DE102022124634A1 - Method for producing a layer composite for an electrochemical unit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Herstellung eines Schichtverbunds für eine elektrochemische Einheit, wobei eine Bahn eines gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats in eine Elektrodenauftragungszone geführt wird, in der ein Elektrodenbildungsmittel, z.B. eine Katalysatortinte, zur Herstellung einer Elektrodenschicht mit einer ersten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht wird, wobei die Bahn, die in die Elektrodenauftragungszone geführt wird, mindestens eines der nachfolgenden Merkmale aufweist, bevorzugt mindestens zwei dieser Merkmale aufweist, besonders bevorzugt all diese Merkmale aufweist: eine Biegesteifigkeit im Bereich von 500 bis 12000 MPa, eine Zugfestigkeit von mindestens 50 N, eine Weiterreißfestigkeit von mindestens 0,8 N.The invention relates to a method for producing a layer composite for an electrochemical unit, wherein a web of a gas-permeable, electrically conductive substrate is guided into an electrode application zone in which an electrode forming agent, for example a catalyst ink, comes into contact with a first surface of the web to produce an electrode layer is brought, wherein the web that is guided into the electrode application zone has at least one of the following features, preferably has at least two of these features, particularly preferably has all of these features: a flexural rigidity in the range from 500 to 12,000 MPa, a tensile strength of at least 50 N, a tear strength of at least 0.8 N.

Description

Die vorliegende Erfindung ist dem Gebiet der elektrochemischen Vorrichtungen und insbesondere dem Gebiet der Brennstoffzellentechnik zuzuordnen.The present invention belongs to the field of electrochemical devices and in particular to the field of fuel cell technology.

Aus dem Stand der Technik ist eine elektrochemische Einheit bekannt, die eine Membran, eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, eine erste Gasdiffusionslage (GDL) und eine zweite Gasdiffusionslage umfasst. Diese eignet sich bekanntlich insbesondere zur Verwendung in einer elektrochemischen Vorrichtung, die als ein Brennstoffzellenstapel, insbesondere ein Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellenstapel, oder als ein Elektrolyseur ausgebildet ist.An electrochemical unit is known from the prior art, which comprises a membrane, a first electrode, a second electrode, a first gas diffusion layer (GDL) and a second gas diffusion layer. As is known, this is particularly suitable for use in an electrochemical device which is designed as a fuel cell stack, in particular a polymer electrolyte membrane fuel cell stack, or as an electrolyzer.

Bei elektrochemischen Einheiten dieser Art werden die erste Elektrode und die zweite Elektrode an der Membran ausgebildet. Die aus diesen drei Elementen gebildete Einheit (CCM für „Catalyst Coated Membrane“) wird zwischen die erste Gasdiffusionslage und die zweite Gasdiffusionslage eingelegt.In electrochemical units of this type, the first electrode and the second electrode are formed on the membrane. The unit formed from these three elements (CCM for “Catalyst Coated Membrane”) is inserted between the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer.

Die Gesamtheit aus der Membran, der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode, der ersten Gasdiffusionslage und der zweiten Gasdiffusionslage wird zusammen als Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) bezeichnet.The entirety of the membrane, the first electrode, the second electrode, the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer is collectively referred to as a membrane-electrode assembly (MEA).

EP 1 387 423 A1 beschreibt die Verwendung eines Tensids mit einem Dampfdruck bei Umgebungstemperatur im Bereich von 1 bis 600 Pa in einer wasserbasierten Katalysatortinte. Das Tensid soll das Auftragen der wasserbasierten Katalysatortinte auf die hydrophobe Oberfläche einer Vielzahl von Substraten ermöglichen, wie z.B. auf Gasdiffusionslagen. EP 1 387 423 A1 beschreibt auch, die hydrophobe Gasdiffusionslage zunächst mit einer Mikroschicht zu überziehen, diese zu trocknen und zu kalzinieren und dann die Katalysatorschicht aufzubringen. Zur Mikroschicht wird angegeben, dass sie in der Regel aus einer Mischung aus elektrisch leitendem Ruß und einem hydrophoben Polymer, z.B. Polytetrafluorethylen (PTFE), besteht und die grobe Oberflächenstruktur eines Kohlenstoffsubstrats glättet. Gemäß EP 1 387 423 A1 kann eine vorgefertigte lonomermembran zwischen Gasdiffusionslagen eingebracht und der erhaltene Schichtaufbau anschließend unter bestimmten Bedingungen laminiert werden. EP 1 387 423 A1 describes the use of a surfactant with an ambient temperature vapor pressure ranging from 1 to 600 Pa in a water-based catalyst ink. The surfactant is intended to enable application of the water-based catalyst ink to the hydrophobic surface of a variety of substrates, such as gas diffusion layers. EP 1 387 423 A1 also describes first covering the hydrophobic gas diffusion layer with a microlayer, drying and calcining it and then applying the catalyst layer. The microlayer is stated to generally consist of a mixture of electrically conductive carbon black and a hydrophobic polymer, such as polytetrafluoroethylene (PTFE), and smoothes the coarse surface structure of a carbon substrate. According to EP 1 387 423 A1 A prefabricated ionomer membrane can be inserted between gas diffusion layers and the resulting layer structure can then be laminated under certain conditions.

DE 10 2016 105 766 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzellenelektrode, die eine Katalysatorschicht umfasst. Dabei wird die Katalysatorschicht unter Verwendung einer bestimmten Katalysatortinte gebildet. Im Zusammenhang mit einer nur am Rande erwähnten Gasdiffusionslage wird eine geschichtete Struktur beschrieben und dass die Katalysatorschicht und die Gasdiffusionslage gestapelt sind. DE 10 2016 105 766 A1 describes a method for producing a fuel cell electrode that includes a catalyst layer. The catalyst layer is formed using a specific catalyst ink. In connection with a gas diffusion layer, which is only mentioned in passing, a layered structure is described and that the catalyst layer and the gas diffusion layer are stacked.

DE 11 2004 002 679 T5 beschreibt eine Membranelektrodenanordnung, die durch direktes Sprühen von Katalysator auf eine Membran hergestellt ist. DE 11 2004 002 679 T5 describes a membrane electrode assembly made by directly spraying catalyst onto a membrane.

US 2013/0126072 A1 beschriebt die Verwendung magnetischer Masken bei der Anbringung von Katalysatortinten an Oberflächen von Membranen oder Gasdiffusionslagen. US 2013/0126072 A1 describes the use of magnetic masks in attaching catalyst inks to surfaces of membranes or gas diffusion layers.

EP 2 124 275 A1 beschreibt eine protonenleitende Polymerelektrolytmembran mit je einer Katalysatorschicht an deren Vorder- und Rückseite. Diese wird durch Heißpressen mit zwei Diffusionsschichten so verbunden, dass eine wasserabweisende Schicht, die sich an je einer der Oberflächen der Diffusionsschichten befindet, mit je einer Katalysatorschicht in Kontakt kommt. Dadurch wird eine MEA erhalten. Alternativ wird je eine der Katalysatorschichten zunächst auf je einer der wasserabweisenden Schichten aufgetragen, wobei dann beim Heißpressen eine protonenleitende Polymerelektrolytmembran ohne Katalysatorschicht eingesetzt wird. EP 2 124 275 A1 describes a proton-conducting polymer electrolyte membrane with a catalyst layer on the front and back. This is connected to two diffusion layers by hot pressing in such a way that a water-repellent layer, which is located on one of the surfaces of the diffusion layers, comes into contact with a catalyst layer. This results in an MEA. Alternatively, one of the catalyst layers is first applied to one of the water-repellent layers, in which case a proton-conducting polymer electrolyte membrane without a catalyst layer is then used during hot pressing.

In WO 2020/169 486 A1 steht, dass beispielsweise in einem ersten Rolle-zu-Rolle-Verfahren eine erste Katalysatorschicht auf eine erste Gasdiffusionslage aufgebracht werden kann. Es ist auch beschrieben, dass in einem zweiten sogenannten Rolle-zu-Rolle-Verfahren eine Kompositschicht aufgebracht wird. Besonders bevorzugt könne in weiteren sogenannten Rolle-zu-Rolle-Verfahren eine zweite Katalysatorschicht und eine zweite Gasdiffusionslage aufgebracht werden.In WO 2020/169 486 A1 means that, for example, a first catalyst layer can be applied to a first gas diffusion layer in a first roll-to-roll process. It is also described that a composite layer is applied in a second so-called roll-to-roll process. Particularly preferably, a second catalyst layer and a second gas diffusion layer can be applied in further so-called roll-to-roll processes.

EP 3 256 515 B1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Bausteins für eine Membran-Elektrodenanordnung, umfassend die Schritte von: (a) Vorsehen eines luftdurchlässigen Trägers, (b) Abscheiden einer Elektrode auf dem Träger, (c) Abscheiden einer wässrigen Nassschicht auf der Elektrode, wobei die wässrige Nassschicht einen wasserunlöslichen Alkohol, ausgewählt aus Pentanol, Hexanol und 2-Ethylhexanol, und ein lonomer umfasst, und (d) Trocknen der Nassschicht, um eine schützende lonomerschicht zu bilden. Der luftdurchlässige Träger kann eine Gasdiffusionsschicht sein. Es werden auch Gasdiffusionsschichten beschrieben, die eine makroporöse Diffusionsschicht sowie eine mikroporöse Diffusionsschicht umfassen. Als bekannten mikroporösen Diffusionsschichten werden Beschichtungen aus Kohlenstoff und gegebenenfalls PTFE sowie freistehende mikroporöse Schichten aus Kohlenstoff und expandiertem PTFE (ePTFE) genannt. EP 3 256 515 B1 describes a method for producing a building block for a membrane electrode assembly, comprising the steps of: (a) providing an air-permeable carrier, (b) depositing an electrode on the carrier, (c) depositing an aqueous wet layer on the electrode, the aqueous wet layer comprises a water-insoluble alcohol selected from pentanol, hexanol and 2-ethylhexanol, and an ionomer, and (d) drying the wet layer to form a protective ionomer layer the. The air-permeable support can be a gas diffusion layer. Gas diffusion layers are also described, which include a macroporous diffusion layer and a microporous diffusion layer. Coatings made of carbon and optionally PTFE as well as free-standing microporous layers made of carbon and expanded PTFE (ePTFE) are mentioned as known microporous diffusion layers.

EP 2 774 203 A1 beschreibt in Beispiel 2 ein Verfahren zur Herstellung einer CCM-Rolle. Eine Tinte, die Elektrokatalysator auf Carbon Black (pures Platin, 40 Gew.-% Pt/C) enthält, wird zur Herstellung einer Kathodenschicht auf einen fluorierten Trägersubstratfilm durch Rakelbeschichtung aufgetragen und 5 Minuten bei 100 °C getrocknet. Die Kathodenschicht auf dem Trägersubstrat wird dann durch eine Beschichtungsmaschine mit einer Rakelbeschichtungseinrichtung geführt. Dort wird zur Herstellung einer Membran eine lonomerdispersion auf die freie Oberfläche der Katalysatorschicht aufgetragen, die 20 Gew.-% lonomer und 80 Gew.-% flüssiges Medium enthält. Das flüssige Medium besteht aus 56 Gew.-% Wasser und 44 Gew.-% 1-Propanol. Als lonomer diente eine perfluorierte Sulfonsäure mit kurzen Seitenketten (Aquivion®). Eine anschließende Trocknung erfolgt bei 80°C. Daraufhin wird der auf dem Trägersubstrat befindliche Aufbau aus Kathodenschicht und Gussmembran durch eine weitere Beschichtungsmaschine geführt. Darin wird eine Tinte, die Platin-Elektrokatalysator auf Carbon Black (pures Platin, 20 Gew.-% Pt/C) enthält, zur Herstellung einer Anodenschicht auf die freie Oberfläche der Membran durch Rakelbeschichtung aufgetragen. Die Aufbau wird dann durch einen Umluftofen geführt, in dem die Anodenschicht bei 100 °C getrocknet wird. Der Aufbau wird anschließend bei 190 °C weiter erhitzt. Die so erhaltene CCM-Rolle wird vom Trägersubstrat getrennt. EP 2 774 203 A1 beschreibt in Ansprüchen 19 bis 21 darüber hinaus die Möglichkeiten, eine Gasdiffusionslage als Trägersubstrat einzusetzen, das Trägersubstrat mit einer mikroporösen Schicht zu beschichten, bevor die erste Katalysatorschicht aufgetragen wird und das offenbarte Verfahren ganz oder teilweise auf einer durchgehenden Fertigungsstraße auszuführen. EP 2 774 203 A1 describes in Example 2 a process for producing a CCM roll. An ink containing electrocatalyst on carbon black (pure platinum, 40 wt.% Pt/C) is applied to a fluorinated carrier substrate film by knife coating to produce a cathode layer and dried at 100 ° C for 5 minutes. The cathode layer on the carrier substrate is then passed through a coating machine with a doctor blade coating device. To produce a membrane, an ionomer dispersion containing 20% by weight of ionomer and 80% by weight of liquid medium is applied to the free surface of the catalyst layer. The liquid medium consists of 56% by weight of water and 44% by weight of 1-propanol. A perfluorinated sulfonic acid with short side chains (Aquivion®) served as the ionomer. Subsequent drying takes place at 80°C. The structure consisting of cathode layer and cast membrane located on the carrier substrate is then passed through another coating machine. In it, an ink containing platinum electrocatalyst on carbon black (pure platinum, 20% by weight Pt/C) is applied to the free surface of the membrane by knife coating to produce an anode layer. The assembly is then passed through a circulating air oven in which the anode layer is dried at 100 °C. The structure is then further heated at 190 °C. The CCM roll thus obtained is separated from the carrier substrate. EP 2 774 203 A1 in claims 19 to 21 also describes the possibilities of using a gas diffusion layer as a carrier substrate, coating the carrier substrate with a microporous layer before the first catalyst layer is applied and carrying out the disclosed method in whole or in part on a continuous production line.

EP 3 142 178 A1 beschreibt eine Herstellungsvorrichtung für Membranelektrodenanordnungen und ein Herstellungsverfahren für Membranelektrodenanordnungen, wobei von einer MEA-Rolle ausgegangen wird. EP 3 142 178 A1 describes a manufacturing device for membrane electrode assemblies and a manufacturing method for membrane electrode assemblies, assuming an MEA role.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schichtverbund für eine dauerhaft leistungsfähige elektrochemische Einheit sowie die elektrochemische Einheit schnell, mit geringem Aufwand und möglichst ohne anfallenden Ausschuss zur Verfügung zu stellen.The present invention is based on the object of providing a layered composite for a permanently high-performance electrochemical unit and the electrochemical unit quickly, with little effort and, if possible, without waste.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtverbunds für eine elektrochemische Einheit gelöst, wobei eine Bahn eines gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats

• - in eine Elektrodenauftragungszone geführt wird, in der ein Elektrodenbildungsmittel, z.B. eine Katalysatortinte, zur Herstellung einer Elektrodenschicht mit einer ersten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht wird,

wobei die Bahn, die in die Elektrodenauftragungszone geführt wird, mindestens eines der nachfolgenden Merkmale aufweist, bevorzugt mindestens zwei dieser Merkmale aufweist, besonders bevorzugt all diese Merkmale aufweist:

• - eine Biegesteifigkeit im Bereich von 500 bis 12000 MPa, z.B. 1500 bis 6000 MPa,
• - eine Zugfestigkeit von mindestens 50 N, z.B. mindestens 70 N,
• - eine Weiterreißfestigkeit von mindestens 0,8 N, z.B. mindestens 2,5 N.

This object is achieved according to the invention by a method for producing a layer composite for an electrochemical unit, wherein a web of a gas-permeable, electrically conductive substrate

• - is guided into an electrode application zone in which an electrode forming agent, for example a catalyst ink, is brought into contact with a first surface of the web to produce an electrode layer,

wherein the web that is guided into the electrode application zone has at least one of the following features, preferably has at least two of these features, particularly preferably has all of these features:

• - a bending stiffness in the range from 500 to 12,000 MPa, e.g. 1,500 to 6,000 MPa,
• - a tensile strength of at least 50 N, e.g. at least 70 N,
• - a tear strength of at least 0.8 N, e.g. at least 2.5 N.

Die Biegesteifigkeit kann im Bereich von 500 bis 12000 MPa, insbesondere 600 bis 11500 MPa, bevorzugt 700 bis 11000 MPa, besonders bevorzugt 800 bis 10500 MPa, ganz besonders bevorzugt 900 bis 10000 MPa, äußerst bevorzugt 1000 bis 9000 MPa, z.B. 1500 bis 6000 MPa, liegen.The flexural rigidity can be in the range from 500 to 12000 MPa, in particular 600 to 11500 MPa, preferably 700 to 11000 MPa, particularly preferably 800 to 10500 MPa, very particularly preferably 900 to 10000 MPa, extremely preferably 1000 to 9000 MPa, e.g. 1500 to 6000 MPa.

Die Zugfestigkeit kann mindestens 50 N, insbesondere mindestens 55 N, bevorzugt mindestens 58 N, besonders bevorzugt mindestens 61,5 N, ganz besonders bevorzugt mindestens 63 N, äußerst bevorzugt mindestens 66 N, z.B. mindestens 70 N, betragen. Die Zugfestigkeit kann mehr als 70 N betragen. Im Allgemeinen beträgt die Zugfestigkeit höchstens 5000 N, z.B. höchstens 2500 N.The tensile strength can be at least 50 N, in particular at least 55 N, preferably at least 58 N, particularly preferably at least 61.5 N, very particularly preferably at least 63 N, most preferably at least 66 N, for example at least 70 N. The tensile strength can be more than 70N. In general, the tensile strength is at most 5000 N, for example at most 2500 N.

Die Weiterreißfestigkeit kann mindestens 0,8 N, insbesondere mindestens 0,95 N, bevorzugt mindestens 1,1 N, besonders bevorzugt mindestens 1,4 N, ganz besonders bevorzugt mindestens 1,8 N, äußerst bevorzugt mindestens 2,1 N, z.B. mindestens 2,5 N, betragen. Die Weiterreißfestigkeit kann mehr als 2,5 N betragen. Im Allgemeinen beträgt die Weiterreißfestigkeit höchstens 100 N, z.B. höchstens 80 N.The tear strength can be at least 0.8 N, in particular at least 0.95 N, preferably at least 1.1 N, particularly preferably at least 1.4 N, very particularly preferably at least 1.8 N preferably at least 2.1 N, for example at least 2.5 N. The tear strength can be more than 2.5 N. In general, the tear strength is at most 100 N, for example at most 80 N.

Die oben genannte „Elektrodenauftragungszone“ wird hierin auch als „erste Elektrodenauftragungszone“ bezeichnet. Das oben genannte „Elektrodenbildungsmittel“ wird hierin auch als „erstes Elektrodenbildungsmittel“ bezeichnet. Die oben genannte „Elektrodenschicht“ wird hierin auch als „erste Elektrodenschicht“ bezeichnet.The above-mentioned “electrode application zone” is also referred to herein as the “first electrode application zone”. The above-mentioned “electrode forming agent” is also referred to herein as the “first electrode forming agent”. The above-mentioned “electrode layer” is also referred to herein as the “first electrode layer”.

Hingegen wird eine hierin im Folgenden ebenfalls beschriebene weitere Elektrodenauftragungszone durchgehend als „zweite Elektrodenauftragungszone“, ein hierin im Folgenden ebenfalls beschriebenes weiteres Elektrodenbildungsmittel durchgehend als „zweites Elektrodenbildungsmittel“ und eine hierin im Folgenden ebenfalls beschriebene weitere Elektrodenschicht durchgehend als „zweite Elektrodenschicht“ bezeichnet.On the other hand, a further electrode application zone also described hereinafter is referred to throughout as a “second electrode application zone”, a further electrode formation means also described hereinafter is referred to throughout as a “second electrode formation agent” and a further electrode layer also described hereinafter is referred to throughout as a “second electrode layer”.

Es handelt sich um ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtverbunds für eine elektrochemische Einheit. Der Schichtverbund kann einen Teil des Schichtaufbaus einer MEA oder den gesamten Schichtaufbau einer MEA umfassen.It is a process for producing a layered composite for an electrochemical unit. The layer composite can comprise part of the layer structure of an MEA or the entire layer structure of an MEA.

Das Verfahren kann ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung des Schichtverbunds sein.The process can be a process for the continuous production of the layered composite.

Mit einer kontinuierliche Herstellung kann z.B. gemeint sein, dass das Verfahren unter stetigem Transport der Bahn in die erste Elektrodenauftragungszone erfolgt.By continuous production it can be meant, for example, that the process takes place with constant transport of the web into the first electrode application zone.

Der stetige Transport kann dabei z.B. so lange aufrechterhalten werden, dass ein Bereich der Bahn, der einer Länge von mindestens 20 %, bevorzugt mindestens 30 %, z.B. mindestens 40 % der gesamten Bahn entspricht, in die erste Elektrodenauftragungszone geführt wird. Der stetige Transport schließt nicht aus, dass es zu regelmäßigen Schwankungen der Zuführgeschwindigkeit der Bahn, bis hin zu regelmäßigen Stillständen, kommen kann, welche z.B. durch die Steuerung einer Produktionsanlage bewusst wiederholt herbeigeführt werden können.The constant transport can, for example, be maintained for so long that an area of the web which corresponds to a length of at least 20%, preferably at least 30%, for example at least 40% of the entire web, is guided into the first electrode application zone. The constant transport does not exclude the possibility of regular fluctuations in the feed speed of the web, including regular standstills, which can, for example, be deliberately caused repeatedly by the control of a production system.

Bevorzugt kann der stetige Transport z.B. so lange aufrechterhalten werden, dass ein Bereich der Bahn, der einer Länge von mindestens 20 %, bevorzugt mindestens 30 %, z.B. mindestens 40 % der gesamten Bahn entspricht, ohne Unterbrechung in die erste Elektrodenauftragungszone geführt wird.The constant transport can preferably be maintained, for example, for such a long time that a region of the web which corresponds to a length of at least 20%, preferably at least 30%, for example at least 40% of the entire web, is guided into the first electrode application zone without interruption.

Erfindungsgemäß wird eine Bahn eines gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats in eine erste Elektrodenauftragungszone geführt.According to the invention, a web of a gas-permeable, electrically conductive substrate is guided into a first electrode application zone.

Mit dem Begriff gasdurchlässig ist insbesondere gemeint, dass die Bahn eine für Gasdiffusionslagen von Brennstoffzellen übliche Gasdurchlässigkeit aufweist, die dabei Hilft, ein zugeführtes Gas an der Elektrode zu verteilen.The term gas-permeable means in particular that the web has a gas permeability that is usual for gas diffusion layers of fuel cells, which helps to distribute a supplied gas to the electrode.

Elektrisch leitfähig bedeutet, dass elektrischer Strom durch das Substrat von einer Oberfläche des Substrats zur anderen Oberfläche des Substrats fließen kann, z.B. wie bei Gasdiffusionslagen von Brennstoffzellen.Electrically conductive means that electrical current can flow through the substrate from one surface of the substrate to the other surface of the substrate, e.g. as in gas diffusion layers of fuel cells.

Die Bahn des gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats kann z.B. eine Bahn eines Vlieses, insbesondere eines Carbonfasern enthaltenden Vlieses, sein. Im Zusammenhang mit der Erfindung stellte sich heraus, dass bestimmte käuflich erhältliche Carbonfasern enthaltende Vliese, z.B. die GDL H23C8 oder H23C10 der Freudenberg Performance Materials SE & Co. KG, Weinheim, Deutschland, die geforderte Biegesteifigkeit, Zugfestigkeit und Weiterreißfestigkeit aufweisen.The web of the gas-permeable, electrically conductive substrate can be, for example, a web of a nonwoven, in particular a nonwoven containing carbon fibers. In connection with the invention, it was found that certain commercially available nonwovens containing carbon fibers, e.g. the GDL H23C8 or H23C10 from Freudenberg Performance Materials SE & Co. KG, Weinheim, Germany, have the required flexural rigidity, tensile strength and tear resistance.

Die Einhaltung der Biegesteifigkeit, Zugfestigkeit und/oder Weiterreißfestigkeit erlaubt es, die Bahn mit einer konstanten Fördergeschwindigkeit in einem Rollentransport durch die Anlage zu führen und eine homogene Beschichtung mit dem Elektrodenbildungsmittel besonders zuverlässig und kontinuierlich auszubilden.Compliance with the bending stiffness, tensile strength and/or tear resistance allows the web to be guided through the system at a constant conveying speed in a roller transport and to form a homogeneous coating with the electrode forming agent in a particularly reliable and continuous manner.

Die Einhaltung der angegebenen Untergrenze der Biegesteifigkeit erwies sich als vorteilhaft, da die Bahn in der ersten Elektrodenauftragungszone und ggf. weiteren vorhandenen Auftragungszonen jeweils frei geführt werden kann.Compliance with the specified lower limit of bending stiffness proved to be advantageous because the web can be guided freely in the first electrode application zone and, if necessary, other existing application zones.

Die Bahn kann also z.B. von einem vor der Elektrodenauftragungszone angeordneten Führungselement, z.B. von einer vorgelagerten Rolle, durch die Elektrodenauftragungszone geführt und erst nach der Elektrodenauftragungszone von einem nachgelagerten Führungselement, z.B. von einer nachgelagerten Rolle, weitergeführt werden.The web can therefore be guided through the electrode application zone by a guide element arranged in front of the electrode application zone, for example by an upstream roller, and only continued after the electrode application zone by a downstream guide element, for example by a downstream roller.

Bei einer geringeren Biegesteifigkeit kann die Bahn innerhalb der Elektrodenauftragungszone durchhängen. Bei Schwankungen im Verfahrensverlauf könnte die Bahn zeitweise stärker oder weniger stark durchhängen. Dies gilt insbesondere, wenn die Bahn ziehend durch die erste Elektrodenauftragungszone gefördert wird und die ziehende Kraft Schwankungen unterworfen ist. Infolgedessen können sich Abstände der Oberfläche der Bahn zu einer Quelle des Elektrodenbildungsmittels ändern. Dies kann wiederum zu unerwünschten Inhomogenitäten der Elektrodenschicht und damit zu weniger leistungsfähigen Bereichen im Brennstoffzellenstapel führen.If the bending stiffness is lower, the web may sag within the electrode application zone. If there are fluctuations during the process, the track could temporarily sag more or less. This applies in particular when the web is conveyed through the first electrode application zone in a pulling manner and the pulling force is subject to fluctuations. As a result, distances from the surface of the web to a source of electrode forming agent may change. This in turn can lead to undesirable inhomogeneities in the electrode layer and thus to less efficient areas in the fuel cell stack.

Dem könnte durch ein oder mehrere zusätzliche Führungselemente innerhalb der ersten Elektrodenauftragungszone entgegengewirkt werden. Allerdings würde dies einen größeren Wartungsaufwand bewirken, da das zusätzliche Führungselement dem ersten Elektrodenbildungsmittel verstärkt ausgesetzt wäre und dementsprechend oft gereinigt werden müsste.This could be counteracted by one or more additional guide elements within the first electrode application zone. However, this would result in greater maintenance effort, since the additional guide element would be more exposed to the first electrode formation means and would therefore have to be cleaned often.

Entsprechende Effekte treten in anderen Zonen und Auftragungszonen auf.Corresponding effects occur in other zones and application zones.

Die Einhaltung der Untergrenze der Biegesteifigkeit trägt also dazu bei, dass die elektrochemische Einheit mit geringem Aufwand befördert und konstant in nahezu gleichbleibender Qualität zur Verfügung gestellt werden kann.Compliance with the lower limit of the bending stiffness therefore contributes to the fact that the electrochemical unit can be transported with little effort and constantly made available in almost constant quality.

Die Einhaltung der angegebenen Obergrenze der Biegesteifigkeit erlaubt es, das Verfahren in einer Fertigungsstraße mit gewöhnlichen Rollen durchzuführen. Insbesondere kann die Führungsrichtung der Bahn an gewöhnlichen Umlenkrollen geändert und die Bahn zu Beginn des Verfahrens aus einer Abrollzone von einer gewöhnlichen Rolle bereitgestellt werden. Mit dem Begriff „gewöhnlich“ ist hier insbesondere der Durchmesser der Rollen gemeint. Für eine sehr biegesteife Bahn müssten ungewöhnlich große Rollen verwendet werden, um ein Knicken der Bahn bei zu geringen Biegeradien zu vermeiden. Dies würde den Aufwand zur Beförderung der Bahn zu einer Fertigungsstraße und innerhalb einer Fertigungsstraße beträchtlich steigern.Compliance with the specified upper limit of bending stiffness allows the process to be carried out in a production line with ordinary rollers. In particular, the guiding direction of the web can be changed on ordinary deflection rollers and the web can be provided at the beginning of the process from an unwinding zone by an ordinary roller. The term “ordinary” here refers in particular to the diameter of the rollers. For a very rigid web, unusually large rollers would have to be used in order to avoid the web from buckling if the bending radii are too small. This would significantly increase the effort required to transport the rail to and within a production line.

Die Einhaltung der Obergrenze der Biegesteifigkeit trägt also auch dazu bei, dass die elektrochemische Einheit mit geringem Aufwand bereitgestellt werden kann.Compliance with the upper limit of the bending stiffness also contributes to the fact that the electrochemical unit can be provided with little effort.

Die angegebene Zugfestigkeit von mindestens 50 N senkt das Risiko, dass die Bahn bei der Durchführung des Verfahrens abreißt. Bei einer gewöhnlichen Handhabung einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Zugspannung, die auf die Bahn in bestimmten Abschnitten wirkt, innerhalb gewisser Grenzen schwanken. Diesen hält die Bahn gewöhnlich stand, wenn die Zugfestigkeit der Bahn an oder über der angegebenen Untergrenze liegt. So lassen sich Betriebsunterbrechungen weitgehend vermeiden.The specified tensile strength of at least 50 N reduces the risk of the web tearing off during the procedure. During normal handling of a system for carrying out the method according to the invention, the tensile stress acting on the web in certain sections can fluctuate within certain limits. The membrane can usually withstand this if the tensile strength of the membrane is at or above the specified lower limit. In this way, operational interruptions can be largely avoided.

Die Einhaltung der Untergrenze der Zugfestigkeit trägt also auch dazu bei, dass die elektrochemische Einheit mit geringem Aufwand bereitgestellt werden kann.Compliance with the lower limit of tensile strength also contributes to the fact that the electrochemical unit can be provided with little effort.

Die angegebene Weiterreißfestigkeit von mindestens 0,8 N trägt dazu bei, dass eine einreißende Bahn nicht durchreißt, wenn sie unter üblichen Bedingungen zur Führung der Bahn in einer Fertigungsstraße geführt wird. Das Verfahren kann mit eingerissener Bahn vorsichtig weitergeführt werden. Dabei wird ein geringfügiger Ausschuss in einem eingerissenen Abschnitt der Bahn in Kauf genommen. Ein vollständiger Abriss führt demgegenüber häufig zu weitaus größerem Ausschuss und birgt das Risiko eines Verklebens frisch beschichteter Bahnabschnitte an Anlagenteilen. Letzteres führt zu einem beträchtlichen Aufwand, um eine Anlage zu reinigen und wieder in Betrieb zu nehmen.The specified tear resistance of at least 0.8 N helps ensure that a tearing web does not tear through when it is guided under normal conditions to guide the web in a production line. The procedure can be continued carefully with the web torn. A small amount of waste in a torn section of the track is accepted. Complete demolition, on the other hand, often leads to much greater waste and carries the risk of freshly coated web sections sticking to system components. The latter leads to considerable effort to clean a system and put it back into operation.

Die Einhaltung der Untergrenze der Weiterreißfestigkeit trägt also auch dazu bei, dass die elektrochemische Einheit mit geringem Aufwand bereitgestellt werden kann.Compliance with the lower limit of tear resistance also contributes to the fact that the electrochemical unit can be provided with little effort.

Die Biegesteifigkeit kann bevorzugt eine nach einem 3-Punkt-Biegeversuch gemäß ISO 178 messbare Biegesteifigkeit sein. Die Biegesteifigkeit bezieht sich auf eine Biegung der Bahn entlang der Bahnrichtung.The bending stiffness can preferably be a bending stiffness measurable after a 3-point bending test according to ISO 178. The bending stiffness refers to a bending of the web along the web direction.

Die Bahnrichtung ist die Richtung entlang der beiden (parallel zueinander verlaufenden Ränder) der Bahn. Die Bahnrichtung entspricht also im Allgemeinen der Förderrichtung, entlang der die Bahn geführt wird.The web direction is the direction along the two edges (which run parallel to each other) of the web. The web direction therefore generally corresponds to the conveying direction along which the web is guided.

Die Zugfestigkeit der Bahn kann bevorzugt eine im Zugversuch an Streifenproben der Bahn gemäß der Norm EN ISO 29073-3 ermittelbare Höchstzugkraft sein. In dieser Norm ist eine Probenbreite der Streifenproben von 50 mm fest vorgegeben. Daher reicht zur Charakterisierung der Bahn die Angabe der Zugfestigkeit in der Einheit Newton (N) aus. Unabhängig von der Probenbreite entspricht beispielsweise der Wert von mindestens 50 N, der für die Zugfestigkeit angegeben ist, einem Wert von mindestens 10 N/cm. Die Streifenprobe wird der Bahn bevorzugt parallel zur Bahnrichtung entnommen, dass die Zugfestigkeit der Bahn in Bahnrichtung ermittelbar ist.The tensile strength of the web can preferably be a maximum tensile force that can be determined in a tensile test on strip samples of the web in accordance with the EN ISO 29073-3 standard. This standard specifies a sample width of 50 mm for the strip samples. Therefore, specifying the tensile strength in the unit Newton (N) is sufficient to characterize the web. For example, regardless of the sample width, the value of at least 50 N specified for the tensile strength corresponds to a value of at least 10 N/cm. The strip sample is preferably taken from the web parallel to the web direction so that the tensile strength of the web in the web direction can be determined.

Die Bahn kann eine Zugfestigkeit von mindestens 10 N/cm, z.B. mindestens 14 N/cm, aufweisen.The web may have a tensile strength of at least 10 N/cm, for example at least 14 N/cm.

Die Weiterreißfestigkeit der Bahn kann insbesondere in Anlehnung an das Trapezoidverfahren gemäß der Norm EN ISO 9073-4:2021 mit einer Probe der Bahn gemessen werden. Abweichend von dieser Norm wird die freie Einspannlänge (Abschnitt 5.1 b der Norm) auf 160 mm festgelegt. Die Trapezschablone (Abschnitt 5.3 der Norm) wird folgendermaßen abgeändert: Seitenlängen der parallelen Seiten 175 mm (statt 25 mm) und 180 mm (statt 100 mm), Breite 60 mm (statt 75 mm) und Vorschnittlänge 30 mm (statt 15 mm). Die Messprobe (Abschnitt 7.2 der Norm) wird mit den Außenmaßen 210 × 60 mm ausgeschnitten, gemäß Schablone markiert und ein Vorschnitt von 30 mm ausgeführt.The tear resistance of the web can be measured using a sample of the web, particularly based on the trapezoid method in accordance with the EN ISO 9073-4:2021 standard. Deviating from this standard, the free clamping length (section 5.1 b of the standard) is set at 160 mm. The trapezoidal template (section 5.3 of the standard) is modified as follows: side lengths of the parallel sides 175 mm (instead of 25 mm) and 180 mm (instead of 100 mm), width 60 mm (instead of 75 mm) and pre-cut length 30 mm (instead of 15 mm). The measurement sample (Section 7.2 of the standard) is cut out with external dimensions of 210 × 60 mm, marked according to the template and a preliminary cut of 30 mm is made.

Die Weiterreißfestigkeit der Bahn kann bevorzugt eine in Anlehnung an das Trapezoidverfahren gemäß der Norm EN ISO 9073-4:2021 bestimmbare Weiterreißfestigkeit sein, die mit einer Probe der Bahn messbar ist. Die freie Einspannlänge kann z.B. 160 mm betragen. Die Seitenlängen der parallelen Seiten der Trapezschablone können z.B. 175 mm und 180 mm betragen. Die Breite der Trapezschablone kann z.B. 60 mm und die Vorschnittlänge z.B. 30 mm betragen. Die Abmessungen der Probe der Bahn können z.B. 210 mm x 60 mm betragen. Die Probe kann aus der Bahn ausgeschnitten, gemäß Schablone markiert und ein Vorschnitt von 30 mm in die Bahn eingebracht werden.The tear resistance of the web can preferably be a tear resistance that can be determined based on the trapezoid method according to the standard EN ISO 9073-4:2021 and is measurable with a sample of the web. The free clamping length can be 160 mm, for example. The side lengths of the parallel sides of the trapezoid template can be 175 mm and 180 mm, for example. The width of the trapezoid template can be 60 mm, for example, and the pre-cut length 30 mm, for example. The dimensions of the web sample can be 210 mm x 60 mm, for example. The sample can be cut out of the web, marked according to the template, and a 30 mm pre-cut can be made in the web.

Der Vorschnitt kann bevorzugt quer zur Bahnrichtung ausgeführt werden.The pre-cut can preferably be carried out transversely to the web direction.

Fachleute können also ohne jede Schwierigkeit feststellen, ob eine bestimmte Bahn eines gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats die geforderte Biegesteifigkeit, Zugfestigkeit und/oder Weiterreißfestigkeit aufweist.Experts can therefore determine without any difficulty whether a particular sheet of a gas-permeable, electrically conductive substrate has the required flexural rigidity, tensile strength and/or tear resistance.

Insbesondere bei Carbonfasern enthaltenden Vliesen und Papieren ist die Einhaltung der geforderten Biegesteifigkeit, Zugfestigkeit und/oder Weiterreißfestigkeit nicht selbstverständlich.Particularly with nonwovens and papers containing carbon fibers, compliance with the required flexural rigidity, tensile strength and/or tear resistance is not a given.

Zur Optimierung der elektrischen Leitfähigkeit werden die Vliese und Papiere oder die darin enthaltenen Fasern häufig äußerst hohen Carbonisierungs- bzw. Graphitierungstemperaturen ausgesetzt. Dadurch wird eine hohe, graphitartige Ordnung des enthaltenen Kohlenstoffs erreicht. Allerdings steigert dies die Sprödigkeit der Fasern. Folglich sind viele Carbonfasern enthaltende Vliese und Papiere mechanisch weniger beständig und damit im Zusammenhang mit der Erfindung nicht oder nicht wirtschaftlich einsetzbar.To optimize electrical conductivity, the nonwovens and papers or the fibers they contain are often exposed to extremely high carbonization or graphitization temperatures. This results in a high, graphite-like order of the carbon contained. However, this increases the brittleness of the fibers. Consequently, many nonwovens and papers containing carbon fibers are mechanically less stable and therefore cannot be used in connection with the invention or cannot be used economically.

Es ist ganz besonders bevorzugt, wenn die Bahn, die in die erste Elektrodenauftragungszone geführt wird,

• - eine Biegesteifigkeit im Bereich von 1500 bis 6000 MPa,
• - eine Zugfestigkeit von mindestens 70 N und
• - eine Weiterreißfestigkeit von mindestens 2,5 N

aufweist.It is particularly preferred if the web which is guided into the first electrode application zone

• - a bending stiffness in the range of 1500 to 6000 MPa,
• - a tensile strength of at least 70 N and
• - a tear resistance of at least 2.5 N

having.

Das Elektrodenbildungsmittel wird bevorzugt erst an der ersten Oberfläche der Bahn in die Elektrodenschicht überführt.The electrode forming agent is preferably only transferred into the electrode layer on the first surface of the web.

Das Elektrodenbildungsmittel ist in dem Moment, in dem es mit der ersten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht wird, im Allgemeinen keine präformierte Elektrodenschicht.The electrode forming agent is generally not a preformed electrode layer at the moment it is brought into contact with the first surface of the web.

Das Elektrodenbildungsmittel ist typischerweise eine Zusammensetzung, die einen zur Elektrodenbildung geeigneten Katalysator oder Katalysatorvorläufer enthält.The electrode forming agent is typically a composition containing a catalyst or catalyst precursor suitable for electrode formation.

Die Zusammensetzung kann z.B. ein Fluid oder eine Partikelzusammensetzung sein.The composition can be, for example, a fluid or a particulate composition.

Im Stand der Technik sind viele derartige Fluide beschrieben. Als Beispiele seien hier eine wasserbasierte Katalysatortinte enthaltend ein Tensid mit einem bestimmten Dampfdruck ( EP 1 387 423 A1 ), eine Katalysatortinte mit vorbestimmter Viskosität ( US 2013/0126072 A1 ) und eine Tinte enthaltend einen Katalysator auf Kohlenstoffpartikeln ( EP 2 774 203 A1 ) genannt.Many such fluids are described in the prior art. Examples include a water-based catalyst ink containing a surfactant with a specific vapor pressure ( EP 1 387 423 A1 ), a catalyst ink with a predetermined viscosity ( US 2013/0126072 A1 ) and an ink containing a catalyst on carbon particles ( EP 2 774 203 A1 ) called.

Die Partikelzusammensetzung kann z.B. ein in EP 2 124 275 B1 beschriebenes Elektrodenkatalysatorpulver sein. Eine Partikelzusammensatzung kann mit einem dort für das Elektrodenkatalysatorpulver beschriebenen Verfahren trocken aufgetragen werden, unter Ausnutzung eines elektrischen Felds und/oder eines Trägergases.The particle composition can, for example, be in EP 2 124 275 B1 be described electrode catalyst powder. A particle composition can be applied dry using a method described there for the electrode catalyst powder, using an electric field and/or a carrier gas.

Das Elektrodenbildungsmittel kann z.B. eine Katalysatortinte sein.The electrode forming agent may be, for example, a catalyst ink.

Als erste Elektrodenauftragungszone wird in Zusammenhang mit der Erfindung der Bereich, z.B. Anlagenbereich, verstanden, in dem das erste Elektrodenbildungsmittel mit einer ersten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht wird. In connection with the invention, the first electrode application zone is understood to be the area, for example the system area, in which the first electrode formation agent is brought into contact with a first surface of the web.

Das erstes Elektrodenbildungsmittel wird zur Herstellung der ersten Elektrodenschicht mit der ersten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht. Dabei wird das Elektrodenbildungsmittel bevorzugt auf die erste Oberfläche der Bahn aufgebracht. Das Aufbringen des Elektrodenbildungsmittels erfolgt vorzugsweise durch eine oder mehrere der folgenden Methoden: Dropcasting, Druckbeschichtungsverfahren, insbesondere Doctor-Blading, Siebdruck, Schlitzdruck, Gravurdruck, Inkjetdruck, und Sprühbeschichtungsverfahren.The first electrode forming agent is brought into contact with the first surface of the web to produce the first electrode layer. The electrode forming agent is preferably applied to the first surface of the web. The electrode forming agent is preferably applied by one or more of the following methods: dropcasting, print coating processes, in particular doctor blading, screen printing, slot printing, gravure printing, inkjet printing, and spray coating processes.

Das Doctor-Blading wird auch als Rakelbeschichtung bezeichnet.Doctor blading is also called doctor blading.

Die Auftragung des ersten Elektrodenbildungsmittels kann dabei stetig oder mit definierten Unterbrechungen erfolgen. Definierte Unterbrechungen erlauben es, die ersten Elektrodenschicht gezielt in bestimmten Bereichen der ersten Oberfläche der Bahn auszubilden, dabei aber andere Bereiche der ersten Oberfläche der Bahn auszusparen.The application of the first electrode forming agent can take place continuously or with defined interruptions. Defined interruptions allow the first electrode layer to be formed specifically in certain areas of the first surface of the web, while leaving out other areas of the first surface of the web.

Der arithmetische Mittenrauwert Ra einer zweiten Oberfläche der Bahn kann mindestens 0,3 µm, bevorzugt mindestens 0,5 µm, z.B. mindestens 1 µm, betragen. Der arithmetische Mittenrauwert Ra ist in der DIN EN ISO 4287 definiert. Es handelt sich um einen Mittenrauwert.The arithmetic mean roughness Ra of a second surface of the web can be at least 0.3 µm, preferably at least 0.5 µm, eg at least 1 µm. The arithmetic mean roughness Ra is in the EN ISO 4287 It is a mean roughness value.

Dies kann bewirken, dass die Bahn auf den Führungs- und Lenkrollen in einer Anlage eine gewisse Haftung aufweist und noch zuverlässiger transportiert werden kann. Dadurch kann eine homogenere Beschichtung erreicht werden. Dies kann letzten Endes zu einer dauerhaft höheren Leistung einer elektrochemischen Vorrichtung führen.This can mean that the web has a certain level of adhesion to the guide and steering rollers in a system and can be transported even more reliably. This allows a more homogeneous coating to be achieved. This can ultimately lead to consistently higher performance of an electrochemical device.

Die Bahn, die in die erste Elektrodenauftragungszone geführt wird, weist an der ersten Oberfläche bevorzugt eine geringere mittlere Porengröße auf als an der zweiten Oberfläche.The web that is guided into the first electrode application zone preferably has a smaller average pore size on the first surface than on the second surface.

Dies kann einerseits bewirken, dass das Elektrodenbildungsmittel, das zur Herstellung der ersten Elektrodenschicht mit der ersten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht wird, sich überwiegend an der ersten Oberfläche sammelt und nur zu geringen Anteilen in das Innere des Substrats eingetragen wird. Es kann andererseits bewirken, dass die größeren Poren der zweiten Oberfläche für eine sicherere Haftung der Bahn an Führungs- und Umlenkelementen einer Anlage zu Durchführung des Verfahrens sorgen. Beide Effekte tragen auf ganz unterschiedliche Weise zur Homogenität der Elektrodenschicht bei.On the one hand, this can have the effect that the electrode forming agent, which is brought into contact with the first surface of the web to produce the first electrode layer, collects predominantly on the first surface and is only introduced into the interior of the substrate in small proportions. On the other hand, it can cause the larger pores of the second surface to ensure more secure adhesion of the web to guide and deflection elements of a system for carrying out the method. Both effects contribute to the homogeneity of the electrode layer in very different ways.

Die Bahn, die in die erste Elektrodenauftragungszone geführt wird, kann an der ersten Oberfläche eine mikroporöse Schicht (MPL) aufweisen.The web that is guided into the first electrode application zone may have a microporous layer (MPL) on the first surface.

Die MPL kann einen elektrisch leitfähigen Bestandteil und/oder einen hydrophoben Bestandteil enthalten, bevorzugt einen elektrisch leitfähigen Bestandteil und einen hydrophoben Bestandteil.The MPL may contain an electrically conductive component and/or a hydrophobic component, preferably an electrically conductive component and a hydrophobic component.

Der elektrisch leitfähige Bestandteil kann elektrisch leitfähige Partikel, z.B. Kohlenstoffpartikel, umfassen.The electrically conductive component may comprise electrically conductive particles, for example carbon particles.

Der hydrophobe Bestandteil kann ein hydrophobes Polymer, insbesondere ein hydrophobes Fluorpolymer, z.B. PTFE, umfassen.The hydrophobic component may comprise a hydrophobic polymer, in particular a hydrophobic fluoropolymer, for example PTFE.

Die MPL kann bevorzugt elektrisch leitfähige Kohlenstoffpartikel und PTFE enthalten.The MPL can preferably contain electrically conductive carbon particles and PTFE.

Die erste Oberfläche oder die MPL kann oberflächenaktiviert sein, z.B. durch Plasmabehandlung.The first surface or the MPL can be surface activated, for example by plasma treatment.

Die MPL kann eine Schichtdicke von mindestens 10 µm aufweisen.The MPL can have a layer thickness of at least 10 µm.

Dies kann vorteilhaft sein, um die Unebenheiten der GDL auszugleichen und um eine besonders glatte erste Oberfläche für die Beschichtung mit dem Elektrodenbildungsmittel bereitzustellen.This can be advantageous to compensate for the unevenness of the GDL and to provide a particularly smooth first surface for coating with the electrode forming agent.

Dies kann ferner eine Verzahnung der MPL mit Fasern an der ersten Oberfläche bewirken, wobei die MPL sich in das Substrat hinein erstreckt und Fasern sich in die MPL hinein erstrecken.This may further cause interlocking of the MPL with fibers on the first surface, with the MPL extending into the substrate and fibers extending into the MPL.

Die MPL kann eine Schichtdicke von höchstens 50 µm aufweisen. Dies kann das Risiko verringern, dass die MPL bei der Trocknung reißt.The MPL can have a layer thickness of a maximum of 50 µm. This can reduce the risk of the MPL cracking during drying.

Die Bahn, die in die erste Elektrodenauftragungszone geführt wird, kann an der ersten Oberfläche eine geringere Oberflächenrauigkeit aufweisen als an der zweiten Oberfläche. Dies kann optisch oder taktil durch Rauheitsmessung nach DIN EN ISO 4287 bestimmt werden.The web that is fed into the first electrode application zone may have a lower surface roughness on the first surface than on the second surface. This can be done visually or tactilely by measuring roughness DIN EN ISO 4287 be determined.

Die Bahn, die in die erste Elektrodenauftragungszone geführt wird, kann orthogonal zu einer Mittelebene der Bahn eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 0,03 W/(mK), z.B. mindestens 0,1 W/(mK), aufweisen.The web that is guided into the first electrode application zone can have a thermal conductivity of at least 0.03 W/(mK), for example at least 0.1 W/(mK), orthogonal to a central plane of the web.

Dies ist im Hinblick auf eine Trocknung der ersten Elektrodenschicht (und ggf. weiterer Schichten) vorteilhaft. Ist die thermische Leitfähigkeit zu gering, findet keine optimale Trocknung der Schichten statt. Weiterhin kann die Produktionslinie durch schnellere Trocknung erheblich verkürzt werden.This is advantageous with regard to drying the first electrode layer (and possibly further layers). If the thermal conductivity is too low, the layers will not dry optimally. Furthermore, the production line can be shortened significantly through faster drying.

Die Dickentoleranz der Bahn, die in die erste Elektrodenauftragungszone geführt wird, kann höchstens +/- 60 µm, bevorzugt höchstens +/- 30 µm, z.B. höchstens +/- 15 µm betragen. Dadurch kann sich eine Fortpflanzung von Toleranzen in den entstehenden Schichtaufbau hinein vermeiden lassen. Die Messung der Dickentoleranz kann z.B. durch Aufzeichnung einer Kraft-Weg-Kurve erfolgen. Dazu kann eine Druckprüfmaschine verwendet werden. Geeignete Druckprüfmaschinen werden untern anderem vom Unternehmen ZwickRoell angeboten.The thickness tolerance of the web that is guided into the first electrode application zone can be at most +/- 60 µm, preferably at most +/- 30 µm, for example at most +/- 15 µm. This makes it possible to avoid the propagation of tolerances into the resulting layer structure. The thickness tolerance can be measured, for example, by recording a force-displacement curve. A pressure testing machine can be used for this. Suitable pressure testing machines are offered by the company ZwickRoell, among others.

Die mittlere Porengröße der ersten Oberfläche der Bahn, die in die erste Elektrodenauftragungszone geführt wird, kann höchstens 60 µm, insbesondere höchstens 30 µm, bevorzugt höchstens 10 µm, z.B. höchstens 5 µm betragen. Sie kann bevorzugt durch Quecksilberporosimetrie gemessen sein, z.B. nach DIN ISO 15901-1 .The average pore size of the first surface of the web which is guided into the first electrode application zone can be at most 60 µm, in particular at most 30 µm, preferably at most 10 µm, eg at most 5 µm. It can preferably be measured by mercury porosimetry, eg according to ISO 15901-1 .

Die mittlere Rautiefe Rz der ersten Oberfläche der Bahn, die in die erste Elektrodenauftragungszone geführt wird, kann höchstens 60 µm, insbesondere höchstens 30 µm, bevorzugt höchstens 10 µm, z.B. höchstens 5 µm, betragen. Die mittlere Rautiefe Rz kann nach DIN EN ISO 4287 gemessen werden. Durch eine geringe mittlere Rautiefe Rz können lokale Minima der Schichtdicke einer aufgetragenen Schicht vermieden werden.The average roughness depth Rz of the first surface of the web, which is guided into the first electrode application zone, can be at most 60 μm, in particular at most 30 μm, preferably at most 10 μm, for example at most 5 μm. The average roughness depth Rz can be DIN EN ISO 4287 be measured. By using a low average roughness depth Rz, local minima in the layer thickness of an applied layer can be avoided.

Der arithmetische Mittenrauwert Ra der ersten Oberfläche der Bahn kann mindestens 0,3 µm, bevorzugt mindestens 0,5 µm, z.B. mindestens 1 µm, betragen. Der arithmetische Mittenrauwert Ra ist in der DIN EN ISO 4287 definiert. Es handelt sich um einen Mittenrauwert. Die Einhaltung von Ra kann dazu dienen, eine definierte Oberfläche bereitzustellen, auf der eine (entstehende) Schicht homogen haftet und trocknet.The arithmetic average roughness Ra of the first surface of the web can be at least 0.3 μm, preferably at least 0.5 μm, for example at least 1 μm. The arithmetic mean roughness value Ra is in the DIN EN ISO 4287 Are defined. It is a mean roughness value. Compliance with Ra can serve to provide a defined surface on which a (resulting) layer adheres and dries homogeneously.

Ist die Porosität der ersten Oberfläche, z.B. der MPL, zu groß, dringen im Elektrodenbildungsmittel enthaltene Partikel, z.B. Katalysatorpartikel, in die Oberfläche ein. Auch in einem nachfolgenden Auftragungsschritt aufgetragenes elektrolythaltiges Mittel, z.B. darin enthaltenes lonomer, kann in das Substrat wegschlagen, wodurch die entstehende Elektrolytschicht sich zu tief in das Substrat hinein verzahnt. Ist die Oberflächenrauheit der ersten Oberfläche oder der MPL zu groß, wird die beschichtete Elektrodenschicht inhomogen, was sich auch auf die Homogenität der folgenden Schichten fortpflanzt.If the porosity of the first surface, eg the MPL, is too high, particles contained in the electrode forming agent, eg catalyst particles, penetrate into the surface. Electrolyte-containing agents applied in a subsequent application step, eg ionomers contained therein, can also penetrate into the substrate, causing the resulting electrolyte layer to penetrate too deeply into the substrate. If the If the surface roughness of the first surface or the MPL is too large, the coated electrode layer becomes inhomogeneous, which also propagates to the homogeneity of the following layers.

Bevorzugt gehen MPL und Elektrodenschicht eine adhäsive Verbindung ein. Dies kann eine dauerhafte Kontaktierung der Elektrodenschicht zu dem in der MPL enthaltenen, elektrisch leitfähigen Bestandteil, z.B. zu den Kohlenstoffpartikeln, sicherstellen.MPL and electrode layer preferably form an adhesive connection. This can ensure permanent contact between the electrode layer and the electrically conductive component contained in the MPL, for example the carbon particles.

Es ist möglich, die Oberflächenrauheit der ersten Oberfläche der Bahn zusätzlich durch Verpressen zu verringern, z.B. durch Verpressen der MPL. Dies kann z.B. vor oder beim Führen der Bahn in die erste Elektrodenauftragungszone erfolgen.It is possible to additionally reduce the surface roughness of the first surface of the web by pressing, for example by pressing the MPL. This can be done, for example, before or while guiding the web into the first electrode application zone.

Der ersten Elektrodenauftragungszone kann eine Verpresszone vorgelagert sein. Das Verpressen kann an der Oberfläche einer Rolle erfolgen, die auf die erste Oberfläche der Bahn aufgepresst ist.The first electrode application zone can be preceded by a pressing zone. The pressing can take place on the surface of a roll which is pressed onto the first surface of the web.

Die Erfindung ist im Hinblick auf den Ursprung der Bahn nicht beschränkt. Die Bahn kann z.B. aus einer Abrollzone von einer Rolle bereitgestellt werden. Die Abrollzone ist typischerweise allen anderen Zonen vorgelagert.The invention is not limited with regard to the origin of the web. The web can be provided from a roll from a roll-off zone, for example. The roll-off zone is typically in front of all other zones.

Denkbar wäre jedoch z.B. auch, das erfindungsgemäße Verfahren mittelbar oder unmittelbar nachgelagert zu einer Herstellung der Bahn des gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats auszuführen, ohne die Bahn auf- und wieder abzurollen, bevor sie in die erste Elektrodenauftragungszone geführt wird. Die Herstellung der Bahn des gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats kann einen Carbonisierungsschritt umfassen, in dem carbonisierbare Vorläuferfasern einer Bahn eines Vlieses oder Papiers zu Carbonfasern umgesetzt werden.However, it would also be conceivable, for example, to carry out the method according to the invention directly or indirectly after producing the web of the gas-permeable, electrically conductive substrate, without rolling the web up and unrolling it again before it is guided into the first electrode application zone. The production of the web of the gas-permeable, electrically conductive substrate can include a carbonization step in which carbonizable precursor fibers of a web of nonwoven or paper are converted into carbon fibers.

Die Bahn, die aus der Abrollzone von der Rolle bereitgestellt wird, kann an der ersten Oberfläche eine MPL aufweisen und/oder an der ersten Oberfläche hydrophobiert sein.The web, which is provided from the roll-off zone by the roll, can have an MPL on the first surface and/or be hydrophobic on the first surface.

Es ist aber auch möglich, dass die Aufbringung der MPL an der ersten Oberfläche und/oder die Hydrophobierung der ersten Oberfläche erfolgt, nachdem die Bahn aus der Abrollzone von der Rolle bereitgestellt worden ist und bevor die Bahn in die erste Elektrodenauftragungszone oder Verpresszone geführt wird.However, it is also possible for the MPL to be applied to the first surface and/or the first surface to be made hydrophobic after the web has been provided from the roll-off zone and before the web is guided into the first electrode application zone or pressing zone.

Die erste Elektrodenauftragungszone kann eine Anodenauftragungszone oder eine Kathodenauftragungszone sein. Das erste Elektrodenbildungsmittel kann ein Anodenbildungsmittel oder ein Kathodenbildungsmittel, z.B. eine Anodenkatalysatortinte oder eine Kathodenkatalysatortinte, sein.The first electrode deposition zone may be an anode deposition zone or a cathode deposition zone. The first electrode forming agent may be an anode forming agent or a cathode forming agent, for example, an anode catalyst ink or a cathode catalyst ink.

Wenn nicht ausdrücklich anders angegeben, bezieht der Begriff Anodenschicht sich auf diejenige Elektrodenschicht, die zur Umsetzung eines zugeführten Brennstoffs, z.B. von Wasserstoff, vorgesehen ist. Dementsprechend sind auch die Begriffe Anodenauftragungszone und Anodenbildungsmittel zu verstehen. Pt-Elektrokatalysatoren werden normalerweise auf der Anodenseite von Brennstoffzellen eingesetzt, die mit reinem Wasserstoff betrieben werden. Die Pt-Elektrokatalysatoren können zusätzlich zu Pt z.B. auch Iridiumoxid und/oder Ruthenium enthalten.Unless expressly stated otherwise, the term anode layer refers to the electrode layer that is intended to convert a supplied fuel, e.g. hydrogen. The terms anode application zone and anode forming agent should be understood accordingly. Pt electrocatalysts are typically used on the anode side of fuel cells that run on pure hydrogen. In addition to Pt, the Pt electrocatalysts can also contain, for example, iridium oxide and/or ruthenium.

Ein bevorzugtes Anodenbildungsmittel kann Platin enthalten. Es kann neben dem Platin bevorzugt Iridiumoxid und/oder Ruthenium enthalten.A preferred anode forming agent may contain platinum. In addition to platinum, it can preferably contain iridium oxide and/or ruthenium.

Eine bevorzugte Anodenkatalysatortinte kann Platin enthalten. Sie kann neben dem Platin bevorzugt Iridiumoxid und/oder Ruthenium enthalten.A preferred anode catalyst ink may contain platinum. In addition to platinum, it may preferably contain iridium oxide and/or ruthenium.

Wenn nicht ausdrücklich anders angegeben, bezieht der Begriff Kathodenschicht sich auf diejenige Elektrodenschicht, die zur Umsetzung zugeführten Sauerstoffs, der z.B. ein Bestandteil zugeführter Luft sein kann, vorgesehen ist. Dementsprechend sind auch die Begriffe Kathodenauftragungszone und Kathodenbildungsmittel zu verstehen. Auf der Kathodenseite von Brennstoffzellen werden z.B. entweder Pt oder Pt-Legierungen als Elektrokatalysatoren eingesetzt.Unless expressly stated otherwise, the term cathode layer refers to the electrode layer that is intended to convert supplied oxygen, which can be, for example, a component of supplied air. The terms cathode application zone and cathode formation agent should be understood accordingly. On the cathode side of fuel cells, for example, either Pt or Pt alloys are used as electrocatalysts.

Bevorzugt ist die erste Elektrodenauftragungszone eine Anodenauftragungszone, das erste Elektrodenbildungsmittel ein Anodenbildungsmittel, z.B. eine Anodenkatalysatortinte, und die erste Elektrodenschicht eine Anodenschicht. Die Bahn des gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats kann also in eine Anodenauftragungszone geführt werden, in der ein Anodenbildungsmittel, z.B. eine Anodenkatalysatortinte, zur Herstellung einer Anodenschicht mit der ersten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht wird.Preferably, the first electrode application zone is an anode application zone, the first electrode forming agent is an anode forming agent, for example an anode catalyst ink, and the first electrode layer is an anode layer. The web of the gas-permeable, electrically conductive substrate can therefore be guided into an anode application zone in which an anode forming agent, for example an anode catalyst ink, is brought into contact with the first surface of the web to produce an anode layer.

Die Anodenschicht ist bei Brennstoffzellen und den zugehörigen MEA häufig weniger dick als die Kathodenschicht. Die dünnere Anodenschicht neigt weniger zu Trocknungsrissen und lässt sich über Rollen auch aufgrund ihres geringeren Beitrags zur Steigerung der Biegesteifigkeit besser verarbeiten. Die Anodenschicht kann noch glatter sein als die Kathodenschicht, weshalb die im Schichtaufbau folgende Elektrolytschicht darauf homogener aufgetragen werden kann.The anode layer in fuel cells and the associated MEA is often less thick than the cathode layer. The thinner anode layer is less prone to drying cracks and is easier to process using rollers due to its smaller contribution to increasing the bending stiffness. The anode layer can be even smoother than the cathode layer, which is why the electrolyte layer following the layer structure can be applied more homogeneously on top.

Die Anode ist im Betrieb einer Brennstoffzelle im Allgemeinen weniger kritisch als die Kathode. Die Erfinder gehen deshalb davon aus, dass eine Ausführung der ersten Elektrodenschicht als Anodenschicht einen größeren Spielraum zur Optimierung oder Wahl des gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats im Hinblick auf Verfahrenserfordernisse zulässt.The anode is generally less critical in the operation of a fuel cell than the cathode. The inventors therefore assume that designing the first electrode layer as an anode layer allows greater scope for optimization or selection of the gas-permeable, electrically conductive substrate with regard to process requirements.

Dies bedeutet auch, dass das Spektrum gut geeigneter gasdurchlässiger elektrisch leitfähiger Substrate größer ist, wenn als erste Elektrodenschicht die Anodenschicht aufgebracht wird. Eine im Vergleich zur Kathodenschicht hinreichend aktive (und dennoch insgesamt sehr dünne und wenig biegesteife) Anodenschicht kann auch unter weniger optimalen Bedingungen (z.B. bei relativ hoher Rauheit oder Porosität der ersten Oberfläche der zugeführten Bahn) noch erreicht werden.This also means that the spectrum of suitable gas-permeable electrically conductive substrates is larger if the anode layer is applied as the first electrode layer. An anode layer that is sufficiently active (but still very thin and not very rigid) compared to the cathode layer can still be achieved even under less than optimal conditions (e.g. with relatively high roughness or porosity of the first surface of the fed web).

Mit anderen Worten: Das Verfahren kann Inhomogenitäten der zugeführten Bahn oder der ersten Oberfläche der Bahn tendenziell besser und im Wesentlichen ohne signifikante Leistungseinbußen bei späteren Umsetzungen an den Elektroden verkraften, wenn die Anodenschicht zuerst aufgebracht wird.In other words: The process tends to be able to cope with inhomogeneities in the supplied web or the first surface of the web better and essentially without significant losses in performance during subsequent reactions on the electrodes if the anode layer is applied first.

Wenn an der ersten Oberfläche nach Bildung einer Anodenschicht als erster Elektrodenschicht durch die weitere Führung der Bahn im Verlauf des Verfahrens Kontaktverluste auftreten, werden diese im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit der entstehenden elektrochemischen Einheit in der Brennstoffzelle tendenziell besser verkraftet.If contact losses occur on the first surface after the formation of an anode layer as the first electrode layer due to the further guidance of the web in the course of the process, these tend to be better tolerated with regard to the performance of the resulting electrochemical unit in the fuel cell.

Die Bahn kann in eine Elektrolytauftragungszone geführt werden, die der ersten Elektrodenauftragungszone nachgelagert ist. In der Elektrolytauftragungszone wird bevorzugt ein elektrolythaltiges Mittel zur Herstellung einer Elektrolytschicht mit der beschichteten ersten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht.The web can be guided into an electrolyte application zone which is downstream of the first electrode application zone. In the electrolyte application zone, an electrolyte-containing agent is preferably brought into contact with the coated first surface of the web to produce an electrolyte layer.

Als Elektrolytauftragungszone wird im Zusammenhang mit der Erfindung der Bereich, z.B. Anlagenbereich, verstanden, in dem das elektrolythaltige Mittel mit der beschichteten ersten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht wird.In connection with the invention, the electrolyte application zone is understood to be the area, for example the system area, in which the electrolyte-containing agent is brought into contact with the coated first surface of the web.

Es wird hier und im Folgenden auf die erste Oberfläche, die ganz oder teilweise mit der Elektrodenschicht beschichtet sein kann, als beschichtete erste Oberfläche Bezug genommen. Denn die erste Oberfläche der Bahn weist in sämtlichen Zonen, die der ersten Elektrodenauftragungszone nachgelagert sind, mindestens eine Elektrodenschicht auf. Sie ist somit eine beschichtete erste Oberfläche.Here and below, reference is made to the first surface, which can be completely or partially coated with the electrode layer, as the coated first surface. This is because the first surface of the web has at least one electrode layer in all zones that are downstream of the first electrode application zone. It is therefore a coated first surface.

Das elektrolythaltige Mittel zur Herstellung der Elektrolytschicht kann ein ionomerhaltiges Mittel zur Herstellung einer lonomermembran sein. Derartige Mittel sind im Stand der Technik beschrieben. So beschriebt z.B. EP 3 256 515 B1 ein Mittel, das einen wasserunlöslichen Alkohol, ausgewählt aus Pentanol, Hexanol und 2-Ethylhexanol und ein lonomer umfasst. EP 2 774 203 B1 beschreibt lonomerdispersionen zur Bildung von lonomermembranen.The electrolyte-containing agent for producing the electrolyte layer can be an ionomer-containing agent for producing an ionomer membrane. Such means are described in the prior art. For example, described like this: EP 3 256 515 B1 an agent comprising a water-insoluble alcohol selected from pentanol, hexanol and 2-ethylhexanol and an ionomer. EP 2 774 203 B1 describes ionomer dispersions for the formation of ionomer membranes.

Das ionomerhaltige Mittel und die lonomermembran enthalten eine lonomer-Komponente.The ionomer-containing agent and the ionomer membrane contain an ionomer component.

Die lonomer-Komponente kann z.B. ein fluoriertes Polymer oder Copolymer mit Sulfonsäuregruppen, insbesondere ein polyfluoriertes Polymer oder Copolymer mit Sulfonsäuregruppen oder Mischungen daraus umfassen. Diese sind im Hinblick auf einen optimierten Protonenaustausch innerhalb der lonomermembran als lonomer-Komponente besonders gut geeignet.The ionomer component can, for example, comprise a fluorinated polymer or copolymer with sulfonic acid groups, in particular a polyfluorinated polymer or copolymer with sulfonic acid groups, or mixtures thereof. These are particularly well suited as ionomer components with regard to optimized proton exchange within the ionomer membrane.

Beispielsweise sind mit den Produkten, welche zum Anmeldezeitpunkt unter der Bezeichnung Nafion®, Aciplex®, 3M® PFSA (Perfluorosulfonic Acid), Fumion® und Aquivion® vertrieben wurden, (jeweils) als lonomer-Komponente, besonders gute Eigenschaften in Bezug auf Protonenaustausch erzielt worden. Nafion® ist von DuPont (E. I. du Pont de Nemours and Company) erhältlich. Aciplex® ist von Asahi Kasei K.K. erhältlich. 3M® PSFA ist von 3M Company erhältlich. Fumion® ist von der Fumatech GmbH erhältlich. Aquivion® ist von Solvay S.A. erhältlich.For example, the products that were sold at the time of registration under the names Nafion®, Aciplex®, 3M® PFSA (Perfluorosulfonic Acid), Fumion® and Aquivion®, (each) as an ionomer component, achieved particularly good properties with regard to proton exchange been. Nafion® is available from DuPont (E.I. du Pont de Nemours and Company). Aciplex® is from Asahi Kasei K.K. available. 3M® PSFA is available from 3M Company. Fumion® is available from Fumatech GmbH. Aquivion® is from Solvay S.A. available.

Alternativ kann mit der entsprechenden Auswahl der lonomer-Komponente auch ein Anionenaustausch in der lonomermembran verbessert werden. Dies ist bei einer Verwendung der lonomermembran in Anionentauschern von besonderer Bedeutung. Hierzu umfasst die lonomer-Komponente vorzugsweise eines oder mehrere nicht fluorierte Polymere oder besteht im Wesentlichen aus einem oder mehreren nicht fluorierten Polymeren.Alternatively, anion exchange in the ionomer membrane can also be improved with the appropriate selection of the ionomer component. This is of particular importance when using the ionomer membrane in anion exchangers. For this purpose, the ionomer component preferably comprises one or more non-fluorinated polymers or essentially consists of one or more non-fluorinated polymers.

Bevorzugte nicht fluorierte Polymere sind: insbesondere Hexamethyl-p-terphenylpoly(benzimidazol), Polysulfone, beispielsweise Polyarylethersulfone, Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymere und Polyetheretherketon (PEEK).Preferred non-fluorinated polymers are: in particular hexamethyl-p-terphenylpoly(benzimidazole), polysulfones, for example polyaryl ether sulfones, ethylene-tetrafluoroethylene copolymers and polyether ether ketone (PEEK).

Das elektrolythaltige Mittel kann zur Herstellung der Elektrolytschicht mit der beschichteten ersten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht werden. Dabei wird das elektrolythaltige Mittel bevorzugt auf die beschichtete erste Oberfläche der Bahn aufgebracht. Das Aufbringen des elektrolythaltigen Mittels erfolgt vorzugsweise durch eine oder mehrere der folgenden bekannten Methoden: Dropcasting, Druckbeschichtungsverfahren, insbesondere Doctor-Blading, Siebdruck, Schlitzdruck, Gravurdruck, Inkjetdruck, und Sprühbeschichtungsverfahren.The electrolyte-containing agent can be brought into contact with the coated first surface of the web to produce the electrolyte layer. The electrolyte-containing agent is preferably applied to the coated first surface of the web. The electrolyte-containing agent is preferably applied by one or more of the following known methods: dropcasting, print coating processes, in particular doctor blading, screen printing, slot printing, gravure printing, inkjet printing, and spray coating processes.

Das elektrolythaltige Mittel kann ein Verstärkungsmittel enthalten. Die in der Elektrolytauftragungszone hergestellte Elektrolytschicht kann verstärkt sein. The electrolyte-containing agent may contain a reinforcing agent. The electrolyte layer produced in the electrolyte application zone may be reinforced.

Verstärkt bedeutet insbesondere:

• - gegen mechanische Belastungen verstärkt, z.B. gegen mechanische Zugbelastungen, die auf die aufgebrachte Elektrolytschicht bei einem späteren Aufrollen des Schichtverbunds auf eine Rolle, bei einem Umlenken des Schichtverbunds über eine Umlenkrolle oder bei der Vereinzelung des Schichtverbunds zu elektrochemischen Einheiten auftreten können; und/oder
• - gegen mechanische Belastung während des Brennstoffzellenbetriebs verstärkt, z.B. gegen Schrumpfen und Schwellen, oder verstärkt, um einen Differenzdruck zwischen Anode und Kathode auszuhalten.

Reinforced means in particular:

• - reinforced against mechanical loads, for example against mechanical tensile loads, which can occur on the applied electrolyte layer when the layered composite is later rolled up onto a roll, when the layered composite is deflected over a deflection roller or when the layered composite is separated into electrochemical units; and or
• - Reinforced against mechanical stress during fuel cell operation, for example against shrinkage and swelling, or reinforced to withstand a differential pressure between anode and cathode.

Das Verstärkungsmittel kann dispergierte Fasern, z.B. dispergierte Nanofasern, enthalten. Die Elektrolytschicht kann faserverstärkt, z.B. nanofaserverstärkt, sein.The reinforcing agent may contain dispersed fibers, for example dispersed nanofibers. The electrolyte layer can be fiber-reinforced, for example nanofiber-reinforced.

Durch die Verstärkung können sich erhebliche Vorteile in der Verfahrensführung ergeben. Die Einbringung des Verstärkungsmittels in das elektrolythaltige Mittel ermöglicht die Aufbringung einer „flüssigen Verstärkung“. Dies kann im erfindungsgemäßen Verfahren eine Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit von MEAs ermöglichen, da beispielsweise ein oder mehrere Laminierungsschritte entfallen können. Außerdem kann die verstärkte Elektrolytschicht stärkeren mechanischen Belastungen ausgesetzt werden, so dass bei der Führung und Handhabung der Bahn im erfindungsgemäßen Verfahren weniger stark auf die Vermeidung von Belastungsspitzen geachtet werden muss. Dies gilt auch für eine spätere Assemblierung von Brennstoffzellen aus robusten elektrochemischen Einheiten, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten wurden. Dies erleichtert die Implementierung des Verfahrens und die Durchführung der Assemblierung in einem üblichen industriellen Umfeld.The reinforcement can result in significant advantages in the conduct of the process. The introduction of the reinforcing agent into the electrolyte-containing agent enables the application of a “liquid reinforcement”. In the process according to the invention, this can enable an increase in the production speed of MEAs, since, for example, one or more lamination steps can be omitted. In addition, the reinforced electrolyte layer can be exposed to greater mechanical loads, so that less attention must be paid to avoiding load peaks when guiding and handling the web in the method according to the invention. This also applies to a later assembly of fuel cells from robust electrochemical units that were obtained using the method according to the invention. This makes it easier to implement the method and carry out the assembly in a common industrial environment.

Günstig kann es sein, wenn die Nanofasern einen mittleren Durchmesser von ca. 20 nm bis ca. 3000 nm, vorzugsweise ca. 50 nm bis ca. 700 nm, aufweisen. It can be advantageous if the nanofibers have an average diameter of approximately 20 nm to approximately 3000 nm, preferably approximately 50 nm to approximately 700 nm.

Vorzugsweise beträgt ein mittlerer Durchmesser der Nanofasern ca. 50 nm oder mehr, insbesondere ca. 100 nm oder mehr.Preferably, an average diameter of the nanofibers is approximately 50 nm or more, in particular approximately 100 nm or more.

Insbesondere beträgt der mittlere Durchmesser der Nanofasern ca. 3000 nm oder weniger, beispielsweise ca. 700 nm oder weniger.In particular, the average diameter of the nanofibers is approximately 3000 nm or less, for example approximately 700 nm or less.

Ein mittlerer Durchmesser der Nanofasern von ca. 20 nm ist oft ausreichend, um der Elektrolytschicht eine hinreichende Festigkeit zu verleihen, während ein Durchmesser von ca. 3000 nm noch gering genug für eine Einbettung in eine lonomer-Komponente der Elektrolytschicht ist.An average diameter of the nanofibers of approximately 20 nm is often sufficient to give the electrolyte layer sufficient strength, while a diameter of approximately 3000 nm is still small enough for embedding in an ionomer component of the electrolyte layer.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt ein Verhältnis des mittleren Durchmessers der Nanofasern zu einer Dicke der Elektrolytschicht ca. 1/20 oder weniger.According to a preferred embodiment, a ratio of the average diameter of the nanofibers to a thickness of the electrolyte layer is about 1/20 or less.

Es kann besonders bevorzugt sein, als elektrolythaltiges Mittel eine Nanostäbchen-lonomer-Dispersion einzusetzen, z.B. eine in WO 2020/169486 A1 angegebene Nanostäbchen-Ionomer-Dispersion.It may be particularly preferred to use a nanorod ionomer dispersion as the electrolyte-containing agent, for example an in WO 2020/169486 A1 specified nanorod ionomer dispersion.

Gemäß WO 2020/169486 A1 kann eine Nanostäbchen-Ionomer-Dispersion durch ein Verfahren erhalten werden, das umfasst:

• - Bereitstellen eines Nanofasermaterials;
• - Zerkleinern des Nanofasermaterials unter Bildung von Nanostäbchen;
• - Bereitstellen eines flüssigen Mediums, welches eine lonomer-Komponente und ein Dispersionsmittel umfasst; und
• - Dispergieren der Nanostäbchen in dem flüssigen Medium unter Bildung einer Nanostäbchen-Ionomer-Dispersion.

According to WO 2020/169486 A1 A nanorod ionomer dispersion can be obtained by a method comprising:

• - Providing a nanofiber material;
• - Crushing the nanofiber material to form nanorods;
• - Providing a liquid medium comprising an ionomer component and a dispersant; and
• - Dispersing the nanorods in the liquid medium to form a nanorod ionomer dispersion.

WO 2020/169486 A1 beschreibt zusätzlich das Aufbringen der Nanostäbchenlonomer-Dispersion auf einen Oberflächenbereich eines Substrats unter Ausbildung einer Kompositschicht. WO 2020/169486 A1 additionally describes the application of the nanorod ionomer dispersion to a surface area of a substrate to form a composite layer.

Die in diesem Dokument beschriebene Kompositschicht ist eine mögliche Ausführungsform der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen, faserverstärkten Elektrolytschicht.The composite layer described in this document is a possible embodiment of the fiber-reinforced electrolyte layer described in connection with the method according to the invention.

Durch das dort näher beschriebene Zerkleinern des Nanofasermaterials resultieren Nanostäbchen, die im Unterschied zu einem nicht zerkleinerten Nanofasermaterial besonders einfach dispergierbar sein können.The shredding of the nanofiber material, which is described in more detail there, results in nanorods which, in contrast to a nanofiber material that has not been shredded, can be particularly easily dispersed.

Aufgrund der Dispergierbarkeit lässt sich eine ionomerhaltige Dispersion herstellen und die Nanostäbchen sind somit gemeinsam in einem Arbeitsschritt mit der lonomer-Komponente auf das Substrat aufbringbar. So ist ein zusätzlicher Arbeitsschritt zur Aufbringung der lonomer-Komponente entbehrlich.Due to the dispersibility, an ionomer-containing dispersion can be produced and the nanorods can therefore be applied to the substrate together with the ionomer component in one step. This eliminates the need for an additional step to apply the ionomer component.

Darüber hinaus lässt sich durch die Bildung der Nanostäbchen-Ionomer-Dispersion eine Durchmischung des zu Nanostäbchen zerkleinerten Nanofasermaterials und der lonomer-Komponente optimieren. So können die Nanostäbchen mit der lonomer-Komponente in Kontakt kommen oder in diese eingebettet werden. Dies kann eine gleichmäßig gute Protonenleitfähigkeit bzw. Anionenleitfähigkeit der resultierenden Kompositschicht über eine gesamte Längserstreckung der Kompositschicht ermöglichen.In addition, through the formation of the nanorod ionomer dispersion, mixing of the nanofiber material crushed into nanorods and the ionomer component can be optimized. The nanorods can come into contact with the ionomer component or be embedded in it. This can enable uniformly good proton conductivity or anion conductivity of the resulting composite layer over an entire longitudinal extent of the composite layer.

In diesem Zusammenhang umfassen „Nanostäbchen“ sämtliche Strukturen, deren Erstreckung in einer ersten Raumrichtung um einen Faktor 100 oder mehr größer ist als Erstreckungen in den anderen Raumrichtungen, welche senkrecht zu der ersten Raumrichtung ausgerichtet sind. Erstreckungen in den anderen Raumrichtungen der Nanostäbchen betragen jeweils ca. 3000 nm oder weniger, insbesondere ca. 1000 nm oder weniger. Beispielsweise umfasst der Begriff „Nanostäbchen“ auch sogenannte Nanodrähte (Nanowires) und sogenannte Nanowhiskers.In this context, “nanorods” include all structures whose extent in a first spatial direction is larger by a factor of 100 or more than extents in the other spatial directions, which are oriented perpendicular to the first spatial direction. Extensions in the other spatial directions of the nanorods are each approximately 3000 nm or less, in particular approximately 1000 nm or less. For example, the term “nanorods” also includes so-called nanowires and so-called nanowhiskers.

Der mittlere Durchmesser der Nanofasern oder der nach einer Zerkleinerung resultierenden Nanostäbchen sowie eine mittlere Länge der nach einer Zerkleinerung resultierenden Nanostäbchen, wird gemäß einer möglichen Methode auf Basis elektronenmikroskopischer Aufnahmen, insbesondere Rasterelektronenmikroskopieaufnahmen, bestimmt. Die Rasterelektronenmikroskopieaufnahmen werden im Hinblick auf den mittleren Durchmesser und/oder die mittlere Länge mittels eines Bildbearbeitungsprogramms ausgewertet. Aus mittels des Bildbearbeitungsprogramms gewonnenen Daten wird anschließend durch einen Algorithmus der mittlere Durchmesser bzw. die mittlere Länge erhalten.The average diameter of the nanofibers or the nanorods resulting after comminution and an average length of the nanorods resulting after comminution are determined according to a possible method based on electron micrographs, in particular scanning electron microscopy images. The scanning electron microscopy images are evaluated with regard to the average diameter and/or the average length using an image processing program. The average diameter or the average length is then obtained using an algorithm from data obtained using the image processing program.

Der mittlere Durchmesser und/oder die mittlere Länge sind insbesondere als arithmetisches Mittel angegeben.The average diameter and/or the average length are given in particular as an arithmetic mean.

Das Nanofasermaterial kann z.B. durch ein Elektrospinning-Verfahren, durch ein Zentrifugal-Spinning-Verfahren oder durch ein Solution-Blow-Spinning-Verfahren bereitgestellt werden. Dies ist in WO 2020/169486 A1 näher beschrieben.The nanofiber material can be provided, for example, by an electrospinning process, by a centrifugal spinning process or by a solution blow spinning process. This is in WO 2020/169486 A1 described in more detail.

Vorzugsweise umfassen die Nanofasern eines oder mehrere der folgenden Materialien: Oxide, vorzugsweise Metalloxide, insbesondere Ceroxid und/oder Übergangsmetalloxide, beispielsweise Titandioxid und/oder Manganoxid, und Polymermaterialen. Bevorzugte Polymermaterialien sind hydrophobe Polymere, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE), Polybenzimidazol (PBI), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyetheretherketon (PEEK), Polyolefine, insbesondere Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP). Diese haben sich gerade im Hinblick auf mechanische Eigenschaften der Elektrolytschicht, die im Zusammenhang mit der Erfindung wichtig sind, als besonders vorteilhafte Materialen für Nanofasern oder Nanostäbchen erwiesen.Preferably, the nanofibers comprise one or more of the following materials: oxides, preferably metal oxides, in particular cerium oxide and/or transition metal oxides, for example titanium dioxide and/or manganese oxide, and polymer materials. Preferred polymer materials are hydrophobic polymers, in particular polytetrafluoroethylene (PTFE), polybenzimidazole (PBI), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethers therketone (PEEK), polyolefins, especially polyethylene (PE) and polypropylene (PP). These have proven to be particularly advantageous materials for nanofibers or nanorods, especially with regard to the mechanical properties of the electrolyte layer, which are important in connection with the invention.

Die Nanofasern oder Nanostäbchen können PBI-basierte Nanofasern oder PBI-basierte Nanostäbchen sein. Damit kann eine hohe mechanische Stabilität einer Elektrolytschicht erreicht werden.The nanofibers or nanorods can be PBI-based nanofibers or PBI-based nanorods. This can achieve a high mechanical stability of an electrolyte layer.

Der Elektrolytauftragungszone kann ein Vernetzungsmittel zugeführt werden. Das Vernetzungsmittel kann zugeführt werden, wenn das elektrolythaltige Mittel mit der beschichteten ersten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht wird.A crosslinking agent can be supplied to the electrolyte application zone. The crosslinking agent may be supplied when the electrolyte-containing agent is brought into contact with the coated first surface of the web.

Beispielsweise kann das elektrolythaltige Mittel ein Vernetzungsmittel enthalten.For example, the electrolyte-containing agent can contain a crosslinking agent.

Die Elektrolytschicht kann eine vernetzte Elektrolytschicht sein. In der vernetzten Elektrolytschicht können lonomer-Einheiten kovalent verbrückt sein.The electrolyte layer can be a cross-linked electrolyte layer. Ionomer units can be covalently bridged in the crosslinked electrolyte layer.

Die Vernetzung kann zur Erhöhung der mechanischen Stabilität und/oder zur Erhöhung einer Protonenleitfähigkeit bzw. Anionenleitfähigkeit hilfreich sein.The crosslinking can be helpful for increasing mechanical stability and/or for increasing proton conductivity or anion conductivity.

In der vernetzten Elektrolytschicht können Nanofasern oder Nanostäbchen kovalent verbrückt sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass Moleküle von unterschiedlichen Nanostäbchen innerhalb der Kompositschicht eine Bindung miteinander eingehen und die jeweiligen Nanostäbchen so vernetzt werden.Nanofibers or nanorods can be covalently bridged in the cross-linked electrolyte layer. For example, it can be provided that molecules of different nanorods bond with one another within the composite layer and the respective nanorods are thus networked.

Eine Vernetzung von PBI-basierten Nanostäbchen kann beispielsweise durch thermische Methoden oder chemische Methoden, beispielsweise durch eine Reaktion mit einer Base, stattfinden.Cross-linking of PBI-based nanorods can be achieved, for example, by thermal methods or chemical methods, for example by a reaction with a base.

Es werden vorzugsweise eines oder mehrere Vernetzungsmittel eingesetzt, welche Kontaktstellen zweier Nanostäbchen miteinander verbinden. Die Vernetzung kann nach Reaktionen verlaufen, die in WO 2020/169486 A1 angegeben sind.One or more crosslinking agents are preferably used, which connect contact points of two nanorods to one another. The networking can proceed by reactions that occur in WO 2020/169486 A1 are specified.

Als Vernetzungsmittel für die Vernetzung von PBI-basierten Nanostäbchen eignen sich beispielsweise Dialdehyde, insbesondere Glutaraldehyd, Dichlorverbindungen oder Dibromverbindungen, insbesondere (α,α'-)Dibrom-para-Xylol oder Diiodverbindungen, insbesondere Diiodoktan.Suitable crosslinking agents for the crosslinking of PBI-based nanorods are, for example, dialdehydes, in particular glutaraldehyde, dichlorine compounds or dibromine compounds, in particular (α,α'-)dibromo-para-xylene, or diiodine compounds, in particular diiodoctane.

Es ist möglich, die Bahn in eine Elektrolytvorauftragungszone zu führen, die der Elektrolytauftragungszone vorgelagert ist. Bevorzugt wird in der Elektrolytvorauftragungszone ein faserfreies elektrolythaltiges Mittel, z.B. ein faserfreies ionomerhaltiges Mittel, zur Herstellung einer Elektrolytoberflächenschicht mit der beschichteten ersten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht.It is possible to guide the web into an electrolyte pre-application zone, which is upstream of the electrolyte application zone. Preferably, in the electrolyte pre-application zone, a fiber-free electrolyte-containing agent, for example a fiber-free ionomer-containing agent, is brought into contact with the coated first surface of the web to produce an electrolyte surface layer.

Es ist alternativ oder zusätzlich möglich, die Bahn in eine Elektrolytnachauftragungszone zu führen, die der Elektrolytauftragungszone nachgelagert ist. Bevorzugt wird in der Elektrolytnachauftragungszone ein faserfreies elektrolythaltiges Mittel, z.B. ein faserfreies ionomerhaltiges Mittel, zur Herstellung einer Elektrolytoberflächenschicht mit der beschichteten ersten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht.Alternatively or additionally, it is possible to guide the web into an electrolyte post-application zone, which is downstream of the electrolyte application zone. Preferably, in the electrolyte post-application zone, a fiber-free electrolyte-containing agent, for example a fiber-free ionomer-containing agent, is brought into contact with the coated first surface of the web to produce an electrolyte surface layer.

Das im Zusammenhang mit der Elektrolytvorauftragungszone und der Elektrolytnachauftragungszone genannte, faserfreie elektrolythaltige Mittel, enthält bevorzugt weder die hierin beschriebenen Nanofasern, noch die hierin beschriebenen Nanostäbchen.The fiber-free electrolyte-containing agent mentioned in connection with the electrolyte pre-application zone and the electrolyte post-application zone preferably contains neither the nanofibers described herein nor the nanorods described herein.

An einer der ersten Elektrodenschicht zugewandten Oberfläche der Elektrolytschicht, bevorzugt der faserverstärkten Elektrolytschicht, kann eine Elektrolytoberflächenschicht vorliegen. Die Elektrolytoberflächenschicht ist bevorzugt nicht faserverstärkt.An electrolyte surface layer may be present on a surface of the electrolyte layer facing the first electrode layer, preferably the fiber-reinforced electrolyte layer. The electrolyte surface layer is preferably not fiber-reinforced.

An einer von der ersten Elektrodenschicht abgewandten Oberfläche der Elektrolytschicht, bevorzugt der faserverstärkten Elektrolytschicht, kann eine Elektrolytoberflächenschicht vorliegen. Die Elektrolytoberflächenschicht ist bevorzugt nicht faserverstärkt.An electrolyte surface layer can be present on a surface of the electrolyte layer facing away from the first electrode layer, preferably the fiber-reinforced electrolyte layer. The electrolyte surface layer is preferably not fiber-reinforced.

Die Dicke einer Elektrolytoberflächenschicht kann je bevorzugt im Bereich von 5 bis 200 % der Dicke der Elektrolytschicht liegen, z.B. im Bereich von 10 bis 100 % der Dicke der Elektrolytschicht.The thickness of an electrolyte surface layer can preferably be in the range from 5 to 200% of the thickness of the electrolyte layer, for example in the range from 10 to 100% of the thickness of the electrolyte layer.

Die Dicke einer Elektrolytoberflächenschicht kann bevorzugt je 1 bis 10 µm, z.B. 2 bis 5 µm, betragen.The thickness of an electrolyte surface layer can preferably be 1 to 10 µm, e.g. 2 to 5 µm.

Die Dicke der Elektrolytschicht kann bevorzugt 3 bis 40 µm, z.B. 5 bis 15 µm, betragen.The thickness of the electrolyte layer can preferably be 3 to 40 µm, e.g. 5 to 15 µm.

Die Bahn kann in eine zweite Elektrodenauftragungszone geführt werden, die der Elektrolytauftragungszone nachgelagert ist und, wenn vorhanden, auch der Elektrolytnachauftragungszone nachgelagert ist. Bevorzugt wird in der zweiten Elektrodenauftragungszone ein zweites Elektrodenbildungsmittel zur Herstellung einer zweiten Elektrodenschicht mit der beschichteten ersten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht.The web can be guided into a second electrode application zone, which is downstream of the electrolyte application zone and, if present, also downstream of the electrolyte post-application zone. Preferably, in the second electrode application zone, a second electrode forming agent is brought into contact with the coated first surface of the web to produce a second electrode layer.

Dabei wird das Elektrodenbildungsmittel bevorzugt erst an der beschichteten ersten Oberfläche der Bahn in die zweite Elektrodenschicht überführt.The electrode forming agent is preferably only transferred into the second electrode layer on the coated first surface of the web.

Das zweite Elektrodenbildungsmittel ist in dem Moment, in dem es mit der beschichteten ersten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht wird, im Allgemeinen keine präformierte Elektrodenschicht.The second electrode forming means is generally not a preformed electrode layer at the moment it is brought into contact with the coated first surface of the web.

Das zweite Elektrodenbildungsmittel ist typischerweise eine Zusammensetzung, die einen zur Elektrodenbildung geeigneten Katalysator oder Katalysatorvorläufer enthält.The second electrode forming agent is typically a composition containing a catalyst or catalyst precursor suitable for electrode formation.

Die Zusammensetzung kann z.B. ein Fluid oder eine Partikelzusammensetzung sein. Auf geeignete Fluide und Zusammensetzungen wurde schon oben im Zusammenhang mit dem ersten Elektrodenbildungsmittel verwiesen.The composition can be, for example, a fluid or a particulate composition. Suitable fluids and compositions have already been referred to above in connection with the first electrode formation agent.

Das zweite Elektrodenbildungsmittel kann z.B. eine Katalysatortinte sein.The second electrode forming agent may be, for example, a catalyst ink.

Als zweite Elektrodenauftragungszone wird in Zusammenhang mit der Erfindung der Bereich, z.B. Anlagenbereich, verstanden, in dem das zweite Elektrodenbildungsmittel mit einer zweiten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht wird.In connection with the invention, the second electrode application zone is understood to be the area, for example the system area, in which the second electrode formation agent is brought into contact with a second surface of the web.

Das zweite Elektrodenbildungsmittel wird zur Herstellung der zweiten Elektrodenschicht mit der ersten beschichteten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht. Dabei wird das zweite Elektrodenbildungsmittel bevorzugt auf die erste beschichtete Oberfläche der Bahn aufgebracht. Das Aufbringen des Elektrodenbildungsmittels erfolgt vorzugsweise durch eine oder mehrere der folgenden bekannten Methoden: Dropcasting, Druckbeschichtungsverfahren, insbesondere Doctor-Blading, Siebdruck, Schlitzdruck, Gravurdruck, Inkjetdruck, und Sprühbeschichtungsverfahren.The second electrode forming agent is brought into contact with the first coated surface of the web to produce the second electrode layer. The second electrode formation agent is preferably applied to the first coated surface of the web. The electrode forming agent is preferably applied by one or more of the following known methods: dropcasting, print coating processes, in particular doctor blading, screen printing, slot printing, gravure printing, inkjet printing, and spray coating processes.

Die zweite Elektrodenauftragungszone kann eine Kathodenauftragungszone sein, das zweite Elektrodenbildungsmittel kann ein Kathodenbildungsmittel, z.B. eine Kathodenkatalysatortinte, sein und die zweite Elektrodenschicht kann eine Kathodenschicht sein.The second electrode deposition zone may be a cathode deposition zone, the second electrode forming agent may be a cathode forming agent such as a cathode catalyst ink, and the second electrode layer may be a cathode layer.

Es kann bevorzugt sein, in der zweiten Elektrodenauftragungszone eine dickere Elektrodenschicht auszubilden als in der ersten Elektrodenauftragungszone.It may be preferred to form a thicker electrode layer in the second electrode application zone than in the first electrode application zone.

Typischerweise werden die beiden Halbreaktionen einer Brennstoffzelle von verschiedenen Katalysatoren begünstigt.Typically, the two half-reactions of a fuel cell are promoted by different catalysts.

Das erste Elektrodenbildungsmittel kann sich vom zweiten Elektrodenbildungsmittel vorzugsweise unterscheiden. Dadurch lässt sich eine Optimierung der beiden Elektrodenschichten auf die jeweilige Halbreaktion erreichen.The first electrode forming means may preferably be different from the second electrode forming means. This makes it possible to optimize the two electrode layers for the respective half-reaction.

Bevorzugt unterscheidet sich die erste Elektrodenschicht von der zweiten Elektrodenschicht.The first electrode layer preferably differs from the second electrode layer.

Der Schichtverbund kann in einer Aufrollzone aufgerollt werden.The layered composite can be rolled up in a roll-up zone.

Die Aufrollzone kann bevorzugt allen anderen Zonen nachgelagert sein.The roll-up zone can preferably be downstream of all other zones.

Das Verfahren kann ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren sein kann.The process can be a roll-to-roll process.

In Rolle-zu-Rolle-Verfahren wird typischerweise zur Beschichtung einer Oberfläche ein flexibles Folienmaterial von einer Rolle abgewickelt und nach der Behandlung erneut zur Zwischenlagerung aufgewickelt. Im Zusammenhang mit der Erfindung tritt an die Stelle des flexiblen Folienmaterials eine Bahn gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats.In roll-to-roll processes, a flexible film material is typically unwound from a roll to coat a surface and then wound up again for interim storage after treatment. In connection with the invention, the flexible film material is replaced by a web of gas-permeable, electrically conductive substrate.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtverbunds in Form eines MEA-Schichtverbunds sein, wobei auf die beschichtete erste Oberfläche der Bahn eine zweite Bahn, die ein zweites gasdurchlässiges, elektrisch leitfähiges Substrat umfasst, so aufgebracht wird, dass eine Bahn eines MEA-Schichtverbunds erhalten wird, wobei der MEA-Schichtverbund umfasst:

• - zwei Schichten gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats,
• - eine zwischen den beiden Schichten angeordnete Elektrolytschicht und
• - zwei Elektrodenschichten,

wobei eine der Elektrodenschichten zwischen der einen Schicht gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats und der Elektrolytschicht und die andere Elektrodenschicht zwischen der anderen Schicht gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats und der Elektrolytschicht angeordnet ist.The method according to the invention can be a method for producing a layered composite in the form of an MEA layered composite, wherein a second sheet, which comprises a second gas-permeable, electrically conductive substrate, is applied to the coated first surface of the sheet in such a way that a sheet of an MEA layer is applied. Layer composite is obtained, the MEA layer composite comprising:

• - two layers of gas-permeable, electrically conductive substrate,
• - an electrolyte layer arranged between the two layers and
• - two electrode layers,

wherein one of the electrode layers is arranged between the one layer of gas-permeable, electrically conductive substrate and the electrolyte layer and the other electrode layer is arranged between the other layer of gas-permeable, electrically conductive substrate and the electrolyte layer.

Bei dem Verfahren zur Herstellung des Schichtverbunds in Form des MEA-Schichtverbunds ist es möglich,

• - dass die beiden Elektrodenschichten und die Elektrolytschicht an einer Oberfläche einer Bahn vorausgebildet sind, oder
• - dass eine der Elektrodenschichten und die Elektrolytschicht an einer Oberfläche einer Bahn und die andere Elektrodenschicht an einer Oberfläche der anderen Bahn vorausgebildet sind,

und der MEA-Schichtverbund durch das Aufbringen erhalten wird.In the process for producing the layered composite in the form of the MEA layered composite, it is possible

• - that the two electrode layers and the electrolyte layer are preformed on a surface of a web, or
• - that one of the electrode layers and the electrolyte layer are preformed on a surface of a track and the other electrode layer on a surface of the other track,

and the MEA layer composite is obtained through the application.

Es kann besonders vorteilhaft sein, wenn im erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Schichtverbunds, insbesondere im erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des MEA-Schichtverbunds, zusätzlich zu der Bahn des gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats, eine weitere Bahn eines gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats zugeführt wird.It can be particularly advantageous if, in the method according to the invention for producing the layered composite, in particular in the method according to the invention for producing the MEA layered composite, in addition to the web of the gas-permeable, electrically conductive substrate, a further web of a gas-permeable, electrically conductive substrate is supplied.

Es kann von einer Rolle die eine Bahn bereitgestellt und von einer zweiten Rolle die zweite Bahn bereitgestellt werden. Aus beiden Bahnen kann bevorzugt der MEA-Schichtverbund hergestellt werden.One roll can provide one lane and a second roll can provide the second lane. The MEA layer composite can preferably be produced from both sheets.

Der MEA-Schichtverbund kann in einer Vereinzelungszone zu elektrochemischen Einheiten vereinzelt werden.The MEA layer composite can be separated into electrochemical units in a separation zone.

Die Erfindung ist auch im Hinblick auf den Ursprung der zweiten Bahn nicht beschränkt. Die Bahn kann z.B. aus einer zweiten Abrollzone von einer zweiten Rolle bereitgestellt werden.The invention is also not limited with regard to the origin of the second path. The web can, for example, be provided from a second roll-off zone by a second roller.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren kann ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Einheit sein, umfassend das Verfahren zur Herstellung des Schichtverbunds, insbesondere des MEA-Schichtverbunds, wobei der Schichtverbund, insbesondere der MEA-Schichtverbund, in einer Vereinzelungszone zu elektrochemischen Einheiten vereinzelt wird.A further method according to the invention can be a method for producing an electrochemical unit, comprising the method for producing the layer composite, in particular the MEA layer composite, wherein the layer composite, in particular the MEA layer composite, is separated into electrochemical units in a separation zone.

Die Vereinzelungszone ist typischerweise allen anderen Zonen nachgelagert.The isolation zone is typically downstream of all other zones.

Das heißt, dass das Verfahren ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtverbunds für eine elektrochemische Einheit, insbesondere eines MEA-Schichtverbunds für eine elektrochemische Einheit, mit anschließendem Vereinzeln sein kann.This means that the method can be a method for producing a layer composite for an electrochemical unit, in particular an MEA layer composite for an electrochemical unit, with subsequent separation.

Das Vereinzeln kann ein Schneiden des Schichtverbunds, z.B. des MEA-Schichtverbunds, umfassen. Dabei kann der Schichtverbund zu elektrochemischen Einheiten, z.B. zu MEA-Einheiten, zugeschnitten werden.The separation can include cutting the layer composite, e.g. the MEA layer composite. The layer composite can be cut into electrochemical units, e.g. MEA units.

Das Vereinzeln kann bevorzugt ohne vorheriges Aufrollen des Schichtverbunds, insbesondere ohne vorheriges Aufrollen des MEA-Schichtverbunds, erfolgen.The separation can preferably take place without previously rolling up the layered composite, in particular without previously rolling up the MEA layered composite.

Eine direkte Vereinzelung bietet sich insbesondere an, wenn eine der Schichten des Schichtverbunds so ausgebildet ist, dass sie bei einem erneuten Aufrollen beschädigt werden könnte.Direct separation is particularly suitable if one of the layers of the layered composite is designed in such a way that it could be damaged if it is rolled up again.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch einen Schichtverbund für eine elektrochemische Einheit gelöst, umfassend

• - eine Bahn eines gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats und
• - eine Elektrodenschicht an einer ersten Oberfläche der Bahn,

wobei der Schichtverbund mindestens eines der nachfolgenden Merkmale aufweist, bevorzugt mindestens zwei dieser Merkmale aufweist, besonders bevorzugt all diese Merkmale aufweist:

• - eine Biegesteifigkeit im Bereich von 500 bis 12000 MPa, z.B. 1500 bis 6000 MPa,
• - eine Zugfestigkeit von mindestens 50 N, z.B. mindestens 70 N,
• - eine Weiterreißfestigkeit von mindestens 0,8 N, z.B. mindestens 2,5 N.

According to the invention, the object is also achieved by a layered composite for an electrochemical unit, comprising

• - a web of a gas-permeable, electrically conductive substrate and
• - an electrode layer on a first surface of the web,

wherein the layer composite has at least one of the following features, preferably has at least two of these features, particularly preferably has all of these features:

• - a bending stiffness in the range from 500 to 12,000 MPa, e.g. 1,500 to 6,000 MPa,
• - a tensile strength of at least 50 N, e.g. at least 70 N,
• - a tear strength of at least 0.8 N, e.g. at least 2.5 N.

Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Schichtverbund genannte „Elektrodenschicht“ an der ersten Oberfläche der Bahn wird hierin auch als „erste Elektrodenschicht“ bezeichnet.The “electrode layer” on the first surface of the web mentioned in connection with the layer composite according to the invention is also referred to herein as the “first electrode layer”.

Der Schichtverbund kann ein oder mehrere weitere Schichten umfassen.The layer composite may comprise one or more additional layers.

Der Schichtverbund kann z.B. umfassen

• - eine Elektrolytschicht, wobei die erste Elektrodenschicht zwischen der Elektrolytschicht und der ersten Oberfläche der Bahn angeordnet ist,
• - eine zweite Elektrodenschicht, wobei die Elektrolytschicht zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenschicht angeordnet ist.

The layer composite can include, for example,

• - an electrolyte layer, wherein the first electrode layer is arranged between the electrolyte layer and the first surface of the web,
• - a second electrode layer, wherein the electrolyte layer is arranged between the first and the second electrode layer.

Insbesondere wenn der Schichtverbund nur eine Bahn des gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats umfasst, weist der Schichtverbund mindestens eines der nachfolgenden Merkmale aufweist, bevorzugt mindestens zwei dieser Merkmale aufweist, besonders bevorzugt all diese Merkmale aufweist:

• - eine Biegesteifigkeit im Bereich von 500 bis 12000 MPa, z.B. 1500 bis 6000 MPa,
• - eine Zugfestigkeit von mindestens 50 N, z.B. mindestens 70 N,
• - eine Weiterreißfestigkeit von mindestens 0,8 N, z.B. mindestens 2,5 N.

In particular, if the layered composite comprises only one web of the gas-permeable, electrically conductive substrate, the layered composite has at least one of the following features, preferably has at least two of these features, particularly preferably has all of these features:

• - a bending stiffness in the range from 500 to 12,000 MPa, e.g. 1,500 to 6,000 MPa,
• - a tensile strength of at least 50 N, e.g. at least 70 N,
• - a tear strength of at least 0.8 N, e.g. at least 2.5 N.

Insbesondere wenn der Schichtverbund ein MEA-Schichtverbund ist, können die Biegesteifigkeit, die Zugfestigkeit und/oder die Weiterreißfestigkeit auch andere Werte annehmen als hierin angegeben.In particular if the layer composite is an MEA layer composite, the flexural rigidity, tensile strength and/or tear resistance can also assume values other than those specified here.

Sämtliche Merkmale und Eigenschaften, die im Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Verfahren für den Schichtverbund oder eine Schicht eines Schichtverbunds beschrieben wurden, können selbstverständlich auch Merkmale oder Eigenschaften des erfindungsgemäßen Schichtverbunds sein.All features and properties that have been described in connection with a method according to the invention for the layered composite or a layer of a layered composite can of course also be features or properties of the layered composite according to the invention.

Beispielsweise kann der arithmetische Mittenrauwert Ra einer zweiten Oberfläche der Bahn mindestens 0,3 µm, z.B. mindestens 1 µm, betragen.For example, the arithmetic mean roughness Ra of a second surface of the web can be at least 0.3 µm, e.g. at least 1 µm.

Der Schichtverbund kann z.B. die erste Elektrodenschicht an einer MPL umfassen, welche die Bahn an deren erster Oberfläche aufweist.The layer composite can, for example, comprise the first electrode layer on an MPL, which has the track on its first surface.

Auch der Schichtverbund kann orthogonal zu einer Mittelebene des Schichtverbunds eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 0,03 W/(mK), z.B. mindestens 0,1 W/(mK), aufweisen.The layered composite can also have a thermal conductivity of at least 0.03 W/(mK), for example at least 0.1 W/(mK), orthogonally to a central plane of the layered composite.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch einen Schichtverbund für eine elektrochemische Einheit gelöst, wobei der Schichtverbund nach einem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist.According to the invention, the object is also achieved by a layered composite for an electrochemical unit, the layered composite being obtainable using a method according to the invention.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch eine elektrochemische Einheit gelöst, umfassend:

• - eine Lage eines gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats und
• - eine Elektrodenschicht an einer ersten Oberfläche der Lage,

wobei die elektrochemische Einheit mindestens eines der nachfolgenden Merkmale aufweist, bevorzugt mindestens zwei dieser Merkmale aufweist, besonders bevorzugt all diese Merkmale aufweist:

• - eine Biegesteifigkeit im Bereich von 500 bis 12000 MPa, z.B. 1500 bis 6000 MPa,
• - eine Zugfestigkeit von mindestens 50 N, z.B. mindestens 70 N,
• - eine Weiterreißfestigkeit von mindestens 0,8 N, z.B. mindestens 2,5 N.

According to the invention, the object is also achieved by an electrochemical unit comprising:

• - a layer of a gas-permeable, electrically conductive substrate and
• - an electrode layer on a first surface of the layer,

wherein the electrochemical unit has at least one of the following features, preferably has at least two of these features, particularly preferably has all of these features:

• - a bending stiffness in the range from 500 to 12,000 MPa, e.g. 1,500 to 6,000 MPa,
• - a tensile strength of at least 50 N, e.g. at least 70 N,
• - a tear strength of at least 0.8 N, e.g. at least 2.5 N.

Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen elektrochemischen Einheit genannte „Elektrodenschicht“ an der ersten Oberfläche der Lage wird hierin auch als „erste Elektrodenschicht“ bezeichnet.The “electrode layer” mentioned in connection with the electrochemical unit according to the invention on the first surface of the layer is also referred to herein as the “first electrode layer”.

Wie oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren schon erwähnt, kann eine solche elektrochemische Einheit z.B. dadurch erhalten werden, dass der Schichtverbund vereinzelt wird. Dabei kann der Schichtverbund zu elektrochemischen Einheiten zugeschnitten werden.As already mentioned above in connection with the method according to the invention, such an electrochemical unit can be obtained, for example, by separating the layer composite. The layer composite can then be cut to size to form electrochemical units.

Die Lage des gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats kann also ein Zuschnitt der Bahn des gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats sein. Die Lage des gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats entspricht einer Gasdiffusionsschicht oder einer Gasdiffusionslage (GDL). Vom Stand der Technik kann sich die elektrochemische Einheit also z.B. durch die Biegesteifigkeit, Zugfestigkeit und/oder Weiterreißfestigkeit unterscheiden, die ein aus dem Stand der Technik bekannter Schichtverbund mit bekannter Gasdiffusionslage so nicht aufweist.The layer of the gas-permeable, electrically conductive substrate can therefore be a cut of the web of the gas-permeable, electrically conductive substrate. The position of the gas-permeable, electrically conductive substrate corresponds to a gas diffusion layer or a gas diffusion layer (GDL). The electrochemical unit can therefore differ from the prior art, for example in terms of its flexural rigidity, tensile strength and/or tear resistance, which a layered composite with a known gas diffusion layer known from the prior art does not have.

In einer Ausführungsform kann die elektrochemische Einheit also aus der Lage und einer Elektrodenschicht an der ersten Oberfläche der Lage bestehen. Die elektrochemische Einheit kann ein oder mehrere weitere Schichten umfassen.In one embodiment, the electrochemical unit can therefore consist of the layer and an electrode layer on the first surface of the layer. The electrochemical unit can comprise one or more further layers.

Die elektrochemische Einheit kann z.B. umfassen

• - eine Elektrolytschicht, wobei die erste Elektrodenschicht zwischen der Elektrolytschicht und der ersten Oberfläche der Lage angeordnet ist,
• - eine zweite Elektrodenschicht, wobei die Elektrolytschicht zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenschicht angeordnet ist.

The electrochemical unit can include, for example

• - an electrolyte layer, the first electrode layer being arranged between the electrolyte layer and the first surface of the layer,
• - a second electrode layer, the electrolyte layer being arranged between the first and second electrode layers.

Sämtliche Merkmale und Eigenschaften, die im Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Verfahren für den Schichtverbund oder eine Schicht eines Schichtverbunds beschrieben wurden, können selbstverständlich auch Merkmale oder Eigenschaften der erfindungsgemäßen elektrochemischen Einheit sein.All features and properties that have been described in connection with a method according to the invention for the layer composite or a layer of a layer composite can of course also be features or properties of the electrochemical unit according to the invention.

Beispielsweise kann der arithmetische Mittenrauwert Ra einer zweiten Oberfläche der Lage mindestens 0,3 µm, z.B. mindestens 1 µm, betragen.For example, the arithmetic average roughness Ra of a second surface of the layer can be at least 0.3 μm, for example at least 1 μm.

Die elektrochemische Einheit kann z.B. die erste Elektrodenschicht an einer mikroporösen Schicht umfassen, welche die Lage an deren erster Oberfläche aufweist.The electrochemical unit can, for example, comprise the first electrode layer on a microporous layer which has the layer on its first surface.

Auch die elektrochemische Einheit kann orthogonal zu einer Mittelebene der elektrochemischen Einheit eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 0,03 W/(mK), z.B. mindestens 0,1 W/(mK), aufweisen.The electrochemical unit can also have a thermal conductivity of at least 0.03 W/(mK), for example at least 0.1 W/(mK), orthogonally to a central plane of the electrochemical unit.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch eine elektrochemische Einheit gelöst, wobei die elektrochemische Einheit nach einem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist.According to the invention, the object is also achieved by an electrochemical unit, the electrochemical unit being obtainable by a method according to the invention.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch die Verwendung einer Bahn eines gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats zur Herstellung eines Schichtverbunds oder einer elektrochemischen Einheit gelöst, wobei die Bahn mindestens eines der nachfolgenden Merkmale aufweist, bevorzugt mindestens zwei dieser Merkmale aufweist, besonders bevorzugt all diese Merkmale aufweist:

• - eine Biegesteifigkeit im Bereich von 500 bis 12000 MPa, z.B. 1500 bis 6000 MPa,
• - eine Zugfestigkeit von mindestens 50 N, z.B. mindestens 70 N,
• - eine Weiterreißfestigkeit von mindestens 0,8 N, z.B. mindestens 2,5 N.

The object is also achieved according to the invention by using a web of a gas-permeable, electrically conductive substrate for producing a layered composite or an electrochemical unit, the web having at least one of the following features, preferably having at least two of these features, particularly preferably having all of these features:

• - a bending stiffness in the range from 500 to 12,000 MPa, e.g. 1,500 to 6,000 MPa,
• - a tensile strength of at least 50 N, e.g. at least 70 N,
• - a tear strength of at least 0.8 N, e.g. at least 2.5 N.

Sämtliche Merkmale und Eigenschaften, die im Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Verfahren für die Bahn des gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats beschrieben wurden, können selbstverständlich auch Merkmale oder Eigenschaften der erfindungsgemäß verwendeten Bahn sein.All features and properties that have been described in connection with a method according to the invention for the web of the gas-permeable, electrically conductive substrate can of course also be features or properties of the web used according to the invention.

Die Verwendung kann insbesondere eine Verwendung der Bahn zur kontinuierlichen Herstellung eines Schichtverbunds mit sukzessiver Auftragung mehrerer Aktivschichten sein, wobei die Aktivschichten mindestens eine hierin beschriebene Elektrodenschicht, z.B. Anodenschicht, und eine Elektrolytschicht, z.B. lonomermembran, umfassen.The use can in particular be a use of the web for the continuous production of a layer composite with successive application of several active layers, wherein the active layers at least one electrode layer described herein, e.g. anode layer, and an electrolyte layer, e.g. ionomer membrane.

Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels:Further preferred features and/or advantages of the invention are the subject of the following exemplary embodiment:

Beispiel:Example:

Als besonders gut geeignet für das erfindungsgemäße Verfahren erwies sich eine Bahn einer Carbonfasern enthaltenden GDL. Die Bahn wies folgende Eigenschaften auf: 3-Punkt-Biegesteifigkeit in Bahnrichtung: 1900 MPa Zugfestigkeit: >10 N/cm (entspricht >50 N) Porosität des Vlieses: 72 % Thermische Leitfähigkeit: 0,2 W/(mK) Porengrößenverteilung: 70 nm bis 80 µm Dickentoleranz im verpressten Zustand: +/-10 µm Größte Substrat-Poren: 80 µm Größte MPL-Poren: 5 µm MPL Rauheit: Rz = 15µm Dicke MPL: 30 µm Weiterreißfestigkeit: >2,5 N Unverpresste Dicke: 190µm Kontaktwinkel mit Wasser: MPL 142° Substrat 140° A web of GDL containing carbon fibers proved to be particularly suitable for the process according to the invention. The railway had the following characteristics: 3-point bending stiffness in web direction: 1900MPa Tensile strenght: >10 N/cm (corresponds to >50 N) Porosity of the fleece: 72% Thermal conductivity: 0.2W/(mK) Pore size distribution: 70 nm to 80 µm Thickness tolerance in the pressed state: +/-10 µm Largest substrate pores: 80 µm Largest MPL pores: 5 µm MPL roughness: Rz = 15µm Thickness MPL: 30 µm Tear resistance: >2.5N Uncompressed thickness: 190µm Contact angle with water: MPL 142° Substrate 140°

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• EP 1387423 A1 [0005, 0058]EP 1387423 A1 [0005, 0058]
• DE 102016105766 A1 [0006]DE 102016105766 A1 [0006]
• DE 112004002679 T5 [0007]DE 112004002679 T5 [0007]
• US 2013/0126072 A1 [0008, 0058]US 2013/0126072 A1 [0008, 0058]
• EP 2124275 A1 [0009]EP 2124275 A1 [0009]
• WO 2020/169486 A1 [0010, 0124, 0125, 0126, 0134, 0143]WO 2020/169486 A1 [0010, 0124, 0125, 0126, 0134, 0143]
• EP 3256515 B1 [0011, 0108]EP 3256515 B1 [0011, 0108]
• EP 2774203 A1 [0012, 0058]EP 2774203 A1 [0012, 0058]
• EP 3142178 A1 [0013]EP 3142178 A1 [0013]
• EP 2124275 B1 [0059]EP 2124275 B1 [0059]
• EP 2774203 B1 [0108]EP 2774203 B1 [0108]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

• DIN EN ISO 4287 [0065, 0079, 0084, 0085]DIN EN ISO 4287 [0065, 0079, 0084, 0085]
• DIN ISO 15901-1 [0083]DIN ISO 15901-1 [0083]

Claims (16)

Verfahren zur Herstellung eines Schichtverbunds für eine elektrochemische Einheit, wobei eine Bahn eines gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats - in eine Elektrodenauftragungszone geführt wird, in der ein Elektrodenbildungsmittel, z.B. eine Katalysatortinte, zur Herstellung einer Elektrodenschicht mit einer ersten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht wird, wobei die Bahn, die in die Elektrodenauftragungszone geführt wird, mindestens eines der nachfolgenden Merkmale aufweist, bevorzugt mindestens zwei dieser Merkmale aufweist, besonders bevorzugt all diese Merkmale aufweist: - eine Biegesteifigkeit im Bereich von 500 bis 12000 MPa, z.B. 1500 bis 6000 MPa, - eine Zugfestigkeit von mindestens 50 N, z.B. mindestens 70 N, - eine Weiterreißfestigkeit von mindestens 0,8 N, z.B. mindestens 2,5 N.Method for producing a layer composite for an electrochemical unit, wherein a web of a gas-permeable, electrically conductive substrate - is guided into an electrode application zone in which an electrode forming agent, for example a catalyst ink, is brought into contact with a first surface of the web to produce an electrode layer, the web being guided into the electrode application zone having at least one of the following features, preferably has at least two of these features, particularly preferably all of these features: - a bending stiffness in the range from 500 to 12,000 MPa, e.g. 1,500 to 6,000 MPa, - a tensile strength of at least 50 N, e.g. at least 70 N, - a tear strength of at least 0.8 N, e.g. at least 2.5 N. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bahn, die in die Elektrodenauftragungszone geführt wird, an der ersten Oberfläche eine geringere mittlere Porengröße aufweist als an der zweiten Oberfläche.Procedure according to Claim 1 , wherein the web that is guided into the electrode application zone has a smaller average pore size on the first surface than on the second surface. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bahn, die in die Elektrodenauftragungszone geführt wird, an der ersten Oberfläche eine mikroporöse Schicht aufweist.Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein the web that is guided into the electrode application zone has a microporous layer on the first surface. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bahn, die in die Elektrodenauftragungszone geführt wird, an der ersten Oberfläche eine geringere Oberflächenrauigkeit aufweist als an der zweiten Oberfläche.A method according to any one of the preceding claims, wherein the web fed into the electrode application zone has a lower surface roughness on the first surface than on the second surface. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mittlere Rautiefe Rz der ersten Oberfläche der Bahn, die in die Elektrodenauftragungszone geführt wird, höchstens 60 µm, insbesondere höchstens 30 µm, bevorzugt höchstens 10 µm, z.B. höchstens 5 µm beträgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the average roughness depth Rz of the first surface of the web which is guided into the electrode application zone is at most 60 µm, in particular at most 30 µm, preferably at most 10 µm, for example at most 5 µm. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrodenauftragungszone eine Anodenauftragungszone ist, das Elektrodenbildungsmittel ein Anodenbildungsmittel, z.B. eine Anodenkatalysatortinte, ist und die Elektrodenschicht eine Anodenschicht ist.A method according to any preceding claim, wherein the electrode deposition zone is an anode deposition zone, the electrode forming agent is an anode forming agent, e.g. an anode catalyst ink, and the electrode layer is an anode layer. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bahn - in eine Elektrolytauftragungszone geführt wird, die der Elektrodenauftragungszone nachgelagert ist, wobei in der Elektrolytauftragungszone ein elektrolythaltiges Mittel zur Herstellung einer Elektrolytschicht mit der beschichteten ersten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht wird, wobei das elektrolythaltige Mittel ein Verstärkungsmittel enthalten kann, z.B. dispergierte Fasern, und die in der Elektrolytauftragungszone hergestellte Elektrolytschicht verstärkt, z.B. faserverstärkt, ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the web - is guided into an electrolyte application zone which is downstream of the electrode application zone, wherein in the electrolyte application zone an electrolyte-containing agent for producing an electrolyte layer is brought into contact with the coated first surface of the web, the electrolyte-containing agent being able to contain a reinforcing agent, for example dispersed fibers, and the electrolyte layer produced in the electrolyte application zone is reinforced, for example fiber-reinforced. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Bahn - in eine Elektrolytvorauftragungszone geführt wird, die der Elektrolytauftragungszone vorgelagert ist, wobei in der Elektrolytvorauftragungszone ein faserfreies elektrolythaltiges Mittel zur Herstellung einer Elektrolytoberflächenschicht mit der beschichteten ersten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht wird und/oder - in eine Elektrolytnachauftragungszone geführt wird, die der Elektrolytauftragungszone nachgelagert ist, wobei in der Elektrolytnachauftragungszone ein faserfreies elektrolythaltiges Mittel zur Herstellung einer Elektrolytoberflächenschicht mit der beschichteten ersten Oberfläche der Bahn in Kontakt gebracht wird.Procedure according to Claim 7 , wherein the web - is guided into an electrolyte pre-application zone which is arranged upstream of the electrolyte application zone, wherein in the electrolyte pre-application zone a fiber-free electrolyte-containing agent is brought into contact with the coated first surface of the web for producing an electrolyte surface layer and/or - is guided into an electrolyte post-application zone which is arranged downstream of the electrolyte application zone, wherein in the electrolyte post-application zone a fiber-free electrolyte-containing agent is brought into contact with the coated first surface of the web for producing an electrolyte surface layer. Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Einheit, umfassend das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Schichtverbund in einer Vereinzelungszone zu elektrochemischen Einheiten vereinzelt wird.Method for producing an electrochemical unit, comprising the method according to one of Claims 1 until 8th , whereby the layer composite is separated into electrochemical units in a separation zone. Schichtverbund für eine elektrochemische Einheit, umfassend - eine Bahn eines gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats und - eine Elektrodenschicht an einer ersten Oberfläche der Bahn, wobei der Schichtverbund mindestens eines der nachfolgenden Merkmale aufweist, bevorzugt mindestens zwei dieser Merkmale aufweist, besonders bevorzugt all diese Merkmale aufweist: - eine Biegesteifigkeit im Bereich von 500 bis 12000 MPa, z.B. 1500 bis 6000 MPa, - eine Zugfestigkeit von mindestens 50 N, z.B. mindestens 70 N, - eine Weiterreißfestigkeit von mindestens 0,8 N, z.B. mindestens 2,5 N.Layer composite for an electrochemical unit, comprising - a web of a gas-permeable, electrically conductive substrate and - an electrode layer on a first surface of the web, the layer composite having at least one of the following features, preferably having at least two of these features, particularly preferably having all of these features: - a bending stiffness in the range from 500 to 12,000 MPa, e.g. 1,500 to 6,000 MPa, - a tensile strength of at least 50 N, e.g. at least 70 N, - a tear strength of at least 0.8 N, e.g. at least 2.5 N. Schichtverbund nach Anspruch 10, wobei der arithmetische Mittenrauwert Ra einer zweiten Oberfläche der Bahn mindestens 0,3 µm, z.B. mindestens 1 µm, beträgt.Layer composite according to Claim 10 , where the arithmetic average roughness Ra of a second surface of the web is at least 0.3 µm, for example at least 1 µm. Schichtverbund nach Anspruch 10 oder 11, aufweisend orthogonal zu einer Mittelebene des Schichtverbunds eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 0,03 W/(mK), z.B. mindestens 0,1 W/(mK).Layer composite according to Claim 10 or 11 , having a thermal conductivity of at least 0.03 W/(mK), for example at least 0.1 W/(mK), orthogonally to a central plane of the layer composite. Schichtverbund für eine elektrochemische Einheit, erhältlich nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 8.Layer composite for an electrochemical unit, obtainable by a process Claims 1 until 8th . Elektrochemische Einheit, umfassend: - eine Lage eines gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats und - eine Elektrodenschicht an einer ersten Oberfläche der Lage, wobei die elektrochemische Einheit mindestens eines der nachfolgenden Merkmale aufweist, bevorzugt mindestens zwei dieser Merkmale aufweist, besonders bevorzugt all diese Merkmale aufweist: - eine Biegesteifigkeit im Bereich von 500 bis 12000 MPa, z.B. 1500 bis 6000 MPa, - eine Zugfestigkeit von mindestens 50 N, z.B. mindestens 70 N, - eine Weiterreißfestigkeit von mindestens 0,8 N, z.B. mindestens 2,5 N.Electrochemical unit comprising: - a layer of a gas-permeable, electrically conductive substrate and - an electrode layer on a first surface of the layer, the electrochemical unit having at least one of the following features, preferably having at least two of these features, particularly preferably having all of these features: - a bending stiffness in the range from 500 to 12,000 MPa, e.g. 1,500 to 6,000 MPa, - a tensile strength of at least 50 N, e.g. at least 70 N, - a tear strength of at least 0.8 N, e.g. at least 2.5 N. Elektrochemische Einheit, erhältlich nach einem Verfahren des Anspruchs 9.Electrochemical unit, obtainable by a process of Claim 9 . Verwendung einer Bahn eines gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Substrats zur Herstellung eines Schichtverbunds oder einer elektrochemischen Einheit, wobei die Bahn mindestens eines der nachfolgenden Merkmale aufweist, bevorzugt mindestens zwei dieser Merkmale aufweist, besonders bevorzugt all diese Merkmale aufweist: - eine Biegesteifigkeit im Bereich von 500 bis 12000 MPa, z.B. 1500 bis 6000 MPa, - eine Zugfestigkeit von mindestens 50 N, z.B. mindestens 70 N, - eine Weiterreißfestigkeit von mindestens 0,8 N, z.B. mindestens 2,5 N.Use of a web of a gas-permeable, electrically conductive substrate for producing a layer composite or an electrochemical unit, the web having at least one of the following features, preferably having at least two of these features, particularly preferably having all of these features: - a bending stiffness in the range from 500 to 12,000 MPa, e.g. 1,500 to 6,000 MPa, - a tensile strength of at least 50 N, e.g. at least 70 N, - a tear strength of at least 0.8 N, e.g. at least 2.5 N.