JP2013516039A - 燃料電池用の性能増強層 - Google Patents
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Abstract
【代表図】 図4A
Description
ここで使用されるように、「複合層」または「複合体」は、厚さを伴う少なくとも2つの表面を含む層であって、1または複数のイオン伝導性の通路および1または複数の電気伝導性通路がそれら表面の間に設けられているものを指す。複合体のイオン伝導性および電気伝導性は、イオン伝導性通路および電気伝導性通路を異なる寸法、形状、密度、または配列で設けることにより、当該複合体の異なる領域で変化されてよい。複合層は1または複数のインターフェース領域を含んでよい。複合層は、流体、または具体的なタイプの流体(例えば気体または液体)に対して非透過性であってよい。いくつかの実施例において、層は、いくつかの流体には実質的に非透過性であり、他には透過性であってよい。例えば、層は、燃料から加えられるガス圧には実質的に非透過性であり、それでいて、水は、イオン伝導性要素に渡って浸入することができる。
事例の実施例において、方法200に従って準備されたPELフィルムが図2Bの事例の平面燃料電池層と類似の燃料電池層に結合された。図8は性能増強層を伴うそのような燃料電池層の事例の性能データを、性能増強層を伴わない燃料電池層の性能と比較して図説する。図から理解できるように、PELをともなう燃料電池層の性能はPELを伴わない燃料電池層の性能に較べて顕著に大きい。
この発明は以下の事例的な実施例を実現し、その符号付けは必ずしも図において説明された実施例の番号付けと関連しない。
116A アノードコーティング
116C カソードコーティング
118 イオン伝導性要素
120 誘電体領域(インターフェース領域)
124 複合層(複合体)
126 クラック
140 ユニット燃料電池
150 平面燃料電池層
Claims (30)
- 燃料電池用の性能増強層において、
1またはそれ以上の電気伝導性材料であって、少なくともそのうちの1つが、形態学的に異方性を有し、当該層内において異方性伝導性をもたらす粒子を含むものと、
バインダとを有し、
上記バインダは上記粒子を相互に接触するように位置づけることを特徴とする性能増強層。 - 上記1またはそれ以上の電気伝導性材料のうちの少なくとも1つにある上記粒子が、上記層において、上記層の平面内の第1の方向に、上記層の上記平面と直角な第2方向に較べて、大きくなる伝導性を付与するように配向される請求項1記載の性能増強層。
- 上記1またはそれ以上の電気伝導性材料のうちの少なくとも1つにある上記粒子が、上記層において、上記層の平面内の第1の方向に、上記層の上記平面内の第3の方向に較べて、大きくなる伝導性を付与するように配向される請求項1または2記載の性能増強層。
- 上記粒子は上記第1の方向に剪断応力を加えることにより配向される請求項3記載の性能増強層。
- 上記電気伝導性材料は炭素を有する請求項1または2記載の性能増強層。
- 上記電気伝導性材料はカーボンファイバー、カーボンブラック、グラファイト、またはこれらの組み合わせを有する請求項5記載の性能増強層。
- 上記異方性粒子はカーボンファイバーである請求項5記載の性能増強層。
- 上記電気伝導性材料はカーボンブラックを有する請求項6記載の性能増強層。
- 上記電気伝導性材料はグラファイトを有する請求項6記載の性能増強層。
- 上記バインダはポリビニリデンフロライドを有する請求項1または2記載の性能増強層。
- 上記バインダは上記層中に弾力性、可塑性、または双方を付与する請求項1または2記載の性能増強層。
- 上記層は多孔性であり、上記層の一側から他側へ流体を大量に搬送可能にする請求項1または2記載の性能増強層。
- 上記層の厚さは1mmより小さい請求項1または2記載の性能増強層。
- 上記層の厚さは約50μmから約200μmの範囲である請求項13記載の性能増強層。
- 上記層はイオンの流れに対して透過性を有する請求項1または2記載の性能増強層。
- さらに、上記バインダと接触する、2またはそれ以上の電極コーティングを有する請求項1記載の性能増強層。
- 電極コーティングを具備する燃料電池用の性能増強層を製造する方法において、
1またはそれ以上の電気伝導性材料、バインダ、および溶媒を十分に混合してスラリーを形成するステップと、
上記スラリーを十分に成型して湿潤フィルムを製造するステップと、
上記湿潤フィルムを十分に乾燥させてフィルムを製造するステップと、
上記フィルムを燃料電池層に結合するステップとを有することを特徴とする、上記方法。 - 上記性能増強層、上記電極コーティング、上記性能増強層を伴う上記燃料電池層、またはこれらの組み合わせをパターン処理するステップを有する請求項17記載の方法。
- 上記スラリーは固体成分を有し、それを成型するレオロジーを有する請求項17記載の方法。
- 上記成型のステップは、上記スラリーを転写フィルムに成型することを含む請求項17記載の方法。
- 上記フィルムを活性化させて上記電極コーティングの表面への接着を改善させるステップを有する請求項17記載の方法。
- 上記活性化のステップは、上記電極コーティングへの接着を助長する材料を塗布することを有する請求項21記載の方法。
- 実質的に平坦な層を形成するように隣接して配された1または複数の燃料電池と、
1つのイオン伝導性要素および2つまたはそれ以上の電子伝導性要素を含む複合体と、
それぞれ上記イオン伝導性要素とイオン性接触を行い、上記電子伝導性要素の少なくとも1つと電気接触を行う2つの電極コーティングであって、それぞれ内側表面および外側表面を含むものと、
上記電極コーティングのうちの1つの1の表面と接触し、または近接して配される性能増強層であって、関連する電子伝導性要素への、または、それからの電気伝導性経路を形成するものとを有することを特徴とする燃料電池層。 - 上記性能増強層は、少なくとも1つの電気伝導性材料と1つのバインダとを有する請求項23記載の燃料電池層。
- 上記電気伝導性材料のうちの1つは形態学的な異方性を伴う粒子を有する請求項23記載の燃料電池層。
- 上記粒子は上記層中に伝導性異方性を付与するように配向される請求項23記載の燃料電池層。
- 上記性能増強層は上記電極コーティングの上記内側表面に隣接して配される請求項23記載の燃料電池層。
- 上記性能増強層は上記電極コーティングの上記外側表面に隣接して配される請求項23記載の燃料電池層。
- 上記性能増強層は、上記燃料電池層に対して構造的支持を実現する請求項23記載の燃料電池層。
- 上記性能増強層は、上記燃料電池層を変形しにくくする請求項23記載の燃料電池層。
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