JP2009534796A - Method for configuring components for electrochemical cells - Google Patents

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キョン ジェイ. バイ,
シーユ イェー,
ハーン, デイビッド エス. デ
ゴラン アール. ブラジニク,
アンドリュー ラウ,
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ビーディーエフ アイピー ホールディングス リミテッド
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Abstract

本発明は、膜電極アセンブリの構成要素を構成する方法に関する。該方法は、触媒層をポリマ電解質膜またはガス拡散層に移送するステップを含む。これらの構成要素で膜電極アセンブリを構成する方法も開示する。上記方法は、第1の移送アセンブリを形成することであって、該第1の移送アセンブリは、第1の剥離シートの表面上に第1の触媒材料と疎水性結合剤とを備える第1の触媒層を備える、ことと、焼結した第1の触媒層を形成するように該第1の触媒層を少なくとも250℃の焼結温度まで加熱することと、該焼結した第1の触媒層をポリマ電解質膜の第1の表面に移送することと、結合後に、該焼結した第1の触媒層から該第1の剥離シートを除去することとを含む。The present invention relates to a method of configuring components of a membrane electrode assembly. The method includes transferring the catalyst layer to a polymer electrolyte membrane or gas diffusion layer. A method of constructing a membrane electrode assembly with these components is also disclosed. The method includes forming a first transfer assembly, the first transfer assembly comprising a first catalyst material and a hydrophobic binder on a surface of a first release sheet. Providing a catalyst layer, heating the first catalyst layer to a sintering temperature of at least 250 ° C. to form a sintered first catalyst layer, and the sintered first catalyst layer Transferring to the first surface of the polymer electrolyte membrane and removing the first release sheet from the sintered first catalyst layer after bonding.

Description

(関連出願の参照)
本願は、米国特許法の下で、2006年4月21日に出願の米国仮特許出願第60/_______号(以前には米国出願11/480,787号であり、2007年4月16日付の上申書によって仮出願に変更された)の利益を主張し、上記仮出願はその全体が参考により、本明細書に援用される。
(Refer to related applications)
This application is filed under US Patent Law under US Provisional Patent Application No. 60 / _______ filed on April 21, 2006 (formerly US Application 11 / 480,787, dated April 16, 2007). The above provisional application is incorporated herein by reference in its entirety.

(技術分野)
本発明は、電気化学電池用の構成要素、特に、触媒被覆膜、ガス拡散電極、および膜電極アセンブリを構成する方法に関する。
(Technical field)
The present invention relates to components for electrochemical cells, and in particular to a method for constructing catalyst coated membranes, gas diffusion electrodes, and membrane electrode assemblies.

(関連技術の記載)
電気化学燃料電池は、燃料および酸化剤を電気に変換する。固体ポリマ電気化学燃料電池は、概して、2つの電極間に配置される固体ポリマ電解質膜を含む膜電極アセンブリを採用する。膜電極アセンブリは、典型的に、2つの導電性流れ場の間に挟入されて、燃料電池を形成する。これらの流れ場板は、電流コレクタの役割を果たし、電極に対する支持を提供し、反応物質および生成物に対する通路を提供する。そのような流れ場板は、典型的に、流体の流路を含み、燃料および酸化剤反応物質の流れを膜電極アセンブリの陽極および陰極にそれぞれ向けて、過剰な反応物質流体および反応生成物を除去する。動作中、電極は、外部回路を通して、電極間の電子を伝導するために電気的に結合される。典型的に、多数の燃料電池が直列で電気的に結合されて、所望の出力を有する燃料電池スタックを形成する。
(Description of related technology)
Electrochemical fuel cells convert fuel and oxidant to electricity. Solid polymer electrochemical fuel cells generally employ a membrane electrode assembly that includes a solid polymer electrolyte membrane disposed between two electrodes. The membrane electrode assembly is typically sandwiched between two conductive flow fields to form a fuel cell. These flow field plates act as current collectors, provide support for the electrodes, and provide passages for reactants and products. Such flow field plates typically include fluid flow paths to direct the flow of fuel and oxidant reactants to the anode and cathode of the membrane electrode assembly, respectively, to remove excess reactant fluid and reaction products. Remove. In operation, the electrodes are electrically coupled to conduct electrons between the electrodes through an external circuit. Typically, a number of fuel cells are electrically coupled in series to form a fuel cell stack having a desired output.

陽極および陰極はそれぞれ、陽極触媒および陰極触媒の層をそれぞれ含有する。触媒は、金属、合金、または担持金属/合金触媒、例えば、カーボンブラック上で担持された白金であってもよい。触媒層は、典型的に、Nafion(登録商標)等のイオン導電性材料、および任意で、ポリテトラフルオロエチレン等の結合剤を含有する。各電極はさらに、反応物質の分布および/または機械的支持のために、炭素繊維紙または炭素布等の導電性多孔質基板を含有する。多孔質基板の厚さは、典型的に、約50から約250ミクロンに及ぶ。任意で、電極は、触媒層と基板との間に配置される多孔質下層を含んでもよい。下層は通常、炭素粒子等の導電性粒子、および任意で、ガス拡散および水管理等のその特性を変更するための撥水材料を含有する。   The anode and cathode each contain a layer of anode catalyst and cathode catalyst, respectively. The catalyst may be a metal, an alloy, or a supported metal / alloy catalyst, such as platinum supported on carbon black. The catalyst layer typically contains an ion conductive material, such as Nafion®, and optionally a binder, such as polytetrafluoroethylene. Each electrode further contains a conductive porous substrate, such as carbon fiber paper or carbon cloth, for reactant distribution and / or mechanical support. The thickness of the porous substrate typically ranges from about 50 to about 250 microns. Optionally, the electrode may include a porous underlayer disposed between the catalyst layer and the substrate. The lower layer usually contains conductive particles, such as carbon particles, and optionally water repellent material for modifying its properties such as gas diffusion and water management.

膜電極アセンブリを構成する1つの方法は、触媒の層を、典型的に微粒子および適切な液体担体に混合される溶解固形物を含有するインクまたはスラリの形で多孔質基板に塗布するステップを含む。次いで、液体を除去し、分散微粒子の層を残すことによって、電極を形成する。次いで、電極の触媒層が膜と各基板との間で挟入されるように、膜の反対側の表面に接触する陽極および陰極を伴って、ポリマ電解質膜等のイオン交換膜を組み立てる。次いで、典型的に加熱および加圧下でアセンブリを接着させ、膜電極アセンブリを形成する。下層を採用する場合、下層は、触媒の塗布前に、多孔質基板に塗布してもよい。基板は、一般的にガス拡散層と呼ばれ、または下層を採用する場合は、基板および下層の組み合わせも、ガス拡散層と呼んでもよい。   One method of constructing a membrane electrode assembly includes applying a layer of catalyst to a porous substrate in the form of an ink or slurry containing dissolved solids, typically mixed with particulates and a suitable liquid carrier. . The electrode is then formed by removing the liquid and leaving a layer of dispersed particulates. An ion exchange membrane such as a polymer electrolyte membrane is then assembled with an anode and a cathode in contact with the opposite surface of the membrane such that the electrode catalyst layer is sandwiched between the membrane and each substrate. The assembly is then bonded, typically under heat and pressure, to form a membrane electrode assembly. When a lower layer is employed, the lower layer may be applied to the porous substrate before applying the catalyst. The substrate is generally referred to as a gas diffusion layer, or if a lower layer is employed, the combination of the substrate and the lower layer may also be referred to as a gas diffusion layer.

ガス拡散電極を形成するように触媒をガス拡散層に塗布する従来の方法は、スクリーン印刷およびナイフコーティングを含む。しかし、低荷重の触媒を基板に塗布してガス拡散電極を形成する場合、基板の表面粗度により、厚さが均一である平滑で連続的な触媒層(つまり層にわたって不連続がない)を得ることは困難である。このことは、燃料電池の性能および/または耐久性の低下をもたらし得る。   Conventional methods for applying a catalyst to a gas diffusion layer to form a gas diffusion electrode include screen printing and knife coating. However, when a gas diffusion electrode is formed by applying a low-load catalyst to a substrate, a smooth and continuous catalyst layer (that is, no discontinuity across the layer) having a uniform thickness is formed due to the surface roughness of the substrate. It is difficult to get. This can lead to a decrease in fuel cell performance and / or durability.

あるいは、触媒の層は、ポリマ電解質膜の両面に塗布して触媒被覆膜を形成し、次いで多孔質基板と共に組み立てて、膜電極アセンブリを形成することが可能である。例えば、触媒スラリは、マイクログラビアコーティング、ナイフコーティング、または噴射によって膜に直接塗布してもよい。   Alternatively, a layer of catalyst can be applied to both sides of the polymer electrolyte membrane to form a catalyst coated membrane and then assembled with a porous substrate to form a membrane electrode assembly. For example, the catalyst slurry may be applied directly to the membrane by microgravure coating, knife coating, or spraying.

しかし、触媒材料および疎水性結合剤を含有する触媒の使用は、燃料電池耐久性にとって望ましい。特許文献1で論じられるように、直列の燃料電池は、潜在的に、電池が他の直列の電池によって極性を反対にせざるを得なくなる状況である、電圧反転の影響を受けやすい。このことは、電池が、他の電池によってそれに押し通される電流を生成できない場合に発生し得る。電圧反転による損害は、反転の間に電気分解に利用可能な水の量を増加させることによって軽減することが可能であり、それにより、陽極構成要素の有害な酸化よりもむしろ水のさらに無害な電気分解において、電池に押し通される電流を使用する。陽極構造を通って燃料流へ入るこの水の通路を制限することによって、より多くの水が触媒の近くにとどまる。このことは、例えば、陽極触媒層に水流(水蒸気または液相のいずれか)を妨げさせることによって、達成することが可能である。例えば、これらの層へのPTFEおよび/またはFEP等の疎水性物質の追加は、それらをさらに疎水性にすることによって、陽極を通る水流を妨げる。しかし、これらのポリマが焼結されなければ、十分に疎水性であってもよく、経時的に触媒層から洗い流されてもよい。膜に直接触媒層を塗布する従来の方法を使用すると、触媒層は、膜で焼結しなければならなくなる。しかし、焼結温度は通常、イオノマの熱分解温度よりも高い。例えば、Nafion(登録商標)膜は、典型的に、約250℃で分解し始める。よって、膜が疎水性結合剤を有する触媒で被覆され、次いで疎水性結合剤を焼結するのに十分な温度(例えば、PTFEに対して330℃)を受けた場合、イオノマのイオン伝導性および水の取り込み特性が減少または破壊される場合がある。
米国特許第6,517,962号明細書
However, the use of a catalyst material and a catalyst containing a hydrophobic binder is desirable for fuel cell durability. As discussed in U.S. Patent No. 6,053,077, series fuel cells are potentially susceptible to voltage reversal, a situation where a cell must be reversed in polarity by another series cell. This can occur when a battery cannot generate current that is pushed through it by other batteries. Damage due to voltage reversal can be mitigated by increasing the amount of water available for electrolysis during reversal, thereby making the water more harmless than harmful oxidation of the anode component. In electrolysis, current that is pushed through the battery is used. By restricting this water passage through the anode structure into the fuel stream, more water remains near the catalyst. This can be achieved, for example, by causing the anode catalyst layer to block water flow (either water vapor or liquid phase). For example, the addition of hydrophobic materials such as PTFE and / or FEP to these layers prevents water flow through the anode by making them more hydrophobic. However, if these polymers are not sintered, they may be sufficiently hydrophobic and may be washed away from the catalyst layer over time. Using conventional methods of applying the catalyst layer directly to the membrane, the catalyst layer must be sintered with the membrane. However, the sintering temperature is usually higher than the thermal decomposition temperature of the ionomer. For example, Nafion® membranes typically begin to decompose at about 250 ° C. Thus, when the membrane is coated with a catalyst having a hydrophobic binder and then subjected to a temperature sufficient to sinter the hydrophobic binder (eg, 330 ° C. for PTFE), the ion conductivity of the ionomer and Water uptake characteristics may be reduced or destroyed.
US Pat. No. 6,517,962

したがって、当分野で進歩が遂げられている一方で、ガス拡散電極および触媒被覆膜を構成する改良された方法の必要性が依然として残っている。本発明は、この問題に対処し、さらなる関連利点を提供する。   Thus, while progress has been made in the art, there remains a need for improved methods of constructing gas diffusion electrodes and catalyst coated membranes. The present invention addresses this problem and provides further related advantages.

簡潔に、本発明は、電気化学燃料電池用の構成要素を構成する方法に関する。   Briefly, the present invention relates to a method of configuring a component for an electrochemical fuel cell.

一実施形態では、方法は、第1の移送アセンブリであって、第1の剥離シートの表面上に第1の触媒材料と疎水性結合剤とを備える第1の触媒層を備える、第1の移送アセンブリを形成するステップと、焼結した第1の触媒層を形成するように第1の触媒層を少なくとも250℃の焼結温度まで加熱するステップと、焼結した第1の触媒層をポリマ電解質膜の第1の表面に移送するステップと、接着後に、焼結した第1の触媒層から前記第1の剥離シートを除去するステップとを備える。   In one embodiment, the method comprises a first transfer assembly comprising a first catalyst layer comprising a first catalyst material and a hydrophobic binder on a surface of a first release sheet. Forming a transfer assembly; heating the first catalyst layer to a sintering temperature of at least 250 ° C. to form a sintered first catalyst layer; and A step of transferring to the first surface of the electrolyte membrane; and a step of removing the first release sheet from the sintered first catalyst layer after bonding.

別の実施形態では、方法は、剥離シートの表面上に拡散下層を形成するステップと、拡散下層上に第1の触媒材料を備える触媒層を形成するステップと、触媒層をイオン交換膜の表面に移送するステップと、拡散下層から第1の剥離シートを除去するステップとを備える。一部の実施形態では、触媒層は、疎水性結合剤またはイオノマを備えてもよい。   In another embodiment, a method includes forming a diffusion lower layer on a surface of a release sheet, forming a catalyst layer comprising a first catalyst material on the diffusion lower layer, and applying the catalyst layer to the surface of an ion exchange membrane. And a step of removing the first release sheet from the diffusion lower layer. In some embodiments, the catalyst layer may comprise a hydrophobic binder or ionomer.

さらに別の実施形態では、方法は、剥離シートの表面上に触媒材料を備える第1の触媒層を形成するステップと、第1の触媒層の第1の表面上に第1の拡散下層を形成するステップと、ガス拡散基板の表面上に第2の拡散下層を形成するステップと、第1の拡散下層を第2の拡散下層に移送するステップと、ガス拡散電極を形成するように第1の触媒層から第1の剥離シートを除去するステップとを備える。   In yet another embodiment, the method forms a first catalyst layer comprising a catalyst material on the surface of the release sheet and forms a first diffusion underlayer on the first surface of the first catalyst layer. A step of forming a second diffusion lower layer on the surface of the gas diffusion substrate, a step of transferring the first diffusion lower layer to the second diffusion lower layer, and a first so as to form a gas diffusion electrode. Removing the first release sheet from the catalyst layer.

これら、およびその他の側面は、添付図面および次の詳細な説明を参照すると明白になるであろう。   These and other aspects will become apparent upon reference to the attached drawings and the following detailed description.

図中、同一の参照番号は、類似要素または作用を同定する。図中の要素のサイズおよび相対位置は、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。例えば、様々な要素の形状および角度は一定の縮尺で描かれず、これらの要素の一部は、図の分かりやすさを向上するように任意に拡大されて位置付けられる。さらに、描かれるように、要素の特定の形状は、特定の要素の実際の形状に関する情報を伝達することを目的とせず、図中の認識を簡単にするために選択されているに過ぎない。   In the figures, identical reference numbers identify similar elements or actions. The sizes and relative positions of elements in the drawings are not necessarily drawn to scale. For example, the shapes and angles of the various elements are not drawn to scale, and some of these elements are arbitrarily enlarged and positioned to improve the clarity of the figure. Furthermore, as depicted, the particular shape of the element is not intended to convey information about the actual shape of the particular element, but is only selected for ease of recognition in the figures.

文脈上他の意味に解すべき場合を除き、次に続く明細書および請求項の全体を通して、「備える」という言葉、および「〜を備える」および「〜を備えている」等のその変化形は、制限しない包括的な意味で、つまり「を含むが〜に限定されない」として解釈されるものである。   Throughout the following specification and claims, the word “comprising” and its variations, such as “comprising” and “comprising”, unless the context indicates otherwise. Is to be interpreted in an inclusive, non-limiting sense, ie, “including but not limited to”.

本願および添付の請求項で使用されるように、「焼結」は、典型的に、約250℃より高い温度への熱処理による、疎水性ポリマの安定化を意味する。当業者であれば、焼結条件は、異なるポリマに対して異なることを十分理解するであろう。例えば、適切な焼結条件は、ポリテトラフルオロエチレン(「PTFE」)に対しては約330℃から約420℃、フッ素化エチレンプロピレン(「FEP」)に対しては約250℃から約280℃、ペルフルオロアルコキシ(「PFA」)に対しては約300℃から約310℃に及ぶ焼結温度を含む。   As used herein and in the appended claims, “sintering” means the stabilization of a hydrophobic polymer, typically by heat treatment to a temperature above about 250 ° C. One skilled in the art will appreciate that the sintering conditions are different for different polymers. For example, suitable sintering conditions are about 330 ° C. to about 420 ° C. for polytetrafluoroethylene (“PTFE”) and about 250 ° C. to about 280 ° C. for fluorinated ethylene propylene (“FEP”). For perfluoroalkoxy ("PFA"), including sintering temperatures ranging from about 300 ° C to about 310 ° C.

本文では、「荷重」は、形成される、または基板に塗布される材料の量を指し、通常は、基板の単位面積あたりの材料の質量として表現される。   In this text, “load” refers to the amount of material that is formed or applied to a substrate and is usually expressed as the mass of material per unit area of the substrate.

本願で使用されるように、「均質な」とは、構成物質が混合物中で略均一に分散されていることを意味する。   As used herein, “homogeneous” means that the constituents are substantially uniformly dispersed in the mixture.

本発明は、触媒層をポリマ電解質膜に接着させて触媒被覆膜(「CCM」)を形成する、またはガス拡散層(「GDL」)に接着させてガス拡散電極(「GDE」)を形成することによって、膜電極アセンブリの構成要素を構成する方法に関する。   The present invention adheres a catalyst layer to a polymer electrolyte membrane to form a catalyst coated membrane (“CCM”), or adheres to a gas diffusion layer (“GDL”) to form a gas diffusion electrode (“GDE”). To a method of configuring components of a membrane electrode assembly.

本発明の第1の実施形態によれば、CCMを構成する方法は、図1Aから1Dに示される。方法は、移送アセンブリ6を形成するように剥離シート4上に触媒層2を形成するステップ(図1A)と、焼結した触媒層8を生じるように触媒層2を約250℃以上の焼結温度まで加熱するステップ(図1B)と、適切な移送温度および/または圧力(「T/P」)で焼結した触媒層8を膜10に移送するステップ(図1C)と、バッキング層を除去するステップ(図1D)とを含む。   According to the first embodiment of the present invention, a method of configuring a CCM is shown in FIGS. 1A to 1D. The method includes the steps of forming the catalyst layer 2 on the release sheet 4 to form the transfer assembly 6 (FIG. 1A) and sintering the catalyst layer 2 above about 250 ° C. to yield a sintered catalyst layer 8. Heating to temperature (FIG. 1B), transferring the catalyst layer 8 sintered at the appropriate transfer temperature and / or pressure (“T / P”) to the membrane 10 (FIG. 1C), and removing the backing layer (FIG. 1D).

図1Aを参照して、触媒層2は、貴金属またはその化合物、担持貴金属、担持貴金属化合物、またはそれらの組み合わせ等の触媒材料を含有する。触媒層2はまた、PTFE、FEP、PFA、またはそれらの組み合わせ等の疎水性結合剤も含有し、好ましくは、イオノマ材料を含有しない。触媒層の構成物質は、まず、アルコール、水、またはそれらの組み合わせ等の適切な液体担体中に分散され、均質的に混合されて分散を形成し、後に剥離シートに塗布されてもよい。一部の実施形態では、分散はさらに、分散安定化物質、例えば、Triton(登録商標)−XまたはTergitol等の界面活性剤、および/またはメチルセルロース等のポア形成物質を含んでもよい。ナイフコーティング、スクリーン印刷、スロットダイコーティング、マイクログラビアコーティング、転写、および噴射等であるが、それらに限定されない、分散を塗布するための当技術分野で周知のいずれの方法を使用してよい。一部の実施形態では、液体担体は、例えば蒸発によって、焼結の前に除去または部分的に除去してもよい。あるいは、液体担体は、焼結中に除去してもよい。   Referring to FIG. 1A, catalyst layer 2 contains a catalyst material such as a noble metal or a compound thereof, a supported noble metal, a supported noble metal compound, or a combination thereof. The catalyst layer 2 also contains a hydrophobic binder such as PTFE, FEP, PFA, or combinations thereof, and preferably does not contain an ionomer material. The constituents of the catalyst layer may be first dispersed in a suitable liquid carrier such as alcohol, water, or a combination thereof, mixed homogeneously to form a dispersion, and later applied to the release sheet. In some embodiments, the dispersion may further include a dispersion stabilizing material, eg, a surfactant such as Triton®-X or Tergitol, and / or a pore-forming material such as methylcellulose. Any method known in the art for applying dispersion may be used, including but not limited to knife coating, screen printing, slot die coating, microgravure coating, transfer, and jetting. In some embodiments, the liquid carrier may be removed or partially removed prior to sintering, for example, by evaporation. Alternatively, the liquid carrier may be removed during sintering.

適切な剥離シート材料は、不活性、非粘着性で、かつ剥離シートが変形せず、再利用できるように、それが受ける最高温度に熱耐性を示すべきである。一例では、剥離シートは、2SB仕上げ、K05金属被覆、またはセラミック被覆を伴うステンレス鋼板、アルミニウムシート、または耐熱性ポリマ薄膜、例えば、Kapton(登録商標)等のポリイミド薄膜等の、金属シートである。所望であれば、剥離シートは、その上に層を形成する前に剥離剤で前処理して、移送後の触媒層または拡散下層からの剥離シートの除去を促進してもよい。剥離剤は、ポリビニルアルコール等のアルコールであってもよい。   A suitable release sheet material should be inert, non-tacky and heat resistant to the maximum temperature it will undergo so that the release sheet will not deform and can be reused. In one example, the release sheet is a metal sheet, such as a 2SB finish, a K05 metal coating, or a stainless steel plate with a ceramic coating, an aluminum sheet, or a heat resistant polymer film, for example, a polyimide film such as Kapton®. If desired, the release sheet may be pretreated with a release agent prior to forming a layer thereon to facilitate removal of the release sheet from the transferred catalyst layer or diffusion bottom layer. The release agent may be an alcohol such as polyvinyl alcohol.

図1Cに示されるように、焼結した触媒層8は、熱および/または圧力(T/P)を加えることによって焼結した後に、膜10に移送される。ほとんどの固体ポリマ電解質膜に対して、適切な移送温度は、約90℃から約200℃に及んでもよく、適切な移送圧力は、約5から約40バールに及んでもよい。好ましくは、膜10の反対側の表面は、移送中に支持材料12によって支持される。支持材料12は、不活性、非粘着性で、かつそれが受ける最高温度に熱耐性を示すべきであり、移送温度が典型的に焼結温度より低いため、剥離シート4と同じ材料である必要はない。例えば、支持材料12は、Mylar(登録商標)等の、PTFE、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはポリエステル薄膜であってもよい。剥離シート4および支持材料12は、図1Dに示されるように、触媒被覆膜16を形成するように移送した後に、焼結した触媒層から除去される。   As shown in FIG. 1C, the sintered catalyst layer 8 is transferred to the membrane 10 after being sintered by applying heat and / or pressure (T / P). For most solid polymer electrolyte membranes, a suitable transfer temperature may range from about 90 ° C. to about 200 ° C., and a suitable transfer pressure may range from about 5 to about 40 bar. Preferably, the opposite surface of the membrane 10 is supported by the support material 12 during transport. The support material 12 should be the same material as the release sheet 4 because it is inert, non-tacky and should be heat resistant to the highest temperature it undergoes and the transfer temperature is typically lower than the sintering temperature. There is no. For example, the support material 12 may be a PTFE, polyethylene, polypropylene, or polyester film, such as Mylar®. As shown in FIG. 1D, the release sheet 4 and the support material 12 are removed from the sintered catalyst layer after being transferred so as to form a catalyst-coated film 16.

図2Aおよび2Bは、拡散下層14が剥離シート4上に形成され(図2A)、次いで焼結および移送の前に触媒層2が拡散下層14上に形成される(図2B)、本発明のさらなる実施形態の図解である。拡散下層14は、繊維状または微粒子であってもよい導電性材料を含有する。例えば、導体材料は、カーボンブラック、黒鉛化カーボンブラック、片状黒鉛、球状黒鉛、短炭素繊維、粉砕炭素繊維、炭素ウィスカ、炭素ナノチューブ、短黒鉛繊維、粉砕黒鉛繊維、黒鉛ウィスカ、および黒鉛ナノチューブ、またはそれらの組み合わせ等であるが、それらに限定されない、炭素または黒鉛である。一部の実施形態では、疎水性結合剤を拡散下層に組み込んで、その水移送特性を変え、および/または層間の粘着を向上することが望ましくてもよい。拡散下層14は、適切な液体担体中の構成物質を分散することによって剥離シート4上に形成し、次いで前述の方法によってその上に塗布してもよい。   2A and 2B show that the diffusion lower layer 14 is formed on the release sheet 4 (FIG. 2A) and then the catalyst layer 2 is formed on the diffusion lower layer 14 (FIG. 2B) before sintering and transfer. FIG. 6 is an illustration of a further embodiment. The diffusion lower layer 14 contains a conductive material that may be fibrous or particulate. For example, the conductive material is carbon black, graphitized carbon black, flake graphite, spherical graphite, short carbon fiber, pulverized carbon fiber, carbon whisker, carbon nanotube, short graphite fiber, pulverized graphite fiber, graphite whisker, and graphite nanotube, Or, a combination thereof or the like, but not limited thereto, is carbon or graphite. In some embodiments, it may be desirable to incorporate a hydrophobic binder into the diffusion underlayer to change its water transport properties and / or improve adhesion between layers. The diffusion lower layer 14 may be formed on the release sheet 4 by dispersing constituents in a suitable liquid carrier and then applied thereon by the method described above.

拡散下層は、触媒層を膜に移送するのに役立ってもよいことが予期される。本発明者らは、触媒層を膜に移送する従来技術の方法を使用する場合、特に触媒層の厚さが低い、例えば、約5ミクロン以下である場合、かつ典型的に、触媒荷重が低い、例えば、約0.15mg Pt/cm以下である場合に、不完全な移送が発生する(つまり、移送後に触媒層の一部が剥離シート上に残る場合がある)ことを発見している。触媒層の不完全な移送は、燃料電池の性能損失、耐久性、および費用の問題をもたらすため、望ましくない。しかし、図2Aおよび2Bに示されるように、剥離シートと触媒層との間に拡散下層を採用することによって、触媒層を膜に完全に移送することが可能である。 It is anticipated that the diffusion underlayer may serve to transfer the catalyst layer to the membrane. We use a prior art method of transferring the catalyst layer to the membrane, especially when the thickness of the catalyst layer is low, eg, about 5 microns or less, and typically the catalyst load is low. For example, it has been found that incomplete transfer occurs (that is, a part of the catalyst layer may remain on the release sheet after transfer) when it is about 0.15 mg Pt / cm 2 or less, for example. . Incomplete transfer of the catalyst layer is undesirable because it results in fuel cell performance loss, durability, and cost issues. However, as shown in FIGS. 2A and 2B, it is possible to completely transfer the catalyst layer to the membrane by employing a diffusion lower layer between the release sheet and the catalyst layer.

他の実施形態では、第2の触媒層18は、図3Aに示されるように、膜10の反対側の表面上に形成され、CCM 20を形成してもよい。触媒層18は、同じまたは異なる量で触媒層2と同じ材料の組成を含有してもよく、または、異なる材料の組成、例えば、イオノマを伴う触媒を含有してもよい。フッ素化および/または炭化水素ベースのイオノマイオノマを伴う触媒層は、触媒層中のイオン伝導率の向上が所望である場合の使用にとって有益であってよい。当業者は、所与の用途に適した触媒を容易に選択するう。   In other embodiments, the second catalyst layer 18 may be formed on the opposite surface of the membrane 10 to form the CCM 20, as shown in FIG. 3A. The catalyst layer 18 may contain the same material composition as the catalyst layer 2 in the same or different amounts, or may contain a different material composition, for example a catalyst with ionomer. A catalyst layer with fluorinated and / or hydrocarbon-based ionomers may be beneficial for use where an increase in ionic conductivity in the catalyst layer is desired. Those skilled in the art will readily select a suitable catalyst for a given application.

一部の実施形態では、触媒層18は、後で(図3B)または同時に(図3C)のいずれかで、前述のものと同様の方法(つまり、剥離シート22上に触媒層18を形成する)で、膜10に移送してもよい。任意で、図2Aおよび2Bで表されるもの等の拡散下層はまた、触媒層18(図示せず)と共に移送してもよい。触媒層18がイオノマを含有する場合、その上に触媒層16を形成する前に拡散下層を焼結するべきであることに注意されたい。他の実施形態では、触媒層18は、移送の前または後に、当技術分野で周知のいずれの方法によっても、膜に直接塗布することが可能である(図示せず)。   In some embodiments, the catalyst layer 18 is formed at a later time (FIG. 3B) or simultaneously (FIG. 3C) in a manner similar to that previously described (ie, forming the catalyst layer 18 on the release sheet 22). ) May be transferred to the membrane 10. Optionally, a diffusion underlayer such as that represented in FIGS. 2A and 2B may also be transferred with the catalyst layer 18 (not shown). Note that if the catalyst layer 18 contains an ionomer, the diffusion underlayer should be sintered before forming the catalyst layer 16 thereon. In other embodiments, the catalyst layer 18 can be applied directly to the membrane by any method known in the art before or after transfer (not shown).

さらなる実施形態では、前述の実施形態のCCMは、GDLおよび/またはGDEと共に組み立てて、膜電極アセンブリ(「MEA」)を形成してもよい。例えば、図1Dを参照して、GDLは、触媒層8に隣接して配置してもよい一方で、GDEは、膜10の反対側の第2の表面に隣接して配置してもよい。あるいは、図3Aを参照して、GDLは、焼結した触媒層8に隣接して配置してもよい一方で、別のGDLは、触媒層16に隣接して配置してもよい。いずれにしても、組み立てたMEAは、接着温度および/または圧力を受けて、構成要素のそれぞれを共に実質的に接着してもよい。当業者であれば、適切な接着温度、圧力、および持続時間を容易に決定することが可能である。   In further embodiments, the CCM of the foregoing embodiments may be assembled with GDL and / or GDE to form a membrane electrode assembly (“MEA”). For example, referring to FIG. 1D, the GDL may be disposed adjacent to the catalyst layer 8 while the GDE may be disposed adjacent to the second surface on the opposite side of the membrane 10. Alternatively, referring to FIG. 3A, the GDL may be disposed adjacent to the sintered catalyst layer 8, while another GDL may be disposed adjacent to the catalyst layer 16. In any case, the assembled MEA may substantially bond each of the components together under the bonding temperature and / or pressure. One skilled in the art can readily determine the appropriate bonding temperature, pressure, and duration.

本発明の別の実施形態によれば、GDEを構成する方法が開示される。方法は、支持材料12上に触媒層2を形成するステップ(図4A)、移送アセンブリ24を形成するように触媒層2上に拡散下層14aを形成するステップ(図4B)、部分的GDL 28を形成するように拡散基板26上に追加拡散下層14bを形成するステップ(図4C)、拡散下層14aを拡散下層14bに移送するステップ(図4D)、およびGDE 30を形成するように焼結するステップ(図4E)を含む。支持材料12は、焼結の前または後に除去してもよい(図示せず)。   According to another embodiment of the invention, a method for configuring a GDE is disclosed. The method comprises the steps of forming a catalyst layer 2 on the support material 12 (FIG. 4A), forming a diffusion underlayer 14a on the catalyst layer 2 to form a transfer assembly 24 (FIG. 4B), partial GDL 28 Forming additional diffusion lower layer 14b on diffusion substrate 26 to form (FIG. 4C), transferring diffusion lower layer 14a to diffusion lower layer 14b (FIG. 4D), and sintering to form GDE 30 (FIG. 4E). The support material 12 may be removed before or after sintering (not shown).

触媒層2は、好ましくは、前述のもの等の疎水性結合剤および触媒材料を含有する。なおさらに、拡散下層14a、14bは、前の実施形態で説明されるのと同じ構成物質を含有してもよい。この実施形態では、拡散下層14a、14bには、同じまたは異なる組成があってもよく、同じまたは異なる荷重があってもよい。また、触媒層2の液体担体は、その上に第1の拡散下層14aを形成する前に、除去または部分的に除去してもよい。   The catalyst layer 2 preferably contains a hydrophobic binder such as those mentioned above and a catalyst material. Still further, the diffusion lower layers 14a, 14b may contain the same constituents as described in the previous embodiment. In this embodiment, the diffusion lower layers 14a, 14b may have the same or different composition and may have the same or different loads. Further, the liquid carrier of the catalyst layer 2 may be removed or partially removed before the first diffusion lower layer 14a is formed thereon.

導電性および多孔質であれば、いずれの適切な拡散基板材料を使用してもよい。模範的な拡散基板材料は、TGP−H−090(Toray Industries Inc., Tokyo, Japan)、AvCarb(登録商標) P50 and EP−40(Ballard Material Products Inc., Lowell, MA)、およびGDL 24および25シリーズの材料(SGL Carbon Corp., Charlotte, NC)等であるが、それらに限定されない、炭化または黒鉛化炭素繊維の不織マットを含む。多孔質基板の選択は、本発明に不可欠ではなく、当業者であれば、所与の用途に対する適切な多孔質基板を選択することができるだろう。一部の実施形態では、多孔質基板は、疎水性結合剤を含有する溶液中に基板を含浸することによって等で、疎水化されてもよく、それは、拡散下層14bの塗布の前に乾燥および/または焼結され、または移送後に拡散下層14a、14bおよび触媒層2と共に同時に焼結される。   Any suitable diffusion substrate material may be used as long as it is conductive and porous. Exemplary diffusion substrate materials are TGP-H-090 (Toray Industries Inc., Tokyo, Japan), AvCarb® P50 and EP-40 (Ballard Material Products Inc., Lowell, MA, Lowell, MA, Lowell, MA). Including non-woven mats of carbonized or graphitized carbon fibers such as, but not limited to, 25 series materials (SGL Carbon Corp., Charlotte, NC). The selection of the porous substrate is not essential to the present invention and those skilled in the art will be able to select an appropriate porous substrate for a given application. In some embodiments, the porous substrate may be hydrophobized, such as by impregnating the substrate in a solution containing a hydrophobic binder, which is dried and applied prior to application of the diffusion underlayer 14b. And / or sintered or simultaneously with the diffusion lower layers 14a, 14b and the catalyst layer 2 after transfer.

移送条件は、前述の実施形態で説明されるものと同様であってもよい。なおさらに、一部の実施形態では、第1および/または第2の下層14a、14bの液体担体は、移送中に除去される。   The transfer conditions may be the same as those described in the previous embodiment. Still further, in some embodiments, the liquid carrier of the first and / or second lower layer 14a, 14b is removed during transfer.

図4Eを参照して、触媒層2および拡散下層14a、14bは、拡散下層14a、14bの移送後に焼結される。あるいは、触媒層2および拡散下層14a、14bは、移送前に別々に焼結するか、または移送中に同時に焼結してもよい(図示せず)。再度、支持材料12は、それが受ける最高温度(例えば、支持材料12が除去される時に応じて、移送または焼結温度)に熱耐性を示す限り、前述の材料のうちのいずれであってもよい。   Referring to FIG. 4E, catalyst layer 2 and diffusion lower layers 14a and 14b are sintered after the transfer of diffusion lower layers 14a and 14b. Alternatively, the catalyst layer 2 and the diffusion lower layers 14a and 14b may be sintered separately before transfer, or may be simultaneously sintered during transfer (not shown). Again, the support material 12 can be any of the materials described above as long as it is heat resistant to the maximum temperature it undergoes (eg, transfer or sintering temperature depending on when the support material 12 is removed). Good.

本発明者らは、疎水性結合剤を含有する触媒層をGDLに移送する場合、特に薄い触媒層を移送する場合に、触媒の不完全な移送が典型的に発生することを発見している。しかし、触媒層2上に第1の拡散下層14aを直接塗布することによって、触媒層2の移送が向上される。なおさらに、拡散基板26上に第2の拡散下層14bを塗布し、移送中に第1および/または第2の拡散下層14a、14b中の液体担体を除去することによって、拡散下層14a、14b間の粘着も強化される。結果として、触媒層2を完全に移送することが可能であり、層のそれぞれの間の粘着を従来の方法と比べて向上させることができる。   The inventors have discovered that when transferring a catalyst layer containing a hydrophobic binder to the GDL, incomplete transfer of the catalyst typically occurs, especially when transferring a thin catalyst layer. . However, by directly applying the first diffusion lower layer 14a on the catalyst layer 2, the transport of the catalyst layer 2 is improved. Still further, the second diffusion lower layer 14b is applied on the diffusion substrate 26, and the liquid carrier in the first and / or second diffusion lower layers 14a, 14b is removed during the transfer, so that the space between the diffusion lower layers 14a, 14b is reduced. The adhesion is also strengthened. As a result, the catalyst layer 2 can be completely transferred, and the adhesion between each of the layers can be improved compared to conventional methods.

さらなる実施形態では、GDE 30は、膜および別のGDEと共に組み立ててもよく、または、CCMおよびGDLと共に組み立ててMEAを形成してもよい。例えば、GDE 30は、触媒層8が膜10に接触するように、膜10と共に組み立ててもよい(図示せず)。次いで、別のGDEは、膜10の反対側の表面に隣接して組み立てられ、MEAを形成する。あるいは、GDE 30は、図1Dに示されるもの等のCCMおよび触媒層8に隣接するGDLと共に組み立てて、MEAを形成してもよい(図示せず)。再度、組み立てたMEAは、前述のように接着してもよい。   In further embodiments, GDE 30 may be assembled with a membrane and another GDE, or may be assembled with CCM and GDL to form an MEA. For example, the GDE 30 may be assembled with the membrane 10 (not shown) such that the catalyst layer 8 contacts the membrane 10. Another GDE is then assembled adjacent to the opposite surface of the membrane 10 to form the MEA. Alternatively, GDE 30 may be assembled with a CCM such as that shown in FIG. 1D and a GDL adjacent to catalyst layer 8 to form an MEA (not shown). Again, the assembled MEA may be bonded as described above.

上記の実施形態のうちのいずれにおいても、移送の前に、米国特許出願書第2004/0258979号で説明されるもの等の接着剤層を、層のうちのいずれの間で採用してもよい。接着剤層は、イオノマ、および任意で、炭素および/または黒鉛粒子を含む。接着剤層は、粘着を向上してもよく、触媒層を通した陽子伝導性を強化してもよいことが予期される。   In any of the above embodiments, an adhesive layer, such as that described in US Patent Application No. 2004/0258979, may be employed between any of the layers prior to transfer. . The adhesive layer includes ionomers, and optionally carbon and / or graphite particles. It is anticipated that the adhesive layer may improve adhesion and may enhance proton conductivity through the catalyst layer.

上記の米国特許、米国特許公報、米国特許出願書、外国特許、外国特許出願書、および本明細書で参照される、および/または出願データシートで一覧化される非特許出版物の全ては、その全体において、参考により本願に援用される。   All of the above U.S. patents, U.S. patent publications, U.S. patent applications, foreign patents, foreign patent applications, and non-patent publications referenced herein and / or listed in the application data sheet are: In its entirety, incorporated herein by reference.

本発明の特定の要素、実施形態、および用途を図示および説明したが、特に先行の教示に照らして、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、当業者によって変更を行ってもよいため、本発明はそれらに限定されないことが理解されるであろう。   While particular elements, embodiments and applications of the present invention have been illustrated and described, modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present disclosure, particularly in light of the preceding teachings. It will be appreciated that the invention is not so limited.

図1A〜1Dは、本発明の第1の実施形態による、触媒被覆膜を形成するための一連のステップを表す断面図を示す。1A-1D show cross-sectional views representing a series of steps for forming a catalyst-coated membrane according to a first embodiment of the present invention. 図1A〜1Dは、本発明の第1の実施形態による、触媒被覆膜を形成するための一連のステップを表す断面図を示す。1A-1D show cross-sectional views representing a series of steps for forming a catalyst-coated membrane according to a first embodiment of the present invention. 図1A〜1Dは、本発明の第1の実施形態による、触媒被覆膜を形成するための一連のステップを表す断面図を示す。1A-1D show cross-sectional views representing a series of steps for forming a catalyst-coated membrane according to a first embodiment of the present invention. 図1A〜1Dは、本発明の第1の実施形態による、触媒被覆膜を形成するための一連のステップを表す断面図を示す。1A-1D show cross-sectional views representing a series of steps for forming a catalyst-coated membrane according to a first embodiment of the present invention. 図2Aは、本発明のさらなる実施形態による、触媒被覆膜を形成するためのステップを表す断面図を示す。FIG. 2A shows a cross-sectional view depicting steps for forming a catalyst coated membrane according to a further embodiment of the present invention. 図2Bは、本発明のさらなる実施形態による、触媒被覆膜を形成するためのステップを表す断面図を示す。FIG. 2B shows a cross-sectional view depicting steps for forming a catalyst coated membrane according to a further embodiment of the present invention. 図3A〜図3Cは、本発明のなおもさらなる実施形態による、触媒被覆膜を形成するためのステップを表す断面図を示す。3A-3C show cross-sectional views depicting steps for forming a catalyst-coated membrane according to a still further embodiment of the present invention. 図3A〜図3Cは、本発明のなおもさらなる実施形態による、触媒被覆膜を形成するためのステップを表す断面図を示す。3A-3C show cross-sectional views depicting steps for forming a catalyst-coated membrane according to a still further embodiment of the present invention. 図3A〜図3Cは、本発明のなおもさらなる実施形態による、触媒被覆膜を形成するためのステップを表す断面図を示す。3A-3C show cross-sectional views depicting steps for forming a catalyst-coated membrane according to a still further embodiment of the present invention. 図4A〜図4Eは、本発明の別の実施形態による、ガス拡散電極を形成するための一連のステップを表す断面図である。4A-4E are cross-sectional views illustrating a series of steps for forming a gas diffusion electrode according to another embodiment of the present invention. 図4A〜図4Eは、本発明の別の実施形態による、ガス拡散電極を形成するための一連のステップを表す断面図である。4A-4E are cross-sectional views illustrating a series of steps for forming a gas diffusion electrode according to another embodiment of the present invention. 図4A〜図4Eは、本発明の別の実施形態による、ガス拡散電極を形成するための一連のステップを表す断面図である。4A-4E are cross-sectional views illustrating a series of steps for forming a gas diffusion electrode according to another embodiment of the present invention. 図4A〜図4Eは、本発明の別の実施形態による、ガス拡散電極を形成するための一連のステップを表す断面図である。4A-4E are cross-sectional views illustrating a series of steps for forming a gas diffusion electrode according to another embodiment of the present invention. 図4A〜図4Eは、本発明の別の実施形態による、ガス拡散電極を形成するための一連のステップを表す断面図である。4A-4E are cross-sectional views illustrating a series of steps for forming a gas diffusion electrode according to another embodiment of the present invention.

Claims (24)

第1の移送アセンブリを形成することであって、該第1の移送アセンブリは、第1の剥離シートの表面上に第1の触媒材料と疎水性結合剤とを備える第1の触媒層を備える、ことと、
焼結した第1の触媒層を形成するように該第1の触媒層を少なくとも250℃の焼結温度まで加熱することと、
該焼結した第1の触媒層をポリマ電解質膜の第1の表面に移送することと、
結合後に、該焼結した第1の触媒層から該第1の剥離シートを除去することと
を含む、電気化学燃料電池用の構成要素を構成する方法。
Forming a first transfer assembly, the first transfer assembly comprising a first catalyst layer comprising a first catalyst material and a hydrophobic binder on a surface of the first release sheet; , That,
Heating the first catalyst layer to a sintering temperature of at least 250 ° C. to form a sintered first catalyst layer;
Transferring the sintered first catalyst layer to a first surface of a polymer electrolyte membrane;
Removing the first release sheet from the sintered first catalyst layer after bonding. A method of constructing a component for an electrochemical fuel cell.
前記第1の触媒材料は、貴金属、またはその合金を備える、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the first catalyst material comprises a noble metal or an alloy thereof. 前記疎水性結合剤は、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレンプロピレン、またはそれらの組み合わせである、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the hydrophobic binder is polytetrafluoroethylene, fluorinated ethylene propylene, or a combination thereof. 前記第1の触媒層は、本質的に、前記第1の触媒材料および前記疎水性結合剤から構成される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the first catalyst layer consists essentially of the first catalyst material and the hydrophobic binder. 前記焼結温度は、少なくとも330℃である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the sintering temperature is at least 330 ° C. 前記第1の剥離シートは、ポリマ薄膜である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the first release sheet is a polymer thin film. 移送することは、前記第1の焼結した触媒層および前記ポリマ電解質膜に、移送温度および移送圧力のうちの少なくとも1つを受けさせることを含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein transferring comprises subjecting the first sintered catalyst layer and the polymer electrolyte membrane to at least one of a transfer temperature and a transfer pressure. 移送する前に、前記焼結した第1の触媒層の第1の表面および前記膜の第1の表面のうちの少なくとも1つの上にイオノマ層を形成することをさらに含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising forming an ionomer layer on at least one of the first surface of the sintered first catalyst layer and the first surface of the membrane prior to transfer. the method of. 前記ポリマ電解質膜の反対側の第2の表面上に第2の触媒材料を備える第2の触媒層を形成することをさらに含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising forming a second catalyst layer comprising a second catalyst material on a second surface opposite the polymer electrolyte membrane. 前記第2の触媒層を形成することは、
第2の移送アセンブリを形成することであって、該第2の移送アセンブリは、第2の剥離シートの表面上に該第2の触媒層を備える、ことと、
該第2の触媒層を前記ポリマ電解質膜の反対側の第2の表面に移送することと、
該第2の触媒層から該剥離シートを除去することと
をさらに含む、請求項9に記載の方法。
Forming the second catalyst layer comprises:
Forming a second transfer assembly, the second transfer assembly comprising the second catalyst layer on a surface of a second release sheet;
Transferring the second catalyst layer to a second surface opposite the polymer electrolyte membrane;
The method according to claim 9, further comprising removing the release sheet from the second catalyst layer.
前記焼結した第1の触媒層および前記第2の触媒層は、前記ポリマ電解質膜の前記第1および第2の表面にそれぞれ同時に移送される、請求項10に記載の方法。   The method of claim 10, wherein the sintered first catalyst layer and the second catalyst layer are simultaneously transferred to the first and second surfaces of the polymer electrolyte membrane, respectively. 第1のガス拡散層を前記第1の触媒層に結合することと、
ガス拡散電極を前記ポリマ電解質膜の反対側の表面に対して結合することであって、該ガス拡散電極は第2のガス拡散層と第2の触媒層とを備え、その結果該反対側の表面に接し、膜電極アセンブリを形成する、ことと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。
Coupling a first gas diffusion layer to the first catalyst layer;
Coupling a gas diffusion electrode to the opposite surface of the polymer electrolyte membrane, the gas diffusion electrode comprising a second gas diffusion layer and a second catalyst layer, so that the opposite side The method of claim 1, further comprising: contacting the surface to form a membrane electrode assembly.
剥離シートの表面上に拡散下層を形成することと、
該拡散下層上に第1の触媒材料を備える触媒層を形成することと、
該触媒層をポリマ電解質膜の表面に移送することと、
該拡散下層から該第1の剥離シートを除去することと
を含む、電気化学燃料電池用の構成要素を構成する方法。
Forming a diffusion lower layer on the surface of the release sheet;
Forming a catalyst layer comprising a first catalyst material on the diffusion underlayer;
Transferring the catalyst layer to the surface of the polymer electrolyte membrane;
Removing the first release sheet from the diffusion underlayer. A method of constructing a component for an electrochemical fuel cell.
前記拡散下層は、炭素材料、黒鉛材料、またはそれらの組み合わせを備える、請求項13に記載の方法。   The method of claim 13, wherein the diffusion underlayer comprises a carbon material, a graphite material, or a combination thereof. 移送することは、前記触媒層および前記ポリマ電解質膜に、熱および圧力のうちの少なくとも1つを受けさせることを含む、請求項13に記載の方法。   The method of claim 13, wherein transferring comprises subjecting the catalyst layer and the polymer electrolyte membrane to at least one of heat and pressure. 前記触媒層は、イオノマをさらに備える、請求項13に記載の方法。   The method of claim 13, wherein the catalyst layer further comprises an ionomer. 第1のガス拡散基板を前記拡散下層に結合することと、
ガス拡散電極を前記ポリマ電解質膜の反対側の表面に対して結合することであって、該ガス拡散電極は、第2のガス拡散基板、第2の触媒層および第2のガス拡散基板と第2の触媒層との間に挿入される第2の拡散下層を備え、その結果、該第2の触媒層は該反対側の表面と接して、膜電極アセンブリを形成する、ことと
をさらに含む、請求項13に記載の方法。
Coupling a first gas diffusion substrate to the diffusion underlayer;
Coupling a gas diffusion electrode to the opposite surface of the polymer electrolyte membrane, the gas diffusion electrode comprising: a second gas diffusion substrate, a second catalyst layer, a second gas diffusion substrate, and a second gas diffusion substrate; Further comprising a second diffusion lower layer inserted between the two catalyst layers, such that the second catalyst layer contacts the opposite surface to form a membrane electrode assembly. The method according to claim 13.
剥離シートの表面上に触媒材料を備える第1の触媒層を形成することと、
該第1の触媒層の第1の表面上に第1の拡散下層を形成することと、
ガス拡散基板の表面上に第2の拡散下層を形成することと、
該第1の拡散下層を該第2の拡散下層に移送することと、
ガス拡散電極を形成するように該第1の触媒層から該第1の剥離シートを除去することと
を含む、電気化学燃料電池用に構成要素を構成する方法。
Forming a first catalyst layer comprising a catalyst material on the surface of the release sheet;
Forming a first diffusion underlayer on a first surface of the first catalyst layer;
Forming a second diffusion underlayer on the surface of the gas diffusion substrate;
Transferring the first diffusion lower layer to the second diffusion lower layer;
Removing the first release sheet from the first catalyst layer to form a gas diffusion electrode. A method of configuring components for an electrochemical fuel cell.
前記第1の触媒層および前記第1の拡散層は、疎水性結合剤をさらに備え、前記方法は、前記第1の拡散下層および該触媒層を少なくとも250℃の焼結温度まで加熱することをさらに含む、請求項18に記載の方法。   The first catalyst layer and the first diffusion layer further comprise a hydrophobic binder, the method comprising heating the first diffusion lower layer and the catalyst layer to a sintering temperature of at least 250 ° C. The method of claim 18 further comprising: 前記第2の拡散下層は、疎水性結合剤を備え、前記方法は、前記第2の拡散下層を少なくとも250℃の焼結温度まで加熱することをさらに含む、請求項18に記載の方法。   The method of claim 18, wherein the second diffusion underlayer comprises a hydrophobic binder and the method further comprises heating the second diffusion underlayer to a sintering temperature of at least 250 ° C. 前記第1および第2の拡散下層は、炭素材料、黒鉛材料、またはそれらの組み合わせを備える、請求項18に記載の方法。   The method of claim 18, wherein the first and second diffusion underlayers comprise a carbon material, a graphite material, or a combination thereof. 前記第1および第2の拡散下層は、同じである、請求項18に記載の方法。   The method of claim 18, wherein the first and second diffusion underlayers are the same. 移送中に、前記第1および第2の下層のうちの少なくとも1つにおいて液体担体を除去することをさらに含む、請求項18に記載の方法。   19. The method of claim 18, further comprising removing a liquid carrier in at least one of the first and second lower layers during transfer. 前記第1の触媒層が第1の表面と対向するように、ポリマ電解質膜の該第1の表面に対して前記ガス拡散電極を接触させることと、
第2の触媒層が第2の表面と対向するように、該ポリマ電解質膜の反対側の第2の表面に対して第2のガス拡散電極を接触させることと、
該ガス拡散電極を該ポリマ電解質膜に結合することと
をさらに含む、請求項18に記載の方法。
Bringing the gas diffusion electrode into contact with the first surface of the polymer electrolyte membrane so that the first catalyst layer faces the first surface;
Bringing the second gas diffusion electrode into contact with the second surface opposite to the polymer electrolyte membrane so that the second catalyst layer faces the second surface;
The method of claim 18, further comprising: bonding the gas diffusion electrode to the polymer electrolyte membrane.
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