[go: up one dir, main page]

DE10208275A1 - Flexible electrolyte membrane based on a carrier comprising polymer fibers, process for their production and the use thereof - Google Patents

Flexible electrolyte membrane based on a carrier comprising polymer fibers, process for their production and the use thereof

Info

Publication number
DE10208275A1
DE10208275A1 DE10208275A DE10208275A DE10208275A1 DE 10208275 A1 DE10208275 A1 DE 10208275A1 DE 10208275 A DE10208275 A DE 10208275A DE 10208275 A DE10208275 A DE 10208275A DE 10208275 A1 DE10208275 A1 DE 10208275A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
acid
zirconium
electrolyte membrane
proton
membrane
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.)
Withdrawn
Application number
DE10208275A
Other languages
German (de)
Inventor
Volker Hennige
Christian Hying
Gerhard Hoerpel
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.)
Creavis Gesellschaft fuer Technologie und Innovation mbH
Original Assignee
Creavis Gesellschaft fuer Technologie und Innovation mbH
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 Creavis Gesellschaft fuer Technologie und Innovation mbH filed Critical Creavis Gesellschaft fuer Technologie und Innovation mbH
Priority to DE10208275A priority Critical patent/DE10208275A1/en
Priority to AU2003248341A priority patent/AU2003248341A1/en
Priority to PCT/EP2003/000256 priority patent/WO2003073545A2/en
Priority to TW092103747A priority patent/TW200306032A/en
Publication of DE10208275A1 publication Critical patent/DE10208275A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • H01M4/8803Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/881Electrolytic membranes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605Porous electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • H01M4/8803Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8814Temporary supports, e.g. decal
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • H01M4/8825Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8828Coating with slurry or ink
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • H01M4/8825Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8842Coating using a catalyst salt precursor in solution followed by evaporation and reduction of the precursor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • H01M4/8825Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8857Casting, e.g. tape casting, vacuum slip casting
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • H01M4/8878Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8882Heat treatment, e.g. drying, baking
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90Selection of catalytic material
    • H01M4/92Metals of platinum group
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/96Carbon-based electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing 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)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Für die Reaktionskomponenten der Brennstoffzellenreaktion undurchlässige, protonenleitfähige, flexible Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle, umfassend einen stoffdurchlässigen, flexiblen, durchbrochenen, Polymerfasern umfassenden Träger, wobei der Träger mit einem protonenleitfähigen Material durchsetzt ist, das geeignet ist, selektiv Protonen durch die Membran zu leiten. DOLLAR A Die Erfindung betrifft eine protonenleitende Membran, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Membran stellt eine neue Klasse von festen protonenleitenden Membranen dar. Basis ist, ein poröser und flexibler Träger, der Polymerfasern aufweist, vorzugsweise ein Polymervlies. Dieser wird mit einem protonenleitenden Material infiltriert, dann wird die Membran getrocknet und das protonenleitende Material zu einem Gel oder kristallinen Material verfestigt, so dass am Ende eine stoffundurchlässige, protonenleitende Membran erhalten wird. Die Elektrolytmembran bleibt dabei flexibel und kann problemlos als Membran in einer Brennstoffzelle verwendet werden.Proton-conductive, flexible electrolyte membrane for a fuel cell, which is impermeable to the reaction components of the fuel cell reaction, comprising a permeable, flexible, openwork, carrier comprising polymer fibers, the carrier being permeated with a proton-conductive material which is suitable for selectively conducting protons through the membrane. DOLLAR A The invention relates to a proton-conducting membrane, a process for its production and its use. DOLLAR A The membrane according to the invention represents a new class of solid proton-conducting membranes. The basis is a porous and flexible carrier which has polymer fibers, preferably a polymer fleece. This is infiltrated with a proton-conducting material, then the membrane is dried and the proton-conducting material is solidified into a gel or crystalline material, so that in the end an impermeable, proton-conducting membrane is obtained. The electrolyte membrane remains flexible and can easily be used as a membrane in a fuel cell.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft spezielle protonenleitfähige, flexible Elektrolytmembranen insbesondere für eine Brennstoffzelle, ein Verfahren zur Herstellung dieser Elektrolytmembranen sowie eine flexible Membranelektrodeneinheit für eine Brennstoffzelle, die eine erfindungsgemäße Elektrolytmembran umfasst. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner spezielle Zwischenprodukte bei der Herstellung der Membranelektrodeneinheit und spezielle Verwendungen der Elektrolytmembran und Membranelektrodeneinheit. The present invention relates to special proton-conductive, flexible electrolyte membranes in particular for a fuel cell, a method for producing it Electrolyte membranes and a flexible membrane electrode assembly for a fuel cell, the one comprises electrolyte membrane according to the invention. The present invention further relates to special intermediates in the manufacture of the membrane electrode assembly and special Uses of the electrolyte membrane and membrane electrode assembly.

Brennstoffzellen enthalten Elektrolytmembranen, die einerseits den Protonenaustausch zwischen den Halbzellenreaktionen gewährleisten und andererseits verhindern, dass es zu einem Kurzschluss zwischen den Halbzellenreaktionen kommt. Fuel cells contain electrolyte membranes, on the one hand, the proton exchange ensure between the half-cell reactions and on the other hand prevent it from there is a short circuit between the half-cell reactions.

Herkömmlicherweise werden in Brennstoffzellen sogenannte Membranelektrodeneinheiten (MEAs) eingesetzt, die aus einer ionenleitenden Elektrolytmembran und den darauf aufgebrachten gegebenenfalls katalytisch wirksamen Elektroden (Anode und Kathode) bestehen. So-called membrane electrode units are conventionally used in fuel cells (MEAs) used, which consist of an ion-conducting electrolyte membrane and the applied, if necessary, catalytically active electrodes (anode and cathode) consist.

Aus dem Stand der Technik sind als protonenaustauschende Membranen (PEMs) für Brennstoffzellen Elektrolytmembranen aus organischen Polymeren bekannt, die mit sauren Gruppen modifiziert sind, wie beispielsweise Nafion® (DuPont, EP 0 956 604), sulfonierte Polyetherketone (Höchst, EP 0 574 791), sulfonierte Kohlenwasserstoffe (Dais, EP 1 049 724) oder die phosphorsäurehaltigen Polybenzimidazolmembranen (Celanese, WO 99/04445). From the prior art, proton exchange membranes (PEMs) are used for Fuel cell electrolyte membranes made from organic polymers known to be acidic Groups are modified, such as Nafion® (DuPont, EP 0 956 604), sulfonated Polyether ketones (Höchst, EP 0 574 791), sulfonated hydrocarbons (Dais, EP 1 049 724) or the phosphoric acid-containing polybenzimidazole membranes (Celanese, WO 99/04445).

Organische Polymere haben jedoch den Nachteil, dass die Leitfähigkeit vom Wassergehalt der Membranen abhängt. Deshalb müssen diese Membranen vor dem Einsatz in der Brennstoffzelle in Wasser gequellt werden und obwohl an der Kathode ständig Wasser gebildet wird, muss während des Betriebs der Membran von Außen zusätzlich Wasser zugesetzt werden, um ein Austrocknen bzw. eine Abnahme der Protonenleitfähigkeit, zu verhindern. Typischerweise müssen organische Polymermembran in einer Brennstoffzelle sowohl anoden- als auch kathodenseitig in einer mit Wasserdampf gesättigten Atmosphäre betrieben werden. However, organic polymers have the disadvantage that the conductivity depends on the water content of the Depends on membranes. Therefore, these membranes must be used in the Fuel cells are swollen in water and although water is constantly being formed on the cathode water must be added from the outside during operation of the membrane to prevent dehydration or a decrease in proton conductivity. Typically, organic polymer membranes in a fuel cell must have both anode and and operated on the cathode side in an atmosphere saturated with water vapor.

Bei erhöhter Betriebstemperatur können Elektrolytmembranen aus organischen Polymeren nicht verwendet werden, weil bei Temperaturen von mehr als etwa 100°C der Wassergehalt in der Membran bei Atmosphärendruck nicht mehr gewährleistet werden kann. Der Einsatz von solchen Membranen in einer Reformat- oder Direktmethanol-Brennstoffzelle ist daher in der Regel nicht möglich. Dazu kommt, dass die Polymermembranen beim Einsatz in einer Direktmethanol-Brennstoffzelle eine zu große Permeabilität für Methanol zeigen. Durch das sogenannte cross-over von Methanol auf die Kathodenseite lassen sich nur geringe Leistungsdichten in der Direktmethanol-Brennstoffzelle realisieren. At elevated operating temperatures, electrolyte membranes can be made from organic polymers not be used because the water content in at temperatures above about 100 ° C the membrane can no longer be guaranteed at atmospheric pressure. The use of such membranes in a reformate or direct methanol fuel cell is therefore in the Usually not possible. In addition, the polymer membranes are used in a Direct methanol fuel cells show too high a permeability for methanol. By the So-called cross-over of methanol on the cathode side can only be slight Realize power densities in the direct methanol fuel cell.

Daher sind herkömmliche organische Polymermembranen zur Anwendung in einer Reformat- oder Direktmethanol-Brennstoffzelle trotz der hohen Protonenleitfähigkeit in der Praxis nicht brauchbar. Therefore, conventional organic polymer membranes for use in a reformate or direct methanol fuel cell not in practice despite the high proton conductivity useful.

Anorganische Protonenleiter sind z. B. aus "Proton Conductors", P. Colomban, Cambridge University Press, 1992 bekannt. Für die Zwecke einer Brennstoffzelle zeigen aus der EP 0 838 258 bekannte protonenleitfähige Zirkoniumphosphate aber zu geringe Leitfähigkeiten. Andererseits wird bei Defektperowskiten eine brauchbare Protonenleitfähigkeit erst bei Temperaturen erreicht, die über den in der Praxis vorkommenden Betriebstemperaturen einer Brennstoffzelle liegen. Bekannte protonenleitende MHSO4-Salze sind leicht in Wasser löslich und kommen daher für Brennstoffzellenanwendungen bei denen bei der Brennstoffzellenreaktion Wasser gebildet wird, nur mit Einschränkungen in Frage (WO 00/45447). Inorganic proton conductors are e.g. B. from "Proton Conductors", P. Colomban, Cambridge University Press, 1992 known. For the purposes of a fuel cell, however, proton-conductive zirconium phosphates known from EP 0 838 258 show conductivities which are too low. On the other hand, in the case of defect perovskites, a usable proton conductivity is only achieved at temperatures which are above the operating temperatures of a fuel cell that occur in practice. Known proton-conducting MHSO 4 salts are readily soluble in water and are therefore only of limited use for fuel cell applications in which water is formed in the fuel cell reaction (WO 00/45447).

Bekannte anorganische protonenleitende Materialien lassen sich zudem nicht in Form von dünnen Membranfolien herstellen, die zur Bereitstellung eines geringen Gesamtwiderstands der Zelle erforderlich sind. Geringe Flächenwiderstände und hohe Leistungsdichten einer Brennstoffzelle für technische Anwendungen im Automobilbau sind mit den bekannten Materialien daher nicht möglich. Known inorganic proton-conducting materials can also not be in the form of Produce thin membrane films that provide a low overall resistance Cell are required. Low surface resistances and high power densities Fuel cells for technical applications in automotive engineering are familiar with the Materials therefore not possible.

Die WO 99/62620 schlägt einen ionenleitenden, stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff sowie dessen Verwendung als Elektrolytmembran einer MEA in einer Brennstoffzelle vor. Die Elektrolytmembran aus dem Stand der Technik besteht aus einem Metallnetz, das mit einem porösen keramischen Material beschichtet ist auf das ein protonenleitendes Material aufgebracht wurde. Diese Elektrolytmembran hat eine im Hinblick auf eine organische Nafionmembran überlegene Protonenleitfähigkeit bei Temperaturen von mehr als 80°C. Der Stand der Technik enthält aber keine Ausführungsform einer Brennstoffzelle, bei der eine solche Elektrolytmembran verwendet wurde. WO 99/62620 proposes an ion-conducting, permeable composite material as well its use as an electrolyte membrane of an MEA in a fuel cell. The Electrolyte membrane from the prior art consists of a metal network, which with a porous ceramic material is coated on a proton conductive material was applied. This electrolyte membrane has an organic one Nafion membrane superior proton conductivity at temperatures above 80 ° C. The However, prior art does not contain an embodiment of a fuel cell in which one such an electrolyte membrane was used.

Es wurde nun gefunden, dass die aus der WO 99/62620 bekannte Elektrolytmembran gravierende Nachteile aufweist im Hinblick auf die Brauchbarkeit einer diese Elektrolytmembran enthaltenden MEA in der Praxis und im Hinblick auf das Herstellungsverfahren, das zur Bereitstellung von solchen MEAs erforderlich ist. Durch diese Nachteile ist die aus der WO 99/62620 bekannte MEA für den Einsatz in einer Brennstoffzelle in der Praxis ungeeignet. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die bekannten Elektrolytmembranen zwar bei erhöhten Temperaturen eine gute Protonenleitfähigkeit aufweisen, dass andererseits aber unter praktischen Anwendungsbedingungen in einer Brennstoffzelle Kurzschlüsse auftreten, die die Elektrolytmembranen unbrauchbar machen. Ferner sind die aus der WO 99/62620 bekannten Elektrolytmembranen hinsichtlich der Haftung des Keramikmaterials auf dem Metallträger problematisch, so dass bei langen Standzeiten mit einem Ablösen der Keramikschicht vom Metallnetz gerechnet werden muss. It has now been found that the electrolyte membrane known from WO 99/62620 has serious disadvantages with regard to the usability of these MEA containing electrolyte membrane in practice and in view of that Manufacturing process required to provide such MEAs. Through this Disadvantages are the MEA known from WO 99/62620 for use in a fuel cell unsuitable in practice. It has been shown that the known electrolyte membranes have good proton conductivity at elevated temperatures, on the other hand but short circuits under practical application conditions in a fuel cell occur that make the electrolyte membranes unusable. Furthermore, those from WO 99/62620 known electrolyte membranes with regard to the adhesion of the ceramic material the metal carrier problematic, so that with long periods of time with a detachment of the Ceramic layer must be expected from the metal network.

Vor diesem Hintergrund sind vom Anmelder Membranen entwickelt worden, die keinen Metallträger aufweisen (DE 100 61 920, DE 101 15 927, DE 101 15 928). Diese Membranen sind zwar vergleichsweise gute protonenleitende Membranen (im Folgenden cPEM genannt), in der Praxis hat sich aber gezeigt, dass die mit diesen Materialien erzielbare Leitfähigkeit und damit auch Leistungsdichte der Brennstoffzelle nicht ausreichend ist. Die Ursache hierfür liegt darin, dass die als Basismembran verwendeten MF-Membranen eine zu geringe Porosität von max. 30 Vol.-% und zudem eine im Innern ungleichmäßige Porenstruktur aufweisen. Aufgrund beider Effekte ist der Füllgrad mit dem Elektrolyt zu niedrig. Weitere Nachteile sind der hohe Preis für die Glasgewebe sowie die nur begrenzte kommerzielle Verfügbarkeit extrem dünner und preiswerter Gewebe. Je dicker aber das Gewebe ist, desto höher ist trotz hoher Leitfähigkeit zwangsläufig der Widerstand der Membran. Against this background, the applicant has developed membranes that do not Have metal supports (DE 100 61 920, DE 101 15 927, DE 101 15 928). These membranes are comparatively good proton-conducting membranes (hereinafter called cPEM), In practice, however, it has been shown that the conductivity and so that the power density of the fuel cell is not sufficient. The reason for this lies in that the MF membranes used as the base membrane have too low a porosity of Max. 30 vol .-% and also have a non-uniform pore structure on the inside. by virtue of In both effects, the degree of filling with the electrolyte is too low. Other disadvantages are the high Price for the glass fabrics as well as the limited commercial availability extremely thin and cheap fabric. However, the thicker the fabric, the higher it is despite the higher Conductivity necessarily means the resistance of the membrane.

Der weitaus größte Nachteil der Membranen auf Glasgewebebasis besteht darin, dass die verwendeten Gläser keine genügend hohe Langzeitstabilität bei den sehr sauren Betriebsbedingungen der Brennstoffzelle haben. Außerdem weisen diese Membranen zwar vergleichsweise geringe minimale Biegeradien auf, es kommt aufgrund der Sprödigkeit in der Realität trotzdem sehr leicht zu Knicken. Dadurch werden die Membranen für die Reaktionskomponenten der Brennstoffzellenreaktion undicht, also durchlässig und können nicht mehr in der Brennstoffzelle eingesetzt werden. Im schlimmsten Fall kann es dann aber auch zur Explosion (durch eine Knallgasreaktion) der gesamten Zelle kommen. By far the biggest disadvantage of glass fabric based membranes is that glasses used do not have a sufficiently high long-term stability in the very acidic Have operating conditions of the fuel cell. In addition, these membranes have comparatively small minimum bending radii, it comes due to the brittleness in the Reality very easy to buckle anyway. This will make the membranes for the Reaction components of the fuel cell reaction are leaky, i.e. permeable and can are no longer used in the fuel cell. In the worst case, it can the entire cell may also explode (as a result of a detonating gas reaction).

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine protonenleitfähige, flexible Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle bereitzustellen, die für einen Einsatz in der Praxis geeignet ist und insbesondere

  • a) eine hohe Protonenleitfähigkeit bei deutlich reduzierter Luftfeuchtigkeit im Vergleich zu Polymermembranen aufweist,
  • b) eine höhere Protonenleitfähigkeit als Membranen zeigen, die auf Verbundwerkstoffen basieren, die wiederum poröse Keramiken aufweisen,
  • c) einen geringen Gesamtwiderstand einer Membranelektrodeneinheit ermöglicht,
  • d) mechanische Eigenschaften, wie Zugfestigkeit und Flexibilität, aufweist, die für einen Einsatz unter extremen Bedingungen, wie sie beim Betrieb eines Fahrzeugs auftreten, geeignet sind,
  • e) erhöhte Betriebstemperaturen von mehr als 80°C toleriert,
  • f) Kurzschlüsse und cross-over-Probleme vermeidet, und
  • g) einfach hergestellt werden kann.
It is therefore an object of the present invention to provide a proton-conductive, flexible electrolyte membrane for a fuel cell that is suitable for use in practice and in particular
  • a) has a high proton conductivity with significantly reduced air humidity compared to polymer membranes,
  • b) show a higher proton conductivity than membranes based on composite materials, which in turn have porous ceramics,
  • c) enables a low total resistance of a membrane electrode unit,
  • d) has mechanical properties, such as tensile strength and flexibility, which are suitable for use under extreme conditions, such as occur during the operation of a vehicle,
  • e) tolerated increased operating temperatures of more than 80 ° C,
  • f) avoids short circuits and cross-over problems, and
  • g) can be easily manufactured.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass Elektrolytmembranen, die die genannten Aufgaben lösen, einfach hergestellt werden können, in dem an Stelle der bisher verwendeten MF- Membranen, die Substrate aus Glas, wie z. B. Glasgewebe oder -vliese aufweisen, solche Membranen bzw. Verbundwerkstoffe als Träger verwendet werden, die auf Substraten basieren, die Polymerfasern aufweisen, die dann mit den Elektrolyten infiltriert werden. Da die Verbundwerkstoffe auf Basis von Substraten, die Polymerfasern aufweisen, deutlich flexibler sind, sind auch die Elektrolytmembranen deutlich flexibler als Elektrolytmembranen basierend auf Membranen auf Basis von Substraten aus Glasfasern. Wichtig dabei ist, dass der Träger nicht einfach in z. B. Mineralsäuren getränkt werden kann, sondern das der Elektrolyt immobilisiert in Form eines Gels, Glases oder kristallinen Materials am Ende im Gewebe vorliegen muss. Surprisingly, it was found that electrolyte membranes perform the above-mentioned tasks solve, can be easily manufactured in the place of the previously used MF Membranes, the substrates made of glass, such as. B. glass fabric or nonwoven, such Membranes or composites are used as supports on substrates based, which have polymer fibers, which are then infiltrated with the electrolytes. Since the Composites based on substrates that have polymer fibers are significantly more flexible are, the electrolyte membranes are significantly more flexible than electrolyte membranes based on membranes based on glass fiber substrates. It is important that the carrier not just in z. B. mineral acids can be soaked, but that the electrolyte immobilized in the form of a gel, glass or crystalline material in the end of the tissue must be available.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb eine für die Reaktionskomponenten einer Brennstoffzellenreaktion undurchlässige, protonenleitfähige, flexible Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle, umfassend einen flexiblen, stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff als Träger, der ein flächiges, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenes, flexibles Substrat mit einer auf und in diesem Substrat befindlichen Beschichtung aufweist, wobei das Material des Substrates ausgewählt ist aus gewebten oder ungewebten Polymerfasern und die Beschichtung eine poröse, keramische Beschichtung ist, und wobei der Träger mit einem protonenleitfähigen Material durchsetzt ist, das geeignet ist, selektiv Protonen durch die Membran zu leiten. The present invention therefore relates to one for the reaction components Fuel cell reaction impermeable, proton conductive, flexible electrolyte membrane for a fuel cell comprising a flexible, permeable composite as Carrier with a flat, multi-hole flexible substrate a coating located on and in this substrate, the material of the Substrate is selected from woven or non-woven polymer fibers and the coating is a porous, ceramic coating, and wherein the carrier with a proton conductive Material is penetrated, which is suitable for selectively guiding protons through the membrane.

Außerdem ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine für die Reaktionskomponenten einer Brennstoffzellenreaktion undurchlässige, protonenleitfähige, flexible Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle, welche durch

  • a) Infiltration eines Trägers, der auf einem stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff basiert, der ein flächiges, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenes, flexibles Substrat mit einer auf und in diesem Substrat befindlichen Beschichtung aufweist, wobei das Material des Substrates ausgewählt ist aus gewebten oder ungewebten Polymerfasern und die Beschichtung eine poröse, keramische Beschichtung ist, mit
    • 1. einer Mischung, enthaltend eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder einem Salz davon; oder
    • 2. einer Mischung, enthaltend eine Brönstedsäure und/oder eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon sowie ein Sol, das eine Vorstufe für Oxide von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor als Netzwerkbildner umfasst, oder
    • 3. einer Mischung, enthaltend Zirkonium- und/oder Titan-Phosphate, -Phosphonate und/oder - Sulfoarylphosphonate sowie gegebenenfalls ein Sol, das eine Vorstufe für Oxide von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor als Netzwerkbildner umfasst und
  • b) Verfestigung der den Träger infiltrierenden Mischung, um ein den Träger durchsetzendes Protonenleitfähiges Material zu schaffen, das geeignet ist selektiv Protonen durch die Membran zu leiten
erhalten wird. The present invention also relates to a proton-conductive, flexible electrolyte membrane for a fuel cell which is impermeable to the reaction components of a fuel cell reaction and which is characterized by
  • a) infiltration of a carrier based on a permeable composite material, which has a flat, with a plurality of openings provided flexible substrate with a coating on and in this substrate, the material of the substrate is selected from woven or non-woven polymer fibers and the coating is a porous, ceramic coating with
    • 1. a mixture containing an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof; or
    • 2. a mixture containing a Bronsted acid and / or an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof and a sol which comprises a precursor for oxides of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus as a network former, or
    • 3. a mixture containing zirconium and / or titanium phosphates, phosphonates and / or sulfoaryl phosphonates and, if appropriate, a sol which comprises a precursor for oxides of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus as a network former and
  • b) solidification of the mixture infiltrating the carrier in order to create a proton conductive material which penetrates the carrier and is suitable for selectively guiding protons through the membrane
is obtained.

Ebenso ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Elektrolytmembran, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:

  • a) Infiltration eines Trägers, der auf einem stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff basiert, der ein flächiges, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenes, flexibles Substrat mit einer auf und in diesem Substrat befindlichen Beschichtung aufweist, wobei das Material des Substrates ausgewählt ist aus gewebten oder ungewebten Polymerfasern und die Beschichtung eine poröse, keramische Beschichtung ist, mit
    • 1. einer Mischung, enthaltend eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder einem Salz davon; oder
    • 2. einer Mischung, enthaltend eine Brönstedsäure und/oder eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon sowie ein Sol, das eine Vorstufe für Oxide von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor als Netzwerkbildner umfasst, oder
    • 3. einer Mischung, enthaltend Zirkonium- und/oder Titan-Phosphate, -Phosphonate und/oder -Sulfoarylphosphonate sowie gegebenenfalls ein Sol, das eine Vorstufe für Oxide von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor als Netzwerkbildner umfasst und
  • b) Verfestigung der den Träger infiltrierenden Mischung, um ein den Träger durchsetzendes Protonenleitfähiges Material zu schaffen, das geeignet ist selektiv Protonen durch die Membran zu leiten.
The present invention also relates to a method for producing an electrolyte membrane according to the invention, which is characterized in that the method comprises the following steps:
  • a) infiltration of a carrier based on a permeable composite material, which has a flat, with a plurality of openings provided flexible substrate with a coating on and in this substrate, the material of the substrate is selected from woven or non-woven polymer fibers and the coating is a porous, ceramic coating with
    • 1. a mixture containing an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof; or
    • 2. a mixture containing a Bronsted acid and / or an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof and a sol which comprises a precursor for oxides of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus as a network former, or
    • 3. a mixture containing zirconium and / or titanium phosphates, phosphonates and / or sulfoaryl phosphonates and, if appropriate, a sol which comprises a precursor for oxides of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus as a network former and
  • b) solidification of the mixture infiltrating the carrier in order to create a proton conductive material which penetrates the carrier and is suitable for selectively guiding protons through the membrane.

Gleichzeitig ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine flexible Membranelektrodeneinheit für eine Brennstoffzelle, mit einer elektrisch leitfähigen Anoden- und Kathodenschicht, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten einer insbesondere erfindungsgemäßen für die Reaktionskomponenten der Brennstoffzellenreaktion undurchlässigen, protonenleitfähigen, flexiblen Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle vorgesehen sind, wobei die Elektrolytmembran einen flexiblen, stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff als Träger umfasst, der ein flächiges, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenes, flexibles Substrat mit einer auf und in diesem Substrat befindlichen Beschichtung aufweist, wobei das Material des Substrates ausgewählt ist aus gewebten oder ungewebten Polymerfasern und die Beschichtung eine poröse, keramische Beschichtung ist, und wobei der Träger mit einem protonenleitfähigen Material durchsetzt ist, das geeignet ist, selektiv Protonen durch die Membran zu leiten, und wobei die Anodenschicht und die Kathodenschicht porös sind und jeweils einen Katalysator für die Anoden- und Kathodenreaktion, eine protonenleitfähige Komponente und gegebenenfalls einen Katalysatorträger umfassen. At the same time, the subject of the present invention is a flexible one Membrane electrode unit for a fuel cell, with an electrically conductive anode and cathode layer, each on opposite sides of a particular one invention for the reaction components of the fuel cell reaction impermeable, proton conductive, flexible electrolyte membrane for a fuel cell are provided, the electrolyte membrane being a flexible, permeable material Composite material as a carrier comprises a flat, with a plurality of openings provided, flexible substrate with a coating located on and in this substrate has, wherein the material of the substrate is selected from woven or non-woven Polymer fibers and the coating is a porous, ceramic coating, and wherein the Carrier is interspersed with a proton conductive material, which is suitable, selective To conduct protons through the membrane, and being the anode layer and the cathode layer are porous and each have a catalyst for the anode and cathode reactions, one proton conductive component and optionally a catalyst support.

Außerdem ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Membranelektrodeneinheit, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst,

  • A) Bereitstellung einer insbesondere erfindungsgemäßen für die Reaktionskomponenten der Brennstoffzellenreaktion undurchlässigen, protonenleitfähigen, flexiblen Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle, wobei die Elektrolytmembran einen flexiblen, stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff als Träger umfasst, der ein flächiges, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenes, flexibles Substrat mit einer auf und in diesem Substrat befindlichen Beschichtung aufweist, wobei das Material des Substrates ausgewählt ist aus gewebten oder ungewebten Polymerfasern und die Beschichtung eine poröse, keramische Beschichtung ist, und wobei der Träger mit einem protonenleitfähigen Material durchsetzt ist, das geeignet ist, selektiv Protonen durch die Membran zu leiten,
  • B) Bereitstellung jeweils eines Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht und einer Kathodenschicht, wobei das Mittel jeweils umfasst:
    • 1. eine kondensierbare Komponente, die nach der Kondensation der Elektrodenschicht Protonenleitfähigkeit verleiht,
    • 2. einen Katalysator, der die Anodenreaktion bzw. die Kathodenreaktion katalysiert, oder eine Vorstufenverbindung des Katalysators,
    • 3. gegebenenfalls einen Träger und
    • 4. gegebenenfalls einen Porenbildner,
  • C) Aufbringen der Mittel aus Stufe (B) auf jeweils eine Seite der Elektrolytmembran zur Bildung einer Beschichtung,
  • D) Schaffung eines festen Verbundes zwischen den Beschichtungen und der Elektrolytmembran unter Ausbildung einer porösen, protonenleitfähigen Anodenschicht oder Kathodenschicht, wobei die Ausbildung der Anodenschicht und der Kathodenschicht gleichzeitig oder nacheinander erfolgen kann.
The present invention also relates to a method for producing a membrane electrode unit according to the invention, the method comprising the following steps,
  • A) Provision of a proton-conductive, flexible electrolyte membrane for a fuel cell, in particular one that is impermeable to the reaction components of the fuel cell reaction, the electrolyte membrane comprising a flexible, permeable composite material as a carrier, which has a flat substrate with a plurality of openings and a substrate on and has coating located in this substrate, wherein the material of the substrate is selected from woven or non-woven polymer fibers and the coating is a porous, ceramic coating, and wherein the carrier is permeated with a proton-conductive material which is suitable for selectively protons through the membrane conduct,
  • B) Provision in each case of an agent for producing an anode layer and a cathode layer, the agent in each case comprising:
    • 1. a condensable component which gives proton conductivity after the condensation of the electrode layer,
    • 2. a catalyst which catalyzes the anode reaction or the cathode reaction, or a precursor compound of the catalyst,
    • 3. optionally a carrier and
    • 4. if necessary, a pore former,
  • C) applying the agents from stage (B) to one side of the electrolyte membrane to form a coating,
  • D) Creation of a firm bond between the coatings and the electrolyte membrane with the formation of a porous, proton-conductive anode layer or cathode layer, it being possible for the anode layer and the cathode layer to be formed simultaneously or in succession.

Ebenso ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Mittel, umfassend:

  • 1. eine kondensierbare Komponente, die nach der Kondensation einer Anodenschicht oder einer Kathodenschicht einer Membranelektrodeneinheit einer Brennstoffzelle Protonenleitfähigkeit verleiht,
  • 2. einen Katalysator, der die Anodenreaktion oder die Kathodenreaktion in einer Brennstoffzelle katalysiert, oder eine Vorläuferverbindung des Katalysators,
  • 3. gegebenenfalls einen Katalysatorträger und
  • 4. gegebenenfalls einen Porenbildner, und
  • 5. gegebenenfalls Additive zur Verbesserung von Schaumverhalten, Viskosität und Haftung.
The present invention also relates to an agent comprising:
  • 1. a condensable component which, after the condensation of an anode layer or a cathode layer of a membrane electrode assembly, imparts proton conductivity to a fuel cell,
  • 2. a catalyst which catalyzes the anode reaction or the cathode reaction in a fuel cell, or a precursor compound of the catalyst,
  • 3. optionally a catalyst support and
  • 4. optionally a pore former, and
  • 5. optionally additives to improve foam behavior, viscosity and adhesion.

Gleichzeitig ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemäßen Elektrolytmembran in einer Brennstoffzelle oder zur Herstellung einer Membranelektrodeneinheit, einer Brennstoffzelle, oder eines Brennstoffzellenstacks. At the same time, the present invention relates to the use of a electrolyte membrane according to the invention in a fuel cell or for the production of a Membrane electrode unit, a fuel cell, or a fuel cell stack.

Ebenso ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemäßen Membranelektrodeneinheit in einer Brennstoffzelle sowie Brennstoffzellen mit einer erfindungsgemäßen Elektrolytmembranen oder erfindungsgemäßen Membranelektrodeneinheiten. The present invention also relates to the use of a device according to the invention Membrane electrode unit in a fuel cell and fuel cells with one electrolyte membranes according to the invention or according to the invention Membrane electrode assemblies.

Die erfindungsgemäßen Membranen sind gasdicht bzw. undurchlässig für die Reaktionskomponenten in einer Brennstoffzelle, wie z. B. Wasserstoff, Sauerstoff, Luft und/oder Methanol. Unter gasdicht bzw. undurchlässig für die Reaktionskomponenten wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass durch die erfindungsgemäßen Membranen weniger als 50 Liter Wasserstoff und weniger als 25 Liter Sauerstoff pro Tag, Bar und Quadratmeter hindurchtritt und die Permeabilität der Membran für Methanol deutlich geringer ist als bei handelsüblichen Nafion-Membranen, die üblicherweise ebenfalls als undurchlässig bezeichnet werden. The membranes according to the invention are gas-tight or impermeable to Reaction components in a fuel cell, such as. B. hydrogen, oxygen, air and / or methanol. Under gas-tight or impermeable to the reaction components in the Understand the present invention that through the membranes of the invention less than 50 liters of hydrogen and less than 25 liters of oxygen per day, bar and Square meter passes through and the permeability of the membrane for methanol significantly lower is as with commercial Nafion membranes, which are usually also considered impermeable be designated.

Die erfindungsgemäßen Membranen haben den Vorteil, dass sie eine hohe Protonenleitfähigkeit bei deutlich reduzierter Luftfeuchtigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Polymermembranen aufweisen. Außerdem ermöglichen erfindungsgemäße Elektrolytmembranen Membranelektrodeneinheiten herzustellen, die einen geringen Gesamtwiderstand aufweisen, die gute mechanische Eigenschaften, wie Zug- und Druckfestigkeit sowie Flexibilität, aufweisen, die für einen Einsatz unter extremen Bedingungen, wie sie beim Betrieb eines Fahrzeugs auftreten, geeignet sind, erhöhte Betriebstemperaturen von mehr als 80°C tolerieren und Kurzschlüsse und in Direkt-Methanol- Brennstoffzellen cross-over-Probleme vermeiden. The membranes according to the invention have the advantage that they are high Proton conductivity with significantly reduced air humidity compared to conventional ones Have polymer membranes. In addition, enable according to the invention Electrolyte membranes produce membrane electrode assemblies that are low Have total resistance, the good mechanical properties, such as tensile and Compressive strength as well as flexibility, which are suitable for use under extreme conditions Conditions, as they occur when operating a vehicle, are increased Tolerate operating temperatures of more than 80 ° C and short circuits and in direct methanol Avoid fuel cell cross-over problems.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Membranen erhalten, die außerdem den Vorteil haben, dass sie äußerst flexibel sein können und einen Biegeradius von einigen mm oder noch darunter aufweisen können. Dies ist ein weiterer Vorteil im Vergleich zu den PEMs auf Basis von MF-Membranen basierend auf Glasfaserträgern, die doch recht spröde sind und aufgrund dieser Tatsache leicht beim Eindichten oder beim Betrieb in der Brennstoffzelle katastrophal versagen können. Die erfindungsgemäßen Membrane auf Basis von Polymerfasern umfassenden Verbundwerkstoffen zeigen praktisch die gleiche Elastizität aber auch die gleiche Festigkeit wie die Verbundwerkstoffe selbst bzw. wie die polymeren Gewebe, Gewirke, Filze oder Vliese auf denen diese Verbundwerkstoffe basieren. With the method according to the invention, membranes are obtained which also have the advantage have that they can be extremely flexible and a bending radius of a few mm or more can have below. This is another advantage compared to the PEMs based of MF membranes based on glass fiber supports, which are quite brittle and due to this fact easily catastrophic when sealing or when operating in the fuel cell can fail. The membrane according to the invention based on polymer fibers Composite materials show practically the same elasticity but also the same Strength like the composite materials themselves or like the polymeric fabrics, knitted fabrics, felts or nonwovens on which these composite materials are based.

Die Elektrolytmembran der vorliegenden Erfindung hat darüber hinaus den Vorteil, dass sie nicht in Wasser gequellt werden muss, um eine brauchbare Leitfähigkeit bereitzustellen. Es ist daher wesentlich einfacher die Elektroden und die Elektrolytmembran zu einer Membranelektrodeneinheit zu kombinieren. Insbesondere ist es nicht erforderlich eine gequellte Membran mit einer Elektrodenschicht zu versehen, wie dies im Fall einer Nafionmembran notwendig ist, um zu verhindern, dass die Elektrodenschicht beim Quellen einreißt. Auch ist durch die Wahl des speziellen Trägers eine feste Haftung des porösen Keramikmaterials an den Träger möglich. Dadurch kann eine stabile MEA hergestellt werden, die auch hohen mechanischen Belastungen standhalten kann. Durch die gute Stabilität und Leitfähigkeit kann die erfindungsgemäße Elektrolytmembranen in einer Reformat- oder Direktmethanol-Brennstoffzelle eingesetzt werden, die lange Standzeiten sowie hohe Leistungsdichten auch bei geringen Wasserpartialdrucken und hohen Temperaturen bereitstellen. Ferner ist es möglich den Wasserhaushalt der neuen Membranelektrodeneinheiten durch die Anpassung der Hydrophobie/Hydrophilie von Membran und Elektroden zu steuern. Durch gezielte Schaffung von Nanoporen in der Membran lässt sich zusätzlich der Effekt der Kapillarkondensation ausnutzen. Eine Flutung der Elektroden durch Produktwasser bzw. eine Austrocknung der Membran bei höherer Betriebstemperatur bzw. Stromdichte kann so vermieden werden. Durch den Einsatz von Diffusionsbarrieren, also protonenleitfähige Beschichtungen die in Wasser und Methanol nicht löslich sind, lässt sich außerdem das Phänomen des Ausblutens des Elektrolyten verhindern. The electrolyte membrane of the present invention also has the advantage that it does not need to be swelled in water to provide useful conductivity. It is therefore much easier to combine the electrodes and the electrolyte membrane To combine membrane electrode assembly. In particular, there is no need for one to provide the swollen membrane with an electrode layer, as in the case of a Nafion membrane is necessary to prevent the electrode layer from swelling tears. The choice of the special carrier also ensures firm adhesion of the porous one Ceramic material on the carrier possible. This enables a stable MEA to be produced that can withstand high mechanical loads. Due to the good stability and The electrolyte membranes according to the invention can be conductive in a reformate or Direct methanol fuel cells are used, the long service life as well as long Power densities even at low water partial pressures and high temperatures provide. It is also possible to maintain the water balance of the new membrane electrode units by adjusting the hydrophobicity / hydrophilicity of the membrane and electrodes. Through the targeted creation of nanopores in the membrane, the effect of Use capillary condensation. A flooding of the electrodes by product water or Drying out of the membrane at a higher operating temperature or current density can thus be avoided. Through the use of diffusion barriers, i.e. proton conductive Coatings that are not soluble in water and methanol can also do that Prevent the phenomenon of electrolyte bleeding.

Die erfindungsgemäßen Membranen, das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung dieser Membrane sowie die diversen Verwendungsmöglichkeiten bzw. Artikel die diese Membrane aufweisen werden nachfolgend beschrieben, ohne dass die Erfindung auf diese Ausführungsarten beschränkt sein soll. The membranes according to the invention, the method according to the invention for producing them Membrane as well as the various uses or articles that this membrane are described below, without the invention being based on this Types of execution should be limited.

Die erfindungsgemäße für die Reaktionskomponenten einer Brennstoffzellenreaktion undurchlässige, protonenleitfähige, flexible Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle, umfassend einen flexiblen, stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff als Träger, der ein flächiges, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenes, flexibles Substrat mit einer auf und in diesem Substrat befindlichen Beschichtung aufweist, wobei das Material des Substrates ausgewählt ist aus gewebten oder ungewebten Polymerfasern und die Beschichtung eine poröse, keramische Beschichtung ist, und wobei der Träger mit einem protonenleitfähigen Material durchsetzt ist, das geeignet ist, selektiv Protonen durch die Membran zu leiten. Das protonenleitende Material weist eine plastische und/oder elastische Verformbarkeit auf. The inventive for the reaction components of a fuel cell reaction impermeable, proton-conductive, flexible electrolyte membrane for a fuel cell, comprising a flexible, permeable composite material as a carrier, which has a flat, flexible substrate with a plurality of openings, with and on and in it Has coating located substrate, wherein the material of the substrate is selected Made of woven or non-woven polymer fibers and the coating is a porous, ceramic Is coating, and wherein the carrier is permeated with a proton conductive material, which is suitable for selectively passing protons through the membrane. The proton-conducting material has a plastic and / or elastic deformability.

Das protonenleitfähige Material umfasst vorzugsweise

  • a) eine immobilisierte Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor sowie gegebenenfalls ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium und/oder Phosphor als Netzwerkbildner, und/oder
  • b) eine Brönstedsäure und ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor als Netzwerkbildner, und/oder
  • c) Zirkonium- und/oder Titan-Phosphate, -Phosphonate und/oder -Sulfoarylphosphonate sowie gegebenenfalls ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium und/oder Phosphor als Netzwerkbildner
The proton conductive material preferably comprises
  • a) an immobilized hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus and optionally an oxide of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus as a network former, and / or
  • b) a Bronsted acid and an oxide of aluminum, silicon, titanium, zirconium, and / or phosphorus as a network former, and / or
  • c) zirconium and / or titanium phosphates, phosphonates and / or sulfoaryl phosphonates and optionally an oxide of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus as a network former

Die erfindungsgemäßen für die Reaktionskomponenten der Brennstoffzellenreaktion undurchlässige, protonenleitfähige, flexible Elektrolytmembranen für eine Brennstoffzelle, sind z. B. durch

  • a) Infiltration eines Trägers, der auf einem stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff basiert, der ein flächiges, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenes, flexibles Substrat mit einer auf und in diesem Substrat befindlichen Beschichtung aufweist, wobei das Material des Substrates ausgewählt ist aus gewebten oder ungewebten Polymerfasern und die Beschichtung eine poröse, keramische Beschichtung ist, mit
    • 1. einer Mischung, enthaltend eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder einem Salz davon; oder
    • 2. einer Mischung, enthaltend eine Brönstedsäure und/oder eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon sowie ein Sol, das eine Vorstufe für Oxide von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor umfasst, oder
    • 3. einer Mischung, enthaltend Zirkonium- und/oder Titan-Phosphate, -Phosphonate und/oder - Sulfoarylphosphonate sowie gegebenenfalls ein Sol, das eine Vorstufe für Oxide von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor als Netzwerkbildner umfasst und
  • b) Verfestigung der den Träger infiltrierenden Mischung, um ein den Träger durchsetzendes Protonenleitfähiges Material zu schaffen, das geeignet ist selektiv Protonen durch die Membran zu leiten, erhältlich.
The proton-conductive, flexible electrolyte membranes for a fuel cell, which are impermeable to the reaction components of the fuel cell reaction, are e.g. B. by
  • a) infiltration of a carrier based on a permeable composite material, which has a flat, with a plurality of openings provided flexible substrate with a coating on and in this substrate, the material of the substrate is selected from woven or non-woven polymer fibers and the coating is a porous, ceramic coating with
    • 1. a mixture containing an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof; or
    • 2. a mixture containing a Bronsted acid and / or an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof and a sol which comprises a precursor for oxides of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus, or
    • 3. a mixture containing zirconium and / or titanium phosphates, phosphonates and / or sulfoaryl phosphonates and, if appropriate, a sol which comprises a precursor for oxides of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus as a network former and
  • b) Solidification of the mixture infiltrating the carrier in order to create a proton conductive material which penetrates the carrier and is suitable for selectively guiding protons through the membrane.

Die Gelartige Struktur wird durch eine Vernetzung der Komponenten sichergestellt, wobei die Vernetzung durch Poly- oder Oligomerisierung, insbesondere der Hydroxysilylalkylsäuren und/oder durch die Verwendung der genannten Oxide als Netzwerkbildner erfolgt. The gel-like structure is ensured by crosslinking the components, the Crosslinking by poly- or oligomerization, especially the hydroxysilylalkyl acids and / or by using the oxides mentioned as network formers.

Das protonenleitende Material kann ein organisches und/oder ein anorganische Material sein. Das protonenleitende Material kann nur Material aufweisen, welches protonenleitende Eigenschaften aufweist oder neben dem Material mit protonenleitenden Eigenschaften ein nicht protonenleitendes Material aufweisen, welches z. B. Stützfunktionen haben oder Netzwerke bilden kann. The proton-conducting material can be an organic and / or an inorganic material. The proton-conducting material can only have material that is proton-conducting Has properties or not in addition to the material with proton-conducting properties have proton-conducting material which, for. B. have support functions or networks can form.

Das protonenleitfähige Material einer erfindungsgemäßen Elektrolytmembran umfasst vorzugsweise eine Brönstedsäure, eine immobilisierte Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon. Diese Komponenten verleihen der Elektrolytmembran Protonenleitfähigkeit. Gegebenenfalls kann das protonenleitfähige Material ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor als Netzwerkbildner enthalten. Ein solches Oxid ist bei Verwendung einer Brönstedsäure wesentlich. Für den Fall, dass eine immobilisierte Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon vorhanden ist, kann auf das zusätzliche Oxid verzichtet werden, da sich ein SiO2-Netzwerk ausbilden kann, in dem die sauren Gruppen über Si-R-SO3H oder S-R-PO(OR)(OH) mit R = Alkyl- oder Arylrest verbunden sind. Das Netzwerk kann aber auch noch andere netzwerkbildende Oxide wie SiO2, Al2O3, ZrO2, oder TiO2 enthalten. The proton-conductive material of an electrolyte membrane according to the invention preferably comprises a Bronsted acid, an immobilized hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof. These components impart proton conductivity to the electrolyte membrane. The proton-conductive material can optionally contain an oxide of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus as a network former. Such an oxide is essential when using Bronsted acid. In the event that an immobilized hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof is present, the additional oxide can be dispensed with, since an SiO 2 network can form in which the acidic groups contain Si-R-SO 3 H or SR-PO (OR) (OH) with R = alkyl or aryl radical. The network can also contain other network-forming oxides such as SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , or TiO 2 .

Die Brönstedsäure kann z. B. Schwefelsäure, Phosphorsäure, Perchlorsäure, Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure, schweflige Säure, phosphorige Säure sowie Ester davon und/oder eine monomere oder polymere organische Säure sein. Bevorzugte organische Säuren sind immobilisierte Sulfon- und/oder Phosphonsäuren. Als Netzwerkbildner werden die Oxide von Al, Zr, Ti und Si eingesetzt. In diesem Fall bilden z. B. ZrO2 bzw. TiO2 ein Netzwerk aus, in dem die Säurereste z. B. die Phosphate oder Phosphonate über Zr-O-P bzw. Ti-O-P-Gruppen immobilisiert sind. The Bronsted acid can e.g. B. sulfuric acid, phosphoric acid, perchloric acid, nitric acid, hydrochloric acid, sulfurous acid, phosphorous acid and esters thereof and / or a monomeric or polymeric organic acid. Preferred organic acids are immobilized sulfonic and / or phosphonic acids. The oxides of Al, Zr, Ti and Si are used as network formers. In this case, z. B. ZrO 2 or TiO 2 from a network in which the acid residues z. B. the phosphates or phosphonates are immobilized via Zr-OP or Ti-OP groups.

Als Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors weist das Protonenleitfähige Material in der erfindungsgemäßen Elektrolytmembran vorzugsweise eine siliziumorganische Verbindung der allgemeinen Formeln

[{(RO)y(R2)z}aSi{R1-SO3 -}a]xMx+ (I)

oder

[(RO)y(R2)zSi{R1-Ob-P(OcR3)O2 -}a]xMx+ (II)

auf, wobei R1 für eine lineare oder verzweigte Alkyl- oder Alkylengruppe mit 1 bis 12 C-Atomen, eine Cycloalkylgruppe mit 5 bis 8 C-Atomen oder eine Einheit der allgemeinen Formeln


steht,
wobei n, m jeweils für eine ganze Zahl von 0 bis 6 steht,
M für H, NH4 oder ein Metall steht,
x = 1 bis 4,
y = 1 bis 3, z = 0 bis 2 und a = 1 bis 3 bedeuten, mit der Maßgabe, dass
y + z = 4 - a ist,
b, c = 0 oder 1,
R, R2 gleich oder verschieden sind und für Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butylreste oder H stehen und
R3 für M oder einen Methyl-, Ethyl-, Propyl- oder Butylrest steht.
As the hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus, the proton-conductive material in the electrolyte membrane according to the invention preferably has an organosilicon compound of the general formulas

[{(RO) y (R 2 ) z } a Si {R 1 -SO 3 - } a ] x M x + (I)

or

[(RO) y (R 2 ) z Si {R 1 -O b -P (O c R 3 ) O 2 - } a ] x M x + (II)

where R 1 is a linear or branched alkyl or alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 8 carbon atoms or a unit of the general formulas


stands,
where n, m each represents an integer from 0 to 6,
M represents H, NH 4 or a metal,
x = 1 to 4,
y = 1 to 3, z = 0 to 2 and a = 1 to 3, with the proviso that
y + z = 4 - a,
b, c = 0 or 1,
R, R 2 are the same or different and stand for methyl, ethyl, propyl, butyl or H and
R 3 represents M or a methyl, ethyl, propyl or butyl radical.

Besonders bevorzugt weist das Protonenleitfähige Material in der erfindungsgemäßen Elektrolytmembran als Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors Trihydroxysilylpropylsulfonsäure, Trihydroxysilylpropylmethylphosphonsäure oder Dihydroxysilylpropylsulfondisäure auf. The proton-conductive material particularly preferably has in the inventive Electrolyte membrane as hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus Trihydroxysilylpropylsulfonic acid, trihydroxysilylpropylmethylphosphonic acid or Dihydroxysilylpropylsulfonedioic acid.

Die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors ist bevorzugt mit einer hydrolysierten Verbindung des Phosphors oder einem hydrolysierten Nitrat, Oxynitrat, Chlorid, Oxychlorid, Carbonat, Alkoholat, Acetat, Acetylacetonat eines Metalls oder Halbmetalls oder einer hydrolysierten Verbindung, erhalten aus Diethylphosphit (DEP), Diethylethylphosphonat (DEEP), Titanpropylat, Titanethylat, Tetraethylorthosilikat (TEOS) oder Tetramethylorthosilikat (TMOS), Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat, Zirkoniumacetylacetonat, Phosphorsäuremethyl-ester oder mit gefällter Kieselsäure immobilisiert. The hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus is preferred with a hydrolyzed compound of phosphorus or a hydrolyzed nitrate, oxynitrate, chloride, Oxychloride, carbonate, alcoholate, acetate, acetylacetonate of a metal or semimetal or a hydrolyzed compound obtained from diethyl phosphite (DEP), diethyl ethyl phosphonate (DEEP), titanium propylate, titanium ethylate, tetraethyl orthosilicate (TEOS) or Tetramethyl orthosilicate (TMOS), zirconium nitrate, zirconium oxynitrate, zirconium propylate, Zirconium acetate, zirconium acetylacetonate, phosphoric acid methyl ester or with precipitated Immobilized silica.

Das protonenleitfähige Material der Mischungen (a1) oder (a2) kann auch Zirkonium- und/oder Titan-Phosphate, -Phosphonate und/oder -Sulfoarylphosphonate, aufweisen, wobei die Vernetzung bzw. Gelbildung durch zumindest ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium und/oder Phosphor erfolgt. The proton-conductive material of the mixtures (a1) or (a2) can also be zirconium and / or Titanium phosphates, phosphonates and / or sulfoaryl phosphonates, wherein the Crosslinking or gel formation through at least one oxide of aluminum, silicon, titanium, Zirconium and / or phosphorus takes place.

Es kann vorteilhaft sein, wenn das protonenleitfähige Material keramische Partikel aus zumindest einem Oxid ausgewählt aus der Reihe Al2O3, SiO2, ZrO2 oder TiO2 aufweist. Der Anteil der keramischen Partikel die keinen Beitrag zur Protonenleitfähigkeit leisten am Protonenleitfähigen Material beträgt dabei vorzugsweise weniger als 40 Volumenprozent, besonders bevorzugt weniger als 30 Volumenprozent und ganz besonders bevorzugt weniger als 10 Volumenprozent. Es kann vorteilhaft sein, wenn die keramischen Partikel eine oder mehrere Partikelgrößenfraktionen mit Partikelgrößen im Bereich von 10 bis 100 nm und/oder von 100 bis 1000 nm aufweisen. Besonders bevorzugt sind hierbei Partikelfraktionen mit Partikelgrößen von 50 nm bis 500 nm, wie z. B. Aerosil 200, Aerosil Ox50 oder Aerosil VP 25 (jeweils Degussa AG), oder sehr feinskalige Partikel, die z. B. direkt als Suspension eingesetzt werden, wie z. B. Levasil 200E (Bayer AG). Hierbei ist aber zu beachten, dass die verwendeten Partikel deutlich kleiner sind als der kleinste Porendurchmesser des als Träger dienenden Verbundwerkstoffes. Typischerweise beträgt der mittlere Partikeldurchmesser weniger als 1/2, bevorzugt weniger als 1/5 und ganz besonders bevorzugt kleiner als 1/10 des mittleren Porendurchmessers des eingesetzten Verbundwerkstoffes. It can be advantageous if the proton-conductive material has ceramic particles from at least one oxide selected from the series Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 or TiO 2 . The proportion of ceramic particles which make no contribution to proton conductivity in the proton conductive material is preferably less than 40 volume percent, particularly preferably less than 30 volume percent and very particularly preferably less than 10 volume percent. It can be advantageous if the ceramic particles have one or more particle size fractions with particle sizes in the range from 10 to 100 nm and / or from 100 to 1000 nm. Particle fractions with particle sizes of 50 nm to 500 nm are particularly preferred, such as. B. Aerosil 200, Aerosil Ox50 or Aerosil VP 25 (each Degussa AG), or very fine-scaled particles, the z. B. be used directly as a suspension, such as. B. Levasil 200E (Bayer AG). However, it should be noted here that the particles used are significantly smaller than the smallest pore diameter of the composite material serving as the carrier. The average particle diameter is typically less than 1/2, preferably less than 1/5 and very particularly preferably less than 1/10 of the average pore diameter of the composite material used.

Im Gegensatz zu den herkömmlichen protonenleitend ausgerüsteten Mikrofiltrationsmembranen auf Basis von z. B. Glasgeweben weisen die erfindungsgemäßen Membranen einen deutlich höheren Anteil an Material mit protonenleitenden Eigenschaften auf, da die vorzugsweise als Substrat eingesetzten Vliese eine deutlich höhere Porosität von bis zu 90% oder sogar darüber hinaus aufweisen. Die erfindungsgemäße Elektrolytmembran weist vorzugsweise ein Volumenverhältnis von protonenleitfähigem Material zu Träger von zumindest 20 zu 80 auf. Bevorzugt beträgt das Volumenverhältnis von protonenleitfähigem Material zu Träger von 25 zu 75 bis 45 zu 55 und ganz besonders bevorzugt von 30 zu 70 bis 40 zu 60. In contrast to the conventional proton conductive Microfiltration membranes based on e.g. B. Glass fabrics have the membranes of the invention significantly higher proportion of material with proton-conducting properties because the nonwovens preferably used as a substrate have a significantly higher porosity of up to 90% or even beyond. The electrolyte membrane according to the invention has preferably a volume ratio of proton conductive material to carrier of at least 20 to 80 on. The volume ratio of proton-conductive is preferably Material to carrier from 25 to 75 to 45 to 55 and very particularly preferably from 30 to 70 to 40 to 60.

Es kann vorteilhaft sein, wenn das protonenleitfähige Material weitere protonenleitende Stoffe aufweist. Bevorzugte protonenleitende Stoffe sind z. B. ausgewählt aus den Titanphosphaten, Titanphosphonaten, Titansulfoarylphosphonate, Zirkoniumphosphaten, Zirkoniumphosphonaten, Zirkoniumsulfoarylphosphonate, Iso- und Heteropolysäuren, vorzugsweise Wolframphosphorsäure oder Siliziumwolframsäure, oder nanokristallinen Metalloxiden, wobei Al2O3-, ZrO2-, TiO2- oder SiO2-Pulver bevorzugt sind. Auch diese können wieder (falls erforderlich) in Kombination mit den genannten Netzwerkbildnern das protonenleitende Material bilden. In diesem Fall bilden ZrO2 bzw. TiO2 ein Netzwerk aus, in dem die Phosphate oder Phosphonate über Zr-O-P bzw. Ti-O-P-Gruppen immobilisiert sind. It can be advantageous if the proton-conductive material has further proton-conducting substances. Preferred proton-conducting substances are e.g. For example, selected from the titanium phosphates, Titanphosphonaten, Titansulfoarylphosphonate, zirconium phosphates, Zirkoniumphosphonaten, Zirkoniumsulfoarylphosphonate, iso- and heteropoly acids, preferably tungstophosphoric acid or silicotungstic acid, or nano-crystalline metal oxides and Al 2 O 3 - ZrO 2 -, TiO 2 - or SiO 2 powder are preferred. These can also (if necessary) form the proton-conducting material in combination with the network formers mentioned. In this case, ZrO 2 or TiO 2 form a network in which the phosphates or phosphonates are immobilized via Zr-OP or Ti-OP groups.

Die erfindungsgemäße Elektrolytmembran, umfasst vorzugsweise einen Verbundwerkstoff der auf einem flächigen, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenen, flexiblen Substrat basiert mit einer auf und in diesem Substrat befindlichen Beschichtung, wobei das Material des Substrates ausgewählt ist aus Vliesen, Gewirken, Filzen oder Geweben von Polymerfasern, vorzugsweise aus Vliesen von Polymerfasern. Die Beschichtung des Substrates ist vorzugsweise eine poröse, keramische Beschichtung. Durch Verwendung eines Vlieses, vorzugsweise eines sehr dünnen und homogenen Vliesmaterials, wird eine gleichmäßige Porosität erzielt. The electrolyte membrane according to the invention preferably comprises a composite of based on a flat, flexible substrate provided with a large number of openings with a coating on and in this substrate, the material of the Substrate is selected from nonwovens, knitted fabrics, felting or woven fabrics of polymer fibers, preferably from nonwovens of polymer fibers. The coating of the substrate is preferably a porous, ceramic coating. By using a fleece, preferably a very thin and homogeneous non-woven material, becomes a uniform one Porosity achieved.

Besonders bevorzugt weist das Substrat des eingesetzten Verbundwerkstoffes eine Dicke von 10 bis 150 µm auf. Es kann besonders vorteilhaft sein, wenn die erfindungsgemäße Elektrolytmembran einen Verbundwerkstoff mit einem Substrat aufweist, welches eine Dicke von 30 bis 75 µm, bevorzugt von 25 bis 50 µm und besonders bevorzugt von 30 bis 40 µm aufweist. Es kann vorteilhaft sein, wenn das Substrat Polymerfasern und/oder -Filamente mit einem Durchmesser von 1 bis 50 µm, insbesondere von 1 bis 20 µm umfasst. Sind die Polymerfasern deutlich dicker als die genannten Bereiche, leidet die Flexibilität des Substrates und damit auch die der Membran. The substrate of the composite material used particularly preferably has a thickness of 10 to 150 µm. It can be particularly advantageous if the invention Electrolyte membrane has a composite material with a substrate, which has a thickness from 30 to 75 µm, preferably from 25 to 50 µm and particularly preferably from 30 to 40 µm having. It can be advantageous if the substrate contains polymer fibers and / or filaments a diameter of 1 to 50 microns, in particular from 1 to 20 microns. Are the Polymer fibers significantly thicker than the areas mentioned, the flexibility of the substrate suffers and thus also that of the membrane.

Die Polymerfasern sind bevorzugt ausgewählt aus Polyacrylnitril, Polyamiden, Polyimiden, Polyacrylaten, Polytetrafluorethylen, Polyester, wie z. B. Polyethylenterephthalat und/oder Polyolefin. Aber auch alle anderen bekannten Polymerfasern sind denkbar. Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Membran Polymerfasern auf, die eine Erweichungstemperatur von größer 100°C, eine Glasübergangstemperatur von größer -10°C und eine Schmelztemperatur von größer 150°C aufweisen. The polymer fibers are preferably selected from polyacrylonitrile, polyamides, polyimides, Polyacrylates, polytetrafluoroethylene, polyesters such as B. polyethylene terephthalate and / or Polyolefin. But all other known polymer fibers are also conceivable. Preferably, the membrane of the invention polymer fibers having a softening temperature of greater 100 ° C, a glass transition temperature greater than -10 ° C and a melting temperature of have greater than 150 ° C.

Die auf und in dem Substrat befindliche keramische Beschichtung weist bevorzugt ein Oxid der Metalle Al, Zr, Si, Ti und/oder Y, auf. Besonders bevorzugt weist die auf und in dem Substrat befindliche Beschichtung ein Oxid der Metalle Al, Ti, Zr und/oder Si, als anorganische Komponente auf. The ceramic coating located on and in the substrate preferably has an oxide of the metals Al, Zr, Si, Ti and / or Y. It particularly preferably has and in which Coating located in the substrate is an oxide of the metals Al, Ti, Zr and / or Si, as inorganic component.

Vorzugsweise liegt in der Beschichtung des Verbundwerkstoffes zumindest eine anorganische Komponente in einer Korngrößenfraktion mit einer mittleren Korngröße von 1 bis 250 nm oder mit einer mittleren Korngröße von 251 bis 10000 nm, bevorzugt mit einer mittleren Korngröße von 250 bis 1750 nm oder von 300 bis 1250 nm, vor. Es kann vorteilhaft sein, wenn die erfindungsgemäße Membran eine Beschichtung aufweist, die zumindest zwei Korngrößenfraktionen zumindest einer anorganischen Komponente aufweist. Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn die Beschichtung zumindest zwei Korngrößenfraktionen von zumindest zwei anorganischen Komponenten aufweist. Das Korngrößenverhältnis kann von 1 : 1 bis 1 : 10000, vorzugsweise von 1 : 1 bis 1 : 100 betragen. Das Mengenverhältnis der Korngrößenfraktionen im Verbundwerkstoff kann vorzugsweise von 0,01 : 1 bis 1 : 0,01 betragen. There is preferably at least one inorganic in the coating of the composite material Component in a grain size fraction with an average grain size of 1 to 250 nm or with an average grain size of 251 to 10000 nm, preferably with an average grain size from 250 to 1750 nm or from 300 to 1250 nm. It can be beneficial if the membrane according to the invention has a coating which has at least two Has grain size fractions of at least one inorganic component. It can also be be advantageous if the coating has at least two grain size fractions of at least has two inorganic components. The grain size ratio can range from 1: 1 to 1: 10000, preferably from 1: 1 to 1: 100. The ratio of the Grain size fractions in the composite material can preferably be from 0.01: 1 to 1: 0.01 be.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die keramische Beschichtung bzw. die anorganischen Komponenten, die die Beschichtung ausmachen über Haftvermittler an das Substrat, insbesondere die Polymerfasern gebunden sind. Typische Haftvermittler sind z. B. organofunktionelle Silane, wie sie beispielsweise von der Fa. Degussa unter dem Handelsnamen "Dynasilan" angeboten werden, aber auch reine Oxide wie ZrO2, TiO2, SiO2 oder Al2O3 können für einige Fasermaterialien geeignete Haftvermittler sein. Je nach Herstellungsbedingungen und verwendetem Haftvermittler können die Haftvermittler in den erfindungsgemäß verwendeten Verbundwerkstoffen noch nachweisbar vorhanden sein. It can be advantageous if the ceramic coating or the inorganic components that make up the coating are bonded to the substrate, in particular the polymer fibers, via adhesion promoters. Typical adhesion promoters are e.g. B. organofunctional silanes, such as those offered by Degussa under the trade name "Dynasilan", but also pure oxides such as ZrO 2 , TiO 2 , SiO 2 or Al 2 O 3 can be suitable adhesion promoters for some fiber materials. Depending on the production conditions and the adhesion promoter used, the adhesion promoters can still be detectably present in the composite materials used according to the invention.

Es kann vorteilhaft sein, wenn das Vlies oder Gewebe zuerst mit einem Haftvermittler vorbeschichtet wurde. Entsprechend weist dann ein solcher Verbundwerkstoff im Innern ein Vlies, vorzugsweise ein Polymervlies auf, dessen Fasern mit einer dünnen Schicht eines Haftvermittlers (wie. z. B. einem Metalloxid oder einer Organosilanverbindung) ausgestattet sind. Im und auf dem polymeren, vorbeschichteten Träger befindet sich das poröse Keramikmaterial. It may be advantageous if the fleece or fabric is first coated with an adhesion promoter was pre-coated. Accordingly, such a composite material then has an interior Fleece, preferably a polymer fleece, the fibers of which are covered with a thin layer of a Adhesion promoter (such as a metal oxide or an organosilane compound) equipped are. The porous is in and on the polymeric, pre-coated carrier Ceramic material.

Der Träger muss sowohl im Laufe der Herstellung der Elektrolytmembran als auch unter den Betriebsbedingungen in einer Brennstoffzelle stabil sein. Daher ist das Polymer für den Polymerfasern aufweisenden Träger vorzugsweise stabil gegenüber Protonen, die durch die Membran geleitet werden und gegenüber dem protonenleitenden Material (Gel) mit dem die Membran durchsetzt ist. The carrier must be used both in the course of the production of the electrolyte membrane and under the Operating conditions in a fuel cell must be stable. Therefore, the polymer is for the Carriers comprising polymer fibers are preferably stable to protons by the Membrane and are directed towards the proton-conducting material (gel) with which the Membrane is penetrated.

Für den Fall, dass der Träger ein Gewebe ist, handelt es sich dabei vorzugsweise um ein Gewebe aus 11-Tex-Garnen mit 5-50 Kett- bzw. Schussfäden und insbesondere 20-28 Kett- und 28-36 Schussfäden. Ganz besonders bevorzugt werden 5,5-Tex Garne mit 10-50 Kett- bzw. Schussfäden und bevorzugt 20-28 Kett- und 28-36 Schussfäden. In the event that the carrier is a fabric, it is preferably a Fabric made of 11-Tex yarns with 5-50 warp or weft threads and in particular 20-28 warp and 28-36 wefts. 5.5 Tex yarns with 10-50 warp yarns are particularly preferred. or weft threads and preferably 20-28 warp and 28-36 weft threads.

Die erfindungsgemäße Elektrolytmembran ist vorzugsweise bei mindestens 80°C, vorzugsweise bei mindestens 100°C, und ganz besonders bevorzugt bei mindestens 120°C, stabil. The electrolyte membrane according to the invention is preferably at least 80 ° C. preferably at least 100 ° C, and very particularly preferably at least 120 ° C, stable.

Die Elektrolytmembran hat vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 10 bis 150 µm, vorzugsweise 10 bis 80 µm, ganz besonders bevorzugt 10 bis 50 µm. Die erfindungsgemäße Elektrolytmembran toleriert vorzugsweise einen Biegeradius bis herab zu 5000 m, vorzugsweise 100 m, insbesondere bis herab zu 50 cm, vorzugsweise 20 mm und ganz besonders bevorzugt bis herab zu 2 mm. The electrolyte membrane preferably has a thickness in the range from 10 to 150 μm, preferably 10 to 80 μm, very particularly preferably 10 to 50 μm. The invention Electrolyte membrane preferably tolerates a bending radius down to 5000 m, preferably 100 m, in particular down to 50 cm, preferably 20 mm and entirely particularly preferably down to 2 mm.

Die erfindungsgemäße Elektrolytmembran weist bei Raumtemperatur und bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von maximal 80% vorzugsweise eine Leitfähigkeit von mindestens 5 mS/cm, vorzugsweise mindestens 20 mS/cm, ganz besonders bevorzugt mindestens 50 mS/cm auf Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Elektrolytmembran bei Raumtemperatur und bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von maximal 50%, eine Leitfähigkeit von mindestens 5 mS/cm, vorzugsweise mindestens 20 mS/cm und ganz besonders bevorzugt mindestens 50 mS/cm auf. The electrolyte membrane according to the invention exhibits at room temperature and at a relative Air humidity of at most 80%, preferably a conductivity of at least 5 mS / cm, preferably at least 20 mS / cm, very particularly preferably at least 50 mS / cm The electrolyte membrane according to the invention preferably exhibits at room temperature and at a relative air humidity of maximum 50%, a conductivity of at least 5 mS / cm, preferably at least 20 mS / cm and very particularly preferably at least 50 mS / cm on.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die erfindungsgemäße Membran an einer Seite, vorzugsweise an beiden Seitenflächen eine zusätzliche, äußere protonenleitende Beschichtung aufweist, die unlöslich in Wasser und Methanol ist und die als Diffusionsbarriere dient und ein Auslaugen eines Elektrolyten aus der Elektrolytmembran verhindert. Diese Beschichtung weist vorzugsweise ein wasser- und methanolunlösliches protonenleitendes Material auf, wie Nafion®, sulfonierte oder phosphonierte Polyphenylsulfone, Polyimide, Polyoxazole, Polytriazole, Polybenzimidazole, Polyetheretherketone (PEEK), Polyetherketonen (PEK) oder anorganische Protonenleiter, wie z. B. immobilisierte Sulfon- oder Phosphonsäure (z. B. Hydroxysilylalkylsäuren), Zirkonium- oder Titanphosphate oder -phosphonate. Diese anorganischen Protonenleiter können noch weitere Oxide, z. B. von Al, Zr, Ti oder Si, als Netzwerkbildner enthalten. Die organischen protonenleitenden Polymere können sowohl als reine Materialien aufgebracht werden aber auch in Form von anorganisch-organischen Compositmaterialien. Solche Compositmaterialien können z. B. verfestigte Lösungen von Nafion mit gefällter Kieselsäure (Levasil®), Tetraethoxysilan (Dynasilan A ®) oder Solen auf Basis von Al2O3, SiO2, TiO2 oder ZrO2 sein. Auch die Kombination organischer Protonenleiter mit immobilisierten Sulfon- und Phosphonsäuren ist möglich. Die Verwendung von Compositmaterialien hat den Vorteil, dass die Haftfestigkeit der Schutzschicht an der Membran besser ist als bei dem reinen (hydrophoben) protonenleitenden Polymeren. Aus der Palette der insbesondere polymeren Protonenleiter können aber auch alle Materialien zur Herstellung von Compositmaterialien eingesetzt werden, die nicht oder nur sehr schlecht dichte, dünne Filme bilden und die somit als freitragende Membranen ausscheiden. It can be advantageous if the membrane according to the invention has an additional, outer proton-conducting coating on one side, preferably on both side surfaces, which is insoluble in water and methanol and which serves as a diffusion barrier and prevents leaching of an electrolyte from the electrolyte membrane. This coating preferably has a water- and methanol-insoluble proton-conducting material, such as Nafion®, sulfonated or phosphonated polyphenylsulfones, polyimides, polyoxazoles, polytriazoles, polybenzimidazoles, polyether ether ketones (PEEK), polyether ketones (PEK) or inorganic proton conductors, such as, for. B. immobilized sulfonic or phosphonic acid (z. B. hydroxysilylalkyl acids), zirconium or titanium phosphates or phosphonates. These inorganic proton conductors can also contain other oxides, e.g. B. of Al, Zr, Ti or Si, included as a network former. The organic proton-conducting polymers can be applied either as pure materials or in the form of inorganic-organic composite materials. Such composite materials can e.g. B. solidified solutions of Nafion with precipitated silica (Levasil®), tetraethoxysilane (Dynasilan A ®) or sols based on Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 or ZrO 2 . The combination of organic proton conductors with immobilized sulfonic and phosphonic acids is also possible. The use of composite materials has the advantage that the adhesive strength of the protective layer on the membrane is better than that of the pure (hydrophobic) proton-conducting polymer. From the range of polymeric proton conductors in particular, however, it is also possible to use all materials for the production of composite materials which do not form thin films, or which form only very poorly, and which therefore separate as self-supporting membranes.

Durch das Vorhandensein einer Diffusionsbarriere kann ein Ausbluten der Membran verhindert und die mechanische Stabilität verbessert werden. Daraus resultiert eine höhere Langzeitleistung gegenüber Membranen die ein Ausbluten des Elektrolyten zeigen. The presence of a diffusion barrier can prevent the membrane from bleeding out and the mechanical stability can be improved. This results in a higher one Long-term performance compared to membranes that show bleeding of the electrolyte.

Zur Vermeidung von Leistungsverlusten, die auftreten können, weil die Diffusionsbarriere eine geringere Protonenleitfähigkeit aufweist als die erfindungsgemäße Membran ohne Diffusionsbarriere ist die Diffusionsbarriere möglichst dünn ausgeführt. Vorzugsweise weist die Diffusionsbarriere eine Dicke von kleiner 5 µm, bevorzugt von 10 bis 1000 nm und ganz besonders bevorzugt von 100 bis 500 nm auf. Durch die sehr dünne Ausführung der Diffusionsbarriere, beeinflusst die geringere Leitfähigkeit der Diffusionsbarriere nur unwesentlich die Protonenleitfähigkeit der eigentlichen Membran. To avoid performance losses that can occur because of the diffusion barrier has lower proton conductivity than the membrane according to the invention without Diffusion barrier, the diffusion barrier is made as thin as possible. Preferably points the diffusion barrier has a thickness of less than 5 μm, preferably from 10 to 1000 nm and entirely particularly preferably from 100 to 500 nm. Due to the very thin design of the Diffusion barrier, only affects the lower conductivity of the diffusion barrier the proton conductivity of the actual membrane is insignificant.

Im Folgenden wird die Herstellung der erfindungsgemäßen Elektrolytmembranen beschrieben. The production of the electrolyte membranes according to the invention is described below.

Eine Elektrolytmembran der vorliegenden Erfindung ist z. B. erhältlich durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Elektrolytmembran, welches ausgehend von dem stoffdurchlässigen Träger insbesondere folgende Schritte umfasst:

  • a) Infiltration eines Trägers, der auf einem stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff basiert, der ein flächiges, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenes, flexibles Substrat mit einer auf und in diesem Substrat befindlichen Beschichtung aufweist, wobei das Material des Substrates ausgewählt ist aus gewebten oder ungewebten Polymerfasern und die Beschichtung eine poröse, keramische Beschichtung ist, mit
    • 1. einer Mischung, enthaltend eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder einem Salz davon, oder
    • 2. einer Mischung, enthaltend eine Brönstedsäure und/oder eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon sowie ein Sol, das eine Vorstufe für Oxide von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor als Netzwerkbildner umfasst, oder
    • 3. einer Mischung, enthaltend Zirkonium- und/oder Titan-Phosphate, -Phosphonate und/oder - Sulfoarylphosphonate sowie gegebenenfalls ein Sol, das eine Vorstufe für Oxide von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor als Netzwerkbildner umfasst und
  • b) Verfestigung der in den Träger infiltrierten Mischung, um ein den Träger durchsetzendes protonenleitfähiges Material zu schaffen, das geeignet ist selektiv Protonen durch die Membran zu leiten.
An electrolyte membrane of the present invention is e.g. B. obtainable by the method according to the invention for producing an electrolyte membrane, which, starting from the permeable support, comprises in particular the following steps:
  • a) infiltration of a carrier based on a permeable composite material, which has a flat, with a plurality of openings provided flexible substrate with a coating on and in this substrate, the material of the substrate is selected from woven or non-woven polymer fibers and the coating is a porous, ceramic coating with
    • 1. a mixture containing an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof, or
    • 2. a mixture containing a Bronsted acid and / or an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof and a sol which comprises a precursor for oxides of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus as a network former, or
    • 3. a mixture containing zirconium and / or titanium phosphates, phosphonates and / or sulfoaryl phosphonates and, if appropriate, a sol which comprises a precursor for oxides of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus as a network former and
  • b) solidification of the mixture infiltrated into the carrier in order to create a proton-conductive material which penetrates the carrier and is suitable for selectively guiding protons through the membrane.

Als in der Mischung vorhandene Brönstedsäure kann z. B. Schwefelsäure, Phosphorsäure, Perchlorsäure, Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure, schweflige Säure, phosphorige Säure sowie Ester davon und/oder eine monomere oder polymere organische Säure eingesetzt werden. Bevorzugte organische Säuren sind immobilisierbare Sulfon- und/oder Phosphonsäuren. Als zusätzliche Netzwerkbildner können die Oxide von Al, Zr, Ti und Si eingesetzt werden. As available in the mixture Bronsted acid z. B. sulfuric acid, phosphoric acid, Perchloric acid, nitric acid, hydrochloric acid, sulfurous acid, phosphorous acid as well as esters thereof and / or a monomeric or polymeric organic acid become. Preferred organic acids are immobilizable sulfonic acids and / or Phosphonic acids. The oxides of Al, Zr, Ti and Si be used.

Als in der Mischung vorhandene Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors werden vorzugsweise siliziumorganische Verbindung der allgemeinen Formeln

[{(RO)y(R2)z}aSi{R1-SO3 -}a]xMx+ (II)

oder

[(RO)y(R2)zSi{R1-Ob-P(OcR3)O2 -}a]xMx+ (II)

eingesetzt, wobei R1 für eine lineare oder verzweigte Alkyl- oder Alkylengruppe mit 1 bis 12 C-Atomen, eine Cycloalkylgruppe mit 5 bis 8 C-Atomen oder eine Einheit der allgemeinen Formeln


steht,
wobei n, m jeweils für eine ganze Zahl von 0 bis 6 steht,
M für H, NH4 oder ein Metall steht,
x = 1 bis 4,
y = 1 bis 3, z = 0 bis 2 und a = 1 bis 3 bedeuten, mit der Maßgabe, dass
y + z = 4 - a ist,
b, c = 0 oder 1,
R, R2 gleich oder verschieden sind und für Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butylreste oder H stehen und
R3 für M oder einen Methyl-, Ethyl-, Propyl- oder Butylrest steht.
Organosilicon compounds of the general formulas are preferably used as the hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus in the mixture

[{(RO) y (R 2 ) z } a Si {R 1 -SO 3 - } a ] x M x + (II)

or

[(RO) y (R 2 ) z Si {R 1 -O b -P (O c R 3 ) O 2 - } a ] x M x + (II)

used, where R 1 is a linear or branched alkyl or alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 8 carbon atoms or a unit of the general formulas


stands,
where n, m each represents an integer from 0 to 6,
M represents H, NH 4 or a metal,
x = 1 to 4,
y = 1 to 3, z = 0 to 2 and a = 1 to 3, with the proviso that
y + z = 4 - a,
b, c = 0 or 1,
R, R 2 are the same or different and stand for methyl, ethyl, propyl, butyl or H and
R 3 represents M or a methyl, ethyl, propyl or butyl radical.

Besonders bevorzugt werden als Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors Trihydroxysilylpropylsulfonsäure, Trihydroxysilylpropylmethylphosphonsäure oder Dihydroxysilylpropyl-sulfondisäure in der Mischung eingesetzt. Particularly preferred are hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus Trihydroxysilylpropylsulfonic acid, trihydroxysilylpropylmethylphosphonic acid or Dihydroxysilylpropyl sulfonedioic acid used in the mixture.

Die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors wird bevorzugt mit einer hydrolysierten Verbindung des Phosphors oder einem hydrolysierten Nitrat, Oxynitrat, Chlorid, Oxychlorid, Carbonat, Alkoholat, Acetat, Acetylacetonat eines Metalls oder Halbmetalls oder einer hydrolysierten Verbindung, erhalten aus Diethylphosphit (DEP), Diethylethylphosphonat (DEEP), Titanpropylat, Titanethylat, Tetraethylorthosilikat (TEOS) oder Tetramethylorthosilikat (TMOS), Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat, Zirkoniumacetylacetonat, Phosphorsäuremethyl-ester oder mit gefällter Kieselsäure immobilisiert. The hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus is preferred with a hydrolyzed compound of phosphorus or a hydrolyzed nitrate, oxynitrate, chloride, Oxychloride, carbonate, alcoholate, acetate, acetylacetonate of a metal or semimetal or a hydrolyzed compound obtained from diethyl phosphite (DEP), diethyl ethyl phosphonate (DEEP), titanium propylate, titanium ethylate, tetraethyl orthosilicate (TEOS) or Tetramethyl orthosilicate (TMOS), zirconium nitrate, zirconium oxynitrate, zirconium propylate, Zirconium acetate, zirconium acetylacetonate, phosphoric acid methyl ester or with precipitated Immobilized silica.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die Mischung weitere protonenleitende Stoffe, ausgewählt aus der Gruppe der Iso- oder Heteropolysäuren, wie beispielsweise Wolframphosphorsäure oder Siliziumwolframsäure, Zeolithe, Mordenite, Alumosilikate, β-Aluminiumoxide, Zirkonium-, Titan-, oder Cerphosphate, -phosphonate oder -sulfoarylphosphonate, Antimonsäuren, Phosphoroxide, Schwefelsäure, Perchlorsäure oder deren Salze und/oder kristalline Metalloxide, wobei Al2O3-, ZrO2-, TiO2- oder SiO2-Pulver bevorzugt sind, aufweist. It can be advantageous if the mixture contains further proton-conducting substances selected from the group of iso- or heteropolyacids, such as, for example, tungsten phosphoric acid or silicon tungstic acid, zeolites, mordenites, aluminosilicates, β-aluminum oxides, zirconium, titanium or cerium phosphates or phosphonates sulfoarylphosphonates, antimonic acids, phosphorus oxides, sulfuric acid, perchloric acid or their salts and / or crystalline metal oxides, preference being given to Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 or SiO 2 powders.

Die Mischung, mit der der Träger infiltriert wird, weist vorzugsweise ein Sol auf, welches erhältlich ist durch Hydrolyse einer hydrolysierbaren Verbindung, vorzugsweise in einer Mischung aus Wasser und Alkohol, zu einem Hydrolysat, wobei die hydrolysierbare Verbindung ausgewählt ist aus hydrolysierbaren Alkoholaten, Acetaten, Acetylacetonaten, Nitraten, Oxynitraten, Chloriden, Oxychloriden, Carbonaten, von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor oder Estern, vorzugsweise Methylestern, Ethylestern und/oder Propylestern der Phosphorsäure oder der phosphorigen Säure, und Peptisierung des Hydrolysats zu einem Sol. The mixture with which the carrier is infiltrated preferably has a sol which is obtainable by hydrolysis of a hydrolyzable compound, preferably in one Mixture of water and alcohol, to form a hydrolyzate, the hydrolyzable Compound is selected from hydrolyzable alcoholates, acetates, acetylacetonates, Nitrates, oxynitrates, chlorides, oxychlorides, carbonates, of aluminum, silicon, titanium, Zirconium, and / or phosphorus or esters, preferably methyl esters, ethyl esters and / or Propyl esters of phosphoric acid or phosphorous acid, and peptization of the hydrolyzate to a sol.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die hydrolysierbare Verbindung nicht hydrolysierbare Gruppen neben hydrolysierbaren Gruppen trägt. Vorzugsweise wird als eine solche zu hydrolysierende Verbindung eine Alkyltrialkoxy- oder Dialkyldialkoxy- oder Trialkylalkoxyverbindung des Siliziums verwendet. It may be advantageous if the hydrolyzable compound is non-hydrolyzable groups in addition to hydrolyzable groups. It is preferred to be hydrolyzed as such Compound an alkyltrialkoxy or dialkyl dialkoxy or trialkylalkoxy compound of Silicon used.

Der Mischung kann als Hydrolyse- und Kondensationskatalysator eine in Wasser und/oder Alkohol lösliche Säure oder Base zugegeben werden. Vorzugsweise wird eine Mineralsäure, wie z. B. H2SO4, H3PO4, HNO3 oder HCl zugegeben. An acid or base which is soluble in water and / or alcohol can be added to the mixture as the hydrolysis and condensation catalyst. Preferably a mineral acid, such as. B. H 2 SO 4 , H 3 PO 4 , HNO 3 or HCl are added.

Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn die Mischung zur Infiltration des Trägers neben einem Trialkoxysilan als Netzwerkbildner auch saure oder basische Verbindungen und Wasser umfasst. Vorzugsweise umfassen die sauren oder basischen Verbindungen zumindest eine dem Fachmann bekannte Brönstedt- oder Lewissäure oder -base. It can furthermore be advantageous if the mixture for infiltrating the carrier next to one Trialkoxysilane as a network former also acidic or basic compounds and water includes. The acidic or basic compounds preferably comprise at least one of the Brönstedt or Lewis acid or base known to those skilled in the art.

Aus EP 0 771 589, EP 0 765 897 und EP 0 582 879 sind Trihydroxysilylsäuren bekannt. In diesen Veröffentlichungen wurde die Herstellung geformter Säurekatalysatoren auf der Basis von Trihydroxysilylpropylsulfonsäure und Trihydroxysilylpropylmercaptan beschrieben. Trihydroxysilyl acids are known from EP 0 771 589, EP 0 765 897 and EP 0 582 879. In These publications have made the manufacture of molded acid catalysts based described by trihydroxysilylpropylsulfonic acid and trihydroxysilylpropyl mercaptan.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Sole bzw. Mischungen auch keramische Partikel, die die Funktion von Füllstoffen oder Netzwerkbildnern übernehmen können. Besonders bevorzugt sind hierbei die Oxide, insbesondere pyrogene Oxide der Elemente Si, Al, Zr, Ti. Diese können in mehreren Partikelgrößenfraktionen vorliegen. Es kann vorteilhaft sein, wenn die keramischen Partikel eine oder mehrere Partikelgrößenfraktionen mit Partikelgrößen im Bereich von 10 bis 100 nm und/oder von 100 bis 1000 nm aufweisen. Bevorzugt sind hierbei Partikelfraktionen mit Partikelgrößen von 50 nm-500 nm, wie z. B. Aerosil 200, Aerosil Ox50 oder Aerosil VP 25 (alle Degussa AG), oder sehr feinskalige Partikel, die z. B. direkt als Suspension eingesetzt werden, wie z. B. Levasil 200E. Wichtig ist hierbei, das die den Solen zugesetzten Partikel deutlich kleiner sind als die Porengröße der eingesetzten MF- Membran. Bei einer Porengröße der MF-Membran von 450 nm, sollten die Partikel also deutlich kleiner 100 nm, besser kleiner 50 nm sein. In a preferred embodiment, the brine or mixtures also contain ceramic Particles that can take on the function of fillers or network formers. The oxides, in particular pyrogenic oxides of the elements Si, Al, are particularly preferred. Zr, Ti. These can be in several particle size fractions. It can be beneficial if the ceramic particles have one or more particle size fractions with particle sizes have in the range from 10 to 100 nm and / or from 100 to 1000 nm. Are preferred here particle fractions with particle sizes of 50 nm-500 nm, such as. B. Aerosil 200, Aerosil Ox50 or Aerosil VP 25 (all Degussa AG), or very fine-scale particles, which e.g. B. be used directly as a suspension, such as. B. Levasil 200E. It is important that the Particles added to the brine are significantly smaller than the pore size of the MF Membrane. With a pore size of the MF membrane of 450 nm, the particles should be significantly less than 100 nm, better less than 50 nm.

Die Mischungen werden bevorzugt durch geeignete Maßnahmen, wie z. B. durch längeres Rühren mit einem Magnetrührer oder Wellenrührer, mittels Ultraturrax oder Attritormühle oder mittels Ultraschall homogenisiert, bevor die eigentliche Infiltration vorgenommen wird. The mixtures are preferred by suitable measures, such as. B. by longer Stirring with a magnetic stirrer or wave stirrer, using an Ultraturrax or attritor mill or homogenized using ultrasound before the actual infiltration is carried out.

Die Infiltration des Trägers kann durch Aufdrucken, Aufpressen, Einpressen, Aufrollen, Aufrakeln, Aufstreichen, Tauchen, Spritzen oder Aufgießen der Mischung auf den stoffdurchlässigen Träger erfolgen. Die Infiltration mit der Mischung kann wiederholt durchgeführt werden. Gegebenenfalls kann ein Trocknungsschritt, vorzugsweise bei einer erhöhten Temperatur in einem Bereich von 50 bis 200°C, vorzugsweise von 100 bis 150°C zwischen der wiederholten Infiltration erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Infiltration des Trägers kontinuierlich. Es kann vorteilhaft sein, wenn der Träger zur Infiltration vorgewärmt wird. Infiltration of the carrier can be done by printing, pressing, pressing, rolling, Doctor knife, spread, dip, spray or pour the mixture onto the permeable carrier. The infiltration with the mixture can be repeated be performed. If necessary, a drying step, preferably one elevated temperature in a range from 50 to 200 ° C, preferably from 100 to 150 ° C between repeated infiltration. In a preferred embodiment the infiltration of the carrier continuously. It can be advantageous if the carrier for Infiltration is preheated.

Die Verfestigung der Mischung in dem Träger kann durch Erwärmen auf eine Temperatur von 20 bis 300°C, vorzugsweise 50 bis 200°C, ganz besonders bevorzugt 80 bis 150°C erfolgen, wobei die Erwärmung durch erwärmte Luft, Heißluft, Infrarotstrahlung oder Mikrowellenstrahlung erfolgen kann. Es kann vorteilhaft sein, wenn das Erwärmen für 1 Sekunde bis 60 Minuten bei einer Temperatur von 20 bis 300°C erfolgt. Besonders bevorzugt erfolgt das Erwärmen der Mischung zum Verfestigen für vorzugsweise 0,5 bis 5 Minuten auf die genannten Temperaturen. The mixture can be solidified in the carrier by heating to a temperature of 20 to 300 ° C, preferably 50 to 200 ° C, most preferably 80 to 150 ° C, the heating by heated air, hot air, infrared radiation or Microwave radiation can take place. It can be beneficial if heating for 1 second to 60 minutes at a temperature of 20 to 300 ° C. Especially the mixture is preferably heated for solidification, preferably for 0.5 to 5 Minutes to the temperatures mentioned.

Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Elektrolytmembran kann z. B. so durchgeführt werden, dass der Träger von einer Rolle abgerollt wird, mit einer Geschwindigkeit von 1 m/h bis 2 m/s, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 0,5 m/min. bis 20 m/min und ganz besonders bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min bis 5 m/min durch zumindest eine Apparatur, welche die Mischung auf und in den Träger bringt und zumindest eine weitere Apparatur, welche das Verfestigen der Mischung auf und in dem Träger durch Erwärmen ermöglicht, durchläuft und die so hergestellte Elektrolytmembran auf einer zweiten Rolle aufgerollt wird. Auf diese Weise ist es möglich, die erfindungsgemäße Elektrolytmembran im Durchlaufverfahren herzustellen. The method for producing the electrolyte membrane according to the invention can, for. B. like this be carried out by unrolling the carrier from a roll with a Speed from 1 m / h to 2 m / s, preferably at a speed of 0.5 m / min. up to 20 m / min and very particularly preferably at a speed of 1 m / min to 5 m / min by at least one apparatus which brings the mixture onto and into the carrier and at least one other apparatus, which solidifies the mixture on and in the carrier made possible by heating, passes and the electrolyte membrane thus produced on a second roll is rolled up. In this way it is possible to use the invention Manufacture electrolyte membrane in a continuous process.

Als Träger, der auf einem stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff, der ein flächiges, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenes, flexibles Substrat mit einer auf und in diesem Substrat befindlichen Beschichtung aufweist, basiert, wobei das Material des Substrates ausgewählt ist aus gewebten oder ungewebten Polymerfasern und die Beschichtung eine poröse, keramische Beschichtung ist, werden vorzugsweise Verbundwerkstoffe wie oben beschrieben eingesetzt. As a carrier, which is on a permeable composite material, which is a flat, with a A plurality of openings provided, flexible substrate with one on and in this substrate Coating located, based, wherein the material of the substrate is selected Made of woven or non-woven polymer fibers and the coating is a porous, ceramic Coating is, preferably composite materials are used as described above.

Besonders bevorzugt ist der eingesetzte Verbundwerkstoff flexibel und weist eine entsprechend gute Zugfestigkeit, vorzugsweise eine Zugfestigkeit von mindestens 1 N/cm, besonders bevorzugt von mindestens 3 N/cm auf. Ganz besonders bevorzugt weist der Verbundwerkstoff in Maschinenrichtung eine Zugfestigkeit von mindestens 10 N/cm auf. Durch die Verwendung von Verbundwerkstoffen mit einer hohen Zugfestigkeit wird erreicht, dass auch die Elektrolytmembran eine ähnlich hohe Zugfestigkeit wie der Verbundwerkstoff aufweist. The composite material used is particularly preferably flexible and has a corresponding one good tensile strength, preferably a tensile strength of at least 1 N / cm, especially preferably of at least 3 N / cm. The composite material very particularly preferably has a tensile strength of at least 10 N / cm in the machine direction. By using it of composite materials with a high tensile strength ensures that the Electrolyte membrane has a high tensile strength similar to that of the composite material.

Die Verbundwerkstoffe sind vorzugsweise erhältlich durch ein Verfahren zur Herstellung einer Membran, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass ein flächiges, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenes, flexibles Substrat in und auf diesem Substrat mit einer Beschichtung versehen wird, wobei das Material des Substrates ausgewählt ist aus gewebten oder ungewebten Polymerfasern und die Beschichtung eine poröse, keramische Beschichtung ist, die auf das Substrat durch Aufbringen einer Suspension aufgebracht wird, die zumindest, ein Oxid der Metalle Al, Zr, Si Ti und/oder Y und ein Sol aufweist, und wobei die Suspension auf oder im oder aber auf und im Träger durch zumindest einmaliges Erwärmen verfestigt wird. Die Suspension kann weitere anorganische Komponenten aufweisen. The composite materials are preferably obtainable by a process for producing a Membrane, which is characterized in that a flat, with a variety of Opened, flexible substrate in and on this substrate with a coating is provided, wherein the material of the substrate is selected from woven or non-woven polymer fibers and the coating is a porous, ceramic coating that is applied to the substrate by applying a suspension, which is at least one oxide the metals Al, Zr, Si Ti and / or Y and a sol, and wherein the suspension on or is solidified in or on and in the carrier by at least one heating. The Suspension can have other inorganic components.

Die Suspension kann z. B. durch Aufdrucken, Aufpressen, Einpressen Aufrollen, Aufrakeln, Aufstreichen, Tauchen, Spritzen oder Aufgießen auf und in das Substrat gebracht werden. The suspension can e.g. B. by printing, pressing, pressing, rolling, doctoring, Spreading, dipping, spraying or pouring onto and into the substrate.

Das Material des Substrates ist vorzugsweise ein Polymergewebe, -gewirke, -filz oder -vlies. Vorzugsweise wird zur Herstellung des Verbundwerkstoffes ein Substrat, insbesondere ein Vlies, welches eine Dicke von 10 bis 150 µm aufweist. Es kann besonders vorteilhaft sein, wenn die Erfindungsgemäße Membran ein Substrat aufweist, welches eine Dicke von 30 bis 75 µm, bevorzugt von 25 bis 50 µm und besonders bevorzugt von 30 bis 40 µm aufweist. Es kann vorteilhaft sein, wenn das Substrat Polymerfasern und/oder -Filamente mit einem Durchmesser von 1 bis 50 µm, insbesondere von 1 bis 20 µm umfasst. Sind die Polymerfasern deutlich dicker als die genannten Bereiche, leidet die Flexibilität des Substrates und damit auch die der Membran. The material of the substrate is preferably a polymer fabric, knitted fabric, felt or non-woven. A substrate, in particular a substrate, is preferably used to produce the composite material Fleece, which has a thickness of 10 to 150 microns. It can be particularly beneficial if the membrane according to the invention has a substrate which has a thickness of 30 to 75 μm, preferably from 25 to 50 microns and particularly preferably from 30 to 40 microns. It can be advantageous if the substrate polymer fibers and / or filaments with a diameter from 1 to 50 µm, in particular from 1 to 20 µm. Are the polymer fibers clear thicker than the areas mentioned, the flexibility of the substrate and thus that of the suffers Membrane.

Die Polymerfasern sind bevorzugt ausgewählt aus Polyacrylnitril, Polyamiden, Polyacrylaten, Polyimiden, Polytetrafluorethylen, Polyester, wie z. B. Polyethylenterephthalat und/oder Polyolefin, wie z. B. Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) oder Mischungen dieser. Aber auch alle anderen bekannten Polymerfasern sind denkbar. Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Membran Polymerfasern auf, die eine Erweichungstemperatur von größer 100°C, eine Glasübergangstemperatur von größer -10°C und eine Schmelztemperatur von größer 150°C aufweisen. Bei Polymerfasern mit kleineren Temperaturen verkleinern sich auch die Anwendungsgebiete. The polymer fibers are preferably selected from polyacrylonitrile, polyamides, polyacrylates, Polyimides, polytetrafluoroethylene, polyesters such as e.g. B. polyethylene terephthalate and / or Polyolefin, e.g. B. polypropylene (PP), polyethylene (PE) or mixtures of these. But also all other known polymer fibers are conceivable. Preferably, the invention Membrane polymer fibers, which have a softening temperature of greater than 100 ° C, a Glass transition temperature of greater than -10 ° C and a melting temperature of greater than 150 ° C exhibit. In the case of polymer fibers with lower temperatures, these also decrease Application areas.

Die zur Herstellung der Beschichtung des Verbundwerkstoffes verwendete Suspension weist vorzugsweise zumindest ein anorganisches Oxid des Aluminiums, Siliziums, Titans und/oder Zirkoniums und zumindest ein Sol, zumindest ein Halbmetalloxidsol oder zumindest ein Mischmetalloxidsol oder eine Mischung dieser Sole auf, und wird durch Suspendieren zumindest einer anorganischen Komponente in zumindest einem dieser Sole hergestellt. The suspension used to produce the coating of the composite material has preferably at least one inorganic oxide of aluminum, silicon, titanium and / or Zirconium and at least one sol, at least one semimetal oxide sol or at least one Mixed metal oxide sol or a mixture of this brine, and is by suspending at least one inorganic component in at least one of these brines.

Die Sole werden durch Hydrolisieren zumindest einer Verbindung, vorzugsweise zumindest einer Metallverbindung, zumindest einer Halbmetallverbindung oder zumindest einer Mischmetallverbindung erhalten. Ebenso kann es vorteilhaft sein, die zu hydrolysierende Verbindung vor der Hydrolyse in Alkohol oder eine Säure oder eine Kombination dieser Flüssigkeiten zu geben. Als zu hydrolysierende Verbindung wird vorzugsweise zumindest ein Metallnitrat, ein Metallchlorid, ein Metallcarbonat, eine Metallalkoholatverbindung oder zumindest eine Halbmetallalkoholatverbindung, besonders bevorzugt zumindest eine Metallalkoholatverbindung hydrolisiert. Als Metallalkoholatverbindung oder Halbmetallalkoholatverbindung wird vorzugsweise eine Alkoholatverbindung der Elemente Zr, Ti, Al, Si, Sn, Ce und Y oder zumindest ein Metallnitrat, Metallcarbonat oder Metallhalogenid ausgewählt aus den Metallsalzen der Elemente Zr, Ti, Al, Si, Sn, Ce und Y als Metallverbindung hydrolisiert. Die Hydrolyse erfolgt vorzugsweise in Gegenwart von Wasser, Wasserdampf, Eis, oder einer Säure oder eine Kombination dieser Verbindungen. The brines are hydrolyzed by at least one compound, preferably at least a metal compound, at least one semi-metal compound or at least one Mixed metal compound obtained. It can also be advantageous to hydrolyze the Compound prior to hydrolysis in alcohol or an acid or a combination of these To give liquids. The compound to be hydrolyzed is preferably at least one Metal nitrate, a metal chloride, a metal carbonate, a metal alcoholate compound or at least one semimetal alcoholate compound, particularly preferably at least one Metal alcoholate compound hydrolyzed. As a metal alcoholate compound or Semi-metal alcoholate compound is preferably an alcoholate compound of the elements Zr, Ti, Al, Si, Sn, Ce and Y or at least one metal nitrate, metal carbonate or metal halide selected from the metal salts of the elements Zr, Ti, Al, Si, Sn, Ce and Y as Metal compound hydrolyzed. The hydrolysis is preferably carried out in the presence of water, Water vapor, ice, or an acid, or a combination of these compounds.

In einer Ausführungsvariante zur Herstellung des Verbundwerkstoffes werden durch Hydrolyse der zu hydrolisierenden Verbindungen partikuläre Sole hergestellt. Diese partikulären Sole zeichnen sich dadurch aus, dass das die in dem Sol durch Hydrolyse entstandenen Verbindungen partikulär vorliegen. Die partikulären Sole können wie oben oder wie in WO 99/15262 beschrieben hergestellt werden. Diese Sole weisen üblicherweise einen sehr hohen Wassergehalt auf, der bevorzugt größer als 50 Gew.-% ist. Es kann vorteilhaft sein, die zu hydrolysierende Verbindung vor der Hydrolyse in Alkohol oder eine Säure oder eine Kombination dieser Flüssigkeiten zu geben. Die hydrolisierte Verbindung kann zum Peptisieren mit zumindest einer organischen oder anorganischen Säure, vorzugsweise mit einer 10 bis 60%igen organischen oder anorganischen Säure, besonders bevorzugt mit einer Mineralsäure, ausgewählt aus Schwefelsäure, Salzsäure, Perchlorsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure oder einer Mischung dieser Säuren behandelt werden. Die so hergestellten partikulären Sole können anschließend zur Herstellung von Suspensionen eingesetzt werden, wobei die Herstellung von Suspensionen zum Aufbringen auf mit polymerem Sol vorbehandelten Polymerfaservliesen bevorzugt ist. In one embodiment variant for the production of the composite material, hydrolysis of the compounds to be hydrolyzed particulate brine. This particular brine are characterized by the fact that they are formed in the sol by hydrolysis Connections are particulate. The particulate sols can be as above or as in WO 99/15262 can be produced. These brines usually have a very high high water content, which is preferably greater than 50 wt .-%. It may be beneficial to compound to be hydrolyzed before hydrolysis in alcohol or an acid or a Combination of these liquids. The hydrolyzed compound can be used for Peptize with at least one organic or inorganic acid, preferably with one 10 to 60% organic or inorganic acid, particularly preferably with a Mineral acid selected from sulfuric acid, hydrochloric acid, perchloric acid, phosphoric acid and Nitric acid or a mixture of these acids are treated. The so produced particulate sols can then be used to prepare suspensions, the production of suspensions for application to with polymeric sol pretreated polymer fiber webs is preferred.

In einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens zur Herstellung des Verbundwerkstoffes werden durch Hydrolyse der zu hydrolisierenden Verbindungen polymere Sole hergestellt. Diese polymeren Sole zeichnen sich dadurch aus, dass die in dem Sol durch Hydrolyse entstandenen Verbindungen polymer (also kettenförmig über einen größeren Raum vernetzt) vorliegen. Die polymeren Sole weisen üblicherweise weniger als 50 Gew.-%, vorzugsweise sehr viel weniger als 20 Gew.-% an Wasser und/oder wässriger Säure auf. Um auf den bevorzugten Anteil von Wasser und/oder wässriger Säure zu kommen wird die Hydrolyse vorzugsweise so durchgeführt, dass die zu hydrolisierende Verbindung mit dem 0,5 bis 10- fachen Molverhältnis und bevorzugt mit dem halben Molverhältnis Wasser, Wasserdampf oder Eis, bezogen auf die hydrolisierbare Gruppe, der hydrolisierbaren Verbindung, hydrolisiert wird. Eine bis zu 10-fache Menge an Wasser kann bei sehr langsam hydrolisierenden Verbindungen wie z. B. beim Tetraethoxysilan eingesetzt werden. Sehr schnell hydrolisierende Verbindungen wie das Zirkontetraethylat können unter diesen Bedingungen durchaus schon partikuläre Sole bilden, weshalb zur Hydrolyse solcher Verbindungen bevorzugt die 0,5-fache Menge an Wasser eingesetzt wird. Eine Hydrolyse mit weniger als der bevorzugten Menge an Wasser, Wasserdampf, oder Eis führt ebenfalls zu guten Ergebnissen. Wobei ein Unterschreiten der bevorzugten Menge von einem halben Molverhältnis um mehr als 50% möglich aber nicht sehr sinnvoll ist, da beim Unterschreiten dieses Wertes die Hydrolyse nicht mehr vollständig ist und Beschichtungen auf Basis solcher Sole nicht sehr stabil sind. In a further embodiment variant of the method for producing the composite material polymeric sols are produced by hydrolysis of the compounds to be hydrolyzed. These polymeric sols are characterized by the fact that they are in the sol by hydrolysis the resulting polymeric compounds (i.e. cross-linked over a larger space) available. The polymeric sols usually have less than 50% by weight, preferably much less than 20% by weight of water and / or aqueous acid. To the The preferred proportion of water and / or aqueous acid is the hydrolysis preferably carried out so that the compound to be hydrolyzed with the 0.5 to 10 times the molar ratio and preferably with half the molar ratio of water, steam or Ice, based on the hydrolyzable group, the hydrolyzable compound, hydrolyzed becomes. Up to 10 times the amount of water can hydrolyze very slowly Connections such as B. be used in tetraethoxysilane. Very fast hydrolyzing Compounds such as zirconium tetraethylate can already do so under these conditions form particulate sols, which is why preferably 0.5 times for the hydrolysis of such compounds Amount of water is used. Hydrolysis with less than the preferred amount Water, steam, or ice also lead to good results. Where a Falling below the preferred amount of half a molar ratio by more than 50% possible but not very sensible, since the hydrolysis does not fall below this value is more complete and coatings based on such brine are not very stable.

Zur Herstellung dieser polymeren Sole mit dem gewünschten sehr geringen Anteil an Wasser und/oder Säure im Sol kann es vorteilhaft sein, wenn die zu hydrolisierende Verbindung in einem organischen Lösemittel, insbesondere Ethanol, Isopropanol, Butanol, Amylalkohol, Hexan, Cyclohexan, Ethylacetat und oder Mischungen dieser Verbindungen, gelöst wird bevor die eigentliche Hydrolyse vorgenommen wird. Ein so hergestelltes Sol kann zur Herstellung der Suspension oder als Haftvermittler in einem Vorbehandlungsschritt eingesetzt werden. To produce this polymeric brine with the desired very low proportion of water and / or acid in the sol it can be advantageous if the compound to be hydrolyzed in an organic solvent, in particular ethanol, isopropanol, butanol, amyl alcohol, Hexane, cyclohexane, ethyl acetate and or mixtures of these compounds is dissolved before the actual hydrolysis is carried out. A sol produced in this way can be used to produce the Suspension or as an adhesion promoter in a pretreatment step.

Sowohl die partikulären Sole als auch die polymeren Sole können als Sol zur Herstellung der Suspension bei der Herstellung des als Träger eingesetzten Verbundwerkstoffes eingesetzt werden. Neben den Solen, die wie gerade beschrieben erhältlich sind, können prinzipiell auch handelsübliche Sole, wie z. B. Zirkonnitratsol oder Silicasol eingesetzt werden. Das Verfahren der Herstellung von Membranen (Verbundwerkstoffen) durch Aufbringen und Verfestigen einer Suspension auf einen Träger an und für sich ist aus WO 99/15262 bekannt, jedoch lassen sich nicht alle Parameter bzw. Einsatzstoffe, auf die Herstellung von Verbundwerkstoffen auf Basis von polymeren Substraten übertragen. Der Prozess, der in WO 99/15262 beschrieben wird, ist in dieser Form insbesondere nicht ohne Abstriche auf polymere Vliesmaterialien übertragbar, da die dort beschriebenen sehr wasserhaltigen Solsysteme, häufig keine durchgängige Benetzung der üblicherweise hydrophoben Polymervliese in der Tiefe ermöglichen, da die sehr wasserhaltigen Solsysteme die meisten Polymervliese nicht oder nur schlecht benetzen. Es wurde festgestellt, dass selbst kleinste unbenetzte Stellen im Vliesmaterial dazu führen können, dass Verbundwerkstoffe bzw. Membrane erhalten werden, die Fehler aufweisen und damit unbrauchbar sind. Both the particulate brine and the polymer brine can be used as sol for the production of the Suspension used in the manufacture of the composite material used as a carrier become. In addition to the brines, which are available as just described, can in principle also commercial brine, such as. B. zirconium nitrate sol or silica sol can be used. The procedure the production of membranes (composite materials) by applying and solidifying a suspension on a carrier in and of itself is known from WO 99/15262, but leave not all parameters or input materials relate to the production of composite materials Transfer base of polymeric substrates. The process described in WO 99/15262 is, in this form, in particular not without compromises on polymeric nonwoven materials transferable, since the very water-containing brine systems described there, often none continuous wetting of the usually hydrophobic polymer fleece in depth enable, since the very water-containing sol systems do not or only do most polymer nonwovens poor wetting. It was found that even the smallest unwetted spots in the Fleece material can lead to the fact that composite materials or membranes are obtained, which have errors and are therefore unusable.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass ein Solsystem bzw. eine Suspension, welches bzw. welche im Benetzungsverhalten den Polymeren angepasst wurde, die Vliesmaterialien vollständig durchtränkt und somit fehlerfreie Beschichtungen erhältlich sind. Bevorzugt erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren deshalb eine Anpassung des Benetzungsverhaltens des Sols bzw. der Suspension. Diese Anpassung erfolgt vorzugsweise durch die Herstellung von polymeren Solen bzw. Suspensionen aus polymeren Solen wobei diese Sole einen oder mehrere Alkohole, wie z. B. Methanol, Ethanol oder Propanol oder Mischungen, die einen oder mehrere Alkohole sowie, vorzugsweise aliphatische Kohlenwasserstoffe aufweisen, umfassen. Es sind aber auch andere Lösemittelgemische denkbar, die dem Sol bzw. der Suspension zugegeben werden können, um diese im Vernetzungsverhalten an das verwendete Substart anzupassen. It has now surprisingly been found that a sol system or a suspension, which or which was adapted in the wetting behavior to the polymers, the Nonwoven materials are completely saturated and thus flawless coatings are available. The method according to the invention is therefore preferably adapted to the Wetting behavior of the sol or suspension. This adjustment is preferably done by the production of polymeric sols or suspensions from polymeric sols this brine one or more alcohols, such as. B. methanol, ethanol or propanol or Mixtures containing one or more alcohols, preferably aliphatic Have hydrocarbons include. But there are also other solvent mixtures conceivable, which can be added to the sol or the suspension to this in Adapt networking behavior to the substance used.

Es wurde festgestellt, dass die grundlegende Änderung des Solsystems und der daraus resultierenden Suspension zu einer deutlichen Verbesserung der Haftungseigenschaften der keramischen Komponenten auf dem und in einem polymeren Vliesmaterial führt. Solche guten Haftfestigkeiten sind mit partikulären Solsystemen normalerweise nicht erhältlich. Vorzugsweise werden deshalb Substrate, die Polymerfasern aufweisen, mittels Suspensionen beschichtet, die auf polymeren Solen basieren oder in einem vorgeschalteten Schritt durch Behandlung mit einem polymeren Sol mit einem Haftvermittler ausgerüstet wurden. It was found that the fundamental change in the sol system and the resulting resulting suspension to a significant improvement in the adhesive properties of the ceramic components on and in a polymeric nonwoven material. Such good ones Adhesive strengths are usually not available with particulate sol systems. Substrates which have polymer fibers are therefore preferred by means of suspensions coated, which are based on polymeric sols or in an upstream step Treatment with a polymeric sol were equipped with an adhesion promoter.

Es kann vorteilhaft sein, wenn zur Herstellung der Suspension als anorganische Komponente, zumindest ein Oxid, ausgewählt aus den Oxiden der Elemente Y, Zr, Al, Si, Sn, und Ti, in einem Sol suspendiert wird. Vorzugsweise wird eine anorganische Komponente, die zumindest eine Verbindung, ausgewählt aus Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirkonoxid und/oder Siliziumdioxid, suspendiert. Vorzugsweise beträgt der Massenanteil der suspendierten Komponente das 0,1 bis 500-fache, besonders bevorzugt das 1 bis 50-fache und ganz besonders bevorzugt das 5 bis 25-fache des eingesetzten Sols. It can be advantageous if, for the preparation of the suspension as an inorganic component, at least one oxide selected from the oxides of the elements Y, Zr, Al, Si, Sn, and Ti, in a sol is suspended. Preferably an inorganic component, at least a compound selected from aluminum oxide, titanium dioxide, zirconium oxide and / or Silicon dioxide, suspended. The mass fraction of the suspended is preferably Component 0.1 to 500 times, particularly preferably 1 to 50 times and very particularly preferably 5 to 25 times the sol used.

Es kann vorteilhaft sein, wenn zumindest eine anorganische Komponente, welche eine mittlere Korngröße von 1 bis 10000 nm, vorzugsweise von 1 bis 10 nm, 10 bis 100 nm, 100 bis 1000 nm oder 1000 bis 10000 nm, besonders bevorzugt von 250 bis 1750 nm und ganz besonders bevorzugt von 300 bis 1250 nm aufweist, in zumindest einem Sol suspendiert wird. Durch die Verwendung von anorganischen Komponenten, die eine mittlere Korngröße von 250 bis 1250 nm aufweisen, wird eine besonders gut geeignete Biegsamkeit und Porosität der Membran bzw. des Verbundwerkstoffes erreicht. It can be advantageous if at least one inorganic component, which is a medium one Grain size from 1 to 10000 nm, preferably from 1 to 10 nm, 10 to 100 nm, 100 to 1000 nm or 1000 to 10000 nm, particularly preferably from 250 to 1750 nm and very particularly preferably from 300 to 1250 nm, is suspended in at least one sol. Through the Use of inorganic components that have an average grain size of 250 to 1250 nm will have a particularly suitable flexibility and porosity of the membrane or of the composite material reached.

Zur Verbesserung der Haftung der anorganischen Komponenten an Polymerfasern als Substrat kann es vorteilhaft sein, den eingesetzten Suspensionen Haftvermittler, wie z. B. organofunktionelle Silane oder auch reine Oxide wie ZrO2, TiO2, SiO2 oder Al2O3 beizufügen. Wobei das Beifügen der Haftvermittler insbesondere zu Suspensionen auf Basis von polymeren Solen bevorzugt ist. Als Haftvermittler sind insbesondere Verbindungen, ausgewählt aus den Octylsilanen, den fluorierten Octylsilanen, den Vinylsilanen, den aminfunktionalisierten Silanen und/oder den Glycidyl-funktionalisierten Silanen, wie z. B. die Dynasilane der Fa. Degussa einsetzbar. Besonders bevorzugte Haftvermittler für Polytetrafluorethylen (PTFE) sind z. B. Fluorierte Octylsilane, für Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) sind es Vinyl-, Methyl- und Octylsilane, wobei eine ausschließliche Verwendung von Methylsilanen nicht optimal ist, für Polyamide und Polyamine sind es Aminfunktionelle Silane, für Polyacrylate und Polyester sind es Glycidyl-funktionalisierte Silane und für Polyacrylnitril kann man auch Glycidylfunktionalisierte Silane einsetzen. Auch andere Haftvermittler sind einsetzbar, die aber auf die jeweiligen Polymere abgestimmt sein müssen. Der in WO 99/15262 beschriebene Zusatz von Methyltriethoxysilan zum Solsystem bei der Beschichtung von polymeren Trägermaterialien ist eine vergleichsweise schlechte Lösung des Problems der Haftfestigkeit von Keramik auf Polymerfasern. Zudem ist die Trocknungsdauer von 30 bis 120 Min. bei 60 bis 100°C bei den beschriebenen Solsystemen nicht ausreichend um hydrolysebeständige keramische Materialien zu erhalten. Das heißt diese Materialien werden sich bei längerer Lagerung in wasserhaltigen Medien auflösen bzw. sie werden beschädigt werden. Andererseits würde die in WO 99/15262 beschriebene Temperaturbehandlung von über 350°C zu einem Verbrennen des hier verwendeten Polymervlieses und damit zur Zerstörung des Verbundwerkstoffes führen. Die Haftvermittler müssen also so ausgewählt werden, dass die Verfestigungstemperatur unterhalb des Schmelz- oder Erweichungspunktes des Polymeren und unterhalb dessen Zersetzungstemperatur liegt. Bevorzugt weisen erfindungsgemäße Suspensionen deutlich weniger als 25 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 10 Gew.-% Verbindungen auf, die als Haftvermittler fungieren können. Ein optimaler Anteil an Haftvermittler ergibt sich aus der Beschichtung der Fasern und/oder Partikel mit einer monomolekularen Lage des Haftvermittlers. Die hierzu benötigte Menge an Haftvermittler in Gramm kann durch Multiplizieren der Menge der eingesetzten Oxide, beziehungsweise der Fasern (in g) mit der spezifischen Oberfläche der Materialien (in m2g-1) und anschließendes Dividieren durch den spezifischen Platzbedarf der Haftvermittler (in m2g-1) erhalten werden, wobei der spezifische Platzbedarf häufig in der Größenordnung von 300 bis 400 m2 g-1 liegt. To improve the adhesion of the inorganic components to polymer fibers as a substrate, it may be advantageous to add adhesion promoters, such as e.g. B. organofunctional silanes or pure oxides such as ZrO 2 , TiO 2 , SiO 2 or Al 2 O 3 . The addition of the adhesion promoters, in particular to suspensions based on polymeric sols, is preferred. In particular, compounds selected from the octylsilanes, the fluorinated octylsilanes, the vinylsilanes, the amine-functionalized silanes and / or the glycidyl-functionalized silanes, such as, for. B. the Dynasilane from Degussa can be used. Particularly preferred adhesion promoters for polytetrafluoroethylene (PTFE) are e.g. B. fluorinated octylsilanes, for polyethylene (PE) and polypropylene (PP) it is vinyl, methyl and octylsilanes, whereby the exclusive use of methylsilanes is not optimal, for polyamides and polyamines it is amine-functional silanes, for polyacrylates and polyesters Glycidyl-functionalized silanes and for polyacrylonitrile it is also possible to use glycidyl-functionalized silanes. Other adhesion promoters can also be used, but these have to be matched to the respective polymers. The addition of methyltriethoxysilane described in WO 99/15262 to the sol system in the coating of polymeric carrier materials is a comparatively poor solution to the problem of the adhesive strength of ceramics on polymer fibers. In addition, the drying time of 30 to 120 minutes at 60 to 100 ° C. is not sufficient for the sol systems described in order to obtain hydrolysis-resistant ceramic materials. This means that these materials will dissolve or be damaged if they are stored in water-containing media for a long time. On the other hand, the temperature treatment of over 350 ° C. described in WO 99/15262 would lead to burning of the polymer fleece used here and thus to the destruction of the composite material. The adhesion promoters must therefore be selected so that the solidification temperature is below the melting or softening point of the polymer and below its decomposition temperature. Suspensions according to the invention preferably have significantly less than 25% by weight, preferably less than 10% by weight, of compounds which can act as adhesion promoters. An optimal proportion of adhesion promoter results from the coating of the fibers and / or particles with a monomolecular layer of the adhesion promoter. The amount of adhesion promoter required in grams can be obtained by multiplying the amount of oxides or fibers used (in g) by the specific surface area of the materials (in m 2 g -1 ) and then dividing by the specific space requirement of the adhesion promoter (in m 2 g -1 ) are obtained, the specific space requirement often being in the order of 300 to 400 m 2 g -1 .

Die folgende Tabelle enthält einen beispielhaften Überblick über einsetzbare Haftvermittler auf Basis von organofunktionellen Si-Verbindungen für typische als Vliesmaterial verwendete Polymere.

The following table contains an exemplary overview of usable adhesion promoters based on organofunctional Si compounds for typical polymers used as nonwoven material.

Die erfindungsgemäßen Beschichtungen werden durch Verfestigen der Suspension in und auf dem Substrat auf das Substrat aufgebracht. Erfindungsgemäß kann die auf und im Substrat vorhandene Suspension durch Erwärmen auf 50 bis 350°C verfestigt werden. Da bei der Verwendung polymerer Substratmaterialien die maximal Temperatur durch das Substrat vorgegeben wird, ist diese entsprechend anzupassen. So wird je nach Ausführungsvariante des Verfahrens die auf und im Substrat vorhandene Suspension durch Erwärmen auf 100 bis 350°C und ganz besonders bevorzugt durch Erwärmen auf 110 bis 280°C verfestigt. Es kann vorteilhaft sein, wenn das Erwärmen für 1 Sekunde bis 60 Minuten bei einer Temperatur von 100 bis 350°C erfolgt. Besonders bevorzugt erfolgt das Erwärmen der Suspension zum Verfestigen auf eine Temperatur von 110 bis 300°C, ganz besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 110 bis 280°C und vorzugsweise für 0,5 bis 10 Min. The coatings according to the invention are made by solidifying the suspension in and on the substrate applied to the substrate. According to the invention on and in the substrate existing suspension can be solidified by heating to 50 to 350 ° C. Since at the Using polymeric substrate materials the maximum temperature through the substrate is specified, it must be adjusted accordingly. Depending on the version of the Process the suspension on and in the substrate by heating to 100 to 350 ° C and very particularly preferably solidified by heating to 110 to 280 ° C. It can be beneficial if heating for 1 second to 60 minutes at a temperature of 100 to 350 ° C takes place. The suspension is particularly preferably heated to Solidify to a temperature of 110 to 300 ° C, most preferably at one Temperature from 110 to 280 ° C and preferably for 0.5 to 10 minutes.

Bei der Verfestigung des Verbundwerkstoffes kann es je nach gewählter Temperaturhöhe bei einigen Polymermaterialien unter dem Temperatureinfluss zu Veränderungen in der chemischen Struktur kommen, so dass anschließend die Polymere nicht mehr in ihrem Ausgangszustand bzw. -modifikation vorliegen. So kann es zu einer teilweisen Karbonisierung von Polyimiden oder zur Bildung sogenannter Leiterpolymere bei Polyacrylnitril mit nachfolgender teilweiser Karbonisierung kommen. Diese Effekte führen immer zu einer Veränderung der Eigenschaften der Substrate. Dies kann je nach Anwendung auch speziell beabsichtigt werden, da dadurch beispielsweise die Lösemittel-, Säure- und Laugebeständigkeit erhöht werden kann. Der Grad der Umwandlung kann dabei über Temperatur und Zeit beeinflusst werden. When the composite material solidifies, it can be depending on the selected temperature level some polymer materials under the influence of temperature to changes in the chemical structure, so that the polymers no longer in their Initial state or modification exist. This can lead to partial carbonization of polyimides or to form so-called conductor polymers with polyacrylonitrile subsequent partial carbonization. These effects always lead to one Change in the properties of the substrates. Depending on the application, this can also be special are intended, as this would, for example, make it resistant to solvents, acids and alkalis can be increased. The degree of conversion can vary over temperature and time to be influenced.

Das erfindungsgemäße Erwärmen des Verbundes kann mittels erwärmter Luft, Heißluft, Infrarotstrahlung oder durch andere Erwärmungsmethoden nach dem Stand der Technik erfolgen. The heating of the composite according to the invention can be done by means of heated air, hot air, Infrared radiation or by other heating methods according to the prior art respectively.

In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die oben genannten Haftvermittler in einem vorgeschalteten Schritt auf das Substrat, insbesondere das Polymervlies aufgebracht. Hierzu werden die in einem geeigneten Lösemittel, wie z. B. Ethanol gelöst. Diese Lösung kann auch noch eine geringe Menge an Wasser, vorzugsweise die 0,5 bis 10-fache Menge bezogen auf die molare Menge der hydrolysierbaren Gruppe, und kleine Mengen einer Säure, wie z. B. HCl oder HNO3, als Katalysator für die Hydrolyse und Kondensation der Si-OR-Gruppen enthalten. Durch die bekannten Techniken, wie z. B. Aufsprühen, Aufdrucken, Aufpressen, Einpressen Aufrollen, Aufrakeln, Aufstreichen, Tauchen, Spritzen oder Aufgießen wird diese Lösung auf das Substrat aufgebracht und der Haftvermittler durch eine Temperaturbehandlung bei 50 bis maximal 350°C auf dem Substrat fixiert. Erst nach dem Aufbringen des Haftvermittlers erfolgt bei dieser Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens das Aufbringen und Verfestigen der Suspension. In a particular embodiment of the method according to the invention, the abovementioned adhesion promoters are applied to the substrate, in particular the polymer fleece, in an upstream step. For this, the in a suitable solvent, such as. B. dissolved ethanol. This solution can also contain a small amount of water, preferably 0.5 to 10 times the amount based on the molar amount of the hydrolyzable group, and small amounts of an acid, such as. B. HCl or HNO 3 , as a catalyst for the hydrolysis and condensation of the Si-OR groups. By the known techniques such. B. spraying, printing, pressing, pressing, rolling, knife coating, brushing, dipping, spraying or pouring, this solution is applied to the substrate and the adhesion promoter is fixed by a temperature treatment at 50 to a maximum of 350 ° C. on the substrate. In this embodiment of the method according to the invention, the suspension is applied and solidified only after the adhesion promoter has been applied.

In einer anderen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden haftvermittelnde Schichten in einem Vorbehandlungsschritt, bei dem ein polymeres Sol, aufgebracht und verfestigt wird, aufgebracht. Das Aufbringen und Verfestigen des polymeren Sols erfolgt vorzugsweise auf dieselbe Weise wie das Aufbringen und Verfestigen der Suspensionen. Durch das Aufbringen dieser polymeren Sole werden die Substrate, insbesondere die Polymervliese mit einem Oxid von Al, Ti, Zr oder Si als Haftvermittler ausgerüstet, wodurch das Substrat hydrophil ausgestattet wird. So ausgerüstete Substrate können dann nach dem in WO 99/15262 beschriebenen Stand der Technik bzw. wie oben beschrieben mit einer porösen Beschichtung ausgerüstet werden, wobei durch die Vorbehandlung eine deutlich bessere Haftung der Beschichtung, insbesondere auf Polymervliesen beobachtet werden kann. In another embodiment variant of the method according to the invention adhesion-promoting layers in a pretreatment step in which a polymeric sol, applied and solidified, applied. The application and solidification of the polymer This is preferably done in the same way as the application and solidification of the Suspensions. By applying this polymeric brine, the substrates, in particular the polymer fleece with an oxide of Al, Ti, Zr or Si as an adhesion promoter equipped, whereby the substrate is made hydrophilic. So equipped substrates can then according to the prior art described in WO 99/15262 or as above described can be equipped with a porous coating, whereby by the Pretreatment a significantly better adhesion of the coating, especially on Polymer fleeces can be observed.

Ein typisches polymeres Sol für eine Vorbehandlung stellt etwa eine 0,1 bis 10 Gew.-%, und bevorzugt 0,5 bis 2 Gew.-%, alkoholische Lösung eines Metallalkoholats (wie z. B. Titanethylat oder Zirkoniumpropylat) dar, das noch zusätzlich 0,5 bis 10 mol-Anteile Wasser sowie geringe Mengen einer Säure als Katalysator enthalten kann. Nach Aufbringen eines solchen Sols auf das Substrat werden die Substrate, vorzugsweise Polymervliese bei einer Temperatur von maximal 350°C behandelt. Dabei entsteht ein dichter Film aus einem Metalloxid um die Substratfasern herum, wodurch eine Infiltration des Substrates mit einer Suspension bzw. einem Schlicker auf Basis eines kommerziellen Zirkonnitratsols oder Silicasols ohne Benetzungsschwierigkeiten möglich ist. A typical polymeric sol for pretreatment is about 0.1 to 10% by weight, and preferably 0.5 to 2% by weight, alcoholic solution of a metal alcoholate (such as Titanium ethylate or zirconium propylate), which additionally 0.5 to 10 mol parts of water and may contain small amounts of an acid as a catalyst. After applying one such sols on the substrate, the substrates, preferably polymer fleece in a Treated temperature of maximum 350 ° C. This creates a dense film from one Metal oxide around the substrate fibers, causing infiltration of the substrate with a Suspension or a slip based on a commercial zirconium nitrate sol or Silicasols is possible without wetting difficulties.

Da polymere Sole eher dichte Filme bilden als partikuläre und die partikulären Sole zudem immer größere Mengen an Wasser im Porengefüge der Zwischenkornvolumina besitzen, ist es einfacher polymere Sole zu trocknen als partikulärer Sole. Trotzdem müssen die Verbundwerkstoffe bei Temperaturen von über 150°C getrocknet werden, damit das keramische Material eine genügend gute Haftfestigkeit auf dem Träger erhält. Besonders gute Haftfestigkeiten lassen sich bei einer Temperatur von mindesten 200°C und ganz besonders gute Festigkeiten bei einer Temperatur von mindestens 250°C erzielen. Allerdings sind hierfür dann entsprechend temperaturstabile Polymere zwingend erforderlich, wie etwa Polyethylenterephthalat (PET), Polyacrylnitril (PAN), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polyamid (PA). Ist das Substrat nicht genügend temperaturstabil, so kann durch eine Vortrocknung bei geringeren Temperatur (bis 100°C) zunächst eine Vorverfestigung des Verbundwerkstoffes erfolgen. Bei der Nachverfestigung bei erhöhter Temperatur wirkt dann die Keramikschicht als Stütze für den Support, so dass es nicht mehr zu einem Wegschmelzen des Substrates kommen kann. Diese Verfahrensparameter gelten nicht nur für das Aufbringen und Verfestigen eines polymeren Sols z. B. als Haftvermittler sondern auch für das Aufbringen und Verfestigen von Suspensionen auf Basis von polymeren Solen. Because polymer sols tend to form dense films than particulate sols, and particulate sols it is always larger quantities of water in the pore structure of the intermediate grain volumes easier to dry polymeric brine than particulate brine. Still, they have to Composites are dried at temperatures above 150 ° C so that the ceramic material receives a sufficiently good adhesive strength on the carrier. Particularly good ones Adhesive strengths can be achieved at a temperature of at least 200 ° C and especially achieve good strength at a temperature of at least 250 ° C. However, are for this then correspondingly temperature-stable polymers are absolutely necessary, such as Polyethylene terephthalate (PET), polyacrylonitrile (PAN), polytetrafluoroethylene (PTFE), Polyvinylidene fluoride (PVDF) or polyamide (PA). If the substrate is not enough temperature stable, can be pre-dried at a lower temperature (up to 100 ° C) the composite material is first pre-consolidated. When consolidating at then the ceramic layer acts as a support for the support so that it does not more of the substrate can melt away. These process parameters apply not only for the application and solidification of a polymeric sol z. B. as an adhesion promoter but also for the application and solidification of suspensions based on polymers Solen.

Durch beide Ausführungsarten des Aufbringens eines Haftvermittlers vor dem eigentlichen Aufbringen der Suspension kann das Haftverhalten der Substrate insbesondere gegenüber wässrigen, partikulären Solen verbessert werden, weshalb insbesondere so vorbehandelte Substrate mit Suspensionen auf Basis von handelsüblichen Solen, wie z. B. Zirkonnitratsol oder Silicasol erfindungsgemäß beschichtet werden können. Diese Vorgehensweise des Aufbringens eines Haftvermittlers bedeutet aber auch, dass das Herstellverfahren des Verbundwerkstoffes um einen Zwischen- bzw. Vorbehandlungsschritt erweitert werden muss. Dies ist machbar allerdings auch aufwendiger als die Verwendung von angepassten Solen denen Haftvermittler beigegeben wurden, hat aber auch den Vorteil, dass auch beim Einsatz von Suspensionen auf Basis von handelsüblichen Solen bessere Ergebnisse erzielt werden. By both types of application of an adhesion promoter before the actual one Applying the suspension can particularly adversely affect the adhesive behavior of the substrates aqueous, particulate sols can be improved, which is why pretreated in particular Substrates with suspensions based on commercially available sols, such as. B. Zirconium nitrate sol or silica sol can be coated according to the invention. This approach of Applying an adhesion promoter also means that the manufacturing process of the Composite material must be expanded by an intermediate or pretreatment step. This is feasible, however, also more complex than the use of adapted brines to which adhesion promoters have been added, but also has the advantage that when used better results are obtained from suspensions based on commercially available brines.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann z. B. so durchgeführt werden, dass das Substrat von einer Rolle abgerollt wird, mit einer Geschwindigkeit von 1 m/h bis 2 m/s, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 0,5 m/min. bis 20 m/min und ganz besonders bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min bis 5 m/min durch zumindest eine Apparatur, welche die Suspension auf und in den Support bringt, wie z. B. eine Walze und zumindest eine weitere Apparatur, welche das Verfestigen der Suspension auf und in dem Support durch Erwärmen ermöglicht, wie z. B. eine elektrisch beheizter Ofen, durchläuft und der so hergestellte Verbundwerkstoff auf einer zweiten Rolle aufgerollt wird. Auf diese Weise ist es möglich, den erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff im Durchlaufverfahren herzustellen. Auch die Vorbehandlungsschritte können im Durchlaufverfahren unter Beibehaltung der genannten Parameter durchgeführt werden. The inventive method can, for. B. be carried out so that the substrate of a roll is unrolled, at a speed of 1 m / h to 2 m / s, preferably with a speed of 0.5 m / min. up to 20 m / min and very particularly preferably with a Velocity from 1 m / min to 5 m / min by at least one apparatus which the Suspension on and in the support, such as B. a roller and at least one other Apparatus which solidifies the suspension on and in the support by heating enables such. B. passes through an electrically heated oven and the so produced Composite material is rolled up on a second roll. In this way it is possible to Manufacture composite material according to the invention in a continuous process. Also the Pretreatment steps can be carried out in a continuous process while maintaining the above Parameters are carried out.

Als Verbundwerkstoff werden vorzugsweise solche Werkstoffe oder Membrane eingesetzt, die mittlere Porenweiten von 5 bis 5000 nm, besonders bevorzugt von 10 bis 1000 nm und ganz besonders bevorzugt von 100 bis 800 nm aufweisen. Entsprechend der gewünschten Porengröße wird, wie dem Fachmann bekannt, eine geeignete Partikelgröße des keramischen Pulvers im Sol/Schlicker eingesetzt. Those materials or membranes are preferably used as the composite material average pore sizes from 5 to 5000 nm, particularly preferably from 10 to 1000 nm and entirely particularly preferably have from 100 to 800 nm. According to the desired one As is known to the person skilled in the art, pore size becomes a suitable particle size of the ceramic Powder used in the sol / slip.

Im Folgenden wird eine erfindungsgemäße Membranelektrodeneinheit beschrieben. Die flexible Membranelektrodeneinheit für eine Brennstoffzelle umfasst eine Anodenschicht und eine Kathodenschicht, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten einer für die Reaktionskomponenten der Brennstoffzellenreaktion undurchlässigen, protonenleitfähigen, flexiblen Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle vorgesehen sind, wobei die Elektrolytmembran einen flexiblen, stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff als Träger umfasst, der ein flächiges, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenes, flexibles Substrat mit einer auf und in diesem Substrat befindlichen Beschichtung aufweist, wobei das Material des Substrates ausgewählt ist aus gewebten oder ungewebten Polymerfasern und die Beschichtung eine poröse, keramische Beschichtung ist, und wobei der Träger mit einem protonenleitfähigen Material durchsetzt ist, das geeignet ist, selektiv Protonen durch die Membran zu leiten, und wobei die Anodenschicht und die Kathodenschicht porös sind und jeweils einen Katalysator für die Anoden- und Kathodenreaktion, eine protonenleitfähige Komponente und gegebenenfalls einen Katalysatorträger umfassen. A membrane electrode unit according to the invention is described below. The Flexible membrane electrode assembly for a fuel cell comprises an anode layer and a cathode layer, each on opposite sides for the Reaction components of the fuel cell reaction impermeable, proton conductive, flexible electrolyte membrane are provided for a fuel cell, the Electrolyte membrane comprises a flexible, permeable composite material as a carrier, which has a flat substrate with a plurality of openings and a flexible substrate and coating located in this substrate, wherein the material of the substrate is selected from woven or non-woven polymer fibers and the coating one is porous, ceramic coating, and wherein the carrier with a proton conductive Is penetrated material that is capable of selectively guiding protons through the membrane, and wherein the anode layer and the cathode layer are porous and each have a catalyst for the anode and cathode reaction, a proton conductive component and optionally comprise a catalyst carrier.

Die protonenleitfähige Komponente der Anoden- und/oder Kathodenschicht und/oder das protonenleitfähige Material der Elektrolytmembran umfasst jeweils vorzugsweise

  • a) eine immobilisierte Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon sowie gegebenenfalls ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium und/oder Phosphor, und/oder
  • b) eine Brönstedsäure und ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor und/oder
  • c) Zirkonium- und/oder Titan-Phosphate, -Phosphonate und/oder Sulfoarylphosphonate sowie gegebenenfalls ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium und/oder Phosphor als Netzwerkbildner.
The proton-conductive component of the anode and / or cathode layer and / or the proton-conductive material of the electrolyte membrane each preferably comprises
  • a) an immobilized hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof and optionally an oxide of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus, and / or
  • b) a Bronsted acid and an oxide of aluminum, silicon, titanium, zirconium, and / or phosphorus and / or
  • c) zirconium and / or titanium phosphates, phosphonates and / or sulfoaryl phosphonates and optionally an oxide of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus as a network former.

Die Brönstedsäure kann z. B. Schwefelsäure, Phosphorsäure, Perchlorsäure, Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure, schweflige Säure, phosphorige Säure sowie Ester davon und/oder eine monomere oder polymere organische Säure sein. The Bronsted acid can e.g. B. sulfuric acid, phosphoric acid, perchloric acid, nitric acid, Hydrochloric acid, sulfurous acid, phosphorous acid and esters thereof and / or one be monomeric or polymeric organic acid.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors oder ein Salz davon eine siliziumorganische Verbindung der allgemeinen Formeln

[{(RO)y(R2)z}aSi{R1-SO3 -}a]xMx+ (I)

oder

[(RO)y(R2)zSi{R1-Ob-P(OcR3)O2 -}a]xMx+ (II)

wobei R1 für eine lineare oder verzweigte Alkyl- oder Alkylengruppe mit 1 bis 12 C-Atomen, eine Cycloalkylgruppe mit 5 bis 8 C-Atomen oder eine Einheit der allgemeinen Formel n


steht,
wobei n, m jeweils für eine ganze Zahl von 0 bis 6 steht,
M für H, NH4 oder ein Metall steht,
x = 1 bis 4,
y = 1 bis 3, z = 0 bis 2 und a = 1 bis 3 bedeuten, mit der Maßgabe, dass
y + z = 4 - a ist,
b, c = 0 oder 1,
R, R2 gleich oder verschieden sind und für Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butylreste oder H stehen und
R3 für M oder einen Methyl-, Ethyl-, Propyl- oder Butylrest steht.
In a preferred embodiment, the hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof is an organosilicon compound of the general formulas

[{(RO) y (R 2 ) z } a Si {R 1 -SO 3 - } a ] x M x + (I)

or

[(RO) y (R 2 ) z Si {R 1 -O b -P (O c R 3 ) O 2 - } a ] x M x + (II)

where R 1 is a linear or branched alkyl or alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 8 carbon atoms or a unit of the general formula n


stands,
where n, m each represents an integer from 0 to 6,
M represents H, NH 4 or a metal,
x = 1 to 4,
y = 1 to 3, z = 0 to 2 and a = 1 to 3, with the proviso that
y + z = 4 - a,
b, c = 0 or 1,
R, R 2 are the same or different and stand for methyl, ethyl, propyl, butyl or H and
R 3 represents M or a methyl, ethyl, propyl or butyl radical.

Die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors ist vorzugsweise Trihydroxysilylpropylsulfonsäure, Trihydroxysilylpropylmethylphosphonsäure oder Dihydroxysilylpropylsulfondisäure. Vorzugsweise ist die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors oder ein Salz davon mit einer hydrolysierten Verbindung des Phosphors oder einem hydrolysierten Nitrat, Oxynitrat, Chlorid, Oxychlorid, Carbonat, Alkoholat, Acetat, Acetylacetonat eines Metalls oder Halbmetalls immobilisiert. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder des Phosphors oder ein Salz davon mit einer hydrolysierten Verbindung, erhalten aus Titanpropylat, Titanethylat, Tetraethylorthosilikat (TEOS) oder Tetramethylorthosilikat (TMOS), Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat, Zirkoniumacetylacetonat, Phosphorsäuremethylester, Diethylphosphit (DEP) oder Diethylethylphosphonat (DEEP) immobilisiert. The hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus is preferred Trihydroxysilylpropylsulfonic acid, trihydroxysilylpropylmethylphosphonic acid or Dihydroxysilylpropylsulfondisäure. The hydroxysilylalkyl acid is preferably sulfur or phosphorus or a salt thereof with a hydrolyzed compound of the phosphorus or a hydrolyzed nitrate, oxynitrate, chloride, oxychloride, carbonate, alcoholate, acetate, Acetylacetonate of a metal or semi-metal immobilized. In another preferred The embodiment is the hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or Salt thereof with a hydrolyzed compound obtained from titanium propylate, titanium ethylate, Tetraethyl orthosilicate (TEOS) or tetramethyl orthosilicate (TMOS), zirconium nitrate, Zirconium oxynitrate, zirconium propylate, zirconium acetate, zirconium acetylacetonate, Phosphoric acid methyl ester, diethyl phosphite (DEP) or diethyl ethyl phosphonate (DEEP) immobilized.

Die protonenleitfähige Komponente der Anoden- und/oder Kathodenschicht kann außerdem protonenleitende Stoffe aufweisen, ausgewählt aus den Titanphosphaten, Titanphosphonaten, Zirkoniumphosphaten, Zirkoniumphosphonaten, Iso- und Heteropolysäuren, vorzugsweise Wolframphosphorsäure oder Siliziumwolframsäure, oder nanokristallinen Metalloxiden, wobei Al2O3-, ZrO2-, TiO2- oder SiO2-Pulver bevorzugt sind. The proton-conductive component of the anode and / or cathode layer may also include proton-conducting materials selected from titanium phosphates, Titanphosphonaten, zirconium phosphates, Zirkoniumphosphonaten, iso- and heteropoly acids, preferably tungstophosphoric acid or silicotungstic acid, or nano-crystalline metal oxides and Al 2 O 3 - ZrO 2 -, TiO 2 or SiO 2 powder are preferred.

Die erfindungsgemäße Membranelektrodeneinheit kann vorzugsweise in einer Brennstoffzelle bei einer Temperatur von mindestens 80°C, vorzugsweise bei mindestens 100°C, und ganz besonders bevorzugt bei mindestens 120°C betrieben werden. Die erfindungsgemäße Membranelektrodeneinheit toleriert vorzugsweise einen Biegeradius von mindestens 5000 mm, bevorzugt 100 mm, insbesondere von mindestens 50 mm und besonders bevorzugt von mindestens 20 mm. Ganz besonders bevorzugt toleriert die erfindungsgemäße Membranelektrodeneinheit einen Biegeradius von mindestens 5 mm. The membrane electrode assembly according to the invention can preferably be used in a fuel cell at a temperature of at least 80 ° C, preferably at least 100 ° C, and completely are particularly preferably operated at at least 120 ° C. The invention Membrane electrode unit preferably tolerates a bending radius of at least 5000 mm, preferably 100 mm, in particular of at least 50 mm and particularly preferably of at least 20 mm. The inventive method very particularly preferably tolerates Membrane electrode unit has a bending radius of at least 5 mm.

In einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membranelektrodeneinheit weisen die protonenleitfähige Komponente der Anodenschicht und Kathodenschicht und das protonenleitfähige Material der Elektrolytmembran die gleiche Zusammensetzung auf. Andererseits ist es auch möglich, dass die protonenleitfähige Komponente der Anodenschicht und/oder der Kathodenschicht und/oder der Membran unterschiedlich sind. In a special embodiment of the membrane electrode unit according to the invention have the proton conductive component of the anode layer and cathode layer and that proton conductive material of the electrolyte membrane has the same composition. On the other hand, it is also possible for the proton-conductive component of the anode layer and / or the cathode layer and / or the membrane are different.

Der Katalysator kann auf der Anoden- und Kathodenseite gleich sein, in der bevorzugten Ausführungsform ist er aber unterschiedlich. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Katalysatorträger in der Anodenschicht und in der Kathodenschicht elektrisch leitfähig. The catalyst may be the same on the anode and cathode sides, in the preferred one The embodiment is different. In a preferred embodiment, the Catalyst carrier in the anode layer and in the cathode layer electrically conductive.

Zur Herstellung der Membranelektrodeneinheit wird eine Elektrolytmembran durch ein geeignetes Verfahren mit dem katalytisch aktiven Elektrodenmaterial beschichtet. To manufacture the membrane electrode assembly, an electrolyte membrane is inserted through a suitable process coated with the catalytically active electrode material.

Die Elektrolytmembran kann auf verschiedenen Wegen mit der Elektrode versehen werden. Die Art und Weise sowie die Reihenfolge, wie das elektrisch leitfähige Material, Katalysator, Elektrolyt und ggf. weitere Additive auf die Membran aufgebracht werden steht im Belieben des Fachmanns. Es ist lediglich darauf zu achten, dass die Grenzfläche Gasraum/Katalysator(Elektrode)/Elektrolyt gebildet wird. In einem speziellen Fall wird auf das elektrisch leitfähige Material als Katalysatorträger verzichtet, in diesem Fall sorgt der elektrisch leitfähige Katalysator direkt für die Ableitung der Elektronen aus der Membranelektrodeneinheit. The electrolyte membrane can be provided with the electrode in various ways. The way and the order of how the electrically conductive material, catalyst, Electrolyte and any other additives that may be applied to the membrane are at will of the specialist. You just have to make sure that the interface Gas space / catalyst (electrode) / electrolyte is formed. In a special case, the electrically conductive material is omitted as a catalyst carrier, in this case the electrically conductive catalyst directly for the derivation of the electrons from the Membrane electrode assembly.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Membranelektrodeneinheit umfasst die folgenden Schritte:

  • A) Bereitstellung einer für die Reaktionskomponenten der Brennstoffzellenreaktion undurchlässigen, protonenleitfähigen, flexiblen Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle, insbesondere einer erfindungsgemäßen Elektrolytmembran, wobei die Elektrolytmembran, als Träger einen flexiblen, stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff umfasst, der ein flächiges, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenes, flexibles Substrat mit einer auf und in diesem Substrat befindlichen Beschichtung aufweist, wobei das Material des Substrates ausgewählt ist aus gewebten oder ungewebten Polymerfasern und die Beschichtung eine poröse, keramische Beschichtung ist und wobei der Träger mit einem protonenleitfähigen Material durchsetzt ist, das geeignet ist, selektiv Protonen durch die Membran zu leiten,
  • B) Bereitstellung jeweils eines Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht und einer Kathodenschicht, wobei das Mittel jeweils umfasst:
    • 1. eine kondensierbare Komponente, die nach der Kondensation der Elektrodenschicht Protonenleitfähigkeit verleiht,
    • 2. einen Katalysator, der die Anodenreaktion bzw. die Kathodenreaktion katalysiert, oder eine Vorstufenverbindung des Katalysators,
    • 3. gegebenenfalls einen Katalysatorträger und
    • 4. gegebenenfalls einen Porenbildner,
  • C) Aufbringen der Mittel aus Stufe (B) auf jeweils eine Seite der Elektrolytmembran aus Stufe (A) zur Bildung einer Beschichtung,
  • D) Schaffung eines festen Verbundes zwischen den Beschichtungen und der Elektrolytmembran unter Ausbildung einer porösen, protonenleitfähigen Anodenschicht oder Kathodenschicht, wobei die Ausbildung der Anodenschicht und der Kathodenschicht gleichzeitig oder nacheinander erfolgen kann.
The method according to the invention for producing a membrane electrode unit according to the invention comprises the following steps:
  • A) Provision of a proton-conductive, flexible electrolyte membrane which is impermeable to the reaction components of the fuel cell reaction, for a fuel cell, in particular an electrolyte membrane according to the invention, the electrolyte membrane, as a carrier, comprising a flexible, permeable composite material which has a flat, flexible substrate provided with a plurality of openings with a coating located on and in this substrate, wherein the material of the substrate is selected from woven or non-woven polymer fibers and the coating is a porous, ceramic coating and wherein the carrier is permeated with a proton-conductive material which is suitable for selectively protons to guide the membrane
  • B) Provision in each case of an agent for producing an anode layer and a cathode layer, the agent in each case comprising:
    • 1. a condensable component which gives proton conductivity after the condensation of the electrode layer,
    • 2. a catalyst which catalyzes the anode reaction or the cathode reaction, or a precursor compound of the catalyst,
    • 3. optionally a catalyst support and
    • 4. if necessary, a pore former,
  • C) applying the agents from stage (B) to one side of the electrolyte membrane from stage (A) to form a coating,
  • D) Creation of a firm bond between the coatings and the electrolyte membrane with the formation of a porous, proton-conductive anode layer or cathode layer, it being possible for the anode layer and the cathode layer to be formed simultaneously or in succession.

Das Aufbringen des Mittels in Schritt (C) kann z. B. durch Aufdrucken, Aufpressen, Einpressen, Aufrollen, Aufrakeln, Aufstreichen, Tauchen, Spritzen oder Aufgießen erfolgen. The application of the agent in step (C) can, for. B. by printing, pressing, Pressing in, rolling up, knife application, spreading on, dipping, spraying or pouring on.

Das Mittel gemäß Schritt (B) zur Herstellung einer Anodenschicht oder einer Kathodenschicht ist vorzugsweise eine Suspension, die erhältlich ist durch

  • 1. Herstellung eines Sols, umfassend
    eine Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors bzw. deren Salz und gegebenenfalls eine die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors bzw. deren Salz immobilisierende hydrolysierbare Verbindung des Phosphors
    oder ein hydrolysierbares Nitrat, Oxynitrat, Chlorid, Oxychlorid, Carbonat, Alkoholat, Acetat, Acetylacetonat eines Metalls oder Halbmetalls, vorzugsweise Phosphorsäuremethylester, Diethylphosphit (DEP), Diethylethylphosphonat (DEEP), Titanpropylat, Titanethylat, Tetraethylorthosilikat (TEOS) oder Tetramethylorthosilikat (TMOS), Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat oder Zirkoniumacetylacetonat,
  • 2. Dispergieren des Katalysators und gegebenenfalls des Katalysatorträgers und Porenbildners in dem Sol aus (S1).
The agent according to step (B) for producing an anode layer or a cathode layer is preferably a suspension which is obtainable from
  • 1. Preparation of a sol, comprising
    a hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or its salt and optionally a hydrolyzable compound of phosphorus immobilizing the hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or its salt
    or a hydrolyzable nitrate, oxynitrate, chloride, oxychloride, carbonate, alcoholate, acetate, acetylacetonate of a metal or semimetal, preferably methylphosphate, diethylphosphite (DEP), diethylethylphosphonate (DEEP), titanium propylate, titaniumethylate, tetraethylorthosilicate (TEOS) or tetraethyl orthosilicate (TEOS) or Zirconium nitrate, zirconium oxynitrate, zirconium propylate, zirconium acetate or zirconium acetylacetonate,
  • 2. Dispersing the catalyst and optionally the catalyst support and pore former in the sol from (S1).

Das Mittel gemäß Schritt (B) zur Herstellung einer Anodenschicht oder einer Kathodenschicht ist ganz besonders bevorzugt eine Suspension, die erhältlich ist durch

  • 1. Hydrolyse einer hydrolysierbaren Verbindung zu einem Hydrolysat, wobei die hydrolysierbare Verbindung ausgewählt ist aus
    einer hydrolysierbaren Verbindung des Phosphors oder
    hydrolysierbaren Nitraten, Oxynitraten, Chloriden, Oxychloriden, Carbonaten, Alkoholaten, Acetaten, Acetylacetonaten eines Metalls oder Halbmetalls, vorzugsweise Aluminiumalkoholaten, Vanadium-alkoholaten, Titanpropylat, Titanethylat, Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxyntrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat oder Zirkoniumacetylacetonat, oder
    Metallsäuren des Aluminiums, Siliziums, Titans, Vanadiums, Antimons, Zinns, Bleis, Chroms, Wolframs, Molybdäns, Mangans, wobei Wolframphosphorsäure und Siliziumwolframsäure bevorzugt ist,
  • 2. Peptisierung des Hydrolysats mit einer Säure zu einer Dispersion,
  • 3. Vermischen der Dispersion mit einem nanokristallinen protonenleitenden Metalloxid, vorzugsweise Al2O3-, ZrO2-, TiO2- oder SiO2-Pulver,
  • 4. Dispergieren des Katalysators und gegebenenfalls des Trägers und Porenbildners.
The agent according to step (B) for producing an anode layer or a cathode layer is very particularly preferably a suspension which is obtainable by
  • 1. hydrolysis of a hydrolyzable compound to a hydrolyzate, the hydrolyzable compound being selected from
    a hydrolyzable compound of phosphorus or
    hydrolyzable nitrates, oxynitrates, chlorides, oxychlorides, carbonates, alcoholates, acetates, acetylacetonates of a metal or semimetal, preferably aluminum alcoholates, vanadium alcoholates, titanium propylate, titanium ethylate, zirconium nitrate, zirconium oxyntrate, zirconium propylate, zirconium acetate or zirconium acetate
    Metal acids of aluminum, silicon, titanium, vanadium, antimony, tin, lead, chromium, tungsten, molybdenum, manganese, with tungsten phosphoric acid and silicon tungsten acid being preferred,
  • 2. peptizing the hydrolyzate with an acid to form a dispersion,
  • 3. Mixing the dispersion with a nanocrystalline proton-conducting metal oxide, preferably Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 or SiO 2 powder,
  • 4. Dispersing the catalyst and optionally the carrier and pore former.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die Mittel zur Herstellung einer Anodenschicht und einer Kathodenschicht in Schritt (C) aufgedruckt werden und zur Schaffung eines festen Verbundes zwischen den Beschichtungen und der Elektrolytmembran unter Ausbildung einer porösen, protonenleitfähigen Anodenschicht oder Kathodenschicht in Schritt (D) auf eine Temperatur von 20 bis 300°C, vorzugsweise 50 bis 200°C, ganz besonders bevorzugt 80 bis 150°C erwärmt wird. It can be advantageous if the means for producing an anode layer and a Cathode layer can be printed in step (C) and to create a firm bond between the coatings and the electrolyte membrane to form a porous, proton conductive anode layer or cathode layer in step (D) to a temperature from 20 to 300 ° C, preferably 50 to 200 ° C, most preferably 80 to 150 ° C is heated.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch die Schritte:

  • 1. Aufbringen des Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht oder Kathodenschicht auf eine Stützmembran, vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen,
  • 2. Antrocknen der unter (M1) erhaltenen Beschichtung,
  • 3. Aufpressen der angetrockneten Beschichtung auf die Elektrolytmembran bei einer Temperatur von 20 bis 300°C, vorzugsweise 50 bis 200°C, ganz besonders bevorzugt 80 bis 150°C,
  • 4. Entfernen der Stützmembran insbesondere durch mechanisches Ablösen, chemisches Auflösen, oder Pyrolisieren oder
  • 5. Aufbringen des Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht oder Kathodenschicht auf eine Stützmembran, vorzugsweise aus Kohlepapier oder einem elektrisch leitfähigen Vlies oder Gewebe,
  • 6. Antrocknen der unter (N1) erhaltenen Beschichtung zur Herstellung einer beschichteten Stützmembran,
  • 7. Aufpressen der beschichteten Stützmembran auf die Elektrolytmembran bei einer Temperatur von Raumtemperatur bis 300°C, vorzugsweise 50 bis 200°C, ganz besonders bevorzugt 80 bis 150°C umfassen.
The method according to the invention can also include the steps:
  • 1. Applying the agent for producing an anode layer or cathode layer to a support membrane, preferably made of polytetrafluoroethylene,
  • 2. drying of the coating obtained under (M1),
  • 3. pressing the dried coating onto the electrolyte membrane at a temperature of 20 to 300 ° C., preferably 50 to 200 ° C., very particularly preferably 80 to 150 ° C.,
  • 4. Removing the support membrane, in particular by mechanical detachment, chemical dissolving, or pyrolizing or
  • 5. applying the agent for producing an anode layer or cathode layer to a support membrane, preferably made of carbon paper or an electrically conductive fleece or fabric,
  • 6. drying of the coating obtained under (N1) to produce a coated support membrane,
  • 7. Press the coated support membrane onto the electrolyte membrane at a temperature of from room temperature to 300 ° C., preferably 50 to 200 ° C., very particularly preferably 80 to 150 ° C.

Es kann vorteilhaft sein, wenn in Schritt (B) bei der Bereitstellung jeweils eines Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht und einer Kathodenschicht das Mittel

  • a) ein Katalysatormetallsalz, vorzugsweise Hexachloroplatinsäure umfasst
  • b) nach dem Aufbringen der Mittel durch Schritt (C) das Katalysatormetallsalz zu einem Katalysator, der die Anodenreaktion oder die Kathodenreaktion katalysiert, reduziert wird,
  • c) in Schritt (D) eine offenporige Gasdiffusionselektrode, vorzugsweise ein offenporiges Kohlepapier, auf den Katalysator aufgepresst oder mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff auf den Katalysator geklebt wird.
It can be advantageous if in step (B) the agent is provided in each case when providing an agent for producing an anode layer and a cathode layer
  • a) comprises a catalyst metal salt, preferably hexachloroplatinic acid
  • b) after the application of the agents by step (C), the catalyst metal salt is reduced to a catalyst which catalyzes the anode reaction or the cathode reaction,
  • c) in step (D), an open-pore gas diffusion electrode, preferably an open-pore carbon paper, is pressed onto the catalyst or glued to the catalyst with an electrically conductive adhesive.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so durchgeführt werden, dass das Aufbringen des Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht oder Kathodenschicht wiederholt durchgeführt wird und gegebenenfalls ein Trocknungsschritt, vorzugsweise bei einer erhöhten Temperatur in einem Bereich von 50 bis 200°C, vorzugsweise von 60 bis 150°C und ganz besonders bevorzugt bei einer erhöhten Temperatur von 80 bis 120°C zwischen der wiederholten Durchführung des Aufbringens erfolgt. The inventive method can be carried out so that the application of the Repeatedly carried out by means of producing an anode layer or cathode layer and optionally a drying step, preferably at an elevated temperature in a range from 50 to 200 ° C, preferably from 60 to 150 ° C and very particularly preferably at an elevated temperature of 80 to 120 ° C between the repeated The application is carried out.

Es kann vorteilhaft sein, wenn das Aufbringen des Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht oder Kathodenschicht auf eine von einer ersten Rolle abgerollten flexiblen Elektrolytmembran oder flexiblen Stützmembran erfolgt. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn das Aufbringen des Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht oder Kathodenschicht kontinuierlich erfolgt. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn das Aufbringen des Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht oder Kathodenschicht auf eine erwärmte Elektrolyt- oder Stützmembran erfolgt. It can be advantageous if the agent is used to produce an anode layer or cathode layer on a flexible electrolyte membrane unrolled from a first roll or flexible support membrane. In particular, it can be advantageous if the Application of the agent for producing an anode layer or cathode layer done continuously. It can be particularly advantageous if the application of the agent for Production of an anode layer or cathode layer on a heated electrolyte or Support membrane is made.

Zur Schaffung eines festen Verbundes zwischen den Beschichtungen und der Elektrolytmembran wird der Verbund vorzugsweise, auf eine Temperatur von 20 bis 300°C, vorzugsweise 50 bis 200°C, ganz besonders bevorzugt 80 bis 150°C erwärmt. Das Erwärmen kann mittels erwärmter Luft, Heißluft, Infrarotstrahlung oder Mikrowellenstrahlung erfolgen. To create a firm bond between the coatings and the The composite electrolyte membrane is preferably, at a temperature of 20 to 300 ° C, preferably 50 to 200 ° C, most preferably 80 to 150 ° C heated. The warming can be done using heated air, hot air, infrared radiation or microwave radiation.

Zur Herstellung der Membranelektrodeneinheit werden in einer speziellen Ausführungsform auf der erfindungsgemäßen Elektrolytmembran die katalytisch aktiven (Gasdiffusions-)Elektroden aufgebaut. Hierzu wird eine Tinte aus einem Ruß- Katalysator-Pulver und mindestens einem protonenleitenden Material hergestellt. Die Tinte kann aber noch weitere Additive enthalten, die die Eigenschaften der Membranelektrodeneinheit verbessern. Der Ruß kann auch durch andere, elektrisch leitfähige Materialien (wie z. B. Metallpulver, Metalloxidpulver, Kohlenstoff, Kohle) ersetzt werden. In einer speziellen Ausführungsform wird als Katalysatorträger anstelle von Ruß ein Metall- oder Halbmetalloxidpulver (wie z. B. Aerosil) eingesetzt. Diese Tinte wird dann beispielsweise durch Siebdruck, Aufrakeln, Aufsprühen, Aufwalzen oder durch Tauchen auf die Membran aufgebracht. In a special embodiment, the membrane electrode assembly is manufactured on the electrolyte membrane according to the invention the catalytically active (Gas diffusion) electrodes built. For this, an ink from a soot Catalyst powder and at least one proton conductive material. The ink But can also contain other additives that have the properties of Improve membrane electrode assembly. The soot can also be caused by other, electrically conductive Materials (such as metal powder, metal oxide powder, carbon, coal) are replaced. In In a special embodiment, a metal or Semimetal oxide powder (such as Aerosil) is used. This ink is then, for example by screen printing, knife coating, spraying on, rolling on or by dipping on the membrane applied.

Die Tinte kann sämtliche protonenleitenden Materialien enthalten, die auch zur Infiltration des Trägers verwendet werden. So kann die Tinte also eine Säure oder deren Salz enthalten, die oder das durch eine chemische Reaktion im Laufe eines Verfestigungsprozesses nach dem Aufbringen der Tinte auf die Membran immobilisiert wird. Diese Säure kann also z. B. einfache Brönstedsäure, wie Schwefel- oder Phosphorsäure, oder aber eine Silylsulfon- oder Silylphosphonsäure sein. Als Materialien, die die Verfestigung der Säure unterstützen, können z. B. Al2O3, SiO2, ZrO2, TiO2 dienen, die auch über molekulare Vorstufen der Tinte zugesetzt werden. The ink can contain all proton-conducting materials that are also used to infiltrate the carrier. The ink can thus contain an acid or its salt, which is immobilized by a chemical reaction in the course of a solidification process after the ink has been applied to the membrane. So this acid can e.g. B. simple Bronsted acid, such as sulfuric or phosphoric acid, or a silylsulfonic or silylphosphonic acid. As materials that support the solidification of the acid, for. B. Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 are used, which are also added via molecular precursors of the ink.

Im Gegensatz zu dem protonenleitfähigen Material der Elektrolytmembran, das für die Reaktionskomponenten der Brennstoffzellenreaktion undurchlässig sein muss, müssen sowohl Kathode als auch Anode eine große Porosität aufweisen, damit die Reaktionsgase, wie Wasserstoff und Sauerstoff, ohne Stofftransporthemmung an die Grenzfläche von Katalysator und Elektrolyt herangeführt werden können. Diese Porosität lässt sich beispielsweise durch Verwendung von Metalloxidpartikeln mit einer geeigneten Partikelgröße sowie von organischen Porenbildnern in der Tinte oder durch einen geeigneten Lösemittelanteil in der Tinte beeinflussen. In contrast to the proton conductive material of the electrolyte membrane, which for the Reaction components of the fuel cell reaction must be impermeable, both Both cathode and anode have a large porosity so that the reaction gases, such as Hydrogen and oxygen, without inhibiting mass transfer to the catalyst interface and electrolyte can be introduced. This porosity can be measured, for example Use of metal oxide particles with a suitable particle size and of organic pore formers in the ink or by a suitable solvent content in the Affect ink.

Als spezielle Tinte kann ein Mittel verwendet werden, das folgende Komponenten umfasst:

  • 1. eine kondensierbare Komponente, die nach der Kondensation einer Anodenschicht oder einer Kathodenschicht einer Membranelektrodeneinheit einer Brennstoffzelle Protonenleitfähigkeit verleiht,
  • 2. einen Katalysator, der die Anodenreaktion oder die Kathodenreaktion in einer Brennstoffzelle katalysiert, oder eine Vorläuferverbindung des Katalysators,
  • 3. gegebenenfalls einen Katalysatorträger
  • 4. gegebenenfalls einen Porenbildner und
  • 5. gegebenenfalls Additive zur Verbesserung von Schaumverhalten, Viskosität und Haftung.
A medium comprising the following components can be used as the special ink:
  • 1. a condensable component which, after the condensation of an anode layer or a cathode layer of a membrane electrode assembly, imparts proton conductivity to a fuel cell,
  • 2. a catalyst which catalyzes the anode reaction or the cathode reaction in a fuel cell, or a precursor compound of the catalyst,
  • 3. optionally a catalyst support
  • 4. if necessary, a pore former and
  • 5. optionally additives to improve foam behavior, viscosity and adhesion.

Die kondensierbare Komponente, die nach der Kondensation der Anodenschicht oder der Kathodenschicht Protonenleitfähigkeit verleiht, wird vorzugsweise ausgewählt aus

  • A) hydrolysierbaren Verbindung des Phosphors und/oder
    hydrolysierbaren Nitraten, Oxynitraten, Chloriden, Oxychloriden, Carbonaten, Alkoholaten, Acetaten, Acetylacetonaten eines Metalls oder Halbmetalls, vorzugsweise Aluminiumalkoholaten, Vanadium-alkoholaten, Titanpropylat, Titanethylat, Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat oder Zirkoniumacetylacetonat, und/oder
    Metallsäuren des Aluminiums, Titans, Vanadiums, Antimons, Zinns, Bleis, Chroms, Wolframs, Molybdäns, Mangans, wobei Wolframphosphorsäure und Siliziumwolframsäure bevorzugt sind, und/oder
  • B) einer immobilisierbaren Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon und in einer besonders bevorzugten Ausführungsform zusätzlich eine die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors bzw. deren Salz immobilisierende hydrolysierbare Verbindung des Phosphors oder ein hydrolisierbares Nitrat, Oxynitrat, Chlorid, Oxychlorid, Carbonat, Alkoholat, Acetat, Acetylacetonat eines Metalls oder Halbmetalls, vorzugsweise Phosphorsäuremethylester, Diethylphosphit (DEP), Diethylethylphosphonat (DEEP) Titanpropylat, Titanethylat, Tetraethylorthosilikat (TEOS) oder Tetramethylorthosilikat (TMOS), Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat oder Zirkoniumacetylacetonat.
The condensable component which imparts proton conductivity to the anode layer or the cathode layer after the condensation is preferably selected from
  • A) hydrolyzable compound of phosphorus and / or
    hydrolyzable nitrates, oxynitrates, chlorides, oxychlorides, carbonates, alcoholates, acetates, acetylacetonates of a metal or semimetal, preferably aluminum alcoholates, vanadium alcoholates, titanium propylate, titanium ethylate, zirconium nitrate, zirconium oxynitrate, zirconium propylate, zirconium acetate or zirconium acetate or zirconium acetate
    Metal acids of aluminum, titanium, vanadium, antimony, tin, lead, chromium, tungsten, molybdenum, manganese, with tungsten phosphoric acid and silicon tungsten acid being preferred, and / or
  • B) an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof and, in a particularly preferred embodiment, additionally a hydrolyzable compound of phosphorus immobilizing the hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or its salt or a hydrolyzable nitrate, oxynitrate, chloride, oxychloride, carbonate, alcoholate , Acetate, acetylacetonate of a metal or semimetal, preferably methyl phosphate, diethylphosphite (DEP), diethylethylphosphonate (DEEP) titanium propylate, titanium ethylate, tetraethylorthosilicate (TEOS) or tetramethylorthosilicate (TMOS), zirconium nitrate, zirconium oxynium acetate, zirconium oxonium acetate.

Die Tinte kann aber zur Erhöhung der Protonenleitfähigkeit auch nanoskalige Oxide, wie z. B. von Aluminium, Titan, Zirkonium oder Silizium, oder aber Zirkonium- oder Titanphosphate oder -phosphonate enthalten. However, the ink can also be used to increase the proton conductivity, nanoscale oxides such. B. of aluminum, titanium, zirconium or silicon, or zirconium or titanium phosphates contain or -phosphonates.

Der Katalysator oder die Vorstufenverbindung des Katalysators umfasst vorzugsweise Platin, Palladium und/oder Ruthenium oder eine Legierung, die eine oder mehrere dieser Metalle enthält. The catalyst or the precursor compound of the catalyst preferably comprises platinum, Palladium and / or ruthenium or an alloy containing one or more of these metals contains.

Der Porenbildner, der gegebenenfalls in der Tinte enthalten ist, kann ein organischer und/oder anorganischer Stoff sein, der sich bei einer Temperatur zwischen 50 und 300°C und bevorzugt zwischen 100 und 200°C zersetzt. Insbesondere kann der anorganische Porenbildner Ammoniumcarbonat oder Ammoniumbicarbonat sein. The pore former, which is optionally contained in the ink, can be an organic and / or be inorganic substance, which is preferred at a temperature between 50 and 300 ° C. decomposed between 100 and 200 ° C. In particular, the inorganic pore former Be ammonium carbonate or ammonium bicarbonate.

Der Katalysatorträger, der gegebenenfalls in der Tinte enthalten ist, ist vorzugsweise elektrisch leitfähig und umfasst vorzugsweise Ruß, Metallpulver, Metalloxidpulver, Kohlenstoff oder Kohle. The catalyst support, which is optionally contained in the ink, is preferably electrical conductive and preferably comprises carbon black, metal powder, metal oxide powder, carbon or Coal.

In einer weiteren Ausführungsform kann ein vorgefertigter Gasverteiler, der die Gasdiffusionselektrode, bestehend aus elektrisch leitfähigem Material (z. B. ein poröses Kohlevlies), Katalysator und Elektrolyt enthält, direkt auf die Membran aufgebracht werden. Im einfachsten Fall erfolgt die Fixierung von Gasverteiler und Membran durch ein Pressverfahren. Hierzu ist es erforderlich, dass Membran oder Gasverteiler bei der Presstemperatur thermoplastische Eigenschaften aufweisen. Der Gasverteiler kann aber auch durch einen Klebstoff auf der Membran fixiert werden. Dieser Klebstoff muss ionenleitende Eigenschaften aufweisen und kann prinzipiell aus den bereits oben genannten Materialklassen bestehen. Beispielsweise kann als Klebstoff ein Metalloxidsol eingesetzt werden, das zusätzlich eine Hydroxysilylsäure enthält. Schließlich kann der Gasverteiler aber auch "in situ" bei der letzten Stufe der Membran- oder Gasdiffusionselektrodenherstellung aufgebracht werden. In dieser Stufe ist das protonenleitende Material im Gasverteiler oder in der Membran noch nicht ausgehärtet und lässt sich als Klebstoff nutzen. Der Klebevorgang erfolgt in beiden Fällen durch eine Gelierung des Sols mit anschließender Trocknung/Verfestigung. In a further embodiment, a prefabricated gas distributor, the Gas diffusion electrode consisting of an electrically conductive material (e.g. a porous Carbon fleece), catalyst and electrolyte contains, are applied directly to the membrane. In the simplest case, the gas distributor and membrane are fixed by a Pressing process. For this it is necessary that the membrane or gas distributor at the Press temperature have thermoplastic properties. The gas distributor can also be fixed on the membrane by an adhesive. This adhesive must be ion-conductive Have properties and can in principle from the material classes already mentioned above consist. For example, a metal oxide sol can be used as the adhesive additionally contains a hydroxysilyl acid. Finally, the gas distributor can also "in situ" applied in the final stage of membrane or gas diffusion electrode manufacture become. At this stage, the proton-conducting material is in the gas distributor or in the membrane not yet cured and can be used as an adhesive. The gluing process takes place in both Precipitation by gelation of the sol followed by drying / solidification.

Es ist aber auch möglich den Katalysator direkt auf der Membran abzuscheiden und mit einer offenporigen Gasdiffusionselektrode (wie z. B. einem offenporigen Kohlepapier) zu versehen. Hierzu kann z. B. ein Metallsalz oder eine Säure auf die Oberfläche aufgebracht und in einem zweiten Schritt zum Metall reduziert werden. So lässt sich beispielsweise Platin über die Hexachloroplatinsäure aufbringen und zum Metall reduzieren. Im letzten Schritt wird die Ableitelektrode durch ein Pressverfahren oder über einen elektrisch leitfähigen Klebstoff fixiert. Die Lösung, die die Metallvorstufe enthält, kann zusätzlich noch eine Verbindung enthalten, die bereits protonenleitfähig ist oder zumindest am Ende des Herstellungsverfahrens ionenleitend ist. Als geeignete Materialien kommen wieder die bereits oben genannten protonenleitenden Stoffe in Frage. However, it is also possible to deposit the catalyst directly on the membrane and with a open-pore gas diffusion electrode (such as an open-pore carbon paper). For this purpose, e.g. B. applied a metal salt or an acid to the surface and in one second step to be reduced to metal. For example, platinum can be Apply hexachloroplatinic acid and reduce to metal. In the last step the Lead electrode by a pressing process or by an electrically conductive adhesive fixed. The solution containing the metal precursor can also be a compound contain, which is already proton conductive or at least at the end of the manufacturing process is ionic. Suitable materials come again from those already mentioned above proton-conducting substances in question.

Man erhält auf diese Weise eine Membranelektrodeneinheit, die in einer Brennstoffzelle, insbesondere in einer Direktmethanol-Brennstoffzelle oder einer Reformat-Brennstoffzelle, verwendet werden kann. In this way, a membrane electrode unit is obtained which, in a fuel cell, especially in a direct methanol fuel cell or a reformate fuel cell, can be used.

Die erfindungsgemäßen Elektrolytmembranen können z. B. in einer Brennstoffzelle, insbesondere in einer Direkt-Methanol-Brennstoffzelle oder eine Reformat-Brennstoffzelle verwendet werden. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Elektrolytmembran zur Herstellung einer Membranelektrodeneinheit, einer Brennstoffzelle, oder eines Brennstoffzellenstacks verwendet werden. The electrolyte membranes according to the invention can, for. B. in a fuel cell, especially in a direct methanol fuel cell or a reformate fuel cell be used. In particular, the electrolyte membrane according to the invention can Manufacture of a membrane electrode assembly, a fuel cell, or one Fuel cell stacks are used.

Die erfindungsgemäße Elektrolytmembran und die erfindungsgemäße Membranelektrodeneinheit kann insbesondere zur Herstellung einer Brennstoffzelle oder eines Brennstoffzellenstacks eingesetzt werden, wobei die Brennstoffzelle insbesondere eine Direktmethanol-Brennstoffzelle oder eine Reformat-Brennstoffzelle ist, die in einem Fahrzeug eingesetzt wird. The electrolyte membrane according to the invention and the one according to the invention Membrane electrode unit can be used in particular for producing a fuel cell or a Fuel cell stacks are used, the fuel cell in particular one Direct methanol fuel cell or a reformate fuel cell is in a vehicle is used.

Dem gemäß sind auch Brennstoffzellen mit einer erfindungsgemäßen Elektrolytmembran und/oder einer erfindungsgemäßen Membranelektrodeneinheit Gegenstand der vorliegenden Erfindung und damit auch mobile oder stationäre System mit einer Membranelektrodeneinheit, einer Brennstoffzelle oder einem Brennstoffzellenstack, enthaltend eine erfindungsgemäße Elektrolytmembran oder eine erfindungsgemäße Membranelektrodeneinheit. Vorzugsweise sind die mobilen oder stationären Systeme Fahrzeuge oder Hausenergiesysteme. Accordingly, there are also fuel cells with an electrolyte membrane according to the invention and / or a membrane electrode unit according to the invention the subject of the present Invention and thus also mobile or stationary system with a membrane electrode unit, a fuel cell or a fuel cell stack containing an inventive Electrolyte membrane or a membrane electrode assembly according to the invention. Preferably are the mobile or stationary systems vehicles or home energy systems.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert. The invention is explained in more detail below with the aid of examples.

Beispiele A-DExamples A-D Herstellung von polymergeträgerten Mikrofiltrations-Membranen als TrägerProduction of polymer-supported microfiltration membranes as carrier Beispiel AExample A Herstellung einer MF-Membran S100PETProduction of an MF membrane S100PET

Zu 160 g Ethanol werden zunächst 15 g einer 5 Gew.-%igen, wässrigen HCl-Lösung, 10 g Tetraethoxysilan, 2,5 g Methyltriethoxysilan und 7,5 g Dynasilan GLYMO (Hersteller aller Dynasilane: Degussa AG) gegeben. In diesem Sol, das zunächst für zwei Stunden weiter gerührt wurde, werden dann 280 g des Aluminiumoxids AlCoA CT3000 suspendiert. Dieser Schlicker wird für mindestens weitere 24 h mit einem Magnetrührer homogenisiert, wobei das Rührgefäß abgedeckt werden muss, damit es nicht zu einem Lösemittelverlust kommt. 15 g of a 5% strength by weight aqueous HCl solution, 10 g, are first added to 160 g of ethanol Tetraethoxysilane, 2.5 g methyltriethoxysilane and 7.5 g Dynasilane GLYMO (manufacturer of all Dynasilane: Degussa AG). In this sol, which initially continues for two hours was stirred, 280 g of the aluminum oxide AlCoA CT3000 are then suspended. This Slurry is homogenized for at least another 24 h using a magnetic stirrer, the Mixing vessel must be covered so that there is no loss of solvent.

Ein PET-Vlies mit einer Dicke von ca. 30 µm und einem Flächengewicht von etwa 20 g/m2 wird damit in einem kontinuierlichen Aufwalzverfahren (Bandgeschwindigkeit ca. 8 m/h, T = 200°C) mit obigem Schlicker beschichtet. Bei diesem Aufwalzverfahren wird der Schlicker mit einer Walze, die sich gegenläufig zur Bandrichtung (Bewegungsrichtung des Vlieses) bewegt auf das Vlies aufgewalzt. Das Vlies läuft anschließend durch einen Ofen, der die angegebene Temperatur aufweist. In den nachfolgenden Versuchen wird die gleiche Methode bzw. Anordnung verwendet. Man erhält am Ende eine Mikrofiltrationsmembran mit einer mittleren Porenweite von ca. 80 bis 100 nm. A PET fleece with a thickness of approx. 30 µm and a weight per unit area of approx. 20 g / m 2 is coated with the above slip in a continuous rolling process (belt speed approx. 8 m / h, T = 200 ° C). In this rolling process, the slip is rolled onto the fleece with a roller that moves in the opposite direction to the belt direction (direction of movement of the fleece). The fleece then runs through an oven at the specified temperature. The same method or arrangement is used in the subsequent experiments. At the end, a microfiltration membrane with an average pore size of approximately 80 to 100 nm is obtained.

Beispiel BExample B Herstellung einer MF-Membran S240POProduction of an MF membrane S240PO

Zu 160 g Ethanol werden zunächst 15 g einer 5 Gew.-%igen, wässrigen HCl-Lösung, 10 g Tetraethoxysilan, 2,5 g Methyltriothoxysilan und 7,5 g Dynasilan GLYMO gegeben. In diesem Sol, das zunächst für zwei Stunden gerührt wurde, werden dann 150 g des Aluminiumoxides AlCoA CT1200 SG suspendiert. Dieser Schlicker wird für mindestens weitere 24 h mit einem Magnetrührer homogenisiert, wobei das Rührgefäß abgedeckt werden muss, damit es nicht zu einem Lösemittelverlust kommt. 15 g of a 5% strength by weight aqueous HCl solution, 10 g, are first added to 160 g of ethanol Tetraethoxysilane, 2.5 g of methyltriothoxysilane and 7.5 g of Dynasilane GLYMO. In this Sol, which was initially stirred for two hours, then becomes 150 g of the aluminum oxide AlCoA CT1200 SG suspended. This slip is used with a for at least another 24 h Homogenized magnetic stirrer, the mixing vessel must be covered so that it does not close there is a loss of solvent.

Ein PO-Vlies (FS 2202-03, Firma Freudenberg) mit einer Dicke von etwa 30 µm wird damit in einem kontinuierlichen Aufwalzverfahren (Bandgeschwindigkeit ca. 8 m/h, T = 110°C) mit obigem Schlicker beschichtet. Man erhält am Ende eine Mikrofiltrationsmembran mit einer mittleren Porenweite von ca. 450 nm. A PO fleece (FS 2202-03, Freudenberg company) with a thickness of about 30 µm is thus in a continuous rolling process (belt speed approx. 8 m / h, T = 110 ° C) Coated above slip. At the end, a microfiltration membrane with a average pore size of approx. 450 nm.

Beispiel CExample C Herstellung einer MF-Membran S450PANProduction of an MF membrane S450PAN

Zu 160 g Ethanol werden zunächst 15 g einer S Gew.-%igen, wässrigen HCl-Lösung, 10 g Tetraethoxysilan, 2,5 g Methyltriethoxysilan und 7,5 g Dynasilan VTEO gegeben. In diesem Sol, das zunächst für zwei Stunden gerührt wurde, werden dann jeweils 140 g der Aluminiumoxide Martoxid MZS-1 und Martoxid MZS-3 (Martoxid: Hersteller Martinswerke) suspendiert. Dieser Schlicker wird für mindestens weitere 24 h mit einem Magnetrührer homogenisiert, wobei das Rührgefäß abgedeckt werden muss, damit es nicht zu einem Lösemittelverlust kommt. 15 g of an S% by weight aqueous HCl solution, 10 g, are first added to 160 g of ethanol Tetraethoxysilane, 2.5 g methyltriethoxysilane and 7.5 g Dynasilan VTEO added. In this Sol, which was initially stirred for two hours, is then 140 g of each Aluminum oxides Martoxid MZS-1 and Martoxid MZS-3 (Martoxid: manufacturer Martinswerke) suspended. This slip is kept for at least another 24 hours with a magnetic stirrer homogenized, whereby the mixing vessel must be covered so that it does not become one Solvent loss is coming.

Ein PAN-Vlies (Viledon 1773, Firma Freudenberg) mit einer Dicke von etwa 100 µm und einem Flächengewicht von 22 g/m2 wird in einem kontinuierlichen Aufwalzverfahren (Bandgeschwindigkeit ca. 8 m/h, T = 250°C) mit obigem Schlicker beschichtet. Man erhält am Ende eine Mikrofiltrationsmembran mit einer mittleren Porenweite von ca. 450 nm, die eine sehr gute Haftfestigkeit aufweist. A PAN fleece (Viledon 1773, company Freudenberg) with a thickness of approximately 100 μm and a weight per unit area of 22 g / m 2 is produced in a continuous rolling process (belt speed approx. 8 m / h, T = 250 ° C.) with the above slip coated. At the end, a microfiltration membrane with an average pore size of approximately 450 nm is obtained, which has a very good adhesive strength.

Beispiel DExample D Herstellung einer MF-Membran Z450PANProduction of an MF membrane Z450PAN

10 g einer 70 Gew.-%igen Lösung von Zirkoniumpropylat in Propanol werden in 340 g Propanol gelöst. Zu dieser Lösung gibt man unter kräftigem Rühren 0,72 g Wasser und 0,04 g konzentrierte Salzsäure. Dieses Sol wird für fünf Stunden weiter gerührt. 10 g of a 70 wt .-% solution of zirconium propylate in propanol are in 340 g Dissolved propanol. 0.72 g of water and 0.04 g of water are added to this solution with vigorous stirring concentrated hydrochloric acid. This sol is further stirred for five hours.

Ein PAN-Vlies (Viledon 1773, Firma Freudenberg) mit einer Dicke von etwa 100 µm und einem Flächengewicht von 22 g/m2 wird damit in einem kontinuierlichen Aufwalzverfahren (Bandgeschwindigkeit ca. 8 m/h, T = 150°C) mit diesem Sol beschichtet. A PAN fleece (Viledon 1773, company Freudenberg) with a thickness of about 100 µm and a basis weight of 22 g / m 2 is thus in a continuous rolling process (belt speed about 8 m / h, T = 150 ° C) with this Sol coated.

In einem Gemisch aus 150g entionisiertem Wasser und 22,5 g Ethanol werden 1,4 g Zirkoniumacetylacetonat gelöst. In dieser Lösung werden jeweils 140 g MZS-1 und MZS-3 suspendiert und der Schlicker mindestens 24 h gerührt. Etwa 1 Stunde vor der Beschichtung werden nochmals 75 g eines kommerziellen 30 Gew.-%igen Zirkoniumnitratsols (MEL Chemicals) dem Schlicker zugefügt. In a mixture of 150 g of deionized water and 22.5 g of ethanol, 1.4 g Zirconium acetylacetonate dissolved. In this solution, 140 g MZS-1 and MZS-3 suspended and the slurry stirred for at least 24 h. About 1 hour before coating 75 g of a commercial 30% by weight zirconium nitrate sol (MEL Chemicals) added to the slip.

Das vorbeschichtete PAN-Vlies wird dann in einem zweiten kontinuierlichen Aufwalzverfahren (Bandgeschwindigkeit ca. 8 m/h, T = 250°C) mit diesem Schlicker beschichtet. Man erhält am Ende eine Mikrofiltrationsmembran mit einer mittleren Porenweite von ca. 450 nm, die eine sehr gute Haftfestigkeit aufweist und sehr beständig auch in sehr alkalischen Medien ist (pH > 10). The pre-coated PAN fleece is then in a second continuous Roll-on process (belt speed approx. 8 m / h, T = 250 ° C) with this slip coated. At the end, a microfiltration membrane with an average pore size is obtained 450 nm, which has a very good adhesive strength and is very resistant even in very alkaline media (pH> 10).

Beispiel 1example 1 Herstellung von cPEMsManufacture of cPEMs Beispiel 1aExample 1a Herstellung einer cPEM auf Basis von Trihydroxisilylpropylsulfonsäure/LevasilProduction of a cPEM based on Trihydroxisilylpropylsulfonsäure / Levasil®

10 g einer 30 Gew.-%igen wässrigen Lösung von Trihydroxisilylpropylsulfonsäure werden in 50 g Levasil 200® (Bayer AG), einer Suspension von gefällter Kieselsäure, gelöst. Eine gemäß Beispiel A (S100PET) hergestellte Mikrofiltrationsmembran wird als Verbundwerkstoff eingesetzt und in einem kontinuierlichen Aufwalzprozess (Bandgeschwindigkeit: 10 m/h) mit dieser Lösung beschichtet und bei 150°C kurzzeitig getrocknet. 10 g of a 30 wt .-% aqueous solution of trihydroxysilylpropylsulfonic acid are in 50 g of Levasil 200® (Bayer AG), a suspension of precipitated silica, dissolved. A according to Example A (S100PET) manufactured microfiltration membrane is used as a composite used and in a continuous rolling process (belt speed: 10 m / h) with coated this solution and dried briefly at 150 ° C.

Beispiel 1bExample 1b Herstellung einer cPEM auf Basis von Trihydroxisilylpropylsulfonsäure/TEOSProduction of a cPEM based on Trihydroxisilylpropylsulfonsäure / TEOS

10 g einer 30 Gew.-%igen, wässrigen Lösung von Trihydroxisilylpropylsulfonsäure wurden in 40g Ethanol gelöst. Zu dieser Lösung gibt man zunächst einige Tropfen HCl und dann unter kräftigem Rühren 30 ml Tetraethoxysilan (TEOS, Dynasilan A®, Degussa AG) und rührt die Lösung weitere 24 h. Die Trihydroxisilylpropylsulfonsäure enthaltende Lösung wird dann in einem Aufrakelprozess auf einen Verbundwerkstoff gemäß Beispiel B (S240PO) aufgebracht und die Membran bei 100°C für 1 h getrocknet. 10 g of a 30 wt .-%, aqueous solution of trihydroxysilylpropylsulfonic acid were in 40g ethanol dissolved. First add a few drops of HCl to this solution and then add vigorous stirring 30 ml tetraethoxysilane (TEOS, Dynasilan A®, Degussa AG) and stir the Solution another 24 h. The solution containing trihydroxysilylpropylsulfonic acid is then in applied to a composite material according to example B (S240PO) by a doctor blade process and the membrane dried at 100 ° C for 1 h.

Beispiel 1cExample 1c Herstellung einer cPEM auf Basis einer MineralsäureProduction of a cPEM based on a mineral acid

8 g einer 20 Gew.-%igen, wässrigen Lösung von gefällter Kieselsäure (Levasil®, Bayer AG)) werden mit 1 g Diethylphosphit, 1 g H2SO4 und 1 g Ethanol vermischt. Nach 1 h fügt man dem Sol 5 Gew.-% Aerosil® 200 (Degussa AG) zu und homogenisiert die Suspension für weitere 30 Min. In einem kontinuierlichen Aufwalzprozess (Bandgeschwindigkeit 8 m/h, T = 130°C) beschichtet man einen Verbundwerkstoff gemäß Beispiel C (S450PAN). Diese Membran hat eine LF von 30 mS/cm bei 35% relativer Feuchte r. F. und 85 mS/cm bei 85% r. F. Aufgrund der sehr guten Flexibilität lässt sie sich sehr gut in der Brennstoffzelle einbauen und zeigt eine gute Performance. 8 g of a 20% by weight aqueous solution of precipitated silica (Levasil®, Bayer AG)) are mixed with 1 g of diethyl phosphite, 1 g of H 2 SO 4 and 1 g of ethanol. After 1 hour, 5% by weight of Aerosil® 200 (Degussa AG) are added to the sol and the suspension is homogenized for a further 30 minutes. A composite material is coated in a continuous rolling process (belt speed 8 m / h, T = 130 ° C.) according to example C (S450PAN). This membrane has an LF of 30 mS / cm at 35% relative humidity r. F. and 85 mS / cm at 85% r. Q. Due to the very good flexibility, it can be installed very well in the fuel cell and shows good performance.

Beispiel 1dExample 1d Herstellung einer cPEM auf Basis einer Mineralsäure mit ZweifachbeschichtungProduction of a cPEM based on a mineral acid with Double coating

Die Membran aus Beispiel 1c wird zur besseren Infiltration nochmals mit dem Aerosil®-freien Sol aus 1c auf der Rückseite unter ansonsten identischen Versuchsbedingungen beschichtet. For better infiltration, the membrane from Example 1c is again coated with the Aerosil®-free one Sol from 1c coated on the back under otherwise identical test conditions.

Diese Membran hat eine LF von 50 mS/cm bei 35% relativer Feuchte r. F. und 140 mS/cm bei 85% r. F. Aufgrund der sehr guten Flexibilität lässt sie sich sehr gut in der Brennstoffzelle einbauen und zeigt eine gute Performance. This membrane has an LF of 50 mS / cm at 35% relative humidity r. F. and 140 mS / cm at 85% r. F. Because of the very good flexibility, it can be used very well in the fuel cell install and shows a good performance.

Beispiel 1eExample 1e Herstellung einer cPEM auf Basis einer Mineralsäure mit ZweifachbeschichtungProduction of a cPEM based on a mineral acid with Double coating

200 g einer 20 Gew.-%igen wässrigen Lösung von gefällter Kieselsäure (Levasil®) werden mit 25 g Diethylphosphit, 25 g H2SO4 und 38 g Ethanol vermischt. Nach zweistündigem Rühren mittels eines Magnetrührers wird mit diesem Sol eine MF-Membran (S450 PAN gemäß Beispiel C) mittels eines Walzenauftrags von der Vorderseite her infiltriert und bei 120°C getrocknet. Die Bandgeschwindigkeit beträgt dabei etwa 10 m/h. Zur besseren Infiltration wird diese Membran in einem zweiten Schritt nochmals auf der Rückseite mit dem gleichen Sol unter ansonsten gleichen Bedingungen beschichtet. Diese Membran hat eine Leitfähigkeit von 95 mS/cm bei 85% r. F. und 40 mS/cm bei 35% r. F. 200 g of a 20% by weight aqueous solution of precipitated silica (Levasil®) are mixed with 25 g of diethyl phosphite, 25 g of H 2 SO 4 and 38 g of ethanol. After stirring for two hours using a magnetic stirrer, an MF membrane (S450 PAN according to Example C) is infiltrated with this sol using a roller application from the front and dried at 120 ° C. The belt speed is about 10 m / h. For better infiltration, this membrane is coated on the back in a second step with the same sol under otherwise identical conditions. This membrane has a conductivity of 95 mS / cm at 85% r. F. and 40 mS / cm at 35% r. F.

Beispiel 2Example 2 Beschichtung einer cPEM mit DiffusionsbarrierenCoating a cPEM with diffusion barriers Beispiel 2aExample 2a Beschichtung mit reinem NafionCoating with pure Nafion

Eine Membran gemäß Beispiel 1a, wird in einem kontinuierlichen Aufwalzprozess mit einer kommerziellen, wässrigen/alkoholischen 5 Gew.-%igen Nafion®-Lösung (Firma Aldrich) beschichtet und bei 100°C getrocknet. Die LF der Gesamtmembran nimmt zwar etwas ab, die Membran eignet sich jedoch für die DMFC. A membrane according to Example 1a is in a continuous rolling process with a commercial, aqueous / alcoholic 5% by weight Nafion® solution (company Aldrich) coated and dried at 100 ° C. The LF of the overall membrane decreases somewhat, that However, membrane is suitable for the DMFC.

Beispiel 2bExample 2b Beschichtung mit Nafion/TEOSCoating with Nafion / TEOS

Zu 10 ml einer kommerziellen, wässrigen/alkoholischen 5 Gew.-%igen Nafion®-Lösung (Firma Aldrich) werden unter kräftigem Rühren 10 ml Dynasil A® zugegeben und so lange gerührt, bis nur noch eine klare Phase vorhanden ist. Eine Membran gemäß Beispiel 1c, wird in einem kontinuierlichen Aufwalzprozess mit dieser Lösung beschichtet und bei 100°C getrocknet. To 10 ml of a commercial, aqueous / alcoholic 5% by weight Nafion® solution (Aldrich company) 10 ml Dynasil A® are added with vigorous stirring and so long stirred until there is only a clear phase. A membrane according to Example 1c is in a continuous rolling process coated with this solution and at 100 ° C dried.

Beispiel 2cExample 2c Beschichtung mit Nafion/TEOS/EthanolCoating with Nafion / TEOS / ethanol

Zu 90 ml einer kommerziellen, wässrigen/alkoholischen 5 Gew.-%igen Nafion®-Lösung (Firma Aldrich) werden unter kräftigem Rühren 90 ml Dynasil A® gelöst in 90 ml Ethanol zugegeben und noch kurze Zeit weiter gerührt. Eine Membran gemäß Beispiel 1e, wird in einem kontinuierlichen Aufwalzprozess (Bandgeschwindigkeit von 8 m/h, T = 120°C) mit dieser Lösung beidseitig beschichtet. Im Vergleich zu der Membran ohne Diffusionsbarriere nimmt die Leitfähigkeit etwas ab auf 80 mS/cm bei 85% r. F. und 30 mS/cm bei 35% r. F. To 90 ml of a commercial, aqueous / alcoholic 5% by weight Nafion® solution (Aldrich company) 90 ml of Dynasil A® are dissolved in 90 ml of ethanol with vigorous stirring added and stirred for a short time. A membrane according to Example 1e is in a continuous rolling process (belt speed of 8 m / h, T = 120 ° C) with coated on both sides of this solution. Compared to the membrane without a diffusion barrier the conductivity decreases somewhat to 80 mS / cm at 85% r. F. and 30 mS / cm at 35% r. F.

Beispiel 2dExample 2d Beschichtung mit Trihydroxisilylpropylsulfonsäure/LevasilCoating with trihydroxysilylpropylsulfonic acid / Levasil

10 g einer wässrigen 30 Gew.-%igen Trihydroxisilylpropylsulfonsäurelösung werden in 50 g Levasil200® gelöst. Eine Membran gemäß Beispiel 1d, wird in einem kontinuierlichen Aufwalzprozess mit dieser Lösung beschichtet und bei 100°C getrocknet. 10 g of an aqueous 30% by weight trihydroxysilylpropylsulfonic acid solution are in 50 g Levasil200® solved. A membrane according to Example 1d is in a continuous Roll-up process coated with this solution and dried at 100 ° C.

Beispiel 2eExample 2e Beschichtung mit Trihydrogisilylpropylsulfonsäure/TEOSCoating with trihydrogisilylpropylsulfonic acid / TEOS

10 g einer wässrigen 30 Gew.-%igen Trihydroxisilylpropylsulfonsäurelösung werden in 40 g Ethanol gelöst. Zu dieser Lösung gibt man zunächst einige Tropfen HCl und dann unter kräftigem Rühren 30 ml Dynasilan A ® und rührt die Lösung weitere 24 h. Eine Membran gemäß Beispiel 1e, wird in einem kontinuierlichen Aufwalzprozess mit dieser Lösung beschichtet und bei 100°C getrocknet. 10 g of an aqueous 30% by weight trihydroxysilylpropylsulfonic acid solution are in 40 g Ethanol dissolved. First add a few drops of HCl to this solution and then add vigorous stirring 30 ml Dynasilan A ® and the solution is stirred for a further 24 h. A membrane according to Example 1e, is in a continuous rolling process with this solution coated and dried at 100 ° C.

Beispiel 2fExample 2f Beschichtung mit ZirkonphosphatCoated with zirconium phosphate

Eine gemäß Beispiel 1c hergestellte Membran wird zunächst mittels einer Rakel mit einer dünnen Schicht Zirkoniumpropylat beschichtet. In Gegenwart von Luftfeuchte wird das Alkoholat hydrolysiert. Das frisch gefällte Zirkoniumhydroxid/~oxid wird anschließend mit H3PO4, umgesetzt und die Membran kurzzeitig bei 200°C getrocknet um das gebildete Zirkoniumphosphat zu verfestigen. Diese dünne Schichte ist dann wasserunlöslich und verhindert das Ausbluten des Elektrolyten. A membrane produced according to Example 1c is first coated with a thin layer of zirconium propylate using a doctor blade. The alcoholate is hydrolyzed in the presence of air humidity. The freshly precipitated zirconium hydroxide / oxide is then reacted with H 3 PO 4 and the membrane is briefly dried at 200 ° C. in order to solidify the zirconium phosphate formed. This thin layer is then insoluble in water and prevents the electrolyte from bleeding out.

Beispiel 3Example 3 Herstellung einer AnodentinteProduction of an anode ink

10 ml wasserfreie Trihydroxysilylpropylsulfonsäure, 60 ml Ethanol sowie 5 ml Wasser werden durch Rühren gemischt. Zu dieser Mischung wird unter Rühren langsam 40 ml TEOS (Tetraethylorthosilikat) zugetropft. In diesem Sol wird der aus DE 197 21 437 bzw. DE 198 16 622 bekannte Katalysator dispergiert so dass in der Elektrode ein Katalysator-Belegungsgrad von etwa 0,2 mg/cm2 bzw. 0,5 mg/cm2 erzielt werden kann. 10 ml of anhydrous trihydroxysilylpropylsulfonic acid, 60 ml of ethanol and 5 ml of water are mixed by stirring. 40 ml of TEOS (tetraethyl orthosilicate) are slowly added dropwise to this mixture with stirring. The catalyst known from DE 197 21 437 and DE 198 16 622 is dispersed in this sol so that a degree of catalyst coverage of approximately 0.2 mg / cm 2 or 0.5 mg / cm 2 can be achieved in the electrode.

Beispiel 4Example 4 Herstellung einer AnodentinteProduction of an anode ink

100 ml Titanisopropylat werden unter kräftigem Rühren in 1200 ml Wasser getropft. Der entstandene Niederschlag wird 1 h gealtert und dann mit 8,5 ml konz. HNO3 versetzt und in der Siedehitze für 24 h peptisiert. In 50 ml dieses Sols werden 50 g Wolframphosphorsäure gelöst und dann der Katalysator wie in Beispiel 3 beschrieben darin dispergiert. 100 ml of titanium isopropylate are dropped into 1200 ml of water with vigorous stirring. The resulting precipitate is aged for 1 h and then concentrated with 8.5 ml. HNO 3 was added and peptized at the boiling point for 24 h. 50 g of tungsten phosphoric acid are dissolved in 50 ml of this sol and the catalyst is then dispersed therein as described in Example 3.

Beispiel 5Example 5 Herstellung einer AnodentinteProduction of an anode ink

20 g Aluminiumalkoholat und 17 g Vanadiumalkoholat werden mit 20 g Wasser hydrolysiert und der entstandene Niederschlag wird mit 120 g Salpetersäure (25%ig) peptisiert. Diese Lösung wird bis zum Klarwerden gerührt und nach Zugabe von 40 g Titandioxid der Fa. Degussa (P25) wird noch bis zum Auflösen aller Agglomerate gerührt. Nach Einstellung eines pH Wertes von ca. 6 wird der Katalysator wie in Beispiel 3 beschrieben darin dispergiert. 20 g of aluminum alcoholate and 17 g of vanadium alcoholate are hydrolyzed with 20 g of water and the resulting precipitate is peptized with 120 g of nitric acid (25%). This Solution is stirred until clear and after adding 40 g of titanium dioxide Degussa (P25) is stirred until all agglomerates have dissolved. After hiring 6, the catalyst is dispersed therein as described in Example 3.

Beispiel 6Example 6 Herstellung einer KathodentinteProduction of a cathode ink

10 ml wasserfreie Trihydroxysilylpropylsulfonsäure, 60 ml Ethanol sowie 5 ml Wasser werden durch Rühren gemischt. Zu dieser Mischung wird unter Rühren langsam 20 ml TEOS (Tetraethylorthosilikat) und 20 ml Methyltriethoxysilan zugetropft. In diesem Sol wird der in DE 196 11 510 oder der in DE 198 12 592 verwendete Katalysator dispergiert so dass in der Elektrode ein Pt-Belegungsgrad von etwa 0,15 mg/cm2 bzw. 0,25 mg/cm2 erzielt werden kann. 10 ml of anhydrous trihydroxysilylpropylsulfonic acid, 60 ml of ethanol and 5 ml of water are mixed by stirring. 20 ml of TEOS (tetraethyl orthosilicate) and 20 ml of methyltriethoxysilane are slowly added dropwise to this mixture with stirring. The catalyst used in DE 196 11 510 or the one used in DE 198 12 592 is dispersed in this sol, so that a Pt coverage level of about 0.15 mg / cm 2 or 0.25 mg / cm 2 can be achieved in the electrode ,

Beispiel 7Example 7 Herstellung einer KathodentinteProduction of a cathode ink

20g Methyltriethoxysilan, 20 g Tetraethylorthosilikat und 10 g Aluminiumtrichlorid werden mit 50 g Wasser in 200g Ethanol hydrolysiert. Hierzu werden dann 190 g Zeolith USY (CBV 600 der Fa. Zeolyst) gegeben. Es wird noch solange gerührt, bis sich alle Agglomerate aufgelöst haben und anschließend wird der Katalysator wie in Beispiel 6 beschrieben darin dispergiert. 20 g of methyltriethoxysilane, 20 g of tetraethyl orthosilicate and 10 g of aluminum trichloride are added 50 g of water hydrolyzed in 200 g of ethanol. 190 g of zeolite USY (CBV 600 from Zeolyst). The mixture is stirred until all agglomerates have dissolved and then the catalyst is dispersed therein as described in Example 6.

Beispiel 8Example 8 Herstellung einer MembranelektrodeneinheitManufacture of a membrane electrode assembly Beispiel 8aExample 8a Herstellung einer MembranelektrodeneinheitManufacture of a membrane electrode assembly

Eine Membran gemäß Beispiel 2e wird mit der Tinte gemäß Beispiel 3 durch Siebdruck zunächst auf der Vorderseite bedruckt. Diese Seite dient in der späteren Membranelektrodeneinheit als Anode. Die bedruckte Membran wird bei einer Temperatur von 150°C getrocknet. Neben dem Entweichen des Lösemittels kommt es gleichzeitig zu einer Immobilisierung der Silylpropylsulfonsäure. A membrane according to Example 2e is screen printed with the ink according to Example 3 first printed on the front. This page serves in the later Membrane electrode unit as an anode. The printed membrane is at a temperature of 150 ° C dried. In addition to the escape of the solvent, there is also a Immobilization of the silylpropylsulfonic acid.

Im zweiten Schritt wird die Membran auf der Rückseite, die später als Kathode dienen soll, mit der Tinte aus Beispiel 6 bedruckt. Auch jetzt wird die bedruckte Membran wiederum bei einer Temperatur von 150°C getrocknet wobei das Lösemittel entweicht und es gleichzeitig zu einer Immobilisierung der Silylpropylsulfonsäure kommt. Da die Kathode hydrophob ist, kann beim Betrieb der Membranelektrodeneinheit in der Brennstoffzelle das Produktwasser leicht entweichen. Diese Membranelektrodeneinheit kann in eine Direktmethanol-Brennstoffzelle oder eine Reformat-Brennstoffzelle eingebaut werden. In the second step, the membrane on the back, which will later serve as the cathode, is attached printed on the ink from Example 6. Even now the printed membrane is in turn at one Dried temperature of 150 ° C whereby the solvent escapes and at the same time it becomes a Immobilization of the silylpropylsulfonic acid comes. Since the cathode is hydrophobic, the Operation of the membrane electrode assembly in the fuel cell makes the product water easily escape. This membrane electrode assembly can be used in a direct methanol fuel cell or a reformate fuel cell can be installed.

Beispiel 8bExample 8b Herstellung einer MembranelektrodeneinheitManufacture of a membrane electrode assembly

Zur Herstellung der Elektroden werden sowohl die Anodentinte gemäß Beispiel 4 als auch die Kathodentinte gemäß Beispiel 7 jeweils auf ein elektrisch leitfähiges Kohlepapier aufgebracht. Durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 150°C wird das Lösemittel entfernt und die protonenleitfähige Komponente immobilisiert. Diese beiden Gasdiffusionselektroden werden mit einer protonenleitfähigen Membran gemäß Beispiel 2e zu einer Membranelektrodeneinheit verpresst, die dann in die Brennstoffzelle eingebaut werden kann. To produce the electrodes, both the anode ink according to Example 4 and Cathode ink according to Example 7 each applied to an electrically conductive carbon paper. The solvent is removed by heat treatment at a temperature of 150 ° C and immobilized the proton-conductive component. These two gas diffusion electrodes become a with a proton conductive membrane according to Example 2e Compressed membrane electrode unit, which can then be installed in the fuel cell.

Beispiel 9Example 9 Herstellung einer BrennstoffzelleManufacture of a fuel cell

Zur Herstellung der MEA werden zunächst die Elektroden gefertigt. Hierzu wird ein Keramikvlies mit einem Ruß/Platingemisch (40%) beschichtet. Diese Elektroden werden auf die Elektrolytmembran gemäß Beispiel 2c gepresst. Die Anpressung erfolgt über eine graphitische Gasverteilerplatte, die gleichzeitig zur elektrischen Kontaktierung dient. Auf der Anodenseite kommt reiner Wasserstoff und auf der Kathodenseite reiner Sauerstoff zum Einsatz. Beide Gase werden über Wasserdampfsättiger (sogenannte "Bubbler") befeuchtet. To manufacture the MEA, the electrodes are first manufactured. For this, a Ceramic fleece coated with a soot / platinum mixture (40%). These electrodes are on the electrolyte membrane is pressed according to Example 2c. The pressure is applied via a graphitic gas distribution plate, which also serves for electrical contacting. On the Pure hydrogen is added to the anode side and pure oxygen is added to the cathode side Commitment. Both gases are moistened via water vapor saturators (so-called "bubblers").

VergleichsbeispielComparative example

Eine Brennstoffzelle wurde wie in Beispiel 9 beschrieben hergestellt, außer, das als protonenleitfähige Membran eine herkömmliche Nafion®117-Membran eingesetzt wurde. Es wurde gefunden, dass die Protonenleitfähigkeit bei Verwendung einer Nafionmembran bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von weniger als 100% drastisch abfiel und der Flächenwiderstand stark anstieg, so dass die Brennstoffzelle nicht mehr betrieben werden konnte. Die erfindungsgemäße Membran konnte hingegen auch bei einer relativen Luftfeuchtigkeit betrieben werden, die anodenseitig bei etwa maximal 50% und kathodenseitig bei maximal 0 bis 50% lag, ohne dass die Funktion der Brennstoffzelle wesentlich beeinträchtigt wurde. A fuel cell was made as described in Example 9, except that as proton conductive membrane a conventional Nafion®117 membrane was used. It it was found that the proton conductivity when using a Nafion membrane a relative humidity of less than 100% and the Surface resistance increased sharply so that the fuel cell can no longer be operated could. The membrane according to the invention, however, could also be used in a relative Air humidity operated, the anode side at about a maximum of 50% and the cathode side was at most 0 to 50% without the function of the fuel cell essential was affected.

Claims (73)

1. Für die Reaktionskomponenten einer Brennstoffzellenreaktion undurchlässige, protonenleitfähige, flexible Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle, umfassend einen flexiblen, stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff als Träger, der ein flächiges, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenes, flexibles Substrat mit einer auf und in diesem Substrat befindlichen Beschichtung aufweist, wobei das Material des Substrates ausgewählt ist aus gewebten oder ungewebten Polymerfasern und die Beschichtung eine poröse, keramische Beschichtung ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger mit einem protonenleitfähigen Material durchsetzt ist, das geeignet ist, selektiv Protonen durch die Membran zu leiten. 1. Proton-conductive, flexible electrolyte membrane for a fuel cell, impermeable to the reaction components of a fuel cell reaction, comprising a flexible, permeable composite material as a carrier, which has a flat, provided with a plurality of openings, flexible substrate with a coating on and in this substrate, wherein the material of the substrate is selected from woven or non-woven polymer fibers and the coating is a porous, ceramic coating, characterized in that the carrier is interspersed with a proton-conductive material which is suitable for selectively guiding protons through the membrane. 2. Elektrolytmembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das protonenleitfähige Material a) eine immobilisierte Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor sowie gegebenenfalls ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium und/oder Phosphor als Netzwerkbildner, und/oder b) eine Brönstedsäure und ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor als Netzwerkbildner, und/oder c) Zirkonium- und/oder Titan-Phosphate, -Phosphonate und/oder -Sulfoarylphosphonate sowie gegebenenfalls ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium und/oder Phosphor als Netzwerkbildner umfasst. 2. Electrolyte membrane according to claim 1, characterized in that the proton conductive material a) an immobilized hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus and optionally an oxide of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus as a network former, and / or b) a Bronsted acid and an oxide of aluminum, silicon, titanium, zirconium, and / or phosphorus as a network former, and / or c) zirconium and / or titanium phosphates, phosphonates and / or sulfoaryl phosphonates and optionally an oxide of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus as a network former includes. 3. Für die Reaktionskomponenten einer Brennstoffzellenreaktion undurchlässige, protonenleitfähige, flexible Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle, erhältlich durch a) Infiltration eines Trägers, der auf einem stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff basiert, der ein flächiges, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenes, flexibles Substrat mit einer auf und in diesem Substrat befindlichen Beschichtung aufweist, wobei das Material des Substrates ausgewählt ist aus gewebten oder ungewebten Polymerfasern und die Beschichtung eine poröse, keramische Beschichtung ist, mit 1. einer Mischung, enthaltend eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder einem Salz davon; oder 2. einer Mischung, enthaltend eine Brönstedsäure und/oder eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon sowie ein Sol, das eine Vorstufe für Oxide von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor umfasst, oder 3. einer Mischung, enthaltend Zirkonium- und/oder Titan-Phosphate, -Phosphonate und/oder - Sulfoarylphosphonate sowie gegebenenfalls ein Sol, das eine Vorstufe für Oxide von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor als Netzwerkbildner umfasst und b) Verfestigung der den Träger infiltrierenden Mischung, um ein den Träger durchsetzendes Material zu schaffen, das geeignet ist, selektiv Protonen durch die Membran zu leiten. 3. Proton-conductive, flexible electrolyte membrane for a fuel cell, impermeable to the reaction components of a fuel cell reaction, obtainable from a) infiltration of a carrier based on a permeable composite material, which has a flat, with a plurality of openings provided flexible substrate with a coating on and in this substrate, the material of the substrate is selected from woven or non-woven polymer fibers and the coating is a porous, ceramic coating with 1. a mixture containing an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof; or 2. a mixture containing a Bronsted acid and / or an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof and a sol which comprises a precursor for oxides of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus, or 3. a mixture containing zirconium and / or titanium phosphates, phosphonates and / or sulfoaryl phosphonates and, if appropriate, a sol which comprises a precursor for oxides of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus as a network former and b) Solidification of the mixture infiltrating the carrier in order to create a material which penetrates the carrier and is suitable for selectively guiding protons through the membrane. 4. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brönstedsäure Schwefelsäure, Phosphorsäure, Perchlorsäure, Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure, schweflige Säure, phosphorige Säure sowie Ester davon und/oder eine monomere oder polymere organische Säure umfasst. 4. electrolyte membrane according to one of claims 2 or 3, characterized, that the Bronsted acid sulfuric acid, phosphoric acid, perchloric acid, nitric acid, Hydrochloric acid, sulfurous acid, phosphorous acid and esters thereof and / or comprises a monomeric or polymeric organic acid. 5. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors eine siliziumorganische Verbindung der allgemeinen Formeln

[{(RO)y(R2)z}aSi{R1-SO3 -}a]xMx+ (I)

oder

[(RO)y(R2)zSi{R1-Ob-P(OcR3)O2 -}a]xMx+ (II)

ist, wobei R1 für eine lineare oder verzweigte Alkyl- oder Alkylengruppe mit 1 bis 12 C- Atomen, eine Cycloalkylgruppe mit 5 bis 8 C-Atomen oder eine Einheit der allgemeinen Formeln


oder


steht,
wobei n, m jeweils für eine ganze Zahl von 0 bis 6 steht,
M für H, NH4 oder ein Metall steht,
x = 1 bis 4,
y = 1 bis 3, z = 0 bis 2 und a = 1 bis 3 bedeuten, mit der Maßgabe, dass
y + z = 4 - a ist,
b, c = 0 oder 1,
R, R2 gleich oder verschieden sind und für Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butylreste oder H stehen und
R3 für M oder einen Methyl-, Ethyl-, Propyl- oder Butylrest steht.
5. Electrolyte membrane according to one of claims 2 to 4, characterized in that the hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus is an organosilicon compound of the general formulas

[{(RO) y (R 2 ) z } a Si {R 1 -SO 3 - } a ] x M x + (I)

or

[(RO) y (R 2 ) z Si {R 1 -O b -P (O c R 3 ) O 2 - } a ] x M x + (II)

, where R 1 is a linear or branched alkyl or alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 8 carbon atoms or a unit of the general formulas


or


stands,
where n, m each represents an integer from 0 to 6,
M represents H, NH 4 or a metal,
x = 1 to 4,
y = 1 to 3, z = 0 to 2 and a = 1 to 3, with the proviso that
y + z = 4 - a,
b, c = 0 or 1,
R, R 2 are the same or different and stand for methyl, ethyl, propyl, butyl or H and
R 3 represents M or a methyl, ethyl, propyl or butyl radical.
6. Elektrolytmembran nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors Trihydroxysilylpropylsulfonsäure, Trihydroxysilylpropylmethylphosphonsäure oder Dihydroxysilylpropylsulfondisäure ist. 6. electrolyte membrane according to claim 5, characterized, that the hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus Trihydroxysilylpropylsulfonic acid, trihydroxysilylpropylmethylphosphonic acid or Dihydroxysilylpropylsulfonedioic acid. 7. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors mit einer hydrolysierten Verbindung des Phosphors oder einem hydrolysierten Nitrat, Oxynitrat, Chlorid, Oxychlorid, Carbonat, Alkoholat, Acetat, Acetylacetonat eines Metalls oder Halbmetalls oder einer hydrolysierten Verbindung, erhalten aus Diethylphosphit (DEP), Diethylethylphosphonat (DEEP), Titanpropylat, Titanethylat, Tetraethylorthosilikat (TEOS) oder Tetramethylorthosilikat (TMOS), Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat, Zirkoniumacetylacetonat, Phosphorsäuremethylester oder mit gefällter Kieselsäure immobilisiert ist. 7. electrolyte membrane according to one of claims 2 to 6, characterized, that the hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus is hydrolyzed with a Compound of phosphorus or a hydrolyzed nitrate, oxynitrate, chloride, Oxychloride, carbonate, alcoholate, acetate, acetylacetonate of a metal or semimetal or a hydrolyzed compound obtained from diethyl phosphite (DEP), Diethyl ethyl phosphonate (DEEP), titanium propylate, titanium ethylate, tetraethyl orthosilicate (TEOS) or tetramethyl orthosilicate (TMOS), zirconium nitrate, zirconium oxynitrate, Zirconium propylate, zirconium acetate, zirconium acetylacetonate, Phosphoric acid methyl ester or immobilized with precipitated silica. 8. Elektrolytmembran gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenverhältnis von protonenleitfähigem Material zu Träger zumindest 30 zu 70 beträgt. 8. electrolyte membrane according to one of claims 1 to 7, characterized, that the volume ratio of proton conductive material to carrier is at least 30 70 is. 9. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das protonenleitfähige Material keramische Partikel aus zumindest einem Oxid ausgewählt aus der Reihe Al2O3, SiO2, ZrO2 oder TiO2 aufweist. 9. Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 8, characterized in that the proton-conductive material comprises ceramic particles of at least one oxide selected from the series Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 or TiO 2 . 10. Elektrolytmembran nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Partikel eine oder mehrere Partikelgrößenfraktionen mit mittleren Partikelgrößen im Bereich von 10 bis 100 nm und/oder von 100 bis 1000 nm aufweisen. 10. electrolyte membrane according to claim 9, characterized, that the ceramic particles have one or more particle size fractions with medium Have particle sizes in the range from 10 to 100 nm and / or from 100 to 1000 nm. 11. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, das 3 das Protonenleitfähige Material protonenleitende Stoffe aufweist, ausgewählt aus den Titanphosphaten, Titanphosphonaten, Zirkoniumphosphaten, Zirkoniumphosphonaten, Iso- und Heteropolysäuren, vorzugsweise Wolframphosphorsäure oder Siliziumwolframsäure, oder nanokristallinen Metalloxiden, wobei Al2O3-, ZrO2-, TiO2- oder SiO2-Pulver bevorzugt sind. 11. Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 10, characterized in that 3 the proton conductive material has proton conductive substances selected from the titanium phosphates, titanium phosphonates, zirconium phosphates, zirconium phosphonates, iso- and heteropolyacids, preferably tungsten phosphoric acid or silicon tungsten acid, or nanocrystalline metal oxides, wherein Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 or SiO 2 powder are preferred. 12. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff gewebte und/oder ungewebte Polymerfasern als Substrat aufweist. 12. Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 11, characterized, that the composite woven and / or non-woven polymer fibers as the substrate having. 13. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff Gewebe, Gewirke, Filze und/oder Vliese aus Polymerfasern als Substrat aufweist. 13. Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 12, characterized, that the composite fabric, knitted fabrics, felts and / or nonwovens made of polymer fibers has as a substrate. 14. Elektrolytmembran nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat des Verbundwerkstoffes ein Vlies aus Polymerfasern ist. 14. electrolyte membrane according to claim 13, characterized, that the substrate of the composite material is a nonwoven made of polymer fibers. 15. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat Polymerfasern, von Polymeren ausgewählt aus Polyacrylnitril (PAN), Polyamid, Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyolefin, Polyimid, Polyethylenterephthalat oder Mischungen daraus aufweist. 15. electrolyte membrane according to one of claims 1 to 14, characterized, that the substrate polymer fibers, of polymers selected from polyacrylonitrile (PAN), Polyamide, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyolefin, Has polyimide, polyethylene terephthalate or mixtures thereof. 16. Elektrolytmembran nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff eine keramische Beschichtung von Oxiden, Carbiden oder Nitriden der Elemente Ti, Si, Zr oder Al aufweist. 16. electrolyte membrane according to at least one of claims 1 to 15, characterized, that the composite material is a ceramic coating of oxides, carbides or Has nitrides of the elements Ti, Si, Zr or Al. 17. Elektrolytmembran nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff auf einem Substrat, das Polymerfasern aufweist, basiert, auf dem und/oder in dem zumindest eine anorganische Komponenten vorhanden ist, der durch Verfestigen einer Suspension aus einer anorganischen Komponente und einem Sol erhalten wurde. 17. electrolyte membrane according to claim 16, characterized, that the composite is based on a substrate having polymer fibers and / or in which at least one inorganic component is present by solidifying a suspension of an inorganic component and a sol was obtained. 18. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine Dicke im Bereich von 10 bis 150 µm, vorzugsweise 10 bis 80 µm, ganz besonders bevorzugt 10 bis 50 µm aufweist. 18. Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 17, characterized, that the substrate has a thickness in the range from 10 to 150 μm, preferably 10 to 80 μm, very particularly preferably has 10 to 50 microns. 19. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie bis zu einer Temperatur von mindestens 80°C, vorzugsweise bis mindestens 100°C, und ganz besonders bevorzugt bis mindestens 120°C, stabil ist. 19. Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 18, characterized, that they are up to a temperature of at least 80 ° C, preferably to at least 100 ° C, and very particularly preferably up to at least 120 ° C, is stable. 20. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Biegeradius bis herab zu 5000 m, vorzugsweise bis herab zu 50 cm und ganz besonders bevorzugt bis herab zu 2 mm toleriert. 20. Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 19, characterized, that they have a bending radius down to 5000 m, preferably down to 50 cm and very particularly preferably tolerated down to 2 mm. 21. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei Raumtemperatur und bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von maximal 80%, und bevorzugt von maximal 50%, eine Leitfähigkeit von mindestens 5 mS/cm, vorzugsweise mindestens 20 mS/cm und ganz besonders bevorzugt mindestens 50 mS/cm aufweist. 21. Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 20, characterized, that they are at room temperature and at a relative humidity of up to 80%, and preferably of at most 50%, a conductivity of at least 5 mS / cm, preferably at least 20 mS / cm and very particularly preferably at least 50 mS / cm having. 22. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytmembran auf zumindest einer Seite eine äußere protonenleitfähige Beschichtung aufweist, die unlöslich in Wasser und Methanol ist. 22. Electrolyte membrane according to one of claims 1 to 21, characterized, that the electrolyte membrane has an outer proton conductive on at least one side Has coating that is insoluble in water and methanol. 23. Elektrolytmembran nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytmembran auf beiden Seiten eine äußere protonenleitfähige Beschichtung aufweist, die unlöslich in Wasser und Methanol ist. 23. electrolyte membrane according to claim 22, characterized, that the electrolyte membrane has an outer proton conductive on both sides Has coating that is insoluble in water and methanol. 24. Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die in Wasser und Methanol unlösliche Beschichtung polymere Protonenleiter, ausgewählt aus Nafion®, sulfonierten oder phosphonierten Polyphenylsulfonen, Polyimiden, Polyoxazolen, Polytriazolen, Polybenzimidazolen, Polyetheretherketonen (PEEK), Polyetherketonen (PEK), oder anorganische Protonenleiter, ausgewählt aus Sulfon- oder Posphonsäuren, oder deren Salze, Zr- oder Ti-Phosphate, Phosphonate oder Sulfoarylphosphonate oder Mischungen aus organischen und anorganischen Protonenleitern aufweist. 24. electrolyte membrane according to one of claims 22 or 23, characterized, that the polymeric proton conductor, which is insoluble in water and methanol, selected from Nafion®, sulfonated or phosphonated polyphenyl sulfones, Polyimides, polyoxazoles, polytriazoles, polybenzimidazoles, polyether ether ketones (PEEK), polyether ketones (PEK), or inorganic proton conductors, selected from Sulfonic or phosphonic acids, or their salts, Zr or Ti phosphates, phosphonates or Sulfoarylphosphonates or mixtures of organic and inorganic Has proton conductors. 25. Verfahren zur Herstellung einer Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Infiltration eines Trägers, der auf einem stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff basiert, der ein flächiges, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenes, flexibles Substrat mit einer auf und in diesem Substrat befindlichen Beschichtung aufweist, wobei das Material des Substrates ausgewählt ist aus gewebten oder ungewebten Polymerfasern und die Beschichtung eine poröse, keramische Beschichtung ist, mit 1. einer Mischung, enthaltend eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder einem Salz davon; oder 2. einer Mischung, enthaltend eine Brönstedsäure und/oder eine immobilisierbare Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon sowie ein Sol, das eine Vorstufe für Oxide von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor umfasst, oder 3. einer Mischung, enthaltend Zirkonium- und/oder Titan-Phosphate, -Phosphonate und/oder -Sulfoarylphosphonate sowie gegebenenfalls ein Sol, das eine Vorstufe für Oxide von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor als Netzwerkbildner umfasst und b) Verfestigung der den Träger infiltrierenden Mischung, um ein den Träger durchsetzendes Protonenleitfähiges Material zu schaffen, das geeignet ist selektiv Protonen durch die Membran zu leiten. 25. A method for producing an electrolyte membrane according to one of claims 1 to 24, characterized in that the method comprises the following steps: a) infiltration of a carrier based on a permeable composite material, which has a flat, with a plurality of openings provided flexible substrate with a coating on and in this substrate, the material of the substrate is selected from woven or non-woven polymer fibers and the coating is a porous, ceramic coating with 1. a mixture containing an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof; or 2. a mixture containing a Bronsted acid and / or an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof and a sol which comprises a precursor for oxides of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus, or 3. a mixture containing zirconium and / or titanium phosphates, phosphonates and / or sulfoaryl phosphonates and, if appropriate, a sol which comprises a precursor for oxides of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus as a network former and b) solidification of the mixture infiltrating the carrier in order to create a proton conductive material which penetrates the carrier and is suitable for selectively guiding protons through the membrane. 26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Sol erhältlich ist durch 1. Hydrolyse einer hydrolysierbaren Verbindung, vorzugsweise in einer Mischung aus Wasser und Alkohol, zu einem Hydrolysat, wobei die hydrolysierbare Verbindung ausgewählt ist aus hydrolysierbaren Alkoholaten, Acetaten, Acetylacetonaten, Nitraten, Oxynitraten, Chloriden, Oxychloriden, Carbonaten, von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, und/oder Phosphor oder Estern, vorzugsweise Methylestern, Ethylestern und/oder Propylestern der Phosphorsäure oder der phosphorigen Säure, 2. Peptisierung des Hydrolysats zu einem Sol. 26. The method of claim 25, wherein the sol is obtainable by 1. hydrolysis of a hydrolyzable compound, preferably in a mixture of water and alcohol, to give a hydrolyzate, the hydrolyzable compound being selected from hydrolyzable alcoholates, acetates, acetylacetonates, nitrates, oxynitrates, chlorides, oxychlorides, carbonates, of aluminum, silicon, titanium , Zirconium, and / or phosphorus or esters, preferably methyl esters, ethyl esters and / or propyl esters of phosphoric acid or phosphorous acid, 2. Peptization of the hydrolyzate to a sol. 27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung weitere protonenleitende Stoffe, vorzugsweise Titanphosphate, Titanphosphonate, Zirkoniumphosphate, Zirkoniumphosphonate, Iso- und Heteropolysäuren, vorzugsweise Wolframphosphorsäure oder Siliziumwolframsäure, nanokristalline Metalloxide, wobei Al2O3-, ZrO2-, TiO2- oder SiO2-Pulver bevorzugt sind, enthält. 27. The method according to claim 25 or 26, characterized in that the mixture further proton-conducting substances, preferably titanium phosphates, titanium phosphonates, zirconium phosphates, zirconium phosphonates, iso- and heteropoly acids, preferably tungsten phosphoric acid or silicon tungstic acid, nanocrystalline metal oxides, wherein Al 2 O 3 -, ZrO 2 -, TiO 2 or SiO 2 powder are preferred. 28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei die Infiltration durch Aufdrucken, Aufpressen, Einpressen, Aufrollen, Aufrakeln, Aufstreichen, Tauchen, Spritzen oder Aufgießen der Mischung auf den stoffdurchlässigen Träger erfolgt. 28. The method according to any one of claims 25 to 27, wherein the infiltration by printing, Pressing on, pressing in, rolling up, knife application, spreading on, dipping, spraying or The mixture is poured onto the permeable carrier. 29. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, wobei die Infiltration mit der Mischung wiederholt durchgeführt wird und gegebenenfalls ein Trocknungsschritt, vorzugsweise bei einer erhöhten Temperatur in einem Bereich von 50 bis 200°C, zwischen der wiederholten Infiltration erfolgt. 29. The method according to any one of claims 25 to 28, wherein the infiltration with the mixture is carried out repeatedly and optionally a drying step, preferably at an elevated temperature in a range of 50 to 200 ° C, between the repeated infiltration occurs. 30. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, wobei die Infiltration des stoffdurchlässigen Trägers kontinuierlich erfolgt. 30. The method according to any one of claims 25 to 29, wherein the infiltration of the permeable carrier takes place continuously. 31. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 30, wobei die Verfestigung durch Erwärmen auf eine Temperatur von 20 bis 300°C, vorzugsweise 50 bis 200°C, ganz besonders bevorzugt 80 bis 150°C erfolgt. 31. The method according to any one of claims 25 to 30, wherein the solidification by heating to a temperature of 20 to 300 ° C, preferably 50 to 200 ° C, very particularly preferably 80 to 150 ° C. 32. Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, wobei die Erwärmung durch erwärmte Luft, Heißluft, Infrarotstrahlung oder Mikrowellenstrahlung erfolgt. 32. The method according to claim 30 or 31, wherein the heating by heated air, Hot air, infrared radiation or microwave radiation takes place. 33. Flexible Membranelektrodeneinheit für eine Brennstoffzelle, mit einer elektrisch leitfähigen Anoden- und Kathodenschicht, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten einer für die Reaktionskomponenten der Brennstoffzellenreaktion undurchlässigen, protonenleitfähigen, flexiblen Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 24, vorgesehen sind, wobei die Elektrolytmembran einen flexiblen, stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff als Träger umfasst, der ein flächiges, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenes, flexibles Substrat mit einer auf und in diesem Substrat befindlichen Beschichtung aufweist, wobei das Material des Substrates ausgewählt ist aus gewebten oder ungewebter Polymerfasern und die Beschichtung eine poröse, keramische Beschichtung ist, und wobei der Träger mit einem protonenleitfähigen Material durchsetzt ist, das geeignet ist, selektiv Protonen durch die Membran zu leiten, und wobei die Anodenschicht und die Kathodenschicht porös sind und jeweils einen Katalysator für die Anoden- und Kathodenreaktion, eine protonenleitfähige Komponente und gegebenenfalls einen Katalysatorträger umfassen. 33. Flexible membrane electrode assembly for a fuel cell, with an electrical conductive anode and cathode layers, each on opposite sides one impermeable to the reaction components of the fuel cell reaction, proton conductive, flexible electrolyte membrane for a fuel cell, in particular according to one of claims 1 to 24, are provided, wherein the electrolyte membrane comprises flexible, permeable composite material as a carrier, which has a flat, with a plurality of openings provided, flexible substrate with one on and in this Has coating located substrate, the material of the substrate is selected from woven or non-woven polymer fibers and the coating one is porous, ceramic coating, and wherein the carrier with a proton conductive Is penetrated material that is capable of selectively guiding protons through the membrane, and wherein the anode layer and the cathode layer are porous and one each Catalyst for the anode and cathode reaction, a proton conductive component and optionally include a catalyst support. 34. Membranelektrodeneinheit nach Anspruch 33, wobei die protonenleitfähige Komponente der Anoden- und/oder Kathodenschicht und/oder der Elektrolytmembran jeweils umfasst a) eine immobilisierte Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon sowie gegebenenfalls ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium und/oder Phosphor, und/oder b) eine Brönstedsäure und ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium und/oder Phosphor und/oder c) Zirkonium- und/oder Titan-Phosphate, -Phosphonate und/oder -Sulfoarylphosphonate sowie gegebenenfalls ein Oxid von Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium und/oder Phosphor als Netzwerkbildner. 34. Membrane electrode unit according to claim 33, wherein the proton-conductive component of the anode and / or cathode layer and / or the electrolyte membrane each comprises a) an immobilized hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof and optionally an oxide of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus, and / or b) a Bronsted acid and an oxide of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus and / or c) zirconium and / or titanium phosphates, phosphonates and / or sulfoaryl phosphonates and optionally an oxide of aluminum, silicon, titanium, zirconium and / or phosphorus as a network former. 35. Membranelektrodeneinheit nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Brönstedsäure Schwefelsäure, Phosphorsäure, Perchlorsäure, Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure, schweflige Säure, phosphorige Säure sowie Ester davon und/oder eine monomere oder polymere organische Säure umfasst. 35. membrane electrode assembly according to claim 34, characterized, that the Bronsted acid sulfuric acid, phosphoric acid, perchloric acid, nitric acid, Hydrochloric acid, sulfurous acid, phosphorous acid and esters thereof and / or comprises a monomeric or polymeric organic acid. 36. Membranelektrodeneinheit nach Anspruch 34, wobei die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors oder ein Salz davon eine siliziumorganische Verbindung der allgemeinen Formeln

[{(RO)y(R2)z}aSi{R1-SO3 -}a]xMx+ (I)

oder

[(RO)y(R2)zSi{R1-Ob-P(OcR3)O2 -}a]xMx+ (II)

ist, wobei R1 für eine lineare oder verzweigte Alkyl- oder Alkylengruppe mit 1 bis 12 C-Atomen, eine Cycloalkylgruppe mit 5 bis 8 C-Atomen oder eine Einheit der allgemeinen Formeln


steht,
wobei n, m jeweils für eine ganze Zahl von 0 bis 6 steht,
M für H, NH4 oder ein Metall steht,
x = 1 bis 4,
y = 1 bis 3, z = 0 bis 2 und a = 1 bis 3 bedeuten, mit der Maßgabe, dass
y + z = 4 - a ist,
b, c = 0 oder 1,
R, R2 gleich oder verschieden sind und für Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butylreste oder H stehen und
R3 für M oder einen Methyl-, Ethyl-, Propyl- oder Butylrest steht.
36. Membrane electrode unit according to claim 34, wherein the hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof is an organosilicon compound of the general formulas

[{(RO) y (R 2 ) z } a Si {R 1 -SO 3 - } a ] x M x + (I)

or

[(RO) y (R 2 ) z Si {R 1 -O b -P (O c R 3 ) O 2 - } a ] x M x + (II)

, where R 1 is a linear or branched alkyl or alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 8 carbon atoms or a unit of the general formulas


stands,
where n, m each represents an integer from 0 to 6,
M represents H, NH 4 or a metal,
x = 1 to 4,
y = 1 to 3, z = 0 to 2 and a = 1 to 3, with the proviso that
y + z = 4 - a,
b, c = 0 or 1,
R, R 2 are the same or different and stand for methyl, ethyl, propyl, butyl or H and
R 3 represents M or a methyl, ethyl, propyl or butyl radical.
37. Membranelektrodeneinheit nach Anspruch 36, wobei die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors Trihydroxysilylpropylsulfonsäure, Trihydroxysilylpropylmethylphosphonsäure oder Dihydroxysilylpropyl-sulfondisäure ist. 37. Membrane electrode unit according to claim 36, wherein the hydroxysilylalkyl acid Sulfur or phosphorus trihydroxysilylpropylsulfonic acid, Is trihydroxysilylpropylmethylphosphonic acid or dihydroxysilylpropylsulfondioic acid. 38. Membranelektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 34, 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydroxysilylallcylsäure des Schwefels oder Phosphors oder ein Salz davon mit einer hydrolysierten Verbindung des Phosphors oder einem hydrolisierten Nitrat, Oxynitrat, Chlorid, Oxychlorid, Carbonat, Alkoholat, Acetat, Acetylacetonat eines Metalls oder Halbmetalls oder mit einer hydrolysierten Verbindung, erhalten durch Hydrolyse von Diethylphosphit (DEP), Diethylethylphosphonat (DEEP), Titanpropylat, Titanethylat, Tetraethylorthosilikat (TEOS) oder Tetramethylorthosilikat (TMOS), Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat, Zirkoniumacetylacetonat, Phosphorsäuremethylester oder mit gefällter Kieselsäure immobilisiert ist. 38. Membrane electrode unit according to one of claims 34, 36 or 37, characterized characterized in that the hydroxysilylallicylic acid of sulfur or phosphorus or a Salt thereof with a hydrolyzed compound of phosphorus or a hydrolyzed one Nitrate, oxynitrate, chloride, oxychloride, carbonate, alcoholate, acetate, acetylacetonate one Metal or semi-metal or with a hydrolyzed compound obtained by Hydrolysis of diethyl phosphite (DEP), diethyl ethyl phosphonate (DEEP), titanium propylate, Titanium ethylate, tetraethyl orthosilicate (TEOS) or tetramethyl orthosilicate (TMOS), Zirconium nitrate, zirconium oxynitrate, zirconium propylate, zirconium acetate, Zirconium acetylacetonate, phosphoric acid methyl ester or immobilized with precipitated silica. 39. Membranelektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 33 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die protonenleitende Komponente protonenleitende Stoffe aufweist, ausgewählt aus den Titanphosphaten, Titanphosphonaten, Zirkoniumphosphaten, Zirkoniumphosphonaten, Iso- und Heteropolysäuren, vorzugsweise Wolframphosphorsäure oder Siliziumwolframsäure, oder nanokristallinen Metalloxiden, wobei Al2O3-, ZrO2-, TiO2- oder SiO2-Pulver bevorzugt sind. 39. Membrane electrode unit according to one of claims 33 to 38, characterized in that the proton-conducting component has proton-conducting substances selected from the titanium phosphates, titanium phosphonates, zirconium phosphates, zirconium phosphonates, iso- and heteropolyacids, preferably tungsten phosphoric acid or silicon tungstic acid, or nanocrystalline metal oxides, where Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 or SiO 2 powder are preferred. 40. Membranelektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 33 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei einer Temperatur von mindestens 80°C, vorzugsweise bei mindestens 100°C, und ganz besonders bevorzugt bei mindestens 120°C betrieben werden kann. 40. membrane electrode assembly according to one of claims 33 to 39, characterized, that they are at a temperature of at least 80 ° C, preferably at least 100 ° C, and very particularly preferably can be operated at at least 120 ° C. 41. Membranelektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 33 bis 40, die einen Biegeradius bis herab zu 5000 mm, vorzugsweise bis herab zu 100 mm, ganz besonders bevorzugt bis herab zu 50 mm toleriert. 41. Membrane electrode unit according to one of claims 33 to 40, which has a bending radius down to 5000 mm, preferably down to 100 mm, most preferably up to tolerated down to 50 mm. 42. Membranelektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 33 bis 41, wobei die protonenleitfähige Komponente der Anodenschicht und Kathodenschicht und das protonenleitfähige Material der Elektrolytmembran die gleiche Zusammensetzung aufweisen. 42. Membrane electrode unit according to one of claims 33 to 41, wherein the proton conductive component of the anode layer and cathode layer and that proton conductive material of the electrolyte membrane the same composition exhibit. 43. Membranelektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 33 bis 42, wobei die protonenleitfähige Komponente der Anodenschicht und der Kathodenschicht die gleiche Zusammensetzung aufweisen. 43. Membrane electrode unit according to one of claims 33 to 42, wherein the proton conductive component of the anode layer and the cathode layer the same Have composition. 44. Membranelektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 33 bis 43, wobei die Anodenschicht und die Kathodenschicht unterschiedliche Katalysatoren aufweisen. 44. Membrane electrode unit according to one of claims 33 to 43, wherein the Anode layer and the cathode layer have different catalysts. 45. Membranelektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 33 bis 44, wobei der Katalysatorträger in der Anodenschicht und in der Kathodenschicht elektrisch leitfähig ist. 45. Membrane electrode unit according to one of claims 33 to 44, wherein the Catalyst carrier in the anode layer and in the cathode layer electrically conductive is. 46. Verfahren zur Herstellung einer Membranelektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 33 bis 45, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst, A) Bereitstellung einer für die Reaktionskomponenten der Brennstoffzellenreaktion undurchlässigen, protonenleitfähigen, flexiblen Elektrolytmembran für eine Brennstoffzelle, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei die Elektrolytmembran einen flexiblen, stoffdurchlässigen Verbundwerkstoff als Träger umfasst, der ein flächiges, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenes, flexibles Substrat mit einer auf und in diesem Substrat befindlichen Beschichtung aufweist, wobei das Material des Substrates ausgewählt ist aus gewebten oder ungewebten Polymerfasern und die Beschichtung eine poröse, keramische Beschichtung ist, und wobei der Träger mit einem protonenleitfähigen Material durchsetzt ist, das geeignet ist, selektiv Protonen durch die Membran zu leiten, B) Bereitstellung jeweils eines Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht und einer Kathodenschicht, wobei das Mittel jeweils umfasst: 1. eine kondensierbare Komponente, die nach der Kondensation der Elektrodenschicht Protonenleitfähigkeit verleiht, 2. einen Katalysator, der die Anodenreaktion bzw. die Kathodenreaktion katalysiert, oder eine Vorstufenverbindung des Katalysators, 3. gegebenenfalls einen Katalysatorträger und 4. gegebenenfalls einen Porenbildner, C) Aufbringen der Mittel aus Stufe (B) auf jeweils eine Seite der Elektrolytmembran aus Stufe (A) zur Bildung einer Beschichtung, D) Schaffung eines festen Verbundes zwischen den Beschichtungen und der Elektrolytmembran unter Ausbildung einer porösen, protonenleitfähigen Anodenschicht oder Kathodenschicht, wobei die Ausbildung der Anodenschicht und der Kathodenschicht gleichzeitig oder nacheinander erfolgen kann. 46. A method for producing a membrane electrode unit according to one of claims 33 to 45, the method comprising the following steps, A) Providing a proton-conductive, flexible electrolyte membrane for a fuel cell, which is impermeable to the reaction components of the fuel cell reaction, in particular according to one of claims 1 to 24, wherein the electrolyte membrane comprises a flexible, permeable composite material as a carrier, which has a flat, provided with a plurality of openings , Flexible substrate with a coating located on and in this substrate, wherein the material of the substrate is selected from woven or non-woven polymer fibers and the coating is a porous, ceramic coating, and wherein the carrier is interspersed with a proton-conductive material that is suitable to selectively direct protons through the membrane, B) Provision in each case of an agent for producing an anode layer and a cathode layer, the agent in each case comprising: 1. a condensable component which gives proton conductivity after the condensation of the electrode layer, 2. a catalyst which catalyzes the anode reaction or the cathode reaction, or a precursor compound of the catalyst, 3. optionally a catalyst support and 4. if necessary, a pore former, C) applying the agents from stage (B) to one side of the electrolyte membrane from stage (A) to form a coating, D) Creation of a firm bond between the coatings and the electrolyte membrane with the formation of a porous, proton-conductive anode layer or cathode layer, it being possible for the anode layer and the cathode layer to be formed simultaneously or in succession. 47. Verfahren nach Anspruch 46, wobei das Aufbringen des Mittels in Schritt (C) durch Aufdrucken, Aufpressen, Einpressen, Aufrollen, Aufrakeln, Aufstreichen, Tauchen, Spritzen oder Aufgießen erfolgt. 47. The method of claim 46, wherein the application of the agent in step (C) by Printing on, pressing on, pressing in, rolling up, knife coating, spreading on, dipping, Spraying or pouring takes place. 48. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 oder 47, wobei das Mittel gemäß Schritt (B) zur Herstellung einer Anodenschicht oder einer Kathodenschicht eine Suspension ist, die erhältlich ist durch 1. Herstellung eines Sols, umfassend
eine Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors bzw. deren Salz und gegebenenfalls eine die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors bzw. deren Salz immobilisierende hydrolysierbare Verbindung des Phosphors
oder ein hydrolisierbares Nitrat, Oxynitrat, Chlorid, Oxychlorid, Carbonat, Alkoholat, Acetat, Acetylacetonat eines Metalls oder Halbmetalls, vorzugsweise Phosphorsäuremethylester, Diethylphosphit (DEP), Diethylethylphosphonat (DEEP), Titanpropylat, Titanethylat, Tetraethylorthosilikat (TEOS) oder Tetramethylorthosilikat (TMOS), Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat oder Zirkoniumacetylacetonat,
2. Dispergieren des Katalysators und gegebenenfalls des Katalysatorträgers und Porenbildners in dem Sol aus (S1).
48. The method according to any one of claims 46 or 47, wherein the agent according to step (B) for producing an anode layer or a cathode layer is a suspension which is obtainable by 1. Preparation of a sol, comprising
a hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or its salt and optionally a hydrolyzable compound of phosphorus immobilizing the hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or its salt
or a hydrolyzable nitrate, oxynitrate, chloride, oxychloride, carbonate, alcoholate, acetate, acetylacetonate of a metal or semimetal, preferably methylphosphate, diethylphosphite (DEP), diethylethylphosphonate (DEEP), titanium propylate, titaniumethylate, tetraethylorthosilicate (TEOS) or tetraethyltosilicate (TEOS) or Zirconium nitrate, zirconium oxynitrate, zirconium propylate, zirconium acetate or zirconium acetylacetonate,
2. Dispersing the catalyst and optionally the catalyst support and pore former in the sol from (S1).
49. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 48, wobei das Mittel gemäß Schritt (B) zur Herstellung einer Anodenschicht oder einer Kathodenschicht eine Suspension ist, die erhältlich ist durch 1. Hydrolyse einer hydrolysierbaren Verbindung zu einem Hydrolysat, wobei die hydrolysierbare Verbindung ausgewählt ist aus
einer hydrolysierbaren Verbindung des Phosphors oder hydrolysierbaren Nitraten, Oxynitraten, Chloriden, Oxychloriden, Carbonaten, Alkoholaten, Acetaten, Acetylacetonaten eines Metalls oder Halbmetalls, vorzugsweise Aluminiumalkoholaten, Vanadium-alkoholaten, Titanpropylat, Titanethylat, Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat oder Zirkoniumacetylacetonat, oder
Metallsäuren des Aluminiums, Siliziums, Titans, Vanadiums, Antimons, Zinns, Bleis, Chroms, Wolframs, Molybdäns, Mangans, wobei Wolframphosphorsäure und Siliziumwolframsäure bevorzugt ist,
2. Peptisierung des Hydrolysats mit einer Säure zu einer Dispersion, 3. Vermischen der Dispersion mit einem nanokristallinen protonenleitenden Metalloxid, vorzugsweise Al2O3-, ZrO2-, TiO2- oder SiO2-Pulver, 4. Dispergieren des Katalysators und gegebenenfalls des Trägers und Porenbildners.
49. The method according to any one of claims 46 to 48, wherein the agent according to step (B) for producing an anode layer or a cathode layer is a suspension which is obtainable by 1. hydrolysis of a hydrolyzable compound to a hydrolyzate, the hydrolyzable compound being selected from
a hydrolyzable compound of phosphorus or hydrolyzable nitrates, oxynitrates, chlorides, oxychlorides, carbonates, alcoholates, acetates, acetylacetonates of a metal or semimetal, preferably aluminum alcoholates, vanadium alcoholates, titanium propylate, titanium ethylate, zirconium nitrate, zirconium oxynitate or zirconium propacyl acetate or zirconium propacyl acetate
Metal acids of aluminum, silicon, titanium, vanadium, antimony, tin, lead, chromium, tungsten, molybdenum, manganese, with tungsten phosphoric acid and silicon tungsten acid being preferred,
2. peptizing the hydrolyzate with an acid to form a dispersion, 3. Mixing the dispersion with a nanocrystalline proton-conducting metal oxide, preferably Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 or SiO 2 powder, 4. Dispersing the catalyst and optionally the carrier and pore former.
50. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 49, wobei die Mittel zur Herstellung einer Anodenschicht und einer Kathodenschicht in Schritt (C) aufgedruckt werden und zur Schaffung eines festen Verbundes zwischen den Beschichtungen und der Elektrolytmembran unter Ausbildung einer porösen, protonenleitfähigen Anodenschicht oder Kathodenschicht in Schritt (D) auf eine Temperatur von 20 bis 300°C, vorzugsweise 50 bis 200°C, ganz besonders bevorzugt 80 bis 150°C erwärmt wird. 50. The method according to any one of claims 46 to 49, wherein the means for producing a Anode layer and a cathode layer are printed in step (C) and for Creation of a firm bond between the coatings and the Electrolyte membrane with the formation of a porous, proton-conductive anode layer or cathode layer in step (D) to a temperature of 20 to 300 ° C, preferably 50 to 200 ° C, most preferably 80 to 150 ° C is heated. 51. Verfahren nach Anspruch 48 oder 49, gekennzeichnet durch 1. Aufbringen des Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht oder Kathodenschicht auf eine Stützmembran, vorzugsweise aus Polytretrafluorethylen, 2. Antrocknen der unter (M1) erhaltenen Beschichtung, 3. Aufpressen der angetrockneten Beschichtung auf die Elektrolytmembran bei einer Temperatur von 20 bis 300°C, vorzugsweise 50 bis 150°C, ganz besonders bevorzugt 50 bis 120°C, 4. Entfernen der Stützmembran insbesondere durch mechanisches Ablösen, chemisches Auflösen, oder Pyrolisieren oder gekennzeichnet durch 5. Aufbringen des Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht oder Kathodenschicht auf eine Stützmembran, vorzugsweise aus Kohlepapier oder einem elektrisch leitfähigen Vlies oder Gewebe, 6. Antrocknen der unter (N1) erhaltenen Beschichtung zur Herstellung einer beschichteten Stützmembran, 7. Aufpressen der beschichteten Stützmembran auf die Elektrolytmembran bei einer Temperatur von Raumtemperatur bis 800°C, vorzugsweise 150 bis 500°C, ganz besonders bevorzugt 180 bis 250°C. 51. The method according to claim 48 or 49, characterized by 1. Applying the agent for producing an anode layer or cathode layer to a support membrane, preferably made of polytretrafluoroethylene, 2. drying of the coating obtained under (M1), 3. pressing the dried coating onto the electrolyte membrane at a temperature of 20 to 300 ° C., preferably 50 to 150 ° C., very particularly preferably 50 to 120 ° C., 4. Removing the support membrane, in particular by mechanical detachment, chemical dissolving, or pyrolizing or characterized by 5. applying the agent for producing an anode layer or cathode layer to a support membrane, preferably made of carbon paper or an electrically conductive fleece or fabric, 6. drying of the coating obtained under (N1) to produce a coated support membrane, 7. Pressing the coated support membrane onto the electrolyte membrane at a temperature from room temperature to 800 ° C., preferably 150 to 500 ° C., very particularly preferably 180 to 250 ° C. 52. Verfahren nach einem der Ansprüche 48 oder 49, wobei in Schritt (B) bei der Bereitstellung jeweils eines Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht und einer Kathodenschicht das Mittel a) ein Katalysatormetallsalz, vorzugsweise Hexachloroplatinsäure umfasst b) nach dem Aufbringen der Mittel durch Schritt (C) das Katalysatormetallsalz zu einem Katalysator, der die Anodenreaktion oder die Kathodenreaktion katalysiert, reduziert wird, c) in Schritt (D) eine offenporige Gasdiffusionselektrode, vorzugsweise ein offenporiges Kohlepapier, auf den Katalysator aufgepresst oder mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff auf den Katalysator geklebt wird. 52. The method according to any one of claims 48 or 49, wherein in step (B) in each case providing an agent for producing an anode layer and a cathode layer, the agent a) comprises a catalyst metal salt, preferably hexachloroplatinic acid b) after the application of the agents by step (C), the catalyst metal salt is reduced to a catalyst which catalyzes the anode reaction or the cathode reaction, c) in step (D), an open-pore gas diffusion electrode, preferably an open-pore carbon paper, is pressed onto the catalyst or glued to the catalyst with an electrically conductive adhesive. 53. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 52, wobei das Aufbringen des Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht oder Kathodenschicht wiederholt durchgeführt wird und gegebenenfalls ein Trocknungsschritt, vorzugsweise bei einer erhöhten Temperatur in einem Bereich von 50 bis 200°C, zwischen der wiederholten Durchführung des Aufbringens erfolgt. 53. The method according to any one of claims 46 to 52, wherein the application of the agent for Production of an anode layer or cathode layer is carried out repeatedly and optionally a drying step, preferably at an elevated temperature in a range of 50 to 200 ° C, between repeating the Applying. 54. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 53, wobei das Aufbringen des Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht oder Kathodenschicht auf eine von einer ersten Rolle abgerollten flexiblen Elektrolytmembran oder flexiblen Stützmembran erfolgt. 54. The method according to any one of claims 46 to 53, wherein the application of the agent for Production of an anode layer or cathode layer on one of a first roll unrolled flexible electrolyte membrane or flexible support membrane. 55. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 54, wobei das Aufbringen des Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht oder Kathodenschicht kontinuierlich erfolgt. 55. The method according to any one of claims 46 to 54, wherein the application of the agent for Production of an anode layer or cathode layer takes place continuously. 56. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 55, wobei das Aufbringen des Mittels zur Herstellung einer Anodenschicht oder Kathodenschicht auf eine erwärmte Elektrolyt- oder Stützmembran erfolgt. 56. The method according to any one of claims 46 to 55, wherein the application of the agent for Production of an anode layer or cathode layer on a heated electrolyte or support membrane. 57. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 56, wobei in Schritt (D) zur Schaffung eines festen Verbundes zwischen den Beschichtungen und der Elektrolytmembran auf eine Temperatur von 20 bis 300°C, vorzugsweise 50 bis 200°C, ganz besonders bevorzugt 80 bis 150°C erwärmt wird. 57. The method according to any one of claims 46 to 56, wherein in step (D) to create a firm bond between the coatings and the electrolyte membrane on a Temperature of 20 to 300 ° C, preferably 50 to 200 ° C, very particularly preferred 80 to 150 ° C is heated. 58. Verfahren nach Anspruch 57, wobei mittels erwärmter Luft, Heißluft, Infrarotstrahlung oder Mikrowellenstrahlung erwärmt wird. 58. The method of claim 57, wherein by means of heated air, hot air, infrared radiation or microwave radiation is heated. 59. Mittel, umfassend: 1. eine kondensierbare Komponente, die nach der Kondensation einer Anodenschicht oder einer Kathodenschicht einer Membranelektrodeneinheit einer Brennstoffzelle Protonenleitfähigkeit verleiht, 2. einen Katalysator, der die Anodenreaktion oder die Kathodenreaktion in einer Brennstoffzelle katalysiert, oder eine Vorläuferverbindung des Katalysators, 3. gegebenenfalls einen Katalysatorträger und 4. gegebenenfalls einen Porenbildner, und 5. gegebenenfalls Additive zur Verbesserung von Schaumverhalten, Viskosität und Haftung. 59. Medium comprising: 1. a condensable component which, after the condensation of an anode layer or a cathode layer of a membrane electrode assembly, imparts proton conductivity to a fuel cell, 2. a catalyst which catalyzes the anode reaction or the cathode reaction in a fuel cell, or a precursor compound of the catalyst, 3. optionally a catalyst support and 4. optionally a pore former, and 5. optionally additives to improve foam behavior, viscosity and adhesion. 60. Mittel nach Anspruch 59, wobei die kondensierbare Komponente, die nach der Kondensation der Anodenschicht oder der Kathodenschicht Protonenleitfähigkeit verleiht, ausgewählt ist aus A) hydrolysierbaren Verbindungen des Phosphors oder
hydrolysierbaren Nitraten, Oxynitraten, Chloriden, Oxychloriden, Carbonaten, Alkoholaten, Acetaten, Acetylacetonaten eines Metalls oder Halbmetalls, vorzugsweise Aluminiumalkoholaten, Vanadium-alkoholaten, Titanpropylat, Titanethylat, Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat oder Zirkoniumacetylacetonat, oder
Metallsäuren des Aluminiums, Titans, Vanadiums, Antimons, Zinns, Bleis, Chroms, Wolframs, Molybdäns, Mangans, wobei Wolframphosphorsäure bevorzugt ist, und/oder
B) einer immobilisierbaren Hydroxysilylalkylsäure von Schwefel oder Phosphor oder ein Salz davon und gegebenenfalls einer die Hydroxysilylalkylsäure des Schwefels oder Phosphors bzw. deren Salz immobilisierende hydrolysierbare Verbindung des Phosphors oder einem hydrolysierbaren Nitrat, Oxynitrat, Chlorid, Oxychlorid, Carbonat, Alkoholat, Acetat, Acetylacetonat eines Metalls oder Halbmetalls, vorzugsweise Diethylphosphonat (DEP), Diethylethylphosphonat (DEEP), Phosphorsäuremethylester, Titanpropylat, Titanethylat, Tetraethylorthosilikat (TEOS) oder Tetramethylorthosilikat (TMOS), Zirkoniumnitrat, Zirkoniumoxynitrat, Zirkoniumpropylat, Zirkoniumacetat oder Zirkoniumacetylacetonat.
60. Composition according to claim 59, wherein the condensable component which, after the condensation of the anode layer or the cathode layer, gives proton conductivity is selected from A) hydrolyzable compounds of phosphorus or
hydrolyzable nitrates, oxynitrates, chlorides, oxychlorides, carbonates, alcoholates, acetates, acetylacetonates of a metal or semimetal, preferably aluminum alcoholates, vanadium alcoholates, titanium propylate, titanium ethylate, zirconium nitrate, zirconium oxynitrate, zirconium propylate, zirconium acetate or zirconium acetate
Metal acids of aluminum, titanium, vanadium, antimony, tin, lead, chromium, tungsten, molybdenum, manganese, with tungsten phosphoric acid being preferred, and / or
B) an immobilizable hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or a salt thereof and optionally a hydrolysable compound of phosphorus or a hydrolysable nitrate, oxynitrate, chloride, oxychloride, carbonate, alcoholate, acetate, acetylacetonate one of the hydroxysilylalkyl acid of sulfur or phosphorus or its salt Metal or semimetal, preferably diethylphosphonate (DEP), diethylethylphosphonate (DEEP), phosphoric acid methyl ester, titanium propylate, titanium ethylate, tetraethylorthosilicate (TEOS) or tetramethylorthosilicate (TMOS), zirconium nitrate, zirconium oxynitrate, zirconium propyl acetate, zirconium propyl acetate.
61. Mittel nach Anspruch 59, bei dem der Katalysator oder die Vorläuferverbindung des Katalysators Platin, Palladium und/oder Ruthenium umfasst. 61. Agent according to claim 59, in which the catalyst or the precursor compound of Catalyst includes platinum, palladium and / or ruthenium. 62. Mittel nach einem der Ansprüche 59 bis 61, bei dem der Porenbildner ein organischer und/oder anorganischer Stoff ist, der sich bei einer Temperatur zwischen 50 und 300°C und vorzugsweise zwischen 100 und 200°C zersetzt. 62. Agent according to one of claims 59 to 61, wherein the pore former is an organic and / or inorganic substance that is at a temperature between 50 and 300 ° C. and preferably decomposes between 100 and 200 ° C. 63. Mittel nach Anspruch 62, bei dem der anorganische Porenbildner Ammoniumcarbonat oder Ammoniumbicarbonat ist. 63. Agent according to claim 62, in which the inorganic pore former is ammonium carbonate or is ammonium bicarbonate. 64. Mittel nach einem der Ansprüche 59 bis 63, wobei der Katalysatorträger elektrisch leitfähig ist und vorzugsweise aus Ruß, Graphit, Kohle, Kohlenstoff, Aktivkohle oder Metalloxiden besteht. 64. Agent according to one of claims 59 to 63, wherein the catalyst support is electrical is conductive and preferably made of carbon black, graphite, carbon, carbon, activated carbon or Metal oxides exist. 65. Verwendung einer Elektrolytmembran gemäß einer der Ansprüche 1 bis 24 in einer Brennstoffzelle. 65. Use of an electrolyte membrane according to one of claims 1 to 24 in one Fuel cell. 66. Verwendung nach Anspruch 65, wobei die Brennstoffzelle eine Direkt-methanol- Brennstoffzelle oder eine Reformat-Brennstoffzelle ist. 66. Use according to claim 65, wherein the fuel cell is a direct methanol Fuel cell or a reformate fuel cell. 67. Verwendung einer Elektrolytmembran gemäß einer der Ansprüche 1 bis 24 zur Herstellung einer Membranelektrodeneinheit, einer Brennstoffzelle, oder eines Brennstoffzellenstacks. 67. Use of an electrolyte membrane according to one of claims 1 to 24 for Manufacture of a membrane electrode assembly, a fuel cell, or one Fuel cell stacks. 68. Verwendung einer Membranelektrodeneinheit gemäß einem der Ansprüche 33 bis 45 in einer Brennstoffzelle. 68. Use of a membrane electrode assembly according to any one of claims 33 to 45 in a fuel cell. 69. Verwendung nach Anspruch 68, wobei die Brennstoffzehe eine Direkt-methanol- Brennstoffzelle oder eine Reformat-Brennstoffzelle ist. 69. Use according to claim 68, wherein the fuel toe is a direct methanol Fuel cell or a reformate fuel cell. 70. Brennstoffzelle mit einer Elektrolytmembran gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24. 70. Fuel cell with an electrolyte membrane according to one of claims 1 to 24. 71. Brennstoffzelle mit einer Membranelektrodeneinheit gemäß einem der Ansprüche 33 bis 45. 71. Fuel cell with a membrane electrode unit according to one of claims 33 to 45th 72. Mobiles oder stationäres System mit einer Membranelektrodeneinheit, einer Brennstoffzelle oder einem Brennstoffzellenstack, enthaltend eine Elektrolytmembran nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder eine Membranelektrodeneinheit gemäß einem der Ansprüche 33 bis 45. 72. Mobile or stationary system with a membrane electrode assembly, one Fuel cell or a fuel cell stack containing an electrolyte membrane according to one of claims 1 to 4 or a membrane electrode assembly according to one of the Claims 33 to 45. 73. Mobiles oder stationäres System nach Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile System ein Fahrzeug und das stationäre System ein Hausenergiesystem ist. 73. Mobile or stationary system according to claim 72, characterized, that the mobile system is a vehicle and the stationary system is a home energy system is.
DE10208275A 2002-02-26 2002-02-26 Flexible electrolyte membrane based on a carrier comprising polymer fibers, process for their production and the use thereof Withdrawn DE10208275A1 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10208275A DE10208275A1 (en) 2002-02-26 2002-02-26 Flexible electrolyte membrane based on a carrier comprising polymer fibers, process for their production and the use thereof
AU2003248341A AU2003248341A1 (en) 2002-02-26 2003-01-14 Flexible electrolyte membrane based on a carrier comprising polymer fibres, methods for the production thereof and use of the same
PCT/EP2003/000256 WO2003073545A2 (en) 2002-02-26 2003-01-14 Flexible electrolyte membrane based on a carrier comprising polymer fibres, methods for the production thereof and use of the same
TW092103747A TW200306032A (en) 2002-02-26 2003-02-24 Flexible electrolyte membrane based on a support comprising polymer fibers, production thereof, and its use

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10208275A DE10208275A1 (en) 2002-02-26 2002-02-26 Flexible electrolyte membrane based on a carrier comprising polymer fibers, process for their production and the use thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10208275A1 true DE10208275A1 (en) 2003-09-04

Family

ID=27674997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10208275A Withdrawn DE10208275A1 (en) 2002-02-26 2002-02-26 Flexible electrolyte membrane based on a carrier comprising polymer fibers, process for their production and the use thereof

Country Status (4)

Country Link
AU (1) AU2003248341A1 (en)
DE (1) DE10208275A1 (en)
TW (1) TW200306032A (en)
WO (1) WO2003073545A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113629281A (en) * 2021-06-30 2021-11-09 嘉寓氢能源科技(辽宁)有限公司 Preparation method of fuel cell membrane electrode

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013200722A1 (en) 2012-01-30 2013-08-01 Evonik Litarion Gmbh Separator containing an organic-inorganic adhesion promoter component
CN104592541B (en) * 2015-01-20 2017-10-27 浙江大学 Micropore polybenzimidazole membrane and modified polyphenyl and imidazoles are the lithium-sulfur cell of barrier film
EP3851183A1 (en) 2020-01-17 2021-07-21 Evonik Operations GmbH Composite bodies and their use in organophilic nanofiltration

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9708365D0 (en) * 1997-04-25 1997-06-18 Johnson Matthey Plc Proton conducting membranes
WO1999057769A1 (en) * 1998-05-06 1999-11-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Electrical separator on the basis of a substrate with ceramic coating
DE19821976C2 (en) * 1998-05-18 2003-01-16 Freudenberg Carl Kg fuel cell
DE19821978C2 (en) * 1998-05-18 2002-06-06 Freudenberg Carl Kg Membrane electrode unit for a fuel cell
EP1017476B1 (en) * 1998-06-03 2006-10-18 Degussa AG Ion-conducting composite which is permeable to matter, method for producing said composite, and use of the same
DE10031281A1 (en) * 2000-06-27 2002-01-10 Creavis Tech & Innovation Gmbh Polyelectrolyte-coated, permeable composite material, process for its production and the use of the composite material

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113629281A (en) * 2021-06-30 2021-11-09 嘉寓氢能源科技(辽宁)有限公司 Preparation method of fuel cell membrane electrode
CN113629281B (en) * 2021-06-30 2022-07-15 嘉寓氢能源科技(辽宁)有限公司 A kind of preparation method of fuel cell membrane electrode

Also Published As

Publication number Publication date
TW200306032A (en) 2003-11-01
AU2003248341A1 (en) 2003-09-09
WO2003073545A3 (en) 2005-01-06
AU2003248341A8 (en) 2003-09-09
WO2003073545A2 (en) 2003-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1345675A1 (en) Cation-conducting or proton-conducting ceramic membrane infiltrated with an ionic liquid, method for the production thereof and use of the same
WO2002047801A1 (en) Cation-conducting or proton-conducting ceramic membrane based on a hydroxysilylic acid, method for the production thereof and use of the same
DE10208279A1 (en) Flexible electrolyte membrane based on a carrier comprising polymer fibers, process for their production and the use thereof
DE69804526T2 (en) composite membranes
EP1017476B1 (en) Ion-conducting composite which is permeable to matter, method for producing said composite, and use of the same
DE69902810T2 (en) METHOD FOR PRODUCING A SOLID POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE
DE19548421B4 (en) Process for the continuous production of membrane electrode assemblies
EP1532701B1 (en) Ion conducting battery separator for lithium batteries, method for the production and use thereof
DE60221926T2 (en) Proton-conducting membrane, process for its preparation and fuel cell in which it is used
EP1787342B1 (en) Gas diffusion electrodes, method for the production of gas diffusion electrodes and fuel cells using said gas diffusion electrodes
DE69905928T2 (en) COMPOSITE MEMBRANE FOR FUEL CELL CONTAINING A POROUS FLEECE FILM
WO2002080297A2 (en) Electrolyte membrane, membrane electrode units comprising the same, method for the production thereof and specific uses therefor
KR20150013998A (en) Oxide electrode materials composite fibers internal mixing electrolyte materials and method for preparation thereof
CA3160120A1 (en) Gas diffusion layer for fuel cells
EP4016667B1 (en) Method for producing a gas diffusion layer
DE10205852A1 (en) Electrolyte membrane with diffusion barrier, these comprehensive membrane electrode units, manufacturing processes and special uses
DE10115927A1 (en) Electrolyte membrane, this comprehensive membrane electrode assembly, manufacturing method and special uses
DE10205850A1 (en) Flexible electrolyte membrane based on a glass fabric, process for its production and the use thereof
DE10205849A1 (en) Proton-conducting ceramic membranes based on zirconium phosphates, processes for their production and their use in MEAs and fuel cells
DE10208275A1 (en) Flexible electrolyte membrane based on a carrier comprising polymer fibers, process for their production and the use thereof
WO2020120154A1 (en) Hybrid gas diffusion layer for electrochemical cells
DE102006050090A1 (en) Oxygen reduction gas diffusion cathode has a porous electrically conductive substrate with diamond particles with hydrophobic coatings and catalytic particles in a fluorine resin binder
DE10254732A1 (en) Flexible membrane for fuel cells, e.g. for cars or domestic systems, comprises a porous composite support filled with polymer electrolyte, a porous substrate of glass or polymer fibres, and a porous ceramic coating
WO2020120306A1 (en) Membrane for the selective transport of substances
EP1673832B1 (en) Multilayered structures and methods for producing the same

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee