JP4700612B2 - 一体化された膜電極組立体およびその作製方法 - Google Patents
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Description
(a)流体不浸透性の高分子が実質的に均一に含浸されたシーリング端部を有する第1の多孔質ガス拡散バッキング層、
(b)第1および第2のガス拡散バッキング層の外側端部内に外側端部を有する高分子電解質膜、
(c)前記第1の拡散バッキング層と前記高分子電解質膜の間に配置される第1の電極触媒層であって、前記電極触媒層が前記高分子電解質膜表面と実質的に同延である第1の電極触媒層、
(d)流体不浸透性の高分子が実質的に均一に含浸されたシーリング端部を有する第2の多孔質ガス拡散バッキング層、
(e)前記第2の拡散バッキング層と前記高分子電解質膜の間に配置される第2の電極触媒層であって、前記電極触媒層が前記高分子電解質膜表面と実質的に同延であり、第2のガス拡散バッキングと高分子電解質膜の界面に存在する第2の電極触媒層、
(f)その絶縁層が、第1と第2のガス拡散バッキング層の間の接触を防ぐように、一体化された膜電極組立体内に配置され、高分子電解質膜の外側端部が前記絶縁層の内側端部とが重ね合わされている少なくとも1つのフレーム成形された絶縁層、並びに、
(g)高分子電解質膜の外側端部を包囲する流体不浸透性高分子シール、
を含んでなる。
(a)順番に、シーリング端部と第1および第2の表面を有する第1のガス拡散バッキング層、第1の電極触媒層、外側端部を有する高分子電解質膜、第2の電極触媒層、並びにシーリング端部と第1および第2の表面を有する第2のガス拡散バッキング層を含んでなり、
さらに、内側および外側端部を有する第1および第2のフレーム成形されたシーリング高分子層であって、第1のフレーム成形されたシーリング高分子層を第1のガス拡散バッキング層の両側に配置することができ、第2のフレーム成形されたシーリング高分子層を第2のガス拡散バッキング層の両側に配置することができ、かつ、フレーム成形されたシーリング高分子層が、第1および第2のガス拡散バッキング層のシーリング端部と重ね合わさるシーリング高分子層を含んでなり、
さらに、内側および外側層端部を有するフレーム成形された絶縁層であって、第1と第2のガス拡散バッキング層の間に配置され、かつ、絶縁層の内側端部と高分子膜の外側端部が重ね合わさる絶縁層を含んでなる、
多層サンドイッチを形成するステップ、
(b)プレート間で多層サンドイッチを圧縮成形するステップであって、シーリング高分子が、第1および第2のガス拡散バッキング層のシーリング端部の中に含浸され、シーリング高分子が、第1および第2のガス拡散バッキング層並びに高分子膜の両方の周辺領域を包囲して、流体不浸透性シールを形成し、かつ、内側端部および外側端部を有するフレーム成形された絶縁層が、第1と第2のガス拡散バッキング層の間の接触を防ぐステップ、並びに、
(c)過剰材料を縁取りして、最終的に所望の形状を形成するステップ、
を含んでなる。
UMEAは、図1A、1B、および1Cに示した多層サンドイッチ(10)を使用して作製され、これは、シーリング端部を有する第1のガス拡散バッキング層(13)、第1のシーリング高分子(15)、第1の電極触媒層(12)、高分子電解質膜(11)、絶縁層(14)、第2のシーリング高分子(15’)、第2の電極触媒層(12’)、およびシーリング端部を有する第2のガス拡散バッキング層(13’)を含んでなる。好適な実施形態では、第1および第2の電極触媒層、並びに高分子電解質膜は、予め組み立てられた触媒被覆膜として提供される。UMEAは、図2に示す高分子流体不浸透性シール(18)を有し、それはUMEAの内側と外側領域の間の漏れ経路を防ぐものである。
シーリング端部(13)および(13’)を有するガス拡散バッキング層は、通常相互に連結した細孔または空隙構造を有する多孔質導電性材料を構成する。一般に、ガス拡散バッキング層は、材料のロールまたはシートから切り出される。導電性材料は、一般に炭素などの耐腐食性材料であり、それを繊維に形成してもよい。かかる繊維状炭素構造は、ペーパー、織布、または不織布のウェブの形とすることができる。あるいは、導電性材料は微粒子の形態でもよい。繊維状炭素構造体と微粒子形態の導電性材料の混合物も使用できる。導電性材料は、その表面エネルギーを増加または低下させるために表面処理することができ、特定の用途に応じて、導電性材料の疎水性を増加または低下させることが可能である。
ナフィオン(Nafion)(登録商標)高分子を使用して製造されるものなどのプロトン伝導膜は、一般に熱可塑性高分子に対する接着性に劣り、燃料電池の長時間の使用、並びに、熱および湿気サイクルの繰返しの後、シール材料から膜層割れする傾向がある。かかる層割れにより、一般に、膜境界に沿ってクロスオーバまたは横方向の端部漏れ経路が生ずる。しかし、電極触媒組成物を用いると良好な接着性を達成することは比較的容易である。したがって、触媒被覆膜(CCM)を使用する実施形態では、被覆組成物(12)および(12’)は、電解質膜と実質的に同延である。
高分子電解質膜(11)は、電極触媒層に使用するために上述したのと同じイオン交換高分子から製造することができる。この膜は、周知の押出成形またはキャスティング技術によって製造することができ、用途に応じて変化させ得る厚さを有し、一般に約350μm以下の厚さを有する。非常に薄く、すなわち約50μm以下の膜を使用する傾向にある。本発明による方法は、被覆の際多量の溶媒に関連する問題が特に顕著になるこうした薄い膜上に電極を形成する際に使用するのに適切である。フレキソまたはパッド印刷プロセスの間は高分子がアルカリ金属またはアンモニウム塩型であってもよいが、膜中の高分子が、後処理の酸交換ステップを回避できる酸性型であることが好ましい。好適な酸性型の過フッ化スルホン酸高分子膜は、イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニーから商標名ナフィオン(登録商標)で入手できる。あるいは、国際公開第00/15691号パンフレットに記載されているような様々な他のイオン伝導性高分子から製造される膜、例えばスルホン化されたポリ芳香族を使用することができる。
絶縁層は、ガス拡散バッキング層間の望ましくない接触を防ぐ。それは、その内側端部が、CCM半組立体を使用するときMEAの機能領域の中に延びずに、電極触媒層の外側端部と実質的に重ね合わさるように配置される。絶縁層の外側端部は、隣接するガス拡散バッキング層の外側端部と実質的に同延である。通常1つの絶縁層だけが必要になるが、しかし追加の絶縁層も、例えばCCM半組立体の両面に隣接して存在することができる。絶縁層が電極触媒層と重ね合わさるので、中心合わせまたは寸法形状の不正確さに起因する問題は回避される。かかる不正確さにより、環状スクリム層の端部と高分子膜の端部の間に隙間を生ずる可能性がでてくる。かかる隙間は、ガス拡散バッキング層の相互の接触を引き起こし、不必要な電気経路を生ずるおそれがある。さらに、溶融した熱可塑性材料は、ホットプレスの際、横向きに流動する傾向があり、それは、膜境界がずれて、スクリム層から分離することを引き起こすおそれがある。かかる分離は、不必要な電気経路の可能性を増大させる。
本出願人は、シーリング高分子の環状層の最適数およびそれらの厚さは、厚さ、気孔率、または微細孔層の存在、並びに、厚さ、幅、抵抗、および許容範囲内の漏れ速度などのシールの設計仕様上の特性を基準にして選択されることを見出した。図1Aおよび1Bに例示したように、シーリング高分子の2つの環状層を使用すると、しばしば本発明の目的、すなわち、分布をシール面だけに制限しながら、多孔質GDB層内に熱可塑性シール材料の一様分布が達成される。GDB層内にシーリング高分子が無制御に分布されると、多くの望ましくない作用を引き起こす可能性がある。例えば、MEAの活性領域の中へのシーリング高分子の侵入、不十分に浸透して不十分なシーリングを生ずること、あまりに厚いまたは薄いシール面、および、劣悪な表面仕上げがある。このことは、GDB層が、電極層に隣接する1面または両面にミクロ多孔質層で被覆されるとき特にそうである。しかし、本製造プロセスは、より寛大であり、図1Cに例示する好適な実施形態では制御するのがより容易であり、この場合、シーリング高分子の制御された一様な分布を促進するため、シーリング高分子(15および15’)の4つの層が提供される。
シーリング高分子が熱可塑性材料である場合、UMEAを製造する方法は、一般に、図1に例示したようなサンドイッチ内に層を一緒に組立てるステップ、シーリング高分子を溶融するために加熱しながらそれらを一緒に押圧するステップ、および、続いて圧力を保持しながらシーリング高分子を凝固させるために冷却するステップ、を含んでなる。この目的のために使用される圧縮成形機は、通常シーリング高分子の内側端部を越えて内部を覆いかつ延びているシムを有する。通常、最終の縁取り操作によって過剰材料が取り除かれ、最終的な形状が得られる。2つ以上のシーリング高分子層を使用することができ、それらは、通常その中心が取り除かれ「額縁」が作り出されているシートの形(例えば押出フィルム)をして存在する。レイアップの際、この層は、額縁の開口部がMEAの活性領域と位置合わせされるように配置される。ほとんどの場合、2つ以上のシーリング高分子層を使用することが有利である。各層の数、厚さ、および位置を調節することによって、シーリング高分子のMEA活性領域への侵入を引き起こさずに、構造体の全体にわたってシーリング高分子のほぼ一様な最適分布を得ることができる。シーリング高分子の不十分な分布から、多くの望ましくない作用、不十分なシーリングを生ずる不十分な浸透、あまりに厚いまたは薄いシール面、および不十分な表面仕上げになる可能性がある。
一体化されたMEA(30)を使用して燃料電池を組立てることができる。流れ場プレート(図示せず)が、シーリング端部を有する第1および第2の(カソードおよびアノード)ガス拡散バッキング層(13)および(13’)の外側表面上に配置される。シール(18)に隆起部、ドーム、リブ、またはその他の構造上の機構(図示せず)が設けられている場合、流れ場プレートには、これらのシール(18)上の機構と嵌合する凹部を設けることができる。
以下の手続きに従い一体化されたMEAを作製した。
1.ガス拡散バッキング(炭素繊維ベースのペーパー、厚さ190ミクロン、85.5グラム/m2の坪量、東レ(Toray)TGP−H 060として市販、東レコンポジット(Toray Composites)(アメリカ)社(ワシントン州タコマ(Tacoma))から入手可能)から295mm×189mm片2つを切り出した。
2.外寸295mm×189mmおよび内寸240mm×138mmを有する2つの額縁化シーリング高分子フィルム(厚さ130ミクロン、バイネル(登録商標)4105として市販の線状低密度ポリエチレン樹脂から押出し成形、イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール(デラウェア州ウィルミントン)から入手可能)を切り出した。
3.外寸295mm×189mm、内寸240mm×138mm、および厚さ60ミクロンを有する2枚の額縁化シーリング高分子フィルムを切り出した。
4.(外寸295mm×189mm、内寸240mm×138mm、および厚さ0.03mmを有する)1つの額縁化絶縁層(パラ−アラミド繊維ベースのペーパー、24グラム/m2の坪量)を切り出した。
5.以下の層を互いの上に配置してサンドイッチを形成した。
1枚の剥離フィルム(FEPフルオロポリマー(ポリ(テトラフルオロ−エチレン−CO−ヘキサフルオロプロピレン))フィルム、厚さ250ミクロン、テフロン(登録商標)FEP 1000Aフィルムとして市販、イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール(デラウェア州ウィルミントン)から入手可能)
1枚の額縁化60ミクロン厚さのシーリング高分子フィルム、
1つのガス拡散バッキング、
1枚の額縁化130ミクロン厚さのシーリング高分子フィルム、
1つの額縁化絶縁層、
1つの高分子膜上に2つの電極触媒層を含んでなる1つの触媒被覆膜(活性面積240mm×134mmおよび膜面積251mm×145mm)、
1枚の額縁化130ミクロン厚さのシーリング高分子フィルム、
1つのガス拡散バッキング、
1枚の額縁化60ミクロン厚さのシーリング高分子フィルム、
1枚の上記剥離フィルム、この剥離層は、圧縮成形後、プレートから一体化されたMEAをより容易に剥がすために存在する。
6.このサンドイッチを、1対の303mm×197mm×厚さ12.7mmのグラファイト・プレート(SGL(ペンシルバニア州セイントマリーズ(St.Marys))から入手可能)間に配置し、サンドイッチ/プレートの組合せを、135℃まで予熱した油圧プレス内に配置した。このプレスは、100トン油圧プレスであった(カリフォルニア州パサデナ(Pasadena)のPHIから入手可能)。
7.7100Nの力をプレートに3分間かけた。
8.28900Nの力をプレートに2分間かけた。
9.かけた力を保持しながらプレートを室温まで冷却した。
10.一体化されたMEAを最終的な寸法に縁取りした。
以下の手続きに従い一体化されたMEAを作製した。
1.ガス拡散バッキング(炭素繊維ベースのペーパー、厚さ415ミクロン、125グラム/m2の坪量、シグラセット(Sigracet)(登録商標)GDL 10−BBとして市販、SGLテクノロジー(SGL Technologies)(ペンシルバニア州セイントマリーズ)から入手可能)から420mm×237mm片2つを切り出した。
2.外寸416mm×233mmおよび内寸307mm×175mmを有する2つの額縁化シーリング高分子フィルム(厚さ100ミクロン、バイネル(登録商標)4105として市販の線状低密度ポリエチレン樹脂から押出し成形、イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール(デラウェア州ウィルミントン)から入手可能)を切り出した。
3.外寸416mm×233mm、内寸300mm×175mm、および厚さ75ミクロンを有する2枚の額縁化シーリング高分子フィルムを切り出した。
4.(外寸416mm×233mm、内寸300mm×175mm、および厚さ0.03mmを有する)2つの額縁化絶縁層(パラ−アラミド繊維ベースのペーパー、24グラム/m2の坪量)を切り出した。
5.外寸416mm×233mmおよび内寸294mm×169mmを有する2つの額縁化シムを、厚さ0.1mmのカプトン(登録商標)フィルム(イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール(デラウェア州ウィルミントン)から市販)から切り出した。
6.以下の層を互いの上に配置して多層サンドイッチを形成した。
1つの額縁化シム、
1枚の剥離フィルム(FEPフルオロポリマー(ポリ(テトラフルオロ−エチレン−CO−ヘキサフルオロプロピレン))フィルム、厚さ250ミクロン、テフロン(登録商標)FEP 1000Aフィルムとして市販、イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール(デラウェア州ウィルミントン)から入手可能)、
1枚の額縁化100ミクロン厚さのシーリング高分子フィルム、
1つのガス拡散バッキング、
1枚の額縁化75ミクロン厚さのシーリング高分子フィルム、
1つの額縁化絶縁層、
1つの高分子膜上に2つの電極触媒層を含んでなる1つの触媒被覆膜、寸法306mm×181mm、
1つの額縁化絶縁層、
1枚の額縁化75ミクロン厚さのシーリング高分子フィルム、
1つのガス拡散バッキング、
1枚の額縁化100ミクロン厚さのシーリング高分子フィルム、
1枚の上記剥離フィルム、この剥離層は、圧縮成形後、プレートから一体化されたMEAをより容易に剥がすために存在する。
1つの額縁化シム。
7.この多層サンドイッチを、1対の424mm×242mm×厚さ12.7mmグラファイト・プレート(SGL(ペンシルバニア州セイントマリーズ)から入手可能)間に配置し、この多層サンドイッチ/プレートの組合せを、135℃まで予熱した油圧プレス内に配置した。このプレスは、100トン油圧プレスであった(PHI(カリフォルニア州パサデナ)から入手可能)。
8.7.1kNの力をプレートに3分間かけた。
9.222kNの力をプレートに1分間かけた。
10.かけた力を保持しながらプレートを室温まで冷却した。
11.プレートをプレスから取り出し、分離し、一体化されたMEAを取り出した。
12.燃料電池の設計要件に従って、シールされた境界領域にマニホールド穴などの機構を加えるプロセスにおいて、一体化されたMEAを、最終的な寸法および形状に縁取りした。
本発明の好適な実施の態様は次のとおりである。
1. (a)流体不浸透性の高分子が実質的に均一に含浸されたシーリング端部を有する第1の多孔質ガス拡散バッキング層、
(b)第1および第2のガス拡散バッキング層の外側端部内に外側端部を有する高分子電解質膜、
(c)前記第1の拡散バッキング層と前記高分子電解質膜の間に配置される第1の電極触媒層であって、前記電極触媒層が前記高分子電解質膜表面と実質的に同延である第1の電極触媒層、
(d)流体不浸透性の高分子が実質的に均一に含浸されたシーリング端部を有する第2の多孔質ガス拡散バッキング層、
(e)前記第2の拡散バッキング層と前記高分子電解質膜の間に配置される第2の電極触媒層であって、前記電極触媒層が前記高分子電解質膜表面と実質的に同延であり、第2のガス拡散バッキングと高分子電解質膜の界面に存在する第2の電極触媒層、
(f)その絶縁層が、第1と第2のガス拡散バッキング層の間の接触を防ぐように、一体化された膜電極組立体内に配置され、高分子電解質膜の外側端部が前記絶縁層の内側端部とが重ね合わされている少なくとも1つのフレーム成形された絶縁層、並びに、
(g)高分子電解質膜の外側端部を包囲する流体不浸透性高分子シール、
を含んでなる一体化された膜電極組立体。
2. フレーム化された絶縁層の内側端部が、高分子電解質膜の外側端部と2〜4mmだけ重ね合わされている上記1に記載の一体化された膜電極組立体。
3. 前記第1および第2の電極触媒層が、高分子電解質膜表面に存在する上記1または2に記載の一体化された膜電極組立体。
4. フレーム化された絶縁層が、第1と第2のガス拡散バッキング層の間に存在する上記3に記載の一体化された膜電極組立体。
5. シーリング高分子が、熱可塑性高分子である上記1に記載の一体化された膜電極組立体。
6. シーリング高分子が、溶融加工可能なフルオロポリマー、部分フッ化高分子、熱可塑性高分子、熱可塑性フルオロエラストマ;芳香族縮合重合体;改質ポリエチレン;改質ポリプロピレン;ポリエチレン;熱可塑性エラストマ;液晶高分子;および芳香族ポリアミドよりなる群から選択される上記5に記載の一体化された膜電極組立体。
7. シーリング高分子が、繊維、布、または無機充填剤で補強される上記5に記載の一体化された膜電極組立体。
8. 絶縁層が、10E4Ω−cmを超える抵抗率を有する上記1に記載の一体化された膜電極組立体。
9. 絶縁層が、10E6Ω−cmを超える抵抗率を有する上記8に記載の一体化された膜電極組立体。
10. 絶縁層が、ガラス繊維布、パラ−アラミド繊維ベースのペーパー、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム、ポリエステルフィルム、改質された線状低密度ポリオレフィン、および樹脂マトリックス中の微粒子または繊維よりなる群から選択される上記1に記載の一体化された膜電極組立体。
11. シーリング高分子と絶縁層が、同じ高分子である上記1に記載の一体化された膜電極組立体。
12. (a)流体不浸透性の高分子が実質的に均一に含浸されたシーリング端部を有する第1の多孔質ガス拡散バッキング層、
(b)前記第1のガス拡散バッキング層の内側表面上に存在する第1の電極触媒層、
(c)第1および第2のガス拡散バッキング層の外側端部内に外側端部を有する高分子電解質膜、
(d)流体不浸透性の高分子が実質的に均一に含浸されたシーリング端部を有する第2の多孔質ガス拡散バッキング層、
(e)第2のガス拡散バッキング層の内側表面上に存在する第2の電極触媒層、
(f)前記高分子電解質膜と第2の電極触媒層の間に配置される少なくとも1つのフレーム成形された絶縁層であって、絶縁層の内側端部が前記高分子電解質膜の外側端部と重ね合わさり、かつ、前記絶縁層の外側端部がガス拡散バッキング層の端部と一致している絶縁層、並びに、
(g)高分子電解質膜の外側端部を包囲する流体不浸透性高分子シール、
を含んでなる一体化された膜電極組立体。
13. 圧縮成形を使用して一体化された膜電極組立体を作製する方法であって、
(a)順番に、シーリング端部と第1および第2の表面を有する第1のガス拡散バッキング層、第1の電極触媒層、外側端部を有する高分子電解質膜、第2の電極触媒層、並びにシーリング端部と第1および第2の表面を有する第2のガス拡散バッキング層を含んでなり、
さらに、内側および外側端部を有する第1および第2のフレーム成形されたシーリング高分子層であって、第1のフレーム成形されたシーリング高分子層を第1のガス拡散バッキング層の両側に配置することができ、第2のフレーム成形されたシーリング高分子層を第2のガス拡散バッキング層の両側に配置することができ、かつ、フレーム成形されたシーリング高分子層が、第1および第2のガス拡散バッキング層のシーリング端部と重ね合わされるシーリング高分子層を含んでなり、
さらに、内側および外側層端部を有するフレーム成形された絶縁層であって、第1と第2のガス拡散バッキング層の間に配置され、かつ、絶縁層の内側端部と高分子膜の外側端部が重ね合わさる絶縁層を含んでなる、
多層サンドイッチを形成するステップ、並びに、
(b)多層サンドイッチを圧縮成形するステップであって、シーリング高分子が、第1および第2のガス拡散バッキング層のシーリング端部の中に含浸され、シーリング高分子が高分子電解質膜を包囲して、高分子の流体不浸透性シールを形成し、かつ、フレーム成形された絶縁層が、第1と第2のガス拡散バッキング層の間の接触を防ぐステップ、
を含んでなる方法。
14. 圧縮成形が、500〜600kPaの圧力で行われる上記13に記載の方法。
15. フレーム化された絶縁層の内側端部が、高分子電解質膜の外側端部と2〜4mmだけ重ね合わされている上記13に記載の方法。
16. 第1および第2の電極触媒層が、高分子電解質膜上に存在して触媒被覆膜を形成する上記13に記載の方法。
17. 第1および第2の電極触媒層が、高分子電解質膜の外側端部まで延びている上記16に記載の方法。
18. 第1および第2の電極触媒層が、第1および第2のガス拡散バッキング層上の高分子電解質膜に対向する面上に存在して、ガス拡散電極を形成する上記13に記載の方法。
19. 少なくとも1つの追加のフレーム化された絶縁層が、第1および第2のガス拡散バッキング層の間に存在する上記13に記載の方法。
20. 追加のフレーム化されたシーリング高分子層をさらに含んでなり、
追加のフレーム化されたシーリング高分子層が、第1、第2、またはこの両方のガス拡散バッキング層の両面上に配置される上記13に記載の方法。
21. 4つのフレーム化されたシーリング高分子層が使用される上記20に記載の方法。
22. シーリング高分子が、熱硬化性高分子または熱可塑性高分子から選択される上記13に記載の方法。
23. シーリング高分子が、溶融加工可能なフルオロポリマー、部分フッ化高分子、熱可塑性高分子、熱可塑性フルオロエラストマ、芳香族縮合重合体;改質ポリエチレン;改質ポリプロピレン;ポリエチレン;熱可塑性エラストマ;液晶高分子;および芳香族ポリアミドよりなる群から選択される上記22に記載の方法。
24. シーリング高分子が、繊維、布、または無機充填剤で補強される上記22に記載の方法。
25. 絶縁層が、約10E4Ω−cmを超える抵抗率を有する上記13に記載の方法。
26. 絶縁層が、約10E6Ω−cmを超える抵抗率を有する上記25に記載の方法。
27. 絶縁層が、ガラス繊維布、パラ−アラミド繊維ベースのペーパー、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム、ポリエステルフィルム、改質された線状低密度ポリオレフィン、および樹脂マトリックス中の微粒子または繊維よりなる群から選択される上記25に記載の方法。
28. 電極触媒層組成物が、触媒およびバインダを含んでなる上記13に記載の方法。
29. 触媒が、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、およびこれらの導電性酸化物よりなる群から選択される上記28に記載の方法。
30. バインダが、過フッ化スルホン酸高分子である上記28に記載の方法。
31. 高分子電解質膜が、過フッ化スルホン酸高分子を含んでなる上記13に記載の方法。
32. 多層サンドイッチのまわりに配置される少なくとも1つの剥離層をさらに含んでなる上記13に記載の方法。
33. 2つの剥離層が存在する上記32に記載の方法。
34. 少なくとも1つのシムが、剥離層上の多層サンドイッチから離れた表面上に存在する上記32に記載の方法。
35. シムが、フレーム成形された形状を有する上記34に記載の方法。
36. シムが、シーリング高分子層の内側端部を越えて内部に延びている上記35に記載の方法。
37. 剥離層が、シムとして機能する上記33に記載の方法。
38. ステップ(b)の後、圧縮成型された多層サンドイッチが、縁取りされる上記13に記載の方法。
39. ステップ(b)の後、圧縮成型された多層サンドイッチが、縁取りされる上記35に記載の方法。
40. 上記1に記載の一体化された膜電極組立体を含んでなる電気化学電池。
Claims (4)
- (a)流体不浸透性の高分子が均一に含浸されたシーリング端部を有する第1の多孔質ガス拡散バッキング層、
(b)第1および第2のガス拡散バッキング層の外側端部内に外側端部を有する高分子電解質膜、
(c)前記第1の拡散バッキング層と前記高分子電解質膜の間に配置される第1の電極触媒層であって、前記第1の電極触媒層が前記高分子電解質膜表面と同延である第1の電極触媒層、
(d)流体不浸透性の高分子が均一に含浸されたシーリング端部を有する第2の多孔質ガス拡散バッキング層、
(e)前記第2の拡散バッキング層と前記高分子電解質膜の間に配置される第2の電極触媒層であって、前記第2の電極触媒層が前記高分子電解質膜表面と同延である第2の電極触媒層、
(f)その絶縁層が、第1と第2のガス拡散バッキング層の間の接触を防ぐように、一体化された膜電極組立体内に配置され、高分子電解質膜の外側端部が前記絶縁層の内側端部とが重ね合わされている少なくとも1つのフレーム成形された絶縁層、並びに、
(g)高分子電解質膜の外側端部を包囲する流体不浸透性高分子シール、
を含んでなる一体化された膜電極組立体。 - (a)流体不浸透性の高分子が均一に含浸されたシーリング端部を有する第1の多孔質ガス拡散バッキング層、
(b)前記第1のガス拡散バッキング層の内側表面上に存在する第1の電極触媒層、
(c)第1および第2のガス拡散バッキング層の外側端部内に外側端部を有する高分子電解質膜、
(d)流体不浸透性の高分子が均一に含浸されたシーリング端部を有する第2の多孔質ガス拡散バッキング層、
(e)第2のガス拡散バッキング層の内側表面上に存在する第2の電極触媒層、
(f)前記高分子電解質膜と第2の電極触媒層の間に配置される少なくとも1つのフレーム成形された絶縁層であって、絶縁層の内側端部が前記高分子電解質膜の外側端部と重ね合わさり、かつ、前記絶縁層の外側端部がガス拡散バッキング層の端部と一致している絶縁層、並びに、
(g)高分子電解質膜の外側端部を包囲する流体不浸透性高分子シール、
を含んでなる一体化された膜電極組立体。 - 圧縮成形を使用して一体化された膜電極組立体を作製する方法であって、
(a)順番に、シーリング端部と第1および第2の表面を有する第1のガス拡散バッキング層、第1の電極触媒層、外側端部を有する高分子電解質膜、第2の電極触媒層、並びにシーリング端部と第1および第2の表面を有する第2のガス拡散バッキング層を含んでなり、
前記第1および第2の電極触媒層は前記高分子電解質膜表面と同延であり、前記高分子電解質膜は、前記第1および第2のガス拡散バッキング層の外側端部内に外側端部を有し、
さらに、内側および外側端部を有する第1および第2のフレーム成形されたシーリング高分子層であって、第1のフレーム成形されたシーリング高分子層を第1のガス拡散バッキング層の両側に配置することができ、第2のフレーム成形されたシーリング高分子層を第2のガス拡散バッキング層の両側に配置することができ、かつ、フレーム成形されたシーリング高分子層が、第1および第2のガス拡散バッキング層のシーリング端部と重ね合わされるシーリング高分子層を含んでなり、
さらに、内側および外側層端部を有するフレーム成形された絶縁層であって、第1と第2のガス拡散バッキング層の間に、前記第1および第2のガス拡散バッキング層の接触を防止するように配置され、かつ、絶縁層の内側端部と高分子膜の外側端部が重ね合わさる絶縁層を含んでなる、
多層サンドイッチを形成するステップ、並びに、
(b)多層サンドイッチを圧縮成形するステップであって、シーリング高分子が、第1および第2のガス拡散バッキング層のシーリング端部の中に含浸され、シーリング高分子が高分子電解質膜を包囲して、高分子の流体不浸透性シールを形成し、かつ、フレーム成形された絶縁層が、第1と第2のガス拡散バッキング層の間の接触を防ぐステップ、
を含んでなる方法。 - 請求項1に記載の一体化された膜電極組立体を含んでなる電気化学電池。
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