DE112004001386T5 - Unbehandeltes Diffusionsmedium mit mesoporöser Schicht und Vorrichtungen, die dieses enthalten - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Diffusionsmediums, wobei das Verfahren umfasst, dass:
ein Diffusionsmediumsubstrat vorgesehen wird, das eine poröse fasrige Matrix umfasst, die eine erste und zweite Hauptseite definiert, wobei das Substrat eine Menge an kohlenstoffhaltigem Materialumfasst, die ausreichend ist, um das Substrat elektrisch leitend zu machen;
eine mesoporöse Schicht entlang zumindest eines Abschnitts von einer der ersten und zweiten Hauptseiten des Substrats aufgebracht wird, wobei
die mesoporöse Schicht auf das Substrat dadurch aufgebracht wird, dass eine Beschichtung vorgesehen wird, die eine hydrophobe Komponente, eine hydrophile Komponente und ein porenbildendes Mittel umfasst, und
das Substrat außerhalb von Gebieten des Substrats, die die mesoporöse Schicht tragen, frei von fluorierten Polymeren ist; und
das porenbildende Mittel zersetzt wird, so dass die mesoporöse Schicht durch eine Porosität gekennzeichnet ist, die größer als eine Porosität des Diffusionsmediumsubstrats ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Konstruktion und Herstellung von Diffusionsmedien und insbesondere Diffusionsmedien zur Verwendung in elektrochemischen Zellen, in denen ein Wassermanagement einen wichtigen Konstruktionssachverhalt darstellt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sind ein Diffusionsmedium und ein Verfahren zu dessen Herstellung vorgesehen, um Sachverhalte in Verbindung mit einem Wassermanagement in elektrochemischen Zellen und anderen Vorrichtungen, die das Diffusionsmedium verwenden, zu berücksichtigen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Diffusionsmediums vorgesehen. Es wird ein Diffusionsmediumsubstrat vorgesehen, das eine poröse fasrige Matrix umfasst, die eine erste und zweite Hauptseite definiert. Das Substrat umfasst eine Menge an kohlenstoffhaltigem Material, das ausreichend ist, um das Substrat elektrisch leitend zu machen. Entlang zumindest eines Abschnittes von einer der ersten und zweiten Hauptseiten des Substrats wird eine mesoporöse Schicht aufgebracht. Die mesoporöse Schicht wird auf das Substrat aufgebracht, indem eine Beschichtung vorgesehen wird, die eine hydrophobe Komponente, eine hydrophile Komponente wie auch ein porenbildendes Mittel umfasst. Das Substrat ist frei von fluorierten Polymeren außerhalb von Gebieten des Substrats, die die mesoporöse Schicht tragen. Das porenbildende Mittel wird derart zersetzt, dass die mesoporöse Schicht poröser als das Diffusionsmediumsubstrat wird.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Diffusionsmediums vorgesehen. Gemäß dem Verfahren wird die mesoporöse Schicht auf dem Substrat aufgebracht, indem eine Beschichtung vorgesehen wird, die eine hydrophobe Komponente, eine hydrophile Komponente, ein porenbildendes Mittel wie auch ein Lösemittel umfasst. Die hydrophobe Komponente umfasst ein fluoriertes Polymer. Die hydrophile Komponente umfasst eine kohlenstoffhaltige Substanz, die aus Kohlefasern, Kohlepartikeln und deren Kombinationen gewählt ist. Die kohlenstoffhaltige Substanz ist durch eine Oberfläche von etwa 60 cm2/g gekennzeichnet. Das porenbildende Mittel umfasst Ammoniumcarbonat. Das Substrat ist frei von fluorierten Polymeren außerhalb von Gebieten des Substrats, die die mesoporöse Schicht tragen. Auf das Substrat wird eine ausreichende Menge der mesoporösen Schicht aufgebracht, um eine Porosität des Diffusionsmediums relativ zu dem Diffusionsmedium ohne die mesoporöse Schicht wesentlich zu erhöhen. Die wesentliche Erhöhung der Porosität des Diffusionsmediums liegt zwischen etwa 5 % und etwa 15 %. Das Lösemittel ist aus H2O, Isopropanol und deren Kombinationen gewählt. Die Beschichtung ist derart vorgesehen, dass sie zumindest teilweise in das Diffusionsmediumsubstrat eindringt. Das porenbildende Mittel wird in einem Wärmebehandlungsprozess zersetzt, so dass die mesoporöse Schicht poröser als das Diffusionsmediumsubstrat wird.
  • Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist eine Vorrichtung, die ein Diffusionsmedium umfasst, vorgesehen, wobei das Diffusionsmedium ein Diffusionsmediumsubstrat und eine mesoporöse Schicht umfasst. Das Diffusionsmediumsubstratumfasst eine poröse fasrige Matrix, die eine erste und zweite Hauptseite definiert, und eine Menge an kohlenstoffhaltigem Material, die ausreichend ist, um das Substrat elektrisch leitend zu machen. Das Diffusionsmediumsubstrat trägt die mesoporöse Schicht entlang zumindest eines Abschnittes von einer der ersten und zweiten Hauptseiten des Substrats. Die mesoporöse Schicht umfasst hydrophobe und hydrophile Komponenten, die hydrophobe und hydrophile Gebiete innerhalb der mesoporösen Schicht definieren. Die mesoporöse Schicht umfasst eine Menge an kohlenstoffhaltigem Material, die ausreichend ist, um die mesoporöse Schicht elektrisch leitend zu machen. Die mesoporöse Schicht ist durch eine Porosität gekennzeichnet, die größer als eine Porosität des Diffusionsmediumsubstrats ist. Das Diffusionsmediumsubstrat ist frei von fluorierten Polymeren außerhalb von Gebieten des Substrats, die die mesoporöse Schicht tragen.
  • Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mittel vorzusehen, um Wassermanagementsachverhalte in Diffusionsmedien zu berücksichtigen, und Vorrichtungen vorzusehen, die derartige Diffusionsmedien verwenden. Andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind angesichts der Beschreibung der Erfindung hier offensichtlich.
  • Die folgende detaillierte Beschreibung von spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird am besten in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen verständlich, in denen gleiche Anordnungen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, und wobei:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Brennstoffzelle ist, die ein poröses Diffusionsmedium gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst;
  • 2 eine schematische Darstellung eines porösen Diffusionsmediums gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
  • 3 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs ist, das eine Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst.
  • In 1 ist eine Brennstoffzelle 10 gezeigt, die ein poröses Diffusionsmedium 20 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst. Insbesondere umfasst die Brennstoffzelle 10 eine Membranelektrodenanordnung 30, die zwischen einem Anodenströmungsfeld 40 und einem Kathodenströmungsfeld 50 der Brennstoffzelle 10 angeordnet ist. Es sei angemerkt, dass die Strömungsfelder 40, 50 und die Membranelektrodenanordnung 30 eine Vielzahl herkömmlicher oder noch zu entwickelnder Formen annehmen können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Obwohl die spezielle Form der Membranelektrodenanordnung 30 jenseits des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegt, umfasst bei der gezeigten Ausführungsform die Membranelektrodenanordnung 30 jeweilige katalytische Elektrodenschichten 32 und eine Ionentauschermembran 34.
  • In 2 ist ein Diffusionsmedium 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch gezeigt. Das Diffusionsmedium 20 umfasst ein Diffusionsmediumsubstrat 22 und eine mesoporöse Schicht 24. Das Diffusionsmediumsubstrat 22 umfasst eine poröse fasrige Matrix, die eine erste und zweite Hauptseite 21, 23 definiert, und eine Menge an kohlenstoffhaltigem Material, das ausreichend ist, um das Substrat 22 elektrisch leitend zu machen. Bei der gezeigten Ausführungsform trägt das Diffusionsmediumsubstrat 22 die mesoporöse Schicht 24 entlang der ersten Hauptseite 21 des Substrats 22.
  • Bei vielen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die mesoporöse Schicht 24 bei der Berücksichtigung von Wassermanagementsachverhalten wirksamer, wenn sie an der Membranelektrodenanordnung 30 der Brennstoffzelle 10 positioniert ist, im Vergleich dazu, dass sie so positioniert ist, dass sie zu dem Strömungsfeld der Zelle weist. Dennoch sei angemerkt, dass das Diffusionsmediumsubstrat 22 die mesoporöse Schicht 24 entlang jeder Hauptseite 21, 23 des Substrats 22 ungeachtet dessen tragen kann, welche Seite an der Membranelektrodenanordnung 30 positioniert ist. Ferner kann die mesoporöse Schicht 24 die gesamte oder einen Teil der Seite, entlang der sie getragen ist, bedecken.
  • Die mesoporöse Schicht 24 ist typischerweise poröser als das Diffusionsmediumsubstrat 22. Für die Zwecke der Definition und Beschreibung der vorliegenden Erfindung sei angemerkt, dass die mesoporösen Strukturen durch Porengrößen gekennzeichnet sind, die im Bereich von wenigen Nanometern bis zu Hunderten von Nanometern liegen können. Die mesoporöse Schicht 24 umfasst eine hydrophobe Komponente 26 und eine hydrophile Komponente 28, die hydrophobe und hydrophile Gebiete in der Schicht 24 definieren. Die hydrophobe Komponente 26 kann ein fluoriertes Polymer umfassen, beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylfluorid (PVF), eine Kombination aus fluorierten Polymeren oder ein beliebiges anderes geeignetes hydrophobes Material oder eine beliebige Kombination aus Materialien. Die hydrophile Komponente 28 kann als eine kohlenstoffhaltige Substanz wie Kohlefasern, Kohlepartikel und deren Kombinationen vorgesehen sein, kann jedoch alternativ dazu auch durch ein beliebiges anderes geeignetes hydrophiles Material dargestellt werden. Zur Veranschaulichung und nicht zur Beschränkung sei angemerkt, dass die kohlenstoffhaltigen Substanzen wie Acetylenruß, die durch Oberflächen von etwa 60 cm2/g gekennzeichnet sind, geeignete hydrophile Materialien für die mesoporöse Schicht 24 darstellen. Die mesoporöse Schicht 24 umfasst auch eine Menge an kohlenstoffhaltigem Material, die ausreichend ist, um dieses elektrisch leitend zu machen. Obwohl die hydrophilen oder hydrophoben Komponenten 28, die bereits in der Schicht 24 vorhanden sind, so gewählt sein können, um diese Rolle zu erfüllen, sei angemerkt, dass zusätzliche Komponente in die Schicht aufgenommen werden können, um diese elektrisch leitend zu machen.
  • Wie in 2 gezeigt ist, dringt die mesoporöse Schicht 24 zumindest teilweise in das Diffusionsmediumsubstrat 22 ein. Das Ausmaß des Eindringens, das schematisch durch die Darstellung der ersten Fläche 21 in 2 in gestrichelten Linien gezeigt ist, variiert breit abhängig von den Eigenschaften der mesoporösen Schicht 24 und des Diffusionsmediumsubstrats 22.
  • Das Diffusionsmediumsubstrat 22 ist in dem Sinne unbehandelt, als dass es frei von fluorierten Polymeren ist. Selbstverständlich ist bei Ausführungsformen, bei denen die mesoporöse Schicht 24 fluorierte Polymere umfasst, anzumerken, dass das Diffusionsmediumsubstrat 22 außerhalb von Gebieten des Substrats 22, die die mesoporöse Schicht 24 tragen, frei von fluorierten Polymeren ist.
  • Wie in 3 gezeigt ist, kann ein Brennstoffzellensystem, das Diffusionsmedien gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, derart ausgestaltet werden, dass es als eine Antriebsquelle für ein Fahrzeug 100 dient. Insbesondere kann Brennstoff von einer Brennstoffspeichereinheit 120 an die Brennstoffzellenanordnung 110 geführt werden, die derart ausgebildet ist, um Brennstoff, beispielsweise H2 in Elektrizität umzuwandeln. Die erzeugte Elektrizität wird anschließend als eine Antriebsenergieversorgung für das Fahrzeug 100 verwendet, wobei die Elektrizität in Drehmoment und eine Fahrzeugtranslationsbewegung umgewandelt wird.
  • Bezug nehmend auf den Prozess, mit dem ein Diffusionsmedium der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann, wird die mesoporöse Schicht auf das Substrat dadurch aufgebracht, dass eine Beschichtung vorgesehen wird, die die hydrophobe Komponente, die hydrophile Komponente, ein porenbildendes Mittel und geeignete Lösemittel umfasst. Das porenbildende Mittel wird anschließend zersetzt, so dass die mesoporöse Schicht poröser als das Diffusionsmediumsubstrat ist. Das Lösemittel kann ein beliebiges geeignetes Lösemittel sein, wie beispielsweise deionisiertes H2O, Isopropanol und deren Kombinationen.
  • Allgemein ist die Beschichtung als eine Mischung vorgesehen, die zwischen etwa 15 Gew.-% und etwa 40 Gew.-% der hydrophoben Komponente, zwischen etwa 85 Gew.-% und etwa 60 Gew.-% der hydrophilen Komponente und zwischen etwa 0 Gew.-% und etwa 15 Gew.-% des porenbildenden Mittels umfasst. Insbesondere ist die Beschichtung als eine Mischung vorgesehen, die geringfügig weniger als etwa 20 Gew.-% der hydrophoben Komponente, geringfügig weniger als etwa 80 Gew.-% der hydrophilen Komponente und etwa 5 Gew.-% des porenbildenden Mittels umfasst.
  • Wenn die hydrophile Komponente einen kohlenstoffhaltige Substanz umfasst, kann die Substanz aus einer Vielzahl von Materialien gewählt sein, wie beispielsweise Kohlefasern, Kohlepartikel und deren Kombinationen. Die kohlenstoffhaltige Substanz kann durch eine Oberfläche zwischen etwa 50 cm2/g und etwa 250 cm2/g gekennzeichnet sein. Insbesondere und nur zur Veranschaulichung und nicht zur Beschränkung sind geeignete hydrophile Komponenten, wie beispielsweise Acetylenruß, durch Oberflächen von etwa 60 cm2/g gekennzeichnet.
  • Bezüglich des porenbildenden Mittels sollte dieses ein Material umfassen, das dazu neigt, die Porengröße der mesoporöse Schicht wesentlich zu erhöhen, wenn es auf das Substrat aufgebracht und ermöglicht wird, dass es sich verfestigen, trocknen, härten oder sich anderweitig stabilisieren kann. Beispielsweise und nur zur Veranschaulichung und nicht zur Beschränkung kann das porenbildende Mittel Ammoniumcarbonat oder ein beliebiges anderes Material umfassen, das gewählt ist, um sich in einer Mischung mit den hydrophoben und hydrophilen Komponenten bei Erhitzung zu zersetzen. Die Zersetzung kann partikelfrei verlaufen und kann gasförmige und flüssige Komponenten umfassen. Insbesondere kann das porenbildende Mittel ein Material umfassen, das derart gewählt ist, dass die mesoporöse Schicht im Wesentlichen frei von den Komponenten des porenbildenden Mittels bei Zersetzung des porenbildenden Mittels ist. Porenbildende Mittel, die sich in gasförmige Produkte und Wasser zersetzen, sind für viele Anwendungen der vorliegenden Erfindung geeignet. Beispielsweise umfassen Produkte der thermischen Zersetzung von Ammoniumcarbonat Ammoniak, Kohlendioxid, Stickstoff und Wasserdampf.
  • Die Zersetzung des porenbildenden Mittels kann durch Erhitzung des beschichteten Substrats erleichtert werden. Geeignete Wärmebehandlungstemperaturen variieren abhängig von der Zusammensetzung der mesoporösen Schicht. Wenn beispielsweise Ammoniumcarbonat als das porenbildende Mittel verwendet wird, sollte das beschichtete Medium auf zumindest etwa 100°C erhitzt werden, um eine Verdampfung von Wasser bei Zersetzung des Ammoniumcarbonats zu unterstützen. Allgemein ist der Wärmebehandlungsprozess durch Temperaturen zwischen etwa 75°C und etwa 100°C oder zumindest über etwa 65°C gekennzeichnet.
  • Bezüglich der Zunahme der Porosität des Diffusionsmediums mit der mesoporösen Schicht relativ zu der des Diffusionsmediums ohne die mesoporöse Schicht sind, obwohl ein breiter Bereich von Zunahmen beabsichtigt ist, Erhöhungen der Porosität des Diffusionsmediums zwischen etwa 5 % und etwa 15 % und insbesondere von etwa 7,5 % typisch für viele Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Nur zur Darstellung und nicht zur Beschränkung wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Porosität eines Diffusionsmediums, das ein 250 μm dickes Kohlefaserpapiersubstrat und eine 10 μm dicke mesoporöse Schicht aus Acetylenruß und PTFE umfasst, von etwa 78 % (ohne die mesoporöse Schicht) auf etwa 84 % (mit der mesoporösen Schicht) erhöht.
  • Bezüglich der jeweiligen Dicken a, b des Diffusionsmediumsubstrats 22 und der mesoporösen Schicht 24, die in 2 gezeigt sind, sei angemerkt, dass geeignete Werte abhängig von der bestimmten Anwendung variieren, in der das Diffusionsmedium verwendet wird. Beispielsweise wird erwogen, dass Kohlefaserpapierprodukte mit Dicken b zwischen etwa 100 μm und etwa 300 μm zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung mit Dicken a der mesoporösen Schicht zwischen etwa 10 μm und etwa 25 μm geeignet sind.
  • Es sei angemerkt, dass die Begriffe wie "bevorzugt", "üblicherweise" und "typischerweise" hier nicht dazu verwendet sind, den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung zu beschränken oder zu implizieren, dass bestimmte Merkmale kritisch, wesentlich oder sogar wichtig für den Aufbau oder die Funktion der beanspruchten Erfindung sind. Vielmehr sind diese Begriffe lediglich dazu bestimmt, Alternativen oder zusätzliche Merkmale hervorzuheben, die bei einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, jedoch nicht müssen.
  • Für die Zwecke der Beschreibung und der Definition der vorliegenden Erfindung sei angemerkt, dass der Begriff "Vorrichtung" hier verwendet ist, um eine Kombination aus Komponenten und einzelne Komponenten ungeachtet dessen zu repräsentieren, ob die Komponenten mit anderen Komponenten kombiniert sind. Beispielsweise kann eine "Vorrichtung" gemäß der vorliegenden Erfindung ein Diffusionsmedium, eine Brennstoffzelle, die ein Diffusionsmedium gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, ein Fahrzeug, das eine Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, etc. umfassen.
  • Für die Zwecke der Beschreibung und Definition der vorliegenden Erfindung sei angemerkt, dass der Begriff "im Wesentlichen" hier dazu verwendet ist, den inhärenten Grad an Unsicherheit zu repräsentieren, der auf einen quantitativen Vergleich, einen Wert, eine Messung oder eine andere Darstellung zurückzuführen ist. Der Begriff "im Wesentlichen" wird hier auch dazu verwendet, den Grad zu repräsentieren, um den eine quantitative Darstellung von einer festgelegten Referenz abweichen kann, ohne eine Änderung der Grundfunktion des betreffenden Gegenstands zu bewirken.
  • Nach der detaillierten Beschreibung der Erfindung und Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen derselben wird offensichtlich, dass Abwandlungen und Variationen ohne Abweichung vom Schutzumfang der Erfindung, der in den angefügten Ansprüchen definiert ist, möglich sind. Insbesondere ist, obwohl einige Aspekte der vorliegenden Erfindung hier als bevorzugt oder insbesondere vorteilhaft bezeichnet sind, anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht unbedingt auf diese bevorzugten Aspekte der vorliegenden Erfindung beschränkt ist.
  • Zusammenfassung
  • Es sind ein Diffusionsmedium und ein Verfahren zu seiner Herstellung vorgesehen, um Sachverhalte in Verbindung mit einem Wassermanagement in elektrochemischen Zellen und anderen Vorrichtungen, die das Diffusionsmedium verwenden, zu berücksichtigen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Diffusionsmediums vorgesehen. Es wird ein Diffusionsmediumsubstrat vorgesehen, das eine poröse fasrige Matrix umfasst, die eine erste und zweite Hauptseite definiert. Das Substrat umfasst eine Menge an kohlenstoffhaltigem Material, die ausreichend ist, um das Substrat elektrisch leitend zu machen. Es wird eine mesoporöse Schicht entlang zumindest eines Abschnitts von einer der ersten und zweiten Hauptseiten des Substrats aufgebracht. Die mesoporöse Schicht wird auf das Substrat aufgebracht, indem eine Beschichtung vorgesehen wird, die eine hydrophobe Komponente, eine hydrophile Komponente und ein porenbildendes Mittel umfasst. Das Substrat ist frei von fluorierten Polymeren außerhalb von Gebieten des Substrats, die die mesoporöse Schicht tragen. Das porenbildende Mittel wird zersetzt, so dass die mesoporöse Schicht poröser als das Diffusionsmediumsubstrat ist.

Claims (38)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Diffusionsmediums, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Diffusionsmediumsubstrat vorgesehen wird, das eine poröse fasrige Matrix umfasst, die eine erste und zweite Hauptseite definiert, wobei das Substrat eine Menge an kohlenstoffhaltigem Materialumfasst, die ausreichend ist, um das Substrat elektrisch leitend zu machen; eine mesoporöse Schicht entlang zumindest eines Abschnitts von einer der ersten und zweiten Hauptseiten des Substrats aufgebracht wird, wobei die mesoporöse Schicht auf das Substrat dadurch aufgebracht wird, dass eine Beschichtung vorgesehen wird, die eine hydrophobe Komponente, eine hydrophile Komponente und ein porenbildendes Mittel umfasst, und das Substrat außerhalb von Gebieten des Substrats, die die mesoporöse Schicht tragen, frei von fluorierten Polymeren ist; und das porenbildende Mittel zersetzt wird, so dass die mesoporöse Schicht durch eine Porosität gekennzeichnet ist, die größer als eine Porosität des Diffusionsmediumsubstrats ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die hydrophobe Komponente ein fluoriertes Polymer umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die hydrophobe Komponente PTFE umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung als eine Mischung vorgesehen ist, die zwischen etwa 15 Gew.-% und etwa 40 Gew.-% der hydrophoben Komponente umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung als eine Mischung vorgesehen ist, die etwa 20 Gew.-% der hydrophoben Komponente umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die hydrophile Komponente eine kohlenstoffhaltige Substanz umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die kohlenstoffhaltige Substanz aus Kohlefasern, Kohlepartikeln und deren Kombinationen gewählt ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die kohlenstoffhaltige Substanz durch eine Oberfläche zwischen etwa 50 cm2/g und etwa 250 m2/g gekennzeichnet ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die kohlenstoffhaltige Substanz durch eine Oberfläche von etwa 60 cm2/g gekennzeichnet ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die kohlenstoffhaltige Substanz Acetylenruß umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung als eine Mischung vorgesehen wird, die zwischen etwa 60 Gew.-% und etwa 85 Gew.-% der hydrophilen Komponente umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung als eine Mischung vorgesehen wird, die etwa 80 Gew.-% der hydrophilen Komponente umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das porenbildende Mittel ein Material umfasst, das derart gewählt ist, so dass die mesoporöse Schicht bei Zersetzung des porenbildenden Mittels im Wesentlichen frei von Komponenten des porenbildenden Mittels ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das porenbildende Mittel ein Material umfasst, das gewählt ist, um sich in einer Mischung mit den hydrophoben und hydrophilen Komponenten bei Erhitzung über Raumtemperatur zu zersetzen.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das porenbildende Mittel ein Material umfasst, das derart gewählt ist, so dass die Zersetzung partikelfrei verläuft.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das porenbildende Mittel ein Material umfasst, das derart gewählt ist, so dass die Zersetzung gasförmige und flüssige Komponenten umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das porenbildende Mittel ein Material umfasst, das derart gewählt ist, so dass die Zersetzung zumindest eine gasförmige Komponente und H2O umfasst.
  18. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das porenbildende Mittel Ammoniumcarbonat umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung als eine Mischung vorgesehen wird, die zwischen etwa 0 Gew.-% und etwa 15 Gew.-% des porenbildenden Mittels umfasst.
  20. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung als eine Mischung vorgesehen ist, die etwa 5 Gew.-% des porenbildenden Mittels umfasst.
  21. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine ausreichende Menge der mesoporösen Schicht auf das Substrat aufgebracht wird, um eine Porosität des Diffusionsmediums relativ zu der des Diffusionsmediums ohne die mesoporöse Schicht wesentlich zu erhöhen.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die wesentliche Erhöhung der Porosität des Diffusionsmediums zwischen etwa 5 % und etwa 15 % liegt.
  23. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die wesentliche Erhöhung der Porosität des Diffusionsmediums bei etwa 7,5 % liegt.
  24. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Porosität des Diffusionsmediums, das das Substrat und die mesoporöse Schicht umfasst, etwa 84 % beträgt.
  25. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung ferner ein Lösemittel umfasst, das aus H2O, Isopropanol und deren Kombinationen gewählt ist.
  26. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung derart vorgesehen ist, so dass sie zumindest teilweise in das Diffusionsmediumsubstrat eindringt.
  27. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine ausreichende Menge der mesoporösen Schicht auf das Substrat aufgebracht wird, um eine Gesamtporosität des Diffusionsmediums von etwa 78 % ohne die mesoporöse Schicht auf etwa 84 % mit der mesoporösen Schicht wesentlich zu erhöhen.
  28. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine ausreichende Menge der mesoporösen Schicht auf das Substrat aufgebracht wird, um eine Dicke der mesoporösen Schicht zwischen etwa 10 μm und etwa 25 μm zu erzielen.
  29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Diffusionsmediumsubstrat mit einer Dicke zwischen etwa 100 μm und etwa 300 μm vorgesehen ist.
  30. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das porenbildende Mittel durch einen Wärmebehandlungsprozess zersetzt wird.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei der Wärmebehandlungsprozess durch Temperaturen zwischen etwa 75°C und etwa 100°C gekennzeichnet ist.
  32. Verfahren nach Anspruch 30, wobei der Wärmebehandlungsprozess durch Temperaturen über etwa 65°C gekennzeichnet ist.
  33. Verfahren zur Herstellung eines Diffusionsmediums, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Diffusionsmediumssubstrat vorgesehen wird, das eine poröse fasrige Matrix umfasst, die eine erste und zweite Hauptseite definiert, wobei das Substrat eine Menge an kohlenstoffhaltigem Materialumfasst, die ausreichend ist, um das Substrat elektrisch leitend zu machen; eine mesoporöse Schicht entlang zumindest eines Abschnitts von einer der ersten und zweiten Hauptseiten des Substrats aufgebracht wird, wobei die mesoporöse Schicht auf das Substrat dadurch aufgebracht wird, dass eine Beschichtung vorgesehen wird, die eine hydrophobe Komponente, eine hydrophile Komponente, ein porenbildendes Mittel und ein Lösemittel umfasst, wobei die hydrophobe Komponente ein fluoriertes Polymer umfasst, die hydrophile Komponente eine kohlenstoffhaltige Substanz umfasst, die aus Kohlefasern, Kohlepartikeln und deren Kombinationen gewählt ist, die kohlenstoffhaltige Substanz durch eine Oberfläche von etwa 60 cm2/g gekennzeichnet ist, das porenbildende Mittel Ammoniumcarbonat umfasst, das Substrat außerhalb von Gebieten des Substrats, die die mesoporöse Schicht tragen, frei von fluorierten Polymeren ist, eine ausreichende Menge der mesoporösen Schicht auf das Substrat aufgebracht wird, um eine Porosität des Diffusionsmediums relativ zu dem Diffusionsmedium ohne die mesoporöse Schicht wesentlich zu erhöhen, die wesentliche Erhöhung der Porosität des Diffusionsmediums zwischen etwa 5 % und etwa 15 % liegt, das Lösemittel aus H2O, Isopropanol und deren Kombinationen gewählt wird, und die Beschichtung derart vorgesehen wird, dass sie zumindest teilweise in das Diffusionsmediumsubstrat eindringt, und das porenbildende Mittel in einem Wärmebehandlungsprozess zersetzt wird, so dass die mesoporöse Schicht durch eine Porosität gekennzeichnet ist, die größer als eine Porosität des Diffusionsmediumsubstrats ist.
  34. Vorrichtung mit einem Diffusionsmedium, wobei: das Diffusionsmedium ein Diffusionsmediumsubstrat und eine mesoporöse Schicht umfasst; das Diffusionsmediumsubstrat eine poröse fasrige Matrix, die eine erste und zweite Hauptseite definiert, und eine Menge an kohlenstoffhaltigem Material umfasst, die ausreichend ist, um das Substrat elektrisch leitend zu machen; das Diffusionsmediumsubstrat die mesoporöse Schicht entlang zumindest eines Abschnitts von einer der ersten und zweiten Hauptseiten des Substrats trägt; die mesoporöse Schicht hydrophobe und hydrophile Komponenten umfasst, die hydrophobe und hydrophile Gebiete in der mesoporösen Schicht definieren; die mesoporöse Schicht eine Menge an kohlenstoffhaltigem Material umfasst, die ausreichend ist, um die mesoporöse Schicht elektrisch leitend zu machen; die mesoporöse Schicht durch eine Porosität gekennzeichnet ist, die größer als eine Porosität des Diffusionsmediumsubstrats ist; und das Diffusionsmediumsubstrat außerhalb von Gebieten des Substrats, die die mesoporöse Schicht tragen, frei von fluorierten Polymeren ist.
  35. Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei die mesoporöse Schicht durch Porengrößen von etwa 1 nm und etwa 1 μm gekennzeichnet ist.
  36. Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei: die hydrophobe Komponente ein fluoriertes Polymer umfasst; die hydrophile Komponente eine kohlenstoffhaltige Substanz umfasst, die aus Kohlefasern, Kohlepartikeln und deren Kombinationen gewählt ist; die kohlenstoffhaltige Substanz durch eine Oberfläche von etwa 60 cm2/g gekennzeichnet ist; die mesoporöse Schicht zumindest teilweise in das Diffusionsmediumsubstrat eindringt; das Diffusionsmediumsubstrat durch eine Porosität von etwa 78 % außerhalb von Gebieten des Substrats, die die mesoporöse Schicht tragen, gekennzeichnet ist; und das Diffusionsmedium durch eine Gesamtporosität von etwa 84 % gekennzeichnet ist.
  37. Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei die Vorrichtung ferner eine Anordnung umfasst, die eine Brennstoffzelle definiert, die das Diffusionsmedium verwendet.
  38. Vorrichtung nach Anspruch 37, wobei die Vorrichtung ferner eine Anordnung umfasst, die ein Fahrzeug definiert, das von der Brennstoffzelle angetrieben wird.
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