JP5113517B2

Membranes and electrochemical cells incorporating such membranes

Abstract

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JP5113517B2, drawing sheet 1
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Expired 3 May 2025, 1.4 years ago.

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39 claims: 21 independent, 18 dependent

  1. 1
    イオン伝導性領域と非イオン伝導性領域とを含む基質からなる膜であって、 前記イオン伝導性領域ではイオンが前記基質を通過し、かつ前記非イオン伝導性領域ではイオンが前記基質を通過せず、 前記イオン伝導性領域において、前記基質は同基質を貫通して延びる一つ以上のイオン伝導性通路を備え、前記通路は、前記基質の非イオン伝導性領域よりもイオン伝導性が大きいイオン伝導性材料を含 み、 前記基質は前記膜の非イオン伝導性領域に対応する無孔の領域を含み、前記基質のイオン伝導性領域は同基質の無孔領域に包囲されており、前記基質は一つ以上のビアによって貫通されており、かつ前記ビアは前記基質のイオン伝導性領域から横方向に離間しているとともにイオン伝導性材料で充填されている 、膜。
  2. 2
    前記イオン伝導性領域は複数のイオン伝導性通路を含む、請求項1に記載の膜。
  3. 3
    各通路は前記基質 を垂 直に貫通する、請求項1又は2に記載の膜。
  4. 4
    前記複数の通路の各々は、前記基質を直接貫通するように明確に切り欠かかれた孔を含む、請求 項2 又は3に記載の膜。
  5. 5
    各通路は 、2 500μm以下である最大横断寸法(D)を有する、請求項2、3又は4に記載の膜。
  6. 6
    最も隣接する通路間において両通路の中心から中心までの横方向の間隙(L) は5 000μm以下である、請求項2、3又は4に記載の膜。
  7. 7
    各通路の最大横断寸法(D)及び最も隣接する通路間において両通路の中心から中心までの横方向の間隙(L)は、パラメータ比(L/D) が2 .5以下となるように選択される、請求項2、3又は4に記載の膜。
  8. 8
    各通路 は1 ×10 -5 m 2 以下の横断面積を有する、請求項2、3又は4に記載の膜。
  9. 9
    前記イオン伝導性領域の横断面積全体の前記複数の通路の横断面積全体に対する比率(γ)は、2.5以下である、請求項2、3又は4に記載の膜。
  10. 10
    各通路の最小横断寸法は、25μmより大きい、請求項2、3又は4に記載の膜。
  11. 11
    前記通路は 、円 形 、六 角形 、長 方形及 びス リット状の形状のうちの少なくとも一つを含む横断面を有する通路を含む、請求項2、3又は4に記載の膜。
  12. 12
    請求項2、3又は4に記載の膜は前記基質の第一の側に配置されたイオン伝導性材料の第一の表面膜層を含み、前記第一の表面膜層のイオン伝導性材料は前記通路の少なくとも一つのイオン伝導性材料と接触している、膜。
  13. 13
    請求項 12 に記載の膜は前記基質の第二の側に配置されたイオン伝導性材料の第二の表面膜層を含み、前記第二の表面膜層のイオン伝導性材料は前記通路の少なくとも一つのイオン伝導性材料と接触している、膜。
  14. 14
    請求項4に記載の膜はイオン伝導性材料の第一の表面膜層を含み、前記第一の表面膜層は前記基質の第一の側に配置されるとともに前記基質の多孔領域の少なくとも第一の部分にわたって横方向に延びており、それにより前記第一の表面膜層のイオン伝導性材料は前記通路の少なくとも一つのイオン伝導性材料と接触している、膜。
  15. 15
    請求項 14 に記載の膜はイオン伝導性材料の第二の表面膜層を含み、前記第二の表面膜層は前記基質の第二の側に配置されるとともに前記基質の多孔領域の少なくとも第二の部分にわたって横方向に延びており、それにより前記第二の表面膜層のイオン伝導性材料は前記通路の少なくとも一つのイオン伝導性材料と接触している、膜。
  16. 16
    前記第一の表面膜層における前記イオン伝導性材料は前記通路におけるイオン伝導性材料と同じである、請求項 12 に記載の膜。
  17. 17
    前記第一の表面膜層のイオン伝導性材料は前記通路のイオン伝導性材料とは異なる、請求項 12 に記載の膜。
  18. 18
    前記第一の表面膜層のイオン伝導性材料は前記第二の表面膜層のイオン伝導性材料とは異なる、請求項 13 に記載の膜。
  19. 19
    前記第一及び第二の表面膜層 は同 じ厚み(L skin )を有する、請求項 13 に記載の膜。
  20. 20
    前記第一及び第二の表面膜層は5乃至50μmの範囲にある厚み(L skin1 及びL skin2 )を有する、請求項 13 に記載の膜。
  21. 21
    前記第一及び第二の表面膜層の各々は同一のイオン伝導性材料からなる、請求項 13 に記載の膜。
  22. 22
    前記基質は厚み(L core )を有し、前記第一及び第二の表面膜層は厚み(L skin1 及びL skin2 )を有し、かつ前記第一及び第二の表面膜層の厚み(L skin1 及びL skin2 )の前記基質の厚み(L core )に対する比は、0.25乃至5の範囲にある、請求項 13 に記載の膜。
  23. 23
    前記基質は複数の層を含む、請求項2、3又は4に記載の膜。
  24. 24
    前記基質の複数の層の少なくとも一つはメッシュ材料を含む、請求項 23 に記載の膜。
  25. 25
    前記ビアを充填するイオン伝導性材料は前記通路を充填するイオン伝導性材料と接触している、請求項 1 に記載の膜。
  26. 26
    複数のイオン伝導性領域を含む請求項1の膜において、前記イオン伝導性領域の各々は前記基質を貫通して延びる一つ以上の対応するイオン伝導性通路を含み、前記イオン伝導性通路の各々はイオン伝導性材料を含む、膜。
  27. 27
    前記イオン伝導性領域は互いに横方向に離間している、請求項 26 に記載の膜。
  28. 28
    各イオン伝導性領域に対応する前記一つ以上のイオン伝導性通路は、通路の大きさ、通路の形状、通路の密度及び通路の配置のうちの少なくとも一つが異なっている、請求項 26 に記載の膜。
  29. 29
    前記基質は、テトラフルオロエチレン及びパーフルオロ-3,6-ジオキサ-4-メチル-7-オクテンスルホニルフルオライドのコポリマーを含む、請求項1に記載の膜。
  30. 30
    前記基質 は非 イオン伝導性材料であるシートからなり、前記通路 は非 イオン伝導性材料が加水分解された形態であり、かつイオン伝導性である、請求項2に記載の膜。
  31. 31
    前記通路及び前記基質はイオン伝導性の形態及び非イオン伝導性の形態を有する材料から形成され、前記通路はイオン伝導性の材料からなり、かつ前記通路を包囲する前記基質は非イオン伝導性の材料からなる、請求項2に記載の膜。
  32. 32
    前記イオン伝導性材料がイオノマーである、請求項1乃至 29 のいずれか一項に記載の膜。
  33. 33
    前記イオン伝導性材料は前記基質の第一の側に第一の表面膜層を提供し、かつ前記表面膜層は前記一つ以上の通路の開口部の周縁部を越えて横方向に延びる、請求項2乃至4のいずれか一項に記載の膜。
  34. 34
    前 記ビア は少 なくとも一つの 前記 開口部から横方向に離間しており、かつ前記ビアは、前記第一の表面膜層におけるイオン伝導性材料と接触しているイオン伝導性材料で充填されている、請求項 33 に記載の膜。
  35. 35
    請求項 34 に記載の膜は前記基質の第二の側にイオン伝導性材料の第二の表面膜層を含み、前記第二の表面膜層におけるイオン伝導性材料は前記ビアにおけるイオン伝導性材料と接触している、膜。
  36. 36
    前記複数のイオン伝導性通路は規則配列を形成するべく配置されている、請求項2、3又は4に記載の膜。
  37. 37
    請求項1乃至 36 のいずれか一項に記載の膜を含む電気化学セル。
  38. 38
    前記電気化 学セ ルは電解セルを含む、請求項 37 に記載の電気化学セル。
  39. 39
    前記電気化 学セ ルは燃料電池である、請求項 37 に記載の電気化学セル。
Independent claims39