[go: up one dir, main page]

DE102020208003A1 - Method for forming a catalytically active layer on a surface of a membrane which is part of an electrode-membrane unit of an electrochemical cell - Google Patents

Method for forming a catalytically active layer on a surface of a membrane which is part of an electrode-membrane unit of an electrochemical cell Download PDF

Info

Publication number
DE102020208003A1
DE102020208003A1 DE102020208003.8A DE102020208003A DE102020208003A1 DE 102020208003 A1 DE102020208003 A1 DE 102020208003A1 DE 102020208003 A DE102020208003 A DE 102020208003A DE 102020208003 A1 DE102020208003 A1 DE 102020208003A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
catalytically active
membrane
active layer
layer
plasma spraying
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020208003.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Christian Immanuel Bernäcker
Lars Röntzsch
Stefan Loos
Stefan Scheitz
Oliver Kunze
Thomas RAUSCHER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Dresden
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Technische Universitaet Dresden
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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 Technische Universitaet Dresden, Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Technische Universitaet Dresden
Priority to DE102020208003.8A priority Critical patent/DE102020208003A1/en
Publication of DE102020208003A1 publication Critical patent/DE102020208003A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • C25B9/23—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms comprising ion-exchange membranes in or on which electrode material is embedded
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C25B11/031—Porous electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/052—Electrodes comprising one or more electrocatalytic coatings on a substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/075—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/075—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound
    • C25B11/089—Alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
    • C25B13/02—Diaphragms; Spacing elements characterised by shape or form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/881—Electrolytic membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/886—Powder spraying, e.g. wet or dry powder spraying, plasma spraying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9041—Metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1041—Polymer electrolyte composites, mixtures or blends
    • H01M8/1046—Mixtures of at least one polymer and at least one additive
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
    • H01M2300/0071—Oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

Bei dem Verfahren zur Ausbildung einer katalytisch wirksamen Schicht auf einer Oberfläche einer Membran, die Bestandteil einer Elektroden-Membran-Einheit einer elektrochemischen Zelle und die mit einem Metalloxid und/oder Metallhydroxid in einer polymeren Matrix gebildet ist, wird eine Membran (6) in einer Halterung (5) fixiert und die katalytisch wirksame Schicht an einer Oberfläche mittels einem Plasmaspritzverfahren, bei dem Partikel eines katalytisch wirksamen Werkstoffs eingesetzt werden, ausgebildet wird. Auf der Oberfläche der Membran, die der Oberfläche, auf der die katalytisch wirksame Schicht ausgebildet wird, gegenüberliegend angeordnet ist, ist eine Flüssigkeitskühlung mit mindestens einem Kühlkörper (2) vorhanden und/oder auf die Oberfläche, auf der die katalytisch wirksame Schicht ausgebildet wird, wird mindestens eine kühlende Gasströmung gerichtet.In the method for forming a catalytically active layer on a surface of a membrane, which is part of an electrode-membrane unit of an electrochemical cell and which is formed with a metal oxide and / or metal hydroxide in a polymeric matrix, a membrane (6) in a Holder (5) is fixed and the catalytically active layer is formed on a surface by means of a plasma spraying process in which particles of a catalytically active material are used. On the surface of the membrane, which is arranged opposite the surface on which the catalytically active layer is formed, there is liquid cooling with at least one heat sink (2) and/or on the surface on which the catalytically active layer is formed, at least one cooling gas flow is directed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung einer katalytisch wirksamen Schicht auf einer Oberfläche einer Membran, die Bestandteil einer Elektroden-Membran-Einheit einer elektrochemischen Zelle ist. Die Membran ist dabei mit einem Metalloxid und/oder Metallhydroxid in einer polymeren Matrix gebildet, wie dies bei den Diaphragmen in der alkalischen Elektrolyse der Fall ist. Häufig wird als Metalloxid dabei ZrO eingesetzt.The invention relates to a method for forming a catalytically active layer on a surface of a membrane which is part of an electrode-membrane unit of an electrochemical cell. The membrane is formed with a metal oxide and / or metal hydroxide in a polymeric matrix, as is the case with the diaphragms in alkaline electrolysis. ZrO is often used as the metal oxide.

Anstelle eines Diaphragmas kann man auch eine ionenleitende Membran, insbesondere eine anionenleitende Membran mit mindestens einer katalytisch wirksamen Schicht an mindestens einer Oberfläche beschichten.Instead of a diaphragm, it is also possible to coat an ion-conducting membrane, in particular an anion-conducting membrane, with at least one catalytically active layer on at least one surface.

In jüngster Vergangenheit ist man bestrebt eine großflächige, günstige Elektroden-Separator-Einheit zum hochskalieren von z.B. Elektrolyseverfahren, wie sie zur effizienten Wasserstoffbereitstellung eingesetzt werden können, zum Einsatz zu bringen.In the recent past efforts have been made to use a large-area, inexpensive electrode-separator unit for upscaling, for example, electrolysis processes such as those that can be used for efficient hydrogen supply.

Bei der alkalischen Elektrolyse kann man sogenannte PEM (polymere exchange membran) einsetzen. Die saure PEM nutzt hochkritische Materialien auf der Anodenseite (z.B. IrO2). Daher ist eine Skalierung der PEM in den GW Leistungsbereich bis heute nicht absehbar, da eine die Herstellung von großflächigen Membran-Elektroden durch die Rohstoffverfügbarkeit begrenzt ist.So-called PEM (polymer exchange membrane) can be used in alkaline electrolysis. The acidic PEM uses highly critical materials on the anode side (e.g. IrO 2 ). Therefore, a scaling of the PEM in the GW power range is still not foreseeable, since the production of large-area membrane electrodes is limited by the availability of raw materials.

Bei den letzten Entwicklungen zur Wasser-Elektrolyse kombinierte man den Zellaufbau, wie er bei der PEM- Elektrolyse genutzt wird, mit der alkalischen Elektrolyse. Zu dem Zellaufbau gehört dabei eine katalytisch aktive Zone. Zur Herstellung wird der Katalysator direkt bisher entweder auf eine gasdurchlässige Schicht (GDL), der sogenannten Gasdiffusionslayer im CCS (catalyst coated substrate)-Ansatz oder auf die Ionen-leitfähige Membran im CCM (catalyst coated membrane)-Ansatz aufgebracht. Die so erhaltene Elektroden-Membran-Einheit wird üblicherweise auch als MEA (membrane-electrodeassembly) bezeichnet.The latest developments in water electrolysis combined the cell structure, as used in PEM electrolysis, with alkaline electrolysis. A catalytically active zone is part of the cell structure. For production, the catalyst has previously been applied either directly to a gas-permeable layer (GDL), the so-called gas diffusion layer in the CCS (catalyst coated substrate) approach, or to the ion-conductive membrane in the CCM (catalyst coated membrane) approach. The electrode-membrane unit obtained in this way is usually also referred to as MEA (membrane-electrodeassembly).

Beim CCM-Ansatz zur Beschichtung der jeweiligen Membran wird wie folgt vorgegangen:

  1. 1. Katalysatortinte wird zunächst, anstatt wie im CCS-Ansatz auf ein leitfähiges Substrat, auf eine dünne PTFE-Folie aufgebracht und getrocknet.
  2. 2. Die erhalten Katalysatorschicht wird anschließend durch einen Laminierungsprozess auf die Membran mittels eines Heißpressverfahrensübertragen und
  3. 3. die PTFE-Folie entfernt.
The CCM approach to coating the respective membrane is as follows:
  1. 1. Instead of being applied to a conductive substrate as in the CCS approach, catalyst ink is first applied to a thin PTFE film and dried.
  2. 2. The catalyst layer obtained is then transferred to the membrane by means of a lamination process by means of a hot pressing process and
  3. 3. Removed the PTFE film.

Die Zusammenführung von GDL und Katalysatorschicht erfolgt bei dieser Technik erst bei der Herstellung der Membran-Elektroden-Einheit im Heißpressschritt.With this technology, the GDL and the catalyst layer are only brought together during the manufacture of the membrane-electrode unit in the hot-pressing step.

Es wird deutlich, dass mehrere unterschiedliche Verfahrensschritte, die auch an unterschiedlichen Orten bzw. in unterschiedlichen Anlagen durchgeführt werden müssen, erforderlich sind. Außerdem ist die Handhabung insbesondere bei großen zu beschichtenden Oberflächen schwierig.It becomes clear that several different process steps, which also have to be carried out at different locations or in different systems, are required. In addition, handling is difficult, especially in the case of large surfaces to be coated.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für eine vereinfachte Ausbildung von katalytisch wirksamen Schichten auf großen Oberflächen von Membranen, die in elektrochemischen Zellen, insbesondere solche die zur Elektrolyse einsetzbar sind, anzugeben, die darüber hinaus ggf. auf GDLs verzichten können.It is therefore the object of the invention to provide possibilities for a simplified formation of catalytically active layers on large surfaces of membranes which can be used in electrochemical cells, in particular those which can be used for electrolysis, and which can also possibly do without GDLs.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in abhängigen Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.According to the invention, this object is achieved with a method which has the features of claim 1. Advantageous refinements and developments of the invention can be implemented with features identified in the dependent claims.

Bei der Ausbildung einer katalytisch wirksamen Schicht auf einer Oberfläche eines Separators, der Bestandteil einer Elektroden-Membran-Einheit einer elektrochemischen Zelle und die mit einem Metalloxid und/oder Metallhydroxid in einer polymeren Matrix gebildet ist, wird so vorgegangen, dass eine Membran in einer Halterung fixiert und dann die katalytisch wirksame Schicht an einer Oberfläche mittels eines Plasmaspritzverfahrens, bei dem Partikel eines katalytisch wirksamen Werkstoffs eingesetzt werden, ausgebildet.When forming a catalytically active layer on a surface of a separator, which is part of an electrode-membrane unit of an electrochemical cell and which is formed with a metal oxide and / or metal hydroxide in a polymer matrix, the procedure is that a membrane is in a holder and then the catalytically active layer is formed on a surface by means of a plasma spraying process in which particles of a catalytically active material are used.

Die Membran wird dabei an der Oberfläche, die der Oberfläche, auf der die katalytisch wirksame Schicht ausgebildet wird, gegenüberliegend angeordnet ist, mittels Flüssigkeitskühlung mit mindestens einem Kühlkörper und/oder mit mindestens einer auf die Oberfläche, auf der die katalytisch wirksame Schicht ausgebildet wird, gerichteten Gasströmung gekühlt. Bei der Kühlung sollte darauf geachtet werden, dass keine thermisch bedingten Schäden am Membranmaterial auftreten und eine dementsprechende maximale Temperatur mittels der Kühlung nicht überschritten wird.The membrane is in this case on the surface which is arranged opposite the surface on which the catalytically active layer is formed, by means of liquid cooling with at least one heat sink and / or with at least one on the surface on which the catalytically active layer is formed, directed gas flow cooled. During cooling, care should be taken that no thermal damage occurs to the membrane material and that a corresponding maximum temperature is not exceeded by means of the cooling.

Das Plasmaspritzen sollte so durchgeführt werden, dass die katalytisch wirksame Schicht porös ist und Poren mit einer Porengröße im Bereich 100 nm bis 30 µm ausgebildet werden.The plasma spraying should be carried out in such a way that the catalytically active layer is porous and pores with a pore size in the range 100 nm to 30 μm are formed.

Vorteilhaft sollte die katalytisch wirksame Schicht mit einer Schichtdicke im Bereich 10 µm bis 100 µm ausgebildet werden.The catalytically active layer should advantageously be formed with a layer thickness in the range from 10 μm to 100 μm.

Als Werkstoff für die katalytisch wirksame Schicht kann Ni, Ni/Ni-Oxid, Ni-Fe, Ni-Co, Ni-Mn, Ni-Mo, Fe-Co, Ni-Zn, Ni-Al, Ni-Mo-Al, Ni-Co-Al, Ni-Mn-Al, Ni-Si, Ni-B oder Ni-Si-B eingesetzt werden.Ni, Ni / Ni oxide, Ni-Fe, Ni-Co, Ni-Mn, Ni-Mo, Fe-Co, Ni-Zn, Ni-Al, Ni-Mo-Al, Ni-Co-Al, Ni-Mn-Al, Ni-Si, Ni-B or Ni-Si-B can be used.

Der katalytisch wirksame Werkstoff sollte beim Plasmaspritzen mit Partikeln, die eine mittlere Partikelgröße dso im Bereich 10 nm bis 30 µm aufweisen, ausgebildet werden.During plasma spraying, the catalytically active material should be formed with particles which have an average particle size d 50 in the range from 10 nm to 30 μm.

Um eine Beschädigung des Membranmaterials zu vermeiden, eine ausreichende Haftung der katalytisch wirksamen Schicht an der jeweiligen Membranoberfläche zu sichern und die gewünschten Schichteigenschaften zu realisieren sollte ein Mindestabstand zwischen einer Düsenaustrittsöffnung einer Spritzpistole einer Plasmaspritzanlage und der zu beschichtenden Oberfläche der Membran beim Plasmaspritzen unter Berücksichtigung der an der Oberfläche der Membran erreichbaren Temperatur und der kinetischen Energie eingehalten werden.In order to avoid damage to the membrane material, to ensure sufficient adhesion of the catalytically active layer to the respective membrane surface and to realize the desired layer properties, a minimum distance between a nozzle outlet opening of a spray gun of a plasma spraying system and the surface of the membrane to be coated during plasma spraying should take into account the the temperature achievable on the surface of the membrane and the kinetic energy are maintained.

Bei der Erfindung können Membrane beispielsweise aus folgenden Materialien eingesetzt werden: Diaphragmen bestehend aus einer poröse Polymermembran mit einem Metalloxid beladen (wie z.B. Zirphon Perl), anionenleitfähige Membranen (wie z.B. AEMION™, AlkaMem™, Sustainion®, Fumasep oder Tokuyama A201) oder auch Kationenaustauschermembranen (wie z.B. Nafion™, Aquivion®, Fumapem®), die unter diesen Handelsbezeichnungen kommerziell erhältlich sind.In the invention, membranes can be used, for example from the following materials: diaphragms consisting loaded from a porous polymeric membrane with a metal oxide (such as Zirphon Perl), anionenleitfähige membranes (such as AEMION ™, AlkaMem ™, Sustainion ®, Fumasep or Tokuyama A201) or Cation exchange membranes (such as, for example, Nafion ™, Aquivion ® , Fumapem ® ), which are commercially available under these trade names.

Mit dem Verfahren kann eine metallische, poröse, katalytisch aktive und leitfähige Schicht beidseitig oder einseitig einer Membran ausgebildet werden.With the method, a metallic, porous, catalytically active and conductive layer can be formed on both sides or on one side of a membrane.

Die beschriebene katalytische Schicht der Elektroden-Separator-Einheiten kann mittels eines atmosphärischen (APS) oder eines unter kontrollierter Atmosphäre (VPS, LPPS, SPS oder HPPS) arbeitenden Plasmaspritzprozesses aufgetragen werden. Je nach Anzahl der Überfahrten kann eine dünne oder dickere katalytisch wirksame Schicht ausgebildet werden.The described catalytic layer of the electrode-separator units can be applied by means of an atmospheric (APS) or a plasma spraying process operating under a controlled atmosphere (VPS, LPPS, SPS or HPPS). Depending on the number of passes, a thin or thick catalytically active layer can be formed.

Die notwendige Kühlleistung beim Plasmaspritzen sollte auf das Membranmaterial und dessen thermische Stabilität abgestimmt sein und während des Prozesses überwacht werden können, was z.B. mit mindestens einem Temperatursensor, beispielsweise einem Thermoelement oder Pyrometer möglich ist. Die sollte ausreichend dimensioniert sein, sodass keine temperaturbedingte Schädigung beim thermischen Spritzen auftreten kann.The necessary cooling capacity for plasma spraying should be tailored to the membrane material and its thermal stability and it should be possible to monitor it during the process, which is possible, for example, with at least one temperature sensor, for example a thermocouple or pyrometer. It should be sufficiently dimensioned so that no temperature-related damage can occur during thermal spraying.

Eine thermische Schädigung lässt sich feststellen, indem die Bauteiloberflächentemperatur während des Spritzprozesses kontinuierlich überwacht wird, außerdem lassen sich thermische Schäden nach dem Spritzprozess durch Sichtprüfung feststellen.Thermal damage can be determined by continuously monitoring the component surface temperature during the spraying process; thermal damage can also be determined by visual inspection after the spraying process.

Es ist zudem möglich/anzuraten, die thermische Belastung zu reduzieren, indem der Spritzabstand, zwischen Substrat und Spritzpistole, von 200 mm auf bis zu 300 mm vergrößert wird. Dies ist abhängig vom Beschichtungsmaterial und der gewünschten Schichtmikrostruktur.It is also possible / advisable to reduce the thermal load by increasing the spray distance between substrate and spray gun from 200 mm to up to 300 mm. This depends on the coating material and the desired layer microstructure.

Ebenso kann man kleinere Partikelgrößen für den zu spritzenden Werkstoff, mit dem die katalytisch wirksame Schicht ausgebildet wird, einsetzen, was ebenfalls zu einer Reduzierung der thermischen Belastung des Membranmaterials beitragen kann.It is also possible to use smaller particle sizes for the material to be sprayed with which the catalytically active layer is formed, which can also contribute to a reduction in the thermal load on the membrane material.

Neben der thermischen Belastung kann auch eine Schädigung aufgrund der hohen Geschwindigkeit der Spritzpartikel berücksichtigt werden. Mögliche prozessseitige Anpassungsmöglichkeiten umfassen die eingesetzten Durchflussraten der Prozessgase Argon und Wasserstoff, den beim Spritzen eingesetzten katalytisch wirksamen Werkstoff (konventionelles Spritzpulver oder Sonderanfertigung), einschließlich Förderrate des pulverförmig zugeführten katalytisch wirksamen Werkstoffs und der Art der Zuführung des pulverförmigen Werkstoffs zur Spritzpistole (Art des Pulverförderers, Fördergas, Fördergasdurchflussrate) sowie ggf. die elektrischen Parameter der Plasmaspritzanlage (elektrische Spannung und Stromstärke), die beim Plasmaspritzen eingesetzt werden. Dabei sollten Partikel eines pulverförmigen Werkstoffs eine mittlere Partikelgröße dso im Bereich 10 µm bis 100 µm aufweisen.In addition to the thermal load, damage due to the high speed of the spray particles can also be taken into account. Possible process-side adjustment options include the flow rates used for the process gases argon and hydrogen, the catalytically active material used during spraying (conventional spray powder or custom-made product), including the delivery rate of the catalytically active material supplied in powder form and the type of supply of the powder material to the spray gun (type of powder conveyor, Conveying gas, conveying gas flow rate) and, if applicable, the electrical parameters of the plasma spray system (electrical voltage and current strength) that are used for plasma spraying. Particles of a powdery material should have an average particle size dso in the range from 10 μm to 100 μm.

Mithilfe dieser Parameter kann der Spritzprozess derart eingestellt werden, dass eine Schädigung der Membran durch die thermische oder kinetische Energie der Partikel im Spritzstrahl verhindert werden kann. Die notwendigen Maßnahmen richten sich dabei nach der thermischen Stabilität des Membranmaterials.With the help of these parameters, the spraying process can be set in such a way that damage to the membrane by the thermal or kinetic energy of the particles in the spray jet can be prevented. The necessary measures depend on the thermal stability of the membrane material.

Die Schichtanhaftung erfolgt vorwiegend durch mechanische Verklammerung. Beim Auftreffen auf die Oberfläche können sich Partikel verformen, so dass sie form- und kraftschlüssig untereinander verbunden werden können. Weitere Bindungsmechanismen wie Van-der-Waals-Kräfte und Diffusionsvorgänge sind hier vernachlässigbar.The adhesion of the layers occurs mainly through mechanical interlocking. When they hit the surface, particles can be deformed so that they can be connected to one another in a form-fitting and force-fitting manner. Other binding mechanisms such as van der Waals forces and diffusion processes are negligible here.

Insbesondere bei Anwendung des Atmosphärendruckplasmaspritzens kann man die Energie bzw. die Leistung variieren, was man beispielsweise bei mehreren nacheinander durchgeführten Überfahrten mit sukzessiver Schichtausbildung vorteilhaft nutzen kann, was zu einem entsprechenden Schichtaufbau, bei dem sich beispielsweise die Dichte und Porosität einer Schicht gradiert oder gestuft verändern lässt.In particular, when using atmospheric pressure plasma spraying, the energy or power can be varied, which can be used advantageously for several successive passes with successive layer formation, resulting in a corresponding layer structure in which, for example, the density and porosity of a layer change in a graded or stepped manner leaves.

Die Herstellung von Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) kann mit der Erfindung vereinfacht werden. Bisher wird hierfür entweder ein CCS oder CCM Ansatz gewählt, der verschiedene Prozessschritte beinhaltet. Erfindungsgemäß ist lediglich ein Verfahrensschritt erforderlich.The production of membrane electrode assemblies (MEA) can be simplified with the invention. So far, either a CCS or CCM approach has been chosen, which includes various process steps. According to the invention, only one process step is required.

Darüber hinaus kann die Kontaktierung der katalytisch wirksamen Schicht mit einer Bipolarplatte vereinfacht werden, da die katalytisch wirksame Schicht durch die metallischen lateralen Kontakte leitfähig ist. Es besteht somit vorteilhaft die Möglichkeit die katalytische Schicht am äußeren Rand lateral zu kontaktieren und so auf eine Bipolarplatte verzichten zu können. Die elektrische Kontaktierung kann dann über den Zellrahmen realisiert werden. Eine klassische Bipolarplatte könnte dann durch ein Element aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff ersetzt werden, das für die bei der Elektrolyse erforderlichen und gebildeten Medien nicht durchlässig ist.In addition, the contacting of the catalytically active layer with a bipolar plate can be simplified, since the catalytically active layer is conductive due to the metallic lateral contacts. It is therefore advantageously possible to contact the catalytic layer laterally on the outer edge and thus to be able to dispense with a bipolar plate. The electrical contact can then be made via the cell frame. A classic bipolar plate could then be replaced by an element made of an electrically non-conductive material that is not permeable to the media required and formed during electrolysis.

Eine erfindungsgemäß hergestellte katalytisch wirksame Schicht sollte eine laterale elektrische Leitfähigkeit von mindestens 15 Sm-1 aufweisen. Bei einer elektrochemischen Zelle, bei der keine GDL vorhanden ist, sollte eine laterale elektrische Leitfähigkeit mindestens in der Größenordnung 106 Sm-1 erreicht sein.A catalytically active layer produced according to the invention should have a lateral electrical conductivity of at least 15 Sm −1 . In the case of an electrochemical cell in which there is no GDL, a lateral electrical conductivity of at least the order of magnitude of 10 6 Sm -1 should be achieved.

Durch eine einfache Variation des Pulvers des katalytisch wirksamen Werkstoffs können verschiedenste elektrochemische Anwendungen bedient werden. Dies sind beispielsweise:

  • - Wasserelektrolyse
  • - Brennstoffzelle
  • - Chlor-Alkali-Elektrolyse
  • - Elektroorganische Synthese
  • - Elektrochemische CO2 Reduktion
  • - Elektrochemische Wasseraufbereitung
A wide variety of electrochemical applications can be served by simply varying the powder of the catalytically active material. These are for example:
  • - water electrolysis
  • - fuel cell
  • - Chlor-alkali electrolysis
  • - Electro-organic synthesis
  • - Electrochemical CO2 reduction
  • - Electrochemical water treatment

Durch die Pulvereigenschaften und Prozessparameter kann der Schichtaufbau an die jeweilige Anwendung einfach angepasst werden. Als Beispiel seien die Porengröße und -anteile als anpassbare Schichtparameter zu nennen.Due to the powder properties and process parameters, the layer structure can be easily adapted to the respective application. As an example, the pore size and proportions can be mentioned as adjustable layer parameters.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail below by way of example.

Dabei zeigen:

  • 1 in schematischer Form einen Aufbau mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist und
  • 2 ein Diagramm erreichbarer elektrischer Spannungen einer elektrochemischen Zelle über der Zeit, die mit unterschiedlich beschichteten Membranen erreicht werden konnten.
Show:
  • 1 in schematic form a structure with which the method according to the invention can be carried out and
  • 2 a diagram of achievable electrical voltages of an electrochemical cell over time, which could be achieved with differently coated membranes.

Mit dem in 1 gezeigten Aufbau kann man katalytisch wirksame Schichten auf Oberflächen der in Rede stehenden Membranen ausbilden.With the in 1 The structure shown can be used to form catalytically active layers on the surfaces of the membranes in question.

Dabei wird die jeweilige Membran 6 in einer Halterung fixiert und flächig aufgespannt, so dass die zu beschichtende Oberfläche der Membran 6 zugänglich ist.The respective membrane is thereby 6th fixed in a holder and stretched flat so that the surface of the membrane to be coated 6th is accessible.

Pulverförmiger katalytisch wirksamer Werkstoff wird in an sich bekannter Weise einer Spritzpistole 1 einer Plasmaspritzanlage zugeführt und mittels eines elektrischen Lichtbogens aufgeschmolzen und mit einer Gasströmung aus der Spritzpistole 1 in Richtung der jeweiligen Oberfläche beschleunigt. An der Oberfläche haftet dann der erstarrte katalytisch wirksame Werkstoff an und bildet die katalytisch wirksame Schicht aus.Powdery, catalytically active material becomes a spray gun in a manner known per se 1 a plasma spray system and melted by means of an electric arc and with a gas flow from the spray gun 1 accelerated towards the respective surface. The solidified catalytically active material then adheres to the surface and forms the catalytically active layer.

Dabei kann die entsprechende Oberfläche einmal aber auch mehrfach mit dem Plasmastrahl überfahren werden.The corresponding surface can be run over with the plasma jet once or several times.

Bei dem gezeigten Beispiel sind an der Spritzpistole Kühldüsen 4 angebracht, die mit der Bewegung der Spritzpistole beim Überstreichen der Oberfläche mit bewegt werden.In the example shown, there are cooling nozzles on the spray gun 4th attached, which are moved with the movement of the spray gun when sweeping the surface.

Außerdem sind stationäre Kühldüsen 3 vorhanden. Aus en Kühldüsen 3 und 4 werden jeweils Gasströme zum Kühlen der Membran 6 auf die Oberfläche der Membran 6 und ggf. auch auf die Halterung gerichtet. Die Gasströme können mit kalter Luft, Kohlendioxid oder Stickstoff ausgebildet werden.There are also stationary cooling nozzles 3 present. From the cooling nozzles 3 and 4th are each gas streams for cooling the membrane 6th on the surface of the membrane 6th and if necessary also directed at the bracket. The gas flows can be formed with cold air, carbon dioxide or nitrogen.

Bei dem gezeigten Beispiel ist auch ein wassergekühlter Kühlkörper 2 vorhanden, der an der Oberfläche der Membran 6 angeordnet ist, die der Oberfläche auf der die katalytisch wirksame Schicht ausgebildet wird, gegenüberliegend angeordnet ist. Der Kühlkörper 2 liegt an der Membran 6 flächig an.In the example shown, there is also a water-cooled heat sink 2 present on the surface of the membrane 6th is arranged, which is arranged opposite the surface on which the catalytically active layer is formed. The heat sink 2 lies on the membrane 6th flat on.

In 2 ist ein Diagramm gezeigt, bei dem elektrische Spannungen einzelner elektrochemischer Zellen mit unterschiedlich beschichteten Membranen 6 über die Zeit erfasst worden sind.In 2 a diagram is shown in which the electrical voltages of individual electrochemical cells with differently coated membranes 6th have been recorded over time.

Der oberste Kurvenverlauf steht für eine elektrochemische Zelle mit unbeschichteter Membran 6.The top curve represents an electrochemical cell with an uncoated membrane 6th .

Bei allen gezeigten Kurvenverläufen wurden Diaphragmen mit jeweils gleichem Diaphragmamaterial, das man unter der Handelsbezeichnung Zirfon Perl von der Firma Agfa Geveart kommerziell erwerben kann. Des Weiteren wurde immer ein Vlies von der Firma Bekaert aus 316L auf der Kathodenseite eingesetzt.In all the curves shown, diaphragms were each made with the same diaphragm material, which can be obtained commercially from Agfa Geveart under the trade name Zirfon Perl. Furthermore, a fleece from Bekaert made of 316L was always used on the cathode side.

Bei den drei unteren Kurvenverläufen wurde Nickel als katalytisch aktiver Werkstoff mittels Atmosphärenplasmaspritzens beschichtet.In the three lower curves, nickel was coated as a catalytically active material by means of atmospheric plasma spraying.

Der zweite und der vierte von oben gezeigte Kurvenverlauf steht für eine einseitige Beschichtung und der dritte von oben für eine beidseitige Beschichtung einer Membran 6. In allen Versuchen, bis auf dritten von oben gezeigten Kurvenverlauf, wurde immer ein Ni-Netz mit einer Raney-Ni Beschichtung genutzt.The second and fourth curves shown from above stand for a one-sided coating and the third from the top for a double-sided coating of a membrane 6th . In all tests, except for the third curve shown above, a Ni mesh with a Raney Ni coating was always used.

Der zweite Kurvenverlauf von oben steht für eine Membran 6 bei der eine Oberfläche der Membran 6 lediglich einmal, der dritte Verlauf von oben steht für eine Membran 6 bei der eine Membran zweimal und der unterste Kurvenverlauf steht für eine Membran 6, die dreifach an einer Oberfläche beim Plasmaspritzen überfahren worden ist. Es wurden entsprechend eine ein- eine zwei- oder eine dreilagige katalytisch wirksame Schicht mit entsprechender Schichtdicke ausgebildet.The second curve from the top represents a membrane 6th at one surface of the membrane 6th only once, the third course from the top stands for a membrane 6th in which one membrane twice and the bottom curve represents one membrane 6th that was run over three times on a surface during plasma spraying. Correspondingly, a one, two or three-layer catalytically active layer with a corresponding layer thickness was formed.

Beim Plasmaspritzprozess wurden ein Argon-Wasserstoff-Verhältnis von 9:1, eine elektrische Leistung von 44 kW und ein Spritzabstand von 200 mm - 230 mm gewählt. Zur Substratkühlung kamen insgesamt sechs Druckluftdüsen mit einem gesamten Durchfluss von 600 slpm (Standardliter pro Minute) zum Einsatz.An argon-hydrogen ratio of 9: 1, an electrical output of 44 kW and a spray distance of 200 mm - 230 mm were selected for the plasma spraying process. A total of six compressed air nozzles with a total flow rate of 600 slpm (standard liters per minute) were used to cool the substrate.

Bei einer einmaligen einseitigen Überfahrt wurde eine Schichtdicke im Bereich 10 µm bis 50 µm und eine poröse Schicht mit inhomogener Verteilung des katalytisch wirksamen Werkstoffs, die lateral nicht elektrisch leitfähig war ausgebildet. Bei zwei einseitigen Überfahrten wurde eine Schichtdicke 10 µm bis 100 µm, die als durchgängig poröse Schicht mit lateraler elektrischer Leitfähigkeit zwischen 20 Sm-1 und 70 Sm-1 und bei zwei Überfahrten an beiden Seiten der Membran eine Schichtdicke im Bereich 10 µm bis 100 µm, die als durchgängig poröse Schicht mit lateraler elektrischer Leitfähigkeit zwischen 20 Sm-1 und 70 Sm-1 ausgebildet wurde(n).In a single one-sided pass, a layer thickness in the range 10 µm to 50 µm and a porous layer with inhomogeneous distribution of the catalytically active material, which was laterally not electrically conductive, were formed. With two one-sided passes, a layer thickness of 10 µm to 100 µm was obtained, which as a continuously porous layer with lateral electrical conductivity between 20 Sm -1 and 70 Sm -1 and with two passes on both sides of the membrane a layer thickness in the range 10 µm to 100 µm , which was formed as a continuously porous layer with a lateral electrical conductivity between 20 Sm -1 and 70 Sm -1 (n).

Die drei unteren Kurvenverläufe zeigen den Vorteil von erfindungsgemäß beschichteten Membranen 6 bei elektrochemischen Zellen auf.The three lower curves show the advantage of membranes coated according to the invention 6th in electrochemical cells.

Claims (8)

Verfahren zur Ausbildung einer katalytisch wirksamen Schicht auf einer Oberfläche einer Membran, die Bestandteil einer Elektroden-Membran-Einheit einer elektrochemischen Zelle und die mit einem Metalloxid und/oder Metallhydroxid in einer polymeren Matrix gebildet ist, bei dem eine Membran (6) in einer Halterung (5) fixiert und die katalytisch wirksame Schicht an einer Oberfläche mittels einem Plasmaspritzverfahren, bei dem Partikel eines katalytisch wirksamen Werkstoffs eingesetzt werden, ausgebildet wird und die Membran (6) wird an der Oberfläche, die der Oberfläche, auf der die katalytisch wirksame Schicht ausgebildet wird, gegenüberliegend angeordnet ist, mit einer Flüssigkeitskühlung mit mindestens einem Kühlkörper (2) gekühlt und/oder auf die Oberfläche, auf der die katalytisch wirksame Schicht ausgebildet wird, wird mindestens eine kühlende Gasströmung gerichtet.Method for forming a catalytically active layer on a surface of a membrane which is part of an electrode-membrane unit of an electrochemical cell and which is formed with a metal oxide and / or metal hydroxide in a polymeric matrix, in which a membrane (6) is fixed in a holder (5) and the catalytically active layer is formed on a surface by means of a plasma spraying process in which particles of a catalytically active material are used, and the membrane (6) is on the surface which is arranged opposite the surface on which the catalytically active layer is formed, cooled with a liquid cooling system with at least one heat sink (2) and / or at least one cooling gas flow is directed onto the surface on which the catalytically active layer is formed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasmaspritzen so durchgeführt wird, dass die katalytisch wirksame Schicht porös ist und Poren mit einer Porengröße im Bereich 100 nm bis 30 µm ausgebildet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the plasma spraying is carried out in such a way that the catalytically active layer is porous and pores with a pore size in the range 100 nm to 30 µm are formed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch wirksame Schicht mit einer Schichtdicke im Bereich 1 µm bis 100 µm ausgebildet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the catalytically active layer is formed with a layer thickness in the range from 1 µm to 100 µm. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Ni, Ni/Ni-Oxid, Ni-Fe, Ni-Co, NiMo, Ni-Mn, Fe-Co, Ni-Al, Ni-Mo-Al, Ni-Co-Al, Ni-Si, Ni-B oder Ni-Si-B als Werkstoff für die katalytisch wirksame Schicht eingesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that Ni, Ni / Ni oxide, Ni-Fe, Ni-Co, NiMo, Ni-Mn, Fe-Co, Ni-Al, Ni-Mo-Al, Ni-Co -Al, Ni-Si, Ni-B or Ni-Si-B is used as the material for the catalytically active layer. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der katalytisch wirksame Werkstoff beim Plasmaspritzen mit Partikeln, die eine mittlere Partikelgröße d50 im Bereich 100 nm bis 30 µm aufweisen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the catalytically active material during plasma spraying with particles which have an average particle size d 50 in the range 100 nm to 30 µm. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Membran bestehend aus einem anionenleitfähigen Polymer oder Kationenleitfähigen Polymer beschichtet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a membrane consisting of an anion-conductive polymer or cation-conductive polymer is coated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine katalytisch wirksame Schicht oder zwei an gegenüberliegenden Oberflächen der Membran angeordnete katalytisch wirksame Schichten mit einer lateralen elektrischen Leitfähigkeit von mindestens 15 Sm-1 ausgebildet wird/werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one catalytically active layer or two catalytically active layers arranged on opposite surfaces of the membrane is / are formed with a lateral electrical conductivity of at least 15 Sm -1. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein kühlender Gasstrom in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche der Membran (6) mittels mindestens einer gemeinsam mit einer Plasmaspritzpistole (1) einer Plasmaspritzanlage bewegbaren Düse (4) gerichtet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one cooling gas flow in the direction of the surface to be coated of the membrane (6) by means of at least one nozzle (4) which can be moved together with a plasma spray gun (1) of a plasma spray system is directed.
DE102020208003.8A 2020-06-29 2020-06-29 Method for forming a catalytically active layer on a surface of a membrane which is part of an electrode-membrane unit of an electrochemical cell Pending DE102020208003A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020208003.8A DE102020208003A1 (en) 2020-06-29 2020-06-29 Method for forming a catalytically active layer on a surface of a membrane which is part of an electrode-membrane unit of an electrochemical cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020208003.8A DE102020208003A1 (en) 2020-06-29 2020-06-29 Method for forming a catalytically active layer on a surface of a membrane which is part of an electrode-membrane unit of an electrochemical cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020208003A1 true DE102020208003A1 (en) 2021-12-30

Family

ID=78827062

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020208003.8A Pending DE102020208003A1 (en) 2020-06-29 2020-06-29 Method for forming a catalytically active layer on a surface of a membrane which is part of an electrode-membrane unit of an electrochemical cell

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102020208003A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025132806A1 (en) 2023-12-21 2025-06-26 Agfa-Gevaert Nv A separator for alkaline water electrolysis

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8163353B2 (en) 2008-07-08 2012-04-24 Siemens Energy, Inc. Fabrication of copper-based anodes via atmosphoric plasma spraying techniques
DE112014006557T5 (en) 2014-04-02 2016-12-15 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) Coating metal on an electrode material of a lithium secondary battery for application with atmospheric plasma
US20180044772A1 (en) 2005-10-17 2018-02-15 National Research Council Of Canada Reactive Spray Formation of Coatings and Powders
US10450651B2 (en) 2013-01-18 2019-10-22 Fujimi Incorporated Article comprising metal oxide-containing coating

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180044772A1 (en) 2005-10-17 2018-02-15 National Research Council Of Canada Reactive Spray Formation of Coatings and Powders
US8163353B2 (en) 2008-07-08 2012-04-24 Siemens Energy, Inc. Fabrication of copper-based anodes via atmosphoric plasma spraying techniques
US10450651B2 (en) 2013-01-18 2019-10-22 Fujimi Incorporated Article comprising metal oxide-containing coating
DE112014006557T5 (en) 2014-04-02 2016-12-15 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) Coating metal on an electrode material of a lithium secondary battery for application with atmospheric plasma

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Oerlikon Metco: Atmospheric Plasma Spray Solutions. BRO-0006.6. Pfäffikon (Schweiz), März 2016. S. 1-20. - Firmenschrift

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025132806A1 (en) 2023-12-21 2025-06-26 Agfa-Gevaert Nv A separator for alkaline water electrolysis

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69427676T2 (en) Manufacturing process of electrodes
RU2380790C1 (en) Horizontal variable structures for electrochemical electronic devices
DE19519847C1 (en) Anode substrate for a high temperature fuel cell
DE10392800B4 (en) Method of making a membrane electrode assembly of a PEM or SPE fuel cell
DE112006002453T5 (en) Catalyst layers for improving the uniformity of current density in membrane electrode assemblies
EP3980580A1 (en) Electrically conductive nanofibres for polymer membrane-based electrolysis
US20020150812A1 (en) Method for production of multi-layer electrode or electrode assembly and gaseous diffusion electrode
DE19548422A1 (en) Composites and their continuous production
EP3919654A1 (en) Alkali water electrolysis diaphragm with electrode, method for producing same, and water electrolysis device
EP1917693A1 (en) Method for producing membranes coated with a catalyst on both sides
DE112006002719T5 (en) Ternary nanocatalyst and method of preparation
DE19548421A1 (en) Process for the continuous production of laminates
DE112006002470T5 (en) Generation of nanostructured layers by continued growth of screw dislocations
DE10159476A1 (en) Process for the manufacture of membrane electrode assemblies for fuel cells
DE102015111918A1 (en) Current collector, membrane unit, electrochemical cell, method for producing a current collector, a membrane unit and an electrochemical cell
DE112004001842T5 (en) Method of making membrane electrode assemblies
DE102009036361A1 (en) Hybrid particles and core-shell electrode structure
DE102018110438A1 (en) Process for the production of a fuel cell separator
EP1455404A2 (en) Fuel cell and manufacturing method thereof
WO2022127984A1 (en) Method for producing a bipolar plate for an electrochemical cell, and bipolar plate
DE102020208003A1 (en) Method for forming a catalytically active layer on a surface of a membrane which is part of an electrode-membrane unit of an electrochemical cell
EP3000149B1 (en) Multi-layer sandwich structure for a solid-state electrolyte
WO2021198137A1 (en) Method for producing a gas- and/or electron-conducting structure and fuel/electrolysis cell
DE102014102409A1 (en) Simultaneous application of fuel cell components
WO2018103769A1 (en) Electrolysis cell and method for operating such an electrolysis cell

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication