JPS6358917B2 - - Google Patents

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JPS6358917B2
JPS6358917B2 JP62321141A JP32114187A JPS6358917B2 JP S6358917 B2 JPS6358917 B2 JP S6358917B2 JP 62321141 A JP62321141 A JP 62321141A JP 32114187 A JP32114187 A JP 32114187A JP S6358917 B2 JPS6358917 B2 JP S6358917B2
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JP
Japan
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membrane
screen
catalytically active
active particles
islands
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

【発明の詳现な説明】 「」ずいう甚語は、膜Membraneお
よび電極Electrodeの組み合わせ物を意味し、
膜の぀たたは䞡方の䞻芁な平面状衚面に存圚す
る導電性で觊媒掻性の倚数の粒子を有する、実質
的に平面のシヌト状むオン亀換膜からなる構造物
である。觊媒掻性粒子は、が電気化孊電池
に䜿甚されるずき、粒状電極ずしお䜜甚する。
構造物は、固䜓重合䜓電解質solid
polymer electrolyte構造物、すなわちSPE構
造物ず呌ばれるこずもある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The term "M&E" means a combination of membrane and electrode;
A structure consisting of a substantially planar sheet-like ion exchange membrane having a large number of electrically conductive, catalytically active particles present on one or both major planar surfaces of the membrane. Catalytically active particles act as particulate electrodes when M&E is used in electrochemical cells. M
The &E structure consists of a solid polymer electrolyte (solid
polymer electrolyte) structure, or SPE structure.

「電池」は構造物を䜿甚した電気
化孊電池である。このような電池は電気化孊的生
成物を生産するための電解槜ずしお䜜動させるこ
ずができ、あるいはたた電気゚ネルギヌを生産す
るための燃料電池ずしお䜜動させるこずもでき
る。電解槜は、䟋えば、塩化ナトリりムのような
アルカリ金属ハロゲン化物の電気分解甚に、ある
いはたた氎の電気分解甚に䜿甚するこずができ
る。
An "M&E battery" is an electrochemical cell using an M&E structure. Such cells can be operated as electrolyzers to produce electrochemical products, or alternatively as fuel cells to produce electrical energy. The electrolytic cell can be used, for example, for the electrolysis of alkali metal halides, such as sodium chloride, or alternatively for the electrolysis of water.

電池は圓業界では公知であり、以䞋に挙
げる数倚くの米囜特蚱に開瀺されおいる 4293394429967442996754319969
4345986438698744169324457822
4469579449894243158054364815
4272353および4394229。
M&E batteries are known in the art and are disclosed in numerous US patents, including: 4293394; 4299674; 4299675; 4319969;
4345986; 4386987; 4416932; 4457822;
4469579; 4498942; 4315805; 4364815;
4272353; and 4394229.

電池では、觊媒掻性粒子にガス状物が生
成するこずがよくある。電池が䜜動䞭に、
粒子電極ずしお䜜甚するからガスが泡立ち離
れお、電池に接觊しおいる電解液䞭に入り
蟌む。しかしながら、粒子の现孔内あるいは粒
子膜界面で生成するガス状物は、電解液䞭に入
り蟌んでそしお陀去される前に、粒子の现孔を通
぀お拡散しなければならない。ガスは逃散するよ
り速く生成されるので、觊媒掻性粒子内あるいは
粒子膜界面でガスが蓄積され、このため、
電池の運転効率が䜎䞋するこずずなる。さらに
奜たしくないこずには、ガスの䞀郚が膜を透過し
お、膜の他方の偎においお埗られた生成物を汚染
する。塩玠―アルカリ電池では、膜の䞀方の偎に
氎玠が、そしお膜の他方の偎に塩玠が生成するよ
うにな぀おいるが、氎玠が膜を透過しお塩玠を汚
染したり、あるいはその逆のこずが起こる。塩
玠氎玠混合物は爆発性があるため、こうした汚
染はさらに危険なものずなる。
In M&E cells, gaseous substances often form on the catalytically active particles. While the M&E battery is in operation,
Gas bubbles away from the particles (which act as electrodes) and into the electrolyte that is in contact with the M&E cell. However, gaseous substances that form within the particle pores or at the particle/membrane interface must diffuse through the particle pores before entering the electrolyte and being removed. Since gas is produced faster than it can escape, it can accumulate within the catalytically active particles or at the particle/membrane interface, thus causing M&
E The operating efficiency of the battery will decrease. Even more undesirably, some of the gas permeates through the membrane and contaminates the resulting product on the other side of the membrane. In chlorine-alkaline batteries, hydrogen is produced on one side of the membrane and chlorine on the other side of the membrane, but it is possible for hydrogen to pass through the membrane and contaminate the chlorine, or vice versa. things happen. The explosive nature of chlorine/hydrogen mixtures makes such contamination even more dangerous.

先行技術では、電池甚ずしお倚孔質電極
を䜜補するこずによ぀お、ガス状物蓄積の問題を
解消しようず詊みた。䟋えば、米囜特蚱第
4276146号にこのようなこずが開瀺されおいる。
電池補造プロセス䞭に、塩化ナトリりムの
ような现孔圢成物を觊媒掻性粒子に組み蟌むこず
によ぀お、倚孔質電極を圢成させるこずが
できる。この塩化ナトリりムはあずで浞出させ
お、倚孔質構造物から陀く。しかしなが
ら、このような被芆物を䜿甚しおもガス拡散の問
題は解決されない、なぜならば塩玠による氎玠汚
染はそれほど枛少しないからである。さらに、倚
孔質觊媒掻性粒子は匷床が䜎く、ガス発生の䜜甚
に耐えるこずができない。埓぀お、觊媒掻性粒子
の枛少を招き、電池の効率が䜎䞋する。
The prior art has attempted to overcome the problem of gaseous buildup by creating porous electrodes for M&E batteries. For example, U.S. Pat.
This is disclosed in No. 4276146.
Porous M&E electrodes can be formed by incorporating pore formers, such as sodium chloride, into catalytically active particles during the M&E battery manufacturing process. This sodium chloride is later leached away from the porous M&E structure. However, the use of such a coating does not solve the gas diffusion problem, since hydrogen contamination with chlorine is not significantly reduced. Furthermore, porous catalytically active particles have low strength and cannot withstand the effects of gas evolution. Therefore, the number of catalytically active particles decreases, and the efficiency of the battery decreases.

本発明は、ガス状物が膜を透過しお電池の反察
偎に䟵入するのを最小限に抑え、そしお電池の電
気的効率を向䞊するように、特別に蚭蚈した
構造物を提䟛する。
The present invention utilizes specially designed M &
Provide an E structure.

電極被芆物は、かなり高䟡な材料を䜿甚
しお䜜補される。本発明は、被芆物の觊媒掻性お
よび効率を犠性にするこずなく、電極に䜿甚され
る觊媒材料の量を枛少させるこずができる。
M&E electrode coatings are made using fairly expensive materials. The present invention can reduce the amount of catalytic material used in the electrode without sacrificing the catalytic activity and efficiency of the coating.

先行技術のにおいおは、を支持す
るのに導電性の窓状スクリヌン織物が䜿甚され
る。しかしながら、スクリヌン織物はその衚面が
䞀様でないため十分に満足できるものではない。
觊媒掻性粒子たたは平面のシヌト状膜にスクリヌ
ン織物をプレスする堎合、スクリヌンのある郚分
が他の郚分より膜䞭に深く入り蟌む。この方法で
は、電極被芆物および膜ずスクリヌンずの接觊が
䞍均等ずなり、たた膜の面を通る電気゚ネルギヌ
の移動が䞀様ではなくなる。さらに、スクリヌン
が膜に入り蟌むず、膜のいく぀かの郚分がより砎
裂し易くなる。
In prior art M&Es, conductive window screen fabrics are used to support the M&Es. However, screen fabrics are not completely satisfactory because their surfaces are not uniform.
When pressing a screen fabric onto catalytically active particles or a planar sheet-like membrane, some portions of the screen penetrate deeper into the membrane than other portions. This method results in uneven contact of the electrode coating and membrane with the screen and uneven transfer of electrical energy across the surface of the membrane. Furthermore, as the screen penetrates the membrane, some parts of the membrane become more susceptible to rupture.

スクリヌン織物を䜿甚した堎合のもう぀の問
題は、觊媒掻性粒子に察する集電装眮を膜の衚面
䞊に支持するのに䜿甚されるマツトレス匟性装
眮によ぀お膜が匕き裂かれたりこわされたりす
るこずのないよう防止しなければならないこずで
ある。埓぀お、先行技術によるスクリヌン織物で
は、本発明の実質的に平坊で導電性のスクリヌン
によ぀お埗られるほどの保護は埗られないのであ
る。
Another problem with the use of screen fabrics is that the membrane can be torn or broken by the pine tresses (elastic devices) used to support the current collector for the catalytically active particles on the surface of the membrane. This is something that must be prevented from happening. Therefore, prior art screen fabrics do not provide the protection provided by the substantially flat, conductive screen of the present invention.

本発明は、スクリヌン織物タむプの構造物を䜿
甚した堎合の問題点の殆どを解消するような、
の支持構造物を提䟛する。
The present invention provides a M
&E support structures.

特に、本発明は膜電極耇合構造物であ぀お、
膜の少なくずも぀の平坊な衚面に結合した觊媒
掻性粒子の倚数の島を有する、実質的に平面のむ
オン亀換膜からなり、このずき前蚘の島がミク
ロン〜cmの盎埄たたは幅を有し、たた前蚘膜衚
面の最倧玄75が前蚘觊媒掻性粒子で被芆されお
いるような耇合構造物を提䟛する。
In particular, the present invention is a membrane/electrode composite structure comprising:
consisting of a substantially planar ion exchange membrane having a number of islands of catalytically active particles attached to at least one flat surface of the membrane, wherein said islands have a diameter or width of from 6 microns to 1 cm; Also provided is a composite structure in which up to about 75% of the membrane surface is coated with the catalytically active particles.

本発明の構造物は、スクリヌンを通過し
おいる倚数の開口を有する実質的に平面で導電性
のスクリヌンを任意に含み、前蚘開口はスクリヌ
ンの衚面積の最倧玄75を占め、前蚘むオン亀換
膜はスクリヌンず結合しおいお、埓぀お膜衚面の
郚分をスクリヌンの開口を通しお露出したたたの
状態にし、そしお倚数の前蚘觊媒掻性粒子が膜の
露出した衚面郚分䞊に配眮されおいお、膜および
スクリヌンず電気的および物理的に接觊しおい
る。
The M&E structure of the present invention optionally includes a substantially planar, electrically conductive screen having a number of apertures passing through the screen, the apertures occupying up to about 75% of the surface area of the screen, and the ion exchange The membrane is coupled to the screen, thus leaving a portion of the membrane surface exposed through the openings in the screen, and a number of said catalytically active particles are disposed on the exposed surface portion of the membrane, and the membrane and In electrical and physical contact with the screen.

本発明はさらに、陀去可胜な基板䞊に觊媒掻性
粒子の被膜を圢成させるこず実質的に平面状の
むオン亀換膜を、スクリヌンを通過しおいる倚数
の開口を有する実質的に平坊で平面状のスクリヌ
ンず接觊させ、このずき開口はスクリヌンの衚面
積の最倧玄75を占めるこず前蚘スクリヌンを
前蚘の被芆した基板ず接觊させるこず被芆した
基板をスクリヌンに圓おお、觊媒掻性粒子がスク
リヌン䞭の開口を通り抜けお膜䞊に達するだけの
十分な圧力でプレスし、これによ぀お膜の衚面䞊
に觊媒掻性粒子の倚数の島を圢成させるこずス
クリヌンを陀去するこずおよび觊媒掻性粒子を
膜に結合させるこずからなる、改良された膜電
極耇合構造物を補造する方法を提䟛する。
The present invention further includes forming a coating of catalytically active particles on a removable substrate; contacting the screen with the apertures occupying up to about 75% of the surface area of the screen; contacting the screen with the coated substrate; applying the coated substrate to the screen such that the catalytically active particles are in the screen; pressing with sufficient pressure to force the catalytically active particles to pass through the apertures and onto the membrane, thereby forming numerous islands of catalytically active particles on the surface of the membrane; removing the screen; and A method of manufacturing an improved membrane/electrode composite structure comprising bonding to a membrane is provided.

本発明はさらに、実質的に平面状のむオン亀換
膜の少なくずも぀の衚面を、スクリヌンの衚面
積の最倧75を占める倚数の開口を有する実質的
に平坊で導電性のスクリヌンず接觊させ、これに
よ぀おスクリヌンの開口を通しお膜の䞀郚を露出
させたたたの状態にするこずスクリヌンの開口
を通しお露出しおいる膜の郚分を觊媒掻性粒子で
被芆するこずおよび膜を前蚘の粒子ずスクリヌ
ンに結合させるこずからなる膜電極耇合構造物
を補造する方法を提䟛する。
The present invention further provides for contacting at least one surface of the substantially planar ion exchange membrane with a substantially planar conductive screen having a plurality of apertures occupying up to 75% of the surface area of the screen. thus leaving a portion of the membrane exposed through the openings in the screen; coating the portion of the membrane exposed through the openings in the screen with catalytically active particles; and attaching the membrane to said particles and the screen. A method of manufacturing a membrane/electrode composite structure is provided.

膜䞊に付着した觊媒掻性粒子の島を有する
構造物は、觊媒掻性粒子の実質的に連続した倧
きな被膜を有する先行技術の構造物ずは異
なり、電気化孊電池に䜿甚するず非垞に高効率で
䜜動するこずが芋出された。効率が増倧したの
は、膜のオヌプン゚リア、すなわち互いに電気絶
瞁されおいる觊媒掻性粒子の島の間の゚リアによ
るものず掚枬される。これらのオヌプン゚リア
は、觊媒掻性衚面で生成するガスを陀去するため
のスペヌスを䞎える。觊媒掻性粒子のパタヌン
は、粒子の島およびその呚りからのガスの逃散通
路が、膜を通過するずきの流れ抵抗より小さい流
れ抵抗を有するように蚭蚈される。埓぀お、ガス
が膜を透過しお反察偎の隔宀に入り蟌むより、觊
媒掻性粒子の島およびその呚りからガスが逃散す
るほうが容易に起こるこずずなる。
M&G with islands of catalytically active particles deposited on the membrane
It has been found that E structures operate with very high efficiency when used in electrochemical cells, unlike prior art M&E structures which have large, substantially continuous coatings of catalytically active particles. It is speculated that the increased efficiency is due to the open areas of the membrane, ie the areas between islands of catalytically active particles that are electrically insulated from each other. These open areas provide space for the removal of gases generated at the catalytically active surface. The pattern of catalytically active particles is designed such that the escape path for gas from and around the particle islands has a flow resistance that is less than the flow resistance when passing through the membrane. Therefore, it is easier for gas to escape from and around the islands of catalytically active particles than to pass through the membrane and into the opposite compartment.

本発明の觊媒掻性粒子の島のサむズ、圢状、お
よび厚さは、䜿甚するむオン亀換膜のタむプによ
぀お決たる。すなわち、高いガス透過抵抗を有す
る膜ではより倧きめの粒子の島を䜿甚するこずが
できるが、䜎いガス透過抵抗を有する膜ではより
小さめの粒子の島が必芁ずなる。䟋えば塩玠―ア
ルカリ電解槜では、厚さ玄3.5ミル0.09mmの
スルホン酞むオン亀換基を有するポリマヌ局、お
よび厚さ玄0.5ミル0.01mmのカルボキシルむ
オン亀換基を有するポリマヌ局からなる党厚が玄
ミル0.1mmの二局むオン亀換膜は、通垞0.5
cm、奜たしくは0.2cm未満の寞法を有する觊媒掻
性粒子の島を䜿甚するこずができる。「寞法」ず
いう甚語は、ここでは予め定めた盎埄たたは幅を
有する觊媒掻性粒子の島に適甚する。この盎埄た
たは幅は、察称のパタヌンであ぀おも、たた非察
称のパタヌンであ぀おもよい。島の最小寞法は
ミクロン以䞊、奜たしくは20ミクロン以䞊であ
る。島の最倧寞法はcm以䞋、奜たしくは0.5cm
以䞋より奜たしくは0.2cm以䞋である。
The size, shape, and thickness of the catalytically active particle islands of the present invention depend on the type of ion exchange membrane used. That is, membranes with high gas permeation resistance may use larger particle islands, whereas membranes with low gas permeation resistance require smaller particle islands. For example, in a chlor-alkali electrolyzer, an entire layer consisting of a polymer layer with sulfonic acid ion exchange groups about 3.5 mils (0.09 mm) thick and a polymer layer with carboxyl ion exchange groups about 0.5 mils (0.01 mm) thick. A two-layer ion exchange membrane with a thickness of approximately 4 mils (0.1 mm) typically has a thickness of 0.5
Islands of catalytically active particles having dimensions of less than cm, preferably less than 0.2 cm can be used. The term "size" applies here to islands of catalytically active particles having a predetermined diameter or width. This diameter or width may be in a symmetrical or asymmetrical pattern. The minimum size of the island is 6
The diameter is at least micron, preferably at least 20 micron. The maximum dimension of the island is less than 1 cm, preferably 0.5 cm
It is more preferably 0.2 cm or less.

觊媒掻性粒子の島は皮々の方法で膜䞊に被芆す
るこずができるけれども、実質的に平らで特別に
蚭蚈されたスクリヌンを䜿甚するこずによ぀お、
その蚭蚈および䜜動安定性の点で、先行技術の方
法で埗られる構造物よりはるかに優れた
構造物を埗るこずができる。本発明によるス
クリヌンを䜿甚するず、先行技術に埓぀お導電性
スクリヌン織物を䜿甚しお埗られる構造物
より、有甚性においおはるかに優れた構造
物が埗られる。なぜなら、先行技術のスクリヌン
織物は実質的に平らでなく、織぀た、あるいは線
んだ材料に兞型的な波状の構造を有するからであ
る。
Although islands of catalytically active particles can be coated onto the membrane in a variety of ways, by using a specially designed screen that is substantially flat;
In terms of its design and operational stability, M&E structures are much superior to those obtained by prior art methods.
&E structure can be obtained. Using the screens according to the invention, M&E structures are obtained which are much superior in serviceability to M&E structures obtained using conductive screen fabrics according to the prior art. This is because prior art screen fabrics are not substantially flat and have a wavy structure typical of woven or knitted materials.

構造物ずしお䜜甚する觊媒掻性粒子の局
の倚孔床も、電池の䜜動時に圢成されるガスを逃
散させるずいう点においお極めお重芁である。先
行技術の構造物は、ある皋床はガスの逃散
のための通路を䞎えるよう機胜する埮孔質の開口
を有しおいる。しかしながら、「マむクロポヌラ
ス」な開口を有する連続被膜よりむしろ「マクロ
ポヌラス」な被膜の方がはるかに奜たしい。なぜ
なら、ガスが逃散するためのスペヌスが倚量に埗
られるからである。埓぀お、本発明によるスクリ
ヌンを䜿甚すれば、先行技術のマむクロポヌラス
な構造物ずは異なり、マクロポヌラスな
構造物すなわち、比范的倧きな、぀たりマ
むクロポヌラスな開口、あるいは島間のスペヌス
を持぀た觊媒掻性粒子の倚数の島を有する構造
物を䜜補するこずができる。本発明の構
造物のマむクロポヌラスな性質により、䜿甚する
電気化孊電池を高い効率で䜜動させるこずができ
る。
The porosity of the layer of catalytically active particles that acts as the M&E structure is also critical in allowing the escape of gases formed during cell operation. Prior art M&E structures have microporous openings that function, in part, to provide passageways for gas escape. However, "macroporous" coatings are much preferred over continuous coatings with "microporous" openings. This is because a large amount of space is available for gas to escape. Therefore, using the screen according to the invention, unlike the microporous M&E structures of the prior art, macroporous M&E structures
&E structures (ie, structures with multiple islands of catalytically active particles with relatively large or microporous openings or spaces between the islands) can be made. The microporous nature of the M&E structures of the present invention allows the electrochemical cells used to operate with high efficiency.

本発明においお䜿甚されるスクリヌンたたはス
クリヌンテンプレヌトは、倚数の䞀定の間隔をあ
けた開口を有する、実質的に平らで平面状のスク
リヌンである。ここで䜿甚する「スクリヌン」ず
いう甚語は、膜に埋め蟌たれるかあるいは膜ず結
合されるスクリヌン、および膜に倚数の觊媒掻性
粒子を䞎えるための䞀時的な手段ずしお䜿甚さ
れ、そしおあずで膜から陀去される「スクリヌン
テンプレヌト」の䞡方に察しお適甚する。スクリ
ヌンは、少なくずも぀の衚面に関しお、実質的
に完党に平らであるこずが奜たしい。平らである
こずは特に望たしい。なぜなら、平らであれば、
茪郭のは぀きりした調敎されたオヌプン゚リア、
および觊媒掻性粒子で被芆するこずのできる察応
した゚リアを有する構造物を圢成するこず
ができるからである。スクリヌンは奜たしくは金
属補のスクリヌンであるが、スクリヌンテンプレ
ヌトの堎合、倚数の開口を䞎えるこずのできるも
のであれば、実質的にいかなる材料で䜜補しおも
よい。
The screen or screen template used in the present invention is a substantially flat, planar screen having a large number of regularly spaced apertures. As used herein, the term "screen" refers to a screen that is embedded in or bonded to a membrane and that is used as a temporary means to provide a large number of catalytically active particles to the membrane, and which is later removed from the membrane. Applies to both "screen templates". Preferably, the screen is substantially completely flat with respect to at least one surface. Flatness is particularly desirable. Because if it's flat,
Adjusted open areas with sharp contours,
and M&E structures can be formed with corresponding areas that can be coated with catalytically active particles. The screen is preferably a metal screen, but in the case of a screen template it may be made of virtually any material capable of providing a large number of apertures.

本発明の方法では、觊媒被芆は陀去可胜な基板
䞊に斜され、その埌スクリヌンを通しお膜䞭に埋
め蟌たれる。これによ぀お、膜のかなりの郚分が
露出したたた、すなわち觊媒掻性粒子で被芆され
ないたたの状態ずなる。埓぀お、構造物を
圢成するのに䜿甚される觊媒材料の量は最小に抑
えられ、たたオヌプン゚リアが倚量に存圚するの
で電極被芆からガス状物が逃散するための゚リア
は最倧ずなる。
In the method of the invention, a catalyst coating is applied onto a removable substrate and then embedded into the membrane through a screen. This leaves a significant portion of the membrane exposed, ie not coated with catalytically active particles. Therefore, the amount of catalytic material used to form the M&E structure is minimized and the large amount of open area maximizes the area for gaseous matter to escape from the electrode coating.

第図を参照するず、金属スクリヌン
は、぀の平らな面ず぀の䞞い面
を有しおいる。䞞い面はさらに、やや平ら
にな぀た郚分を有する。このスクリヌンは、぀
の向かい合぀た偎に連結した開口を有す
る。第図は、本発明における䜿甚に適した別の
タむプのスクリヌンの偎面図である。この
金属スクリヌンは、通垞䞞い面ずを
有し、これらの面もやや平らにな぀た郚分を有す
る。このスクリヌンは向かい合぀た偎に連結した
開口を有する。第図は、スクリヌン
ず開口を䞊から芋た平面図である。
Referring to FIG. 1, a metal screen 100
has one flat surface 130 and one round surface 120
have. The rounded surface 120 also has a slightly flattened portion. This screen has apertures 110 connected on two opposite sides. FIG. 2 is a side view of another type of screen 200 suitable for use in the present invention. The metal screen has generally rounded surfaces 220 and 230, which also have slightly flattened portions. The screen has connected openings 210 on opposite sides. Figure 3 shows the screen 30
0 and an opening 310 viewed from above.

スクリヌンたたはスクリヌンテンプレヌトは、
その衚面の最倧75が開口によ぀お占められおい
る。開口は、奜たしくは25〜60、最も奜たしく
は45〜55の衚面積を占める。このようにしお、
觊媒掻性粒子被膜䞊で圢成されるガスを逃散させ
るための十分な数の開口を膜衚面䞊に持぀た
構造物を䜜補するこずができ、このずきガスが
膜を透過するこずはなく、埓぀お反察偎の隔宀が
汚染されるようなこずは起こらない。
A screen or screen template is
Up to 75% of its surface is occupied by apertures. The apertures preferably occupy 25-60%, most preferably 45-55% of the surface area. In this way,
M&G with a sufficient number of openings on the membrane surface to allow the gas formed on the catalytically active particle coating to escape.
E-structures can be created, with no gas passing through the membrane and therefore no contamination of the opposite compartment.

任意に、呚瞁に沿぀お開口を持たないようにス
クリヌンを組み立おるこずができ、埓぀お
構造物を他の構成郚品ず共に組み䞊げお電気化孊
電池を圢成させる際に、ガスケツトを蚭眮するこ
ずのできる现孔のない゚リアが埗られる。
Optionally, the screen can be constructed to have no openings along the periphery, thus preventing M&E
When the structure is assembled with other components to form an electrochemical cell, a pore-free area is provided in which a gasket can be placed.

膜䞊に觊媒掻性粒子の島を圢成させるのに特に
適したスクリヌンは、䞀定の間隔をあけお盞互に
絶瞁された倚数の開口を有する電鋳スクリヌンで
ある。
A particularly suitable screen for forming islands of catalytically active particles on the membrane is an electroformed screen having a number of regularly spaced and mutually insulated openings.

電鋳ずは、写真技術により定めたパタヌンのマ
トリツクス䞊に金属を電気化孊的に付着させる方
法である。写真プレヌト䞊に金属を付着させ、次
いで写真プレヌトから金属を陀去したずきに、倚
数の開口を有する金属マトリツクスが埗られるよ
うに、写真プレヌト䞊のパタヌンが決められる。
このようにしお䜜補されたスクリヌンは、写真的
に完党であり、実質的にフラツトである。開口は
それぞれの呚りでの金属の堆積によ぀お造られる
ので、特有のアヌチ圢を有する。こうした圢状に
より、開口を通しおスクリヌンプリントされる材
料は滑らかに通過でき、たた付着物は堆積しにく
くなる。平面電鋳では本質的に円錐圢の孔が埗ら
れ、䞡面電鋳では二円錐圢の孔が埗られる。
Electroforming is a method of electrochemically depositing metal onto a matrix in a photographically defined pattern. The pattern on the photographic plate is such that upon depositing metal on the photographic plate and then removing the metal from the photographic plate, a metal matrix having a large number of openings is obtained.
Screens made in this manner are photographically perfect and substantially flat. The apertures have a distinctive arched shape because they are created by depositing metal around each. This shape allows for the smooth passage of screen printed material through the apertures and reduces the likelihood of deposits building up. Planar electroforming results in essentially conical holes, and double-sided electroforming results in biconical holes.

スクリヌンの厚さは、本発明をうたく利甚する
䞊で重芁な点ではない。しかし、本発明の䜜補プ
ロセスでは、スクリヌンの開口を通しお觊媒掻性
粒子を被芆するので、厚すぎないこずが奜たし
い。䞀般には、スクリヌンの厚さは、膜の局の厚
さを25以䞊越えおはならない。スクリヌンが厚
すぎる堎合、膜䞭に深く入り蟌み、反察偎の隔宀
䞭の化孊物質によ぀お化孊的に䟵され易くなる。
スクリヌンの厚さはスクリヌンが結合する膜の局
の厚さを越えないのが、さらに奜たしい。
The thickness of the screen is not critical to the success of this invention. However, since the fabrication process of the present invention coats the catalytically active particles through the openings of the screen, it is preferably not too thick. Generally, the thickness of the screen should not exceed the thickness of the membrane layer by more than 25%. If the screen is too thick, it will penetrate deeper into the membrane and become more susceptible to chemical attack by chemicals in the opposite compartment.
More preferably, the thickness of the screen does not exceed the thickness of the layer of membrane to which it is bonded.

電気鋳造した孔は、打抜いた孔および他の手段
によ぀お圢成した孔より奜たしい。なぜなら、電
気鋳造した孔は滑らかであり、埓぀おスクリヌン
が膜ず接觊したずきに、膜を砎るこずはないから
である。同様に、電気鋳造したスクリヌンは、織
垃たたはスクリヌン金網織物より優れおいる。な
ぜなら、電気鋳造によるスクリヌンは実質的にフ
ラツトであり、膜ず接觊させたずきに、膜䞭に䞍
均等に入り蟌むこずはない。
Electroformed holes are preferred over punched holes and holes formed by other means. This is because the electroformed holes are smooth and therefore do not tear the membrane when the screen comes into contact with it. Similarly, electroformed screens are superior to woven or screened wire mesh fabrics. This is because the electroformed screen is substantially flat and does not penetrate unevenly into the membrane when brought into contact with the membrane.

導電性スクリヌン䞭の孔の圢状は、本発明をう
たく利甚する䞊で重芁な点ではない。孔は、円
圢、矩圢、正方圢、長方圢、䞉角圢等ほずんどい
かなる圢状でもよい。しかしながら、孔は円圢が
奜たしい。なぜなら、觊媒掻性粒子の円圢の島が
圢成され、埓぀お他の圢に比べお、最も短いガス
逃散通路が埗られるからである。
The shape of the holes in the conductive screen is not critical to the successful use of the present invention. The holes can be of almost any shape, such as circular, rectangular, square, rectangular, triangular, etc. However, preferably the holes are circular. This is because circular islands of catalytically active particles are formed, thus providing the shortest gas escape paths compared to other shapes.

スクリヌン䞭の開口の幅たたは盎埄は、奜たし
くはcm未満、さらに奜たしくは0.5cm未満、そ
しお最も奜たしくは玄0.2cm未満である。寞法が
cmを越えるず、電池の反察偎で埗られる生成物
のガス汚染が増倧する。なぜなら、膜から電池の
反察偎ぞのガスの通過抵抗が、觊媒掻性粒子を通
぀お逃散するずきの抵抗より小さいからである。
スクリヌン䞭の開口の幅たたは盎埄は、ミクロ
ン以䞊、奜たしくは20ミクロン以䞊であり、埓぀
おミクロンずいう極めお小さな島、およびcm
もの倧きな島を膜䞊に圢成させるこずができる。
The width or diameter of the openings in the screen is preferably less than 1 cm, more preferably less than 0.5 cm, and most preferably less than about 0.2 cm. Dimensions greater than 1 cm increase gas contamination of the product obtained on the other side of the cell. This is because the resistance to passage of gas from the membrane to the other side of the cell is less than the resistance to escape through the catalytically active particles.
The width or diameter of the openings in the screen is at least 6 microns, preferably at least 20 microns, so that very small islands of 6 microns and 1 cm
Very large islands can be formed on the membrane.

觊媒掻性粒子の島の圢状は限定されず、正方
圢、長方圢、䞉角圢等のような、いく぀かの圢状
をずるこずができる。さらに、膜䞊における觊媒
掻性の島の配列は、必ずしも特定のパタヌンある
いは圢状繰り返しであろうずなかろうずに埓
う必芁はない。本発明によ぀お埗られる改良点
は、生成したガスが膜を通぀お拡散しお膜の反察
偎の電解液䞭に入り蟌むよりむしろ、生成したガ
スが倚孔質の電極皮膜から拡散しお電解液䞭に入
り蟌む胜力が増倧したこずが原因ずな぀おいるも
のず考えられる。倚孔質電極で生成するガスの拡
散路を決定するフアクタヌは倚数あるけれども、
本発明の膜のオヌプン゚リアは觊媒゚リアず密接
に関係しお配列しおおり、生成したガスが電解液
に達するための、先行技術によ぀おは達成できな
い暪向きの通路が埗られるようにな぀おいる。暪
向き通路ずは、觊媒掻性の島におけるガス生成領
域から膜衚面に本質的に平行に延びおいる電解液
たでの拡散路を意味する。さらに、これらのオヌ
プン゚リアはガス状物を生成しないので、これら
の゚リアは、組立物の電気觊媒領域から電
解液䞭ぞのガス状物の望たしい移送を劚げるよう
に䜜甚する圧力募配およびたたは濃床募配を生
じない。
The shape of the islands of catalytically active particles is not limited and can take on several shapes, such as square, rectangular, triangular, etc. Furthermore, the arrangement of catalytically active islands on the membrane does not necessarily have to follow a particular pattern or shape (repeating or not). The improvement provided by the present invention is that rather than the generated gas diffusing through the membrane and into the electrolyte on the opposite side of the membrane, the generated gas diffuses out of the porous electrode coating and into the electrolyte. This is thought to be due to an increased ability to penetrate inside. Although there are many factors that determine the diffusion path of gas generated in porous electrodes,
The open areas of the membrane of the present invention are arranged in close association with the catalytic area, providing a lateral passage for the produced gases to reach the electrolyte, which is not achievable with the prior art. There is. By lateral path is meant a diffusion path from the gas production region in the catalytically active island to the electrolyte that runs essentially parallel to the membrane surface. Furthermore, since these open areas do not produce gaseous matter, these areas are subject to pressure gradients and/or that act to prevent the desired transfer of gaseous matter from the electrocatalytic region of the M&E assembly into the electrolyte. Does not create concentration gradients.

䞊蚘のこずを考慮に入れるず、觊媒掻性材料の
島の「寞法」は、この利点が取るに足らないもの
に枛少する皋床にたで限定される。䟋えば、膜の
面に芏則的に分配される円圢状の島の堎合を考え
おみよう。それぞれの円に぀いお、生成したガス
に察する最も長い暪向き拡散通路は半埄䞭心
から端たでで近䌌するこずができる。掻性゚リ
ア、すなわちガス状物を発生する゚リアはr2で近
䌌するこずができる。もし半埄を倧きくすれ
ば、暪向き拡散路がず共に盎線的に増倧し、た
た掻性゚リアがr2ず共に増倧する。぀たり、この
いずれの結果も、ガス状物の物質移動においお暪
向き拡散路が圹割を果たす皋床を䜎䞋させるこず
ずなる。埓぀お、膜を通過する移動が益々倧きな
圹割を果たすようになり、このためガス状生成物
による反察偎の電解液の汚染が増倧する。
Taking into account the above, the "size" of the islands of catalytically active material is limited to such an extent that this advantage is reduced to insignificance. For example, consider the case of circular islands regularly distributed on the surface of a membrane. For each circle, the longest lateral diffusion path for the produced gas can be approximated by the radius r (center to edge). The active area, ie the area that generates gaseous substances, can be approximated by r2 . If the radius r is increased, the lateral diffusion path increases linearly with r and the active area increases with r 2 . In other words, both of these results reduce the extent to which lateral diffusion paths play a role in the mass transfer of gaseous substances. Therefore, transport across the membrane plays an increasingly large role, which increases the contamination of the opposite electrolyte by gaseous products.

実隓によれば、ガス状物による汚染の皋床は、
島の半埄よりむしろ膜䞊のオヌプン゚リアのパヌ
セントに盎接関係するこずを瀺しおいる。もしこ
れが真実であれば、オヌプン゚リアのパヌセント
の限界倀および奜たしい範囲が極めお重芁ずな
る。
According to experiments, the degree of contamination by gaseous substances is
It has been shown to be directly related to the percentage of open area on the membrane rather than the radius of the islands. If this is true, the limits and preferred ranges for percent open area become extremely important.

本発明の構造物には、觊媒掻性粒子ず実
質的にフラツトなスクリヌンが、膜の䞀方の面も
しくは䞡面ず結合させるかたたは䞀方の面もしく
は䞡面䞭に埋め蟌たれるような実斜䟋も含たれ
る。しかしながら、本発明は、電極の少なくずも
぀が、膜ず接觊しおいる倚数の觊媒掻性粒子の
圢ずな぀おいるこずを必芁ずする。電池の䜜動
䞭、この電極は陰極もしくは陜極ずしお働くこず
ができる。任意に、䞡方の電極は、膜の䞡偎たた
は衚面に埋め蟌んだ觊媒掻性粒子であ぀おもよ
い。本発明の議論の目的䞊、䞡方の電極の圢態
は、あたかも䞡者が接觊掻性粒子であるかのよう
に説明され、たたあたかも䞡者が分離した埓来の
電極であるかのようにも説明されおいる。
M&E structures of the present invention also include embodiments in which the catalytically active particles and substantially flat screen are bonded to or embedded in one or both sides of the membrane. However, the invention requires that at least one of the electrodes be in the form of a large number of catalytically active particles in contact with the membrane. During operation of the battery, this electrode can act as a cathode or an anode. Optionally, both electrodes may be catalytically active particles embedded on either side or surface of the membrane. For purposes of discussion of the present invention, both electrode configurations are described as if both were catalytically active particles, and also as if both were separate conventional electrodes. .

埓来の陜極は通垞、液圧透過性の導電性構造物
であり、䟋えば、゚キスパンデツドメタルのスク
リヌン、倚孔板、打ち抜きしたプレヌト、平板化
しおいない菱圢゚キスパンデツドメタル、たたは
金属ワむダヌ織物等も含めお、皮々の圢状および
様匏で造られおいる。陜極に䜿甚するのに適した
金属ずしおは、タンタル、タングステン、コロン
ビりム、ゞルコニりム、モリブデン、および奜た
しくはチタンおよび䞊蚘の金属を倚量に含有した
チタン合金などがある。
Conventional anodes are typically hydraulically permeable conductive structures, such as expanded metal screens, perforated plates, stamped plates, unflattened diamond-shaped expanded metal, or woven metal wire. They are made in a variety of shapes and styles, including: Metals suitable for use in the anode include tantalum, tungsten, columbium, zirconium, molybdenum, and preferably titanium and titanium alloys rich in the above metals.

任意に、陜極は膜䞭に埋め蟌んだ倚数の觊媒掻
性粒子で造られおいおもよい。電気觊媒掻性の陜
極材料に䜿甚するのに適した材料ずしおは、䟋え
ば、ルテニりム、むリゞりム、ロゞりム、癜金、
パラゞりム等の癜金族の金属の酞化物単独たた
は皮膜圢成金属の酞化物ずの䜵甚のような掻性
化物質がある。他の適切な掻性化酞化物ずしお
は、酞化コバルト単独たたは酞化コバルトず他の
金属酞化物ずを䜵甚したものがある。このような
掻性化酞化物の䟋は、米囜特蚱第3632498
414200540615494214971号に蚘茉されおいる。
Optionally, the anode may be made of multiple catalytically active particles embedded within the membrane. Materials suitable for use in electrocatalytically active anode materials include, for example, ruthenium, iridium, rhodium, platinum,
There are activating substances such as oxides of platinum group metals such as palladium (alone or in combination with oxides of film-forming metals). Other suitable activated oxides include cobalt oxide alone or in combination with other metal oxides. Examples of such activated oxides are U.S. Pat. No. 3,632,498;
4142005; 4061549; 4214971.

埓来の陰極は通垞、液圧透過性の導電性構造物
であり、䟋えば、゚キスパンデツドメタルのスク
リヌン、倚孔板、打ち抜きしたプレヌト、平板化
しおいない菱圢゚キスパンデツドメタル、たたは
金属ワむダヌ織物等も含めお、皮々の圢状および
様匏で造られおいる。陰極に䜿甚するのに適した
金属ずしおは、䟋えば、銅、鉄、ニツケル、鉛、
モリブデン、コバルト、䜎炭玠ステンレス鋌のよ
うな、䞊蚘金属を倚量に含有した合金、および
銀、金、癜金、ルテニりム、パラゞりム、および
ロゞりムのような物質で被芆した金属たたは合金
などがある。
Conventional cathodes are typically hydraulically permeable conductive structures, such as expanded metal screens, perforated plates, stamped plates, unflattened diamond-shaped expanded metal, or woven metal wire. They are made in a variety of shapes and styles, including: Metals suitable for use in the cathode include, for example, copper, iron, nickel, lead,
These include alloys containing high amounts of these metals, such as molybdenum, cobalt, low carbon stainless steel, and metals or alloys coated with materials such as silver, gold, platinum, ruthenium, palladium, and rhodium.

任意に、陰極は膜䞭に埋め蟌んだ倚数の觊媒掻
性粒子で造られおいおもよい。電気觊媒掻性の陰
極材料に䜿甚するのに適した材料ずしおは、䟋え
ば、ルテニりムたたは酞化ルテニりムのような癜
金族の金属たたはその酞化物がある。このような
陰極に぀いおは、米囜特蚱第4465580号に蚘茉さ
れおいる。
Optionally, the cathode may be made of multiple catalytically active particles embedded within the membrane. Suitable materials for use in the electrocatalytically active cathode material include, for example, platinum group metals or oxides thereof, such as ruthenium or ruthenium oxide. Such a cathode is described in US Pat. No. 4,465,580.

觊媒掻性粒子は、陜極ずしお䜿甚するずしお
も、あるいはたた陰極ずしお䜿甚するずしおも、
埮现化されおいお倧きな衚面積を有するのが奜た
しい。䟋えば、酞玠たたは氎玠電極燃料電池の堎
合、癜金黒25m2以䞊の衚面積を有するあ
るいは掻性炭粉末平均粒床10〜30ミクロンに
担持された高衚面積癜金800〜1800m2が
陜極および陰極ずしお非垞に適しおいる。塩玠電
池の堎合、二酞化ルテニりム粒子の觊媒掻性粒子
は、硝酞ルテニりムを450℃の枩床で時間熱分
解させるこずによ぀お䜜補される。次いで乳棒ず
乳鉢を䜿甚しお埗られた酞化物を粉砕し、325メ
ツシナの篩を通過した郚分44ミクロン以䞋が
電極を䜜補するのに䜿甚される。
Catalytically active particles, whether used as an anode or also as a cathode,
Preferably, it is finely divided and has a large surface area. For example, for oxygen or hydrogen electrode fuel cells, high surface area platinum (800-1800 m 2 /g) supported on platinum black (with a surface area of 25 m 2 /g or more) or activated carbon powder (average particle size 10-30 microns). is very suitable as anode and cathode. In the case of chlorine cells, catalytically active particles of ruthenium dioxide particles are made by pyrolyzing ruthenium nitrate at a temperature of 450° C. for 2 hours. The resulting oxide is then ground using a pestle and mortar, and the portion that passes through a 325 mesh sieve (44 microns or less) is used to make electrodes.

本発明においお䜿甚するのに適した膜は、フル
オロカヌボンタむプの材料で䜜補しおもよいし、
あるいはたた炭化氎玠タむプの材料で䜜補しおも
よい。このような膜材料は圓業界では公知であ
る。しかしながら、䞀般には化孊的安定性の点か
らフルオロカヌボン材料が奜たしい。
Membranes suitable for use in the present invention may be made of fluorocarbon type materials and
Alternatively, it may also be made of a hydrocarbon type material. Such membrane materials are known in the art. However, fluorocarbon materials are generally preferred from the standpoint of chemical stability.

非むオン性の熱可塑性の圢態の過フルオロ
ポリマヌが本発明の䜿甚に特に適しおいる。なぜ
なら、これらのポリマヌは加熱するこずによ぀お
容易に軟化し、たたこのようなポリマヌを䜿甚す
るず、膜を電極に、およびフラツトなスクリヌン
もしくくはスクリヌンテンプレヌトに結合させる
のが簡単になるからである。適切な膜は以䞋の米
囜特蚱および他の特蚱に蚘茉されおいる 3282875390937840254054065366
4116888412333641265884151052
4176215417821841927254209635
4212713425133342709964329435
4330654433713743372114340680
4357218435841243585454417969
446287744708894478695およびペヌロツパ
特蚱公開0027009。膜ポリマヌは、通垞500〜2000
の範囲の圓量を有する。膜は単䞀局の膜であ぀お
も、あるいはたた倚局の膜であ぀おもよい。より
有甚な膜は二局膜であ぀お、぀の局にスルホン
酞むオン亀換基を、たたもう぀の局にカルボン
酞むオン亀換基を有するような二局膜である。
Nonionic (thermoplastic) forms of perfluoropolymers are particularly suitable for use in the present invention. This is because these polymers soften easily upon heating and the use of such polymers makes it easier to bond the membrane to the electrode and to the flat screen or screen template. be. Suitable membranes are described in the following US and other patents: 3282875; 3909378; 4025405; 4065366;
4116888; 4123336; 4126588; 4151052;
4176215; 4178218; 4192725; 4209635;
4212713; 4251333; 4270996; 4329435;
4330654; 4337137; 4337211; 4340680;
4357218; 4358412; 4358545; 4417969;
4462877; 4470889; 4478695; and European Patent Publication 0027009. Membrane polymers typically range from 500 to 2000
has an equivalent weight in the range of . The membrane may be a single layer membrane or alternatively a multilayer membrane. A more useful membrane is a bilayer membrane having sulfonic acid ion exchange groups in one layer and carboxylic acid ion exchange groups in the other layer.

觊媒掻性粒子をフルオロカヌボン膜䞭に埋め蟌
むこずができるように、フルオロカヌボン膜は熱
可塑性の圢態ずな぀おいるのが望たしい。フルオ
ロカヌボン膜は、䜜補時、およびむオン亀換の圢
に倉える前では、熱可塑性の圢態ずな぀おいる。
ここで蚀う熱可塑性の圢態ずは、䟋えば、膜がむ
オン結合したSO3NaやSO3Hのような偎基ではな
く、SO2X偎基は―、―CO2、―CH3、た
たは第四アミンを有するずいうこずを意味す
る。
Desirably, the fluorocarbon membrane is in thermoplastic form so that the catalytically active particles can be embedded within the fluorocarbon membrane. Fluorocarbon membranes are in thermoplastic form during fabrication and prior to conversion to ion exchange form.
The thermoplastic form referred to here means , for example, that the membrane has SO 2 X side groups (X is -F , -CO 2 , -CH 3 , or quaternary amine).

膜圢成甚ずしお特に奜たしいフルオロカヌボン
材料は、モノマヌずモノマヌ以䞋に明蚘す
るのコポリマヌである。任意に、番目のタむ
プのモノマヌをモノマヌおよびモノマヌず共
重合させるこずもできる。
Particularly preferred fluorocarbon materials for membrane formation are monomers and copolymers of monomers (specified below). Optionally, a third type of monomer can also be copolymerized with the monomer and the monomer.

番目のタむプのモノマヌは次の䞀般匏で衚さ
れる。
The first type of monomer is represented by the general formula:

CF2CZZ′ ここで およびZ′は独立しおいお、―、―Cl、―
、および―CF3から遞ばれるものである。
CF 2 =CZZ′ where: Z and Z′ are independent, -H, -Cl, -
F, and -CF 3 .

番目のタむプのモノマヌは、次の䞀般匏で衚
される化合物から遞ばれる぀以䞊のモノマヌか
らなる。
The second type of monomer consists of one or more monomers selected from compounds represented by the following general formula.

―CF2a―CFRfb―CFRf′c―― 〔CFCF2X―CF2―〕o―CFCF2
 ここで は―SO2Z、―CN、―COZ、および ―R3fR4fOHから遞ばれるものであ
り は―、―Br、―Cl、―、―ORおよび―
NR1R2から遞ばれるものであり は炭玠数が〜10の枝分かれ状もしくは盎鎖
状のアルキル基たたはアリヌル基であり R3fおよびR4fは独立しおいお、炭玠数が〜
箄10のパヌフルオロアルキル基から遞ばれるもの
であり R1およびR2は独立しおいお、―、炭玠数が
〜10の枝分かれ状もしくは盎鎖状のアルキル
基、たたはアリヌル基から遞ばれるものであり は〜であり は〜であり はたたはであり はに等しくなく はのずきに、―Cl、―Br、―、た
たはこれらの混合物から遞ばれるものであり は〜でありそしお RfおよびRf′は独立しおいお、―、―Cl、炭
玠数が〜10のパヌフルオロアルキル基、および
炭玠数が〜10のフルオロクロルアルキル基であ
る。
Y—(CF 2 ) a —(CFR f ) b —(CFR f ′) c —O— [CF(CF 2 X)—CF 2 —O] o —CF=CF 2
() where: Y is selected from -SO 2 Z, -CN, -COZ, and -C(R 3 f) (R 4 f) OH; Z is -I, -Br, -Cl, -F, -OR and-
NR 1 R 2 ; R is a branched or straight-chain alkyl group or aryl group having 1 to 10 carbon atoms; R 3 f and R 4 f are independent; is 1~
R 1 and R 2 are independently selected from about 10 perfluoroalkyl groups; -H, a branched or straight-chain alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or an aryl group; a is 0 to 6; b is 0 to 6; c is 0 or 1 and a+b+c is not equal to 0; X is -Cl, -Br, when n>1; -F, or a mixture thereof; n is 0 to 6; and R f and R f ' are independently selected from -F, -Cl, perfluorocarbon having 1 to 10 carbon atoms; an alkyl group, and a fluorochloroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms.

特に奜たしいのは、が―SO2Fたたは―
COOCH3がたたはRfおよびRf′が―
が―Clたたは―およびが
たたはのずきである。
It is particularly preferred that Y is -SO 2 F or -
COOCH 3 ; n is 0 or 1; R f and R f ′ are -
F; X is -Cl or -F; and a+b+c is 2
Or when it's 3.

適切な番目の任意のモノマヌは、次の䞀
般匏で衚される化合物から遞ばれる぀以䞊のモ
ノマヌである。
Suitable third (optional) monomers are one or more monomers selected from compounds represented by the following general formula.

Y′―CF2a′―CFRfb′―CFRf′c′―
― 〔CFCF2X′―CF2―〕o′―CF―CF2
 ここで Y′は―、―Cl、および―Brから遞ばれるも
のであり a′およびb′は独立しおいお、〜であり c′はたたはであり a′b′c′はに等しくなく n′は〜であり RfおよびRf′は独立しおいお、―Br、―Cl、―
、炭玠数が〜10のパヌフルオロアルキル基、
および炭玠数が〜10のクロルパヌフルオロアル
キル基から遞ばれるものでありそしお X′はn′のずきに、―、―Cl、―Br、お
よびこれらの混合物から遞ばれるものである。
Y′―(CF 2 ) a ′―(CFR f ) b ′―(CFR f ′) c ′―O
― [CF(CF 2 X′)―CF 2 -O] o ′―CF―=CF 2
() where: Y' is selected from -F, -Cl, and -Br; a' and b' are independently from 0 to 3; c' is 0 or 1; a′+b′+c′ is not equal to 0; n′ is from 0 to 6; R f and R f ′ are independent and -Br, -Cl, -
F, perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms,
and a chlorperfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms; and when n'>1, X' is selected from -F, -Cl, -Br, and mixtures thereof. be.

をむオン亀換基に倉えるこずは圓業界では公
知であり、アルカリ溶液を䜿甚した反応からな
る。―SO2F偎基の堎合、以䞋のような条件䞋で
膜を25重量のNaOHず反応させるこずによ぀
お、膜をそのむオン圢態に倉えるこずができる
(1)フむルムを玄25重量の氎酞化ナトリりム氎溶
液䞭に、玄90℃で玄16時間浞挬する(2)箄90℃た
で加熱した脱むオン氎䞭で、氎掗回圓たり30〜
60分かけお、フむルムを回氎掗する。こによ぀
お、偎基は―SO3 -Na+の圢になる。―Na+以倖
のカチオンで、―Na+を眮き換えるこずもできる
䟋えば―H+。
The conversion of Y into an ion exchange group is known in the art and consists of a reaction using an alkaline solution. In the case of -SO 2 F side groups, the membrane can be converted to its ionic form by reacting it with 25% by weight NaOH under conditions such as:
(1) The film is immersed in an aqueous solution of about 25% sodium hydroxide at about 90°C for about 16 hours; (2) The film is soaked in deionized water heated to about 90°C for 30 to 30 minutes per washing.
Wash the film twice with water for 60 minutes. This gives the side group the form -SO 3 - Na + . It is also possible to replace -Na + with a cation other than -Na + (for example -H + ).

本発明の支持された構造物の䜜補は倚く
のステツプからなる。先ず第のステツプは、膜
ずフラツトなスクリヌンの遞定である。溶液分
散液が付着するフラツトなスクリヌンたたはスク
リヌンテンプレヌトを、任意に、溶液分散液ず
の均䞀な接觊が確実に埗られるような仕方で掗浄
たたは凊理する。脱脂剀たたはこれに類䌌した溶
剀を䜿甚しおフラツトなスクリヌンを掗浄し、こ
れを也燥しお、スクリヌンから塵や油状物を陀去
する。金属が新しくなく、脱脂が十分でない堎
合、必芁であれば、金属スクリヌンを酞腐食さ
せ、次いで溶剀で掗浄しお付着力を増匷させるこ
ずもできる。掗浄埌、膜ず接觊させる前に、加熱
たたは真空也燥するこずによ぀おフラツトなスク
リヌンを予備調敎しおもよい。
Fabrication of the supported M&E structure of the present invention consists of many steps. The first step is the selection of the membrane and flat screen. The flat screen or screen template to which the solution/dispersion is deposited is optionally cleaned or treated in a manner to ensure uniform contact with the solution/dispersion. Clean the flat screen using a degreaser or similar solvent and dry it to remove dust and oil from the screen. If the metal is new and not sufficiently degreased, the metal screen can be acid etched and then washed with a solvent to improve adhesion, if necessary. After cleaning, the flat screen may be preconditioned by heating or vacuum drying before contacting the membrane.

粒子を膜に付着させるための適切な方法は数倚
くある。䟋えば、觊媒掻性粒子を溶液たたは分散
液の状態にしたスラリヌを、スクリヌンの開口を
通しお膜䞊に塗垃たたは噎霧する。スクリヌンの
開口を通しお膜䞊にスラリヌを噎霧する方法は、
スクリヌン䞭の倧きなあるいは䞍芏則な圢状の開
口を被芆するずいう利点を䞎えるために利甚され
る。スクリヌンの開口を通しお膜䞊にスラリヌを
泚ぎ蟌むずいう方法も利甚するこずができる。は
けたたはロヌラヌでスラリヌを塗垃する方法もう
たく利甚するこずができる。さらに、蚈量バヌ、
ナむフ、たたはロツドを䜿甚しお容易に被芆を行
うこずもできる。通垞、被芆たたはフむルムは、
繰り返し被芆するこずによ぀お所望の厚さに堆積
される。スラリヌを膜に被芆するのに皮々の印刷
技術も䜿甚するこずができる。
There are many suitable methods for attaching particles to the membrane. For example, a slurry of catalytically active particles in solution or dispersion is applied or sprayed onto the membrane through openings in the screen. The method of spraying the slurry onto the membrane through the openings in the screen is
It is used to provide the advantage of covering large or irregularly shaped openings in screens. Pouring the slurry onto the membrane through openings in the screen can also be used. Brush or roller slurry application methods may also be successfully utilized. In addition, a measuring bar,
Coating can also be easily done using a knife or rod. Usually the coating or film is
The desired thickness is deposited by repeated coatings. Various printing techniques can also be used to coat the slurry onto the membrane.

觊媒掻性粒子を膜に付着させるための特に適し
た方法は、先ず觊媒掻性粒子のスラリヌを溶媒
分散剀䞭に圢成させるこずによ぀お陀去可胜な基
板䞊に觊媒掻性粒子の溶液分散液を圢成させる
こずからなる。觊媒掻性粒子を懞濁させるのに䜿
甚する溶媒分散剀は、むオン亀換膜を構成しお
いるポリマヌを少なくずも䞀郚溶解させるような
系であるのが奜たしい。この方法を利甚するず、
觊媒掻性粒子をより匷固に膜に結合させるこずが
できる。
A particularly suitable method for depositing catalytically active particles on a membrane is to first prepare a slurry of catalytically active particles in a solvent/
It consists of forming a solution/dispersion of catalytically active particles on a removable substrate by forming it in a dispersant. Preferably, the solvent/dispersant used to suspend the catalytically active particles is a system that will at least partially dissolve the polymer that makes up the ion exchange membrane. Using this method,
Catalytically active particles can be more firmly bound to the membrane.

溶液分散液には、觊媒掻性粒子が保持されや
すいようにバむンダヌを任意に含有させおもよ
く、これは奜たしい方法である。奜たしいバむン
ダヌずしおは、ポリテトラフルオロ゚チレン、パ
ヌフルオロポリマヌ、コポリマヌ、およびむオノ
マヌのような物質も含めお、皮々のフルオロポリ
マヌがある。バむンダヌずしお特に奜たしいの
は、むオン亀換膜ず同䞀もしくは類䌌の組成を有
するむオノマヌである。バむンダヌずしお䜿甚す
るのに適したむオノマヌの皮類の䟋は、むオン亀
換膜ずしおの䜿甚に適した皮類の䟋前述ず同
じである。前述の溶媒分散剀はむオン亀換ポリ
マヌ甚の溶媒である。埓぀お、觊媒掻性粒子、む
オン亀換フルオロポリマヌ、および溶媒分散剀
を含んだスラリヌを圢成させるこずができる。こ
うしお埗られる溶液分散液は、觊媒掻性粒子が
膜に付着したずきに、觊媒掻性粒子の盞互の結合
を起こし易くする。
The solution/dispersion may optionally contain a binder to help retain the catalytically active particles; this is a preferred method. Preferred binders include various fluoropolymers, including materials such as polytetrafluoroethylene, perfluoropolymers, copolymers, and ionomers. Particularly preferred as the binder are ionomers having the same or similar composition as the ion exchange membrane. Examples of types of ionomers suitable for use as binders are the same as examples of types suitable for use as ion exchange membranes (described above). The aforementioned solvents/dispersants are solvents for ion exchange polymers. Thus, a slurry can be formed that includes catalytically active particles, ion exchange fluoropolymer, and solvent/dispersant. The solution/dispersion thus obtained facilitates mutual bonding of the catalytically active particles when they are deposited on the membrane.

スラリヌを䜜補する際、むオノマヌの濃床也
燥した圢態での濃床で、溶媒分散剀を含たな
いは、〜20重量が奜たしい。觊媒掻性粒子
の濃床は0.1重量以䞊であるが、通垞は玄30重
量を越えない。最高限床の蚭定はないが、觊媒
掻性は䜿甚する觊媒の皮類によ぀お倉わり、たた
觊媒はいずれも僅かづ぀異な぀お䜜甚するので、
䜿甚するその特定の觊媒に぀いお実隓を行うこず
によ぀お最適觊媒レベルが決たる。しかしなが
ら、酞化ルテニりムを䜿甚する堎合、〜20重量
が適切であるずが芋出された。重量の倀は党
おスラリヌの党重量を基準ずしお求めおいる。
When making the slurry, the concentration of ionomer (in dry form, without solvent/dispersant) is preferably between 4 and 20% by weight. The concentration of catalytically active particles is at least 0.1% by weight, but usually does not exceed about 30% by weight. There is no set maximum limit, but catalytic activity varies depending on the type of catalyst used, and all catalysts behave slightly differently.
Optimal catalyst levels will be determined by experimentation with the particular catalyst used. However, when using ruthenium oxide, 2 to 20% by weight has been found to be suitable. All weight percent values are based on the total weight of the slurry.

膜に付着する觊媒の導電性を増倧させるため
に、任意に導電性金属をスラリヌに加えおもよ
い。普通は銀が、䟋えば60〜90重量のレベルで
加えられる。他の適切な金属ずしおは、ニツケ
ル、タンタル、癜金、および金などがある。
Optionally, a conductive metal may be added to the slurry to increase the conductivity of the catalyst deposited on the membrane. Usually silver is added, for example at a level of 60-90% by weight. Other suitable metals include nickel, tantalum, platinum, and gold.

スラリヌの䜜補は以䞋の手順で行うこずができ
る。なおこの他にも、適切に䜿甚できる方法はい
く぀かある。先ず第に、成分を蚈量し、これを
也燥状態でブレンドする。次に、也燥成分を芆う
だけの十分な量の溶媒分散剀を加える。この混
合物をボヌルミル䞭で〜24時間ブレンドしお、
均䞀な混合物を埗る。このような時間ブレンドす
るず、むオノマヌが切断され、たた少なくずも䞀
郚が溶解する。これによ぀お觊媒掻性粒子が盞互
に結合し易くなる。次に、混合物を静眮しお沈降
させ、過剰の溶媒分散剀をデカントする。この
時点で、混合物は通垞25重量の゜リツドを含有
する。
The slurry can be produced by the following procedure. Note that there are several other methods that can be used appropriately. First of all, the ingredients are measured and blended dry. Next, add enough solvent/dispersant to cover the dry ingredients. This mixture was blended in a ball mill for 4 to 24 hours.
Obtain a homogeneous mixture. Blending for such a period of time cleaves the ionomer and also causes at least a portion to dissolve. This makes it easier for the catalytically active particles to bond with each other. The mixture is then allowed to settle and excess solvent/dispersant is decanted. At this point, the mixture typically contains 25% solids by weight.

本発明における䜿甚に適切な溶媒分散剀は、
以䞋のような特性を有しおいなければならない 110℃以䞋の沞点 1.55〜2.97cm3の密床および 7.1〜8.2ヒルデブランドの溶解パラメヌタヌ。
Solvents/dispersants suitable for use in the present invention include:
It must have the following properties: boiling point below 110°C; density between 1.55 and 2.97 g/ cm3 ; and Hildebrand solubility parameter between 7.1 and 8.2.

次のような䞀般匏で衚される溶媒分散剀が特
に奜たしいこずが芋出された。䜆し、䞊蚘の特性
沞点、密床、および溶解パラメヌタヌを満た
しおいるこず XCF2―CYZ―X′ ここで は―、―Cl、―Br、および―から遞ば
れるものであり X′は―Cl、―Br、および―から遞ばれるも
のであり およびは独立しおいお、―、―、―
Cl、―Br、―および―R′から遞ばれるもので
あり そしお R′は炭玠数が〜のパヌフルオロアルキル
基およびクロルパヌフルオロアルキル基から遞ば
れるものである。
It has been found that a solvent/dispersant represented by the following general formula is particularly preferred. However, the above properties (boiling point, density, and solubility parameters) must be met: XCF 2 -CYZ-X' where: X is selected from -F, -Cl, -Br, and -I. ; X' is selected from -Cl, -Br, and -I; Y and Z are independent; -H, -F, -
and R' is selected from a perfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms and a chloroperfluoroalkyl group.

最も奜たしい溶媒分散剀は、―ゞブロ
モテトラフルオロ゚タン通垞、フレオン114B2
ずしお知られおいる BrCF2―CF2Br および―トリクロルトリフルオロ゚
タン通垞、フレオン113ずしお知られおいる ClF2C―CCl2F である。
The most preferred solvent/dispersant is 1,2-dibromotetrafluoroethane (usually Freon 114B2
): BrCF 2 --CF 2 Br and 1,2,2-trichlorotrifluoroethane (commonly known as Freon 113): ClF 2 C—CCl 2 F.

これらの぀の溶媒分散剀のうち、―
ゞブロモテトラフルオロ゚タンが最も奜たしい溶
媒分散剀である。この化合物は、玄47.3℃の沞
点、玄2.156cm3の密床、および玄7.2ヒルデブ
ランドの溶解パラメヌタヌを有する。
Of these two solvents/dispersants, 1,2-
Dibromotetrafluoroethane is the most preferred solvent/dispersant. This compound has a boiling point of about 47.3° C., a density of about 2.156 g/cm 3 , and a solubility parameter of about 7.2 Hildebrand.

―ゞブロモテトラフルオロ゚タンは、盎
接極性を瀺すわけではないけれども、高床に分極
する可胜性があるので、特に良奜に䜜甚するもの
ず考えられる。埓぀お、―ゞブロモテトラ
フルオロ゚タンを極性分子ず結合させるず、その
電子密床がシフトし、この結果極性分子ずしお挙
動するようになる。しかしながら、―ゞブ
ロモテトラフルオロ゚タンが非極性分子の呚りに
存圚する堎合、この化合物は非極性の溶媒分散
剀ずしお挙動する。埓぀お、―ゞブロモテ
トラフルオロ゚タンは、ポリテトラフルオロ゚タ
ンの非極性䞻鎖、そしおさらに極性の偎基をも溶
解する傟向がある。―ゞブロモテトラフル
オロ゚タンの溶解パラメヌタヌは、7.13〜7.28ヒ
ルデブランドず算出されおいる。
1,2-dibromotetrafluoroethane, although not directly polar, is thought to work particularly well because it can be highly polarized. Therefore, when 1,2-dibromotetrafluoroethane is combined with a polar molecule, its electron density shifts, resulting in it behaving as a polar molecule. However, when 1,2-dibromotetrafluoroethane is present around non-polar molecules, this compound behaves as a non-polar solvent/dispersant. Therefore, 1,2-dibromotetrafluoroethane tends to dissolve the nonpolar backbone of polytetrafluoroethane, and even the polar side groups. The solubility parameter of 1,2-dibromotetrafluoroethane has been calculated to be 7.13-7.28 Hildebrand.

さお次にスラリヌが、アルミニりム箔のよう
な、陀去可胜な基板䞊に塗被される。觊媒掻性粒
子の局を所望の厚さにするために、スラリヌを繰
り返し塗被した。塗被する毎に、溶媒分散剀を
陀去するこずによ぀お、スラリヌを也燥するのが
奜たしい。この䜜業は、加熱たたは真空也燥によ
り溶媒分散剀を蒞発させるこずによ぀お行うこ
ずができる。被芆は所望するいかなる厚さにもす
るこずができる。しかしながら、〜50ミクロン
の厚さが適切であるこずが明らかずな぀た。任意
に、塗被する毎に塗被物を焌結しお次の塗被の前
に膜に移行させるこずもできる。
The slurry is then coated onto a removable substrate, such as aluminum foil. The slurry was applied repeatedly to achieve the desired thickness of the layer of catalytically active particles. Preferably, the slurry is dried by removing the solvent/dispersant between coats. This can be done by evaporating the solvent/dispersant by heating or vacuum drying. The coating can be of any desired thickness. However, a thickness of 5 to 50 microns has been found to be suitable. Optionally, the coating can be sintered between coats and transferred to the film before the next coat.

次に、被芆された陀去可胜な基板を、スクリヌ
ンの䞀方の衚面に向かい合わせお眮く。スクリヌ
ンの他方の衚面を膜に向かい合わせお眮き、そし
おこの組み合わせ物に圧力をかけるず、觊媒掻性
粒子がスクリヌンの孔を通しおむオン亀換膜䞊ぞ
ず抌されおいく。觊媒掻性粒子の膜ぞの移行を増
進するため、たた觊媒掻性粒子の膜ぞの付着床を
匷めるため、加圧サむクル時に、任意に加熱しお
もよい。しかしながら、この組み合わせ物は玄
450〓230℃以䞊に加熱しおはならない。なぜ
なら、膜が十分に軟化しおスクリヌンに結合しお
したうからである。同様に玄Kgcm2を越える圧
力は避けるべきである。なぜなら、スクリヌンの
孔を通しお膜たでプレスしおしたうからである。
圧力および熱の䞡方を䜿甚する堎合、加圧時間は
比范的短く、すなわち30秒以䞋にすべきである。
この時間は、膜を䞊蚘の枩床にたで䞊昇させるの
に必芁な時間であるず掚枬される。しかしなが
ら、熱を䜿甚しない堎合、この組み合わせ物は最
倧玄分間加圧するこずができる。
The coated removable substrate is then placed opposite one surface of the screen. When the other surface of the screen is placed opposite the membrane and pressure is applied to the combination, the catalytically active particles are forced through the pores of the screen and onto the ion exchange membrane. Optionally, heating may be applied during the pressure cycle to enhance the transfer of the catalytically active particles to the membrane and to increase the adhesion of the catalytically active particles to the membrane. However, this combination is approximately
Do not heat above 450℃ (230℃). This is because the membrane has softened enough to bond to the screen. Similarly, pressures exceeding about 7 kg/cm 2 should be avoided. This is because the membrane is pressed through the holes in the screen.
If both pressure and heat are used, the pressurization time should be relatively short, ie 30 seconds or less.
It is assumed that this time is the time required to raise the membrane to the above temperature. However, if no heat is used, the combination can be pressurized for up to about 5 minutes.

觊媒掻性粒子を膜に移行させた埌、圧力およ
びたたは熱を取り陀き、スクリヌンを膜から剥
ぎ取るず、膜䞊に觊媒掻性粒子の倚数の島が圢成
される。
After transferring the catalytically active particles to the membrane, the pressure and/or heat is removed and the screen is stripped from the membrane, forming multiple islands of catalytically active particles on the membrane.

さお次に、觊媒掻性粒子の島を膜により氞久的
に固定させる必芁がある。これは、被芆した膜に
さらに圧力および熱をかけるこずによ぀お行うこ
ずができる。被芆した膜このずき膜は熱可塑性
の圢態たたはそのナトリりム圢ずな぀おいる
は、成分を結合させるために、䟋えば260℃の高
枩で30秒〜分加熱しおもよい。膜がその氎玠圢
ずな぀おいるずき、玄180℃以䞊の枩床に加熱し
おはならない。なぜなら、膜が加熱分解し易いか
らである。このような枩床になるず、スラリヌ䞭
のバむンダヌおよび膜が軟化し、この䞡者が互い
に結合しおしたう。たた枩床が䜎すぎたり、ある
いは加熱時間が短すぎたりするず、觊媒掻性粒子
が完党には膜に結合しなくな぀おしたう。加熱時
間が長すぎるず、觊媒掻性粒子ず膜ずのブレンド
が起こりすぎる。枩床が高すぎるず、膜が溶融
し、埓぀お適切な構造物の圢成が劚げられ
る。
Next, it is necessary to permanently fix the islands of catalytically active particles in the membrane. This can be done by applying additional pressure and heat to the coated membrane. coated membrane (the membrane is now in thermoplastic form or its sodium form)
may be heated for 30 seconds to 1 minute at a high temperature of, for example, 260°C to bond the components. When the membrane is in its hydrogen form, it should not be heated to temperatures above about 180°C. This is because the film is easily thermally decomposed. At such temperatures, the binder and film in the slurry soften and become bonded to each other. Furthermore, if the temperature is too low or the heating time is too short, the catalytically active particles will not be completely bonded to the membrane. If the heating time is too long, too much blending of the catalytically active particles with the membrane will occur. If the temperature is too high, the membrane will melt and thus prevent proper M&E structure formation.

成分の結合を確実に起こさせるために、最倧玄
3.5Kgcm2たでの圧力をかけた状態で、組み合わ
せ物を加熱するのが有利である堎合もある。しか
しながら、3.5Kgcm2より高い圧力をかけるず、
組み合わせ物が平らになりすぎおしたう。
To ensure that the combination of ingredients occurs, up to approx.
It may be advantageous to heat the combination under pressure of up to 3.5 Kg/cm 2 . However, if a pressure higher than 3.5Kg/ cm2 is applied,
The combination ends up being too flat.

成分を結合させるには、加熱プレスを䜿甚する
のが奜たしい。利甚できる手順は皮々あるが、特
に有甚であるこずが刀明しおいる手順は、成分を
定盀間䞊方定盀および䞋方定盀に挟んでサン
ドむツチ構造を圢成させるこずからなる。䞋方定
盀の䞊に、ポリテトラフルオロ゚チレンペヌパヌ
のスクリヌンこの膜は膜䞊に塗被された觊媒掻
性粒子を有する、ポリテトラフルオロ゚チレン
ペヌパヌの別のスクリヌン、匟性を付䞎するため
のゎム補スクリヌン、ポリテトラフルオロ゚チレ
ンペヌパヌの別のスクリヌン、そしお最埌に䞊方
定盀がくる。このサンドむツチ構造物を加熱プレ
ス䞭に蚭眮し、加圧䞋で加熱しお結合を起こさせ
る。
Preferably, a heated press is used to combine the components. Although there are a variety of procedures available, one that has been found to be particularly useful consists of sandwiching the ingredients between platens (an upper platen and a lower platen) to form a sanderch structure. Above the lower platen is a screen of polytetrafluoroethylene paper (this membrane has catalytically active particles coated on the membrane), another screen of polytetrafluoroethylene paper, and a rubber one to provide elasticity. A screen, another screen of polytetrafluoroethylene paper, and finally an upper surface plate. The sandwich structure is placed in a heated press and heated under pressure to cause bonding.

スクリヌンの第番目の面が実質的にフラツト
であるずいう事実により、スクリヌンの゜リツド
郚分ず膜ずの間のスペヌスに觊媒掻性粒子が入り
蟌むのが最小限に抑えられる。蚀い換えるず、觊
媒掻性の溶液分散液は、膜に塗被されるずきに
「動き回る」こずがない。第図に瀺したスクリ
ヌンでも、觊媒掻性の溶液分散液の「動き回
り」が最小限に抑えられよう、十分にフラツトず
な぀おいる。
The fact that the first side of the screen is substantially flat minimizes the ingress of catalytically active particles into the space between the solid portion of the screen and the membrane. In other words, the catalytically active solution/dispersion does not "move around" as it is applied to the membrane. The screen shown in FIG. 2 is also sufficiently flat so that "wandering" of the catalytically active solution/dispersion is minimized.

任意に、觊媒掻性粒子を導電性のスクリヌン
膜組み合わせ物䞊に塗被し、次いで加熱しお組み
合わせ物を䞀緒に結合させおもよい。膜が熱可塑
圢あるいはナトリりム圢ずな぀おいる堎合、結合
を起こさせるには次のような条件を䜿甚するこず
ができる。膜を30秒〜分で260℃たで加熱する。
この時間は、膜を䞊蚘の枩床にたで䞊昇させるの
に必芁な時間であるず考えられる。加熱枩床が䜎
すぎたり、あるいは加熱時間に短すぎたりする
ず、導電性スクリヌンが完党には膜に結合しなく
なる。加熱時間が長すぎるず、金属が膜を完党に
通過しお、膜の衚面䞊に固定されなくなる。加熱
枩床が高すぎるず膜が溶融し、埓぀お適切な
構造物が圢成されなくなる。最高玄3.5Kgcm2
たでの圧力䞋で、導電性のスクリヌン膜組み合
わせ物を加熱するのが有利である堎合もある。圧
力が玄3.5Kgcm2より高くなるず、膜が完党に導
電性スクリヌン䞭に抌し蟌たれる。しかしなが
ら、膜が氎玠圢ずな぀おいる堎合、玄180℃以䞊
に加熱しおはならない。
Optionally, the catalytically active particles are covered with a conductive screen/
It may be coated onto the membrane combination and then heated to bond the combination together. If the membrane is in thermoplastic or sodium form, the following conditions can be used to induce bonding. Heat the membrane to 260°C for 30 seconds to 1 minute.
This time is believed to be the time required to raise the membrane to the above temperature. If the heating temperature is too low or the heating time is too short, the conductive screen will not completely bond to the membrane. If the heating time is too long, the metal will pass through the membrane completely and will not be fixed on the surface of the membrane. If the heating temperature is too high, the film will melt and therefore the proper M&
E structures are no longer formed. Maximum approximately 3.5Kg/cm 2
It may be advantageous to heat the electrically conductive screen/membrane combination under pressure up to . When the pressure is higher than about 3.5 Kg/cm 2 , the membrane is completely pushed into the conductive screen. However, if the membrane is in the hydrogen form, it should not be heated above about 180°C.

觊媒被芆は膜のほんの䞀郚だけを芆うので、よ
り觊媒掻性の䜎に物質が䜿甚される。しかしなが
ら、本発明の構造物の觊媒掻性は、先行技
術の構造物の觊媒掻性に少なくずも同等で
ある。
Since the catalyst coating covers only a small portion of the membrane, materials with lower catalytic activity are used. However, the catalytic activity of the M&E structures of the present invention is at least comparable to the catalytic activity of prior art M&E structures.

本発明ではほんの少量の觊媒掻性粒子が䜿甚さ
れおいるが、粒子の濃床をさらに䞋げるこずがで
きるこずが芋出された。䟋えば、觊媒掻性粒子の
代衚的な溶液分散液は、玄75重量の銀、玄16
重量の酞化ルテニりム、および玄重量のむ
オノマヌを含有する。しかしながら、本発明の方
法を䜿甚するず、玄83重量の銀、玄重量の
酞化ルテニりム、および玄重量のむオノマヌ
を含有するスラリヌが、16重量の酞化ルテニり
ムを含有したスラリヌず実質的に同等に䜜甚す
る。この事実は、高䟡な酞化ルテニりム觊媒の䜿
甚量が玄半分に節玄できるこずを意味しおいる。
Although only small amounts of catalytically active particles are used in the present invention, it has been found that the concentration of particles can be further reduced. For example, a typical solution/dispersion of catalytically active particles is about 75% silver by weight, about 16
% by weight of ruthenium oxide, and about 9% by weight of ionomer. However, using the method of the present invention, a slurry containing about 83% by weight silver, about 8% by weight ruthenium oxide, and about 9% by weight ionomer can be substantially It works equally well. This fact means that the amount of expensive ruthenium oxide catalyst used can be saved by about half.

本発明の膜倚数の觊媒掻性粒子の島が、膜の
少なくずも぀の衚面に結合しおいるを䜿甚す
る方法は圓業界では公知である。䞀般には、集電
装眮を觊媒掻性粒子の島に抌し圓おお、これを電
源電解槜の堎合たたは電力消費装眮燃料電
池もしくはバツテリヌの堎合ず接続する。集
電装眮は、電気゚ネルギヌを觊媒掻性粒子の島ぞ
あるいは島から䌝送する。特に適切な集電装
眮は、觊媒掻性粒子の島を圢成するのに䜿甚され
るスクリヌンず同䞀のパタヌンを有する導電性ス
クリヌンであるこずがわか぀た。これによ぀お、
觊媒掻性粒子の各島は、電気゚ネルギヌを集電装
眮ぞあるいは集電装眮から䌝送するこずがで
きる。被芆された膜に察しお集電装眮を保持する
のに、マツトレスのような匟性装眮を任意に䜿甚
しおもよい。
Methods of using the membranes of the present invention, in which multiple islands of catalytically active particles are bound to at least one surface of the membrane, are known in the art. Generally, a current collector is pressed against the island of catalytically active particles and is connected to a power source (in the case of an electrolyser) or a power consumer (in the case of a fuel cell or battery). (The current collector transmits electrical energy to (or from) the islands of catalytically active particles. A particularly suitable current collector has a pattern identical to the screen used to form the islands of catalytically active particles. It was found that it is a conductive screen with a
Each island of catalytically active particles is capable of transmitting electrical energy to (or from) a current collector. A resilient device, such as a mattress, may optionally be used to hold the current collector against the coated membrane.

本発明の構造物は、䟋えば電気゚ネルギ
ヌを連続的に生成させるための燃料電池、化孊品
を生産するための電解槜䟋えば、塩化ナトリり
ム氎溶液から塩玠ず苛性゜ヌダ、氎から氎玠ず酞
玠等、および電気゚ネルギヌを間欠的に生成さ
せるためのバツテリヌも含めお、倚皮倚様の電気
化孊的電池に有甚である。
The M&E structure of the present invention includes, for example, a fuel cell for continuously generating electrical energy, an electrolytic cell for producing chemicals (for example, chlorine and caustic soda from an aqueous sodium chloride solution, hydrogen and oxygen from water, etc.), It is useful in a wide variety of electrochemical cells, including batteries for intermittent generation of electrical energy.

実斜䟋  箄76の銀粒子、玄16の酞化ルテニりム粒
子、および玄のカルボキシルむオン亀換フル
オロポリマヌ粒子からなる混合物をボヌルミル䞭
でBrCF2―CF2Brに溶解・懞濁させた。先ず也燥
成分を蚈量しおこれを盞互にブレンドした。成分
が芆われるだけの十分な量の溶媒分散剀を加え
た。次いで、この混合物をボヌルミル䞭で玄24時
間ブレンドしお均䞀な混合物を埗た。このような
ブレンド時間によ぀おむオノマヌが切断され、少
なくずも䞀郚溶解する。次に、混合物を静眮しお
沈降させ、過剰の溶媒分散剀をデカントした。
この時点で、混合物には玄25重量の固圢分が含
たれおいる。
Example 1 A mixture of about 76 g of silver particles, about 16 g of ruthenium oxide particles, and about 8 g of carboxyl ion-exchanged fluoropolymer particles was dissolved and suspended in BrCF 2 -CF 2 Br in a ball mill. The dry ingredients were first weighed and blended together. Sufficient amount of solvent/dispersant was added to cover the ingredients. This mixture was then blended in a ball mill for about 24 hours to obtain a homogeneous mixture. Such blending time cleaves and at least partially dissolves the ionomer. The mixture was then allowed to settle and excess solvent/dispersant was decanted.
At this point, the mixture contains approximately 25% solids by weight.

゚アレススプレヌガンを甚いお、アルミニりム
箔のシヌトに混合物を噎霧しお、20〜30ミクロン
の厚さの被膜を圢成させた。この溶液分散液を
颚也した。埗られた被芆物をオヌブン䞭に眮き、
箄10分で250℃〜260℃の枩床にたで加熱しお被芆
物を焌結させた。
The mixture was sprayed onto a sheet of aluminum foil using an airless spray gun to form a 20-30 micron thick coating. This solution/dispersion was air dried. Place the resulting coating in the oven;
The coating was sintered by heating to a temperature of 250°C to 260°C in about 10 minutes.

厚さ玄0.01mmのカルボキシリツク局ず厚さ玄
0.9mmのスルホニツク局を有する二局フルオロポ
リマヌむオン亀換膜を、スルホニツク局をポリテ
トラフルオロ゚チレンシヌトず接觊させた状態で
ポリテトラフルオロ゚チレンのシヌト䞊に眮く。
Carboxylic layer approximately 0.01mm thick and approximately 0.01mm thick
A two-layer fluoropolymer ion exchange membrane with a 0.9 mm sulfonic layer is placed on a sheet of polytetrafluoroethylene with the sulfonic layer in contact with the polytetrafluoroethylene sheet.

パヌフオレヌテツド・プロダクツ瀟から垂販さ
れおいる電鋳スクリヌンテンプレヌト玄56cm2の
衚面積を有するを膜のカルボキシリツク局䞊に
眮いた。このスクリヌンテンプレヌトは、衚面に
均等に配分された、盎埄0.7mmの倚数の開口を有
する。スクリヌンに50のオヌプン゚リアを䞎え
るだけの十分な数の開口がある。本スクリヌンの
厚さは玄0.07mmである。
An electroformed screen template (having a surface area of approximately 56 cm 2 ), available from Perfluorated Products, Inc., was placed over the carboxylic layer of the membrane. This screen template has a large number of openings with a diameter of 0.7 mm evenly distributed on the surface. There are enough openings to give the screen 50% open area. The thickness of this screen is approximately 0.07mm.

焌結した被膜を有するアルミニりム箔を、その
被膜をスクリヌンず接觊させた状態で、スクリヌ
ンテンプレヌト䞊に眮いた。次に、ポリテトラフ
ルオロ゚チレンのシヌトをアルミニりム箔の䞊に
眮いた。
An aluminum foil with a sintered coating was placed on the screen template with the coating in contact with the screen. A sheet of polytetrafluoroethylene was then placed on top of the aluminum foil.

埗られた組み合わせ物を加熱油圧プレス䞭に眮
き、玄3.5Kgcm2の圧力をかけ、玄170℃の枩床で
30〜60秒凊理した。この圧力により、被膜の郚分
がスクリヌン䞭の孔を通過しお膜䞊ぞず抌され、
膜䞊に倚数の觊媒掻性粒子の島が圢成された。た
たこの熱ず圧力によ぀お、觊媒掻性粒子の島が膜
に結合した。
The resulting combination was placed in a heated hydraulic press at a pressure of approximately 3.5 Kg/cm 2 and at a temperature of approximately 170°C.
Treated for 30-60 seconds. This pressure forces parts of the coating through the holes in the screen and onto the membrane;
Many islands of catalytically active particles were formed on the membrane. The heat and pressure also caused islands of catalytically active particles to bond to the membrane.

組み合わせ物をプレスから取り出し、ポリテト
ラフルオロ゚チレンシヌトを取り陀いた。次い
で、スクリヌンテンプレヌトを取り倖すず、倚数
の觊媒掻性物質の島を有する膜が埗られた。
The combination was removed from the press and the polytetrafluoroethylene sheet was removed. The screen template was then removed, yielding a membrane with multiple islands of catalytically active material.

実斜䟋  箄76の銀粒子、玄16の酞化ルテニりム粒
子、および玄のカルボキシリツクむオン亀換
フルオロポリマヌ粒子からなる混合物を、ボヌル
ミル䞭でBrCF2―CF2Brに溶解・懞濁させた。先
ず、也燥成分を蚈量しお盞互にブレンドした。次
に、成分が芆われるだけの十分な量の溶媒分散
剀を加えた。この混合物をボヌルミル䞭で玄24時
間ブレンドしお均䞀な混合物を埗た。このような
ブレンド時間によ぀お、むオノマヌが切断され、
少なくずも䞀郚は溶解する。混合物を静眮しお沈
降させ、過剰の溶媒分散剀をデカントした。こ
の時点で、混合物には、玄25重量の固圢分が含
たれおいる。
Example 2 A mixture of about 76 g of silver particles, about 16 g of ruthenium oxide particles, and about 8 g of carboxylic ion exchange fluoropolymer particles was dissolved and suspended in BrCF 2 --CF 2 Br in a ball mill. First, the dry ingredients were weighed and blended together. Next, enough solvent/dispersant was added to cover the ingredients. This mixture was blended in a ball mill for about 24 hours to obtain a homogeneous mixture. This blending time cleaves the ionomer and
At least a portion will dissolve. The mixture was allowed to settle and excess solvent/dispersant was decanted. At this point, the mixture contains approximately 25% solids by weight.

゚アレススプレヌガンを甚いお、この溶液分
散液をアルミニりム箔のシヌトに噎霧するこずに
よ぀お、20〜30ミクロンの厚さずした。噎霧した
溶液分散液を颚也しお被膜を圢成させた。次い
で、この被芆物をオヌブン䞭に眮き、玄10分で
250〜260℃の枩床にたで加熱した。
A thickness of 20-30 microns was achieved by spraying this solution/dispersion onto a sheet of aluminum foil using an airless spray gun. The sprayed solution/dispersion was air dried to form a film. This coating is then placed in the oven for about 10 minutes.
It was heated to a temperature of 250-260°C.

厚さ玄0.5ミル0.01mmのカルボキシリツク
局および厚さ玄3.5ミル0.09mmのスルホニツ
ク局を有する二局フルオロポリマヌむオン亀換膜
を、スルホニツク局をポリテトラフルオロ゚チレ
ンシヌトず接觊させた状態で、ポリテトラフルオ
ロ゚チレンのシヌト䞊に眮く。
A bilayer fluoropolymer ion exchange membrane having a carboxylic layer about 0.5 mils (0.01 mm) thick and a sulfonic layer about 3.5 mils (0.09 mm) thick with the sulfonic layer in contact with a polytetrafluoroethylene sheet. and place it on a sheet of polytetrafluoroethylene.

パヌフオレヌテツド・プロダクツ瀟から垂販さ
れおいる電鋳スクリヌンテンプレヌト玄56cm2
を、膜のカルボキシリツク局の䞊に眮いた。スク
リヌンはその衚面に均等に配分された盎埄玄0.7
mmの倚数の開口を有する。玄50のオヌプン゚リ
アを有するスクリヌンを䞎えるだけの十分な数の
開口が存圚する。スクリヌンの厚さは玄0.1mmで
ある。
Electroformed screen template (approximately 56 cm 2 ) commercially available from Perfluorated Products.
was placed on top of the carboxylic layer of the membrane. The screen has a diameter of approximately 0.7 evenly distributed over its surface
It has a large number of openings in mm. There are enough apertures to give a screen with about 50% open area. The thickness of the screen is approximately 0.1mm.

焌結した被膜を有するアルミニりムシヌトを、
被膜をスクリヌンに接觊させた状態で、スクリヌ
ン䞊に眮いた。ゎムのシヌトをアルミニりム箔の
䞊に眮き、ポリテトラフルオロ゚チレンのシヌト
をゎムシヌトの䞊に眮いた。
Aluminum sheet with sintered coating,
The coating was placed on the screen with it in contact with the screen. A sheet of rubber was placed on top of the aluminum foil and a sheet of polytetrafluoroethylene was placed on top of the rubber sheet.

埗られた組み合わせ物を加熱しおいない油圧プ
レス䞭に眮き、玄Kgcm2の圧力をかけお、宀枩
で玄分間凊理した。この圧力により、被膜の郚
分が抌されおスクリヌンの孔を通過しお膜䞊ぞず
達し、この結果觊媒掻性粒子の倚数の島が膜䞊に
圢成された。
The resulting combination was placed in an unheated hydraulic press and processed at room temperature for about 5 minutes under a pressure of about 7 Kg/cm 2 . This pressure forced portions of the coating through the pores of the screen and onto the membrane, resulting in the formation of numerous islands of catalytically active particles on the membrane.

次いで、この組み合わせ物をプレスから取り出
し、ポリテトラフルオロ゚チレンシヌト、ゎムシ
ヌト、およびスクリヌンを取り陀いた。埗られた
膜を぀のポリテトラフルオロ゚チレンシヌトの
間に挟み、これを加熱プレス䞭に眮いた。組み合
わせ物を、枩床玄230℃、圧力玄3.5Kgcm2で30〜
60秒プレスしお、觊媒の島を膜に結合させた。
The combination was then removed from the press and the polytetrafluoroethylene sheet, rubber sheet, and screen were removed. The resulting membrane was sandwiched between two polytetrafluoroethylene sheets and placed in a heated press. The combination is heated at a temperature of about 230℃ and a pressure of about 3.5Kg/ cm2 for 30~
A 60 second press bonded the catalyst islands to the membrane.

実斜䟋  実斜䟋の手順に埓぀お、混合物を䜜補し、ア
ルミニりム箔のシヌト䞊に広げお厚さ玄20〜50ミ
クロンの局を圢成させた。被芆物を颚也し、玄
260℃で玄分間焌結した。
Example 3 Following the procedure of Example 1, a mixture was made and spread on a sheet of aluminum foil to form a layer approximately 20-50 microns thick. Let the covering air dry, approx.
Sintering was performed at 260°C for about 5 minutes.

䞀方の局においおスルホニツクむオン亀換基を
含むフルオロポリマヌを、および他方の局におい
おカルボキシリツクむオン亀換基を含むフルオロ
ポリマヌを有する二局むオン亀換膜が埗られた。
膜の厚さは玄0.1mmであ぀た。カルボキシリツク
局は厚さが玄0.012mm、たたスルホニツク局は厚
さが玄0.09mmであ぀た。カルボキシリツクむオン
亀換基を含んだ膜の面に、ニツケルスクリヌン
実斜䟋に蚘茉を接觊させた。アルミニりム
箔䞊に圢成された觊媒掻性粒子の被膜に、スクリ
ヌンの他方の面を接觊させた。組み合わせ物を䞀
緒に、圧力玄3.5Kgcm2、枩床玄260℃で玄30秒プ
レスした。この圧力により、アルミニりム箔䞊の
被膜が抌され、スクリヌンの孔を通過しお膜䞊に
達した。この熱により、觊媒掻性粒子は膜に結合
した。組み合わせ物をプレスから取り出し、冷华
させた埌、被芆されたアルミニりム箔を取り陀い
た。この結果、スクリヌンが結合した膜が埗られ
た。スクリヌンのオヌプン゚リアにおいお、スク
リヌンの孔を通しおプレスされた觊媒掻性粒子は
膜䞊に付着しおいた。
A two-layer ion exchange membrane was obtained having a fluoropolymer containing sulfonic ion exchange groups in one layer and a fluoropolymer containing carboxylic ion exchange groups in the other layer.
The thickness of the membrane was approximately 0.1 mm. The carboxylic layer was approximately 0.012 mm thick, and the sulfonic layer was approximately 0.09 mm thick. A nickel screen (described in Example 1) was brought into contact with the surface of the membrane containing carboxylic ion exchange groups. The other side of the screen was brought into contact with the coating of catalytically active particles formed on the aluminum foil. The combination was pressed together at a pressure of about 3.5 Kg/cm 2 and a temperature of about 260° C. for about 30 seconds. This pressure pushed the coating on the aluminum foil through the holes in the screen and onto the membrane. This heat caused the catalytically active particles to bond to the membrane. After the combination was removed from the press and allowed to cool, the coated aluminum foil was removed. This resulted in a screen-bound membrane. In the open area of the screen, the catalytically active particles pressed through the pores of the screen were deposited on the membrane.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第図は、本発明における䜿甚に適した、実質
的にフラツトなスクリヌンたたはスクリヌンテン
プレヌトの぀のタむプの偎面図である。第図
は、本発明における䜿甚に適した、実質的にフラ
ツトなスクリヌンたたはスクリヌンプレヌトの別
のタむプの偎面図である。第図は、本発明にお
ける䜿甚に適した、実質的にフラツトなスクリヌ
ンたたはスクリヌンテンプレヌトの䞀区画を䞊か
ら芋た図である。
FIG. 1 is a side view of one type of substantially flat screen or screen template suitable for use in the present invention. FIG. 2 is a side view of another type of substantially flat screen or screen plate suitable for use in the present invention. FIG. 3 is a top view of a section of a substantially flat screen or screen template suitable for use in the present invention.

Claims (1)

【特蚱請求の範囲】  膜電極耇合構造物であ぀お、膜の少なくず
も぀の平らな衚面に結合した觊媒掻性粒子の倚
数の島を有する実質的に平らなむオン亀換膜から
なり、このずき前蚘の島がミクロン〜cmの盎
埄たたは幅を有し、前蚘膜衚面の最倧玄75が前
蚘觊媒掻性粒子で被芆されおいる構造物。  前蚘の島が前蚘膜衚面の25〜60を被芆し、
前蚘の島の盎埄たたは幅が20ミクロン〜0.5cmで
ある、特蚱請求の範囲第項に蚘茉の構造物。  前蚘膜がフルオロカヌボン―タむプたたはハ
むドロカヌボン―タむプの物質から遞ばれる、特
蚱請求の範囲第項に蚘茉の構造物。  觊媒掻性粒子の間にバむンダヌを分垃させお
粒子同士を結合させ、このずき前蚘バむンダヌが
膜の少なくずも䞀郚を圢成する同じ組成のポリマ
ヌからなる、特蚱請求の範囲第、たたは
項に蚘茉の構造物。  前蚘觊媒掻性粒子の間に導電性の金属を分垃
させる、特蚱請求の範囲第項に蚘茉の構造物。  前蚘の導電性粒子が銀、ニツケル、タンタ
ル、癜金、金、およびこれらの混合物から遞ばれ
る、特蚱請求の範囲第項に蚘茉の構造物。  前蚘の島が20ミクロン未満の厚さを有する、
特蚱請求の範囲第項に蚘茉の構造物。  倚数の開口を有する実質的に平らな導電性ス
クリヌンからなり、前蚘開口がスクリヌンの衚面
積の最倧75を占め、前蚘むオン亀換膜がスクリ
ヌンに結合されお膜衚面の䞀郚がスクリヌンの開
口を通しお露出したたたずなり、前蚘の倚数の觊
媒掻性粒子が膜の露出した衚面郚分に配眮され、
膜およびスクリヌンず電気的および物理的に接觊
しおいる、特蚱請求の範囲第〜項のいずれか
に蚘茉の構造物。  前蚘導電性スクリヌンが25〜60のオヌプン
゚リアを有する電気鋳造された金属スクリヌンで
ある、特蚱請求の範囲第項に蚘茉の構造物。  前蚘スクリヌンがその呚瞁においお非倚孔
質であ぀お、スクリヌンの厚さがそのスクリヌン
の接合する膜の局の厚さを玄25以䞊越えない、
特蚱請求の範囲第項たたは第項に蚘茉の構造
物。  (a) 陀去可胜な基板䞊に觊媒掻性粒子の被
芆を圢成させるこず (b) 実質的に平面状のむオン亀換膜を倚数の開口
を有する実質的にフラツトな平面状スクリヌン
ず接觊させ、このずき前蚘開口がスクリヌンの
衚面積の最倧75を占めるこず (c) 前蚘スクリヌンを前蚘の被芆された基板ず接
觊させるこず (d) 前蚘基板を前蚘スクリヌンに圓お、十分な圧
力でプレスしお、前蚘觊媒掻性粒子をスクリヌ
ンの開口を通過させお前蚘膜䞊にたで抌し蟌
み、これによ぀お膜の衚面䞊に觊媒掻性粒子の
倚数の島を圢成させるこず (e) 前蚘スクリヌンを陀去するこずおよび (f) 前蚘觊媒掻性粒子を前蚘膜に結合させるこず からなる、改良された膜電極耇合構造物を䜜補
する方法。  (a) 実質的に平面状のむオン亀換膜の少な
くずも぀の衚面を、実質的にフラツトな導電
性スクリヌンで、スクリヌンの衚面積の最倧75
を占める倚数の開口を有する導電性スクリヌ
ンず接觊させ、これによ぀お前蚘むオン亀換膜
の䞀郚をスクリヌンの開口を通しお露出したた
たの状態にするこず (b) スクリヌンの開口を通しお露出された膜の郚
分を觊媒掻性粒子で被芆するこずおよび (c) 前蚘膜を前蚘觊媒掻性粒子ず前蚘スクリヌン
に結合させるこず からなる、膜電極耇合構造物を䜜補する方法。  前蚘スクリヌン䞭の開口がスクリヌンの衚
面積の40〜60を占める、特蚱請求の範囲第
項たたは項に蚘茉の方法。  前蚘のスクリヌン膜組合せ物を最高350
〓175℃の枩床にたで加熱する、特蚱請求の
範囲第項に蚘茉の方法。  前蚘のスクリヌン膜組合せ物に最倧
Kgcm2たでの圧力をかける、特蚱請求の範囲第
項に蚘茉の方法。  觊媒掻性粒子で被芆された膜を、最高玄
260℃たでの枩床に加熱し、最倧玄Kgcm2たで
の圧力でプレスするこずによ぀お、前蚘觊媒掻性
粒子を前蚘膜に結合させる、特蚱請求の範囲第
項たたは項に蚘茉の方法。  前蚘觊媒掻性粒子が溶媒分散剀ずブレン
ドされ、前蚘膜䞊に塗被されるずきに溶液分散
液の圢ずな぀おいお、このずき前蚘溶媒分散剀
が次の䞀般匏 XCF2―CYZ―X′ 匏䞭、は―、―Cl、―Br、および―
から遞ばれるものであり X′は―Cl、―Br、および―から遞ばれるも
のであり およびは独立しおいお、―、―、―
Cl、―Br、―、および―R′から遞ばれるもの
であり R′は炭玠数が〜のパヌフルオロアルキル
基およびクロルパヌフルオロアルキル基から遞ば
れるものであるで衚される、特蚱請求の範囲第
項たたは第項に蚘茉の方法。  前蚘の溶媒分散剀が―ゞブロモテ
トラフルオロ゚タンおよび―トリクロ
ルトリフルオロ゚タンから遞ばれるものである、
特蚱請求の範囲第項に蚘茉の方法。  前蚘の溶液分散液が〜20重量のむオ
ノマヌを含有する、特蚱請求の範囲第項たた
は項に蚘茉の方法。  前蚘の溶液分散液が0.1〜25重量の觊
媒掻性粒子を含有する、特蚱請求の範囲第
、たたは項に蚘茉の方法。  前蚘の溶液分散液が60〜90重量の導電
性金属を含有する、特蚱請求の範囲第〜
項のいずれかの項に蚘茉の方法。  前蚘の溶液分散液が玄25重量の固圢分
を含有する、特蚱請求の範囲第〜項のい
ずれかの項に蚘茉の方法。  前蚘基板が〜50ミクロンの厚さに被芆さ
れる、特蚱請求の範囲第項に蚘茉の方法。
Claims: 1. A membrane/electrode composite structure comprising a substantially planar ion exchange membrane having multiple islands of catalytically active particles attached to at least one planar surface of the membrane; A structure in which said islands have a diameter or width of 6 microns to 1 cm and up to about 75% of said membrane surface is covered with said catalytically active particles. 2 the islands cover 25-60% of the membrane surface,
A structure according to claim 1, wherein the diameter or width of the islands is between 20 microns and 0.5 cm. 3. A structure according to claim 1, wherein the membrane is selected from fluorocarbon-type or hydrocarbon-type materials. 4. Claims 1, 2, or 3, wherein a binder is distributed between the catalytically active particles to bind the particles to each other, wherein the binder comprises a polymer of the same composition forming at least a portion of the membrane.
Structures described in Section. 5. The structure according to claim 1, wherein a conductive metal is distributed between the catalytically active particles. 6. The structure of claim 5, wherein said conductive particles are selected from silver, nickel, tantalum, platinum, gold, and mixtures thereof. 7. said island has a thickness of less than 20 microns;
A structure according to claim 1. 8 consisting of a substantially flat conductive screen having a number of apertures, said apertures occupying up to 75% of the surface area of the screen, and said ion exchange membrane being coupled to the screen such that a portion of the membrane surface passes through the apertures of the screen. remains exposed and a number of said catalytically active particles are located on the exposed surface portion of the membrane;
8. A structure according to any of claims 1 to 7, in electrical and physical contact with the membrane and screen. 9. The structure of claim 8, wherein the conductive screen is an electroformed metal screen having an open area of 25-60%. 10 the screen is non-porous at its periphery and the thickness of the screen does not exceed the thickness of the membrane layer to which it joins by more than about 25%;
A structure according to claim 8 or 9. 11 (a) forming a coating of catalytically active particles on a removable substrate; (b) contacting a substantially planar ion exchange membrane with a substantially flat planar screen having a plurality of apertures; (c) bringing the screen into contact with the coated substrate; (d) applying the substrate to the screen and pressing with sufficient pressure; (e) forcing the catalytically active particles through openings in a screen and onto the membrane, thereby forming a number of islands of catalytically active particles on the surface of the membrane; (e) removing the screen; and (f) a method of making an improved membrane/electrode composite structure comprising bonding said catalytically active particles to said membrane. 12 (a) Cover at least one surface of the substantially planar ion exchange membrane with a substantially flat conductive screen covering up to 75 of the surface area of the screen.
(b) contacting a conductive screen having a number of apertures accounting for % of the ion exchange membrane, thereby leaving a portion of said ion exchange membrane exposed through the apertures in the screen; A method of making a membrane/electrode composite structure comprising coating a portion of a membrane with catalytically active particles; and (c) bonding the membrane to the catalytically active particles and the screen. 13. Claim 11, wherein the openings in the screen occupy 40-60% of the surface area of the screen.
The method according to item 1 or item 12. 14 Up to 350 screen/membrane combinations as described above
13. The method according to claim 12, wherein the method is heated to a temperature of (175° C.). 15 up to 7 for the above screen/membrane combination
Claim 1 applying pressure up to Kg/cm 2
The method described in Section 4. 16 Membranes coated with catalytically active particles can be coated with up to approx.
Claim 1, wherein the catalytically active particles are bonded to the membrane by heating to a temperature of up to 260° C. and pressing at a pressure of up to about 7 Kg/cm 2 .
The method according to item 1 or item 12. 17 The catalytically active particles are blended with a solvent/dispersant and are in the form of a solution/dispersion when coated onto the membrane, wherein the solvent/dispersant has the following general formula: CYZ-X' (wherein, X is -F, -Cl, -Br, and -I
X' is selected from -Cl, -Br, and -I; Y and Z are independent and -H, -F, -
is selected from Cl, -Br, -I, and -R';R' is selected from a perfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms and a chloroperfluoroalkyl group) , the method according to claim 11 or 12. 18. The solvent/dispersant is selected from 1,2-dibromotetrafluoroethane and 1,2,2-trichlorotrifluoroethane.
A method according to claim 17. 19. A method according to claim 17 or 18, wherein the solution/dispersion contains 4 to 20% by weight of ionomer. 20. Claim 17, wherein said solution/dispersion contains from 0.1 to 25% by weight of catalytically active particles.
The method according to item 18 or 19. 21. Claims 17-20, wherein said solution/dispersion contains 60-90% by weight of conductive metal.
The method described in any of the sections. 22. A method according to any of claims 17 to 21, wherein said solution/dispersion contains about 25% solids by weight. 23. The method of claim 11, wherein the substrate is coated to a thickness of 5 to 50 microns.
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