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EP1518282B1

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.

EP1518282B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 51

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Expired 22 April 2023, 3.4 years ago.

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22 claims: 3 independent, 19 dependent

  1. 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 und eine Sperrwirkung gegenüber Mineralsäuren aufweist.
  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.
  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.
  4. 4
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das basische Polymer mindestens einen aromatischen Ring mit mindestens einem Stickstoffatom enthält.
  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.
  6. 6
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung von einem oder mehreren basischen Polymeren mit einem weiteren Polymeren eingesetzt wird.
  7. 7
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Mineralsäure gemäß A. um Phosphorsäure und/oder Schwefelsäure handelt.
  8. 8
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht gemäß B. ein Kationenaustauscher-Material ist.
  9. 9
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kationenaustauscher-Material eine Kationenaustauschkapazität kleiner als 0,9 meq/g aufweist.
  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.
  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.
  12. 12
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht eine Dicke von 10 bis 30 µm aufweist.
  13. 13
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht eine Dicke von kleiner als 10µm aufweist.
  14. 14
    Elektrolytmembran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Kathodenseite aufgebrachte Sperrschicht dicker als die auf der Anodenseite befindliche Sperrschicht.
  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.
  16. 16
    Verwendung der mehrschichtigen Elektrolytmembran gemäß Anspruch 1 in einer Membran-Elektroden-Einheit (MEE).
  17. 17
    Membran-Elektroden-Einheit enthaltend mindestens eine erfindungsgemäße mehrschichtige Elektrolytmembran und zwei Elektroden, zwischen denen die mehrschichtige Elektrolytmembran sandwichartig angeordnet ist.
  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.
  19. 19
    Elektrode die mit einem Kationenaustauschermaterial definiert in den Ansprüchen 8 bis 11 beschichtet wobei die Schichtdicke des Kationenaustauschermaterials 10 bis 30µm beträgt.
  20. 20
    Elektrode die mit einem Kationenaustauschermaterial definiert in den Ansprüchen 8 bis 11 beschichtet wobei die Schichtdicke des Kationenaustauschermaterials kleiner als 10µm ist.
  21. 21
    Membran-Elektroden-Einheit enthaltend eine mit Mineralsäuren dotierte Elektrolytmembran und mindestens eine Elektrode gemäß Anspruch 19 oder 20.
  22. 22
    Brennstoffzellensystem mit enthaltend mehrere unterschiedliche oder gleichartige Membran-Elektroden-Einheiten von denen mindestens eine eine mehrschichtige Elektrolytmembran gemäß Anspruch 1 enthält.
Independent claims22