DE19548421A1 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Laminaten - Google Patents

Description

Brennstoffzellen sind elektrochemische Systeme, die chemische Energie in elektrische Energie umwandeln können. So wandelt eine Wasserstoff/Sauerstoff-Brennstoffzelle diese Gase unter Freisetzung von elektrischer Energie in Wasser um.

Brennstoffzellen bestehen aus einer Anordnung mehrerer, durch bipolare Platten getrennter Membranelektrodeneinheiten, einem sogenannten Stack, wobei die Membranelektrodeneinheiten (MEA) wiederum aus zwei katalytisch aktiven Elek­ troden zur elektrochemischen Umsetzung der chemischen Substanzen sowie einem ionenleitenden Elekrolyten zwischen den Elektroden zum Ladungstransport aufgebaut sind. Die Bipolarplatten dienen der Trennung der Gasräume und der elektrischen Verknüpfung der Einzelzellen. Modernere Brennstoffzellenkonstruktionen, die bei tiefen Temperaturen arbeiten, enthalten keine Flüssigelektrolyte, sondern leitfähige polymere Ionenaustauschermembranen (polymere Festelektrolyte).

Die derzeit erfolgversprechendsten Herstellungsverfahren für Membranelektroden­ einheiten sind ein Tränk- und ein Casting-Verfahren, an die sich jeweils ein Heißver­ pressen der Komponenten anschließt.

Beim Tränkverfahren streicht man einen gelösten Festelektrolyten auf die Elektroden­ oberfläche auf oder sprüht ihn als Emulsion mittels eines Druckgases auf; er vermag wenige Mikrometer in das Porensystem einzudringen. Anschließend verpreßt man die präparierten Elektroden unter Erwärmung, bis die Elektrodenmembran mit ihnen verschmilzt. Ein solches Verfahren zur Herstellung von Membranelektrodeneinheiten wird z. B. in US-A-5 211 beschrieben, wo eine Kationenaustauschermembran mit einer Kationenaustauscherlösung, in der ein Platinkatalysator suspendiert ist, be­ schichtet wird. Dieses Verfahren ist auch unter der Bezeichnung "Ink-Verfahren" bekannt.

Beim Casting vermengt man den gelösten Festelektrolyten mit dem Katalysatormate­ rial und gegebenenfalls einem Hydrophobierungsmittel, z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE), zu einer Paste. Diese wird entweder zunächst auf einen Träger aufgebracht oder aber direkt auf die Membran gestrichen und dann mit ihr heißverpreßt, um die Kontaktwiderstände an den Übergängen zwischen Membran und den in der Paste oder auf der Elektrode befindlichen Festelektrolytschichten zu minimieren.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Elektrodenmembran-Verbunden aus einem einen Kernbereich bildenden Ionenaustauschermaterial und beidseitig daran kontak­ tierten Elektroden für Brennstoffzellen wird in DE-C-42 41 150 beschrieben. Das Ionenaustauschermaterial wird hierbei aus in Lösemittel löslichen, zumindest einen in Ionen dissozierbaren Rest aufweisenden Homo- oder Copolymeren gebildet.

Alle Präparationsverfahren für Gasdiffusionselektroden mit Polymermembranen erfordern eine Vielzahl meist manueller und schwer automatisierbarer Arbeitsgänge. Was für Versuche im Labormaßstab tragbar ist, führt bei der industriellen Fertigung oft, vor allem wegen der hohen Kosten, zu unüberwindbaren Hindernissen.

Obwohl Brennstoffzellen bereits in der Raumfahrtindustrie Anwendung finden, ist z. B. ein allgemeiner kommerzieller Einsatz in der Automobilindustrie in nächster Zeit nicht in Sicht, da die Herstellungskosten insbesondere für Membranelektrodeneinheiten und den daraus resultierenden Brennstoffzellen einige Größenordnungen über den Kosten für konventionelle Verbrennungsmotoren liegen. Auch für den Einsatz in der dezen­ tralen Energieversorgung sind die heute verfügbaren Brennstoffzellen, z. B. im Ver­ gleich mit Öl- und Gasheizungen oder Dieselaggregaten zu teuer.

Für die Anwendung im Auto bilden die Brennstoffzellen in Verbindung mit einem Elektroantrieb hingegen ein neues Antriebskonzept mit einigen Vorteilen. So kommt es bei einer Brennstoffzelle, die z. B. mit Wasserstoff und Sauerstoff betrieben wird, zu keiner Schadstoffemission am Fahrzeug und auch die Emission über die gesamte Energieumwandlungskette ist geringer als bei anderen Fahrzeugantriebssystemen. Ferner ist der Gesamtwirkungsgrad bezogen auf die Primärenergie deutlich höher. Der Einsatz von Brennstoffzellen in der Automobilindustrie würde einen merklichen Beitrag leisten, verkehrbedingte Schadstoffemissionen und den Verbrauch an Energie­ ressourcen zu verringern.

Es besteht daher die Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung von Laminaten, ins­ besondere von Membranelektrodeneinheiten, die für den Einsatz in Brennstoffzellen geeignet sind, bereitzustellen, das deren Fertigung in einer Weise erlaubt, daß die Herstellungskosten und die Leistung den Anforderungen der Anwender genügen.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung vom Laminaten, d. h. Verbunde erhältlich durch Ver­ binden von mindestens zwei Komponenten, insbesondere von Membranelek­ trodeneinheiten, die mindestens eine mittig angeordnete, ionenleitfähige Mem­ bran enthalten, die mindestens über einen maßgeblichen Teil (< 50%) ihrer beiden sich gegenüberliegenden Flachseiten mit mindestens einer katalytisch wirkenden Substanz und mit mindestens einem flächigen, gasdurchlässigen, elektronenleitenden Kontaktierungsmaterial verbunden ist, und bei denen die Verbindung von mindestens zwei der genannten Komponenten durch Laminie­ ren bewirkt worden ist. Das Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß das Verbinden der ionenleitfähigen Membran, der katalytisch wirkenden Substanz und des elektronenleitenden Kontaktierungsmaterials kontinuierlich durchge­ führt wird.

Mittels Transport- und Zuführeinrichtung wird die ionenleitfähige Membran kontinuierlich mit mindestens dem elektronenleitenden Kontaktierungsmaterial, wobei die Membran und/oder das Kontaktierungsmaterial mit einem Katalysator beschichtet sind, positionsgenau zusammengeführt und mindestens diese beiden Komponenten auf einer Walzenanordnung durch Zusammendrücken miteinander laminiert und verbunden (Abb. 1).

Als elektronenleitende Kontaktierungsmaterialien kommen z. B. alle Kohlenstoff-Faserflächengebilde in Frage, die über eine elektrische Leitfähigkeit, vorzugs­ weise über eine elektrische Leitfähigkeit < 0,01 Ωm, verfügen und eine Porosi­ tät innerhalb ihrer Struktur aufweisen, die einen ausreichenden Gasdiffusions­ prozeß zuläßt.

Neben Materialverbunden, die Kohlenstoff in der leitfähigen Modifikation enthal­ ten, können aber auch Metalle, insbesondere Edelstahl, Nickel und Titan, bevor­ zugt als Pulver, Granulat, Papiere, Fasern, Filze, Vliese, Gewebe, Sinterplatten oder Kombinationen der selben, insbesondere Netzflächengebilde aus Metall oder Metalloxiden ausreichender Leitfähigkeit zum Einsatz kommen.

Insbesondere bevorzugt werden hierbei Gebilde, die abhängig von dem verwen­ deten Metall oder Metalloxid eine Dicke im Bereich von 0,01 bis 1 mm, vor­ zugsweise von 0,025 bis 0,25 mm und eine Maschenweite im Bereich von 0,001 bis 5 mm, bevorzugt 0,003 bis 0,5 mm, aufweisen. Bei Kohlenstoff­ gebilden sind Dicken im Bereich von 0,05 bis 5 mm bevorzugt, insbesondere von 0,1 bis 2 mm. Das Flächengewicht der Kohlenstoffgebilde liegt hierbei im Bereich von 5 bis 500 g/m², insbesondere im Bereich von 20 bis 150 g/m², die Porosität im Bereich von 10 bis 90%, vorzugsweise 50 bis 80%.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden graphitierte Koh­ lenstoffaserflächengebilde eingesetzt. Insbesondere werden folgende Kontaktie­ rungsmaterialien verwendet:
Kohlenstoff-Faser-Papiere (z. B. ®SIGRATHERM PE 204, PE 704, PE 715), Kohlenstoff-Faser- Gewebe (z. B. ®SIGRATEX SPG 8505 und KDL 8023, KDL 8048), Kohlenstoff-Faser-Filze (z. B. ®SIGRATHERM KFA 5 und GFA 5), Kohlenstoff-Faser-Vliese (z. B. ®SIGRATEX SPC 7011 und SPC 7010 oder TGP-H-120 (Toray)) sowie Kohlenstoff-Faserverbundstrukturen (z. B. ®SIGRABOND 1001 und 1501 und 3001).

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Fasern und Kontakt­ punkte der Fasern zur Erhöhung der Leitfähigkeit des Kohlenstoffaserflächen­ gebildes zusätzlich mit einer Schicht aus Kohlenstoff überzogen werden.

Eine Variante zur Herstellung eines solchen Faserflächengebildes besteht im Einsatz von Polyacrylnitrilgeweben und -vliesen, die über einen speziellen Di­ rektoxidationsprozeß direkt in die carbonisierte/graphitierte Form übergeführt worden sind, so daß der kostenaufwendige Umweg über den Herstellungs­ prozeß von Einzelfilamenten und der anschließenden Weiterverarbeitung zu Faserflächengebilden umgangen werden kann (Deutsche Patentanmeldung P 195 17 911.0).

Als Materialien für die ionenleitfähige Membran sind allgemein Materialien von besonderem Interesse, die in einem Teil ihrer Struktur Eigenschaften des festen und in einem anderen solche des flüssigen Zustandes aufweisen, somit sehr formstabil sind aber auch Protonen sehr gut leiten. Dafür in Frage kommende Polymere sind solche, die einen in Ionen dissoziierbaren Rest aufweisen. Vor­ zugsweise werden kationenleitfähige Membranen verwendet. Die Ionenleitfähig­ keit für Protonen beträgt vorzugsweise 0,5 bis 200 mS/cm, insbesondere 5 bis 50 mS/cm. Die Membrandicke liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 µm bis 10 mm, insbesondere von 3 µm bis 1 mm.

Weiterhin muß bei der Verarbeitung der Polymere zur Membran gewährleistet sein, daß diese gasdicht ist.

Als Basismaterialien für die ionenleitfähige Membran kommen Homo- und Co­ polymere oder Gemische hiervon zum Einsatz, die mit geeigneten Flüssigkeiten als viskose Lösungen oder Dispersionen erhalten werden können und sich zu Membranen verarbeiten lassen. Wenn Gemische eingesetzt werden, so muß mindestens eine Komponente der Mischung ionenleitfähig sein, während andere Komponenten der Mischung durchaus Isolatoren für die Ionenleitfähigkeit sein können, die auf der anderen Seite aber der Membran beispielsweise bestimmte mechanische Eigenschaften oder Hydrophobie verleihen.

Insbesondere kommen Polymere in Frage, die eine gute mechanische Stabilität, eine hohe Temperaturbeständigkeit und eine ausreichende Chemikalienresistenz für die Verwendung als Membranmaterial in elektrochemischen Zellen aufwei­ sen.

Erfindungsgemäß verwendbare Polymere werden beispielsweise in DE-C-42 41 150, US-A-4 927 909, US-A-5 264 542, DE-A-42 19 077, EP-A-0 574 791, DE-A-42 42 692; DE-A-19 50 027 und DE-A-19 50 026 und in DE-A-195 27 435 beschrieben. Auf diese Schriften wird hiermit ausdrücklich Bezug genom­ men.

Bevorzugt werden als ionenleitfähige Materialien für die erfindungsgemäß ein­ setzbare Membran Polymere mit dissoziierbaren Gruppen verwendet. Die dis­ oziierbaren Gruppen können entweder kovalent gebundene funktionelle Grup­ pen sein (z. B. -SO₃M, -PO₃MM′, COOM u. a. (M,M′ = H, NH₄, Metalle)) oder Säuren die als Quellungsmittel im Polymer vorliegen (z. B. H₃PO₄ oder H₂SO₄). Bevorzugt sind Polyarylene mit kovalent gebundenen, dissoziierbaren Gruppen, fluorierte Polymere mit kovalent gebundenen, dissoziierbaren Gruppen oder basische, säuregequollene Polymere mit Arylringen. Besonders bevorzugte Polyarylene weisen als Hauptkette ein Polyaryletherketon, ein Polyarylethersul­ fon, ein Polyarylsulfon, ein Polyarylsulfid, ein Polyphenylen, ein Polyarylamid oder ein Polyarylester auf. Ebenfalls besonders bevorzugt sind Polybenzimida­ zole (PBI), die dissoziierbare saure Gruppen enthalten (z. B. PBI gequollen mit H₃PO₄). Ebenfalls geeignet sind Mischungen, die mindestens eines der oben genannten Polymere enthalten.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können auch vollständig fluo­ rierte Polymere, d. h. solche in denen an Stelle von C-H-Bindungen C-F-Bindun­ gen enthalten sind, enthalten sein. Diese sind gegen Oxidation und Reduktion sehr stabil und teilweise mit Polytetrafluorethylen verwandt. Insbesondere bevorzugt ist es, wenn solche fluorierten Polymere zusätzlich zu den wasser­ abweisenden (hydrophoben) Fluorgruppen noch wasseranziehende (hydrophile) Sulfonsäure-Gruppen (SO₃H) enthalten. Diese Eigenschaften treffen beispiels­ weise auf die unter der Marke ®Nafion bekannten Polymere zu.

Derartige Polymere sind in ihrem gequollenen Zustand (durch die Wasserauf­ nahme bedingt) einerseits durch ihr hydrophobes, feststoffartiges Gerüst ver­ hältnismäßig formstabil und andererseits in ihren hydrophilen, flüssigkeitsähnli­ chen Bereichen sehr gut protonenleitend.

Katalysatoren, die zur Herstellung von Membranelektrodeneinheiten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, sind allgemein alle elektrochemischen Katalysatoren, die Redoxreaktionen 2 H₂/4 H⁺ und O₂/2 O^2- katalysieren. Diesen Substanzen liegen meistens Elemente der 8. Nebengruppe des Periodensystems zugrunde, wobei zusätzlich auch Substanzen enthalten sein können, denen Elemente aus anderen Gruppen des Periodensystems zu­ grunde liegen. Ferner Anwendung finden solche Metalle oder deren Verbindun­ gen, die bei niedrigen Temperaturen die Umsetzung von Methanol und Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff katalysieren. Insbesondere finden Metalle, Oxide, Legierungen oder Mischoxide dieser Elemente Verwendung als Katalysa­ toren.

Das als Elektrode dienende gasdurchlässige, elektrisch leitfähige Gebilde kann durch Beschichtung mit dem Katalysator in die wirksame Form übergeführt werden, die den elektrischen Kontakt gewährleistet.

Allgemein kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl die ionenleit­ fähige Membran als auch das elektronenleitende Kontaktierungsmaterial oder beide mit dem Katalysator beschichtet werden.

Die Katalysatorkonzentration auf der ionenleitfähigen Membran bzw. auf dem Kontaktmaterial liegt üblicherweise im Bereich von 0,001 bis 4,0 mg/cm², wobei die Obergrenze der Katalysatorkonzentration durch den Katalysatorpreis und die Untergrenze durch die katalytische Aktivität bedingt sind.

Die Aufbringung und Anbindung des Katalysators erfolgt nach den bekannten Verfahren.

So ist es z. B. möglich das Kontaktierungsmaterial mit einer Katalysatorsuspen­ sion, enthaltend den Katalysator und eine Lösung des Kationenaustauscher­ polymers, zu beschichten. Als Kationenaustauscherpolymere kommen allgemein alle oben genannten ionenleitfähigen Polymere in Frage.

Vorzugsweise werden Metalle oder Legierungen von Metallen ausgewählt aus der 1., 2. und 8. Nebengruppe des Periodischen Systems sowie Sn, Re, Ti, W und Mo als katalytisch aktive Materialien eingesetzt, insbesondere Pt, Ir, Cu, Ag, Au, Ru, Ni, Zn, Rh, Sn, Re, Ti, W und Mo. Weitere Beispiele für erfindungs­ gemäß verwendbare Katalysatoren sind Platin-, Gold-, Rhodium-, Iridium- und Rutheniumkatalysatoren aufgebracht auf Trägermaterialien, z. B. ®XC-72 und ®XC-72R der Firma E-TEK.

Der Katalysator kann über eine chemische Reaktion auf dem zu beschichtenden Material abgeschieden werden (DE-A-44 37 492.5). So ist es z. B. möglich die Membran und/oder das Kontaktierungsmaterial mit Hexachloroplatinsäure zu imprägnieren und unter Anwendung eines Reduktionsmittels, z. B. Hydrazin oder Wasserstoff, elementares Platin abzuscheiden (JP 80/38934). Platin kann aus einer wäßrigen Lösung, die vorzugsweise (Pt(NH₃)Cl₂) enthält, aufgebracht werden (US-A-5 284 571).

Weitere Möglichkeiten zur Katalysatoranbindung sind beispielsweise das Sput­ tern, das CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition), die kalte Plasmaabschei­ dung, das Physical Vapor Deposition (PVD) Verfahren, das Elektronenstrahl­ verdampfen sowie die elektrochemische Abscheidung auf dem zu beschichten­ den Material. Darüber hinaus kann eine Edelmetall-Aktivierung über Ionenaus­ tausch an oxidativ modifizierten Rußen und anschließender Reduktion erfolgen.

Als besonders zweckmäßig hat sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Beschichtung des Faserflächengebildes mit einer Katalysator-Suspension erwie­ sen, die bereits den Katalysator als solches, z. B. metallisches Platin, enthält.

Insbesondere im Hinblick auf eine gleichmäßige Verteilung der Katalysatorkom­ ponente und die spätere Anbindung der Elektrodenstruktur an die Kationen­ austauschermembran ergeben sich erhebliche Vorteile.

Zum Beispiel eignet sich zum Aufbringen der aktiv wirksamen Katalysator-Suspension eine Rakelanordnung in Kombination mit einer Heißwalze (Abb. 1) bzw. eine Auftragsvorrichtung wie sie von der kontinuierlichen Prepregfertigung bekannt ist.

Das so imprägnierte Fasergebilde, die sogenannte Gasdiffussionselektrode kann anschließend aufgewickelt bzw. direkt dem kontinuierlichen Membranelektro­ deneinheit (MEA)-Fertigungsprozeß in Bandform zugeführt werden (Abb. 2).

Sowohl die Oberflächenbeschaffenheit des ionenleitfähigen Materials als auch die Fixierung der Katalysator-Suspension kann durch ein vorgeschaltetes Tauch­ bad beeinflußt werden. Durch die Auswahl geeigneter Haftvermittler und Binder sowie Füllstoffe kann einmal das offene Porenvolumen des Faserflächengebil­ des und die Anbindung an die Phasengrenzefläche und zum anderen die Klebe­ kraft für die Anbindung der Katalysator-Suspension eingestellt werden (Abb. 1 und Abb. 2). Bei diesem Vorgang findet zweckmäßigerweise eine Anordnung aus einem Vakuumbandfilter mit nachgeschalteter regelbarer Trockenstrecke Anwendung.

Die aufgebrachte Katalysator-Suspension kann anschließend in ihrer Konsistenz/ Trocknungsgrad so eingestellt werden, daß eine sich anschließende Laminie­ rung optimal durchgeführt werden kann.

Sollte die Gasdiffusionselektrode vor ihrer Weiterverarbeitung erst aufgerollt werden, so kann durch die Wahl eines geeigneten Trennpapiers, das mit aufge­ wickelt wird, eine Verklebung der Elektrode mit sich selbst verhindert werden.

Das elektronenleitende Kontaktierungsmaterial wird nun mit der ionenleitfähigen Membran kontinuierlich und positionsgenau zusammengeführt und die ionenleit­ fähige Membran auf mindestens einer ihrer Flachseiten auf einer Walzenanord­ nung mit dem Kontaktierungsmaterial laminiert und verbunden.

In einer erfindungsgemäßen Variante kann das Kontaktierungsmaterial, wenn es auf die beiden Flachseiten der ionenleitfähigen Membran laminiert wird, für jede Seite der Membran einen unterschiedlichen Katalysator enthalten.

Ferner können als Ausgangsmaterialien neben der ionenleitfähigen Membran zwei, gegebenenfalls aus unterschiedlichen Materialien bestehende Kontaktie­ rungsmaterialien verwendet werden.

In einer alternativen Ausführungsform kann das elektronenleitende Kontaktierungs­ material zunächst jeweils einseitig mit der ionenleitfähigen Membran kontinuierlich beschichtet und laminiert werden, wobei dann diese beiden beschichteten Halb­ komponenten (Halbmembranelektrodeneinheiten) nach einem Benetzen bzw. An­ lösen der ionenleitenden Oberfläche durch Zusammenpressen zu einer Membran­ elektrodeneinheit zusammengefügt und laminiert werden. Auch bei dieser Variante können entweder Halbmembranelektrodeneinheiten bestehend aus Komponenten gleichen Materials, d. h. gleiches elektronenleitendes Kontaktierungsmaterial und ionenleitfähige Membran bestehend aus dem gleichen Polymer, oder Halbmembran­ elektrodeneinheiten unterschiedlichen Aufbaus, d. h. unterschiedliche ionenleit­ fähige Membran und/oder unterschiedliches Kontaktierungsmaterial und/oder unter­ schiedlicher Katalysator, verwendet werden.

Um die Haftung zwischen der Membran und dem Kontaktierungsmaterial zu ver­ bessern, kann die Membran vor dem Laminierprozeß gegebenenfalls entweder durch Quellen in einem Nichtlösemittel, z. B. Wasser, Aceton, Methanol oder einem anderen aliphatischen Alkohol, oder durch Quellung in Mischungen aus einem Lösemittel, vorzugsweise einem überwiegend polar-aprotischen Lösemittel, z. B. N-Methylpyrrolidon (NMP), Dimethylsulfoxid (DMSO), Dimethylformamid, γ-Butyrolac­ ton oder protische Lösemittel wie z. B. Schwefelsäure oder Phosphorsäure oder einem Nicht-Lösemittel zumindest teilweise plastifiziert werden.

Ferner können zur Verbesserung der Haftung und zum Verbinden der Komponenten das Kontaktierungsmaterial oder mindestens eine Flachseite der Membran oder beide Komponenten durch ein Lösemittel oder durch eine Polymerlösung angelöst, benetzt oder angequollen werden und die Komponenten dann, d. h. eine oder beide Flachseiten der ionenleitfähigen Membran und mindestens ein elektronenleitendes Kontaktierungsmaterial, durch Zusammenpressen zusammengefügt und durch Laminieren verbunden werden.

Die Beschichtung der Komponenten kann entweder mit reinem Lösemittel oder mit einer Polymerlösung erfolgen, wobei die Polymerkonzentration 0 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 50 Gew.-% betragen kann. Polymere, die für die Herstellung der Beschichtungslösungen in Frage kommen sind die vorstehend genannten ionenleit­ fähigen Polymere. Vorzugsweise wird zur Beschichtung eine Polymerlösung des die ionenleitfähige Membran bildenden Polymers verwendet.

Die Beschichtung wird insbesondere in einer Schichtdicke von 1 bis 200 µm, ins­ besondere 5 bis 100 µm aufgetragen.

Hierbei kann entweder das Kontaktierungsmaterial oder mindestens eine der Flach­ seiten der ionenleitfähigen Membran mit einer katalytisch wirkenden Substanz be­ schichtet sein. In einer weiteren erfindungsgemäßen Variante kann der Katalysator in dem die Haftung vermittelnden Beschichtungsmaterial, d. h. in dem Lösemittel bzw. in der aufzubringenden Polymerlösung, enthalten sein.

Die Beschichtung oder sogenannte Konditionierung der ionenleitfähigen Membran erfolgt, sofern es sich um eine einseitige Aufbringung von Lösemittel oder Polymer­ lösung handelt, über eine Schlitzdüse. Als Schlitzdüsen eignen sich erfindungs­ gemäß Düsen die eine Breite im Bereich von 0,1 bis 5 m und eine Schlitzweite im Bereich von 10 bis 1000 µm aufweisen.

Die Membran wird zur Beschichtung entweder in horizontaler Richtung (über oder unter der Düse) oder in vertikaler Richtung (aufsteigend oder absteigend) an der Schlitzdüse vorbeigeführt.

Bei einer beidseitigen Konditionierung der Membran kann die Aufbringung des Lösemittels oder der Polymerlösung entsprechend über eine Durchführung der Membran mittels zweier Schlitzdüsen oder durch Konditionierung der Membran in einem Tauchbad enthaltend die zu beschichtende Lösung erfolgen.

Alternativ kann die Membran beschichtet werden, indem sie an einer Rakel vorbei­ geführt wird. Die Breite der Rakel liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 5 m bei einer Schlitzweite im Bereich von 5 bis 500 µm. Die Bandgeschwindigkeit liegt hier­ bei insbesondere zwischen 0,5 mm/s bis 10 m/s, vorzugsweise 5 mm/s bis 1 m/s.

Zur Laminierung werden die einzelnen Komponenten, d. h. mindestens ein elek­ tronenleitendes Kontaktierungsmaterial und mindestens eine ionenleitfähige Mem­ bran, mittels Zuführ- und Positioniervorrichtungen zusammengeführt und zwischen Walzenpaaren oder einer Presse miteinander laminiert. Vorzugsweise werden das Kontaktierungsmaterial und/oder die ionenleitfähige Membran als flächige Gebilde zusammengeführt und bei einer Temperatur im Bereich von 5 bis 300°C, insbeson­ dere 25 bis 200°C, und einem geeigneten Anpreßdruck, vorzugsweise im Bereich von 10⁷ bis 10¹² Pa, insbesondere 10⁸ bis 10¹⁰ Pa, laminiert. Dabei ist zu beachten, daß der Anpreßdruck bei der Verwendung von Walzen oft stark von der Wal­ zenform und -größe abhängig ist.

Durch diesen Laminierprozeß wird die Elektrodenstruktur direkt in die oberste ange­ löste oder angeschmolzene Schicht der ionenleitenden Membran eingepreßt.

Die Herstellung eines Elektrodenmembran-Verbundes aus zwei Halbmembran­ elektroden-Einheiten erfolgt entsprechend durch Anlösen der ionenleitfähigen Mem­ bran einer oder beider Halbmembranelektroden-Einheiten mit einem Lösemittel oder einer Polymerlösung, Positionierung und Zuführung der beiden Einheiten zu den Walzenpaaren und Laminieren derselben zu einer Ganzmembranelektroden-Ein­ heit.

Der Durchmesser der erfindungsgemäß verwendeten Walzenpaare liegt vorzugs­ weise im Bereich von 0,1 bis 2 m.

In einer besonderen Ausführungsform kann die ionenleitfähige Membran mit einem Kontaktierungsmaterial, welches bereits in dem späteren Verwendungszweck ange­ paßte gebrauchsfertige Einheiten geschnitten ist, z. B. als Kohlenstoff-Vlies-Stücke vorliegt, die in ihrer Form und Größe den in einer Brennstoffzelle verwendeten Kohlenstoff-Vliesen entsprechen, laminiert werden. Erfindungsgemäß können die Einheiten so abgerollt werden, daß der Abstand zwischen den Einheiten der doppel­ ten Breite des in einer Brennstoffzelle erforderlichen unbeschichteten Membranran­ des, vorzugsweise 0,1 bis 100 mm, insbesondere 1 bis 50 mm, entspricht. Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Verfahrensvariante liegt vor allem in einer Ersparnis von Verfahrensschritten bei der darauffolgenden Weiterverarbeitung der erhaltenen Membranelektroden-Einheiten zu Brennstoffzellen.

Die nach dem erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verfahren erhaltenen Laminate aus elektronenleitendem Kontaktierungsmaterial, Katalysator und ionenleitfähiger Membran werden in einer der Laminierung nachgeschalteten und mit dieser gekop­ pelten kontinuierlichen Stufe von noch anhaftenden überflüssigen Bestandteilen befreit.

Eine Möglichkeit zu einer solchen Konditionierung besteht beispielsweise darin, daß das Laminat in Bandform durch eine auf 10 bis 250°C, insbesondere 20 bis 200°C, beheizte Trockenstrecke, beispielsweise einen Umluftofen geführt wird. Auf diese Weise werden noch anhaftende Lösemittelreste oder Wasser verdunstet. In einer besonderen Ausführungsform kann in der Trockenstrecke längs zur Bewegungs­ richtung ein Temperaturgradient vorliegen.

Eine weitere Möglichkeit zur Entfernung der flüchtigen Bestandteile besteht in der Trocknung des Laminats mit Hilfe von Infrarotstrahlen, insbesondere in Kombination mit einem nachgeschalteten Umlufttrockner.

In einer weiteren Verfahrensvariante kann die Entfernung der überflüssigen, noch anhaftenden Bestandteile in einem nachgeschalteten Waschschritt erfolgen. So können z. B. noch anhaftende Lösemittel bzw. Nicht-Lösemittel oder Polymerbe­ standteile durch eine Flüssigkeit extrahiert werden, die die membranbildenden Polymere nicht löst. Verwendung finden hier beispielsweise Wasser/NMP-Mischun­ gen sowie Mischungen aus NMP und niederen aliphatischen Alkoholen. Der NMP-Anteil liegt hierbei vorzugsweise unter 25%. Insbesondere erfolgt die Extraktion bei dieser Variante durch Besprühen des Laminates mit der Flüssigkeit oder durch Durchleitenden des Laminatbandes mit Hilfe von Umlenkrollen durch ein entspre­ chendes Tauchbad. Nach Abtropfen des Extraktes wird das Laminat einem an­ schließenden Trocknungsprozeß unterworfen. Das Trocknen des Laminates kann wie vorstehend beschrieben durchgeführt werden.

Um das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Laminat bereits in eine für den Einbau in eine Brennstoffzelle geeignete Form zu bringen, kann als weiterer Verfahrensschritt der Stufe der Konditionierung eine sogenannte Konfektionierung nachgeschaltet sein.

Hierbei kann das als Band vorliegende Laminat mit Hilfe von entsprechenden Schneid- oder Stanzmaschinen in regelmäßigen, den weiteren Verwendungszweck angepaßten, entsprechenden Abständen zerteilt werden. Sofern bei der Herstel­ lung des Laminates bereits a!s Kontaktierungsmaterial Kohlenstoffvlies-Stücke verwendet wurden, so wird das Laminatband in den nicht-beschichteten Bereichen zugeschnitten, so daß die so erhaltenen Laminatstücke nur im mittleren Bereich, nicht aber am Rand beschichtet sind.

Weiterhin ist es möglich in einem nachgeschalteten, gekoppelten Schritt selbst­ härtende Dichtungsmaterialien auf die äußere, nicht beschichtete oder auf die be­ schichtete Randzone des Laminates aufzutragen, so daß das Kontaktierungsmateri­ al nicht mehr gasdurchlässig ist (US-A-5 264 299). Insbesondere kommen hier als Dichtungsmaterialien härtbare Siliconharze zur Anwendung, welche in flüssiger Form aufgetragen werden und selbst aushärten. Das so aufgetragene Dichtungs­ material dient beim nachfolgenden Einbau des Laminates oder der Membranelek­ trodeneinheit in eine Brennstoffzelle zur seitlichen Abdichtung der Zelle und zur Verhinderung des Austretens von Fluiden und des Ausströmens von Brenn- oder Oxidationsgasen.

Durch die Ermittlung der Wechselspannungswiderstände kann eine Aussage über die Reproduzierbarkeit der Herstellung der Laminate getroffen werden. Bei Lamina­ ten aus einer Serie korreliert der Widerstand auch mit der Leistung, nicht jedoch zwischen verschiedenen Laminaten. Laminate, die mit den bekannten diskontinuier­ lichen Verfahren hergestellt werden weisen Wechselspannungswiderstände, die zwischen 10 mΩ und 10 Ω schwanken auf. Die so erhaltenen Produkte enthalten oft Verwerfungen, Lufteinschlüsse oder ähnliche Fehlstellen.

Das erfindungsgemäße kontinuierliche Verfahren führt dagegen zu einer einheitli­ chen Anbindung der Elektrodenstruktur an die ionenleitfähige Membran und regel­ mäßig zu Laminaten mit einer Schwankungsbreite von ± 10%, insbesondere ± 5% (gemessen im betriebsbereiten Zustand). Die Widerstände, der mit dem erfindungs­ gemäßen Verfahren erhaltenen Membran-Elektroden-Einheiten liegen üblicherweise im Bereich von 0,02 bis 0,6 Ω, insbesondere im Bereich von 0,04 bis 0,45 Ω. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Laminate, insbesondere Membran­ elektrodeneinheiten und/oder Elektrodenmembran-Verbunde in einfacher, wirt­ schaftlicher und gut reproduzierbaren Weise hergestellt werden. Sie eignen sich daher und aufgrund ihrer niedrigen Wechselspannungswiderstände insbesondere für den Einbau in Brennstoffzellen sowie Elektrolyseuren.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Ausführungsbeispiele und der anhän­ genden Figuren näher erläutert.

Beispiele Beispiel 1

Membranmaterial (Abb. 3, 1): Sulfoniertes Polyaryletherketon gemäß Formel (1), hergestellt gemäß EP 0 574 791, Ionenaustauscheräquivalent 1.4 mmol/g, Dicke 100 µm, Rollenform, Breite 400 mm.

Beschichtungsmaterial (Abb. 3, 3): Mischung bestehend aus
15 g sulfoniertem Polymer, das mit dem Membranmaterial identisch ist
15 g Platin-Katalysator (30% Pt/Vulcan XC-72, Fa. E-TEK, Inc. Natick, USA),
70 g N-Methylpyrrolidon.
Kohlenstoff-Gewebe (Abb. 3, 4): VP 676, Fa. SGL Carbon GmbH Wiesbaden Deutschland.

Die Membran (1) wird mit einer Geschwindigkeit von 5 mm/s zwischen zwei Schlitz­ düsen (2) (Breite der Düse 370 mm, Schlitzbreite 500 µm) durchgeführt; dabei wird auf beiden Seiten der Membran eine Beschichtung (3) von 100 µm Dicke aufge­ bracht. Hinter den Schlitzdüsen wird über zwei Walzen (5) (Breite 450 mm, Durch­ messer 200 mm) beidseitig Kohlenstoff-Gewebe (4) eingeschossen, so daß ein Laminat entsteht. Die obere Walze übt auf das darunter laufende Laminat eine Kraft von 1000 N aus. Das als Band vorliegende Laminat wird durch einen Zweikammer-Ofen (6) (Länge 3 m) geführt, in dem das NMP aus dem Beschichtungsmaterial (3) entfernt wird. Die erste Kammer (Länge 1 m) ist auf 120°C temperiert, die zweite Kammer (Länge 2 m) auf 80°C. Hinter dem Ofen wird das Laminat mit einer kontinu­ ierlich arbeitenden Schlagschere (7) in Stücke (8) zerteilt; die Breite der Stücke ist durch die Breite des Laminatbandes gegeben, die Länge der Stücke beträgt 500 mm. Das so erhaltene Laminat kann als Membran/ Elektroden-Einheit in eine Membran- Brennstoffzelle eingebaut werden und liefert dort im Wasserstoff/Sauerstoff-Betrieb (jeweils 2 bar und 80°C) eine maximale elektrische Leistung von 3.1 kW/m².

Beispiel 2

Variante zu Beispiel 1. Nach dem Aufwalzen des Kohlenstoff-Gewebes (Abb. 3) wird an der mit A gekennzeichneten Stelle das Laminat über eine Umlenkrolle (Durch­ messer 1 m) in die in Abb. 4 skizzierte Apparatur eingeführt. Über zwei Düsenköpfe (9) wird beidseitig Wasser (25 ml/s) auf die Membran aufgesprüht, mit dem NMP aus der Beschichtung extrahiert wird. 0,5 m unterhalb der Düsenköpfe befinden sich zu beiden Seiten des Laminatbandes Ablauftröge (10) für das aufgesprühte Wasser. Über eine Umlenkrolle wird das Laminat anschließend in den Ofen (6) (beide Kammern 80°C; hinter dem Ofen befinden sich zusätzlich je zwei handels­ übliche 150 W-IR-Lampen 100 mm über und unter dem Laminat) geführt und wie in Beispiel 1 weiter behandelt. Das so erhaltene Laminat kann als Membran/Elektroden-Einheit in eine Membran- Brennstoffzelle eingebaut werden und liefert dort im Wasserstoff/Sauerstoff-Betrieb (jeweils 2 bar, 80°C) eine maxima­ le elektrische Leistung von 3.8 kW/m².

Beispiel 3

Für die folgende Ausführung wird ein Laminat aus einem handelsüblichen Kohlenstoff-Vlies (TGP-H-120, Fa. Toray, Tokio, Japan), das durch Sputtern mit 40 g/m² Platin beschichtet ist, und einem handelsüblichen Polyethylennetz verwendet. Das Kohlenstoff-Vlies wird in einzelnen Stücken (11) (80 mm × 120 mm) auf das Netz (12) aufgepreßt, so daß die in Abb. 5 skizzierte Aufteilung zustande kommt, in der die Kohlenstoff-Vlies Stücke durch Zwischenräume voneinander getrennt sind. Die mit Platin besputterte Seite ist von der mit dem Polyethylen-Netz laminierten Seite abgewandt.

Das Laminat wird anstelle des Kohlenstoff-Gewebes in Beispiel 2 verwendet. Im Gegensatz zu Beispiel 2 enthält die Beschichtungslösung jedoch keinen Katalysa­ tor. Das Laminat wird über die Kohlenstoff-Vlies-Seite mit der Membran kontaktiert. Das resultierende Laminat besteht aus einer Membran (13), die beidseitig mit iso­ lierten Kohlenstoff-Gewebe-Stücken (14) versehen ist (Abb. 6). Mit einer Kombina­ tion aus kontinuierlich arbeitenden Scheren (handelsübliche Perforationswerkzeu­ ge) wird dieses Laminat entlang der Linien (15) geschnitten. Es entstehen Laminats­ tücke (Abb. 7), deren Rand (16) nur aus einer freistehenden Membran besteht und die innerhalb des Randes mit Katalysator-haltigem Kohlenstoff-Gewebe (17) be­ schichtet sind. Diese Stücke sind besonders als Membran/Elektroden-Einheiten zur Stapelung in Membran-Brennstoffzellen geeignet, weil der freistehende und glatte Rand sich - ggf. unter Verwendung von konventionellen, elastischen Dichtungen - gasdicht verschließen läßt. Das Laminat wird als Membran/Elektroden-Einheit in eine Membran-Brennstoffzelle eingebaut und liefert dort im Wasserstoff/Sauerstoff-Betrieb (jeweils 2 bar, 80°C) eine maximale elektrische Leistung von 2.9 kW/m²

Beispiel 4

Ein nach Beispiel 1 gewonnenes Laminat wird in einem technisch üblichen, kontinu­ ierlich verlaufenden Tiefdruckverfahren mit einer Silicongummi-Lösung (Sylgard^TM, DOW) bedruckt. Die Druckanlage ist direkt hinter dem Ofen integriert und erzeugt auf dem Laminat eine Raster (Abb. 8) aus gummierten Bereichen (18), in denen das Kohlenstoff-Gewebe vollständig mit Silicongummi getränkt ist. Mit einer Kombination aus kontinuierlich arbeitenden Scheren (handelsübliche Perforationswerkzeuge) wird dieses Laminat entlang der Linien (19) geschnitten. Auf diese Weise werden Membran/Elektroden-Einheiten mit integrierter, lateraler Gasabdichtung (18) erhal­ ten (Abb. 9).

Beispiel 5

Vergleichsexperiment zu Beispiel 1. Membranmaterial, Beschichtungsmaterial, Kohlenstoff-Gewebe und Mengenverhältnisse wie Beispiel 1.

Verfahren: Membranmaterial 19 (200 × 200 mm²), Beschichtungsmaterial (20) (180 × 180 mm², mit Kastenrakel aufgetragen) und Kohlenstoff-Gewebe (21) (180 × 180 mm²) werden miteinander wie in Abb. 10 gezeigt verpreßt (p = 10⁹ Pa, t = 30 min, T = 80°C).

Ermittlung des Wechselspannungswiderstandes von Laminaten

Zur Messung wird das Laminat zwischen die beiden Hälften eines Stahlblocks mit einer zylindrischen Ausfräsung deren Durchmesser 40 mm beträgt gespannt. Diese Ausfräsung ist mit Stahlvliesen ausgelegt. Das oberste Stahlvlies ragt 0.2 mm aus der Fräsung heraus. Die Maschenweite des Vlieses beträgt 0,5 mm.

Die Elektroden ragen 5 mm über den Rand des Stahlvlieses hinaus. In diesem Fall werden die Verhältnisse der Test-Brennstoffzelle nachgebildet und um die Verhält­ nisse der Test-Brennstoffzelle anzugleichen die MEA im betriebsbereiten Zustand eingebaut.

Nachdem das Laminat zwischen die Hälften des Stahlblocks eingespannt wurde, werden diese mittels Schrauben mit M12 Gewinde zusammengepreßt. Zur gleich­ mäßigen Belastung werden zwischen Stählblock und Muttern Unterlegscheiben als Federn zwischengelegt.

Bevor man die Muttern anzieht, wird zur Messung des Wechselstromwiderstandes eine Rechteckspannung von 1 kHz an das Laminat angelegt. Die Meßspannung (als V_SS) liegt im Bereich kleiner 12 Volt. Zur Messung wird ein Voltcraft LCR Meßgerät Typ 4090 eingesetzt.

Die Muttern werden nun über Kreuz langsam angezogen bis sich keine merkliche Veränderung des Wechselstromwiderstandes mehr ergibt.

Der endgültige Widerstand wird nach einer Angleichphase von 3 min abgelesen.

Die Abweichung der Wechselspannungswiderstände der erfindungsgemäß her­ gestellten Laminate liegt im Bereich von < 10%, insbesondere < 5%.

Claims (29)

1. Verfahren zur Herstellung von Laminaten, die mindestens eine mittig ange­ ordnete, ionenleitfähige Membran enthalten, die mindestens über einen maß­ geblichen Teil ihrer beiden, sich gegenüberliegenden Flachseiten mit minde­ stens einer katalytisch wirkenden Substanz und mit mindestens einem flächi­ gen, gasdurchlässigen, elektronenleitenden Kontaktierungsmaterial elektrisch leitend verbunden ist, und bei denen die Verbindung von mindestens zwei der genannten Komponenten durch Laminieren bewirkt worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbinden der ionenleitfähigen Membran, der kata­ lytisch wirkenden Substanz und des elektronenleitenden Kontaktierungmate­ rials kontinuierlich durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ionenleitfähige Membran mittels Transport- und Zuführeinrichtungen mit mindestens dem elektronenleitenden Kontaktierungsmaterial positionsgenau zusammenge­ führt wird und mindestens beide Komponenten durch Zusammendrücken miteinander laminiert und verbunden werden.

3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Laminieren mittels einem Druck ausübender Walzen aus­ geführt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ionenleitfähige Membran und/oder das Kontaktierungs­ material in Bandform zugeführt und verarbeitet wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das elektronenleitende Kontaktierungsmaterial und/oder min­ destens eine der Flachseiten der ionenleitfähigen Membran mit einer kataly­ tisch wirkenden Substanz beschichtet sind.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als ionenleitfähige Membran eine kationenleitfähige Membran verwendet wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als ionenleitfähige Membran eine Membran verwendet wird, die ein Polymer aus der Gruppe der Polyaryletherketone, Polyarylensulfide, Polyaryethersulfone, Poly-(1,4-phenylen)e, Polybenzimidazole oder aus der Gruppe der sulfonierten Polyaramide oder ein vollständig fluoriertes Polymer enthält.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Katalysator ein Platin-, Gold-, Rhodium-, Iridium oder Ru­ theniumkatalysator verwendet wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als elektronenleitendes Kontaktierungsmaterial ein Kohlen­ stoffaserflächengebilde aus der Gruppe Kohlenstoffpapier, Kohlenstoffvlies, Kohlenstoffgewebe, Kohlenstoffilz oder Kohlenstoff-Faserverbundstrukturen oder Metalle verwendet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontaktie­ rungsmaterial ein graphitiertes Kohlenstoffaserflächengebilde verwendet wird.

11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Kontaktierungsmaterial ein Kohlenstoffaserflächen­ gebilde verwendet wird, dessen Fasern und Kontaktpunkte der Fasern zu­ sätzlich mit einer Schicht aus Kohlenstoff überzogen sind.

12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ionenleitfähige Membran auf mindestens einer ihrer Flach­ seiten mit einem elektronenleitenden Kontaktierungsmaterial laminiert wird.

13. Verfahren nach Anspruche 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ionenleit­ fähige Membran auf jeder ihrer Flachseiten mit einem unterschiedlichen Kontaktierungsmaterial verbunden wird.

14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die ionenleitfähige Membran auf ihren beiden Flachseiten mit einem elektronenleitenden, einen Katalysator tragenden Kontaktierungs­ material laminiert wird, wobei das Kontaktierungsmaterial für die eine Seite der Membran einen anderen Katalysator trägt als das Kontaktierungsmaterial für die andere Seite der Membran.

15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Membranelektrodeneinheit hergestellt wird, indem zwei aus je einer ionenleitfähigen Membran und einem elektronenleitenden Kon­ taktierungsmaterial bestehende Laminate durch Laminieren an den ionenlei­ tenden Oberflächen verbunden werden.

16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Verbinden der Komponenten das elektronenleitende Kon­ taktierungsmaterial oder mindestens eine Flachseite der Membran oder beide Komponenten mit einem Lösemittel oder einer Polymerlösung kontinuierlich beschichtet werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in dem die Haftung vermittelnden Beschichtungsmaterial enthalten ist.

18. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16 und 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Beschichtung eine Polymerlösung verwendet wird, die das ionenleitfähige Polymer, das die Membran bildet, enthält.

19. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zu laminierenden Komponenten mittels Zuführ- und Posi­ tioniervorrichtungen in der vorgesehenen Weise zusammengeführt und bei einer Temperatur im Bereich von 5 bis 300°C laminiert werden.

20. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zu laminierenden Komponenten mittels Zuführ- und Posi­ tioniervorrichtungen in der vorgesehenen Weise zusammengeführt und bei einem Druck im Bereich von 10⁷ bis 10¹² Pa laminiert werden.

21. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erhaltenen Laminate in einem der Laminierung nachge­ schalteten und mit dieser gekoppelten kontinuierlichen Stufe von noch anhaftenden, überflüssigen Bestandteilen befreit werden.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat durch eine beheizte Trockenstrecke mit einer Temperatur im Bereich von 10 bis 250°C geführt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die überflüssigen Bestandteile in einem nachgeschalteten Waschschritt entfernt werden und das Laminat danach getrocknet wird.

24. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einem der Laminierung nachgeschalteten, kontinuierlichen Stufe auf die äußeren Randzonen des Laminates, entlang derer bei späterer Verwendung eine Abdichtung gegen Fluide und Gase erforderlich ist, Dich­ tungsmaterialien aufgetragen werden.

25. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Laminat in einem der Laminierung nachgeschalteten Pro­ zeß in entsprechenden Abständen, die dem weiteren Verwendungszweck angepaßt sind, zerteilt wird.

26. Laminate hergestellt nach einem Verfahren nach mindestens einem der An­ sprüche 1 bis 25.

27. Laminat nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Membran­ elektrodeneinheit ist.

28. Laminate hergestellt nach einem Verfahren nach mindestens einem der An­ sprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwankungsbreite der Wechselspannungswiderstände der Laminate bei ± 10% liegt.

29. Verwendung der nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 28 hergestell­ ten Laminate in Brennstoffzellen oder Elektrolyseuren.