生产能够传导质子的结构化的电解质膜的方法技术

生产特别是用于燃料电池(1)的、能够传导质子的、结构化的电解质膜(11)的方法，其中在固体表面施加涂层(8)，该涂层包含至少一种能够传导离子的、具有至少一个酸基的交联组分和至少一种与之相互作用的光敏物质。通过照射至少一个应当是电解质膜(11)的涂层区域以使交联组分与光敏物质交联形成附着在固体表面上的聚合物和/或共聚物网状结构，从而对涂层(8)进行光学掩模。去除至少一个未经照射的涂层(8)的区域以使电解质膜(11)结构化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及生产特别是用于燃料电池的、能够传导质子的、结构化的电解质膜的 方法。
技术介绍
电池和蓄电池可由燃料电池替代。其通常具有氢存储器、用作阳极的第一电极、用 作阴极的第二电极以及与氢存储器相连且位于电极之间的薄膜。质子可通过薄膜，而氢不 能通过。在微型燃料电池中通常使用商标为DuPont Nafion PFSA膜的可商购获得的膜 作为电解质膜。电解质膜含有化学性质稳定的、能够实现高的离子传导能力的磺酸基。在从实践得知的方法中，在生产燃料电池时，薄膜是通过切割成型而结构化的，并 做成所需的形状。然后将薄膜布置在电极之间。通常将多个此类燃料电池相互堆叠并按顺 序连接。但是该薄膜的缺点在于，其只能使燃料电池有限地小型化，因为若其尺寸小，则仍 然仅难以操作结构化的薄膜。此外不利的是，在薄膜切割成型时产生的误差使燃料电池的 小型化变得困难。此 夕卜，在 T. Pinochat 等 人 的A new proton-conducting porous Siliconmembrane for small fuel cells，，，Chemical Engineering Journal 101(2004), 第107-111页中公开了一种用于生产结构化的电解质膜的方法，其中硅晶片两面涂覆有通 过溅射施加的金属层。然后在这些层上施加由光刻胶组成的掩模，然后在没有布置光刻胶 的位置上通过双面蚀刻硅而减小晶片的壁厚度，以形成面积约为3mmX3mm的开孔硅膜。然 后用Nafion 溶液填充硅膜，然后蒸发掉其中含有的溶剂，从而在孔中仅保留Nafion 。该 方法也仅能使薄膜有限地小型化，因为在薄膜尺寸小的情况下难以用Nafion 溶液装载硅 膜。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供上述类型的方法，其能够以简单的方式实现电解质膜 的高度小型化。该目的是通过生产特别是用于燃料电池的、能够传导质子的、结构化的电解质膜 的方法实现的，其中在固体表面上施加涂层，_其中该涂层包含至少一种能够传导离子的、具有至少一个酸基的交联组分和至 少一种与之共同作用的光敏物质；通过照射至少一个应当是电解质膜的涂层区域以使交联 组分与光敏物质交联形成附着在固体表面上的聚合物和/或共聚物网状结构，从而对涂层 进行光学掩模；然后去除至少一个未经照射的涂层区域以使电解质膜结构化；和 / 或_其中该涂层包含至少一种能够传导离子的、具有至少一个酸基的交联组分和至 少一种与之共同作用的光敏物质，其在被施加在固体表面上之后交联形成附着在固体表面 上的疏水性聚合物和/或共聚物网状结构；通过照射至少一个不应当是电解质膜的涂层区域以使其通过化学反应变为亲水性，从而对涂层进行光学掩模；然后去除至少一个经照射 的涂层区域以使电解质膜结构化；禾口/ 或 -其中该涂层包含至少一种能够传导离子的、具有至少一个酸基的交联组分和至 少一种与之共同作用的光敏物质，其在被施加在固体表面上之后交联形成附着在固体表面 上的亲水性聚合物和/或共聚物网状结构；通过照射至少一个应当是电解质膜的涂层区域 以使其通过化学反应变为疏水性，从而对涂层进行光学掩模；然后去除至少一个未经照射 的涂层区域以使电解质膜结构化；禾口/ 或_其中该涂层包含至少一种能够传导离子的、具有至少一个酸基的交联组分，其在 被施加在固体表面上之后交联形成附着在固体表面上的聚合物和/或共聚物网状结构；通 过照射至少一个不应当是电解质膜的涂层区域以使聚合物和/或共聚物链断裂，从而对涂 层进行光学掩模；然后去除至少一个经照射的涂层区域以使电解质膜结构化。在本专利技术方法中，有利的是通过标准光刻工艺使施加在固体表面上的涂层结构 化。在此，优选在光学照射如紫外线在涂层上的位置上使光敏物质活化，并由此引发交联。 但是也可以首先在固体表面上以平面方式施加亲水性聚合物和/或共聚物网状结构，然后 照射应当是电解质膜的位置(正光刻胶)，以使经照射的位置上的涂层通过化学反应变为 疏水性。随后例如通过使涂层与显像剂进行面接触而去除未经照射的涂层区域，未交联的 交联组分和可能存在的光敏物质或亲水性位置可溶解在该显像剂中。此外可以首先在固体表面上施加疏水性聚合物和/或共聚物网状结构，然后照射 不应当是电解质膜的位置(负光刻胶)，以使经照射的位置上的涂层通过化学反应变为亲 水性。随后优选通过使涂层与显像剂进行面接触而去除涂层经照射的亲水性区域。选择性地还可以在固体表面上以平面方式施加聚合物和/或共聚物网状结构。然 后在不应当是电解质膜的位置上，通过以高能辐射进行照射而使涂层中所含的聚合物和/ 或共聚物链断裂，从而使其随后通过与显像剂进行接触而溶解在显像剂中，并从固体表面 去除。借助该方法能够生产具有非常紧凑的尺寸的精细结构化的电解质膜。在该方法的一个有利的实施方案中，将交联组分和至少一种光敏物质溶解在溶剂 中，优选通过旋涂施加在固体表面上，然后蒸发掉溶剂以形成涂层。因此，该涂层是通过在 半导体工业中建立并经受考验的工艺步骤，即旋涂施加的。因此，该方法可以良好地集成在 标准半导体制造工艺中。该交联组分优选具有至少一个酸基，特别是磺酸基、磷酸基和/或羧酸基。根据该 方法制得的电解质膜具有高的质子传导能力。有利的是，交联组分含有磺化聚醚酮和/或磺化聚醚醚酮。磺化聚醚醚酮可以具 有如下结构式O0nSO3HοΠ该电解质膜具有更高的质子传导能力。在该方法的一个有利的实 施方案中，光敏物质包含光引发剂，特别是2，4，6_三甲 基苯甲酰二苯基膦氧化物。该光引发剂可以Ludrin TPO-L的商品名商购获得，并具有如下结构式9O ‘ I ρ==\光敏物质针对性地包含共聚物，特别是三羟甲基丙烷三乙酸酯。该共聚物可以 Laromer TMPTA的商品名商购获得，并具有如下结构式(CH2= CH-C-O- CH2)3C - CH2 - CH3 11 O有利的是，该涂层含有粘接促进剂成分，优选为聚苯并咪唑。由此可以改善电解质 膜特别是在集成于硅基板上的金属氢化物氢存储器上的粘着性。聚苯并咪唑的结构式是([NH-C = CH-C = CH-CH = C-N = C-J2-[C = CH-C = CH-CH = CH-] )n或1Iη本专利技术方法可以集成在用于生产至少一个燃料电池的方法中，其中提供半导体基 板，在该半导体基板上形成氢存储层，在氢存储层上形成电解质膜，及在电解质膜的相对面 上形成空气和/或氧气可通过的阴极。因此，通过该方法可以将燃料电池以单片形式集成 于半导体基板中。在此，甚至可以将多个燃料电池彼此相邻地集成于半导体基板中，并串联电接通。半导体基板优选为硅基板。氢存储层优选包含钯，其是通过常用的电镀法、丝网印 刷和/或薄膜法如溅射或蒸镀而施加在半导体基板上的。本专利技术方法尤其是可以应用于 CMOS工艺中。 在本专利技术的一个实施方案中，涂层在照射之前作为薄膜从固体表面脱离，然后放 置在至少由半导体基板和氢存储层形成的结构上，以使薄膜以平面方式覆盖氢存储层。在 本专利技术的该实施方案中，还直接在氢存储层或半导体基板上使涂层结构化。但是由于更简 单地集成到半导体制造工艺中，优选通过旋涂将涂层施加在至少由半导体基板和氢存储层 形成的结构上。有利的是，在半导体基板中形成空腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．生产特别是用于燃料电池（１）的、能够传导质子的、结构化的电解质膜（１１）的方法，其中在固体表面上施加涂层（８），－其中该涂层（８）包含至少一种能够传导离子的、具有至少一个酸基的交联组分和至少一种与之共同作用的光敏物质；通过照射至少一个应当是电解质膜（１１）的涂层区域以使交联组分与光敏物质交联形成附着在固体表面上的聚合物和／或共聚物网状结构，从而对涂层（８）进行光学掩模；然后去除至少一个未经照射的涂层（８）的区域以使电解质膜（１１）结构化；和／或－其中该涂层（８）包含至少一种能够传导离子的、具有至少一个酸基的交联组分和至少一种与之共同作用的光敏物质，其在被施加在固体表面上之后交联形成附着在固体表面上的疏水性聚合物和／或共聚物网状结构；通过照射至少一个不应当是电解质膜（１１）的涂层区域以使其通过化学反应变为亲水性，从而对涂层（８）进行光学掩模；然后去除至少一个经照射的涂层（８）的区域以使电解质膜（１１）结构化；和／或－其中该涂层（８）包含至少一种能够传导离子的、具有至少一个酸基的交联组分和至少一种与之共同作用的光敏物质，其在被施加在固体表面上之后交联形成附着在固体表面上的亲水性聚合物和／或共聚物网状结构；通过照射至少一个应当是电解质膜（１１）的涂层区域以使其通过化学反应变为疏水性，从而对涂层（８）进行光学掩模；然后去除至少一个未经照射的涂层（８）的区域以使电解质膜（１１）结构化；和／或－其中该涂层（８）包含至少一种能够传导离子的、具有至少一个酸基的交联组分，其在被施加在固体表面上之后交联形成附着在固体表面上的聚合物和／或共聚物网状结构；通过照射至少一个不应当是电解质膜（１１）的涂层区域以使聚合物和／或共聚物链断裂，从而对涂层（８）进行光学掩模；然后去除至少一个经照射的涂层（８）的区域以使电解质膜（１１）结构化。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2008.07.09 EP 08012393.81.生产特别是用于燃料电池⑴的、能够传导质子的、结构化的电解质膜(11)的方法， 其中在固体表面上施加涂层(8)，-其中该涂层(8)包含至少一种能够传导离子的、具有至少一个酸基的交联组分和至 少一种与之共同作用的光敏物质；通过照射至少一个应当是电解质膜(11)的涂层区域以 使交联组分与光敏物质交联形成附着在固体表面上的聚合物和/或共聚物网状结构，从而 对涂层(8)进行光学掩模；然后去除至少一个未经照射的涂层(8)的区域以使电解质膜 (11)结构化；和/或-其中该涂层(8)包含至少一种能够传导离子的、具有至少一个酸基的交联组分和至 少一种与之共同作用的光敏物质，其在被施加在固体表面上之后交联形成附着在固体表面 上的疏水性聚合物和/或共聚物网状结构；通过照射至少一个不应当是电解质膜(11)的涂 层区域以使其通过化学反应变为亲水性，从而对涂层(8)进行光学掩模；然后去除至少一 个经照射的涂层(8)的区域以使电解质膜(11)结构化；和/或-其中该涂层(8)包含至少一种能够传导离子的、具有至少一个酸基的交联组分和至 少一种与之共同作用的光敏物质，其在被施加在固体表面上之后交联形成附着在固体表面 上的亲水性聚合物和/或共聚物网状结构；通过照射至少一个应当是电解质膜(11)的涂层 区域以使其通过化学反应变为疏水性，从而对涂层(8)进行光学掩模；然后去除至少一个 未经照射的涂层(8)的区域以使电解质膜(11)结构化；和/或-其中该涂层(8)包含至少一种能够传导离子的、具有至少一个酸基的交联组分，其在 被施加在固体表面上之后交联形成附着在固体表面上的聚合物和/或共聚物网状结构；通 过照射至少一个不应当是电解质膜(11)的涂层区域以使聚合物和/或共...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·埃德勒，H·赖内克，C·米勒，M·弗兰克，J·克雷斯，
申请(专利权)人：迈克纳斯公司，
类型：发明
国别省市：DE