细节当然也适用于根据本发明的膜片电极单元以及根据本发明的燃料电池,反之亦然,使得关于本发明的各个方面的公开内容总是相互参照或可以相互参照。
本发明设置一种用于制造用于燃料电池的膜片电极单元的方法,所述燃料电池具有尤其微孔的电极单元,其中,尤其微孔的电极单元实施成用于作为气体扩散层使用,所述方法具有下列步骤:
1)提供微粒形的组成部分(a、b):
a)碳颗粒和/或石墨颗粒,
b)含聚偏二氟乙烯的颗粒(PVDF),
2)将组成部分a)的至少一部分与组成部分b)混合,直至组成部分b)粘附到组成部分a)的微粒上,
3)将在步骤2)中获得的预混合物与组成部分a)的剩余部分混合,
4)将在步骤3)中获得的混合物滚压或挤出成带形材料,该带形材料形成所述电极单元(MPL)。
在本发明的框架中,作为膜片电极单元可以理解为尤其微孔的电极单元,所述电极单元可以具有用于电化学反应的催化剂材料、例如铂并且所述电极单元可以涂覆有能导离子的膜片。在本发明的框架中,尤其微孔的电极单元可以在具有或不具有单独的基于纤维的中间层的情况下作为气体扩散层使用。在本发明的框架中,尤其微孔的电极单元相比于基于纤维的气体扩散层或相比于基于微粒的直接涂覆到纤维网上的微孔层具有明显更平的表面。在本发明的框架中,尤其微孔的电极单元以有利的方式适用于涂覆以具有几微米的材料厚度的薄膜片,该薄膜片形成在根据本发明的尤其微孔的电极单元的表面上的均匀的、有利的平面的层。在本发明的框架中,尤其微孔的电极单元具有在纳米范围中的孔结构和10μm至150pm、优选20μm至70μm的材料厚度。组成部分a)用于制成的电极单元的导电性。组成部分b)作为组成部分a)的微粒的粘合剂和/或疏水涂层起作用。
对于燃料电池电极需要高含量的疏水表面,所述疏水表面可以通过添加聚合物、如聚偏二氟乙烯(PVDF)和/或聚四氟乙烯(PTFE)以混合物的形式得到。这些疏水组分必须在混合物中均匀分布并且通过碳微粒和/或石墨微粒固定。
在此,本发明的思想在于,聚合物、如聚偏二氟乙烯(PVDF)(组成部分b))必要时与聚四氟乙烯(PTFE)(组成部分c)和导电微粒、如碳颗粒和/或石墨颗粒(组成部分a))例如通过在空气流中的流化强烈地并且快速地混合,它们可以具有相同的密度和微粒大小。这些混合物的固定通过热激活、即聚合物的熔化在步骤2)和/或步骤3)中实现,必要时通过在可选的步骤2a)中以粘合剂溶液或粘合剂悬浮物的润湿实现。制成的混合物从步骤2)至步骤3)具有越来越多的聚集物。在本发明的框架中,所述混合物包括基于塑料的粘合剂、尤其是含聚偏二氟乙烯的颗粒(PVDF),该颗粒对于连续的混合物是特别有利的,所述连续混合物能够以有利的方式加工成薄的(有利地可延展的)带形材料,所述带形材料具有10μm至150μm、优选20μm至70μm的材料厚度。在本发明的框架中,在步骤2)和3)中将碳颗粒和/或石墨颗粒的微粒逐渐预颗粒化成碳颗粒和/或石墨颗粒的颗粒化。根据本发明,通过含聚偏二氟乙烯的颗粒(PVDF)能够实现,由在步骤5)中提供的混合物可以通过挤出或滚压过程制造薄的带形材料,该带形材料可以形成用于燃料电池的膜片电极单元的基础。在滚压时在聚集物上和聚集物中出现机械力,所述机械力通过石墨微粒或聚集物的彼此小的相对运动产生。由此也拉伸聚合物,使得产生另外的石墨接合部位,所述石墨接合部位通过局部力和相对运动挤压到石墨微粒上。这样能够实现简单的薄膜形成。
此外,本发明可以在用于制造膜片电极单元的方法的框架中设置为,在步骤2)中和/或在步骤3)中在预混合物或混合物内部添加具有1至10重量百分比的(相应)质量分量的溶剂和/或水。在此,溶剂可以有助于使组成部分b)液化并且可以进行组成部分a)的微粒的预颗粒化或颗粒化。水又可以导致,组成部分a)的微粒在步骤2)和3)中不受损。在步骤3)中提供的或完成的混合物是连续的混合物,该混合物既不是液态的也不是膏状的,但该混合物保持明显的干燥,因为水仅润湿微粒表面,但混合物由于少量的水不流化。溶剂和/或水可以在步骤4)中尽可能地蒸发。原则上可以考虑,在步骤4)之后可以设置用于干燥带形材料的步骤。
此外,本发明可以在用于制造膜片电极单元的方法的框架中设置为,在步骤1)中组成部分b)可以呈含水溶液的形式以在含水溶液内部的30至70重量百分比的质量分量被提供。以该方式,可以有利于组成部分a)和b)的混合和/或组成部分a)的微粒的颗粒化。
此外,本发明可以在用于制造膜片电极单元的方法的框架中设置为,在步骤1)中以1:1至20:1、优选10:1的质量比例提供组成部分(a、b),和/或,在步骤2)中以4:1至19:1、优选9:1的质量比例提供组成部分(a、b)。因此,可以将碳颗粒和/或石墨颗粒(或组成部分a)按份额地或部分地掺和成预混合物,该预混合物通过组成部分a)的另外份额或另外部分的每次添加在完成的混合物中具有越来越多的碳颗粒和/或石墨颗粒(或组成部分a)。同时,在完成的混合物中保留充足的呈组成部分b)的形式的粘合剂,该粘合剂负责完成的混合物的粘结,使得该混合物可以作为连续的混合物加工成带形材料。
此外,本发明可以在用于制造膜片电极单元的方法的框架中设置为,在步骤1)中将聚四氟乙烯颗粒(PTFE)掺和给组成部分b),和/或,在步骤1)中以1:1至5:1、优选1:1的质量比例提供聚偏二氟乙烯颗粒(PVDF)和聚四氟乙烯颗粒(PTFE)。聚四氟乙烯颗粒(PTFE)以有利的方式作为粘合剂使用,该粘合剂塑性变形并且因此能够与微粒良好地接触以及即使在受机械负载时也保持微粒接触,更确切地说在受机械负载时在微粒之间拉伸。聚偏二氟乙烯颗粒(PVDF)以有利的方式作为粘合剂使用,该粘合剂是足够稳定的,以便能够加工成薄的、弹性的膜。以聚偏二氟乙烯颗粒(PVDF)和聚四氟乙烯颗粒(PTFE)之间的相应的比例,实现用于在相对小的20至70μm的材料厚度的情况下制造和加工为带形材料的好的粘合和拉伸强度的组合。
此外,本发明可以在用于制造膜片电极单元的方法的框架中设置为,在步骤2)中进行组成部分a)的微粒与组成部分b)的材料的预颗粒化,和/或,步骤2)在温度>19℃时实施,和/或,步骤2)借助于挤出、揉捏、混合、挤压或滚压实施。因此,能够以有利的方式制造干燥的、即没有溶剂的预混合物。在温度>19℃时进行聚合物结构的转化,该聚合物结构是可以塑性加工的,从而能够实现组成部分a)的至少一部分的预颗粒化。同时,组成部分b)以足够的量保持粒状,使得可以在步骤3)中逐渐地进一步掺和组成部分a)。
此外,本发明可以在用于制造膜片电极单元的方法的框架中设置为,在步骤3)中进行组成部分a)的微粒与组成部分b)的材料的颗粒化,和/或,步骤3)在温度为50℃至400℃、尤其是150℃和240℃时实施,和/或,步骤3)借助于流化层颗粒化实施。因此,能够以有利的方式制造连续的混合物,该混合物可以加工成带形材料。在温度为50℃至400℃、尤其150℃和240℃时,粘合剂或组成部分b)可以熔化并且引起组成部分a)的微粒的颗粒化。
此外,本发明可以在用于制造膜片电极单元的方法的框架中设置为,在步骤4)中将至少一个滚子或挤出蜗杆加热到温度50℃至400℃、尤其是150℃和240℃。因此,可以实现可能存在的溶剂和/或水的蒸发。此外,可以实现带形材料的平整。
此外,本发明可以在用于制造膜片电极单元的方法的框架中设置为,在另外的步骤5)中借助于催化溶液润湿带形材料或者通过催化剂层涂覆带形材料。因此,可以在带形材料的表面上构造催化剂层,该催化剂层可以用于在膜片的活性面上的化学反应的触发。
仍然和/或附加地可以考虑,在步骤1)中将组成部分a)的微粒的至少一部分润湿或涂覆以催化剂。以该方式,可以在步骤2)中的预混合物中和步骤3)中的混合物中加工出具有不同特性的微粒。具有催化剂的微粒可以直接地或在带形材料的表面没有进一步加工出催化剂层的情况下用于触发在膜片的活性面上的化学反应。
此外,本发明可以在用于制造膜片电极单元的方法的框架中设置为,在另外的步骤6)中将具有能导离子的膜片的带形材料印刷成多层材料。因此,可以提供多层材料,由该多层材料可以裁剪出用于燃料电池的准备好使用的膜片电极单元。
此外,本发明可以在用于制造膜片电极单元的方法的框架中设置为,在另外的步骤7)中将多层材料裁剪成膜片电极单元。因此,可以提供用于燃料电池的准备好使用的膜片电极单元。
此外,本发明设置有膜片电极单元,该膜片电极单元借助于可以如上所述地实施的方法制造。借助于根据本发明的膜片电极单元实现与结合根据本发明的方法所述的优点相同的优点。这里全面地参考这些优点。
此外,本发明设置有具有膜片电极单元的燃料电池,该膜片电极单元借助于可以如上所述地实施的方法制造。借助于根据本发明的燃料电池同样可以实现与结合根据本发明的方法所述的优点相同的优点。这里全面地参考这些优点。
此外,在本发明的意义中的燃料电池中可以考虑,在阴极侧上使用具有涂覆在其上的膜片的电极单元并且在阳极侧上使用具有或不具有带膜片的涂层的电极单元,它们可以相互挤压、热挤压、粘接或进行类似处理。
此外,在本发明的意义中的燃料电池中可以考虑,尤其微孔的电极单元可以在没有另外的、例如纤维化的中间层的情况下用作为气体扩散层,以便简化反应物从双极板的毫米结构化部到膜片电极单元的纳米级的催化剂微粒上的分配。
附图说明
下面参照附图详细阐释根据本发明的膜片电极单元和根据本发明的燃料电池和其扩展方案以及其优点。附图分别示意性示出:
图1根据本发明的方法的流程的示意性示图,
图2在本发明的意义中的膜片电极单元的示意性剖示图,
图3在本发明的意义中的燃料电池的示意性剖示图,和
图4在本发明的意义中的膜片电极单元的示意性剖示图的放大视图。
在不同附图中,本发明的相同部件总是设有相同的附图标记,因此这些附图标记通常仅说明一次。
具体实施方式
图1示出在本发明的意义中的用于制造用于燃料电池100的膜片电极单元MEA的方法的示意性流程图。燃料电池100包含尤其有微孔的电极单元MPL,所述电极单元实施成作为气体扩散层GDL使用。所述方法包括下列步骤:
1)提供微粒形的组成部分(a、b):
a)碳颗粒和/或石墨颗粒,
b)含聚偏二氟乙烯的颗粒(PVDF)(换言之,含聚偏二氟乙烯的混合物,可能具有可选的另外的聚合物,如聚四氟乙烯(PTFE)和/或丙烯酸盐),
2)将组成部分a)的至少一部分与组成部分b)混合,直至组成部分b)粘附到组成部分a)的微粒上。
步骤2)例如通过在流化层流动床(F)或叶片式混合器中优选在温度升高的情况下组成部分(a、b)的混合实现。然后当组成部分b)的可以在温度升高的情况下实现粘附的含量高于要制成的带形材料的期望的聚合物含量,可选地添加另外的组成部分a),即通过组成部分a)的另外的材料稀释预混合物。在步骤2)中有利地进行组成部分(a、b)的聚集。
本发明可以在可选的步骤2a)中设置为:
2a)在溶剂和/或水中以连续的或不连续的混合过程(B)预混合和/或溶解另外的微粒形的组成部分c)、例如聚偏二氟乙烯颗粒(PVDF)和/或聚四氟乙烯颗粒(PTFE)和/或丙烯酸盐。可选地,在步骤2a)中可以设置为混入用于改善要制造的带形材料的导电性能的导电炭黑(Leitruβen)。
3)将在步骤2)中获得的预混合物与组成部分a)的剩余部分混合,
步骤3)优选可以通过将在步骤2a)中获得的尤其液态的溶液或悬浮物与在步骤2)中获得的预混合物混合而实现。这可以在流化层流动床(F)中发生,在该流化层流动床中在步骤2)中提供的微粒形的组成部分至少部分地涂覆以溶液或者改善组成部分a)和/或b)的粘附。有利地,在步骤3)中通过除去在流化层流动床(F)的空气流中的溶剂实现微粒形的组成部分(a、b、c)的附加聚集,优选通过另外的微粒形的组成部分c)。在此,聚集的组分的电接合和机械接合是非常强烈的和均匀的。根据随后的加工的要求,通过溶剂含量、空气流速度和各个组成部分相对彼此的质量比可以制造多孔的或紧密的聚集物。
本发明可以在可选的步骤3a)中设置为:
3a)提供由在步骤3)中获得的聚集物的混合物,
4)将在步骤3)中获得的混合物滚压或挤出成带形材料,所述带形材料形成尤其微孔的电极单元或者由所述带形材料可以裁剪出尤其微孔的电极单元。
在图1的示图中示出两个另外的组成部分c)和d),所述另外的组成部分能够可选地在步骤2)中添加给预混合物和/或在步骤4)中添加给混合物。下面详细涉及这些组成部分c)和d)。
在本发明的框架中,作为膜片电极单元MEA可以理解为尤其微孔的电极单元MPL,所述电极单元可以具有用于电化学反应的催化剂材料、例如铂并且可以涂覆有能导离子的膜片M(参见图4)。在本发明的框架中,尤其微孔的电极单元MPL可以在具有或没有单独的基于纤维的中间层的情况下作为气体扩散层GDL使用(参见图3)。在本发明的框架中,尤其微孔的电极单元MPL相比于基于纤维的气体扩散层GDL具有明显匀称的表面(参见图4)。在本发明的框架中,尤其微孔的电极单元PML以有利的方式适用于涂覆以薄膜片M,该膜片具有几微米的材料厚度,该膜片在根据本发明的、尤其微孔的电极单元MPL的表面上形成均匀的、有利地平面的层(参见图4)。在本发明的框架中,尤其微孔的电极单元MPL具有在纳米范围中的孔结构和20至70μm的材料厚度。组成部分a)用于完成的电极单元MPL的导电性。组成部分b)作为组成部分a)的微粒的粘合剂和/或疏水涂层起作用。
在步骤2)和3)中可以将碳颗粒和/或石墨颗粒(或组成部分a)按份额地或部分地掺和成预混合物,该预混合物通过组成部分a)的另外份额或另外部分的每次添加在完成的混合物中具有越来越多的碳颗粒和/或石墨颗粒(或组成部分a)。
在本发明的框架中,所述混合物可以具有基于塑料的粘合剂、例如聚偏二氟乙烯颗粒(PVDF)作为组成部分或组成部分b)的成分。此外,在本发明的框架中,所述混合物可以具有基于塑料的另外的粘合剂、例如聚四氟乙烯颗粒(PTFE)作为另外的可选的组成部分c)。在此,本发明可以设置,组成部分c)在步骤1)中掺和到组成部分b)中。此外,本发明可以设置为,在步骤1)中以质量比1:1至5:1、优选1:1提供聚偏二氟乙烯颗粒(PVDF)和聚四氟乙烯颗粒(PTFE)。以聚偏二氟乙烯颗粒(PVDF)和聚四氟乙烯颗粒(PTFE)之间的相应的比例实现用于带形材料的好的粘合和甚至好的可延展性以及相对较小的20至70μm的材料厚度的组合。
在本发明的框架中,在步骤2)和3)中将碳颗粒和/或石墨颗粒的微粒逐渐预颗粒化成碳颗粒和/或石墨颗粒的确定的、例如完全的颗粒化。在步骤4)中又可以将粘合剂通过机械运动拉伸,以便由此形成用于石墨的连接的较大触碰面。
由图1还可看出,在步骤2)和/或步骤3)中溶剂和/或水可以作为另外的组成部分d)附加给预混合物或混合物,例如以在预混合物或混合物内部的(相应的)1至10重量百分比的质量分量。溶剂可以用于使得能够进行预颗粒化或颗粒化。在此,水又可以用于碳颗粒和/或石墨颗粒的微粒不受损。
因此,在步骤3)中可以提供连续的混合物,该混合物既不是液态的也不是膏状的,但该混合物可以在步骤4)中加工成带形材料,例如借助于滚压或挤出。
组成部分b)和c)可以呈含水溶液的形式以在含水溶液内部的(相应的)30至70重量百分比的质量分量被提供。
在本发明的框架中可以考虑,在步骤1)中碳颗粒和/或石墨颗粒相对于粘合剂以1:1至20:1、优选10:1的质量比例被提供,和/或,在步骤2)中碳颗粒和/或石墨颗粒相对于粘合剂以4:1至19:1、优选9:1的质量比例被提供。
在步骤2)中可以在温度>19℃的情况下进行组成部分a)的微粒的预颗粒化。附加地,可以在步骤2)中借助于挤出、揉捏、混合、挤压或滚压进行预颗粒化。
在步骤4)中,根据粘合剂或粘合剂的混合物具有哪个熔化温度,可以在温度为50℃至400℃、尤其150℃和240℃时进行组成部分a)的微粒的颗粒化。在此,所述温度可以取决于组成部分b)和组成部分c)之间的混合比例。
如在图1中表明,步骤3)可以借助于流化层颗粒化实施。因此,可以制造有利地连续的混合物,该混合物可以加工成带形材料。借助于流化层颗粒化和升高的温度可以有利地进行组成部分b)和/或组成部分c)的纤维化。
此外,在本发明的框架中可以设置为,在步骤4)中将至少一个滚子W1、W2或挤出蜗杆E加热到50℃至400℃、尤其150℃和240℃的温度。在此,所述温度可以取决于组成部分b)和组成部分c)之间的混合比例。因此,在步骤4)中可以尽可能地蒸发溶剂和/或水并且还使带形材料平整。
在本发明的框架中可以考虑,将催化剂材料构造在完成的带形材料的表面上作为润湿部(Benetzung)和/或涂层,例如在另外的未示出的步骤5)中。
仍然和/或附加地可以考虑,在步骤1)中使组成部分a)的微粒的至少一部分润湿有或涂覆有催化剂。以该方式,在步骤2)中的预混合物中并且在步骤3)中的混合物中已经可以存在具有催化剂的微粒。
此外,在用于制造膜片电极单元MEA的方法的框架中,例如在另外的未示出的步骤6)中可以设置为,将具有能导离子的膜片M的带形材料印刷成多层材料,由所述多层材料可以裁剪出用于燃料电池100(参见图3)的准备好使用的膜片电极单元MEA(参见图2)。
最后,在另外的未示出的步骤7)中可以将多层材料裁剪成膜片电极单元MEA。因此,可以提供用于燃料电池100(参见图3)的准备好使用的膜片电极单元MEA(参见图2)。
本发明在燃料电池100中可以设置为,在阴极侧K上使用根据本发明制造的电极单元MPL,该电极单元具有涂覆在其上的膜片M,并且在阳极侧A上使用根据本发明制造的电极单元MPL,该电极单元具有或不具有带膜片M的涂层,它们可以相互挤压、热挤压、粘接或进行类似处理。
尤其微孔的电极单元MPL可以有利地在没有另外的、例如纤维化的中间层的情况下用作为气体扩散层GDL,以便简化反应物从双极板BPP的毫米结构化部到膜片电极单元MEA的纳米级的催化剂微粒上的分配(参见图3)。
前面对附图的说明仅在示例的框架下描述本发明。当然,只要在技术上有意义,实施方式的各个特征可以自由地相互组合,而不偏离本发明的框架。

Claims (13)

1.用于制造用于燃料电池(100)的膜片电极单元(MEA)的方法,该燃料电池具有电极单元(MPL),该电极单元实施成用作气体扩散层(GDL),所述方法具有下列步骤:
1)提供颗粒形的组成部分(a、b):
a)碳颗粒和/或石墨颗粒,
b)含聚偏二氟乙烯的颗粒(PVDF),
2)将组成部分a)的至少一部分与组成部分b)混合,直至组成部分b)粘附在组成部分a)的微粒上,
3)将在步骤2)中获得的预混合物与组成部分a)的剩余部分混合,
4)将在步骤3)中获得的混合物滚压或挤出成带形材料,该带形材料形成所述电极单元(MPL)。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
在步骤2)中和/或在步骤3)中在相应的所述预混合物或所述混合物内部添加质量分量为1至10重量百分比的溶剂和/或水。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,
在步骤1)中,组成部分b)呈含水溶液的形式以在含水溶液内部的30至70重量百分比的质量分量被提供。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,
在步骤1)中以1:1至20:1的质量比例提供组成部分(a、b),
和/或,在步骤2)中以4:1至19:1的质量比例提供组成部分(a、b)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,
在步骤1)中将聚四氟乙烯颗粒(PTFE)掺和给组成部分b),
和/或,在步骤1)中以1:1至5:1的质量比例提供聚偏二氟乙烯颗粒(PVDF)和聚四氟乙烯颗粒(PTFE)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,
在步骤2)中进行组成部分a)的微粒与组成部分b)的材料的预颗粒化,
和/或,步骤2)在温度>19℃时实施,
和/或,步骤2)借助于挤出、揉捏、混合、挤压或碾压实施。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,
在步骤3)中进行组成部分a)的微粒与组成部分b)的材料的颗粒化,
和/或,步骤3)在温度为50℃至400℃时实施,
和/或,步骤3)借助于流化层颗粒化实施。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,
在步骤4)中将至少一个滚子(W1、W2)加热到50℃至400℃的温度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,
在另外的步骤7)中以催化溶液润湿所述带形材料或者以催化剂层涂覆所述带形材料,和/或,在步骤1)中将组成部分a)的微粒的至少一部分以催化剂润湿或涂覆。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,
在另外的步骤6)中将具有能导离子的膜片(M)的所述带形材料印刷成多层材料。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,
在另外的步骤7)中将所述多层材料裁剪成膜片电极单元(MEA)。
12.膜片电极单元(MEA),其特征在于,
所述膜片电极单元(MEA)借助于根据前述权利要求中任一项所述的方法制造。
13.燃料电池(100),具有根据前一权利要求所述的膜片电极单元(MEA)。
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