JP2007180031A - サブガスケットを有するccmを製造する方法 - Google Patents

サブガスケットを有するccmを製造する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】2つの表面のそれぞれにガスケットを有するCCMアセンブリを得るための連続方法を提供する。
【解決手段】次のa)〜c)の工程を含む。a)触媒層2が2つの面の各々に適用されたイオノマー膜シートで構成された複合材料で形成されたロール巻きAを製造し;b)サブガスケットシート上にAの触媒層2の位置に対応して開口3を有し;(サブガスケット開口3面積)/(触媒層2面積)の比が90〜99%である2つのサブガスケットロール巻きBを製造し;c)積層のための2つのドラム8の間の2つのBの間にAを供給することにより、2つのBをAと熱積層して、2つのBの開口3の外周が触媒層2の領域内に入るようにし、サブガスケットが適用された触媒被覆膜(CCM)の列Aで形成されたシートの2つの表面の各々にサブガスケットBが適用されたロール巻きCを得る。
【選択図】図4

Description

本発明は、電気化学的電池に用いる、各面にサブガスケットを備えたCCM(触媒被覆膜(catalyst coated membranes)複合材料(composite)を得る方法に関する。
本発明の複合材料は、(ペル)フルオロ化イオノマーで形成された膜を含む。
触媒で被覆された表面を有する膜で形成された複合材料は、従来技術において知られている。この複合材料は、一般に、触媒被覆膜又はCCMとして知られている。2つのCCM電気触媒層は、それぞれ、電気化学的電池の正極と負極を形成する。電気触媒層は、電極がある電池のセミエレメントで起こる反応の触媒として作用する特性を有する金属を含有する層を意味する。
電気化学的デバイス、特に燃料電池において用いるために、複数の電気触媒層を有する膜を、ガス拡散のための層の少なくとも1つをCCMの各面に置くことにより、この層と組み立てる。上記の拡散層は、単一のセルを分ける二極性のプレートと接触させることにより電気的直列(electrical series)を形成する。得られたアセンブリは、燃料電池スタックとも呼ばれる。
電気化学的反応に携わるCCM表面部分は、活性領域と呼ばれる。触媒被覆層に適用される上記のガス拡散層は、二極性プレートと接触させたときにCCMの完全性を保護することと、反応物質の供給及び反応水の排出を確実にすることとの目的を有する。
電気化学的デバイスで起こる反応に不活性な材料で形成された保護フィルムの使用は、従来技術において知られている。これらの保護フィルムは、サブガスケット(subgasket)として知られている。該フィルムは、通常、MEAデバイス複合材料の両面に適用され、これはその取り扱い性を改善し、例えば電気化学的デバイスへの組み立てをより容易にするという目的のためである。さらに、サブガスケットは、二極性MEAプレートとの接触から高分子電解質を保護する。サブガスケットは、デバイスの非活性領域を覆い、よって、活性領域に対応する中央の空の空間を有する。サブガスケットを有するCCMを図1に報告し、ここで、(2')はサブガスケット、(1')は活性領域を表す。
よって、サブガスケットを有するCCMは、通常、次の部分から形成される:
− イオノマー膜で形成された内部層;
− 内部層の各面に1つずつ、対称に配置された次の部分:
− 通常、表面層の中央の位置に配置される活性領域と、
− 活性領域を区切る(delimiting)サブガスケット(2')と
からなる、2つの表面層(図1)。
2つの表面のそれぞれにガスケットを有する上記のようなCCMアセンブリを得るための連続方法を利用可能とする必要性が感じられていた。
本出願人は、驚くべきことにそして予期せぬことに、上記の技術的問題を解決するための連続方法を見出した。
本発明の目的は、各面にサブガスケットを有するCCMアセンブリを得るための連続方法であり、該方法は、次の工程を含む:
a)一定間隔で長手方向に対称に配置された電気触媒層(2)を各面に有するイオノマー膜シートで構成された中心層(1)で図2に示すように形成された複合材料(20)で形成されたロール巻き(roll)(A)を製造し、
b)サブガスケットシート(21)が、ロール巻き(A)の電気触媒層(2)の位置に対応する開口(3)を有し、(サブガスケット開口(3)面積)/(電気触媒層(2)面積)のパーセントでの比が90〜99%である、図3に示す幾何学的配置を有する2つのサブガスケットロール巻き(B)を製造し、
c)図4に示すように、2つのドラム(8)の間の2つのロール巻き(B)の間にロール巻き(A)を供給することにより、2つのロール巻き(B)をロール巻き(A)と熱積層(hot lamination)して、2つのロール巻き(B)の開口(3)の外周(perimeter)が電気触媒層(2)の領域内に入るようにし、サブガスケットが貼り付けされたCCMの列で形成されたロール巻き(C)を得る(図5を参照されたい)。
本発明の方法の透視概略図である図4において、(7)はサブガスケットにより被覆されていない電気触媒層を表し、(6)はサブガスケット(5)で被覆された電気触媒層を表す。
通常、2つのサブガスケットロール巻き(B)は、ロール巻き(A)と同じ幅を有する。
2つのサブガスケットを有するCCMの平面図を表す図5において、(5)はサブガスケットシートを表し、(7)及び(6)は図4と同じ意味を有する。
ロール巻き(C)から、サブガスケットを有するCCMが切り出され、電気化学的デバイスにおいて用いることができる。
工程a)において、ロール巻き(A)は、例えば米国特許第6933003号に記載される連続転写(decal)方法により、膜シートを電気触媒層と結合させることにより製造できる。別の方法は、例えば米国特許出願2005/0163920号に記載されるような膜上への電気触媒層の直接キャスティング、又は膜上への触媒の噴霧による。
MEAデバイスの膜及び電気触媒層は、380〜1600g/eq、好ましくは500〜1200g/eq、さらにより好ましくは750〜950g/eqの当量(equivalent weight)を有する−SO3Hの形又は中和された形のスルホン酸基を有する(ペル)フルオロ化イオノマーを用いることにより得ることができる。好ましいイオノマーは、次の単位を含む:
(A)少なくとも1のエチレン性不飽和を含有する1又は複数のフッ素化モノマーに由来するモノマー単位;
(B)イオノマーが上記の範囲の当量を有するような量で、スルホニル基−SO2Fを含むフッ素化モノマー単位。
あるいは、モノマー単位(B)で形成されるホモポリマーをイオノマーとして用いることができる。
酸型のスルホン酸基−SO3Hを含有するイオノマーは、−SO2F基の加水分解、及び任意に−SO3H基の塩化により得ることができる。
フッ素化モノマー(A)は、次から選択される。
− フッ化ビニリデン(VDF);
− C2〜C8ペルフルオロオレフィン、好ましくはテトラフルオロエチレン(TFE);
− C2〜C8クロロ−及び/又はブロモ−及び/又はヨード−フルオロオレフィン、例えばクロロトリフルオロエチレン(CTFE)及びブロモトリフルオロエチレン;
− CF2=CFORf1(ペル)フルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)(式中、Rf1はC1〜C6(ペル)フルオロアルキル、例えばトリフルオロメチル、ブロモジフルオロメチル、ペンタフルオロプロピルである);
− CF2=CFOXペルフルオロオキシアルキルビニルエーテル(式中、Xは、1又は複数のエーテル基を有するC1〜C12ペルフルオロオキシアルキル、例えばペルフルオロ−2−プロポキシ−プロピルである);
− 一般式CFXAI=CXAIOCF2ORAI (A−I)
(式中、RAIはC1〜C6の直鎖状若しくは分岐鎖状又はC5〜C6の環状の(ペル)フルオロアルキル基、又は1〜3の酸素原子を含有する、直鎖状若しくは可能であるときに分岐鎖状のC1〜C6(ペル)フルオロオキシアルキル基であり;
AIが上記のようにフルオロアルキル又はフルオロオキシアルキルであるときに、これは、H、Cl、Br及びIから選択される等しいか又は異なる1〜2の原子を含有でき;
AIはF又はH、好ましくはFである)
のフルオロビニルエーテル(MOVE)、好ましいフルオロビニルエーテルは、CF2=CFOCF2OCF2CF3(MOVE1)、CF2=CFOCF2OCF2CF2OCF3(MOVE2)、CF2=CFOCF2OCF3(MOVE3)。
フッ素化モノマー(B)は、次の1又は複数から選択される。
− F2C=CF−O−CF2−CF2−SO2F;
− F2C=CF−O−[CF2−CXAF−O]nA−(CF2nB−SO2
(式中、XAはCl、F又はCF3であり、nAは1〜10であり、nBは2又は3である)
− F2C=CF−O−(CF2nC−SO2
(式中、nCは3〜10である)
− F2C=CF−Ar−SO2
(式中、Arは芳香環であり、該環は1〜10の炭素原子を有する脂肪族鎖を有さない1又は複数の位置において置換されていることができ、任意にヘテロ原子を含有する)。
イオノマーを製造するために(B)の代わりに又は(B)に加えて用いることができるその他のモノマー(B')は、スルホン酸イオノマーについて報告する当量を有するものである。モノマー(B')は、加水分解及び任意にその後の塩化によって−COOH酸基に変換され得る前駆体基を含有する。これらのモノマーは、任意に、−SO2F基を含有するものと混合して用いることができる。
−COOH酸基を含有するイオノマーを製造するために用いられるフッ素化モノマー(B')は、次の構造を有する。
− F2C=CF−O−CF2−CF2−Y;
− F2C=CF−O−[CF2−CXAF−O]nA−(CF2nB−Y
(式中、XAはCl、F又はCF3であり、nAは1〜10であり、nBは2又は3である);
− F2C=CF−O−(CF2nC−Y
(式中、nCは3〜10である)
− F2C=CF−Ar−Y
(式中、Arは芳香族環である)。ここで、Yは、CN、COF、COOH、COORB、COO-Me+、CONR2B3B(ここで、RBはC1〜C10、好ましくはC1〜C3アルキルであり、R2B及びR3Bは等しいか又は異なって、Hであるか又はRBと同じ意味を有し、Meはアルカリ金属である)から選択されるカルボキシル基の前駆体基である。
上記のように、上記の式を有するフッ素化モノマー(B')は、−SO2Fスルホニル基を含有するフッ素化モノマーと混合でき、モノマー(B)及びモノマー(B')の全量は、イオノマーの当量が上記の範囲であるようなものである。
本発明のフッ素化イオノマーは、任意に、式:
12C=CH−(CF2m−CH=CR56 (I)
(式中、mは2〜10、好ましくは4〜8であり;
1、R2、R5、R6は互いに等しいか又は異なって、H又はC1〜C5アルキル基、好ましくはHである)
のビスオレフィンに由来するモノマー単位を0.01〜2モル%含有することができる。
好ましくは、本発明のデバイスの膜及び電気触媒層は:
− TFEに由来するモノマー単位;
− CF2=CF−O−CF2CF2SO2Fに由来するモノマー単位
を含むイオノマーから得ることができるペルフルオロ化イオノマーを含有する。
イオノマーの酸官能基の前駆体の加水分解は、2つの工程を含み、第一工程は塩基性環境で行われ、第二工程は酸性環境で行われ、酸型の官能基、−SO3H及び/又は−COOHを有するイオノマーを得る。例えば、スルホニル−SO2F前駆体基の場合、これらは、次の工程によりスルホン酸基−SO3Hに変換される:
− −SO2Fの形を、−SO3 -Me+(ここで、Meはアルカリ金属である)の形に塩化し;
− −SO3 -Me+の形を、−SO3Hの形へ酸性化する。
第一工程は、例えば、イオノマーポリマーを、10重量%のKOHを含有する水溶液と、60〜80℃の温度にて2時間より長い時間、−SO2F基が消失し(IR分析により決定)、−SO3 -Me+基が形成されるまで混合することにより行うことができる。塩化工程の最後に、イオノマーを好ましくは25℃以下の温度にて水を用いて洗浄する。酸性化工程は、例えば、塩化されたイオノマーを、20重量%のHClを含有する水溶液に室温にて移し、少なくとも30分間、攪拌を維持することにより行われる。最後に、上記の様式に従って水で洗浄する。
膜を製造するために用いられるイオノマーは、非晶質の(ペル)フルオロ化ポリマーであるときに、架橋可能であり得るか又は架橋することができる。膜が架橋可能なイオノマーで形成されている場合、架橋は膜上で(on the membrane)行われる。
架橋を行うために、イオノマーを架橋剤と混合する。スルホン酸フッ素化イオノマーは、例えば過酸化法により架橋される。この場合、これらは、高分子の鎖の中及び/又は端の位置にラジカル攻撃部位、例えばヨウ素及び/又は臭素原子を含有しなければならない。好ましくは、架橋可能なフッ素化スルホン酸イオノマーは:
− TFEに由来するモノマー単位;
− CF2=CF−O−CF2CF2SO2Fに由来するモノマー単位;
− 式(I)のビスオレフィンに由来するモノマー単位;
− 端の位置にヨウ素原子
を含む。
上記のヨウ素及び/又は臭素原子のポリマー鎖への導入は、反応混合物において、臭素化及び/又はヨウ素化「硬化部位(cure-site)」コモノマー、例えば米国特許第4035565号及び米国特許第4694045号に記載されるような2〜10炭素原子を有するブロモ−及び/又はヨード−オレフィン、或いは米国特許第4745165号、米国特許第4564662号及び欧州特許第199138号に記載されるようなヨード−及び/又はブロモ−フルオロ−アルキルビニルエーテルを、最終生成物中の「硬化部位」コモノマーの含量が、他のベースのモノマー単位100モル当たり、通常、0.05〜2モルであるような量で加えることにより行うことができる。
代わりに、又は「硬化部位」コモノマーと組み合わせて、端のヨウ素及び/又は臭素原子の導入は、反応混合物に、ヨウ素化及び/又は臭素化連鎖移動剤、例えば式Rf1(I)x(Br)y(式中、Rf1は、1〜8炭素原子を有する(ペル)フルオロアルキル又は(ペル)フルオロクロロアルキルであり、x及びyは0〜2で1≦x+y≦2の整数である)の化合物(例えば米国特許第4242770号及び米国特許第4943622号を参照されたい)を加えることにより行うことができる。米国特許第5173553号に従って、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のヨウ化物及び/又は臭化物を連鎖移動剤として用いることもできる。
好ましくはラジカルタイプの架橋は、式(I)のビスオレフィンの単位と端の位置にヨウ素とを含有するイオノマーを用いる。
スルホン酸イオノマーは、用いる過酸化物の種類に応じて100〜200℃の範囲の温度にて、加熱によりラジカルを発生できる過酸化物を加えることにより、ラジカル様式で架橋される。一般的に、過酸化物の量は、ポリマーに対して0.1〜5重量%である。用いることができる過酸化物のうち、次のものを挙げることができる:ジアルキルペルオキシド、例えばジ−tert−ブチル−ペルオキシド及び2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルペルオキシ)−ヘキサン;ジクミルペルオキシド;ジベンゾイルペルオキシド;ジ−tert−ブチルペルベンゾエート;ジ−1,3−ジメチル−3−(tert−ブチルペルオキシ)ブチルカーボネート。その他の過酸化系は、例えば欧州特許第136596号及び欧州特許第410351号に記載される。
任意に、次の成分を、架橋剤と共にイオノマー混合物に加えることができる:
− ポリマーに対して0.5〜10重量%、好ましくは1〜7重量%の架橋助剤(crosslinking co-agent)。架橋助剤としては、トリアリル−シアヌレート;トリアリル−イソシアヌレート(TAIC);トリス(ジアリルアミン)−s−トリアジン;トリアリルホスファイト;N,N−ジアリルアクリルアミド;N,N,N’,N’−テトラアリル−マロンアミド;トリビニル−イソシアヌレート;2,4,6−トリビニル−メチルトリシロキサン;N,N’−ビスアリルビシクロ−オクト−7−エン−ジスクシンイミド(BOSA);式(I)のビスオレフィン、トリアジンを挙げることができる。
− ポリマーに対して1〜15重量%、好ましくは2〜10重量%の量の金属化合物。該金属化合物は、二価の金属酸化物又は金属水酸化物、例えば弱酸の塩、例えばBa、Na、K、Pb、Caのステアリン酸塩、安息香酸塩、カルボン酸塩、シュウ酸塩又は亜リン酸塩と任意に会合したMg、Zn、Ca又はPbから選択される。
− 通常の添加剤、例えば増粘剤、顔料、抗酸化剤、安定剤など;
− 無機又は高分子の補強充填剤、好ましくは任意にフィブリル化してよい(fibrilable)PTFE。好ましくは、該充填剤は、10〜100nm、好ましくは10〜60nmの粒子サイズを有する。
用いられるイオノマーは、別のフルオロポリマーと任意に混合することができる。例えば、結晶フルオロポリマー、例えばHFP(ヘキサフルオロプロペン)、VE(ビニルエーテル)のようなコモノマーで任意に改質されていてよいPTFE、例えばMFA、PFA、VEで任意に改質されていてよいFEP;PVDF、ECTFE、ETFE、PCTFEを挙げることができる。
イオノマーと共に硬化可能な(co-curable)フルオロエラストマー、好ましくはペルフルオロエラストマーも用いることができる。好ましくは、共に硬化可能なフルオロエラストマーは、ヨウ素及び/又は臭素原子を含有する。例えば、TFE/ペルフルオロメチルビニルエーテルの2つのモノマー間のモル比が80/20〜60/40の範囲であるTFE/ペルフルオロメチルビニルエーテルコポリマーを挙げることができる。上記のコポリマーは、例えば欧州特許第661304号に記載され、イオノマーに対して0〜50重量%の量で用いられる。
イオノマーとフルオロエラストマーとの混合物は、例えば、固体重合体(solid polymers)の物理的ブレンド又は重合ラテックスの物理的ブレンドであり得る。この場合、用いられる過酸化物のパーセンテージは、イオノマーとフルオロエラストマーで形成される混合物についてのものである。また、それぞれの重量パーセンテージで添加される任意の剤は、上記の混合物に対してのものである。
架橋ブレンドは、例えば機械的混合機を用いることにより製造される。
架橋相においてヨウ素を用いる場合、その微量の残渣は、好ましくは200〜250℃の範囲の温度での熱後処理により、膜から除去できる。
本発明によるMEAデバイスの膜及び電気触媒層は、例えば欧州特許第1004615号及び米国特許第4433082号に記載されるようにして製造されたイオノマー溶液及び/又は懸濁液を用いて製造される。膜は、例えば米国特許第466648号及び米国特許第4610762号に記載されるようにして、イオノマー溶液及び/又は懸濁液を非多孔質基材上にキャストすることにより得られる。或いは、膜は、例えば欧州特許第1239000号又は特許出願WO97/40924号に記載されるようにして、多孔質の不活性基材を浸漬することにより製造できる。
膜は、例えば欧州特許第1589062号に記載されるようにして、押出又はスカイビング(skiving)により製造することもできる。
膜及び電気触媒層は、通常、3〜100μmの範囲の厚みを有する。膜は、好ましくは10〜80μm、より好ましくは15〜60μmである。電気触媒層は、好ましくは5〜50μm、より好ましくは5〜30μmである。
電気触媒層は、イオノマーと触媒、好ましくはPt又はPtと1若しくは複数の金属、例えばRu、Rh、Moとの混合物とを含む。触媒は、微細に分散され、好ましくは炭素粉末に担持される。次の名称で知られている:バルカン(Vulcan)XC−72、ケッチェンブラック、ブラックパール(Black Pearls)、シャウィニガン(Shawinigan)アセチレンブラックなどの粉末を、例えば用いることができる。イオノマーは、膜及び/又はその他の電気触媒層において用いられるイオノマーとは組成及び/又は当量が等しくても異なっていてもよい。2つの電気触媒層のそれぞれにおける触媒とイオノマーとの重量比は、通常、0.5〜4、好ましくは0.5〜2.5の範囲である。触媒中の金属及び基材の重量比は、好ましくは、10又はそれより高く、燃料として水素が用いられる場合は、該比は20〜60であり、メタノールが用いられる場合は60〜100である。
電気触媒層のcm2当たりの触媒金属のmgの比は、通常、0.01〜2の範囲である。電池において水素が燃料として用いられる場合、比(触媒金属のmg)/(電気触媒層のcm2)は、好ましくは0.01〜0.7mg/cm2であり、陰極側では0.1〜0.7mg/cm2の範囲の比のものを用いることが好ましい。燃料としてメタノールを用いる場合、上記の比は好ましくは、陽極側で0.3〜1mg/cm2であり、陰極側で0.5〜2mg/cm2である。
サブガスケットロール巻き(B)は、水素化及びフッ素化熱可塑性ポリマーシートを用いて製造できる。PET、ポリアミド、FEPを挙げることができる。
サブガスケットロール巻き(B)は、次の方法の1つを用いてCCMロール巻き(A)に適用される。
a')熱可塑性ゴム又は炭化水素樹脂で通常つくられるホットメルト接着剤を用いて、ロール巻き(A)と接触する面にサブガスケットロール巻き(B)を接着する、
b')感圧接着剤を用いて、ロール巻き(A)と接触する面にサブガスケットロール巻き(B)を接着する、
c')100〜150℃の軟化点を有する熱可塑性ポリマーのサブガスケットロール巻き(B)を用いる。
好ましくは、よりよい接着のために方法a')を用いる。好ましいホットメルト接着剤は、EVA(エチレン酢酸ビニル)である。方法a')は、また、サブガスケットを有するCCMアセンブリの不連続(discontinuous)製造を行うことを可能にする。このことは、(A)及び(B)が、ホットプレートプレスを用いることによるホットプレスにより接着されることを意味する。
本出願人は、驚くべきことにそして予期せぬことに、ホットメルト接着剤を用いると、CCMとサブガスケットとの間の接着の耐久性がよりよくなり、サブガスケットとCCMの組み立て時間(assembling time)が低減されることを見出した。
連続方法の工程b)において、ロール巻き(B)の開口(3)は、例えば、既知の技術を用いる連続押抜き(punching)法により得ることができる。
工程c)において、熱積層は、通常、次の条件下で行われる。
− ロール巻き前進速度:0.1〜5m/分;
− 積層されるシート上の圧力:5〜40Kg/cm2
− ロール巻き(B)の製造のために用いられた接着剤の材料及び種類に依存して変動する温度。好ましくは、積層温度は、100℃以上かつ150℃以下、好ましくは120℃以下である。
サブガスケットロール巻き(B)がPETで形成されかつEVAで接着される場合に、積層温度は110〜130℃が用いられる。
100〜150℃の軟化点の熱可塑性物質でつくられたサブガスケットロール巻き(B)を用いる場合、通常、熱可塑性物質の軟化点より約1〜5℃低い積層温度にて操作する。
膜を製造するために用いるイオノマーの製造は、塊、溶液、懸濁、乳化のラジカル重合プロセスで行うことができる。米国特許第3282875号、米国特許第6639011号、米国特許第6555639号を参照されたい。
例えば、水性のエマルジョン又はマイクロエマルジョン重合を挙げることができる。これらの重合において用い得る界面活性剤は、(ペル)フルオロ化界面活性剤、例えばペルフルオロオクタン酸、ペルフルオロノナン酸、ペルフルオロデカン酸の塩(以下で規定される)又はそれらの混合物など、NH4 +又はアルカリ金属カチオンで塩化された酸末端基(例えば−COOH、−SO3H)を有し、他方の末端基が(ペル)フルオロ化されており、1つのH又はCl原子を任意に含有していてもよい(ペル)フルオロポリエーテルである。ペルフルオロポリエーテル界面活性剤の数平均分子量は、通常、300〜1800、好ましくは350〜750の範囲である。
マイクロエマルジョン重合は、当該技術において知られている。米国特許第6555639号を参照されたい。
特に、イオノマーの製造は、反応媒体において、界面活性剤として式:
f−X1 -+
(式中、X1は−COO又は−SO3に等しく;
MはH、NH4又はアルカリ金属から選択され;
fは、好ましくは約300〜約1800、より好ましくは300〜750の数平均分子量を有する(ペル)フルオロポリエーテル鎖であり、該(ペル)フルオロポリエーテル鎖は、次の
a) −(C36O)−;
b) −(CF2CF2O)−;
c) −(CFL0O)− (式中、L0は−F、−CF3である);
d) −CF2(CF2z'CF2O− (式中、z'は1又は2の整数である);
e) −CH2CF2CF2O−
の1又は複数から選択される反復単位を有する)
のものを用いる水性エマルジョンを用いることにより行う。
fは、一官能性であり、(ペル)フルオロオキシアルキル末端基T、例えばCF3O−、C25O−、C37O−を有する。任意に、ペルフルオロアルキル末端基において、1つのフッ素原子が1つの塩素又は水素原子で置換されることができる。これらの末端基の例は、Cl(C36O)−、H(C36O)−である。単位a)C36Oは、CF2−CF(CF3)O−又はCF(CF3)CF2O−である。
水性エマルジョン重合は、従来技術において公知である。米国特許第6639011号を参照されたい。
上記の式において、Rfは、次の構造の1つを有することが好ましい。
1) T−(CF2O)a−(CF2CF2O)b−CF2
(式中、a及びbは整数であり、b/aが0.3以上かつ10以下であり、aは0とは異なる整数である);
2) T−CF2(CF2z'−CF2O)b'−CF2
(式中、b’及びz’は整数であり、z’は1又は2に等しい整数である);
3) T−(C36O)r−(C24O)b−(CFL0O)t−CF2
(式中、r、b及びtは整数であり、r/bは0.5〜2.0の範囲であり、bは0とは異なり;(r+b)/tは10〜30の範囲であり、tは0とは異なり;単位C36Oは、−CF2CF(CF3)O−又は−CF(CF3)−CF2O−であり得る);
ここで、a、b、b’、r及びtは整数であり、それらの合計が、Rfが上記の数平均分子量の値を有するようなものである。
fが次の式:
T−(CF2CF(CF3)O)m(CF2O)n−CF2
(式中、m及びnは整数であり、m/nが1〜30の範囲であり、nは0とは異なり;Tは−OCF3又は−OCF2Clである)を有する化合物が、さらにより好ましい。
(ペル)フルオロポリエーテルRfは、従来技術において公知の方法を用いて得ることができ、例えば、本明細書に参照として組み込まれる次の特許を参照されたい:米国特許第3665041号、米国特許第2242218号、米国特許第3715378号、及び欧州特許第239123号。ヒドロキシル末端で官能化されたフルオロポリエーテルは、例えば、欧州特許第148482号、米国特許第3810874号に従って得られる。末端官能基は、該特許に記載される方法を用いて得られる。
連鎖移動剤を、重合において用いることができる。例えば、米国特許第5173553号によるアルカリ金属又はアルカリ土類金属のヨウ化物又は臭化物が挙げられる。好ましくは、水素含有連鎖移動剤、例えば炭化水素、アルコール、特に酢酸エチル及びエタンが用いられる。
本発明の方法において用いられる重合開始剤は、好ましくはラジカル無機開始剤であり、例えば任意に鉄、銅又は銀の塩と組み合わせた過硫酸化アンモニウム及び/又は過硫酸化カリウム及び/又は過硫酸化ナトリウムである。重合反応器への開始剤の供給方法は、連続様式であるか、又は重合の始めに単回添加することによることが可能である。
重合反応は、通常、25〜70℃、好ましくは50〜60℃の温度にて、30バール(3MPa)まで、好ましくは8バール(0.8MPa)より高い圧力の下で行われる。
モノマー(B)は、連続様式又は段階的に重合反応器に供給される。
重合が終了したときに、イオノマーを、通常の方法、例えば電解質の添加による凝集又は凍結により単離する。
本発明のさらなる目的は、ロール巻き(A)表面と接触する面にホットメルト接着剤を用いて接着されたサブガスケットロール巻き(B)を用いることによる、本発明の方法に従って得ることができるサブガスケットを有するCCMアセンブリである。好ましくは、ホットメルト接着剤として、EVA(エチレン酢酸ビニル)が用いられる。
以下の実施例は、本発明を限定することなく説明する。
実施例1
DECAL法による、ホットメルト接着剤で接着されたサブガスケットを有するCCM組み立て
厚さ50μmであり、10000×400mmのサイズの、TFE/CF2=CF−O(CF22−SO3Hコポリマーからなる押出イオノマー膜Hyflon(登録商標)Ion(ソルヴェイ ソレクシス社製)のロール巻きを用いる。
サブガスケットとして、32μmの厚さを有し、一方の面をエチレン酢酸ビニル(EVA)(Perfex、PRIMAs.r.l.社製,ミラノ)で処理したPETを用いた。
触媒インクを、白金担持カーボン(TEC10V50E,TANAKA GP社製,日本)と、ヒドロアルコール溶媒中のHyflon(登録商標)Ion(ソルヴェイ ソレクシス社製)イオノマー分散液との1:1(重量比)の混合物から製造した。長さ10000mmの非多孔質PTFE基材のロール巻き上に、間に80mmの空の領域を有し、基材自体の幅の方向について中央にある358×138mmの面を有する方形の表面上に、100μmの厚さの触媒インクを、層化(stratifying)ナイフ(BRAIVE)を用いて広げる。通気されたオーブンにロール巻きを連続的に供給し、ここで触媒インクは乾燥される(供給速度は、65℃でのオーブンにおける滞留時間が30分となるように調節する)。一方の面に触媒インクの方形の表面を有する、長さ10000mmの2つの基材ロール巻きを製造する。
工程a)
それぞれ第一基材、イオノマー膜及び第二基材(堆積された触媒インクを有する基材面はイオノマー膜に面し、触媒インクの方形が膜の2つの面上に互いに整列することとなる)で形成された複合材料(A)は、次のパラメータによるカレンダー構成のドラムの中に挿入される。
ドラム温度: 170℃
複合材料に与えられる圧力: 40Kg/cm2
複合材料前進速度: 0.5m/分
「DECAL」法(米国特許第5211984号及び米国特許第5234777号)を用い、連続方式で操作することにより、2つの触媒層をPTFE基材からイオノマー膜に転写する。
次いで、2つのPTFE基材ロール巻きを除去し、触媒層がイオノマー膜ロール巻きに完全に接着したままであることを確かめる。長さ10000mmのイオノマー膜ロール巻きを得る。図2を参照されたい。ロール巻きは、両面に、80mmの間隔で358×138mmのサイズの乾燥された触媒インクの方形を有する。
工程b)
それぞれ長さ10000mm及び幅400mmの、上記の材料でできたサブガスケットの2つのロール巻き(B)を製造する。各ロール巻きに、幅に対して中央に、88mmの間隔で350×130mmのサイズの方形のくぼみをつくる。図3を参照されたい。
工程c)
それぞれ第一サブガスケットロール巻き、各面に乾燥された触媒インクの方形領域を有するイオノマー膜シート、及び第二サブガスケットロール巻きからなる複合材料(C)を、以下の条件を考慮して製造する。
− サブガスケットの接着される面がイオノマー膜に面する;
− 乾燥された触媒インクの方形が、サブガスケットに作られた方形のくぼみを包含し、各面にサブガスケットと触媒領域の重複した領域を有する。
図4を参照されたい。
上記のようにして製造された複合材料(C)は、次の条件で操作するカレンダー構成のドラムの間に挿入される。
ドラム温度: 115℃
複合材料に与えられる圧力: 10Kg/cm2
ロール巻き速度: 0.8m/分
このようにして長さ10000mmのロール巻きを得て、平行の線に従ってロール巻きを横断して切断することにより、サブガスケットを有する45のCCMを得ることができる。上記の線は、活性領域の外部に位置する。切断線の間の間隔は、例えば218mmである。サブガスケットを有するこれらのCCMのそれぞれは:
− 外部サイズ400×218mm;
− 活性領域サイズ350×130mm
を有する。
図6A及び6Bは、得ることができるCCMの例を示す。これらの図において、CCMの外部フレームに相当する点を付した領域は、サブガスケットで覆われたCCM領域であり、フレーム(6)は、サブガスケットと触媒領域との間の重複領域を表し、(7)は、活性領域を表す。
CCMへのサブガスケットの適用に要した時間(工程c)は、12.5分である。
実施例2
140℃の軟化点のPETサブガスケットを有するCCMアセンブリのDECAL法による製造
実施例1と同様にして、工程a)及びb)を繰り返す。
工程a)において、長さ10000mmのイオノマー膜ロール巻きを得る。図2を参照されたい。該ロール巻きは、両面に、80mmの間隔で、358×138mmのサイズの乾燥された触媒インクの方形を有する。
工程b)において、140℃の軟化点のPETサブガスケットの2つのロール巻き(B)を製造し、それぞれのロール巻きは、長さ10000mm及び幅400mmである。両方のロール巻きには、350×130mmのサイズの方形のくぼみがつくられ、くぼみは互いに88mmの間隔があり、幅の方向について中央にある。
工程c)において、それぞれ第一サブガスケットロール巻き、各面に触媒インクの方形領域を有するイオノマー膜シート及び第二サブガスケットロール巻きからなる複合材料(C)を製造する。乾燥された触媒インクからなる方形は、サブガスケットに作られた方形のくぼみを包含する。各面には、触媒領域上にサブガスケットの重複したフレームが残される。
上記のようにして製造された複合材料(C)は、次のパラメータのカレンダー構成のドラムの間に挿入される。
ドラム温度 138℃
複合材料に与えられる圧力 30Kg/cm2
ロール巻き速度 0.15m/分
他のパラメータが等しい場合に、上記の値よりもより低い圧力、より低い温度又はより高いロール巻き速度が、時間の経過に耐久性がないCCMとサブガスケットとの間の接着をもたらすことが観察されている。
長さ10000mmのロール巻きが得られる。このロール巻きから、実施例1と同様の手順に従ってロール巻きを横断して切断することにより、45のサブガスケットの完全CCMが得られる。サブガスケットを有するこれらのCCMのそれぞれは:
− 外部サイズ400×218mm;
− 活性領域サイズ350×130mm
を有する。
CCMへのサブガスケットの適用に要した時間(工程c)は、66分である。
サブガスケットを有するCCMを示す。 複合材料からなるロール巻きを示す。 サブガスケットロール巻きを示す。 本発明の方法の概略図を示す。 2つのサブガスケットを有するCCMの平面図を表す。 本発明の方法により得ることができるCCMの例を示す。 本発明の方法により得ることができるCCMの例を示す。
符号の説明
1' 活性領域
2' サブガスケット
1 中心層
2 電気触媒層
3 サブガスケット開口
5 サブガスケットシート
6 サブガスケットで被覆された電気触媒層
7 サブガスケットにより被覆されていない電気触媒層
8 ドラム
20 複合材料
21 サブガスケットシート

Claims (21)

  1. 次の工程:
    a)一定間隔で長手方向に対称に配置された電気触媒層(2)を各面に有するイオノマー膜シートで構成された中心層(1)で図2に示すように形成された複合材料(20)で形成されたロール巻き(A)を製造し;
    b)サブガスケットシート(21)がロール巻き(A)の電気触媒層(2)の位置に対応する開口(3)を有し;(サブガスケット開口(3)面積)/(電気触媒層(2)面積)のパーセントでの比が90〜99%である、図3に示す幾何学的配置を有する2つのサブガスケットロール巻き(B)を製造し;
    c)図4に示すように、2つのドラム(8)の間の2つのロール巻き(B)の間にロール巻き(A)を供給することにより、2つのロール巻き(B)をロール巻き(A)と熱積層して、2つのロール巻き(B)の開口(3)の外周が電気触媒層(2)の領域内に入るようにし、サブガスケットが適用された触媒被覆膜(CCM)の列で形成されたロール巻き(C)を得る
    を含む、CCMの両面にサブガスケットを有するCCMアセンブリを製造する連続方法。
  2. 2つのサブガスケットロール巻き(B)が、ロール巻き(A)と同じ幅である請求項1に記載の方法。
  3. 前記サブガスケットロール巻き(B)が、水素化及び/又はフッ素化された熱可塑性ポリマーシートを用いて製造される請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記サブガスケットロール巻き(B)が、CCMロール巻き(A)に、次の方法:
    a')ホットメルト接着剤を用いて、ロール巻き(A)と接触する面にサブガスケットロール巻き(B)を接着する、
    b')感圧接着剤を用いて、ロール巻き(A)と接触する面にサブガスケットロール巻き(B)を接着する、
    c')100〜150℃の軟化点を有する熱可塑性ポリマーのサブガスケットロール巻き(B)を用いる
    の1つにより適用される請求項1〜3のいずれか1つに記載の方法。
  5. 方法a')を用いる請求項4に記載の方法。
  6. ホットメルト接着剤が、EVA(エチレン酢酸ビニル)である請求項5に記載の方法。
  7. 工程c)において、熱積層が、次の条件下:
    − ロール巻き前進速度:0.1〜5m/分;
    − 積層されるシートへの圧力:5〜40Kg/cm2
    − 100℃より高くかつ150℃以下、好ましくは120℃以下の温度
    で行われる請求項1〜6のいずれか1つに記載の方法。
  8. サブガスケットロール巻き(B)がPETで形成されかつEVAで接着される場合に、積層温度が110〜130℃である請求項1〜7のいずれか1つに記載の方法。
  9. ロール巻き(A)の膜及び電気触媒層が、380〜1600g/eq、好ましくは500〜1200g/eq、さらにより好ましくは750〜950g/eqの当量を有する酸型−SO3H又は中和型のスルホン酸基を有する(ペル)フルオロ化イオノマーを用いて得ることができる請求項1〜8のいずれか1つに記載の方法。
  10. イオノマーが、以下の単位:
    (A)少なくとも1のエチレン性不飽和を含有する1又は複数のフッ素化モノマーに由来するモノマー単位;
    (B)イオノマーが前記範囲の当量を有するような量でスルホニル基−SO2Fを含むフッ素化モノマー単位
    を含み、該−SO2F基が酸型−SO3Hに変換されているか又は塩化されている請求項9に記載の方法。
  11. 前記イオノマーが、前記モノマー単位(B)で形成されたホモポリマーであり、該イオノマーが、−SO2F基の加水分解により得ることができる酸型−SO3H又は塩化された形のスルホン酸基を含有する請求項10に記載の方法。
  12. 前記タイプ(A)のフッ素化モノマーが、次の:
    − フッ化ビニリデン(VDF);
    − C2〜C8ペルフルオロオレフィン、好ましくはテトラフルオロエチレン(TFE);
    − C2〜C8クロロ−及び/又はブロモ−及び/又はヨード−フルオロオレフィン、例えばクロロトリフルオロエチレン(CTFE)及びブロモトリフルオロエチレン;
    − CF2=CFORf1(ペル)フルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)(式中、Rf1はC1〜C6(ペル)フルオロアルキル、例えばトリフルオロメチル、ブロモジフルオロメチル、ペンタフルオロプロピルである);
    − CF2=CFOXペルフルオロ−オキシアルキルビニルエーテル(式中、Xは、1又は複数のエーテル基を有するC1〜C12ペルフルオロオキシアルキル、例えばペルフルオロ−2−プロポキシ−プロピルである);
    − 一般式CFXAI=CXAIOCF2ORAI (A−I)
    (式中、RAIはC1〜C6の直鎖状若しくは分岐鎖状又はC5〜C6の環状の(ペル)フルオロアルキル基、又は1〜3の酸素原子を含有する、直鎖状若しくは可能であるときに分岐鎖状のC1〜C6(ペル)フルオロ−オキシアルキル基であり;
    AIが前記のようにフルオロアルキル又はフルオロ−オキシアルキルであるときに、これは、H、Cl、Br及びIから選択される等しいか又は異なる1〜2の原子を含有でき;
    AIはF又はH、好ましくはFである)
    のフルオロビニルエーテル(MOVE)、好ましくはCF2=CFOCF2OCF2CF3(MOVE1)、CF2=CFOCF2OCF2CF2OCF3(MOVE2)、CF2=CFOCF2OCF3(MOVE3)
    から選択される請求項10又は11に記載の方法。
  13. スルホン酸イオノマーについて記載した当量を有するイオノマーの製造のためのモノマー(B)に代えて又はこれに加えて、加水分解及び任意にその後の塩化により酸基−COOHに変換される前駆体基を含有するモノマー(B')を用い、前記モノマー(B')は、任意にモノマー(B)と混合して用いられる請求項9〜12のいずれか1つに記載の方法。
  14. 前記イオノマーが、式:
    12C=CH−(CF2m−CH=CR56 (I)
    (式中、mは2〜10、好ましくは4〜8であり;
    1、R2、R5、R6は互いに等しいか又は異なって、H又はC1〜C5アルキル基、好ましくはHである)
    のビスオレフィンに由来するモノマー単位を0.01〜2モル%含有する請求項1〜11のいずれか1つに記載の方法。
  15. 前記膜及び電気触媒層が:
    − TFEに由来するモノマー単位;
    − CF2=CF−O−CF2CF2SO2Fに由来するモノマー単位
    を含むイオノマーから得ることができるペルフルオロ化イオノマーを含有する請求項9〜14のいずれか1つに記載の方法。
  16. 前記イオノマーが、架橋されているか又は架橋可能である請求項9〜15のいずれか1つに記載の方法。
  17. 前記電気触媒層が、イオノマーと触媒、好ましくはPt又はPtと1若しくは複数の金属、好ましくはRu、Rh、Moとの混合物とを含み、該触媒が微細に分散され、好ましくは炭素粉末状に担持されている請求項1〜16のいずれか1つに記載の方法。
  18. 2つの電気触媒層のそれぞれにおける触媒とイオノマーの重量比が、0.5〜4、好ましくは0.5〜2.5である請求項17に記載の方法。
  19. 電気触媒層のcm2当たりの触媒金属のmgの比が、0.01〜2の範囲である請求項17又は18に記載の方法。
  20. ロール巻き(A)の表面と接触する面でホットメルト接着剤により接着されたサブガスケットロール巻き(B)を用いる請求項1に記載の方法で得ることができるアセンブリ。
  21. ホットメルト接着剤が、EVA(エチレン酢酸ビニル)である請求項20に記載のアセンブリ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012128106A1 (ja) 2011-03-18 2012-09-27 凸版印刷株式会社 ガスケット付き電解質膜製造装置及びガスケット付き電解質膜の製造方法
WO2015098068A1 (ja) * 2013-12-27 2015-07-02 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法及び製造装置
US9954242B2 (en) 2010-07-22 2018-04-24 Kolon Industries, Inc. Membrane-electrode assembly with a protective layer, and fuel cell stack and fabricating method of membrane-electrode assembly

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8426078B2 (en) 2007-12-21 2013-04-23 3M Innovative Properties Company Manufacturing of fuel cell membrane electrode assemblies incorporating photocurable cationic crosslinkable resin gasket
JP5706443B2 (ja) 2009-12-22 2015-04-22 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー サブガスケット付スリフトされた膜を組み込んだ燃料電池のサブアセンブリ
DE102010025812A1 (de) 2010-07-01 2012-01-05 Daimler Ag Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils
DE102012011441A1 (de) * 2011-07-02 2013-01-03 Volkswagen Aktiengesellschaft Membran-Elektroden-Einheit für eine Brennstoffzelle
CN102496728B (zh) * 2011-12-28 2014-04-09 武汉理工大学 Ccm双面密封层贴合方法
KR101637711B1 (ko) * 2014-10-30 2016-07-07 현대자동차주식회사 연료전지의 고분자 전해질막-전극 접합체용 전극의 분리방법과 그 장치
KR101776755B1 (ko) 2016-03-04 2017-09-08 현대자동차 주식회사 연료전지 부품의 제조장치 및 제조방법
CN108819428A (zh) * 2018-07-12 2018-11-16 贵州贵安新区众鑫捷创科技有限公司 一种ccm双面密封层贴合方法
JP7258725B2 (ja) * 2019-11-15 2023-04-17 株式会社Screenホールディングス サブガスケット付膜電極接合体の製造装置および製造方法
JP7258726B2 (ja) * 2019-11-15 2023-04-17 株式会社Screenホールディングス サブガスケット付膜電極接合体の製造方法および製造装置、サブガスケット付膜電極接合体
CN112582655B (zh) * 2020-12-08 2021-10-22 无锡先导智能装备股份有限公司 膜电极的制造设备
CN112582654B (zh) * 2020-12-08 2021-12-14 无锡先导智能装备股份有限公司 膜电极的制造方法
WO2022120557A1 (zh) * 2020-12-08 2022-06-16 无锡先导智能装备股份有限公司 膜电极的制造方法
DE102021209815A1 (de) 2021-09-06 2023-03-09 OPTIMA life science GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Membran-Baugruppe

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05242897A (ja) * 1992-02-26 1993-09-21 Fuji Electric Co Ltd 固体高分子電解質型燃料電池
JPH1145729A (ja) * 1997-07-25 1999-02-16 Fuji Electric Co Ltd 固体高分子電解質型燃料電池
JPH11204122A (ja) * 1998-01-19 1999-07-30 Toshiba Corp 固体高分子電解質型燃料電池
JP2004047230A (ja) * 2002-07-10 2004-02-12 Asahi Glass Co Ltd 固体高分子型燃料電池
JP2004134392A (ja) * 2002-09-30 2004-04-30 Umicore Ag & Co Kg 保護フィルム層を備える触媒コーティングされたイオノマー膜およびその膜から作製される膜電極アセンブリ
JP2004335466A (ja) * 2003-04-30 2004-11-25 Hewlett-Packard Development Co Lp 膜電極アセンブリ及びその製造方法
JP2006528414A (ja) * 2003-07-22 2006-12-14 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー 平面のフレーム付膜電極アセンブリアレイおよびそれを含む燃料電池を製造するためのプロセス
JP2007503704A (ja) * 2003-05-28 2007-02-22 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー ロールグッド燃料電池製造プロセス、設備、およびそれらから製造された物品

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2242218A (en) 1936-08-14 1941-05-20 Auer Laszlo Sizing textiles
US3282875A (en) 1964-07-22 1966-11-01 Du Pont Fluorocarbon vinyl ether polymers
DE1745169B2 (de) 1967-02-09 1977-04-21 Montecatini Edison S.P.A., Mailand (Italien) Fluorierte lineare polyaether und verfahren zu ihrer herstellung
US3665041A (en) 1967-04-04 1972-05-23 Montedison Spa Perfluorinated polyethers and process for their preparation
US3810874A (en) 1969-03-10 1974-05-14 Minnesota Mining & Mfg Polymers prepared from poly(perfluoro-alkylene oxide) compounds
US3660200A (en) * 1969-07-09 1972-05-02 Robert E Anderson Process for bonding preheated thermoplastic film to a dissimilar substrate
US4035565A (en) 1975-03-27 1977-07-12 E. I. Du Pont De Nemours And Company Fluoropolymer containing a small amount of bromine-containing olefin units
JPS53125491A (en) 1977-04-08 1978-11-01 Daikin Ind Ltd Fluorine-containing polymer easily curable and its curable composition
US4272353A (en) 1980-02-29 1981-06-09 General Electric Company Method of making solid polymer electrolyte catalytic electrodes and electrodes made thereby
US4433082A (en) 1981-05-01 1984-02-21 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for making liquid composition of perfluorinated ion exchange polymer, and product thereof
CA1198882A (en) 1982-04-08 1986-01-07 Marley Tile A.G. Roof tiles
US4493622A (en) * 1983-03-07 1985-01-15 Trw Inc. Variable displacement motor
IT1206517B (it) 1983-09-07 1989-04-27 Montedison Spa Composizioni covulcanizzabili da fluoroelastomeri a base di fluoruro di vinilidene e copolimeri tetrafluoeoetilene-propilene.
DE3485616D1 (de) 1983-12-26 1992-05-07 Daikin Ind Ltd Verfahren zur herstellung von halogen enthaltenden polyathern
US4564662A (en) 1984-02-23 1986-01-14 Minnesota Mining And Manufacturing Company Fluorocarbon elastomer
DE3662142D1 (en) 1985-03-28 1989-03-30 Daikin Ind Ltd Novel fluorovinyl ether and copolymer comprising the same
US4610762A (en) 1985-05-31 1986-09-09 The Dow Chemical Company Method for forming polymer films having bubble release surfaces
IT1187684B (it) 1985-07-08 1987-12-23 Montefluos Spa Procedimento per la preparazione di fluoroelastomeri vulcanizzabili e prodotti cosi' ottenuti
US4694045A (en) 1985-12-11 1987-09-15 E. I. Du Pont De Nemours And Company Base resistant fluoroelastomers
IT1188635B (it) 1986-03-27 1988-01-20 Ausimont Spa Lubrificanti per fluoropolieterei interni per mezzi magnetici di registrazione
JPS63304009A (ja) 1987-06-04 1988-12-12 Nippon Mektron Ltd パ−オキサイド加硫可能な含フッ素エラストマ−の製造方法
IT1235545B (it) 1989-07-10 1992-09-09 Ausimont Srl Fluoroelastomeri dotati di migliore processabilita' e procedimento di preparazione
IT1231174B (it) 1989-07-24 1991-11-22 Ausimont Srl Mescole vulcanizzabili di fluoroelastomeri contenenti bromo o iodio e di perossidi organici
US5211984A (en) 1991-02-19 1993-05-18 The Regents Of The University Of California Membrane catalyst layer for fuel cells
US5234777A (en) 1991-02-19 1993-08-10 The Regents Of The University Of California Membrane catalyst layer for fuel cells
IT1265461B1 (it) 1993-12-29 1996-11-22 Ausimont Spa Fluoroelastomeri comprendenti unita' monomeriche derivanti da una bis-olefina
AU3116397A (en) 1996-04-30 1997-11-19 W.L. Gore & Associates, Inc. Integral ion-exchange composite membranes
US5910378A (en) * 1997-10-10 1999-06-08 Minnesota Mining And Manufacturing Company Membrane electrode assemblies
IT1303779B1 (it) 1998-11-23 2001-02-23 Ausimont Spa Preparazione di soluzioni di polimeri fluorurati solfonici.
DE19926027A1 (de) * 1999-05-28 2000-11-30 Heliocentris Energiesysteme Membran-Elektroden-Einheit mit integriertem Dichtrand
IT1318594B1 (it) 2000-06-23 2003-08-27 Ausimont Spa Processo di polimerizzazione di monomeri solfonici.
ITMI20010384A1 (it) 2001-02-26 2002-08-26 Ausimont Spa Membrane idrofiliche porose
ITMI20010383A1 (it) * 2001-02-26 2002-08-26 Ausimont Spa Membrane idrofiliche porose
ITMI20012744A1 (it) 2001-12-21 2003-06-21 Ausimont Spa Processo di polimerizzazione di monomeri solfonici
US20030221311A1 (en) * 2002-03-20 2003-12-04 Smith Jeffrey A. Fuel cell assembly and sealing
US6933003B2 (en) 2002-06-13 2005-08-23 General Motors Corporation Method of making membrane electrode assemblies
US20040096723A1 (en) * 2002-11-14 2004-05-20 3M Innovative Properties Company Fuel cell gasket
US20050095490A1 (en) 2003-10-31 2005-05-05 Mittelstadt Laurie S. Fuel cell assembly gasket for fuel containment
US7955758B2 (en) 2004-01-22 2011-06-07 GM Global Technology Operations LLC Membrane electrode assembly prepared by direct spray of catalyst to membrane
ITMI20040789A1 (it) 2004-04-22 2004-07-22 Solvay Solexis Spa Membrane fluorurate
US8012284B2 (en) * 2006-12-15 2011-09-06 3M Innovative Properties Company Method and apparatus for fabricating roll good fuel cell subassemblies

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05242897A (ja) * 1992-02-26 1993-09-21 Fuji Electric Co Ltd 固体高分子電解質型燃料電池
JPH1145729A (ja) * 1997-07-25 1999-02-16 Fuji Electric Co Ltd 固体高分子電解質型燃料電池
JPH11204122A (ja) * 1998-01-19 1999-07-30 Toshiba Corp 固体高分子電解質型燃料電池
JP2004047230A (ja) * 2002-07-10 2004-02-12 Asahi Glass Co Ltd 固体高分子型燃料電池
JP2004134392A (ja) * 2002-09-30 2004-04-30 Umicore Ag & Co Kg 保護フィルム層を備える触媒コーティングされたイオノマー膜およびその膜から作製される膜電極アセンブリ
JP2004335466A (ja) * 2003-04-30 2004-11-25 Hewlett-Packard Development Co Lp 膜電極アセンブリ及びその製造方法
JP2007503704A (ja) * 2003-05-28 2007-02-22 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー ロールグッド燃料電池製造プロセス、設備、およびそれらから製造された物品
JP2006528414A (ja) * 2003-07-22 2006-12-14 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー 平面のフレーム付膜電極アセンブリアレイおよびそれを含む燃料電池を製造するためのプロセス

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9954242B2 (en) 2010-07-22 2018-04-24 Kolon Industries, Inc. Membrane-electrode assembly with a protective layer, and fuel cell stack and fabricating method of membrane-electrode assembly
WO2012128106A1 (ja) 2011-03-18 2012-09-27 凸版印刷株式会社 ガスケット付き電解質膜製造装置及びガスケット付き電解質膜の製造方法
US9209470B2 (en) 2011-03-18 2015-12-08 Toppan Printing Co., Ltd. Manufacturing method and apparatus for electrolyte membrane with gaskets
WO2015098068A1 (ja) * 2013-12-27 2015-07-02 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法及び製造装置
JP2015144112A (ja) * 2013-12-27 2015-08-06 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用電極フレームアッシーの製造方法及び製造装置

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