JP5113977B2

Process for manufacturing of catalyst coated membranes and membrane electrode units for fuel cells

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Expired 27 February 2023, 3.6 years ago.

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18 claims: 4 independent, 14 dependent

  1. 1
    前面および後面がコーティングされた 燃料電池用の ポリマー電解質膜をコーティングするためのプロセスであって、以下の工程:(a) (i) ポリマー電解質膜 の後面にバッキングフィルム を提供する工程 、および(ii) 該ポリマー電解質膜の前面 を 、触媒でコーティング する工程 ;ならびに (b)該バッキングフィルムを該ポリマー電解質膜から除去し、そして該ポリマー電解質膜の該後面に、第二の触媒をコーティングし、該第二の触媒のコーティングが、バッキングフィルムなしで実施され、これによって、前面および後面がコーティングされたポリマー電解質膜を製造する、工程、を包含し、該工程(a)が、乾燥後の残余の溶媒含有量が、該前面にコーティングされた該ポリマー電解質膜の重量に基づいて、5重量%未満になるように、該ポリマー電解質膜の前面の該触媒を乾燥させる工程をさらに包含する、プロセス。
  2. 2
    前記ポリマー電解質膜が、酸性もしくは塩基性の形態での、ポリマー性過フルオロスルホン酸化合物、ドープされたポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルケトンおよびポリスルホンからなる群より選択されるポリマー性材料からなる、請求項1に記載のプロセス。
  3. 3
    前記ポリマー電解質膜の前記後面の前記バッキングフィルムが、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネートおよびポリイミドからなる群より選択されるポリマーからなる、請求項1に記載のプロセス。
  4. 4
    前記触媒が、熱風、赤外線、マイクロ波、プラズマ、またはこれらの組み合わせを使用する連続プロセスにおいて乾燥される、請求項1に記載のプロセス。
  5. 5
    前記乾燥の温度が50~150°Cであり、そして該乾燥の時間が1~30分間である、請求項4に記載のプロセス。
  6. 6
    前記工程(b)における前記コーティングされたポリマー電解質膜を、20~90°Cの温度の脱イオン水中で処理する工程をさらに包含する、請求項1に記載のプロセス。
  7. 7
    前面および後面が触媒でコーティングされた、燃料電池用のポリマー電解質膜のリボンを製造するためのプロセスであって、以下の工程:(a)ポリマー電極膜の後面に、バッキングフィルムを提供する工程;(b)該ポリマー電解質膜の該前面に、触媒インクを使用して第一の電極層をコーティングし、そして該ポリマー電解質膜の該前面のコーティングを、高温で乾燥させる工程;(c)該ポリマー電解質膜の該後面から、該バッキングフィルムを除去する工程;(d)該ポリマー電解質膜の該後面に第二の電極層をコーティングし、高温で乾燥させる工程;ならびに (e)前面および後面に触媒がコーティングされた該ポリマー電解質膜を、20~90°Cの水で処理する工程、を包含し、該ポリマー電解質膜の該前面の該第一の電極層が、乾燥後の残余の溶媒含有量が、該前面をコーティングされた該ポリマー電解質膜の重量に基づいて、5重量%未満になるように乾燥される、プロセス。
  8. 8
    前記コーティングが、スクリーン印刷、オフセット印刷、ステンシル印刷、ハーフトーン印刷、ナイフコーティング、またはスプレーによって適用される、請求項7に記載のプロセス。
  9. 9
    前記ポリマー電解質膜が、酸性もしくは塩基性の形態での、ポリマー性過フルオロスルホン酸化合物、ドープされたポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルケトンおよびポリスルホンからなる群より選択されるポリマー性材料からなる、請求項7に記載のプロセス。
  10. 10
    前記ポリマー電解質膜の前記後面の前記バッキングフィルムが、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネートおよびポリイミドからなる群より選択されるポリマーからなる、請求項7に記載のプロセス。
  11. 11
    前記工程(b)および(d)における前記電極層が、熱風、赤外線、マイクロ波、プラズマ、またはこれらの組み合わせを使用する連続プロセスにおいて乾燥される、請求項7に記載のプロセス。
  12. 12
    前記工程(b)および(d)における前記乾燥が、50~150°Cの温度にて行われ、そして該乾燥の時間が1~30分間である、請求項7に記載のプロセス。
  13. 13
    前記工程(e)における 前記コーティングされた膜の処理が、脱イオン水中でなされる、請求項7に記載のプロセス。
  14. 14
    前記第一の電極層が、所望のパターンで前記ポリマー電解質膜の前記前面に適用され、そして該ポリマー電解質膜の前記後面に、第二の電極層がコーティングされ、 該 前面の該パターンに対する正確な位置決め が 維持 され る、請求項7に記載のプロセス。
  15. 15
    請求項7に記載のプロセスによって製造されたポリマー電解質膜を、ポリマー電解質燃料電池のために使用する方法であって、前記触媒でコーティングされたポリマー電解質膜の前記前面および後面に気体分配層が提供される、方法。
  16. 16
    前記2つの気体分配層を有する前記触媒でコーティングされたポリマー電解質膜が、10~100barの圧力および50~150°Cの温度で製造される、請求項15に記載の、ポリマー電解質膜を使用する方法。
  17. 17
    PEM燃料電池または直接メタノール燃料電池において、請求項1に記載のプロセスによって製造されたポリマー電解質膜を使用する方法。
  18. 18
    前記ポリマー電解質膜が、部分的にかまたは完全に、前記触媒でコーティングされる、請求項1に記載のプロセス。
Independent claims18