JP2001185158A - 燃料電池の膜電極アセンブリ - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気化学的燃料電池の膜電極アセンブリを提
供する。 【解決手段】 イオン交換膜、及び該膜の同じ側に位置
する少なくとも２の活性層をもち、該活性層が触媒的に
活性な粒子及びイオノマーからなり、これら層中のイオ
ノマーの平均当量重量が少なくとも５０異なり、且つ該
膜に最も近い位置にある活性層が平均当量重量の低い方
のイオノマーを含有するからなる燃料電池の膜電極アセ
ンブリを提供する。 【効果】 該電池は減少されたガス流れ速度で比較的高
い電流密度及び比較的高い電圧下で操作し得る。
供する。 【解決手段】 イオン交換膜、及び該膜の同じ側に位置
する少なくとも２の活性層をもち、該活性層が触媒的に
活性な粒子及びイオノマーからなり、これら層中のイオ
ノマーの平均当量重量が少なくとも５０異なり、且つ該
膜に最も近い位置にある活性層が平均当量重量の低い方
のイオノマーを含有するからなる燃料電池の膜電極アセ
ンブリを提供する。 【効果】 該電池は減少されたガス流れ速度で比較的高
い電流密度及び比較的高い電圧下で操作し得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気化学的燃料電池
に関し、特に燃料電池膜電極アセンブリ及びそれに隣接
する流れフィールド構造に関する。
に関し、特に燃料電池膜電極アセンブリ及びそれに隣接
する流れフィールド構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気化学的燃料電池は、燃料の酸化を通
じて電流を生ずる。１つの型の燃料電池は電流の方向に
応じ、負極側（アノード）と正極側（カソード）をもつ
膜を有する膜電極アセンブリ（「ＭＥＡ」）を用いるも
のである。この膜自身が電解質としての役割をもつ。電
気化学反応用の好ましい触媒が膜に塗布されるか又は膜
形成用のポリマー状組成物中に加えられる。又は触媒を
炭素繊維紙に塗布し次いで膜に積層して膜電極アセンブ
リを形成してもよい。
じて電流を生ずる。１つの型の燃料電池は電流の方向に
応じ、負極側（アノード）と正極側（カソード）をもつ
膜を有する膜電極アセンブリ（「ＭＥＡ」）を用いるも
のである。この膜自身が電解質としての役割をもつ。電
気化学反応用の好ましい触媒が膜に塗布されるか又は膜
形成用のポリマー状組成物中に加えられる。又は触媒を
炭素繊維紙に塗布し次いで膜に積層して膜電極アセンブ
リを形成してもよい。
【０００３】表面に一連のチャンネルを与えるように機
械加工したグラファイトから典型的になる流れフィール
ドがＭＥＡの両側に配されている。これらはたとえば米
国特許第５，３００，３７０号明細書及び５，２３０，
９６６号明細書に記載されている。チャンネルは燃料を
負極側に、及びオキシダントを正極側に、そして反応生
成物を主として正極側から、それぞれ運び、そして典型
的には炭素繊維紙等の多孔質炭素材料の薄層で膜電極ア
センブリと分離されている。
械加工したグラファイトから典型的になる流れフィール
ドがＭＥＡの両側に配されている。これらはたとえば米
国特許第５，３００，３７０号明細書及び５，２３０，
９６６号明細書に記載されている。チャンネルは燃料を
負極側に、及びオキシダントを正極側に、そして反応生
成物を主として正極側から、それぞれ運び、そして典型
的には炭素繊維紙等の多孔質炭素材料の薄層で膜電極ア
センブリと分離されている。
【０００４】
【発明の実施の態様】第１の観点で本発明は膜電極アセ
ンブリ及びそれに隣接する流れフィールドをもつ電気化
学的燃料電池であって、該流れフィールドが少なくとも
５０％の多孔度及び少なくとも３５ミクロンの平均細孔
サイズをもつ電導性多孔質材料を有することを特徴とす
る電気化学的燃料電池に関する。
ンブリ及びそれに隣接する流れフィールドをもつ電気化
学的燃料電池であって、該流れフィールドが少なくとも
５０％の多孔度及び少なくとも３５ミクロンの平均細孔
サイズをもつ電導性多孔質材料を有することを特徴とす
る電気化学的燃料電池に関する。
【０００５】本発明の第１の観点の燃料電池がより低い
ガス流れ速度において相対的に高い電流密度及び相対的
に高い電圧にて操作できることを見出した。
ガス流れ速度において相対的に高い電流密度及び相対的
に高い電圧にて操作できることを見出した。
【０００６】典型的には、燃料電池では、膜及び触媒的
に活性な金属粒子をもつポリマーの層（「活性層」）を
十分にイオン伝導性になるように水和しなければならな
い。燃料電池の作動中、活性層の正極側で水がつくら
れ、隣接する流れフィールド内で凝縮する。水はまた反
応剤ガスの一方又は両方のもつ温度に依存しても存在し
うる。しかし多すぎる水が凝縮したりまたは活性層に隣
接して又は活性層内に蓄積すると、液体水を通るガスの
拡散が水蒸気を通るガスの拡散より相対的に遅いため、
燃料電池の効率が低下する。
に活性な金属粒子をもつポリマーの層（「活性層」）を
十分にイオン伝導性になるように水和しなければならな
い。燃料電池の作動中、活性層の正極側で水がつくら
れ、隣接する流れフィールド内で凝縮する。水はまた反
応剤ガスの一方又は両方のもつ温度に依存しても存在し
うる。しかし多すぎる水が凝縮したりまたは活性層に隣
接して又は活性層内に蓄積すると、液体水を通るガスの
拡散が水蒸気を通るガスの拡散より相対的に遅いため、
燃料電池の効率が低下する。
【０００７】本発明の第１の観点の燃料電池における流
れフィールドの多孔度及び細孔サイズの特徴が質量移動
能を向上させて高い電流密度においてより高い電圧をも
たらすものと思われる。いかなる理論にも拘束されるつ
もりはないが、相対的に高い多孔度と大きな細孔の組合
せが液体水の存在下の効果的なガスの移動を保つものと
思われる。
れフィールドの多孔度及び細孔サイズの特徴が質量移動
能を向上させて高い電流密度においてより高い電圧をも
たらすものと思われる。いかなる理論にも拘束されるつ
もりはないが、相対的に高い多孔度と大きな細孔の組合
せが液体水の存在下の効果的なガスの移動を保つものと
思われる。
【０００８】供給ガス流は流れフィールドの平面内にあ
り、実質上活性層と平行であるので、液体が活性層から
そしてガス流によって流れフィールドから掃き出され、
それにより反応剤ガスを触媒的に活性な粒子に効果的に
移動させるための細孔の開孔が維持される。しかし、流
れフィールドが相対的に厚い（たとえば３０ｐｓｉｇに
おいて２に等しい空気供給量論量用で２０ミル以上）
と、ガス速度が細孔を水を一掃するよう保持するに不適
切なものとなる。このような場合には流れフィールドの
湿潤度が増加すると環状流と称するタイプの流れ状態が
促進して液体が多孔構造の固体表面上に拡散して大きな
細孔中心の開孔が残って有効なガス移動をするものと思
われる。
り、実質上活性層と平行であるので、液体が活性層から
そしてガス流によって流れフィールドから掃き出され、
それにより反応剤ガスを触媒的に活性な粒子に効果的に
移動させるための細孔の開孔が維持される。しかし、流
れフィールドが相対的に厚い（たとえば３０ｐｓｉｇに
おいて２に等しい空気供給量論量用で２０ミル以上）
と、ガス速度が細孔を水を一掃するよう保持するに不適
切なものとなる。このような場合には流れフィールドの
湿潤度が増加すると環状流と称するタイプの流れ状態が
促進して液体が多孔構造の固体表面上に拡散して大きな
細孔中心の開孔が残って有効なガス移動をするものと思
われる。
【０００９】第２の観点によれば、本発明は固体ポリマ
ー電解質及び膜の同じ側に位置する少なくとも２の活性
層をもつ膜電極アセンブリであって、該活性層が触媒的
に活性な粒子及びイオノマーからなり、これらの層中の
イオノマーの平均当量重量が少なくとも５０異なり、且
つ該膜に最も近い位置にある活性層（以下、「第１」活
性層とする）が低い方の平均当量重量のイオノマーを含
有する。「第２」活性層（該膜に面する側と反対側にあ
る第１活性層の側に位置する層）は第１活性層と隣接し
且つ接触して位置し得るか、又は１つ以上の追加の活性
層が第１及び第２活性層の間に位置し得る。
ー電解質及び膜の同じ側に位置する少なくとも２の活性
層をもつ膜電極アセンブリであって、該活性層が触媒的
に活性な粒子及びイオノマーからなり、これらの層中の
イオノマーの平均当量重量が少なくとも５０異なり、且
つ該膜に最も近い位置にある活性層（以下、「第１」活
性層とする）が低い方の平均当量重量のイオノマーを含
有する。「第２」活性層（該膜に面する側と反対側にあ
る第１活性層の側に位置する層）は第１活性層と隣接し
且つ接触して位置し得るか、又は１つ以上の追加の活性
層が第１及び第２活性層の間に位置し得る。
【００１０】第３の観点によれば、本発明は固体ポリマ
ー電解質及び膜の一方の側に位置する少なくとも１の活
性層をもつ膜電極アセンブリであって、該活性層が
（ａ）触媒的に活性な粒子及び（ｂ）６５０〜９５０の
範囲の当量重量をもち且つ１００℃より低い温度で水に
実質上不活性である膜電極アセンブリである。本発明の
第２及び第３の観点の膜電極アセンブリ（「ＭＥＡ
ｓ」）は燃料電池に使用されるとき、所定の電流密度及
びガス流れ速度で比較的高い電圧を提供することが明ら
かにされている。
ー電解質及び膜の一方の側に位置する少なくとも１の活
性層をもつ膜電極アセンブリであって、該活性層が
（ａ）触媒的に活性な粒子及び（ｂ）６５０〜９５０の
範囲の当量重量をもち且つ１００℃より低い温度で水に
実質上不活性である膜電極アセンブリである。本発明の
第２及び第３の観点の膜電極アセンブリ（「ＭＥＡ
ｓ」）は燃料電池に使用されるとき、所定の電流密度及
びガス流れ速度で比較的高い電圧を提供することが明ら
かにされている。
【００１１】イオノマーの当量重量は活性層の水含量に
影響を与えるものと信じられている。いずれの特定の理
論とも結びつける意図はないが、より低い当量重量イオ
ノマーが低電流密度で高い水含量を維持するものと信じ
られる。この高い水含量はプロトン導電率及び触媒的に
活性な粒子の到達能力を改善し、それによって電圧を増
加する。しかし、水含量のこの増加は高電流密度での性
能（電圧）を低くすることができる。高い且つ低電流密
度の両者での性能は各層中の異なる当量重量イオノマー
の複数層の活性層を使用することによって最適にし得る
ことが発見されている。いかなる特定の理論とも結びつ
ける意図はないけれども、この改善された性能又は効率
は複数層の間の親水性の相違から生ずるものと信じられ
ている。膜に隣接する低い当量重量イオノマーは低電流
密度でよりすぐれた性能のために高い水含量をもつＭＥ
Ａ内にある領域を提供する。一方より少ない親水性高当
量重量イオノマーは高い電流密度で膜からの水の移動を
助ける。本発明の第３の観点では、比較的低い当量重量
イオノマーの使用は低電流密度でより優れた性能を与え
る。
影響を与えるものと信じられている。いずれの特定の理
論とも結びつける意図はないが、より低い当量重量イオ
ノマーが低電流密度で高い水含量を維持するものと信じ
られる。この高い水含量はプロトン導電率及び触媒的に
活性な粒子の到達能力を改善し、それによって電圧を増
加する。しかし、水含量のこの増加は高電流密度での性
能（電圧）を低くすることができる。高い且つ低電流密
度の両者での性能は各層中の異なる当量重量イオノマー
の複数層の活性層を使用することによって最適にし得る
ことが発見されている。いかなる特定の理論とも結びつ
ける意図はないけれども、この改善された性能又は効率
は複数層の間の親水性の相違から生ずるものと信じられ
ている。膜に隣接する低い当量重量イオノマーは低電流
密度でよりすぐれた性能のために高い水含量をもつＭＥ
Ａ内にある領域を提供する。一方より少ない親水性高当
量重量イオノマーは高い電流密度で膜からの水の移動を
助ける。本発明の第３の観点では、比較的低い当量重量
イオノマーの使用は低電流密度でより優れた性能を与え
る。
【００１２】第４の観点では、本発明は膜電極アセンブ
リ及び異なる平均細孔サイズの少なくとも２部分をもつ
該アセンブリに隣接する１層の電導性多孔質材料をもつ
電気化学的燃料電池であって、膜電極アセンブリに隣接
する層の第１の部分が該層の反対側に隣接する層の第２
の部分より大きくない多孔度をもち、この第２の部分は
少なくとも８２パーセントの多孔度をもち、そして第２
の部分は少なくとも１０ミクロンであり、そして第１の
部分の平均細孔サイズよりも少なくとも１０倍大きい平
均細孔サイズをもつ。
リ及び異なる平均細孔サイズの少なくとも２部分をもつ
該アセンブリに隣接する１層の電導性多孔質材料をもつ
電気化学的燃料電池であって、膜電極アセンブリに隣接
する層の第１の部分が該層の反対側に隣接する層の第２
の部分より大きくない多孔度をもち、この第２の部分は
少なくとも８２パーセントの多孔度をもち、そして第２
の部分は少なくとも１０ミクロンであり、そして第１の
部分の平均細孔サイズよりも少なくとも１０倍大きい平
均細孔サイズをもつ。
【００１３】本発明の第５の観点では、本発明は膜電極
アセンブリ及びそれに隣接し且つ異なる平均細孔サイズ
の少なくとも２部分をもつ電導性多孔質材料の不織多孔
質層をもつ電気化学的燃料電池であって、該膜電極アセ
ンブリに隣接する該層の第１の部分が該層の反対側に隣
接する層の第２の部分より大きくない多孔度をもち、該
第２の部分が少なくとも５０％の多孔度をもち、そして
該第２の部分が少なくとも３５ミクロンの平均細孔サイ
ズをもち且つ該第１の部分の平均細孔サイズより少なく
とも１０倍大きい平均細孔サイズをもつ。
アセンブリ及びそれに隣接し且つ異なる平均細孔サイズ
の少なくとも２部分をもつ電導性多孔質材料の不織多孔
質層をもつ電気化学的燃料電池であって、該膜電極アセ
ンブリに隣接する該層の第１の部分が該層の反対側に隣
接する層の第２の部分より大きくない多孔度をもち、該
第２の部分が少なくとも５０％の多孔度をもち、そして
該第２の部分が少なくとも３５ミクロンの平均細孔サイ
ズをもち且つ該第１の部分の平均細孔サイズより少なく
とも１０倍大きい平均細孔サイズをもつ。
【００１４】第６の観点では、本発明は（ａ）伝導性組
成物を少なくとも８２％の多孔度をもつ多孔質伝導性材
料のシートに、該多孔質伝導性の材料の一方の側に該伝
導性組成物の多孔質固体層を形成するに足る条件下に塗
布して複合体をつくり、そして（ｂ）該複合体の伝導性
組成物を塗布した側が膜電極アセンブリと面するように
該複合体を膜電極アセンブリに、隣接して配することを
特徴とする電気化学的燃料電池の製造方法である。
成物を少なくとも８２％の多孔度をもつ多孔質伝導性材
料のシートに、該多孔質伝導性の材料の一方の側に該伝
導性組成物の多孔質固体層を形成するに足る条件下に塗
布して複合体をつくり、そして（ｂ）該複合体の伝導性
組成物を塗布した側が膜電極アセンブリと面するように
該複合体を膜電極アセンブリに、隣接して配することを
特徴とする電気化学的燃料電池の製造方法である。
【００１５】本発明の第４及び第５の観点の燃料電池及
び本発明の第６の観点の方法により製造される電池は比
較的高い電圧で高電流密度で操作することができ、比較
的高出力密度をもつことができ、そして比較的低ガス圧
下で操作されるときでさえも高出力密度を提供すること
ができる。
び本発明の第６の観点の方法により製造される電池は比
較的高い電圧で高電流密度で操作することができ、比較
的高出力密度をもつことができ、そして比較的低ガス圧
下で操作されるときでさえも高出力密度を提供すること
ができる。
【００１６】第７の観点によれば、本発明は（ａ）触媒
的に活性な粒子、（ｂ）少なくとも１８のｐＫａ及び
０．６６以下の塩基度パラメータ、β、をもつ有機化合
物、及び（ｃ）重合体状バインダーからなる組成物であ
る。
的に活性な粒子、（ｂ）少なくとも１８のｐＫａ及び
０．６６以下の塩基度パラメータ、β、をもつ有機化合
物、及び（ｃ）重合体状バインダーからなる組成物であ
る。
【００１７】第８の観点では、本発明は（ｉ）第１の観
点に記載の組成物層を固体ポリマー電解質、炭素繊維紙
又は剥離基材に塗布し、（ｉｉ）成分（ｂ）の少なくと
も９５％が蒸発するに足る条件下に該組成物を加熱し、
そして（ｉｉｉ）もし該組成物が固体ポリマー電解質に
直接塗布されなかった場合には該組成物を固体ポリマー
電解質と接触状態に配して膜／電解質アセンブリをつく
る工程からなることを特徴とする膜／電解質アセンブリ
の製造方法である。
点に記載の組成物層を固体ポリマー電解質、炭素繊維紙
又は剥離基材に塗布し、（ｉｉ）成分（ｂ）の少なくと
も９５％が蒸発するに足る条件下に該組成物を加熱し、
そして（ｉｉｉ）もし該組成物が固体ポリマー電解質に
直接塗布されなかった場合には該組成物を固体ポリマー
電解質と接触状態に配して膜／電解質アセンブリをつく
る工程からなることを特徴とする膜／電解質アセンブリ
の製造方法である。
【００１８】本発明の第７及び第８の観点の組成物及び
方法は、固体ポリマー電解質をもつ膜電極アセンブリ
（ＭＥＡ）を製造するために使用されるとき、燃料電池
中の所定の電流密度及びガス流れ速度で比較的高電圧を
与えるＭＥＡを提供することを明らかにしている。特定
の理論と結びつけられることを意図するものではない
が、改善された性能は加熱時に容易に揮発し得る有機化
合物の性能から生ずると信じられ、それはイオン、水
素、又は共有結合、又は有機化合物と、重合体バインダ
ー、特にバインダーがイオン形であるとき、との間に形
成される部分結合の低発生率から生ずると信じられてい
る。バインダーと結合する有機化合物の傾向を測定する
ことは困難であるけれども、上記概要に記載された有機
化合物の特性はイオノマー又は極性ポリマーと結合する
最小の又は存在しない傾向をもつ化合物を示すものと信
じられる測定可能な特性である。このｐＫａ及び塩基度
パラメータは化合物の酸性度及び塩基度を各々反映して
いる。
方法は、固体ポリマー電解質をもつ膜電極アセンブリ
（ＭＥＡ）を製造するために使用されるとき、燃料電池
中の所定の電流密度及びガス流れ速度で比較的高電圧を
与えるＭＥＡを提供することを明らかにしている。特定
の理論と結びつけられることを意図するものではない
が、改善された性能は加熱時に容易に揮発し得る有機化
合物の性能から生ずると信じられ、それはイオン、水
素、又は共有結合、又は有機化合物と、重合体バインダ
ー、特にバインダーがイオン形であるとき、との間に形
成される部分結合の低発生率から生ずると信じられてい
る。バインダーと結合する有機化合物の傾向を測定する
ことは困難であるけれども、上記概要に記載された有機
化合物の特性はイオノマー又は極性ポリマーと結合する
最小の又は存在しない傾向をもつ化合物を示すものと信
じられる測定可能な特性である。このｐＫａ及び塩基度
パラメータは化合物の酸性度及び塩基度を各々反映して
いる。
【００１９】有機化合物がインクから除去され得る容易
さは得られる活性層の細孔特性に大いに影響すると信じ
られている。有機化合物の容易な除去は層中に「発泡」
作用を促進するものと信じられる。細孔特性は層を介し
ての水の移動に影響し、それが組み入れられるＭＥＡの
性能に影響する。さらに、もし本発明の第７の観点の組
成物（以下「触媒インク」とする）が膜に直接に適用さ
れるならば、有機化合物は膜中のイオノマーとほとんど
結合しないので、組成物は該膜を過剰に膨張させないで
あろう。さらに、本発明の組成物は触媒インクが有機化
合物を揮発するために加熱されるときにほとんど分解せ
ずにバインダーとしてのイオノマーのＮａ+ 又はＨ+ 形
の使用を可能にする、そして優れた長期の活性層を与え
る。
さは得られる活性層の細孔特性に大いに影響すると信じ
られている。有機化合物の容易な除去は層中に「発泡」
作用を促進するものと信じられる。細孔特性は層を介し
ての水の移動に影響し、それが組み入れられるＭＥＡの
性能に影響する。さらに、もし本発明の第７の観点の組
成物（以下「触媒インク」とする）が膜に直接に適用さ
れるならば、有機化合物は膜中のイオノマーとほとんど
結合しないので、組成物は該膜を過剰に膨張させないで
あろう。さらに、本発明の組成物は触媒インクが有機化
合物を揮発するために加熱されるときにほとんど分解せ
ずにバインダーとしてのイオノマーのＮａ+ 又はＨ+ 形
の使用を可能にする、そして優れた長期の活性層を与え
る。
【００２０】本発明のこれらの及び他の有用性は下記の
記載から明らかになるであろう。図１及び図８について
説明する。本明細書で使用される用語「膜電極アセンブ
リ」１はその構造又は製造方法に関係なく燃料電池アセ
ンブリ中の固体ポリマー電解質（又は本明細書では
「膜」とする）及び触媒的に活性な粒子の組合せを意味
する。該粒子を含有する膜物質の層は、該粒子がポリマ
ー２の不連続の層に組み合わされそして膜３の表面に適
用されるか又は積層化されるかどうか、又は膜それ自体
に組み合わされるかどうかに関係なく、「活性層」とし
て表わされる。図１について説明する。流れフィールド
は４電導性多孔質材料に結合されたガス流入口及び出口
をもつ該材料の層である。流れフィールドは多孔質炭素
材料からなる。本発明の第１の観点の燃料電池は好まし
くはその全活性表面に渡って形成される、彫刻され、砕
かれ又は成形された流れチャンネルをもつ浸透性流れフ
ィールド成分を含有する。これらのチャンネルは米国特
許第５，１０８，８４９号明細書に記載の図１及び図４
に図解されている如く、活性層を保護する多孔質炭素
「バッキング層」を介して活性層に直接ガスを放出す
る。しかしながら、燃料電池の保護物質として使用され
及び電池を複数の電池構造に分けるために使用される流
れフィールド、双極プレート、及び／又はエンドプレー
トは本発明の第１の観点の燃料電池にある流れフィール
ドに反応ガスの流れを増加させるためにその中に１以上
のダクトを含有する。そのようなダクトの例は図２に説
明されている。
記載から明らかになるであろう。図１及び図８について
説明する。本明細書で使用される用語「膜電極アセンブ
リ」１はその構造又は製造方法に関係なく燃料電池アセ
ンブリ中の固体ポリマー電解質（又は本明細書では
「膜」とする）及び触媒的に活性な粒子の組合せを意味
する。該粒子を含有する膜物質の層は、該粒子がポリマ
ー２の不連続の層に組み合わされそして膜３の表面に適
用されるか又は積層化されるかどうか、又は膜それ自体
に組み合わされるかどうかに関係なく、「活性層」とし
て表わされる。図１について説明する。流れフィールド
は４電導性多孔質材料に結合されたガス流入口及び出口
をもつ該材料の層である。流れフィールドは多孔質炭素
材料からなる。本発明の第１の観点の燃料電池は好まし
くはその全活性表面に渡って形成される、彫刻され、砕
かれ又は成形された流れチャンネルをもつ浸透性流れフ
ィールド成分を含有する。これらのチャンネルは米国特
許第５，１０８，８４９号明細書に記載の図１及び図４
に図解されている如く、活性層を保護する多孔質炭素
「バッキング層」を介して活性層に直接ガスを放出す
る。しかしながら、燃料電池の保護物質として使用され
及び電池を複数の電池構造に分けるために使用される流
れフィールド、双極プレート、及び／又はエンドプレー
トは本発明の第１の観点の燃料電池にある流れフィール
ドに反応ガスの流れを増加させるためにその中に１以上
のダクトを含有する。そのようなダクトの例は図２に説
明されている。
【００２１】本発明の第１の観点の流れフィールドとし
て使用される適当な多孔質材料の例はカーボン紙、グラ
ファイト紙、カーボンフェルト、又は少なくとも２０重
量％の炭素を含む他の炭素基材組成物を包含する。流れ
フィールドはチャンネルカットをその中に互いに入り込
ませて反応ガス中に導入される圧力降下を低下させるこ
とができる。所望のときには、多孔質炭素材料はパーフ
ルオロシラン又はフッ素組成物で処理してその疎水性を
増加させることができ、又は酸化、スルホン化又は親水
性物質で被覆してその親水性を増加させることができ
る。もし流れフィールドが少なくとも２０ミルの厚さを
もつならば、それは比較的高い湿潤性をもつことが好ま
しい。流れフィールドの湿潤性は次の方法で実験的に決
定し得る。すなわち、流れフィールドの３インチ平方の
サンプルを３／１６インチの深さの水を含有するパン中
に垂直に維持する。１０秒間に吸収される水の量を重量
によって測定する。２０ミルより大きい厚さの流れフィ
ールドは多孔質材料のグラムあたり少なくとも０．５ｇ
の水、より好ましくは多孔質材料のグラムあたり少なく
とも１ｇの水を吸収する。
て使用される適当な多孔質材料の例はカーボン紙、グラ
ファイト紙、カーボンフェルト、又は少なくとも２０重
量％の炭素を含む他の炭素基材組成物を包含する。流れ
フィールドはチャンネルカットをその中に互いに入り込
ませて反応ガス中に導入される圧力降下を低下させるこ
とができる。所望のときには、多孔質炭素材料はパーフ
ルオロシラン又はフッ素組成物で処理してその疎水性を
増加させることができ、又は酸化、スルホン化又は親水
性物質で被覆してその親水性を増加させることができ
る。もし流れフィールドが少なくとも２０ミルの厚さを
もつならば、それは比較的高い湿潤性をもつことが好ま
しい。流れフィールドの湿潤性は次の方法で実験的に決
定し得る。すなわち、流れフィールドの３インチ平方の
サンプルを３／１６インチの深さの水を含有するパン中
に垂直に維持する。１０秒間に吸収される水の量を重量
によって測定する。２０ミルより大きい厚さの流れフィ
ールドは多孔質材料のグラムあたり少なくとも０．５ｇ
の水、より好ましくは多孔質材料のグラムあたり少なく
とも１ｇの水を吸収する。
【００２２】本発明の第１の観点の流れフィールド層の
伝導性は好ましくは少なくとも０．０１ジーメンス／セ
ンチ（Ｓ／ｃｍ）であり、より好ましくは少なくとも
０．１Ｓ／ｃｍであり、そして最も好ましくは少なくと
も０．２Ｓ／ｃｍである。流れフィールドの好ましい厚
さは流れフィールドの全域での最適の圧力降下に依存す
るが、好ましくは少なくとも１ミル、より好ましくは少
なくとも５ミルそして最も好ましくは少なくとも１０ミ
ル、しかし好ましくは２５０ミル以下、より好ましくは
１００ミル以下そして最も好ましくは５０ミル以下であ
る。流れフィールドの多孔度は好ましくは少なくとも７
５％、より好ましくは少なくとも８０％である。流れフ
ィールドの平均細孔サイズは好ましくは少なくとも４５
ミクロン、より好ましくは少なくとも５０ミクロンであ
るが、２５０ミクロン以下が好ましい。本明細書で使用
される「平均細孔サイズ」は物質の開孔容量の半分が平
均細孔サイズより直径がより大きい細孔に含まれ、そし
て半分が平均細孔サイズに等しいか又はより小さい細孔
に含有されることを意味する。平均細孔サイズは水銀ポ
ロジメトリー等の任意の通常の方法によって測定し得
る。層の平均細孔サイズ分布を測定するために使用する
装置はシリカ／アルミナ口径測定基準（Ｍｉｃｒｏｍｅ
ｒｉｔｉｃｓ，Ｎｏｒｃｒｏｓｓから入手）を使用して
口径測定し得る。
伝導性は好ましくは少なくとも０．０１ジーメンス／セ
ンチ（Ｓ／ｃｍ）であり、より好ましくは少なくとも
０．１Ｓ／ｃｍであり、そして最も好ましくは少なくと
も０．２Ｓ／ｃｍである。流れフィールドの好ましい厚
さは流れフィールドの全域での最適の圧力降下に依存す
るが、好ましくは少なくとも１ミル、より好ましくは少
なくとも５ミルそして最も好ましくは少なくとも１０ミ
ル、しかし好ましくは２５０ミル以下、より好ましくは
１００ミル以下そして最も好ましくは５０ミル以下であ
る。流れフィールドの多孔度は好ましくは少なくとも７
５％、より好ましくは少なくとも８０％である。流れフ
ィールドの平均細孔サイズは好ましくは少なくとも４５
ミクロン、より好ましくは少なくとも５０ミクロンであ
るが、２５０ミクロン以下が好ましい。本明細書で使用
される「平均細孔サイズ」は物質の開孔容量の半分が平
均細孔サイズより直径がより大きい細孔に含まれ、そし
て半分が平均細孔サイズに等しいか又はより小さい細孔
に含有されることを意味する。平均細孔サイズは水銀ポ
ロジメトリー等の任意の通常の方法によって測定し得
る。層の平均細孔サイズ分布を測定するために使用する
装置はシリカ／アルミナ口径測定基準（Ｍｉｃｒｏｍｅ
ｒｉｔｉｃｓ，Ｎｏｒｃｒｏｓｓから入手）を使用して
口径測定し得る。
【００２３】本明細書に記載されている全てのＭＥＡｓ
は別段の指示がないかぎり、任意の適当な方法で製造し
得る。１つの方法では、触媒「インク」の層を最初に固
体ポリマー電解質、カーボンファイバー紙、又ははく離
（リリース）基材に適用する。触媒インクは典型的には
触媒的に活性な粒子（カーボン上に支持されたプラチナ
等）、バインダー、溶媒、又は分散助剤、及び任意の可
塑剤からなる。好ましくは、該インクは触媒的に活性な
粒子、及びスルホン酸及び（酸基を基準にして）６５０
〜１４００の範囲の当量重量をもつポリテトラフルオロ
エチレンポリマー等のイオノマーとして作用する少なく
とも１の化合物からなる。また該インクは好ましくは触
媒／イオノマー混合物の薄い均一な層を固体ポリマー電
解質、カーボンファイバー紙、又ははく離サブストレー
トに適用することを可能にする有機溶媒又は分散剤を含
有する。
は別段の指示がないかぎり、任意の適当な方法で製造し
得る。１つの方法では、触媒「インク」の層を最初に固
体ポリマー電解質、カーボンファイバー紙、又ははく離
（リリース）基材に適用する。触媒インクは典型的には
触媒的に活性な粒子（カーボン上に支持されたプラチナ
等）、バインダー、溶媒、又は分散助剤、及び任意の可
塑剤からなる。好ましくは、該インクは触媒的に活性な
粒子、及びスルホン酸及び（酸基を基準にして）６５０
〜１４００の範囲の当量重量をもつポリテトラフルオロ
エチレンポリマー等のイオノマーとして作用する少なく
とも１の化合物からなる。また該インクは好ましくは触
媒／イオノマー混合物の薄い均一な層を固体ポリマー電
解質、カーボンファイバー紙、又ははく離サブストレー
トに適用することを可能にする有機溶媒又は分散剤を含
有する。
【００２４】本発明の第２の観点のＭＥＡを製造するた
めに、触媒「インク」の層を固体ポリマー電解質に最初
に適用し、次いで第２及び第３のインクの層を第１の活
性層の反対に位置するＭＥＡの部分に又ははく離基材に
適用するか、又は第１の活性層の頂部上に適用する。本
明細書で用いる用語「活性層」はイオノマー及び触媒的
に活性な粒子の混合物からなる層を意味する。
めに、触媒「インク」の層を固体ポリマー電解質に最初
に適用し、次いで第２及び第３のインクの層を第１の活
性層の反対に位置するＭＥＡの部分に又ははく離基材に
適用するか、又は第１の活性層の頂部上に適用する。本
明細書で用いる用語「活性層」はイオノマー及び触媒的
に活性な粒子の混合物からなる層を意味する。
【００２５】本発明の第１の観点の燃料電池のＭＥＡは
任意の適当な方法で製造することができるが、例えば米
国特許第５，２１１，９８４号明細書に記載されている
如く、触媒インク（触媒的に活性な粒子の懸濁液又は分
散液）を直接に固体ポリマー電解質に適用することによ
って好ましくは製造し得る。インクは触媒的に活性な粒
子の所望の負荷（ローディング）を与えるために十分な
１回以上の適用回数で膜に適用される。好ましくは、触
媒的に活性な粒子の層は、燃料電池の流れフィールドに
隣接して配置されるような方法で適用される最も高い当
量重量バインダーを用いて異なるインクの層を形成する
ために別々の工程で少なくとも２のインクを適用するこ
とによって製造される。このような場合、膜電極アセン
ブリは少なくとも固体ポリマー膜の１片の側に触媒イン
クの少なくとも２の層をもつ固体ポリマー膜からなり、
触媒インクの少なくとも２の層は当量重量が５０以上異
なる側鎖（ペンダント）スルホン酸基をもつポリテトラ
フルオロエチンポリマーを含み、そして最も高い当量重
量をもつ層は流れフィールドに隣接する位置にある。一
度製造されると、ＭＥＡは燃料電池アセンブリの流れフ
ィールドに最も近い位置にある。
任意の適当な方法で製造することができるが、例えば米
国特許第５，２１１，９８４号明細書に記載されている
如く、触媒インク（触媒的に活性な粒子の懸濁液又は分
散液）を直接に固体ポリマー電解質に適用することによ
って好ましくは製造し得る。インクは触媒的に活性な粒
子の所望の負荷（ローディング）を与えるために十分な
１回以上の適用回数で膜に適用される。好ましくは、触
媒的に活性な粒子の層は、燃料電池の流れフィールドに
隣接して配置されるような方法で適用される最も高い当
量重量バインダーを用いて異なるインクの層を形成する
ために別々の工程で少なくとも２のインクを適用するこ
とによって製造される。このような場合、膜電極アセン
ブリは少なくとも固体ポリマー膜の１片の側に触媒イン
クの少なくとも２の層をもつ固体ポリマー膜からなり、
触媒インクの少なくとも２の層は当量重量が５０以上異
なる側鎖（ペンダント）スルホン酸基をもつポリテトラ
フルオロエチンポリマーを含み、そして最も高い当量重
量をもつ層は流れフィールドに隣接する位置にある。一
度製造されると、ＭＥＡは燃料電池アセンブリの流れフ
ィールドに最も近い位置にある。
【００２６】本明細書に記載する燃料電池はマルチ電池
アセンブリ又は直列的に配置される複数の燃料電池から
なる「積み重ね（ストック）」に組み込まれ得る。繰り
返し単位の例は図２に図解されている。図２は負極（ア
ノード）流れフィールド５、ＭＥＡ６、正極（カソー
ド）流れフィールド７及び双極セパレータプレート８を
示す。双極セパレータプレートは流れフィールドへ及び
流れフィールドから反応剤及び反応生成物を移動するダ
クト９及び１０をもつ。この構造では、ＭＥＡは反応ガ
スが外側へ逃げることを防止するために境界地域（図中
の黒い領域）に不活性物質を浸透させる２つの細孔流れ
フィールドの間に配位される。全ての構成要素の境界地
域の孔は、これらが一緒に積み重ねられ且つ圧力下に置
かれるときに一緒にガスマニホルドを形成する。双極プ
レートセパレータを製造するために使用される材料は多
種の堅い又は堅くない物質から選ばれ得る。該プレート
はその表面に成形又は浮彫細工されたガス放出ダクトを
もつ。これらのダクトは反応ガスを多孔質流れフィール
ドに放出し、そして反応生成物を該流れフィールドから
除去する。別の態様では、ガス及び生成物はマニホルド
に結合された多孔質流れフィールド中のダクト又は開孔
空間を介して導入され又は除去され得る。双極セパレー
タプレートはその内に冷却流体を循環するための内部構
造をまたもっている。
アセンブリ又は直列的に配置される複数の燃料電池から
なる「積み重ね（ストック）」に組み込まれ得る。繰り
返し単位の例は図２に図解されている。図２は負極（ア
ノード）流れフィールド５、ＭＥＡ６、正極（カソー
ド）流れフィールド７及び双極セパレータプレート８を
示す。双極セパレータプレートは流れフィールドへ及び
流れフィールドから反応剤及び反応生成物を移動するダ
クト９及び１０をもつ。この構造では、ＭＥＡは反応ガ
スが外側へ逃げることを防止するために境界地域（図中
の黒い領域）に不活性物質を浸透させる２つの細孔流れ
フィールドの間に配位される。全ての構成要素の境界地
域の孔は、これらが一緒に積み重ねられ且つ圧力下に置
かれるときに一緒にガスマニホルドを形成する。双極プ
レートセパレータを製造するために使用される材料は多
種の堅い又は堅くない物質から選ばれ得る。該プレート
はその表面に成形又は浮彫細工されたガス放出ダクトを
もつ。これらのダクトは反応ガスを多孔質流れフィール
ドに放出し、そして反応生成物を該流れフィールドから
除去する。別の態様では、ガス及び生成物はマニホルド
に結合された多孔質流れフィールド中のダクト又は開孔
空間を介して導入され又は除去され得る。双極セパレー
タプレートはその内に冷却流体を循環するための内部構
造をまたもっている。
【００２７】もし第２の活性層が製造されるインクが第
１の活性層の頂部に適用されるならば、第１の活性層は
インクの多量の混合を防止するために第２のインクの適
用前に好ましくは十分に乾燥される。しかしながら、互
いに接触するこれらの部分でのインクの混合のわずかな
程度は、それが活性層間の電気及びイオン電導度を促進
するので望ましいかも知れない。インクが適用された
後、これらの活性層はインク中に存在する任意の有機溶
媒又は分散剤の少なくとも９５％を揮発させるために十
分な条件下で加熱することが好ましい。
１の活性層の頂部に適用されるならば、第１の活性層は
インクの多量の混合を防止するために第２のインクの適
用前に好ましくは十分に乾燥される。しかしながら、互
いに接触するこれらの部分でのインクの混合のわずかな
程度は、それが活性層間の電気及びイオン電導度を促進
するので望ましいかも知れない。インクが適用された
後、これらの活性層はインク中に存在する任意の有機溶
媒又は分散剤の少なくとも９５％を揮発させるために十
分な条件下で加熱することが好ましい。
【００２８】本明細書で使用される用語「固体ポリマー
電解質」は燃料電池又は電解質電池の操作条件下で少な
くとも１×１０-3ジーメンス／センチ（Ｓ／ｃｍ）の伝
導度をもつ固体ポリマー又はそのよう伝導度をもつ多孔
層を生ずる酸又は塩基と反応し得る固体ポリマーからな
る多孔層を意味する。好ましくは固体ポリマー電解質は
スルホン化フルオロポリマーのフィルム、又は異なる当
量重量をもつスルホン化フルオロポリマーのフィルムの
層状複合物からなる。
電解質」は燃料電池又は電解質電池の操作条件下で少な
くとも１×１０-3ジーメンス／センチ（Ｓ／ｃｍ）の伝
導度をもつ固体ポリマー又はそのよう伝導度をもつ多孔
層を生ずる酸又は塩基と反応し得る固体ポリマーからな
る多孔層を意味する。好ましくは固体ポリマー電解質は
スルホン化フルオロポリマーのフィルム、又は異なる当
量重量をもつスルホン化フルオロポリマーのフィルムの
層状複合物からなる。
【００２９】触媒インクの固体ポリマー電解質への適用
後、インクは、活性層が触媒的に活性な粒子及びイオノ
マーの混合物の少なくとも９９重量％、より好ましくは
少なくとも９９．９重量％を含むように有機溶媒又は分
散助剤を十分に除去する条件下で好ましくは加熱され
る。インクは、少なくとも１μｍ、より好ましくは少な
くとも５μｍ、そして最も好ましくは少なくとも１０μ
ｍであるが、好ましくは３０μｍ以下の厚をもつ混合物
の層を提供するために十分な量で適用される。層の多孔
度は好ましくは少なくとも３０％、より好ましくは少な
くとも５０％であるが好ましくは９０％以下である。層
の平均細孔サイズは好ましくは少なくとも０．０１μ
ｍ、より好ましくは少なくとも０．０３μｍであるが、
好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは０．０５μｍ
以下が好ましく、そして最も好ましくは０．１μｍであ
る。前記説明の如く、厚さ、多孔度及び細孔サイズ特性
は層中に含有されるイオノマーがこれらの乾燥及びプロ
トン化形態下にあるときに行われた測定を指す。
後、インクは、活性層が触媒的に活性な粒子及びイオノ
マーの混合物の少なくとも９９重量％、より好ましくは
少なくとも９９．９重量％を含むように有機溶媒又は分
散助剤を十分に除去する条件下で好ましくは加熱され
る。インクは、少なくとも１μｍ、より好ましくは少な
くとも５μｍ、そして最も好ましくは少なくとも１０μ
ｍであるが、好ましくは３０μｍ以下の厚をもつ混合物
の層を提供するために十分な量で適用される。層の多孔
度は好ましくは少なくとも３０％、より好ましくは少な
くとも５０％であるが好ましくは９０％以下である。層
の平均細孔サイズは好ましくは少なくとも０．０１μ
ｍ、より好ましくは少なくとも０．０３μｍであるが、
好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは０．０５μｍ
以下が好ましく、そして最も好ましくは０．１μｍであ
る。前記説明の如く、厚さ、多孔度及び細孔サイズ特性
は層中に含有されるイオノマーがこれらの乾燥及びプロ
トン化形態下にあるときに行われた測定を指す。
【００３０】その後に、本発明の第２及び第３の観点の
ＭＥＡｓの構成要素は、固体ポリマー電解質と接触して
活性層の一つを配置し、そして次いでそれが第１活性層
と多孔質炭素材料との間にあるように第２及び第３の活
性層を配置することによって組み立てられ、それにより
膜／電極アセンブリーを形成する。
ＭＥＡｓの構成要素は、固体ポリマー電解質と接触して
活性層の一つを配置し、そして次いでそれが第１活性層
と多孔質炭素材料との間にあるように第２及び第３の活
性層を配置することによって組み立てられ、それにより
膜／電極アセンブリーを形成する。
【００３１】本明細書で使用される用語「触媒的に活性
な粒子」は燃料電池の圧力及び温度条件下で酸素の電子
還元（エレクトロレダクション）又は水素又はメタノー
ルの電子酸化（エレクトロオキシデーション）用の触媒
である金属又は化合物の粒子を意味する。有用なそのよ
うな粒子の例はプラチナ、ルテニウム、金、パラジウ
ム、ロジウム、イリヂウム、これらの電導性及び還元酸
化物、及びこれらの物質の合金、各々の組合せ又は他の
遷移金属との組合せのいずれかを包含する。所望により
粒子はカーボンブラック等の適当な物質上に支持され得
る。好ましくは炭素上に支持されたプラチナ粒子であ
り、好ましくはプラチナの１０重量％〜３０重量％を含
有する。触媒的に活性な粒子（支持されていない基準
で）のサイズは好ましくは少なくとも１０Å、より好ま
しくは少なくとも２０Åであるが、好ましくは５００Å
以下、より好ましくは２００Å以下である。より大きな
サイズの粒子が使用でき、又はより小さな粒子の集合に
よって電池操作を通して形成され得る。しかしながら、
そのような粒子の使用は電池性能を減少させる。
な粒子」は燃料電池の圧力及び温度条件下で酸素の電子
還元（エレクトロレダクション）又は水素又はメタノー
ルの電子酸化（エレクトロオキシデーション）用の触媒
である金属又は化合物の粒子を意味する。有用なそのよ
うな粒子の例はプラチナ、ルテニウム、金、パラジウ
ム、ロジウム、イリヂウム、これらの電導性及び還元酸
化物、及びこれらの物質の合金、各々の組合せ又は他の
遷移金属との組合せのいずれかを包含する。所望により
粒子はカーボンブラック等の適当な物質上に支持され得
る。好ましくは炭素上に支持されたプラチナ粒子であ
り、好ましくはプラチナの１０重量％〜３０重量％を含
有する。触媒的に活性な粒子（支持されていない基準
で）のサイズは好ましくは少なくとも１０Å、より好ま
しくは少なくとも２０Åであるが、好ましくは５００Å
以下、より好ましくは２００Å以下である。より大きな
サイズの粒子が使用でき、又はより小さな粒子の集合に
よって電池操作を通して形成され得る。しかしながら、
そのような粒子の使用は電池性能を減少させる。
【００３２】触媒的に活性な粒子は、これらが使用され
る電気化学装置の操作条件下で最適な触媒効果を与える
に十分な量で好ましくは使用される。好ましくは、これ
らは膜の正極上に少なくとも０．０５ｍｇ／ｃｍ2 、よ
り好ましくは少なくとも０．１ｍｇ／ｃｍ2 そして最も
好ましくは少なくとも０．１５ｍｇ／ｃｍ2 であるが、
好ましくは０．４５ｍｇ／ｃｍ2 以下、より好ましくは
０．３５ｍｇ／ｃｍ2 以下そして最も好ましくは０．２
５ｍｇ／ｃｍ2 以下の負荷レベルを提供するために十分
な量で使用される。膜の負極上の負荷レベルは好ましく
は少なくとも０．０１ｍｇ／ｃｍ2 であるが、０．１５
ｍｇ／ｃｍ2 以下である。しかしながら、イオノマーの
量と相対的に、該粒子は触媒粒子の重量を基準にして少
なくとも２：１、しかし好ましくは５：１以下の粒子：
イオノマーの重量を提供するために十分なそれらの支持
体を包含する。しかし５：１以下でインク中に好ましく
は存在する。
る電気化学装置の操作条件下で最適な触媒効果を与える
に十分な量で好ましくは使用される。好ましくは、これ
らは膜の正極上に少なくとも０．０５ｍｇ／ｃｍ2 、よ
り好ましくは少なくとも０．１ｍｇ／ｃｍ2 そして最も
好ましくは少なくとも０．１５ｍｇ／ｃｍ2 であるが、
好ましくは０．４５ｍｇ／ｃｍ2 以下、より好ましくは
０．３５ｍｇ／ｃｍ2 以下そして最も好ましくは０．２
５ｍｇ／ｃｍ2 以下の負荷レベルを提供するために十分
な量で使用される。膜の負極上の負荷レベルは好ましく
は少なくとも０．０１ｍｇ／ｃｍ2 であるが、０．１５
ｍｇ／ｃｍ2 以下である。しかしながら、イオノマーの
量と相対的に、該粒子は触媒粒子の重量を基準にして少
なくとも２：１、しかし好ましくは５：１以下の粒子：
イオノマーの重量を提供するために十分なそれらの支持
体を包含する。しかし５：１以下でインク中に好ましく
は存在する。
【００３３】触媒インク（本発明の第７の観点のインク
は除く）の製造に使用する適当な有機化合物の例はグリ
セリン、Ｃ1-6 アルコール、及びエチレンカーボネー
ト、プロピレンカーボネート、ブチルカーボネート、エ
チレンカルバメート、プロピレンカルバメート、ブチレ
ンカルバメート、アセトン、アセトニトリル、ジフルオ
ロベンゼン及びスルホラン等の極性溶媒を包含するが、
プロピレンカーボネートが最も好ましい。有機化合物は
組成物の重量を基準にして、少なくとも１０％、より好
ましくは少なくとも２０％そして最も好ましくは少なく
とも３０％であるが、好ましくは９０％以下の量で好ま
しくは存在する。インク中のそれらの溶媒は主に溶媒又
は分散助剤として作用される。
は除く）の製造に使用する適当な有機化合物の例はグリ
セリン、Ｃ1-6 アルコール、及びエチレンカーボネー
ト、プロピレンカーボネート、ブチルカーボネート、エ
チレンカルバメート、プロピレンカルバメート、ブチレ
ンカルバメート、アセトン、アセトニトリル、ジフルオ
ロベンゼン及びスルホラン等の極性溶媒を包含するが、
プロピレンカーボネートが最も好ましい。有機化合物は
組成物の重量を基準にして、少なくとも１０％、より好
ましくは少なくとも２０％そして最も好ましくは少なく
とも３０％であるが、好ましくは９０％以下の量で好ま
しくは存在する。インク中のそれらの溶媒は主に溶媒又
は分散助剤として作用される。
【００３４】本明細書に記載される触媒インクの製造に
使用する適当なイオノマーは（燃料電池又は電解質電池
の操作条件下で）少なくとも１×１０-3Ｓ／ｃｍ、より
好ましくは少なくとも１０-1Ｓ／ｃｍのイオン伝導度を
もつ任意のポリマー又はオリゴマー、又は酸又は塩基と
反応してイオン伝導度をもつオリゴマー又はポリマーを
生ずる任意のポリマー又はオリゴマーを包含する。
使用する適当なイオノマーは（燃料電池又は電解質電池
の操作条件下で）少なくとも１×１０-3Ｓ／ｃｍ、より
好ましくは少なくとも１０-1Ｓ／ｃｍのイオン伝導度を
もつ任意のポリマー又はオリゴマー、又は酸又は塩基と
反応してイオン伝導度をもつオリゴマー又はポリマーを
生ずる任意のポリマー又はオリゴマーを包含する。
【００３５】適当なイオノマーの例はプロトン又は塩の
形態でスルホン酸基等のペンダントイオン交換基を持つ
フルオロポリマーを包含する。その例はフルオロポリマ
ーバックボーン及びそれに結合する１〜５炭素原子ペン
デントイオン交換基をもつスルホン酸フルオロポリマー
を包含しする。そしてスルホニル基の末端化が本発明で
の使用に適当である。そのようなスルホン酸イオン交換
基フルオロポリマーの例は、例えば、米国特許第４，５
７８，５１２；４，５５４，１１２；４，５１５，９８
９；４，４７８，６９５；４，４７０，８８９；４，４
６２，８７７；４，４１７，９６９；４，３５８，５４
５；４，３５８，４１２；４，３３７，２１１；４，３
３７，１３７；及び４，３３０，６５４号明細書に記載
されている。
形態でスルホン酸基等のペンダントイオン交換基を持つ
フルオロポリマーを包含する。その例はフルオロポリマ
ーバックボーン及びそれに結合する１〜５炭素原子ペン
デントイオン交換基をもつスルホン酸フルオロポリマー
を包含しする。そしてスルホニル基の末端化が本発明で
の使用に適当である。そのようなスルホン酸イオン交換
基フルオロポリマーの例は、例えば、米国特許第４，５
７８，５１２；４，５５４，１１２；４，５１５，９８
９；４，４７８，６９５；４，４７０，８８９；４，４
６２，８７７；４，４１７，９６９；４，３５８，５４
５；４，３５８，４１２；４，３３７，２１１；４，３
３７，１３７；及び４，３３０，６５４号明細書に記載
されている。
【００３６】好ましくはイオノマーは実質的にフッ素化
されたポリマーバックボーンをもちそして下記の式をも
つ繰り返しペンデント基をもつ。 −Ｏ−（ＣＦＲ）a −（ＣＦＲ’）b −ＳＯ3 Ｍ （Ｉ）
されたポリマーバックボーンをもちそして下記の式をも
つ繰り返しペンデント基をもつ。 −Ｏ−（ＣＦＲ）a −（ＣＦＲ’）b −ＳＯ3 Ｍ （Ｉ）
【００３７】ここで、ａ及びｂは独立に０又は１〜３の
整数であり、ａ＋ｂは少なくとも１であり、Ｒ’は独立
にハロゲン、パーフルオロアルキル及びフルオロクロロ
アルキルから選ばれ、そしてＭは独立して水素又はアル
カリ金属から選ばれる。
整数であり、ａ＋ｂは少なくとも１であり、Ｒ’は独立
にハロゲン、パーフルオロアルキル及びフルオロクロロ
アルキルから選ばれ、そしてＭは独立して水素又はアル
カリ金属から選ばれる。
【００３８】薄い及び厚い複合膜層の両者を形成するた
めに有用な他のイオノマーは実質的にフッ素化されたポ
リマーバックボーン及び下記の式をもつ繰り返しペンデ
ント基によって特徴づけられる。 Ｏ−（ＣＦＲ）a −（ＣＦＲ’）b −Ｏ−（ＣＦ2 ）c −ＳＯ3 Ｍ （ＩＩ）
めに有用な他のイオノマーは実質的にフッ素化されたポ
リマーバックボーン及び下記の式をもつ繰り返しペンデ
ント基によって特徴づけられる。 Ｏ−（ＣＦＲ）a −（ＣＦＲ’）b −Ｏ−（ＣＦ2 ）c −ＳＯ3 Ｍ （ＩＩ）
【００３９】ここで、ａ及びｂは独立して０又は１〜３
の整数であり、ｃは１〜３の整数であり、ａ＋ｂは少な
くとも１であり、Ｒ及びＲ’は独立してパーフルオロア
ルキル、ハロゲン及びフルオロクロロアルキルから選ば
れ、そしてＭはハロゲン又はアルカリ金属から選ばれ
る。
の整数であり、ｃは１〜３の整数であり、ａ＋ｂは少な
くとも１であり、Ｒ及びＲ’は独立してパーフルオロア
ルキル、ハロゲン及びフルオロクロロアルキルから選ば
れ、そしてＭはハロゲン又はアルカリ金属から選ばれ
る。
【００４０】上記の式をもつイオノマーは米国特許第
４，４７８，６９５；４，４１７，９６９；４，３５
８，５４５；４，９４０，５２５；３，２８２，８７５
号明細書に記載されている。イオノマーは組成物の重量
を基準にして少なくとも０．５％しかし好ましくは５％
以下の量で存在する。イオノマーは相当するオリゴマー
又はポリマーのプロトン又は塩の形態等の任意のイオン
形態で使用し得る。塩の形態の例は第４級アンモニウ
ム、ナトリウム、リチウム及びカリウムを包含する。
４，４７８，６９５；４，４１７，９６９；４，３５
８，５４５；４，９４０，５２５；３，２８２，８７５
号明細書に記載されている。イオノマーは組成物の重量
を基準にして少なくとも０．５％しかし好ましくは５％
以下の量で存在する。イオノマーは相当するオリゴマー
又はポリマーのプロトン又は塩の形態等の任意のイオン
形態で使用し得る。塩の形態の例は第４級アンモニウ
ム、ナトリウム、リチウム及びカリウムを包含する。
【００４１】本発明の第２の観点では、インクを製造す
るために使用されるイオノマーは１分子につきペンダン
トイオン基の数を基準にして少なくとも６００、より好
ましくは少なくとも７００、そして好ましくは１２００
以下、より好ましくは９５０以下の当量重量をもつ。し
かし、イオノマーはまた１００℃以下の温度で実質的に
水に不溶性でなければならない。従って、ある種のフル
オロポリマーのための最小の当量重量はより高くなり得
る。本明細書で使用する用語「実質的に水に不溶」はイ
オン形態の純粋なイオノマーが任意の濃度で蒸留水に少
なくとも７５％不溶であることを意味する。ＭＥＡを製
造するために用いられる少なくとも２つのインク中のイ
オノマーの当量重量間の相違は好ましくは少なくとも５
０、より好ましくは少なくとも１００、そして最も好ま
しくは少なくとも３００であり、しかし好ましくは８０
０以下、より好ましくは６００以下そして最も好ましく
は４００以下である。本発明の第２及び第３の観点で
は、インクを製造するために使用するイオノマーは少な
くとも６５０、より好ましくは少なくとも７００そして
最も好ましくは少なくとも７７０であるが、好ましくは
９５０以下、より好ましくは９００以下そして最も好ま
しくは８４０以下の当量重量をもつ。イオノマーの当量
重量は米国特許第４，９４０，５２５号明細書に記載さ
れている如く、塩基による滴定等の任意の適当な技術に
よって決定し得る。
るために使用されるイオノマーは１分子につきペンダン
トイオン基の数を基準にして少なくとも６００、より好
ましくは少なくとも７００、そして好ましくは１２００
以下、より好ましくは９５０以下の当量重量をもつ。し
かし、イオノマーはまた１００℃以下の温度で実質的に
水に不溶性でなければならない。従って、ある種のフル
オロポリマーのための最小の当量重量はより高くなり得
る。本明細書で使用する用語「実質的に水に不溶」はイ
オン形態の純粋なイオノマーが任意の濃度で蒸留水に少
なくとも７５％不溶であることを意味する。ＭＥＡを製
造するために用いられる少なくとも２つのインク中のイ
オノマーの当量重量間の相違は好ましくは少なくとも５
０、より好ましくは少なくとも１００、そして最も好ま
しくは少なくとも３００であり、しかし好ましくは８０
０以下、より好ましくは６００以下そして最も好ましく
は４００以下である。本発明の第２及び第３の観点で
は、インクを製造するために使用するイオノマーは少な
くとも６５０、より好ましくは少なくとも７００そして
最も好ましくは少なくとも７７０であるが、好ましくは
９５０以下、より好ましくは９００以下そして最も好ま
しくは８４０以下の当量重量をもつ。イオノマーの当量
重量は米国特許第４，９４０，５２５号明細書に記載さ
れている如く、塩基による滴定等の任意の適当な技術に
よって決定し得る。
【００４２】本発明の第２の観点の膜電極アセンブリを
図解する図６について説明する。膜の各側に配置される
２つの活性層をもつ膜１１が示される。膜に最も近い活
性層１２、１３はそれに隣接して配置される活性層１
４、１５よりもより低い平均当量重量をもつイオノマー
を含有する。
図解する図６について説明する。膜の各側に配置される
２つの活性層をもつ膜１１が示される。膜に最も近い活
性層１２、１３はそれに隣接して配置される活性層１
４、１５よりもより低い平均当量重量をもつイオノマー
を含有する。
【００４３】本発明の第４及び第５の観点の膜電極アセ
ンブリを図解する図８では、多孔質層１６は異なる平均
細孔サイズの少なくとも２つの部分をもつ電導性多孔質
物質の層であり、そして活性層及び流れフィールドの間
に配置される。流れフィールド１７は機械加工されたグ
ラファイトプレートからなることができ、または例えば
米国特許第５，２５２，４１０号明細書に記載されてい
る如く、多孔質炭素材料のより厚い層から主に構成され
得る。しかし、多孔質層１６はチタン等の活性層に典型
的に存在するどのような触媒も含有しない。
ンブリを図解する図８では、多孔質層１６は異なる平均
細孔サイズの少なくとも２つの部分をもつ電導性多孔質
物質の層であり、そして活性層及び流れフィールドの間
に配置される。流れフィールド１７は機械加工されたグ
ラファイトプレートからなることができ、または例えば
米国特許第５，２５２，４１０号明細書に記載されてい
る如く、多孔質炭素材料のより厚い層から主に構成され
得る。しかし、多孔質層１６はチタン等の活性層に典型
的に存在するどのような触媒も含有しない。
【００４４】本発明の第４及び第５の観点の燃料電池は
膜電極アセンブリに隣接しそして異なる平均細孔サイズ
の少なくとも２つの部分をもつ電導性多孔質物質（以下
「中間体層」とする）の層を含有する。膜電極アセンブ
リに隣接する層１８の部分（以下「小さい細孔領域」と
する）は層１９の反対側に隣接する層の部分（以下「大
きい細孔領域」とする）よりも少なくとも１０倍小さい
平均細孔サイズをもつ。中間体層の製造の使用に適する
組成物は前述の多孔度及び細孔サイズ特性をもつ固体層
に加工され得、そして燃料電池の操作条件下で十分な次
元、加水分解及び酸化安定性をもつ任意の有機又は無機
組成物である。非対称細孔サイズ特性をもつ中間体層を
製造する１つの方法は異なる平均細孔サイズをもつ２つ
以上の物質からそのような層を製造することである。そ
のような方法の例は大きい細孔領域に適切な平均細孔サ
イズをもつ物質（以下「大きい細孔物質」とする）を最
初に得るか又は作り、次いで該物質の部分の多孔度を減
少させ最も小さい所望の細孔サイズを得るために十分で
ある組成物を、該物質の１つの側に浸透及び／又は被覆
させ、そして／又は所望の小さい細孔特性をもつ物質の
外側上に該組成物の不連続層を形成する。
膜電極アセンブリに隣接しそして異なる平均細孔サイズ
の少なくとも２つの部分をもつ電導性多孔質物質（以下
「中間体層」とする）の層を含有する。膜電極アセンブ
リに隣接する層１８の部分（以下「小さい細孔領域」と
する）は層１９の反対側に隣接する層の部分（以下「大
きい細孔領域」とする）よりも少なくとも１０倍小さい
平均細孔サイズをもつ。中間体層の製造の使用に適する
組成物は前述の多孔度及び細孔サイズ特性をもつ固体層
に加工され得、そして燃料電池の操作条件下で十分な次
元、加水分解及び酸化安定性をもつ任意の有機又は無機
組成物である。非対称細孔サイズ特性をもつ中間体層を
製造する１つの方法は異なる平均細孔サイズをもつ２つ
以上の物質からそのような層を製造することである。そ
のような方法の例は大きい細孔領域に適切な平均細孔サ
イズをもつ物質（以下「大きい細孔物質」とする）を最
初に得るか又は作り、次いで該物質の部分の多孔度を減
少させ最も小さい所望の細孔サイズを得るために十分で
ある組成物を、該物質の１つの側に浸透及び／又は被覆
させ、そして／又は所望の小さい細孔特性をもつ物質の
外側上に該組成物の不連続層を形成する。
【００４５】典型的には、金属触媒を含有するポリマー
の膜及び層（「活性層」）は十分にイオン伝導性になる
ように水和されなければならない。燃料電池の操作を通
して、水は活性層の正極側で作られ、隣接する流れフィ
ールド内で凝縮する。水はまた反応成分の一方又は両者
のもつ湿度に基づき存在し得る。しかしながら、もし加
剰の水が活性層に隣接して又は活性層内で凝縮又は蓄積
するならば、燃料電池の効率は、ガスの液体水を通って
の拡散が水蒸気を通るガスの拡散に比べて遅いため減少
される。
の膜及び層（「活性層」）は十分にイオン伝導性になる
ように水和されなければならない。燃料電池の操作を通
して、水は活性層の正極側で作られ、隣接する流れフィ
ールド内で凝縮する。水はまた反応成分の一方又は両者
のもつ湿度に基づき存在し得る。しかしながら、もし加
剰の水が活性層に隣接して又は活性層内で凝縮又は蓄積
するならば、燃料電池の効率は、ガスの液体水を通って
の拡散が水蒸気を通るガスの拡散に比べて遅いため減少
される。
【００４６】いかなる理論とも結びつける意図はない
が、該層の小さい細孔領域は活性層内で発生する又は反
応成分ガスの加湿に基づいて存在する水が活性層及び流
れフィールド間を通過することを可能にする半浸透性層
又は膜として作用するので、活性層内で又は最も近い部
位での加剰の液体水の蓄積は減少する。そして該領域は
活性層上の水の凝縮を減少又は防止し、そして流れフィ
ールド又は中間体層の大きい細孔領域に存在する液体水
を減少又は防止する。好ましくは、小さい細孔の領域の
湿潤度（細孔サイズ及び水−固体接触角度によって決定
される）が、細孔の十分に大きな部分のばあい、燃料電
池の圧力及び温度の一般条件下でこれらの細孔中に液体
水を押しつけるために要求される変位圧力が流れフィー
ルド成分内の水圧より大きいことである。
が、該層の小さい細孔領域は活性層内で発生する又は反
応成分ガスの加湿に基づいて存在する水が活性層及び流
れフィールド間を通過することを可能にする半浸透性層
又は膜として作用するので、活性層内で又は最も近い部
位での加剰の液体水の蓄積は減少する。そして該領域は
活性層上の水の凝縮を減少又は防止し、そして流れフィ
ールド又は中間体層の大きい細孔領域に存在する液体水
を減少又は防止する。好ましくは、小さい細孔の領域の
湿潤度（細孔サイズ及び水−固体接触角度によって決定
される）が、細孔の十分に大きな部分のばあい、燃料電
池の圧力及び温度の一般条件下でこれらの細孔中に液体
水を押しつけるために要求される変位圧力が流れフィー
ルド成分内の水圧より大きいことである。
【００４７】大きい細孔物質を作る又は浸透させるため
に使用し得る適当な有機組成物の例はポリテトラフルオ
ロエチレン等の熱可塑性又は熱硬化性重合及び低重合物
質を包含し、そしてスルホン酸基（ＤｕＰｏｎｔ社から
入手し得るＮａｆｉｏｎTM）、ポリ（アルキレンオキシ
ド）、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ベンゾシク
ロブタン、パーフルオロシクロブタン、ポリビニルアル
コール、及びポリスチレンをもつ上記重合体、エポキシ
樹脂、パーフルオロアルキル／アクリル酸共重合体、ポ
リアニリン、ポリピロール、並びにこれらの混合物を包
含する。好ましくは、組成物はポリテトラフルオロエチ
レン、パーフルオロアルキル／アクリル酸共重合体、又
はパーフルオロシクロブタン、そして最も好ましくはパ
ーフルオロシクロブタンである。使用し得る無機組成物
の例はクレー、シリケート及びチタン基材組成物であ
る。
に使用し得る適当な有機組成物の例はポリテトラフルオ
ロエチレン等の熱可塑性又は熱硬化性重合及び低重合物
質を包含し、そしてスルホン酸基（ＤｕＰｏｎｔ社から
入手し得るＮａｆｉｏｎTM）、ポリ（アルキレンオキシ
ド）、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ベンゾシク
ロブタン、パーフルオロシクロブタン、ポリビニルアル
コール、及びポリスチレンをもつ上記重合体、エポキシ
樹脂、パーフルオロアルキル／アクリル酸共重合体、ポ
リアニリン、ポリピロール、並びにこれらの混合物を包
含する。好ましくは、組成物はポリテトラフルオロエチ
レン、パーフルオロアルキル／アクリル酸共重合体、又
はパーフルオロシクロブタン、そして最も好ましくはパ
ーフルオロシクロブタンである。使用し得る無機組成物
の例はクレー、シリケート及びチタン基材組成物であ
る。
【００４８】中間体層の小さい細孔領域を製造するため
に使用する組成物は好ましくはポリマー、炭素粒子及び
適当な担体である。該担体は典型的には、ポリマー及び
炭素粒子の大部分が担体が適用される物質の側面上に集
まり又は該側面をふさぐので、全体に大きな細孔物質を
浸透させ（組成物含有される粒子の細孔度及びサイズに
依存する）、それによって組成物が適用される物質の側
面上に小さな細孔領域を形成するであろう。
に使用する組成物は好ましくはポリマー、炭素粒子及び
適当な担体である。該担体は典型的には、ポリマー及び
炭素粒子の大部分が担体が適用される物質の側面上に集
まり又は該側面をふさぐので、全体に大きな細孔物質を
浸透させ（組成物含有される粒子の細孔度及びサイズに
依存する）、それによって組成物が適用される物質の側
面上に小さな細孔領域を形成するであろう。
【００４９】従って、異なる平均細孔サイズをもつ中間
体層の領域又は部分は、必要な細孔特性をもつ（層に垂
直方向で層の表面から測定される）小さい細孔領域の少
なくとも最高の１ミクロンの深さ及び大きな細孔領域の
少なくとも最高の５０ミクロンの深さに関する限りは、
必ずしも不連続層ではない。
体層の領域又は部分は、必要な細孔特性をもつ（層に垂
直方向で層の表面から測定される）小さい細孔領域の少
なくとも最高の１ミクロンの深さ及び大きな細孔領域の
少なくとも最高の５０ミクロンの深さに関する限りは、
必ずしも不連続層ではない。
【００５０】中間層はまた小さい細孔領域の製造に使用
した組成物を膜電極アセンブリに適用し、次いでそれに
隣接する大きな細孔物質の層に配位又は積層することに
よって製造し得る。別法として、小さい領域の製造で使
用した組成物のフィルムは通常のフィルム製造技術を用
いて別々に製造し、次いで膜電極アセンブリ及び大きい
細孔物質の間に配置又は積層される。もし組成物をＭＥ
Ａに適用すれば、任意の適当なコーティング技術、例え
ば塗装又はシルクスクリーニングを使用することによっ
て適用し得る。
した組成物を膜電極アセンブリに適用し、次いでそれに
隣接する大きな細孔物質の層に配位又は積層することに
よって製造し得る。別法として、小さい領域の製造で使
用した組成物のフィルムは通常のフィルム製造技術を用
いて別々に製造し、次いで膜電極アセンブリ及び大きい
細孔物質の間に配置又は積層される。もし組成物をＭＥ
Ａに適用すれば、任意の適当なコーティング技術、例え
ば塗装又はシルクスクリーニングを使用することによっ
て適用し得る。
【００５１】中間体層の小さい細孔領域は少なくとも活
性層と同程度に疎水性であることが好ましい。小さい細
孔領域を製造するために使用される組成物は好ましくは
適用後に固化する液体基材組成物である。もし適用され
る該組成物が溶媒基材であるならば、十分な溶媒が燃料
電池を組み立てる前に物質の固層を形成する。そのよう
な溶媒は室内条件又は高温度のいずれかで除去し得る。
もし適切であるならば、組成物を加熱して架橋、分子量
増進、又はラテックス粒子の集合等によってその安定性
及び均一性を増加させ得る。
性層と同程度に疎水性であることが好ましい。小さい細
孔領域を製造するために使用される組成物は好ましくは
適用後に固化する液体基材組成物である。もし適用され
る該組成物が溶媒基材であるならば、十分な溶媒が燃料
電池を組み立てる前に物質の固層を形成する。そのよう
な溶媒は室内条件又は高温度のいずれかで除去し得る。
もし適切であるならば、組成物を加熱して架橋、分子量
増進、又はラテックス粒子の集合等によってその安定性
及び均一性を増加させ得る。
【００５２】もし小さい細孔領域を製造するために使用
される組成物が直接に膜電極アセンブリに適用されるべ
きであるのならば、それに含有される多数の溶解された
固体（ポリマー等）は、膜及び活性層が親水性組成物か
ら作られるので、特徴として親水性が好ましく、そして
主として疎水性の溶解固体の溶液の適用は活性層の特性
に悪影響を与えることが予測される。しかしながら、小
さい細孔領域を製造するために使用される組成物はそれ
にもかかわらず硬化された後には好ましくは疎水性であ
る。
される組成物が直接に膜電極アセンブリに適用されるべ
きであるのならば、それに含有される多数の溶解された
固体（ポリマー等）は、膜及び活性層が親水性組成物か
ら作られるので、特徴として親水性が好ましく、そして
主として疎水性の溶解固体の溶液の適用は活性層の特性
に悪影響を与えることが予測される。しかしながら、小
さい細孔領域を製造するために使用される組成物はそれ
にもかかわらず硬化された後には好ましくは疎水性であ
る。
【００５３】シラン−及びフルオリン−基材組成物等の
疎水性組成物で処理された炭素繊維及び／又は粉末等の
疎水性充填材を小さい細孔領域を製造するために使用さ
れる組成物に使用することができ、これにより組成物に
ある疎水特性を与え、その細孔の湿潤性に影響を与え、
同時に凝固した組成物の細孔度及び平均細孔サイズを増
加させる。ある場合には、組成物中の炭素繊維又は粉末
対他の組成物の重量比は好ましくは少なくとも１：１、
より好ましくは少なくとも３：１であり、しかし好まし
くは１０：１以下、より好ましくは５：１以下、そして
最も好ましくは３：１である。もし小さい細孔領域がグ
ラファイト紙等の大きい細孔物質に組成物を適用するこ
とによって製造されるならば、グラファイト紙の比較的
微細な細孔構造は組成物が適用されるグラファイト紙の
側面に最も近い組成物中に大部分の充填剤を維持するで
あろう。別法として、組成物はポリテトラフルオロエチ
レンラテックス等の最初の適用時には親水性であるが硬
化後に疎水性であるものでもよい。もし小さい細孔領域
が疎水性組成物を大きい細孔物質に適用することにより
製造されるならば、ＤｕＰｏｎｔ社から入手し得るＺｏ
ｎｙｌTM７０４０、パーフルオロアルキルアクリル酸コ
ポリマー、等の高疎水性物質の薄いコーティングをＭＥ
Ａに通している小さい細孔領域の側面に適用することが
でき、その疎水性をさらに増加する。高疎水性物質の他
の例は３Ｍ社から入手し得るＦｌｕｏｒａｄTMＦＣ７２
２及びＦＣ７２４を包含する。
疎水性組成物で処理された炭素繊維及び／又は粉末等の
疎水性充填材を小さい細孔領域を製造するために使用さ
れる組成物に使用することができ、これにより組成物に
ある疎水特性を与え、その細孔の湿潤性に影響を与え、
同時に凝固した組成物の細孔度及び平均細孔サイズを増
加させる。ある場合には、組成物中の炭素繊維又は粉末
対他の組成物の重量比は好ましくは少なくとも１：１、
より好ましくは少なくとも３：１であり、しかし好まし
くは１０：１以下、より好ましくは５：１以下、そして
最も好ましくは３：１である。もし小さい細孔領域がグ
ラファイト紙等の大きい細孔物質に組成物を適用するこ
とによって製造されるならば、グラファイト紙の比較的
微細な細孔構造は組成物が適用されるグラファイト紙の
側面に最も近い組成物中に大部分の充填剤を維持するで
あろう。別法として、組成物はポリテトラフルオロエチ
レンラテックス等の最初の適用時には親水性であるが硬
化後に疎水性であるものでもよい。もし小さい細孔領域
が疎水性組成物を大きい細孔物質に適用することにより
製造されるならば、ＤｕＰｏｎｔ社から入手し得るＺｏ
ｎｙｌTM７０４０、パーフルオロアルキルアクリル酸コ
ポリマー、等の高疎水性物質の薄いコーティングをＭＥ
Ａに通している小さい細孔領域の側面に適用することが
でき、その疎水性をさらに増加する。高疎水性物質の他
の例は３Ｍ社から入手し得るＦｌｕｏｒａｄTMＦＣ７２
２及びＦＣ７２４を包含する。
【００５４】本発明の第４及び第５の観点のＭＥＡは例
えば米国特許第５，２１１，９８４号明細書に記載され
る膜に直接に触媒インク（触媒の懸濁又は分散液）を適
用することによって好ましくは製造される。もし触媒が
多孔質炭素物質に適用されるべきであるならば、小さい
細孔領域を製造するために用いられる組成物は、浸透し
た多孔質炭素物質が中間体層並びに触媒用の支持層とし
て使用され得るように、好ましくは最初に、次いで触媒
インクによって適用され得る。しかしながら、この方
法、並びに中間体層用のセパレートフィルムの製造に必
要である任意の方法は、そのようなフィルム及び触媒含
有構造が典型的には燃料電池を組み立てるために膜電極
アセンブリの膜部分に積層されなければならないので、
あまり好ましくはない。熱及び／又は加剰圧力が中間体
層に適用される、そのような積層方法は中間体層の細孔
構造を変化させ且つこわすかも知れない。
えば米国特許第５，２１１，９８４号明細書に記載され
る膜に直接に触媒インク（触媒の懸濁又は分散液）を適
用することによって好ましくは製造される。もし触媒が
多孔質炭素物質に適用されるべきであるならば、小さい
細孔領域を製造するために用いられる組成物は、浸透し
た多孔質炭素物質が中間体層並びに触媒用の支持層とし
て使用され得るように、好ましくは最初に、次いで触媒
インクによって適用され得る。しかしながら、この方
法、並びに中間体層用のセパレートフィルムの製造に必
要である任意の方法は、そのようなフィルム及び触媒含
有構造が典型的には燃料電池を組み立てるために膜電極
アセンブリの膜部分に積層されなければならないので、
あまり好ましくはない。熱及び／又は加剰圧力が中間体
層に適用される、そのような積層方法は中間体層の細孔
構造を変化させ且つこわすかも知れない。
【００５５】さらに、中間体層の組成物は燃料電池が所
定の電流密度で操作される最大電圧を最大限に活用する
ために計画し得る。より高い電流密度でのより高い電圧
は小さい細孔領域がより低い電流密度のときよりも疎水
性であることを必要とする。
定の電流密度で操作される最大電圧を最大限に活用する
ために計画し得る。より高い電流密度でのより高い電圧
は小さい細孔領域がより低い電流密度のときよりも疎水
性であることを必要とする。
【００５６】例えば、低電流下で高電圧が所望されるな
らば、（５：１等の）より高い炭素ポリマー比が小さい
細孔領域の製造、特に比較的低い細孔度をもつグラファ
イト紙に適されるときに使用されることが好ましい。同
様に、もし高電流密度下で高電圧が所望されるならば、
（３：１等の）炭素／ポリマー比が比較的高い細孔度を
もつグラファイト紙に適用されるときに特に好ましい。
らば、（５：１等の）より高い炭素ポリマー比が小さい
細孔領域の製造、特に比較的低い細孔度をもつグラファ
イト紙に適されるときに使用されることが好ましい。同
様に、もし高電流密度下で高電圧が所望されるならば、
（３：１等の）炭素／ポリマー比が比較的高い細孔度を
もつグラファイト紙に適用されるときに特に好ましい。
【００５７】小さい細孔領域は好ましくは（中間体層に
垂直な方向で測定されるとき）１ミクロン〜１５０ミク
ロンの範囲の厚さをもち、そして所望の細孔度及び細孔
サイズ特性をもつ。より好ましくは、ＭＥＡに隣接する
該領域の部分は該領域を通って水蒸気の移動を可能にす
るために十分に多孔性である。この部分の細孔度は好ま
しくは少なくとも１０％である。小さい細孔領域の平均
細孔サイズは好ましくは少なくとも０．１ミクロン、よ
り好ましくは少なくとも１ミクロンであるが、好ましく
は１０ミクロン以下である。平均細孔サイズは水銀ポロ
ジメトリー等によって任意の通常の方法によって測定し
得る。該層の平均細孔サイズ分布を測定するために使用
される装置は（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ，Ｎｏｒｃｒ
ｏｓｓ，ＧＡから入手し得る）シリカ／アルミナ口径測
定基準を使用して口径測定し得る。
垂直な方向で測定されるとき）１ミクロン〜１５０ミク
ロンの範囲の厚さをもち、そして所望の細孔度及び細孔
サイズ特性をもつ。より好ましくは、ＭＥＡに隣接する
該領域の部分は該領域を通って水蒸気の移動を可能にす
るために十分に多孔性である。この部分の細孔度は好ま
しくは少なくとも１０％である。小さい細孔領域の平均
細孔サイズは好ましくは少なくとも０．１ミクロン、よ
り好ましくは少なくとも１ミクロンであるが、好ましく
は１０ミクロン以下である。平均細孔サイズは水銀ポロ
ジメトリー等によって任意の通常の方法によって測定し
得る。該層の平均細孔サイズ分布を測定するために使用
される装置は（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ，Ｎｏｒｃｒ
ｏｓｓ，ＧＡから入手し得る）シリカ／アルミナ口径測
定基準を使用して口径測定し得る。
【００５８】本明細書で使用される用語「平均細孔サイ
ズ」は物質の開孔容量の半分が直径に関して平均細孔サ
イズより大きい細孔範囲に含まれ、そして半分が平均細
孔サイズと等しいか又は小さい細孔範囲に含まれること
を意味する。小さい細孔領域の細孔度は好ましくは少な
くとも１０％である。伝導性充填物及び非伝導性不活性
又は一時的充填物は所望の細孔構造を達成するために組
成物に組み入れられ得る。ドープされたポリアニリン又
はポリピロール等の本質的に伝導性ポリマーはその伝導
性を増加するために該組成物を製造するために使用し得
る。小さい細孔領域の細孔構造はポリマーの選択又はオ
リゴマー組成物の使用によってある程度まで制御し得
る。
ズ」は物質の開孔容量の半分が直径に関して平均細孔サ
イズより大きい細孔範囲に含まれ、そして半分が平均細
孔サイズと等しいか又は小さい細孔範囲に含まれること
を意味する。小さい細孔領域の細孔度は好ましくは少な
くとも１０％である。伝導性充填物及び非伝導性不活性
又は一時的充填物は所望の細孔構造を達成するために組
成物に組み入れられ得る。ドープされたポリアニリン又
はポリピロール等の本質的に伝導性ポリマーはその伝導
性を増加するために該組成物を製造するために使用し得
る。小さい細孔領域の細孔構造はポリマーの選択又はオ
リゴマー組成物の使用によってある程度まで制御し得
る。
【００５９】小さい細孔領域は好ましくは少なくとも２
ミル、より好ましくは少なくとも６ミルをもつが、好ま
しくは５０ミル以下である。この領域の細孔度は好まし
くは少なくとも８２％、より好ましくは８５％そして最
も好ましくは少なくとも８７．５％である。小さい細孔
領域の平均細孔サイズは好ましくは少なくとも３０ミク
ロンである。上記の細孔度及び細孔サイズは、製造方法
に関係なく、ＭＥＡに最も近い中間体層の側面からの少
なくとも最高の１ミクロンのその深さ及び中間体層の反
対側から少なくとも最高の５０ミクロンのその深さにつ
いて小さい細孔領域の特徴を表わす。
ミル、より好ましくは少なくとも６ミルをもつが、好ま
しくは５０ミル以下である。この領域の細孔度は好まし
くは少なくとも８２％、より好ましくは８５％そして最
も好ましくは少なくとも８７．５％である。小さい細孔
領域の平均細孔サイズは好ましくは少なくとも３０ミク
ロンである。上記の細孔度及び細孔サイズは、製造方法
に関係なく、ＭＥＡに最も近い中間体層の側面からの少
なくとも最高の１ミクロンのその深さ及び中間体層の反
対側から少なくとも最高の５０ミクロンのその深さにつ
いて小さい細孔領域の特徴を表わす。
【００６０】大きい細孔領域として使用される適当な多
孔性炭素物質の例は炭素の少なくとも２０％からなるカ
ーボン紙、グラファイト紙、カーボンフェルト、又は他
の炭素基材組成物を包含する。所望されるときには、多
孔質炭素物質はその疎水性を増加させるためにパーフル
オロシラン又はフッ素で処理され、又はその親水性を増
加させるために酸化、スルホン化又は親水性物質で被覆
され得る。もし多孔質炭素物質が両者として使用される
ならば、流れフィールド及び大きい細孔物質は反応成分
ガスに導入される圧力降下を低めるためにチャンネルカ
ットをその中に互いに入り込ませていることができる。
中間体層の伝導度は好ましくは少なくとも０．０１ジー
メンス（Ｓ／ｃｍ）、より好ましくは少なくとも０．１
Ｓ／ｃｍそして最も好ましくは少なくとも１０Ｓ／ｃｍ
である。該層の伝導度は炭素繊維又は粒子等の伝導性充
填物の添加によって、又は伝導性塩又はポリマーの組合
せによって増加し得る。
孔性炭素物質の例は炭素の少なくとも２０％からなるカ
ーボン紙、グラファイト紙、カーボンフェルト、又は他
の炭素基材組成物を包含する。所望されるときには、多
孔質炭素物質はその疎水性を増加させるためにパーフル
オロシラン又はフッ素で処理され、又はその親水性を増
加させるために酸化、スルホン化又は親水性物質で被覆
され得る。もし多孔質炭素物質が両者として使用される
ならば、流れフィールド及び大きい細孔物質は反応成分
ガスに導入される圧力降下を低めるためにチャンネルカ
ットをその中に互いに入り込ませていることができる。
中間体層の伝導度は好ましくは少なくとも０．０１ジー
メンス（Ｓ／ｃｍ）、より好ましくは少なくとも０．１
Ｓ／ｃｍそして最も好ましくは少なくとも１０Ｓ／ｃｍ
である。該層の伝導度は炭素繊維又は粒子等の伝導性充
填物の添加によって、又は伝導性塩又はポリマーの組合
せによって増加し得る。
【００６１】本明細書で使用される用語「触媒的に活性
な粒子」は燃料電池の圧力及び温度条件下で酸素のエレ
クトロリダクション又は水素又はメタノールのエレクト
ロオキシデーション用の触媒である金属又は化合物の粒
子を意味する。有用なそのような粒子の例はプラチナ、
ルテニウム、金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、
これらの電導性及び還元酸化物、及びこれらの物質の合
金、各々の組合せ又は他の遷移金属との組合せのいずれ
かを包含する。所望により粒子はカーボンブラック等の
適当な物質上に支持され得る。好ましくは炭素上に支持
されたプラチナ粒子であり、好ましくはプラチナの１０
重量％〜３０重量％を包含する。触媒的に活性な粒子
（支持されていない基準で）のサイズは好ましくは少な
くとも１０Å、より好ましくは少なくとも２０Åである
が、好ましくは５００Å以下、より好ましくは２００Å
以下である。これらの粒子は、これらが使用される電気
化学装置の操作条件下で最適な触媒作用を提供するため
に十分な量で好ましくは使用される。しかしながら、バ
インダーの量に比べて、該粒子は、その担体を含む触媒
粒子の重量を基準にして、少なくとも２：１しかし好ま
しくは５：１以下の成分（ａ）：成分（ｂ）の重量比を
与えるために十分な量でインク中に存在することが好ま
しい。
な粒子」は燃料電池の圧力及び温度条件下で酸素のエレ
クトロリダクション又は水素又はメタノールのエレクト
ロオキシデーション用の触媒である金属又は化合物の粒
子を意味する。有用なそのような粒子の例はプラチナ、
ルテニウム、金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、
これらの電導性及び還元酸化物、及びこれらの物質の合
金、各々の組合せ又は他の遷移金属との組合せのいずれ
かを包含する。所望により粒子はカーボンブラック等の
適当な物質上に支持され得る。好ましくは炭素上に支持
されたプラチナ粒子であり、好ましくはプラチナの１０
重量％〜３０重量％を包含する。触媒的に活性な粒子
（支持されていない基準で）のサイズは好ましくは少な
くとも１０Å、より好ましくは少なくとも２０Åである
が、好ましくは５００Å以下、より好ましくは２００Å
以下である。これらの粒子は、これらが使用される電気
化学装置の操作条件下で最適な触媒作用を提供するため
に十分な量で好ましくは使用される。しかしながら、バ
インダーの量に比べて、該粒子は、その担体を含む触媒
粒子の重量を基準にして、少なくとも２：１しかし好ま
しくは５：１以下の成分（ａ）：成分（ｂ）の重量比を
与えるために十分な量でインク中に存在することが好ま
しい。
【００６２】適当な有機化合物は少なくとも１８のｐＫ
ａ（化合物及び水の間の反応のための平衡定数、Ｋ、の
（基準１０に対する）負の対数）及び０．６６以下の塩
基性パラメター、β、をもつ。好ましくはこのｐＫａは
少なくとも２５．好ましくはβは０．４８以下そしてよ
り好ましくは０．４０以下である。
ａ（化合物及び水の間の反応のための平衡定数、Ｋ、の
（基準１０に対する）負の対数）及び０．６６以下の塩
基性パラメター、β、をもつ。好ましくはこのｐＫａは
少なくとも２５．好ましくはβは０．４８以下そしてよ
り好ましくは０．４０以下である。
【００６３】多数の有機化合物についての塩基性パラメ
ター並びにその決定のための参考方法はＫａｍｌｅｔ他
の「Ｌｉｎｅａｒ Ｓｏｌｖａｔｉｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ．２３． Ａ Ｃｏｍｐ
ｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔ
ｈｅ Ｓｏｌｖｏｃｈｒｏｍａｔｉｃ Ｐａｒａｍｅｔ
ｅｒｓ，ｎ* ，α，ａｎｄ β，ａｎｄ Ｓｏｍｅ Ｍ
ｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒＳｉｍｐｌｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ
Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｓｏｌｖａｔｏ−ｃｈｒｏ
ｍｉｃ Ｅｑｕａｔｉｏｎ」Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．Ｖ
ｏｌ．４８，ｐｐ２８７７−２８８７（１９８３）に記
載されている。
ター並びにその決定のための参考方法はＫａｍｌｅｔ他
の「Ｌｉｎｅａｒ Ｓｏｌｖａｔｉｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ．２３． Ａ Ｃｏｍｐ
ｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔ
ｈｅ Ｓｏｌｖｏｃｈｒｏｍａｔｉｃ Ｐａｒａｍｅｔ
ｅｒｓ，ｎ* ，α，ａｎｄ β，ａｎｄ Ｓｏｍｅ Ｍ
ｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒＳｉｍｐｌｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ
Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｓｏｌｖａｔｏ−ｃｈｒｏ
ｍｉｃ Ｅｑｕａｔｉｏｎ」Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．Ｖ
ｏｌ．４８，ｐｐ２８７７−２８８７（１９８３）に記
載されている。
【００６４】好ましくは、化合物は活性層の性能をそこ
なうような分解なしに１００℃〜２５０℃の範囲の温度
で揮発し得る。該層から除去されない有機化合物（成分
（ｂ））は該層の電気抵抗を増大させ、そしてＭＥＡの
性能を弱めるので、比較的低い揮発温度がまた好まし
い。この特性は、バインダーが任意残留有機化合物の分
解をさらに促進するために触媒として作用するので、バ
インダーがそのプロトン形態で使用されるときに特に重
量である。しかしながら、バインダーのプロトン形態の
使用は、インク組成物中に存在する第４級アンモニウム
カチオンが除去することが困難でありそして燃料電池又
は燃料電池スタックが最初に開始されるときに長いブレ
ークイン時間を得えるので、利点をもつ。好ましい溶媒
の沸点は、インクの硬化直後にインク中に存在し得る水
又は低沸点溶媒（典型的にはそのような成分を含有する
商業的に入手し得るバインダーによってインク中に導入
される）が最初に除去されるように１００℃以上であ
る。
なうような分解なしに１００℃〜２５０℃の範囲の温度
で揮発し得る。該層から除去されない有機化合物（成分
（ｂ））は該層の電気抵抗を増大させ、そしてＭＥＡの
性能を弱めるので、比較的低い揮発温度がまた好まし
い。この特性は、バインダーが任意残留有機化合物の分
解をさらに促進するために触媒として作用するので、バ
インダーがそのプロトン形態で使用されるときに特に重
量である。しかしながら、バインダーのプロトン形態の
使用は、インク組成物中に存在する第４級アンモニウム
カチオンが除去することが困難でありそして燃料電池又
は燃料電池スタックが最初に開始されるときに長いブレ
ークイン時間を得えるので、利点をもつ。好ましい溶媒
の沸点は、インクの硬化直後にインク中に存在し得る水
又は低沸点溶媒（典型的にはそのような成分を含有する
商業的に入手し得るバインダーによってインク中に導入
される）が最初に除去されるように１００℃以上であ
る。
【００６５】成分（ｂ）として使用する適当な有機化合
物の例はエチレンカーボネート、プロピレンカーボネー
ト、ブチレンカーボネート、エチレンカルバメート、プ
ロピレンカルバメート、及びブチレンカルバメート、ア
セトン、アセトニトリル、ジフルオロベンゼン及びスル
ホランを包含し、そして最も好ましくはプロピレンカー
ボネートである。有機化合物は組成物の重量を基準にし
て、少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも２０
％そして最も好ましくは少なくとも３０％、しかし好ま
しくは９０％以下の量で好ましくは存在する。
物の例はエチレンカーボネート、プロピレンカーボネー
ト、ブチレンカーボネート、エチレンカルバメート、プ
ロピレンカルバメート、及びブチレンカルバメート、ア
セトン、アセトニトリル、ジフルオロベンゼン及びスル
ホランを包含し、そして最も好ましくはプロピレンカー
ボネートである。有機化合物は組成物の重量を基準にし
て、少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも２０
％そして最も好ましくは少なくとも３０％、しかし好ま
しくは９０％以下の量で好ましくは存在する。
【００６６】本発明の組成物の製造で使用する適当な高
分子バインダーは（燃料電池の操作条件下で）少なくと
も１×１０-3Ｓ／ｃｍ、より好ましくは少なくとも１０
-1Ｓ／ｃｍのイオン伝導度をもつ任意のポリマー又はオ
リゴマー、又は酸又は塩と反応してイオン伝導度をもつ
オリゴマー又はポリマーを生ずる電解槽を包含する。も
しバインダーがペンダントイオン基をもつならば、バイ
ンダーは好ましくは少なくとも６００、より好ましくは
７００そして好ましくは１２００以下、より好ましくは
９５０以下の当量重量をもつ。該バインダーの当量重量
は、１分子に対するペンダントイオン基の数に基づきそ
して米国特許第４，９４０，５２５明細書に説明されて
いる如く、塩基による滴定のような適当な技術によって
決定できる。適当なバインダーの例はパーフッ素化ポリ
マー及びポリテトラフルオロエチレンポリマー、及び
（ＤｕＰｏｎｔ社から入手し得る）ペンダントスルホン
酸基をもつポリテトラフルオロエチレンポリマーを包含
する。バインダーは好ましくは組成物の重量を基準にし
て少なくとも０．５％、しかし好ましくは５％以下の量
で存在する。本発明の１つの利点はイオノマーがオリゴ
マー又はポリマーのプロトン形態又は塩形態のような任
意のイオン形態で使用し得ることにある。塩形態の例は
第４級アンモニウム、ナトリウム、リチウム及びカリウ
ムを包含する。
分子バインダーは（燃料電池の操作条件下で）少なくと
も１×１０-3Ｓ／ｃｍ、より好ましくは少なくとも１０
-1Ｓ／ｃｍのイオン伝導度をもつ任意のポリマー又はオ
リゴマー、又は酸又は塩と反応してイオン伝導度をもつ
オリゴマー又はポリマーを生ずる電解槽を包含する。も
しバインダーがペンダントイオン基をもつならば、バイ
ンダーは好ましくは少なくとも６００、より好ましくは
７００そして好ましくは１２００以下、より好ましくは
９５０以下の当量重量をもつ。該バインダーの当量重量
は、１分子に対するペンダントイオン基の数に基づきそ
して米国特許第４，９４０，５２５明細書に説明されて
いる如く、塩基による滴定のような適当な技術によって
決定できる。適当なバインダーの例はパーフッ素化ポリ
マー及びポリテトラフルオロエチレンポリマー、及び
（ＤｕＰｏｎｔ社から入手し得る）ペンダントスルホン
酸基をもつポリテトラフルオロエチレンポリマーを包含
する。バインダーは好ましくは組成物の重量を基準にし
て少なくとも０．５％、しかし好ましくは５％以下の量
で存在する。本発明の１つの利点はイオノマーがオリゴ
マー又はポリマーのプロトン形態又は塩形態のような任
意のイオン形態で使用し得ることにある。塩形態の例は
第４級アンモニウム、ナトリウム、リチウム及びカリウ
ムを包含する。
【００６７】ＭＥＡは任意の方法で製造され、本発明の
第２の観点を包含する。好ましくはＭＥＡは、例えば米
国特許第５，２１１，９８４号明細書に記載されている
如く、固体ポリマー電解質に１つ以上の触媒インクの層
（本発明の組成物）を直接適用することによって製造さ
れる。本明細書で使用される用語「固体ポリマー電解
質」は燃料電池又は電解質電池の操作条件下で少なくと
も１×１０-3ジーメンス／センチ（Ｓ／ｃｍ）の伝導度
をもつ固体ポリマー又は塩又は塩基と反応してそのよう
な伝導度をもつ膜を生ずる固体ポリマーからなる膜を意
味する。好ましくは固体ポリマー電解質はスルホン化フ
ルオロポリマーからなる。他の１つの方法はポリテトラ
フルオロエチレン被覆基質等の遊離（リリース）物質に
触媒インクの１つ以上の層を適用し、インクを硬化さ
せ、次いで硬化物質を膜に積層することからなる。第３
の方法はカーボン紙又はグラファイト紙等の多孔質の炭
素物質のシートの片方の側面に触媒インクの１つ以上の
層を適用し、次いでインクが適用された該物質の側面を
膜に隣接して配置することからなる。もしインクが膜に
最も近く置かれる前に硬化されるならば、そのときイン
クは膜に積層され両者間の良好な接触を確実にする。
第２の観点を包含する。好ましくはＭＥＡは、例えば米
国特許第５，２１１，９８４号明細書に記載されている
如く、固体ポリマー電解質に１つ以上の触媒インクの層
（本発明の組成物）を直接適用することによって製造さ
れる。本明細書で使用される用語「固体ポリマー電解
質」は燃料電池又は電解質電池の操作条件下で少なくと
も１×１０-3ジーメンス／センチ（Ｓ／ｃｍ）の伝導度
をもつ固体ポリマー又は塩又は塩基と反応してそのよう
な伝導度をもつ膜を生ずる固体ポリマーからなる膜を意
味する。好ましくは固体ポリマー電解質はスルホン化フ
ルオロポリマーからなる。他の１つの方法はポリテトラ
フルオロエチレン被覆基質等の遊離（リリース）物質に
触媒インクの１つ以上の層を適用し、インクを硬化さ
せ、次いで硬化物質を膜に積層することからなる。第３
の方法はカーボン紙又はグラファイト紙等の多孔質の炭
素物質のシートの片方の側面に触媒インクの１つ以上の
層を適用し、次いでインクが適用された該物質の側面を
膜に隣接して配置することからなる。もしインクが膜に
最も近く置かれる前に硬化されるならば、そのときイン
クは膜に積層され両者間の良好な接触を確実にする。
【００６８】インクは、成分（ｂ）並びにインク中に含
有される他の揮発性有機溶媒の少なくとも９５％を減圧
下高温で任意に加熱すること等によって除去する適当な
方法を使用して硬化し得る。好ましくは、インクは成分
（ｂ）が揮発する温度であるが沸点以下の温度で加熱さ
れる。もし１つ以上のインクが用いられてＭＥＡの活性
層が作られるならば、該インクは好ましくはバインダー
としてペンダントスルホン酸基をもつポリテトラフルオ
ロエチレンポリマーを含有し、そして膜に最も近いイン
クの層は膜に隣接するインク層のバインダーの当量重量
と少なくとも５０異なる当量重量をもつ。さらに、最も
低い当量重量バインダーをもつ層は好ましくは固体ポリ
マー電解質に隣接して配置される。
有される他の揮発性有機溶媒の少なくとも９５％を減圧
下高温で任意に加熱すること等によって除去する適当な
方法を使用して硬化し得る。好ましくは、インクは成分
（ｂ）が揮発する温度であるが沸点以下の温度で加熱さ
れる。もし１つ以上のインクが用いられてＭＥＡの活性
層が作られるならば、該インクは好ましくはバインダー
としてペンダントスルホン酸基をもつポリテトラフルオ
ロエチレンポリマーを含有し、そして膜に最も近いイン
クの層は膜に隣接するインク層のバインダーの当量重量
と少なくとも５０異なる当量重量をもつ。さらに、最も
低い当量重量バインダーをもつ層は好ましくは固体ポリ
マー電解質に隣接して配置される。
【００６９】好ましくはインクは成分（ｂ）の少なくと
も９０％、より好ましくは少なくとも９９．９％を除去
するために十分な条件下で加熱される。インクは、それ
が乾燥及びプロトン化されたときに少なくとも１μｍ、
より好ましくは少なくとも５μｍそして最も好ましくは
少なくとも１０μｍ、そして好ましくは３０μｍ以下の
厚さをもつ組成物の層を提供するために十分な量で適用
される。該層の多孔度は好ましくは少なくとも３０％、
より好ましくは少なくとも５０％であり、しかし好まし
くは９０％以下、より好ましくは６０％以下である。該
層の平均細孔サイズは好ましくは少なくとも０．０１μ
ｍ、より好ましくは少なくとも０．０３μｍであり、し
かし好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは０．５μ
ｍ以下であり、そして最も好ましくは０．１μｍであ
る。
も９０％、より好ましくは少なくとも９９．９％を除去
するために十分な条件下で加熱される。インクは、それ
が乾燥及びプロトン化されたときに少なくとも１μｍ、
より好ましくは少なくとも５μｍそして最も好ましくは
少なくとも１０μｍ、そして好ましくは３０μｍ以下の
厚さをもつ組成物の層を提供するために十分な量で適用
される。該層の多孔度は好ましくは少なくとも３０％、
より好ましくは少なくとも５０％であり、しかし好まし
くは９０％以下、より好ましくは６０％以下である。該
層の平均細孔サイズは好ましくは少なくとも０．０１μ
ｍ、より好ましくは少なくとも０．０３μｍであり、し
かし好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは０．５μ
ｍ以下であり、そして最も好ましくは０．１μｍであ
る。
【００７０】
【実施例】次の例は本発明を説明するためのものであ
り、いかなる意味においても本発明を限定するものと解
釈されるべきではない。別段の指示がないかぎり、全て
の部及びパーセントは重量を基準にする。
り、いかなる意味においても本発明を限定するものと解
釈されるべきではない。別段の指示がないかぎり、全て
の部及びパーセントは重量を基準にする。
【００７１】例１ 膜及び電極構造物を下記の如く製造した。８００の当量
重量、乾燥したとき２．４ミル（６０μｍ）及び十分に
水和したとき５ミル（１２７μｍ）の厚さをもつパーフ
ルオロスルホン酸イオノマー（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ ＣｏｍｐａｎｙからＸＵＳ１３２０４．２
０として入手）から作られたイオン交換膜を得、次いで
１１ｃｍ平方のシートにカットし、そしてＮａＯＨバス
中に入れて該シートをＮａ+ の形に転換した。電極イン
クを（５０：５０容量パーセントのエタノール／水の溶
液中の）上記イオノマーの５．７９重量％溶液の１．０
８ｇ、炭素上の２０重量％プラチナの０．１８７５ｇ
（Ｅ−ＴＥＫ（Ｎａｔｉｃｋ，ＭＡ）から入手）及びエ
タノール中のテトラブチルアンモニウムヒドロオキシド
（ＴＢＡＯＨ，可塑剤）の１Ｍ溶液の０．１１４ｇ、及
びプロピレンカーボネート（分散助剤）の０．６ｇを混
合して作った。プロピレンカーボネートの追加量１．２
ｇを次いで該混合物に加えた。
重量、乾燥したとき２．４ミル（６０μｍ）及び十分に
水和したとき５ミル（１２７μｍ）の厚さをもつパーフ
ルオロスルホン酸イオノマー（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ ＣｏｍｐａｎｙからＸＵＳ１３２０４．２
０として入手）から作られたイオン交換膜を得、次いで
１１ｃｍ平方のシートにカットし、そしてＮａＯＨバス
中に入れて該シートをＮａ+ の形に転換した。電極イン
クを（５０：５０容量パーセントのエタノール／水の溶
液中の）上記イオノマーの５．７９重量％溶液の１．０
８ｇ、炭素上の２０重量％プラチナの０．１８７５ｇ
（Ｅ−ＴＥＫ（Ｎａｔｉｃｋ，ＭＡ）から入手）及びエ
タノール中のテトラブチルアンモニウムヒドロオキシド
（ＴＢＡＯＨ，可塑剤）の１Ｍ溶液の０．１１４ｇ、及
びプロピレンカーボネート（分散助剤）の０．６ｇを混
合して作った。プロピレンカーボネートの追加量１．２
ｇを次いで該混合物に加えた。
【００７２】触媒インクを、１１０℃のオーブン中で乾
燥させ且つ予め重量測定した純粋な９ｃｍ2 のポリテト
ラフルオロエチレン−塗被ファイバーグラスブランク
（ＣＨＲ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｎｅｗ Ｈａｖｅ
ｎ，ＣＴ）上に塗布した。該ブランクを触媒インクで２
回塗布し、それを第２層の適用前に完全に乾燥させた。
Ｐｔ負荷（ローディング）は負極で０．１４ｍｇ／ｃｍ
2 及び正極で０．２５ｍｇ／ｃｍ2 であった。ＭＥＡを
真空テーブル上で乾燥させたイオノマー膜の両側に塗被
ブランクを一直線に並べることによって形成した。該ブ
ランク及び該膜をこれらを支持するためにステンレスス
チールの２つの断片の間に置き、同時にこれらをプレス
中に置いた。該アセンブリを１９５℃でプレス中に置き
且つ該ブランクを１００ポンド／ｃｍ2 の圧力で５分間
プレス加工した。該プレス加工したパッケージを開口す
る前に室温に冷却した。該ブランクを触媒的に活性な粒
子を含有する膜の表面に付着したフィルムを残す層から
はがした。正極の流れフィールドは９０％の多孔度及び
２４ミルの厚さをもつカーボン紙（Ｓｐｅｃｔｒａｃｏ
ｒｐ（Ｌａｗｒｅｎｃｅ，ＭＡ）からＳｐｅｃｔｒａｃ
ａｒｂTMとして入手）であった。該カーボン紙の湿潤度
は０．００６Ｍの硫酸銀、０．２Ｍの過硫酸ナトリウム
及び０．５の硫酸からなる媒質の６０℃の温度での１時
間の酸化によって増加した。この方法で酸化した該カー
ボン紙の３インチ平方のサンプルは、３／１６インチの
深さの水を含有するパン中に１０秒間垂直に置かれたと
き、炭素の１グラムに対して２．７ｇの水を吸収した。
負極の流れフィールドは７９％の多孔度及び１４ミルの
厚さをもつカーボン紙であった。
燥させ且つ予め重量測定した純粋な９ｃｍ2 のポリテト
ラフルオロエチレン−塗被ファイバーグラスブランク
（ＣＨＲ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｎｅｗ Ｈａｖｅ
ｎ，ＣＴ）上に塗布した。該ブランクを触媒インクで２
回塗布し、それを第２層の適用前に完全に乾燥させた。
Ｐｔ負荷（ローディング）は負極で０．１４ｍｇ／ｃｍ
2 及び正極で０．２５ｍｇ／ｃｍ2 であった。ＭＥＡを
真空テーブル上で乾燥させたイオノマー膜の両側に塗被
ブランクを一直線に並べることによって形成した。該ブ
ランク及び該膜をこれらを支持するためにステンレスス
チールの２つの断片の間に置き、同時にこれらをプレス
中に置いた。該アセンブリを１９５℃でプレス中に置き
且つ該ブランクを１００ポンド／ｃｍ2 の圧力で５分間
プレス加工した。該プレス加工したパッケージを開口す
る前に室温に冷却した。該ブランクを触媒的に活性な粒
子を含有する膜の表面に付着したフィルムを残す層から
はがした。正極の流れフィールドは９０％の多孔度及び
２４ミルの厚さをもつカーボン紙（Ｓｐｅｃｔｒａｃｏ
ｒｐ（Ｌａｗｒｅｎｃｅ，ＭＡ）からＳｐｅｃｔｒａｃ
ａｒｂTMとして入手）であった。該カーボン紙の湿潤度
は０．００６Ｍの硫酸銀、０．２Ｍの過硫酸ナトリウム
及び０．５の硫酸からなる媒質の６０℃の温度での１時
間の酸化によって増加した。この方法で酸化した該カー
ボン紙の３インチ平方のサンプルは、３／１６インチの
深さの水を含有するパン中に１０秒間垂直に置かれたと
き、炭素の１グラムに対して２．７ｇの水を吸収した。
負極の流れフィールドは７９％の多孔度及び１４ミルの
厚さをもつカーボン紙であった。
【００７３】膜電極アセンブリ及び多孔質流れフィール
ドをＦｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，
Ｉｎｃ．（Ｓａｎｔａ Ｆｅ，ＮＭ）によって作られた
試験用燃料電池で試験した。ＭＥＡ及び流れフィールド
は単一ガス放出チャンネル及び単一出口チャンネルを各
それもつ２つの固体グラファイトブロックの間に配置し
た。該電池をＦｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｉｅｓ，Ｉｎｃ．によって作られた単一電池試験スタン
ド上に置いた。流れフィールドの性能は表１に記載され
た流れ条件下で図４及び５に説明される。表１に別段の
指示がなければ酸化剤ガスとして空気を用いた。
ドをＦｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，
Ｉｎｃ．（Ｓａｎｔａ Ｆｅ，ＮＭ）によって作られた
試験用燃料電池で試験した。ＭＥＡ及び流れフィールド
は単一ガス放出チャンネル及び単一出口チャンネルを各
それもつ２つの固体グラファイトブロックの間に配置し
た。該電池をＦｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｉｅｓ，Ｉｎｃ．によって作られた単一電池試験スタン
ド上に置いた。流れフィールドの性能は表１に記載され
た流れ条件下で図４及び５に説明される。表１に別段の
指示がなければ酸化剤ガスとして空気を用いた。
【００７４】
【表１】
【００７５】例２ 電極インクをＮａｆｉｏｎTM（スルホン酸基をもつ１１
００当量容量ポリテトラフルオロエチレン、ＤｕＰｏｎ
ｔ社から入手）の５％溶液の１ｇ、プラチナの２０重量
％を含有する炭素支持プラチナの０．１３０ｇ及びメタ
ノール中のテトラブチルアンモニウムヒドロオキシド
（ＴＢＡＯＨ）の１Ｍ溶液の０．０７６ｇ、及びプロピ
レンカーボネート（分散助剤）を混合して作ったことを
除き例１に記載した方法を使用してＭＥＡ／電極構造を
作った。燃料電池を組み立て且つ例１に記載した方法に
従って試験した。流れフィールドの性能は表１に記載し
た流れ条件下で図３、４及び５に説明される。例２ａの
カーブの注意深い試験は、カーブに明らかな質量移動限
界（ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｌｉｍｉｔａｔｉ
ｏｎ）が流れフィールド中の液体の存在によって引き起
こされるのではなく、むしろ燃料電池に供給される空気
中の全酸素の消費によって引き起こされることを示唆し
ている。制限電流は空気量論量（ａｉｒ ｓｔｏｉｃｈ
ｉｏｍｅｔｒｙ）が２Ａ／ｃｍ2 で１×であるとき丁度
２Ａ／ｃｍ2 下であった。該カーブは燃料電池が１より
もわずかに多い空気量論量によって２Ａ／ｃｍ2 で操作
される得ることを示す。この燃料電池が電力発生システ
ムの部品としてマルチ−セル スタックに組み込まれた
とき、その低い化学量論量で操作するための能力はガス
与圧サブシステムのコストを最小にすることを助ける。
流れ速度のさらなる増加（例２ｂ、２ｃ）は該カーブを
平に延ばした。これは性能が電池抵抗によってほとんど
完全に制限されそしてさらに質量移動限界の不在を確認
したことを示唆している。ガス供給として純粋な酸素を
用いて得られた性能カーブは図３の例２ｄとして示され
る。
００当量容量ポリテトラフルオロエチレン、ＤｕＰｏｎ
ｔ社から入手）の５％溶液の１ｇ、プラチナの２０重量
％を含有する炭素支持プラチナの０．１３０ｇ及びメタ
ノール中のテトラブチルアンモニウムヒドロオキシド
（ＴＢＡＯＨ）の１Ｍ溶液の０．０７６ｇ、及びプロピ
レンカーボネート（分散助剤）を混合して作ったことを
除き例１に記載した方法を使用してＭＥＡ／電極構造を
作った。燃料電池を組み立て且つ例１に記載した方法に
従って試験した。流れフィールドの性能は表１に記載し
た流れ条件下で図３、４及び５に説明される。例２ａの
カーブの注意深い試験は、カーブに明らかな質量移動限
界（ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｌｉｍｉｔａｔｉ
ｏｎ）が流れフィールド中の液体の存在によって引き起
こされるのではなく、むしろ燃料電池に供給される空気
中の全酸素の消費によって引き起こされることを示唆し
ている。制限電流は空気量論量（ａｉｒ ｓｔｏｉｃｈ
ｉｏｍｅｔｒｙ）が２Ａ／ｃｍ2 で１×であるとき丁度
２Ａ／ｃｍ2 下であった。該カーブは燃料電池が１より
もわずかに多い空気量論量によって２Ａ／ｃｍ2 で操作
される得ることを示す。この燃料電池が電力発生システ
ムの部品としてマルチ−セル スタックに組み込まれた
とき、その低い化学量論量で操作するための能力はガス
与圧サブシステムのコストを最小にすることを助ける。
流れ速度のさらなる増加（例２ｂ、２ｃ）は該カーブを
平に延ばした。これは性能が電池抵抗によってほとんど
完全に制限されそしてさらに質量移動限界の不在を確認
したことを示唆している。ガス供給として純粋な酸素を
用いて得られた性能カーブは図３の例２ｄとして示され
る。
【００７６】例３ ＭＥＡ／電極構造物を、例１及び２に記載された２つの
電極が別個に作られたことを除き、例１に記載された方
法を使用して作った。例２のインクを膜の正極側で使用
されるファイバーグラスブランク上に塗布し、完全に乾
燥させ、次いで例１に記載のインクを適用した。例１に
記載したインクを膜の負極で使用されるファイバーグラ
スブランクに適用した。プラチナ装荷は膜の負極側上で
０．１４ｍｇ／ｃｍ2 であり且つ膜の正極側上で０．２
５ｍｇ／ｃｍ2 であった。燃料電池を組み立て且つ例１
に記載した如く試験した。燃料電池の性能を表１に記載
した流れ条件下で図４及び５に説明する。
電極が別個に作られたことを除き、例１に記載された方
法を使用して作った。例２のインクを膜の正極側で使用
されるファイバーグラスブランク上に塗布し、完全に乾
燥させ、次いで例１に記載のインクを適用した。例１に
記載したインクを膜の負極で使用されるファイバーグラ
スブランクに適用した。プラチナ装荷は膜の負極側上で
０．１４ｍｇ／ｃｍ2 であり且つ膜の正極側上で０．２
５ｍｇ／ｃｍ2 であった。燃料電池を組み立て且つ例１
に記載した如く試験した。燃料電池の性能を表１に記載
した流れ条件下で図４及び５に説明する。
【００７７】例４ 膜／電極アセンブリを下記の如く作った。８００の当量
重量（ＥＷ）、乾燥したとき２．４ミル及び十分に水和
したとき５ミルの厚さをもつパーフルオロスルホン酸イ
オノマーから作られたイオン交換膜を得、次いで１１ｃ
ｍ平方のシートにカットし、そしてＮａＯＨバス中に入
れて該シートをＮａ+ の形に転換した。電極インクを
（５０：５０容量％のエタノール／水の溶液中の）７７
０の当量重量（ＥＷ）をもつパーフルオロスルホン酸イ
オノマーの３．７重量％溶液の２．０３ｇ、炭素上の２
０重量％プラチナの０．１８７５ｇ（Ｅ−ＴＥＫ，Ｎａ
ｔｉｃｋ，ＭＡから入手）、テトラブチルアンモニウム
ヒドロオキシド（ＴＢＡＯＨ）の０．１０５ｇ及びグリ
センの０．６ｇを混合して作った。混合物を攪拌棒で一
晩又は混合物が均等に分散されるまで攪拌した。１．２
ｇのグリセリンの追加量を混合物に加えた。
重量（ＥＷ）、乾燥したとき２．４ミル及び十分に水和
したとき５ミルの厚さをもつパーフルオロスルホン酸イ
オノマーから作られたイオン交換膜を得、次いで１１ｃ
ｍ平方のシートにカットし、そしてＮａＯＨバス中に入
れて該シートをＮａ+ の形に転換した。電極インクを
（５０：５０容量％のエタノール／水の溶液中の）７７
０の当量重量（ＥＷ）をもつパーフルオロスルホン酸イ
オノマーの３．７重量％溶液の２．０３ｇ、炭素上の２
０重量％プラチナの０．１８７５ｇ（Ｅ−ＴＥＫ，Ｎａ
ｔｉｃｋ，ＭＡから入手）、テトラブチルアンモニウム
ヒドロオキシド（ＴＢＡＯＨ）の０．１０５ｇ及びグリ
センの０．６ｇを混合して作った。混合物を攪拌棒で一
晩又は混合物が均等に分散されるまで攪拌した。１．２
ｇのグリセリンの追加量を混合物に加えた。
【００７８】触媒インクを、１１０℃のオーブン中で乾
燥させ且つ予め重量測定した純粋な９ｃｍ2 のポリテト
ラフルオロエチレン−塗被ファイバーグラスブランク
（ＣＨＲ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｎｅｗ Ｈａｖｅ
ｎ，ＣＴ）上に塗布した。該ブランクを触媒インクで２
回以上塗布し、それを第２層及び３層の適用前に完全に
乾燥させた。ＭＥＡを真空テーブル上で乾燥させたイオ
ノマー膜の両側に塗被ブランクを一直線に並べることに
よって形成した。ブランク及び膜を１９５℃でプレス中
に置き且つブランクを１００ポンド／ｃｍ2 の圧力で５
分間プレス加工した。該プレス加工したパッケージを開
口する前に室温に冷却した。該ブランクを膜の表面に付
着したフィルムを残す触媒層からはがした。プラチナ装
荷及び触媒層の厚さは膜の負極側で０．１４ｍｇ／ｃｍ
2 及び５μｍであり、膜の正極側で０．２５ｍｇ／ｃｍ
2 及び８μであった。
燥させ且つ予め重量測定した純粋な９ｃｍ2 のポリテト
ラフルオロエチレン−塗被ファイバーグラスブランク
（ＣＨＲ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｎｅｗ Ｈａｖｅ
ｎ，ＣＴ）上に塗布した。該ブランクを触媒インクで２
回以上塗布し、それを第２層及び３層の適用前に完全に
乾燥させた。ＭＥＡを真空テーブル上で乾燥させたイオ
ノマー膜の両側に塗被ブランクを一直線に並べることに
よって形成した。ブランク及び膜を１９５℃でプレス中
に置き且つブランクを１００ポンド／ｃｍ2 の圧力で５
分間プレス加工した。該プレス加工したパッケージを開
口する前に室温に冷却した。該ブランクを膜の表面に付
着したフィルムを残す触媒層からはがした。プラチナ装
荷及び触媒層の厚さは膜の負極側で０．１４ｍｇ／ｃｍ
2 及び５μｍであり、膜の正極側で０．２５ｍｇ／ｃｍ
2 及び８μであった。
【００７９】炭素粒子及びポリテトラフルオロエチレン
粒子の混合物で含浸させたグラファイトクロス（Ｅ−Ｔ
ＥＫ，Ｉｎｃ．，Ｎａｔｉｃ，ＭＡからＥＬＡＴとして
入手）の別個の（ＭＥＡ及び流れフィールド間の）中間
体層を電池アセンブリの両活性層の最も近くに配置し、
ポリテトラフルオロエチレンフィルムガスケット及び電
池加圧によってその中に定着させた。得られたアセンブ
リをＦｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，
Ｉｎｃ．（Ｓａｎｔａ Ｆｅ，ＮＭ）製の試験用燃料電
池で試験した。流れフィールドを機械加工した耐火チャ
ンネルをもつ固体グラファイトブロックで構成した。
粒子の混合物で含浸させたグラファイトクロス（Ｅ−Ｔ
ＥＫ，Ｉｎｃ．，Ｎａｔｉｃ，ＭＡからＥＬＡＴとして
入手）の別個の（ＭＥＡ及び流れフィールド間の）中間
体層を電池アセンブリの両活性層の最も近くに配置し、
ポリテトラフルオロエチレンフィルムガスケット及び電
池加圧によってその中に定着させた。得られたアセンブ
リをＦｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，
Ｉｎｃ．（Ｓａｎｔａ Ｆｅ，ＮＭ）製の試験用燃料電
池で試験した。流れフィールドを機械加工した耐火チャ
ンネルをもつ固体グラファイトブロックで構成した。
【００８０】電池をＦｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｔｅｃｈｎｏ
ｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｓａｎｔｅ Ｆｅ，ＮＭ）製
の単一電池試験スタンド上に置いた。負極（Ｈ2 ）及び
正極（空気）の流れは固定的に且つ電流密度によって変
化しないように保持された。所定の試験のために流れ速
度を電流密度を特定することによって決定した。例え
ば、もし負極のＨ2 の流れ速度が１．０Ａｍｐｓ／ｃｍ
2 （Ａ／ｃｍ2 ）で２×量論量であるならば、そのとき
流れ速度位は１Ａ／ｃｍ2 の電流密度を維持するために
要求される速度の２倍であった。従って、電池が０．５
Ａ／ｃｍ2 で操作されるとき、この同じ流れは電流密度
を維持するために要求される流れの４倍であった。外部
加湿器が負極について１００℃及び正極について８５℃
にセットされたにもかかわらず、電池温度は８０℃であ
った。電池の性能は図７に示す。Ｈ2 の負極流れ速度は
１．０Ａ／ｃｍ2 で２×量論量であり、且つ空気の正極
流れ速度は１．０Ａ／ｃｍ2 で３×量論量であった。
ｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｓａｎｔｅ Ｆｅ，ＮＭ）製
の単一電池試験スタンド上に置いた。負極（Ｈ2 ）及び
正極（空気）の流れは固定的に且つ電流密度によって変
化しないように保持された。所定の試験のために流れ速
度を電流密度を特定することによって決定した。例え
ば、もし負極のＨ2 の流れ速度が１．０Ａｍｐｓ／ｃｍ
2 （Ａ／ｃｍ2 ）で２×量論量であるならば、そのとき
流れ速度位は１Ａ／ｃｍ2 の電流密度を維持するために
要求される速度の２倍であった。従って、電池が０．５
Ａ／ｃｍ2 で操作されるとき、この同じ流れは電流密度
を維持するために要求される流れの４倍であった。外部
加湿器が負極について１００℃及び正極について８５℃
にセットされたにもかかわらず、電池温度は８０℃であ
った。電池の性能は図７に示す。Ｈ2 の負極流れ速度は
１．０Ａ／ｃｍ2 で２×量論量であり、且つ空気の正極
流れ速度は１．０Ａ／ｃｍ2 で３×量論量であった。
【００８１】例５ 膜及び電極構造物を下記の如く作った（ＭＥＡ１）。８
００の当量重量、乾燥したとき２．４ミル（６０μｍ）
及び十分に水和したとき５ミル（１２７μｍ）の厚さを
もつパーフルオロスルホン酸イオノマー（Ｔｈｅ Ｄｏ
ｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＣｏｍｐａｎｙからＸＵＳ１３
２０４．２０として入手）から作られたイオン交換膜を
得、次いでそれを１１ｃｍ平方のシートにカットし、そ
してＮａＯＨバス中に入れて該シートをＮａ+ の形に転
換した。
００の当量重量、乾燥したとき２．４ミル（６０μｍ）
及び十分に水和したとき５ミル（１２７μｍ）の厚さを
もつパーフルオロスルホン酸イオノマー（Ｔｈｅ Ｄｏ
ｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＣｏｍｐａｎｙからＸＵＳ１３
２０４．２０として入手）から作られたイオン交換膜を
得、次いでそれを１１ｃｍ平方のシートにカットし、そ
してＮａＯＨバス中に入れて該シートをＮａ+ の形に転
換した。
【００８２】電極インクを（５０：５０容量パーセント
のエタノール／水の溶液中の）上記イオノマーの５．７
９重量％溶液の１．０８ｇ、炭素上の２０重量％プラチ
ナの０．１８７５ｇ（Ｅ−ＴＥＫ（Ｎａｔｉｃｋ，Ｍ
Ａ）から入手）及びテトラブチルアンモニウムヒドロオ
キシド（ＴＢＡＯＨ、可塑剤）の１Ｍ溶液の０．１１４
ｇ、及びプロピレンカーボネート（分散助剤）の０．６
ｇを混合して作った。プロピレンカーボネートの追加量
１．２ｇを次いで該混合物に加えた。
のエタノール／水の溶液中の）上記イオノマーの５．７
９重量％溶液の１．０８ｇ、炭素上の２０重量％プラチ
ナの０．１８７５ｇ（Ｅ−ＴＥＫ（Ｎａｔｉｃｋ，Ｍ
Ａ）から入手）及びテトラブチルアンモニウムヒドロオ
キシド（ＴＢＡＯＨ、可塑剤）の１Ｍ溶液の０．１１４
ｇ、及びプロピレンカーボネート（分散助剤）の０．６
ｇを混合して作った。プロピレンカーボネートの追加量
１．２ｇを次いで該混合物に加えた。
【００８３】触媒インクを、１１０℃のオーブン中で乾
燥させ且つ予め重量測定した純粋な９ｃｍ2 のポリテト
ラフルオロエチレン−塗被ファイバーグラスブランク
（ＣＨＲ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｎｅｗ Ｈａｖｅ
ｎ，ＣＴ）上に塗布した。該ブランクを触媒インクで２
回塗布し、それを第２層の適用前に完全に乾燥させた。
Ｐｔ装荷（ローディング）は負極で０．１４ｍｇ／ｃｍ
2 及び正極で０．２５ｍｇ／ｃｍ2 であった。ＭＥＡを
真空テーブル上で乾燥させたイオノマー膜の両側に塗被
ブランクを一直線に並べることによって形成した。該ブ
ランク及び該膜をこれらを支持するためにステンレスス
チールの２つの断片の間に置き、同時にこれらをプレス
中に置いた。該アセンブリを１９５℃でプレス中に置き
且つブランクを１００ポンド／ｃｍ2 の圧力で５分間プ
レス加工した。該プレス加工したパッケージを開口する
前に室温に冷却した。該ブランクを膜の表面に付着した
フィルムを残す触媒層からはがした。
燥させ且つ予め重量測定した純粋な９ｃｍ2 のポリテト
ラフルオロエチレン−塗被ファイバーグラスブランク
（ＣＨＲ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｎｅｗ Ｈａｖｅ
ｎ，ＣＴ）上に塗布した。該ブランクを触媒インクで２
回塗布し、それを第２層の適用前に完全に乾燥させた。
Ｐｔ装荷（ローディング）は負極で０．１４ｍｇ／ｃｍ
2 及び正極で０．２５ｍｇ／ｃｍ2 であった。ＭＥＡを
真空テーブル上で乾燥させたイオノマー膜の両側に塗被
ブランクを一直線に並べることによって形成した。該ブ
ランク及び該膜をこれらを支持するためにステンレスス
チールの２つの断片の間に置き、同時にこれらをプレス
中に置いた。該アセンブリを１９５℃でプレス中に置き
且つブランクを１００ポンド／ｃｍ2 の圧力で５分間プ
レス加工した。該プレス加工したパッケージを開口する
前に室温に冷却した。該ブランクを膜の表面に付着した
フィルムを残す触媒層からはがした。
【００８４】他のＭＥＡサンプル（ＭＥＡ２）をイオノ
マー膜の表面に直接に触媒インクを適用することによっ
て作った。移動したインクの量はインク適用前及び後に
ボトル及びブラシの重量を量ることによって決定した。
もう一度インクを複重塗布で適用したが、この場合連続
塗布をインクが適用の間に完全に乾燥されることなしに
適用した。膜を加熱真空マニホルドプレートの頂部に微
細な焼結ステンレススチールフリットをもつ真空テーブ
ル上に置いた。真空テーブルをインクが適用されるとき
４５℃及び６０℃の間で操作した。膜の第２の側面を同
様な方法で塗布した。この構造物をＭＥＡ１について記
載されている如くプレス加工した。両サンプルの膜及び
イオノマーを通常の硫酸中で０．５時間還流加熱するこ
とによってプロトン形に転換した。該ＭＥＡを再び真空
テーブル上で乾燥させ且つ使用するまで乾燥雰囲気下に
貯蔵した。
マー膜の表面に直接に触媒インクを適用することによっ
て作った。移動したインクの量はインク適用前及び後に
ボトル及びブラシの重量を量ることによって決定した。
もう一度インクを複重塗布で適用したが、この場合連続
塗布をインクが適用の間に完全に乾燥されることなしに
適用した。膜を加熱真空マニホルドプレートの頂部に微
細な焼結ステンレススチールフリットをもつ真空テーブ
ル上に置いた。真空テーブルをインクが適用されるとき
４５℃及び６０℃の間で操作した。膜の第２の側面を同
様な方法で塗布した。この構造物をＭＥＡ１について記
載されている如くプレス加工した。両サンプルの膜及び
イオノマーを通常の硫酸中で０．５時間還流加熱するこ
とによってプロトン形に転換した。該ＭＥＡを再び真空
テーブル上で乾燥させ且つ使用するまで乾燥雰囲気下に
貯蔵した。
【００８５】中間体層（ＩＬ１）を次の通り作った。イ
ンクを、ＶｕｌｃａｎTM ＸＣ−７２炭素の３ｇ、米国
特許第５，０３７，９１７号明細書に記載された如く製
造され且つ４，０００〜８，０００の範囲の平均分子量
をもつポリマーを製造するためにメシチレン中でＢ−ス
テージされたパーフルオロシクロブタンポリマー（ポリ
（１，１，２−トリス（４−トリフルオロビニルオキシ
フェニル）エタン、及びメシチレンの３１ｇから作っ
た。該インクを８７％の多孔度及び５０ミクロンの平均
細孔サイズをもつ０．２５ｇ／ｃｍ3 −８ミル厚さの未
処理グラファイト紙（Ｓｐｅｃｔｒａｃｏｒｐ，Ｌａｗ
ｒｅｎｃｅ，ＭＡ社製）に２回の適用を行い２ｍｇ／ｃ
ｍ2 ポリマー及び炭素の装荷を得た。このインクは適用
の間に完全な乾燥を必要としなかった。溶媒を蒸発させ
て且つ１時間真空下で２００℃で完全に硬化させた。Ｃ
／ポリマー層を電池アセンブリ中の活性層の最も近くに
置き、且つポリテトラフルオロエチレン−塗被ガスケッ
ト及び電池加圧によって定着させた。
ンクを、ＶｕｌｃａｎTM ＸＣ−７２炭素の３ｇ、米国
特許第５，０３７，９１７号明細書に記載された如く製
造され且つ４，０００〜８，０００の範囲の平均分子量
をもつポリマーを製造するためにメシチレン中でＢ−ス
テージされたパーフルオロシクロブタンポリマー（ポリ
（１，１，２−トリス（４−トリフルオロビニルオキシ
フェニル）エタン、及びメシチレンの３１ｇから作っ
た。該インクを８７％の多孔度及び５０ミクロンの平均
細孔サイズをもつ０．２５ｇ／ｃｍ3 −８ミル厚さの未
処理グラファイト紙（Ｓｐｅｃｔｒａｃｏｒｐ，Ｌａｗ
ｒｅｎｃｅ，ＭＡ社製）に２回の適用を行い２ｍｇ／ｃ
ｍ2 ポリマー及び炭素の装荷を得た。このインクは適用
の間に完全な乾燥を必要としなかった。溶媒を蒸発させ
て且つ１時間真空下で２００℃で完全に硬化させた。Ｃ
／ポリマー層を電池アセンブリ中の活性層の最も近くに
置き、且つポリテトラフルオロエチレン−塗被ガスケッ
ト及び電池加圧によって定着させた。
【００８６】他の中間体層／ＭＥＡサンプル（ＩＬ２）
を下記の方法によって作った。コーテングインクを、Ｖ
ｕｌｃａｎ ＸＣ−７２Ｒ炭素粉末を２重量％の分散剤
（Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００，ＤｕＰｏｎｔ）と混合し
一晩攪拌した２０％固体溶液を作り調製した。次いで、
６重量％固体に希釈されたポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）ラテックス（ＤｕＰｏｎｔから入手）を十
分な量で添加して３：１の炭素／ＰＴＦＥ重量比を得た
後１〜２分間おだやかに混合した。インクを未処理のグ
ラファイト紙（９ミル厚さ、０．２５ｇ／ｃｍ3 密度、
８７％密度及び５０ミクロン平均細孔サイズ、Ｓｐｅｃ
ｔｒａｃｏｒｐから入手）に＃４０マイアーロード（Ｍ
ｅｙｅｒ Ｒｏｄ）及び空気乾燥を用いて適用した。該
サンプルを６時間３４０℃の不活性雰囲気中で処理し該
サンプルを疎水性にするために該ＰＴＦＥを焼結させ
た。この方法はまた２ｍｇ／ｃｍ2 （カーボン及びＰＴ
ＦＥ固体）のコーテング重量を与えた。
を下記の方法によって作った。コーテングインクを、Ｖ
ｕｌｃａｎ ＸＣ−７２Ｒ炭素粉末を２重量％の分散剤
（Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００，ＤｕＰｏｎｔ）と混合し
一晩攪拌した２０％固体溶液を作り調製した。次いで、
６重量％固体に希釈されたポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）ラテックス（ＤｕＰｏｎｔから入手）を十
分な量で添加して３：１の炭素／ＰＴＦＥ重量比を得た
後１〜２分間おだやかに混合した。インクを未処理のグ
ラファイト紙（９ミル厚さ、０．２５ｇ／ｃｍ3 密度、
８７％密度及び５０ミクロン平均細孔サイズ、Ｓｐｅｃ
ｔｒａｃｏｒｐから入手）に＃４０マイアーロード（Ｍ
ｅｙｅｒ Ｒｏｄ）及び空気乾燥を用いて適用した。該
サンプルを６時間３４０℃の不活性雰囲気中で処理し該
サンプルを疎水性にするために該ＰＴＦＥを焼結させ
た。この方法はまた２ｍｇ／ｃｍ2 （カーボン及びＰＴ
ＦＥ固体）のコーテング重量を与えた。
【００８７】膜電極アセンブリをＦｕｅｌ Ｃｅｌｌ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｓａｎｔａ Ｆ
ｅ，ＮＭ）製の試験用燃料電池で試験した。流れフィー
ルドを機械加工した耐火チャンネルをもつ固体グラファ
イトブロックから構成した。該ＭＥＡを両側面に中間体
層をもつ電池に配置した。該電池をＦｕｅｌ Ｃｅｌｌ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．製の単一電池試
験用スタンド上に置いた。負極（Ｈ2 ）及び正極（空気
又はＯ2 ）の流れを固定し且つ電流密度によって変化し
ないように維持した。所定の試験に用いる流れ速度を電
流密度及びその電流密度用の量論量倍数を特定すること
によって決定した。例えば、空気の正極の流れ速度は
１．０Ａ／ｃｍ2 で２×量論量として特定化し得る。こ
の場合流れ速度は１Ａ／ｃｍ2 の電流密度を維持する速
度の２倍であった。従って、該電池を０．５Ａ／ｃｍ2
で操作する場合、この同じ流れは電流密度を維持するた
めに必要な流れの４倍であった。負極及び正極の圧力は
３０及び４０ｐｓｉｇに各々保持された。外部加湿器は
負極について１００℃及び正極について８５℃にセット
されたにもかかわらず８０℃であった。電池は１２時間
の間０．５Ｖに予め調整した。図９は上記方法で作られ
たＭＥＡ１及びＩＬ１を含有する燃料電池の性能を説明
する。数値は燃料として空気を用いる燃料電池の性能が
酸素の性能に接近することを示している。水素の流れ速
度は空気又は酸素の流れと同じ量論量であり、そして負
極及び正極上のガス圧は各々３０ｐｓｉｇ及び４０ｐｓ
ｉｇであった。図１０は全カーブにわたっての、３０ｐ
ｓｉｇの水素圧、１．０Ａｍｐ／ｃｍ2 での２×の流れ
速度、及び４０ｐｓｉｇの空気圧、１．０Ａ／ｃｍ2 で
の３×の流れ速度でのこの同一燃料電池の性能を示す。
図１１は上記方法で作られたＭＥＡ１及びＩＬ２を含有
する燃料電料の図１０で示された例で用いられた同じ流
れ条件下での操作を説明する。
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｓａｎｔａ Ｆ
ｅ，ＮＭ）製の試験用燃料電池で試験した。流れフィー
ルドを機械加工した耐火チャンネルをもつ固体グラファ
イトブロックから構成した。該ＭＥＡを両側面に中間体
層をもつ電池に配置した。該電池をＦｕｅｌ Ｃｅｌｌ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．製の単一電池試
験用スタンド上に置いた。負極（Ｈ2 ）及び正極（空気
又はＯ2 ）の流れを固定し且つ電流密度によって変化し
ないように維持した。所定の試験に用いる流れ速度を電
流密度及びその電流密度用の量論量倍数を特定すること
によって決定した。例えば、空気の正極の流れ速度は
１．０Ａ／ｃｍ2 で２×量論量として特定化し得る。こ
の場合流れ速度は１Ａ／ｃｍ2 の電流密度を維持する速
度の２倍であった。従って、該電池を０．５Ａ／ｃｍ2
で操作する場合、この同じ流れは電流密度を維持するた
めに必要な流れの４倍であった。負極及び正極の圧力は
３０及び４０ｐｓｉｇに各々保持された。外部加湿器は
負極について１００℃及び正極について８５℃にセット
されたにもかかわらず８０℃であった。電池は１２時間
の間０．５Ｖに予め調整した。図９は上記方法で作られ
たＭＥＡ１及びＩＬ１を含有する燃料電池の性能を説明
する。数値は燃料として空気を用いる燃料電池の性能が
酸素の性能に接近することを示している。水素の流れ速
度は空気又は酸素の流れと同じ量論量であり、そして負
極及び正極上のガス圧は各々３０ｐｓｉｇ及び４０ｐｓ
ｉｇであった。図１０は全カーブにわたっての、３０ｐ
ｓｉｇの水素圧、１．０Ａｍｐ／ｃｍ2 での２×の流れ
速度、及び４０ｐｓｉｇの空気圧、１．０Ａ／ｃｍ2 で
の３×の流れ速度でのこの同一燃料電池の性能を示す。
図１１は上記方法で作られたＭＥＡ１及びＩＬ２を含有
する燃料電料の図１０で示された例で用いられた同じ流
れ条件下での操作を説明する。
【００８８】例６ ＭＥＡを例６（ＭＥＡ１）に記載した如く作った。小さ
い細孔領域を作るために用いるインクを、それが東レ
（東京、日本）から得られる８４．５％多孔度、９．０
ミル（２２５μｍ）厚さのグラファイト紙に適用された
ことを除き、例５（ＩＬ１）に記載の如く作った。大き
い細孔のグラファイト紙が一単電池試験スタンドで中間
体層及び流れフィールドの両部分として機能した。該グ
ラファイトの外側端を不活性物質で充填して反応剤ガス
の漏れ出ることを防止した。これらの単一電池試験で
は、反応剤ガスを、流れが活性触媒層の平面に平行方向
のグラファイト紙の平面に発生するような方法でグラフ
ァイト紙の表面に適用した。該ガスを、単一放出及び出
口チャンネルをもつ熱分解グラファイトブロックによっ
て多孔質グラファイト紙（ＰＯＣＯ Ｇｒａｐｈｉｔｅ
Ｄｅｃａｔｕｒ，ＴＸから入手）に放出した。図１２
は全カーブをとおして２０ｐｓｉｇ水素及び３０ｐｓｉ
ｇ空気圧下での２．０Ａ／ｃｍ2 の２つの量論量での水
素及び空気の流れの、上記記載のＭＥＡ（例１１）の性
能を説明する。
い細孔領域を作るために用いるインクを、それが東レ
（東京、日本）から得られる８４．５％多孔度、９．０
ミル（２２５μｍ）厚さのグラファイト紙に適用された
ことを除き、例５（ＩＬ１）に記載の如く作った。大き
い細孔のグラファイト紙が一単電池試験スタンドで中間
体層及び流れフィールドの両部分として機能した。該グ
ラファイトの外側端を不活性物質で充填して反応剤ガス
の漏れ出ることを防止した。これらの単一電池試験で
は、反応剤ガスを、流れが活性触媒層の平面に平行方向
のグラファイト紙の平面に発生するような方法でグラフ
ァイト紙の表面に適用した。該ガスを、単一放出及び出
口チャンネルをもつ熱分解グラファイトブロックによっ
て多孔質グラファイト紙（ＰＯＣＯ Ｇｒａｐｈｉｔｅ
Ｄｅｃａｔｕｒ，ＴＸから入手）に放出した。図１２
は全カーブをとおして２０ｐｓｉｇ水素及び３０ｐｓｉ
ｇ空気圧下での２．０Ａ／ｃｍ2 の２つの量論量での水
素及び空気の流れの、上記記載のＭＥＡ（例１１）の性
能を説明する。
【００８９】例７ ＭＥＡを例６（ＭＥＡ１）に記載した方法で作った。小
さい細孔層の製造に用いたグラファイト繊維及び炭素粉
末を、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒド
ロオクチル−１−トリクロロシランの１重量％トルエン
溶液中で３分間８０℃で浸漬することによって予備処理
してこれらを疎水性にした。該繊維及び粒子を次いで加
剰量のトルエンですすぎ且つ室温で乾燥させた。グラフ
ァイト繊維を０．２５”の長さにした。該繊維をグリセ
ロール混合物中で１０分間又は所望の長さ（１ｍｍ以
下）が得られるまでクーリング結合機で混合した。該繊
維を加剰の水ですすぎそして乾燥させた。小さい細孔の
層を触媒層の頂部に第２のインクを塗布して形成した。
該インクを０．０５ｇの処理グラファイト繊維（７μｍ
直径、Ｆｏｒｔａｆｉｌから入手）、０．０５ｇの炭素
粉末（ＶｕｌｃａｎＸＣ−７２）、１．０ｇの５重量％
ＮａｆｉｏｎTM溶液、０．０７ｇのＴＢＡＯＨ（メタノ
ール中の１モル溶液）及び１．２ｇのプロピレンカーボ
ネートを混合して作った。
さい細孔層の製造に用いたグラファイト繊維及び炭素粉
末を、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒド
ロオクチル−１−トリクロロシランの１重量％トルエン
溶液中で３分間８０℃で浸漬することによって予備処理
してこれらを疎水性にした。該繊維及び粒子を次いで加
剰量のトルエンですすぎ且つ室温で乾燥させた。グラフ
ァイト繊維を０．２５”の長さにした。該繊維をグリセ
ロール混合物中で１０分間又は所望の長さ（１ｍｍ以
下）が得られるまでクーリング結合機で混合した。該繊
維を加剰の水ですすぎそして乾燥させた。小さい細孔の
層を触媒層の頂部に第２のインクを塗布して形成した。
該インクを０．０５ｇの処理グラファイト繊維（７μｍ
直径、Ｆｏｒｔａｆｉｌから入手）、０．０５ｇの炭素
粉末（ＶｕｌｃａｎＸＣ−７２）、１．０ｇの５重量％
ＮａｆｉｏｎTM溶液、０．０７ｇのＴＢＡＯＨ（メタノ
ール中の１モル溶液）及び１．２ｇのプロピレンカーボ
ネートを混合して作った。
【００９０】ここで適用される小さい細孔層をもつＭＥ
Ａを多孔質グラファイト流れフィールド（ほぼ９０％の
多孔度をもつ、０．２ｇ／ｃｍ3 、２４ミル（６００μ
ｍ）厚さのグラファイト紙、Ｓｐｅｃｔｒａｃｏｒｐか
ら入手）をもつ単一試験用電池に組み入れ、例６に記載
した方法に従って試験した。図１２は全カーブにわたっ
て２．０Ａ／ｃｍ2 で２つの量論量の水素及び空気の流
れ、２０ｐｓｉｇ水素及び３０ｐｓｉｇ空気の圧での上
記記載のＭＥＡの性能を説明する。
Ａを多孔質グラファイト流れフィールド（ほぼ９０％の
多孔度をもつ、０．２ｇ／ｃｍ3 、２４ミル（６００μ
ｍ）厚さのグラファイト紙、Ｓｐｅｃｔｒａｃｏｒｐか
ら入手）をもつ単一試験用電池に組み入れ、例６に記載
した方法に従って試験した。図１２は全カーブにわたっ
て２．０Ａ／ｃｍ2 で２つの量論量の水素及び空気の流
れ、２０ｐｓｉｇ水素及び３０ｐｓｉｇ空気の圧での上
記記載のＭＥＡの性能を説明する。
【００９１】例８ 膜／電極アセンブリを下記の通り作った。８００の当量
重量（ＥＷ）、乾燥したとき２．４ミル及び十分に水和
したとき５ミルの厚さをもつパーフルオロスルホン酸イ
オノマー（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍ
ｐａｎｙから入手）から作られたイオン交換膜を得、次
いで１１ｃｍ平方のシートにカットし、そしてＮａＯＨ
バス中に入れて該シートをＮａ+ の形に転換した。電極
インクを（５０：５０容量パーセントのエタノール／水
の溶液中の）上記イオノマーの５．７９重量％溶液の
１．０８ｇ、炭素上の２０重量％プラチナの０．１８７
５ｇ（Ｅ−ＴＥＫ（Ｎａｔｉｃｋ，ＭＡ）から入手）及
びテトラブチルアンモニウムヒドロオキシド（ＴＢＡＯ
Ｈ、可塑剤）の０．１１４ｇ、及びプロピレンカーボネ
ートの０．６ｇを混合して作った。混合物を攪拌棒で一
晩又は混合物が均等に分散されるまで攪拌した。１．２
ｇのプロピレンカーボネートの追加量を混合物に加え
た。
重量（ＥＷ）、乾燥したとき２．４ミル及び十分に水和
したとき５ミルの厚さをもつパーフルオロスルホン酸イ
オノマー（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍ
ｐａｎｙから入手）から作られたイオン交換膜を得、次
いで１１ｃｍ平方のシートにカットし、そしてＮａＯＨ
バス中に入れて該シートをＮａ+ の形に転換した。電極
インクを（５０：５０容量パーセントのエタノール／水
の溶液中の）上記イオノマーの５．７９重量％溶液の
１．０８ｇ、炭素上の２０重量％プラチナの０．１８７
５ｇ（Ｅ−ＴＥＫ（Ｎａｔｉｃｋ，ＭＡ）から入手）及
びテトラブチルアンモニウムヒドロオキシド（ＴＢＡＯ
Ｈ、可塑剤）の０．１１４ｇ、及びプロピレンカーボネ
ートの０．６ｇを混合して作った。混合物を攪拌棒で一
晩又は混合物が均等に分散されるまで攪拌した。１．２
ｇのプロピレンカーボネートの追加量を混合物に加え
た。
【００９２】触媒インクを、１１０℃のオーブン中で乾
燥させ且つ予め重量測定した純粋な９ｃｍ2 のポリテト
ラフルオロエチレン−塗被ファイバーグラスブランク
（ＣＨＲ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｎｅｗ Ｈａｖｅ
ｎ，ＣＴ）上に塗布した。該ブランクを触媒インクで２
回塗布し、それを第２層の適用前に完全に乾燥させた。
ＭＥＡを真空テーブル上で乾燥させてあったイオノマー
膜の両側に塗被ブランクを一直線に並べることによって
形成した。該ブランク及び該膜をこれらを支持するため
に該ブランクを１９５℃でプレス中に置き且つブランク
を１００ポンド／ｃｍ2 の圧力で５分間プレス加工し
た。該プレス加工したパッケージを開口する前に室温に
冷却した。該ブランクを触媒的に活性な粒子を含有する
膜の表面に付着したフィルムを残す層からはがした。プ
ラチナ装荷及び触媒層の厚はそれぞれ膜の負極側で０．
１４ｍｇ／ｃｍ2 及び１０μｍ、膜の正極側で０．２５
ｍｇ／ｃｍ2 及び１７μｍであった。
燥させ且つ予め重量測定した純粋な９ｃｍ2 のポリテト
ラフルオロエチレン−塗被ファイバーグラスブランク
（ＣＨＲ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｎｅｗ Ｈａｖｅ
ｎ，ＣＴ）上に塗布した。該ブランクを触媒インクで２
回塗布し、それを第２層の適用前に完全に乾燥させた。
ＭＥＡを真空テーブル上で乾燥させてあったイオノマー
膜の両側に塗被ブランクを一直線に並べることによって
形成した。該ブランク及び該膜をこれらを支持するため
に該ブランクを１９５℃でプレス中に置き且つブランク
を１００ポンド／ｃｍ2 の圧力で５分間プレス加工し
た。該プレス加工したパッケージを開口する前に室温に
冷却した。該ブランクを触媒的に活性な粒子を含有する
膜の表面に付着したフィルムを残す層からはがした。プ
ラチナ装荷及び触媒層の厚はそれぞれ膜の負極側で０．
１４ｍｇ／ｃｍ2 及び１０μｍ、膜の正極側で０．２５
ｍｇ／ｃｍ2 及び１７μｍであった。
【００９３】炭素粒子及びポリテトラフルオロエチレン
粒子の混合物で含浸させたグラファイトクロス（Ｅ−Ｔ
ＥＫ，Ｉｎｃ．，Ｎａｔｉｃ，ＭＡからＥＬＡＴとして
入手）の別個の（ＭＥＡ及び流れフィールド間の）中間
体層を電池アセンブリの両活性層の最も近くに配置し、
ポリテトラフルオロエチレン塗被ガスケット及び電池加
圧によって定着させた。得たアセンブリをＦｕｅｌ Ｃ
ｅｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｓａｎ
ｔａ Ｆｅ，ＮＭ）製の試験用燃料電池で試験した。流
れフィールドを機械加工した耐火チャンネルをもつ固体
グラファイトブロックで構成した。
粒子の混合物で含浸させたグラファイトクロス（Ｅ−Ｔ
ＥＫ，Ｉｎｃ．，Ｎａｔｉｃ，ＭＡからＥＬＡＴとして
入手）の別個の（ＭＥＡ及び流れフィールド間の）中間
体層を電池アセンブリの両活性層の最も近くに配置し、
ポリテトラフルオロエチレン塗被ガスケット及び電池加
圧によって定着させた。得たアセンブリをＦｕｅｌ Ｃ
ｅｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｓａｎ
ｔａ Ｆｅ，ＮＭ）製の試験用燃料電池で試験した。流
れフィールドを機械加工した耐火チャンネルをもつ固体
グラファイトブロックで構成した。
【００９４】電池をＦｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｔｅｃｈｎｏ
ｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｓａｎｔｅ Ｆｅ，ＮＭ）製
の単一電池試験スタンド上に置いた。負極（Ｈ2 ）及び
正極（空気）の流れは固定的に且つ電流密度によって変
化しないように保持された。所定の試験のために流れ速
度を電流密度を特定することによって決定した。例え
ば、もし負極のＨ2 の流れ速度が１．０Ａｍｐｓ／ｃｍ
2 で２×量論量（Ａ／ｃｍ2 ）であるならば、そのとき
流れ速度は１Ａ／ｃｍ2 の電流密度を維持するために要
求される速度の２倍であった。従って、電池が０．５Ａ
／ｃｍ2 で操作されているとき、この同じ流れは電流密
度を維持するために要求される流れの４倍であった。負
極及び正極の圧力はそれぞれ３０及び４０ｐｓｉｇに保
持された。外部加湿器が負極について１００℃及び正極
について８５℃にセットされたにもかかわらず、電池温
度は８０℃であった。電池は１２時間０．５Ｖ装荷に予
め調整された。電池の性能は図１３に示す。Ｈ2 の負極
流れ速度は１．０Ａ／ｃｍ2 で２×量論量であり、且つ
空気の正極流れ速度は１．０Ａ／ｃｍ2 で３×量論量で
あった。
ｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｓａｎｔｅ Ｆｅ，ＮＭ）製
の単一電池試験スタンド上に置いた。負極（Ｈ2 ）及び
正極（空気）の流れは固定的に且つ電流密度によって変
化しないように保持された。所定の試験のために流れ速
度を電流密度を特定することによって決定した。例え
ば、もし負極のＨ2 の流れ速度が１．０Ａｍｐｓ／ｃｍ
2 で２×量論量（Ａ／ｃｍ2 ）であるならば、そのとき
流れ速度は１Ａ／ｃｍ2 の電流密度を維持するために要
求される速度の２倍であった。従って、電池が０．５Ａ
／ｃｍ2 で操作されているとき、この同じ流れは電流密
度を維持するために要求される流れの４倍であった。負
極及び正極の圧力はそれぞれ３０及び４０ｐｓｉｇに保
持された。外部加湿器が負極について１００℃及び正極
について８５℃にセットされたにもかかわらず、電池温
度は８０℃であった。電池は１２時間０．５Ｖ装荷に予
め調整された。電池の性能は図１３に示す。Ｈ2 の負極
流れ速度は１．０Ａ／ｃｍ2 で２×量論量であり、且つ
空気の正極流れ速度は１．０Ａ／ｃｍ2 で３×量論量で
あった。
【００９５】例９ 膜／電極アセンブリを、触媒インクにＴＢＡＯＨを加え
なかったことを除き、例８に記載の如く作った。膜の負
極側及び正極側上のプラチナ装荷及び触媒層の厚さはそ
れぞれ０．１５ｍｇ／ｃｍ2 、１０μｍ及び０．２５ｍ
ｇ／ｃｍ2 、１６μｍであった。
なかったことを除き、例８に記載の如く作った。膜の負
極側及び正極側上のプラチナ装荷及び触媒層の厚さはそ
れぞれ０．１５ｍｇ／ｃｍ2 、１０μｍ及び０．２５ｍ
ｇ／ｃｍ2 、１６μｍであった。
【００９６】中間体層を次の通り作った。インクを、Ｖ
ｕｌｃａｎTM ＸＣ−７２炭素の３ｇ、米国特許第５，
０３７，９１７号明細書に記載された如く製造され且つ
４，０００〜８，０００の範囲の平均分子量をもつポリ
マーを製造するためにメシチレン中でＢ−ステージされ
たパーフルオロシクロブタンポリマー（ポリ（１，１，
２−トリス（４−トリフルオロビニルオキシフェニル）
エタン）、及びメシチレンの３１ｇから作った。該イン
クを８７％の多孔度及び５０ミクロンの平均細孔サイズ
をもつ０．２５ｇ／ｃｍ3 、８ミル厚さの未処理グラフ
ァイト紙（Ｓｐｅｃｔｒａｃｏｒｐ，Ｌａｗｒｅｎｃ
ｅ，ＭＡ社製）に２回の適用を行い２ｍｇ／ｃｍ2 ポリ
マー及び炭素の装荷を得た。このインクは適用の間に完
全な乾燥を必要としなかった。溶媒を蒸発させて且つ１
時間真空下で２００℃で完全に硬化させた。Ｃ／ポリマ
ー層を電池アセンブリ中の活性層に最も近くに置き、且
つポリテトラフルオロエチレン−被覆ガスケット及び電
池加圧によって定置させた。ＭＥＡ及び中間体を一緒に
組み立て、例８に記載する如く、燃料電池中で試験し
た。電池を１２時間あらかじめ調整したにもかかわら
ず、電池の最も高い性能はたった１時間以下で達成され
た。性能カーブを図１４に示した。流れ速度は例８にお
ける速度と同じであった。
ｕｌｃａｎTM ＸＣ−７２炭素の３ｇ、米国特許第５，
０３７，９１７号明細書に記載された如く製造され且つ
４，０００〜８，０００の範囲の平均分子量をもつポリ
マーを製造するためにメシチレン中でＢ−ステージされ
たパーフルオロシクロブタンポリマー（ポリ（１，１，
２−トリス（４−トリフルオロビニルオキシフェニル）
エタン）、及びメシチレンの３１ｇから作った。該イン
クを８７％の多孔度及び５０ミクロンの平均細孔サイズ
をもつ０．２５ｇ／ｃｍ3 、８ミル厚さの未処理グラフ
ァイト紙（Ｓｐｅｃｔｒａｃｏｒｐ，Ｌａｗｒｅｎｃ
ｅ，ＭＡ社製）に２回の適用を行い２ｍｇ／ｃｍ2 ポリ
マー及び炭素の装荷を得た。このインクは適用の間に完
全な乾燥を必要としなかった。溶媒を蒸発させて且つ１
時間真空下で２００℃で完全に硬化させた。Ｃ／ポリマ
ー層を電池アセンブリ中の活性層に最も近くに置き、且
つポリテトラフルオロエチレン−被覆ガスケット及び電
池加圧によって定置させた。ＭＥＡ及び中間体を一緒に
組み立て、例８に記載する如く、燃料電池中で試験し
た。電池を１２時間あらかじめ調整したにもかかわら
ず、電池の最も高い性能はたった１時間以下で達成され
た。性能カーブを図１４に示した。流れ速度は例８にお
ける速度と同じであった。
【図１】図１は本発明の第１の態様の燃料電池の膜電極
アセンブリ及び流れフィールドの一例を示す。
アセンブリ及び流れフィールドの一例を示す。
【図２】図２は図１に示す膜電極アセンブリ及び流れフ
ィールドを組み入れた連続的に配置した複数の燃料電池
をもつ燃料セルスタックの製造に用いる繰り返し単位の
配置構造を示す。
ィールドを組み入れた連続的に配置した複数の燃料電池
をもつ燃料セルスタックの製造に用いる繰り返し単位の
配置構造を示す。
【図３】図３は例１、２及び３に示した燃料電池の効率
を示す。
を示す。
【図４】図４は例１、２及び３に示した燃料電池の効率
を示す。
を示す。
【図５】図５は例１、２及び３に示した燃料電池の効率
を示す。
を示す。
【図６】図６は膜の同じ側に位置した２つの活性槽をも
つ膜電極アセンブリを示す。
つ膜電極アセンブリを示す。
【図７】図７は例４記載のようにしてつくった膜電極ア
センブリの効率を示す。
センブリの効率を示す。
【図８】図８は多孔質層及びそれに隣接する流れフィー
ルドをもつ膜電極アセンブリを示す。
ルドをもつ膜電極アセンブリを示す。
【図９】図９は実施例に記載のようにつくった多孔質層
を組み入れた燃料電池の効率を示す。
を組み入れた燃料電池の効率を示す。
【図１０】図１０は実施例に記載のようにつくった多孔
質層を組み入れた燃料電池の効率を示す。
質層を組み入れた燃料電池の効率を示す。
【図１１】図１１は実施例に記載のようにつくった多孔
質層を組み入れた燃料電池の効率を示す。
質層を組み入れた燃料電池の効率を示す。
【図１２】図１２は実施例に記載のようにつくった多孔
質層を組み入れた燃料電池の効率を示す。
質層を組み入れた燃料電池の効率を示す。
【図１３】図１３は例９に記載の膜／電極アセンブリの
効率を示す。
効率を示す。
【図１４】図１４は例１０に記載の膜／電極アセンブリ
の効率を示す。
の効率を示す。
１ 膜電極アセンブリ ２ 固体ポリマー電解質又は膜 ３ 固体ポリマー電解質又は膜 ４ 流れフィールド １１ 膜 １２ 活性層 １３ 活性層 １４ 活性層 １５ 活性層 １６ 伝導性多孔質物質の層 １７ 流れフィールド １８ 平均細孔サイズが小さい層 １９ 平均細孔サイズが大きい層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スーザン ジェイ バビネク アメリカ合衆国ミシガン州 48640 ミド ランド ウエスト パーク 1110 (72)発明者 カレイ エル スコーチチニ アメリカ合衆国ミシガン州 48642 ミド ランド ローンデール 3609 (72)発明者 ケイス アール プローマン アメリカ合衆国テキサス州 77566 レー ク ジャクソン カージナル 116 (72)発明者 スティブン ピー ウエブ アメリカ合衆国ミシガン州 48640 ミド ランド ウエスト スグネット ロード 2014 (72)発明者 チモシー ジェイ レーグ アメリカ合衆国テキサス州 77566 レー ク ジャクソン レーク ロード 110, アパートメント 1128
Claims (9)
- 【請求項１】 イオン交換膜、及び該膜の同じ側に位置
する少なくとも２の活性層をもつ膜電極アセンブリであ
って、該活性層が触媒的に活性な粒子及びイオノマーか
らなり、これら層中のイオノマーの平均当量重量が少な
くとも５０異なり、且つ該膜に最も近い位置にある活性
層が平均当量重量の低い方のイオノマーを含有すること
を特徴とする膜電極アセンブリ。 - 【請求項２】 イオン交換膜、及び該膜の一方の側に位
置する少なくとも１の活性層をもつ膜電極アセンブリで
あって、該活性層が（ａ）触媒的に活性な粒子及び
（ｂ）６５０〜９５０の範囲の当量重量をもち且つ１０
０℃より低い温度において水に実質上不溶であるイオノ
マーからなることを特徴とする膜電極アセンブリ。 - 【請求項３】 活性層が触媒的に活性な粒子とイオノマ
ーの混合物の少なくとも９９重量％からなる請求項１又
は２記載の膜電極アセンブリ。 - 【請求項４】 活性層が少なくとも１μｍの厚さをもつ
請求項１又は２記載の膜電極アセンブリ。 - 【請求項５】 活性層が少なくとも１０μｍの厚さをも
つ請求項１又は２記載の膜電極アセンブリ。 - 【請求項６】 活性層が少なくとも３０％の多孔度をも
つ請求項１又は２記載の膜電極アセンブリ。 - 【請求項７】 活性層が０．０１μｍ〜１０μｍの範囲
の平均細孔サイズもつ請求項１又は２記載の膜電極アセ
ンブリ。 - 【請求項８】 触媒的に活性な粒子が、膜の正極（カソ
ード）側に０．０５ｍｇ／ｃｍ2 〜０．４５ｍｇ／ｃｍ
2 の範囲の負荷量をそして膜の負極（アノード）側に
０．０１ｍｇ／ｃｍ2 〜０．１５ｍｇ／ｃｍ2 の範囲の
負荷量を付与するに足る量で存在する請求項１又は２記
載の膜電極アセンブリ。 - 【請求項９】 （ａ）触媒的に活性な粒子，（ｂ）有機
化合物、及び（ｃ）６５０〜９５０の範囲の当量重量を
もち且つ１００℃より低い温度で水に実質上不溶である
イオノマーからなることを特徴とする組成物。
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|---|---|---|---|
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Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51443597A Division JP3558134B2 (ja) | 1995-10-06 | 1996-10-04 | 燃料電池の膜電極アセンブリ用流れフィールド構造 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| RU (1) | RU2182737C2 (ja) |
| WO (1) | WO1997013287A2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003175340A (ja) * | 2001-09-04 | 2003-06-24 | Korea Inst Of Science & Technology | 分離能がある水素イオン交換複合膜、複合溶液、その製造方法及びこれを含む燃料電池 |
| JP2004127566A (ja) * | 2002-09-30 | 2004-04-22 | Mitsubishi Materials Corp | 燃料電池用ガス拡散層 |
| WO2006057139A1 (ja) * | 2004-11-25 | 2006-06-01 | Nissan Motor Co., Ltd. | 固体高分子型燃料電池 |
| JP2007073337A (ja) * | 2005-09-07 | 2007-03-22 | Gs Yuasa Corporation:Kk | 直接メタノール形燃料電池用膜／電極接合体およびそれを用いた直接メタノール形燃料電池 |
| JP2011014340A (ja) * | 2009-07-01 | 2011-01-20 | Hitachi Ltd | 燃料電池用高分子膜電極接合体及びこれを用いた燃料電池 |
Families Citing this family (70)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5702755A (en) * | 1995-11-06 | 1997-12-30 | The Dow Chemical Company | Process for preparing a membrane/electrode assembly |
| JP3755840B2 (ja) * | 1996-03-11 | 2006-03-15 | 田中貴金属工業株式会社 | 高分子固体電解質型燃料電池用電極 |
| DE19611510A1 (de) * | 1996-03-23 | 1997-09-25 | Degussa | Gasdiffusionselektrode für Membranbrennstoffzellen und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| JP3773325B2 (ja) * | 1997-03-17 | 2006-05-10 | ジャパンゴアテックス株式会社 | 高分子固体電解質燃料電池用ガス拡散層材料及びその接合体 |
| JP3714766B2 (ja) * | 1997-04-04 | 2005-11-09 | 旭化成ケミカルズ株式会社 | 固体高分子型燃料電池用電極及び膜・電極接合体 |
| CA2286175A1 (en) * | 1997-04-07 | 1998-10-15 | Robert D. Mussell | Electrolysis of alkali metal halide brines using oxygen cathode systems |
| US5976726A (en) * | 1997-05-01 | 1999-11-02 | Ballard Power Systems Inc. | Electrochemical cell with fluid distribution layer having integral sealing capability |
| FR2764443B1 (fr) * | 1997-06-10 | 1999-09-03 | Peugeot | Pile a combustible du type a distributeurs de reactifs en forme de plaques |
| US5910378A (en) * | 1997-10-10 | 1999-06-08 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Membrane electrode assemblies |
| DE19812592B4 (de) * | 1998-03-23 | 2004-05-13 | Umicore Ag & Co.Kg | Membran-Elektroden-Einheit für Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie Tinte |
| JP4023903B2 (ja) * | 1998-04-02 | 2007-12-19 | 旭化成ケミカルズ株式会社 | 固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体 |
| US6103413A (en) * | 1998-05-21 | 2000-08-15 | The Dow Chemical Company | Bipolar plates for electrochemical cells |
| CN1190859C (zh) * | 1998-08-20 | 2005-02-23 | 松下电器产业株式会社 | 燃料电池及其制作方法 |
| DE19840517A1 (de) * | 1998-09-04 | 2000-03-16 | Manhattan Scientifics Inc | Gasdiffusionsstruktur senkrecht zur Membran von Polymerelektrolyt-Membran Brennstoffzellen |
| JP4742395B2 (ja) * | 1999-08-03 | 2011-08-10 | 株式会社エクォス・リサーチ | 燃料電池用空気極 |
| JP2001102059A (ja) * | 1999-10-01 | 2001-04-13 | Toshiba Corp | 固体高分子型燃料電池システム |
| JP3465656B2 (ja) * | 2000-01-12 | 2003-11-10 | トヨタ自動車株式会社 | 接合体製造装置および接合体製造方法 |
| US6828054B2 (en) | 2000-02-11 | 2004-12-07 | The Texas A&M University System | Electronically conducting fuel cell component with directly bonded layers and method for making the same |
| WO2001059862A2 (en) * | 2000-02-11 | 2001-08-16 | The Texas A & M University System | Electroconductive fuel cell component with directly bonded layers and method for making same |
| US6770394B2 (en) | 2000-02-11 | 2004-08-03 | The Texas A&M University System | Fuel cell with monolithic flow field-bipolar plate assembly and method for making and cooling a fuel cell stack |
| ATE244458T1 (de) | 2000-04-28 | 2003-07-15 | Omg Ag & Co Kg | Gasverteilerstrukturen und gasdiffusionselektroden für polymerelektrolyt- brennstoffzellen |
| JP3594533B2 (ja) * | 2000-05-30 | 2004-12-02 | 三洋電機株式会社 | 燃料電池 |
| FR2810794A1 (fr) * | 2000-06-26 | 2001-12-28 | Sorapec | Association d'electrodes et de membrane comportant des conducteurs protoniques |
| JP2002015743A (ja) * | 2000-06-30 | 2002-01-18 | Asahi Glass Co Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
| DE10042744A1 (de) * | 2000-08-31 | 2002-03-28 | Omg Ag & Co Kg | PEM-Brennstoffzellenstapel |
| EP1327275A2 (en) | 2000-09-27 | 2003-07-16 | Proton Energy Systems, Inc. | Method and apparatus for improved fluid flow within an electrochemical cell |
| JP2002313359A (ja) * | 2001-04-17 | 2002-10-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
| EP1410453B1 (en) * | 2001-07-18 | 2008-09-03 | Tel-Aviv University Future Technology Development L.P. | Fuel cell with proton conducting membrane and with improved water and fuel management |
| US6465041B1 (en) * | 2001-12-19 | 2002-10-15 | 3M Innovative Properties Company | Method of making gas diffusion layers for electrochemical cells |
| JP2003242989A (ja) * | 2002-02-13 | 2003-08-29 | Hitachi Maxell Ltd | 燃料電池 |
| AU2003301461B2 (en) * | 2002-10-21 | 2008-06-26 | Idea Lab S.R.L. | Platinum-free electrocatalyst materials |
| JP4647902B2 (ja) * | 2002-11-29 | 2011-03-09 | 本田技研工業株式会社 | 膜−電極構造体の製造方法 |
| US20040151960A1 (en) * | 2003-01-31 | 2004-08-05 | Rock Jeffrey Allan | Flow restrictors in fuel cell flow-field |
| KR100647581B1 (ko) | 2003-07-02 | 2006-11-24 | 삼성에스디아이 주식회사 | 나노입자로 구성된 미세 다공성 박막 및 그의 제조방법 |
| US20050026012A1 (en) * | 2003-07-28 | 2005-02-03 | O'hara Jeanette E. | Diffusion media tailored to account for variations in operating humidity and devices incorporating the same |
| JP4870328B2 (ja) * | 2003-10-10 | 2012-02-08 | ペルメレック電極株式会社 | 膜―電極接合体の製造方法 |
| US7655340B2 (en) * | 2004-01-16 | 2010-02-02 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Ultra short high pressure gradient flow path flow field |
| US20050202306A1 (en) | 2004-03-11 | 2005-09-15 | Celgard Inc. | Direct methanol fuel cell |
| GB2422716B (en) * | 2005-01-26 | 2007-08-22 | Intelligent Energy Ltd | Multi-layer fuel cell diffuser |
| EP1852180A4 (en) * | 2005-02-21 | 2010-10-13 | Nissan Motor | ELECTRODE CATALYST AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME |
| JP4237156B2 (ja) | 2005-03-28 | 2009-03-11 | 富士通株式会社 | 電解質組成物、固体電解質膜、固体高分子型燃料電池および固体電解質膜の製造方法 |
| GB0519807D0 (en) * | 2005-09-28 | 2005-11-09 | Welding Inst | Fuel cell assembly |
| JP2007103083A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Dainippon Printing Co Ltd | 燃料電池用触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート及び触媒層−電解質膜積層体 |
| US20090087711A1 (en) * | 2005-12-16 | 2009-04-02 | Kabushiki Kaisha Equos Research | Fuel cell electrode, fuel cell, and fuel cell stack |
| HUP0501201A2 (en) * | 2005-12-23 | 2007-07-30 | Cella H | Electrode for electrochemical cell working with high differential pressure difference, method for producing said electrode and electrochemical cell for using said electrode |
| JP4612569B2 (ja) * | 2006-03-20 | 2011-01-12 | 本田技研工業株式会社 | 固体高分子型燃料電池用膜電極構造体 |
| US9401523B2 (en) | 2007-01-09 | 2016-07-26 | GM Global Technology Operations LLC | Fuel cell and method for reducing electrode degradation during startup and shutdown cycles |
| JP2008277093A (ja) * | 2007-04-27 | 2008-11-13 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池用拡散層、燃料電池及び燃料電池の製造方法。 |
| DE102007034967A1 (de) * | 2007-07-26 | 2009-01-29 | Plansee Se | Brennstoffzelle und Verfahren zu deren Herstellung |
| EP2062933A1 (en) | 2007-11-26 | 2009-05-27 | Solvay Solexis S.p.A. | Fluoroionomer liquid composition |
| EP2374180A1 (en) * | 2008-12-22 | 2011-10-12 | 3M Innovative Properties Company | Fuel cell membrane electrode assembly with multilayer cathode |
| KR101045207B1 (ko) * | 2009-01-16 | 2011-06-30 | 삼성전자주식회사 | 연료전지 스택 |
| KR101040428B1 (ko) | 2009-06-09 | 2011-06-09 | 주식회사 협진아이엔씨 | 고분자형 연료전지 막 전극 접합체의 이중 구조를 갖는 기체확산층 탄소기재와 그 제조방법 |
| KR101481187B1 (ko) * | 2009-12-03 | 2015-01-09 | 현대자동차주식회사 | 연료전지용 기체확산층및 그 제조방법 |
| US8735023B2 (en) | 2009-12-14 | 2014-05-27 | GM Global Technology Operations LLC | Fuel cell with layered electrode |
| KR101282620B1 (ko) * | 2010-12-03 | 2013-07-12 | 기아자동차주식회사 | 냉해동 내구성이 우수한 연료전지 스택 및 그 제조방법 |
| US10505197B2 (en) | 2011-03-11 | 2019-12-10 | Audi Ag | Unitized electrode assembly with high equivalent weight ionomer |
| KR101405721B1 (ko) | 2011-04-29 | 2014-06-13 | 한국과학기술연구원 | 소수성이 개선된 기공체 및 그 제조 방법 |
| KR101963921B1 (ko) * | 2011-07-08 | 2019-03-29 | 아우디 아게 | 백금 저함량 전극 |
| WO2013109283A1 (en) | 2012-01-20 | 2013-07-25 | Utc Power Corporation | Fuel cell electrode with gradient catalyst structure |
| US9040209B2 (en) * | 2012-02-02 | 2015-05-26 | GM Global Technology Operations LLC | Multi-layer polyelectrolyte membranes |
| JP5673655B2 (ja) * | 2012-11-19 | 2015-02-18 | トヨタ自動車株式会社 | 多孔質層部材の製造方法、及び多孔質層部材を含む膜電極ガス拡散層接合体の製造方法 |
| GB201220825D0 (en) * | 2012-11-20 | 2013-01-02 | Univ Leeds | Proton exchange membrane fuel cell |
| JP2016507611A (ja) | 2012-12-21 | 2016-03-10 | トヨタ自動車株式会社 | プロトン交換材料およびその製造方法 |
| WO2014098910A1 (en) | 2012-12-21 | 2014-06-26 | United Technologies Corporation | Electrolyte membrane, dispersion and method therefor |
| WO2014098907A1 (en) | 2012-12-21 | 2014-06-26 | Utc Power Corporation | Method of fabricating an electrolyte material |
| WO2016199805A1 (ja) * | 2015-06-08 | 2016-12-15 | 富士フイルム株式会社 | 固体電解質組成物、全固体二次電池用電極シートおよび全固体二次電池ならびに全固体二次電池用電極シートおよび全固体二次電池の製造方法 |
| CN106935885B (zh) * | 2017-03-10 | 2020-04-07 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种高孔隙率多孔碳填充的燃料电池流场结构及其制备方法 |
| US11289728B2 (en) | 2017-09-01 | 2022-03-29 | Stryten Critical E-Storage Llc | Segmented frames for redox flow batteries |
| CN113394424B (zh) * | 2021-06-11 | 2023-06-20 | 上海交通大学 | 粘合导电板及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05251086A (ja) * | 1992-03-09 | 1993-09-28 | Hitachi Ltd | 燃料電池及びその応用装置 |
| JPH06103983A (ja) * | 1992-09-18 | 1994-04-15 | Toshiba Corp | 固体高分子電解質型燃料電池およびその電極の製造方法 |
| JPH07135004A (ja) * | 1993-11-12 | 1995-05-23 | Toyota Motor Corp | 固体高分子電解質膜および燃料電池 |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4215183A (en) * | 1979-01-02 | 1980-07-29 | General Electric Company | Wet proofed conductive current collector for the electrochemical cells |
| BR8202395A (pt) * | 1981-05-01 | 1983-04-12 | Du Pont | Conjunto composto membrana/eletrodo celula eletroquimica e processo para eletrolise |
| US4469579A (en) * | 1981-06-26 | 1984-09-04 | Diamond Shamrock Corporation | Solid polymer electrolytes and electrode bonded with hydrophylic fluorocopolymers |
| JPS58155663A (ja) * | 1982-03-12 | 1983-09-16 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JPS6152383A (ja) * | 1984-08-21 | 1986-03-15 | Japan Storage Battery Co Ltd | 陽イオン交換膜を電解質とする電気化学装置 |
| JPH07118324B2 (ja) * | 1985-08-30 | 1995-12-18 | 株式会社東芝 | ガス拡散電極の製造方法 |
| JPS6280965A (ja) * | 1985-10-02 | 1987-04-14 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| US5171644A (en) * | 1991-01-09 | 1992-12-15 | The Dow Chemical Company | Electrochemical cell electrode |
| GB9213124D0 (en) * | 1992-06-20 | 1992-08-05 | Johnson Matthey Plc | High performance electrode |
| US5292600A (en) * | 1992-08-13 | 1994-03-08 | H-Power Corp. | Hydrogen power cell |
| JPH06203840A (ja) * | 1993-01-08 | 1994-07-22 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 固体高分子電解質型燃料電池 |
| JP3892053B2 (ja) * | 1993-03-26 | 2007-03-14 | 旭化成ケミカルズ株式会社 | プロトン交換膜型燃料電池 |
| US5415888A (en) * | 1993-04-26 | 1995-05-16 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Method of imprinting catalytically active particles on membrane |
| IT1270878B (it) * | 1993-04-30 | 1997-05-13 | Permelec Spa Nora | Migliorata cella elettrochimica utilizzante membrane a scambio ionico e piatti bipolari metallici |
| BE1008455A3 (nl) * | 1994-06-07 | 1996-05-07 | Vito | Gasdiffusie elektrode met katalysator voor een elektrochemische cel met vast elektrolyt en werkwijze ter vervaardiging van dergelijke elektrode. |
| JPH0888007A (ja) * | 1994-09-16 | 1996-04-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体高分子型燃料電池およびその電極 |
| US5863671A (en) * | 1994-10-12 | 1999-01-26 | H Power Corporation | Plastic platelet fuel cells employing integrated fluid management |
| US5521020A (en) * | 1994-10-14 | 1996-05-28 | Bcs Technology, Inc. | Method for catalyzing a gas diffusion electrode |
| US6054230A (en) * | 1994-12-07 | 2000-04-25 | Japan Gore-Tex, Inc. | Ion exchange and electrode assembly for an electrochemical cell |
| US5620807A (en) * | 1995-08-31 | 1997-04-15 | The Dow Chemical Company | Flow field assembly for electrochemical fuel cells |
| US5514486A (en) * | 1995-09-01 | 1996-05-07 | The Regents Of The University Of California, Office Of Technology Transfer | Annular feed air breathing fuel cell stack |
-
1996
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05251086A (ja) * | 1992-03-09 | 1993-09-28 | Hitachi Ltd | 燃料電池及びその応用装置 |
| JPH06103983A (ja) * | 1992-09-18 | 1994-04-15 | Toshiba Corp | 固体高分子電解質型燃料電池およびその電極の製造方法 |
| JPH07135004A (ja) * | 1993-11-12 | 1995-05-23 | Toyota Motor Corp | 固体高分子電解質膜および燃料電池 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003175340A (ja) * | 2001-09-04 | 2003-06-24 | Korea Inst Of Science & Technology | 分離能がある水素イオン交換複合膜、複合溶液、その製造方法及びこれを含む燃料電池 |
| JP2004127566A (ja) * | 2002-09-30 | 2004-04-22 | Mitsubishi Materials Corp | 燃料電池用ガス拡散層 |
| WO2006057139A1 (ja) * | 2004-11-25 | 2006-06-01 | Nissan Motor Co., Ltd. | 固体高分子型燃料電池 |
| US7901836B2 (en) | 2004-11-25 | 2011-03-08 | Nissan Motor Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell |
| US8329359B2 (en) | 2004-11-25 | 2012-12-11 | Nissan Motor Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell |
| JP2007073337A (ja) * | 2005-09-07 | 2007-03-22 | Gs Yuasa Corporation:Kk | 直接メタノール形燃料電池用膜／電極接合体およびそれを用いた直接メタノール形燃料電池 |
| JP2011014340A (ja) * | 2009-07-01 | 2011-01-20 | Hitachi Ltd | 燃料電池用高分子膜電極接合体及びこれを用いた燃料電池 |
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