CN1230934C - 燃料电池用电极及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种简便的高性能电极的制造方法，所述制造方法无须使用介质、表面活性剂、细孔形成材料等。本发明的电极制造方法系给高分子电解质膜或多孔质导电性电极基体材料提供带静电的电极催化剂粉末，在其表面形成含有电极催化剂粉末的层。或在高分子电解质膜或多孔质导电性电极基体材料表面同时喷涂电极催化剂粉末和载气，使其表面吸附电极催化剂粉末，藉此形成含有电极催化剂粉末的层。

Description

燃料电池用电极及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种高分子电解质型燃料电池的电极及其制造方法。
背景技术
通常，高分子电解质型燃料电池的电极系将载持了贵金属催化剂的碳粉末附着到多孔质导电性电极基体材料上而形成的。
在上述电极的制造方法中，如用印刷法在高分子电解质膜表面直接形成电极，则可以使得发生电解反应的面积增大。然而，要在高分子电解质膜上形成电极，则由于高分子电解质膜的膨润性及膜的收缩性能等，使电极的形成非常困难。
因此，为形成上述电极，其方法通常是：将载有贵金属的碳粉末分散于如异丙醇等的有机介质(organic medium)中，得到一种涂料，将所述涂料藉由筛网印刷法或转印法，粘附于电极基体材料上。
在将有机介质用作涂料的分散剂时，作为安全措施，必须使用个人劳防用具、排气装置等。于是，近年来，就开始不用有机介质，而用更具安全性的水系介质。
在不论使用有机介质还是水系介质的涂料中，为提高载持贵金属催化剂的碳粉末的分散度，要预先添加非离子性或离子性的表面活性剂。
在形成电极后，如在形成电极时所用的有机介质和表面活性剂残留于形成的电极中，则将降低燃料电池的性能。在使用有机介质形成电极的场合，从确保其后制造工序的安全性的观点出发，有必要干燥粘附于电极基体材料上的电极用涂膜，并除去涂膜中的有机介质。
又，为不妨碍所制得的电极内气体的扩散，可以在涂料中预先添加可在电极内形成细微小孔的细孔形成材料。含于所形成的电极层中的细孔形成材料在焙烧及洗净后必须去除。
此外，还有将电极催化剂粉末作成糊浆，用刮刀法等在树脂制薄膜上形成薄膜状电极的电极形成方法。再用热压等方法，将如上制得的电极薄膜与高分子电解质膜粘合。在所述方法中，也必须使用细孔形成材料及表面活性剂等。
如上所述，高分子电解质型燃料电池用电极的制造相当费功夫。又，其安全措施也须特别当心。
发明内容
本发明的目的在于：解决如上所述的传统的燃料电池用电极制造中的问题，提供一种简便的高性能电极的制造方法，所述制造方法无须使用介质、表面活性剂、细孔形成材料等。
本发明的燃料电池用电极的制造方法包括如下工序：将载持贵金属的碳粉末和高分子电解质的溶液混合，然后干燥所述碳粉末，配制含有高分子电解质的电极催化剂粉末；藉由使所述含有高分子电解质的电极催化剂粉末与载气同时通过给管道，使电极催化剂粉末带静电；藉由使所述带静电的电极催化剂粉末与载气同时直接供给至高分子电解质膜或多孔质导电性电极基体材料，在所述高分子电解质膜或多孔质导电性电极基体材料表面形成含有电极催化剂粉末的层。
例如，将高分子电解质膜或多孔质导电性电极基体材料接地，在其近旁提供带静电的电极催化剂粉末，藉由其二者之间产生的静电力，使电极催化剂粉末吸附在所述高分子电解质膜或多孔质导电性电极基体材料表面上。或者，也可以将粘附于辊筒表面上、带静电的电极催化剂粉末转印于高分子电解质膜或多孔质导电性基体材料(例如碳纸)上。
本发明的燃料电池用电极的另一制造方法包括如下的工序：将电极催化剂粉末与载气同时喷涂于高分子电解质膜或多孔质导电性电极基体材料表面，使所述电极催化剂粉末粘附于其表面，藉此形成含有电极催化剂粉末的层。
在喷涂电极催化剂粉末时，可以使用例如喷枪之类的工具。对喷枪加以控制，就可均匀地形成大面积电极。
特别是，将电极催化剂粉末喷涂于高分子电解质膜上，则可将电极催化剂粉末粒子埋设到薄膜中。由此，可以更进一步提高电池性能。此时，以使用带电的电极催化剂粉末为宜。
本发明的电极制造方法为一完全的干燥加工过程，所以，没有必要使用有机介质。从而，可以提高作业安全性；也不需要为去除所形成电极中有机介质用的干燥工序。采用本发明，就无须使用表面活性剂及细孔形成材料，从而，也不再需要为除去所述材料用的工序。再有，在上述方法中，可容易地回收在成形过程中未加以利用的电极催化剂粉末，在经济上也有优越性。
另外，迄今为止，作为高分子电解质膜上电极的形成，一直为一困难的工序，现在，则也不必担心在该工序中发生膨润现象，可很容易地进行电极的形成过程。又，上述方法比起印刷法来，其所得到的电极的平滑性、致密性虽然要差些，但电极的气体扩散性能很好，所以，可谓一种优异的电极制造方法。
采用本发明的制得电极的燃料电池的特性，优于使用传统电极的燃料电池。
电极催化剂粉末包括载持有例如铂、钌、金、钯等贵金属的碳粉末。又，如果电极催化剂粉末再含有用高分子电解质及聚四氟乙烯等氟树脂涂覆的碳粉末则更好。也可层叠含有各种电极催化剂粉末的层，形成电极层。
理想的是，电极催化剂粉末系将高分子电解质的胶状分散液和载有贵金属的碳粉末的混合并干燥后配制得到的。
在本发明的一个较好的实施方式中，包括加热、粘合含有高分子电解质膜和含有电极催化剂粉末的层的工序。藉由热粘合含有高分子电解质膜和电极，可以得到具有更高性能的高分子电解质燃料电池。更好的是，在粘合高分子电解质膜和含有电极催化剂粉末层的工序之前，先将高分子电解质的溶液涂敷于待粘合的高分子电解质膜表面并干燥之。
根据本发明，不用可能对电池性能产生不利影响的溶剂或表面活性剂，就可制得燃料电池用电极。又，由于不用细孔形成材料，也能制得具有优良的气体扩散性能的电极结构，所以，最适合用作燃料电池用电极。
附图说明
图1为表示形成本发明一实施例中所用电极层的装置的纵剖面示意图。
图2为表上述实施例高分子电解质型燃料电池的电流和电压关系的特性图。
图3表示另一实施例高分子电解质型燃料电池的电流和电压关系的特性图。
图4表示又一实施例高分子电解质型燃料电池的电流和电压关系的特性图。
图5表示又一实施例高分子电解质型燃料电池的电流和电压关系的特性图。
图6表示又一实施例高分子电解质型燃料电池的电流和电压关系的特性图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明采用本发明干燥方法的、燃料电池用电极的制造方法的一个优选实施例。
实施例1
在本实施例中，就使用带电的电极催化剂粉末来制造燃料电池用电极的方法，举例作一说明。
使用如图1所示的装置，如下所述地在高分子电解质膜上形成电极层。
首先，使用氮气作载气，通过树脂、例如聚四氟乙烯(以下简称PTFE)制的供料管2，将电极催化剂粉末高速地送入腔室1。电极催化剂粉末在通过供料管2中时，因与供料管2内壁的摩擦而带负电。
在腔室1内的顶壁，设有接地的金属制固定架3。固定架3的一边设有120mm见方的正方形高分子电解质膜4。高分子电解质膜4的表面上固定有具有60mm开口部的掩模5。供给腔室1的载气通过排出管道6从腔室1中排出。
经供料管2压送到腔室1中的电极催化剂粉末在静电力作用下，被固定于固定架3上的高分子电解质膜41所吸附。
将表面载有铂25％(重量)的碳粉末和高分子电解质的全氟离聚物(perfluoroionomer)的5％(重量)的乙醇溶液(购自Aldrich公司的Nafion溶液)混合并干燥之使碳粉末表面涂覆高分子电解质，得到电极催化剂粉末。高分子电解质膜4使用Nafion薄膜(购自Du Pond公司的Nafion 112)。
如上所述，在高分子电解质膜4的一面形成电极层之后，在其另一面形成电极层。接着，在形成于高分子电解质膜4上的一对电极层表面分别配置切制成其尺寸与电极层尺寸相同的厚360μm的碳纸(东丽公司制)。然后，用这些碳纸夹入电极及高分子电解质膜间，组成单体电池。又，碳纸预先浸渍四氟乙烯-六氟丙烯共聚物的水性分散液(大金工业制的ND-1)中，用热处理来，进行拒水处理。
比较例
为作比较，用现在通常使用的筛网印刷法来形成电极。
这里，在进行筛网印刷法时，因对高分子电解质膜的印刷很困难，所以，如通常那样，先将电极印刷在电极基体材料上。首先，将电极催化剂粉末、其量为电极催化剂粉末3倍的丁醇，及数滴表面活性剂(日本Therfactant工业制的NP-10)混合于球磨机中，配制涂料。接着，将所制得的涂料用100目的筛网印刷于碳纸上，然后，在80℃下充分干燥，去除印刷涂膜中的溶剂，形成电极层。最后，在如同实施例1中所使用的，同样的高分子电解质膜的二面，用二张碳纸夹持高分子电解质膜，使如上形成的电极层互作相向配置。组装成与实施例1同样的单体电池。
将如上制得的单体电池的电流-电压特性示于图2。这里，电池温度取作80℃，对其中之一的电极(燃料极)供给其利用率为90％的加湿氢气，使其露点达75℃。对其中另一电极(空气极)供给其利用率为30％的加湿空气，使其露点达65℃。
如图2所显见，实施例1的单体电池显示出要比使用筛网印刷所形成电极的比较例单体电池更优异的特性。
实施例2
在本实施例中，就使用带电的电极催化剂粉末来制造燃料电池用电极的制造方法，举例作一说明。
使用如同实施例1中所用的装置，将带电的电极催化剂粉末粘附于碳纸上，形成电极层。使用如此表面形成有电极层的一对碳纸，组装制得如同实施例1的单体电池。
将所制得的单体电池的特性与上述比较例的电池特性一起示于图3。如图3所示，本实施例的单体电池特性优于比较例。观察所形成的电极层表面及其截面，使用带电的电极催化剂粉末所形成的本实施例中的电极层，其电极催化剂粉末的填充程度要比比较例的筛网印刷所形成的电极层来低，可确认形成了更多的细微小孔。由此，可以认为，本发明制得的电极比起比较例中所制得的电极层来，其气体可以更滑顺的扩散。
实施例3
在本实施例中，就将电极粉末直接喷涂于高分子电解质膜上在其表面形成电极层的形成方法，举例作一说明。
在覆有其一边设有60mm正方形的开口部的掩模的高分子电解质膜上，用载有氮气作为载气的喷枪，喷涂以如同实施例1中所使用的电极催化剂粉末，在高分子电解质膜上形成电极层。此处，高分子电解质膜和喷枪的喷射口的距离为40cm，喷涂时间为3秒。
如此，在高分子电解质膜的二面分别形成电极层之后，将该电极层用碳纸夹入，组装成如同实施例1同样的单体电池。
如上制得的电池的特性分别与上述比较例的单体电池特性一起示于图4。如图4所示，本实施例的单体电池特性优于比较例的单体电池。观察本实施例所形成的电极层表面及其截面，可以确认，电极催化剂粉末嵌入高分子电解质膜，并固附其上。又，在本实施例中形成的电极层，其电极催化剂粉末的填充程度比较比较例的筛网印刷所形成的电极层来低，可确认形成更多的细微小孔。由此，可以认为，本发明的电极比起比较例中所制得的电极层来，其气体可以更滑顺地扩散。
实施例4
在本实施例中，就将电极粉末直接喷涂于基体材料上在基体材料表面形成电极层的形成方法，另举一例作一说明。
使用如同实施例3同样的喷枪，对其一边设有60mm的正方形的碳纸喷涂电极催化剂粉末，形成电极层。又，喷涂条件与实施例3相同。
如上所述，使用其表面形成了电极层的碳纸，如同实施例2同样组装成单体电池。考察所得到的单体电池的特性，其电流密度为0.3A/cm3，电池电压为0.70V。由此可以确认，本实施例的单体电池显示了与实施例3大致等同的单体电池特性。
实施例5
在本实施例中，就组合使用上述实施例所述的、各个带电的电极催化剂粉末来形成电极层的方法，和将电极粉末直接喷涂于高分子电解质膜上来形成电极层的形成方法的组合使用情况作一说明。
使用如同实施例3中同样的喷枪，对接地的高分子电解质膜喷涂电极催化剂粉末，在该膜上形成电极层3。即，将与实施例1中所使用的同样的电极催化剂粉末通过PTFE制的管子高速压送至喷枪的喷口，同时，在与实施例3同样的条件下，从喷枪向高分子电解质膜喷涂电极催化剂粉末，在该膜上形成电极层。使用由上述方法分别在二面形成电极层的高分子电解质膜，与实施例1相同地组装成单体电池。所制得的单体电池的特性示于图5。
为作比较，图5中一并显示了实施例3的电池特性及比较例的电池特性。如图5所示，本实施例的单体电池特性优于实施例3的单体电池及比较例的单体电池。
又，可以确认，使用了在同样条件下将带电的电极催化剂粉末喷涂于碳纸上形成的电极的单体电池，也显示了优于实施例4的单体电池及比较例的单体电池的特性。
以下，使用下述的电极催化剂粉末，如同前述同样地在高分子电解质膜的二面形成电极层。
粉末A：载持有上述铂的碳粉末，
粉末B：系将同样的碳粉末与Nafion溶液混合并干燥后配制的、其表面由高分子电解质涂覆的载铂碳粉末；
粉末C：系将载铂碳粉末与Nafion溶液混合并干燥后配制的粉末，为其表面由高分子电解质涂覆的载铂碳粉末和载有PTFE的碳粉末的混合物。
使用由上述各种粉末在电极层表面形成高分子电解质膜来组装成单体电池，以考察其特性。使电池作0.3A/cm2的电流密度下的放电，此时的电池电压和使用筛网印刷所形成的电极的比较例电池的电压同时示于表1。
                      表1
        电极催化剂粉末         电池电压
        粉末A                  710mV
        粉末B                  725mV
        粉末C                  730mV
        比较例                 675mV
如表1所示，使用了粉末A～C中任一个的电极催化剂粉末的电池，其性能皆高于比较例电池。特别是，使用粉末C的电池，其性能优于使用粉末A的电池及使用粉末B的电池。可以认为，由于粉末C添加有载持PTFE的碳粉末，所以，将其作为主体的电极层具有优异的拒水性，其内部的气体扩散性能也很好。在碳纸上形成了电极层的场合也可同样看到这个倾向。
再有，使用如下制得的电极催化剂粉末D、与上述同样地在高分子电解质膜上形成电极层来组装成单体电池。
使载铂的碳粉末分散于乙酸丁酯中。其中滴下高分子电解质的全氟离聚物的9％(重量)的乙醇溶液(旭硝子公司制，Flemion溶液)并混合，将胶状的高分子电解质载持于载铂碳粉末上。在100℃下真空干燥，得到粉末D。
使用粉末D组装单体电池，以考察其特性，其结果显示出，该单体电池的性能优于使用粉末B制作的电极的单体电池。电流密度为0.3A/cm2时的电池电压为730mV。可以认为，这是因为，使用如上所述制得的胶体高分子电解质预先涂覆的电极催化剂粉末，会使电极层的微细结构发生变化，从而提高了铂的利用率所致。
实施例6
在本实施例中，就形成了电极层之后的、较好的处理例子作一说明。
与实施例3同样，分别使用喷枪在高分子电解质膜二面喷涂电极催化剂粉末来形成一对电极层。
将上述其二面形成电极层得到高分子电解质膜切制成与电极层同样尺寸，夹入作了拒水处理的碳纸中(东丽公司制，膜厚360μm)，将其置于一对金属模内，在130℃、50kg/cm2的压力下，加压1分钟。由此使高分子电解质膜与一种碳纸粘合。接着，与实施例3同样地用高分子电解质膜及一对碳纸组装成单体电池考察该电池的特性，其结果示于图6。为作比较，图中一并显示了实施例3的单体电池，即未经热压的单体电池特性。从图中可显见，本实施例的单体电池的性能较实施例2的单体电池为高。这可认为是，热压使得高分子电解质膜和电极的粘结更为密切，从而增大了微观的电解反应面积所致。
其次，使用其二面预先涂敷以同样高分子电解质溶液(旭硝子公司制，Flemion溶液)并将其溶剂干燥后所得到的高分子电解质膜，与上述同样地形成电极，进行热压处理，使高分子电解质膜和一对碳纸成为一体。然后，将其组装成单体电池，以考察单体电池的特性。其结果，使用预先涂敷以高分子电解质溶液的高分子电解质膜的单体电池，其性能要比未经所述处理的单体电池更高。

Claims (21)

1.一种燃料电池用电极的制造方法，所述方法包括如下工序：
将载持贵金属的碳粉末和高分子电解质的溶液混合，然后干燥所述碳粉末，配制含有高分子电解质的电极催化剂粉末；
藉由使所述含有高分子电解质的电极催化剂粉末与载气同时通过供给管道，使电极催化剂粉末带静电；
藉由使所述带静电的电极催化剂粉末与载气同时直接供给至高分子电解质膜或多孔质导电性电极基体材料，在所述高分子电解质膜或多孔质导电性电极基体材料表面形成含有电极催化剂粉末的层。
2.如权利要求1所述的燃料电池用电极的制造方法，其特征在于，所述高分子电解质膜或多孔质导电性电极基体材料接地，在其近旁供给带静电的电极催化剂粉末，藉由其二者之间产生的静电力，使在所述高分子电解质膜或多孔质导电性电极基体材料表面吸附电极催化剂粉末。
3.如权利要求1所述的燃料电池用电极的制造方法，其特征在于，所述电极催化剂粉末包括载持贵金属的碳粉末。
4.如权利要求3所述的燃料电池用电极的制造方法，其特征在于，所述电极催化剂粉末包括高分子电解质。
5.如权利要求4所述的燃料电池用电极的制造方法，其特征在于，所述电极催化剂粉末包括被覆有氟树脂的碳粉末。
6.如权利要求1所述的燃料电池用电极的制造方法，其特征在于，所述电极催化剂粉末包括将载持贵金属的碳粉末和高分子电解质的胶体状分散液混合、干燥后配制的电极催化剂粉末。
7.如权利要求1所述的燃料电池用电极的制造方法，其特征在于，所述方法包括加热、粘合上述高分子电解质膜和含有所述电极催化剂粉末层的工序。
8.如权利要求7所述的燃料电池用电极的制造方法，其特征在于，在加热、粘合上述高分子电解质膜和含有所述电极催化剂粉末层的工序之前，在待粘合的高分子电解质膜表面涂布、干燥高分子电解质溶液。
9.一种燃料电池用电极的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下的工序：
所述电极催化剂粉末包括将载持贵金属的碳粉末和高分子电解质的溶液混合，然后干燥所述碳粉末，配制含有高分子电解质的电极催化剂粉末；
藉由将处于干燥状态、含有上述高分子电解质的电极催化剂粉末与载气同时直接喷涂于高分子电解质膜或多孔质导电性电极基体材料表面，使所述电极催化剂粉末粘附于其表面，藉此形成含有电极催化剂粉末的层。
10.如权利要求9所述的燃料电池用电极的制造方法，其特征在于，所述电极催化剂粉末带有静电。
11.如权利要求9所述的燃料电池用电极的制造方法，其特征在于，所述电极催化剂粉末含有载持有贵金属的碳粉末。
12.如权利要求11所述的燃料电池用电极的制造方法，其特征在于，所述电极催化剂粉末含有高分子电解质。
13.如权利要求12所述的燃料电池用电极的制造方法，其特征在于，所述电极催化剂粉末包括被覆有氟树脂的碳粉末。
14.如权利要求9所述的燃料电池用电极的制造方法，其特征在于，所述电极催化剂粉末包括将载持贵金属的碳粉末和高分子电解质的胶体状分散液混合、干燥后配制的电极催化剂粉末。
15.如权利要求9所述的燃料电池用电极的制造方法，其特征在于，所述方法包括加热、粘合上述高分子电解质膜和含有所述电极催化剂粉末层的工序。
16.如权利要求15所述的燃料电池用电极的制造方法，其特征在于，在加热、粘合上述高分子电解质膜和含有所述电极催化剂粉末层的工序之前，在待粘合的高分子电解质膜表面涂布高分子电解质溶液后干燥。
17.一种燃料电池用电极，所述电极系由在高分子电解质膜或多孔质导电性电极基体材料表面中之至少一个面上，直接附着由载持贵金属的碳粉末和高分子电解质的溶液混合形成、带有静电的电极催化剂粉末而形成的电极组成。
18.一种燃料电池用电极，所述电极系由在将电极催化剂粉末与载气同时喷涂于高分子电解质膜或多孔质导电性电极基体材料中之至少一个面上而形成的电极构成，所述电极催化剂粉末由载持贵金属的碳粉末和高分子电解质的溶液混合而成。
19.如权利要求17或18所述的燃料电池用电极，其特征在于，所述电极催化剂粉末包括下述二种混合物中的至少一种：由载有贵金属催化剂的碳粉末、载有贵金属的碳粉末和高分子电解质组成的混合物，及由载有贵金属催化剂的碳粉末、藉由氟树脂作了拒水处理的碳粉末和高分子电解质组成的混合物。
20.如权利要求17或18所述的燃料电池用电极，其特征在于，所述电极催化剂粉末系在混合、干燥高分子电解质的胶体状分散液和载有贵金属的碳粉末之后、制成的电极催化剂粉末。
21.如权利要求19所述的燃料电池用电极，其特征在于，所述电极催化剂粉末系在混合、干燥高分子电解质的胶体状分散液和载有贵金属的碳粉末之后、制成的电极催化剂粉末。
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Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001099216A1 (fr) 2000-06-22 2001-12-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Pile a combustible a electrolyte polymere, procede de fabrication d'electrode et dispositif de fabrication
US6736007B2 (en) * 2000-10-31 2004-05-18 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Assembling method for tire wheel assembly and assembling line for tire wheel assembly, and wheel and production method for wheel
WO2002047190A1 (fr) * 2000-12-05 2002-06-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Pile a combustible a polyelectrolyte et son procede de mise en service
JP5002874B2 (ja) * 2001-01-25 2012-08-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の電極触媒層形成方法
JP3888233B2 (ja) 2001-09-17 2007-02-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池電極の製造方法と製造装置
JP2003109609A (ja) * 2001-09-27 2003-04-11 Honda Motor Co Ltd 燃料電池用電極の製造方法およびその装置
AU2002355028A1 (en) * 2001-11-30 2003-06-10 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Method for manufacturing electrode for fuel cell
FR2834818B1 (fr) 2002-01-14 2006-09-15 Atofina Poudre microcomposite a base de plaquettes de graphite et d'un fluoropolymere et objets fabriques avec cette poudre
US20040086632A1 (en) * 2002-10-31 2004-05-06 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for coating an ion-exchange membrane with a catalyst layer
US6831394B2 (en) * 2002-12-11 2004-12-14 General Electric Company Backing material for micromachined ultrasonic transducer devices
WO2004076079A1 (en) * 2003-02-21 2004-09-10 Virginia Commonwealth University Electrostatic processing of electrochemical device components
US20040175498A1 (en) * 2003-03-06 2004-09-09 Lotfi Hedhli Method for preparing membrane electrode assemblies
JP2004281152A (ja) * 2003-03-14 2004-10-07 Toyota Motor Corp 電極製造装置および方法
JP4737924B2 (ja) * 2003-08-11 2011-08-03 ノードソン コーポレーション 燃料電池用電解質膜、電解質膜複合体、電解質膜複合体のロールストックを製造する方法、燃料電池用電解質膜・電極アセンブリーを製造する方法、及び燃料電池を製造する方法
JP4662730B2 (ja) * 2003-09-12 2011-03-30 ローム アンド ハース カンパニー エネルギー貯蔵装置において有用なマクロレティキュラー炭質材料
EP1531510A1 (en) * 2003-11-06 2005-05-18 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for coating an ion-exchange membrane with a catalyst layer
JP4114617B2 (ja) 2004-02-19 2008-07-09 トヨタ自動車株式会社 膜電極接合体を構成する基材へ触媒層を形成する方法と装置
WO2005088749A1 (ja) * 2004-03-12 2005-09-22 Nagaoka University Of Technology 膜電極接合体及び膜電極接合体の製造方法並びに固体高分子形燃料電池
US7419745B2 (en) * 2004-03-31 2008-09-02 Sanjay Chaturvedi Method of forming an electrode structure useful in energy storage devices
ATE553510T1 (de) * 2004-05-13 2012-04-15 Lg Chemical Ltd System und verfahren zur bildung einer membranelektrodenbaugruppe für brennstoffzellen
DE102004033774A1 (de) * 2004-07-12 2007-04-19 Sartorius Ag Verfahren und Vorrichtung zur Aufbringung einer katalytischen Schicht auf eine Membran
US20060045985A1 (en) * 2004-09-02 2006-03-02 Kozak Paul D Method and apparatus for electrostatically coating an ion-exchange membrane or fluid diffusion layer with a catalyst layer
DE102004047587A1 (de) * 2004-09-23 2006-04-06 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Herstellung eines elektrolytischen Katalysatorträgers, elektrolytischer Katalysatorträger und elektrochemische Elektrode
JP4850421B2 (ja) * 2005-01-31 2012-01-11 藤森工業株式会社 燃料電池の固体電解質膜に貼着されるマスキングフィルム
JP2006236881A (ja) * 2005-02-28 2006-09-07 Toppan Printing Co Ltd 電極およびその製造方法
KR101201816B1 (ko) * 2005-03-07 2012-11-15 삼성에스디아이 주식회사 막-전극 어셈블리, 그 제조방법, 및 이를 포함하는 연료전지 시스템
JP5256448B2 (ja) * 2005-05-09 2013-08-07 国立大学法人長岡技術科学大学 電極及びその製造方法
JP4812331B2 (ja) * 2005-05-13 2011-11-09 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用接合体の製造方法及び燃料電池用接合体の製造装置
US8220318B2 (en) * 2005-06-17 2012-07-17 Georgia Tech Research Corporation Fast microscale actuators for probe microscopy
WO2006137203A1 (ja) * 2005-06-20 2006-12-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 膜－電極接合体製造方法
JP5052024B2 (ja) * 2005-06-20 2012-10-17 パナソニック株式会社 膜−電極接合体製造方法
US7395698B2 (en) * 2005-10-25 2008-07-08 Georgia Institute Of Technology Three-dimensional nanoscale metrology using FIRAT probe
US7752898B2 (en) * 2005-10-28 2010-07-13 Georgia Tech Research Corporation Devices for probe microscopy
JP2007250366A (ja) * 2006-03-16 2007-09-27 Toyota Motor Corp 燃料電池用電極の触媒層
US7797757B2 (en) * 2006-08-15 2010-09-14 Georgia Tech Research Corporation Cantilevers with integrated actuators for probe microscopy
JP2008166163A (ja) * 2006-12-28 2008-07-17 Toshiba Corp 触媒−高分子電解質膜接合体の製造方法および製造装置
JP4720800B2 (ja) * 2007-07-23 2011-07-13 トヨタ自動車株式会社 膜電極接合体製造方法
JP5317654B2 (ja) * 2008-12-02 2013-10-16 東芝燃料電池システム株式会社 燃料電池用電極とその製造方法、及び燃料電池
JP5414371B2 (ja) * 2009-06-04 2014-02-12 出光興産株式会社 全固体リチウムイオン二次電池の製造方法
JP5743429B2 (ja) * 2010-05-18 2015-07-01 日立造船株式会社 固体リチウム電池の製造方法、固体リチウム電池を備えた装置の製造方法、及び固体電解質を含む電解質層の製造方法
CN104488115B (zh) * 2012-05-31 2018-04-10 龙腾能源公司 用于制造锂离子电池的导电粒子薄膜的过程
CN104056741A (zh) * 2013-03-20 2014-09-24 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池膜电极的制备方法
US10897037B2 (en) 2014-10-27 2021-01-19 Dragonfly Energy Corp. Processes for the manufacture of conductive particle films for lithium ion batteries and lithium ion batteries
US20160307707A1 (en) * 2015-04-17 2016-10-20 YUNASKO, Ltd. Method for manufacturing an electrode for energy storage devices and an electrode manufactured therewith
CN111326752A (zh) * 2018-12-14 2020-06-23 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池催化层固态粉料及其制备方法与应用

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4313972A (en) * 1978-06-28 1982-02-02 United Technologies Corporation Dry method for making an electrochemical cell electrode
US4272353A (en) * 1980-02-29 1981-06-09 General Electric Company Method of making solid polymer electrolyte catalytic electrodes and electrodes made thereby
US4489122A (en) * 1982-10-13 1984-12-18 Minnesota Mining And Manufacturing Company Transparencies for electrostatic printing
JPS61109257A (ja) * 1984-11-01 1986-05-27 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池の燃料電極
JPH03295168A (ja) * 1990-04-11 1991-12-26 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池のガス拡散電極およびマトリックス製造方法
US5171644A (en) * 1991-01-09 1992-12-15 The Dow Chemical Company Electrochemical cell electrode
US5151515A (en) * 1991-02-04 1992-09-29 The Dow Chemical Company Oxygen reduction catalyst based upon metal dipyridylamines
US5272017A (en) * 1992-04-03 1993-12-21 General Motors Corporation Membrane-electrode assemblies for electrochemical cells
JP3295168B2 (ja) 1993-03-08 2002-06-24 日本電産コパル株式会社 カメラ用ムービングマグネットモータ
US5542163A (en) * 1993-04-19 1996-08-06 Chang; On K. Electrically-conducting adhesion-promoter
JP3422377B2 (ja) * 1993-08-06 2003-06-30 松下電器産業株式会社 固体高分子型燃料電池の製造方法及びこれにより得られる固体高分子型燃料電池
US5372896A (en) * 1993-09-20 1994-12-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Treated solid polymer electrolyte membrane for use in a fuel cell and fuel cell including the treated solid polymer electrolyte membrane
JPH08130019A (ja) * 1994-10-28 1996-05-21 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 高分子固体電解質型電気化学セル用電極の製造方法
US5843519A (en) * 1994-10-17 1998-12-01 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. Process for forming a catalyst layer on an electrode by spray-drying
DE19509748C2 (de) * 1995-03-17 1997-01-23 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Verfahren zur Herstellung eines Verbundes aus Elektrodenmaterial, Katalysatormaterial und einer Festelektrolytmembran
WO1996037003A1 (de) * 1995-05-19 1996-11-21 Siemens Aktiengesellschaft Photoelektrische katalysatorauftragung

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Publication number Publication date
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EP0948071A3 (en) 2002-11-13

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