JP2016119308A - 伝導ネットワークを有する燃料電池の電極 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、DOE(《米》エネルギー省)に付与されたCooperative Agreement DE−FG36−07GO17006の下、政府の支援により行われた。政府は本発明に対し特定の権利を有する。
実施形態1は、燃料電池サブアセンブリであって、
電極層であって、
触媒と、
電子伝導体と、
イオン伝導体と、
電極層内に、複数の電子伝導体に富むネットワークと、
電極層内に、電子伝導体に富むネットワークと共に散在する複数のイオン伝導体に富むネットワークと、を備える、電極層を備え、イオン伝導体の電子伝導体に対する体積比が、イオン伝導体に富むネットワーク内で、電子伝導体に富むネットワーク内よりも高い、燃料電池サブアセンブリである。
第1のイオン伝導性ポリマーが、粒子を含み、その第1のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、約1μmを超える径を有し、
第2のイオン伝導性ポリマーが、粒子を含み、その第2のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、約50nm未満の径を有する、実施形態12に記載の燃料電池サブアセンブリである。
第1のガス拡散層の近位に配置される第1の流れ場プレートと、
第2のガス拡散層の近位に配置される第2の流れ場プレートと、を更に備える、実施形態19に記載の燃料電池サブアセンブリである。
イオン伝導体、電子伝導体、触媒、及び溶媒を合わせる工程であって、イオン伝導体が、回転楕円体粒子を含み、その粒子の過半数が、約50nmを超える径を有する、合わせる工程と、
イオン伝導体、電子伝導体、触媒、及び溶媒を、一定期間混合し、電極インクを形成する工程と、
電極インクを基材にコーティングして、燃料電池の電極層を形成する工程と、を含む、方法である。
電子伝導体及び溶媒を含む前混合物を形成する工程と、
前混合物を一定期間混合する工程と、
前混合物を混合した後、イオン伝導体を前混合物に添加する工程と、
イオン伝導体及び前混合物を一定期間混合する工程と、を含む、実施形態22に記載の方法である。
第1のイオン伝導性ポリマーの粒子であって、第1のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、約1μmを超える径を有する、第1のイオン伝導性ポリマーの粒子と、
第2のイオン伝導性ポリマーの粒子であって、第2のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、約50nm未満の径を有する、第2のイオン伝導性ポリマーの粒子と、を含む、実施形態22に記載の方法である。
電極層であって、
触媒と、
電子伝導体と、
電子伝導体及び触媒と入り混じり、粒子を含むイオン伝導体であって、粒子の過半数が、約50nmを超える径を有する回転楕円体粒子である、イオン伝導体と、を備える、電極層を備える、燃料電池サブアセンブリである。
第1のガス拡散層の近位に配置される第1の流れ場プレートと、
第2のガス拡散層の近位に配置される第2の流れ場プレートと、を更に備える、実施形態62に記載の燃料電池サブアセンブリである。
触媒と、
電子伝導体と、
第1のイオン伝導体と、
第2のイオン伝導体と、を備え、第1のイオン伝導体が、第2のイオン伝導体とは異なり、第1のイオン伝導体及び前記第2のイオン伝導体は、電極層内で、互いに、電子伝導体、及び触媒と共に散在する、燃料電池の電極層である。
第1のイオン伝導性ポリマーが粒子を含み、第1のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、1μmを超える径を有し、
第2のイオン伝導性ポリマーが粒子を含み、第2のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、50nm未満の径を有する、実施形態12に記載の燃料電池サブアセンブリである。
第1のイオン伝導性ポリマーが粒子を含み、第1のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、1.5μmを超える径を有し、
第2のイオン伝導性ポリマーが粒子を含み、第2のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、50nm未満の径を有する、実施形態12に記載の燃料電池サブアセンブリである。
第1のイオン伝導性ポリマーが粒子を含み、第1のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、1μmを超える径を有し、
第2のイオン伝導性ポリマーが粒子を含み、第2のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、40nm未満の径を有する、実施形態12に記載の燃料電池サブアセンブリである。
第1のイオン伝導性ポリマーが粒子を含み、第1のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、1.5μmを超える径を有し、
第2のイオン伝導性ポリマーが粒子を含み、第2のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、40nm未満の径を有する、実施形態12に記載の燃料電池サブアセンブリである。
第1のイオン伝導性ポリマーの粒子であって、第1のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、1μmを超える径を有する、第1のイオン伝導性ポリマーの粒子と、
第2のイオン伝導性ポリマーの粒子であって、第2のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、50nm未満の径を有する、第2のイオン伝導性ポリマーの粒子と、を含む、実施形態22に記載の方法である。
第1のイオン伝導性ポリマーの粒子であって、第1のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、1.5μmを超える径を有する、第1のイオン伝導性ポリマーの粒子と、
第2のイオン伝導性ポリマーの粒子であって、第2のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、50nm未満の径を有する、第2のイオン伝導性ポリマーの粒子と、を含む、実施形態22に記載の方法である。
第1のイオン伝導性ポリマーの粒子であって、第1のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、1μmを超える径を有する、第1のイオン伝導性ポリマーの粒子と、
第2のイオン伝導性ポリマーの粒子であって、第2のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、40nm未満の径を有する、第2のイオン伝導性ポリマーの粒子と、を含む、実施形態22に記載の方法である。
第1のイオン伝導性ポリマーの粒子であって、第1のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、1.5μmを超える径を有する、第1のイオン伝導性ポリマーの粒子と、
第2のイオン伝導性ポリマーの粒子であって、第2のイオン伝導性ポリマーの粒子の過半数が、40nm未満の径を有する、第2のイオン伝導性ポリマーの粒子と、を含む、実施形態22に記載の方法である。
Claims (25)
- 燃料電池サブアセンブリであって、
電極層であって、
触媒と、
電子伝導体と、
イオン伝導体と、
前記電極層内に、複数の電子伝導体に富むネットワークと、
前記電極層内に、前記電子伝導体に富むネットワークと共に散在する複数のイオン伝導体に富むネットワークと、を備える、電極層を備え、
前記イオン伝導体の前記電子伝導体に対する体積比が、前記イオン伝導体に富むネットワーク内で、前記電子伝導体に富むネットワーク内よりも高い、燃料電池サブアセンブリ。 - 前記イオン伝導体が、噴霧乾燥されたイオン伝導性ポリマーの粒子を含む、請求項1に記載の燃料電池サブアセンブリ。
- 前記イオン伝導体が、粒子を含み、前記粒子の過半数が、実質的に平滑な回転楕円体であり、約1μm〜約15μmの範囲の径を有する、請求項1に記載の燃料電池サブアセンブリ。
- 前記電極層が、第2のイオン伝導体を更に備え、前記イオン伝導体が、第1の当量を有し、前記第2のイオン伝導体が、第2の当量を有する、請求項1に記載の燃料電池サブアセンブリ。
- 燃料電池の電極層を作製する方法であって、
イオン伝導体、電子伝導体、触媒、及び溶媒を合わせる工程であって、前記イオン伝導体が、回転楕円体粒子を含み、前記回転楕円体粒子の過半数は、実質的に平滑な外表面を有し、約50nmを超える径を有する、工程と、
前記イオン伝導体、前記電子伝導体、前記触媒、及び前記溶媒を、一定期間混合し、電極インクを形成する工程と、
前記電極インクを基材にコーティングして、前記燃料電池の電極層を形成する工程と、を含む、方法。 - 前記粒子の過半数が、約1μmを超える径を有する、請求項5に記載の方法。
- 前記粒子が、噴霧乾燥されたアイオノマー粒子を含む、請求項5に記載の方法。
- 前記粒子の過半数が、中空である、請求項5に記載の方法。
- 前記イオン伝導体が、第1の種類のイオン伝導性ポリマーと、第2の種類のイオン伝導性ポリマーとを含む、請求項5に記載の方法。
- 前記電極インクに、第2のイオン伝導体を合わせる工程を更に含む、請求項5に記載の方法。
- 前記第2のイオン伝導体が、粒子を含み、前記第2のイオン伝導体の前記粒子の過半数が、約50nm未満の径を有する、請求項10に記載の方法。
- 燃料電池サブアセンブリであって、
電極層であって、
触媒と、
電子伝導体と、
前記電子伝導体及び前記触媒とが入り混じり、粒子を含む、イオン伝導体であって、前記イオン伝導体の前記粒子の過半数は、約50nmを超える径を有する回転楕円体粒子である、イオン伝導体と、を備える、電極層を備える、燃料電池サブアセンブリ。 - 前記イオン伝導体の前記粒子の過半数が、実質的に平滑な外表面を有する、請求項12に記載の燃料電池サブアセンブリ。
- 前記粒子の過半数が、中空である、請求項12に記載の燃料電池サブアセンブリ。
- 前記粒子の過半数が、約1μm〜約15μmの範囲の径を有する、請求項12に記載の燃料電池サブアセンブリ。
- 前記粒子の過半数が、噴霧乾燥された粉末のイオン伝導性ポリマー粒子である、請求項12に記載の燃料電池サブアセンブリ。
- 前記粒子が、前記電極層内で不均一に分布する、請求項12に記載の燃料電池サブアセンブリ。
- 燃料電池の電極層であって、
触媒と、
電子伝導体と、
第1のイオン伝導体と、
第2のイオン伝導体と、を備え、前記第1のイオン伝導体が、前記第2のイオン伝導体とは異なり、前記第1のイオン伝導体及び前記第2のイオン伝導体は、前記電極層内で、互いに、前記電子伝導体、及び前記触媒と共に散在する、燃料電池の電極層。 - 前記第1のイオン伝導体及び前記第2のイオン伝導体が、異なる種類のイオン伝導体である、請求項18に記載の電極層。
- 前記第1のイオン伝導体及び前記第2のイオン伝導体が、同一の種類のイオン伝導体の異なる形態である、請求項18に記載の電極層。
- 前記第1のイオン伝導体が、第1の当量を有し、前記第2イオン伝導体が、第2の当量を有する、請求項18に記載の電極層。
- 前記第1のイオン伝導体の前記粒子の過半数が、約1μmを超える径を有し、前記第2のイオン伝導体の前記粒子の過半数が、約50nm未満の径を有する、請求項18に記載の電極層。
- 前記第1のイオン伝導体が、粒子を含み、前記第1のイオン伝導体の前記粒子の過半数が、実質的に平滑かつ中空である、請求項18に記載の電極層。
- 前記第1のイオン伝導体の粒子の過半数が、粉末化噴霧乾燥された粒子又は粉末化冷凍粉砕された粒子である、請求項18に記載の電極層。
- 前記第1のイオン伝導体の粒子が、前記電極層内で、不均一に分布し、前記第2のイオン伝導体の粒子が、前記電子伝導体をコーティングする、請求項18に記載の電極層。
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