JP2005515604A - 燃料電池または電気分解装置のための金属積層物 - Google Patents

Abstract

燃料電池または電気分解装置に使用される積層物は、コレクタ層、少なくとも１つの拡散層および少なくとも１つの固着層を備え、コレクタ層は金属箔または金属板または泡沫状金属シートであり、拡散層は金属メッシュまたは幅広い金属シートであり、厚さ０．５ｍｍ未満であって、金属繊維を含む固着層はコレクタ層と拡散層との間に焼結されている。

Description

本発明は、燃料電池または電気分解装置において使用される、金属メッシュおよび／または幅広い金属シートまたは箔および／または泡沫状金属シートを含む多孔性積層物に関する。

燃料電池および電気分解装置は、通常、燃料電池または電気分解装置に電気化学反応の別個のセルを確保するために、プロトン交換膜（ＰＥＭ）と併せて加えられる数多くの積層物を備えている。このような積層物は、一般に、当技術分野において既知である。積層物は、通常、互いに密接に関係する少なくとも３層を有している。

第１の層は防水であり、気体を通さない層で、これ以降では「コレクタ層」と呼び、当技術分野において「双極板」とも言われている。このコレクタ層は、一方のセルから他方のセルへの気体または水の漏洩を防ぎ、セルへまたはセルから電子（Ｅ）を誘導するものである。そのため、それは、一般に伝導性の平板、通常黒鉛板を使用することが知られている。

第２の層は、コレクタ層の一方の側と密接に関係しており、燃料電池または電気分解装置の表面全体において燃料電池または電気分解装置のプロトン交換膜（ＰＥＭ）における電気化学反応によって使用または提供される気体を分配するために使用されている。この層は、以降は「分配層」と呼ぶことにする。

第３の層は、コレクタ層の他方の側と密接に関係しており、拡散層とＰＥＭとの間の接触を提供するために使用されている。このいわゆる接触層すなわち「電極層」では、接触層またはＰＥＭ自体上に触媒要素が存在することで電気化学反応が生じることになる。拡散層を介してこの接触層に提供される気体は、電気化学反応を生じさせるのに十分に保持されている。

接触層およびできれば拡散層も、例えば、Ｔｅｆｌｏｎ（商標）などの疎水性要素を含浸もしくは存在させることにより、疎水性にしても、または親水性にしてもよい。

燃料電池または電気分解装置に積層物を配置することにより、ｅ^-、プロトン（Ｈ⁺）および気体がＰＥＭ付近で消費または提供される電気化学反応が生じることになる。

Ｈ⁺は、ＰＥＭを介して電気化学反応に供されるものである。従って、電気化学反応は、ＰＥＭの表面に近い触媒層で生じるので、接触層とＰＥＭとの接触はできるだけ完璧であるべきである。

ｅ^-は、コレクタ層、拡散層および接触層の積層物を介して提供または排出されるものであり。従って、関係している全ての層は電気伝導性であるべきで、層の抵抗、特に数層の接触部の接触抵抗はできるだけ低くあるべきである。

拡散層は、存在する触媒要素をできるだけ完全に使用して、ＰＥＭの表面全体にｅ^-およびＨ⁺を提供するために、接触層の表面全体のできるだけ広くに気体の流動を拡散させるべきである。

積層物の例は、国際公開公報第００６９００３号および欧州特許第０１４１２４１号に記載されている。

さらに、金属板または箔と金属メッシュまたは幅広い金属シートまたは泡沫状金属シートとの間で焼結された接続の機械的接続は比較的弱いことが知られている。この弱さは物質間の放出を生じ、層間の高い電気的接触抵抗を生じる可能性がある。その理由は、この抵抗が両方の面の強固な接触によって決定されるからである。

本発明は、金属箔または金属板、金属メッシュおよび／または幅広い金属シートを備え、そのような２つの要素間の改善された機械的接触を有し、改善された機械的接触が改善された電気的特性も提供する、燃料電池または電気分解装置に使用するための改善された積層物を提供する目的を有している。

本発明の主題としての積層物は少なくとも２つの層を備え：
−金属箔または金属板などの少なくとも１つの気体−および液体不透過性の金属構造物（コレクタ層）、
−金属メッシュおよび／または幅広い金属シートおよび／または泡沫状金属シートを備えた少なくとも１つの金属層（拡散層）。

本発明によると、拡散層とコレクタ層との間に金属繊維を備えた層が提供されている。この層は、以降において「固着層」と呼ばれる。固着層は金属繊維を含み、厚さ０．５ｍｍ未満である。

固着層は、好ましくは、厚さ０．０５ｍｍよりも厚い。好ましくは、固着層の重量は３５０ｇ／ｍ²未満であるが、４０ｇ／ｍ²より重く、この固着層の多孔性は６０％よりも多いが、９８％未満である。

本発明の主題としての積層物は、
―金属箔または金属板などの気体−および液体不透過性金属構造物（コレクタ層）、
−金属メッシュおよび／または幅広い金属シートおよび／または泡沫状金属シートを備えた２つの金属層（拡散層）
を有することができ、第１の拡散層はコレクタ層の一方の側に存在するが、第２の拡散層はコレクタ層の他方の側に存在している。

本発明によると、金属繊維を含む固着層は、拡散層とコレクタ層との間に存在することが理解される。コレクタ層、固着層および拡散層は互いに焼結されている。固着層は金属繊維を含み、厚さ０．５ｍｍ未満であるが、好ましくは、０．０５ｍｍよりも薄い。好ましくは、固着層の重量は３５０ｇ／ｍ²未満であるが、４０ｇ／ｍ²よりも重く、この固着層の多孔性は６０％よりも多いが、９８％未満である。

厚さが厚すぎる場合には、メッシュまたは幅広い金属の多孔性を十分に高く維持する平均時間において、固着層は機械的性質をさらに改善しない。この固着層の金属繊維は拡散層に透過し始め、この拡散層の空気拡散性を低下することがある。

固着層を提供するために使用される金属繊維の相当径Ｄは、好ましくは、２μｍよりも大きく、または８μｍよりも大きい。しかし、最も好ましくは、相当径が１２μｍよりも大きい、または２２μｍもしくは３５μｍよりも大きい比較的厚い繊維が使用されている。固着層を提供するために使用される金属繊維の平均長さＬは大幅に異なっていてもよい。好ましくは、Ｌ／Ｄは５よりも大きく、最も好ましくは、１０よりも大きくまたは２０よりも大きい。

「金属繊維の相当径」は、金属繊維の断面と同じ面を有する想像上の円の半径を意味している。

拡散層は、１つ以上の金属メッシュまたは幅広い金属シートまたは泡沫状金属シートを備えていてもよい。メッシュは、既知の針織、機織または編組技法を使用して織った機織、針織または編組金属ワイヤーと理解されるべきである。メッシュは溶接したメッシュとしても理解することができる。金属メッシュを提供するために使用されるワイヤーは、好ましくは、径が０．５ｍｍ〜１ｍｍである。メッシュの厚さは、好ましくは、１ｍｍ〜２ｍｍである。最も好ましくは、空間率が３０％よりも大きいオープンメッシュが使用されている。メッシュの空間率は、
空間率＝１００×（ｗ_warp×ｗ_weft）／（（ｗ_warp＋ｄ_warp）×（ｗ_wef＋ｄ_wef））
ｗ_warp＝経糸方向（経糸ワイヤー）の２本のワイヤー間の距離
ｗ_weft＝緯糸方向（緯糸ヤイヤー）の２本のワイヤーの距離
ｄ_warp＝経糸ワイヤーの径
ｄ_weft＝緯糸ワイヤーの径

幅広い金属シートは、金属板または箔の平面の１つ以上の方向に広げられたスロット端のセットが提供されている、金属板または箔と理解することができる。金属シートの厚さは、好ましくは、１．２ｍｍ未満である。幅広い金属シート試料の垂直方向の突出部における幅広いシート試料の総表面と比較した、幅広いシート試料のオープンスペースの比である空間比は、好ましくは、３０％よりも大きい。幅広い金属シート（広げられている）の厚さは、好ましくは、０．８ｍｍ〜２ｍｍである。

泡状金属シートは、多孔性が８５〜９８％の範囲内であり、孔サイズが１０〜２００μｍの範囲内の金属合金から提供される泡沫の本質的に平坦なシートと理解されるべきである。泡沫金属シートは、好ましくは、厚さが０．８〜２ｍｍの範囲内である。

このようなワイヤーメッシュまたは幅広い金属シートまたは泡沫金属シートは、本発明の主題としての積層物に使用される場合、ワイヤーメッシュまたは幅広いシートに十分な多孔性および十分な平面空気透過性を提供するものである。

できれば、金属繊維を含む第２の金属繊維層（接触層）は、固着層に接続していない拡散層の面において拡散層に焼結されている。

接触層が存在する場合には、接触層の多孔性は８０％未満または７５％未満である。
第２の金属繊維層、いわゆる接触層を提供するために使用される金属繊維の相当径は、３０μｍ未満であり、最も好ましくは、１０μｍ未満である。できれば、第２の金属繊維層を提供するために２つ以上の金属繊維シートが使用されている。
接触層の厚さは、好ましくは、０．２ｍｍ未満である。

好ましくは、接触層の垂直方向の空気透過性は２００ ｌ／ｍｉｎ^*ｃｍ²未満であり、最も好ましくは、１５０ ｌ／ｍｉｎ^*ｃｍ²未満である。
垂直方向の空気透過性は、２００Ｐａの加圧（ｕｎｄｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ）を使用して測定し、Ｔｅｓｔｅｓｔ ＦＸ３３００などの当技術分野において既知の方法を使用して測定した、層の面に垂直な方向に金属繊維層を通過する気体の量を意味している。
垂直方向の空気の透過性はｌ／ｍｉｎ^*ｃｍ²単位で表されている。

固着層、拡散層およびできれば接触層がコレクタ層の両側に存在する場合には、できれば不透過性金属構造物の両側の本発明の主題としての平面空気透過性は、好ましくは、０．０２ ｌ／ｍｉｎ^*ｃｍ²よりも大きく、最も好ましくは、０．２ ｌ／ｍｉｎ^*ｃｍ²よりも大きい。本発明の主題としての積層物を提供するために使用される拡散層は、平面空気透過性、従って積層物の表面全体への反応気体のすぐれた分布を積層物に大幅に提供するものである。

平面空気透過性は、積層物の金属繊維層を層の面に平行な方向に通過する気体の量を意味している。この平面空気透過性は、高さ２．５ｃｍの積層物の長方形の部分を取ることによって測定される。この辺を以降では短辺と呼び、長方形の他方の辺を長辺という。試料の辺とシールの辺が一致するように、この長方形は寸法が等しい２枚のシールの間に固定されている。長方形試料の長さ５ｃｍの長辺では、２００Ｐａの加圧を使用して空気が吸引される。吸引している長辺の使用していない範囲は密封されている。吸引した空気の容量は測定され、透過性はｌ／ｍｉｎ^*ｃｍ単位で示され、ｄｍは試料の長さの単位である。好ましくは、長辺は５ｃｍの長さを使用している。

本発明の主題としての積層物の性質は、このような接触層の存在によってさらに改善されている。このような接触層が存在する場合、拡散層を介して表面全体に反応気体を獲得する接触層は、隣接するＰＥＭに接触する接触層の面である、反応面に電気化学反応を広げるのに十分に気体を保持している。第２の金属繊維層の垂直方向の空気透過性は比較的低いので、積層物の気体流入部における反応気体のあまりにも迅速な消費は抑制され、接続層の表面全体に反応が存在することになる。できれば、ＰＥＭに接触する接触層の面には、適当な触媒が提供されている。あるいは、触媒はＰＥＭの表面に存在している。接触層を提供するために使用される金属繊維の相当径が小さいことおよびこの層の密度により、接触層とＰＥＭとの間には非常に高い程度の接触を得ることができるが、ＰＥＭに接触する層の側は比較的柔らかい。接触層の本質的に平坦な面から突出する金属繊維は、使用時にはＰＥＭを貫通しないが、燃料電池または電気分解装置を集成し、使用する際には接触層表面の方に曲がることになる。
拡散層、固着層およびおそらく接触層の「多孔性」は、
多孔性＝１００−密度
として表されている。

「密度」は、層の容量あたりの質量を、金属繊維が提供される１００％の金属合金の代わりに存在する同一容量の重量で割った比の１００倍を意味している。密度は割合で表されている。

好ましくは、不透過性の金属構造物は金属箔または金属板であり、最も好ましくはステンレス鋼、Ｎｉ、Ｎｉ−合金例えば、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）またはＴｉから提供されている。ステンレス鋼の場合には、好ましくはＡＩＳＩ−３００シリーズの合金、好ましくはＡＩＳＩ３１６ＬなどのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金またはＡＩＳＩ−４００シリーズの合金などのＦｅ−Ｃｒ合金が使用されている。

好ましくは、金属メッシュおよび／または幅広い金属シートおよび／または泡沫状金属シートは、ステンレス鋼、Ｎｉ、Ｎｉ−合金例えば、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）またはＴｉから提供されている。ステンレス鋼の場合には、好ましくはＡＩＳＩ−３００シリーズの合金、好ましくはＡＩＳＩ３１６ＬなどのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金またはＡＩＳＩ−４００シリーズの合金などのＦｅ−Ｃｒ合金が使用されている。
固着層およびできれば接触層を提供するために使用される金属繊維は、好ましくは、ステンレス鋼繊維、ＮｉもしくはＮｉ−合金繊維またはＴｉ−繊維である。ステンレス鋼繊維の場合には、好ましくは、ＡＩＳＩ−３００シリーズの合金、好ましくはＡＩＳＩ３１６ＬなどのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金またはＡＩＳＩ−４００シリーズの合金などのＦｅ−Ｃｒ合金が使用されている。金属繊維は、集束伸線法、コイル材切削法または任意の他の製造技法などの現在既知の技法によって得ることができる。

好ましくは、積層物の全ての層は同一金属または金属合金から提供されている。

拡散層、コレクタ層および固着層は、１回の焼結操作において一度に互いに焼結してもよい。あるいは、本発明の主題としての積層物を得るために、数回の焼結操作を実施してもよい。最も好ましくは、固着層は、コレクタ層と拡散層との間に設けられる場合には、焼結されていない。また、接触層が積層物に設けられる場合には、これらの接触層は別個に焼結されてもまたは層が互いに焼結される前に積層物に未焼結状態で設けられてもよい。

本発明の主題としての積層物は、固着層が存在することにより、拡散層とコレクタ層との間に改善された機械的結合を有している。この固着層の寸法（厚さ、重量および多孔性）は、最小に維持されているので、積層物の重量は不必要に増加しないが、機械的な硬さは経時的に改善されている。この改善された機械的結合により、積層物の層において測定される電気抵抗は最小に維持されることになる。このような固着層を含まない同じ積層物と比較してもこの電気抵抗は低い。

本発明の主題としての積層物は、固着層を含まない焼結されていてもよい積層物である同様の層を含む積層物よりも小さい横方向の電気抵抗を有している。横方向の抵抗は、不透過性金属構造物の表面上の一点と、不透過性金属構造物の一点に最も近い、ＰＥＭに対して使用される接続層の面の一点との間で測定される電気抵抗を意味している。この低い抵抗は、互いに焼結されまたはコレクタ層に焼結されるいくつかの繊維の間の多数の接触点により得られるものである。

焼結後、できれば、層には、疎水性剤または親水性剤、例えば、疎水性剤としてのＴｅｆｌｏｎ（登録商標）などのポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｒｔｒａｆｌｕｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）を含浸させてもよいが、必ずしも必要ではない。

このような積層物は、本発明の主題として少なくとも２つの積層物が使用されている、燃料電池に使用することが可能である。第１の積層物の接触層と第２の積層物の接触層との間には、ＰＥＭが設けられている。ＰＥＭの両面には、要求される電気化学反応を広げるのに必要な触媒が存在している。第１の積層物の拡散層にはＨ₂が提供され、（積層物の比較的高い平面空気透過性により）拡散層全体に流動するようにしている。ＰＥＭでは、以下のような反応が広がる：
Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-

燃料電池のこの面はアノードと言われている。
Ｈ⁺は、ＰＥＭを通過してＰＥＭの反対側に伝導されるが、ｅ^-は電気伝導性接続および拡散層を通過して不透過性金属構造物に排出されている。

ｅ^-は、電気回路を介して第２の積層物の他の不透過性金属構造物に誘導されている。ｅ^-はこの第２の積層物の拡散および接続層を介して、カソード側であるＰＥＭの側の電気化学反応に提供されることになる。

Ｏ₂はこの第２の積層物の拡散層に提供され、接続層を通過してＰＥＭの表面に伝導されることになる。ここでは、Ｏ₂、ｅ^-およびＨ⁺（ＰＥＭを介して提供される）を使用する反応が生じている：
Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-→２Ｈ₂Ｏ

積層物の最適な平面の空気透過性および接続層の比較的低い垂直方向の空気透過性により、気体は最適な方法でＰＥＭ面全体に拡散されている。さらに、積層物の低い横方向の電気抵抗により、ｅ^-は、強さがあまり損失することなく、電気回路に伝導されている。

積層物が電気分解装置に使用される場合も同様の利点が得られる。少なくとも２つの積層物の同じ組み合わせが提供されている。２つの不透過性金属構造物の間には所定の電気的緊張が提供されている。不透過性金属構造物に正の電気的緊張がある積層物には、Ｈ₂Ｏが提供され、以下のようにＰＥＭ面で反応する：
２Ｈ₂Ｏ→Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-

Ｈ⁺は、ＰＥＭを通過してＰＥＭの他方の側に伝導されるが、ｅ^-は金属繊維層を通過して不透過性金属構造物に伝導されることになる。Ｏ₂は、拡散層の高い平面空気透過性により容易に排出される。

他方の側では、以下の反応が生じる：
２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂
ここで、Ｈ⁺はＰＥＭを介して提供され、ｅ^-は不透過性金属構造物（陰極である）および金属繊維層を介して提供されている。Ｈ₂は、拡散層の高い平面空気透過性により容易に排出されることになる。

本発明を、添付の図面を参照してさらに詳細に説明する。

本発明の主題としての多孔性積層物の実施形態は図１ａ、図１ｂおよび図１ｃに示されている。

積層物１０は、気体および液体不透過性金属構造物、いわゆるコレクタ層１１を備えている。図１ａ、図１ｂおよび図１ｃに示す実施形態では、合金ＡＩＳＩ３１６Ｌを含有するステンレス鋼から提供される金属板が使用されている。コレクタ層は０．４ｍｍの厚さを有している。

コレクタ層１１の一方の側に対して、金属メッシュ１２ａが焼結されている（図１ａ）。メッシュ、好ましくは、織られた金属ワイヤーメッシュは直径０．６３ｍｍの金属ワイヤーを備えている。このような織られたメッシュは厚さ１．２６ｍｍであり、空間率４４％である。
あるいは、図１ｂに示すように、幅広い金属シート１２ｂはコレクタ層に焼結されている。金属シートには、多数のスリットが設けられていた。延伸前は、金属シートは０．６ｍｍの厚さを有していた。（幅広い金属シートを得るために）延伸後、スリットは開口部になっている。幅広い金属シートは、延伸後は０．９５ｍｍの厚さで、空間率は５４％である。

あるいは、図１ｃに示すように、泡沫状金属シート１２ｃはコレクタ層に焼結されている。泡沫状金属シートは、厚さが１ｍｍ、空間率が９０％、平均孔サイズが１０〜２００μｍの範囲内である。

コレクタ層１１と、これ以降において拡散層と呼び、本発明の主題としてのワイヤーメッシュ１２ａまたは幅広い金属シート１２ｂとの間には、金属繊維の微細な層が設けられている。

この層は、これ以降において固着層と呼び、好ましくは、集束伸線されるが、必ずしもではなく、相当径が２２ｍｍである金属繊維を備えている。層は厚さが０．４ｍｍ、重量が３００ｇ／ｍ²、多孔性が８７％である。

あるいは、相当径２２μｍを有する金属繊維を備えた、厚さが０．１ｍｍ、重量が５０ｇ／ｍ²、多孔性が９０％の固着層も使用することができる。

図２に示すように、追加の層を本発明の主題としての積層物に提供してもよい。積層物２０は、図１ａまたは図１ｂの対応する層と同じ、コレクタ層２１、拡散層２２および固着層２３を備えている。

コレクタ層に接触していない拡散層の面に対して、接触層である第２の金属繊維層２４が設けられている。

この接触層２４は、８μｍの相当径で、ほぼ円形の断面を有する焼結された集束伸線ステンレス鋼繊維（合金ＡＩＳＩ １３６Ｌ）から構成されている。この接触層２４は厚さが約０．２ｍｍで、多孔性は好ましくは７０％である。

本発明の主題としての別の積層物は図３に示されている。この実施形態では、図１のコレクタ層と同じであるコレクタ層３１を備えている。
コレクタ層３１の両側３５ａ，３５ｂには、拡散層３２ａ，３２ｂが設けられ、各拡散層３２ａ，３２ｂは図２の拡散層と同じである。

本発明によると、コレクタ層３１と拡散層３２ａ，３２ｂとの間には、図２の固着層２３と同様の固着層３３ａ，３３ｂが設けられている。

図２に示すように、接触層３４ａ，３４ｂは、拡散層３２ａ，３２ｂの両側に設けられている。これらの接触層３４ａ，３４ｂは、図２の接触層と同じである。

図４に示すように、層１１とメッシュまたは伸縮性金属１２との間の接触および接続は、繊維層１３の存在によって改善されている。

繊維層１３の繊維４１は、コレクタ層１１の一方の面または他の繊維４１に焼結されている。別の面では、いくつかの繊維がメッシュまたは伸縮性金属１２に焼結されている。メッシュまたは伸縮性金属１２とコレクタ層１１との接続点の数は大幅に増加している。これは２つの利点を有することになる：両層間の機械的接続が改善され、繊維の金属的性質により、メッシュまたは伸縮性金属とコレクタ層との接続の電気抵抗は低下することになる。

積層物２０並びに積層物３０の両側３５ａ，３５ｂの平面空気透過性は、図５ａ〜５ｃに示すように測定される。
図５ａに示すように、長辺５０２および短辺５０３を有する積層物の長方形の試料（５０１）は、２つのクランプ５０５によって２枚のシール５０４の間に固定される。シール５０４のシーラント物質は、好ましくは、非圧縮時に約１０ｍｍの厚さを有するＨＤ ＰＥ−泡沫である。クランプ５０５は、好ましくは、金属製である。全ての部品は、閉め具手段５０６、例えば、クリップによって一体的に保持されている。
この集成物は、長辺５０２の下側に配置された、径５１０の穴（図５ｂおよび図５ｃを参照）が設けられているシーラント５０７に配置されている。集成物の径５０８，５０９は、少なくとも、穴の径５１０よりも少なくとも２ｃｍ長い。
短辺５０３の高さ５１５は２．５ｃｍがとられている。
図５ｂのＡＡ‘による断面および図５ｃのＢＢ’による断面において、集成物は、シーラント５０７の開口部の径に少なくとも等しいが、径５０８，５０９よりも短い径５１１で吸引開口部を有する吸引装置５１２、例えば、ＴｅｘｔｅｄｔＦＸ３３００の開口部に配置されることが示されている。
空気は、矢印５１４で示されるように、加圧２００Ｐを使用して積層物試料５０１を通過して方向５１３に吸引される。吸引される空気の容量は１分あたりで測定され、空気透過性は、１分あたりおよび開口部５１０の径の単位長さあたりとして表されている。

積層物２０並びに積層物３０の両面３５ａ，３５ｂの平面空気透過性は０．７ ｌ／ｍｉｎ^*ｃｍである。

接触層２３，３４ａまたは３４ｂの多孔性はこの平面空気透過性に有意な変化を与えないことが見出された。

接触層２４，３４ａおよび３４ｂの垂直方向の空気の透過性は、多孔性７０％の接触層について１２３ ｌ／ｍｉｎ^*ｄｍ²であると測定されている。

本発明の主題としての積層物２０または３０は、図６および図７に示すように、電気分解装置または燃料電池に使用することが可能である。

図６は、プロトン交換膜６１を使用して互いから分離されているいくつかの積層物２０および３０を備え、積層物２０または３０の接触層とＰＥＭ６１との間に適当な触媒が設けられている燃料電池６０を示している。

ＰＥＭの両側において電気化学反応が生じるように、Ｏ₂またはＨ₂が提供されている。ｅ^-は、接触層および拡散層を介して、コレクタ層によって回収されるようになっている。

コレクタ層は、電気的装置によって使用される電流が提供される適当な電気的接続装置６２を介して互いに接続され、または電池６３に接続されている。

図７において、２つの積層物２０は、触媒がコーティングされたＰＥＭ７１によって互いから分離されている。

電気的緊張は、緊張源７２によって、電気分解装置のコレクタ層に付与されている。電気分解装置に付与されるＨ₂Ｏは電気化学的に反応して、Ｏ₂およびＨ₂を提供している。

本発明の主題としての積層物を示す概略図である。 本発明の主題としての積層物を示す概略図である。 本発明の主題としての積層物を示す概略図である。 本発明の主題としての別の積層物を示す概略図である。 本発明の主題としての別の積層物を示す概略図である。 金属繊維層を介するメッシュまたは幅広い金属シートと金属板または箔との間の接続を詳細に示す概略図である。 積層物の平面空気透過性を測定するために設定した試験を示す概略図である。 積層物の平面空気透過性を測定するために設定した試験を示す概略図である。 積層物の平面空気透過性を測定するために設定した試験を示す概略図である。 本発明の主題としての燃料電池を示す概略図である。 本発明の主題としての電気分解装置を示す概略図である。

Claims (22)

1. コレクタ層、少なくとも１つの拡散層および少なくとも１つの固着層を備え、前記コレクタ層は金属箔または金属プレートであり、前記拡散層は金属メッシュまたは幅広い金属シートまたは泡沫状金属シートであって、前記固着層は金属繊維を備え、厚さが０．５ｍｍ未満であり、前記固着層は前記コレクタ層と前記拡散層との間に設けられ、前記コレクタ層、前記固着層および前記拡散層は互いに焼結されていることを特徴とする、燃料電池または電気分解装置において使用される積層物。
2. ２つの拡散層および２つの固着層を備え、前記拡散層の第１の層が前記コレクタ層の一方の側に存在し、前記拡散層の第２の層が前記コレクタ層の他方の側に存在し、前記固着層が前記コレクタ層と前記拡散層との間に存在している、請求項１に記載の燃料電池または電気分解装置において使用される積層物。
3. 前記固着層は３５０ｇ／ｍ²未満の重量を有している、請求項１または２に記載の燃料電池または電気分解装置において使用される積層物。
4. 前記固着層は６０％よりも大きい多孔性を有し、該多孔性が９８％未満である、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池または電気分解装置において使用される積層物。
5. 前記拡散層は３０％よりも大きい空間率を有している、請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池または電気分解装置において使用される積層物。
6. 前記拡散層は１ｍｍよりも厚い厚さを有している、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池または電気分解装置において使用される積層物。
7. 前記拡散層は金属メッシュを備え、該金属メッシュが０．５ｍｍよりも大きい径の金属ワイヤーを備えている、請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池または電気分解装置において使用される積層物。
8. 前記拡散層は幅広い金属シートを含み、該幅広い金属シートが１．２ｍｍ未満の厚さを有している、請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池または電気分解装置において使用される積層物。
9. 前記固着層の金属繊維は２μｍよりも大きい相当径を有している、請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池または電気分解装置において使用される積層物。
10. 少なくとも１つの接触層をさらに備え、前記固着層に接続されていない前記拡散層の面に焼結されており、前記接触層が金属繊維を備えている、請求項１〜９のいずれかに記載の燃料電池または電気分解装置において使用される積層物。
11. 前記接触層の金属繊維は３０μｍ未満の相当径を有している、請求項１０に記載の燃料電池または電気分解装置において使用される積層物。
12. 前記接触層は０．２ｍｍ未満の厚さを有している、請求項１０または１１に記載の燃料電池または電気分解装置において使用される積層物。
13. 前記接触層は２００ｌ／ｍｉｎ^*ｄｍ²未満の垂直方向の空気透過性を有している、請求項１０〜１２のいずれかに記載の燃料電池または電気分解装置において使用される積層物。
14. ０．０２ｌ／ｍｉｎ^*ｃｍよりも大きい平面の空気透過性を有している、請求項１〜１３のいずれかに記載の燃料電池または電気分解装置において使用される積層物。
15. 前記固着層の金属繊維はステンレス鋼繊維である、請求項１〜１４のいずれかに記載の燃料電池または電気分解装置において使用される積層物。
16. 前記固着層の金属繊維はＮｉ−繊維またはＮｉ−合金繊維である、請求項１〜１４のいずれかに記載の燃料電池または電気分解装置において使用される積層物。
17. 前記固着層の金属繊維はＴｉ−繊維である、請求項１〜１４のいずれかに記載の燃料電池または電気分解装置において使用される積層物。
18. 前記コレクタ層、前記拡散層および前記固着層は同一金属または金属合金から提供されている、請求項１〜１７のいずれかに記載の燃料電池または電気分解装置において使用される積層物。
19. 全ての層が同一金属または金属合金から提供されている、請求項１〜１８のいずれかに記載の燃料電池または電気分解装置において使用される積層物。
20. 請求項１〜１９のいずれかに記載の積層物を備えている、燃料電池。
21. 請求項１〜１９のいずれかに記載の積層物を備えている、電気分解装置。
22. 燃料電池または電気分解装置における請求項１〜１９のいずれかに記載の積層物の用途。

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