JP2007528104A5

JP2007528104A5 -

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Publication number: JP2007528104A5
Application number: JP2006553247A
Authority: JP
Filing date: 2005-02-11
Publication date: 2008-03-27

Claims

（ａ）ボア側及びシェル側を画定するマイクロファイバー中空膜セパレータと、
（ｂ）ボア側の内部カレントコレクタと、
（ｃ）膜セパレータの内面に接触した内部電気触媒層と、
（ｄ）シェル側の外側カレントコレクタと、
（ｅ）膜セパレータの外面に接触した外側電気触媒層と、
を含むマイクロファイバー燃料電池要素であって、
前記マイクロファイバー燃料電池要素が縦軸を有し、内部及び外側電気触媒層の少なくとも１つが電気触媒材料を含浸した繊維ネットワークを含み、かかる繊維ネットワークがかかるマイクロファイバー燃料電池要素の縦軸に実質的に平行である方向に伸びる多数の連続導電性繊維を含み、内部流体通路が燃料含有流体又は酸化剤含有流体のどちらかの流れのために内部電気触媒層と内部カレントコレクタとの間に提供される、マイクロファイバー燃料電池要素。
前記連続導電性繊維が、カーボン、グラファイト、導電性ポリマー、金属、金属合金、及びそれらの複合体又は混合物からなる群から選択された材料を含む、請求項１に記載のマイクロファイバー燃料電池要素。
電気触媒材料が、白金、金、ルテニウム、イリジウム、パラジウム、ロジウム、ニッケル、鉄、モリブデン、タングステン、ニオブ、及びそれらの合金からなる群から選択された材料を含む、請求項１に記載のマイクロファイバー燃料電池要素。
膜セパレータ、がイオン交換セラミック材料又はイオン交換ポリマー材料を含む、請求項１に記載のマイクロファイバー燃料電池要素。
膜セパレータが、パーフルオロカーボン−スルホン酸ベースのポリマー、ポリスルホン−ベースのポリマー、パーフルオロカルボン酸ベースのポリマー、スチレン−ビニル−ベンゼン−スルホン酸ベースのポリマー、及びスチレン−ブタジエン−ベースのポリマーからなる群から選択されたイオン交換ポリマーを含む、請求項１に記載のマイクロファイバー燃料電池要素。
直列及び／又は並列に接続され、かつ、ハウジング中に配置された多数のマイクロファイバー燃料電池要素を含む燃料電池アセンブリであって、各前記マイクロファイバー燃料電池要素が（ａ）ボア側及びシェル側を画定するマイクロファイバー中空膜セパレータと、（ｂ）ボア側の内部カレントコレクタと、（ｃ）膜セパレータの内面に接触した内部電気触媒層と、（ｄ）シェル側の外側カレントコレクタと、（ｅ）膜セパレータの外面に接触した外側電気触媒層を含み、各マイクロファイバー燃料電池要素が縦軸を有し、内部及び外側電気触媒層の少なくとも１つが電気触媒材料を含浸した繊維ネットワークを含み、かかる繊維ネットワークがかかるマイクロファイバー燃料電池要素の縦軸に実質的に平行である方向に伸びる多数の連続導電性繊維を含み、内部流体通路が燃料含有流体又は酸化剤含有流体のどちらかの流れのために内部電気触媒層と内部カレントコレクタとの間に提供され、前記ハウジングが、マイクロファイバー燃料電池要素のボア側かシェル側かのどちらかを通って燃料含有流体を流すための第１流体通路と、マイクロファイバー燃料電池要素の反対側を通って酸素含有流体を流すための第２流体通路と、を提供する、燃料電池アセンブリ。
（ａ）ボア側及びシェル側を画定するマイクロファイバー中空膜セパレータと、（ｂ）ボア側の内部カレントコレクタと、（ｃ）膜セパレータの内面に接触した内部電気触媒層と、（ｄ）シェル側の外側カレントコレクタと、（ｅ）膜セパレータの外面に接触した外側電気触媒層と、を含むマイクロファイバー燃料電池要素の形成方法であって、前記マイクロファイバー燃料電池要素が縦軸を有し、内部及び外側電気触媒層の少なくとも１つが電気触媒材料を含浸した繊維ネットワークを含み、かかる繊維ネットワークがかかるマイクロファイバー燃料電池要素の縦軸に実質的に平行である方向に伸びる多数の連続導電性繊維を含み、そして内部流体通路が燃料含有流体か酸化剤含有流体かどちらかの流れのために内部電気触媒層と内部カレントコレクタとの間に提供され、
（ｉ）実質的に平行の方向に伸びる多数の連続導電性繊維を含み、電気触媒材料を含浸した繊維ネットワークをそれぞれが含む、１つ以上の触媒前駆体構造物を提供する工程と、
（ｉｉ）前記１つ以上の触媒前駆体構造物をマイクロファイバー燃料電池要素の内部及び外側電気触媒層の少なくとも１つの中へ組み込む工程であって、その多数の連続導電性繊維がマイクロファイバー燃料電池要素の縦軸に対して平行に配向している工程と、
を含む方法。
（ａ）ボア側及びシェル側を画定するマイクロファイバー中空膜セパレータと、（ｂ）ボア側の内部カレントコレクタと、（ｃ）膜セパレータの内面に接触した内部電気触媒層と、（ｄ）シェル側の外側カレントコレクタと、（ｅ）膜セパレータの外面に接触した外側電気触媒層と、を含むマイクロファイバー燃料電池要素の形成方法であって、前記マイクロファイバー燃料電池要素が縦軸を有し、内部及び外側電気触媒層の少なくとも１つが、電気触媒材料を含浸した繊維ネットワークを含み、かかる繊維ネットワークが、かかるマイクロファイバー燃料電池要素の縦軸に実質的に平行である方向に伸びる多数の連続導電性繊維を含み、内部流体通路が、燃料含有流体又は酸化剤含有流体のどちらかの流れのために内部電気触媒層と内部カレントコレクタとの間に提供され、
（ａ）互いに実質的に平行に配置された多数の連続導電性繊維、又は互いに実質的に平行の多数の連続導電性繊維を含む繊維ネットワークを提供する工程と、
（ｂ）電気触媒材料および場合によりバインダー材料を含む触媒組成物を提供する工程と、
（ｃ）前記導電性繊維または繊維ネットワークおよび前記触媒組成物を、マイクロファイバー燃料電池要素の内部または外側電気触媒層の少なくとも１つの中へ組み込んで、電気触媒材料を含浸し、かつ、マイクロファイバー燃料電池要素の縦軸に対して平行に配向した多数の連続導電性繊維を含む繊維ネットワークを形成する工程と、
を含む方法。
電気触媒材料を含浸した繊維ネットワークを含む触媒構造物の形成方法であって、前記繊維ネットワークが互いに実質的に平行である多数の導電性繊維を含み、
（ａ）互いに実質的に平行である多数の導電性繊維を含む繊維ネットワークを形成する工程と、
（ｂ）前記繊維ネットワークに電気触媒材料を含浸させる工程と、
を含む方法。
触媒構造物を基材に付着するための方法であって、前記触媒構造物が、電気触媒材料を含浸した繊維ネットワークを含み、前記繊維ネットワークが、互いに実質的に平行である多数の導電性繊維を含み、
（ａ）接着組成物を前記基材の表面に塗布する工程と、
（ｂ）前記触媒構造物を基材の前記表面に付着する工程と、
を含む方法。
（ｉ）結合材と、
（ｉｉ）場合により、導電性材料と、
（ｉｉｉ）除去可能なキャリア材料と、
を含む結合組成物。
前記結合材が、パーフルオロカーボン−スルホン酸ベースのポリマーを含む、請求項１１に記載の結合組成物。
パーフルオロカーボン−スルホン酸ベースのポリマーとカーボン粒子との混合物を含む、請求項１１に記載の結合組成物。
（ａ）マイクロファイバー内部カレントコレクタを提供する工程と、
（ｂ）前記マイクロファイバー内部カレントコレクタを、その一面に第１接着組成物の層を塗布するために第１押出ダイに通す工程であって、前記第１接着組成物が第１接着材料および場合により電気触媒材料を含む工程と、
（ｃ）多数の連続導電性繊維、１つ以上の繊維ネットワーク、または１つ以上の触媒構造物をマイクロファイバー内部カレントコレクタに付着して内部カレントコレクタおよび内部電気触媒層を含む第１マイクロファイバー構造物を形成する工程であって、前記内部電気触媒層が、電気触媒材料を含浸し、かつ互いに実質的に平行である多数の導電性繊維を含む繊維ネットワークを含む工程と、
（ｄ）前記第１マイクロファイバー構造物を、内部電気触媒層の一面に膜形成材料層を塗布するために第２押出ダイに通す工程と、
（ｅ）前記膜形成材料層を加熱及び／又は乾燥して内部カレントコレクタ、内部電気触媒層、及び固化した膜セパレータを含む第２マイクロファイバー構造物を形成する工程と、
（ｆ）前記第２マイクロファイバー構造物を、その一面に第２接着組成物の層を塗布するために第３押出ダイに通す工程であって、前記第２接着組成物が第２接着材料及び場合により電気触媒材料を含む工程と、
（ｇ）多数の連続導電性繊維、１つ以上の繊維ネットワーク、又は１つ以上の触媒構造物を第２マイクロファイバー構造物に付着して内部カレントコレクタ、内部電気触媒層、膜セパレータ層、及び外側電気触媒層を含む第３マイクロファイバー構造物を形成する工程であって、前記外側電気触媒層が、電気触媒材料を含浸し、かつ、互いに実質的に平行である多数の導電性繊維を含む繊維ネットワークを含む工程と、
（ｈ）内部カレントコレクタと内部電気触媒層との間に流体通路を提供するように、前記第３マイクロファイバー構造物を処理する工程と、
（ｉ）外側カレントコレクタを前記第３マイクロファイバー構造物の外面に付着してマイクロファイバー燃料電池要素を形成する工程と、
を含むマイクロファイバー燃料電池要素の形成方法であって、
前記マイクロファイバー燃料電池要素が縦軸を有し、工程（ｃ）及び／又は（ｇ）の繊維ネットワークの導電性繊維がかかるマイクロファイバー燃料電池要素の縦軸に実質的に平行である方向に沿って配置されている方法。
（ａ）マイクロファイバー内部カレントコレクタを提供するための手段と、
（ｂ）前記マイクロファイバー内部カレントコレクタの一面に、場合により電気触媒材料を含む第１接着組成物の層を塗布するための第１押出ダイと、
（ｃ）多数の連続導電性繊維、１つ以上の繊維ネットワーク、又は１つ以上の触媒構造物をマイクロファイバー内部カレントコレクタに付着して内部カレントコレクタ及び内部電気触媒層を含む第１マイクロファイバー構造物を形成するための手段であって、前記内部電気触媒層が、電気触媒材料を含浸し、かつ、互いに実質的に平行である多数の導電性繊維を含む繊維ネットワークを含む手段と、
（ｄ）内部電気触媒層の一面に膜形成材料層を塗布するための第２押出ダイと、
（ｅ）前記膜形成材料層を膜セパレータへ固化させるための加熱及び／又は乾燥手段と、
（ｆ）前記膜セパレータの一面に、場合により電気触媒材料を含む第２接着組成物の層を塗布するための第３押出ダイと、
（ｇ）多数の連続導電性繊維、１つ以上の繊維ネットワーク、又は１つ以上の触媒構造物を膜セパレータに付着して内部カレントコレクタ、内部電気触媒層、膜セパレータ層、および外側電気触媒層を含む第２マイクロファイバー構造物を形成するための手段であって、前記外側電気触媒層が、電気触媒材料を含浸し、かつ、互いに実質的に平行である多数の導電性繊維を含む繊維ネットワークを含む手段と、
（ｈ）内部カレントコレクタと内部電気触媒層との間に流体通路を提供するように、前記第２マイクロファイバー構造物を処理するための手段と、
（ｉ）外側カレントコレクタを前記第２マイクロファイバー構造物の外面に付着してマイクロファイバー燃料電池要素を形成するための手段と、
を含む、マイクロファイバー燃料電池を連続法で形成するためのシステムであって、
前記マイクロファイバー燃料電池要素が縦軸を有し、工程（ｃ）及び／又は（ｇ）の触媒構造物の導電性繊維が、かかるマイクロファイバー燃料電池要素の縦軸に実質的に平行である方向に沿って配置されているシステム。