NO169465B - Stroemoppsamler bundet til en fast polymermembran - Google Patents
Stroemoppsamler bundet til en fast polymermembran Download PDFInfo
- Publication number
- NO169465B NO169465B NO873433A NO873433A NO169465B NO 169465 B NO169465 B NO 169465B NO 873433 A NO873433 A NO 873433A NO 873433 A NO873433 A NO 873433A NO 169465 B NO169465 B NO 169465B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- polymer
- carbon atoms
- porous
- foundation layer
- binder
- Prior art date
Links
- 239000007787 solid Substances 0.000 title description 3
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 title 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 23
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 20
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 20
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 19
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- -1 perfluoroalkyl radicals Chemical group 0.000 claims description 17
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 16
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 16
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 13
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 12
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims description 12
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 10
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 claims description 9
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 5
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000005840 aryl radicals Chemical class 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- KVBKAPANDHPRDG-UHFFFAOYSA-N dibromotetrafluoroethane Chemical group FC(F)(Br)C(F)(F)Br KVBKAPANDHPRDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims description 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910006095 SO2F Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 2
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims 2
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 2
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000012255 powdered metal Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-N sulfonic acid Chemical compound OS(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AJDIZQLSFPQPEY-UHFFFAOYSA-N 1,1,2-Trichlorotrifluoroethane Chemical compound FC(F)(Cl)C(F)(Cl)Cl AJDIZQLSFPQPEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DDMOUSALMHHKOS-UHFFFAOYSA-N 1,2-dichloro-1,1,2,2-tetrafluoroethane Chemical compound FC(F)(Cl)C(F)(F)Cl DDMOUSALMHHKOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006748 scratching Methods 0.000 description 1
- 230000002393 scratching effect Effects 0.000 description 1
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 125000001174 sulfone group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Description
Oppfinnelsen vedrører en forbedret fremgangsmåte for fremstilling av en strømoppsamler/katalysator-elektrode/membran-sammenstilling som har øket elektrisk ledningsevne i området mellom katalysator-elektroden og strømoppsamleren. Slike sammenstillinger er nyttige ved en rekke anvendelser, innbefattet f.eks. brenselceller, vann-elektrolyseceller, kloralkaliceller og lignende. Sammenstillingen dannet i henhold til foreliggende oppfinnelse er i alt vesentlig strukturelt stabil, hvilket muliggjør at membrandelen kan være vesentlig tynnere enn slike som nå er tilgjengelige, og dermed redusere ione-motstanden i membranen.
Det er sterkt ønskelig, på bakgrunn av de strenge forhold ved mange av anvendelsene for membranen, at membrandelen i sammenstillingen skal ha i alt vesentlig strukturell helhet. Tynnere membraner har vist seg å være skjøre, og likevel er det ønskelig med tynnere membraner på grunn av deres reduserte ione-motstand. Dette krever en balanse mellom å tilveiebringe tilstrekkelig strukturell støtte for sammenstillingen og likevel redusere membranens tykkelse for å redusere ione-motstanden i membranen uten å gi avkall på strukturell helhet.
Referanser som har tilknytning til denne oppfinnelse inkluderer US-patent nr. 4.272.353 som åpenbarer en overflate-skrubbeteknikk for å ripe en basisdel av fast polymer-elektrolytt (SPE) ved tildannelse for etterfølgende behandling. US-patent nr. 4.272.560 beskriver en membran som har en katode dannet av flere belegninger med tekstilbakside. En oppløst kopolymer anvendes ved fremstillingen av denne elektrode. US-patent nr. 4.182.670 åpenbarer en kombinasjon av katode og diafragma hvor det benyttes en sprøytebelegning av et metallsubstrat med pulverisert metall. Et polymer-impregnert diafragma er også beskrevet. Et elektrodelegeme som har impregnert pulverisert metall (typisk edle metaller) er beskrevet i US-patent nr. 3.276.911, og det er også nevnt et gjennomtrengelig ionisk elektrolytisk materiale. US-patentskrift nr. 4.364.813 åpenbarer katalytiske partikler avsatt på et ionebyttermateriale med en SPE-membran. Dette patentskrift nevner dessuten et trekk med
en sulfongruppe som ionebytter. US-patent nr. 4.366.041
beskriver en katode- og diafragma-sammenstilling med en offer-film dannet av voks.
Foreliggende oppfinnelse beskriver spesielt en strukturelt stabil elektrode-sammenstilling som har lavere ione-motstand i membrandelen og som har høyere elektrisk ledningsevne i katalysator-elektrode- og strømoppsamlings-delene. Membran-tynnhet oppnås uten å gi avkall på strukturell helhet og likevel blir motstand mot ione-bevegelse gjennom membranen redusert.
Mens det foregående i generelle vendinger refererer til foreliggende sammenstilling, er strukturen derav og fremgangsmåten for fremstilling eksemplifisert i den detaljerte beskriv-else av de foretrukne utførelser som følger.
Oppfinnelsen vedrører spesielt en fremgangsmåte for dannelse av en sammenstilling av en ione-gjennomtrengelig membran, elektrode og strømoppsamler, og den omfatter de trinn å: (a) danne et fundamentlag av et porøst, elektrisk ledende materiale, (b) i det minste delvis belegge et fluorpolymer-bindemiddel på i det minste én overflate av fundamentlaget, (c) påføre et partikkelformet katalysatormateriale over fluorpolymer-bindemidlet på fundamentlaget, (d) dispergere et polymermateriale som en løsning eller dispersjon over katalysatormaterialet på en slik måte at det oppnås gjennomtrengning av polymermaterialet inn i det porøse fundamentlag for å danne en i alt vesentlig sammenhengende belegning på katalysatormaterialet og det i det minste delvis belagte fundamentlag, og (e) påføre varme og/eller trykk på sammenstillingen for å øke strømmen av polymermateriale inn i fundamentlaget og rundt katalysatormaterialet for å oppnå tilklebing av katalysator-materialet til fundamentlaget og sintring av polymermaterialet inn i et i alt vesentlig ikke-porøst lag rundt katalysator-materialet .
Fundamentlaget er en elektrisk ledende, hydraulisk gjennomtrengelig matrise som virker som strømoppsamler for å overføre elektrisk energi til eller fra elektroden. Det kan være sammensatt av en rekke substanser, innbefattet karbonduk, karbonpapir, karbonfilt, metallsikt, metallfilt og porøse metallark. Fundamentlaget er imidlertid fortrinnsvis et karbonpapir, som er lett tilgjengelig, oppfører seg bra, er lett håndterbart og er relativt billig.
Det papir som mest foretrukket blir anvendt ved denne oppfinnelse er ett som også har lav elektrisk motstandsevne, har tilstrekkelig styrke for tilvirkning og har passende overflate-egenskaper, så som ruhet, for å gi god binding mellom fluorpolymer-bindemidlet og fundamentlaget. Det er også fordelaktig for å tilveiebringe god elektrisk kontakt mellom karbonpapiret og de katalytisk aktive partikler på elektroden.
Som et begynnelsestrinn blir fundamentlaget i det minste delvis belagt med et egnet polymer-bindemiddel. Dette polymer-bindemiddel kan være en fluorkarbonpolymer, så som polytetrafluoretylen, solgt under varemerket "Teflon". Andre egnede polymerer kan inkludere termoplastiske, ikke-ioniske former av sulfonsyre-kopolymerer, termoplastiske, ikke-ioniske former av karboksylsyre-kopolymerer, og lignende.
Spesielt foretrukket, som fluorpolymer-bindemiddel, er termoplastiske, ikke-ioniske former av perfluorerte polymerer beskrevet i de følgende US-patentskrifter nr. 3.282.875,
3.909.378, 4.025.405, 4.065.366, 4.116.888, 4.123.336, 4.126.588, 4.151.052, 4.176.215, 4.178.218, 4.192.725, 4.209.635, 4.212.713, 4.251.333, 4.270.996, 4.329.435, 4.330.654, 4.337.137, 4.337.211, 4.340.680, 4.357.218, 4.358.412, 4.358,545, 4.417.969, 4.462.877, 4.470.889 og 4.478.695, og publisert europeisk patentsøknad
0.027.009. Slike polymerer har vanligvis ekvivalentvekter på fra 500 til 2000.
Spesielt foretrukket for anvendelse som fluorpolymer-bindemiddel er kopolymerer av monomer I med monomer II (som definert nedenfor). En tredje monomer-type kan eventuelt kopolymeriseres med I og II.
Den første monomer-type representeres med den generelle formel:
hvor Z og Z' uavhengig av hverandre er valgt fra -H, -Cl, -F og
-CF3 .
Den annen monomer består av en eller flere monomerer valgt fra forbindelser representert med den generelle formel
hvor:
Y er valgt fra -SO2Z, -CN, -COZ og -C (R3 f) (R4 f) OH,
Z er valgt fra -I, -Br, -Cl, -F, OR og -NRiR2,
R er valgt fra et forgrenet eller lineært alkylradikal som har fra 1 til 10 karbonatomer eller et arylradikal,
R3 f og R4 f er uavhengig av hverandre valgt fra perfluoralkyl-radikaler som har fra 1 til 10 karbonatomer,
Ri og R2 er uavhengig av hverandre valgt fra -H, et forgrenet eller lineært alkylradikal som har fra 1 til 10 karbonatomer eller et arylradikal,
a er 0-6,
b er 0-6,
c er 0 eller 1,
forutsatt at a+b+c ikke er lik 0,
X er valgt fra -Cl, -Br, -F eller blandinger derav når n>l,
n er 0 eller 6, og
Rf og Rf, er uavhengig av hverandre valgt fra -F, -Cl, perfluoralkylradikaler som har fra 1 til 10 karbonatomer, og fluorkloralkylradikaler som har fra 1 til 10 karbonatomer.
Det er spesielt foretrukket at Y er -SO2F eller -COOCH<3>, n er 0 eller 1, Rf og Rf , er -F, X er -Cl eller -F, og a+b+c er 2 eller 3.
Den tredje og eventuelle monomer er én eller flere monomerer valgt fra forbindelser representert med den generelle formel:
hvor:
Y' er valgt fra -F, -Cl eller -Br,
a<*> og b' er uavhengig av hverandre 0-3,
c' er 0 eller 1,
forutsatt at a 1+b'+c' ikke er lik 0,
n' er 0-6,
Rf og R'f er uavhengig av hverandre valgt fra -Br, -Cl,
-F, perfluoralkyl-radikaler som har fra 1 til 10 karbonatomer,
og klorperfluoralkyl-radikaler som har fra 1 til 10 karbonatomer, og
X' er valgt fra -F, -Cl, -Br eller blandinger derav når n' >1.
Bindemidlet blir typisk påført i løsning eller dispersjon for i det minste delvis å belegge fundamentlaget. Løsningen eller dispersjonen kan påføres på fundamentlaget ved anvendelse av fremgangsmåter som er velkjente på fagområdet.
Når elektroden skal anvendes i en brennstoffcelle, er bindemidlet fortrinnsvis et hydrofobt materiale så som polytetrafluoretylen. Når imidlertid elektroden skal anvendes i en elektrolytisk celle, så som en kloralkalicelle, er bindemidlet fortrinnsvis et hydrofilt materiale så som en kopolymer dannet av monomerene I, II og eventuelt III (beskrevet ovenfor).
Den foretrukne belastning, d.v.s. mengde av påført bindemiddel, er fra 0,50 til 50 mg/cm<2> fundament-areal, med et foretrukket område på fra 2,5 til 30 mg/cm<2> fundament-areal.
Når bindemidlet påføres som en løsning eller en dispersjon, kan løsningsmidlet/dispergeringsmidlet være en rekke materialer, som f.eks. inkluderer vann, metanol, etanol og forbindelser representert med den generelle formel:
hvor:
X er valgt fra F, Cl, Br og I,
X' er valgt fra Cl, Br og I,
Y og Z er uavhengig av hverandre valgt fra H, F, Cl, Br, I og
R' er valgt fra perfluoralkyl-radikaler og klorperfluoralkyl-radikaler som har fra 1 til 6 karbonatomer.
De mest foretrukne løsningsmidler eller dispergeringsmidler er 1,2-dibromtetrafluoretan (vanligvis kjent som Freon 114 B 2): og 1,2,3-triklortrifluoretan (vanligvis kjent som Freon 113): Av disse to materialer er 1,2-dibromtetrafluoretan det mest foretrukne løsningsmiddel eller dispergeringsmiddel.
Løsningen eller dispersjonen som anvendes for å påføre bindemidlet på fundamentlaget kan ha en konsentrasjon på fra 2 til 30 vekt% av polymer i løsningsmidlet/dispergeringsmidlet. Konsentrasjonen er fortrinnsvis fra 8 til 20 vekt% av polymer i løsningsmidlet/dispergeringsmidlet.
Etter at løsningen eller dispersjonen er påført på fundamentlaget, kan løsningsmidlet så avdrives ved anvendelse av varme, et vakuum eller en kombinasjon av varme og vakuum. Løsningsmidlet/dispergeringsmidlet kan eventuelt gis anledning til å fordampe under omgivelsesforhold. Løsningsmidlet blir fortrinnsvis fjernet ved en forhøyet temperatur. I tillegg til å fjerne løsningsmidlet/dispergeringsmidlet, vil varmen sintre. bindemidlet og forårsake at det mer fullstendig trenger gjennom og omgir fundamentlaget. Et eksempel på dette er når polytetrafluoretylen anvendes som bindemiddel, vil eksponering ved en temperatur på fra 300 til 340°C i ca. 20 min. være tilstrekkelig til å fjerne løsningsmidlet/dispergeringsmidlet og å sintre polytetrafluoretylenet.
Det neste trinn ved fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse er påføringen av de katalytisk aktive og elektrisk ledende partikler på det belagte fundamentlag, Kompositt-strukturen vil tilsist danne det som vanligvis refereres til som en fast polymer-elektrolytt eller SPE, når kompositten anvendes i en elektrokjemisk celle. Elektroden kan tilsist anvendes enten som en katode eller som en anode.
Materialer som er egnet for anvendelse som elektrokatalytiske aktive anode-materialer inkluderer f.eks. metaller eller metalloksyder av metaller fra platinagruppen, så som ruthenium, iridium, rhodium, platina, palladium, enten alene eller i kombinasjon med et oksyd av et film-dannende metall så som Ti eller Ta. Andre egndede aktiverende oksyder inkluderer koboltoksyd, enten alene eller i kombinasjon med andre metalloksyder, f.eks. slike som er beskrevet i US-patentskrifter nr. 3.632.498, 4.142.005, 4.061.549 og 4.214.971.
Materialer egnet for anvendelse som elektrokatalytiske aktive katodematerialer inkluderer f.eks. metaller eller metalloksyder fra platinagruppen, så som ruthenium eller rutheniumoksyd. US-patentskrift nr. 4.465.580 beskriver slike katoder.
De katalytiske partikler som anvendes ved foreliggende oppfinnelse er fortrinnsvis findelte og har et foretrukket størrelsesområde fra 270 til 400 mesh (US-standard) (53 til mindre enn 37 pm). Metallpulveret påføres på bindemiddel-belagt fundamentlag ved fremgangsmåter som er kjent for fagfolk på området, og inkluderer f.eks. sprøyting, dannelse av et ark av katalytiske partikler og pressing av arket på fundamentlaget, eller dannelse og påføring av partiklene i form av en flytende dispersjon, f.eks. en vandig dispersjon. En egnet belastning av katalysatorpartikler er funnet å være fra 0,2 til 20 mg/cm<2 >fundament-areal med et foretrukket område på fra 1,5 til 5,0 mg/cm<2> fundament-areal.
Det blir separat dannet en kopolymer. En slik egnet polymer er en polymer som dannes fra monomerene I, II og eventuelt III, som definert ovenfor. Polymeren kan være en termoplastisk, ikke-ionisk forløper av en sulfonsyre-kopolymer eller en termoplastisk, ikke-ionisk forløper av en karboksylsyre-kopolymer, eller en rekke andre polymerer som definert for anvendelse som bindemidlet. Kopolymeren blir fortrinnsvis dannet i en løsning eller en dispersjon med et løsningsmiddel for påføring på de katalytisk aktive partikler. Etter blanding med et egnet løsningsmiddel eller dispergeringsmiddel, påføres polymeren på det med katalysatorpartikler belagte fundamentlag. Ved anvendelse av et vakuum på én side av fundamentlaget, blir polymeren i løsningsmidlet eller dispergeringsmidlet trukket ned på katalysatoren og inn i fundamentlaget. Selv om dette på en måte kan beskrives som belegning på én side, trenger ikke desto mindre belegningen tilstrekkelig inn i det porøse ark.
Ved det trinn å binde en fluorpolymer på overflaten av det med katalytiske partikler belagte fundamentlag, er den mest bekvemme fremgangsmåte å anvende konvensjonelle organiske løsningsmidler. Typiske løsningsmidler som anvendes er 1,2-dibromtetrafluoretan, metanol, etanol og lignende. Polymermaterialet som påføres danner et i alt vesentlig ikke-porøst ionebytterlag.
Det neste trinn er påføringen av varme og/eller trykk for
å fjerne løsningsmidlet/dispergeringsmidlet og å sintre polymeren, og dermed forme polymeren til et i alt vesentlig sammenhengende ark. Dessuten forbedrer varmen og/eller trykket belegningen av polymeren rundt katalysatorpartiklene og fundamentlaget. Eksponering for en temperatur i området fra 260 til 320°C er f.eks. vanligvis egnet for å binde polymeren til partiklene og fundamentlaget. Temperaturområdet begrenses først og fremst av begynnende termisk nedbrytning av polymeren forårsaket av overdreven varme. Trykket er fortrinnsvis tilstrekkelig høyt og vedvarende i et intervall som gir binding. Som et eksempel kan trykket påføres med opp til ca.
5 kg/cm<2> i ca. 1 minutt ved forhøyet temperatur.
Det neste trinn ved fremstillingen av den forbedrede elektrode-struktur er å hydrolysere strukturen fra den ikke-ioniske til den ioniske form. Hydrolysen kan utføres ved å behandle polymeren med en basisk lesning dersom polymeren er en termoplastisk, ikke-ionisk forløper av en sulfonsyre-polymer eller en termoplastisk, ikke-ionisk forløper av en karboksylsyre-polymer. Dessuten, dersom polymeren er en termoplastisk, ikke-ionisk forløper av en karboksylsyre-polymer, kan det anvendes en sur løsning for å hydrolysere polymeren. For en termoplastisk, ikke-ionisk forløper av en sulfonsyre-polymer kan f.eks. den fullførte struktur hydrolyseres i 25 vekt%ig natriumhydroksyd i 16 timer ved en forhøyet temperatur på 80°C.
Den fullførte gjenstand er så klar for bruk. Som et eksempel på typisk størrelse, er det ikke uvanlig å støte på en membran som har et tykkelsesområde på fra 0,125 til 0,25 mm på grunn av behovet for strukturell helhet.
Det endelige produkt kan gi en membran med tykkelse i området fra 0,025 til 0,05 mm, eller endog mindre. Motstanden mot ione-bevegelse gjennom membranen blir således nedsatt i en betydelig grad.
Ved en alternativ påføring blir to lignende ark av lik størrelse anbragt i kontakt med hverandre på en slik måte at fundamentlagene vender mot utsiden av kombinasjonen, og polymerlaget på hvert ark kommer i kontakt med polymerlaget på det annet ark. De sammensatte ark blir så anbragt i en presse og ved påføring av egnet trykk og/eller varme blir de sammenføyet mot hverandre.
Claims (10)
1. Fremgangsmåte for dannelse av en sammenstilling av en ione-gjennomtrengelig membran, elektrode og strømoppsamler, karakterisert ved at den omfatter de trinn å: (a) danne et fundamentlag av et porøst, elektrisk ledende materiale, (b) i det minste delvis belegge et fluorpolymer-bindemiddel på i det minste én overflate av fundamentlaget, (c) påføre et partikkelformet katalysatormateriale over fluorpolymer-bindemidlet på fundamentlaget, (d) dispergere et polymermateriale som en løsning eller dispersjon over katalysatormaterialet på en slik måte at det oppnås gjennomtrengning av polymermaterialet inn i det porøse fundamentlag for å danne en i alt vesentlig sammenhengende belegning på katalysatormaterialet og det i det minste delvis belagte fundamentlag, og (e) påføre varme og/eller trykk på sammenstillingen for å øke strømmen av polymermateriale inn i fundamentlaget og rundt katalysatormaterialet for å oppnå tilklebing av katalysator-materialet til fundamentlaget og sintring av polymermaterialet inn i et i alt vesentlig ikke-porøst lag rundt katalysator-materialet.
2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at polymermaterialet inneholder ett eller flere løsningsmidler eller dispergeringsmidler valgt fra etanol, metanol, vann og en forbindelse representert med den generelle formel
hvor: X er valgt fra F, Cl, Br og I, X<*> er valgt fra Cl, Br og I, Y og Z er uavhengig av hverandre valgt fra H, F, Cl, Br, I og R', og R' er valgt fra perfluoralkyl-radikaler og klorperfluoralkyl-radikaler som har fra 1 til 6 karbonatomer.
3. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, karakterisert ved at løsningsmidlet eller dispergeringsmidlet er valgt fra 1,2-dibromtetrafluoretan og 1,2,3-triklortrifluoretan.
4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at katalysatorpartiklene er valgt fra ruthenium, iridium, rhodium, platina, palladium eller oksyder derav enten alene eller i kombinasjon med et oksyd av et film-dannende metall, og koboltoksyd enten alene eller i kombinasjon med andre metall eller metalloksyder fra platinagruppen.
5. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den inkluderer det trinn å danne to sammenstillinger av lignende størrelse, anbringe de to sammenstillinger sammen slik at de ikke-porøse polymeroverflater kommer i intim kontakt med hverandre, og påføre varme og/eller trykk for å danne en enkelt plan-sammenstilling som inneholder to strømoppsamlere og har et ikke-porøst, ionisk ledende polymerlag derimellom.
6. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at nevnte fluorpolymer-bindemiddel for fundamentlaget er valgt fra en termoplastisk, ikke-ionisk forløper av en sulfonsyre- eller karboksylsyre-kopolymer som har en ekvivalentvekt i området fra 500 til 2000.
7. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at (a) nevnte ledende materiale er porøst ledende grafittpapir, (b) nevnte bindemiddel er polytetrafluoretylen, og (c) nevnte polymermateriale er en sulfonsyre-kopolymer i form'av termoplastisk pulver i et flytende løsningsmiddel, og hvorved det påføres et vakuum for å oppnå gjennomtrengning av det termoplastiske pulver og løsningsmiddel inn i det porøse grafittpapir.
8. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at den inkluderer det trinn å utsette polymeren for en base eller for en syre ved en temperatur og en tid som er tilstrekkelig til å hydrolysere i alt vesentlig alt av polymeren.
9. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at bindemidlet er en kopolymer dannet ved polymerisering av én eller flere monomerer valgt fra en første gruppe av monomerer representert ved den generelle formel:
hvor: Z og Z' uavhengig av hverandre er valgt fra -H, -Cl, -F eller -CF3,
med én eller flere monomerer valgt fra en annen gruppe av monomerer representert med den generelle formel:
hvor: Y er valgt fra -S02Z, -CN, -COZ og -C (R3 f) (R4 f) OH, Z er valgt fra -I, -Br, -Cl, -F, OR og -NRi R2 , R er valgt fra et forgrenet eller lineært alkylradikal som har fra 1 til 10 karbonatomer eller et arylradikal, R3 f og R4 f er uavhengig av hverandre valgt fra perfluoralkyl-radikaler som har fra 1 til 10 karbonatomer, Ri og R2 er uavhengig av hverandre valgt fra -H, et forgrenet eller lineært alkylradikal som har fra 1 til 10 karbonatomer eller et arylradikal, a er 0-6, b er 0-6, c er 0 eller 1, forutsatt at a+b+c ikke er lik 0, X er valgt fra -Cl, -Br, -F eller blandinger derav når n>l, n er 0 eller 6, og Rf og Rf- er uavhengig av hverandre valgt fra -F, -Cl, perfluoralkylradikaler som har fra 1 til 10 karbonatomer, og fluorkloralkylradikaler som har fra 1 til 10 karbonatomer, og eventuelt én eller flere monomerer valgt fra en tredje monomer representert med den generelle formel:
hvor: Y<1> er valgt fra -F, -Cl eller -Br, a' og b' er uavhengig av hverandre 0-3, c' er 0 eller 1, forutsatt at a'+b'+c' ikke er lik 0, n' er 0-6, Rf og R1 f er uavhengig av hverandre valgt fra -Br, -Cl, -F, perfluoralkyl-radikaler som har fra 1 til 10 karbonatomer, og klorperfluoralkyl-radikaler som har fra 1 til 10 karbonatomer, og X<1> er valgt fra -F, -Cl, -Br eller blandinger derav når n" >1.
10. Fremgangsmåte i henhold til krav 9, karakterisert ved atYer -S02F eller -COOCH<3>, n er 0 eller 1, Rf og Rf - , er -F; X er -Cl eller -F, og a+b+c er 2 eller 3.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO873433A NO169465C (no) | 1987-08-14 | 1987-08-14 | Stroemoppsamler bundet til en fast polymermembran |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO873433A NO169465C (no) | 1987-08-14 | 1987-08-14 | Stroemoppsamler bundet til en fast polymermembran |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO873433D0 NO873433D0 (no) | 1987-08-14 |
| NO873433L NO873433L (no) | 1989-02-15 |
| NO169465B true NO169465B (no) | 1992-03-16 |
| NO169465C NO169465C (no) | 1992-06-24 |
Family
ID=19890169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO873433A NO169465C (no) | 1987-08-14 | 1987-08-14 | Stroemoppsamler bundet til en fast polymermembran |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| NO (1) | NO169465C (no) |
-
1987
- 1987-08-14 NO NO873433A patent/NO169465C/no unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NO169465C (no) | 1992-06-24 |
| NO873433L (no) | 1989-02-15 |
| NO873433D0 (no) | 1987-08-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3995261B2 (ja) | 触媒的に活性な粒子を膜上に圧印する方法 | |
| JP3546055B2 (ja) | 膜上に触媒的に活性な粒子を印刷する方法 | |
| JP2842220B2 (ja) | 膜と電極の構造物 | |
| US5470448A (en) | High performance electrolytic cell electrode/membrane structures and a process for preparing such electrode structures | |
| US8785013B2 (en) | Compositions containing modified fullerenes | |
| DK2004879T3 (en) | ELECTROLYTE PERCOLING CELLS WITH GAS DIFFUSION ELECTRODE | |
| US4992126A (en) | Method for making a current collector bonded to a solid polymer membrane | |
| JP6049633B2 (ja) | ガス拡散電極 | |
| KR20030055752A (ko) | 연료전지용 막-전극-가스켓 접합체의 제조방법 | |
| US5039389A (en) | Membrane/electrode combination having interconnected roadways of catalytically active particles | |
| CA1315239C (en) | Solid polymer electrolyte electrode | |
| JP2002543578A (ja) | 無定形フロロポリマ−の電気化学的使用 | |
| NO810191L (no) | Fast polymerelektrolytt og fremstilling derav. | |
| EP0305565B1 (en) | Current collector bonded to a solid polymer membrane | |
| JPH0248632B2 (no) | ||
| NO160795B (no) | Sammensatt membran/elektrode, fremgangsmaate ved dens fremstilling og anvendelse av den i en elektrokjemisk celle for elektrolyse av alkalimetallhalogenider. | |
| US4738741A (en) | Method for forming an improved membrane/electrode combination having interconnected roadways of catalytically active particles | |
| NO169465B (no) | Stroemoppsamler bundet til en fast polymermembran | |
| CA1299936C (en) | Current collector bonded to a solid polymer membrane | |
| FI84497B (fi) | Kollektor bunden till ett fast polymermembran. | |
| US4889577A (en) | Method for making an improved supported membrane/electrode structure combination wherein catalytically active particles are coated onto the membrane | |
| KR900007728B1 (ko) | 고체 중합체 막에 결합된 집전기 | |
| NO821435L (no) | Sammensatt membran/elektrode, fremgangsmaate ved fremstilling av samme, elektrokjemisk celle og fremgangsmaate ved elektrolyse av alkalimetallhalogenider | |
| CN1012687B (zh) | 与固态高聚物膜结合的集电体的制备方法 | |
| JPH07130371A (ja) | 固体高分子型燃料電池用電極 |