DE10052189A1 - Gas diffusion electrode, used as cathode in polymer electrolyte membrane fuel cells, comprises a catalyst layer made from a transition metal and a chalcogen, and a buffer layer for controlling the gas and water management - Google Patents
Gas diffusion electrode, used as cathode in polymer electrolyte membrane fuel cells, comprises a catalyst layer made from a transition metal and a chalcogen, and a buffer layer for controlling the gas and water managementInfo
- Publication number
- DE10052189A1 DE10052189A1 DE10052189A DE10052189A DE10052189A1 DE 10052189 A1 DE10052189 A1 DE 10052189A1 DE 10052189 A DE10052189 A DE 10052189A DE 10052189 A DE10052189 A DE 10052189A DE 10052189 A1 DE10052189 A1 DE 10052189A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- gas diffusion
- diffusion electrode
- layer
- catalyst
- polymer
- 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.)
- Granted
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 37
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 10
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 6
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 title claims abstract description 6
- 229910052798 chalcogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 5
- 150000001787 chalcogens Chemical class 0.000 title claims abstract description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 25
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 title claims description 13
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229920001600 hydrophobic polymer Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract 2
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 claims abstract 2
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 49
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 5
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 claims description 5
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 4
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 claims description 3
- -1 ruthenium chalcogenides Chemical class 0.000 claims description 3
- SUTQSIHGGHVXFK-UHFFFAOYSA-N 1,2,2-trifluoroethenylbenzene Chemical compound FC(F)=C(F)C1=CC=CC=C1 SUTQSIHGGHVXFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 2
- UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N fluorosulfonic acid Chemical compound OS(F)(=O)=O UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 2
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 claims description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 claims 1
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 abstract description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 6
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 4
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 3
- 229910001260 Pt alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 3
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 3
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- ULWHHBHJGPPBCO-UHFFFAOYSA-N propane-1,1-diol Chemical compound CCC(O)O ULWHHBHJGPPBCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VJIZLUGQDHCIHL-UHFFFAOYSA-N [Ru]=[Se] Chemical compound [Ru]=[Se] VJIZLUGQDHCIHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 2
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006424 Flood reaction Methods 0.000 description 1
- 241001026509 Kata Species 0.000 description 1
- 239000006057 Non-nutritive feed additive Substances 0.000 description 1
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 1
- 241000589614 Pseudomonas stutzeri Species 0.000 description 1
- XCNQSTCYMZJPQK-UHFFFAOYSA-N [Ru].[Se]=O Chemical compound [Ru].[Se]=O XCNQSTCYMZJPQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXPIFQPBRPONFD-UHFFFAOYSA-N [Se].[Mo].[Ru] Chemical compound [Se].[Mo].[Ru] PXPIFQPBRPONFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N benzene-1,4-diol;bis(4-fluorophenyl)methanone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1.C1=CC(F)=CC=C1C(=O)C1=CC=C(F)C=C1 JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CDQSJQSWAWPGKG-UHFFFAOYSA-N butane-1,1-diol Chemical compound CCCC(O)O CDQSJQSWAWPGKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002835 noble gases Chemical class 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920001657 poly(etheretherketoneketone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
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
- H01M4/90—Selection of catalytic material
-
- 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
- H01M4/8605—Porous electrodes
-
- 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]
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige Gasdiffusionselektrode für Polymerelektrolytmembran- Brennstoffzellen sowie ein Verfahren zu deren Herstellung, eine Membranelektrodenanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Membranelektrodenanordnung und deren Verwendung in Brennstoffzellen.The invention relates to a multilayer Gas diffusion electrode for polymer electrolyte membrane Fuel cells and a method for their production, a Membrane electrode arrangement and a method for manufacturing this membrane electrode assembly and its use in Fuel cells.
In Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen wird eine Gasdiffusionselektrode als Elektrode zwischen Polymerelektrolytmembran und Stromsammlern, z. B. Bipolarplatten, verwendet. Sie hat die Funktion, den durch die Redoxreaktion erzeugten Strom abzuleiten und muß die Reaktionsgase zur katalytischen Schicht durchdiffundieren lassen. Außerdem sollte die Gasdiffusionselektrode zumindest in der der Membran zugewandten Schicht wasserabweisend sein, um zu verhindern, daß bei der Reaktion gebildetes Wasser die Poren der Gasdiffusionselektrode flutet und damit den Gastransport zur katalytisch aktiven Schicht blockiert. Stets von Interesse ist eine Kostenreduzierung bei der Herstellung der Gasdiffusionselektrode. Dies wird z. B. erreicht durch den Einsatz von preiswerteren Katalysatormaterialien. Ziel ist es eine Gasdiffusionselektrode herzustellen, die hinsichtlich ihres Aufbaus und den verwendeten Katalysatoren im realen Einsatz in einer Brennstoffzelle eine angemessene elektrische Leistungsdichte und Stabilität im Vergleich zu den bislang üblichen Elektroden mit Platin-haltigen Katalysatoren zeigt.One is used in polymer electrolyte membrane fuel cells Gas diffusion electrode as an electrode between Polymer electrolyte membrane and current collectors, e.g. B. Bipolar plates used. It has the function of the Redox reaction to derive generated electricity and must Diffuse reaction gases to the catalytic layer to let. In addition, the gas diffusion electrode should at least in the membrane-facing layer to be water-repellent to prevent water formed in the reaction from pore formation the gas diffusion electrode floods and thus the gas transport blocked to the catalytically active layer. Always of interest is a cost reduction in the manufacture of the Gas diffusion electrode. This is e.g. B. achieved by the Use of cheaper catalyst materials. the aim is to produce a gas diffusion electrode, which with respect their structure and the catalysts used in real Use in a fuel cell an adequate electrical Power density and stability compared to the previous ones shows usual electrodes with platinum-containing catalysts.
Bisher werden für derartige Gasdiffusionselektroden als Katalysatormaterial vor allem in Polymerelektrolytmembran (PEM)-Brennstoffzellen, die üblicherweise unter 140°C arbeiten, vielfach der Leistung und Stabilität wegen Platin oder Platinlegierungen eingesetzt, die jedoch relativ teuer sind und außerdem den weiteren Nachteil einer schnellen Vergiftung zeigen. In EP 0 736 921 B1 werden Elektroden mit zwei Elektrokatalysatoren beschrieben, die eine verbesserte Toleranz gegen Katalysatorgifte wie CO aufweisen, wobei das erste Katalysatormaterial stets Platin ist.So far for such gas diffusion electrodes Catalyst material mainly in polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells, which usually operate below 140 ° C, much of the performance and stability due to platinum or Platinum alloys are used, but they are relatively expensive and also the other disadvantage of rapid poisoning demonstrate. In EP 0 736 921 B1 electrodes with two Electrocatalysts described improved tolerance against catalyst poisons such as CO, the first Catalyst material is always platinum.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kostengünstig herstellbare Gasdiffusionselektrode zur Verfügung zu stellen, die eine hohe elektrische Leistung und Stabilität im realen Einsatz in einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle zeigt. Aufgabe der Erfindung ist es außerdem, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Gasdiffusionselektrode anzugeben, eine Membranelektrodenanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Membranelektrodenanordnung und deren Verwendung in Brennstoffzellen.The object of the invention is therefore an inexpensive to provide a producible gas diffusion electrode, which have high electrical performance and stability in real Use in a polymer electrolyte membrane fuel cell shows. The object of the invention is also a method for Specify the manufacture of such a gas diffusion electrode, a membrane electrode assembly and a method for Production of this membrane electrode assembly and its Use in fuel cells.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung eine mehrschichtige Gasdiffusionselektrode mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Gasdiffusionselektrode nach Anspruch 7, eine Membranelektrodenanordnung nach Anspruch 6, ein Verfahren zur Herstellung dieser Membranelektrodenanordnung gemäß Anspruch 9 sowie deren Verwendung in einer Polymerelektrolytmembran- Brennstoffzelle nach Anspruch 11 vor.The present invention provides a solution to this problem multilayer gas diffusion electrode with the features of Claim 1 and a method for producing a such a gas diffusion electrode according to claim 7, a Membrane electrode assembly according to claim 6, a method for Production of this membrane electrode assembly according to claim 9 and their use in a polymer electrolyte membrane Fuel cell according to claim 11 before.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode ist ein verbessertes Gas- und Wassermanagement der Membranelektrodenanordnung während des Brennstoffzellenbetriebs neben einer erhöhten Resistenz gegen Kohlenmonoxid und anderen Katalysatorgiften.Another advantage of the invention Gas diffusion electrode is an improved gas and Water management of the membrane electrode assembly during the Fuel cell operation in addition to increased resistance to Carbon monoxide and other catalyst poisons.
Die weiteren Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. The further subclaims contain advantageous ones Embodiments of the invention.
Die Gasdiffusionselektroden gemäß der Erfindung eignen sich gleichermaßen für Wasserstoff-, Reformat- und Direkt-Methanol- betriebene Brennstoffzellen. In PEM-Brennstoffzellen können die erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektroden als Kathoden verwendet werden. Mit besonderem Vorteil können die erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektroden zur selektiven Reduktion von Sauerstoff eingesetzt werden.The gas diffusion electrodes according to the invention are suitable equally for hydrogen, reformate and direct methanol operated fuel cells. They can be used in PEM fuel cells gas diffusion electrodes according to the invention as cathodes be used. They can be particularly advantageous Gas diffusion electrodes according to the invention for selective Reduction of oxygen can be used.
Gemäß der Erfindung enthält die mehrschichtige Gasdiffusionselektrode eine Katalysatorschicht aus mindestens einem Übergangsmetall und mindestens einem Chalkogen, wobei die Gasdiffusionselektrode mindestens eine Pufferschicht zur Steuerung des Gas- und Waserhaushalts und einen Katalysatorbelegungsgrad im Bereich zwischen 1 µg/cm2 und 0,8 mg/cm2 aufweist.According to the invention, the multilayer gas diffusion electrode contains a catalyst layer composed of at least one transition metal and at least one chalcogen, the gas diffusion electrode comprising at least one buffer layer for controlling the gas and water balance and a degree of catalyst coverage in the range between 1 μg / cm 2 and 0.8 mg / cm 2 having.
Als Ausgangsmaterialien für die Pufferschicht werden Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltige Materialien und mindestens ein hydrophobes Polymer verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Pufferschicht der erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode ein fluoriertes Polymer, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform PTFE. In einer anderen Ausgestaltung kann das Ausgangsmaterial der Pufferschicht noch Verarbeitungshilfsmittel enthalten, insbesondere Dispergiermittel, Porenbildner und/oder Verdickungsmittel, die durch eine Temperaturbehandlung (Sintern) während der Herstellung der Gasdiffusionselektrode wieder entfernt werden.As starting materials for the buffer layer Carbon and / or carbonaceous materials and used at least one hydrophobic polymer. In a preferred embodiment contains the buffer layer gas diffusion electrode according to the invention a fluorinated Polymer, in a particularly preferred embodiment PTFE. In another embodiment, the starting material of the Buffer layer still contain processing aids, in particular dispersants, pore formers and / or Thickener by a heat treatment (Sintering) during the manufacture of the gas diffusion electrode be removed again.
Vorteilhafterweise werden in der Erfindung als Katalysatormaterial geträgerte Katalysatoren eingesetzt. Entsprechend dem Stand der Technik gibt es eine Reihe von Trägermaterialien für Katalysatoren, wie z. B. Keramik, Kohlenstoff, Kunststoff, Metall etc. Besonders bevorzugt werden in der erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode auf Kohlenstoff geträgerte Katalysatoren eingesetzt. Aufgrund des geringen Belegungsgrads erlauben geträgerte Katalysatoren bei der Herstellung der Gasdiffusionselektrode eine homogenere Verteilung des Katalysatormaterials. Der Kohlenstoffträger des Katalysators ist dabei elektrisch leitfähig und die Katalysatorschüttung selbst ist porös, so daß eine ausreichende Leitfähigkeit und Gasdurchlässigkeit der katalytischen Schicht gewährleistet ist. Je homogener der Katalysatorauftrag erfolgen kann, desto effizienter laufen auch die katalytischen Prozesse innerhalb der Brennstoffzelle ab.Advantageously, in the invention as Catalyst material supported catalysts used. According to the state of the art, there are a number of Support materials for catalysts, such as. B. ceramics, Carbon, plastic, metal etc. are particularly preferred in the gas diffusion electrode according to the invention on carbon supported catalysts used. Because of the low Degree of occupancy allow supported catalysts in the Production of the gas diffusion electrode a more homogeneous Distribution of the catalyst material. The carbon carrier of the The catalyst is electrically conductive and the The catalyst bed itself is porous, so that an adequate Conductivity and gas permeability of the catalytic layer is guaranteed. The more homogeneous the catalyst is applied the more efficiently the catalytic processes run within the fuel cell.
Die mehrschichtige Gasdiffusionselektrode enthält erfindungsgemäß als Katalysatormaterial neben mindestens einem Chalkogen mindestens ein Übergangsmetall. Bevorzugt werden Metalle aus den Nebengruppen VIb und/oder VIIIb verwendet. Besonders bevorzugt werden Rutheniumchalkogenide eingesetzt. Diese Stoffgruppe zeigt sich unter den platinfreien Katalysatoren als besonders stabil und vergiftungsresistent bei der Sauerstoffreduktion in einer Brennstoffzelle. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung finden Ruthenium- Molybdän-Selen-Mischkatalysatoren Anwendung. Vorzugsweise finden auch Ruthenium-Katalysatoren und Ruthenium-Selen-Oxid- Katalysatoren Anwendung. In einer Weiterbildung der Erfindung werden besonders bevorzugt Ruthenium-Selen-Mischkatalysatoren eingesetzt, deren hohe katalytische Aktivität durch ihre selektive Wirkung bei der Sauerstoffreduktion vorteilhafterweise auch in Gegenwart von Katalysatorgiften wie CO, Methanol oder dgl. erhalten bleiben.The multi-layer gas diffusion electrode contains according to the invention as a catalyst material in addition to at least one Chalcogen at least one transition metal. To be favoured Metals from subgroups VIb and / or VIIIb used. Ruthenium chalcogenides are particularly preferably used. This group of substances appears among the platinum-free ones Catalysts as particularly stable and resistant to poisoning oxygen reduction in a fuel cell. After a preferred embodiment of the invention find ruthenium Molybdenum-selenium mixed catalysts application. Preferably also find ruthenium catalysts and ruthenium selenium oxide Catalysts application. In a further development of the invention are particularly preferred ruthenium-selenium mixed catalysts used, whose high catalytic activity through their selective effect in oxygen reduction advantageously also in the presence of catalyst poisons such as CO, methanol or the like are preserved.
Fig. 1 zeigt schematisch einen möglichen Aufbau der erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode. Fig. 1 shows schematically a possible construction of the gas diffusion electrode of the invention.
Fig. 2 zeigt als ein Beispiel eine Strom-Spannungskennlinie einer erfindungsgemäßen Kathode und einer Standard- Anode, gemessen in einer Wasserstoff/Luft betriebenen Brennstoffzelle. Fig. 2 shows as an example of a current-voltage characteristic of a cathode according to the invention and a standard anode, measured in a hydrogen / air fuel cell powered.
Die mehrschichtige Gasdiffusionselektrode hat wie in Fig. 1
beispielhaft gezeigt folgenden möglichen Aufbau:
As shown by way of example in FIG. 1, the multilayer gas diffusion electrode has the following possible structure:
- - Ein Kohlepapier als Schicht (1), das mit einem hydrophoben Polymermaterial getränkt sein kann,A carbon paper as layer ( 1 ), which can be impregnated with a hydrophobic polymer material,
- - darauffolgend mindestens eine Pufferschicht (2)- subsequently at least one buffer layer ( 2 )
- - auf der eine darüberbefindliche Katalysatorschicht (3) noch mit einer nicht notwendigerweise geschlossenen- On the one overlying catalyst layer ( 3 ) still with a not necessarily closed
- - hydrophilen Schicht überzogen wird (4)- hydrophilic layer is coated ( 4 )
Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen
mehrschichtigen Gasdiffusionselektrode weist im einzelnen
folgende Prozeßschritte auf:
The process for producing the multilayer gas diffusion electrode according to the invention has the following process steps:
- - Eine Pufferschicht (2) aus Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltigem Material und mindestens einem hydrophobem Polymer wird in einem geeigneten Lösungsmittel, bevorzugt in Wasser unter Zugabe eines Benetzungsmittels, vorzugsweise höhere zweiwertige Alkohole wie z. B. Propandiol, Butandiol etc., dispergiert und als Suspension oder streichfähige Paste auf das Kohlepapier aufgebracht. Dies kann in an sich bekannter Weise mittels Siebdruck, durch Aufstreichen, Aufsprühen oder dergleichen geschehen. Die Schicht wird in mindestens einer Lage, vorzugsweise in zwei oder mehr Lagen aufgebracht. Bei mehrlagigem Aufbau erhält man eine besonders gute Haftung der einzelnen Pufferschichten untereinander, wenn man die Schritte des Aufbringens und Trocknens ein- oder mehrmals wiederholt. Die Beladung der Schicht (1) mit einer Pufferschicht liegt zwischen 0,1 und 2 mg/cm2, bevorzugt zwischen 0,2 und 1,5 mg/cm2. Der Teflongehalt der jeweiligen Pufferschicht ist im Bereich zwischen 0 und 60%, bevorzugt zwischen 5 und 40%, angesiedelt. Der Gesamtaufbau aus Schicht (1) und (2) wird nach Fertigstellung bei Temperaturen zwischen 300°C und 450°C, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 370°C und 420°C gesintert. Die erfindungsgemäße Pufferschicht steuert durch ihren angepaßten Teflongehalt den Gas- und Wasserhaushalt der MEA, in dem sie in der Lage ist, Feuchteschwankungen in der Grenzschicht zwischen Katalysator und Elektrolyt auszugleichen, ohne den Gaskontakt oder den Protonentransport zu behindern. Gerade bei niedrigen Katalysatorbeladungen tritt dieses Problem verstärkt auf und führt zu einem Leistungsabfall in der Brennstoffzelle.- A buffer layer ( 2 ) made of carbon and / or carbon-containing material and at least one hydrophobic polymer is in a suitable solvent, preferably in water with the addition of a wetting agent, preferably higher dihydric alcohols such as. B. propanediol, butanediol, etc., dispersed and applied to the carbon paper as a suspension or spreadable paste. This can be done in a manner known per se by means of screen printing, spreading, spraying or the like. The layer is applied in at least one layer, preferably in two or more layers. In the case of a multilayer structure, the individual buffer layers have particularly good adhesion to one another if the application and drying steps are repeated one or more times. The loading of layer ( 1 ) with a buffer layer is between 0.1 and 2 mg / cm 2 , preferably between 0.2 and 1.5 mg / cm 2 . The Teflon content of the respective buffer layer is in the range between 0 and 60%, preferably between 5 and 40%. The entire structure of layers ( 1 ) and ( 2 ) is sintered at temperatures between 300 ° C and 450 ° C, preferably at temperatures between 370 ° C and 420 ° C. The buffer layer according to the invention controls the gas and water balance of the MEA by means of its adapted teflon content, in which it is able to compensate for fluctuations in moisture in the boundary layer between the catalyst and the electrolyte, without impeding gas contact or proton transport. This problem occurs particularly at low catalyst loads and leads to a drop in performance in the fuel cell.
- - Das geträgerte Katalysatormaterial wird ebenfalls in einem oder mehreren geeigneten Lösungsmitteln, bevorzugt in. Wasser und falls notwendig unter Zugabe eines Benetzungsmittels, z. B. von Propandiol, dispergiert.- The supported catalyst material is also in one or several suitable solvents, preferably in water and if necessary with the addition of a wetting agent, z. B. of propanediol.
- - Die so erhaltene Suspension oder Paste, enthaltend das geträgerte Katalysatormaterial, wird in einem weiteren Schritt auf die Pufferschicht bzw. auf die oberste Pufferschicht aufgebracht, z. B. durch Sprühen, Drucken, Pinseln, Aufstreichen. Der so erhaltene Aufbau aus Schichten (1), (2) und (3) wird anschließend bei 80°C bis 250°C, vorzugsweise bei 100°C bis 180°C, besonders bevorzugt bei 120°C bis 160°C, getempert. Dabei kann das Tempern an Luft erfolgen, aber die Verwendung andere Trocknungsmedien, z. B. Stickstoff oder Edelgase ist möglich.- The suspension or paste thus obtained, containing the supported catalyst material, is applied in a further step to the buffer layer or to the top buffer layer, e.g. B. by spraying, printing, brushing, brushing. The structure of layers ( 1 ), ( 2 ) and ( 3 ) thus obtained is then annealed at 80 ° C. to 250 ° C., preferably at 100 ° C. to 180 ° C., particularly preferably at 120 ° C. to 160 ° C. , The annealing can take place in air, but the use of other drying media, e.g. B. nitrogen or noble gases is possible.
- - Anschließend wird die Katalysatorschicht mit einer nicht notwendigerweise geschlossenen hydrophilen Schicht, bevorzugt mit einem oder mehreren gelösten oder suspendierten ionenleitenden Polymerelektrolytmaterial(ien), überzogen, z. B. mittels Aufstreichen oder Sprühen. Die Menge des aufgetragenen hydrophilen Materials liegt zwischen 0,2-2 mg/cm2, vorzugsweise zwischen 0,7-1,5 mg/cm2. Diese Schicht trägt zu einer sicheren Anbindung des Katalysators an die ionenleitende Membran bei und erhöht gleichzeitig die ionische Leitfähigkeit der Gasdiffusionselektrode. Die Trocknung erfolgt zwischen 20°C und 150°C, vorzugsweise zwischen 50°C und 120°C, besonders bevorzugt zwischen 80°C und 110°C.- The catalyst layer is then covered with a not necessarily closed hydrophilic layer, preferably with one or more dissolved or suspended ion-conducting polymer electrolyte material (s), e.g. B. by brushing or spraying. The amount of the hydrophilic material applied is between 0.2-2 mg / cm 2 , preferably between 0.7-1.5 mg / cm 2 . This layer contributes to a secure connection of the catalyst to the ion-conducting membrane and at the same time increases the ionic conductivity of the gas diffusion electrode. The drying takes place between 20 ° C and 150 ° C, preferably between 50 ° C and 120 ° C, particularly preferably between 80 ° C and 110 ° C.
In einer vorteilhaften Ausführung kann zusätzlich das Kohlepapier in an sich bekannter Weise mit einer wässrigen Suspension aus hydrophobem Polymer getränkt werden. Der Trocknungsschritt des imprägnierten Kohlepapiers erfolgt bei Temperaturen zwischen 350°C und 450°C, besonders bevorzugt zwischen 380°C und 420°C, wobei die Trocknungszeiten an die Temperatur angepaßt werden müssen. Dies wird als Schicht (1) bezeichnet.In an advantageous embodiment, the carbon paper can additionally be impregnated with an aqueous suspension of hydrophobic polymer in a manner known per se. The impregnated carbon paper is dried at temperatures between 350 ° C. and 450 ° C., particularly preferably between 380 ° C. and 420 ° C., the drying times having to be adapted to the temperature. This is referred to as layer ( 1 ).
Die so hergestellte Elektrode wird im weiteren mittels eines Heißpreßverfahrens auf eine Seite eines geeigneten polymeren Festelektrolyten mit hoher ionischer Leitfähigkeit aufgebracht. Als Festelektrolyt können Polymerelektrolyte auf Basis von Nation der Fa. DuPont, aber auch Membranen auf Basis mindestens eines perfluorsulfonsäurehaltigen Polymers, eines fluorierten sulfonsäuregruppenhaltigen Polymers, eines Polymers auf Basis von Polysulfonen bzw. Polysulfon-Modifikationen, z. B. PES oder PSU, eines Polymers auf Basis von aromatischen Polyetherketonen, z. B. PEEK, PEK oder PEEKK, eines Polymers auf Basis von Trifluorstyrol, wie dies z. B. in WO 97/25369 der Fa. Ballard beschrieben ist, oder auf Basis einer Kompositmembran, wie dies als Beispiel in einer älteren, nicht vorveröffentlichten Schrift DE 199 43 244 der Fa. Daimlerchrysler, in WO 97/25369 oder WO 90/06337 der Fa. Gore/DuPont de Nemours ausgeführt ist, Einsatz finden. Auf der anderen Seite kann eine Gasdiffusionselektrode mit gleichem oder anderem Aufbau und einer anderen Zusammensetzung bzw. Belegungsgrad hinsichtlich des verwendeten Katalysators eingesetzt werden, beispielsweise mit Platin oder Platinlegierungen als Katalysatormaterial. Die so hergestellte Membranelektrodenanordnung (MEA), die mindestens eine Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5 enthält, zeichnet sich durch eine geringe Katalysatorbelegung und eine hohe selektive elektrochemische Aktivität bei der Sauerstoffreduktion während des Betriebs in einer Brennstoffzelle aus; dies bedeutet für die Direkt-Methanol- Brennstoffzelle (DMFC), es findet keine Methanolumsetzung an der Kathode statt und somit tritt auch keine Mischpotentialbildung ein.The electrode thus produced is subsequently by means of a Hot pressing process on one side of a suitable polymer Solid electrolytes with high ionic conductivity applied. Polymer electrolytes based on Nation of DuPont, but also membranes based at least of a perfluorosulfonic acid-containing polymer, a fluorinated polymer containing sulfonic acid groups, a polymer based of polysulfones or polysulfone modifications, e.g. B. PES or PSU, a polymer based on aromatic Polyether ketones, e.g. B. PEEK, PEK or PEEKK, a polymer based on trifluorostyrene, as z. B. in WO 97/25369 Ballard is described, or on the basis of a Composite membrane, like this one in an older one, is not Pre-published document DE 199 43 244 from Daimlerchrysler, in WO 97/25369 or WO 90/06337 from Gore / DuPont de Nemours is used. On the other hand, one Gas diffusion electrode with the same or different structure and a different composition or degree of occupancy with regard to of the catalyst used, for example with platinum or platinum alloys as catalyst material. The membrane electrode assembly (MEA) thus manufactured, which at least one electrode according to one of claims 1 to 5 contains, is characterized by a low catalyst occupancy and a high selective electrochemical activity in the Oxygen reduction during operation in one Fuel cell from; this means for the direct methanol Fuel cell (DMFC), there is no methanol conversion the cathode takes place and therefore none occurs Mixed potential formation.
In Fig. 2 ist beispielhaft eine Strom-Spannungskennlinie einer Membranelektrodeneinheit mit einer erfindungsgemäßen Kathode, wie im Ausführungsbeispiel beschrieben, und einer Standard- Anode gezeigt. Die Anode hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die erfindungsgemäße Kathode, verwendet jedoch als Katalysatormaterial Platin mit einem Katalysatorbelegungsgrad von ca. 4 mg/cm2. Als Membranmaterial wurde eine Nafion-Membran 113,5 eingesetzt. Die Messung dieser Membranelektrodeneinheit wurde in einer Wasserstoff/Luft betriebenen Brennstoffzelle durchgeführt, wobei der stöchiometrische Anteil an Luft/H2 2,0/1,5 und die Zelltemperatur ca. 80°C beträgt. Der Druck anoden- wie kathodenseitig beträgt in diesem Beispiel etwa 3,07 bar absolut, die Befeuchtungstemperatur kann anodenseitig mit etwa 75°C und kathodenseitig mit etwa 50°C angegeben werden. Tests, wie in Fig. 2 gezeigt, belegen, daß die erreichbaren Leistungsdichten einer MEA mit einer solchen erfindungsgemäßen Elektrode bei größer 100 mW/cm2 liegen und ein Leistungsmaximum von größer 220 mW/cm2 bei einer Zellspannung von etwa 350 bis 400 mV aufweisen können. Demgegenüber sind aus dem Stand der Technik nur Werte von größer 50 mW/cm2 für heterogene Metallclusterkatalysatoren bekannt.In Fig. 2 shows a current-voltage characteristic is shown as an example of a membrane electrode unit with an inventive cathode, as described in the embodiment, and a standard anode. The anode has essentially the same structure as the cathode according to the invention, but uses platinum as the catalyst material with a degree of catalyst coverage of approximately 4 mg / cm 2 . A Nafion membrane 113 , 5 was used as the membrane material. The measurement of this membrane electrode unit was carried out in a hydrogen / air operated fuel cell, the stoichiometric proportion of air / H 2 being 2.0 / 1.5 and the cell temperature being approximately 80 ° C. In this example, the pressure on the anode and cathode sides is approximately 3.07 bar absolute, the humidification temperature can be specified on the anode side at approximately 75 ° C. and on the cathode side at approximately 50 ° C. Tests, as shown in FIG. 2, prove that the achievable power densities of an MEA with such an electrode according to the invention are greater than 100 mW / cm 2 and have a maximum power of greater than 220 mW / cm 2 at a cell voltage of approximately 350 to 400 mV can. In contrast, only values of greater than 50 mW / cm 2 for heterogeneous metal cluster catalysts are known from the prior art.
Kurve 1 enthält die erfindungsgemäße Kathode mit einer Pufferschicht; Kurve 2 als Vergleich enthält die erfindungsgemäße Kathode, jedoch keine Pufferschicht, wobei die Anode als Katalysatormaterial Platin mit einem Belegungsgrad von ca. 4 mg/cm2 enthält. Fig. 2 zeigt ebenfalls, daß mit der Gasdiffusionselektrode gemäß der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise Stromdichten größer 0,6 A/cm2, insbesondere 1 A/cm2 erzielt werden können. Bislang waren nur platinhaltige Katalysatoren in der Lage Stromdichten größer 0,6 A/cm2 zu realisieren. Curve 1 contains the cathode according to the invention with a buffer layer; Curve 2 contains the cathode according to the invention as a comparison, but no buffer layer, the anode containing platinum as a catalyst material with a degree of coverage of approximately 4 mg / cm 2 . Fig. 2 also shows that with the gas diffusion electrode of the invention / cm 2 can be obtained in accordance with a particularly advantageous way current densities greater than 0.6 A / cm 2, in particular 1 A. So far, only platinum-containing catalysts have been able to achieve current densities greater than 0.6 A / cm 2 .
Membranelektrodeneinheiten (MEA), die die erfindungsgemäße Elektrode enthalten, können nicht nur in einer Wasserstoff-, sondern ebenso in reformatbetriebenen oder Direkt-Methanol- Brennstoffzellen eingesetzt werden.Membrane electrode units (MEA) that the inventive Electrode can not only be used in a hydrogen, but also in reformate-operated or direct methanol Fuel cells are used.
Ein Kohlepapier (z. B. Toray TGP H090) wird, mit einer wässrigen Suspension aus Polytetrafluorethylen (PTFE) getränkt, so daß im trockenen Zustand der PTFE-Gehalt zwischen 0,1 und 20%, bevorzugt zwischen 5 und 15%, besonders bevorzugt bei etwa 11% liegt. Der Trocknungsschritt erfolgt für ca. 10 Minuten bei Temperaturen um die 405°C.A carbon paper (e.g. Toray TGP H090) is used with an aqueous one Suspension of polytetrafluoroethylene (PTFE) soaked in dry state of the PTFE content between 0.1 and 20%, preferably between 5 and 15%, particularly preferably around 11% lies. The drying step is carried out for approx. 10 minutes Temperatures around 405 ° C.
Zunächst wird eine wässrige Suspension oder streichfähige Paste, enthaltend Kohlenstoff (z. B. Vulcan XC 72) und PTFE, durch Dispergieren hergestellt. Die resultierende Mischung wird mittels Siebdruck, durch Aufstreichen oder Aufsprühen in an sich bekannter Weise auf Schicht (1) aufgebracht. Die Trocknung des Aufbaus (1) mit (2) erfolgt für ca. 1 Minute bei etwa 400°C. Die Beladung mit der Pufferschicht liegt bevorzugt bei ca. 0,5 mg/cm2, der Teflongehalt beläuft sich auf etwa 30% in der jeweiligen Pufferlage.First, an aqueous suspension or spreadable paste containing carbon (e.g. Vulcan XC 72 ) and PTFE is prepared by dispersing. The resulting mixture is applied to layer ( 1 ) by means of screen printing, brushing or spraying in a manner known per se. The structure ( 1 ) is dried with ( 2 ) for approx. 1 minute at approx. 400 ° C. The loading with the buffer layer is preferably about 0.5 mg / cm 2 , the teflon content amounts to about 30% in the respective buffer layer.
0,1 g Katalysatormaterial auf Kohlenstoffträger (20% Katalysator/80% C) wird in 0,1 g Wasser unter Zugabe von 0,6 g Propandiol zu einer Suspension oder Paste verarbeitet, wobei als Katalysatormaterialien ein Ruthenium-Selen- Katalysator eingesetzt wird. Die so erhaltene Suspension oder Paste wird dann auf die Pufferschicht aufgestrichen und anschließend bei ca. 150°C unter Lufteinfluß getempert. Der Katalysatorgehalt bezogen auf das Ruthenium beträgt nach dem Tempern ca. 0,25 mg/cm2 auf der Elektrode.0.1 g of catalyst material on carbon support (20% catalyst / 80% C) is processed in 0.1 g of water with the addition of 0.6 g of propanediol to a suspension or paste, a ruthenium-selenium catalyst being used as catalyst materials. The suspension or paste thus obtained is then spread onto the buffer layer and then tempered at about 150 ° C. under the influence of air. After annealing, the catalyst content based on the ruthenium is approximately 0.25 mg / cm 2 on the electrode.
Anschließend wird die Katalysatorschicht mit einer 5%- Nafionlösung (erhältlich von DuPont de Nemours) derart besprüht, so daß die nach dem Trocknen dieser Schicht (4) bei ca. 90°C erhaltene Nafionbeladung etwa 0,85 bis 1,2 mg/cm2 beträgt.The catalyst layer is then sprayed with a 5% Nafion solution (available from DuPont de Nemours) in such a way that the Nafion loading obtained after drying this layer ( 4 ) at approximately 90 ° C. is approximately 0.85 to 1.2 mg / cm 2 is.
Claims (13)
- a) Herstellen einer Suspension zumindest enthaltend Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltiges Material, mindestens ein hydrophobes Polymer und mindestens eine Flüssigkeit,
- b) Aufbringen dieser Suspension zur Herstellung einer Pufferschicht auf ein Kohlepapier und Trocknen der mindestens einen Lage
- c) Sintern der miteinander verbundenen Schichten bei 300 bis 450°C, bevorzugt bei 370 bis 420°C,
- d) Dispergieren des Katalysatormaterials in einem geeigneten Lösungsmittel oder in einem geeigneten Lösungsmittel unter Zugabe von Benetzungshilfsmitteln,
- e) Aufbringen der Katalysatorschicht auf die Pufferschicht und Tempern bei 80 bis 250°C,
- f) Überziehen der Katalysatorschicht mit einer hydrophilen Schicht und Trocknen der aufgebrachten Schicht.
- a) producing a suspension containing at least carbon and / or carbon-containing material, at least one hydrophobic polymer and at least one liquid,
- b) applying this suspension to produce a buffer layer on a carbon paper and drying the at least one layer
- c) sintering the interconnected layers at 300 to 450 ° C, preferably at 370 to 420 ° C,
- d) dispersing the catalyst material in a suitable solvent or in a suitable solvent with the addition of wetting aids,
- e) applying the catalyst layer to the buffer layer and tempering at 80 to 250 ° C,
- f) coating the catalyst layer with a hydrophilic layer and drying the applied layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10052189A DE10052189B4 (en) | 2000-10-21 | 2000-10-21 | A multilayer gas diffusion electrode of a polymer electrolyte membrane fuel cell, a membrane electrode assembly, a method of manufacturing a gas diffusion electrode and a membrane electrode assembly, and use of the membrane electrode assembly |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10052189A DE10052189B4 (en) | 2000-10-21 | 2000-10-21 | A multilayer gas diffusion electrode of a polymer electrolyte membrane fuel cell, a membrane electrode assembly, a method of manufacturing a gas diffusion electrode and a membrane electrode assembly, and use of the membrane electrode assembly |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10052189A1 true DE10052189A1 (en) | 2002-05-23 |
| DE10052189B4 DE10052189B4 (en) | 2007-09-06 |
Family
ID=7660536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE10052189A Expired - Fee Related DE10052189B4 (en) | 2000-10-21 | 2000-10-21 | A multilayer gas diffusion electrode of a polymer electrolyte membrane fuel cell, a membrane electrode assembly, a method of manufacturing a gas diffusion electrode and a membrane electrode assembly, and use of the membrane electrode assembly |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10052189B4 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2859574A1 (en) * | 2003-09-04 | 2005-03-11 | Daimler Chrysler Ag | MEMBRANE AND ELECTRODE ARRANGEMENT FOR AN ELECTROCHEMICAL CELL |
| EP1750318A1 (en) * | 2005-07-29 | 2007-02-07 | Samsung SDI Co., Ltd. | Cathode catalyst for fuel cell, and membrane-electrode assembly and fuel cell system comprising same |
| EP1811595A1 (en) * | 2006-01-18 | 2007-07-25 | Samsung SDI Co., Ltd. | Cathode catalyst, membrane-electrode assembly and fuel cell system |
| DE102007025207A1 (en) * | 2007-05-30 | 2008-12-04 | Volkswagen Ag | Gas diffusion electrode for high temperature gas cells based on electrolyte-impregnated membrane, comprises gas diffusion layer, and porous catalyst layer arranged on diffusion layer and having conductive substrate and catalytic material |
| DE102005011853B4 (en) * | 2004-03-18 | 2009-03-05 | General Motors Corp., Detroit | Fuel cell and gas diffusion medium for balanced humidification in proton exchange membranes of fuel cells |
| DE112007000928B4 (en) * | 2006-05-23 | 2010-09-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi | A fuel cell electrode and method of manufacturing a fuel cell electrode, membrane electrode assembly, and methods of manufacturing the membrane electrode assembly and solid polymer fuel cell |
| US8057961B2 (en) | 2006-04-28 | 2011-11-15 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Catalyst for a fuel cell, a method for preparing the same, and a membrane-electrode assembly for a fuel cell and a fuel cell system including the same |
| CN113151852A (en) * | 2021-03-24 | 2021-07-23 | 厦门大学 | Electrooxidation and hydrogen evolution device and application |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3899354A (en) * | 1973-09-10 | 1975-08-12 | Union Carbide Corp | Gas electrodes and a process for producing them |
| DE19548422A1 (en) * | 1995-12-22 | 1997-09-11 | Hoechst Ag | Composites and their continuous production |
| DE19644628C2 (en) * | 1996-10-17 | 2001-05-23 | Hahn Meitner Inst Berlin Gmbh | Process for the preparation of an inert cathode for selective oxygen reduction and application of the cathode produced |
| US5958197A (en) * | 1998-01-26 | 1999-09-28 | De Nora S.P.A. | Catalysts for gas diffusion electrodes |
| JP2000182625A (en) * | 1998-12-11 | 2000-06-30 | Toyota Motor Corp | Fuel cell electrode and method of manufacturing the same |
-
2000
- 2000-10-21 DE DE10052189A patent/DE10052189B4/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2859574A1 (en) * | 2003-09-04 | 2005-03-11 | Daimler Chrysler Ag | MEMBRANE AND ELECTRODE ARRANGEMENT FOR AN ELECTROCHEMICAL CELL |
| DE10340834A1 (en) * | 2003-09-04 | 2005-06-23 | Daimlerchrysler Ag | Membrane electrode arrangement for a fuel cell |
| US8026015B2 (en) | 2003-09-04 | 2011-09-27 | Daimler Ag | Membrane electrode assembly for a fuel cell |
| DE10340834B4 (en) | 2003-09-04 | 2018-12-06 | Daimler Ag | Membrane electrode arrangement for a fuel cell |
| DE102005011853B4 (en) * | 2004-03-18 | 2009-03-05 | General Motors Corp., Detroit | Fuel cell and gas diffusion medium for balanced humidification in proton exchange membranes of fuel cells |
| EP1750318A1 (en) * | 2005-07-29 | 2007-02-07 | Samsung SDI Co., Ltd. | Cathode catalyst for fuel cell, and membrane-electrode assembly and fuel cell system comprising same |
| EP1811595A1 (en) * | 2006-01-18 | 2007-07-25 | Samsung SDI Co., Ltd. | Cathode catalyst, membrane-electrode assembly and fuel cell system |
| US7923171B2 (en) | 2006-01-18 | 2011-04-12 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Cathode catalyst for fuel cell, and membrane-electrode assembly for fuel cell and fuel cell system including same |
| US8057961B2 (en) | 2006-04-28 | 2011-11-15 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Catalyst for a fuel cell, a method for preparing the same, and a membrane-electrode assembly for a fuel cell and a fuel cell system including the same |
| DE112007000928B4 (en) * | 2006-05-23 | 2010-09-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi | A fuel cell electrode and method of manufacturing a fuel cell electrode, membrane electrode assembly, and methods of manufacturing the membrane electrode assembly and solid polymer fuel cell |
| DE102007025207A1 (en) * | 2007-05-30 | 2008-12-04 | Volkswagen Ag | Gas diffusion electrode for high temperature gas cells based on electrolyte-impregnated membrane, comprises gas diffusion layer, and porous catalyst layer arranged on diffusion layer and having conductive substrate and catalytic material |
| CN113151852A (en) * | 2021-03-24 | 2021-07-23 | 厦门大学 | Electrooxidation and hydrogen evolution device and application |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10052189B4 (en) | 2007-09-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0867048B1 (en) | Gas diffusion electrode for polymer electrolyte membrane fuel cells | |
| EP1176653B1 (en) | Membrane electrode unit for polymer electrolyte fuel cells and method of producing the same | |
| EP0987777B1 (en) | Catalytic layer for polymer electrolyte fuel cells | |
| EP1261057B1 (en) | Production process of a membrane-electrode assembly and membrane-electrode assembly obtained by this process | |
| EP1150369B1 (en) | Gas distributor structure and gas diffusion electrodes for polymer electrolyte fuel cells | |
| DE19611510A1 (en) | Gas diffusion electrode for membrane fuel cells and process for their manufacture | |
| DE102009004529B4 (en) | Membrane electrode assembly with low ionomer concentration at the surface and manufacturing method | |
| DE112004002061T5 (en) | Process for the preparation of membranes and membrane electrode assemblies with a hydrogen peroxide decomposition catalyst | |
| DE102013207900A1 (en) | Membrane electrode unit and fuel cell with such | |
| DE102010017397A1 (en) | Membrane electrode assembly and fuel cell | |
| DE102016113854A1 (en) | Oxidative control of pore structure in PGM-based carbon-supported catalysts | |
| WO2015139791A1 (en) | Catalyst layer for a fuel cell and method for the production thereof | |
| DE102018215508A1 (en) | A composition for producing an electrode of a membrane-electrode component for fuel cells, and a method for producing the electrode of a membrane-electrode component for fuel cells, in which it is used | |
| EP1341251A1 (en) | PEM fuel cell stack | |
| DE10052189B4 (en) | A multilayer gas diffusion electrode of a polymer electrolyte membrane fuel cell, a membrane electrode assembly, a method of manufacturing a gas diffusion electrode and a membrane electrode assembly, and use of the membrane electrode assembly | |
| DE10052224B4 (en) | A gas diffusion electrode having increased tolerance to moisture variation, a membrane electrode assembly having the same, methods for producing the gas diffusion electrode and the membrane electrode assembly, and use of the membrane electrode assembly | |
| DE102020213447A1 (en) | Electrolyte membrane for fuel cells with a hydrogen peroxide generating catalyst and a hydrogen peroxide decomposing catalyst, and manufacturing processes therefor | |
| DE10052190B4 (en) | Gas diffusion electrode, membrane electrode assembly, method of making a gas diffusion electrode and use of a membrane electrode assembly | |
| DE112010002746B4 (en) | Reaction layer for fuel cells | |
| DE102004024844A1 (en) | Electrode paste for producing a catalyst layer for an electrochemical cell and method for producing a catalyst layer | |
| EP1150370A2 (en) | Gas distribution structures and gas diffusion electrodes for polymer electrolyte fuel cells | |
| EP2229703B1 (en) | Fuel cell, proton exchange membrane, membrane-electrode assembly, uses of ionomers, and kit | |
| EP4004999B1 (en) | Membrane electrode assembly and fuel cell | |
| DE102015117740B4 (en) | Method for producing a membrane electrode assembly | |
| DE102004024845A1 (en) | Catalyst layer`s manufacture for high-temperature fuel cells, involves applying electrode paste on substrate under blade pressure to form catalyst layers, drying layers above room temperature and soaking dried layers in acid |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OR8 | Request for search as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| 8105 | Search report available | ||
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8125 | Change of the main classification |
Ipc: H01M 488 |
|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
|
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
|
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140501 |