JP2006339146A - プラズマ誘導重合による親水性燃料電池バイポーラ板コーティングの作成方法 - Google Patents
プラズマ誘導重合による親水性燃料電池バイポーラ板コーティングの作成方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】流路板を含んでなるポリマー表面を有する燃料電池の電気伝導性要素132を提供し、その流路板の少なくとも一部が、グラフトされた永続的に親水性のポリマーコーティング130を有する。その要素は、親水性のエチレン性不飽和モノマーと架橋化モノマーとのモノマー混合物の層を電気伝導性要素132に施し、その施されたモノマー混合物の層をプラズマで重合し、それによりその重合された層がポリマー表面にグラフトされることにより製造される。
【選択図】図2
Description
1つの側面では、本発明は、膜電極複合体(MEA)を含むプロトン交換膜(PEM)燃料電池における電気伝導性要素であって、その電気伝導性要素が、MEAの少なくとも1つの電極に隣接する面を有する要素を提供する。伝導性要素は、反応性ガスを電極へ分配し、燃料電池の電気化学反応から生産される水を除去するための流路を電極に隣接する面に含んでなる。1つの態様では、燃料は水素であり、酸化体は酸素(空気として供給されてもよい)である。流路は、化学結合された永続的に親水性であるポリマーコーティングを有しており、生成物である水の電池からの除去が促進されている。コーティングは、流路の少なくとも一部の上にあり、MEA間のバイポーラ板のアノード側とカソード側の両方の上の流路の、ほとんど又は本質的に全ての上にあってもよい。親水性ポリマーコーティングは、ウィルヘルミー板法を用いて測定した水についての動的接触角が、前進及び後退接触角の両方について45°又はそれ未満、好ましくは30°又はそれ未満であり、又は、静滴法での水の接触角が45°又はそれ未満、好ましくは30°又はそれ未満であり、又は、その両方である。
80重量部のポリ(エチレングリコール)アクリレートと20重量部のポリ(エチレングリコール)ジアクリレートの混合物を500重量部のアセトンで希釈してモノマー溶液を形成する。そのモノマー溶液を、各々の面中に形成された流路を有するカーボン複合体バイポーラ板の面の上に、スピンコートによりコーティング層に適用する。適用した溶液を風乾させておき、次いで、コーティング層を、マイクロ波プラズマ(800ワット、チャンバー圧力33Pa)に曝す。アルゴンを299nl/分の流速で120秒間チャンバー中に通過させる。次いで、コーティング層を完全に重合し、複合体表面へと強く結着させる。そのコーティングされた表面は、20度未満の水についての接触角を有している。接触角は、コーティングが、乾燥、熱風(90℃)、又は沸騰水にかけられても変化しない。
コーティング層を、今回は、30ml/分の窒素流速下、100ワットの前進電力(forward power)及び5ワットの反射電力で、120秒間ラジオ周波数(rf)プラズマ(13.65MHzで操作)に曝すことを除いては、実施例1を繰り返す。次いで、コーティング層を完全に重合し、複合体表面へと強く結着させる。そのコーティングされた表面は、20度未満の水についての接触角を有している。
8・・・バイポーラ板
10、12・・・集電板
14、16・・・端部接触要素
18、19、20、21、22、23・・・電気活性面
26、28、30、32、33、35・・・ガスケット又はシール
34、36、38、40・・・ガス拡散媒体
41・・・排気配管
42、44・・・供給配管
43、45・・・伝導性媒体
46、48・・・貯蔵タンク
50・・・配管
52・・・貯蔵エリア
54・・・出口配管
130・・・永続的に親水性であるポリマーコーティング
131・・・チャネル
132・・・電気伝導性材料
134・・・ランド
Claims (20)
- 燃料電池の電気伝導性要素であって、流路を含んでなるポリマー表面を含んでなり、該流路の少なくとも一部が、該ポリマー表面にグラフトされた永続的に親水性であるポリマーコーティングを有する電気伝導性要素。
- 該要素が、2つの表面含んでなるバイポーラ板であり、その各々が流路を含んでなる、請求項1に記載の電気伝導性要素。
- 該コーティングが、該コーティングのプラズマ重合中に該表面にグラフトされる、請求項2に記載の電気伝導性要素。
- 該バイポーラ板が、ポリマー/グラファイト複合体を含んでなる、請求項2に記載の電気伝導性要素。
- 該ポリマーコーティングが、水酸基、酸基、及びアミン基の少なくとも1つを含んでなる、請求項1に記載の電気伝導性要素。
- 該ポリマーコーティングが架橋されている、請求項1に記載の電気伝導性要素。
- 該流路がランドとチャネルを有し、さらに、該ランドがコーティングを有しない、請求項1に記載の電気伝導性要素。
- 該流路がランドとチャネルを有し、さらに、電流が該ランド上のコーティングを通じて流れる、請求項1に記載の電気伝導性要素。
- 該永続的に親水性であるポリマーコーティングが、前進及び後退接触角の両方について、30°又はそれ未満の水についての動的接触角を有する、請求項1に記載の電気伝導性要素。
- 燃料電池であって、電気伝導性要素により分離された電気的に直列の複数の膜電極複合体を含んでなり、該電気伝導性要素が、膜電極複合体の電極に隣接するポリマー面に流路を有し、該流路の少なくとも一部が、グラフトされている永続的に親水性であるポリマーコーティングを有する燃料電池。
- 該コーティングが、該コーティングを有する該流路の部分において液体の蓄積を減少させる、請求項10に記載の燃料電池。
- 燃料電池の電気伝導性要素を製造する方法であって:
ポリマー表面を有する電気伝導性要素を提供すること;
親水性であるエチレン性不飽和モノマーを含んでなるモノマーの層を該電気伝導性要素の表面に施すこと;及び、
該施されたモノマーの層をプラズマで重合することにより、該重合された層が該ポリマー表面にグラフトされること
を含んでなる方法。 - 該電気伝導性要素がバイポーラ板である、請求項12に記載の方法。
- 該親水性であるエチレン性不飽和モノマーが、水酸基モノマー、酸基モノマー、及びアミン基モノマーの少なくとも1つを含んでなる、請求項12に記載の方法。
- 該モノマーが架橋化モノマーをさらに含んでなり、さらに、該ポリマー表面が熱可塑性である、請求項12に記載の方法。
- 該架橋化モノマーが、アルキレングリコールジ(メタ)アクリレート及びポリアルキレングリコールジ(メタ)アクリレートの少なくとも1つを含んでなる、請求項15に記載の方法。
- 該親水性モノマーと架橋化モノマーの相対量が、約1〜50重量部の架橋化モノマーに対して、約50〜約99重量部の親水性モノマーである、請求項15に記載の方法。
- 該プラズマが、マイクロ波又はラジオ周波数エネルギー発生器により生成される、請求項12に記載の方法。
- 該重合された層が、窒素及び希ガスの少なくとも1つ中で生成される、請求項12に記載の方法。
- 該重合された層が、前進及び後退接触角の両方について、30°又はそれ未満の水についての動的接触角を有する、請求項12に記載の方法。
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