JPH06169583A - 強化した薄膜電極インタ−フェイス - Google Patents

強化した薄膜電極インタ−フェイス

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JPH06169583A
JPH06169583A JP5110777A JP11077793A JPH06169583A JP H06169583 A JPH06169583 A JP H06169583A JP 5110777 A JP5110777 A JP 5110777A JP 11077793 A JP11077793 A JP 11077793A JP H06169583 A JPH06169583 A JP H06169583A
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thin film
anode
cathode
radiation
electrode structure
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JP5110777A
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English (en)
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Carl W Townsend
カール・ダブリュ・タウンセンド
Arthur B Naselow
アーサー・ビー・ナスロウ
Andrew Kindler
アンドリュー・キンドラー
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Raytheon Co
Original Assignee
Hughes Aircraft Co
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    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、安価の薄膜材料を使用して製造
し、ナフィオン薄膜を使用するセルにより得られる電気
化学的動作と同等または優れている電気化学的動作を提
供するゼロギャップ薄膜電極構造を得ることを目的とす
る。 【構成】 プラズマエッチングを受けた陽極表面とプラ
ズマエッチングを受けた陰極表面とを有する放射線融合
陽イオン交換薄膜と、薄膜のプラズマエッチングを受け
た陰極表面に結合される陰極と、薄膜のプラズマエッチ
ングを受けた陽極表面に結合される陽極とを具備するこ
とを特徴とする。放射線融合構造陽イオン交換薄膜が放
射線融合されたフロロスルフォン酸薄膜、ベンゼンスル
フォン酸薄膜、アクリル酸薄膜、メタクリル酸薄膜から
選択され、陰極および陽極はそれぞれプラチナ、パラジ
ウム、プラチナ化カ−ボンブラック、プラチナ化黒鉛か
ら選択された触媒電極粒子で構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電気化学セルに関する。
特に本発明はこのような電気化学システムで使用する強
化した薄膜電極構造および強化した薄膜電極構造を製造
する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】米国特許第4,738,904 号明細書には連続
的電流が250 ℃以下の熱入力から生成される熱電気化学
システムを開示している。このシステムでは陰極と反応
する水素イオンは選択されたブレンステッド酸に浸さ
れ、陽極と反応する水素イオンは選択されたブレンステ
ッド塩基に浸される。電気化学反応期間中の電極で消費
される反応体は直接約250 ℃以下で熱的に再生され、シ
ステムの連続的動作を提供するため電極に循環される。
このタイプの熱電気化学システムで使用される電極は典
型的にプラチナまたはポリテトラフロロエチレン（ＰＴ
ＦＥ）のような材料から作られる極微の疎水性ファイバ
の支持ネットワ−クにより互いに保持される他の触媒粒
子から構成される。
【０００３】前述の熱電気化学システムの動作では、水
素ガスは電子およびアンモニウムイオンまたはプロトン
化アミンを生成するため陽極電極の微細孔でアンモニア
または蒸気のアミンと反応する。プロトン化アミンイオ
ンはセルの薄膜を通って陰極に移動され、ここでプロト
ン化アミンイオンはプラチナ粒子の間に存在する陰極の
微細孔に移動される。これらの微細孔内で液体の酸およ
び電子は水素ガスと酸の陰イオンを生成するため反応す
る。陰イオンは液体の塩を形成するためプロトン化アミ
ンイオンと結合する。
【０００４】前述の熱電気化学システムは典型的に薄い
電気触媒陽極層が薄い薄膜層の片側に結合し、薄い電気
触媒陰極層が薄膜の他方の側に結合する“ゼロギャッ
プ”セルを典型的に利用する。ナフィオン（商標）は共
通の薄膜材料として使用されるE.I.DuPont de Nemours
社から入手可能な陽イオン交換薄膜材料である。触媒陰
極と陽極をNafion（商標）薄膜に結合する処理は技術で
よく知られており典型的に熱結合を含む。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ナフィオン（商標）タ
イプの薄膜を含むゼロギャップセルは意図する目的に適
している。しかしナフィオン（商標）薄膜の価格は比較
的高価で、それ故多数の商業的応用でこれらの薄膜を使
用することが妨げられる。従って安価の薄膜材料を使用
して製造し、ナフィオン薄膜を使用するセルにより得ら
れる電気化学的動作と同等または優れている電気化学的
動作を提供するゼロギャップ薄膜電極構造が望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によると比較的安
価の放射線融合陽イオン交換薄膜が薄膜電極構造でナフ
ィオン（商標）薄膜の代りに使用できることが発見され
た。本発明はこのような放射線融合陽イオン交換薄膜が
放射線融合薄膜の表面が電極層と結合する前にプラズマ
エッチングされているならば安全に触媒の陽極と陰極に
結合されることの発見に基づいている。さらにナフィオ
ン（商標）薄膜を使用する同等のセルにより得られる電
気化学的性能と同等またはより優れている電気化学的性
能が与えられている結果的な薄膜電極構造が発見されて
いる。
【０００７】本発明によると、熱電気化学システムで使
用されるように適合された薄膜電極構造が提供される。
薄膜電極構造はプラズマエッチングした陽極表面とプラ
ズマエッチングした陰極表面を有する放射線融合触媒交
換薄膜を含む。触媒陰極層は薄膜のプラズマエッチング
した陰極表面に結合され、触媒陽極層は薄膜のプラズマ
エッチングした陽極表面に結合される。この薄膜電極構
造は製造が比較的安価であり、よく知られている組立技
術にしたがって処理される。
【０００８】本発明の特徴によると、放射線融合陽イオ
ン陽極交換薄膜は放射線融合フロロスルフォン酸薄膜
と、放射線融合ベンゼンスルフォン酸薄膜と、放射線融
合アクリル酸薄膜と、放射線融合メタクリル酸薄膜とか
らなる薄膜のグループから選択される。RAI Research社
から入手可能でＲ1010、Ｒ1020として識別されているベ
ンゼンスルフォン酸薄膜は比較的安価で、ナフィオン
（商標）薄膜により得られる電気化学的性能と同等また
はより優れている電気化学的性能を与えるので本発明に
よる使用に特に適している。
【０００９】本発明によると前述の薄膜電極構造を製造
する方法が提供される。この方法は陽極表面と陰極表面
を有する放射線融合触媒交換薄膜を提供する。これらの
２つの表面はプラズマエッチングした陽極と陰極表面を
形成するため酸化プラズマを使用してプラズマエッチン
グされる。触媒陽極と陰極層はそれぞれの陽極と陰極表
面に熱圧縮結合される。この処理方法は簡単で効率的で
安価である。薄膜電極構造は層剥離に耐久性があり、そ
れ故熱電気化学システム中で長期間にわたって使用する
ことに適している。
【００１０】本発明の前述の特徴および利点は後述の詳
細な説明によりよく理解されるであろう。
【００１１】
【実施例】本発明は米国特許第4,738,904 号明細書に開
示されているタイプの熱電気化学システムでの使用に適
合する改良した薄膜電極構造である。本発明による薄膜
電極構造は特に熱電気化学システムでの使用に適切であ
るが、本発明はゼロギャップ電極構造が必要とされる広
範囲の電気化学セルおよびシステムで使用されることが
できる。従って当業者には本発明の薄膜電極構造が熱電
気化学システムにおける使用に限定されず、広範囲の電
気化学セルで使用されることが理解されるであろう。
【００１２】本発明による薄膜電極構造は、放射線融合
陽イオン交換材料から作られる中心に位置する薄膜層を
含む。使用される薄膜材料は、放射線融合フロロスルフ
ォン酸薄膜、放射線融合ベンゼンスルフォン酸薄膜、放
射線融合アクリル酸薄膜、放射線融合メタクリル酸薄膜
を含む。好ましい薄膜材料は放射線融合ベンゼンスルフ
ォン酸である。特に好ましい薄膜はRAI Research社（ニ
ュ−ヨ−ク州のHappauge）から入手される。薄膜材料は
例えばR1010,R1020 である。薄膜は水和されるとき２ミ
ル（0.005cm ）の厚さを有し、通常の0.6 ノルマルの塩
化カリウムで抵抗は0.2 乃至0.5 ｏｈｍ−ｃｍ2 であ
る。薄膜のイオン交換能力は１グラムにつき１ミリ等量
（ｍｅｑ／ｇ）程度である。湿気を与えるとき薄膜は20
％の重量の水を含む。薄膜のイオン選択度は86％程度
（0.5 Ｎ ＫＣｌ／1.0 Ｎ ＫＣｌ）である。R1010,R1
020 タイプの薄膜が好ましいが、同等の特性と特徴を有
する他の電気透析薄膜も本発明により利用される。薄膜
は１乃至10ミル（0.003 から0.03ｃｍ）の厚さを有し、
約２ミル（0.005 ｃｍ）の厚さが好ましい。
【００１３】本発明の基本的な観点では触媒電極層に結
合するための薄膜の陽極および陰極表面を処理すること
を含む。本発明によると、陽極および陰極に結合する薄
膜の表面は酸化プラズマでプラズマエッチングされなけ
ればならない。ナトリウムのような通常の腐食液を使用
して物理的研磨又は化学エッチングすることは不適切で
あることが発見された。酸素は薄膜表面のエッチングに
使用するのに好ましいプラズマである。しかしながらオ
ゾン、塩素酸化物またはフッ素酸化物のような他の酸化
プラズマも利用できる。プラズマエッチングは通常の状
況下で動作する通常のプラズマエッチング装置を利用し
て行われる。例えば適切なプラズマエッチングは薄膜を
100 ミリトル（水銀0.1 ミリメ−トル）の酸素プラズマ
に200 ワットのプラズマエネルギで1.5 時間さらすこと
により得られる。薄膜の全体的な厚さの10乃至20％以下
がエッチングを受ける広い変化範囲の種々のプラズマパ
ラメ−タが使用される。
【００１４】薄膜の陽極および陰極表面がエッチングさ
れた後、薄膜は通常の熱結合処理を利用して陽極および
陰極層に結合される。電極層が薄膜に結合される特定の
圧力と温度は陽極と陰極層との間に挟まれているナフィ
オン（商標）薄膜を利用するゼロギャップセルの組立て
で使用されているよく知られたパラメ−タから選択され
ることができる。例えば約200 ℃の温度は典型的に電極
と薄膜の層からなる積層体に供給される１方形インチ当
り2,000 ポンド（140.7 ｋｇ／ｃｍ）程度の圧力で使用
される。
【００１５】選択的に結合前、薄膜を通過するイオンの
運動への抵抗の最少化を助長する薄膜表面領域を強化す
るため陽極および／または陰極は液体ナフィオン（商
標）溶剤で含浸される。
【００１６】プラズマエッチングされた薄膜層に結合さ
れる触媒電極は薄い層の形態である任意のよく知られた
触媒電極でよい。このような触媒電極は典型的にポリマ
−ネットワ−ク内に塊で固着される触媒粒子を含む。典
型的に触媒電極粒子は約25から約100 オングストロ−ム
の範囲の直径を有する。適切な触媒粒子はプラチナ、パ
ラジウム、硼化ニッケル、炭化タングステン、銀、プラ
チナ化カ−ボンブラック、白金化、黒鉛および電極粒子
として使用される他の知られた材料を含む。白金化カ−
ボンブラックおよび白金は好ましい電極材料である。こ
れらの材料は商業的に粒子形態で入手され、通常燃料セ
ル規格の粒子として知られている。
【００１７】触媒粒子が結合する支持ネットワ−クは好
ましくはポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）または
パラフィンのような疎水性の材料が好ましい。他の支持
ネットワ−ク材料は同様の疎水性特性を有しＰＴＦＥま
たはパラフィンと同様の方法で触媒っ粒子を固着する能
力を有するならば使用される。ＰＴＦＥは触媒電極では
好ましい支持ネットワ−ク材料である。ＰＴＦＥは好ま
しくはオングストロ−ムサイズの粒子の水性分散の形態
である。このようなテフロン（商標）30の水性分散はE.
I. Du Pont de Nemours から入手可能であり、好ましい
水性分散はテフロン（商標）30水性分散として識別され
る。このようなテフロン（商標）の水性分散は分散を形
成するために共に燃料セル級のプラチナ粒子と他の触媒
粒子との組合わせで使用され、通常の焼結処理では陽極
または陰極の一方で使用される触媒電極層を提供する。
通常のセルの必要性に応じて、陽極および陰極層は0.5
から５ミル（0.0013から0.013 ）程度の厚さを有する。
【００１８】本発明の実施例の例を以下説明する。 例１ 本発明による好ましい薄膜電極構造は薄膜材料としてRA
I R1010 を、陰極および陽極の触媒粒子としてプラチナ
を使用して以下のように生成された。
【００１９】１．Englehard 社の7.1 ｍｇのプラチナブ
ラック（50−100 オングストロ−ムの粒子サイズ）と亜
鉛10ｍｇ（１−５ミクロン粒子サイズ）が緊密に混合さ
れる。プラチナブラックはEnglehard 社（サウスキャロ
ライナ州セネカ）から得られ、粉末の亜鉛はMallinkrod
kt社（ミズ−リ州セントルイス）から得られる。
【００２０】２．テフロン20の水性分散の一定量は多量
の水により10％に希釈された。この溶液（4.5 ｍｇテフ
ロン）の２滴が前述の混合物に加えられ、共にスラリ−
にする。
【００２１】３．スラリ−は直径（1.88ｃｍ2 ）の1.55
ｃｍである円にアルミフォイル上でに広げられ、110 ℃
の温度でオ−ブンで２分間乾燥する。
【００２２】４．乾燥した混合物は10分間350 ℃で窒素
で焼結される。
【００２３】陽極および陰極は両者とも前述の処理に従
って準備された。陽極は薄膜と接触する触媒粒子の表面
領域を強化するため液体ナフィオン（商標）溶液（ペン
シルベニア州MendenhallのSolution Technology,Inc.）
により処理される。ナフィオン（商標）による処理に続
いて陽極および陰極を以下のように薄膜に結合する。 １．ナフィオン（商標）溶液の重量の５％の量がイソプ
ロパノ−ルで１％に希釈され、よく混合される。
【００２４】２．窒素雰囲気下でこの溶液の２滴が陽極
に加えられ表面に均等に広げられる。
【００２５】３．溶液はナフィオン（商標）を硬化する
ため70℃の窒素中で乾燥された。
【００２６】４．RAI Research社から得られるタイプの
R1010 薄膜が提供される。薄膜は２ミルの厚さで３×３
方形インチ（7.6 ×7.6 ｃｍ）の形状である。薄膜への
電極の結合前に薄膜は200 ワットのプラズマエネルギで
100 ミリトル（0.1 ｍｍのＨｇ）で酸素中で1.5 時間プ
ラズマエッチングをされる。
【００２７】５．電極は電極の間に薄膜を積層し、積層
体を液圧プレスに插入することにより薄膜の両側に結合
される。薄いゴムパッド（直径約３ｃｍ）は圧力が平均
して電極領域全てに分配されることを確実にするため積
層体の上に置かれた。積層体は200 ℃で２分間１方形イ
ンチにつき2000ポンド（140.7 ｋｇ／ｃｍ2 ）で圧縮さ
れる。構造体は圧力が取除かれ、アルミニウムフォイル
は注意深く剥がされる。電極の亜鉛の粉末は20重量％の
塩酸中で構造体をろ過することにより取去された。
【００２８】例２ 薄膜電極構造は薄膜が間に挟まれて陽極および陰極層に
結合される前にプラズマエッチングされないことを除い
て例１で説明されたことと同様に生成された。
【００２９】例３ 薄膜電極構造は薄膜がプラズマエッチングされず、電極
が薄膜に結合する温度が200 ℃の代りに150 ℃である点
を除いて例１と同様に生成された。
【００３０】例４ 変形された陽極を有する薄膜電極構造は以下のように生
成された。 １．7.1 ｍｇのプラチナブラック（Englehard,50−100
オングストロ−ムの粒子サイズ）と10ｍｇの亜鉛の粉末
が緊密に混合された。
【００３１】２．１％のナフィオン（商標）溶液の２滴
が混合物に加えられ、緊密に混合された。
【００３２】３．スラリ−が直径1.55ｃｍである円上に
アルミニウムフォイル上に広げられ、２分間110 ℃でオ
−ブンで乾燥される。
【００３３】４．薄膜はプラズマエッチングを受けず、
電極は150 ℃の温度と１方形インチにつき2000ポンド
（140.7 ｋｇ／ｃｍ2 ）の圧力で２分間熱結合された。
【００３４】例５ 薄膜電極構造は、薄膜がプラズマエッチングを受けず陽
極がナフィオン（商標）を含まず、電極が150 ℃の温度
で薄膜に熱結合されることを除いて例１と同様に生成さ
れた。
【００３５】例６ 薄膜電極構造は文献（“Recent Advances in PEM Fuel
Cell Research at LosAlamos National Laboratory ”1
988年、燃料電池セミナ−のプログラムと要約）に記載
されているLos Alamos National Laboratoryで使用した
方法に従って生成された。
【００３６】１．２つの燃料セル電極は現在Ｅ−ＴＥＫ
社と呼ばれているプロトテック社（マサチュセッツ州フ
ラミングハム）から得られる。２つの燃料セル電極は１
％のナフィオン（商標）溶液２滴で飽和され、70℃の大
気中で乾燥した。
【００３７】２．電極は130 ℃で1.5 分間１方形インチ
に1000ポンド（70.3ｋｇ／ｃｍ2 ）で圧縮することによ
りナフィオン（商標）薄膜に結合された。
【００３８】例７ 例１〜６で説明した薄膜電極構造は米国特許第4,738,90
4 号明細書に記載されている熱電気化学システムに基づ
いて試験ル−プで試験された。電解質を再生する熱再生
ル−プは循環ポンプにより電極セルに管により接続する
２つの蓄積タンクを含む。陰極から陽極に水素を送るた
め線はセルの２面を接続する。圧力計と熱電対はシステ
ムの監視用に取付けられている。
【００３９】セル試験は基体ポンプがベ−ス蓄積タンク
を通じて泡立たせ、従って水素をアンモニアまたはアミ
ンと水蒸気で飽和させるように行われた。このガス混合
物はセル陽極を通じて循環された。
【００４０】試験を開始するため電気化学装置は循環ポ
ンプ手段により排気された。ポンプへのラインは閉じら
れ、真空は酸と塩基溶液をそれぞれの蓄積タンクに吸引
するのに使用される。次に水素がシステムに導入され、
ポンプが始動された。分極測定（電流対電圧）は電気化
学セルで行われ、塩化銀の標準電極は陰極および陽極の
分極分配を分離することに使用された。セル中のオ−ム
の損失は電流遮断により監視された。性能の安定性は試
験開始時の分極曲線と動作の約２時間後に取られた曲線
を比較することにより示される。
【００４１】セル試験に加えて電極の薄膜への付着は適
切に結合した薄膜電極構造の生産量に基づいて示され
る。付着は大型の薄膜電極構造（25ｃｍ2 と230 ｃ
ｍ2 ）でも注目され、付着問題はより明白である。また
電極が薄膜に継続して付着するかまたは広範囲の剥離が
生じるかを決定するために試験後に可視的に観察され
た。
【００４２】表１は電解質として乳酸およびアンモニア
で試験されたときの陰極の比較結果を示している。
【００４３】表２は付着試験と電極安定性の結果を示し
ている。表１および２によれば最良の性能、収量、安定
性は薄膜がプラズマエッチングを受け、陽極がナフィオ
ン（商標）溶液で含浸され、構造が200 ℃で結合された
ときに得られることを示している。低い結合温度または
エッチングされていない薄膜は早期の層間剥離に実質的
につながる貧弱な初期的な付着を有する薄膜電極構造を
生む。この層間剥離は反応生成物が薄膜と電極との間の
結果的なギャップを横切ることができないために電極構
造の不活性を生じる。さらに、流動する電解質の流動は
それでなければ流動チャンネルを妨害する緩い電極材料
を取除くことができる。
【００４４】本発明を動作の特定の論理に限定するもの
ではないが、薄膜電極構造の強化した性能はプラズマエ
ッチングと高い結合温度との組合わせにより達成される
ことが信じられている。この組合わせは薄膜と触媒電極
層との間のより強力な結合を可能にする物理的または化
学的な表面の変形を生成するものと信じられている。前
述の例で使用されたプラズマエッチングと熱結合条件は
単なる代表例であり、エッチングと結合条件の小さい変
更もまた種々の電気化学システムで使用されることがで
きる好ましい薄膜電極構造を生成する。例えば本発明に
よる薄膜電極構造は塩素アルカリセルでの使用に適して
おり、塩素は陽極で放出し、水素は陰極で放出する。従
って本発明は前述の開示に限定されず特許請求の範囲の
みに限定される。
【００４５】 表１ 乳酸およびアンモニアを使用するセル試験 例＊ 開回路 最大パワ− セル分極 番号 電圧（ｍＶ） （ｍＷ／ｃｍ2 ） （ｏｈｍ−ｃｍ2 ） 薄膜 陽極 陰極 １ 267 18.2 0.57 0.45 0.03 ３ 250 12.0 0.60 0.27 0.44 ４ 220 7.2 0.55 0.03 1.27 ５ 226 6.1 0.85 0.85（結合） ＊例の数字は特定の試験した薄膜電極構造を示している。 表２ 付着試験 例＊ 圧力収量 性能安定性 事柄分析後の外見 １ 90％ 最適 剥離なし ２ 70％ 適度 多少剥離有り ３ 70％ 不適切 多量の剥離有り ４ 70％ 適度 剥離なし ５ 50％ 不適切 大部分剥離 ６ 90％ 最適 僅かに剥離 ＊例の数字は特定の試験した薄膜電極構造を示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アーサー・ビー・ナスロウ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90045、ロサンゼルス、ウエスト・セブン ティーフォース・ストリート 5876 (72)発明者 アンドリュー・キンドラー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91108、サン・マリノ、プライマウス・ロ ード 616

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱電気化学システムにおける使用に適切
    な薄膜電極構造において、 プラズマエッチングを受けた陽極表面とプラズマエッチ
    ングを受けた陰極表面とを有する放射線融合陽イオン交
    換薄膜と、 前記薄膜の前記プラズマエッチングを受けた陰極表面に
    結合される陰極と、 前記薄膜の前記プラズマエッチングを受けた陽極表面に
    結合される陽極とを具備することを特徴とする薄膜電極
    構造。
  2. 【請求項２】 前記放射線融合構造陽イオン交換薄膜が
    放射線融合フロロスルフォン酸薄膜と、放射線融合ベン
    ゼンスルフォン酸薄膜と、放射線融合アクリル酸薄膜
    と、放射線融合メタクリル酸薄膜からなる薄膜のグル−
    プから選択される請求項１記載の薄膜電極構造。
  3. 【請求項３】 前記陰極および前記陽極がそれぞれプラ
    チナ、パラジウム、硼化ニッケル、炭化タングステン、
    銀、プラチナ化カ−ボンブラック、プラチナ化黒鉛から
    なるグル−プから選択された触媒電極粒子からなる請求
    項１記載の薄膜電極構造。
  4. 【請求項４】 熱電気化学システムでの使用に適切な薄
    膜電極構造において、前記薄膜電極構造が、 陽極表面と陰極表面とを有する放射線融合陽イオン交換
    薄膜を形成し、 プラズマエッチングを受けた陽極および陰極表面を有す
    るエッチングを受けた薄膜を提供するため前記薄膜の前
    記陽極および陰極表面をプラズマエッチングし、 陽極を前記プラズマエッチングを受けた陽極表面に結合
    し、 陰極を前記プラズマエッチングを受けた陰極表面に結合
    する工程からなる製造プロセスにより製造されたことを
    特徴とする薄膜電極構造。
  5. 【請求項５】 前記放射線融合陽イオン交換薄膜が、放
    射線融合フロロスルフォン酸薄膜と、放射線融合ベンゼ
    ンスルフォン酸薄膜と、放射線融合アクリル酸薄膜と、
    放射線融合メタクリル酸薄膜とからなる薄膜のグル−プ
    から選択される請求項４記載の薄膜電極構造。
  6. 【請求項６】 前記陰極と前記陽極がそれぞれプラチ
    ナ、パラジウム、硼化ニッケル、炭化タングステン、
    銀、プラチナ化カ−ボンブラック、プラチナ化黒鉛から
    なるグル−プから選択された触媒電極粒子からなる請求
    項４記載の薄膜電極構造。
  7. 【請求項７】 前記陽極および陰極表面の前記プラズマ
    エッチングが酸素、オゾン、塩素酸化物、フッ素酸化物
    からなるグル−プから選択される酸化ガスっからなるプ
    ラズマを使用して行われる請求項４記載の薄膜電極構
    造。
  8. 【請求項８】 前記放射線融合陽イオン交換薄膜陽極表
    面と陰極表面との間の距離が前記薄膜の厚さを決定し、
    前記薄膜の厚さの20％以下が前記陽極および陰極表面の
    前記プラズマエッチング期間中エッチングされる請求項
    ４記載の薄膜電極構造。
  9. 【請求項９】 前記プラズマエッチングを受けた陽極お
    よび陰極表面の前記陽極および陰極への結合が、前記陽
    極および陰極を前記プラズマエッチングを受けた陽極お
    よび陰極表面に熱結合するのに十分な時間にわたって十
    分な熱と圧力を供給することにより達成される請求項４
    記載の薄膜電極構造。
  10. 【請求項１０】 前記陰極および／または前記陽極が前
    記薄膜に結合する前にナフィオン溶剤（商標）で処理さ
    れる請求項４記載の薄膜電極構造。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014530291A (ja) * 2011-09-08 2014-11-17 アクアエコス株式会社 電解装置及び電解方法

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH691209A5 (de) * 1993-09-06 2001-05-15 Scherrer Inst Paul Herstellungsverfahren für einen Polmerelektrolyten und elektrochemische Zelle mit diesem Polymerelektrolyten.
US6054230A (en) * 1994-12-07 2000-04-25 Japan Gore-Tex, Inc. Ion exchange and electrode assembly for an electrochemical cell
US5573648A (en) 1995-01-31 1996-11-12 Atwood Systems And Controls Gas sensor based on protonic conductive membranes
US6018471A (en) * 1995-02-02 2000-01-25 Integrated Environmental Technologies Methods and apparatus for treating waste
US5631099A (en) * 1995-09-21 1997-05-20 Hockaday; Robert G. Surface replica fuel cell
US5759712A (en) * 1997-01-06 1998-06-02 Hockaday; Robert G. Surface replica fuel cell for micro fuel cell electrical power pack
US6635384B2 (en) 1998-03-06 2003-10-21 Gore Enterprise Holdings, Inc. Solid electrolyte composite for electrochemical reaction apparatus
US6096449A (en) 1997-11-20 2000-08-01 Avista Labs Fuel cell and method for controlling same
US6030718A (en) 1997-11-20 2000-02-29 Avista Corporation Proton exchange membrane fuel cell power system
US6326097B1 (en) 1998-12-10 2001-12-04 Manhattan Scientifics, Inc. Micro-fuel cell power devices
US6194095B1 (en) 1998-12-15 2001-02-27 Robert G. Hockaday Non-bipolar fuel cell stack configuration
US20030108731A1 (en) * 2000-01-24 2003-06-12 Mercuri Robert Angelo Molding of fluid permeable flexible graphite components for fuel cells
US6468686B1 (en) * 2000-01-24 2002-10-22 Graftech Inc. Fluid permeable flexible graphite fuel cell electrode with enhanced electrical and thermal conductivity
US6506484B1 (en) 2000-01-24 2003-01-14 Graftech Inc. Fluid permeable flexible graphite article with enhanced electrical and thermal conductivity
CN1251343C (zh) * 2000-01-24 2006-04-12 格拉弗技术公司 导电、导热性增强的流体可渗透的柔性石墨件
US6468682B1 (en) 2000-05-17 2002-10-22 Avista Laboratories, Inc. Ion exchange membrane fuel cell
IT1317969B1 (it) * 2000-06-09 2003-07-21 Nora Elettrodi De Elettrodo caratterizzato da elevata adesione di uno strato cataliticosuperficiale.
GB0210017D0 (en) * 2002-05-01 2002-06-12 Univ Newcastle Electrolysis cell and method
ITMI20041035A1 (it) * 2004-05-24 2004-08-24 Hysytech Srl Metodo per fabbricare componenti per celle combustibili e cella combustile realizzata con tale metodo
US20070144919A1 (en) * 2005-12-23 2007-06-28 Cheng Kuang L Ion selective electrode
US8026020B2 (en) 2007-05-08 2011-09-27 Relion, Inc. Proton exchange membrane fuel cell stack and fuel cell stack module
US9293778B2 (en) 2007-06-11 2016-03-22 Emergent Power Inc. Proton exchange membrane fuel cell
US8003274B2 (en) 2007-10-25 2011-08-23 Relion, Inc. Direct liquid fuel cell

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4012303A (en) * 1974-12-23 1977-03-15 Hooker Chemicals & Plastics Corporation Trifluorostyrene sulfonic acid membranes
JPS602394B2 (ja) * 1979-10-30 1985-01-21 工業技術院長 イオン交換膜−触媒金属接合体の製造方法
US4272353A (en) * 1980-02-29 1981-06-09 General Electric Company Method of making solid polymer electrolyte catalytic electrodes and electrodes made thereby
EP0078505B1 (fr) * 1981-11-03 1987-12-09 COMPAGNIE GENERALE D'ELECTRICITE Société anonyme dite: Procédé de fabrication d'un électrolyte solide à base de polymères pour générateur électrochimique
JPS58176221A (ja) * 1982-04-09 1983-10-15 Permelec Electrode Ltd 被覆を有する電解用イオン交換膜の製造方法
US4592973A (en) * 1983-10-05 1986-06-03 Castle Technology Corp. Supported liquid membrane electrochemical separators
EP0260847A1 (en) * 1986-09-19 1988-03-23 Imperial Chemical Industries Plc Solid electrolytes
US4738904A (en) * 1986-10-14 1988-04-19 Hughes Aircraft Company Low temperature thermoelectrochemical system and method
DE3879680T2 (de) * 1987-12-14 1993-07-01 Hughes Aircraft Co Gasdurchlaessige und ionendurchlaessige membran fuer elektrochemisches system.
US4865930A (en) * 1988-10-27 1989-09-12 Hughes Aircraft Company Method for forming a gas-permeable and ion-permeable membrane

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014530291A (ja) * 2011-09-08 2014-11-17 アクアエコス株式会社 電解装置及び電解方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP0572810A1 (en) 1993-12-08
KR930024214A (ko) 1993-12-22
US5266421A (en) 1993-11-30
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CA2094413A1 (en) 1993-11-13

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