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EP1518282A2

Multilayer electrolyte membrane

Abstract

The present invention relates to a proton-conducting multilayer electrolyte membrane with a barrier layer, a process for producing it and a fuel cell containing such a membrane.

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Projected expiry passed 22 April 2023, 3.4 years ago.

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22 claims: 22 independent, 0 dependent

  1. 1
    Claims of equivalent WO 03092090 A2 Translation of claims of equivalent WO 03092090 A2 1. Multilayered electrolyte membrane comprising at least A. a planar material doped with one or more mineral acids, B. at least one barrier layer which covers at least one of the two surfaces of the material mentioned under A. Patentansprüche 1. Mehrschichtige Elektrolytmembran enthaltend mindestens A. ein mit einer oder mehreren Mineralsäuren dotiertes flächiges Material, B. mindestens eine Sperrschicht welche mindestens eine der beiden Flächen des unter A. genannten mit Materials bedeckt.
  2. 2
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als flächiges Materialien gemäß A. ein basisches Polymer, eine Mischungen von einem oder mehreren basischen Polymeren mit anderen Polymeren oder ein chemisch inerter Träger eingesetzt wird. Second Electrolyte membrane according to claim 1, characterized in that the sheet-like materials according to A. a basic polymer, a mixture of one or more basic polymers with other polymers or a chemically inert carrier is used.
  3. 3
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als basisches Polymer im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein basisches Polymer mit mindestens einem Stickstoffatom in einer Wiederholungseinheit verwendet wird. Third An electrolyte membrane according to claim 1 or 2, characterized in that the basic polymer used in the context of the present invention is a basic polymer having at least one nitrogen atom in a repeating unit.
  4. 4
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das basische Polymer mindestens einen aromatischen Ring mit mindestens einem Stickstoffatom enthält. 4th An electrolyte membrane according to claim 1 or 2, characterized in that the basic polymer contains at least one aromatic ring having at least one nitrogen atom.
  5. 5
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das basische Polymer ein Polyimidazol, ein Polybenzimidazol, ein Polybenzthiazol, ein Polybenzoxazol, ein Polytriazol, ein Polyoxadiazol, ein Polythiadiazol, ein Polypyrazol, ein Polyquinoxaline, ein Poly(pyridine), ein Poly(pyrimidine) oder ein Poly(tetrazapyrene) ist. 5th An electrolyte membrane according to claim 4, characterized in that the basic polymer is a polyimidazole, a polybenzimidazole, a polybenzothiazole, a polybenzoxazole, a polytriazole, a polyoxadiazole, a polythiadiazole, a polypyrazole, a polyquinoxaline, a poly (pyridine), a poly (pyrimidines) or a poly (tetrazapyrene).
  6. 6
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung von einem oder mehreren basischen Polymeren mit einem weiteren Polymeren eingesetzt wird. 6th Electrolyte membrane according to claim 2, characterized in that a mixture of one or more basic polymers with another polymer is used.
  7. 7
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Mineralsäure gemäß A. um Phosphorsäure und/oder Schwefelsäure handelt. 7th Electrolyte membrane according to Claim 1, characterized in that the mineral acid according to A. is phosphoric acid and / or sulfuric acid.
  8. 8
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht gemäß B. ein Kationenaustauscher-Material ist. 8th. Electrolyte membrane according to claim 1, characterized in that the barrier layer according to B. is a cation exchange material.
  9. 9
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kationenaustauscher-Material eine Kationenaustauschkapazität kleiner als 0,9 meq/g aufweist. 9th An electrolyte membrane according to claim 8, characterized in that the cation exchange material has a cation exchange capacity of less than 0.9 meq / g.
  10. 10
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kationenaustauscher-Material eine Flächenquellung in Wasser bei 80°C von kleiner als 20% aufweist. 10th Electrolyte membrane according to claim 8 or 9, characterized in that the cation exchange material has a surface swelling in water at 80 ° C of less than 20%.
  11. 11
    Elektrolytmembran gemäß einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kationenaustauscher-Material eine Leitfähigkeit von kleiner 0,06 S/cm (gemessen bei 80°C in befeuchtetem Zustand) aufweist. 11th An electrolyte membrane according to any one of claims 8, 9 or 10, characterized in that the cation exchange material has a conductivity of less than 0.06 S / cm (measured at 80 ° C in humidified state).
  12. 12
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht eine Dicke von 10 bis 30 μm aufweist. 12th Electrolyte membrane according to Claim 1, characterized in that the barrier layer has a thickness of 10 to 30 μm.
  13. 13
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht eine Dicke von kleiner als 10μm aufweist. 13th Electrolyte membrane according to Claim 1, characterized in that the barrier layer has a thickness of less than 10 μm.
  14. 14
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Kathodenseite aufgebrachte Sperrschicht dicker als die auf der Anodenseite befindliche Sperrschicht. 14th An electrolyte membrane according to claim 1, characterized in that the barrier layer applied on the cathode side is thicker than the barrier layer located on the anode side.
  15. 15
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht gemäß B. ein Kationenaustauscher-Material auf Basis eines organischen Polymeren oder eines organisch-anorganischen Kompositmaterials mit kovalent gebundenen Säuregruppen ausgewählt aus der Gruppe Carbonsäuren, Sulfonsäuren und/oder Phosphonsäure ist. 15th Electrolyte membrane according to claim 1, characterized in that the barrier layer according to B. a cation exchange material based on an organic polymer or an organic-inorganic composite material having covalently bonded acid groups selected from the group of carboxylic acids, sulfonic acids and / or phosphonic acid.
  16. 16
    Verwendung der mehrschichtigen Elektrolytmembran gemäß Anspruch 1 in einer Membran-Elektroden-Einheit (MEE). 16th Use of the multilayer electrolyte membrane according to claim 1 in a membrane-electrode assembly (MEU).
  17. 17
    Membran-Elektroden-Einheit enthaltend mindestens eine erfindungsgemäße mehrschichtige Elektrolytmembran und zwei Elektroden, zwischen denen die mehrschichtige Elektrolytmembran sandwichartig angeordnet ist. 17th A membrane-electrode assembly comprising at least one multilayer electrolyte membrane according to the invention and two electrodes between which the multilayer electrolyte membrane is sandwiched.
  18. 18
    Membran-Elektroden-Einheit gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Kathodenseite aufgebrachte Sperrschicht dicker als die auf der Anodenseite befindliche Sperrschicht ist. 18th A membrane-electrode assembly according to claim 17, characterized in that the barrier layer applied to the cathode side is thicker than the barrier layer located on the anode side.
  19. 19
    Elektrode die mit einem Kationenaustauschermaterial definiert in den Ansprüchen 8 bis 11 beschichtet wobei die Schichtdicke des Kationenaustauschermaterials 10 bis 30μm beträgt. 19th An electrode coated with a cation exchange material as defined in claims 8 to 11 wherein the layer thickness of the cation exchange material is 10 to 30 μm.
  20. 20
    Elektrode die mit einem Kationenaustauschermaterial definiert in den Ansprüchen 8 bis 11 beschichtet wobei die Schichtdicke des Kationenaustauschermaterials kleiner als 10μm ist. 20th An electrode coated with a cation exchange material as defined in claims 8 to 11 wherein the layer thickness of the cation exchange material is less than 10 μm.
  21. 21
    Membran-Elektroden-Einheit enthaltend eine mit Mineralsäuren dotierte Elektrolytmembran und mindestens eine Elektrode gemäß Anspruch 19 oder 20. 21st Membrane electrode unit comprising an electrolyte membrane doped with mineral acids and at least one electrode according to claim 19 or 20.
  22. 22
    Brennstoffzellensystem mit enthaltend mehrere unterschiedliche oder gleichartige Membran-Elektroden-Einheiten von denen mindestens eine eine mehrschichtige Elektrolytmembran gemäß Anspruch 1 enthält. 22nd A fuel cell system comprising a plurality of different or similar membrane-electrode units of which at least one contains a multilayer electrolyte membrane according to claim 1.
Independent claims22