[发明专利]生产能够传导质子的结构化的电解质膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生产特别是用于燃料电池的、能够传导质子的、结构化的电解质膜的方法。

背景技术

电池和蓄电池可由燃料电池替代。其通常具有氢存储器、用作阳极的第一电极、用作阴极的第二电极以及与氢存储器相连且位于电极之间的薄膜。质子可通过薄膜，而氢不能通过。在微型燃料电池中通常使用商标为DuPont^TMPFSA膜的可商购获得的膜作为电解质膜。电解质膜含有化学性质稳定的、能够实现高的离子传导能力的磺酸基。

在从实践得知的方法中，在生产燃料电池时，薄膜是通过切割成型而结构化的，并做成所需的形状。然后将薄膜布置在电极之间。通常将多个此类燃料电池相互堆叠并按顺序连接。但是该薄膜的缺点在于，其只能使燃料电池有限地小型化，因为若其尺寸小，则仍然仅难以操作结构化的薄膜。此外不利的是，在薄膜切割成型时产生的误差使燃料电池的小型化变得困难。

此外，在T.Pinochat等人的“A new proton-conducting porous Siliconmembrane for small fuel cells”，Chemical Engineering Journal 101(2004)，第107-111页中公开了一种用于生产结构化的电解质膜的方法，其中硅晶片两面涂覆有通过溅射施加的金属层。然后在这些层上施加由光刻胶组成的掩模，然后在没有布置光刻胶的位置上通过双面蚀刻硅而减小晶片的壁厚度，以形成面积约为3mm×3mm的开孔硅膜。然后用溶液填充硅膜，然后蒸发掉其中含有的溶剂，从而在孔中仅保留该方法也仅能使薄膜有限地小型化，因为在薄膜尺寸小的情况下难以用溶液装载硅膜。

发明内容

因此，本发明的目的是提供上述类型的方法，其能够以简单的方式实现电解质膜的高度小型化。

该目的是通过生产特别是用于燃料电池的、能够传导质子的、结构化的电解质膜的方法实现的，其中在固体表面上施加涂层，

-其中该涂层包含至少一种能够传导离子的、具有至少一个酸基的交联组分和至少一种与之共同作用的光敏物质；通过照射至少一个应当是电解质膜的涂层区域以使交联组分与光敏物质交联形成附着在固体表面上的聚合物和/或共聚物网状结构，从而对涂层进行光学掩模；然后去除至少一个未经照射的涂层区域以使电解质膜结构化；

和/或

-其中该涂层包含至少一种能够传导离子的、具有至少一个酸基的交联组分和至少一种与之共同作用的光敏物质，其在被施加在固体表面上之后交联形成附着在固体表面上的疏水性聚合物和/或共聚物网状结构；通过照射至少一个不应当是电解质膜的涂层区域以使其通过化学反应变为亲水性，从而对涂层进行光学掩模；然后去除至少一个经照射的涂层区域以使电解质膜结构化；

和/或

-其中该涂层包含至少一种能够传导离子的、具有至少一个酸基的交联组分和至少一种与之共同作用的光敏物质，其在被施加在固体表面上之后交联形成附着在固体表面上的亲水性聚合物和/或共聚物网状结构；通过照射至少一个应当是电解质膜的涂层区域以使其通过化学反应变为疏水性，从而对涂层进行光学掩模；然后去除至少一个未经照射的涂层区域以使电解质膜结构化；

和/或

-其中该涂层包含至少一种能够传导离子的、具有至少一个酸基的交联组分，其在被施加在固体表面上之后交联形成附着在固体表面上的聚合物和/或共聚物网状结构；通过照射至少一个不应当是电解质膜的涂层区域以使聚合物和/或共聚物链断裂，从而对涂层进行光学掩模；然后去除至少一个经照射的涂层区域以使电解质膜结构化。

在本发明方法中，有利的是通过标准光刻工艺使施加在固体表面上的涂层结构化。在此，优选在光学照射如紫外线在涂层上的位置上使光敏物质活化，并由此引发交联。但是也可以首先在固体表面上以平面方式施加亲水性聚合物和/或共聚物网状结构，然后照射应当是电解质膜的位置(正光刻胶)，以使经照射的位置上的涂层通过化学反应变为疏水性。随后例如通过使涂层与显像剂进行面接触而去除未经照射的涂层区域，未交联的交联组分和可能存在的光敏物质或亲水性位置可溶解在该显像剂中。

此外可以首先在固体表面上施加疏水性聚合物和/或共聚物网状结构，然后照射不应当是电解质膜的位置(负光刻胶)，以使经照射的位置上的涂层通过化学反应变为亲水性。随后优选通过使涂层与显像剂进行面接触而去除涂层经照射的亲水性区域。