【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于制造用于电解电芯的膜电极装置的方法，所述电解电芯用于将水电化学分离成氢气和氧气。此外，本专利技术涉及一种具有至少一个膜的膜电极装置，所述膜在两个彼此背离的表面处具有相应的催化剂材料。
技术介绍
1、氢气是工业和技术中在无数应用中使用的重要物质。通常，地球上的氢气仅在束缚态下存在。所述物质中在束缚态下包含氢气的一种物质是水。此外，氢气也能够用作为储能器，尤其以便存储借助于可再生的能量产生方法产生的电能以用于以后的应用。
2、一种用于获取氢气的重要方法是电解水，尤其利用电能电解水。氢气在此尤其能够用作为储能器，其方式为，氢气例如用作为燃料，以便稳定尤其来自可再生的能量、例如风力、光伏等的电能量供给。但是，对于需要燃料或还原剂的其他过程，也能够使用氢气。因此，在电解时获得的氢气能够例如在工业上使用，或者能够利用燃料电池以电化学方式再次获得电能。
3、将水分离成其化学组成部分即氢气和氧气能够借助于适合的电解电芯执行。为此，所述电解电芯能够构成为所谓的聚合物-电解质-膜-电解电芯。在这种电解电芯中通常设有膜，所述膜在彼此背离的表面处具有相应的催化剂层。相应的气体扩散层通常与催化剂层邻接，相应的能导电的接触板就其本身而言与气体扩散层邻接，所述接触板有时也称为双极板，所述双极板尤其用于电接触。优选地，接触板或双极板同时也构成为，使得所述接触板或双极板能够实现在电解期间在电解电芯中的常规运行中所需的物质运输。出于该目的，能够设有用于输送分别适合的电解质和用于导出电解的反应产物、即氢气和氧气的对应的通
4、如果电解反应是在碱性范围中的反应，那么设有阴离子交换膜(英语：anionexchange membrane，aem)作为膜。相反，如果电解反应在酸性范围中发生，那么替代于此设有质子交换膜(英语：proton exchange membrane；pem)。
5、经由电解过程从水中产生氢气。在此这是电化学过程，其中水被分离成其化学组成部分即氧气和氢气。电化学电芯反应能够根据运行方式如下描述和区分：
6、碱性电解：
7、 阳极电极 <![cdata[4oh<sup>-</sup>→2h<sub>2</sub>o+o<sub>2</sub>+4e<sup>-</sup>]]> (1) 阴极电极 <![cdata[2h<sub>2</sub>o+2e<sup>-</sup>→2oh<sup>-</sup>+h<sub>2</sub>]]> (2)
8、酸性电解：
9、 阳极电极 <![cdata[2h<sub>2</sub>o→4h<sup>+</sup>+o<sub>2</sub>+4e<sup>-</sup>]]> (1) 阴极电极 <![cdata[4h<sup>+</sup>+4e<sup>-</sup>→h<sub>2</sub>]]> (2)
10、在聚合物-电解质-膜-电解中，两个子反应分别在空间上通过离子导电膜分离。在碱性范围的电解中，在此设有阴离子交换膜(aem)，相反在酸性环境的电解中，设有质子交换膜(pem)。然而，膜电极装置(mea)的结构上的构造在这两种情况下原则上能够类似地构成。
11、这种聚合物-电解质-膜-电解电芯的核心通常通过膜电极装置(英文：membraneelectrode assembly，mea)形成。膜电极装置至少具有膜，所述膜通常不仅在阳极侧而且在阴极侧在两个彼此背离的表面处用由相应的催化剂材料构成的层覆层。在通过相应的催化剂材料形成的层的区域中，进行电解的相应的电芯反应。在此，在常规运行期间，电子经由相应的催化剂材料和载体结构导出至接触板，所述载体结构能够通过气体扩散层形成或者能够提供所述气体扩散层。出于所述原因，催化剂层的高导电性是期望的。
12、在碱性范围中进行反应时，除了电子之外，产生氢氧根阴离子oh-，而在酸性范围中运行时，产生质子h+，所述氢氧根阴离子和质子作为载流子通过相应的膜运动。因此，在这方面，由相应的催化剂材料构成的层的结构的良好的导电性是所期望的，以便将相应的离子朝向膜输送或者从膜朝向相应的催化剂材料输送。在此，作为技术挑战的是，同时提供催化剂材料到膜上的良好的离子结合和催化剂材料的良好的导电性。
13、在现有技术中，膜电极装置或膜电极单元通过如下方式制造：提供呈膏的形式的催化剂材料，所述膏要么直接施加到膜的对应的表面上要么施加到基底的对应的表面上。在此，膏状或糊状的催化剂材料由催化剂材料本身、离聚物、聚合粘合剂以及溶剂构成。在施加后，通常热去除或热驱除溶剂，为此在通常大于100℃的高温下将由催化剂材料构成的层与膜一起压制。由此应确保离聚物和催化剂材料与膜的离子接触。
14、上述方法控制要求膜的材料尤其对于压制而言具有低的软化温度，以便实现使来自电容器材料的颗粒进入到膜的边缘区域中。然而，同时，电容器材料的催化剂颗粒的烧结应最小。所期望的低的软化温度同样限制电解电芯的最大运行温度。这又限制效率并且同时在制造膜电极装置或具有这种膜电极装置的电解电芯时需要对应地高的耗费。
技术实现思路
1、本专利技术基于如下目的：提供一种膜电极装置和一种用于制造所述膜电极装置的方法，由此至少能够降低用于制造的耗费或提高电解电芯的可靠性。
2、作为解决方案，利用本专利技术提出根据独立权利要求所述的方法以及膜电极装置。...
【技术保护点】
1.一种用于制造用于电解电芯(12)的膜电极装置(10)的方法，所述电解电芯用于将水电化学分离成氢气和氧气，所述方法具有以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述基底(14)提供所述膜电极装置(10)的至少一个膜(26)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述浸入(80)的步骤之前将能导电的无纺布材料(30，32)施加(78)到用所述催化剂材料(20，22)覆层的膜(26)上。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述基底(14)具有能导电的无纺布材料(30，32)，将所述无纺布材料在所述干燥之后与所述膜电极装置(10)的膜(26)接触。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用粘度在25℃的温度时位于50mPa·s至500mPa·s的范围内的催化剂材料，以给所述基底(14)覆层。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用如下至少一种物质作为溶剂，所述物质至少包括：N-甲基-吡咯烷、杂环烷酮、二甲基亚砜、二丙酮醇、乙酸乙酯、丁二醇和具有少于4
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少使用水、酮或醇作为萃取剂(24)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述干燥的步骤至少部分地在负压下执行。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用不含非离子粘合剂的催化剂材料(20，22)作为催化剂材料(20，22)。
10.一种膜电极装置(10)，所述膜电极装置具有至少一个膜(26)，所述膜在两个彼此背离的表面(16，18)处具有相应的催化剂材料(20，22)，其特征在于，所述膜电极装置(10)根据上述权利要求中任一项制造，并且按所述催化剂材料(20，22)的干质量计，所述催化剂材料(20，22)的离子聚合物份额为5％至25％。
11.根据权利要求10所述的膜电极装置，其特征在于，设有载体结构，所述载体结构具有直径为2μm至200μm、优选4μm至110μm的孔。
12.根据权利要求10或11所述的膜电极装置，其特征在于，所述催化剂材料(20，22)具有直径为2μm至200μm、优选4μm至100μm的孔(34)。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于制造用于电解电芯(12)的膜电极装置(10)的方法，所述电解电芯用于将水电化学分离成氢气和氧气，所述方法具有以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述基底(14)提供所述膜电极装置(10)的至少一个膜(26)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述浸入(80)的步骤之前将能导电的无纺布材料(30，32)施加(78)到用所述催化剂材料(20，22)覆层的膜(26)上。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述基底(14)具有能导电的无纺布材料(30，32)，将所述无纺布材料在所述干燥之后与所述膜电极装置(10)的膜(26)接触。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用粘度在25℃的温度时位于50mpa·s至500mpa·s的范围内的催化剂材料，以给所述基底(14)覆层。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用如下至少一种物质作为溶剂，所述物质至少包括：n-甲基-吡咯烷、杂环烷酮、二甲基亚砜、二丙酮醇、乙酸乙酯、丁二醇和具有少于4个碳原子...
【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈·克林格尔，亚沙尔·穆萨耶夫，冈特·施密德，
申请(专利权)人：西门子能源全球有限两合公司，
类型：发明
国别省市：
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