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WO2020057893A1 - Method for producing a membrane electrode assembly for a fuel cell - Google Patents

Method for producing a membrane electrode assembly for a fuel cell Download PDF

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Publication number
WO2020057893A1
WO2020057893A1 PCT/EP2019/072479 EP2019072479W WO2020057893A1 WO 2020057893 A1 WO2020057893 A1 WO 2020057893A1 EP 2019072479 W EP2019072479 W EP 2019072479W WO 2020057893 A1 WO2020057893 A1 WO 2020057893A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
component
membrane electrode
electrode unit
particles
electrode assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/072479
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Silvan Hippchen
Claudio Baldizzone
Harald Bauer
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to CN201980061679.6A priority Critical patent/CN112740448A/en
Publication of WO2020057893A1 publication Critical patent/WO2020057893A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023Porous and characterised by the material
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    • H01M8/0243Composites in the form of mixtures
    • HELECTRICITY
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    • H01M8/023Porous and characterised by the material
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    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
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    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a membrane electrode assembly for a fuel cell according to the independent
  • Procedural claim Furthermore, the invention relates to a corresponding membrane electrode unit according to the independent device claim. In addition, the invention relates to a corresponding fuel cell according to the independent independent device claim.
  • Fuel cells are electrochemical energy converters.
  • PEM fuel cells are constructed as a stack of repeat units, comprising a cathode region, a bipolar plate, an anode region and a membrane electrode unit.
  • the bipolar plate is electrically conductive, but is impermeable to gases and ions.
  • the bipolar plate is distributed in the anode area z. B. hydrogen gas and in the cathode region z. B. oxygen gas or air.
  • a porous intermediate layer e.g. gas diffusion layer, GDL
  • GDL gas diffusion layer
  • the intermediate layer can be formed, for example, as a porous nonwoven made of carbon fibers.
  • Hydrophobic coating for example by spraying, can however lead to a partial or complete closure of the open pore structure, so that the fleece has a hydrophobic coating, but the pore structure is narrowed or closed to expel the condensed water. This also prevents oxygen or air from entering the membrane.
  • the fiber structure on the surface of the fleece is not flat, a wavy membrane can be formed.
  • a wavy membrane does not allow good contact with the gas diffusion layer on the opposite side.
  • the nonwovens are often coated with a microporous layer, which is connected to the nonwoven fabric by spraying on a particle suspension, drying and sintering the same.
  • the surface ripple of the fleece is traced through the application process.
  • the fleece is coated directly with a particle suspension or with a membrane solution from which the membrane is formed, the solution or suspension can penetrate into the depressions in the fiber structure and fill them. Such a penetrated solution or suspension can
  • such a membrane or microporous layer can have an inhomogeneous thickness and thus cause an inhomogeneous electrical resistance. This allows local Different currents occur, which can limit the performance of the fuel cell.
  • the invention provides a method for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell according to the independent
  • the present invention provides a method for producing a membrane electrode assembly for a fuel cell, the one, in particular
  • Microporous, electrode unit wherein the, in particular microporous, electrode unit is designed to serve as a gas diffusion layer, comprising the following steps:
  • PVDF polyvinylidene fluoride-containing granulate
  • a membrane electrode unit in the context of the invention can be understood to be an, in particular microporous, electrode unit which
  • The, in particular microporous, electrode unit in the context of the invention can, with or without a separate fiber-based intermediate layer, as one
  • The, in particular microporous, electrode unit in the context of the invention has one in comparison to a fiber-based one
  • The, in particular microporous, electrode unit in the context of the invention is advantageously suitable for coating with a thin membrane with a material thickness of a few micrometers, which has a uniform, advantageously flat, position on the surface of the
  • The, in particular microporous, electrode unit in the context of the invention has a pore structure in the nanometer range and a material thickness of 10 pm to 150 pm, preferably 20 pm to 70 pm.
  • Component a) serves for electrical conductivity of the finished electrode unit.
  • Component b) acts as a binder and / or as a hydrophobic coating of the particles of the
  • PVDF Polyvinylidene fluoride
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • polymers such as. B.
  • PVDF Polyvinylidene fluoride
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • component a conductive particles, such as. B. carbon and / or graphite granules (component a)), which may have similar densities and particle sizes, are mixed intensively and quickly, for example Fluidization in an air stream.
  • This mixture is fixed by thermal activation, that is to say melting of the polymers in step 2) and / or in step 3), if appropriate by wetting with a binder solution or binder suspension in an optional step 2a).
  • the finished mixture has from step 2) to step 3) has more and more agglomerates.
  • the mixture comprises a binder based on plastic, in particular that
  • PVDF polyvinylidene fluoride-containing granules
  • Material thickness from 10pm to 150pm, preferably 20pm to 70pm can be processed.
  • steps 2) and 3) within the scope of the invention the granules of the carbon and / or graphite granules are gradually pregranulated to granulate the carbon and / or graphite granules.
  • the polyvinylidene fluoride-containing granules (PVDF) make it possible according to the invention that a thin strip-like material can be produced from the mixture provided in step 5) via an extrusion or rolling process, which can form a basis for the membrane electrode assembly of a fuel cell.
  • PVDF polyvinylidene fluoride-containing granules
  • the invention can provide within the scope of a method for producing a membrane electrode unit that in step 2) and / or in step 3) a solvent and / or water with a (respective) mass fraction of 1 to 10% by weight within the premix or is added to the mixture.
  • the solvent can help to ensure that component b) is liquefied and that the particles of component a) can be pregranulated or granulated.
  • the water can in turn have the effect that the particles of component a) in steps 2) and 3) are not damaged.
  • the mixture provided or finished in step 3) is a coherent mixture which is neither liquid nor pasty, but which apparently remains dry, since the water only wets the particle surfaces but the mixture due to the small amount not fluidized.
  • the solvent and / or water can largely evaporate in step 4).
  • a step for drying the band-shaped material can be provided.
  • the invention can provide that in step 1) component b) is provided in the form of an aqueous solution with a mass fraction of 30 to 70% by weight within the aqueous solution. In this way, the mixing of components a) and b) and / or the granulation of the particles of component a) can be promoted.
  • the invention can provide that in step 1) the components (a, b) are provided in a mass ratio of 1: 1 to 20: 1, preferably 10: 1, and / or in step 2) the components (a, b) in one
  • Mass ratio 4: 1 to 19: 1, preferably 9: 1, are provided.
  • sufficient binder remains in the finished mixture in the form of component b), which ensures that the finished mixture is held together, so that this mixture can be processed as a coherent mixture into a band-shaped material.
  • the invention can provide that in step 1) component b) polytetrafluoroethylene granulate (PTFE) is added, and / or in step 1) polyvinylidene fluoride granulate (PVDF) and polytetrafluoroethylene Granules (PTFE) in a mass ratio of 1: 1 to 5: 1, preferably 1: 1, are provided.
  • PTFE polytetrafluoroethylene granulate
  • PVDF polyvinylidene fluoride granulate
  • PTFE polytetrafluoroethylene Granules
  • the polytetrafluoroethylene granulate (PTFE) is advantageously used as a binder that can be plastically deformed and therefore easily brought into contact with particles, and maintains particle contact even when subjected to mechanical stress and tends to stretch between the particles when subjected to mechanical stress .
  • PVDF Polyvinylidene fluoride granules
  • PTFE polytetrafluoroethylene granules
  • the invention can provide that in step 2) the particles of component a) are pregranulated with the material of component b) and / or that step 2) is carried out at a temperature of > 19 ° C, and / or that step 2) is carried out by means of extrusion, kneading, mixing, pressing or rolling. In this way, an advantageously dry, that is to say solvent-free, premix can be produced. At a temperature of>
  • the polymer structure is converted at 19 ° C. and becomes plastifiable, so that a pregranulation of at least part of component a) can be made possible.
  • component b) remains sufficiently granular so that a further admixture with component a) can gradually take place in step 3).
  • the invention can provide that in step 3) the particles of component a) are granulated with the material of component b) and / or that step 3) is carried out at a temperature of 50 ° C to 400 ° C, in particular 150 ° C and 240 ° C, and / or that step 3) is carried out by means of fluidized bed granulation.
  • the binder or component b) can fuse and granulate the particles of the
  • the invention can provide that in step 4) at least one roller or an extruder screw is heated to a temperature of 50 ° C to 400 ° C, in particular 150 ° C and 240 ° C. Evaporation of the
  • the band-shaped material can be smoothed.
  • the invention can provide that in a further step 5) the tape-like material is wetted with a catalytic solution or the tape-like material is coated with a catalyst layer.
  • Catalyst layer are formed, which can serve to trigger the chemical reaction on the active surface of the membrane.
  • step 1) at least some of the particles of component a) are wetted or coated with a catalyst.
  • particles with different properties can be processed in the premix in step 2) and in the mixture in step 3).
  • the particles with a catalyst can serve directly or without further processing of the surface of the band-shaped material a catalyst layer for triggering the chemical reaction on the active surface of the membrane.
  • the invention can provide that in a further step 6) the strip-shaped material is printed with an ion-conductive membrane to form a multilayer material.
  • a multilayer material can thus be provided, from which the ready-to-use membrane electrode unit can be cut for a fuel cell.
  • the invention can provide that in a further step 7) the multilayer material is cut to a membrane electrode unit.
  • a ready-to-use membrane electrode unit for a fuel cell can thus be provided.
  • the present invention further provides a membrane electrode assembly that can be manufactured using a method that is as above
  • the present invention further provides a fuel cell with a
  • Membrane electrode unit which can be manufactured using a method which can be carried out as described above.
  • the fuel cell according to the invention also achieves the same advantages that were described above in connection with the method according to the invention. These advantages are referred to in full in the present case.
  • an electrode unit with a membrane coated thereon is used on a cathode side and an electrode unit with or without a coating with a membrane that is pressed together, hot pressed, glued together is used on an anode side or the like.
  • the, in particular microporous, electrode unit can serve as a gas diffusion layer without a further, for example fibrous intermediate layer to
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of a membrane electrode unit in the sense of the invention
  • FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of a fuel cell in the sense of the invention.
  • Electrode unit in the sense of the invention in an enlarged view.
  • FIG. 1 shows a schematic sequence of a method for producing a membrane electrode assembly MEA for a fuel cell 100 in the sense of the invention.
  • the fuel cell 100 contains a, in particular microporous, electrode unit MPL, which is designed to serve as a gas diffusion layer GDL.
  • the process includes the following steps:
  • PVDF polyvinylidene fluoride-containing granulate
  • a mixture containing polyvinylidene fluoride, optionally with optional further polymers such as. B. a polytetrafluoroethylene (PTFE) and / or an acrylate),
  • Step 2) takes place e.g. B. by mixing the components (a, b) in a fluidized bed (F) or in a paddle mixer, preferably under elevated temperature. This is followed by an optional addition of
  • Component a) if the content of component b), at which adhesion can be achieved at elevated temperature, is higher than the desired polymer content of a strip material to be produced - that is to say dilution of the premix with further material of component a).
  • components (a, b) are advantageously agglomerated.
  • the invention can provide:
  • a further particulate component c for example a polyvinylidene fluoride granulate (PVDF) and / or a polytetrafluoroethylene granulate (PTFE) and / or an acrylate, in a solvent and / or water in a continuous or
  • PVDF polyvinylidene fluoride granulate
  • PTFE polytetrafluoroethylene granulate
  • band-shaped material to be produced can be provided in step 2a).
  • Step 3) can preferably be carried out by mixing the, in particular liquid, solution or suspension obtained in step 2a) with the premix obtained in step 2). This can be done in a fluidized bed (F) in which the particulate components provided in step 2) are at least partially coated with the solution or improve the adhesion of components a) and / or b).
  • step 3) by removing the solvent in the air stream
  • Fluidized bed fluidized bed (F) achieves an additional agglomeration of the particulate components (a, b, c), preferably by means of the further particulate component c).
  • the electrical and mechanical connection of the agglomerated components is very intensive and uniform.
  • the invention can provide:
  • step 4) Rolling out or extruding a mixture obtained in step 3) into a strip-like material which forms the, in particular microporous, electrode unit or from which the, in particular microporous, electrode unit can be cut.
  • FIG. 1 shows two further components c) and d) which can optionally be added to the premix in step 2) and / or to the mixture in step 4). These components c) and d) are referred to in detail below.
  • a membrane electrode unit MEA in the context of the invention can be understood to be an, in particular microporous, electrode unit MPL, which can have catalyst material for the electrochemical reaction, for example platinum, and which can be coated with an ion-conductive membrane M (cf. FIG. 4 ).
  • The, in particular microporous, electrode unit MPL in the context of the invention, with or without a separate fiber-based intermediate layer, can serve as a gas diffusion layer GDL (cf. FIG. 3).
  • The, in particular microporous, electrode unit MPL in the context of the invention has a substantially even surface in comparison to a fiber-based gas diffusion layer GDL (see FIG. 4).
  • The, in particular microporous, electrode unit PML in the context of the invention is suitable in an advantageous manner for coating with a thin membrane M with a material thickness of a few micrometers, which has a uniform,
  • The, in particular microporous, MPL electrode unit in the context of the invention has a pore structure in the nanometer range and a material thickness of 20 to 70 mhh.
  • Component a) serves for electrical conductivity of the finished electrode unit MPL.
  • Component b) acts as a binder and / or as a hydrophobic coating of the particles of component a).
  • steps 2) and 3) it is possible to add the carbon and / or graphite granules (or component a) in portions or in part to one
  • Premixing takes place, which with each addition of a further portion or a further part of component a) has an increasing amount of carbon and / or graphite granules (or of component a) in the finished mixture.
  • the mixture can have a binder based on plastic, for example the polyvinylidene fluoride granules (PVDF), as a component or as a component of component b).
  • PVDF polyvinylidene fluoride granules
  • the mixture can within the scope of the invention a further binder based on plastic, for example.
  • PTFE polytetrafluoroethylene granules
  • the invention can provide that component c) is added to component b) in step 1). Furthermore, the invention can provide in step 1) polyvinylidene fluoride granules (PVDF) and
  • PVDF polyvinylidene fluoride granules
  • Polytetrafluoroethylene granules achieve a combination of good binding and even stretchability as well as a relatively low material thickness of 20 to 70 mhh for the band-shaped material.
  • the particles of the carbon and / or graphite granules are pregranulated gradually to a specific, for example complete, granulation of the carbon and / or graphite granules.
  • the binder can be stretched by mechanical movement, thus a larger contact area for the
  • step 2) and / or in step 3) a solvent and / or water can be added to the premix or mixture as a further component d), for example with a (respective)
  • Mass fraction of 1 to 10% by weight within the premix or mixture.
  • the solvent can be used for pre-granulation or
  • Granulation can take place.
  • the water can in turn serve to ensure that the Particles of carbon and / or graphite granules are not damaged.
  • step 3 a coherent mixture can be provided which is neither liquid nor pasty, but which can be processed to a strip-like material in step 4), for example by means of rolling or extrusion.
  • Components b) and c) can be provided in the form of an aqueous solution with a (respective) mass fraction of 30 to 70% by weight within the aqueous solution.
  • step 1) the carbon and / or graphite granules are provided in a mass ratio of 1: 1 to 20: 1, preferably 10: 1, to the binder or binders, and / or in Step 2) the carbon and / or graphite granules are provided in a mass ratio of 4: 1 to 19: 1, preferably 9: 1, to the binder or binders.
  • step 2) the particles of component a) can be pregranulated at a temperature of> 19 ° C.
  • step 2) the particles of component a) can be pregranulated at a temperature of> 19 ° C.
  • Pre-granulation is carried out using extrusion, kneading, mixing, pressing or rolling.
  • the particles of component a) can be granulated at a temperature of 50 ° C. to 400 ° C., in particular 150 ° C. and 240 ° C., depending on the melting temperature of the binder or the mixture of binders.
  • the temperature can depend on the mixing ratio between component b) and component c).
  • step 3 can be carried out using
  • Fluidized bed granulation can be carried out.
  • Fluidized bed granulation and elevated temperature can advantageously fibrillate component b) and / or component c). Furthermore, it can be provided within the scope of the invention that in step 4) at least one roller W1, W2 or an extruder screw E on a
  • step 4) Temperature of 50 ° C to 400 ° C, especially 150 ° C and 240 ° C, is heated.
  • the temperature can depend on the mixing ratio between component b) and component c).
  • the solvent and / or water can largely evaporate and the strip-like material can also be smoothed.
  • a catalyst material is formed on the surface of the finished strip-like material as a wetting and / or a coating, for example in a further step 5), not shown.
  • step 1) at least some of the particles of component a) are wetted or coated with a catalyst. In this way, particles with a catalyst can already be present in the premix in step 2) and in the mixture in step 3).
  • Electrode unit MEA (see FIG. 2) can be cut for a fuel cell 100 (see FIG. 3).
  • the multilayer material is cut to a membrane electrode assembly MEA.
  • a ready-to-use membrane electrode assembly MEA for a fuel cell 100 (see FIG. 3) can be provided.
  • the invention can provide that an electrode unit MPL produced according to the invention with a membrane M coated thereon is used on a cathode side K and on an
  • microporous, electrode unit MPL can advantageously serve as a gas diffusion layer GDL without a further, for example fibrous intermediate layer, in order to facilitate the distribution of the reactants from the millimeter structure of a bipolar plate BPP onto the nanoscale catalyst particles of the membrane electrode unit MEA (cf. Figure 3).

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Abstract

The invention relates to a method for producing a membrane electrode assembly (MEA) for a fuel cell (100), having an electrode unit (MPL) which is designed to function as a gas diffusion layer (GDL), comprising the following steps: 1) providing particulate components (a, b), where a) is a carbon and/or graphite granulate and b) is a polyvinylidene-fluoride-containing granulate (PVDF); 2) mixing at least one part of the component a) with component b) until component b) adheres to particles of component a); 3) mixing a pre-mixture obtained in step 2) with a remaining part of component a); 4) rolling out or extruding a mixture obtained in step 3) to form a strip-shaped material which forms the electrode unit (MPL).

Description

Beschreibung  description

Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektrodeneinheit für eine Method of manufacturing a membrane electrode assembly for a

Brennstoffzelle  Fuel cell

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Membran- Elektrodeneinheit für eine Brennstoffzelle nach dem unabhängigen The invention relates to a method for producing a membrane electrode assembly for a fuel cell according to the independent

Verfahrensanspruch. Ferner betrifft die Erfindung eine entsprechende Membran- Elektrodeneinheit nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch. Zudem betrifft die Erfindung eine entsprechende Brennstoffzelle nach dem nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruch. Procedural claim. Furthermore, the invention relates to a corresponding membrane electrode unit according to the independent device claim. In addition, the invention relates to a corresponding fuel cell according to the independent independent device claim.

Stand der Technik State of the art

Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler. Bei Polymerelektrolyt- Membran- Brennstoffzellen oder einfach kurz PEM-Brennstoffzellen werden die Reaktanten Wasserstoff und Sauerstoff zur Energiegewinnung in Wasser, elektrische Energie und Wärme umgewandelt. Nach dem Stand der Technik werden PEM-Brennstoffzellen als Stapel aus Wiederholeinheiten, umfassend einen Kathodenbereich, eine Bipolarplatte, einen Anodenbereich und eine Membran- Elektrodeneinheit aufgebaut. Die Bipolarplatte ist elektrisch leitfähig, aber für Gase und Ionen undurchlässig. Die Bipolarplatte verteilt mittels einer Stegstruktur im Millimeterbereich im Anodenbereich z. B. Wasserstoffgas und im Kathodenbereich z. B. Sauerstoffgas oder Luft. Um den Übergang und die Verteilung der Gase aus der Millimeterstrukturierung der Bipolarplatte auf die nanoskaligen Katalysatorpartikel der Membran- Elektrodeneinheit zu erleichtern, ist eine poröse Zwischenlage (bspw. Gasdiffusionslage, GDL) zwischen der Bipolarplatte und der Membran- Elektrodeneinheit erforderlich. Diese Fuel cells are electrochemical energy converters. In polymer electrolyte membrane fuel cells or simply PEM fuel cells, the reactants hydrogen and oxygen are converted into water, electrical energy and heat for energy generation. According to the prior art, PEM fuel cells are constructed as a stack of repeat units, comprising a cathode region, a bipolar plate, an anode region and a membrane electrode unit. The bipolar plate is electrically conductive, but is impermeable to gases and ions. The bipolar plate is distributed in the anode area z. B. hydrogen gas and in the cathode region z. B. oxygen gas or air. In order to facilitate the transition and the distribution of the gases from the millimeter structuring of the bipolar plate to the nanoscale catalyst particles of the membrane electrode unit, a porous intermediate layer (e.g. gas diffusion layer, GDL) is required between the bipolar plate and the membrane electrode unit. This

Zwischenlage kann bspw. als ein poröses Vlies aus Kohlenstofffasern ausgebildet sein. Dabei können Faserenden der Kohlenstofffasern The intermediate layer can be formed, for example, as a porous nonwoven made of carbon fibers. The fiber ends of the carbon fibers

herstellungsbedingt senkrecht von der Oberfläche der Zwischenlage abstehen. Werden solche Vliese durch die Stegstruktur der Bipolarplatte gedrückt, wird die Porosität unter den Stegen drastisch reduziert und es kommt insbesondere unter diesen Stegen zu Ansammlungen von Produktwasser. Die Ansammlungen von Produktwasser behindern insbesondere auf der Sauerstoff- bzw. Luftseite die notwendige Diffusion von Sauerstoff bzw. Luft. Damit wird die lokale Stromdichte und Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle eingeschränkt. Um Wasser aus den Vliesen austreiben zu können, werden manche bekannte Vliese mit einer hydrophobischen Beschichtung versehen. Durch das Aufbringen der protrude vertically from the surface of the intermediate layer due to the manufacturing process. If such fleeces are pressed through the web structure of the bipolar plate, the porosity under the webs is drastically reduced and product water accumulates especially under these webs. The accumulation of product water hinders the necessary diffusion of oxygen or air, in particular on the oxygen or air side. This limits the local current density and performance of the fuel cell. In order to be able to drive water out of the nonwovens, some known nonwovens are provided with a hydrophobic coating. By applying the

hydrophobischen Beschichtung, bspw. mittels Aufsprühen, kann es jedoch zu einem partiellen oder vollständigen Verschluss der offenen Porenstruktur kommen, sodass das Vlies zwar eine hydrophobe Beschichtung aufweist, die Porenstruktur zum Austreiben des kondensierten Wassers jedoch verengt oder verschlossen ist. Auch der Zutritt von Sauerstoff bzw. Luft an die Membran wird damit verhindert. Hydrophobic coating, for example by spraying, can however lead to a partial or complete closure of the open pore structure, so that the fleece has a hydrophobic coating, but the pore structure is narrowed or closed to expel the condensed water. This also prevents oxygen or air from entering the membrane.

Derzeit werden in den Brennstoffzellen relativ dünne Membranen mit einer Materialstärke von wenigen Mikrometern gefordert. Solche Membranen können nicht oder nur mit erheblichem Aufwand und großer Ausschussrate als frei tragende Filme gehandhabt werden. Daher werden diese sehr dünnen Currently, relatively thin membranes with a material thickness of a few micrometers are required in the fuel cells. Such membranes cannot be handled as cantilever films or only with considerable effort and a high reject rate. Therefore, they become very thin

Membranen derzeit direkt auf eine Seite des Vlieses beschichtet. Da die Membranes are currently coated directly on one side of the fleece. Since the

Faserstruktur an der Oberfläche des Vlieses nicht eben ist, kann eine wellige Membran ausbildet sein. Eine wellige Membran erlaubt keinen guten Kontakt zur Gasdiffusionslage der Gegenseite. Oft werden die Vliese mit einer mikroporösen Schicht beschichtet, die durch Aufsprühen einer Partikelsuspension, Trocknen und Sintern derselben mit dem Faservlies verbunden wird. Dabei wird durch den Auftragungsprozess die Oberflächenwelligkeit des Vlieses nachgezeichnet. Zudem kann beim direkten Beschichten des Vlieses mit einer Partikelsuspension oder mit einer Membranlösung, aus der die Membran gebildet wird, die Lösung oder Suspension in die Vertiefungen in der Faserstruktur eindringen und diese ausfüllen. Eine derart eingedrungene Lösung oder Suspension kann die If the fiber structure on the surface of the fleece is not flat, a wavy membrane can be formed. A wavy membrane does not allow good contact with the gas diffusion layer on the opposite side. The nonwovens are often coated with a microporous layer, which is connected to the nonwoven fabric by spraying on a particle suspension, drying and sintering the same. The surface ripple of the fleece is traced through the application process. In addition, when the fleece is coated directly with a particle suspension or with a membrane solution from which the membrane is formed, the solution or suspension can penetrate into the depressions in the fiber structure and fill them. Such a penetrated solution or suspension can

Porenstruktur der Gasdiffusionslage verschließen und den Gasfluss sowie Wasserabtransport behindern. Zudem kann eine solche Membran oder mikroporöse Lage eine inhomogene Dicke aufweisen und somit einen inhomogenen elektrischen Widerstand bewirken. Dadurch können lokal unterschiedliche Stromstärken auftreten, wodurch die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle eingeschränkt werden kann. Seal the pore structure of the gas diffusion layer and hinder the gas flow and water removal. In addition, such a membrane or microporous layer can have an inhomogeneous thickness and thus cause an inhomogeneous electrical resistance. This allows local Different currents occur, which can limit the performance of the fuel cell.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Die Erfindung sieht ein Verfahren zum Herstellen einer Membran- Elektrodeneinheit für eine Brennstoffzelle nach dem unabhängigen The invention provides a method for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell according to the independent

Verfahrensanspruch vor. Ferner sieht die Erfindung eine entsprechende Process claim before. The invention also sees a corresponding one

Membran- Elektrodeneinheit nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch vor. Zudem sieht die Erfindung eine entsprechende Brennstoffzelle nach dem nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruch vor. Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Vorteile, Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Membrane electrode unit according to the independent device claim. In addition, the invention provides a corresponding fuel cell according to the independent independent device claim. Further advantages and details of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings. Advantages, features and details that are described in connection with the method according to the invention apply, of course, also in connection with the method according to the invention

Membran- Elektrodeneinheit sowie der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Membrane electrode unit and the fuel cell according to the invention and vice versa, so that with respect to the disclosure of the individual

Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Aspects of the invention are always mutually referenced.

Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zum Herstellen einer Membran- Elektrodeneinheit für eine Brennstoffzelle vor, die eine, insbesondere The present invention provides a method for producing a membrane electrode assembly for a fuel cell, the one, in particular

mikroporöse, Elektrodeneinheit aufweist, wobei die, insbesondere mikroporöse, Elektrodeneinheit dazu ausgeführt ist, als eine Gasdiffusionslage zu dienen, aufweisend folgende Schritte: Microporous, electrode unit, wherein the, in particular microporous, electrode unit is designed to serve as a gas diffusion layer, comprising the following steps:

1) Bereitstellen von partikelförmigen Komponenten (a, b):  1) Provision of particulate components (a, b):

a) eines Kohlenstoff- und/oder Graphit-Granulats,  a) a carbon and / or graphite granulate,

b) eines polyvinylidenfluoridhaltigen Granulats (PVDF),  b) a polyvinylidene fluoride-containing granulate (PVDF),

2) Vermischen von wenigstens einem Teil der Komponente a) mit der  2) Mixing at least part of component a) with the

Komponente b) bis die Komponente b) an Partikeln der Komponente a) an haftet,  Component b) until component b) adheres to particles of component a),

3) Vermischen einer im Schritt 2) gewonnenen Vormischung mit einem  3) Mixing a premix obtained in step 2) with a

restlichen Teil der Komponente a),  remaining part of component a),

4) Auswalzen oder Extrudieren einer im Schritt 3) gewonnenen Mischung zu einem bandförmigen Material, welches die Elektrodeneinheit (MPL) bildet. Als eine Membran- Elektrodeneinheit im Rahmen der Erfindung kann eine, insbesondere mikroporöse, Elektrodeneinheit verstanden werden, die 4) Rolling out or extruding a mixture obtained in step 3) into a strip-like material which forms the electrode unit (MPL). A membrane electrode unit in the context of the invention can be understood to be an, in particular microporous, electrode unit which

Katalysatormaterial für die elektrochemische Reaktion, bspw. Platin, aufweisen kann und die mit einer ionenleitfähigen Membran beschichtet werden kann. Die, insbesondere mikroporöse, Elektrodeneinheit im Rahmen der Erfindung kann, mit oder ohne einer separaten faserbasierten Zwischenlage, als eine Can have catalyst material for the electrochemical reaction, for example platinum, and which can be coated with an ion-conductive membrane. The, in particular microporous, electrode unit in the context of the invention can, with or without a separate fiber-based intermediate layer, as one

Gasdiffusionslage dienen. Die, insbesondere mikroporöse, Elektrodeneinheit im Rahmen der Erfindung weist eine im Vergleich zu einer faserbasierten Serve gas diffusion layer. The, in particular microporous, electrode unit in the context of the invention has one in comparison to a fiber-based one

Gasdiffusionslage oder im Vergleich zu einer partikelbasierten mikroporösen Schicht, die direkt auf ein Faservlies beschichtet wird, eine wesentlich glattere Oberfläche auf. Die, insbesondere mikroporöse, Elektrodeneinheit im Rahmen der Erfindung eignet sich auf eine vorteilhafte Weise zur Beschichtung mit einer dünnen Membran mit einer Materialstärke von wenigen Mikrometer, die eine gleichmäßige, vorteilhafterweise ebene, Lage auf der Oberfläche der Gas diffusion layer or in comparison to a particle-based microporous layer, which is coated directly on a nonwoven fabric, a much smoother surface. The, in particular microporous, electrode unit in the context of the invention is advantageously suitable for coating with a thin membrane with a material thickness of a few micrometers, which has a uniform, advantageously flat, position on the surface of the

erfindungsgemäßen, insbesondere mikroporösen, Elektrodeneinheit bildet. Die, insbesondere mikroporöse, Elektrodeneinheit im Rahmen der Erfindung weist eine Porenstruktur im Nanometerbereich und eine Materialstärke von lOpm bis 150pm, bevorzugt 20pm bis 70pm auf. Die Komponente a) dient für eine elektrische Leitfähigkeit der fertigen Elektrodeneinheit. Die Komponente b) agiert als Binder und/oder als eine hydrophobe Beschichtung der Partikel der forms, in particular microporous, electrode unit according to the invention. The, in particular microporous, electrode unit in the context of the invention has a pore structure in the nanometer range and a material thickness of 10 pm to 150 pm, preferably 20 pm to 70 pm. Component a) serves for electrical conductivity of the finished electrode unit. Component b) acts as a binder and / or as a hydrophobic coating of the particles of the

Komponente a). Component a).

Für Brennstoffzellenelektroden werden hohe Gehalte an hydrophoben High levels of hydrophobic are used for fuel cell electrodes

Oberflächen benötigt, die durch Beifügen von Polymeren, wie z. B. Surfaces needed by adding polymers such. B.

Polyvinylidenfluorid (PVDF) und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE) in Form von Mischungen erhalten werden können. Diese hydrophoben Bestandteile müssen in der Mischung gleichmäßig verteilt und mit den Kohlenstoff- und/oder Polyvinylidene fluoride (PVDF) and / or polytetrafluoroethylene (PTFE) can be obtained in the form of mixtures. These hydrophobic components must be evenly distributed in the mixture and with the carbon and / or

Graphitpartikeln fixiert sein. Graphite particles to be fixed.

Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass Polymere, wie z. B. The idea of the invention is that polymers such as. B.

Polyvinylidenfluorid (PVDF) (Komponente b)) ggf. mit Polytetrafluorethylen (PTFE) (Komponente c), und leitfähige Partikel, wie z. B. Kohlenstoff- und/oder Graphit-Granulat (Komponente a)), die ähnliche Dichten und Partikelgrößen aufweisen können, intensiv und schnell vermischt werden, bspw. durch eine Fluidisierung in einem Luftstrom. Das Fixieren dieser Mischung erfolgt durch thermisches Aktivieren, also Anschmelzen der Polymere im Schritt 2) und/oder im Schritt 3), ggf. durch Benetzen mit einer Binderlösung oder Bindersuspension in einem optionalen Schritt 2a). Die fertige Mischung weist vom Schritt 2) zum Schritt 3) weist immer mehr Agglomerate auf. Die Mischung umfasst im Rahmen der Erfindung einen Binder auf Kunststoffbasis, insbesondere das Polyvinylidene fluoride (PVDF) (component b)) optionally with polytetrafluoroethylene (PTFE) (component c), and conductive particles, such as. B. carbon and / or graphite granules (component a)), which may have similar densities and particle sizes, are mixed intensively and quickly, for example Fluidization in an air stream. This mixture is fixed by thermal activation, that is to say melting of the polymers in step 2) and / or in step 3), if appropriate by wetting with a binder solution or binder suspension in an optional step 2a). The finished mixture has from step 2) to step 3) has more and more agglomerates. In the context of the invention, the mixture comprises a binder based on plastic, in particular that

polyvinylidenfluoridhaltige Granulat (PVDF), welches besonders vorteilhaft für eine zusammenhängende Mischung ist, die auf eine vorteilhafte Weise zu einem dünnen (vorteilhafterweise dehnbaren) bandförmigen Material mit einer polyvinylidene fluoride-containing granules (PVDF), which is particularly advantageous for a coherent mixture which advantageously forms a thin (advantageously stretchable) band-shaped material with a

Materialstärke von lOpm bis 150pm, bevorzugt 20pm bis 70pm verarbeitet werden kann. In den Schritten 2) und 3) erfolgt im Rahmen der Erfindung eine Vorgranulierung der Partikel des Kohlenstoff- und/oder Graphit-Granulats nach und nach zu einer Granulierung des Kohlenstoff- und/oder Graphit-Granulats. Durch das polyvinylidenfluoridhaltige Granulat (PVDF) wird erfindungsgemäß ermöglicht, dass aus der im Schritt 5) bereitgestellte Mischung ein dünnes bandförmiges Material über einen Extrusions- oder Walzprozess hergestellt werden kann, welches eine Basis für die Membran- Elektrodeneinheit einer Brennstoffzelle bilden kann. Beim Auswalzen treten mechanische Kräfte an und in den Agglomeraten auf, die durch kleine Relativbewegungen der Graphitpartikel bzw. Agglomerate zueinander entstehen. Auch werden dadurch die Polymere gedehnt, so dass weitere Graphitanbindungsstellen entstehen die durch die lokalen Kräfte und die Relativbewegung an die Graphitpartikel gepresst werden. So wird eine einfache Filmbildung ermöglicht. Material thickness from 10pm to 150pm, preferably 20pm to 70pm can be processed. In steps 2) and 3) within the scope of the invention, the granules of the carbon and / or graphite granules are gradually pregranulated to granulate the carbon and / or graphite granules. The polyvinylidene fluoride-containing granules (PVDF) make it possible according to the invention that a thin strip-like material can be produced from the mixture provided in step 5) via an extrusion or rolling process, which can form a basis for the membrane electrode assembly of a fuel cell. When rolling out, mechanical forces occur on and in the agglomerates, which result from small relative movements of the graphite particles or agglomerates to one another. This also stretches the polymers so that additional graphite connection points are created which are pressed against the graphite particles by the local forces and the relative movement. This enables simple film formation.

Ferner kann die Erfindung im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen einer Membran- Elektrodeneinheit vorsehen, dass im Schritt 2) und/oder im Schritt 3) ein Lösemittel und/oder Wasser mit einem (jeweiligen) Massenanteil von 1 bis 10 Gew% innerhalb der Vormischung oder der Mischung zugegeben wird. Das Lösemittel kann dabei helfen, dass die Komponente b) verflüssigt wird und eine Vorgranulierung oder eine Granulierung der Partikel der Komponente a) erfolgen kann. Das Wasser kann wiederum bewirken, dass die Partikel der Komponente a) in den Schritten 2) und 3) nicht beschädigt werden. Die im Schritt 3) bereitgestellte bzw. fertige Mischung ist eine zusammenhängende Mischung, die weder flüssig noch pastös ist, die aber augenscheinlich trocken bleibt, da das Wasser nur die Partikeloberflächen benetzt aber die Mischung auf Grund der geringen Menge nicht fluidisiert. Das Lösemittel und/oder Wasser können im Schritt 4) weitestgehend verdampfen. Grundsätzlich ist es denkbar, dass nach dem Schritt 4) ein Schritt zu einer Trocknung des bandförmigen Materials vorgesehen sein kann. Furthermore, the invention can provide within the scope of a method for producing a membrane electrode unit that in step 2) and / or in step 3) a solvent and / or water with a (respective) mass fraction of 1 to 10% by weight within the premix or is added to the mixture. The solvent can help to ensure that component b) is liquefied and that the particles of component a) can be pregranulated or granulated. The water can in turn have the effect that the particles of component a) in steps 2) and 3) are not damaged. The mixture provided or finished in step 3) is a coherent mixture which is neither liquid nor pasty, but which apparently remains dry, since the water only wets the particle surfaces but the mixture due to the small amount not fluidized. The solvent and / or water can largely evaporate in step 4). In principle, it is conceivable that after step 4) a step for drying the band-shaped material can be provided.

Weiterhin kann die Erfindung im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen einer Membran- Elektrodeneinheit vorsehen, dass im Schritt 1) die Komponente b) in Form einer wässrigen Lösung mit einem Massenanteil von 30 bis 70 Gew% innerhalb der wässrigen Lösung bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann die Vermischung der Komponenten a) und b) und/oder die Granulierung der Partikel der Komponente a) begünstigt werden. Furthermore, in the context of a method for producing a membrane electrode unit, the invention can provide that in step 1) component b) is provided in the form of an aqueous solution with a mass fraction of 30 to 70% by weight within the aqueous solution. In this way, the mixing of components a) and b) and / or the granulation of the particles of component a) can be promoted.

Des Weiteren kann die Erfindung im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen einer Membran- Elektrodeneinheit vorsehen, dass im Schritt 1) die Komponenten (a, b) in einem Massenverhältnis 1:1 bis 20:1, vorzugsweise 10:1, bereitgestellt werden, und/oder im Schritt 2) die Komponenten (a, b) in einem Furthermore, in the context of a method for producing a membrane electrode unit, the invention can provide that in step 1) the components (a, b) are provided in a mass ratio of 1: 1 to 20: 1, preferably 10: 1, and / or in step 2) the components (a, b) in one

Massenverhältnis 4:1 bis 19:1, vorzugsweise 9:1, bereitgestellt werden. Somit kann eine portionsweise bzw. tlw. Beimischung des Kohlenstoff- und/oder Graphit-Granulats (bzw. Komponente a) zu einer Vormischung erfolgen, die mit jeder Zugabe einer weiteren Portion bzw. eines weiteren Teils der Komponente a) immer mehr an Kohlenstoff- und/oder Graphit-Granulat (bzw. an Komponente a) in der fertigen Mischung aufweist. Zugleich verbleibt in der fertigen Mischung ausreichend Binder in Form der Komponente b), der für einen Zusammenhalt der fertigen Mischung sorgt, sodass diese Mischung als eine zusammenhängende Mischung zu einem bandförmigen Material verarbeitet werden kann. Mass ratio 4: 1 to 19: 1, preferably 9: 1, are provided. This means that the carbon and / or graphite granules (or component a) can be mixed in portions or in part into a premix which, with each addition of a further portion or a further part of component a), and / or graphite granules (or on component a) in the finished mixture. At the same time, sufficient binder remains in the finished mixture in the form of component b), which ensures that the finished mixture is held together, so that this mixture can be processed as a coherent mixture into a band-shaped material.

Zudem kann die Erfindung im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen einer Membran- Elektrodeneinheit vorsehen, dass im Schritt 1) der Komponente b) Polytetrafluorethylen-Granulat (PTFE) beigemischt wird, und/oder im Schritt 1) Polyvinylidenfluorid-Granulat (PVDF) und Polytetrafluorethylen-Granulat (PTFE) in einem Massenverhältnis 1:1 bis 5:1, vorzugsweise 1:1, bereitgestellt werden. Das Polytetrafluorethylen-Granulat (PTFE) eignet sich auf eine vorteilhafte Weise als ein Binder, der sich plastisch verformen und daher gut in Kontakt mit Partikeln bringen lässt sowie den Partikel- Kontakt auch bei mechanischer Belastung erhält und sich bei mechanischer Belastung eher zwischen den Partikeln dehnt. Das Polyvinylidenfluorid-Granulat (PVDF) eignet sich auf eine vorteilhafte Weise als ein Binder, der ausreichend stabil ist, um zu dünnen, elastischen Folien verarbeitet werden zu können. In einem entsprechenden Verhältnis zwischen dem Polyvinylidenfluorid-Granulat (PVDF) und dem Polytetrafluorethylen- Granulat (PTFE) wird eine Kombination an guter Bindung und Zugfestigkeit zur Herstellung und Verarbeitung als bandförmiges Material bei relativ geringen Materialstärke von 20 bis 70 mhh erreicht. In addition, as part of a method for producing a membrane electrode unit, the invention can provide that in step 1) component b) polytetrafluoroethylene granulate (PTFE) is added, and / or in step 1) polyvinylidene fluoride granulate (PVDF) and polytetrafluoroethylene Granules (PTFE) in a mass ratio of 1: 1 to 5: 1, preferably 1: 1, are provided. The polytetrafluoroethylene granulate (PTFE) is advantageously used as a binder that can be plastically deformed and therefore easily brought into contact with particles, and maintains particle contact even when subjected to mechanical stress and tends to stretch between the particles when subjected to mechanical stress . The Polyvinylidene fluoride granules (PVDF) are advantageously used as a binder that is sufficiently stable to be processed into thin, elastic films. In a corresponding ratio between the polyvinylidene fluoride granules (PVDF) and the polytetrafluoroethylene granules (PTFE), a combination of good binding and tensile strength for production and processing as a band-shaped material with a relatively low material thickness of 20 to 70 mhh is achieved.

Außerdem kann die Erfindung im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen einer Membran- Elektrodeneinheit vorsehen, dass im Schritt 2) ein Vorgranulieren der Partikel der Komponente a) mit dem Material der Komponente b) erfolgt, und/oder dass der Schritt 2) bei einer Temperatur von > 19 °C ausgeführt wird, und/oder dass der Schritt 2) mittels Extrudieren, Kneten, Mischen, Pressen oder Walzen ausgeführt wird. Somit kann eine, vorteilhafterweise trockene, also lösemittelfreie, Vormischung hergestellt werden. Bei einer Temperatur von >In addition, in the context of a method for producing a membrane electrode unit, the invention can provide that in step 2) the particles of component a) are pregranulated with the material of component b) and / or that step 2) is carried out at a temperature of > 19 ° C, and / or that step 2) is carried out by means of extrusion, kneading, mixing, pressing or rolling. In this way, an advantageously dry, that is to say solvent-free, premix can be produced. At a temperature of>

19 °C erfolgt eine Umwandlung des Polymergefüges, das plastifizierbar wird, sodass ein Vorgranulieren von wenigstens einem Teil der Komponente a) ermöglicht werden kann. Zugleich verbleibt die Komponente b) in einem ausreichenden Maße körnig, sodass eine weitere Beimischung an Komponente a) nach und nach im Schritt 3) erfolgen kann. The polymer structure is converted at 19 ° C. and becomes plastifiable, so that a pregranulation of at least part of component a) can be made possible. At the same time, component b) remains sufficiently granular so that a further admixture with component a) can gradually take place in step 3).

Ferner kann die Erfindung im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen einer Membran- Elektrodeneinheit vorsehen, dass im Schritt 3) ein Granulieren der Partikel der Komponente a) mit dem Material der Komponente b) erfolgt, und/oder dass der Schritt 3) bei einer Temperatur von 50 °C bis 400 °C, insbesondere 150 °C und 240 °C, ausgeführt wird, und/oder dass der Schritt 3) mittels Wirbelschichtgranulierung ausgeführt wird. Somit kann eine, Furthermore, in the context of a method for producing a membrane electrode unit, the invention can provide that in step 3) the particles of component a) are granulated with the material of component b) and / or that step 3) is carried out at a temperature of 50 ° C to 400 ° C, in particular 150 ° C and 240 ° C, and / or that step 3) is carried out by means of fluidized bed granulation. Thus,

vorteilhafterweise zusammenhängende, Mischung hergestellt werden, die zu einem bandförmigen Material verarbeitet werden kann. Bei einer Temperatur von 50 °C bis 400 °C, insbesondere 150 °C und 240 °C, kann der Binder bzw. die Komponente b) verschmelzen und eine Granulierung der Partikel der advantageously coherent mixture can be produced, which can be processed into a band-shaped material. At a temperature of 50 ° C to 400 ° C, in particular 150 ° C and 240 ° C, the binder or component b) can fuse and granulate the particles of the

Komponente a) bewirken. Effect component a).

Weiterhin kann die Erfindung im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen einer Membran- Elektrodeneinheit vorsehen, dass im Schritt 4) mindestens eine Walze oder eine Extruderschnecke auf eine Temperatur 50 °C bis 400 °C, insbesondere 150 °C und 240 °C, beheizt wird. Somit kann ein Verdampfen des ggf. Furthermore, as part of a method for producing a membrane electrode unit, the invention can provide that in step 4) at least one roller or an extruder screw is heated to a temperature of 50 ° C to 400 ° C, in particular 150 ° C and 240 ° C. Evaporation of the

vorhandenen Lösemittels und/oder Wassers erfolgen. Zudem kann ein Glätten des bandförmigen Materials erfolgen. existing solvent and / or water. In addition, the band-shaped material can be smoothed.

Des Weiteren kann die Erfindung im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen einer Membran- Elektrodeneinheit vorsehen, dass in einem weiteren Schritt 5) ein Benetzen des bandförmigen Materials mit einer katalytischen Lösung oder ein Beschichten des bandförmigen Materials mit einer Katalysatorschicht erfolgt. Somit kann auf der Oberfläche des bandförmigen Materials eine Furthermore, in the context of a method for producing a membrane electrode unit, the invention can provide that in a further step 5) the tape-like material is wetted with a catalytic solution or the tape-like material is coated with a catalyst layer. Thus, a

Katalysatorschicht ausgebildet werden, die für eine Auslösung der chemischen Reaktion an der aktiven Fläche der Membran dienen kann. Catalyst layer are formed, which can serve to trigger the chemical reaction on the active surface of the membrane.

Gleichwohl und/oder zusätzlich ist es denkbar, dass im Schritt 1) mindestens ein Teil der Partikel der Komponente a) mit einem Katalysator benetzt oder beschichtet ist. Auf diese Weise können in der Vormischung im Schritt 2) und in der Mischung im Schritt 3) Partikel mit unterschiedlichen Eigenschaften verarbeitet werden. Die Partikel mit einem Katalysator können unmittelbar bzw. ohne eine weitere Verarbeitung der Oberfläche des bandförmigen Materials eine Katalysatorschicht zur Auslösung der chemischen Reaktion an der aktiven Fläche der Membran dienen. Nevertheless and / or additionally, it is conceivable that in step 1) at least some of the particles of component a) are wetted or coated with a catalyst. In this way, particles with different properties can be processed in the premix in step 2) and in the mixture in step 3). The particles with a catalyst can serve directly or without further processing of the surface of the band-shaped material a catalyst layer for triggering the chemical reaction on the active surface of the membrane.

Zudem kann die Erfindung im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen einer Membran- Elektrodeneinheit vorsehen, dass in einem weiteren Schritt 6) ein Bedrucken des bandförmigen Materials mit einer ionenleitfähigen Membran zu einem mehrlagigen Material erfolgt. Somit kann ein mehrlagiges Material bereitgestellt werden, aus welchem die einsatzfertige Membran- Elektrodeneinheit für eine Brennstoffzelle zugeschnitten werden kann. In addition, as part of a method for producing a membrane electrode unit, the invention can provide that in a further step 6) the strip-shaped material is printed with an ion-conductive membrane to form a multilayer material. A multilayer material can thus be provided, from which the ready-to-use membrane electrode unit can be cut for a fuel cell.

Außerdem kann die Erfindung im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen einer Membran- Elektrodeneinheit vorsehen, dass in einem weiteren Schritt 7) ein Zuschneiden des mehrlagigen Materials zu einer Membran- Elektrodeneinheit erfolgt. Somit kann eine einsatzfertige Membran- Elektrodeneinheit für eine Brennstoffzelle bereitgestellt werden. Ferner sieht die vorliegende Erfindung eine Membran- Elektrodeneinheit vor, die mithilfe eines Verfahrens hergestellt werden kann, welches wie oben In addition, within the scope of a method for producing a membrane electrode unit, the invention can provide that in a further step 7) the multilayer material is cut to a membrane electrode unit. A ready-to-use membrane electrode unit for a fuel cell can thus be provided. The present invention further provides a membrane electrode assembly that can be manufactured using a method that is as above

beschrieben ausgeführt werden kann. Mithilfe der erfindungsgemäßen Membran- Elektrodeneinheit werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im described can be executed. With the membrane electrode unit according to the invention, the same advantages are achieved as in the above

Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden.In connection with the inventive method have been described.

Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen. These advantages are referred to in full in the present case.

Weiterhin sieht die vorliegende Erfindung eine Brennstoffzelle mit einer The present invention further provides a fuel cell with a

Membran- Elektrodeneinheit vor, die mithilfe eines Verfahrens hergestellt werden kann, welches wie oben beschrieben ausgeführt werden kann. Mithilfe der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle werden ebenfalls die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen. Membrane electrode unit, which can be manufactured using a method which can be carried out as described above. The fuel cell according to the invention also achieves the same advantages that were described above in connection with the method according to the invention. These advantages are referred to in full in the present case.

Zudem ist es bei einer Brennstoffzelle im Sinne der Erfindung denkbar, dass auf einer Kathodenseite eine Elektrodeneinheit mit einer darauf beschichteten Membran eingesetzt wird und auf einer Anodenseite eine Elektrodeneinheit mit oder ohne eine Beschichtung mit einer Membran eingesetzt wird, die miteinander verpresst, heiß verpresst, verklebt oder dergleichen sein können. In addition, it is conceivable for a fuel cell in the sense of the invention that an electrode unit with a membrane coated thereon is used on a cathode side and an electrode unit with or without a coating with a membrane that is pressed together, hot pressed, glued together is used on an anode side or the like.

Außerdem ist es bei einer Brennstoffzelle im Sinne der Erfindung denkbar, dass die, insbesondere mikroporöse, Elektrodeneinheit ohne eine weitere, bspw. faserige Zwischenlage, als eine Gasdiffusionslage dienen kann, um die In addition, it is conceivable for a fuel cell in the sense of the invention that the, in particular microporous, electrode unit can serve as a gas diffusion layer without a further, for example fibrous intermediate layer to

Verteilung der Reaktanten aus der Millimeterstrukturierung einer Bipolarplatte auf die nanoskaligen Katalysatorpartikel der Membran- Elektrodeneinheit zu erleichtern. To facilitate distribution of the reactants from the millimeter structure of a bipolar plate on the nanoscale catalyst particles of the membrane electrode assembly.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele: Preferred embodiments:

Die erfindungsgemäße Membran- Elektrodeneinheit und die erfindungsgemäße Brennstoffzelle und deren Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens, The membrane electrode assembly according to the invention and the fuel cell according to the invention and their developments and their advantages are explained in more detail below with reference to drawings. Each shows schematically: 1 shows a schematic representation of a sequence of a method according to the invention,

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung einer Membran- Elektrodeneinheit im Sinne der Erfindung, 2 shows a schematic sectional illustration of a membrane electrode unit in the sense of the invention,

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer Brennstoffzelle im Sinne der Erfindung, und 3 shows a schematic sectional illustration of a fuel cell in the sense of the invention, and

Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer Membran-4 is a schematic sectional view of a membrane

Elektrodeneinheit im Sinne der Erfindung in einer vergrößerten Ansicht. Electrode unit in the sense of the invention in an enlarged view.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile der Erfindung stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden. In the different figures, the same parts of the invention are always provided with the same reference symbols, which is why they are generally only described once.

Die Figur 1 zeigt einen schematischen Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen einer Membran- Elektrodeneinheit MEA für eine Brennstoffzelle 100 im Sinne der Erfindung. Die Brennstoffzelle 100 enthält eine, insbesondere mikroporöse, Elektrodeneinheit MPL, die dazu ausgeführt ist, als eine Gasdiffusionslage GDL zu dienen. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: FIG. 1 shows a schematic sequence of a method for producing a membrane electrode assembly MEA for a fuel cell 100 in the sense of the invention. The fuel cell 100 contains a, in particular microporous, electrode unit MPL, which is designed to serve as a gas diffusion layer GDL. The process includes the following steps:

1) Bereitstellen von partikelförmigen Komponenten (a, b): 1) Provision of particulate components (a, b):

a) eines Kohlenstoff- und/oder Graphit-Granulats,  a) a carbon and / or graphite granulate,

b) eines polyvinylidenfluoridhaltigen Granulats (PVDF) (oder mit  b) a polyvinylidene fluoride-containing granulate (PVDF) (or with

anderen Worten einer polyvinylidenfluoridhaltigen Mischung, ggf. mit optionalen weiteren Polymeren, wie z. B. einem Polytetrafluorethylen (PTFE) und/oder einem Acrylat),  In other words, a mixture containing polyvinylidene fluoride, optionally with optional further polymers, such as. B. a polytetrafluoroethylene (PTFE) and / or an acrylate),

2) Vermischen von wenigstens einem Teil der Komponente a) mit der  2) Mixing at least part of component a) with the

Komponente b) bis die Komponente b) an Partikeln der Komponente a) an haftet.  Component b) until component b) adheres to particles of component a).

Der Schritt 2) erfolgt z. B. durch Mischen der Komponenten (a, b) in einem Wirbelschichtfließbett (F) oder in einem Schaufelmischer, vorzugsweise unter erhöhter Temperatur. Danach erfolgt optional ein weiteres Zugeben von Step 2) takes place e.g. B. by mixing the components (a, b) in a fluidized bed (F) or in a paddle mixer, preferably under elevated temperature. This is followed by an optional addition of

Komponente a), wenn der Gehalt der Komponente b), bei dem eine Anhaftung über erhöhte Temperatur erzielt werden kann, höher liegt als der gewünschte Polymergehalt eines zu fertigenden Bandmaterials - also Verdünnen der Vormischung mit weiterem Material der Komponente a). Im Schritt 2) erfolgt vorteilhafterweise eine Agglomeration der Komponenten (a, b). Component a), if the content of component b), at which adhesion can be achieved at elevated temperature, is higher than the desired polymer content of a strip material to be produced - that is to say dilution of the premix with further material of component a). In step 2), components (a, b) are advantageously agglomerated.

In einem optionalen Schritt 2a) kann die Erfindung vorsehen: In an optional step 2a), the invention can provide:

2a) Vormischen und/oder Lösen einer weiteren partikelförmigen Komponente c), bspw. eines Polyvinylidenfluorid Granulats (PVDF) und/oder eines Polytetrafluorethylen-Granulats (PTFE) und/oder eines Acrylats, in einem Lösemittel und/oder Wasser in einem kontinuierlichen oder  2a) premixing and / or dissolving a further particulate component c), for example a polyvinylidene fluoride granulate (PVDF) and / or a polytetrafluoroethylene granulate (PTFE) and / or an acrylate, in a solvent and / or water in a continuous or

diskontinuierlichen Mischprozess (B). Optional kann Einmischen von Leitrußen zum Verbessern der elektrischen Leitfähigkeit des  discontinuous mixing process (B). Optional mixing of carbon blacks to improve the electrical conductivity of the

herzustellenden bandförmigen Materials im Schritt 2a) vorgesehen sein.  band-shaped material to be produced can be provided in step 2a).

3) Vermischen einer im Schritt 2) gewonnenen Vormischung mit einem 3) Mixing a premix obtained in step 2) with a

restlichen Teil der Komponente a),  remaining part of component a),

Der Schritt 3) kann vorzugsweise durch Vermischen der im Schritt 2a) gewonnenen, insbesondere flüssigen, Lösung oder Suspension mit der im Schritt 2) gewonnenen Vormischung erfolgen. Dies kann in einem Wirbelschichtfließbett (F) geschehen, in welchem die im Schritt 2) bereitgestellten partikelförmigen Komponenten mit der Lösung wenigstens tlw. beschichtet werden oder die Anhaftung der Komponenten a) und/oder b) verbessern. Vorteilhafterweise wird im Schritt 3) durch Entfernen des Lösemittels im Luftstrom des Step 3) can preferably be carried out by mixing the, in particular liquid, solution or suspension obtained in step 2a) with the premix obtained in step 2). This can be done in a fluidized bed (F) in which the particulate components provided in step 2) are at least partially coated with the solution or improve the adhesion of components a) and / or b). Advantageously, in step 3) by removing the solvent in the air stream

Wirbelschichtfließbetts (F) eine zusätzliche Agglomeration der partikelförmigen Komponenten (a, b, c) erzielt, vorzugsweise durch die weitere partikelförmige Komponente c). Die elektrische und mechanische Anbindung der agglomerierten Bestandteile ist dabei sehr intensiv und gleichmäßig. Über Lösemittelgehalt, Luftstromgeschwindigkeit und den Massenverhältnissen der einzelnen Fluidized bed fluidized bed (F) achieves an additional agglomeration of the particulate components (a, b, c), preferably by means of the further particulate component c). The electrical and mechanical connection of the agglomerated components is very intensive and uniform. About solvent content, air flow speed and the mass ratios of the individual

Komponenten zueinander können poröse oder dichte Agglomerate hergestellt werden, je nach Erfordernis der nachfolgenden Verarbeitung. In einem optionalen Schritt 3a) kann die Erfindung vorsehen: Components to each other can be made porous or dense agglomerates depending on the requirements of the subsequent processing. In an optional step 3a), the invention can provide:

3a) Bereitstellen einer Mischung aus den im Schritt 3) gewonnenen  3a) providing a mixture of those obtained in step 3)

Agglomeraten,  Agglomerates,

4) Auswalzen oder Extrudieren einer im Schritt 3) gewonnenen Mischung zu einem bandförmigen Material, welches die, insbesondere mikroporöse, Elektrodeneinheit bildet bzw. aus welchem die, insbesondere mikroporöse, Elektrodeneinheit zugeschnitten werden kann. 4) Rolling out or extruding a mixture obtained in step 3) into a strip-like material which forms the, in particular microporous, electrode unit or from which the, in particular microporous, electrode unit can be cut.

In der Darstellung der Figur 1 sind zwei weitere Komponenten c) und d) gezeigt, die optional im Schritt 2) der Vormischung und/oder im Schritt 4) der Mischung zugegeben werden können. Auf diese Komponenten c) und d) wird im Folgenden im Detail Bezug genommen. The illustration in FIG. 1 shows two further components c) and d) which can optionally be added to the premix in step 2) and / or to the mixture in step 4). These components c) and d) are referred to in detail below.

Als eine Membran- Elektrodeneinheit MEA im Rahmen der Erfindung kann eine, insbesondere mikroporöse, Elektrodeneinheit MPL verstanden werden, die Katalysatormaterial für die elektrochemische Reaktion, bspw. Platin, aufweisen kann und die mit einer ionenleitfähigen Membran M beschichtet werden kann (vgl. die Figur 4). Die, insbesondere mikroporöse, Elektrodeneinheit MPL im Rahmen der Erfindung kann, mit oder ohne einer separaten faserbasierten Zwischenlage, als eine Gasdiffusionslage GDL dienen (vgl. die Figur 3). Die, insbesondere mikroporöse, Elektrodeneinheit MPL im Rahmen der Erfindung weist eine im Vergleich zu einer faserbasierten Gasdiffusionslage GDL eine wesentlich ebenmäßige Oberfläche auf (s. die Figur 4). Die, insbesondere mikroporöse, Elektrodeneinheit PML im Rahmen der Erfindung eignet sich auf eine vorteilhafte Weise zur Beschichtung mit einer dünnen Membran M mit einer Materialstärke von wenigen Mikrometern, die eine gleichmäßige, A membrane electrode unit MEA in the context of the invention can be understood to be an, in particular microporous, electrode unit MPL, which can have catalyst material for the electrochemical reaction, for example platinum, and which can be coated with an ion-conductive membrane M (cf. FIG. 4 ). The, in particular microporous, electrode unit MPL in the context of the invention, with or without a separate fiber-based intermediate layer, can serve as a gas diffusion layer GDL (cf. FIG. 3). The, in particular microporous, electrode unit MPL in the context of the invention has a substantially even surface in comparison to a fiber-based gas diffusion layer GDL (see FIG. 4). The, in particular microporous, electrode unit PML in the context of the invention is suitable in an advantageous manner for coating with a thin membrane M with a material thickness of a few micrometers, which has a uniform,

vorteilhafterweise ebene, Lage auf der Oberfläche der erfindungsgemäßen, insbesondere mikroporösen, Elektrodeneinheit MPL bildet (vgl. die Figur 4). Die, insbesondere mikroporöse, Elektrodeneinheit MPL im Rahmen der Erfindung weist eine Porenstruktur im Nanometerbereich und eine Materialstärke von 20 bis 70 mhh auf. Die Komponente a) dient für eine elektrische Leitfähigkeit der fertigen Elektrodeneinheit MPL. Die Komponente b) agiert als Binder und/oder als eine hydrophobe Beschichtung der Partikel der Komponente a). In den Schriten 2) und 3) kann eine portionsweise bzw. tlw. Beimischung des Kohlenstoff- und/oder Graphit-Granulats (bzw. Komponente a) zu einer advantageously forms a flat, layer on the surface of the inventive, in particular microporous, electrode unit MPL (cf. FIG. 4). The, in particular microporous, MPL electrode unit in the context of the invention has a pore structure in the nanometer range and a material thickness of 20 to 70 mhh. Component a) serves for electrical conductivity of the finished electrode unit MPL. Component b) acts as a binder and / or as a hydrophobic coating of the particles of component a). In steps 2) and 3) it is possible to add the carbon and / or graphite granules (or component a) in portions or in part to one

Vormischung erfolgen, die mit jeder Zugabe einer weiteren Portion bzw. eines weiteren Teils der Komponente a) immer mehr an Kohlenstoff- und/oder Graphit- Granulat (bzw. an Komponente a) in der fertigen Mischung aufweist. Premixing takes place, which with each addition of a further portion or a further part of component a) has an increasing amount of carbon and / or graphite granules (or of component a) in the finished mixture.

Die Mischung kann im Rahmen der Erfindung einen Binder auf Kunststoffbasis, bspw. das Polyvinylidenfluorid-Granulat (PVDF), als Komponente oder als Bestandteil der Komponente b), aufweisen. Weiterhin kann die Mischung im Rahmen der Erfindung einen weiteren Binder auf Kunststoffbasis, bspw. In the context of the invention, the mixture can have a binder based on plastic, for example the polyvinylidene fluoride granules (PVDF), as a component or as a component of component b). Furthermore, the mixture can within the scope of the invention a further binder based on plastic, for example.

Polytetrafluorethylen-Granulat (PTFE), als eine weitere optionale Komponente c) aufweisen. Die Erfindung kann dabei vorsehen, dass die Komponente c) im Schrit 1) der Komponente b) beigemischt wird. Ferner kann die Erfindung vorsehen, im Schrit 1) Polyvinylidenfluorid-Granulat (PVDF) und Have polytetrafluoroethylene granules (PTFE) as a further optional component c). The invention can provide that component c) is added to component b) in step 1). Furthermore, the invention can provide in step 1) polyvinylidene fluoride granules (PVDF) and

Polytetrafluorethylen-Granulat (PTFE) in einem Massenverhältnis 1:1 bis 5:1, vorzugsweise 1:1, bereit zu stellen. In einem entsprechenden Verhältnis zwischen dem Polyvinylidenfluorid-Granulat (PVDF) und dem To provide polytetrafluoroethylene granules (PTFE) in a mass ratio of 1: 1 to 5: 1, preferably 1: 1. In a corresponding ratio between the polyvinylidene fluoride granules (PVDF) and the

Polytetrafluorethylen-Granulat (PTFE) wird eine Kombination an guter Bindung und sogar Dehnbarkeit sowie eine relativ geringe Materialstärke von 20 bis 70 mhh für das bandförmige Material erreicht. Polytetrafluoroethylene granules (PTFE) achieve a combination of good binding and even stretchability as well as a relatively low material thickness of 20 to 70 mhh for the band-shaped material.

In den Schriten 2) und 3) erfolgt im Rahmen der Erfindung eine Vorgranulierung der Partikel des Kohlenstoff- und/oder Graphit-Granulats nach und nach zu einer bestimmten, bspw. vollständigen, Granulierung des Kohlenstoff- und/oder Graphit-Granulats. Wiederum im Schrit 4) kann der Binder durch mechanische Bewegung gedehnt werden um somit eine größere Berührfläche für die In steps 2) and 3), within the scope of the invention, the particles of the carbon and / or graphite granules are pregranulated gradually to a specific, for example complete, granulation of the carbon and / or graphite granules. Again in step 4), the binder can be stretched by mechanical movement, thus a larger contact area for the

Verbindung des Graphites auszubilden. Form connection of graphite.

Aus der Figur 1 ist ferner erkennbar, dass im Schrit 2) und/oder im Schrit 3) ein Lösemitel und/oder Wasser als eine weitere Komponente d) der Vormischung oder Mischung beigefügt werden kann, bspw. mit einem (jeweiligen) It can also be seen from FIG. 1 that in step 2) and / or in step 3) a solvent and / or water can be added to the premix or mixture as a further component d), for example with a (respective)

Massenanteil von 1 bis 10 Gew% innerhalb der Vormischung oder der Mischung. Das Lösemitel kann dazu dienen, dass eine Vorgranulierung oder eine  Mass fraction of 1 to 10% by weight within the premix or mixture. The solvent can be used for pre-granulation or

Granulierung erfolgen kann. Das Wasser kann wiederum dazu dienen, dass die Partikel des Kohlenstoff- und/oder Graphit-Granulats dabei nicht beschädigt werden. Granulation can take place. The water can in turn serve to ensure that the Particles of carbon and / or graphite granules are not damaged.

Somit kann im Schritt 3) eine zusammenhängende Mischung bereitgestellt werden, die weder flüssig noch pastös ist, die aber im Schritt 4) zu einem bandförmigen Material verarbeitet werden kann, bspw. mittels Auswalzen oder Extrudieren. Thus, in step 3) a coherent mixture can be provided which is neither liquid nor pasty, but which can be processed to a strip-like material in step 4), for example by means of rolling or extrusion.

Die Komponenten b) und c) können in Form einer wässrigen Lösung mit einem (jeweiligen) Massenanteil von 30 bis 70 Gew% innerhalb der wässrigen Lösung bereitgestellt werden. Components b) and c) can be provided in the form of an aqueous solution with a (respective) mass fraction of 30 to 70% by weight within the aqueous solution.

Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass im Schritt 1) das Kohlenstoff und/oder Graphit-Granulat in einem Massenverhältnis 1:1 bis 20:1, vorzugsweise 10:1, zum Binder oder zu den Bindern bereitgestellt wird, und/oder im Schritt 2) das Kohlenstoff- und/oder Graphit-Granulat in einem Massenverhältnis 4:1 bis 19:1, vorzugsweise 9:1, zum Binder oder zu den Bindern bereitgestellt wird. Within the scope of the invention, it is conceivable that in step 1) the carbon and / or graphite granules are provided in a mass ratio of 1: 1 to 20: 1, preferably 10: 1, to the binder or binders, and / or in Step 2) the carbon and / or graphite granules are provided in a mass ratio of 4: 1 to 19: 1, preferably 9: 1, to the binder or binders.

Im Schritt 2) kann ein Vorgranulieren der Partikel der Komponente a) bei einer Temperatur von > 19 °C erfolgen. Zusätzlich kann im Schritt 2) eine In step 2), the particles of component a) can be pregranulated at a temperature of> 19 ° C. In addition, in step 2)

Vorgranulierung mittels Extrudieren, Kneten, Mischen, Pressen oder Walzen erfolgen. Pre-granulation is carried out using extrusion, kneading, mixing, pressing or rolling.

Im Schritt 4) kann ein Granulieren der Partikel der Komponente a) bei einer Temperatur von 50 °C bis 400 °C, insbesondere 150 °C und 240 °C, erfolgen, je nachdem welche Schmelztemperatur der Binder oder die Mischung an Binder aufweist. Die Temperatur kann dabei von dem Mischverhältnis zwischen der Komponente b) und der Komponente c) abhängen. In step 4), the particles of component a) can be granulated at a temperature of 50 ° C. to 400 ° C., in particular 150 ° C. and 240 ° C., depending on the melting temperature of the binder or the mixture of binders. The temperature can depend on the mixing ratio between component b) and component c).

Wie es in der Figur 1 angedeutet ist, kann der Schritt 3) mittels As is indicated in FIG. 1, step 3) can be carried out using

Wirbelschichtgranulierung ausgeführt werden. Somit kann eine, Fluidized bed granulation can be carried out. Thus,

vorteilhafterweise zusammenhängende, Mischung hergestellt werden, die zu einem bandförmigen Material verarbeitet werden kann. Mittels einer advantageously coherent mixture can be produced, which can be processed into a band-shaped material. By means of a

Wirbelschichtgranulierung und erhöhter Temperatur kann vorteilhafterweise ein Fibrillieren der Komponente b) und/oder der Komponente c) erfolgen. Weiterhin kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass im Schritt 4) mindestens eine Walze Wl, W2 oder eine Extruderschnecke E auf eine Fluidized bed granulation and elevated temperature can advantageously fibrillate component b) and / or component c). Furthermore, it can be provided within the scope of the invention that in step 4) at least one roller W1, W2 or an extruder screw E on a

Temperatur von 50 °C bis 400 °C, insbesondere 150 °C und 240 °C, beheizt wird. Die Temperatur kann dabei von dem Mischverhältnis zwischen der Komponente b) und der Komponente c) abhängen. Somit kann im Schritt 4) das Lösemittel und/oder Wasser weitestgehend verdampfen und das bandförmige Material zudem geglättet werden. Temperature of 50 ° C to 400 ° C, especially 150 ° C and 240 ° C, is heated. The temperature can depend on the mixing ratio between component b) and component c). Thus, in step 4) the solvent and / or water can largely evaporate and the strip-like material can also be smoothed.

Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass ein Katalysatormaterial auf der Oberfläche des fertigen bandförmigen Materials als eine Benetzung und/oder eine Beschichtung ausgebildet wird, bspw. in einem weiteren nicht gezeigten Schritt 5). In the context of the invention, it is conceivable that a catalyst material is formed on the surface of the finished strip-like material as a wetting and / or a coating, for example in a further step 5), not shown.

Gleichwohl und/oder zusätzlich ist es denkbar, dass im Schritt 1) mindestens ein Teil der Partikel der Komponente a) mit einem Katalysator benetzt oder beschichtet ist. Auf diese Weise können in der Vormischung im Schritt 2) und in der Mischung im Schritt 3) bereits Partikel mit einem Katalysator vorliegen. Nevertheless and / or additionally, it is conceivable that in step 1) at least some of the particles of component a) are wetted or coated with a catalyst. In this way, particles with a catalyst can already be present in the premix in step 2) and in the mixture in step 3).

Ferner kann im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen einer Membran- Elektrodeneinheit MEA, bspw. in einem weiteren nicht gezeigten Schritt 6), vorgesehen sein, dass ein Bedrucken des bandförmigen Materials mit einer ionenleitfähigen Membran M zu einem mehrlagigen Material erfolgt, aus welchem die einsatzfertige Membran- Elektrodeneinheit MEA (s. die Figur 2) für eine Brennstoffzelle 100 (s. die Figur 3) zugeschnitten werden kann. Furthermore, as part of a method for producing a membrane electrode assembly MEA, for example in a further step 6) (not shown), it can be provided that the strip-shaped material is printed with an ion-conductive membrane M to form a multilayer material from which the ready-to-use membrane is made - Electrode unit MEA (see FIG. 2) can be cut for a fuel cell 100 (see FIG. 3).

In einem noch weiteren nicht gezeigten Schritt 7) kann schließlich ein Finally, in a further step 7), not shown, a

Zuschneiden des mehrlagigen Materials zu einer Membran- Elektrodeneinheit MEA erfolgen. Somit kann eine einsatzfertige Membran- Elektrodeneinheit MEA (s. die Figur 2) für eine Brennstoffzelle 100 (s. die Figur 3) bereitgestellt werden. The multilayer material is cut to a membrane electrode assembly MEA. Thus, a ready-to-use membrane electrode assembly MEA (see FIG. 2) for a fuel cell 100 (see FIG. 3) can be provided.

Bei einer Brennstoffzelle 100 kann die Erfindung vorsehen, dass auf einer Kathodenseite K eine erfindungsgemäß hergestellte Elektrodeneinheit MPL mit einer darauf beschichteten Membran M eingesetzt wird und auf einer In the case of a fuel cell 100, the invention can provide that an electrode unit MPL produced according to the invention with a membrane M coated thereon is used on a cathode side K and on an

Anodenseite A eine erfindungsgemäß hergestellte Elektrodeneinheit MPL mit oder ohne eine Beschichtung mit einer Membran M eingesetzt wird, die miteinander verpresst, heiß verpresst, verklebt oder dergleichen sein können. Anode side A with an electrode unit MPL produced according to the invention or is used without a coating with a membrane M, which can be pressed together, hot pressed, glued or the like.

Die, insbesondere mikroporöse, Elektrodeneinheit MPL kann vorteilhafterweise ohne eine weitere, bspw. faserige Zwischenlage, als eine Gasdiffusionslage GDL dienen, um die Verteilung der Reaktanten aus der Millimeterstrukturierung einer Bipolarplatte BPP auf die nanoskaligen Katalysatorpartikel der Membran- Elektrodeneinheit MEA zu erleichtern (vgl. die Figur 3). Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegendeThe, in particular microporous, electrode unit MPL can advantageously serve as a gas diffusion layer GDL without a further, for example fibrous intermediate layer, in order to facilitate the distribution of the reactants from the millimeter structure of a bipolar plate BPP onto the nanoscale catalyst particles of the membrane electrode unit MEA (cf. Figure 3). The foregoing description of the figures describes the present

Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Invention only in the context of examples. Of course, individual features of the embodiments, if it makes technical sense, can be freely combined with one another without going outside the scope of the invention.

Claims

Ansprüche Expectations 1. Verfahren zum Herstellen einer Membran- Elektrodeneinheit (MEA) für eine Brennstoffzelle (100), die eine Elektrodeneinheit (MPL) aufweist, die dazu ausgeführt ist, als eine Gasdiffusionslage (GDL) zu dienen, 1. A method for producing a membrane electrode assembly (MEA) for a fuel cell (100), which has an electrode assembly (MPL) that is designed to serve as a gas diffusion layer (GDL), aufweisend folgende Schritte:  comprising the following steps: 1) Bereitstellen von partikelförmigen Komponenten (a, b):  1) Provision of particulate components (a, b): a) eines Kohlenstoff- und/oder Graphit-Granulats,  a) a carbon and / or graphite granulate, b) eines polyvinylidenfluoridhaltigen Granulats (PVDF), b) a polyvinylidene fluoride-containing granulate (PVDF), 2) Vermischen von wenigstens einem Teil der Komponente a) mit der Komponente b) bis die Komponente b) an Partikeln der Komponente a) anhaftet, 2) mixing at least part of component a) with component b) until component b) adheres to particles of component a), 3) Vermischen einer im Schritt 2) gewonnenen Vormischung mit einem restlichen Teil der Komponente a),  3) mixing a premix obtained in step 2) with a remaining part of component a), 4) Auswalzen oder Extrudieren einer im Schritt 3) gewonnenen  4) Rolling out or extruding one obtained in step 3) Mischung zu einem bandförmigen Material, welches die Elektrodeneinheit (MPL) bildet.  Mix to form a band-like material that forms the electrode unit (MPL). 2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1, dadurch gekennzeichnet,  characterized, dass im Schritt 2) und/oder im Schritt 3) ein Lösemittel und/oder Wasser mit einem Massenanteil von 1 bis 10 Gew% innerhalb der jeweiligen Vormischung oder der Mischung zugegeben wird.  that in step 2) and / or in step 3) a solvent and / or water with a mass fraction of 1 to 10% by weight is added to the respective premix or mixture. 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 3. The method according to any one of the preceding claims, dadurch gekennzeichnet,  characterized, dass im Schritt 1) die Komponente b) in Form einer wässrigen Lösung mit einem Massenanteil von 30 bis 70 Gew% innerhalb der wässrigen Lösung bereitgestellt wird. that in step 1) component b) is provided in the form of an aqueous solution with a mass fraction of 30 to 70% by weight within the aqueous solution. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in dass im Schritt 1) die Komponenten (a, b) in einem Massenverhältnis 1:1 bis 20:1 bereitgestellt werden,  that in step 1) the components (a, b) are provided in a mass ratio of 1: 1 to 20: 1, und/oder im Schritt 2) die Komponenten (a, b) in einem Massenverhältnis 4:1 bis 19:1 bereitgestellt werden.  and / or in step 2) the components (a, b) are provided in a mass ratio of 4: 1 to 19: 1. 5. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, 5. The method according to any one of the preceding claims, dadurch gekennzeichnet,  characterized, dass im Schritt 1) der Komponente b) Polytetrafluorethylen-Granulat (PTFE) beigemischt wird,  that in step 1) component b) polytetrafluoroethylene granules (PTFE) are added, und/oder im Schritt 1) Polyvinylidenfluorid-Granulat (PVDF) und  and / or in step 1) polyvinylidene fluoride granules (PVDF) and Polytetrafluorethylen-Granulat (PTFE) in einem Massenverhältnis 1:1 bis 5:1 bereitgestellt werden.  Polytetrafluoroethylene granules (PTFE) are provided in a mass ratio of 1: 1 to 5: 1. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. The method according to any one of the preceding claims, dadurch gekennzeichnet,  characterized, dass im Schritt 2) ein Vorgranulieren der Partikel der Komponente a) mit dem Material der Komponente b) erfolgt,  that in step 2) the particles of component a) are pregranulated with the material of component b), und/oder dass der Schritt 2) bei einer Temperatur von > 19 °C ausgeführt wird,  and / or that step 2) is carried out at a temperature of> 19 ° C., und/oder dass der Schritt 2) mittels Extrudieren, Kneten, Mischen, Pressen oder Walzen ausgeführt wird.  and / or that step 2) is carried out by means of extrusion, kneading, mixing, pressing or rolling. 7. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, 7. The method according to any one of the preceding claims, dadurch gekennzeichnet,  characterized, dass im Schritt 3) ein Granulieren der Partikel der Komponente a) mit dem Material der Komponente b) erfolgt,  that in step 3) the particles of component a) are granulated with the material of component b), und/oder dass der Schritt 3) bei einer Temperatur von 50 °C bis 400 °C ausgeführt wird,  and / or that step 3) is carried out at a temperature of 50 ° C to 400 ° C, und/oder dass der Schritt 3) mittels Wirbelschichtgranulierung ausgeführt wird. and / or that step 3) is carried out by means of fluidized bed granulation. 8. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in dass im Schritt 4) mindestens eine Walze (Wl, W2) auf eine Temperatur 50 °C bis 400 °C beheizt wird.  that in step 4) at least one roller (Wl, W2) is heated to a temperature of 50 ° C to 400 ° C. 9. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, 9. The method according to any one of the preceding claims, dadurch gekennzeichnet,  characterized, dass in einem weiteren Schritt 7) ein Benetzen des bandförmigen Materials mit einer katalytischen Lösung oder ein Beschichten des bandförmigen Materials mit einer Katalysatorschicht erfolgt,  that in a further step 7) the tape-like material is wetted with a catalytic solution or the tape-like material is coated with a catalyst layer, und/oder dass im Schritt 1) mindestens ein Teil der Partikel der  and / or that in step 1) at least some of the particles of the Komponente a) mit einem Katalysator benetzt oder beschichtet ist.  Component a) is wetted or coated with a catalyst. 10. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, 10. The method according to any one of the preceding claims, dadurch gekennzeichnet,  characterized, dass in einem weiteren Schritt 6) ein Bedrucken des bandförmigen Materials mit einer ionenleitfähigen Membran (M) zu einem mehrlagigen Material erfolgt.  that in a further step 6) the strip-shaped material is printed with an ion-conductive membrane (M) to form a multilayer material. 11. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, 11. The method according to the preceding claim, dadurch gekennzeichnet,  characterized, dass in einem weiteren Schritt 7) ein Zuschneiden des mehrlagigen Materials zu einer Membran- Elektrodeneinheit (MEA) erfolgt.  that in a further step 7) the multilayer material is cut to a membrane electrode assembly (MEA). 12. Membran- Elektrodeneinheit (MEA), 12. Membrane electrode unit (MEA), dadurch gekennzeichnet,  characterized, dass die Membran- Elektrodeneinheit (MEA) mithilfe eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.  that the membrane electrode assembly (MEA) is produced using a method according to one of the preceding claims. 13. Brennstoffzelle (100) mit einer Membran- Elektrodeneinheit (MEA) nach dem vorhergehenden Anspruch. 13. Fuel cell (100) with a membrane electrode assembly (MEA) according to the preceding claim.
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