WO2000013243A2 - Verbesserte gasdiffusionselektrode, herstellungsverfahren dazu und verfahren zur hydrophobierung einer gasdiffusionselektrode - Google Patents

Verbesserte gasdiffusionselektrode, herstellungsverfahren dazu und verfahren zur hydrophobierung einer gasdiffusionselektrode Download PDF

Info

Publication number
WO2000013243A2
WO2000013243A2 PCT/DE1999/002622 DE9902622W WO0013243A2 WO 2000013243 A2 WO2000013243 A2 WO 2000013243A2 DE 9902622 W DE9902622 W DE 9902622W WO 0013243 A2 WO0013243 A2 WO 0013243A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas diffusion
polymer
screen printing
diffusion electrode
electrode
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.)
Ceased
Application number
PCT/DE1999/002622
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2000013243A3 (de
Inventor
Armin Datz
Barbara Schricker
Manfred Waidhas
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.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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 Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to DE59914914T priority Critical patent/DE59914914D1/de
Priority to EP99953556A priority patent/EP1118129B1/de
Priority to JP2000571099A priority patent/JP4707834B2/ja
Priority to CA2341495A priority patent/CA2341495C/en
Publication of WO2000013243A2 publication Critical patent/WO2000013243A2/de
Publication of WO2000013243A3 publication Critical patent/WO2000013243A3/de
Priority to US09/793,411 priority patent/US20010018145A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to US10/909,219 priority patent/US7682725B2/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8892—Impregnation or coating of the catalyst layer, e.g. by an ionomer
    • 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
    • H01M4/8807—Gas diffusion layers
    • 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
    • H01M4/8817—Treatment of supports before application of the catalytic active composition
    • 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
    • H01M4/8828—Coating with slurry or ink
    • H01M4/8835—Screen printing
    • 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
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
    • 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
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • 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
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/928—Unsupported catalytic particles; loose particulate catalytic materials, e.g. in fluidised state
    • 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
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8817—Treatment of supports before application of the catalytic active composition
    • H01M4/8821—Wet proofing
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to an improved gas diffusion electrode for use in PEM fuel cells, a method for their production and a method for hydrophobizing a gas diffusion electrode.
  • the core of a PEM fuel cell is a membrane-electrode unit, which is constructed from a membrane with an electrode on both sides, which comprises an electrocatalyst layer.
  • the electrode normally has a solid, gas-permeable and electrically conductive support (e.g. carbon fabric or paper), which is preferably with a polymer suspension (the polymer is called polymer A below, these are polymers such as PTFE ie Polytetrafluoroethylene, Teflon) is hydrophobic.
  • An electrocatalyst layer is applied to this support, which in turn is made hydrophobic again.
  • the polymer A can therefore be contained both in the support and in the electrocatalyst layer.
  • the polymer A content required to make the electrocatalyst layer hydrophobic has hitherto generally been 20-60% by weight, a high content of polymer A, e.g. Teflon, which inhibits the activity of the platinum catalyst, increases the contact resistances and reduces the porosity of the electrode (atanabe, J. Elektroanal. Chem. 195 (1985) 81-83), i.e. adversely affects the system.
  • the polymer A for hydrophobizing the electrocatalyst layer can therefore also be referred to as a "catalyst inhibitor".
  • the electrocatalysts gate layer (20-60% by weight, always based on the content of metallic catalyst)
  • the homogeneity of the thickness of the electrocatalyst layer is also a problem.
  • a wetting agent is added for processing, which must be removed separately and leaves annoying residues.
  • Screen printing is a well known technique for producing a uniformly thin layer.
  • the use of screen printing for the construction of an electrochemical system is already known.
  • the screen printing paste which contains teflon dispersion, graphite and platinum black, must again have more than 50% by weight of the wetting or dispersing agent for stabilization. by means of "Triton X 100".
  • the Teflon portion used for the hydrophobization in the screen printing paste and thus that contained in the resulting electrocatalyst layer is approx. 25% by weight.
  • the paste is printed on a solid support, for example carbon paper, which again contains 60% by weight % Teflon contains.
  • the total Teflon content is approximately 85%.
  • a disadvantage of the electrode produced using this method is, apart from this extremely high content of polymer A for hydrophobizing the electrocatalyst layer (here: Teflon), that in more than 50% % By weight (of the catalyst paste) added wetting agent.
  • the object of the invention is to disclose a gas diffusion electrode with an electrocatalyst layer which, for improvement over the prior art with a homogeneous layer thickness, contains the lowest possible amount of polymer A for hydrophobization without wetting agent, and a process for its production. It is also an object of the invention to provide a cost-effective and mass-production process for hydrophobizing a gas diffusion electrode. Finally, it is an object of the invention to disclose the use of such a gas diffusion electrode.
  • the invention relates to a gas diffusion electrode for a PEM fuel cell with an electrocatalyst layer which has a content of polymer A for water repellency of less than or equal to 10% by weight and a uniform thickness of the electrocatalyst layer of less than or equal to 20 ⁇ m.
  • the invention also relates to a gas diffusion electrode which, by means of a screen printing process with a screen printing paste, has a polymer A content for hydrophobicizing the electrocatalyst layer of at most 10% by weight (based on the content of metallic catalyst), at least one metallic catalyst and a high-boiling solvent.
  • the invention also relates to a method for producing a gas diffusion electrode, in which a catalyst paste, which comprises at least one metallic catalyst and a screen printing medium, is printed onto an electrode and / or a membrane in the screen printing process and the screen printing medium is passed through in a subsequent, second step Heating is removed.
  • a method for hydrophobizing a gas diffusion electrode in which a fully coated electrode is immersed in a solution of polymer A for hydrophobization.
  • Use of a gas diffusion electrode according to the invention in a fuel cell is also the subject of the invention.
  • the electrocatalyst layer and / or the screen printing paste (based on their metallic catalyst content) contains only 0.01 to 1% by weight, preferably 0.05 to 0.5% by weight and particularly preferably 0.075 to 0, 2% by weight and in particular 0.1% by weight of polymer A for hydrophobizing the electrocatalyst layer.
  • polymer A is hydrophobic for the electrocatalyst layer Teflon, in particular an amorphous modification of Teflon, which can be brought into solution.
  • Platinum black or platinum on carbon is preferably used as the metallic catalyst.
  • An ester and / or a ketone and / or an alcohol is preferably used as the high-boiling solvent for the screen printing and / or catalyst paste.
  • a polymer B preferably a polymer which can be heated up to 400 ° C., is added to the catalyst paste as a binder.
  • the content of polymer A in the electrocatalyst layer for hydrophobizing the electrocatalyst layer goes to zero, zero being excluded.
  • the finished electrocatalyst layer is subsequently rendered hydrophobic by immersing the entire electrode in a solution of polymer A for hydrophobization after the screen printing coating.
  • the solution contains the polymer A preferably in 0.01 to 1% by weight, particularly preferably 0.05 to 0.5% by weight and very particularly preferably 0.075 to 0.2% by weight, in particular 0.1% by weight.
  • the solvent is preferably a perfluorinated solvent such as a fully fluorinated organic compound, e.g. can be produced via the electrochemical fluorination of alkanes.
  • the electrode is dried in a further working step, preferably at temperatures between 20 ° C. and 120 ° C.
  • a carbon paste consisting of electrically conductive carbon black and screen printing medium is first printed on the carrier to fill up the large pores and thus to reduce the amount of catalyst required for complete coating. This creates a very first screen print coating of the carrier with carbon. Only after this first screen printing coating has dried the screen printing is carried out with the - much more expensive - catalyst paste.
  • both the carbon paste of the first screen printing process and the carrier or both can additionally contain polymer A.
  • the total content of polymer A in the gas diffusion electrode is conceptually separated from the critical content of "polymer A for hydrophobicizing the electrocatalyst layer", because the term mentioned only means the amount of polymer A which is due to the immersion bath and / or via the screen printing paste
  • the total content of polymer A in the gas diffusion electrode advantageously adds up to 20% by weight, preferably less than 15% by weight. and particularly preferably to less than 10% by weight, very particularly preferably to less than 5% by weight and in particular to less than 3.5% by weight.
  • Teflon is preferably used as polymer A, in particular a modification which is amorphous and / or transparent and can be completely dissolved in fluorinated solvents.
  • another polymer e.g. Ethylene-propylene copolymer or another fluorine-containing polymer, e.g. PVDF (polyvinylidene fluoride) can be used.
  • the electrocatalyst layer here is the layer which is preferably applied to a solid, gas-permeable and electrically conductive support of the electrode and on the catalytic surface of which the anodic oxidation of the fuel to protons or the cathodic reduction of oxygen takes place.
  • the electrocatalyst layer comprises at least the metallic catalyst, which is preferred contains platinum, which can be used in pure form as platinum black or in dilute form as platinum on carbon in the catalyst paste.
  • the electrocatalyst layer preferably contains no further constituents because, in accordance with the preferred embodiment of the invention, the screen printing medium which is added to the catalyst paste for processing has been removed by drying and heating the finished, ie coated, electrode.
  • the screen printing paste (also called carbon or catalyst paste, depending on the working step) is at least a high-boiling solvent as a screen printing medium, e.g. an ester, ketone and / or an alcohol, in particular butyl glycolate, cyclohexanone and / or terpineol, are added.
  • a high-boiling solvent e.g. an ester, ketone and / or an alcohol, in particular butyl glycolate, cyclohexanone and / or terpineol
  • a polymer B such as e.g. Polyvinyl alcohol and / or polyethylene oxide added.
  • the polymer B can preferably be baked out, in particular at temperatures up to 400 ° C., or only leaves residues which do not interfere with fuel cell operation.
  • the electrode is a gas permeable, electrically conductive
  • Layer on the membrane which preferably comprises a support with an electrocatalyst layer.
  • a carbon fabric or carbon paper or another porous and electrically conductive substrate is preferably used as the carrier or substrate.
  • the coal or catalyst powder is added with stirring to a screen printing medium consisting of, for example, polyethylene oxide dissolved in terpineol.
  • the binder content is 0 to 20% by weight, preferably 5 to 15% by weight.
  • Platinum black or platinum on carbon is used as the catalyst.
  • the screen printing is carried out with a commercially available screen printing machine. Stainless steel sieves up to size 760 * 700 mm 2 with a mesh size of 100 to 300 meshes per inch (approx. 39 to 118 meshes per cm) are used. This enables wet film thicknesses of 6 to 60 ⁇ m to be achieved per printing process. Practically any surface, limited by the size of the printable surface of the screen printing machine, is coated per printing process.
  • the electrodes are then dried at 120 ° C after the printing process and heated to 360 ° C to remove the binder.
  • platinum occupancy is the case of pure platinum black catalyst as 2-3 mg / cm 2 and platinum on carbon as a catalyst depending on the platinum loading of coal from 0.15 to 0, 4 mg / cm 2.
  • the completely coated gas diffusion electrode is immersed in a solution of a polymer A for hydrophobizing the electrocatalyst layer and then dried. Any gas diffusion electrode can be subsequently hydrophobized in this way.
  • the present method by means of screen printing makes it possible to significantly reduce the costs for the electrode production.
  • a uniform layer thickness is achieved over the entire electrode even with large electrodes (eg 36 * 36 cm 2 ) and good reproducibility in mass production. Since the water repellency, if at all, only takes place at the end of the process by soaking the entire electrode in a solution of polymer A, the processing properties (and the burnout behavior) of the screen printing pastes are not impaired by the polymer suspension and additional wetting and dispersing agents which tend to coagulate and / or foam.
  • the electrocatalyst layer advantageously contains only 0.01 to 0.5% by weight, preferably 0.05 to 0.3% by weight and particularly preferably 0.075 to 0.2% by weight and in particular 0.1% by weight, of polymer A for hydrophobicization the electrocatalyst layer instead of the previous 20 - 60% by weight. This largely prevents the gas pores from becoming blocked by polymer A agglomerates in the electrocatalyst layer and / or in the support.
  • the invention replaces the previous hydrophobization technology in gas diffusion electrodes of fuel cells.
  • polymer A which is a catalyst inhibitor
  • the fully coated electrode is immersed in a hydrophobic bath.
  • the special advantage of this gas diffusion electrode is, in addition to the low polymer A content, the improved homogeneity the layer thickness because the electrocatalyst paste is easier to process in a screen printing process without the addition of polymer A.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Printing Methods (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Gasdiffusionselektrode zur Verwendung in PEM-Brennstoffzellen, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ein Verfahren zur Hydrophobierung einer Gasdiffusionselektrode. Die Elektrokatalysatorschicht der verbesserten Gasdiffusionselektrode hat einen wesentlich geringeren Gehalt an Katalysatorhemmer Teflon®, weil das Teflon® nicht wie bisher nur der Siebdruckpaste zugesetzt wird, sondern nachträglich durch Eintauchen der fertigen Elektrokatalysatorschicht in eine teflonhaltige Lösung mit derselben oberflächenspezifischen Wirkung aufgebracht wird.

Description

Beschreibung
Verbesserte Gasdiffusionselektrode, Herstellungsverfahren dazu und Verfahren zur Hydrophobierung einer Gasdiffusionselek- trode
Die Erfindung betrifft eine verbesserte Gasdiffusionselektrode zur Verwendung in PEM-Brennstoffzellen, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ein Verfahren zur Hydrophobierung ei- ner Gasdiffusionselektrode.
Eine PEM-Brennstoffzelle hat als Kernstück eine Membran- Elektroden-Einheit, die aus einer Membran mit beidseitig einer Elektrode, die eine Elektrokatalysatorschicht umfaßt, aufgebaut ist. Die Elektrode hat normalerweise einen festen, gasdurchlässigen und elektrisch leitfähigen Träger (z. B. Kohlegwebe oder -papier) , der bevorzugt mit einer Polymer- Suspension (das Polymer wird im folgenden Polymer A genannt, es handelt sich dabei um Polymere wie z.B. PTFE d.h. Polyte- traflourethylen, Teflon) hydrophobiert ist. Auf diesen Träger ist eine Elektrokatalysatorschicht aufgebracht, die ihrerseits wieder hydrophobiert wird. Das Polymer A kann deshalb sowohl in dem Träger als auch in der Elektrokatalysatorschicht enthalten sein.
Der notwendige Gehalt an Polymer A zur Hydrophobierung der Elektrokatalysatorschicht beträgt bisher in der Regel 20-60 Gew%, wobei ein hoher Gehalt an Polymer A, wie z.B. Teflon, die Aktivität des Platinkatalysators hemmt, die Kontaktwider- stände erhöht und die Porosität der Elektrode verringert ( a- tanabe, J. Elektroanal. Chem. 195 (1985) 81-83), d.h. sich nachteilig auf das System auswirkt. Das Polymer A zur Hydrophobierung der Elektrokatalysatorschicht kann deshalb auch als „Katalysatorhemmer" bezeichnet werden.
Bei den bislang bekannten Elektroden ist außer einem hohen Gehalt an Polymer A zur Hydrophobierung der Elektrokatalysa- torschicht (20 - 60 Gew%, immer bezogen auf den Gehalt an metallischem Katalysator) auch die Homogenität der Dicke der Elektrokatalysatorschicht ein Problem. Es besteht ein Bedarf, ein geeignetes Herstellungsverfahren, das kostengünstig und massenfertigungstauglich eine gleichmäßige Beschichtung des Trägers mit trockenem Katalysatorpulver in geringen Schichtstärken von 3-40μm ermöglicht, zu schaffen.
Nach der konventionellen Methode (Watanabe, J. Electroanal. Chem. 195 (1985) 81-83; J. Elektroanal .Chem. 197 (1986) 195- 208 M. Uchida, J. Elektrochem. Soc, 142 (1995) 463-468) wird eine trockene pulverisierte Mischung aus vorher mit PTFE hy- drophobiertem Katalysatorpulver auf den ebenfalls hydropho- bierten Träger gepreßt. Zur Herstellung der Mischung wird zunächst das Kohlepulver intensiv mit PTFE-Dispersion gemischt und dann oberhalb einer Temperatur von 280°C getrocknet. Dabei wird das in der Dispersion enthaltene oberflächenaktive Netzmittel (Triton X 100) entfernt. Das Netzmittel wird eingesetzt, um die schlechten Verarbeitungseigenschaf- ten, die durch den hohen Gehalt an Polymer A in der Siebdruckpaste entstehen, auszugleichen. Anschließend wird das Gemisch pulverisiert. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig und eine gleichmäßige Dicke der Elektrokatalysatorschicht in geringen Schichtstärken läßt sich technisch nur schwer und in geringen Stückzahlen herstellen. Nachteilig ist zudem bei diesem Verfahren, daß
- ein hoher Gehalt an Polymer A zur Hydrophobierung der Elektrokatalysatorschicht enthalten ist, und
- zur Verarbeitung ein Netzmittel zugesetzt wird, das extra entfernt werden muß und störende Rückstände hinterläßt.
Das Siebdrucken ist eine bekannte Technik zur Herstellung einer gleichmäßig dünnen Schicht. Der Einsatz von Siebdruck für den Aufbau eines elektrochemischen Systems ist bereits be- kannt. Gemäß der US 4 229 290 muß dafür der Siebdruckpaste, die Teflondispersion, Graphit und Platinschwarz enthält, zur Stabilisierung wieder über 50 Gew% des Netz- oder Dispergier- mittels „Triton X 100" zugesetzt werden. Der zur Hydrophobierung eingesetzte Teflonanteil in der Siebdruckpaste und damit der in der resultierenden Elektrokatalysatorschicht vorhandene beträgt ca. 25 Gew% . Die Paste wird auf einen festen Trä- ger, z.B. Kohlepapier gedruckt, das nochmals 60 Gew% Teflon enthält. Es ergibt sich ein Gesamtgehalt an Teflon von ca. 85%. Nachteilig an der mit diesem Verfahren hergestellten Elektrode ist außer diesem extrem hohen Gehalt an Polymer A zur Hydrophobierung der Elektrokatalysatorschicht (hier: Te- flon) auch das in über 50 Gew% (der Katalysatorpaste) zugesetzte Netzmittel.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gasdiffusionselektrode mit einer Elektrokatalysatorschicht, die zur Verbesserung gegen- über dem Stand der Technik bei einer homogenen Schichtdicke einen möglichst geringen Gehalt an Polymer A zur Hydrophobierung ohne Netzmittel enthält, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung zu offenbaren. Zudem ist Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges und massenfertigungstaugliches Verfahren zur Hydrophobierung einer Gasdiffusionselektrode zur Verfügung zu stellen. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verwendung einer derartigen Gasdiffusionselektrode zu offenbaren.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
Gegenstand der Erfindung ist eine Gasdiffusionselektrode für eine PEM-Brennstoffzelle mit einer Elektrokatalysatorschicht, die einen Gehalt an Polymer A zur Hydrophobierung von kleiner/gleich 10 Gew% und eine gleichmäßige Dicke der Elektrokatalysatorschicht von kleiner/gleich 20 μm hat. Außerdem ist Gegenstand der Erfindung eine Gasdiffusionselektrode, die durch ein Siebdruckverfahren mit einer Siebdruckpaste, die einen Gehalt an Polymer A zur Hydrophobierung der Elektrokatalysatorschicht von maximal 10 Gew% (bezogen auf den Gehalt an metallischem Katalysator) , zumindest einen metallischen Katalysator und ein hochsiedendes Lösungsmittel umfaßt, hergestellt ist. Schließlich ist noch Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Gasdiffusionselektrode, bei dem im Siebdruckverfahren auf eine Elektrode und/oder eine Membran eine Katalysatorpaste, die zumindest einen metallischen Katalysator und ein Siebdruckmedium umfaßt, aufgedruckt wird und in einem folgenden, zweiten Arbeitsschritt das Siebdruckmedium durch Erhitzen entfernt wird. Schließlich ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Hydrophobierung einer Gasdiffusionselektrode, bei dem eine fertig beschichtete Elektrode zur Hydrophobierung in eine Lösung des Polymers A getaucht wird. Eine Verwendung einer Gasdiffusionselektrode nach der Erfindung in einer Brennstoffzelle ist auch noch Gegenstand der Erfindung.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält die Elektrokatalysatorschicht und/oder die Siebdruckpaste (bezogen auf deren Gehalt an metallischem Katalysator) nur noch 0,01 bis 1 Gew%, bevorzugt 0,05 bis 0,5 Gew% und besonders bevorzugt 0,075 bis 0,2 Gew% und insbesondere 0,1 Gew% an Polymer A zur Hydrophobierung der Elektrokatalysatorschicht .
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Polymer A zur Hydrophobierung der Elektrokatalysatorschicht Teflon, insbesondere eine amorphe Modifikation von Teflon, die in Lösung gebracht werden kann.
Bevorzugt wird als metallischer Katalysator Platinschwarz oder Platin auf Kohlenstoff genommen.
Bevorzugt wird als hochsiedendes Lösungsmittel der Siebdruck- und/oder Katalysatorpaste ein Ester und/oder ein Keton und/oder ein Alkohol, besonders bevorzugt Glycolsäurebutyle- ster, Cyclohexanon und/oder Terpineol, eingesetzt. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Katalysator- paste außer dem metallischen Katalysator und dem hochsiedenden Lösungsmittel noch ein Polymer B, bevorzugt ein Polymer, das bis zu 400 °C ausheizbar ist, als Binder zugesetzt.
Bei einer Ausführungsform der Gasdiffusionselektrode, geht in der Elektrokatalysatorschicht der Gehalt an Polymer A zur Hydrophobierung der Elektrokatalysatorschicht gegen Null, wobei Null ausgeschlossen ist.
Nach einer Ausführungsform des Verfahrens bei der beispielsweise auf das Polymer A in der Siebdruckpaste vollständig verzichtet werden kann, findet anschließend an die Siebdruck- beschichtung die Hydrophobierung der fertigen Elektrokataly- satorschicht durch Eintauchen der kompletten Elektrode in eine Lösung des Polymers A zur Hydrophobierung statt. Die Lösung enthält das Polymer A bevorzugt in 0,01 bis 1 Gew% besonders bevorzugt 0,05 bis 0,5 Gew% und ganz besonders bevorzugt 0,075 bis 0,2 Gew%, insbesondere 0,1 Gew% . Das Lösungs- mittel ist bevorzugt ein perfluoriertes Lösungsmittel wie eine vollständig fluorierte organische Verbindung, die z.B. über die elektrochemische Fluorierung von Alkanen herstellbar ist .
Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn anschließend an die Hydrophobierung die Elektrode in einem weiteren Arbeitsschritt, bevorzugt bei Temperaturen zwischen 20 °C und 120 °C, getrocknet wird.
In einer weiteren Abwandlung des Verfahrens wird auf den Träger zum Auffüllen der großen Poren und damit zur Reduzierung der zur vollständigen Beschichtung notwendigen Katalysatormenge zunächst eine Kohlepaste bestehend aus elektrisch leitfähigem Ruß und Siebdruckmedium aufgedruckt. Dadurch entsteht eine allererste SiebdruckbeSchichtung des Trägers mit Kohle. Erst nach der Trocknung dieser ersten Siebdruckbeschichtung wird der Siebdruck mit der - wesentlich teureren - Katalysatorpaste durchgeführt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann zur Er- zielung eines unterschiedlichen Gehaltes an Polymer A in der Gasdiffusionselektrode sowohl die Kohlepaste des ersten Siebdruckvorganges als auch der Träger oder beide zusätzlich Polymer A enthalten.
Der Gesamtgehalt an Polymer A in der Gasdiffusionselektrode ist begrifflich von dem kritischen Gehalt an „Polymer A zur Hydrophobierung der Elektrokatalysatorschicht" getrennt, weil unter der angeführten Bezeichnung nur die Menge an Polymer A verstanden wird, die durch das Eintauchbad und/oder über die Siebdruckpaste auf die Elektrokatalysatorschicht aufgebracht wird. Der Gesamtgehalt an Polymer A in der Gasdiffusionselektrode (d.h. Gehalt an Polymer A im Träger, in der ersten Siebdruckschicht und in der Elektrokatalysatorschicht zusammen) summiert sich vorteilhafterweise auf bis zu 20 Gew%, be- vorzugt auf kleiner 15 Gew% und besonders bevorzugt auf kleiner 10 Gew%, ganz besonders bevorzugt auf kleiner 5 Gew% und insbesondere auf kleiner 3,5 Gew% .
Bevorzugt wird als Polymer A Teflon eingesetzt, insbesondere eine Modifikation, die amorph und/oder transparent vorliegt und sich in fluorierten Lösungsmitteln komplett lösen läßt. Alternativ kann aber auch ein anderes Polymer, wie z.B. Ethy- len-Propylen-Copolymer oder ein anderes fluorhaltiges Polymer, z.B. PVDF (Polyvinylidenfluorid) eingesetzt werden.
Als Elektrokatalysatorschicht wird hier die Schicht bezeichnet, die bevorzugt auf einem festen, gasdurchlässigen und elektrisch leitfähigen Träger der Elektrode aufgebracht ist und an deren katalytischer Oberfläche die anodische Oxidation des Brennstoffs zu Protonen oder die kathodische Reduktion des Sauerstoffs stattfindet. Die Elektrokatalysatorschicht umfaßt zumindest den metallischen Katalysator, der bevorzugt platinhaltig ist, der in reiner Form als Platinschwarz oder in verdünnter Form als Platin auf Kohle in der Katalysatorpaste eingesetzt werden kann. Bevorzugt enthält die Elektrokatalysatorschicht keine weiteren Bestandteile, weil nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Siebdruckmedium, das der Katalysatorpaste zur Verarbeitung zugesetzt wird, durch Trocknen und Erhitzen der fertigen, d.h. beschichteten Elektrode entfernt wurde.
Als „gleichmäßige Elektrokatalysatorschichtdicke" wird eine
Schicht von 3 - 40 μm Dicke bezeichnet, die mit herkömmlichem Siebdruckverfahren aufgebracht wurde und deren Dickeschwankungen in der Regel unter denen liegen, die mit einer anderen Beschichtungstechnik für Brennstoffzellenelektroden erreich- bar sind.
Zur Verarbeitung wird der Siebdruckpaste (auch Kohle- oder Katalysatorpaste, je nach Arbeitsschritt, genannt) zumindest noch ein hochsiedendes Lösungsmittel als Siebdruckmedium, wie z.B. ein Ester, Keton und/oder ein Alkohol, insbesondere Gly- colsäurebutylester, Cyclohexanon und/oder Terpineol, zugesetzt. Vorteilhafterweise wird als Siebdruckmedium nicht allein ein hochsiedendes Lösungsmittel, sondern auch noch als Binder ein Polymer B, wie z.B. Polyvinylalkohol und/oder Po- lyethylenoxid zugesetzt. Das Polymer B ist bevorzugt ausheizbar, insbesondere bei Temperaturen bis zu 400 °C, oder hinterläßt nur Rückstände, die den BrennstoffZellenbetrieb nicht stören.
Die Elektrode ist eine gaspermeable, elektrisch leitfähige
Schicht auf der Membran, die bevorzugt einen Träger mit einer Elektrokatalysatorschicht umfaßt. Als Träger oder Substrat wird bevorzugt ein Kohlegewebe oder ein Kohlepapier oder ein anderes poröses und elektrisch leitfähiges Substrat verwen- det. Im folgenden wird das Verfahren nach der Erfindung noch anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert.
Zur Herstellung der Siebdruckpasten wird das Kohle- oder Ka- talysatorpulver unter Rühren in ein Siebdruckmedium, bestehend aus z.B. in Terpineol gelöstem Polyethylenoxid gegeben. Der Gehalt an Binder beträgt 0 bis 20 Gew%, vorzugsweise 5 bis 15 Gew% . Als Katalysator wird Platinschwarz oder Platin auf Kohle verwendet. Der Siebdruck wird mit einer handelsüb- liehen Siebdruckmaschine durchgeführt. Es werden Edelstahlsiebe bis zur Größe 760 * 700 mm2 mit einer Maschenweite von 100 bis 300 Maschen pro inch (ca. 39 bis 118 Maschen pro cm) verwendet. Damit können Naßschichtdicken von 6 bis 60μm pro Druckvorgang erreicht werden. Pro Druckvorgang werden prak- tisch beliebige Flächen, begrenzt durch die Größe der bedruckbaren Fläche der Siebdruckmaschine, beschichtet. Die Elektroden werden anschließend an den Druckvorgang bei 120 °C getrocknet und zur Entfernung des Binders auf 360 °C aufgeheizt.
Die durch Auswiegen bestimmte Platinbelegung beträgt bei reinem Platinschwarz als Katalysator 2-3mg/cm2 und bei Platin auf Kohle als Katalysator je nach Platinbelegung der Kohle 0,15 bis 0, 4 mg/cm2.
Zur Hydrophobierung wird die fertig beschichtete Gasdiffusionselektrode in eine Lösung eines Polymers A zur Hydrophobierung der Elektrokatalysatorschicht getaucht und danach getrocknet. Jede beliebige Gasdiffusionselektrode kann auf die- se Weise nachträglich hydrophobiert werden.
Es wurden Strom-Spannungs-Kurven von Membran-Elektroden- Einheiten mit erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektroden durchgeführt, bei denen ein außergewöhnlich geringer Span- nungsabfall bei hohen Stromstärken beobachtet werden konnte. Dies ist u.a. auf die geringe Diffusionshemmung, bedingt durch den geringen Gehalt an Polymer A und Schädigung der Hy- drσphobierung durch Netzmittelrückstand, innerhalb der porö¬ sen Elektrokatalysatorschicht zurückzuführen.
Das vorliegende Verfahren mittels Siebdruck ermöglicht es, die Kosten für die Elektrodenherstellung deutlich zu senken. Mit dem Siebdruckverfahren wird eine gleichmäßige Schichtdik- ke über die gesamte Elektrode auch bei großen Elektroden (z.B. 36 * 36 cm2) und eine gute Reproduzierbarkeit bei einer Massenfertigung erreicht. Da die Hydrophobierung, wenn über- haupt, erst am Schluß des Verfahrens durch Tränken der kompletten Elektrode in eine Lösung des Polymers A erfolgt, werden die Verarbeitungseigenschaften (und das Ausbrennverhalten) der Siebdruckpasten nicht durch die Polymersuspension und zusätzliche Netz- und Dispersionsmittel beeinträchtigt, welche zur Koagulation und/oder Schaumbildung neigen.
Nach der Erfindung sind zur Hydrophobierung der Elektrode deutlich geringere Mengen an Polymer A in der Elektrokatalysatorschicht notwendig, da sich das Polymer A aus der Lösung nur als dünner Film auf der Oberfläche der Elektrodenpartikel (Kohle, Platin etc.) abscheidet. Vorteilhafterweise enthält die Elektrokatalysatorschicht nur noch 0,01 bis 0,5 Gew%, bevorzugt 0,05 bis 0,3 Gew% und besonders bevorzugt 0,075 bis 0,2 Gew% und insbesondere 0,1 Gew% an Polymer A zur Hydropho- bierung der Elektrokatalysatorschicht anstatt wie bisher 20 - 60 Gew% . Dadurch wird ein Verstopfen der Gasporen durch Poly- mer-A-Agglomerate in der Elektrokatalysatorschicht und/oder im Träger weitgehendst verhindert.
Die Erfindung ersetzt die bisherige Hydrophobierungstechnik bei Gasdiffusionselektroden von Brennstoffzellen. Anstelle der üblichen Einarbeitung des Polymers A (das ein Katalysatorhemmer ist) zur Hydrophobierung der Elektrokatalysatorschicht in die Elektrokatalysatorpaste wird die fertig be- schichtete Elektrode in ein Hydrophobierungsbad getaucht. Der besondere Vorteil dieser Gasdiffusionselektrode ist neben dem geringen Gehalt an Polymer A auch die verbesserte Homogenität der Schichtdicke, weil die Elektrokatalysatorpaste im Siebdruckverfahren ohne Zusatz an Polymer A besser zu verarbeiten ist .

Claims

Patentansprüche
1. Gasdiffusionselektrode für eine PEM-Brennstoffzelle mit einer Elektrokatalysatorschicht, die einen Gehalt an Polymer A zur Hydrophobierung der Elektrokatalysatorschicht von kleiner/gleich 10 Gew% und eine gleichmäßige Dicke der Elektrokatalysatorschicht von kleiner/gleich 40 um hat.
2. Gasdiffusionselektrode nach Anspruch 1, bei der Gehalt an Polymer A zur Hydrophobierung der Elektrokatalysatorschicht zwischen 0,01 und 1 Gew% liegt.
3. Gasdiffusionselektrode, die durch ein Siebdruckverfahren mit einer Siebdruckpaste, die einen Gehalt an Polymer A zur Hydrophobierung der Elektrokatalysatorschicht von maximal 10 Gew% (bezogen auf den Gehalt an metallischem Katalysator) , zumindest einen metallischen Katalysator und ein hochsiedendes Lösungsmittel umfaßt, hergestellt ist.
4. Gasdiffusionselektrode nach Anspruch 3, bei der die Siebdruckpaste als metallischen Katalysator Platinschwarz oder Platin auf Kohlenstoff sowie ein Polymer B als Binder und ein hochsiedendes Lösungsmittel umfaßt.
5. Gasdiffusionselektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Gehalt an Polymer A in der Elektrokatalysatorschicht gegen Null geht.
6. Verfahren zur Herstellung einer Gasdiffusionselektrode, bei dem im Siebdruckverfahren auf einen Träger eine Siebdruckpaste, die zumindest einen metallischen Katalysator und ein Siebdruckmedium umfaßt, aufgedruckt und das Siebdruckmedium in einem folgenden, zweiten Arbeitsschritt durch Erhitzen entfernt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem als Siebdruckmedium ein hochsiedendes Lösungsmittel eingesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem im zweiten Arbeitsschritt auf maximal 400°C erhitzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem in einem vorgeschalteten Arbeitsschritt, ein erster Siebdruckgang durchgeführt wird, bei dem der Träger durch Bedrucken mit einer Kohlepaste aus elektrisch leitfähigem Ruß in einem Siebdruckmedium vorbeschichtet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem als Träger ein Substrat verwendet wird, das bereits Polymer A enthält .
11. Verfahren zur Hydrophobierung einer Gasdif usionselektrode, bei dem eine fertig beschichtete Elektrode zur Hydrophobierung in eine Lösung eines Polymers A zur Hydrophobierung getaucht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Elektrode in einem an die Hydrophobierung anschließenden Schritt getrocknet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 und/oder 12, bei dem das Poly- mer A zur Hydrophobierung amorphes Teflon ist.
14. Verwendung einer Gasdiffusionselektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einer Brennstoffzelle.
PCT/DE1999/002622 1998-08-26 1999-08-20 Verbesserte gasdiffusionselektrode, herstellungsverfahren dazu und verfahren zur hydrophobierung einer gasdiffusionselektrode Ceased WO2000013243A2 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE59914914T DE59914914D1 (de) 1998-08-26 1999-08-20 Gasdiffusionselektrode und verfahren zu deren herstellung
EP99953556A EP1118129B1 (de) 1998-08-26 1999-08-20 Gasdiffusionselektrode und verfahren zu deren herstellung
JP2000571099A JP4707834B2 (ja) 1998-08-26 1999-08-20 改良されたガス拡散電極、その製造方法及びガス拡散電極の疎水化方法
CA2341495A CA2341495C (en) 1998-08-26 1999-08-20 Gas diffusion electrode and method for its production
US09/793,411 US20010018145A1 (en) 1998-08-26 2001-02-26 Gas diffusion electrode and method for its production
US10/909,219 US7682725B2 (en) 1998-08-26 2004-07-30 Gas diffusion electrode and method for its production

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19838786.5 1998-08-26
DE19838786 1998-08-26

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US09/793,411 Continuation US20010018145A1 (en) 1998-08-26 2001-02-26 Gas diffusion electrode and method for its production

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2000013243A2 true WO2000013243A2 (de) 2000-03-09
WO2000013243A3 WO2000013243A3 (de) 2000-08-10

Family

ID=7878780

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE1999/002622 Ceased WO2000013243A2 (de) 1998-08-26 1999-08-20 Verbesserte gasdiffusionselektrode, herstellungsverfahren dazu und verfahren zur hydrophobierung einer gasdiffusionselektrode
PCT/DE1999/002620 Ceased WO2000013242A2 (de) 1998-08-26 1999-08-20 Siebdruckverfahren zur herstellung einer gasdiffusionselektrode

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE1999/002620 Ceased WO2000013242A2 (de) 1998-08-26 1999-08-20 Siebdruckverfahren zur herstellung einer gasdiffusionselektrode

Country Status (9)

Country Link
US (2) US20010018145A1 (de)
EP (2) EP1118129B1 (de)
JP (2) JP4792160B2 (de)
CN (2) CN1195336C (de)
AT (2) ATE257621T1 (de)
CA (2) CA2341495C (de)
DE (2) DE59914914D1 (de)
ES (2) ES2315020T3 (de)
WO (2) WO2000013243A2 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002313359A (ja) * 2001-04-17 2002-10-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体高分子型燃料電池
EP1347527A3 (de) * 2002-03-14 2005-06-01 DaimlerChrysler AG Membran-Elektroden-Einheit (MEA) mit hydrophober Zwischenschicht

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7041191B2 (en) * 2004-05-27 2006-05-09 Institute Of Nuclear Energy Research Method for manufacturing membrane electrode assembly of fuel cell by printing processes
KR100717130B1 (ko) 2005-09-30 2007-05-11 한국과학기술연구원 고체산화물 연료전지용 페이스트, 이를 이용한 연료극지지형 고체산화물 연료전지 및 그 제조 방법
KR101233343B1 (ko) * 2005-11-25 2013-02-14 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지용 막-전극 어셈블리, 이의 제조 방법 및 이를포함하는 연료 전지 시스템
WO2007078771A2 (en) * 2005-12-15 2007-07-12 Hollingsworth & Vose Company Fuel cell gas diffusion articles
KR100668354B1 (ko) * 2006-02-07 2007-01-12 삼성에스디아이 주식회사 금속 촉매와 이를 포함한 전극의 제조방법
JP5298405B2 (ja) 2006-04-14 2013-09-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用膜電極接合体の製造方法
KR100957302B1 (ko) * 2007-09-07 2010-05-12 현대자동차주식회사 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법
MX2010005814A (es) * 2007-11-27 2010-10-28 3Gsolar Ltd Celdas colorantes de gran área y métodos de producción de las mismas.
US20100028744A1 (en) * 2008-08-04 2010-02-04 Gm Global Technology Operations, Inc. Gas diffusion layer with lower gas diffusivity
US20100028750A1 (en) * 2008-08-04 2010-02-04 Gm Global Technology Operations, Inc. Gas diffusion layer with lower gas diffusivity
US7947410B2 (en) * 2008-08-22 2011-05-24 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Fuel cell electrodes with triazole modified polymers and membrane electrode assemblies incorporating same
WO2011100602A1 (en) * 2010-02-12 2011-08-18 Revolt Technology Ltd. Manufacturing methods for air electrode
JP6075743B2 (ja) * 2010-08-03 2017-02-08 ソニー株式会社 信号処理装置および方法、並びにプログラム
JP5530954B2 (ja) * 2011-02-21 2014-06-25 株式会社日本自動車部品総合研究所 燃料電池
CN104527247B (zh) * 2014-01-03 2017-03-22 华东理工大学 基于丝网印刷技术的微流体燃料电池组微电路制备方法
CN107342423B (zh) * 2017-05-22 2020-09-01 深圳市航盛新材料技术有限公司 空气电极极片及其制备方法和空气电池
US11603324B2 (en) 2018-11-06 2023-03-14 Utility Global, Inc. Channeled electrodes and method of making
JP2022512964A (ja) 2018-11-06 2022-02-07 ユティリティ グローバル，インコーポレイテッド 燃料電池を製造し、その構成要素を処理する方法
US11761100B2 (en) 2018-11-06 2023-09-19 Utility Global, Inc. Electrochemical device and method of making
US11611097B2 (en) 2018-11-06 2023-03-21 Utility Global, Inc. Method of making an electrochemical reactor via sintering inorganic dry particles
US11539053B2 (en) 2018-11-12 2022-12-27 Utility Global, Inc. Method of making copper electrode
CN110416558B (zh) * 2019-07-16 2020-10-16 成都新柯力化工科技有限公司 一种卷对卷稳定连续印刷制备燃料电池膜电极的方法
CN118248893B (zh) * 2024-02-06 2025-09-26 厦门金龙联合汽车工业有限公司 一种石墨极板的表面改性方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3912538A (en) * 1974-01-15 1975-10-14 United Technologies Corp Novel composite fuel cell electrode
US4229490A (en) * 1978-09-01 1980-10-21 Texas Instruments Incorporated Novel method for catalyst application to a substrate for fuel cell electrodes
IL61410A0 (en) * 1979-11-09 1980-12-31 Yardney Electric Corp Improved inexpensive electrode for metal-air cells and method of making the same
US4615954A (en) * 1984-09-27 1986-10-07 Eltech Systems Corporation Fast response, high rate, gas diffusion electrode and method of making same
US4568442A (en) * 1985-02-01 1986-02-04 The Dow Chemical Company Gas diffusion composite electrode having polymeric binder coated carbon layer
DE3722019A1 (de) * 1987-07-03 1989-01-12 Varta Batterie Verfahren zur herstellung einer kunststoffgebundenen gasdiffusionselektrode, die einen manganoxidkatalysator der ueberwiegenden zusammensetzung mno(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)o(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)* x mn(pfeil abwaerts)5(pfeil abwaerts)o(pfeil abwaerts)8(pfeil abwaerts) enthaelt
US4927514A (en) * 1988-09-01 1990-05-22 Eltech Systems Corporation Platinum black air cathode, method of operating same, and layered gas diffusion electrode of improved inter-layer bonding
JP2948376B2 (ja) * 1991-10-15 1999-09-13 三菱重工業株式会社 反応膜の製造方法及び電気化学セルの製造方法
JP2842150B2 (ja) * 1992-06-02 1998-12-24 株式会社日立製作所 固体高分子型燃料電池
EP0641033B1 (de) * 1993-08-31 1999-03-31 Compur Monitors Sensor Technology GmbH Verfahren zur Herstellung katalytisch wirksamer Gasdiffusionselektroden für elektrochemische Zellen
JPH07130376A (ja) * 1993-11-03 1995-05-19 Tokyo Gas Co Ltd 固体高分子型燃料電池用電極の触媒処理法
JP2741574B2 (ja) * 1994-09-19 1998-04-22 株式会社日立製作所 固体高分子電解質型燃料電池
DE69608793T2 (de) * 1995-03-20 2001-02-01 E.I. Du Pont De Nemours And Co., Wilmington Anorganische füllstoffe enthaltende membranen für brennstoffzellen
JPH09223503A (ja) * 1996-02-14 1997-08-26 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 高分子固体電解質型燃料電池用電極の製造方法
US6103077A (en) * 1998-01-02 2000-08-15 De Nora S.P.A. Structures and methods of manufacture for gas diffusion electrodes and electrode components
GB9808524D0 (en) * 1998-04-23 1998-06-17 British Gas Plc Fuel cell flow-field structure formed by layer deposition

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002313359A (ja) * 2001-04-17 2002-10-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体高分子型燃料電池
EP1347527A3 (de) * 2002-03-14 2005-06-01 DaimlerChrysler AG Membran-Elektroden-Einheit (MEA) mit hydrophober Zwischenschicht

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002525811A (ja) 2002-08-13
JP4707834B2 (ja) 2011-06-22
US20010018145A1 (en) 2001-08-30
ATE415713T1 (de) 2008-12-15
WO2000013242A3 (de) 2000-06-08
WO2000013243A3 (de) 2000-08-10
CN1328707A (zh) 2001-12-26
ES2214895T3 (es) 2004-09-16
EP1118130B1 (de) 2004-01-07
JP2002525812A (ja) 2002-08-13
ES2315020T3 (es) 2009-03-16
CA2341494C (en) 2010-06-01
CN1324502A (zh) 2001-11-28
JP4792160B2 (ja) 2011-10-12
CA2341494A1 (en) 2000-03-09
CN1195336C (zh) 2005-03-30
EP1118129A2 (de) 2001-07-25
CA2341495A1 (en) 2000-03-09
EP1118129B1 (de) 2008-11-26
DE59908263D1 (de) 2004-02-12
DE59914914D1 (de) 2009-01-08
ATE257621T1 (de) 2004-01-15
CN1173426C (zh) 2004-10-27
US6645660B2 (en) 2003-11-11
EP1118130A2 (de) 2001-07-25
CA2341495C (en) 2010-07-06
US20020022083A1 (en) 2002-02-21
WO2000013242A2 (de) 2000-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1118129B1 (de) Gasdiffusionselektrode und verfahren zu deren herstellung
EP1176653B1 (de) Membran-Elektrodeneinheit für Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE69317700T2 (de) Verfahren zur Herstellung von Elektrode-Anordnungen
DE19812592B4 (de) Membran-Elektroden-Einheit für Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie Tinte
EP0797265B1 (de) Gasdiffusionselektrode für Membranbrennstoffzellen und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE69829933T2 (de) Elektrode aus Festpolymerelektrolyt-Katalysator Kompositen, Elektrode für Brennstoffzellen und Verfahren zur Herstellung dieser Elektroden
DE60016924T2 (de) Elektrochemische anwendungen von amorphen fluoropolymeren
DE69117133T2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenelektrode
DE69911077T2 (de) Gasdiffusionselektroden auf Kohlenfasergewebe für elektrochemische Zellen und Verfahren zu ihrer Herstellung
EP0987777B1 (de) Katalysatorschicht für Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen
DE112013007069B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines feinen Katalysatorpartikels und Brennstoffzelle umfassend ein durch das Herstellverfahren hergestelltes feines Katalysatorpartikel
EP1150369B1 (de) Gasverteilerstrukturen und Gasdiffusionselektroden für Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen
DE19737390A1 (de) Gasdiffusionselektroden auf Basis von Poly(vinylidenfluordid)-Kohlenstoff-Gemischen
WO1997020358A1 (de) Gasdiffusionselektrode für polymerelektrolytmembran-brennstoffzellen
DE10297187T5 (de) Elektrodenkatalysatorschicht zur Verwendung in einer Brennstoffzelle
DE102020202325A1 (de) Verfahren zur herstellung eines katalysators mit leitfähiger oxid-schutzschicht und hierdurch hergestellter katalysator
DE102010020169B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Elektrodentinte auf Basis von nanostrukturierten dünnen Katalysatorschichten
DE10296599T5 (de) Polymerelektrolytbrennstoffzelle
DE102018102588A1 (de) Katalysatortinte für Brennstoffzelle, Katalysatorschicht für Brennstoffzelle, und Membranelektrodeneinheit
DE112020001053T5 (de) Kathodenkatalysatorschicht für eine Brennstoffzelle, und Brennstoffzelle
DE69902557T2 (de) Imprägnierung mit ionomeren von elektrodensubstraten zur leistungsverbesserung von brennstoffzellen
DE602004010021T2 (de) Tinte zur Herstellung einer Katalysatorschicht, Elektrode und Membran-Elektrode-Anordnung in denen solche Tinte verwendet wird
DE102015117925B9 (de) Katalysatorenelektrodenschicht, Membranelektrodenanordnung und Brennstoffzelle
DE102011115233B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer abgestuften Elektrode sowie solch eine abgestufte Elektrode
DE10226073B4 (de) Elektrode für eine ein Festpolymerelektrolyt aufweisende Brennstoffzelle und Herstellungsverfahren dafür

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 99812561.X

Country of ref document: CN

AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): CA CN JP NO US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
AK Designated states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): CA CN JP NO US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1999953556

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2341495

Country of ref document: CA

Ref document number: 2341495

Country of ref document: CA

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 09793411

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1999953556

Country of ref document: EP