FI84497B - Kollektor bunden till ett fast polymermembran. - Google Patents
Kollektor bunden till ett fast polymermembran. 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
- 239000007787 solid Substances 0.000 title description 4
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 title description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 25
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 23
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 22
- -1 perfluoroalkyl radicals Chemical class 0.000 claims description 20
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 19
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 19
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 16
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 13
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 11
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims description 11
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims description 11
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 claims description 9
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims description 9
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 5
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 claims description 5
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- KVBKAPANDHPRDG-UHFFFAOYSA-N dibromotetrafluoroethane Chemical group FC(F)(Br)C(F)(F)Br KVBKAPANDHPRDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000005840 aryl radicals Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 2
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 2
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 2
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 claims 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 28
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 3
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- AJDIZQLSFPQPEY-UHFFFAOYSA-N 1,1,2-Trichlorotrifluoroethane Chemical compound FC(F)(Cl)C(F)(Cl)Cl AJDIZQLSFPQPEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DDMOUSALMHHKOS-UHFFFAOYSA-N 1,2-dichloro-1,1,2,2-tetrafluoroethane Chemical compound FC(F)(Cl)C(F)(F)Cl DDMOUSALMHHKOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 239000003637 basic solution Substances 0.000 description 1
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000012255 powdered metal Substances 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 125000001174 sulfone group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 1
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
- Catalysts (AREA)
Description
ι 84497
Kiinteään polymeerimembraaniin sitoutunut virrankokooja
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.
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.
Tämä vaatii tasapainottelua toisaalta riittävän 20 rakenteellisen vahvuuden saamiseksi rakenteelle ja toisaalta membraanin paksuuden vähentämisen ioniresistanssin vähentämiseksi uhraamatta rakenteellista vahvuutta.
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.
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.
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.
Kun edellä oleva koskee tätä rakennetta yleisin ter-15 mein, sen rakennetta ja valmistusmenetelmää käsitellään seu-raavissa edullisia toteutustapoja kuvaavissa esimerkeissä.
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 .
3 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.
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.
Ensimmäisessä vaiheessa peruskerros päällystetään ainakin osittain sopivalla polymeerisideaineella. Tämä polymeeriside voi olla fluorihiilisideaine, kuten poly-20 tetrafluorietyleeni jota myydään tavaramerkillä Teflon.
Muita sopivia polymeerejä voivat olla mm. karboksyyli-happokopolymeerien termoplastiset ei-ioniset muodot yms.
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.
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.
Ensimmäistä monomeerityyppiä kuvaa yleinen kaava: 5 CF2=CZZ' (I) jossa Z ja Z' on toisistaan riippumatta valittu joukosta -H, Cl ja -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 84497
Rf ja Rr, on toisistaan riippumatta valittu joukosta -F, -Cl, perfluorialkyyliradikaalit joissa on 1-10 hiiliatomia, ja fluorialkyyliradikaalit joissa on 1-10 hiiliatomia.
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.
Mahdollinen kolmas monomeeri on yksi tai useampia monemeerejä, jotka on valittu yhdisteistä joita kuvaa 10 yleinen kaava.
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.
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.
2 6 84497
Edullinen sideaineen määrä on 0,5-50 mg/cm' perus- 2 kerroksen pinnalla, edullisesti 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 .
Edullisimpia liuottimia tai dispersioaineita ovat I, 2-dibromitetrafluorietaani (yleensä tunnettu nimellä 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.
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.
7 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.
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.
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.
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.
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 .
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.
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.
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.
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.
20 Esimerkiksi termoplastisessa ei-ionisessa sulfonihappopolymeerin prekursorissa valmis rakenne voidaan hydrolysoida 25 paino-%:isessa natriumhydroksidissa 16 tuntia kohotetussa lämpötiassa 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.
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.
Claims (11)
1. Menetelmä rakenteen valmistamiseksi, jossa on ioneja läpäisevä membraani, elektrodi ja virrankokooja, 5 tunnettu siitä, että se käsittää seuraavat vaiheet: a) muodostetaan virrankokooja huokoisesta sähköä j ohtavasta peruskerrosmateriaalista; b) ainakin osittain päällystetään fluoripolymeeri- 10 sideaineella ainakin toinen peruskerroksen pinta; c) muodostetaan elektrodi levittämällä hiukkasmais-ta katalyyttimateriaalia fluoripolymeerisideaineen päälle peruskerrokselle; d) saatetaan polymeeristä ainetta liuoksena tai 15 dispersiona katalyyttimateriaalin päälle niin, että polymeerimateriaali tunkeutuu huokoiseen peruskerrokseen, jolloin muodostuu oleellisesti yhtenäinen päällyste katalyyttimateriaalin ja ainakin osittain päällystetyn peruskerroksen päälle; jolloin b)-vaiheen fluoripolymeerisideaine 20 ja d)-vaiheen polymeerinen aine muodostavat ioneja läpäisevän membräänin; e) kohdistetaan lämpöä ja/tai painetta rakenteeseen auttamaan polymeeriaineen virtaamista peruskerrokseen ja katalyyttimateriaalin ympärille, jotta katalyyttimateriaa- 25 li tarttuisi peruskerrokseen ja jotta polymeeriaine sint-rautuisi oleellisesti ei-huokoiseksi kerrokseksi katalyyttimateriaalin ympärille.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polymeeriaine sisältää yhtä 30 tai useampaa liuotinta tai dispersioainetta, jotka on valittu etanolista, metanolista, vedestä ja yhdisteestä, jota kuvaa yleinen kaava XCF2-CYZ-X' n 84497 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 5 H, F, Cl, Br, I ja R'; R' on valittu perfluorialkyyliradikaaleista ja klooriperfluorialkyyliradikaaleista, joissa on 1 - 6 hiiliatomia.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, 10 tunnettu siitä, että liuotin tai dispersioaine on valittu 1,2-dibromitetrafluorietaanista ja 1,2,3-trikloo-ritrifluorietaanista.
4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katalyyttihiukkaset on 15 valittu joukosta rutenium, iridium, rodium, platina, palladium ja niiden oksidit joko yksin tai yhdessä kalvon muodostavan metallin oksidin kanssa, sekä kobolttioksidi joko yksin tai yhdessä muun platinaryhmän metallin tai metallioksidin kanssa.
5. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se sisältää vaiheen, jossa valmistetaan kaksi samankokoista rakennetta, asetetaan nämä kaksi rakennetta yhteen niin, että ei-huokoiset polymeeripinnat ovat läheisessä koske- 25 tuksessa toisiinsa, ja kohdistetaan lämpöä ja/tai painetta, niin että muodostuu yksi tasomainen rakenne, joka sisältää kaksi virrankokoojaa ja joiden välissä on ei-huo-koinen ionisesti johtava polymeerikerros.
6. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen 30 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu peruskerroksen fluoripolymeerisideaine on valittu termoplastisesta ei-ionisesta sulfonihappo- tai karboksyylihap-pokopolymeeriprekursorista, jonka ekvivalenttipaino on 500 - 2 000. i2 84497
7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että a) mainittu sähköä johtava aine on grafiittipape- ria, 5 b) mainittu sideaine on polytetrafluorietyleeniä ja c) mainittu polymeerinen aine on sulfonihappokopo-lymeeri termoplastisessa jauhemuodossa nestemäisessä liuottimessa, ja käytetään tyhjiötä, jotta termoplastinen 10 jauhe ja liuotin tunkeutuisivat huokoiseen grafiittipape-riin.
8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se sisältää vaiheen, jossa polymeeriä käsitellään emäksellä tai hapolla sellaisessa 15 lämpötilassa ja sellaisen ajan, joka riittää hydrolysoimaan melkein kaiken polymeerin.
9. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sideaine on kopolymeeri, joka on muodostettu polymeroimalla yksi 20 tai useampi monomeeri, jotka on valittu ensimmäisestä mo-nomeeriryhmästä, jota kuvaa yleinen kaava CF2CZZ' (I), 25 jossa Z ja Z' on toisistaan riippumatta valittu joukosta -H, -Cl, -F tai -CF3; yhden tai useamman monomeerin kanssa, joka on valittu toisesta monomeeriryhmästä, jota kuvaa yleinen kaava 30 Y~ (CF2 )( CFRf)b- (CFRf, )c-0- [CF( CF2X ) -CF2-0] n-CF=CF2 ( II ) jossa Y on valittu joukosta -S02Z, -CN, -COZ ja 35 -C(R3f )(R4f )0H; ia 84497 Z on valittu joukosta -I, -Br, -Cl, -F, -OR ja -NR1R2; R on valittu haarautuneista tai suorista alkyylira-dikaaleista, joissa on 1 - 10 hiiliatomia tai aryyliradi-5 kaaleista; R3f ja R4f on toisistaan riippumatta valittu per-fluorialkyyliradikaaleista, joissa on 1 - 10 hiiliatomia; Rx ja R2 on toisistaan riippumatta valittu joukosta -H, haarautunut tai suora alkyyliradikaali, jossa on 1 -10 10 hiiliatomia, ja aryyliradikaali; a on 0 - 6; b on 0 - 6; c on 0 tai 1; niin että a + b + c ei ole 0; 15. on valittu joukosta -Cl, Br, -F ja niiden seok set, kun n > 1; n on 0 - 6; ja Rf ja Rf, on toisistaan riippumatta valittu joukosta -F, -Cl, perfluorialkyyliradikaalit, joissa on 1 - 10 hii-20 liatomia, ja fluorikloorialkyyliradikaalit, joissa on 1 - 10 hiiliatomia, ja haluttaessa yhden tai useamman monomee-rin kanssa, jotka on valittu kolmannesta monomeeristä, jota kuvaa yleinen kaava (III)
25 Y' - (CF2 )a> - ( CFRf )b,- (CFRf, )c,-0- [CF( CF2X ' )-CF2-0] n,-CF=CF jossa Y' on valittu joukosta -F, -Cl ja -Br; a' ja b' ovat toisistaan Tippumatta 0-3; 30 c' on 0 tai 1; niin että a' + b' + σ' ei ole 0; Rf ja Rf, on toisistaan riippumatta valittu joukosta -Br, -Cl, -F, perfluorialkyyliradikaalit, joissa on 1 - 10 hiiliatomia, ja klooriperfluorialkyyliradikaalit, joissa 35 on 1 - 10 hiiliatomia; ja 14 84497 X' on valittu joukosta -F, -Cl, -Br ja niiden seoksista, kun n' on > 1.
10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että Y on -S02F tai -C00CH3; n on 5 0 tai 1; Rf ja Rf, ovat -F; X on -Cl tai -F; ja a + b + c on 2 tai 3. is 84497
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI873839A FI84497C (fi) | 1987-09-04 | 1987-09-04 | Kollektor bunden till ett fast polymermembran. |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI873839 | 1987-09-04 | ||
| FI873839A FI84497C (fi) | 1987-09-04 | 1987-09-04 | Kollektor bunden till ett fast polymermembran. |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI873839A0 FI873839A0 (fi) | 1987-09-04 |
| FI873839A7 FI873839A7 (fi) | 1989-03-05 |
| FI84497B true FI84497B (fi) | 1991-08-30 |
| FI84497C FI84497C (fi) | 1991-12-10 |
Family
ID=8525003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI873839A FI84497C (fi) | 1987-09-04 | 1987-09-04 | Kollektor bunden till ett fast polymermembran. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FI (1) | FI84497C (fi) |
-
1987
- 1987-09-04 FI FI873839A patent/FI84497C/fi not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI873839A0 (fi) | 1987-09-04 |
| FI873839A7 (fi) | 1989-03-05 |
| FI84497C (fi) | 1991-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0786156B1 (en) | Process of imprinting catalytically active particles on membrane | |
| CA2121937C (en) | Membrane and electrode structure | |
| US8785013B2 (en) | Compositions containing modified fullerenes | |
| US5415888A (en) | Method of imprinting catalytically active particles on membrane | |
| US6238534B1 (en) | Hybrid membrane electrode assembly | |
| JP4754696B2 (ja) | 無定形フロロポリマ−の電気化学的使用 | |
| US4992126A (en) | Method for making a current collector bonded to a solid polymer membrane | |
| RU2414772C2 (ru) | Структуры для газодиффузионных электродов | |
| US20030219645A1 (en) | Treated gas diffusion backings and their use in fuel cells | |
| EP0305565B1 (en) | Current collector bonded to a solid polymer membrane | |
| JPH0248632B2 (fi) | ||
| FI80482B (fi) | Foerfarande foer framstaellning av en fast polymer elektrolytstruktur genom anvaendning av en vaetska eller ett loesningsmedel. | |
| JP2003197218A (ja) | 固体高分子型燃料電池用膜電極接合体の製造方法 | |
| FI84497B (fi) | Kollektor bunden till ett fast polymermembran. | |
| CA1299936C (en) | Current collector bonded to a solid polymer membrane | |
| CN100373678C (zh) | 电化学装置用一体化膜电极及其制造方法 | |
| KR900007728B1 (ko) | 고체 중합체 막에 결합된 집전기 | |
| JPS6167787A (ja) | イオン交換樹脂膜−電極接合体の製造法 | |
| JP2003323898A (ja) | 処理されたガス拡散支持体及び燃料電池におけるその使用 | |
| NO169465B (no) | Stroemoppsamler bundet til en fast polymermembran | |
| DE3784348T2 (de) | Mit einer feststoffpolymer-membran verbundener stromkollektor. | |
| JPS58171588A (ja) | 接合体構造物 | |
| JPS6187887A (ja) | イオン交換樹脂膜−電極接合体の製造法 | |
| CN1032039A (zh) | 与固态高聚物膜结合的集电体 | |
| JPH07130371A (ja) | 固体高分子型燃料電池用電極 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM | Patent lapsed | ||
| MM | Patent lapsed |
Owner name: THE DOW CHEMICAL COMPANY |