Titel

Verfahren zur Herstellung einer mehrere Schichten aufweisenden Schichtvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, schaltbare Montagehilfsschicht und Schichtvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mehrere Schichten aufweisenden Schichtvorrichtung, wie bspw. eine Elektrode oder eine Membran für eine Brennstoffzelle oder dergleichen, für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung eine schaltbare Montagehilfsschicht zur Verwendung bei der Herstellung einer Schichtvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie eine Schichtvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.

Stand der Technik

Es ist eine Vielzahl unterschiedlicher Schichtvorrichtungen bekannt. Unter einer Schichtvorrichtung wird im Rahmen der Erfindung eine Vorrichtung verstanden, welche zwei oder mehr übereinander angeordnete Schichten aufweist, welche insbesondere miteinander verbunden sind. Bekannte Schichtvorrichtungen weisen bspw. eine Membran und/oder Elektrode auf oder sind als Membran oder Elektrode ausgebildet. Eine bekannte Schichtvorrichtung ist bspw. eine Brennstoffzelle (BSZ).

Brennstoffzellen werden oftmals auch als „Fuel Celis“ (FC) bezeichnet und sind elektrochemische Energiewandler, die bspw. zur Umwandlung von Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) in Wasser (H2O), elektrische Energie und Wärme ausgebildet sind. Eine bekannte Brennstoffzelle ist die Protonen-Austausch- Membran-Brennstoffzelle, die auch unter den Bezeichnungen „Proton Exchange Membrane Fuel Cell“ (PEMFC) oder „PEM-Brennstoffzelle“ bekannt ist. PEM-Brennstoffzellen weisen eine zentrale Membran auf, welche bspw. aus einem Polymer gebildet ist oder zumindest ein Polymer aufweist. An der Membran ist beidseitig jeweils eine Katalysatorschicht angeordnet. Auf den Katalysatorschichten ist jeweils eine Gasdiffusionslage angeordnet. Derartige Diffusionslagen weisen bspw. eine an der Katalysatorschicht angeordnete mikroporöse Schicht (MPL) und eine auf einer der Katalysatorschicht abgewandten Seite der mikroporösen Schicht angeordnete Karbonfasermatte auf. Somit ist eine Schichtstruktur der Brennstoffzelle gebildet. Über eine Gasverteilerstruktur sind die zum Betreiben der Brennstoffzelle erforderlichen Gase der Schichtstruktur zuführbar. Durch die Schichten neben der Membran ist eine Anode, an welcher der Wasserstoff zuführbar ist, und eine Kathode, an welcher der Sauerstoff zuführbar ist, gebildet.

Die Herstellung einer Funktionsschicht der Brennstoffzelle, wie bspw. einer Membran oder einer Elektrode, erfolgt üblicherweise über nasschemische Verfahren durch Beschichten. Hierbei werden bspw. Dispersionen von lonomeren auf eine Montagehilfsschicht aufgebracht und getrocknet. Bei der Herstellung der Elektroden werden hierfür Katalysatoren verwendet, während für die Herstellung der Membran ein Katalysator üblicherweise nicht vonnöten ist. Auf diese Weise sind einzelne Funktionsschichten herstellbar, welche in nachfolgenden Laminierverfahren miteinander kombinierbar sind.

Die Montagehilfsschicht dient als Trägervorrichtung zur Stabilisierung der jeweiligen Funktionsschicht und muss daher mehrere wichtige Funktionen erfüllen. Hierfür ist eine genaue Abstimmung der Eigenschaften der Montagehilfsschicht wichtig. Die Montagehilfsschicht kann bspw. folienartig oder plattenartig ausgebildet sein. Um eine gute Verteilung der Dispersion auf der Montagehilfsschicht zur Erzeugung einer homogenen sowie rissfreien Funktionsschicht, welche auch nach dem Trocknen eine ausreichende sowie gleichmäßige Verbindung mit der Montagehilfsschicht aufweist, sicherzustellen, sollte die Montagehilfsschicht eine entsprechend gute Benetzbarkeit aufweisen. Gleichwohl ist eine zu starke Anbindung der Funktionsschicht an die Montagehilfsschicht zu vermeiden, da die Montagehilfsschicht nach dem Laminieren der von ihr getragenen auf eine weitere Funktionsschicht zwei Funktionsschichten miteinander verbunden sind und die Montagehilfsschicht von dem Funktionsschichtsandwich abgelöst werden muss Mit anderen Worten muss die Montagehilfsschicht zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten im Herstellungsprozess zwei gegenteilige Eigenschaften aufweisen, nämlich zunächst eine möglichst große Anbindung der Dispersion und zu einem späteren Zeitpunkt eine möglichst geringe Anbindung, um ein leichtes Ablösen der Funktionsschicht zu gewährleisten.

Sowohl die Membran als auch die Elektroden weisen Materialien auf, die hydrophile und hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Insbesondere die Hydrophobizität von Grenzflächen der Funktionsschichten ist für die bestimmungsgemäße Betriebsweise der Brennstoffzellen von hoher Wichtigkeit. Die Eigenschaften der Grenzflächen werden insbesondere von der Montagehilfsschicht, auf der die jeweilige Funktionsschicht hergestellt wird, beeinflusst. Bei einer hydrophoben Hilfsschichtoberfläche der Montagehilfsschicht wird die Grenzfläche der auf der Hilfsschichtoberfläche erzeugten Funktionsschicht hydrophobe Eigenschaften aufweisen, da hierbei eine elektrostatische Wechselwirkung maximiert wird. Bei einer hydrophilen Hilfsschichtoberfläche verhält es sich genau umgekehrt, sodass die Grenzfläche hydrophile Eigenschaften annimmt. Somit sind Eigenschaften der Grenzflächen von der Art der Montagehilfsschicht abhängig und sind nach dem derzeitigen Stand der Technik nicht weiter konfigurierbar.

Offenbarung der Erfindung

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mehrere Schichten aufweisenden Schichtvorrichtung. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

- Bereitstellen einer Montagehilfsschicht mit einer Hilfsschichtoberfläche, wobei die Hilfsschichtoberfläche zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand umschaltbar ausgebildet ist, wobei der erste Zustand eine vom zweiten Zustand verschiedene Polarität aufweist,

- Schalten der Hilfsschichtoberfläche in den ersten Zustand,

- Erzeugen einer ersten Schicht auf der Hilfsschichtoberfläche aus einem ersten Schichtwerkstoff, wobei der erste Schichtwerkstoff eine bessere Haftung an der in den ersten Zustand versetzten Hilfsschichtoberfläche als an einer in den zweiten Zustand versetzten Hilfsschichtoberfläche aufweist,

- Anordnen einer zweiten Schicht aus einem zweiten Schichtwerkstoff auf der ersten Schicht zur Erzeugung der Schichtvorrichtung,

- Schalten der Hilfsschichtoberfläche in den zweiten Zustand, und

- Ablösen der erzeugten Schichtvorrichtung von der Montagehilfsschicht.

Zunächst wird die Montagehilfsschicht zur Erzeugung der ersten Schicht bereitgestellt. Die Montagehilfsschicht kann erfindungsgemäß bspw. als Folie, insbesondere als flexible Folie, ausgebildet sein. Alternativ kann eine Montagehilfsschicht bereitgestellt werden, die plattenförmig, insbesondere steif oder elastisch, ausgebildet ist. Die Hilfsschichtoberfläche ist zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umschaltbar ausgebildet. Erfindungsgemäß kann dabei vorgesehen sein, dass die komplette Montagehilfsschicht zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umschaltbar ausgebildet ist.

In dem ersten Zustand weist die Hilfsschichtoberfläche eine vom zweiten Zustand verschiedene Polarität auf. Das bedeutet, dass die Hilfsschichtoberfläche im ersten Zustand eine andere Wechselwirkung mit einer polaren Flüssigkeit, wie bspw. Wasser, aufweist als in dem zweiten Zustand. Vorzugsweise ist die Hilfsschichtoberfläche im ersten Zustand hydrophil, insbesondere superhydrophil, und im zweiten Zustand hydrophob, insbesondere superhydrophob, ausgebildet oder umgekehrt.

Ein für die Montagehilfsschicht verwendbares Material, welches eine Umschaltbarkeit zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand aufweist, ist bspw. aus der Veröffentlichung „Smart Copolymer-Functionalized Flexible Surfaces with Photo-Switchable Wettability: From Superhydrophobicity with “Rose Petal” Effect to Superhydrophilicity“ von Chuanyong Zong et al. bekannt (vgl. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 28, S. 25436-25444 vorn 24. Juni 2019). Das Material der Montagehilfsschicht ist demnach vorzugsweise als Copolymer ausgebildet. Copolymere eignen sich besonders als Substrat für eine Oberflächenbeschichtung und weisen eine gute mechanische sowie chemische Widerstandsfähigkeit auf. Das Umschalten vom ersten Zustand in den zweiten Zustand sowie vom zweiten Zustand in den ersten Zustand kann bei derartigen Materialien durch Bestrahlung mit geeigneten Lichtwellen, wie bspw. UV-Strahlung, insbesondere mit einer Wellenlänge größer als 260 nm, und sichtbarem Licht, erfolgen.

Unter dem Schalten der Hilfsschichtoberfläche in den ersten Zustand wird im Rahmen der Erfindung verstanden, dass die Hilfsschichtoberfläche beim Bereitstellen der Montagehilfsschicht bereits in den ersten Zustand geschaltet ist oder während bzw. nach dem Bereitstellen in den ersten Zustand geschaltet wird. Demnach kann das Umschalten in den ersten Zustand auch vor dem Bereitstellen der Montagehilfsschicht erfolgen.

Die Umschalteigenschaft des Materials der Montagehilfsschicht beruht auf einer cis/trans-lsomerisierung einer Diazobindung. Der trans-Zustand ist ein thermodynamisch stabilerer Zustand als der cis-Zustand. Durch die cis/trans- lsomerisierung werden z.B. wasserabweisende Gruppen entweder stark exponiert oder eher verborgen, sodass zwischen Hydrophilizität und Hydrophobizität umschaltbar ist. Vorzugsweise weist die Hilfsschichtoberfläche im ersten Zustand den cis-Zustand bzw. zumindest überwiegend den cis-Zustand auf. Im ersten Zustand weist die Hilfsschichtoberfläche demnach vorzugsweise eine hydrophile bzw. superhydrophile Eigenschaft auf. Im zweiten Zustand weist die Hilfsschichtoberfläche demnach vorzugsweise eine hydrophobe bzw. superhydrophobe Eigenschaft auf.

Auf der in den ersten Zustand geschalteten Hilfsschichtoberfläche wird anschließend die erste Schicht aus dem ersten Schichtwerkstoff erzeugt. Als erster Schichtwerkstoff wird vorzugsweise eine Dispersion mit einem Elektrodenwerkstoff sowie einem polaren Lösungsmittel, wie bspw. Wasser, Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol oder dergleichen, verwendet. Die erste Schicht wird vorzugsweise durch Siebdruck, Rakeln, Sprühbeschichten, Inkjet, mittels einer Schlitzdüse oder dergleichen hergestellt. Als erster Schichtwerkstoff kann bspw. Elektrodentinte verwendet werden. Durch die polaren Eigenschaften der Hilfsschichtoberfläche und der Dispersion wird eine besonders gleichmäßige Benetzung der Hilfsschichtoberfläche mit der Dispersion erzielt. Somit wird eine erste Schicht mit einer sehr gleichmäßigen Ausbildung erzeugt. Anschließend wird die erste Schicht getrocknet, bspw. durch Wärme. Durch die gute Anbindung an die Hilfsschichtoberfläche weist die erste Schicht auch nach dem Trocknen eine gleichmäßige sowie rissfreie Ausbildung auf.

Anschließend wird die zweite Schicht aus dem zweiten Schichtwerkstoff auf einer der Montagehilfsschicht abgewandten ersten Schichtoberfläche der ersten Schicht angeordnet. Der zweite Schichtwerkstoff ist vorzugsweise vom ersten Schichtwerkstoff verschieden ausgebildet. Hierbei ist es bevorzugt, dass die zweite Schicht als bereits fertiggestellte Schicht auf der ersten Schicht abgelegt wird. Das Anordnen der zweiten Schicht auf der ersten Schicht kann erfindungsgemäß auch vor dem Trocknen oder zumindest vor dem kompletten Durchtrocknen der ersten Schicht erfolgen, um eine bessere Anbindung der zweiten Schicht an die erste Schicht zu erreichen.

Zudem wird die Hilfsschichtoberfläche in den zweiten Zustand geschaltet. Dies erfolgt vorzugsweise gleichzeitig oder im Anschluss an das Anordnen der zweiten Schicht auf der ersten Schicht. Das Schalten in den zweiten Zustand erfolgt vorzugsweise durch Wärmeeinbringung, bspw. durch eine externe Wärmequelle oder durch Druck im Rahmen eines Pressvorgangs zum Zusammenpressen der ersten Schicht mit der zweiten Schicht.

Durch das Schalten in den zweiten Zustand ist die Polarität der Hilfsschichtoberfläche derart verändert, dass die Haftung zwischen der ersten Schicht und der Hilfsschichtoberfläche reduziert ist. Somit ist das anschließende Ablösen der Schichtvorrichtung von der Montagehilfsschicht verbessert. Die Montagehilfsschicht ist für die Erzeugung einer weiteren ersten Schicht wiederverwendbar.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren hat gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise sichergestellt ist, dass die Gesamtheit der Verfahrensschritte des Erzeugens der ersten Schicht und des Ablösens der erzeugten Schichtvorrichtung verbessert ist. Durch Schalten der Hilfsschichtoberfläche in den ersten Zustand ist eine gleichmäßige Ausbildung der ersten Schicht gewährleistet. Durch Schalten der Hilfsschichtoberfläche in den zweiten Zustand ist ein verbessertes Ablösen der Schichtvorrichtung von der Montagehilfsvorrichtung sichergestellt. Aufgrund der Umschaltbarkeit der Hilfsschichtoberfläche zwischen hydrophil und hydrophob werden die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile bei der Erzeugung von Schichtvorrichtungen, nämlich, dass nicht gleichzeitig ein Erzeugen einer besonders gleichmäßigen ersten Schicht sowie ein leichtes Ablösen der Schichtvorrichtung realisierbar ist, auf vorteilhafte Weise behoben.

Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass die zweite Schicht durch Aufträgen eines zweiten Schichtwerkstoffs auf der ersten Schicht und Trocknen des zweiten Schichtwerkstoffs erzeugt wird. Hierbei ist es bevorzugt, dass die erste Schicht bereits getrocknet oder zumindest derart getrocknet ist, dass die erste Schichtoberfläche der ersten Schicht, auf welcher die zweite Schicht erzeugt wird, getrocknet oder zumindest derart ausgebildet ist, dass eine Beschädigung der ersten Schicht vermieden wird. Der zweite Schichtwerkstoff wird vorzugsweise flüssig oder zähflüssig auf die erste Schicht aufgetragen. Die zweite Schicht wird vorzugsweise durch Siebdruck, Rakeln, Sprühbeschichten, Inkjet, mittels einer Schlitzdüse oder dergleichen hergestellt. Vorzugsweise wird der zweite Schichtwerkstoff zum Herstellen der zweiten Schicht getrocknet, bspw. mittels Wärme und/oder Druck oder dergleichen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Schichtvorrichtung erzeugbar ist, wobei zudem eine Anbindung der zweiten Schicht an die erste Schicht verbessert ist.

Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die zweite Schicht mit der ersten Schicht verpresst wird. Das Verpressen erfolgt vorzugsweise mittels einer Pressvorrichtung. Das Verpressen erfolgt vorzugsweise in einem Zustand, in welchem die erste Schicht auf der Montagehilfsschicht und die zweite Schicht auf der ersten Schicht angeordnet ist. Eine Hauptdruckkraft beim Verpressen wirkt vorzugsweise in Richtung einer Flächennormalen der Montagehilfsschicht bzw. der ersten Schicht. Das Verpressen erfolgt vorzugsweise bei einer Verpresstemperatur von über 110 °C, besonders bevorzugt bei einer Verpresstemperatur von mindestens 120°C. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine besonders vorteilhafte Anbindung der ersten Schicht an die zweite Schicht erzielt wird. Besonders bevorzugt erfolgt das Verpressen derart, dass durch einen, vorzugsweise bestimmten, Verpressdruck und/oder durch eine, vorzugsweise bestimmte, Verpresstemperatur die Hilfsschichtoberfläche in den zweiten Zustand geschaltet wird. Ein zusätzliches Schalten der Hilfsschichtoberfläche in den zweiten Zustand durch zusätzliche Mittel ist somit nicht mehr erforderlich. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein verbessertes Ablösen der ersten Schicht von der Montagehilfsschicht erzielt wird und hierfür kein zusätzlicher Verfahrensschritt zum Schalten der Hilfsschichtoberfläche durchgeführt werden muss.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das Verfahren zur Herstellung einer als Brennstoffzelle ausgebildeten Schichtvorrichtung verwendet, wobei der erste Schichtwerkstoff ein Elektrodenwerkstoff und der zweite Schichtwerkstoff ein Membranwerkstoff der Brennstoffzelle bildet. Die erste Schicht ist demnach als Elektrode und die zweite Schicht als Membran der Brennstoffzelle ausgebildet. Erfindungsgemäß können noch weitere Schichten vorgesehen sein, insbesondere eine als Elektrode ausgebildete dritte Schicht aus einem dritten Schichtwerkstoff, wobei der dritte Schichtwerkstoff als Elektrodenwerkstoff ausgebildet ist. Die Membran ist vorzugsweise zwischen den Elektroden ausgebildet. Die erste Schicht ist vorzugsweise als Kathode oder Teil einer Kathode, wie bspw. eine Katalysatorschicht und/oder Gasdiffusionslage, und die dritte Schicht als Anode oder Teil einer Anode, wie bspw. eine Katalysatorschicht und/oder Gasdiffusionslage ausgebildet oder umgekehrt. Vorzugsweise wird die dritte Schicht gemäß der ersten Schicht unter Verwendung einer zusätzlichen Montagehilfsschicht erzeugt. Weiter bevorzugt erfolgt ein Verpressen, wobei die Montagehilfsschichten die erste Schicht, die zweite Schicht, die dritte Schicht und etwaige weitere Schichten sandwichartig umgeben. Erfindungsgemäß kann das Verfahren auch zur Herstellung weiterer Komponenten verwendet werden, wie bspw. mikroporöse Schichten, Grünschichten einer Lambdasonde, Komponenten einer Festoxidbrennstoffzelle (SOFC), Sensorikelementen oder dergleichen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Herstellung voranstehend genannter Erzeugnisse, insbesondere einer Brennstoffzelle, verbessert ist. Vorzugsweise wird die Hilfsschichtoberfläche durch Bestrahlung mit Lichtwellen in den ersten Zustand geschaltet. Hierfür werden vorzugsweise Lichtwellen im ultravioletten Spektrum verwendet. Die Lichtwellen weisen vorzugsweise eine Wellenlänge von weniger als 280 nm, besonders bevorzugt von unter 250 nm auf. Erfindungsgemäß sind hierfür UV-C Lichtwellen bevorzugt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Schalten der Hilfsschichtoberfläche in den ersten Zustand erfolgt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Montagehilfsschicht auf einem Trägersubstrat bereitgestellt, wobei die Hilfsschichtoberfläche vom Trägersubstrat abgewandt ist. Das Trägersubstrat weist vorzugsweise eine höhere Biegesteifigkeit als die Montagehilfsschicht auf. Vorzugweise ist die Montagehilfsschicht als Nanobeschichtung auf dem Trägersubstrat angeordnet. Das Trägersubstrat ist vorzugsweise aus einem verhältnismäßig kostengünstigen Werkstoff hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine mechanische Belastbarkeit der Montagehilfsschicht verbessert ist. Überdies hat eine dünne Schichtdicke der Montagehilfsschicht den Vorteil, dass hierdurch gegenüber dickeren Montagehilfsschichten Kosten reduzierbar sind.

Besonders bevorzugt wird als erster Schichtwerkstoff eine Dispersion mit einem polaren Lösungsmittel verwendet. Der erste Schichtwerkstoff weist vorzugsweise Wasser, Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol oder dergleichen auf. Der erste Zustand ist vorzugsweise hydrophil oder superhydrophil. Der zweite Zustand ist vorzugsweise hydrophob oder superhydrophob. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die erste Schicht herstellbar ist.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Montagehilfsschicht zur Verwendung bei der Herstellung einer mehrere Schichten aufweisenden Schichtvorrichtung. Die Montagehilfsschicht weist eine Hilfsschichtoberfläche auf. Erfindungsgemäß ist die Hilfsschichtoberfläche zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand umschaltbar ausgebildet, wobei der erste Zustand und der zweite Zustand verschiedene Polaritäten aufweisen. Ferner ist die Montagehilfsschicht für die Verwendung bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer mehrere Schichten aufweisenden Schichtvorrichtung ausgebildet.

Die Montagehilfsschicht ist vorzugsweise selbsttragend ausgebildet. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Montagehilfsschicht auf einem Trägersubstrat angeordnet. Vorzugsweise ist der erste Zustand ein hydrophiler oder superhydrophiler Zustand. Weiter bevorzugt ist der zweite Zustand ein hydrophober oder superhydrophober Zustand. Vorzugsweise ist der zweite Zustand chemisch stabiler als der erste Zustand ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Montagehilfsschicht weist dieselben Vorteile auf, wie bereits voranstehend zu einem Verfahren zur Herstellung einer mehrere Schichten aufweisenden Schichtvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben ist. Demnach hat die erfindungsgemäße Montagehilfsschicht gegenüber herkömmlichen Montagehilfsschichten den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine gleichmäßige Erzeugung einer ersten Schicht sowie ein sicheres Ablösen der ersten Schicht von der Montagehilfsvorrichtung sicherstellbar ist. Durch die Möglichkeit des Schaltens der Hilfsschichtoberfläche in den ersten Zustand ist eine gleichmäßige Ausbildung der ersten Schicht gewährleistbar. Durch die Möglichkeit des Schaltens der Hilfsschichtoberfläche in den zweiten Zustand ist ein verbessertes Ablösen der Schichtvorrichtung von der Montagehilfsvorrichtung sicherstellbar. Aufgrund der Umschaltbarkeit der Hilfsschichtoberfläche zwischen hydrophil und hydrophob sind die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile bei der Erzeugung von Schichtvorrichtungen, nämlich, dass nicht gleichzeitig ein Erzeugen einer besonders gleichmäßigen ersten Schicht sowie ein leichtes Ablösen der Schichtvorrichtung realisierbar ist, auf vorteilhafte Weise behebbar.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Schichtvorrichtung. Die Schichtvorrichtung weist eine erste Schicht und eine mit der ersten Schicht verbundene zweite Schicht auf. Erfindungsgemäß ist die Schichtvorrichtung mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt. Die erste Schicht der Schichtvorrichtung ist vorzugsweise als Elektrode ausgebildet. Die zweite Schicht der Schichtvorrichtung ist vorzugsweise als Membran ausgebildet. Vorzugsweise weist die Schichtvorrichtung eine dritte Schicht auf, wobei die zweite Schicht zwischen der ersten Schicht und der dritten Schicht angeordnet ist. Die dritte Schicht der Schichtvorrichtung ist vorzugsweise als Elektrode ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Schichtvorrichtung weist dieselben Vorteile auf, wie bereits voranstehend zu einem Verfahren zur Herstellung einer mehrere Schichten aufweisenden Schichtvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie zu einer Montagehilfsschicht gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben ist. Demnach hat die erfindungsgemäße Schichtvorrichtung gegenüber herkömmlichen Schichtvorrichtungen den Vorteil, dass diese mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise hergestellt ist. Die erste Schicht ist besonders gleichmäßig ausgebildet.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren, eine erfindungsgemäße Montagehilfsschicht sowie eine erfindungsgemäße Schichtvorrichtung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

Figur 1 in einer Seitenansicht einen ersten Zeitpunkt bei der Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Figur 2 in einer Seitenansicht einen zweiten Zeitpunkt bei der Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Figur 3 in einer Seitenansicht einen dritten Zeitpunkt bei der Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Figur 4 in einer Seitenansicht eine bevorzugte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schichtvorrichtung, Figur 5 in einer Seitenansicht eine bevorzugte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schichtvorrichtung, und

Figur 6 in einer Seitenansicht eine bevorzugte dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schichtvorrichtung.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 6 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist ein erster Zeitpunkt bei der Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Zum ersten Zeitpunkt ist eine Montagehilfsschicht 2 auf einem Trägersubstrat 7 angeordnet. Die Montagehilfsschicht 2 weist eine Hilfsschichtoberfläche 3 auf, welche zum ersten Zeitpunkt in einen ersten Zustand ZI versetzt ist. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der erste Zustand ZI ein superhydrophiler Zustand.

Fig. 2 zeigt einen zweiten Zeitpunkt bei der Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Seitenansicht. Zum zweiten Zeitpunkt ist die Hilfsschichtoberfläche 3 weiterhin im ersten Zustand ZI. Auf der Hilfsschichtoberfläche 3 ist eine erste Schicht 4 angeordnet, welche aufgrund des ersten Zustands ZI der Hilfsschichtoberfläche 3 eine besonders gute Haftung an der Montagehilfsschicht 2 sowie eine gleichmäßige Ausbildung aufweist.

In Fig. 3 ist ein dritter Zeitpunkt bei der Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Zum dritten Zeitpunkt ist auf einer der Montagehilfsschicht 2 entgegengesetzten Oberfläche der ersten Schicht 4 eine zweite Schicht 5 angeordnet und vorzugsweise komplett getrocknet. Vorzugsweise haften die erste Schicht 4 und die zweite Schicht 5 aneinander und bilden somit ein erfindungsgemäßes Schichtbauteil 1. Die Hilfsschichtoberfläche 3 ist in den zweiten Zustand Z2 umgeschaltet, wobei der zweite Zustand Z2 vorzugsweise ein superhydrophober Zustand ist. Somit ist das Schichtbauteil 1 besonders leicht von der Montagehilfsschicht 2 ablösbar. Fig. 4 zeigt eine bevorzugte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schichtvorrichtung 1 schematisch in einer Seitenansicht. Das Schichtbauteil 1 ist bspw. mittels des in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt. Zudem ist das Schichtbauteil 1 von der Montagehilfsschicht 2 entfernt.

In Fig. 5 ist eine bevorzugte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schichtvorrichtung 1 schematisch in einer Seitenansicht illustriert. Die Schichtvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform weist eine zweite Schicht 5 auf, welche zwischen einer ersten Schicht 4 und einer dritten Schicht 8 sandwichartige angeordnet und mit diesen flächig verbunden ist.

Fig. 6 zeigt eine bevorzugte dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schichtvorrichtung 1 schematisch in einer Seitenansicht. Die Schichtvorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform ist als Brennstoffzelle 6 ausgebildet und weist ebenfalls eine zweite Schicht 5 auf, welche zwischen einer ersten Schicht 4 und einer dritten Schicht 8 sandwichartige angeordnet und mit diesen flächig verbunden ist. Die zweite Schicht 5 bildet eine Membran 9 der Brennstoffzelle 6. Die erste Schicht 4 bildet eine Kathode 10 der Brennstoffzelle 6. Eine Katalysatorschicht 14 der Kathode 10 liegt an der Membran 9 an. Eine Gasdiffusionslage 13 der Kathode 10 liegt an der Katalysatorschicht 14 an. Eine Gasverteilstruktur 12 der Kathode 10 mit einer Sauerstoffzufuhr 16 liegt an der Gasdiffusionslage 13 an. Die zweite Schicht 5 bildet eine Anode 11 der Brennstoffzelle 6. Eine Katalysatorschicht 14 der Anode 11 liegt an der Membran 9 an. Eine Gasdiffusionslage 13 der Anode 11 liegt an der Katalysatorschicht 14 an. Eine Gasverteilstruktur 12 der Anode 11 mit einer Wasserstoffzufuhr 15 liegt an der Gasdiffusionslage 13 an. Die Kathode 10 und Anode 11 sind in diesem Ausführungsbeispiel mit einer elektrischen Last 17 elektrisch gekoppelt.