JP2019512846A - 膜アセンブリ、電極アセンブリ、膜電極アセンブリ並びにこれらによる電気化学セル及び液体フロー電池 - Google Patents
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Abstract
Description
第1表面と、第1表面とは反対側を向いた第2表面と、を有するイオン透過膜と、
第1表面と、第1表面とは反対側を向いた第2表面と、第1表面と第2表面と間の流体連通と、約0.50〜約0.98の体積多孔率及び開口面積多孔率のうちの少なくとも一方と、を有する第1の輸送保護層であって、イオン透過膜の第1表面が、第1の輸送保護層の第1表面に接触しており、第1の輸送保護層が、繊維を含む非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方と、織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方の繊維表面の少なくとも一部分を被覆するイオン性樹脂と、を含む第1の輸送保護層と、
を備える、液体フロー電池用の膜アセンブリを提供する。任意に、(i)第1の輸送保護層の厚さが約50ミクロン〜130ミクロンであってもよい、及び(ii)第1の輸送保護層の水透過性@5kPaが約100mL/(cm2min)以上であってもよい、のうち少なくとも一方である。
第1表面と、第1表面とは反対側を向いた第2表面と、を有するイオン透過膜と、
第1表面と、第1表面とは反対側を向いた第2表面と、第1表面と第2表面と間の流体連通と、約0.50〜約0.98の体積多孔率及び開口面積多孔率のうちの少なくとも一方と、を有する第1の輸送保護層であって、イオン透過膜の第1表面が、第1の輸送保護層の第1表面に接触しており、第1の輸送保護層が、繊維を含む非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方と、織布及び不織基材のうちの少なくとも一方の繊維表面の少なくとも一部分を被覆するイオン性樹脂と、を含む第1の輸送保護層と、
第1表面と、第1表面とは反対側を向いた第2表面と、第1表面と第2表面と間の流体連通と、約0.50〜約0.98の体積多孔率及び開口面積多孔率のうちの少なくとも一方と、を有する第2の輸送保護層であって、イオン透過膜の第2表面が、第2の輸送保護層の第1表面に接触しており、第2の輸送保護層が、繊維を含む非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方と、織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方の繊維表面の少なくとも一部分を被覆するイオン性樹脂と、を含む第2の輸送保護層と、
を備える、液体フロー電池用の膜アセンブリを提供する。任意に、(i)第1及び/又は第2の輸送保護層の厚さが約50ミクロン〜130ミクロンであってもよい、並びに(ii)第1及び/又は第2の輸送保護層の水透過性@5kPaが約100mL/(cm2min)以上であってもよい、のうち少なくとも一方である。
第1表面と、第1表面とは反対側を向いた第2表面と、を有する多孔質電極であって、
炭素繊維を含む多孔質電極と、
第1表面と、第1表面とは反対側を向いた第2表面と、第1表面と第2表面と間の流体連通と、約0.50より大きく約0.98より小さい体積多孔率及び開口面積多孔率のうちの少なくとも一方と、を有する第1の輸送保護層であって、多孔質電極の第1表面が、第1の輸送保護層の第2表面に近接しており、第1の輸送保護層が、繊維を含む非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方と、織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方の繊維表面の少なくとも一部分を被覆するイオン性樹脂と、を含む第1の輸送保護層と、を備える、液体フロー電池用の電極アセンブリを提供する。任意に、(i)第1の輸送保護層の厚さが約50ミクロン〜130ミクロンであってもよい、及び(ii)第1の輸送保護層の水透過性@5kPaが約100mL/(cm2min)以上であってもよい、のうち少なくとも一方である。
第1表面と、第1表面とは反対側を向いた第2表面と、を有するイオン透過膜と、
第1表面と、第1表面とは反対側を向いた第2表面と、第1表面と第2表面と間の流体連通と、約0.50より大きく約0.98より小さい体積多孔率及び開口面積多孔率のうちの少なくとも一方と、をそれぞれ有する第1及び第2の輸送保護層であって、イオン透過膜の第1表面が、第1の輸送保護層の第1表面に接触しており、イオン透過膜の第2表面が、第2の輸送保護層の第1表面に接触しており、第1及び第2の輸送保護層が、繊維を含む非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方と、織基材と不織基材のうちの少なくとも1つの繊維表面の少なくとも一部分を被覆するイオン性樹脂と、を含む第1及び第2の輸送保護層と、
炭素繊維をそれぞれ含み、第1表面と、第1表面とは反対側を向いた第2表面と、をそれぞれ有する第1及び第2の多孔質電極であって、第1の多孔質電極の第1表面が第1の輸送保護層の第2表面に近接しており、第2の多孔質電極の第1表面が第2の輸送保護層の第2表面に近接している、第1及び第2の多孔質電極と、
を備える、液体フロー電池用の膜電極アセンブリを提供する。任意に、(i)第1及び/又は第2の輸送保護層の厚さが約50ミクロン〜130ミクロンであってもよい、並びに(ii)第1及び/又は第2の輸送保護層の水透過性@5kPaが約100mL/(cm2min)以上であってもよい、のうち少なくとも一方である。
体積多孔率=1−(Ds/Dm)
式中、
Ds=例えばg/cm3単位での基材の密度(バルク密度)。
Dm=例えばg/cm3単位での基材を構成する材料の密度。
加重平均密度=D1(w1/w3)+D2(w2/w3)
式中、
D1は成分1の密度である。
D2は成分2の密度である。
w1は成分1の重量である。
w2は成分2の重量である。
w3は全重量である(w3=w1+w2)。
開口面積多孔率=(L×W)/[(L+Dwe)(W+Dwa)]
第1表面と、第1表面とは反対側を向いた第2表面と、を有するイオン透過膜と、
第1表面と、第1表面とは反対側を向いた第2表面と、第1表面と第2表面と間の流体連通と、約0.50〜約0.98の体積多孔率及び開口面積多孔率のうちの少なくとも一方と、を有する第1の輸送保護層であって、イオン透過膜の第1表面が、第1の輸送保護層の第1表面に接触しており、第1の輸送保護層が、繊維を含む非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方と、非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方の繊維表面の少なくとも一部分を被覆するイオン性樹脂と、を含む第1の輸送保護層と、
を備える、液体フロー電池用の膜アセンブリを提供する。
炭素繊維を含み、第1表面と、第1表面とは反対側を向いた第2表面と、を有する多孔質電極と、
第1表面と、第1表面とは反対側を向いた第2表面と、第1表面と第2表面と間の流体連通と、約0.50〜約0.98の体積多孔率及び開口面積多孔率のうちの少なくとも一方と、を有する第1の輸送保護層であって、多孔質電極の第1表面が、第1の輸送保護層の第2表面に近接しており、第1の輸送保護層が、繊維を含む非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方と、非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方の繊維表面の少なくとも一部分を被覆するイオン性樹脂と、を含む第1の輸送保護層と、
を備える、液体フロー電池用の電極アセンブリを提供する。
第1表面と、第1表面とは反対側を向いた第2表面と、を有するイオン透過膜と、
第1表面と、第1表面とは反対側を向いた第2表面と、第1表面と第2表面と間の流体連通と、約0.50〜約0.98の体積多孔率及び開口面積多孔率のうちの少なくとも一方と、をそれぞれ有する第1及び第2の輸送保護層であって、イオン透過膜の第1表面が、第1の輸送保護層の第1表面に接触しており、イオン透過膜の第2表面が、第2の輸送保護層の第1表面に接触しており、第1及び第2の輸送保護層が、繊維を含む非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方と、非導電性の織基材と不織基材のうちの少なくとも1つの繊維表面の少なくとも一部分を被覆するイオン性樹脂と、を含む第1及び第2の輸送保護層と、
炭素繊維をそれぞれ含み、第1表面と、第1表面とは反対側を向いた第2表面と、をそれぞれ有する第1及び第2の多孔質電極であって、第1の多孔質電極の第1表面が第1の輸送保護層の第2表面に近接しており、第2の多孔質電極の第1表面が第2の輸送保護層の第2表面に近接している、第1及び第2の多孔質電極と、
を備える、液体フロー電池用の膜電極アセンブリを提供する。
セル短絡抵抗試験方法
Precision Mastech Enterprise Co.,Ltd(香港)から入手可能なデジタルマルチメータMAS−344を使用して、電子的短絡測定を行った。セルアセンブリの集電板にケーブルでテスタの端子を接続することによって、短絡抵抗測定を行った(セルアセンブリの説明については、後述の「電気化学セル準備手順(一般)」を参照されたい)。全ての測定は、セルアセンブリ内へ気体流又は液体流が流入しない周囲条件で行った。オーム・cm2単位で結果を記録した。
正極及び負極電解液貯蔵容器として2本のプラスチックボトル(容積100mL)を用意した。30mLのV4溶液(実施例調製手順で説明したように調製)を正極電解液貯蔵容器に加え、30mLのV3溶液(実施例調製手順で説明したように調製)を負極電解液貯蔵容器に加えた。ボトルからポンプ及びセルへのチューブ接続部を取り付けた。(セルアセンブリの説明については、後述の「電気化学セル準備手順(一般)」を参照されたい。)「Master Flex」の商品名でCole−Parmer Instrument Company(Vernon Hills,IL,USA)から入手可能な蠕動ポンプを使用して、電解液貯蔵容器から12mL/分で電解液を送出した。電気ケーブル接続部を取り付けた。
1−1)80mA/cm2で1.8Vの電圧までセルを充電する。
1−2)電流が5mA/cm2未満に低下するまで1.6Vで保持する。
1−3)開回路電圧(OCV)で30秒間保持する。
2−1)160mA/cm2で45秒間、セルを放電する。
2−2)OCVで180秒間放置する。
2−1及び2−2を17回繰り返す。
2−3)140mA/cm2で45秒間、セルを放電する。
2−4)180秒間放置する。
2−5)120mA/cm2で45秒間、セルを放電する。
2−6)180秒間放置する。
2−7)100mA/cm2で45秒間、セルを放電する。
2−8)180秒間放置する。
2−9)80mA/cm2で45秒間、セルを放電する。
2−10)180秒間放置する。
2−11)60mA/cm2で45秒間、セルを放電する。
2−12)180秒間放置する。
株式会社ミツトヨ(神奈川、日本)から入手可能なID−S112デジマチックインジケータで、1mm未満の全ての厚さの値を測定した。チップ(17mm2)による試料に対する垂直方向の印加圧力は、200kPaであった。ミクロン単位で結果を記録した。
「BX51」の商品名でオリンパス株式会社(東京、日本)から入手可能な従来の顕微鏡で、織物マットの開口の寸法を測定した。顕微鏡はCCDカメラを装備しており、「FLOVALファイリングシステム」の商品名で株式会社フローベル(東京、日本)から入手可能な特定のソフトウェアを用いて得られた画像を解析した。開口窓が矩形状にみえる場合には、短辺がx軸として示され、長辺がy軸として示された。結果を5回の測定の平均としてミクロン単位で記録した。
面内透水試験のために、従来の金型を使用して、輸送保護層(TPL)を5cm×1cm片に手でダイカットした。透水試験装置1000を図7A及び図7Bに示す。図7Aは、透水性試験装置1000の(U字型ガスケット1020と輸送保護層1010との面内における)概略上面断面図を示し、図7Bは、透水性試験装置1000の(図7Aに示す線における)概略側断面図を示している。透水試験装置1000は、上記のサイズのシートの形態に切断された輸送保護層1010と、U字型ガスケット1020と、上部黒鉛ブロック1030a及び下部黒鉛ブロック1030bと、上部ステンレス鋼板1040a及び下部ステンレス鋼板1040bと、蠕動ポンプ(図示せず)を介して装置に給水する流体導入管1050と、U字型ガスケット1020を介してカーボンプレート間に形成されたチャネル1060と、を備える。チャネル1060は、輸送保護層1010への流体の流れ、例えば水の流れを可能にする。下部黒鉛ブロック1030bの上部主面上には、周方向に沿ってU字型ガスケット1020が配置されている。輸送保護層1010はまた、下部黒鉛ブロック1030bの上部主面上に配置され、図7Aに示すように位置決めされている。次に、図7Bに示すように、U字型ガスケット1020及び輸送保護層1010の上に、上部黒鉛ブロック1030aを配置した。輸送保護層1010の厚さよりも数ミクロン薄くなるように、U字型ガスケット1020を選定した。U字型ガスケット1020は、TPLの厚さに対して目標厚さに合致するように組み合わされ得る、シリコーン強化ガラス繊維メッシュ及び/又はポリイミド光学グレードフィルムのいずれかとした。上部黒鉛ブロック1030a、下部黒鉛ブロック1030b、U字型ガスケット1020及び輸送保護層1010を含む積層体を、上部ステンレス鋼板1040aと下部ステンレス鋼板1040bとの間に挟み、ボルト及びナット(図示せず)により所定位置に固定した。ボルトの締め付け時には、U字型ガスケット1020は、十分な圧力を受けて透水試験装置1000の外部への漏水を防止したが、U字型ガスケット1020は、2%を超えて圧縮されなかった。上部ステンレス鋼板1040aと上部黒鉛ブロック1030aとは、両者の厚さを貫通して切り欠いた孔を両方が備え、かつ内径2mmの流体導入管1050を内部に取り付けることができるように互いに整列されている。流体導入管1050は、圧力トランスデューサPを含む。
先に検討した式、すなわち、体積多孔率=1−(Ds/Dm)から、所与の輸送保護層の多孔率を計算した。
固形分20%の825EWアイオノマー溶液の製造方法
攪拌棒を用いて1Lガラスびんに、エタノール336gとDI水144gを加えた。120gの粉末状の825EWイオン伝導性ポリマー(3M 825EWアイオノマー)を加え、均一に分散するまで数時間攪拌した。
攪拌棒を用いて500mLガラスびんに、エタノール135.8gとDI水58.2gを加えた。6gの粉末状の725EWイオン伝導性ポリマー(3M 725EWアイオノマー)を加え、均一に分散するまで数時間攪拌した。
Dyneon Co.から入手可能な固形分40%の825EWイオン伝導性ポリマー分散体(3M 825EWアイオノマー)(スルホン酸基当量:825)を、ダイコータを用いてポリイミド基材(50ミクロン厚)上に被覆した後、摂氏200度で3分間アニールした。PEMの厚さを20μmに調整した。
カーボンペーパー、39AA(SGL Carbon Co.,LTD.から入手可能)を、周囲条件下において摂氏400度で24時間熱処理して、親水性表面を生成した。このようにして電極を準備した。
市販のポリプロピレンメッシュは典型的には150ミクロンよりも厚いため、市販されているメッシュクロスを二軸延伸して薄いポリプロピレンメッシュクロスを作製した。株式会社井元製作所(京都、日本)から入手可能な加熱室に配置した二軸延伸装置に有機布地(メッシュ)をチャッキングによりセットし、摂氏140度で10mm/minで目標とする構造に応じて所定時間発泡させた。発泡ポリプロピレンメッシュは、より薄く、かつ、元のメッシュよりも大きな開口を有していた。
エタノール/水(=70%/30%)中の固形分3%のアイオノマー(725EW)の分散液に、メッシュクロス又は不織構成部品を浸漬して取り出した。その後、空気噴流により過剰な分散液を吹き飛ばした後、輸送保護構成部品を摂氏120度で5分間乾燥させた。このようにして、アイオノマー被覆で覆われた輸送保護層を調製した。
固形分3%のアイオノマー(725EW)分散体を、エチルシリケート分散体の2%縮合物で置き換えたことを除いて、アイオノマー被覆で覆われた輸送保護層(TPL)と同様に、エチルシリケート被覆の縮合物で覆われたTPLを調製した。
704.3グラムのDI水を計量し、プラスチックボトルに加えた。フード内で、あらゆる反応熱を監視しながら、上記プラスチックボトル内に、528.5グラムの9S−98%(平均96.5%)の硫酸をゆっくり注入した。このようにして、5.2Mの硫酸溶液1リットルを調製した。1Lガラス製メスフラスコの質量をスケール上でゼロにした後、673.2gの硫酸バナジル(IV)3.4水和物(VOSO4 3.4H2O、3mol、50.94g/mol@3mol)DI水を、混合しながらゆっくりと加えて、メスフラスコ上の1リットルマークに到達させた。2リットルプラスチックボトルにメスフラスコの内容物を注いだ。5.2硫酸溶液でフラスコを充填した後、プラスチックボトルに加えた。このようにして、正極の電解液用の2リットルの1.5MのVOSO、2.6M H2SO4−V4溶液を調製した。
正極及び負極電解液用に2本のプラスチックボトル(容積100mL)を用意した。各プラスチックボトルに、V4溶液を30mL加えた。ボトルからポンプ及びセルへのチューブ接続部を取り付けた。ポンプによる流体の送出を開始し、電気ケーブル接続部を取り付けた。溶液の流量を12mL/minとした。
電極材料及び輸送保護層(TPL)を、従来の金型を使用して、5cm2片に手でダイカットした。20μmの3M 825EW膜の各面に、1片の5cm2にダイカットしたTPLを配置した。2片の5cm2にダイカットした電極材料をTPLに隣接して配置した。試験用セルのフロー板は、Fuel Cell Technologies(Albuquerque,New Mexico)から入手可能な5cm2の作用面積を持つ市販の単一蛇行流路であった。図4に示すような一般的な構成で、実施例の5cm2の領域がフロー板の5cm2の領域に整列した状態で、試験対象の各実施例をセルに組み付けた。それぞれが板の一方に隣接する2つのピクチャフレームガスケットに、セルアセンブリを更に含めた。カーボンペーパー(電極)とTPLとがガスケットフレームに整列できるように、ガスケット開口のサイズを構成し、イオン交換膜上にガスケットを封止可能とした。セルに組み付けた後、lbfのトルクにおいて110で、星形のパターンを描く順番で、セルのボルトをしめた。ピクチャフレームガスケットをスペーサとしても使用した。各カーボンペーパー(電極)の圧縮のためのハードストップを設定するために、ピクチャフレームガスケットを使用した。ピクチャフレームガスケットを、シリコーン強化ガラス繊維メッシュ及び/又はポリイミド光学グレードフィルムのいずれかとし、かつ50%圧縮のハードストップに対応する目標厚さに合致するように組み合わせた。圧縮は、次の式で定義した:
圧縮(%)=[(Tp+Te−Tg)/Te]×100
式中、
Tpは輸送保護層の厚さである。
Teは電極の厚さである。
Tgはガスケットの厚さである。
ポリプロピレンメッシュクロス、200目を9cm×9cm片にダイカットし、加熱室に配置した二軸延伸装置にチャッキングによりセットした。次にこれを、摂氏140度で10mm/minで11分30秒間発泡させた。発泡メッシュクロス、比較例1(CE−1)のTPLを、5cm2片に手でダイカットし、「電気化学セル準備手順(一般)」で説明した方法で、電極及び膜と組み付けた。説明したように、膜電極アセンブリを形成する際に、膜アセンブリ及び電極アセンブリも本質的に形成されている。
ポリプロピレンメッシュクロス、200目を9cm×9cm片にダイカットし、加熱室に配置した二軸延伸装置にチャッキングによりセットした。次にこれを、摂氏140度で10mm/minで11分30秒間発泡させた。エタノール/水(=70%/30%)中の固形分3%のアイオノマー(725EW)の分散液に、発泡メッシュクロスを浸漬して取り出した。空気噴流により過剰な分散液を吹き飛ばした後、メッシュクロスを摂氏120度で5分間乾燥させた。得られたメッシュクロス、実施例2(Ex.2)のTPLを、5cm2片に手でダイカットし、「電気化学セル準備手順(一般)」で説明した方法で、電極及び膜と組み付けた。
延伸工程における11分30秒を14分で置き換えたことを除いて、実施例2と同様に、実施例3(Ex.3)を調製した。
発泡ポリプロピレンメッシュクロスを出荷時のポリエチレンテレフタレートメッシュクロス、75(65)−49PTNWで置き換えたことを除いて、実施例2と同様に、実施例4(Ex.4)を調製した。
発泡ポリプロピレンメッシュクロスを出荷時のポリエチレンテレフタレートメッシュクロス、75(65)−49PTNWで置き換えたことを除いて、比較例1と同様に、比較例5(CE−5)を調製した。
発泡ポリプロピレンメッシュクロスを出荷時のポリエチレンテレフタレートメッシュクロス、T−NO.90Tで置き換えたことを除いて、実施例2と同様に、実施例6(Ex.6)を調製した。
発泡ポリプロピレンメッシュクロスを出荷時のポリエチレンテレフタレートメッシュクロス、SEFAR PET07−64/45で置き換えたことを除いて、実施例2と同様に、実施例7(Ex.7)を調製した。
発泡ポリプロピレンメッシュクロスを出荷時のポリエチレンテレフタレートメッシュクロス、SEFAR PET07−30/21で置き換えたことを除いて、実施例2と同様に、実施例8(Ex.8)を調製した。
発泡ポリプロピレンメッシュクロスを出荷時のポリプロピレン不織材、ELTASポリプロピレンPO3015で置き換えたことを除いて、比較例1と同様に、比較例9(CE−9)を調製した。
発泡ポリプロピレンメッシュクロスを出荷時のポリプロピレン不織材、ELTASポリプロピレンPO3015で置き換えたことと、725EWアイオノマー分散体をCOLCOAT PXで置き換えたことと、を除いて、実施例2と同様に、比較例10(CE−10)を調製した。
マイクロガラス繊維不織材、Grade 8000111 Glassを10cm×15cm片に切断し、ヤマト科学株式会社(東京、日本)から入手可能なマッフル炉FC310に配置した。温度を摂氏350度に上昇させ、10分間維持した。エタノール/水(=70%/30%)中の固形分3%のアイオノマー(725EW)の分散液に、処理した不織材を浸漬して平坦なPTFEシートに取り出した。次に、これを10分間室温、5分間摂氏120度で乾燥させた。
発泡ポリプロピレンメッシュクロスを出荷時のPTFE不織材、POREFLONメンブレンHPW−045−30で置き換えたことを除いて、比較例1と同様に、比較例12(CE−12)を調製した。
各面に、二重シートのPTFE不織材を適用したことを除いて、比較例12と同様に、比較例13(CE−13)を調製した。
TPLなしで、「電気化学セル準備手順(一般)」において上で述べた仕方で、比較例14(CE−14)を調製した。
TPLなしで、50ミクロン厚3M 825EW膜で「電気化学セル準備手順(一般)」において上で述べた仕方で、比較例15(CE−15)を調製した。
Claims (44)
- 第1表面と、前記第1表面とは反対側を向いた第2表面と、を有するイオン透過膜と、
第1表面と、前記第1表面とは反対側を向いた第2表面と、前記第1表面と前記第2表面と間の流体連通と、約0.50〜約0.98の体積多孔率及び開口面積多孔率のうちの少なくとも一方と、を有する第1の輸送保護層であって、前記イオン透過膜の前記第1表面が、前記第1の輸送保護層の前記第1表面に接触しており、前記第1の輸送保護層が、繊維を含む非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方と、前記非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方の繊維表面の少なくとも一部分を被覆するイオン性樹脂と、を含む第1の輸送保護層と、
を備える、液体フロー電池用の膜アセンブリ。 - 第1表面と、前記第1表面とは反対側を向いた第2表面と、前記第1表面と前記第2表面と間の流体連通と、約0.50〜約0.98の体積多孔率及び開口面積多孔率のうちの少なくとも一方と、を有する第2の輸送保護層であって、前記イオン透過膜の前記第2表面が、前記第2の輸送保護層の前記第1表面に接触しており、前記第2の輸送保護層が、繊維を含む非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方と、前記非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方の繊維表面の少なくとも一部分を被覆するイオン性樹脂と、を含む第2の輸送保護層を更に備える、請求項1に記載の液体フロー電池用の膜アセンブリ。
- 前記第1の輸送保護層において、及び任意に前記第2の輸送保護層において、前記輸送保護層の総重量に対する前記イオン性樹脂の重量の比が、約0.05〜約0.8である、請求項1に記載の液体フロー電池用の膜アセンブリ。
- 前記イオン性樹脂が、パーフルオロスルホン酸コポリマー、パーフルオロスルホンイミドコポリマー、スルホン化ポリスルホン、四級アンモニウム基を含むポリマー又はコポリマー、グアニジウム基又はチウロニウム基のうちの少なくとも一方を含むポリマー又はコポリマー、イミダゾリウム基を含むポリマー又はコポリマー、ピリジニウム基を含むポリマー又はコポリマーのうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の液体フロー電池用の膜アセンブリ。
- 前記イオン性樹脂が陽イオン交換樹脂であり、任意に、前記陽イオン交換樹脂がプロトンイオン交換樹脂である、請求項1に記載の液体フロー電池用の膜アセンブリ。
- 前記イオン性樹脂が陰イオン交換樹脂である、請求項1に記載の液体フロー電池用の膜アセンブリ。
- 前記非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方が、非導電性のポリマー繊維を含む、請求項1に記載の液体フロー電池用の膜アセンブリ。
- 前記非導電性のポリマー繊維が、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリオレフィン、スチレン並びにスチレン系ランダムコポリマー及びブロックコポリマー、ポリ塩化ビニル、並びにフッ素化ポリマーのうちの少なくとも1つを含む、請求項7に記載の液体フロー電池用の膜アセンブリ。
- 前記非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方が、非導電性の無機繊維を含む、請求項1に記載の液体フロー電池用の膜アセンブリ。
- 前記非導電性の無機繊維が、セラミック、ホウ素、ケイ素、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム及びロックウールのうちの少なくとも1つを含む、請求項9に記載の液体フロー電池用の膜アセンブリ。
- 前記第1及び第2の輸送保護層のうちの少なくとも一方の厚さが約50ミクロン〜130ミクロンである、請求項1に記載の液体フロー電池用の膜アセンブリ。
- 前記第1及び第2の輸送保護層のうちの少なくとも一方の水透過性@5kPaが約100mL/(cm2min)以上である、請求項1に記載の液体フロー電池用の膜アセンブリ。
- 炭素繊維を含み、第1表面と、前記第1表面とは反対側を向いた第2表面と、を有する多孔質電極と、
第1表面と、前記第1表面とは反対側を向いた第2表面と、前記第1表面と前記第2表面と間の流体連通と、約0.50〜約0.98の体積多孔率及び開口面積多孔率のうちの少なくとも一方と、を有する第1の輸送保護層であって、前記多孔質電極の前記第1表面が、前記第1の輸送保護層の前記第2表面に近接しており、前記第1の輸送保護層が、繊維を含む非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方と、前記非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方の繊維表面の少なくとも一部分を被覆するイオン性樹脂と、を含む第1の輸送保護層と、
を備える、液体フロー電池用の電極アセンブリ。 - 前記第1の輸送保護層において、及び任意に前記第2の輸送保護層において、前記輸送保護層の総重量に対する前記イオン性樹脂の重量の比が、約0.05〜約0.8である、請求項13に記載の液体フロー電池用の電極アセンブリ。
- 前記イオン性樹脂が、パーフルオロスルホン酸コポリマー、パーフルオロスルホンイミドコポリマー、スルホン化ポリスルホン、四級アンモニウム基を含むポリマー又はコポリマー、グアニジウム基若しくはチウロニウム基のうちの少なくとも一方を含むポリマー又はコポリマー、イミダゾリウム基を含むポリマー又はコポリマー、ピリジニウム基を含むポリマー又はコポリマーのうちの少なくとも1つを含む、請求項13に記載の液体フロー電池用の電極アセンブリ。
- 前記イオン性樹脂が陽イオン交換樹脂であり、任意に、前記陽イオン交換樹脂がプロトンイオン交換樹脂である、請求項13に記載の液体フロー電池用の電極アセンブリ。
- 前記イオン性樹脂が陰イオン交換樹脂である、請求項13に記載の液体フロー電池用の電極アセンブリ。
- 前記多孔質電極が、カーボンペーパー、カーボンフェルト及びカーボンクロスのうちの少なくとも1つを含む、請求項13に記載の液体フロー電池用の電極アセンブリ。
- 前記多孔質電極が親水性である、請求項13に記載の液体フロー電池用の電極アセンブリ。
- 前記非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方が、非導電性のポリマー繊維を含む、請求項13に記載の液体フロー電池用の電極アセンブリ。
- 前記非導電性のポリマー繊維が、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリオレフィン、スチレン並びにスチレン系ランダムコポリマー及びブロックコポリマー、ポリ塩化ビニル、並びにフッ素化ポリマーのうちの少なくとも1つを含む、請求項20に記載の液体フロー電池用の電極アセンブリ。
- 前記非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方が、非導電性の無機繊維を含む、請求項13に記載の液体フロー電池用の電極アセンブリ。
- 前記非導電性の無機繊維が、セラミック、ホウ素、ケイ素、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム及びロックウールのうちの少なくとも1つを含む、請求項22に記載の液体フロー電池用の電極アセンブリ。
- 前記第1の輸送保護層の厚さが約50ミクロン〜130ミクロンである、請求項13に記載の液体フロー電池用の電極アセンブリ。
- 前記第1の輸送保護層の水透過性@5kPaが約100mL/(cm2min)及び1000mL/(cm2min)以上である、請求項13に記載の液体フロー電池用の電極アセンブリ。
- 第1表面と、前記第1表面とは反対側を向いた第2表面と、を有するイオン透過膜と、
第1表面と、前記第1表面とは反対側を向いた第2表面と、前記第1表面と前記第2表面と間の流体連通と、約0.50〜約0.98の体積多孔率及び開口面積多孔率のうちの少なくとも一方と、をそれぞれ有する第1及び第2の輸送保護層であって、前記イオン透過膜の前記第1表面が、前記第1の輸送保護層の前記第1表面に接触しており、前記イオン透過膜の前記第2表面が、前記第2の輸送保護層の前記第1表面に接触しており、前記第1及び第2の輸送保護層が、繊維を含む非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方と、前記非導電性の織基材と不織基材のうちの少なくとも1つの繊維表面の少なくとも一部分を被覆するイオン性樹脂と、を含む第1及び第2の輸送保護層と、
炭素繊維をそれぞれ含み、第1表面と、前記第1表面とは反対側を向いた第2表面と、をそれぞれ有する第1及び第2の多孔質電極であって、前記第1の多孔質電極の前記第1表面が前記第1の輸送保護層の前記第2表面に近接しており、前記第2の多孔質電極の前記第1表面が前記第2の輸送保護層の前記第2表面に近接している、第1及び第2の多孔質電極と、
を備える、液体フロー電池用の膜電極アセンブリ。 - 前記第1の輸送保護層において、及び任意に前記第2の輸送保護層において、前記輸送保護層の総重量に対する前記イオン性樹脂の重量の比が、約0.05〜約0.8である、請求項26に記載の液体フロー電池用の膜電極アセンブリ。
- 前記イオン性樹脂が、パーフルオロスルホン酸コポリマー、パーフルオロスルホンイミドコポリマー、スルホン化ポリスルホン、四級アンモニウム基を含むポリマー又はコポリマー、グアニジウム基若しくはチウロニウム基のうちの少なくとも一方を含むポリマー又はコポリマー、イミダゾリウム基を含むポリマー又はコポリマー、ピリジニウム基を含むポリマー又はコポリマーのうちの少なくとも1つを含む、請求項26に記載の液体フロー電池用の膜電極アセンブリ。
- 前記イオン性樹脂が陽イオン交換樹脂であり、任意に、前記陽イオン交換樹脂がプロトンイオン交換樹脂である、請求項26に記載の液体フロー電池用の膜電極アセンブリ。
- 前記イオン性樹脂が陰イオン交換樹脂である、請求項26に記載の液体フロー電池用の電極アセンブリ。
- 前記多孔質電極が、カーボンペーパー、カーボンフェルト及びカーボンクロスのうちの少なくとも1つを含む、請求項26に記載の液体フロー電池用の膜電極アセンブリ。
- 前記多孔質電極が親水性である、請求項26に記載の液体フロー電池用の膜電極アセンブリ。
- 前記非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方が、非導電性のポリマー繊維を含む、請求項26に記載の液体フロー電池用の膜電極アセンブリ。
- 前記非導電性のポリマー繊維が、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリオレフィン、スチレン並びにスチレン系ランダムコポリマー及びブロックコポリマー、ポリ塩化ビニル、並びにフッ素化ポリマーのうちの少なくとも1つを含む、請求項33に記載の液体フロー電池用の膜電極アセンブリ。
- 前記非導電性の織基材及び不織基材のうちの少なくとも一方が、非導電性の無機繊維を含む、請求項26に記載の液体フロー電池用の膜電極アセンブリ。
- 前記非導電性の無機繊維が、セラミック、ホウ素、ケイ素、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム及びロックウールのうちの少なくとも1つを含む、請求項35に記載の液体フロー電池用の膜電極アセンブリ。
- 前記第1及び第2の輸送保護層のうちの少なくとも一方の厚さが約50ミクロン〜130ミクロンである、請求項26に記載の液体フロー電池用の膜電極アセンブリ。
- 前記第1及び第2の輸送保護層のうちの少なくとも一方の水透過性@5kPaが約100mL/(cm2min)以上である、請求項26に記載の液体フロー電池用の膜電極アセンブリ。
- 請求項1に記載の膜アセンブリを備える、液体フロー電池用の電気化学セル。
- 請求項13に記載の電極アセンブリを備える、液体フロー電池用の電気化学セル。
- 請求項26に記載の膜電極アセンブリを備える、液体フロー電池用の電気化学セル。
- 請求項1に記載の膜アセンブリを備える、液体フロー電池。
- 請求項13に記載の電極アセンブリを備える、液体フロー電池。
- 請求項26に記載の膜電極アセンブリを備える、液体フロー電池。
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