DE-102024210670-A1 - Verfahren zum Aufbringen einer katalytisch aktiven Schicht auf einem strukturierten Substrat

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen mindestens einer katalytisch aktiven Schicht auf die strukturierte Oberfläche (12) eines Substrats (10), wobei die katalytisch aktive Schicht in Form mindestens einer Katalysefolie (20) aufgebracht wird.

Inventors

• Andreas Opp

Assignees

• Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241106

Claims (10)

1. Verfahren zum Aufbringen mindestens einer katalytisch aktiven Schicht auf die strukturierte Oberfläche (12) eines Substrats (10), dadurch gekennzeichnet , dass die katalytisch aktive Schicht in Form mindestens einer Katalysefolie (20) aufgebracht wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Katalysefolie (20) als mindestens eine keramische Gießfolie ausgebildet wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die Katalysefolie (20) aus mindestens einem auf mindestens einer katalytisch aktiven Formulierung basierenden keramischen Schlicker zusammen mit mindestens einem organischen Binder gebildet wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , dass die Katalysefolie (20) nach ihrer Bildung getrocknet wird.
5. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , dass die Katalysefolie (20) mindestens ein Platingruppenmetall aufweist.
6. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , dass die Katalysefolie (20), insbesondere vor dem Aufbringen auf die strukturierte Oberfläche (12) des Substrats (10), porös oder porosiert oder perforiert, insbesondere mikroperforiert, ausgebildet wird.
7. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , dass die Katalysefolie (20) unter Vakuum oder Teilvakuum auf die strukturierte Oberfläche (12) des Substrats (10) aufgebracht wird.
8. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet , dass die Katalysefolie (20) mittels mindestens eines an die Kontur der strukturierten Oberfläche (12) des Substrats (10) angepassten Negativstempels (30) auf die strukturierte Oberfläche (12) des Substrats (10) aufgebracht, insbesondere aufgedrückt, wird.
9. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet , dass die Katalysefolie (20) nach dem Aufbringen auf die strukturierte Oberfläche (12) des Substrats (10) - entbindert oder teilentbindert (32) und/oder - gesintert (34), insbesondere ausgeheizt, und/oder - kalziniert (36) wird.
10. Verwendung eines Verfahrens gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Aufbringen mindestens einer katalytisch aktiven Schicht auf der strukturierten Oberfläche (12) eines Substrats (10) mindestens einer elektrochemischen Zelle oder Brennstoffzelle, insbesondere Hochtemperatur-Brennstoffzelle, oder Festoxid-Brennstoffzelle, zum Beispiel auf mindestens einem, insbesondere metallischen, Interkonnektor (70).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen mindestens einer katalytisch aktiven Schicht auf der strukturierten Oberfläche eines Substrats und ist insbesondere im technischen Gebiet der elektrochemischen Zellen oder Brennstoffzellen (SOFCs = Solid Oxide Fuel Cells = Festoxid-Brennstoffzellen) anwendbar. Stand der Technik Zum Beispiel in (Hochtemperatur-)Brennstoffzellen (SOFCs = Solid Oxide Fuel Cells = Festoxidbrennstoffzellen) werden konventionellerweise katalytisch aktive Schichten durch Verfahren wie Sprühen, Drucken oder Gießen auf strukturierte Substrate aufgebracht; allerdings weisen derartige Vorgehensweisen einige, teils verfahrensspezifische Nachteile auf: Für all diese konventionellen Verfahren muss stets unmittelbar vor dem Verarbeiten eine keramische Suspension (sogenannte slurry) hergestellt und unter ständigem Rühren gelagert werden; auch sind derartige Suspensionen innerhalb maximal eines Tages zu verarbeiten. Insbesondere das Sprühen katalytisch aktiver Schichten auf strukturierte Substrate erfordert einen enormen Reinigungsaufwand, was zu hohem Personaleinsatz führt. Auch führt das Sprühen zu einem hohen Anteil an sogenanntem Over-Spray; hierbei handelt es sich um beim Sprühen entstehenden Verlust, der mittels einer auf dem Substrat aufzubringenden Maskierung, die nur die zu beschichtende Fläche des Substrats freilässt, aufgefangen werden muss, was wiederum einen hohen Recyclingaufwand notwendig macht, um Edelmetallverluste zu minimieren. Alle konventionellen Verfahren erfordern einen sehr hohen CapEx-Einsatz (CapEx = capital expenditures = Investitionsausgaben für längerfristige Anlagegüter), denn hier werden Einzelteile beschichtet, und eine Verkettung bzw. Beschichtung im Durchlauf lässt sich aus Qualitätsgründen nur sehr schwer realisieren. Auch ist allen konventionellen Prozessen gemeinsam, dass es sehr schwierig ist, mit geringen Toleranzen eine gleichmäßige Dicke der katalytisch aktive Schichten darzustellen. Offenbarung der Erfindung Ausgehend von den vorstehend dargelegten Nachteilen und Unzulänglichkeiten sowie unter Würdigung des umrissenen Stands der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die vorstehend genannten Nachteile und Unzulänglichkeiten überwunden werden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor. Durch die vorliegende Erfindung wird eine katalytisch aktive Schicht, sei es mit oder ohne Platingruppenmetalle (PGM, wie etwa Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) und/oder Legierungen hiervon, so etwa Platin-/Rhodium-Legierung), in Form einer separat gefertigten Katalysefolie insbesondere in Form einer Gießfolie dargestellt und auf der Oberfläche eines strukturierten Substrats fehlerfrei appliziert oder aufgebracht oder aufgetragen oder abgelagert. Zur Bereitstellung der Katalysefolie wird in einem unabhängigen Prozess ein keramischer Schlicker, basierend auf einer katalytisch aktiven Formulierung mit oder ohne Platingruppenmetall (PGM, wie etwa Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) und/oder Legierungen hiervon, so etwa Platin-/Rhodium-Legierung), zusammen mit einem geeigneten organischen Binder(-System) erzeugt und mittels dieses Schlickers die Katalysefolie erzeugt und anschließend getrocknet, die die erforderlichen Eigenschaften, wie etwa Schicht-Dicke, Feststoff-Anteil, Formulierung, katalytisch aktive Substanzen und dergleichen, enthält. In bevorzugter Weise entspricht die Schichtdicke der katalytisch aktiven Schicht oder Katalysefolie nach dem thermischen Einbrenn-Prozess in etwa und/oder analog der bisherigen Beschichtung. Der Gas-Durchfluss durch diesen Bestandteil, insbesondere durch mindestens einen Interkonnektor, der elektrochemischen Zelle oder Brennstoffzelle, insbesondere Hochtemperatur-Brennstoffzelle, oder Festoxid-Brennstoffzelle (= SOFC = Solid Oxide Fuel Cell) entspricht dann zweckmäßigerweise analog dem resultierenden Aufbau bisheriger Beschichtungen. Mittels der durch die vorliegende Erfindung bereitstellbaren katalytisch aktiven Schicht oder Katalysefolie sind die Schichtparameter deutlich gleichmäßiger zu erzielen, als dies konventionellerweise der Fall war. Aufgrund von Ausbrennprozessen kann die Schichtdicke der katalytisch aktiven Schicht oder Katalysefolie im Ausgangszustand im Regelfall deutlich dicker als im finalen Zustand, also nach der thermischen Behandlung sein. Die genauen Spezifikationen der katalytisch aktiven Schicht oder Katalysefolie hängen vom Feststoffgehalt, von der Pulver-Zusammensetzung und deren physikalischen Eigenschaften, wie etwa der Verteilung der Korngrößen, und von der spezifischen Oberfläche ab, so dass hier durchaus material-spezifische Werte entstehen. Als weiterer bedeutsamer Parameter der katalytisch aktiven Schicht oder Katalysefolie ist eine gute Flexibilität und Einformbarkeit in