JP2014504424A5 - - Google Patents

Claims (15)

1. 電気化学的装置用の電極を形成する方法において、
   （ａ）少なくとも第１の分量の触媒および第２の分量のアイオノマー又は非電荷ポリマーを混合して溶液を形成する工程と、
   （ｂ）針先を有する金属針内へ前記溶液を送り込む工程と、
   （ｃ）針先と前記針先から離れて位置するコレクタ基板との間に電圧を印加する工程と、
   （ｄ）電界紡糸繊維を生成し生成された前記繊維を前記コレクタ基板上に堆積させるような流量で前記針先から前記溶液を押し出して、各繊維がその上に分散された複数の前記触媒粒子を有している多孔性繊維網を備えるマットを形成する工程と、
   （ｅ）前記マットを膜上に押し付ける工程と
   を備えることを特徴とする方法。
2. 前記触媒は白金担持炭素（Ｐｔ／Ｃ）を備えること、及び前記アイオノマー又は非電荷ポリマーはナフィオン（登録商標）を備えることのうちの少なくとも一方を特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記溶液を形成する工程は、第３の分量の第２ポリマーを前記第１の分量の触媒および第２の分量のアイオノマー又は非電荷ポリマーと混合する工程をさらに備え、前記第２ポリマーはポリアクリル酸（ＰＡＡ）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記触媒、アイオノマー又は非電荷ポリマー、および第２ポリマーの重量比は約１５：３：２であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記コレクタ基板はカーボン紙又は炭素布ガス拡散層を備えること、及び前記膜はポリマー膜からなることのうちの少なくとも一方を特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 前記コレクタ基板は回転ドラムコレクタ上に配されること、前記コレクタ基板と前記針先との間の前記距離は１０ｃｍであること、前記針先と前記コレクタ基板との間に印加される電圧は７．０ｋＶであること、及び前記流量は１ｍＬ／時であることのうちの少なくとも１つを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 前記繊維は４７０ｎｍの平均径を有するように形成されること、形成された前記電極は０．０２５ｍｇ／ｃｍ ^２ から０．４ｍｇ／ｃｍ ^２ までの範囲のＰｔ添加を有すること、及び形成された前記繊維は約１１４ｍ ^２ ／ｇ _Ｐｔ の電気化学的表面積を有することのうちの少なくとも１つを特徴とする、請求項１に記載の方法。
8. 前記膜はイオン伝導性であり、前記膜は陽子伝導性であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
9. 前記陽子伝導性膜はペルフルオロスルホン酸、ナフィオン（登録商標）を備えることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記膜はナノ繊維複合膜であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記触媒はＰｔ粒子、Ｐｔ合金粒子、炭素粒子上Ｐｔ、貴金属粒子、炭素粒子上貴金属、貴金属基合金、炭素粒子上前金属基合金、Ａｇ粒子、Ｎｉ粒子、Ａｇ合金粒子、Ｎｉ合金粒子、Ｆｅ粒子、Ｆｅ合金粒子、Ｐｄ粒子、Ｐｄ合金粒子、コアシェル触媒粒子、非白金族金属（ＰＧＭ）燃料電池触媒、又はその組合せを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法によって製造された電極。
13. 電気化学的装置用の膜・電極一体構造（ＭＥＡ）において、
    （ａ）第１表面およびこれに対向する第２表面を有する膜と、
    （ｂ）前記膜の前記第１表面上に配された前記陽極と、
    （ｃ）前記膜の前記第２表面上に配された前記陰極と
    を備え、前記陽極及び前記陰極にうちの少なくとも一方は請求項１〜１１に記載の方法によって形成されることを特徴とする膜・電極一体構造。
14. プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池において、
    （ａ）ａ．第１表面およびこれに対向する第２表面を有する膜と、
    ｂ．前記膜の第１表面上に配された陽極と、
    ｃ．前記膜の第２表面上に配された陰極と
    を含む膜・電極一体構造（ＭＥＡ）と、
    （ｂ）燃料を前記陽極へ移動させる機能を持つチャネルを有する第１流れ場プレートと、
    （ｃ）オキシダントを前記陰極へ移動させる機能を持つチャネルを有する第２流れ場プレートと
    を備え、前記陽極及び前記陰極にうちの少なくとも一方は請求項１〜１１に記載の方法によって形成されることを特徴とする燃料電池。
15. 前記第１流れ場プレートは水素を前記陽極へ移動させる機能を持ち、前記第２流れ場プレートは酸素を前記陰極へ移動させる機能を持つことを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池。