DE68905803T2 - Verfahren zur herstellung einer gas- und ionenpermeablen membran. - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Bereich der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Batterien und Systeme, die chemische Energie in elektrische Energie durch das Verwenden einer elektrochemischen Zelle mit gleichbleibender (continuous) Konzentration umwandeln. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Ausbilden einer gasdurchlässigen und ionendurchlässigen Membran für die Verwendung in einer Elektrode für solche Systeme.
2. Beschreibung des Standes der Technik
• U.S. Patent Nr. 4,738,904, das dem gegenwärtigen Rechtsnachfolger übertragen wurde, offenbart ein thermoelektrochemisches System, das als ein Niedrigtemperatur-Leistungsumwandler funktioniert, bei dem die elektrochemischen Zellreaktanten thermisch bei einer Temperatur unterhalb etwa 250ºC regeneriert werden. Diese Art von thermoelektrochemischem System schließt grundsätzlich eine elektrochemische Zelle ein, die ein Kathodenkompartiment und ein Anodenkompartiment aufweist. Die zwei Kompartimente haben eine gemeinsame ionendurchlässige Trennwand, die es Ionen erlaubt, zwischen den zwei Kompartimenten überzugehen, aber den Übergang von Gas verhindert. Eine mit Wasserstoffionen reagierende Kathode und eine mit Wasserstoffionen reagierende Anode befindet sich in ihren jeweiligen Kompartimenten, wobei die Kathode und die Anode außerhalb des Systems verbindbar sind für die Erzeugung einer elektrischen Spannung und eines Stroms zwischen den Elektroden.
• Eine Kathodenflüssigkeit, die eine ausgewählte Brönsted- Säure beinhaltet, befindet sich typischerweise in dem Kathodenkompartiment und in Kontakt mit der Kathode. Während einer Betriebsweise des Systems wird Wasserstoffgas an der Kathode gebildet oder gesammelt und die Säure wird verbraucht. Das System beinhaltet ferner eine Anodenflüssigkeit, die eine ausgewählte Brönsted-Base beinhaltet, welche sich in dem Anodenkompartiment und im Kontakt mit der Anode befindet. Während einer Betriebsweise des Systems wird ein Kation der Base gebildet und die Base und Wasserstoffgas wird an der Anode verbraucht. Wenigstens eine der Komponenten, z.B. die Säure oder die Base, beinhaltet ein organisches Material.
• Wegen der Gasundurchlässigkeit der ionendurchlässigen Trennwand wird alles während des Betriebs des Systems an der Kathode gebildete Wasserstoffgas extern zu dem Anodenkompartiment überführt, für den Verbrauch an der Anode während der Erzeugung des elektrischen Stroms. Zusätzlich wandern während des Betriebs des Systems die Anionen der Säure und/oder die Kationen der Base durch die ionendurchlässige Trennwand in das Anoden- oder Kathodenkompartiment, wo sie sich mit dem Kation der Base oder dem Anion der Säure verbinden, um das entsprechende Salz auszubilden. Ein Merkmal dieses Systems ist, daß das Salz bei einer Temperatur unterhalb von etwa 250ºC thermisch zersetzt werden kann, um direkt die Säure und die Base als zwei Zersetzungsprodukte zu bilden. Diese Produkte können getrennt werden, um die Säure und die Base zu regenerieren.
• Ein thermischer Regenerator wird in diesen Systemen bereitgestellt, um das Salz direkt in die Säure- und Base-Ausgangsmaterialien bei einer Temperatur unterhalb von etwa 250ºC thermisch umzuwandeln. Ein Mittel zum Überführen des Salzes aus dem Anoden- und/oder Kathodenkompartiment zu dem thermischen Regenerator wird auch bereitgestellt. Ein Anodenrückführmittel (anode recycle means) wird bereitgestellt, um die in dem thermischen Regenerator gebildete Base zurück zu dem Anodenkompartiment zu überführen, um die Base aufzufüllen, die während des Betriebs des Systems verbraucht wird. Ein Kathodenrückführmittel (cathode recycle means) wird ebenso bereitgestellt, um die in dem thermischen Regenerator gebildete Säure zurück zu dem Kathodenkompartiment zu überführen, um die Säure aufzufüllen, die während des Betriebs des Systems verbraucht wird.
• Die oben beschriebenen Systeme sind besonders nützlich, da ihre relativ niedrigen Betriebstemperaturen (d.h. unterhalb 250ºC) es erlaubt, sie beim Rückgewinnen von Abwärme in Form von elektrischer Energie aus Verbrennungsmaschinen, industriellen Verfahren und dergleichen zu verwenden. Sie können auch verwendet werden, um Wärme aus anderen Quellen, wie Sonnenenergie, fossilem oder nuklearem Brennstoff, Ölbohrlochköpfen (oil well heads) oder anderen geothermischen Wärmequellen umzuwandeln.
• Ein wichtiger Gesichtspunkt bei thermoelektrochemischen Systemen ist, wie bei elektrochemischen Systemen im allgemeinen, der Gesamtwirkungsgrad des Systems und die Lebensdauer. Es ist daher wünschenswert, kontinuierlich nach Verbesserungen von solchen Systemen zu suchen, in denen das Leistungsvermögen, der Wirkungsgrad und die Lebensdauer des Systems maximiert sind. Eine solche Verbesserung wird offenbart im U.S. Patent Nr. 4,865,923, eingereicht am 14. Dezember 1987 und übertragen auf den gegenwärtigen Rechtsnachfolger, und beinhaltet eine Elektrodenvorrichtung zur Verwendung in elektrochemischen Systemen, die eine Anode und eine Kathode einschließen, zwischen denen eine Membran angeordnet ist, die sowohl ionendurchlässige als auch gasdurchlässige Bereiche aufweist, um den Transfer von Ionen und Gas zwischen der Kathode und der Anode bereitzustellen. Die Vorkehrung einer gasdurchlässigen und ionendurchlässigen Trennwand oder Membran eliminiert die Notwendigkeit für das externe Überführen der Gase zwischen den zwei Kompartimenten. Diese Elimination der exterenen Gasüberführung eliminiert die Notwendigkeit von Leitungen, um die Gasüberführung zu bewerkstelligen, was Kosten und Raumbedürfnisse reduziert. Zusätzlich kann ein System, das eine gasdurchlässige und ionendurchlässige Membran verwendet, in einigen Fällen einen reduzierten internen Zellwiderstand und verstärkte Leistung bereitstellen, als ein Ergebnis des verbesserten Gasübergangs-Wirkungsgrades zwischen den Anoden- und Kathodenkompartimenten.
• Ein Verfahren zum Ausbilden solch einer gasdurchlässigen und ionendurchlässigen Membran, wie im U.S. Patent Nr. 4,865,923 offenbart wird, beinhaltet das Ausbilden von ionendurchlässigen Bereichen in einem gasdurchlässigen ionenundurchlässigen Material. Insbesondere wurde eine Lösung aus Nafion auf ausgewählte Bereiche eines Stücks hydrophoben mikroporösen Polypropylens ausgebracht. (Nafion ist ein Warenzeichen von E.I. DuPont de Nemours of Wilmington, Delaware, für ein Polymer aus Polytetrafluorethylen mit fluorierten Etherseitenketten, die mit Sulfonsäuregruppen abgeschlossen sind.) Dann wurde die Membran luftgetrocknet und gehärtet, um eine Membran auszubilden, in der die mit Nafion imprägnierten Bereiche ionendurchlässig waren und die nichtimprägnierten Bereiche gasdurchlässig und ionenundurchlässig waren. Während dieses Verfahren für seinen vorgesehenen Zweck gut funktionierte, kann eine Verbesserung durch das Verwenden des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erzielt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die allgemeine Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein neues und verbessertes Verfahren zum Ausbilden einer ionendurchlässigen und gasdurchlässigen Membran zur Verfügung zu stellen. Dieses Verfahren besitzt alle die Vorteile des obigen Verfahrens nach dem Stand der Technik und ebenso einige zusätzliche Vorteile.
• Die obigen allgemeinen Aufgaben dieser Erfindung werden durch das Imprägnieren eines porösen ionenundurchlässigen oder nichtleitenden Polymersubstrates mit einem ionenleitenden Polymermaterial erreicht, um einen Komposit auszubilden und nachfolgend den Komposit zu dehnen, um Poren in dem Substrat auszubilden. Die resultierende Membran beinhaltet Bereiche des ionenleitenden Materials, die den gasdurchlässigen Poren in dem Substrat direkt benachbart sind.
• Diese und viele andere Merkmale und damit verbundene Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich werden, wenn die Erfindung besser verstanden wird durch Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung, wenn diese in Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung betrachtet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
• Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung einer exemplarischen Elektrodenvorrichtung, die die Membran inkorporiert, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet wurde.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
• Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird zuerst ein Substrat oder ein Träger bereitgestellt, der ein poröses Polymer beinhaltet, das nichtleitend für Ionen ist. Geeignete Materialien für das Substrat schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf: poröses Polytetrafluorethylen, poröses Polypropylen oder poröses Polysulfon. Das Substrat kann aus irgendeinem Polymer ausgebildet sein, das porös gemacht werden kann; das chemisch resistent gegen die Flüssigkeiten ist, die sie trennt, wie zum Beispiel die Säure und die Base in einer elektrochemischen Zelle; und die nicht benetzbar ist durch die Flüssigkeiten, die sie trennt. Die letztere Eigenschaft ist im allgemeinen charakteristisch für eine hydrophobe Membran und ist notwendig für die vorliegende Erfindung, so daß die Poren, durch die Gas hindurchtritt, nicht mit Flüssigkeit gefüllt werden. Der hier verwendete Ausdruck "porös" bezieht sich auf einen Film oder eine Schicht aus Polymer, der ausgebildet ist, um Poren oder Löcher in dem Film oder der Schicht aufzuweisen. Der Substratfilm hat solch eine Dicke, daß das endgültige Produkt die geeignete Dicke für die gewünschte Verwendung der Membran aufweist Wenn die Membran in einer Elektrodenvorrichtung der Art verwendet wird, die in Fig. 1 gezeigt wird, wie unten beschrieben wird, beträgt die Dicke der Membran von 1 bis 10 mils (0,025 bis 0,25 mm), vorzugsweise weniger als 5 mils (0,125 mm).
• Der Substratfilm wird dann völlig mit einem ionenleitenden Polymermaterial imprägniert. Geeignete Materialien schließen ein Kationenaustauschermaterialien, Anionenaustauschermaterialien und Materialien, die sowohl Kationen als auch Anionen austauschen. Die Wahl der Art der Ionenselektivität des Materials hängt von der endgültigen Verwendung der Membran ab, wie zum Beispiel der speziellen interessierenden elektrochemische Zellreaktion. Beispiele für diese Materialien sind Nafion (ein Polymer aus Polytetrafluorethylen mit fluorierten Etherseitenketten, die mit Sulfonsäuregruppen abgeschlossen sind, ein Warenzeichen von E.I. DuPont); ein alkaliresistentes Copolymer aus Vinylchlorid und Acrylnitril mit quaternären Stickstoffgruppen, erhältlich von Ionics, Inc. of Watertown, Massachusetts; oder eine strahlenchemisch gepfropfte (radiation grafted) Acrylsäure auf Polyethylen, erhältlich von RAI Research in Hauppage, New York. Das Substrat kann mit dem ausgewählten ionenleitenden Polymer durch bekannte Verfahren imprägniert werden, zum Beispiel wie durch Penner und Martin beschrieben wird in dem Artikel "Ion Transporting Composite Membranes, I. Nafion-Impregnated Gore-Tex," J. Electrochem Soc.: ELECTROCHEMICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY, Vol. 132 (1985), Seiten 514-515, in dem das Substrat in eine Lösung des Polymers eingetaucht wird. Alternativ dazu kann eine Lösung des Polymers in einem ausgewählten Lösungsmittel zu der Oberfläche des Substrates zugeführt werden mit nachfolgender Entfernung des Lösungsmittels. Optional kann das Substrat mit einer Lösung eines ausgewählten Vorpolymers imprägniert werden, das nachfolgend erwärmt wird, um zu härten und das gewünschte Polymer auszubilden. Der resultierende Komposit, der durch irgendeines dieser Verfahren ausgebildet wird, beinhaltet das Substrat, bei dem im wesentlichen alle dessen Poren mit dem ionenleitenden Polymer gefüllt sind. Solch eine Struktur kann Ionen transportieren, kann jedoch nicht Gas transportieren.
• Als nächstes wird der Komposit, der das imprägnierte Substrat beinhaltet, entweder manuell oder durch ein bekanntes mechanisches Mittel gedehnt, wie zum Beispiel durch jenes, das im U.S. Patent Nr. 3,953,566 beschrieben wird, insbesondere Beispiel 5, dessen Offenbarung durch Bezugnahme hierin inkorporiert wird. Das letztere mechanische Dehnmittel beinhaltet mehrere Rollen, die durch einen Getriebekasten so miteinander verbunden sind, daß ihre relativen Rotationsgeschwindigkeiten geändert werden können, um den Film in dem Zwischenraum zwischen den zwei Rollen zu dehnen. Die Differenz in der Geschwindigkeit der zwei Rollen bestimmt die Größe der Dehnung und die Größe der in dem Film ausgebildeten Poren. Das Maß auf das der Film gedehnt wird und die Größe der resultierenden Poren hängt von der endgültigen Verwendung der Membran ab, die durch das vorliegende Verfahren ausgebildet wird, und kann folglich eingestellt werden. Ein Dehnen, das zu etwa 10 bis 20 Prozent Vergrößerung in der Länge des Film gemäß der vorliegenden Erfindung führt, stellt eine Membran bereit, die geeignet ist für die Verwendung in einer Elektrodenvorrichtung, wie sie zum Beispiel in Fig. 1 gezeigt wird und wie sie hier nachfolgend diskutiert wird. Dieses Dehnen öffnet Löcher in dem Substrat und stellt somit Bereiche für den Durchtritt von Gas durch die Membran bereit. Ohne die vorliegende Erfindung auf eine spezielle Betriebstheorie zu beschränken wird angenommen, daß das Dehnen des Komposits Löcher in das Substrat wiedereinführt, die verloren gingen, wenn das Substrat mit dem ionenleitenden Polymer imprägniert wurde. Insbesondere wird die Pore, die mit dem ionenleitenden Polymer gefüllt wurde, durch das Dehnverfahren vergrößert, so daß das ionenleitende Polymer weggezogen wird und einen Teil der Wand der Pore freilegt. Die letztere ist hydrophob und wird es Ionen nicht erlauben, durchzutreten, aber sie wird es Gas erlauben durchzutreten. Diese Struktur kann man sich so vorstellen, daß sie Poren aufweist, die teilweise mit ionenleitendem Polymer gefüllt sind und die teilweise ungefüllt sind. In solch einer Struktur sind die gasleitenden Bereiche direkt benachbart und in Kontakt mit den ionenleitenden Bereichen. Somit steht das Gas, das durch die Membran hindurchtritt in engem Kontakt mit dem ionenleitendem Polymer, was wie folgt eine verbesserte Leistungsabgabe erzeugt.
• Damit die Anodenreaktion stattfindet, müssen die Anode, Base, ionischer Leiter und Wasserstoffgas in gegenseitigem Kontakt vorliegen. Wenn die Gasporen und das ionische Transportmedium getrennt sind, wie in einigen Strukturen nach dem Stand der Technik, muß das Gas in der Ebene der Elektrode strömen, um die Reaktionsstelle zu erreichen. Der Widerstand gegen den Gasfluß, der durch die lange Wegstrecke oder das teilweise Füllen der Elektrode durch die Base verursacht wird, wird unter Last einen vergrößerten Zellwiderstand und eine niedrigere Leistungsabgabe verursachen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem durch das Bereitstellen von engem Kontakt zwischen der Anode, Base, ionischem Leiter und Wasserstoffgas überwunden, und es wird erhöhte Leistungsabgabe bereitgestellt. In ähnlicher Weise muß an der Kathode Wasserstoffgas von der Reaktionsstelle entweichen, damit die Reaktion fortschreiten kann. Wenn das Gas irgendeine Entfernung in der Elektrode fließen muß, um eine Gaspore zu erreichen, wird vergrößerter Zellwiderstand unter Last und niedrigere Leistungsabgabe resultieren. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem überwunden, da sich die Gasporen nahe den Elektroden befinden.
• Eine Membran wurde gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wie folgt ausgebildet. Ein Gore-Tex-Film (ein registriertes Warenzeichen von W.L. Gore and Associates, Inc., für ein poröses Polytetrafluorethylen), das eine Dicke von etwa 1 mil (0,0025 cm) aufweist und eine Porengröße von etwa 2 Mikrometern, wurde als das Substrat verwendet. Eine 5 Prozentlösung Nafion in einem Alkohol-Mischlösungsmittel, die von Solution Technology Inc. of Mendenhall, Pennsylvania bezogen wurde, wurde an die Oberfläche des Substrates zugeführt, zum Beispiel durch Tropfen oder Gießen. Das beschichtete Substrat wurde bei 80ºC getrocknet, nach dem es opak wurde. Die Membran wurde in ein Uhrglas gegeben, es wurden ein paar Milliliter Dimethylsulfoxid zugegeben und das Uhrglas wurde auf einer heißen Platte erwärmt, so daß das Dimethylsulfoxid dampfte und die Membran trocknete. An diesem Punkt war die Membran transluzent, wie bei einer imprägnierten Membran erwartet wird.
• Als nächstes wurde die imprägnierte Membran manuell gedehnt bis sie opak oder weiß wurde. Die Opazität beruht auf der Lichtbrechung um die neu gebildeten ungefüllten Poren und kann verwendet werden als eine einfache Anzeige für die Ausbildung von Poren in der Membran, die es Gas erlauben werden, durch die Membran hindurchzutreten. Die Membran wurde um etwa 10-20% ihrer ursprünglichen Länge gedehnt.
• Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden einer Membran, die sowohl ionendurchlässig als auch gasdurchlässig ist, bereitgestellt. Das vorliegende Verfahren ist leicht zu kontrollieren, da das Substrat vollständig, eher als selektiv, imprägniert wird und das Dehnen eine leicht zu kontrollierende und präzise Technik ist.
• Die Membran, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird, kann in irgendeiner Anwendung verwendet werden, wo es erwünscht ist, sowohl Ionen als auch Gas durch die Membran hindurchtreten zu lassen. Eine besonders nützliche Anwendung ist als die Trennmembran in einer Elektrodenvorrichtung der Art, die im allgemeinen bei 10 in Fig. 1 gezeigt wird, die in einer elektrochemischen Zelle verwendet wird. Die Vorrichtung 10 schließt eine zentrale Membran 12 ein, die sowohl für Gas als auch für Ionen durchlässig ist und die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird. Auf je einer Seite der Membran 12 befindet sich eine poröse Anodenschicht 14 und eine poröse Kathodenschicht 16, mit Stromaufnehmern 18 und 20, die der Anode und der Kathode benachbart sind. Die Elektroden 14 und 16 beinhalten ein poröses Wasserstoffelektrodenmaterial (d.h. eines, das mit Wasserstoffgas oder Wasserstoffionen reagiert), wie zum Beispiel eine Kohlenstoff-Teflon-Mischung, die mit ungefähr 0,25 mg/cm² Platin imprägniert ist oder ein anderes Material, das die gewünschten Wasserstoffelektroden-Charakteristika bereitstellt, während es eine ausreichende Porosität aufweist, um das Wandern von Ionen und Gas durch die Elektrode zu erlauben. Es ist vorteilhaft, die Anode und die Kathode so nah wie möglich zu der zentralen Membran plaziert zu haben. Die Stromaufnehmer können für diese Verwendung aus Materialien ausgebildet sein, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, wie zum Beispiel eine Schicht aus elektronenleitendem Graphitfilz und/oder ein mit Gold plattiertes Sieb der Maschengröße 50 (fifty mesh screen), ausgebildet aus Tantal, rostfreiem Stahl oder einem anderen nicht korrosivem Metall.
• Ein anderer Art von verwendbarer Wasserstoffelektrode wird als Elektrode mit polymerem Festelektrolyt (SPE) bezeichnet und beinhaltet eine Struktur, in der ein Elektrokatalysator direkt an beide Seiten einer festen Polymer-Ionomer-Membran gebunden ist, um die Kathode und die Anode auszubilden. Solch eine Struktur kann durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung ausgebildet werden durch das Imprägnieren einer ionenundurchlässigen Membran mit einem ionenleitenden Polymer, wie oben beschrieben wurde, und indem man es dem Komposit erlaubt, nur teilweise zu trocknen. Der teilweise nasse Komposit wird zum Beispiel in einen Platinkatalysator getaucht, der dann an die Oberfläche des teilweise nassen Komposits angebracht wird. Nach der Vollendung des Trocknungsverfahrens haften die Katalysatorpartikel an der Oberfläche des Komposits. Die resultierende Struktur wird dann wie hier vorher beschrieben gedehnt. Alternativ kann eine SPE-Elektrode ausgebildet werden durch das Imprägnieren der Membran mit Polymer wie vorher beschrieben wurde und anschließendem Beladen der imprägnierten Membran mit einem Katalysator durch die Anwendung von Wärme und Druck, wie zum Beispiel durch das Mittel einer Presse mit erwärmten Platten. Die resultierende Struktur wird dann wie hier vorher beschrieben wurde gedehnt.
• Die Elektrodenvorrichtung von Fig. 1, die die Membran inkorporiert, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung ausgebildet wurde, wird in einer elektrochemischen Zelle verwendet, die ein Kathodenkompartiment und ein Anodenkompartiment einschließt, die jeweils die gewünschten Zellflüssigkeiten enthält. Die Kathoden- und Anodenkompartimente werden durch die Elektrodenvorrichtung von Fig. 1 getrennt, die die Membran und die Anode und Kathode in Kontakt mit der Membran einschließt. Die Elektrodenvorrichtung von Fig. 1 kann das Trennteil, die Anode und die Kathode von konventionell strukturierten elektrochemischen Zellen ersetzen. Es wurde als vorteilhaft gefunden, solch eine Elektrodenvorrichtung in dem System zu verwenden, das im U.S. Patent Nr. 4,738,904 offenbart wird für ein thermoelektrochemisches Niedrigtemperatursystem und -verfahren. Wenn die Elektrodenvorrichtung von Fig. 1 in einer elektrochemischen Zelle verwendet wird, tritt das an der ersten Elektrode gebildete Wasserstoffgas durch die zentrale Membrane zu dem zweiten Elektrodenkompartiment, um das Wasserstoffgas aufzufüllen, das bei der letzteren verbraucht wurde. In ähnlicher Weise treten Ionen, die an der zweiten Elektrode gebildet wurden durch die zentrale Membran zu dem ersten Elektrodenkompartiment, um direkt oder indirekt verwendet zu werden, um Ionen aufzufüllen, die bei der letzteren verbraucht wurden. Diese Elektrodenvorrichtung eliminiert die Notwendigkeit für den externen Transfer von Wasserstoffgas aus einem Elektrodenkompartiment zu dem anderen und vergrößert den Wirkungsgrad des elektrischen und des Gastransfers zwischen den Elektrodenkompartimenten.
• Während somit exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, sollte vom Durchschnittsfachmann beachtet werden, daß die vorliegenden Offenbarungen nur exemplarische sind und daß verschiedene andere Alternativen, Adaptionen und Modifikationen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung gemacht werden können, die nur durch die folgenden Ansprüche definiert und begrenzt wird.

Claims (11)

1. Ein Verfahren zum Bilden einer Membran mit gasdurchlässigen Bereichen und ionendurchlässigen Bereichen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Zurverfügungstellen eines Substrates mit einem porösen ionenundurchlässigen Polymer;

(b) vollständiges Imprägnieren des Substrates mit einem ausgewählten polymeren ionenleitenden Material, um ein Komposit von Bereichen zur Verfügung zu stellen aus dem ionenleitenden Material durch das Substrat;

(c) Dehnen des Komposits, um Poren in dem Substrat herzustellen, um für den Durchtritt von Gas zu sorgen, und um dabei die Membran mit Bereichen des ionenleitenden Materials zu bilden, welches neben den gasdurchlässigen Bereichen, die durch die Poren in dem Substrat gebildet werden, angeordnet ist.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin das Substrat ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus porösem Polytetrafluorethylen, porösem Polypropylen und porösem Polysulfon.

3. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin das polymere ionenleitende Material ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus einem Kationenaustauschermaterial, einem Anionenaustauschermaterial und einem Kationen- und Anionenaustauschermaterial.

4. Das Verfahren nach Anspruch 3, worin das polymere ionenleitende Material ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus einem Polymer aus Polytetrafluorethylen mit fluorierten Etherseitenketten, terminiert mit Sulfonsäuregruppen, einem alkaliresistenten Copolymer aus Vinylchlorid und Acrylnitril mit quaternären Stickstoffgruppen und Polyethylen mit Acrylsäure, welche darauf strahlungsgepfropft ist.

5. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin das Dehnen durchgeführt wird, bis das Komposit opak und weiß wird.

6. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin das Dehnen durchgeführt wird, bis die Länge des Komposits um etwa 10 bis 20 Prozent erhöht wird.

7. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin das Substrat eine Dicke innerhalb des Bereiches von ungefähr 0,025 bis 0,25 min (1 bis 10 mil) aufweist.

8. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin

(a) das Substrat poröses Polytetrafluorethylen umfaßt;

(b) das polymere ionenleitende Material ein Polymer aus Polytetrafluorethylen mit fluorierten Etherseitenketten, terminiert mit Sulfonsäuregruppen umfaßt; und

(c) das Dehnen durchgeführt wird, bis das Komposit opak wird.

9. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin das Imprägnieren umfaßt:

(a) Zurverfügungstellen einer Lösung aus dem polymeren ionenleitenden Material in einem ausgewählten Lösungsmittel;

(b) Aufbringen der Lösung auf die Oberfläche des Substrates; und

(c) Trocknen des Substrates, welches die Lösung enthält, um das Lösungsmittel zu entfernen und dabei das Komposit zu bilden.

10. Das Verfahren nach Anspruch 9, worin das Substrat, welches die Lösung enthält, teilweise getrocknet wird, um ein teilweise nasses Komposit zu bilden und welches weiter umfaßt:

(a) Eintauchen des teilweise nassen Komposits in Katalysatorpartikel; und

(b) Vervollständigung der Trocknung des Komposits, wodurch die Katalysatorpartikel an dem Komposit haften.

11. Das Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter vor Schritt "c" das Anheften von Katalysatorpartikeln an das Komposit umfaßt.