DE10010399A1

DE10010399A1 - Brennstoffzellenmembran mit Sperrschicht

Info

Publication number: DE10010399A1
Application number: DE10010399A
Authority: DE
Inventors: Karl Eck
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2001-09-06
Also published as: WO2001065622A1

Abstract

Bei Direktmethanol-Brennstoffzellen tritt das Problem auf, daß auf der Anodenseite durch die Reduktion des Methanols Kohlenmonoxid als Nebenreaktionsprodukt auftritt. Neben dem Wasserstoff diffundiert auch dieses Kohlenmonoxid durch die Brennstoffzellenmembran durch und behindert an der Kathodenseite die Oxidationsreaktion. Dies führt zu einer Verminderung der Ausbeute an elektrischer Energie und beeinträchtigt damit in negativer Weise die Kosten- und Energiebilanz der Brennstoffzelle. Die Erfindung stellt eine Brennstoffzellenmembran (10) zur Verfügung, die den Durchtritt von Kohlenmonoxid oder anderer unerwünschter Verunreinigungen verhindert. Diese Brennstoffzellenmembran (10) weist zwei äußere, katalytisch aktive Schichten (1, 2) und eine mittlere Schicht (3) auf, die erfindungsgemäß aus einem Material gebildet ist, welches selektiv durchlässig für Protonen ist. Dabei kann die mittlere Schicht enthalten: DOLLAR A - ein Trägermaterial (8), das zum Protonentransport fähig ist und DOLLAR A - ein zweites Material (9), das für Protonen selektiv permeabel und für vorgegebene Ausschlußstoffe impermeabel ist, wobei das zweite Material (9) so im Trägermaterial angeordnet ist, daß die Diffusion von Ausschlußstoffen durch die mittlere Schicht (3) hindurch unterbunden oder zumindest stark vermindert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenmembran mit zwei katalytisch aktiven Schichten und einer mittleren, für Protonen selektiv permeablen Schicht.

In heutigen Brennstoffzellen läuft eine Oxidation von Wasserstoff bei niedriger Temperatur unter Gewinnung elektrischer Energie an einer Membran ab. Auf der einen Seite der Membran befindet sich der Wasserstoff, beziehungsweise ein geeigneter, Wasserstoff enthaltender Brennstoff wie Methanol, auf der anderen Seite der Membran (Kathodenseite) wird das Oxidationsmittel, z. B. Luft zugeführt. Der Wasserstoff wird in ein Proton und ein Elektron gespalten. Die solcherart entstandenen Elektronen bauen ein elektrisches Potential gegenüber der anderen Seite der Membran auf, das zur Stromerzeugung genutzt wird. Die Protonen treten durch die Membran hindurch und reagieren mit dem Luftsauerstoff unter Elektronenzufuhr zu Wasser.

Bei sogenannten Direktmethanolzellen befindet sich auf der Wasserstoffseite eine Methanolquelle, aus der der Wasserstoff während der katalytischen Reaktion freigesetzt wird. Bei Direktmethanolzellen tritt das Problem auf, daß auf der Anodenseite durch die Reduktion des Methanols Kohlenmonoxid als Nebenreaktionsprodukt auftritt. Neben dem Wasserstoff diffundiert auch dieses Kohlenmonoxid durch die Membran durch und behindert an der Kathodenseite die Oxidationsreaktion. Dies führt zu einer Verminderung der Ausbeute an elektrischer Energie und beeinträchtigt damit in negativer Weise die Kosten- und Energiebilanz der Brennstoffzelle.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Brennstoffzellenmembran zur Verfügung zu stellen, die den Durchtritt von Kohlenmonoxid oder anderer unerwünschter Verunreinigungen verhindert.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Brennstoffzellenmembran gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.

Die derzeit verwendeten Brennstoffzellenmembranen bestehen aus einer mittleren Schicht, beispielsweise aus einem Polymer, die zum Protonentransport fähig ist, sowie aus zwei auf beiden Seiten der mittleren Schicht angeordneten katalytisch aktiven Schichten. Die mittlere Schicht ist auf Grund von physikalischen Limitationen der bisher verwendeten Werkstoffe nicht in der Lage, als Sperrschicht für Kohlenmonoxid zu dienen. Der vorliegenden Erfindung liegt daher der Gedanke zu Grunde, den Aufbau der Brennstoffzellenmembran bezüglich ihrer mittleren Schicht so zu modifizieren, daß sie aus einem Material besteht oder im Sinne eines Verbundwerkstoffs zusätzlich ein Material enthält, das in der Lage ist, unerwünschte Stoffe, im folgenden Ausschlußstoffe genannt, am Durchtritt durch die Membran zu hindern.

Die vorliegende Erfindung ist damit gerichtet auf eine Brennstoffzellenmembran mit zwei äußeren, katalytisch aktiven Schichten und einer mittleren Schicht, die selektiv durchlässig für Protonen ist.

Vorzugsweise ist die mittlere Schicht aus einem Verbundwerkstoff gebildet, welcher ein Trägermaterial, das zum Protonentransport fähig ist, und ein zweites Material enthält, das für Protonen selektiv permeabel und für vorgegebene Ausschlußstoffe impermeabel ist, wobei das zweite Material so im Trägermaterial angeordnet ist, daß die Diffusion von Ausschlußstoffen durch die mittlere Schicht hindurch stark vermindert oder unterbunden ist. Bezüglich der Ausgestaltung der mittleren Schicht, beziehungsweise der Anordnung der verschiedenen Materialien in der mittleren Schicht, sind unterschiedliche Ausführungsformen möglich.

Wie oben ausgeführt, ist besonders der Durchgang von Kohlenmonoxid durch die Brennstoffzellenmembran bei im Stand der Technik bekannten Brennstoffzellen ein Problem bezüglich der Ausbeute und Effizienz der Brennstoffzellen. Daher ist Kohlenmonoxid ein besonders wichtiger Ausschlußstoff. Es ist jedoch vorstellbar, daß auch ändere Stoffe als Ausschlußstoffe behandelt werden müssen, sofern sich erweist, daß deren Durchtritt durch die Brennstoffzellenmembran den Prozeß in nachteiliger Weise beeinträchtigt.

Das in der mittleren Schicht der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenmembran verwendete Trägermaterial ist üblicherweise ein Polymer. Eine Voraussetzung für die Eigung des Polymers ist, daß dieses zum Protonentransport fähig ist. Es muß in der Lage sein, die auf der einen Seite der Brennstoffzellenmembran freigesetzten Protonen durch die Membran hindurchzutransportieren, um sie auf der anderen Seite dem Oxidationsprozeß zugänglich zu machen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können viele Materialien verwendet werden, die dem Fachmann einschlägig bekannt sind. Beispielsweise kann die Polymermembran gebildet sein aus Nafion (TM) der Fa. DuPont, Polyetherketonen oder anderen protonenleitenden, gasdichten Polymeren.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht den gezielten Ausschluß unerwünschter Stoffe auf der Kathodenseite der Brennstoffzellenmembran. Die erfindungsgemäßen Brennstoffzellenmembranen sind einfach herzustellen und verbessern die Effizienz der Brennstoffzellen maßgeblich.

Im folgenden sollen verschiedene bevorzugte Ausführungsformen vorgestellt und erläutert werden. Hierbei wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen als Schnittbilder jeweils konkrete Ausführungsformen beispielhaft vorgestellt werden. Hierbei ist folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der flache Partikel in der mittleren Schicht eingelagert sind;

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer laminierten mittleren Schicht;

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer zentral angeordneten Ausschlußschicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Brennstoffzellenmembran dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Schicht eine Dicke D hat, ein Trägermaterial aufweist, das für Protonen durchlässig ist und ein zweites Material aufweist, das für Protonen selektiv permeabel und für vorgegebene Ausschlußstoffe impermeabel ist, wobei das zweite Material so im Trägermaterial angeordnet ist, daß Ausschlußstoffe einen Permeationsweg durch die mittlere Schicht nehmen müssen, der wesentlich länger als D ist, während die Protonen einen Permeationsweg durch die mittlere Schicht nehmen können, der im wesentlichen gleich D ist.

Vorzugsweise ist der Weg, den die Ausschlußstoffe durch das Trägermaterial nehmen müssen, zumindest doppelt so lang wie D; bevorzugt zumindest zehmal so lang wie D, besonders bevorzugt zumindest 50mal so lang wie D, insbesondere zumindest einhundertmal länger als D und beipielsweise 50-100mal länger als D.

Durch die spezielle Anordnung des zweiten Materials (quer zur Diffusionrichtung der Protonen) wird erreicht, daß Ausschlußstoffe nicht auf direktem Wege (also nicht unmittelbar senkrecht zur Ebene der Membran) die Membran durchdringen können, sondern einen Umweg nehmen müssen, da sie nicht in der Lage sind, das zweite Material zu durchdringen. Dieser Umweg führt dazu, daß die individuelle Diffusion der Ausschlußstoffe zumindest entscheidend verlangsamt ist gegenüber der Diffusion der Protonen, so daß eine entsprechende Verbesserung der Ausbeute an elektrischer Energie erreicht wird.

Im Idealfall baut sich im Inneren der mittleren Schicht ein Gefälle auf, das durch Sättigung ein weiteres Eindringen der Ausschlußstoffe in die mittlere Schicht vollständig verhindert und auf der anderen Seite der mittleren Schicht eine lediglich so geringe Konzentration der Ausschlußstoffe enthält, daß diese praktisch nicht mehr freigesetzt werden.

Die mittlere Schicht der Brennstoffzellenmembran kann beispielsweise so ausgeführt sein, daß das zweite Material in Form von Partikeln vorliegt, die so angeordnet sind, daß jede gedachte Gerade durch die mittlere Schicht zumindest ein Partikel, vorzugsweise eine Vielzahl von Partikeln des zweiten Materials schneidet. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenmembran werden also so viele für die vorbestimmten Ausschlußstoffe impermeable Partikel in die mittlere Schicht eingebracht, daß der direkte Durchtrittsweg, also eine gerade Linie zwischen den beiden Oberflächen der mittleren Schicht, möglichst mehrfach unterbrochen ist. Die Ausschlußstoffe müssen somit einen deutlich verlängerten Umweg um diese Partikel machen, um überhaupt durch die mittlere Schicht hindurchtreten zu können.

Im Idealfall führt dies dazu, daß Ausschlußstoffe die andere Seite der Membran gar nicht erreichen können. Um diesen wünschenswerten Effekt zu verstärken, sollte das zweite Material in Form von flachen Partikeln vorliegen, deren Flachseite im wesentlichen parallel zu den Oberflächen der mittleren Schicht liegen.

Durch diese Anordnung läßt sich die von den Ausschlußstoffen zurückzulegende Wegstrecke besonders effektiv verlängern. Die Partikel können beispielsweise eine Dicke von 20 nm bis 100 µm, vorzugsweise von 0,5 µm bis 10 µm, aufweisen, während sie eine Breite und eine Länge von 1 mm bis 30 mm, vorzugsweise von 1 mm bis 5 mm haben können.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine Brennstoffzellenmembran 10 gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Hierbei kennzeichnen die Bezugszeichen 1 und 2 die äußeren katalytisch aktiven Schichten der Membran 10 und das Bezugszeichen 3 die mittlere Schicht. In einem Trägermaterial 4 sind flache Partikel 5 mit ihren Flachseiten parallel zu den Oberflächen der mittleren Schicht 3 angeordnet.

Im folgenden wird eine Möglichkeit zur Herstellung einer Membran gemäß der obigen allgemeinen Ausführungsform erläutert. Bezüglich der Vorteile, Wirkungen und Effekte wird auf das oben gesagte verwiesen.

Zur Herstellung der Brennstoffzellenmembran gemäß der oben allgemein vorgestellten Ausführungsform kann beispielsweise eine mittlere Schicht in Form einer Folie bereitgestellt werden, auf welche die beiden äußeren Schichten auflaminiert werden. Zur Herstellung der mittleren Schicht kann beispielsweise ein Verfahren verwendet werden, das folgende Schritte aufweist:

- Bereitstellen einer Schmelze oder Lösung eines für den Protonentransport geeigneten polymeren Trägermaterials,
- Einmischen von Partikeln eines zweiten Materials, die für Protonen selektiv durchlässig sind und eine Form mit zwei Flachseiten aufweisen,
- Herstellen einer Folie aus dem Gemisch und
- Recken der Folie, so daß sich die Partikel aus dem zweiten Material in der Folie so ausrichten, daß ihre Flachseiten im wesentlichen parallel zu den Oberflächen der Folie liegen.

Durch dieses Verfahren kann eine Folie zur Verwendung als mittlere Schicht erhalten werden, in der das zweite Material 5 so angeordnet ist, daß ein direkter Durchtritt von Ausschlußstoffen durch das zweite Material verhindert wird. Durch die Orientierung der Flachseiten des zweiten Materials in Richtung der Oberflächen der mittleren Schicht wird eine Oberflächenmaximierung des zweiten Materials bezüglich der Permeation von Stoffen erreicht.

Bei diesem Verfahren kann von einer Schmelze oder von einer Lösung des Trägermaterials ausgegangen werden. Demzufolge muß auch das Herstellverfahren der mittleren Schicht dem Ausgangsmaterial angepaßt sein. Bei Verwendung einer Schmelze bietet sich beispielsweise ein Extrusionsverfahren an. Alternativ kann auch ein Gießverfahren angewendet werden. Bei Verwendung einer Lösung muß ein Herstellverfahren gewählt werden, bei dem das Lösungsmittel entfernt werden kann.

Unter dem Recken der Folie wird ein Verfahren verstanden, bei dem die Oberfläche der ursprünglichen Folie durch Dehnen der Gesamtfolie in Richtung des Materiallaufs, gegebenenfalls auch in Querrichtung des Materiallaufs, vergrößert und damit die Dicke der Folie verringert wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dicke der gereckten Folie, die als mittlere Schicht eingesetzt werden soll, kleiner als Länge und Breite der verwendeten Partikel. Auf diese Weise wird besonders sichergestellt, daß die Partikel mit ihren Flachseiten parallel zu den Oberflächen der mittleren Schicht ausgerichtet werden.

Ein weiteres mögliches Verfahren zur Herstellung einer mittleren Schicht, für dessen Vorteile, Wirkungen und Effekte wiederum auf das oben gesagte Bezug genommen wird, weist folgende Schritte auf:

- A: Bereitstellen einer Folie aus einem Trägermaterial als Basisfolie,
- B: Aufbringen einer Schicht von verflüssigtem oder gelöstem Trägermaterial auf die Basisfolie,
- C: Aufbringen von Partikeln eines zweiten Materials auf die Schicht und
- D: Verfestigen oder Trocknen der Schicht, wobei die Schritte B bis D mehrmals durchgeführt werden.

Die Verwendung von gelöstem Trägermaterial zum Aufbringen auf eine Basisfolie hat den Vorteil, relativ leicht handhabbar zu sein, da nicht gegebene Verfestigungstemperaturen der verwendeten Materialien beim Aufbringen auf die Folie berücksichtigt werden müssen. Grundsätzlich ist es möglich, geschmolzenes Trägermaterial auf eine solche Basisfolie aufzubringen, sofern die Folie und die Schmelze jeweils eine geeignete Temperatur haben, um einerseits eine sofortige Verfestigung des aufgebrachten Materials und andererseits ein Schmelzen der Folie durch das aufgebrachte Material zu verhindern. Das Aufbringen der Schicht von Trägermaterial kann beispielsweise mittels eines Lackspritzprozesses erfolgen, das Aufbringen der Partikel durch ein Streuverfahren.

Das Beschichten der Folie mit dem zweiten Material kann in vorbekannter Weise mit Hilfe eines Dünnschichtverfahrens erfolgen (wie z. B. Sputtern, Bedampfen, CVD- Prozess).

Das Laminieren der Lagen erfolgt ebenfalls in dem Fachmann geläufiger Art und Weise, beispielsweise durch Druck bei gleichzeitigem Erhitzen.

Vorzugsweise werden die Schritte B bis D zumindest zweimal durchgeführt, besonders bevorzugt zumindest fünfmal, beispielsweise zehnmal. Auch hier ist das Trägermaterial zumindest für Protonen und das zweite Material selektiv für Protonen durchlässig.

Vorzugsweise weist die Folie des Trägermaterials, die als Grundträger dient, eine Dicke von 5 µm bis 1 mm, besonders bevorzugt von 50 µm bis 500 µm, beispielsweise von 100 µm bis 200 µm auf. Die aufgebrachten Schichten des Trägermaterials weisen vorzugsweise eine Dicke von 5 µm bis 1 mm, besonders bevorzugt von 50 µm bis 500 µm, beispielsweise von 100 µm bis 200 µm auf.

In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffzellen ist die mittlere Schicht aus einem Verbundwerkstoff gebildet, der eine Mehrzahl von Schichten eines Trägermaterials, das für Protonen durchlässig ist, und eine Mehrzahl von Schichten eines zweiten Materials aufweist, das für Protonen selektiv permeabel und für vorgegebene Ausschlußstoffe impermeabel ist, wobei die Schichten des zweiten Materials zwischen den Schichten des Trägermaterials abwechselnd angeordnet sind. Es handelt sich bei den Schichten des zweiten Materials um weitgehend durchgängige, d. h. geschlossene Schichten.

Auf diese Weise wird eine Vielzahl von Schichten erreicht, die den Ausschlußstoff nicht passieren lassen. Selbst wenn auf Grund der in einer Brennstoffzelle auftretenden thermischen Unterschiede die Schichten dieses zweiten Materials reißen sollten, da sie sich in ihrem Ausdehnungskoeffizienten von den Schichten des ersten Materials unterscheiden, sind noch genügend Überlappungen vorhanden, um die Permeation des vorgegebenen Ausschlußstoffes ähnlich wie in der Variante mit dem partikelförmigen zweiten Material zu verhindern. Im Endeffekt sieht also selbst eine thermisch beschädigte mittlere Schicht gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform nicht wesentlich anders aus, als die gemäß Fig. 1 gezeigte Ausführungsform.

Vorzugsweise weisen die Schichten des Trägermaterials eine Dicke von 5 µm bis 1 mm, besonders bevorzugt von 50 µm bis 500 µm, beispielsweise von 100 µm bis 200 µm auf, während die Schichten des zweiten Materials eine Dicke von 20 nm bis 10 µm, vorzugsweise von 0,5 µm bis 1 µm, haben können.

Fig. 2 zeigt beispielhaft eine Brennstoffzellenmembran 10 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine mittlere Schicht 3 liegt zwischen zwei katalytisch aktiven Schichten 1 und 2, die in diesem Fall aus sechs Schichten eines Trägermaterials 6 und fünf geschlossenen Schichten eines zweiten Materials 7 besteht, das für Protonen selektiv permeabel und für vorgegebene Ausschlußstoffe impermeabel ist.

Auch wenn die Schichten 7 in der Zeichnung als durchgehend dargestellt sind, kann es im tatsächlichen Einsatz durchaus vorkommen, daß in den Schichten Risse auftreten. Solche Risse beeinträchtigen jedoch nicht wesentlich die Funktion der Gesamtmembran, da mehrere Schichten 7 des zweiten Materials übereinander liegen.

Das zweite Material 7 gemäß den obigen Ausführungsformen kann beispielsweise ein Metall sein. Bevorzugte Metalle sind Palladium, Tantal, Niob, Vanadium und Legierungen dieser Metalle untereinander und/oder mit anderen Metallen.

Insbesondere wird eine Palladium-Silberlegierung als zweites Material bevorzugt. Das zweite Material kann auch ein für Protonen selektiv permeables Polymer oder eine andere organische Verbindung sein.

Im folgenden soll eine Möglichkeit zur Herstellung einer Membran gemäß der Erfindungsvariante mit durchgehenden Schichten des zweiten Materials 7 erläutert werden. Bezüglich der Vorteile, Wirkungen und Effekte wird auf das oben gesagte verwiesen.

Zur Herstellung der mittleren Schicht in dieser Ausführungsform kann ein Verfahren verwendet werden, welches die folgenden Schritte aufweist:

1. a: Bereitstellen einer Folie aus einem für den Protonentransport geeigneten Trägermaterial,
2. b: Beschichten der Folie mit einem zweiten Material, das für Protonen selektiv durchlässig ist,
3. c: Laminieren mehrerer Lagen der in Schritt b erhaltenen Doppelschichtfolie aufeinander.

Vorzugsweise werden zumindest zwei Lagen, besonders bevorzugt zumindest fünf, beispielsweise zumindest 10 Lagen der Doppelschichtfolie aufeinander laminiert.

Die Schichten des Trägermaterials können vorzugsweise eine Dicke von 5 µm bis 1 mm, besonders bevorzugt von 50 µm bis 500 µm, beispielsweise von 100 µm bis 200 µm aufweisen, während die Schichten des zweiten Materials vorzugsweise eine Dicke von 20 nm bis 10 µm, besonders bevorzugt von 0,5 µm bis 1 µm aufweisen.

In einer weiteren, einfacheren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die mittlere Schicht zwei Schichten eines für den Protonentransport geeigneten Trägermaterials und eine dazwischen angeordnete Schicht aus einem zweiten Material aufweisen, das für Protonen selektiv permeabel und für vorgegebene Ausschlußstoffe impermeabel ist. Bei dieser Ausführungsform wird also lediglich eine Schicht eines sperrenden Materials verwendet. Auch hier kann das zweite Material ein Metall oder ein für Protonen selektiv permeables Polymer sein.

Bevorzugte Metalle sind wiederum Palladium, Tantal, Niob, Vanadium und Legierungen dieser Metalle mit anderen Metallen, insbesondere eine Palladium- Silberlegierung.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine mittlere Schicht 3 zwischen katalytisch aktiven Schichten 1 und 2 gefaßt ist, und zwei Diffusionsschichten 8 sowie eine Membran aus einem zweiten Material 9 aufweist.

Im folgenden soll eine Möglichkeit zur Herstellung einer Membran gemäß dieser Variante der Erfindung erläutert werden. Bezüglich der Vorteile, Wirkungen und Effekte wird auf das oben gesagte verwiesen. Die Herstellung der mittleren Schicht bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise durch Laminieren dreier Schichten von Material aufeinander geschehen. Alternativ kann auch eine Schicht des Trägermaterials mit dem gewünschten zweiten Material, beispielsweise einem Metall, bedampft werden, um dann mit einer weiteren Schicht des Trägermaterials laminiert zu werden.

Bezugszeichenliste

1

,

2

äußere, katalytisch aktive Schichten

3

mittlere Schicht

4

Trägermaterial

5

flache Partikel/zweites Material

6

Trägermaterial

7

Schichten des zweiten Materials

8

Diffusionsschichten

9

Membran aus zweitem Material

10

Brennstoffzellenmembran

Claims

1. Brennstoffzellenmembran (10) mit zwei äußeren, katalytisch aktiven Schichten (1, 2) und einer mittleren Schicht (3), die selektiv durchlässig für Protonen ist.

2. Brennstoffzellenmembran (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Schicht (3) aus einem Verbundwerkstoff gebildet ist, welcher enthält:

- ein Trägermaterial (4, 6, 8), das zum Protonentransport fähig ist, und
- ein zweites Material (5, 7, 9), das für Protonen selektiv permeabel und für vorgegebene Ausschlußstoffe impermeabel ist, wobei das zweite Material so im Trägermaterial (4, 6, 8) angeordnet ist, daß die Diffusion von Ausschlußstoffen durch die mittlere Schicht (3) hindurch stark vermindert oder unterbunden ist.

3. Brennstoffzellenmembran (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Schicht (3) eine Dicke D und das zweite Material (5) so im Trägermaterial (4) angeordnet ist, daß Ausschlußstoffe einen Permeationsweg duch die mittlere Schicht (3) nehmen müssen, der wesentlich länger als D ist, während die Protonen einen Permeationsweg durch die mittlere Schicht (3) nehmen können, der im wesentlichen gleich D ist.

4. Brennstoffzellenmembran (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Weg, den die Ausschlußstoffe durch das Trägermaterial (4) nehmen müssen, zumindest doppelt so groß, insbesondere zumindest zehnmal oder zumindest 50mal oder zumindest 100mal so groß ist wie D.

5. Brennstoffzellenmembran (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Material (5) in Form von Partikeln vorliegt, die so angeordnet sind, daß jede gedachte Gerade durch die mittlere Schicht (3) zumindest ein Partikel des zweiten Materials (5) schneidet.

6. Brennstoffzellenmembran (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Material (5) in Form von flachen Partikeln vorliegt, deren Flachseiten im wesentlichen parallel zu den Oberflächen der mittleren Schicht (3) liegen.

7. Brennstoffzellenmembran (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel eine Dicke von 20 nm bis 100 µm aufweisen.

8. Brennstoffzellenmembran (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel eine Breite und Länge von 1 mm bis 30 mm, insbesondere von 1 mm bis 5 mm, aufweisen.

9. Brennstoffzellenmembran (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Schicht (3) aus einem Verbundwerkstoff gebildet ist, welcher eine Mehrzahl von Schichten eines Trägermaterials (6), das für Protonen durchlässig ist, und eine Mehrzahl von durchgehenden Schichten eines zweiten Materials (7) aufweist, das für Protonen selektiv permeabel und für vorgegebene Ausschlußstoffe impermeabel ist, wobei die Schichten des zweiten Materials (7) und die Schichten des Trägermaterials (6) abwechselnd angeordnet sind.

10. Brennstoffzellenmembran (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten des Trägermaterials (6) eine Dicke von 5 µm bis 1 mm aufweisen.

11. Brennstoffzellenmembran (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten des zweiten Materials (7) eine Dicke von 20 nm bis 10 µm aufweisen.

12. Brennstoffzellenmembran (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Schicht (3) zumindest zwei Schichten des Trägermaterials (8) und zumindest eine dazwischen angeordnete Schicht aus dem zweiten Material (9) aufweist.

13. Brennstoffzellenmembran (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Material (7, 9) ein Metall ist.

14. Brennstoffzellenmembran (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall ausgewählt ist aus Palladium, Tantal, Niob, Vanadium, und Legierungen dieser Metalle untereinander und/oder mit anderen Metallen.

15. Brennstoffzellenmembran (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall eine Palladium-Silberlegierung ist.

16. Brennstoffzellenmembran (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Material (7, 9) ein Polymer ist.

17. Brennstoffzellenmembran (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschlußstoffe Kohlenmonoxid umfassen.

18. Brennstoffzellenmembran (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (4, 6, 8) ein zum Protonentransport fähiges Polymer enthält.

19. Brennstoffzellenmembran (10) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ausgewählt ist aus Nation und Polyetherketonen.