DE19621752A1

DE19621752A1 - Electrolytic cell having solid polymer electrolyte de-humidifiers e.g. to prevent condensation

Info

Publication number: DE19621752A1
Application number: DE19621752A
Authority: DE
Inventors: Kenro Mitsuda; Hideo Maeda; Shiro Yamauchi; Tetsuo Moriguchi; Masaru Yasuda; Takeaki Hanada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 1997-01-02
Also published as: JPH0971889A; FR2735991A1; CN1143692A; JP3299422B2

Abstract

This electrolytic cell has a solid polymer electrolyte layer (3) and a pair of bases (11, 21) with passages (31, 32) formed in them. These are made of metal plates, and are embedded in front and rear surfaces of the polymer electrolyte layer (3), holding it between them and serving as electrodes (1, 2). They are supplied from an external DC source. Catalyst layers (12, 22), cover outer surfaces of the bases (11, 21) and parts of the polymer (3) in passages (31, 32) through the bases. The catalyst supports electrolytic reactions with outer gas- and/or fluid molecules. Also claimed is the method of making the cell, substantially in the form described.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrolytische funktionelle Ein richtung, die eine Festpolymer-Elektrolytschicht verwendet, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Einrich tung.The invention relates to an electrolytic functional one direction using a solid polymer electrolyte layer, and a method for producing such a device tung.

Fig. 14 zeigt eine Teilschnittansicht zur Erläuterung der Struktur einer elektrolytischen funktionellen Einrichtung, die von Fujita et al erfunden worden ist und in der JP-OS 60-114 325 und der JP-OS 61-216 714 beispielsweise erläutert ist und die bei einer Entfeuchtungseinrichtung oder dergleichen verwendbar ist. Dieser Stand der Technik zeigt ein Anwen dungsbeispiel, bei dem die elektrolytische funktionelle Ein richtung dazu verwendet wird, Wasserdampf in der Atmosphäre zu entfernen. Fig. 14 shows a partial sectional view for explaining the structure of an electrolytic functional device invented by Fujita et al and explained in JP-OS 60-114 325 and JP-OS 61-216 714, for example, and which is used in a dehumidifying device or the like can be used. This prior art shows an application example in which the electrolytic functional device is used to remove water vapor in the atmosphere.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 14 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Anode, 2 ist eine Kathode, 3 ist eine Festpolymer- Elektrolytschicht, 4 ist ein Stromkollektor, 5 ist eine Ent feuchtungskammer, und 6 ist eine externe Gleichstromversor gung. Als Beispiel der praktischen Anwendung ist eine elek trolytische funktionelle Einrichtung, die dazu ausgelegt ist, eine Taukondensation in einer halbdichten elektronischen Ein heit zu verhindern, in der nachstehenden Veröffentlichung be schrieben: Proceedings of the 59th Meeting, Electrochemical Society of Japan, Seite 36 (Yamauchi et al, Lecture No. 3A31, veröffentlicht am 19. März 1992). Die Festpolymer-Elektrolyt schicht 3 wird beispielsweise aus Nafion-117 von Du Pont Co. hergestellt und hat eine Nennwertdicke von etwa 170 µm. Auf die vorderen und hinteren Oberflächen der Festpolymer-Elek trolytschicht 3 wird Platin aufgebracht, und zwar mit einem herkömmlichen Verfahren, wie z. B. einem nicht-elektrolyti schen Beschichtungsverfahren, das z. B. aus der JP-OS 57-134 586 bekannt ist und von Torikai et al vorgeschlagen wurde.In the arrangement of Fig. 14, reference numeral 1 denotes an anode 2, a cathode, 3 is a solid polymer electrolyte layer, 4 is a current collector, 5 is a Ent feuchtungskammer, and 6 is an external supply Gleichstromversor. As an example of practical use, an electrolytic functional device designed to prevent dew condensation in a semi-dense electronic unit is described in the following publication: Proceedings of the 59th Meeting, Electrochemical Society of Japan, page 36 (Yamauchi et al, Lecture No. 3A31, published March 19, 1992). The solid polymer electrolyte layer 3 is produced, for example, from Nafion-117 by Du Pont Co. and has a nominal thickness of approximately 170 μm. Platinum is applied to the front and rear surfaces of the solid polymer electrolyte layer 3 by a conventional method such as. B. a non-electrolytic coating process, the z. B. is known from JP-OS 57-134 586 and has been proposed by Torikai et al.

Ein Verbundkörper mit der Schicht und den Elektroden wird zwischen den Stromkollektoren 4 gehalten, die beispielsweise aus ausgedehnten Titan- oder Tantal-Sieben bestehen, die mit Platin beschichtet sind. Die resultierende Anordnung wird in einem Kunstharzrahmen oder dergleichen montiert und an ihrem Umfang mit einem Klebstoff oder dergleichen an dem Rahmen be festigt. Dann wird die Einrichtung vervollständigt durch das Herstellen einer gasdichten Abdichtung sowie der erforderli chen elektrischen Verbindungen mit der externen Gleichstrom versorgung 6.A composite body with the layer and the electrodes is held between the current collectors 4 , which consist for example of expanded titanium or tantalum sieves which are coated with platinum. The resulting assembly is mounted in a synthetic resin frame or the like and fastened to the frame at its periphery with an adhesive or the like. Then the device is completed by producing a gas-tight seal and the required electrical connections with the external DC power supply 6 .

Der Betrieb der elektrolytischen funktionellen Einrichtung mit einem solchen Aufbau wird nachstehend erläutert.Operation of the electrolytic functional device with such a structure will be explained below.

Wenn elektrische Spannung von der externen Gleichstromversor gung 6 an der Anode 1 anliegt, so wird Wasser elektrolysiert, und es findet die Reaktion gemäß der nachstehenden Formel (1) statt, wobei aufgrund dieser Reaktion die Feuchtigkeit in der Entfeuchtungskammer 5 abgesenkt wird.When electrical voltage from the external direct current supply 6 is applied to the anode 1 , water is electrolyzed and the reaction takes place according to the following formula (1), the moisture in the dehumidification chamber 5 being reduced due to this reaction.

2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ (1).2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ (1).

Die bei der Reaktion erzeugten Wasserstoffionen H+ erreichen die Kathode 2 durch die Festpolymer-Elektrolytschicht 3, wäh rend die erzeugten Elektronen e⁻ die Kathode 2 über den ex ternen Stromkreis erreichen. An der Kathode 2 wird Sauerstoff verbraucht und erzeugt Wasser gemäß der Reaktion in der nach stehenden Formel (2).The hydrogen ions H + generated in the reaction reach the cathode 2 through the solid polymer electrolyte layer 3 , while the generated electrons e⁻ reach the cathode 2 via the external circuit. Oxygen is consumed at the cathode 2 and generates water according to the reaction in the following formula (2).

O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O (2).O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O (2).

Ferner wird ein Teil der Wasserstoffionen H⁺ zu Wasserstoff umgesetzt und zwar gemäß der Reaktion in der nachstehenden Formel (3).Furthermore, part of the hydrogen ions H⁺ to hydrogen implemented according to the reaction in the following Formula (3).

2H⁺ + 2e⁻ → H₂ (3).2H⁺ + 2e⁻ → H₂ (3).

Ferner wird Wasser mit etwa drei Molekülen im Durchschnitt zusammen mit den Wasserstoffionen H⁺ von der Anode 1 zur Ka thode 2 transportiert. Somit wird nicht nur Wasser gemäß der Reaktion der Formel (2) an der Kathode 2 erzeugt, sondern auch überschüssiges Wasser von der Anode 1 zur Kathode 2 transportiert, so daß dadurch die Feuchtigkeit in der Ent feuchtungskammer 5 abgesenkt wird.Furthermore, water with about three molecules on average is transported together with the hydrogen ions H⁺ from anode 1 to method 2 . Thus, not only water is generated according to the reaction of formula (2) on the cathode 2 , but also excess water is transported from the anode 1 to the cathode 2 , so that the moisture in the moisture chamber 5 is thereby lowered.

Die herkömmliche elektrolytische funktionelle Einrichtung mit einem Aufbau der vorstehend erläuterten Art bringt jedoch das Problem mit sich, daß die Größe und das Gewicht der Einrich tung zunehmen, weil es erforderlich ist, einen Flächendruck auf die gesamte Anordnung auszuüben, um dafür zu sorgen, daß die Anode 1 und die Kathode 2 in engem Kontakt an den Strom kollektoren 4 anliegen; mit anderen Worten, es ist erforder lich, Halteplatten 7 sowie Spanneinrichtungen zu verwenden, beispielsweise Schrauben 8 und Muttern 9, um den Flächendruck aufzubringen.However, the conventional electrolytic functional device having a structure as described above has a problem in that the size and weight of the device increase because it is necessary to apply surface pressure to the entire assembly to ensure that the Anode 1 and the cathode 2 are in close contact with the current collectors 4 ; in other words, it is required to use holding plates 7 and clamping devices, for example screws 8 and nuts 9 , in order to apply the surface pressure.

Angesichts dieser Situation hat man ein Verfahren entwickelt, das in der Lage ist, die Anode 1 und die Kathode 2 in engem Kontakt mit den Stromkollektoren 4 zu halten, ohne ständig den Flächendruck aufzubringen, was beispielsweise in der JP-OS 6-63 343 derselben Anmelderin erläutert ist.In view of this situation, a method has been developed which is able to keep the anode 1 and the cathode 2 in close contact with the current collectors 4 without constantly applying the surface pressure, as described, for example, in JP-OS 6-63 343 Applicant is explained.

Fig. 15 zeigt eine Teilschnittansicht einer Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik in der JP-OS 6-63 343. Fig. 15 shows a partial sectional view of an embodiment according to the prior art disclosed in JP-A 6-63343.

Gemäß Fig. 15 weist eine Anode 1 eine poröse Basis 1A aus rostfreien Fasern sowie eine Katalysatorschicht 1B auf, die Platin enthält. In gleicher Weise weist eine Kathode 2 eine poröse Basis 2A sowie eine Platin enthaltende Katalysator schicht 2B auf. Die Katalysatorschichten 1B und 2B sind Dünn schichten und dreidimensional in den Basen 1A bzw. 2A ver teilt. In Fig. 15 stellen die wellenförmigen Linien die Kata lysatorschichten 1B und 2B dar, die dreidimensional in den Basen 1A und 2A verteilt sind. Eine Festpolymer-Elektrolyt schicht 3 ist zwischen der Anode 1 und der Kathode 2 in der Weise gehalten, daß sie in diese hineinbeißt.According to Fig. 1 15 includes an anode, a porous base 1 A stainless fibers, and a catalyst layer 1 on B containing platinum. In the same way, a cathode 2 has a porous base 2 A and a platinum-containing catalyst layer 2 B. The catalyst layers 1 B and 2 B are thin layers and divided three-dimensionally in the bases 1 A and 2 A, respectively. In Fig. 15, the wavy lines represent the Kata lysatorschichten B 1 and B 2 are three-dimensionally distributed in the bases 1A and 2A. A solid polymer electrolyte layer 3 is held between the anode 1 and the cathode 2 in such a way that it bites into it.

Die Platin enthaltenden Katalysatorschichten 1B und 2B werden hergestellt, indem man eine Paste, die aus Platinpulver und einem Bindemittel besteht, auf die Basen 1A und 2A in Form von Schichten aufträgt; daran schließt sich ein Trocknen der aufgebrachten Paste an. Alternativ dazu können die Kataly satorschichten 1B und 2B dadurch hergestellt werden, daß man eine Dünnschicht, hergestellt aus einer gekneteten Mischung von Platinpulver und Kunstharz, auf die Festpolymer- Elektrolytschicht 3 aufträgt oder aber das Platin auf die Festpolymer-Elektrolytschicht 3 unter Verwendung eines nicht elektrolytischen Beschichtungsverfahrens oder dergleichen aufbringt. The platinum-containing catalyst layers 1 B and 2 B are produced by applying a paste, which consists of platinum powder and a binder, to the bases 1 A and 2 A in the form of layers; this is followed by drying of the applied paste. Alternatively, the catalyst layers 1 B and 2 B can be prepared by applying a thin layer made of a kneaded mixture of platinum powder and synthetic resin to the solid polymer electrolyte layer 3 or the platinum onto the solid polymer electrolyte layer 3 using a does not apply electrolytic coating process or the like.

Eine solche elektrolytische funktionelle Einrichtung wird hergestellt mit einem Verfahren, das folgende Schritte auf weist: Die porösen Basen 1A und 2A aus rostfreien Fasern, auf welche die Schichten der Katalysatorschichten 1B und 2B auf gebracht und getrocknet worden sind, werden auf den vorderen und hinteren Oberflächen der Festpolymer-Elektrolytschicht 3 angeordnet; anschließend werden diese Komponenten durch Heiß pressen miteinander verbunden, und zwar bei einer Temperatur von 190°C und einem Druck von 50 bar. Wenn man den Quer schnitt einer Probe einer derartigen Einrichtung mit einem Rasterelektronenmikroskop beobachtet, so hat sich bestätigt, daß die Festpolymer-Elektrolytschicht 3 in beide Basen 1A und 2A hineinbeißt und daß gleichzeitig die Katalysatorschichten 1B und 2B mit einer Tiefe von etwa 50 µm in die Festpolymer- Elektrolytschicht 3 hineinbeißen; ferner zeigt sich, daß die Katalysatorschichten 1B und 2B deformiert sind und dreidi mensional in einem unregelmäßigen Muster verteilt sind.Such an electrolytic functional device is produced using a method which has the following steps: The porous bases 1 A and 2 A made of stainless fibers, to which the layers of the catalyst layers 1 B and 2 B have been applied and dried, are placed on the front and rear surfaces of the solid polymer electrolyte layer 3 ; these components are then joined together by hot pressing at a temperature of 190 ° C and a pressure of 50 bar. If one observes the cross section of a sample of such a device with a scanning electron microscope, it has been confirmed that the solid polymer electrolyte layer 3 bites into both bases 1 A and 2 A and that at the same time the catalyst layers 1 B and 2 B with a depth of about Bite 50 µm into the solid polymer electrolyte layer 3 ; it also shows that the catalyst layers 1 B and 2 B are deformed and three-dimensionally distributed in an irregular pattern.

Die elektrolytische funktionelle Einrichtung mit dem vorste hend beschriebenen Aufbau benötigt keine Spanneinrichtungen mehr, die bei dem Stand der Technik gemäß Fig. 14 wesentlich waren, und bietet den Vorteil einer vereinfachten Struktur. Die Untersuchung der Lebensdauerstabilität über eine lange Zeitdauer hat jedoch ergeben, daß die Basen 1A und 2A die Tendenz besitzen, sich mit der Zeit allmählich abzulösen, und dementsprechend wird die Leistungsfähigkeit verringert.The electrolytic functional device with the structure described above does not require any more clamping devices, which were essential in the prior art according to FIG. 14, and offers the advantage of a simplified structure. The examination of life stability over a long period of time has shown, however, that the bases 1 A and 2 A have the tendency to gradually peel off with time, and accordingly the performance is reduced.

Eine weitere Erkenntnis bei der herkömmlichen Einrichtung be steht darin, daß die Tendenz der Basen 1A und 2A zum Ablösen aus dem Grunde verstärkt worden ist, daß in den Katalysator schichten 1B und 2B vorhandene Katalysatorteilchen als Ablö sungs-Beschleuniger wirken und daß Feuchtigkeit sich in der Nähe der Katalysatorteilchen sammelt, die in den Katalysator schichten 1B und 2B vorhanden sind, so daß dadurch das Ablö sen der Basen ebenfalls unterstützt wird. Wenn sich aber die Anode oder die Kathode 2 von der Basis 1A oder 1B ablösen, so wird kein Strom abgezogen, und die elektrolytische funktio nelle Einrichtung kann nicht mehr ordnungsgemäß arbeiten.Another finding in the conventional device be is that the tendency of the bases is 1 A and 2 A reinforced from the bottom for stripping, that in the catalyst layers 1 B and 2 B existing catalyst as Ablö sung accelerator act, and in that Moisture collects in the vicinity of the catalyst particles which are present in the catalyst layers 1 B and 2 B, so that this also supports the detachment of the bases. If, however, the anode or the cathode 2 detach from the base 1 A or 1 B, no current is drawn off, and the electrolytic functional device can no longer work properly.

Die herkömmlichen elektrolytischen funktionellen Einrichtun gen mit einem derartigen Aufbau sind somit im praktischen Gebrauch nicht zufriedenstellend. Genauer gesagt, die Kon struktion gemäß Fig. 14 bringt das Problem mit sich, daß das Gewicht und die Größe der Einrichtung zunehmen, weil es er forderlich ist, einen Flächendruck auf die gesamte Anordnung auszuüben, um für den engen Kontakt der Anode 1 und der Ka thode 2 mit den Stromkollektoren 4 zu sorgen, so daß es er forderlich ist, die Halteplatten 7 sowie Spanneinrichtungen, beispielsweise Schrauben 8 und Muttern 9 zu verwenden, um den Flächendruck aufzubringen. Bei der herkömmlichen Einrichtung mit dem Aufbau gemäß Fig. 15 wird zwar dafür gesorgt, daß die Katalysatorschichten 1B und 2B der Anode 1 bzw. der Kathode 2 zusammen mit den Basen 1A und 2A in die Festpolymer-Elektro lytschicht 3 hineinbeißen, dennoch hat sich die Unzulänglich keit herausgestellt, daß wegen der Feuchtigkeitsansammlung in der Nähe der Katalysatorteilchen in den Katalysatorschichten 1B und 2B die Tendenz besteht, daß die Basen 1A und 2A sich im Laufe der Zeit allmählich ablösen, so daß die Leistungsfä higkeit der Anordnung dementsprechend verringert wird.The conventional electrolytic functional devices with such a structure are thus unsatisfactory in practical use. More specifically, the Kon constructive tion of FIG. 14 brings about the problem that the weight and the size increase of the device because it it is conducive to exert a surface pressure on the entire assembly to the close contact of the anode 1 and the Ka method 2 to provide with the current collectors 4 , so that it is necessary to use the holding plates 7 and clamping devices, such as screws 8 and nuts 9 to apply the surface pressure. In the conventional device having the structure shown in Fig. 15 is indeed ensured that the catalyst layers 1 B and 2B of the anode 1 and the cathode 2 lytschicht together with the bases 1 A and 2 A in the solid polymer-electric bite 3, however, the inadequacy has been found that because of the moisture accumulation in the vicinity of the catalyst particles in the catalyst layers 1 B and 2 B there is a tendency that the bases 1 A and 2 A gradually detach over time, so that the performance the arrangement is reduced accordingly.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Überwindung der vorstehend geschilderten Schwierigkeiten eine elektrolytische funktionelle Einrichtung sowie ein Verfahren zu ihrer Her stellung anzugeben, derart, daß die elektrolytische funktio nelle Einrichtung keine Halte- und Spanneinrichtungen benö tigt, an einer Entfeuchtungseinrichtung oder dergleichen an gebracht werden kann, wobei die Einrichtung eine Struktur be sitzt, bei der die beiden Elektroden, also die Anode und die Kathode, die Katalysatorschichten sowie die Festpolymer- Elektrolytschicht keine Neigung haben, sich voneinander zu lösen. The invention has for its object to overcome difficulties described above an electrolytic functional device and a method for its manufacture Specify position such that the electrolytic function nelle device no holding and tensioning devices tigt, on a dehumidifier or the like can be brought, the device be a structure sits where the two electrodes, i.e. the anode and the Cathode, the catalyst layers and the solid polymer Electrolyte layer have no tendency to face each other to solve.

Gemäß der Erfindung wird eine elektrolytische funktionelle Einrichtung angegeben, die folgendes aufweist: Eine Festpoly mer-Elektrolytschicht, ein Paar von Basen mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten Durchgangslöchern, bestehend aus Me tallplatten, die in die vorderen und hinteren Oberflächen der Festpolymer-Elektrolytschicht eingebettet sind, um die Elek trolytschicht dazwischen zu halten, wobei die Metallplatten als Elektroden dienen, die extern von einer Gleichstromquelle mit Spannung versorgt werden; sowie Katalysatorschichten, die derart ausgebildet sind, daß sie die Außenoberflächen des Paares von Basen sowie die Oberflächen von denjenigen Teilen der Festpolymer-Elektrolytschicht bedecken, die in den in den Basen gebildeten Durchgangslöchern vorhanden sind, um die elektrolytischen Reaktionen von externen Gas- oder Flüssig keitsmolekülen zu unterstützen.According to the invention, an electrolytic becomes functional Means specified, which has the following: A solid poly mer electrolyte layer, a pair of bases with a variety of through holes formed therein, consisting of Me tallplatten in the front and rear surfaces of the Solid polymer electrolyte layer are embedded to the elec keep the trolyte layer in between, keeping the metal plates serve as electrodes externally from a DC power source be supplied with voltage; as well as catalyst layers that are designed so that they the outer surfaces of the Pair of bases as well as the surfaces of those parts of the solid polymer electrolyte layer, which in the in the Through-holes formed through the bases exist to the electrolytic reactions from external gas or liquid support molecules.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden Dünnschichten, die feuchtigkeitsdurchlässig und wasserabstoßend sind, auf die Oberflächen der Katalysatorschichten aufgebracht, die zur Außenseite hin zusammenhängend sind. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform haben die Durchgangslöcher, die in mindestens einer von dem Paar von Basen ausgebildet sind, eine Lochfläche, die verschieden ist zwischen der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht in Kontakt steht, und der Innenseite, die mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht in Kontakt steht.In a preferred embodiment, thin layers, that are permeable to moisture and water-repellent the surfaces of the catalyst layers applied, which for Are connected on the outside. Another one preferred embodiment have the through holes that are formed in at least one of the pair of bases, a perforated area that is different between the outside, which is not in with the bulk of the solid polymer electrolyte layer Contact stands, and the inside, which is with the bulk of the Solid polymer electrolyte layer is in contact.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform haben die Durchgangslöcher, die in mindestens einer von dem Paar von Basen ausgebildet sind, eine Lochgröße, die allmählich ab nimmt von der Außenseite, die nicht mit der Masse der Fest polymer-Elektrolytschicht in Kontakt steht, zu der Innen seite, die mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht in Kontakt steht, so daß die Lochfläche an der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht in Kon takt steht, größer ist als die Lochfläche an der Innenseite, die mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht in Kon takt steht.In a further preferred embodiment, the Through holes formed in at least one of the pair of Bases are formed, a hole size that gradually decreases takes from the outside, not with the mass of the hard polymer electrolyte layer is in contact with the inside side with the bulk of the solid polymer electrolyte layer in Contact is made so that the perforated surface on the outside, the not with the mass of the solid polymer electrolyte layer in Kon clock is larger than the perforated area on the inside, which with the mass of the solid polymer electrolyte layer in Kon clock stands.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform haben die Durchgangslöcher, die in mindestens einer von dem Paar von Basen ausgebildet sind, eine Lochgröße, die allmählich ab nimmt von der Innenseite, die mit der Masse der Festpolymer- Elektrolytschicht in Kontakt steht, zu der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht in Kon takt steht, so daß die Lochfläche an der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht in Kon takt steht, kleiner ist als die Lochfläche an der Innenseite, die mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht in Kon takt steht.In another preferred embodiment, the Through holes formed in at least one of the pair of Bases are formed, a hole size that gradually decreases takes from the inside, which with the bulk of the solid polymer Electrolyte layer is in contact, to the outside, that not with the mass of the solid polymer electrolyte layer in Kon is standing so that the perforated surface on the outside, the not with the mass of the solid polymer electrolyte layer in Kon clock is smaller than the perforated area on the inside, which with the mass of the solid polymer electrolyte layer in Kon clock stands.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Durchgangslöcher, die in mindestens einer von dem Paar von Basen ausgebildet sind, derart ausgebildet, daß die Lochgröße von der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer- Elektrolytschicht in Kontakt steht, allmählich abnimmt zu der Innenseite hin, die mit der Masse der Festpolymer-Elektrolyt schicht in Kontakt steht, und zwar innerhalb eines vorgegebe nen Bereiches, und dann allmählich über den vorgegebenen Be reich hinaus zunimmt.In a further preferred embodiment, the Through holes formed in at least one of the pair of Bases are formed, designed such that the hole size from the outside, not with the bulk of the solid polymer Electrolyte layer is in contact, gradually decreasing to that Inside out, with the bulk of the solid polymer electrolyte layer is in contact, namely within a predetermined NEN area, and then gradually over the specified Be increases richly.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform haben die Durchgangslöcher, die in mindestens einer von dem Paar von Basen ausgebildet sind, die gleiche Lochfläche zwischen der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektro lytschicht in Kontakt steht, und der Innenseite, die mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht in Kontakt steht.In a further preferred embodiment, the Through holes formed in at least one of the pair of Bases are formed, the same perforated area between the Outside that does not match the bulk of the solid polymer electro lytschicht is in contact, and the inside, which with the Mass of the solid polymer electrolyte layer is in contact.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform haben die Durchgangslöcher, die in mindestens einer von dem Paar von Basen ausgebildet sind, an ihren Innenwänden Vorsprünge. In a further preferred embodiment, the Through holes formed in at least one of the pair of Bases are formed, protrusions on their inner walls.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Durchgangslöcher, die in mindestens einer von dem Paar von Basen ausgebildet sind, im Zentrum ihrer Innenwände am mei sten ausgebaucht.In a further preferred embodiment, the Through holes formed in at least one of the pair of Bases are formed at the center of their inner walls most bulged.

Bei weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Durchgangs löcher, die in mindestens einer von dem Paar von Basen ausge bildet sind, sechseckig, kreisförmig oder rautenförmig.In another preferred embodiment the passages are holes made in at least one of the pair of bases forms are hexagonal, circular or diamond-shaped.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine von dem Paar von Basen aus einer Metallfolie gebildet, die mit einer Dünnschicht aus einer Komponente beschichtet ist, die aus Blei, Gold und Palladium gewählt ist.In a further preferred embodiment, at least one of the pair of bases formed from a metal foil, which is coated with a thin layer of one component which is selected from lead, gold and palladium.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die die jenigen Teile der Festpolymer-Elektrolytschicht, die in den Durchgangslöchern vorhanden sind, welche in dem Paar von Ba sen vorhanden sind, vorstehend ausgebildet, so daß sie konvex nach außen von der Außenseite ausbauchen, welche nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht in Kontakt steht.In a further preferred embodiment, these are the those parts of the solid polymer electrolyte layer which are in the Through holes are present which are in the pair of Ba sen are present, protruding so that they are convex bulge outwards from the outside, which are not with the mass of the solid polymer electrolyte layer is in contact.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bleiben die Teile der Festpolymer-Elektrolytschicht, die in den Durch gangslöchern vorhanden sind, welche in dem Paar von Basen ausgebildet sind, im Inneren der Durchgangslöcher in der kon kaven Form.In a further preferred embodiment, the Parts of the solid polymer electrolyte layer that are in the through passageways are present which are in the pair of bases are formed inside the through holes in the con kaven shape.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform haben die Ka talysatorschichten, die jeweils Platinkatalysatorteilchen und einen Festpolymer-Elektrolyten enthalten, die gleiche oder eine äquivalente Zusammensetzung wie die Festpolymer-Elektro lytschicht.In a further preferred embodiment, the Ka layers, each of platinum catalyst particles and contain a solid polymer electrolyte, the same or an equivalent composition as the solid polymer electro ly layer.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer elektro lytischen funktionellen Einrichtung weist folgende Schritte auf: Einen Einbettungsschritt, bei dem ein Paar von Basen, die aus Metallplatten hergestellt sind, welche eine Vielzahl von darin ausgebildeten Durchgangslöchern haben und die als Elektroden dienen, welche extern mit einer Spannung von einer Gleichstromquelle versorgt werden, in die vorderen und hinte ren Oberflächen einer Festpolymer-Elektrolytschicht eingebet tet werden; und einen Beschichtungsschritt, bei dem das Kata lysatormaterial auf die Oberflächen von denjenigen Teilen der Festpolymer-Elektrolytschicht, die in den Durchgangslöchern vorhanden sind, welche in dem Paar von Basen ausgebildet sind, sowie die Außenoberflächen des Paares von Basen aufge bracht wird, um dadurch Katalysatorschichten zu bilden, um die elektrolytische Reaktion von externen Gas- oder Flüssig keitsmolekülen zu unterstützen.The inventive method for producing an electro lytic functional device has the following steps on: an embedding step where a pair of bases, which are made of metal plates, which are a variety of through holes formed therein and which as Electrodes are used, which are external with a voltage of one DC power supply can be supplied in the front and rear Ren surfaces of a solid polymer electrolyte layer embedded be tet; and a coating step in which the cat analyzer material on the surfaces of those parts of the Solid polymer electrolyte layer in the through holes are present which are formed in the pair of bases are raised, as well as the outer surfaces of the pair of bases is brought to thereby form catalyst layers the electrolytic reaction of external gas or liquid support molecules.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Einbettungs schritt durchgeführt, indem man das Paar von Basen in die vorderen und hinteren Oberflächen der Festpolymer-Elektrolyt schicht durch Heißpressen einbettet, das durchgeführt wird bei einer Temperatur, die höher ist als die Temperatur, bei der die Festpolymer-Elektrolytschicht erweicht wird.In a preferred embodiment, the embedding performed by placing the pair of bases in the front and rear surfaces of the solid polymer electrolyte layer embedded by hot pressing, which is carried out at a temperature higher than the temperature at which will soften the solid polymer electrolyte layer.

Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung wird der Einbettungsschritt durchgeführt, indem man dafür sorgt, daß die Festpolymer-Elektrolytschicht ein Lösungsmittel ab sorbiert, das in der Lage ist, die Festpolymer-Elektrolyt schicht quellen zu lassen, und dann das Paar von Basen in die vorderen und hinteren Oberflächen der Festpolymer-Elektrolyt schicht in einem gelartigen Zustand durch Pressen einbettet.In a further embodiment according to the invention the embedding step is done by making sure that the solid polymer electrolyte layer removes a solvent sorbed, which is capable of the solid polymer electrolyte to swell, and then the pair of bases into the front and rear surfaces of the solid polymer electrolyte layer embedded in a gel-like state by pressing.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird ein Lö sungsmittel verwendet, das ein gemischtes Lösungsmittel aus einem organischen Lösungsmittel und Wasser ist.In another preferred embodiment, a Lö used a mixed solvent an organic solvent and water.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäß der Er findung wird der Einbettungsschritt durchgeführt, indem man vor dem Pressen Flächenkörper mit rauhen Oberflächen auf den Außenoberflächen des Paares von Basen anordnet, welche an den vorderen und hinteren Oberflächen der Festpolymer-Elektrolyt schicht angeordnet worden sind.In a further preferred embodiment according to the Er According to the invention, the embedding step is carried out by before pressing flat bodies with rough surfaces on the Arrange outer surfaces of the pair of bases, which at the front and rear surfaces of the solid polymer electrolyte layer have been arranged.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Verfahren gemäß der Erfindung weiterhin den Schritt des Auf bringens von Dünnschichten, die feuchtigkeitsdurchlässig und wasserabstoßend sind, auf den Oberflächen der Katalysator schichten, die zur Außenseite hin zusammenhängend ausgebildet sind.In a further preferred embodiment, this comprises The method according to the invention further comprises the step of opening bring thin layers that are permeable to moisture and are water-repellent on the surfaces of the catalyst layers that are coherent to the outside are.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen inThe invention is set out below with respect to others Features and advantages, based on the description of exec example and with reference to the enclosed Drawings explained in more detail. The drawings show in

Fig. 1 eine Teilschnittansicht zur Erläuterung der Struktur einer elektrolytischen funktionellen Einrichtung ge mäß der ersten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 1 is a partial sectional view for explaining the structure of an electrolytic functional device accelerator as the first embodiment of the invention;

Fig. 2 eine Teilschnittansicht zur Erläuterung der Struktur einer elektrolytischen funktionellen Einrichtung ge mäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 is a partial sectional view for explaining the structure of an electrolytic functional device accelerator as a second embodiment of the invention;

Fig. 3 eine Teilschnittansicht zur Erläuterung der Struktur einer elektrolytischen funktionellen Einrichtung ge mäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 3 is a partial sectional view for explaining the structure of an electrolytic functional device accelerator as a third embodiment of the invention;

Fig. 4 eine Teilschnittansicht zur Erläuterung der Struktur einer elektrolytischen funktionellen Einrichtung ge mäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 4 is a partial sectional view for explaining the structure of an electrolytic functional device according to a fourth embodiment of the invention;

Fig. 5A und 5B vergrößerte Draufsichten zur Erläuterung der äußeren bzw. inneren Oberflächen einer Basis, herge stellt aus einer perforierten Metallplatte, die bei der elektrolytischen funktionellen Einrichtung gemäß einer der ersten bis vierten Ausführungsformen der Erfindung verwendet wird; FIGS. 5A and 5B are enlarged plan views for explaining the outer and inner surfaces of a base, Herge is of a perforated metal plate according to one is used to fourth embodiments of the invention in the electrolytic functional device of the first;

Fig. 6 eine Darstellung, die im Vergleich und in übertriebe ner Darstellung die Elektrodenkonfigurationen der elektrolytischen funktionellen Einrichtungen gemäß den ersten vier Ausführungsformen der Erfindung zeigt; Fig. 6 is a diagram showing the comparison in exaggerating ner illustration, the electrode configurations of the electrolytic functional devices according to the first four embodiments of the invention;

Fig. 7 charakteristische Graphen zur Erläuterung der Inten sität eines elektrischen Feldes, das an der Oberflä che einer Katalysatorschicht bei den jeweiligen elek trolytischen funktionellen Einrichtungen erzeugt wird, und zwar zwischen den Punkten A und B längs der Außenoberfläche eines Durchgangsloches gemäß der Dar stellung in Fig. 6; Fig. 7 are characteristic graphs for explaining the Inten intensity of an electric field, which is at the Oberflä surface of a catalyst layer at the respective elec trolytischen functional equipment generates, between points A and B along the outer surface of a through hole according to the Dar position in Figure . 6;

Fig. 8 eine schematische Darstellung im Hinblick auf eine fünfte Ausführungsform gemäß der Erfindung mit einer Explosionsansicht im Teilschnitt der Komponenten, die bei einem Verfahren zur Herstellung der elektrolyti schen funktionellen Einrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden; Fig. 8 is a schematic view of a fifth embodiment according to the invention with an exploded view in partial section of the components used in a method for manufacturing the electrolytic functional device according to the invention;

Fig. 9 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Aus wertungstests für das Entfeuchtungsvermögen von her kömmlichen elektrolytischen funktionellen Einrichtun gen und der Konzeption gemäß der Erfindung; Fig. Assessment tests gen 9 is a graph showing the off for the dehumidification of her conventional electrolytic functional ESTABLISHMENT and the design according to the invention;

Fig. 10 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Er gebnisse von Tests bezüglich des Entfeuchtungsvermö gens bei einer herkömmlichen elektrolytischen funk tionellen Einrichtung und einer Bauform gemäß der Er findung; Fig. 10 is a graph showing the results of tests on the dehumidifying ability in a conventional electrolytic functional device and a construction according to the invention;

Fig. 11 eine Teilschnittansicht zur Erläuterung der Struktur einer elektrolytischen funktionellen Einrichtung ge mäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung; FIG. 11 is a partial sectional view for explaining the structure of an electrolytic functional device accelerator as a sixth embodiment of the invention;

Fig. 12A und 12B vergrößerte Draufsichten zur Erläuterung der Oberfläche einer Basis, die aus einer perforierten Metallplatte gebildet ist, zur Verwendung bei einer elektrolytischen funktionellen Einrichtung gemäß einer siebenten Ausführungsform der Erfindung; FIG. 12A and 12B are enlarged plan views for explaining the surface of a base formed of a perforated metal plate for use in an electrolytic functional device according to a seventh embodiment of the invention;

Fig. 13A und 13B Schnittansichten zur Erläuterung der Innen oberfläche einer Basis, hergestellt aus einer perfo rierten Metallplatte, zur Verwendung bei einer elek trolytischen funktionellen Einrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung; FIG. 13A and 13B are sectional views for explaining the inner surface of a base made of a perfo tured metal plate for use in an elec trolytischen functional device according to an eighth embodiment of the invention;

Fig. 14 eine Teilschnittansicht zur Erläuterung der Struktur einer ersten herkömmlichen elektrolytischen funktio nellen Einrichtung; und in Fig. 14 is a partial sectional view for explaining the structure of a first conventional electrolytic functional device; and in

Fig. 15 eine Teilschnittansicht zur Erläuterung der Struktur einer anderen herkömmlichen elektrolytischen funktio nellen Einrichtung. Fig. 15 is a partial sectional view for explaining the structure of another conventional electrolytic func tional means.

Bei der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausfüh rungsformen anhand der Fig. 1 bis 13B werden die gleichen Be zugszeichen für gleiche oder äquivalente Komponenten verwen det, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik gemäß Fig. 14 und 15 verwendet worden sind.In the following description of preferred embodiments with reference to FIGS . 1 to 13B, the same reference numerals are used for the same or equivalent components that have been used in connection with the prior art according to FIGS. 14 and 15.

Zunächst folgt eine Beschreibung der Strukturen von elektro lytischen funktionellen Einrichtungen gemäß den ersten vier Ausführungsformen, die in den Fig. 1 bis 7 dargestellt sind. First, there follows a description of the structures of electro-lytic functional devices according to the first four embodiments, which are shown in FIGS. 1 to 7.

Erste AusführungsformFirst embodiment

Fig. 1 zeigt eine Teilschnittansicht zur Erläuterung der Struktur einer elektrolytischen funktionellen Einrichtung ge mäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 1 be zeichnen die Bezugszeichen 1 eine Anode, 2 eine Kathode, 3 eine Festpolymer-Elektrolytschicht, 5 eine Entfeuchtungskam mer und 6 eine externe Gleichstromversorgung. 11 und 21 sind Basen, die jeweils aus einer perforierten Metallplatte beste hen und als Stromkollektoren dienen; 12 und 22 sind Katalysa torschichten, die nicht nur die Oberflächen von denjenigen Teilen der Festpolymer-Elektrolytschicht, welche durch die in den jeweiligen Basen 11 und 21 gebildeten Durchgangslöcher 31 bzw. 32 freiliegen, sondern auch die Außenoberflächen der Basen 11 und 21 überdecken; 13 und 23 sind feuchtigkeits durchlässige, wasserabstoßende Dünnschichten, z. B. solche, die unter der Handelsbezeichnung NF Sheets von Tokuyama Soda K.K. vertrieben werden. Diese Dünnschichten 13 und 23 sind derart ausgebildet, daß sie die Oberflächen der Katalysator schichten 12 bzw. 22 überdecken. Die feuchtigkeitsdurchlässi gen, wasserabstoßenden Dünnschichten 13 und 23 können in Ab hängkeit von den beabsichtigten Anwendungszwecken geformt sein oder nicht. Fig. 1 shows a partial sectional view for explaining the structure of an electrolytic functional device ge according to a first embodiment of the invention. In Fig. 1 be the reference numerals 1 an anode, 2 a cathode, 3 a solid polymer electrolyte layer, 5 a Entfeuchtungskam mer and 6 an external DC power supply. 11 and 21 are bases, each consisting of a perforated metal plate and serving as current collectors; 12 and 22 are catalyst layers which cover not only the surfaces of those parts of the solid polymer electrolyte layer which are exposed through the through holes 31 and 32 formed in the respective bases 11 and 21 , but also the outer surfaces of the bases 11 and 21 ; 13 and 23 are moisture-permeable, water-repellent thin layers, e.g. B. those sold under the trade name NF Sheets by Tokuyama Soda KK. These thin layers 13 and 23 are formed such that they cover the surfaces of the catalyst layers 12 and 22 , respectively. The moisture-permeable, water-repellent thin layers 13 and 23 may or may not be shaped depending on the intended uses.

Anders ausgedrückt, die elektrolytische funktionelle Einrich tung gemäß Fig. 1 weist die Festpolymer-Elektrolytschicht 3 sowie ein Paar von Basen 11 und 21 mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten Durchgangslöchern 31 und 32 auf. Die Ba sen 11 und 21 bestehen aus Metallplatten, die in die vorderen und hinteren Oberflächen der Festpolymer-Elektrolytschicht eingebettet sind, um die Elektrolytschicht 3 dazwischen zu halten; ferner dienen sie als Elektroden, die mit einer Span nung von der externen Gleichstromversorgung 6 versorgt wer den. Die Katalysatorschichten 12 und 22 sind so ausgebildet, daß sie die Oberflächen des Paares von Basen 11 und 21 und die Oberflächen von denjenigen Teilen der Festpolymer-Elek trolytschicht 3 bedecken, die in den Durchgangslöchern 31 und 32 in den Basen 11 und 21 vorhanden sind, um die elektrolyti sche Reaktion von externen Gas- oder Flüssigkeitsmolekülen zu unterstützen. Ferner sind die feuchtigkeitsdurchlässigen, wasserabstoßenden Dünnschichten 13 und 23 auf den Oberflächen der Katalysatorschichten 12 und 22 ausgebildet, die zu der Außenseite hin zusammenhängend ausgebildet sind.In other words, the electrolytic functional device shown in FIG. 1 has the solid polymer electrolyte layer 3 and a pair of bases 11 and 21 with a plurality of through holes 31 and 32 formed therein. The bases 11 and 21 are made of metal plates embedded in the front and rear surfaces of the solid polymer electrolyte layer to hold the electrolyte layer 3 therebetween; they also serve as electrodes which are supplied with a voltage from the external DC power supply 6 . The catalyst layers 12 and 22 are formed so as to cover the surfaces of the pair of bases 11 and 21 and the surfaces of those parts of the solid polymer electrolyte layer 3 which are present in the through holes 31 and 32 in the bases 11 and 21 , to support the electrolytic reaction of external gas or liquid molecules. Furthermore, the moisture-permeable, water-repellent thin layers 13 and 23 are formed on the surfaces of the catalyst layers 12 and 22 , which are formed contiguously to the outside.

Abweichend von der vergrößerten Darstellung in Fig. 1 liegt die tatsächliche Größe von jedem der Durchgangslöcher 31 und 32 in der Größenordnung von einigen 10 µm. Die als perfo rierte Metallplatten ausgebildeten Basen 11 und 21 bestehen aus einer mit einem Muster versehenen elektrolytischen Nickelfolie mit einer Dicke von 40 µm, z. B. von der Firma Fukuda Metal Foil and Powder Mfg. K.K., die mit Palladium beschichtet ist. Die Festpolymer-Elektrolytschicht 3 besteht aus Nafion-117, das im Handel von der Firma Du Pont Co. er hältlich ist.Deviating from the enlarged view in FIG. 1, the actual size of each of the through holes 31 and 32 microns on the order of a few 10. The bases 11 and 21 formed as a perforated metal plates consist of a patterned electrolytic nickel foil with a thickness of 40 μm, for. B. from the company Fukuda Metal Foil and Powder Mfg. KK coated with palladium. The solid polymer electrolyte layer 3 consists of Nafion-117, which is commercially available from Du Pont Co.

Die Katalysatorschichten 12 und 22 werden jeweils hergestellt durch Aufbringen einer Schicht aus einer Mischung aus Platin schwarz und einer Nafionlösung, die von der Firma Aldrich Co. im Handel erhältlich ist (5 Gew.-%, gemischtes Lösungsmittel aus Wasser und Alkohol), als Festpolymer-Elektrolyt. Alterna tiv kann die Katalysatorschicht hergestellt werden aus einer Mischung aus Platinkatalysatorteilchen und einem Festpolymer- Elektrolyten mit der gleichen oder einer äquivalenten Zusam mensetzung wie bei der Festpolymer-Elektrolytschicht 3. Wei terhin hat sich bestätigt, daß der Korrosionswiderstand da durch verbessert werden kann, daß man anstelle von Palladium Blei oder Gold auf die mit Mustern versehenen elektrolyti schen Nickelfolien der Basen 11 und 21 aufbringt.The catalyst layers 12 and 22 are each produced by applying a layer of a mixture of platinum black and a Nafion solution, which is commercially available from Aldrich Co. (5% by weight, mixed solvent of water and alcohol), as a solid polymer -Electrolyte. Alternatively, the catalyst layer can be produced from a mixture of platinum catalyst particles and a solid polymer electrolyte with the same or an equivalent composition as in the solid polymer electrolyte layer 3 . Wei terhin has confirmed that the corrosion resistance can be improved by that instead of palladium lead or gold is applied to the patterned electrolytic nickel foils of bases 11 and 21 .

Bei der elektrolytischen funktionellen Einrichtung gemäß Fig. 1 hat jedes der Durchgangslöcher 31 und 32 eine Lochfläche, die unterschiedlich ist zwischen ihrer Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht 3 in Kontakt steht, und ihrer Innenseite, die mit der Masse der Festpoly mer-Elektrolytschicht 3 in Kontakt steht. Die Lochgröße nimmt von der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer- Elektrolytschicht 3 in Kontakt steht, allmählich zu der In nenseite hin ab, so daß die Lochfläche an der Außenseite größer ist als die Lochfläche an der Innenseite. Die Teile der Festpolymer-Elektrolytschicht 3, die in den Durchgangs löchern 31 und 32 vorhanden sind, stehen dann vor und bauchen konvex nach außen hinaus.In the electrolytic functional device shown in FIG. 1, each of the through holes 31 and 32 has a hole area which is different between its outside, which is not in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer 3 , and its inside, which is with the mass of the solid poly mer electrolyte layer 3 is in contact. The hole size gradually decreases from the outside, which is not in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer 3 , to the inside, so that the hole area on the outside is larger than the hole area on the inside. The parts of the solid polymer electrolyte layer 3 , which are present in the through holes 31 and 32 , then protrude and bulge convexly outwards.

Die Fig. 5A und 5B zeigen vergrößerte Draufsichten zur Erläu terung der Oberfläche der jeweiligen Basen 11 und 21, die aus einer perforierten Metallplatte bestehen. Fig. 5A zeigt die Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektro lytschicht 3 in Kontakt steht, und Fig. 5B zeigt die Innen seite, die mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht 3 in Kontakt steht. In diesen Fig. 5A und 5B bezeichnen die Bezugszeichen 41 und 43 Metallbereiche der Basen 11 und 21, während die Bezugszeichen 42 und 44 die Enden der Durchgangs löcher in den Basen 11 und 21 zeigen. FIGS. 5A and 5B are enlarged plan views for Erläu esterification of the surface of the respective bases 11 and 21 made of a perforated metal plate. Fig. 5A shows the outside, which is not in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer 3 , and Fig. 5B shows the inside, which is in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer 3 . In these FIGS. 5A and 5B, reference numerals 41 and 43 denote metal regions of the bases 11 and 21 , while reference numerals 42 and 44 show the ends of the through holes in the bases 11 and 21 .

Man erkennt, daß das Ende 44 des Durchgangsloches auf der In nenseite eine größere Fläche hat als das Ende 42 des Durch gangsloches an der Außenseite. Bei dieser ersten Ausführungs form beißt somit die Festpolymer-Elektrolytschicht 3 in die Durchgangslöcher 31 und 32 in den Basen 11 und 21 hinein, wo bei sich keine Katalysatorteilchen zwischen der Elektrolyt schicht 3 und den Basen 11 und 21 befinden. Die Festpolymer- Elektrolytschicht 3 und die Basen 11 und 21, die aus perfo rierten Metallplatten gebildet sind und als Stromkollektoren dienen, haben somit eine sehr geringe Neigung, sich voneinan der zu lösen. Ferner sind die Festpolymer-Elektrolytschicht 3 und die Basen 11 und 21, welche die Elektrodenbereiche bil den, mit einem höheren Grad an mechanischer Festigkeit anein ander befestigt, so daß insgesamt eine stabilere elektrolyti sche funktionelle Einrichtung erhalten wird.It can be seen that the end 44 of the through hole on the inside has a larger area than the end 42 of the through hole on the outside. In this first form of execution bites thus the solid polymer electrolyte layer 3 in the through holes 31 and 32 in the bases 11 and 21 in where in no catalyst particles between the electrolyte layer 3 and are the bases 11 and 21st The solid polymer electrolyte layer 3 and the bases 11 and 21 , which are formed from perforated metal plates and serve as current collectors, thus have a very low tendency to separate from one another. Furthermore, the solid polymer electrolyte layer 3 and the bases 11 and 21 , which bil the electrode regions are attached to each other with a higher degree of mechanical strength, so that overall a more stable electrolytic functional device is obtained.

Da weiterhin die jeweiligen Basen 11 und 21 aus einer Metall folie hergestellt sind, die mit Palladium, Blei oder Gold be schichtet ist, wird der Korrosionswiderstand der Basen 11 und 21 erhöht und die Erzeugung von Gasen aus den Basen 11 und 21 behindert. Infolgedessen hat die Festpolymer-Elektrolyt schicht 3 eine noch geringere Tendenz zum Ablösen. Da außer dem die Teile der Festpolymer-Elektrolytschicht 3, die in den Durchgangslöchern 31 und 32 vorhanden sind, überstehen und konvex nach außen ausbauchen, ist es möglich, die Fläche der Elektrodenoberfläche zu vergrößern und dadurch das Entfeuch tungsvermögen zu verbessern.Furthermore, since the respective bases 11 and 21 are made of a metal foil which is coated with palladium, lead or gold, the corrosion resistance of the bases 11 and 21 is increased and the generation of gases from the bases 11 and 21 is hindered. As a result, the solid polymer electrolyte layer 3 has an even less tendency to peel off. In addition, since the parts of the solid polymer electrolyte layer 3 which are present in the through holes 31 and 32 protrude and bulge outward in a convex manner, it is possible to enlarge the area of the electrode surface and thereby improve the dehumidifying ability.

Da die Platinkatalysatorteilchen und der Festpolymer-Elektro lyt in den Katalysatorschichten 12 und 22 enthalten sind, können die Oberflächen von den Teilen der Festpolymer-Elek trolytschicht 3 in den Durchgangslöchern 31 und 32 der Basen 11 und 21 sowie die Platinkatalysatorteilchen in den Kataly satorschichten 12 und 22 über den Oberflächen der Basen 11 und 21 miteinander verbunden werden, um dadurch die Elektro nen- und Ionen-Leitfähigkeit aufrechtzuerhalten.Since the platinum catalyst particles and the solid polymer electrolyte are contained in the catalyst layers 12 and 22 , the surfaces of the parts of the solid polymer electrolyte layer 3 in the through holes 31 and 32 of the bases 11 and 21 as well as the platinum catalyst particles in the catalyst layers 12 and 22 are connected to each other over the surfaces of the bases 11 and 21 , thereby maintaining the electron and ion conductivity.

Da weiterhin die Oberflächen der Anode 1 und der Kathode 2, die mit dem externen Gas in Kontakt stehen, mit den Dünn schichten 13 und 23 überzogen sind, die feuchtigkeitsdurch lässig und wasserabstoßend sind, ist es möglich, eine Verun reinigung der Reaktionsoberflächen der Elektroden zu verhin dern und schädliche Einwirkungen einzuschränken, wie z. B. eine lokale Zellenkorrosion aufgrund einer Taukondensation während eines Zeitraumes, in welchem keine Energieversorgung vorhanden ist. Furthermore, since the surfaces of the anode 1 and the cathode 2 , which are in contact with the external gas, are coated with the thin layers 13 and 23 , which are moisture-permeable and water-repellent, it is possible to clean the reaction surfaces of the electrodes prevent and limit harmful influences, such as. B. local cell corrosion due to dew condensation during a period in which there is no power supply.

Zweite AusführungsformSecond embodiment

Als nächstes wird auf Fig. 2 Bezug genommen, die eine Teil schnittansicht zur Erläuterung des Aufbaus einer elektrolyti schen funktionellen Einrichtung gemäß der zweiten Ausfüh rungsform der Erfindung zeigt. Gleiche oder äquivalente Kom ponenten sind in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen be zeichnet und daher nicht erneut beschrieben.Next, reference 2 is made to FIG., Which is a partial sectional view for explaining the structure of a rule elektrolyti functional device according to the second exporting approximate shape to the invention. The same or equivalent components are in FIG. 2 with the same reference numerals and are therefore not described again.

Die zweite Ausführungsform in Fig. 2 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in Fig. 1 dadurch, daß die Loch größe der Durchgangslöcher 31 und 32 in den Basen 11 und 21 von der Innenseite, die mit der Masse der Festpolymer-Elek trolytschicht 3 in Kontakt steht, zu der Außenseite hin all mählich abnimmt, die nicht mit der Masse der Festpolymer- Elektrolytschicht 3 in Kontakt steht, so daß die Lochfläche an der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer- Elektrolytschicht 3 in Kontakt steht, kleiner ist als die Lochfläche an der Innenseite, die mit der Masse der Festpoly mer-Elektrolytschicht 3 in Kontakt steht.The second embodiment in Fig. 2 differs from the first embodiment in Fig. 1 in that the hole size of the through holes 31 and 32 in the bases 11 and 21 from the inside, with the mass of the solid polymer electrolyte layer 3 in contact is gradually decreasing towards the outside, which is not in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer 3 , so that the perforated area on the outside, which is not in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer 3 , is smaller than that Perforated surface on the inside, which is in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer 3 .

Bei der oben beschriebenen Anordnung hat die Festpolymer- Elektrolytschicht 3, die in die Durchgangslöcher 31 und 32 hineinbeißt, und zwar von der Innenseite her in Kontakt mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht 3 zu der Außen seite hin, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektro lytschicht 3 in Kontakt steht, eine noch geringere Neigung zum Ablösen. Es ist daher möglich, die Festpolymer-Elektro lytschicht 3 und die Basen 11 und 21, welche miteinander die Elektrodenbereiche bilden, mit einem höheren Maß an mechani scher Festigkeit aneinander zu befestigen, so daß dadurch die Intensität eines elektrischen Feldes erhöht wird, das an der Oberfläche von jeder der Katalysatorschichten erzeugt wird, so daß die zwischen den Elektroden angelegte Spannung redu ziert werden kann; dadurch wird die Spannungscharakteristik der gesamten Anordnung verbessert. In the arrangement described above, the solid polymer electrolyte layer 3 , which bites into the through holes 31 and 32 , is in contact from the inside with the mass of the solid polymer electrolyte layer 3 to the outside, which is not with the mass of the solid polymer -Elektro lytschicht 3 is in contact, an even lower tendency to detach. It is therefore possible to fix the solid polymer electrolyte layer 3 and the bases 11 and 21 , which together form the electrode regions, to one another with a higher degree of mechanical strength, so that the intensity of an electric field which is at the Surface of each of the catalyst layers is generated so that the voltage applied between the electrodes can be reduced; this improves the voltage characteristic of the entire arrangement.

Dritte AusführungsformThird embodiment

Fig. 3 zeigt eine Teilschnittansicht zur Erläuterung der Struktur einer elektrolytischen funktionellen Einrichtung ge mäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Dabei werden gleiche oder äquivalente Komponenten mit den gleichen Bezugs zeichen bezeichnet wie bei der ersten und der zweiten Ausfüh rungsform. Fig. 3 shows a partial sectional view for explaining the structure of an electrolytic functional device according to a third embodiment of the invention. The same or equivalent components with the same reference numerals are designated as in the first and the second embodiment.

Die dritte Ausführungsform in Fig. 3 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in Fig. 1 dadurch, daß die Durch gangslöcher 31 und 32 in den Basen 11 und 21 mit Vorsprüngen an ihren Innenwänden ausgebildet sind. Genauer gesagt, die Durchgangslöcher 31 und 32 haben eine derartige Konfigura tion, daß die Lochgröße von der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht 3 in Kontakt steht, zu der Innenseite in Kontakt mit der Masse der Festpolymer- Elektrolytschicht 3 innerhalb eines vorgegebenen Bereiches allmählich abnimmt und dann wieder allmählich zunimmt, und zwar auf einen Wert, der jenseits des vorgegebenen Bereiches liegt.The third embodiment in Fig. 3 differs from the first embodiment in Fig. 1 in that the through holes 31 and 32 are formed in the bases 11 and 21 with projections on their inner walls. Specifically, the through holes 31 and 32 have tion such configura that the hole size from the outside, the non-electrolyte layer solid polymer 3 is related to the mass of the contact, to the inner side in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer 3 within a predetermined range gradually decreases and then gradually increases again, to a value that is beyond the predetermined range.

Bei der oben beschriebenen Anordnung hat die Festpolymer- Elektrolytschicht 3, die in die Durchgangslöcher 31 und 32 in den Bassen 11 und 21 hineinbeißt, eine noch geringere Neigung zum Ablösen als bei den ersten und zweiten Ausführungsformen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die Basen 11 und 21 in der Festpolymer-Elektrolytschicht 3 besonders innig ver hakt. Somit ist es möglich, die Festpolymer-Elektrolytschicht 3 und die Basen 11 und 21, welche zusammen die Elektrodenbe reiche bilden, mit einem noch höheren Maß an mechanischer Festigkeit aneinander zu befestigen. With the arrangement described above, the solid polymer electrolyte layer 3 which bites into the through holes 31 and 32 in the basses 11 and 21 has an even less tendency to peel off than in the first and second embodiments. As can be seen from the drawing, the bases 11 and 21 in the solid polymer electrolyte layer 3 are particularly closely hooked ver. It is thus possible to fasten the solid polymer electrolyte layer 3 and the bases 11 and 21 , which together form the electrode regions, to one another with an even higher degree of mechanical strength.

Vierte AusführungsformFourth embodiment

Im folgenden wird auf Fig. 4 Bezug genommen, die im Teil schnitt die Struktur einer elektrolytischen funktionellen Einrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Dabei werden die gleichen oder äquivalente Komponenten in Fig. 4 mit den gleichen Bezugszeichen verwendet wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.In the following, reference is made to FIG. 4, which shows in part section the structure of an electrolytic functional device according to a fourth embodiment of the invention. The same or equivalent components in FIG. 4 with the same reference numerals are used as in the embodiments described above.

Die vierte Ausführungsform gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in Fig. 1 dadurch, daß die Durchgangslöcher 31 und 32 in den Basen 21 und 22 an der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elek trolytschicht 3 in Kontakt steht und an der Innenseite in Kontakt mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht 3 die gleiche Fläche haben.The fourth embodiment shown in FIG. 4 differs from the first embodiment in Fig. 1 in that the through holes 31 and 32 in the bases 21 and 22 on the outside, which is not in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer 3 and have the same area on the inside in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer 3 .

In einem Falle, in welchem es nicht erforderlich ist, daß die Festpolymer-Elektrolytschicht 3 und die Basen 11 und 21, wel che die Elektrodenbereiche bilden, mit einem besonders hohen Grad an mechanischer Festigkeit aneinander befestigt werden, können die Durchgangslöcher 31 und 32 parallele Wände haben, wie es bei dieser Ausführungsform der Fall ist.In a case where it is not necessary that the solid polymer electrolyte layer 3 and the bases 11 and 21 , which form the electrode regions, are fixed to each other with a particularly high degree of mechanical strength, the through holes 31 and 32 can have parallel walls have, as is the case with this embodiment.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung, die in übertrie bener Weise zu Vergleichszwecken die Elektrodenkonfiguratio nen der elektrolytischen funktionellen Einrichtungen gemäß den ersten vier Ausführungsformen zeigt. Fig. 7 zeigt ent sprechende charakteristische Graphen zur Erläuterung der Intensität eines elektrischen Feldes, das an der Oberfläche der Katalysatorschicht erzeugt wird, und zwar zwischen den Stellen A und B längs der Außenoberfläche des Durchgangs loches, bezogen auf die Darstellung in Fig. 6 für jede der elektrolytischen funktionellen Einrichtungen. Es darf darauf hingewiesen werden, daß die Katalysatorschichten 12 und 22 in Fig. 6 zum Zwecke der Vereinfachung absichtlich flach darge stellt sind. Fig. 6 is a schematic diagram showing the electrode configurations of the electrolytic functional devices according to the first four embodiments in a manner exaggerated for comparison. Fig. 7 shows corresponding characteristic graphs for explaining the intensity of an electric field which is generated on the surface of the catalyst layer, namely between the positions A and B along the outer surface of the passage hole, based on the representation in Fig. 6 for each of the electrolytic functional devices. It should be noted that the catalyst layers 12 and 22 in Fig. 6 are intentionally flat Darge for the purpose of simplification.

Wenn das Durchgangsloch eine Konfiguration hat, die sich zur Außenseite hin verjüngt (zweite Ausführungsform), wie es in Fig. 6 links unten dargestellt ist, dann hat die Intensität des elektrischen Feldes an der Stelle B einen Wert von 0,3 × 10^-2 V/µm, was den 1,5-fachen Wert von 0,2 × 10^-2 V/µm an der Stelle B in dem Falle ausmacht, in welchem das Durchgangsloch eine Konfiguration hat, die sich zur Außenseite hin verbrei tert (erste Ausführungsform), wie sich dem Diagramm in Fig. 7 entnehmen läßt. Da die Intensität eines elektrischen Feldes proportional zu der angelegten Spannung ist, bedeutet das obige Resultat, daß die Spannung, die zwischen den beiden Elektroden im Falle der zweiten Ausführungsform anzulegen ist, auf 1/1,5 also 2/3 des Wertes verringert werden kann, der im Falle von der ersten Ausführungsform erforderlich ist. Bei der zweiten Ausführungsform wird somit die Spannungs charakteristik der Einrichtung durch die Konfiguration der Durchgangslöcher dahingehend verbessert, daß das elektrische Feld zur Außenoberfläche hin stärker konzentriert wird.If the through hole has a configuration that tapers to the outside (second embodiment), as shown in Fig. 6 bottom left, then the intensity of the electric field at location B has a value of 0.3 × 10 ^-2 V / µm, which is 1.5 times 0.2 × 10 ^-2 V / µm at position B in the case where the through hole has a configuration that widens toward the outside (first embodiment ), as can be seen from the diagram in FIG. 7. Since the intensity of an electric field is proportional to the applied voltage, the above result means that the voltage to be applied between the two electrodes in the case of the second embodiment can be reduced to 1 / 1.5, ie 2/3 of the value required in the case of the first embodiment. In the second embodiment, the voltage characteristic of the device is thus improved by the configuration of the through holes in such a way that the electric field is more concentrated towards the outer surface.

Aus Fig. 6 läßt sich folgendes entnehmen. Im Vergleich mit der ersten Ausführungsform wird bei der zweiten Ausführungs form die Lochgröße der Durchgangslöcher 31 und 32 zu der Außenseite hin allmählich verringert, d. h. zu der Seite der Katalysatorschichten 12 und 22 hin, um die Intensität des elektrischen Feldes in der Nähe der Katalysatorschichten 12 und 22 zu erhöhen, während im Falle der dritten Ausführungs form die Lochgröße der Durchgangslöcher 31 und 32 zunächst zu der Außenseite hin allmählich verringert wird und dann all mählich wieder vergrößert wird, bevor die Außenseite in einem Teilbereich in der Nähe der Außenseite erreicht wird, wobei die Vorsprünge an der Innenwand der jeweiligen Durchgangs löcher nicht nur die Intensität des elektrischen Feldes in der Nähe der Katalysatorschichten 12 und 22 vergrößern, son dern auch die Basen 11 und 21, welche die Elektrodenbereiche bilden, und die Festpolymer-Elektrolytschicht 3 aneinander mit einem höheren Grad an mechanischer Festigkeit befestigen.The following can be seen from FIG . In comparison with the first embodiment, in the second embodiment, the hole size of the through holes 31 and 32 is gradually reduced toward the outside, that is, toward the catalyst layers 12 and 22 , by the intensity of the electric field near the catalyst layers 12 and 22 to increase, while in the case of the third embodiment, the hole size of the through holes 31 and 32 is first gradually reduced towards the outside and then gradually increased again before the outside is reached in a partial area near the outside, the Projections on the inner wall of the respective through holes not only increase the intensity of the electric field in the vicinity of the catalyst layers 12 and 22 , but also the bases 11 and 21 , which form the electrode regions, and the solid polymer electrolyte layer 3 to one another with a higher degree attached to mechanical strength en.

Darüber hinaus zeigt die vierte Ausführungsform ein Beispiel, bei dem die Wände der Durchgangslöcher 31 und 32 parallel zu einander ausgebildet sind. Wenn die Anforderungen hinsicht lich der Befestigung der Festpolymer-Elektrolytschicht 3 an den Basen 11 und 21, welche die Elektrodenbereiche bilden, hinsichtlich des Grades der mechanischen Festigkeit nicht so hoch sind, können die Durchgangslöcher 31 und 32 eine Konfi guration haben, wie sie bei der vierten Ausführungsform ange deutet ist.In addition, the fourth embodiment shows an example in which the walls of the through holes 31 and 32 are formed parallel to each other. If the requirements regarding the attachment of the solid polymer electrolyte layer 3 to the bases 11 and 21 , which form the electrode regions, are not so high in terms of the degree of mechanical strength, the through holes 31 and 32 can have a configuration as is the case with the fourth embodiment is indicated.

Wie sich aus Fig. 7 entnehmen läßt, ergeben die Elektroden konfigurationen hinsichtlich der Intensität des elektrischen Feldes Werte, die am größten sind bei der zweiten Ausfüh rungsform und dann abnehmen in der Reihenfolge über die vierte Ausführungsform, die dritte Ausführungsform bis hin zur ersten Ausführungsform.As can be seen from Fig. 7, the electrode configurations in terms of the intensity of the electric field give values that are greatest in the second embodiment and then decrease in order through the fourth embodiment, the third embodiment to the first embodiment.

Fünfte AusführungsformFifth embodiment

Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung der elektro lytischen funktionellen Einrichtung gemäß der Erfindung er läutert.A method of manufacturing the electro lytic functional device according to the invention he purifies.

Fig. 8 zeigt im Teilschnitt in Form einer Explosionsdarstel lung die Komponenten einer elektrolytischen funktionellen Einrichtung 100 vor dem Heißpressen, wobei die Durchgangs löcher 31 und 32, wie in Fig. 1, in vergrößerter Weise darge stellt sind. Fig. 8 shows in partial section in the form of an exploded view, the components of an electrolytic functional device 100 before hot pressing, the through holes 31 and 32 , as in Fig. 1, are shown in an enlarged manner.

In Fig. 8 bezeichnet das Bezugszeichen 50 ein Sandpapier, das auf der äußeren Oberfläche von jedem der beiden Basisplatten 11 und 21 angebracht wird, welche sich an den vorderen und hinteren Oberflächen der Festpolymer-Elektrolytschicht 3 be finden. Das Sandpapier 50 weist einen Gewebe- bzw. Trägerbe reich 51 sowie einen rauhen Bereich 52 auf, der grobe Sand- oder Schleifmittelteilchen enthält.In Fig. 8, reference numeral 50 denotes a sandpaper that is attached to the outer surface of each of the two base plates 11 and 21 , which are on the front and rear surfaces of the solid polymer electrolyte layer 3 be. The sandpaper 50 has a tissue or carrier area 51 and a rough area 52 , which contains coarse sand or abrasive particles.

Die Komponenten werden sukzessive aufeinander in einer Heiß preßvorrichtung angeordnet und dann einem Heißpreßvorgang un ter Temperatur und Druckbedingungen unterworfen, bei denen die Temperatur höher ist als die Erweichungstemperatur der Festpolymer-Elektrolytschicht 3, z. B. bei 190°C liegt; der Druck beträgt 50 bar. Nach einer Abkühlung auf 100°C oder weniger wird der heißgepreßte Preßkörper aus der Vorrichtung herausgenommen und das Sandpapier 50 von dem Preßkörper ent fernt.The components are successively arranged one on top of the other in a hot pressing device and then subjected to a hot pressing process under temperature and pressure conditions at which the temperature is higher than the softening temperature of the solid polymer electrolyte layer 3 , e.g. B. is at 190 ° C; the pressure is 50 bar. After cooling to 100 ° C or less, the hot pressed compact is removed from the device and the sandpaper 50 is removed from the compact.

Anschließend wird eine Lösung, hergestellt aus einer Mischung aus Platinschwarz und einer Nafion-Lösung, die im Handel von der Firma Aldrich Co. erhältlich ist (5 Gew.-%, gemischtes Lösungsmittel aus Wasser und Alkohol), als Festpolymer-Elek trolyt mit einem Bürstenstreichvorgang auf den Teilen der Festpolymer-Elektrolytschicht 3, die durch die Durchgangs löcher 31 und 32 durchdringen, und den Metallbereichen 41 der Basen 11 und 21 aufgebracht. Anschließend wird der Preßkörper einer Wärmebehandlung bei 150°C für eine Dauer von fünf Minuten in einer Stickstoffatmosphäre ausgesetzt, um die Festpolymer-Elektrolytschicht 3 zu schmelzen, so daß der Katalysator fest an Ort und Stelle verbunden wird, um die Katalysatorschichten 12 und 22 zu bilden. Danach werden die feuchtigkeitsdurchlässigen, wasserabstoßenden Dünnschichten 13 und 23 gebildet, vgl. Fig. 1, um die Oberflächen der Kata lysatorschichten 12 und 22 abzudecken.Then a solution made of a mixture of platinum black and a Nafion solution, which is commercially available from Aldrich Co. (5 wt .-%, mixed solvent of water and alcohol), as a solid polymer electrolyte with a Brush coating process on the parts of the solid polymer electrolyte layer 3 , which penetrate through the through holes 31 and 32 , and the metal regions 41 of the bases 11 and 21 applied. Subsequently, the compact is subjected to a heat treatment at 150 ° C for five minutes in a nitrogen atmosphere to melt the solid polymer electrolyte layer 3 so that the catalyst is firmly bonded in place to form the catalyst layers 12 and 22 . The moisture-permeable, water-repellent thin layers 13 and 23 are then formed, cf. Fig. 1 to cover the surfaces of the catalyst layers 12 and 22 .

Das Verfahren zur Herstellung der elektrolytischen funktio nellen Einrichtung gemäß der fünften Ausführungsform umfaßt somit einen Einbettungsschritt zum Einbetten des Paares von Basen 11 und 21, die eine Vielzahl von Durchgangslöchern 31 und 32 aufweisen, in die vorderen und rückseitigen Oberflä chen der Festpolymer-Elektrolytschicht 3, sowie einen Be schichtungsschritt zum Aufbringen der Beschichtung der Kata lysatorsubstanz auf den Oberflächen von denjenigen Teilen der Festpolymer-Elektrolytschicht 3, die in den Durchgangslöchern 31 und 32 in dem Paar von Basen 11 und 21 vorhanden sind, und den Außenoberflächen des Paares von Basen 11 und 21, um da durch die Katalysatorschichten 12 und 22 zu bilden, um die elektrolytische Reaktion von externen Gas- oder Flüssigkeits molekülen zu unterstützen.The method of manufacturing the electrolytic functional device according to the fifth embodiment thus includes an embedding step for embedding the pair of bases 11 and 21 , which have a plurality of through holes 31 and 32 , in the front and rear surfaces of the solid polymer electrolyte layer 3 , and a coating step for applying the coating of the catalyst substance on the surfaces of those parts of the solid polymer electrolyte layer 3 which are present in the through holes 31 and 32 in the pair of bases 11 and 21 and the outer surfaces of the pair of bases 11 and 21 to form through the catalyst layers 12 and 22 to support the electrolytic reaction of external gas or liquid molecules.

Auf diese Weise kann erzwungen werden, daß die Festpolymer- Elektrolytschicht 3 in die Durchgangslöcher der Basen 11 und 21 hineinbeißt, ohne daß sich irgendwelche Katalysatorteil chen zwischen die Festpolymer-Elektrolytschicht 3 und die aus perforierten Metallplatten bestehenden Basen 11 und 21 dazwi schensetzen. Ferner können die Katalysatorschichten 12 und 22 in einfacher Weise geformt werden, und die elektrolytische funktionelle Einrichtung kann mit geringen Kosten hergestellt werden.In this way, the solid polymer electrolyte layer 3 can be forced to bite into the through holes of the bases 11 and 21 without any catalyst particles being interposed between the solid polymer electrolyte layer 3 and the bases 11 and 21 made of perforated metal plates. Furthermore, the catalyst layers 12 and 22 can be easily formed, and the electrolytic functional device can be manufactured at a low cost.

Der Einbettungsschritt wird durchgeführt, indem man die Sand papierlagen mit rauhen Oberflächen auf der Vorderseite und der Rückseite der Festpolymer-Elektrolytschicht 3 anordnet, wobei das Paar von Basen 11 und 21 dazwischen festgehalten wird; das Heißpressen dieser Komponenten erfolgt bei einer Temperatur, die höher ist als diejenige, bei der die Fest polymer-Elektrolytschicht 3 weich wird. Dies führt zu einer Struktur, bei der die Festpolymer-Elektrolytschicht 3 lokal zu der Außenseite der Durchgangslöcher hin überfließt und da bei eine konvex ausbauchende Form annimmt. Aus diesem Grunde hat die Festpolymer-Elektrolytschicht 3 eine sehr geringe Neigung zum Ablösen, und die elektrolytische funktionelle Einrichtung, die man auf diese Weise erhält, besitzt ein we sentlich stabileres Leistungsvermögen. The embedding step is carried out by arranging the sand paper sheets with rough surfaces on the front and back of the solid polymer electrolyte layer 3 , with the pair of bases 11 and 21 held in between; the hot pressing of these components takes place at a temperature which is higher than that at which the solid polymer electrolyte layer 3 becomes soft. This leads to a structure in which the solid polymer electrolyte layer 3 overflows locally to the outside of the through holes and takes on a convex bulging shape. For this reason, the solid polymer electrolyte layer 3 has a very low tendency to peel off, and the electrolytic functional device obtained in this way has a much more stable performance.

Das Herstellungsverfahren umfaßt ferner einen Beschichtungs schritt, bei dem feuchtigkeitsdurchlässige, wasserabstoßende Dünnschichten 13 und 23 aufgebracht werden, die Feuchtigkeit hindurchlassen und Wasser abstoßen; diese Dünnschichten 13 und 23 werden auf den Oberflächen der Katalysatorschichten 12 und 22 aufgebracht, die zur Außenseite hin zusammenhängend sind. Da somit die Oberflächen der Anode 1 und der Kathode 2, die mit dem externen Gas in Kontakt stehen, mit den feuchtig keitsdurchlässigen, wasserabstoßenden Dünnschichten 13 und 23 überzogen sind, ist es möglich, eine Verunreinigung der Reak tionsoberflächen der Elektroden zu verhindern sowie schädli che Effekte einzudämmen, wie z. B. eine lokale Zellenkorrosion aufgrund einer Taukondensation während der Zeiträume, in denen keine Energieversorgung vorhanden ist.The manufacturing method further comprises a coating step in which moisture-permeable, water-repellent thin layers 13 and 23 are applied, which let moisture through and repel water; these thin layers 13 and 23 are applied to the surfaces of the catalyst layers 12 and 22 , which are connected to the outside. Thus, since the surfaces of the anode 1 and the cathode 2 , which are in contact with the external gas, are coated with the moisture-permeable, water-repellent thin layers 13 and 23 , it is possible to prevent contamination of the reaction surfaces of the electrodes and to damage them Curb effects, such as B. local cell corrosion due to dew condensation during periods when there is no power supply.

Bei den auf diese Weise hergestellten elektrolytischen funk tionellen Einrichtungen werden anschließend Drähte mit An schlüssen verbunden, um die Verbindung zu der externen Gleichstromversorgung herzustellen. Danach wird die Einrich tung in einem Rahmen aus Kunstharz montiert und an ihrem Um fang mit Klebstoff an dem Rahmen befestigt; dann wird die Einrichtung gasdicht abgedichtet. Die komplette elektrolyti sche funktionelle Einrichtung wird dann an einem Kasten ange bracht, um das Entfeuchtungsvermögen der Einrichtung auszu werten, wobei das Entfeuchtungsvermögen mit einem Kasten er mittelt wurde, der vollständig in einem Thermohygrostaten un tergebracht war.In the electrolytic radio produced in this way tional facilities are then wires with an conclude connected to connect to the external Establish DC power supply. After that the Einrich device mounted in a frame made of synthetic resin and on its surroundings catch attached to the frame with glue; then the Device sealed gas-tight. The complete electrolyti cal functional device is then attached to a box brings to the dehumidifying ability of the facility value, the dehumidification capacity with a box he was averaged completely in a thermo-hygrostat was brought.

Fig. 9 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Auswertungs testergebnisse hinsichtlich der Entfeuchtungseigenschaften von herkömmlichen elektrolytischen funktionellen Einrichtun gen sowie einer Bauform gemäß der Erfindung. Fig. 9 shows a diagram for explaining the evaluation test results regarding the dehumidifying properties of conventional electrolytic functional devices and a design according to the invention.

In Fig. 9 bezeichnet eine gestrichelte Linie 61 die Feuchtig keit der äußeren Atmosphäre, der die Kathode ausgesetzt ist und die mit dem Thermohygrostaten in der Weise erzeugt wird, daß sie bei 35°C und einer relativen Feuchte von 80% gehal ten wird. Die Werte der relativen Feuchte und des Stromes, der durch die externe Schaltung fließt, wurden überwacht, wo bei die angelegte Spannung im Bereich von 3 Volt bis 4 Volt Gleichspannung lag. Die Kurven 62 und 63 sind aufgetragen als Feuchtigkeitsänderungen in der Entfeuchtungskammer und reprä sentieren die Entfeuchtungseigenschaften von herkömmlichen elektrolytischen funktionellen Einrichtungen, während die Kurve 64 aufgetragen ist zur Erläuterung von Feuchtigkeits änderungen in der Entfeuchtungskammer und das Entfeuchtungs vermögen der erfindungsgemäßen elektrolytischen funktionellen Einrichtung gemäß Fig. 1 zeigt.In Fig. 9, a broken line 61 denotes the humidity of the external atmosphere to which the cathode is exposed and which is generated with the thermo-hygrostat in such a way that it is kept at 35 ° C and a relative humidity of 80%. The relative humidity and current values flowing through the external circuit were monitored where the applied voltage was in the range of 3 volts to 4 volts DC. Curves 62 and 63 are plotted as moisture changes in the dehumidification chamber and represent the dehumidification properties of conventional electrolytic functional devices, while curve 64 is plotted to explain moisture changes in the dehumidification chamber and the dehumidification capacity of the electrolytic functional device according to the invention according to FIG. 1 shows.

In dem Diagramm in Fig. 9 bezeichnet die horizontale Achse die Zeit. Die Kurve, welche eine schnellere Reduktion der Feuchtigkeit zeigt, repräsentiert ein höheres Entfeuchtungs vermögen. Es stellt sich somit heraus, daß die elektrolyti sche funktionelle Einrichtung gemäß der Erfindung ein wesent lich höheres Entfeuchtungsvermögen besitzt als beide herkömm lichen elektrolytischen funktionellen Einrichtungen. Die her kömmliche Einrichtung, die mit der Kurve 62 repräsentiert ist, wurde hergestellt durch Sandstrahlen einer Schicht aus Nafion-117, um ihre beiden Oberfläche rauh zu machen, Ab scheiden von Platin auf beiden Oberflächen durch nicht-elek trolytisches Beschichten, Festhalten der Schicht zwischen zwei siebförmigen Stromkollektoren aus Tantal und Anlegen eines Flächendruckes mit Hilfe von Spannplatten usw.In the diagram in Fig. 9, the horizontal axis denotes time. The curve, which shows a faster reduction in moisture, represents a higher dehumidification capacity. It thus turns out that the electrolytic functional device according to the invention has a significantly higher dehumidifying capacity than both conventional union electrolytic functional devices. The conventional device represented by curve 62 was made by sandblasting a layer of Nafion-117 to make its two surfaces rough, depositing platinum on both surfaces by non-electrolytic plating, holding the layer between two sieve-shaped current collectors made of tantalum and applying a surface pressure with the help of clamping plates etc.

Die herkömmliche elektrolytische funktionelle Einrichtung, die mit der Kurve 63 repräsentiert ist, wurde in der Weise hergestellt, daß sie den Aufbau der Struktur gemäß Fig. 15 besaß. Die Differenz hinsichtlich des Entfeuchtungsvermögens zwischen der herkömmlichen Einrichtung gemäß der Kurve 63 und der herkömmlichen Einrichtung gemäß der Kurve 64 war klein, aber der Strom, der durch die externe Schaltung floß, war bei der herkömmlichen Einrichtung mit der Konstruktion gemäß Fig. 15 wesentlich größer als bei der erfindungsgemäßen Konstruk tion.The conventional electrolytic functional device represented by curve 63 was manufactured by having the structure of the structure shown in FIG . The dehumidification difference between the conventional device according to curve 63 and the conventional device according to curve 64 was small, but the current flowing through the external circuit was significantly larger than that in the conventional device with the construction shown in FIG in the construction according to the invention.

Damit konnte bestätigt werden, daß die Ausführungsformen ge mäß der Erfindung eine wesentlich größere und überlegene Stromeffizienz besaß. Der Grund ist wahrscheinlich der, daß wegen der Abdeckung der Festpolymer-Elektrolytschicht 3 mit den Basen 11 und 21, bestehend aus perforierten Metallplatten gemäß den verschiedenen Ausführungsformen gemäß der Erfin dung, eine umgekehrte Diffusion von Wasser, also eine Rück strömung von Wasser von der Kathode zur Anode durch die Fest polymer-Elektrolytschicht 3 kaum auftritt.It could thus be confirmed that the embodiments according to the invention had a much larger and superior current efficiency. The reason is probably that because of the covering of the solid polymer electrolyte layer 3 with the bases 11 and 21 , consisting of perforated metal plates according to the various embodiments according to the invention, a reverse diffusion of water, that is a back flow of water from the cathode to the anode through the solid polymer electrolyte layer 3 hardly occurs.

Ferner wurde die Stabilität des Entfeuchtungsvermögens gete stet, indem man die herkömmliche elektrolytische funktionelle Einrichtung mit dem Aufbau gemäß Fig. 15 und die elektrolyti sche funktionelle Einrichtung gemäß der Erfindung in Betrieb nahm.Further, the stability of the dehumidifying ability was checked by using the conventional electrolytic functional device having the structure shown in FIG. 15 and the electrolytic functional device according to the invention.

Fig. 10 zeigt die Testergebnisse hinsichtlich der Stabilität des Entfeuchtungsvermögens über eine sehr lange Zeitdauer. Die Kurve 65 zeigt die Feuchtigkeitsänderungen, die bei der herkömmlichen elektrolytischen funktionellen Einrichtung mit der Konstruktion gemäß Fig. 15 auftraten, während die Kurve 66 die Feuchtigkeitsänderungen angibt, die bei der elektroly tischen funktionellen Einrichtung gemäß der Erfindung zu be obachten waren. Fig. 10 shows the test results regarding the stability of the dehumidifying ability over a very long period of time. Curve 65 shows the moisture changes that occurred in the conventional electrolytic functional device with the construction of FIG. 15, while curve 66 shows the moisture changes that were observed in the electrolytic functional device according to the invention.

Wie sich der Darstellung in Fig. 10 entnehmen läßt, ist die relative Feuchte bei den Bauformen gemäß den Ausführungsfor men gemäß der Erfindung stabil, und das Entfeuchtungsvermögen wird in stabiler Weise aufrechterhalten. Im Gegensatz dazu nimmt bei der herkömmlichen Einrichtung die relative Feuchte im Laufe der Zeit allmählich zu und steigt dann abrupt nach etwa 4000 Stunden an, was eine erhebliche Verringerung des Entfeuchtungsvermögens bedeutet. Eine Demontage und Untersu chung der beiden elektrolytischen funktionellen Einrichtungen nach der Durchführung der Tests ergab, daß bei der herkömmli chen Einrichtung die Festpolymer-Elektrolytschicht 3 und die Stromkollektoren 4 im Begriffe waren, sich etwa in der Mitte der Einrichtung voneinander zu trennen.As can be seen from the illustration in Fig. 10, the relative humidity is stable in the designs according to the embodiments according to the invention, and the dehumidifying ability is maintained in a stable manner. In contrast, in the conventional device, the relative humidity gradually increases over time and then increases abruptly after about 4000 hours, which means a significant decrease in the dehumidifying ability. Disassembly and investigation of the two electrolytic functional devices after the tests showed that in the conventional device, the solid polymer electrolyte layer 3 and the current collectors 4 were about to separate from each other approximately in the middle of the device.

Sechste AusführungsformSixth embodiment

Fig. 11 ist eine Teilschnittansicht zur Erläuterung des Auf baus einer elektrolytischen funktionellen Einrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 11 is a partial sectional view for explaining the construction of an electrolytic functional device according to a sixth embodiment of the invention.

Diese sechste Ausführungsform unterscheidet sich von der er sten Ausführungsform in Fig. 1 darin, daß Teile der Festpoly mer-Elektrolytschicht 3 konkav in die Durchgangslöcher 31 und 32 in den Basen 11 und 21 aus perforierten Metallplatten ein dringen, wobei die Katalysatorschichten 12 und 22 sowie die feuchtigkeitsdurchlässigen, wasserabstoßenden Dünnschichten 13 und 23 ebenfalls konkave Form besitzen.This sixth embodiment differs from the first embodiment in FIG. 1 in that parts of the solid polymer electrolyte layer 3 penetrate concavely into the through holes 31 and 32 in the bases 11 and 21 of perforated metal plates, the catalyst layers 12 and 22 as well the moisture-permeable, water-repellent thin layers 13 and 23 also have a concave shape.

Das Ergebnis der Untersuchung des unterschiedlichen Entfeuch tungsvermögens in Abhängigkeit von der Form der Festpolymer- Elektrolytschicht 3, die in die Durchgangslöcher 31 und 32 eindringt, bestand darin, daß das Entfeuchtungsvermögen in beiden Fällen verbessert wurde, in denen die Elektrolyt schicht 3 in konvexer Form ausbauchte, wie es in Fig. 1 dar gestellt ist, und in konkaver Form eingezogen war, wie es Fig. 11 zeigt. Der Grund ist wahrscheinlich der, daß dann, wenn die Festpolymer-Elektrolytschicht 3 eine konvexe oder konkave Form besitzt, die Flächenwerte der Oberflächen der Katalysatorschichten 12 und 22 und der feuchtigkeitsdurchläs sigen, abstoßenden Dünnschichten 13 und 23 vergrößert sind, damit größere Elektrodenflächen bieten und damit die elektro lytische Reaktion entsprechend unterstützt wird.The result of the investigation of the different dehumidifying ability depending on the shape of the solid polymer electrolyte layer 3 , which penetrates into the through holes 31 and 32 , was that the dehumidifying ability was improved in both cases in which the electrolyte layer 3 bulged in a convex shape , as shown in Fig. 1, and was drawn in a concave shape, as shown in Fig. 11. The reason is probably that when the solid polymer electrolyte layer 3 has a convex or concave shape, the area values of the surfaces of the catalyst layers 12 and 22 and the moisture-permeable, repellent thin layers 13 and 23 are increased to provide larger electrode areas and thus the electro lytic reaction is supported accordingly.

Aufgrund der Tatsache, daß schädliche Effekte auftraten, wie z. B. eine Erhöhung des Widerstandes sowie eine Abnahme des Entfeuchtungsvermögens, wenn die Katalysatorschichten 12 und 22 auf den Basen 11 und 21 entfernt waren, ergibt sich die Schlußfolgerung, daß die Katalysatorschichten 12 und 22 auf den Basen 11 und 21 nicht nur dazu dienen, die Ströme zu sam meln, sondern bis zu einem gewissen Grade auch an der Ent feuchtungsreaktion teilzunehmen. Ferner zeigte sich im Expe riment, daß in den Fällen, in denen nur Platinschwarz als Katalysatorschicht 12 bzw. 22 aufgetragen war, das Platin schwarz sich von der Festpolymer-Elektrolytschicht 3 ab schälte.Due to the fact that harmful effects such as. B. an increase in resistance and a decrease in dehumidification capacity when the catalyst layers 12 and 22 on the bases 11 and 21 were removed, the conclusion follows that the catalyst layers 12 and 22 on the bases 11 and 21 not only serve the To collect currents, but to a certain extent also participate in the dehumidification reaction. Furthermore, it was shown in the experiment that in the cases in which only platinum black was applied as the catalyst layer 12 or 22 , the platinum black peeled off from the solid polymer electrolyte layer 3 .

Siebente AusführungsformSeventh embodiment

Die Fig. 12A und 12B zeigen Oberflächenmuster von den jewei ligen Basen 11 und 21 aus perforierten Metallplatten zur Ver wendung bei der siebenten Ausführungsform gemäß der Erfin dung. Die Durchgangslöcher 42 und 44 in den Basen 11 und 21 sind nicht notwendigerweise sechseckig wie in Fig. 5A und 5B. In Experimenten wurde bestätigt, daß eine elektrolytische funktionelle Einrichtung, die wenig empfindlich gegenüber Ab lösen ist und ein hohes Entfeuchtungsvermögen besitzt, auch in einem Falle erhalten werden kann, in welchem perforierte Metallplatten verwendet werden, die kreisförmige Durchgangs löcher, wie z. B. mit 42 in Fig. 12A angedeutet, oder rauten förmige Durchgangslöcher besitzen, wie es mit 44 in Fig. 12B angedeutet ist. FIGS. 12A and 12B show surface pattern of the jewei time bases 11 and 21 made of perforated metal plates for uses in the seventh embodiment according to the OF INVENTION dung. The through holes 42 and 44 in the bases 11 and 21 are not necessarily hexagonal as in Figs. 5A and 5B. In experiments, it was confirmed that an electrolytic functional device which is not sensitive to detachment and has a high dehumidifying ability can also be obtained in a case in which perforated metal plates are used which have circular through holes, such as. B. indicated at 42 in Fig. 12A, or have diamond-shaped through holes, as indicated at 44 in Fig. 12B.

Die Basen 11 und 21 aus den jeweiligen perforierten Metall platten sind Nickelfolien und haben unterschiedliche Muster und Größenabmessungen zwischen den vorderen und hinteren Oberflächen der jeweiligen Folien. Dies liegt daran, daß auf dem Markt erhältliche perforierte Metallplatten hergestellt werden durch Auftragen einer fotoempfindlichen Lösung nur auf der einen Oberfläche einer Folie, Bestrahlen mit Licht durch einen Negativfilm mit einem Lochmuster, um die bestrahlten Bereiche unlöslich zu machen und eine ätzresistente Schicht zu bilden; anschließend wird Nickel elektrisch auf den ver bleibenden Bereichen durch Elektrolyse abgeschieden, die un ter Verwendung eines elektrolytischen Bades durchgeführt wird.The bases 11 and 21 made of the respective perforated metal plates are nickel foils and have different patterns and size dimensions between the front and rear surfaces of the respective foils. This is because commercially available perforated metal plates are made by applying a photosensitive solution only on one surface of a film, irradiating light through a negative film with a hole pattern to insolubilize the irradiated areas and form an etch-resistant layer; then nickel is deposited electrically on the remaining areas by electrolysis, which is carried out using an electrolytic bath.

Achte AusführungsformEighth embodiment

Die Fig. 13A und 13B zeigen jeweils eine Schnittansicht einer perforierten Metallplatte zur Verwendung bei der achten Aus führungsform gemäß der Erfindung. Eine perforierte Metall platte gemäß Fig. 13A hat an den Innenwänden der jeweiligen Durchgangslöcher 31 Vorsprünge 33, während eine perforierte Metallplatte gemäß Fig. 13B einen ausbauchenden Bereich 34 besitzt, der in der Mitte der Innenwand von jedem Durchgangs loch 31 am meisten konvex vorsteht. Ein derartiger Vorsprung 33 wird häufig gebildet, wenn die perforierte Metallplatte durch mechanisches Stanzen hergestellt wird, während ein solcher ausbauchender Bereich 34 häufig gebildet wird, wenn die perforierte Metallplatte durch chemisches Ätzen gebildet wird, wobei die Tendenz besteht, daß die Mitte der Innenwand des Loches am wenigsten stark geätzt wird. Experimente haben bestätigt, daß eine elektrolytische funktionelle Einrichtung, die wenig zum Ablösen neigt und ein hohes Entfeuchtungsvermö gen besitzt, auch in den Fällen erhalten werden kann, in denen Basen 11 und 21 verwendet werden, die aus den vorste hend beschriebenen perforierten Metallplatten bestehen. FIGS. 13A and 13B respectively show a sectional view of a perforated metal plate for use in the eighth From guide die according to the invention. A perforated metal plate shown in FIG. 13A has projections 33 on the inner walls of the respective through holes 31 , while a perforated metal plate shown in FIG. 13B has a bulging portion 34 which protrudes most convex in the middle of the inner wall of each through hole 31 . Such a protrusion 33 is often formed when the perforated metal plate is made by mechanical stamping, while such a bulging area 34 is often formed when the perforated metal plate is formed by chemical etching, with the tendency that the center of the inner wall of the hole least etched. Experiments have confirmed that an electrolytic functional device which tends to detach and has a high dehumidifying capacity can also be obtained in the cases in which bases 11 and 21 are used which consist of the perforated metal plates described above.

Neunte AusführungsformNinth embodiment

Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung der elektroly tischen funktionellen Einrichtung gemäß der neunten Ausfüh rungsform der Erfindung erläutert.A method of manufacturing the electroly functional equipment according to the ninth embodiment tion form of the invention explained.

Zunächst wird eine Schicht aus Nafion-117 mit einem gemisch ten Lösungsmittel imprägniert, das aus Isopropylalkohol und Wasser besteht (Gewichtsverhältnis 1 : 1). Die Schicht aus Na fion-117 quillt und wird gelartig bis zu einem Zustand, der dem von Sojabohnenmark (Tofu) oder Pudding entspricht, in welchem ein Festkörper leicht in die Schicht eingesetzt wer den kann.First, a layer of Nafion-117 is mixed with one impregnated solvent made from isopropyl alcohol and There is water (weight ratio 1: 1). The layer of Na fion-117 swells and becomes gel-like to a state that corresponds to that of soybean pulp (tofu) or pudding, in which a solid easily inserted into the layer that can.

Dann werden die Komponenten in der in Fig. 8 dargestellten Weise angeordnet und bei Raumtemperatur sowie einem Druck von 10 bar zusammengedrückt. Teile der Festpolymer-Elektrolyt schicht 3 werden auf diese Weise in den Durchgangslöchern 31 und 32 der Basen 11 und 21 eingebettet. Nach einer Trocknung des gepreßten Preßkörpers bei 80°C, wie bei der fünften Aus führungsform, wird eine Lösung, hergestellt durch Nischen von Platinschwarz und einer Nafion-Lösung als Festpolymer-Elek trolyt mit einem Bürstenaufstreichvorgang auf die Teile der Festpolymer-Elektrolytschicht 3, die durch die Durchgangs löcher 31 und 32 vorstehen, und die Metallbereiche 41 der Basen 11 und 21 aufgetragen.The components are then arranged in the manner shown in FIG. 8 and compressed at room temperature and a pressure of 10 bar. Parts of the solid polymer electrolyte layer 3 are embedded in the through holes 31 and 32 of the bases 11 and 21 in this way. After drying the pressed compact at 80 ° C, as in the fifth imple mentation form, a solution is made by mixing platinum black and a Nafion solution as a solid polymer electrolyte with a brush coating process on the parts of the solid polymer electrolyte layer 3 protrude through the through holes 31 and 32 , and the metal portions 41 of the bases 11 and 21 are applied.

Anschließend wird der Preßkörper bei einer Temperatur von 150°C für eine Dauer von fünf Minuten in einer Stickstoff atmosphäre einer Wärmebehandlung unterzogen, um die Festpoly mer-Elektrolytschicht 3 zu schmelzen, so daß die Katalysator substanz an Ort und Stelle fest verbunden wird, um die Kata lysatorschichten 12 und 22 zu bilden. Es wurde bestätigt, daß mit dem Herstellungsverfahren dieser Ausführungsform eben falls eine elektrolytische funktionelle Einrichtung erhalten werden konnte, die weniger zum Ablösen neigt und die ein hohes Entfeuchtungsvermögen besitzt.Subsequently, the compact is subjected to a heat treatment at a temperature of 150 ° C for a period of five minutes in a nitrogen atmosphere in order to melt the solid polymer electrolyte layer 3 so that the catalyst substance is firmly bonded in place to the Catalyst layers 12 and 22 form. It was confirmed that the manufacturing method of this embodiment could also provide an electrolytic functional device which is less prone to peeling and which has a high dehumidifying ability.

Auch wenn ein organisches Lösungsmittel, wie z. B. Alkohol oder Keton allein verwendet wird, wird die Festpolymer-Elek trolytschicht 3 in einem solchen Maße gelartig, daß ein Fest körper unter Druck in die Schicht eingesetzt werden kann. Wenn aber ein organisches Lösungsmittel und Wasser in Kombi nation als gemischtes Lösungsmittel verwendet werden, so ab sorbiert die Festpolymer-Elektrolytschicht 3 eine größere Menge an Lösungsmittel und wird weicher, wenn der Übergang in den gelartigen Zustand fortschreitet; das bedeutet, daß das Verfahren zur Herstellung der elektrolytischen funktionellen Einrichtung gemäß der Erfindung leichter durchführbar ist.Even if an organic solvent, such as. B. alcohol or ketone is used alone, the solid polymer electrolyte layer 3 is gel-like to such an extent that a solid body can be used under pressure in the layer. However, when an organic solvent and water are used in combination as a mixed solvent, the solid polymer electrolyte layer 3 sorbs a larger amount of solvent and becomes softer as the transition to the gel state proceeds; this means that the method for producing the electrolytic functional device according to the invention is easier to carry out.

Bei der perforierten Metallplatte, welche die Anode der Ein richtung bildet, ist eine hohe Korrosionsbeständigkeit erfor derlich, und deswegen müssen Materialien, wie z. B. Nickel und rostfreier Stahl aufgebracht werden. Eine Beschichtung aus Gold oder Platin hat eine hohe Korrosionsbeständigkeit, ist jedoch teuer. Aus diesem Grunde ist es erwünscht, eine wenig kostspielige Beschichtung aufzubringen, die aus Palladium, Blei, Bleidioxid oder ähnlichen Materialien besteht.For the perforated metal plate, which is the anode of the one direction, high corrosion resistance is required derlich, and therefore materials such. B. nickel and stainless steel can be applied. A coating from Gold or platinum has high resistance to corrosion however expensive. Because of this, it is desirable a little applying expensive coating made of palladium, There is lead, lead dioxide or similar materials.

Die Festpolymer-Elektrolytschicht 3 kann aus jeder geeigne ten, kommerziell erhältlichen Schicht bestehen, solange sie in der Lage ist, Wasserstoffionen zu leiten. Außer Nafion- 117, Nafion-115, Nafion-112 und Nafion-105 von Du Pont Co. sind auch Festpolymer-Elektrolytschichten verwendbar, die von anderen Firmen auf dem Markt erhältlich sind, wie z. B. Flemion von Asahi Glass K.K., Asiprex von Asahi Chemical Industry K.K., XUS-13.204.10 von Dow Chemical Co. usw. Ferner kann die Festpolymer-Elektrolytschicht Karboxylreste in den Seitenketten anstelle von Sulfonylresten aufweisen.The solid polymer electrolyte layer 3 may be made of any suitable commercially available layer as long as it is capable of conducting hydrogen ions. In addition to Du Pont Co.'s Nafion-117, Nafion-115, Nafion-112 and Nafion-105, solid polymer electrolyte layers available from other companies on the market, such as e.g. B. Flemion from Asahi Glass KK, Asiprex from Asahi Chemical Industry KK, XUS-13.204.10 from Dow Chemical Co. etc. Furthermore, the solid polymer electrolyte layer may have carboxyl residues in the side chains instead of sulfonyl residues.

Gemäß der Erfindung sind die Basen, bestehend aus perforier ten Metallplatten, in die vorderen und hinteren Oberflächen der Festpolymer-Elektrolytschicht eingebettet, so daß Teile der Festpolymer-Elektrolytschicht durch die Durchgangslöcher in den Basen hindurchdringen, und die Katalysatorschichten, die an die beiden Elektroden angrenzen, sind auf den Oberflä chen von denjenigen Teilen der Festpolymer-Elektrolytschicht, die in den Durchgangslöchern vorhanden sind, und den Außen oberflächen der Basen ausgebildet. Daher haben die Schicht und die perforierten Metallplatten der Basen eine geringere Neigung, sich voneinander zu lösen, und es kann eine elektro lytische funktionelle Einrichtung zur Verfügung gestellt wer den, die ein stabiles hohes Leistungsvermögen über eine lange Zeitdauer besitzt.According to the invention, the bases consist of perforating metal plates, in the front and rear surfaces the solid polymer electrolyte layer embedded so that parts the solid polymer electrolyte layer through the through holes penetrate into the bases, and the catalyst layers, that are adjacent to the two electrodes are on the surface chen of those parts of the solid polymer electrolyte layer, which are present in the through holes and the outside surfaces of the bases. Hence the layer and the perforated metal plates of the bases are less Tendency to separate from each other and there may be an electro lytic functional facility provided those who have a stable high performance over a long period Has duration.

Durch das Auftragen der Dünnschichten, die feuchtigkeits durchlässig und wasserabstoßend sind, auf den Oberflächen der Katalysatorschichten, die zur Außenseite hin zusammenhängend sind, ist es möglich, eine Verunreinigung der Elektrodenober flächen zu verhindern und dadurch schädliche Effekte einzu dämmen, wie z. B. lokale Zellenkorrosion aufgrund einer Tau kondensation während einer Zeitspanne, in der keine Energie versorgung erfolgt. Auf diese Weise kann eine elektrolytische funktionelle Einrichtung mit zuverlässigeren Eigenschaften erhalten werden.By applying the thin layers, the moisture are permeable and water-repellent on the surfaces of the Catalyst layers that are contiguous to the outside it is possible to contaminate the top of the electrodes prevent areas and thereby harmful effects insulate such. B. local cell corrosion due to dew condensation during a period of no energy supply takes place. In this way, an electrolytic functional device with more reliable properties be preserved.

Durch Verwendung einer Konfiguration der Durchgangslöcher, die in mindestens einer von dem Paar von Basen ausgebildet sind, in der Weise, daß die Lochfläche unterschiedlich ist zwischen der Außenseite, die nicht mit der Masse der Fest polymer-Elektrolytschicht in Kontakt steht und der Innenseite in Kontakt mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht, können die Elektroden und die Festpolymer-Elektrolytschicht aneinander mit einem hohen Grad an mechanischer Festigkeit befestigt werden. Dadurch lassen sich stabilere elektrolyti sche funktionelle Einrichtungen herstellen.By using a configuration of the through holes, which are formed in at least one of the pair of bases are in such a way that the perforated area is different between the outside, not with the bulk of the hard polymer electrolyte layer is in contact and the inside in contact with the bulk of the solid polymer electrolyte layer, can the electrodes and the solid polymer electrolyte layer together with a high degree of mechanical strength be attached. This allows more stable electrolytic manufacture functional equipment.

Verwendet man eine Konfiguration der Durchgangslöcher in min destens einer von dem Paar von Basen derart, daß sie eine Lochgröße haben, die von der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht in Kontakt steht, zu der Innenseite in Kontakt mit der Masse der Festpolymer-Elek trolytschicht allmählich abnimmt, so daß die Lochfläche an der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elek trolytschicht in Kontakt steht, größer ist als die Lochfläche an der Innenseite in Kontakt mit der Masse der Festpolymer- Elektrolytschicht, so haben die Festpolymer-Elektrolytschicht und die Basen eine noch geringere Neigung, sich voneinander zu lösen, und die Elektroden und die Festpolymer-Elektrolyt schicht können mit einem hohen Grad an mechanischer Festig keit aneinander befestigt werden. Auf diese Weise können elektrolytische funktionelle Einrichtungen mit einem beson ders stabilen Leistungsvermögen produziert werden.If one uses a configuration of the through holes in min at least one of the pair of bases such that they are one Have hole size that from the outside that does not match the Mass of the solid polymer electrolyte layer is in contact the inside in contact with the mass of the solid polymer elec trolyte layer gradually decreases, so that the perforated surface the outside, which does not match the mass of the solid polymer elec trolyte layer is in contact, is larger than the perforated area on the inside in contact with the mass of the solid polymer Electrolyte layer, so have the solid polymer electrolyte layer and the bases have an even lesser inclination to stand apart to solve, and the electrodes and the solid polymer electrolyte layer can with a high degree of mechanical strength be fastened together. That way you can electrolytic functional devices with a special stable performance are produced.

Verwendet man eine Konfiguration der Durchgangslöcher, die in mindestens einer von dem Paar von Basen ausgebildet sind, derart, daß sie eine Lochgröße haben, die von der Innenseite in Kontakt mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht zu der Außenseite hin, die nicht mit der Masse der Festpolymer- Elektrolytschicht in Kontakt steht, allmählich abnimmt, so daß die Lochfläche an der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht in Kontakt steht, kleiner ist als die Lochfläche an der Innenseite in Kontakt mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht, so ist es möglich, die Intensität eines elektrischen Feldes, das an der Oberflä che von jeder der Katalysatorschichten erzeugt wird, zu erhö hen, so daß die zwischen den beiden Elektroden angelegte Spannung reduziert werden kann. Dadurch läßt sich die Span nungscharakteristik einer derartigen Einrichtung verbessern.If one uses a configuration of the through holes, which in at least one of the pair of bases are formed, such that they have a hole size that is from the inside in contact with the bulk of the solid polymer electrolyte layer the outside, which does not match the mass of the solid polymer Electrolyte layer is in contact, gradually decreasing, so that the perforated surface on the outside that is not with the mass the solid polymer electrolyte layer is in contact, smaller is in contact with the hole surface on the inside Mass of the solid polymer electrolyte layer, so it is possible the intensity of an electric field that is on the surface surface area of each of the catalyst layers is increased hen, so that the applied between the two electrodes Tension can be reduced. This allows the span Improve the characteristics of such a device.

Wenn die Durchgangslöcher in mindestens einer von dem Paar von Basen derart ausgebildet werden, daß die Lochgröße von der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elek trolytschicht in Kontakt steht, zu der Innenseite in Kontakt mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht innerhalb eines vorgegebenen Bereiches allmählich abnimmt und dann über den vorgegebenen Bereich hinaus wieder allmählich zunimmt, so können die Elektroden und die Festpolymer-Elektrolytschicht mit einem hohen Grad an mechanischer Festigkeit aneinander befestigt werden, wobei die Festpolymer-Elektrolytschicht sozusagen in die Durchgangslöcher der Basen hineinbeißt und damit eine noch geringere Tendenz zum Ablösen besitzt. Auf diese Weise können elektrolytische funktionelle Einrichtungen erhalten werden, die ein besonders stabiles Leistungsvermögen besitzen.If the through holes in at least one of the pair of bases are formed such that the hole size of the outside, which does not match the mass of the solid polymer elec trolyte layer is in contact with the inside with the mass of the solid polymer electrolyte layer inside of a given area gradually decreases and then over the specified range gradually increases again, so can the electrodes and the solid polymer electrolyte layer to each other with a high degree of mechanical strength are attached, the solid polymer electrolyte layer biting into the through holes of the bases, so to speak, and so that there is even less tendency to detach. On this way, electrolytic functional devices are obtained which have a particularly stable performance have.

Verwendet man eine Konfiguration der Durchgangslöcher, die in mindestens einer von dem Paar von Basen ausgebildet sind der art, daß sie die gleiche Lochfläche zwischen der Außenseite, die mit der nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektrolyt schicht in Kontakt steht, und der Innenseite in Kontakt mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht haben, so läßt sich eine elektrolytische funktionelle Einrichtung erhalten, bei der die Durchgangslöcher für einen Fall ausgelegt sind, in welchem die Anforderungen hinsichtlich der Befestigung der Elektroden und der Festpolymer-Elektrolytschicht aneinander hinsichtlich der mechanischen Festigkeit nicht so streng sind.If one uses a configuration of the through holes, which in at least one of the pair of bases are formed kind that they have the same perforated area between the outside, the with the not with the bulk of the solid polymer electrolyte layer is in contact, and the inside is in contact with have the mass of the solid polymer electrolyte layer, so lets maintain an electrolytic functional device, where the through holes are designed for a case in which the requirements regarding the attachment of the Electrodes and the solid polymer electrolyte layer together not so strict in mechanical strength are.

Verwendet man eine Konfiguration der Durchgangslöcher, die in mindestens einer von dem Paar von Basen ausgebildet sind, so daß sie Vorsprünge an ihren Innenwänden aufweisen, so hat die Festpolymer-Elektrolytschicht, die in die Durchgangslöcher der Basen hineinbeißt, eine noch geringere Neigung zum Ablö sen. Somit kann eine elektrolytische funktionelle Einrichtung mit besonders stabilem Leistungsvermögen erhalten werden.If one uses a configuration of the through holes, which in at least one of the pair of bases are formed, so that they have projections on their inner walls, the Solid polymer electrolyte layer in the through holes the base bites in, even less tendency to peel off sen. Thus, an electrolytic functional device can be obtained with particularly stable performance.

Verwendet man eine Konfiguration der Durchgangslöcher, die in mindestens einer von dem Paar von Basen ausgebildet sind, so daß sie in der Mitte ihrer Wände am meisten ausbauchen, so hat die Festpolymer-Elektrolytschicht, die in die Durchgangs löcher hineinbeißt, eine besonders geringe Neigung zum Ablö sen. Damit kann eine elektrolytische funktionelle Einrichtung erhalten werden, die ein noch stabileres Leistungsvermögen besitzt.If one uses a configuration of the through holes, which in at least one of the pair of bases are formed, so that they bulge the most in the middle of their walls, so has the solid polymer electrolyte layer that is in the passage bites holes in, a particularly low tendency to peel sen. This enables an electrolytic functional device can be obtained that have an even more stable performance owns.

Verwendet man eine Konfiguration der Durchgangslöcher, die in mindestens einer von dem Paar von Basen ausgebildet sind, so daß sie sechseckig, kreisförmig oder rautenförmig ausgebildet sind, dann hat die Festpolymer-Elektrolytschicht, die in die Durchgangslöcher der Basen hineinbeißt, eine besonders ge ringe Neigung zum Ablösen. Damit kann eine elektrolytische funktionelle Einrichtung mit besonders stabilem Leistungsver mögen erhalten werden.If one uses a configuration of the through holes, which in at least one of the pair of bases are formed, so that they are hexagonal, circular or diamond-shaped then the solid polymer electrolyte layer that is in the Bites through holes in the bases, a particularly ge rings tendency to detach. This can be an electrolytic functional device with particularly stable performance may be preserved.

Wenn man bei der Herstellung von mindestens einer von dem Paar von Basen eine Metallfolie verwendet und die Metallfolie mit einer Dünnschicht aus mindestens einer Komponente be schichtet, die aus Blei, Gold und Palladium gewählt ist, dann wird die Korrosionsbeständigkeit der perforierten Metall platte erhöht, welche die Metallbereiche der Basis bildet, und es kann die Erzeugung von Gasen aus der perforierten Me tallplatte begrenzt werden. Dadurch hat die Festpolymer-Elek trolytschicht eine besonders geringe Neigung zum Ablösen und es kann eine elektrolytische funktionelle Einrichtung mit be sonders stabilem Leistungsvermögen erhalten werden.If you're making at least one of those Pair of bases used a metal foil and the metal foil with a thin layer of at least one component layers, which is selected from lead, gold and palladium, then will the corrosion resistance of the perforated metal plate raised, which forms the metal areas of the base, and it can produce gases from the perforated me tallplatte be limited. As a result, the solid polymer elec trolyte layer has a particularly low tendency to detach and it can be an electrolytic functional device with particularly stable performance can be obtained.

Wenn die Teile der Festpolymer-Elektrolytschicht, die in den Durchgangslöchern in dem Paar von Basen vorhanden sind, der art vorstehen, daß sie von der Außenseite konvex nach außen ausbauchen, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektro lytschicht in Kontakt steht, dann ist es möglich, die Elek trodenfläche zu vergrößern und dadurch die elektrolytischen Reaktionseigenschaften zu verbessern.If the parts of the solid polymer electrolyte layer that are in the Through holes are present in the pair of bases that project that they are convex from the outside to the outside bulge that is not with the bulk of the solid polymer electro lytschicht is in contact, then it is possible to connect the elec to enlarge the tread area and thereby the electrolytic To improve reaction properties.

Wenn alternativ die Teil der Festpolymer-Elektrolytschicht, die in den Durchgangslöchern in dem Paar von Basen vorhanden sind, mit einer konkaven Form innerhalb der Durchgangslöcher ausgebildet sind, so ist es ebenfalls möglich, die Elektro denfläche zu vergrößern und dadurch die elektrolytischen Reaktionseigenschaften zu verbessern.Alternatively, if the part of the solid polymer electrolyte layer, that exist in the through holes in the pair of bases with a concave shape inside the through holes are trained, it is also possible to use the electrical to enlarge the area and thereby the electrolytic To improve reaction properties.

Da die Katalysatorschichten jeweils Platinkatalysatorteilchen und einen Festpolymer-Elektrolyten mit der gleichen oder einer äquivalenten Zusammensetzung wie die Festpolymer-Elek trolytschicht enthalten, können die Teile der Festpolymer- Elektrolytschicht in den Durchgangslöchern der Basen und die Platinkatalysatorteilchen in den Katalysatorschichten auf den Metalloberflächenbereichen der Basen gut miteinander verbun den werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Elektronen- und Ionenleitfähigkeit aufrechtzuerhalten sowie besonders gute elektrolytische Reaktionseigenschaften zu erzielen.Because the catalyst layers each have platinum catalyst particles and a solid polymer electrolyte with the same or an equivalent composition as the solid polymer elec contain the trolyte layer, the parts of the solid polymer Electrolyte layer in the through holes of the bases and the Platinum catalyst particles in the catalyst layers on the Metal surface areas of the bases are well bonded together that will. In this way it is possible to and maintain ion conductivity as well as special to achieve good electrolytic reaction properties.

Das Herstellungsverfahren zur Herstellung der elektrolyti schen funktionellen Einrichtung gemäß der Erfindung umfaßt einen Einbettungsschritt zur Einbettung des Paares von Basen, die aus Metallplatten mit einer Vielzahl von Durchgangslö chern gebildet sind und als Elektroden dienen, welche extern mit einer Spannung von einer Gleichstromquelle versorgt wer den, in die vorderen und hinteren Oberflächen der Festpoly mer-Elektrolytschicht. Das Verfahren umfaßt ferner einen Be schichtungsschritt zum Aufbringen einer Katalysatormasse auf die Oberflächen von denjenigen Teilen der Festpolymer-Elek trolytschicht, die in den Durchgangslöchern in dem Paar von Basen vorhanden sind, und auf die Außenoberflächen des Paares von Basen, um dadurch Katalysatorschichten zu bilden, um die elektrolytische Reaktion von äußeren Gas- und/oder Flüssig keitsmolekülen zu unterstützen. Auf diese Weise kann erzwun gen werden, daß die Festpolymer-Elektrolytschicht in die Durchgangslöcher der Basen hineinbeißt, ohne daß sich irgend welche Katalysatorteilchen zwischen die Festpolymer-Elektro lytschicht und die Basen dazwischensetzen, wobei derartige Katalysatorteilchen sonst eine Trennung zwischen ihnen her vorrufen könnten. Ferner können die Katalysatorschichten in einfacher Weise geformt werden, so daß sich die elektrolyti sche funktionelle Einrichtung mit geringen Kosten herstellen läßt.The manufacturing process for making the electrolyti the functional device according to the invention an embedding step to embed the pair of bases, those made of metal plates with a variety of passage solutions Chern are formed and serve as electrodes, which are external who is supplied with a voltage from a direct current source into the front and rear surfaces of the fixed poly mer electrolyte layer. The method further includes a loading Layering step for applying a catalyst mass the surfaces of those parts of the solid polymer elec trolyte layer in the through holes in the pair of Bases are present and on the outer surfaces of the pair of bases to thereby form catalyst layers to the electrolytic reaction of external gas and / or liquid support molecules. This way you can force gene that the solid polymer electrolyte layer in the Bites through holes in the bases without any what catalyst particles between the solid polymer electro lytschicht and the bases in between, such Otherwise, catalyst particles separate them could call. Furthermore, the catalyst layers in are easily formed so that the electrolytic Create functional equipment at low cost leaves.

Wenn der Einbettungsschritt zum Einbetten des Paares von Ba sen in die vorderen und hinteren Oberflächen der Festpolymer- Elektrolytschicht durch Heißpressen durchgeführt wird, das bei einer höheren Temperatur erfolgt als derjenigen Tempera tur, bei der die Festpolymer-Elektrolytschicht erweicht, dann kann in besonders zuverlässiger Weise das Hineinbeißen der Festpolymer-Elektrolytschicht in die Durchgangslöcher der Ba sen erzielt werden.If the embedding step to embed the pair of Ba into the front and rear surfaces of the solid polymer Electrolyte layer is carried out by hot pressing that at a higher temperature than that tempera structure in which the solid polymer electrolyte layer softens, then can bite the Solid polymer electrolyte layer in the through holes of the Ba can be achieved.

Alternativ kann der Einbettungsschritt in der Weise durchge führt werden, daß man dafür sorgt, daß die Festpolymer-Elek trolytschicht ein Lösungsmittel absorbiert, das in der Lage ist, die Festpolymer-Elektrolytschicht quellen zu lassen. Dann wird das Paar von Basen in die vorderen und hinteren Oberflächen der Festpolymer-Elektrolytschicht in einem gel artigen Zustand durch Pressen eingebettet. Auf diese Weise kann erzwungen werden, daß die Festpolymer-Elektrolytschicht in die Durchgangslöcher der Basen hineinbeißt, ohne die Fest polymer-Elektrolytschicht auf eine hohe Temperatur zu erhit zen. Damit lassen sich die Herstellungskosten senken.Alternatively, the embedding step can be carried out in this way leads are to ensure that the solid polymer elec trolyte layer absorbs a solvent that is capable is to let the solid polymer electrolyte layer swell. Then the pair of bases in the front and back Surfaces of the solid polymer electrolyte layer in a gel like state embedded by pressing. In this way can be forced to the solid polymer electrolyte layer bites into the through holes of the bases without the hard polymer electrolyte layer to a high temperature Zen. This can reduce manufacturing costs.

Verwendet man ein gemischtes Lösungsmittel aus einem organi schen Lösungsmittel und Wasser als Lösungsmittel, so kann die Festpolymer-Elektrolytschicht in einem solchen Maße erweicht werden, daß die Festpolymer-Elektrolytschicht bei geringem Druck in die Durchgangslöcher der Basen hineinbeißen kann.If you use a mixed solvent from an organic solvent and water as a solvent, the Solid polymer electrolyte layer softens to such an extent be that the solid polymer electrolyte layer at low Pressure can bite into the through holes of the bases.

Wenn bei dem Einbettungsschritt vor dem Pressen Flächenkörper mit rauhen Oberflächen auf den Außenoberflächen des Paares von Basen angeordnet werden, die ihrerseits auf den vorderen und hinteren Oberflächen der Festpolymer-Elektrolytschicht angeordnet sind, so kann eine Struktur realisiert werden, bei der Teile der Festpolymer-Elektrolytschicht nach außen über fließen und von der Außenseite der Durchgangslöcher konvex nach außen ausbauchen.If in the embedding step before pressing sheets with rough surfaces on the outer surfaces of the couple of bases, which in turn are arranged on the front and rear surfaces of the solid polymer electrolyte layer are arranged, a structure can be realized at of the parts of the solid polymer electrolyte layer to the outside flow and convex from the outside of the through holes bulge outwards.

Verwendet man bei der Herstellung einen Schritt der Beschich tung von Dünnschichten, die feuchtigkeitsdurchlässig und was serabstoßend sind, auf den Oberflächen der Katalysatorschich ten, die zur Außenseite hin zusammenhängend sind, so ist es möglich, eine Verunreinigung der Elektrodenoberflächen zu verhindern und schädliche Effekte zu begrenzen, wie z. B. eine lokale Zellenkorrosion aufgrund einer Taukondensation während eines Zeitraumes, in der die Einrichtung nicht mit elektri scher Energie versorgt ist.If one uses a coating step in the production treatment of thin layers that are permeable to moisture and what are repellent on the surfaces of the catalyst layer ten that are connected to the outside, so it is possible to contaminate the electrode surfaces prevent and limit harmful effects such. Legs local cell corrosion due to dew condensation during a period in which the facility is not using electri sher energy is supplied.

Claims

1. Elektrolytische funktionelle Einrichtung, die folgendes aufweist:

- eine Festpolymer-Elektrolytschicht (3),
- ein Paar von Basen (11, 21) mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten Durchgangslöchern (31, 32), die aus Metallplatten bestehen, welche in die vorderen und hin teren Oberflächen der Festpolymer-Elektrolytschicht (3) eingebettet sind, so daß sie die Elektrolytschicht (3) dazwischen halten, und die als Elektroden (1, 2) die nen, die extern mit einer Spannung von einer Gleich stromquelle (6) versorgt werden, und
- Katalysatorschichten (12, 22), die derart ausgebildet sind, daß sie die Außenoberflächen des Paares von Basen (11, 21) und die Oberflächen von denjenigen Teilen der Festpolymer-Elektrolytschicht (3) überdecken, die in den Durchgangslöchern (31, 32) in den Basen (11, 21) vorhanden sind, um die elektrolytischen Reaktionen von äußeren Gas- und/oder Flüssigkeitsmolekülen zu unter stützen.

1. Electrolytic functional device comprising:

- a solid polymer electrolyte layer ( 3 ),
- A pair of bases ( 11 , 21 ) with a plurality of through holes ( 31 , 32 ) formed therein, which consist of metal plates which are embedded in the front and rear surfaces of the solid polymer electrolyte layer ( 3 ) so that they Hold the electrolyte layer ( 3 ) in between, and the electrodes ( 1 , 2 ) that are externally supplied with a voltage from a direct current source ( 6 ), and
Catalyst layers ( 12 , 22 ) formed to cover the outer surfaces of the pair of bases ( 11 , 21 ) and the surfaces of those parts of the solid polymer electrolyte layer ( 3 ) which are in the through holes ( 31 , 32 ) are present in the bases ( 11 , 21 ) in order to support the electrolytic reactions of external gas and / or liquid molecules.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Dünnschichten (13, 23), die feuchtigkeitsdurchlässig und wasserabstoßend sind, auf die Oberflächen der Kataly satorschichten (12, 22), diese überdeckend aufgebracht sind, welche zur Außenseite hin zusammenhängend ausgebil det sind.2. Device according to claim 1, characterized in that thin layers ( 13 , 23 ) which are moisture-permeable and water-repellent, on the surfaces of the catalyst layers ( 12 , 22 ), these are applied overlapping, which are connected to the outside in a continuous manner.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangslöcher (31, 32), die in mindestens ei ner von dem Paar von Basen (11, 21) ausgebildet sind, eine Lochfläche haben, die zwischen der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht (3) in Kontakt steht, und der Innenseite in Kontakt mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht (3) unterschied lich ist.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the through holes ( 31 , 32 ) which are formed in at least egg ner of the pair of bases ( 11 , 21 ) have a hole surface between the outside, which is not -layer solid polymer electrolyte (3) is related to the mass of the contact, and the inside in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer (3) is different Lich.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangslöcher (31, 32), die in mindestens ei ner von dem Paar von Basen (11, 21) ausgebildet sind, eine Lochgröße haben, die von der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht (3) in Kontakt steht, zu der Innenseite hin in Kontakt mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht allmählich ab nimmt, so daß die Lochfläche an der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht in Kon takt steht, größer ist als die Lochfläche an der Innen seite in Kontakt mit der Masse der Festpolymer-Elektro lytschicht (3).4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the through holes ( 31 , 32 ) which are formed in at least one of the pair of bases ( 11 , 21 ) have a hole size which is from the outside, which is not in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer ( 3 ) gradually decreases towards the inside in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer, so that the perforated surface on the outside is not in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer in contact, is larger than the perforated area on the inside in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer ( 3 ).

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangslöcher (31, 32), die in mindestens ei ner von dem Paar von Basen (11, 21) ausgebildet sind, eine Lochgröße haben, die von der Innenseite in Kontakt mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht (3) zu der Außenseite hin, die nicht mit der Masse der Festpoly mer-Elektrolytschicht (3) in Kontakt steht, allmählich abnimmt, so daß die Lochfläche an der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht (3) in Kontakt steht, kleiner ist als die Lochfläche an der Innenseite in Kontakt mit der Masse der Festpolymer-Elek trolytschicht (3).5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the through holes ( 31 , 32 ) which are formed in at least egg ner of the pair of bases ( 11 , 21 ) have a hole size which from the inside in Contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer ( 3 ) towards the outside, which is not in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer ( 3 ), gradually decreases, so that the perforated surface on the outside, which is not with the mass of the Solid polymer electrolyte layer ( 3 ) is in contact, is smaller than the hole area on the inside in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer ( 3 ).

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangslöcher (31, 32), die in mindestens ei ner von dem Paar von Basen (11, 21) ausgebildet sind, derart geformt sind, daß die Lochgröße von der Außen seite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektro lytschicht (3) in Kontakt steht, zu der Innenseite in Kontakt mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht (3) innerhalb eines vorgegebenen Bereiches allmählich ab nimmt und dann über den vorgegebenen Bereich hinaus wie der allmählich zunimmt.6. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the through holes ( 31 , 32 ) which are formed in at least egg ner of the pair of bases ( 11 , 21 ) are shaped such that the hole size of the outside, which is not related to the mass of the solid polymer type electric lytschicht (3) into contact, gradually toward the inner side in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer (3) within a predetermined range decreases, and as then the predetermined range also which is gradually increasing.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangslöcher (31, 32), die in mindestens ei ner von dem Paar von Basen (11, 21) ausgebildet sind, die gleiche Lochfläche zwischen der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht (3) in Kon takt steht, und der Innenseite in Kontakt mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht (3) hat.7. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the through holes ( 31 , 32 ) which are formed in at least one of the pair of bases ( 11 , 21 ), the same hole area between the outside, which is not electrolyte layer hard polymer (3) is related to the mass of the in Kon clock, and the inside in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer (3).

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangslöcher (31, 32), die in mindestens ei ner von dem Paar von Basen (11, 21) ausgebildet sind, Vorsprünge (33) an ihren Innenwänden aufweisen.8. A device according to claim 7, characterized in that the through holes ( 31 , 32 ) formed in at least one of the pair of bases ( 11 , 21 ) have projections ( 33 ) on their inner walls.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangslöcher (31, 32), die in mindestens ei ner von dem Paar von Basen (11, 21) ausgebildet sind, in der Mitte ihrer Innenwände am meisten ausbauchen (34).9. A device according to claim 7, characterized in that the through holes ( 31 , 32 ) formed in at least one of the pair of bases ( 11 , 21 ) bulge most in the middle of their inner walls ( 34 ).

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangslöcher (31, 32), die in mindestens ei ner von dem Paar von Basen (11, 21) ausgebildet sind, sechseckig, kreisförmig oder rautenförmig sind.10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the through holes ( 31 , 32 ) which are formed in at least one of the pair of bases ( 11 , 21 ), are hexagonal, circular or diamond-shaped.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine von dem Paar von Basen (11, 21) aus einer Metallfolie gebildet ist, die mit einer Dünnschicht (13, 23) überzogen ist, die mindestens eine Komponente aufweist, die aus Blei, Gold und Palladium ausgewählt ist.11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least one of the pair of bases ( 11 , 21 ) is formed from a metal foil which is coated with a thin layer ( 13 , 23 ) having at least one component which is selected from lead, gold and palladium.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Festpolymer-Elektrolytschicht (3), die in den Löchern (31, 32) in dem Paar von Basen (11, 21) vorhanden sind, von der Außenseite, die nicht mit der Masse der Festpolymer-Elektrolytschicht in Kontakt steht, übersteht und konvex nach außen ausbaucht. 12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the parts of the solid polymer electrolyte layer ( 3 ) which are present in the holes ( 31 , 32 ) in the pair of bases ( 11 , 21 ) from the outside which is not in contact with the mass of the solid polymer electrolyte layer, withstands and bulges convexly to the outside.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Festpolymer-Elektrolytschicht (3), die in den Durchgangslöchern (31, 32) in dem Paar von Basen (11, 21) vorhanden sind, im Inneren der Durchgangslöcher (31, 32) mit einer konkaven Form enthalten sind.13. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the parts of the solid polymer electrolyte layer ( 3 ) which are present in the through holes ( 31 , 32 ) in the pair of bases ( 11 , 21 ) inside the Through holes ( 31 , 32 ) with a concave shape are included.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorschichten (12, 22), die jeweils Pla tinkatalysatorteilchen und einen Festpolymer-Elektrolyten enthalten, die gleiche oder eine äquivalente Zusammenset zung wie die Festpolymer-Elektrolytschicht (3) haben.14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the catalyst layers ( 12 , 22 ), each containing platinum catalyst particles and a solid polymer electrolyte, have the same or an equivalent composition as the solid polymer electrolyte layer ( 3 ) .

15. Verfahren zur Herstellung von elektrolytischen funktio nellen Einrichtungen, umfassend die folgenden Schritte:

- einen Einbettungsschritt zum Einbetten eines Paares von Basen (11, 21), die aus Metallplatten mit einer Viel zahl von darin ausgebildeten Durchgangslöchern (31, 32) geformt sind und als Elektroden (1, 2) dienen, die ex tern mit einer Spannung von einer Gleichstromquelle (6) versorgt werden, in die vorderen und hinteren Oberflä chen einer Festpolymer-Elektrolytschicht (3), und
- einen Beschichtungsschritt zum Aufbringen von Katalysa tormasse auf den Oberflächen von denjenigen Teilen der Festpolymer-Elektrolytschicht (3), die in den Durch gangslöchern (31, 32) in dem Paar von Basen (11, 21) vorhanden sind, und den Außenoberflächen des Paares von Basen (11, 21), um dadurch Katalysatorschichten (12, 22) zu bilden, um dadurch die elektrolytische Reaktion mit externen Gas- und/oder Flüssigkeitsmolekülen zu un terstützen.

15. A method for manufacturing electrolytic functional devices, comprising the following steps:

- An embedding step for embedding a pair of bases ( 11 , 21 ), which are formed from metal plates with a large number of through holes ( 31 , 32 ) formed therein and serve as electrodes ( 1 , 2 ), the external with a voltage of a DC power source ( 6 ) are supplied, in the front and rear surfaces of a solid polymer electrolyte layer ( 3 ), and
- A coating step for applying catalyst mass on the surfaces of those parts of the solid polymer electrolyte layer ( 3 ) which are present in the through holes ( 31 , 32 ) in the pair of bases ( 11 , 21 ) and the outer surfaces of the pair of bases ( 11 , 21 ) to thereby form catalyst layers ( 12 , 22 ) to thereby support the electrolytic reaction with external gas and / or liquid molecules.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbettungsschritt durchgeführt wird durch Ein betten des Paares von Basen (11, 21) in die vorderen und hinteren Oberflächen der Festpolymer-Elektrolytschicht (3) durch Heißpressen, das bei einer Temperatur durchge führt wird, die höher ist als die Temperatur, bei der die Festpolymer-Elektrolytschicht (3) weich wird.16. The method according to claim 15, characterized in that the embedding step is carried out by embedding the pair of bases ( 11 , 21 ) in the front and rear surfaces of the solid polymer electrolyte layer ( 3 ) by hot pressing, which is carried out at a temperature which is higher than the temperature at which the solid polymer electrolyte layer ( 3 ) becomes soft.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbettungsschritt durchgeführt wird, indem man dafür sorgt, daß die Festpolymer-Elektrolytschicht (3) ein Lösungsmittel absorbiert, das in der Lage ist, die Festpolymer-Elektrolytschicht quellen zu lassen, und daß man das Paar von Basen (11, 21) in die vorderen und hin teren Oberflächen der Festpolymer-Elektrolytschicht (3) in einem gelartigen Zustand durch Pressen einbettet.17. The method according to claim 15, characterized in that the embedding step is carried out by ensuring that the solid polymer electrolyte layer ( 3 ) absorbs a solvent which is capable of causing the solid polymer electrolyte layer to swell, and that embeds the pair of bases ( 11 , 21 ) in the front and rear surfaces of the solid polymer electrolyte layer ( 3 ) in a gel-like state by pressing.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel ein gemischtes Lösungsmittel aus einem organischen Lösungsmittel und Wasser verwendet wird.18. The method according to claim 17, characterized, that as a solvent a mixed solvent an organic solvent and water becomes.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbettungsschritt in der Weise durchgeführt wird, daß vor dem Pressen Flächenkörper (50) mit rauhen Oberflächen (52) auf den Außenoberflächen des Paares von Basen (11, 21) angeordnet werden, die ihrerseits an den vorderen und hinteren Oberflächen der Festpolymer-Elek trolytschicht (3) angeordnet sind. 19. The method according to any one of claims 15 to 18, characterized in that the embedding step is carried out in such a way that, before the pressing, flat bodies ( 50 ) with rough surfaces ( 52 ) are arranged on the outer surfaces of the pair of bases ( 11 , 21 ) are, which in turn on the front and rear surfaces of the solid polymer electrolyte layer ( 3 ) are arranged.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren einen Beschichtungsschritt umfaßt, bei dem Dünnschichten (13, 23), die feuchtigkeitsdurchlässig und wasserabstoßend sind, auf den Oberflächen der Kataly satorschichten (12, 22) aufgebracht werden, die zur Au ßenseite hin zusammenhängend ausgebildet sind.20. The method according to any one of claims 15 to 19, characterized in that the method comprises a coating step in which thin layers ( 13 , 23 ) which are moisture-permeable and water-repellent are applied to the surfaces of the catalyst layers ( 12 , 22 ), which are coherent on the outside.