FI84497B - Collector which is bonded to a solid polymer membrane - Google Patents
Collector which is bonded to a solid polymer membrane Download PDFInfo
- Publication number
- FI84497B FI84497B FI873839A FI873839A FI84497B FI 84497 B FI84497 B FI 84497B FI 873839 A FI873839 A FI 873839A FI 873839 A FI873839 A FI 873839A FI 84497 B FI84497 B FI 84497B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- base layer
- carbon atoms
- radicals
- polymer
- porous
- Prior art date
Links
Description
ι 84497ι 84497
Kiinteään polymeerimembraaniin sitoutunut virrankokoojaCurrent collector bound to a solid polymer membrane
Keksintö koskee parannettua menetelmää virrankokoo ja/katalyyttielektrodi/membraaniraken teen valmista-5 miseksi, jolla on kasvanut sähkönjohtokyky katalyytti-elektrodin ja virrankokoojän välisellä alueella. Sellaiset rakenteet ovat käyttökelpoisia erilaisissa käyttötarkoituksissa kuten esimerkiksi polttoainekennoissa, vesielektro-lyysikennoissa, kloorialkalikennoissa ja muissa vastaavissa. 10 Tämän keksinnön mukaisesti valmistettu rakennelma on rakenteellisesti hyvin stabiili, mikä sallii membraaniosan olla paljon ohuempi kuin nykyisin saatavilla olevissa, mikä vähentää membraanin ionista resistanssia.The invention relates to an improved method for manufacturing a current size and / catalyst electrode / membrane structure having increased electrical conductivity in the region between the catalyst electrode and the current collector. Such structures are useful in a variety of applications, such as fuel cells, hydroelectric cells, chlor-alkali cells, and the like. The structure made according to the present invention is structurally very stable, which allows the membrane part to be much thinner than currently available, which reduces the ionic resistance of the membrane.
On hyvin toivottavaa, monien membraanien käyttö-15 kohteiden raskaiden olosuhteiden takia, että rakenteen membraaniosa on rakenteellisesti hyvin vahva. Ohuita membraaneja on pidetty hauraina, mutta ohuet membraanit ovat haluttuja pienemmän ionisen resistanssinsa takia.It is highly desirable, due to the harsh conditions of many membrane applications, that the membrane portion of the structure be structurally very strong. Thin membranes have been considered brittle, but thin membranes are desirable due to their lower ionic resistance.
Tämä vaatii tasapainottelua toisaalta riittävän 20 rakenteellisen vahvuuden saamiseksi rakenteelle ja toisaalta membraanin paksuuden vähentämisen ioniresistanssin vähentämiseksi uhraamatta rakenteellista vahvuutta.This requires balancing on the one hand to obtain sufficient structural strength for the structure and on the other hand to reduce the thickness of the membrane to reduce the ionic resistance without sacrificing the structural strength.
Tähän keksintöön liittyviä lähteitä ovat mm. US-patentti nro 4 272 353 joka kuvaa pinnankarhennustekniik-25 kaa kiinteän polymeerielektrodin (SPE) pohjaosan raaputta-miseksi seuraavaa käsittelyä varten US-patentti nro 4 272 560 kuvaa membraania, jossa on monista kerroksista tehty katodi taustakankaassa; liuotettua kopolymeeriä käytetään tämän elektrodin valmistuksessa. US-patentti nro 4 182 670 kuvaa 30 yhdistettyä katodia ja diafragmaa, jossa käytetään metalli-substraatin spray-päällystystä metallijauheella; myös polymeerillä päällystetty diafragma kuvataan. Elektrodirunkoa, johon on liitetty jauhemaista metallia (tyypillisesti jalo-metalleja) kuvataan US-patentissa nro 3 276 911, ja se 35 mainitsee myös läpäisevän ionielektrolyyttimateriaalin.Sources related to this invention include e.g. U.S. Patent No. 4,272,353, which describes a surface roughening technique for scraping the base of a solid polymer electrode (SPE) for subsequent processing; U.S. Patent No. 4,272,560 describes a membrane having a multilayer cathode in a backing fabric; the dissolved copolymer is used in the manufacture of this electrode. U.S. Patent No. 4,182,670 describes a combined cathode and diaphragm using a spray coating of a metal substrate with a metal powder; a polymer coated diaphragm is also described. An electrode body to which a powdered metal (typically precious metals) is attached is described in U.S. Patent No. 3,276,911, and also mentions a permeable ion electrolyte material.
2 84497 US-patentti nro 4 364 813 kuvaa katalyyttisiä hiukkasia ionivaihtomateriaalin päällä SPE-membraanin kanssa; lisäksi tässä patentissa on ioninvaihto-osa, jossa mainitaan sulfoniryhmä. US-patentti nro 4 366 041 kuvaa katodin ja 5 diafragmarakennelman, jossa on vahasta tehty hajoava kalvo.U.S. Patent No. 4,844,913 to U.S. Patent No. 4,844,813 describes catalytic particles on an ion exchange material with an SPE membrane; in addition, this patent has an ion exchange moiety that mentions a sulfone group. U.S. Patent No. 4,366,041 describes a cathode and 5 diaphragm assembly having a wax degradable film.
Tämä keksintö kuvaa erityisesti rakenteellisesti stabiilin elektrodirakennelman, jonka membraaniosan ioni-resistanssi on alempi ja jonka katalyyttielektrodi- ja 10 virrankokoojaosien sähkönjohtokyky on suurempi. Membraanin ohuus saadaan aikaan uhraamatta rakenteellista kestävyyttä ja silti resistanssi ionista liikettä vastaan membraanissa on vähentynyt.In particular, the present invention describes a structurally stable electrode structure having a lower ionic resistance of the membrane portion and a higher electrical conductivity of the catalyst electrode and current collector portions. The thinness of the membrane is achieved without sacrificing structural durability and yet the resistance to ionic motion in the membrane is reduced.
Kun edellä oleva koskee tätä rakennetta yleisin ter-15 mein, sen rakennetta ja valmistusmenetelmää käsitellään seu-raavissa edullisia toteutustapoja kuvaavissa esimerkeissä.When the above relates to this structure in the most general terms, its structure and manufacturing method are discussed in the following examples illustrating preferred embodiments.
Keksintö koskee erityisesti menetelmää, jolla valmistetaan ioneja läpäisevä membraani-, elektrodi- ja virrankokoojarakenne, joka koostuu seuraavista vaiheista: 20 a) muodostetaan peruskerros huokoisesta sähköä johtavasta aineesta; b) päällystetään ainakin osittain ainakin yksi peruskerroksen pinta fluoripolymeerikerroksella; c) peitetään peruskerroksen päällä oleva fluori-25 polymeerisitoja hiukkasmuotoisella katalyyttiaineella; d) levitetään katalyyttiaineen päälle polymeeristä ainetta liuoksena tai dispersiona niin että se tunkeutuu huokoiseen peruskerrokseen muodostaen lähes yhtenäisen pinnan katalyyttiaineen ja ainakin osittain päällystetyn pe- 30 ruskerroksen päälle; ja e) käsitellään rakennetta kuumuudella ja/tai paineella, jotta polymeeriaineen virtaus peruskerrokseen ja katalyyttiaineen ympäri tehostuisi, jolloin katalyytti-aine tarttuu peruskerrokseen ja polymeeriaine sintrautuisi 35 lähes huokosemattomaksi kerrokseksi katalyyttiaineen ympärille .In particular, the invention relates to a method of manufacturing an ion-permeable membrane, electrode and current collector structure comprising the steps of: a) forming a base layer of a porous electrically conductive material; b) coating at least partially at least one surface of the base layer with a fluoropolymer layer; c) coating the fluorine-25 polymer bonds on the base layer with a particulate catalyst; d) applying a polymeric substance to the catalyst material as a solution or dispersion so as to penetrate the porous base layer, forming a nearly uniform surface over the catalyst material and the at least partially coated base layer; and e) treating the structure with heat and / or pressure to enhance the flow of polymeric material into the base layer and around the catalyst material, thereby adhering the catalyst material to the base layer and sintering the polymeric material into a nearly non-porous layer around the catalyst material.
3 844973,84497
Peruskerros on sähköä johtava, nestettä läpäisevä matriisi, joka toimii virrankokoojana johtaen sähköenergiaa elektrodille tai siitä pois. Se voi koostua erilaisista aineista, kuten esimerkiksi hiilikankaasta, hiili-5 paperista, hiilihuovasta, metalliverkoista, metallivil-lasta ja huokoisista metallilevyistä. Edullisin peruskerros on kuitenkin hiilipaperi, joka on helposti saatavilla, helppoa käsitellä ja on suhteellisen halpaa.The base layer is an electrically conductive, liquid-permeable matrix that acts as a current collector, conducting electrical energy to or from the electrode. It may consist of various materials such as carbon fabric, carbon-5 paper, carbon felt, metal mesh, metal wool and porous metal sheets. However, the most preferred base layer is carbon paper, which is readily available, easy to handle, and relatively inexpensive.
Tässä keksinnössä edullisimmin käytettävä peperi 10 on sellaista, jonka sähköinen vastus on alhainen, joka on riittävän vahvaa työstämiseen ja jolla on sopivat pintaominaisuudet, kuten karkeus, hyvän sitoutumisen aikaansaamiseksi fluoripolymeerisideaineen ja peruskerroksen välille. On myös edullista saada aikaan hyvä sähköinen 15 yhteys hiilipaperin ja elektrodin katalyyttisesti aktiivisten hiukkasten välille.The paper 10 most preferably used in the present invention is one that has a low electrical resistance, is strong enough for processing, and has suitable surface properties, such as roughness, to provide good bonding between the fluoropolymer binder and the base layer. It is also advantageous to provide a good electrical connection between the carbon paper and the catalytically active particles of the electrode.
Ensimmäisessä vaiheessa peruskerros päällystetään ainakin osittain sopivalla polymeerisideaineella. Tämä polymeeriside voi olla fluorihiilisideaine, kuten poly-20 tetrafluorietyleeni jota myydään tavaramerkillä Teflon.In the first step, the base layer is at least partially coated with a suitable polymeric binder. This polymeric binder may be a fluorocarbon binder such as poly-20 tetrafluoroethylene sold under the trademark Teflon.
Muita sopivia polymeerejä voivat olla mm. karboksyyli-happokopolymeerien termoplastiset ei-ioniset muodot yms.Other suitable polymers may be e.g. thermoplastic nonionic forms of carboxylic acid copolymers and the like.
Erityisen edullisia fluoripolymeerisideaineita ovat perfluorattujen polymeerien termoplastiset ei-ioniset 25 muodot joita kuvataan seuraavissa US-patenteissa: 3 282 875, 3 909 378, 4 025 405, 4 065 366, 4 116 888, 4 123 336, 4 126 588, 4 151 052, 4 176 215, 4 178 218, 4 192 725, 4 209 635, 4 212 713, 4 251 333, 4 270 996, 4 329 435, 4 330 654, 4 337 137, 4 337 137, 4 337 211, 30 4 340 680, 4 357 218, 4 358 412, 4 358 545, 4 417 969, 4 462 877, 4 470 889, 4 478 695 ja julkaistussa EP-patentti-hakemuksessa nro 0 027 009. Sellaisten polymeerien ekvi-valenttipaino on yleensä 500-2000.Particularly preferred fluoropolymer binders are the thermoplastic nonionic forms of perfluorinated polymers described in the following U.S. Patents: 3,282,875, 3,909,378, 4,025,405, 4,065,366, 4,116,888, 4,123,336, 4,126,588, 4,151,052 , 4,176,215, 4,178,218, 4,192,725, 4,209,635, 4,212,713, 4,251,333, 4,270,996, 4,329,435, 4,330,654, 4,337,137, 4,337,137, 4,337,211, 30 4,340,680, 4,357,218, 4,358,412, 4,358,545, 4,417,969, 4,462,877, 4,470,889, 4,478,695 and published EP Patent Application No. 0,027,009. The equivalent weight of such polymers is generally 500-2000.
Erityisen edullisia fluoripolymeerisideaineita ovat 35 monomeerin I kopolymeerit monomeerin II kanssa (jotka on 4 84497 määritelty alla). Haluttaessa voidaan I:n ja II:n kanssa kopolymeroida kolmas monomeerilaji.Particularly preferred fluoropolymer binders are copolymers of 35 monomer I with monomer II (defined as 4,84497 below). If desired, a third type of monomer can be copolymerized with I and II.
Ensimmäistä monomeerityyppiä kuvaa yleinen kaava: 5 CF2=CZZ' (I) jossa Z ja Z' on toisistaan riippumatta valittu joukosta -H, Cl ja -CF3·The first type of monomer is represented by the general formula: CF2 = CZZ '(I) wherein Z and Z' are independently selected from -H, Cl and -CF3 ·
Toinen monomeeri koostuu yhdestä tai useammasta 10 monomeerista, jotka on valittu yhdisteistä joita kuvaa yleinen kaava: Y-(CP,)a-(CFRf)b-(CFRf,)c-0-fCF(CF2X)-CF^O] n~CF=CF2 (II) 15 jossa Y on valittu joukosta -S02Z/ -CN, -COZ ja -C(R3f)(R4f)OH; Z on valittu joukosta -I, -Br, -Cl/ -F, -OR ja -NR1R2; 20 R on valittu haarautuneista tai haarutumattomista alkyyliradikaaleista, joissa on 1-10 hiiliatomia tai alryyliradikaaleista; 3 4 R f ]a R f on toisistaan riippumatta valittu perfluorialkyyliradikaaleista joissa on 1-10 hiiliatomia; 25 R^ ja R2 on toisistaan riippumatta valittu joukos ta -H/ haarautunut tai suora alkyyliradikaali jossa on 1-10 hiiliatomia tai aryyliradikaali; a on 0-6; b on 0-6; 30 c on 0 tai 1; niin että a+b+c ei ole 0; X on valittu joukosta -Cl/ -Br, -F tai niiden seoksista kun n > 1; n on 0-6; ja 5 84497The second monomer consists of one or more monomers selected from compounds represented by the general formula: Y- (CP,) a- (CFRf) b- (CFRf,) c-O-fCF (CF2X) -CF ^ O] n ~ CF = CF 2 (II) 15 wherein Y is selected from -SO 2 Z / -CN, -CO 2 and -C (R 3f) (R 4f) OH; Z is selected from -I, -Br, -Cl / -F, -OR and -NR1R2; R is selected from branched or unbranched alkyl radicals having 1 to 10 carbon atoms or allyl radicals; 3 4 R f] a R f is independently selected from perfluoroalkyl radicals having 1 to 10 carbon atoms; R 1 and R 2 are independently selected from the group consisting of -H / branched or straight alkyl radicals having 1 to 10 carbon atoms or an aryl radical; a is 0-6; b is 0-6; C is 0 or 1; so that a + b + c is not 0; X is selected from -Cl / -Br, -F or mixtures thereof when n> 1; n is 0-6; and 5,84497
Rf ja Rr, on toisistaan riippumatta valittu joukosta -F, -Cl, perfluorialkyyliradikaalit joissa on 1-10 hiiliatomia, ja fluorialkyyliradikaalit joissa on 1-10 hiiliatomia.Rf and Rr, are independently selected from -F, -Cl, perfluoroalkyl radicals having 1 to 10 carbon atoms, and fluoroalkyl radicals having 1 to 10 carbon atoms.
5 Erityisen edullista on kun Y on SC^F tai -COOCH^; n on 0 tai 1; ja R^, ovat -F, X on -Cl tai -F, ja a+b+c on 2 tai 3.It is particularly preferred when Y is SC 2 F or -COOCH 2; n is 0 or 1; and R 1, are -F, X is -Cl or -F, and a + b + c is 2 or 3.
Mahdollinen kolmas monomeeri on yksi tai useampia monemeerejä, jotka on valittu yhdisteistä joita kuvaa 10 yleinen kaava.The optional third monomer is one or more monomers selected from compounds represented by the general formula.
Y' - (CF2) a 1 ~ ^CF^f} b' ” ^FR* f} c ' -0~ ^CH ^CF2X ' ^ -CF2"Q) n · “CF=CH2 (III) 15 jossa Y' on valittu joukosta -F, -Cl tai -Br; a' ja b' ovat toisistaan riippumatta 0-3; c' on 0 tai 1; niin että a’+b'+c* ei ole 0; 20 R^ ja R'j on toisistaan riippumatta valittu jou kosta -Br, - Cl, -F, perfluorialkyyliradikaalit, joissa on 1-10 hiiliatomia, ja klooriperfluorialkyyliradikaalit joissa on 1-10 hiiliatomia; ja X' on valittu joukosta -F, -Cl, -Br tai niiden 25 seoksista kun n' > 1.Y '- (CF2) a 1 ~ ^ CF ^ f} b' ”^ FR * f} c '-0 ~ ^ CH ^ CF2X' ^ -CF2" Q) n · “CF = CH2 (III) 15 where Y 'is selected from -F, -Cl or -Br; a' and b 'are independently 0-3; c' is 0 or 1; such that a '+ b' + c * is not 0; R'j is independently selected from -Br, -Cl, -F, perfluoroalkyl radicals having 1 to 10 carbon atoms, and chloroperfluoroalkyl radicals having 1 to 10 carbon atoms, and X 'is selected from -F, -Cl, -Br or mixtures thereof when n '> 1.
Sideaine levitetään tyypillisesti liuoksena tai disperisona niin että se ainakin osittain peittää peruskerroksen. Liuos tai dispersio voidaan levittää peruskerrokselle erilaisilla sinänsä tunnetuilla menetelmillä. 30 Kun elektrodi tulee käytettäväksi polttoaine- kennossa, sideaine on edullisimmin hydrofobista ainetta kuten polytetrafluorietyleeniä. Kun taas elektrodi tulee käytettäväksi elektrolyyttikennossa kuten kloorialkali-kennossa, sideaine on edullisimmin hydrofiilistä ainetta 35 kuten monomeereista I ja II ja mahdollisesti III (jotka on kuvattu yllä) muodostetut kopolymeerit.The binder is typically applied as a solution or dispersion so that it at least partially covers the base layer. The solution or dispersion can be applied to the base layer by various methods known per se. When the electrode is to be used in a fuel cell, the binder is most preferably a hydrophobic substance such as polytetrafluoroethylene. While the electrode will be used in an electrolyte cell such as a chlor-alkali cell, the binder is most preferably a hydrophilic material such as copolymers formed from monomers I and II and optionally III (described above).
2 6 844972 6 84497
Edullinen sideaineen määrä on 0,5-50 mg/cm' perus- 2 kerroksen pinnalla, edullisesti 2,5-30 mg/cm .The preferred amount of binder is 0.5-50 mg / cm 2 on the surface of the base layer 2, preferably 2.5-30 mg / cm.
Kun sideaine levitetään liuoksena tai dispersiona, voidaan käyttää erilaisia liuottimia/dispersioaineita kuten 5 esimerkiksi vettä, metanolia, etanolia ja yhdisteitä joita kuvaa yleinen kaava: xcf2-cyz-x’ 10 jossa X on valittu joukosta F, Cl, Br ja I; X’ on valittu joukosta Cl, Br ja I; Y ja Z on toisistaan riippumatta valittu joukosta H, F, Cl, Br, I ja R‘; ja 15 R’ on valittu perfluorialkyyliradikaaleista ja klooriperfluorialkyyliradikaaleista joissa on 1-6 hiili-atomia .When the binder is applied as a solution or dispersion, various solvents / dispersants such as water, methanol, ethanol and compounds represented by the general formula: xcf2-cyz-x '10 wherein X is selected from F, Cl, Br and I; X 'is selected from Cl, Br and I; Y and Z are independently selected from H, F, Cl, Br, I and R '; and R 'is selected from perfluoroalkyl radicals and chloroperfluoroalkyl radicals having 1 to 6 carbon atoms.
Edullisimpia liuottimia tai dispersioaineita ovat I, 2-dibromitetrafluorietaani (yleensä tunnettu nimellä 20 Freon 114 B 2)The most preferred solvents or dispersants are 1,2-dibromotetrafluoroethane (commonly known as 20 Freon 114 B 2)
BrCF2-CH2Br ja 1,2,3-triklooritrifluorietaani (yleensä tunnettu nimel-25 lä Freon 113): cif2-cci2f Näistä kahdesta aineesta 1,2-dibromitetrafluorietaani on 30 edullisin liuotin tai dispersioaine.BrCF2-CH2Br and 1,2,3-trichlorotrifluoroethane (commonly known as Freon 113): cif2-cci2f Of the two substances, 1,2-dibromotetrafluoroethane is the most preferred solvent or dispersant.
Liuos tai dispersio jota käytetään levitettäessä sideaine peruskerrokseen voi olla konsentraatioltaan 2-30 paino-% polymeeriä liuottimessa/dispersioaineessa. Edullinen konsentraatio on 8-20 paino-% ja polymeeriä 35 liuottimessa/dispersioaineessa.The solution or dispersion used to apply the binder to the base layer may have a concentration of 2-30% by weight of polymer in the solvent / dispersant. The preferred concentration is 8-20% by weight and polymer 35 in the solvent / dispersant.
7 844977 84497
Kun liuos tai dispersio on levitetty peruskerrokseen, liuotin voidaan poistaa käyttäen lämpöä, tyhjiötä tai lämmön ja tyhjiön yhdistelmää. Haluttaessa liuotti-men/dispersioaineen voidaan antaa haihtua tavallisissa 5 olosuhteissa. Edullisesti liuotin poistetaan kohotetussa lämpötilassa. Liuottimen/dispersioaineen poiston lisäksi kuumuus sintraa sideaineen ja saa sen täydellisemmin tunkeutumaan peruskerrokseen ja ympäröimään sen. Esimerkiksi käytettäessä polytetrafluorietyleeniä sideaineena altis-10 tus 300-340 °C lämpötilaan noin 20 minuutiksi riittää poistamaan liuottimen/dispersioaineen ja sintraamaan polytetraf luorietyleenin.Once the solution or dispersion is applied to the base layer, the solvent can be removed using heat, vacuum, or a combination of heat and vacuum. If desired, the solvent / dispersant can be allowed to evaporate under ordinary conditions. Preferably, the solvent is removed at an elevated temperature. In addition to removing the solvent / dispersant, the heat sinks the binder and causes it to more completely penetrate and surround the base layer. For example, when using polytetrafluoroethylene as a binder, exposure to 300-340 ° C for about 20 minutes is sufficient to remove the solvent / dispersant and sinter the polytetrafluoroethylene.
Seuraava vaihe tämän keksinnön menetelmässä on kata-lyyttisesti aktiivisten ja sähköä johtavien hiukkasten li-15 sääminen päällystetylle peruskerrokselle. Rakenne muodostaa lopulta sen mitä yleensä kutsutaan kiinteäksi poly-meerielektrolyytiksi tai SPE:ksi, kun tuotetta käytetään sähkökennossa. Elektrodia voidaan käyttää joko katodina tai anodina.The next step in the process of the present invention is to add catalytically active and electrically conductive particles to the coated base layer. The structure eventually forms what is commonly referred to as a solid polymer electrolyte or SPE when the product is used in an electric cell. The electrode can be used as either a cathode or an anode.
20 Sähkökatalyyttisesti aktiivisina anodimateriaalei- na käytettäväksi sopivia aineita ovat muun muassa platina-ryhmän metallit tai metallioksidit, kuten rutenium, iridium, rodium, platina, palladium, joko pelkästään tai yhdessä kalvonmuodostavan metallin kuten Ti tai Ta kanssa. Muita 25 sopivia aktivoivia oksideja on esimerkiksi kobolttioksidi joko yksin tai yhdessä muiden metallioksidien kanssa, joita on kuvattu US-patenteissa nrot 3 632 498, 4 142 005, 4 061 549 ja 4 214 971.Suitable materials for use as electrocatalytically active anode materials include platinum group metals or metal oxides such as ruthenium, iridium, rhodium, platinum, palladium, either alone or in combination with a film-forming metal such as Ti or Ta. Other suitable activating oxides include, for example, cobalt oxide, either alone or in combination with other metal oxides described in U.S. Patent Nos. 3,632,498, 4,142,005, 4,061,549, and 4,214,971.
Sähkökatalyyttisesti aktiivina katodimateriaaleina 30 käytettäväksi sopivia aineita ovat muun muassa platina-ryhmän metallit tai metallioksidit, kuten rutenium tai ruteniumoksidi. US-patentti nro 4 465 580 kuvaa sellaisia katodeja.Suitable materials for use as electrocatalytically active cathode materials include platinum group metals or metal oxides such as ruthenium or ruthenium oxide. U.S. Patent No. 4,465,580 describes such cathodes.
Tässä keksinnössä käytetyt katalyyttihiukkaset ovat 35 edullisimmin hienojakoisia ja niiden edullisin koko on β 84497 200 - alle 400 mesh (U.S. standardi) (53 - alle 37 mikronia) . Metallijauhe levitetään sideaineelle päällystetylle peruskerrokselle alaa taitavien tuntemilla menetelmillä, joita ovat esimerkiksi ruiskutus, levyn muo-5 dostaminen katalyyttihiukkasista ja levyn puristaminen peruskerrokselle tai muodostamalla ja levittämällä hiukkaset nestedispersiona, esim. vesidispersiona. Sopiva määrä 2 katalyyttihiukkasia on 0,2-20 mg/cm peruskerroksen alaa 2 kohden ja edullinen määrä 1,5-5,0 mg/cm .The catalyst particles used in this invention are most preferably finely divided and have the most preferred size of β 84497 200 to less than 400 mesh (U.S. standard) (53 to less than 37 microns). The metal powder is applied to the binder-coated base layer by methods known to those skilled in the art, such as spraying, forming a sheet from the catalyst particles, and pressing the sheet onto the base layer or forming and applying the particles as a liquid dispersion, e.g., an aqueous dispersion. A suitable amount of catalyst particles is 0.2 to 20 mg / cm per base layer area 2 and a preferred amount is 1.5 to 5.0 mg / cm.
10 Erikseen muodostetaan kopolymeeri. Eräs sellainen sopiva polymeeri on polymeeri joka on muodostunut mono-meereistä I, II ja mahdollisesti III, kuten yllä on kuvattu. Polymeeri voi olla termoplastinen ei-ioninen sulfo-nihappokopolymeerin prekursori tai termoplastinen ei-15 ioninen karboksyylihappokopolymeerin prekursori tai muu sideaineena käytettäväksi kuvattu polymeeri. Edullisimmin kopolymeeristä muodostetaan liuos tai dispersio liuottimen kanssa katalyyttisille hiukkasille levitystä varten. Sekoitettaessa sopivaan liuottimeen tai dispersioaineeseen 20 polymeeri levitetään katalyyttihiukkasilla peitetylle peruskerrokselle. Käyttäen tyhjiötä yhdelle peruskerroksen puolelle liuottimessa tai dispersioaineessa oleva polymeeri vedetään katalyytin päälle ja peruskerrokseen. Kun tietyssä mielessä sitä voidaan sanoa yhdeltä puolelta 25 päällystetyksi, päällyste toisaalta tunkeutuu riittävästi huokoiseen levyyn.Separately, a copolymer is formed. One such suitable polymer is a polymer formed from monomers I, II and optionally III, as described above. The polymer may be a thermoplastic nonionic sulfonic acid copolymer precursor or a thermoplastic nonionic carboxylic acid copolymer precursor or other polymer described for use as a binder. Most preferably, the copolymer is formed into a solution or dispersion with a solvent for application to the catalytic particles. When mixed with a suitable solvent or dispersant, the polymer is applied to the base layer covered with catalyst particles. Using a vacuum on one side of the base layer, the polymer in the solvent or dispersant is drawn onto the catalyst and the base layer. In a sense, when it can be said to be coated on one side, the coating, on the other hand, penetrates sufficiently the porous sheet.
Vaiheessa jossa fluoripolymeeri sidotaan katalyyttihiukkasilla päällystetyn peruskerroksen pinnalle, käytännöllisin menetelmä on tavanomaisten orgaanisten liuotti-30 mien käyttö. Tyypillisiä käytettyjä liuottimia ovat 1,2-dibromitetrafluorietaani, metanoli, etanoli ja muut sellaiset. Levitetty polymeerimateraali muodostaa melkein huokosettoman ioninvaihtokerroksen.In the step of bonding the fluoropolymer to the surface of the base layer coated with catalyst particles, the most practical method is to use conventional organic solvents. Typical solvents used include 1,2-dibromotetrafluoroethane, methanol, ethanol and the like. The applied polymeric material forms an almost non-porous ion exchange layer.
Seuraava vaihe on lämmön ja/tai paineen käyttö 35 liuottimen/dispersioaineen poistamiseksi ja polymeerin 9 84497 sintraamiseksi, jolloin polymeeristä muodostuu lähes yhtenäinen levy. Lisäksi lämpö ja/tai paine parantavat polymeerin asettumista katalyyttihiukkasille ja peruskerrokseen. Esimerkiksi lämpötila 260-320 °C on yleensä 5 sopiva sitomaan polymeerin hiukkasiin ja peruskerrokseen. Lämpötilaa rajoittaa ensisijaisesti polymeerin lämpöhajoamisen alkaminen liian kuumassa. Paine on edullisimmin riittävän korkea ja riittävän pitkään jatkuva, jotta sitoutumista tapahtuu. Paine voi olla esimerkiksi noin 2 10 5 kg/cm noin yhden minuutin ajan kohotetussa lämpötilassa.The next step is to use heat and / or pressure to remove the solvent / dispersant and sinter the polymer 9,84497 to form an almost uniform sheet of polymer. In addition, heat and / or pressure improve the deposition of the polymer on the catalyst particles and the base layer. For example, a temperature of 260-320 ° C is generally suitable for binding to the polymer particles and the base layer. The temperature is primarily limited by the onset of thermal decomposition of the polymer at too hot a temperature. Most preferably, the pressure is high enough and continuous long enough for binding to occur. For example, the pressure may be about 2 10 5 kg / cm for about one minute at an elevated temperature.
Seuraava vaihe parannetun elektrodirakenteen valmistuksessa on rakenteen hydrolysoiminen ei-ionisesta ioniseen muotoon. Hydrolyysi voidaan saada aikaan käsittelemällä polymeeriä emäksisellä liuoksella jos polymeeri 15 on termoplastinen ei-ioninen sulfonihappopolymeerin prekur-sori tai termoplastinen ei-ioninen karboksyylihappopoly-meerin prekursori. Lisäksi jos polymeeri on termpoplasti-nen ei-ioninen karboksyylihappopolymeerin prekursori, voidaan käyttää happoliuosta polymeerin hydrolysoimiseen.The next step in the fabrication of the improved electrode structure is to hydrolyze the structure from a non-ionic to an ionic form. Hydrolysis can be accomplished by treating the polymer with a basic solution if the polymer is a thermoplastic nonionic sulfonic acid polymer precursor or a thermoplastic nonionic carboxylic acid polymer precursor. In addition, if the polymer is a thermoplastic nonionic carboxylic acid polymer precursor, an acid solution can be used to hydrolyze the polymer.
20 Esimerkiksi termoplastisessa ei-ionisessa sulfonihappopolymeerin prekursorissa valmis rakenne voidaan hydrolysoida 25 paino-%:isessa natriumhydroksidissa 16 tuntia kohotetussa lämpötiassa 80 °C.For example, in a thermoplastic nonionic sulfonic acid polymer precursor, the finished structure can be hydrolyzed in 25% by weight sodium hydroxide for 16 hours at an elevated temperature of 80 ° C.
Valmis artikkeli on nyt valmis käytettäväksi. Koko-25 esimerkkinä ei ole tavatonta löytää membraania, jonka paksuus on 5-10 mil (0,125-0,25 mm) rakenteen kestävyys-vaatimuksen takia. Lopputuote voi tuottaa membraania, jonka paksuus on 1-2 mil (0,25-0,05) tai jopa vähemmän. Ioniliikkeen resistanssi membraanissa vähenee siten huo-30 mattavasti.The finished article is now ready for use. As an example of size-25, it is not uncommon to find a membrane with a thickness of 5-10 mil (0.125-0.25 mm) due to the durability requirement of the structure. The final product can produce a membrane with a thickness of 1-2 mils (0.25-0.05) or even less. The resistance of the ion movement in the membrane is thus considerably reduced.
Toisessa käyttötavassa kaksi samanlaista samankokoista levyä asetetaan yhteen siten että peruskerrokset ovat ulospäin ja levyjen polymeerikerrokset ovat vastakkain. Yhdessä olevat levyt pannaan puristimeen ja sopivan 35 paineen ja/tai kuumuuden avulla ne liitetään yhteen.In another use, two sheets of the same size are placed together so that the base layers are outward and the polymer layers of the sheets are facing each other. The combined plates are placed in a press and joined together by suitable pressure and / or heat.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI873839A FI84497C (en) | 1987-09-04 | 1987-09-04 | KOLLEKTOR BUNDEN TILL ETT FAST POLYMERMEMBRAN. |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI873839A FI84497C (en) | 1987-09-04 | 1987-09-04 | KOLLEKTOR BUNDEN TILL ETT FAST POLYMERMEMBRAN. |
FI873839 | 1987-09-04 |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI873839A0 FI873839A0 (en) | 1987-09-04 |
FI873839A FI873839A (en) | 1989-03-05 |
FI84497B true FI84497B (en) | 1991-08-30 |
FI84497C FI84497C (en) | 1991-12-10 |
Family
ID=8525003
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI873839A FI84497C (en) | 1987-09-04 | 1987-09-04 | KOLLEKTOR BUNDEN TILL ETT FAST POLYMERMEMBRAN. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI84497C (en) |
-
1987
- 1987-09-04 FI FI873839A patent/FI84497C/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI873839A0 (en) | 1987-09-04 |
FI873839A (en) | 1989-03-05 |
FI84497C (en) | 1991-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8785013B2 (en) | Compositions containing modified fullerenes | |
US5547911A (en) | Process of imprinting catalytically active particles on membrane | |
JP3546055B2 (en) | Method of printing catalytically active particles on a membrane | |
CA2121937C (en) | Membrane and electrode structure | |
JP4754696B2 (en) | Electrochemical use of amorphous fluoropolymer | |
US6238534B1 (en) | Hybrid membrane electrode assembly | |
US4992126A (en) | Method for making a current collector bonded to a solid polymer membrane | |
US20030219645A1 (en) | Treated gas diffusion backings and their use in fuel cells | |
EP0305565B1 (en) | Current collector bonded to a solid polymer membrane | |
JPH0248632B2 (en) | ||
RU2370859C2 (en) | Gas-diffusion electrodes, membrane-electrode assemblies and method of their manufacturing | |
JP4911822B2 (en) | Production method of ion exchange resin membrane | |
FI80482C (en) | FOERFARANDE FOER FRAMSTAELLNING AV EN FAST POLYMER ELEKTROLYTSTRUKTUR GENOM ANVAENDNING AV EN VAETSKA ELLER ETT LOESNINGSMEDEL. | |
JP2003197218A (en) | Manufacturing method of film electrode junction for solid high polymer fuel cell | |
FI84497B (en) | Collector which is bonded to a solid polymer membrane | |
CA1299936C (en) | Current collector bonded to a solid polymer membrane | |
KR900007728B1 (en) | Current collector bonded to a solid polymer membrane | |
JPS6167787A (en) | Production of joined body of ion exchange resin film and electrode | |
NO169465B (en) | POWER COLLECTOR CONNECTED TO A SOLID POLYMER MEMBRANE | |
JPS58171588A (en) | Structure of joined body | |
JPS6187887A (en) | Production of joined ion exchange membrane-electrode body | |
JPH07130371A (en) | Solid polymer fuel cell electrode | |
CN1032039A (en) | With the membrane-bound current collector of solid high-polymer | |
JPH07130373A (en) | Water repellent treatment method for carbon paper fuel cell electrode |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM | Patent lapsed | ||
MM | Patent lapsed |
Owner name: THE DOW CHEMICAL COMPANY |