(57)【要約】  触媒被覆膜の製造方法は、触媒含有微細孔膜を形成するために、微細孔膜を触媒分散溶液に接触する工程と、触媒層を形成するために、触媒含有微細孔膜を樹脂分散溶液に接触する工程と、触媒被覆膜を形成するために、積層プロセスにより触媒層の２層の間にプロトン交換膜を配置する工程とを含む。当該製造方法は、触媒層内の微細孔膜の細孔を通して触媒及び樹脂を均一に充填するための充填プロセスを提供する。微細孔膜は疎水性であり、必要な場合には水を簡単に排出する。そのため、当該方法を用いて製造された触媒被覆膜を有する膜電極組立品は安定であり、燃料電池の動作中にうまく機能する。【選択図】図２【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒被覆膜の製造方法であって、
第１に、触媒含有微細孔膜を形成するために、微細孔膜を触媒分散溶液に接触する工程と、
第２に、触媒層を形成するために、前記触媒含有微細孔膜を樹脂分散溶液に接触する工程と、
前記触媒被覆膜を形成するために、前記触媒層の２層の間にプロトン交換膜を配置する工程と、
を含む、触媒被覆膜の製造方法。
【請求項２】
前記微細孔膜の厚さが３マイクロメートル〜２０マイクロメートルである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記微細孔の直径が０．５〜２．０マイクロメートルである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記微細孔膜の多孔率が７０％〜９５％である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記触媒分散溶液が、触媒、アルコール、及び水を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記触媒：アルコール：水の重量比が１：１０〜５００：０〜５０である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記触媒が、ナノ白金、ナノ金、ナノルテニウム、ナノ銀、ナノコバルト、ナノ白金−ルテニウム合金、ナノ白金−コバルト合金、炭素に担持されたナノ白金、炭素に担持されたナノ金、炭素に担持されたナノルテニウム、炭素に担持されたナノ銀、炭素に担持されたナノコバルト、炭素に担持されたナノ白金−ルテニウム合金、及び炭素に担持されたナノ白金−コバルト合金から成る群から選択される、触媒特性を有する選択される１つ以上の化学物質である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の接触する工程が、前記微細孔膜上に前記触媒分散溶液をコーティングすることである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の接触する工程が、０．０１ｍＰａ〜０．１ｍＰａの真空下で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記触媒含有微細孔膜中の触媒の量が、０．１ｍｇ／ｃｍ2〜０ｍｇ／ｃｍ2である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の接触する工程の後、前記触媒含有微細孔膜を３０℃〜１５０℃で乾燥させる工程が追加される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記樹脂分散溶液が１つ以上の樹脂及び１つ以上の溶媒を含み、該樹脂分散溶液中の該樹脂の濃度が０．０１重量％〜３重量％である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記樹脂分散溶液が１つ以上の樹脂を含み、前記微細孔膜中の樹脂の濃度が０．０３ｍｇ／ｃｍ2〜２０ｍｇ／ｃｍ2である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の接触する工程が、前記触媒含有微細孔膜上に前記樹脂分散溶液をコーティングすることである、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の接触する工程が、０．０１ｍＰａ〜０．１ｍＰａの真空下で行われる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の接触する工程の後、前記触媒層を２５℃〜２００℃で乾燥させる工程が追加される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記微細孔膜が、ＰＥＴフェルト、ポリプロピレンフェルト、ポリエチレンネット又はＰＥＴ不織布から成る群から選択される担体によって担持され、該担体が前記配置する工程より前に除去される、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記配置する工程の後、前記触媒被覆膜がホットプレスされるか、或いはデュアルローラーホットプレスされるかのいずれかである、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
触媒被覆膜の製造方法であって、
第１に、触媒含有微細孔膜を形成するために、微細孔膜を触媒分散溶液に接触する工程と、
第２に、触媒層を形成するために、前記触媒含有微細孔膜を樹脂分散溶液に接触する工程と、
前記触媒被覆膜を形成するために、前記触媒層の２層の間にプロトン交換膜を配置する工程と、
を含み、前記微細孔膜の厚さが３マイクロメートル〜２０マイクロメートルであり、前記微細孔の直径が０．５〜２．０マイクロメートルであり、該微細孔膜の多孔率が７０％〜９５％である、触媒被覆膜の製造方法。
【請求項２０】
触媒被覆膜の製造方法であって、
０．０１ｍＰａ〜０．１ｍＰａの真空下で、触媒含有微細孔膜を形成するために、微細孔膜を触媒分散溶液でコーティングする工程と、
前記触媒含有微細孔膜を３０℃〜１５０℃で乾燥させる工程と、
０．０１ｍＰａ〜０．１ｍＰａの真空下で、触媒層を形成するために前記乾燥した触媒含有微細孔膜を樹脂分散溶液でコーティングする工程と、
前記触媒層を２５℃〜２００℃で乾燥させる工程と、
前記触媒被覆膜を形成するために、前記触媒層の２層の間にプロトン交換膜を配置する工程と、
を含み、
前記微細孔膜の厚さが、３マイクロメートル〜２０マイクロメートルであり、
前記微細孔の直径が、０．５〜２．０マイクロメートルであり、
前記微細孔膜の多孔率が、７０％〜９５％であり、
前記触媒分散溶液が、触媒、アルコール、及び水を含み、
前記触媒：アルコール：水の重量比が、１：１０〜５００：０〜５０であり、
前記触媒が、ナノ白金、ナノ金、ナノルテニウム、ナノ銀、ナノコバルト、ナノ白金−ルテニウム合金、ナノ白金−コバルト合金、炭素に担持されたナノ白金、炭素に担持されたナノ金、炭素に担持されたナノルテニウム、炭素に担持されたナノ銀、炭素に担持されたナノコバルト、炭素に担持されたナノ白金−ルテニウム合金、及び炭素に担持されたナノ白金−コバルト合金から成る群から選択される、触媒特性を有する選択された１つ以上の化学物質であり、
前記触媒含有微細孔膜中の触媒の量が、０．１ｍｇ／ｃｍ2〜０ｍｇ／ｃｍ2であり、
前記樹脂分散溶液が、１つ以上の樹脂及び１つ以上の溶媒を含み、
前記樹脂分散溶液中の前記樹脂の濃度が、０．０１重量％〜３重量％であり、
前記微細孔膜中の樹脂の濃度が、０．０３ｍｇ／ｃｍ2〜２０ｍｇ／ｃｍ2であり、
前記微細孔膜がＰＥＴフェルト、ポリプロピレンフェルト、ポリエチレンネット又はＰＥＴ不織布から成る群から選択される担体によって担持され、前記担体が前記配置する工程より前に除去される、触媒被覆膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒被覆膜の製造方法に関する。本発明は、特に、燃料電池用の触媒被覆膜の製造方法に関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２００５年１２月１２日に出願された中国特許出願第２００５１０１３０１０１．１号を有する「触媒被覆膜の調製方法（Preparation Methods for Catalyst Coated Membranes）」という表題の中国特許出願からの優先権を主張する。上記出願の内容は本明細書中に援用される。
【背景技術】
【０００３】
燃料電池は、水素、アルコール、及び酸化剤（酸素等）等の燃料電池の燃料に蓄えられた化学エネルギーを電気に変換する電気化学エネルギー変換装置である。電気化学エネルギー変換装置は高エネルギー変換率を有し、環境にやさしい。プロトン交換膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）は、低動作温度及び高電力密度を有する。従って、発電所においてだけでなく、自動車、潜水艦のモバイル電源、並びに軍隊及び民間の二者の用途における電源としても使用することができる。
【０００４】
膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）は燃料電池の芯成分であり、燃料と酸化剤との間で電気化学反応が生じて電気が発生する。通常、実質的に触媒層及びプロトン交換膜だけで構成されるＭＥＡは、３層ＭＥＡ又は触媒被覆膜（ＣＣＭ）と呼ばれる。ガス拡散層、触媒層、及び膜で構成されるＭＥＡは５層ＭＥＡと呼ばれる。図１は５層ＭＥＡを説明しており、プロトン交換膜（Ａ）が触媒層（Ｂ）の間に挟まれ、この層は次にガス拡散層（Ｃ）の間に挟まれる。
【０００５】
プロトンを輸送し、反応ガスを分離するプロトン交換膜（ＰＥＭ）は、ＭＥＡにおいて重要な成分である。現在、最も一般的に使用されるＰＥＭは、米国DuPontによって商品名ナフィオン（Nafion）で販売されるペルフルオロスルホン酸ポリマー膜である。その独特の過フッ素化構造のために、ナフィオン膜は化学的に安定であり、これは、長い燃料電池寿命に必須の因子である。しかしながら、燃料電池の動作条件下で、ナフィオン膜は水分吸収の間に膨張しそして水分損失の間に収縮するので、変形し得る。さらに、ナフィオン膜が水を吸収すると、湿った膜の強度は著しく低下する。燃料電池は、通常、高湿度で動作するので、これらの負の効果は、ナフィオン膜の寿命に著しい影響を与え得る。
【０００６】
性能を改善するために、ナフィオン膜の変形を低減するための複合材料が開発されてきた。例えば、中国特許第１１７８４８２号では、安定性が増大した複合膜が提供された。この複合膜は、イオン交換材料で完全に充填された膨張ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）膜であり、イオン交換材料の少なくとも一部は非イオン性ポリマーである。
【０００７】
ＭＥＡも特定の量のナフィオン樹脂を含有し、同様に水分増加による膨張及び水分損失による収縮を膜に引き起こし得る。この結果、触媒とナフィオン樹脂との間の界面に変化が生じ、電極の安定性が低下し得る。
【０００８】
薄いＰＥＭを有する多くの現在のＭＥＡは、ＰＥＭの２つの表面に触媒層が直接取り付けられた触媒被覆膜である。通常、ＣＣＭは、ナフィオン樹脂、及び親水性である触媒だけを有する。これらは、ＰＴＦＥ等の疎水性材料を有せず、少量の非焼結ＰＴＦＥ粒子だけを有しているので、疎水性に乏しい。結果として、これらのＭＥＡからの水の排出は困難を呈する。水がＭＥＡから拡散するために濃度勾配が十分大きくなる前に、電極触媒層に十分な水が蓄積しなければならない。この効果は、ＭＥＡの性能及び安定性に大きく影響を与え得る。
【０００９】
この問題を克服するために、米国特許第６０５４２３０号は、触媒層の製造中の触媒層への担体として、微細孔性ｅＰＴＦＥ膜の使用を提案した。触媒／ナフィオン分散溶液はｅＰＴＦＥ膜上にブラッシング又はコーティングされる。溶液はＰＴＦＥの細孔内に浸透して、ＣＣＭを形成するために使用される多孔性複合触媒層が形成される。
【００１０】
しかしながら、これらの膜を製造することは困難である。既存技術では、溶液中の最小粒径が０．４〜０．６マイクロメートルである触媒／ナフィオン分散溶液が製造される。多孔性ｅＰＴＦＥの細孔直径は、典型的には、０．１〜２マイクロメートルである。しかしながら、膜中の細孔直径分布は均一ではない。そのため、触媒及びナフィオンにより形成されるコロイド粒子はｅＰＴＦＥ膜の上部を詰まらせることが多いので、微細孔性ｅＰＴＦＥ膜の細孔を触媒／ナフィオン分散溶液によって完全に充填することは困難である。さらに、触媒／ナフィオン分散溶液中の触媒とナフィオン樹脂コロイドとの間の結合は弱い。そのため、微細孔性ｅＰＴＦＥ膜の充填の間に、ナフィオン樹脂コロイド及び触媒が分離し、その結果、過剰のナフィオン樹脂によるｅＰＴＦＥ膜の下部の詰まり、及び触媒クラスタによる膜の上部の詰まりが生じ得る。微細孔性ｅＰＴＦＥ膜中の触媒及びナフィオン樹脂のこの不均一な分布は質の悪い電極構造を生じ、プロトン移動の障害であり、ＭＥＡの不十分な性能及び不安定性をもたらす。
【００１１】
従って、従来技術の限界のために、燃料電池の膜電極アセンブリの部品として使用される場合にうまく機能する安定な触媒被覆膜を製造する、触媒被覆膜の新規な製造方法を持つことは望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、安定な触媒被覆膜の製造方法を提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、燃料電池の膜電極アセンブリの部品として使用される場合にうまく機能する触媒被覆膜の製造方法を提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、疎水性の膜を有する触媒層を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
簡潔に言うと、本発明は、触媒被覆膜の製造方法であって、触媒含有微細孔膜を形成するために、微細孔膜を触媒分散溶液に接触する工程と、触媒層を形成するために、当該触媒含有微細孔膜を樹脂分散溶液に接触する工程と、触媒被覆膜を形成するために、積層プロセスを用いて当該触媒層の２層の間にプロトン交換膜を配置する工程とを含む、触媒被覆膜の製造方法に関する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の利点は、本発明の方法を用いて製造された触媒被覆膜が安定なことである。
【００１７】
本発明の別の利点は、本発明の方法により製造した触媒被覆膜が、燃料電池の膜電極アセンブリの部品として使用される場合にうまく機能することである。
【００１８】
本発明の別の利点は、本発明の方法を用いて製造された触媒被覆膜が疎水性であることである。
【００１９】
本発明の上記及び他の目的、態様及び利点は、添付図面と共に解釈されて、本発明の以下の好ましい実施例の詳細な説明からより良く理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
ここで、好ましい実施例により、触媒被覆膜の製造方法を提供する。当該方法は、第１に、触媒含有微細孔膜を形成するために微細孔膜を触媒分散溶液に接触させる工程と、第２に、触媒層を形成するために当該触媒含有微細孔膜を樹脂分散溶液に接触させる工程と、触媒被覆膜を形成するために積層プロセスを用いて触媒層の２層の間にプロトン交換膜を配置する工程とを含む、方法である。
【００２１】
触媒被覆膜に使用される微細孔膜はどれも、微細孔膜に使用することができる。例えば、どのタイプの微細孔性ｅＰＴＦＥ膜も使用することができる。膜の厚さは、３マイクロメートル〜２０マイクロメートル、好ましくは５マイクロメートル〜１０マイクロメートルであり得る。上記微細孔膜の細孔の直径は、０．５マイクロメートル〜２．０マイクロメートル、好ましくは１マイクロメートル〜２マイクロメートルであり得る。微細孔膜の多孔率は、７０％〜９５％、好ましくは９０％〜９５％であり得る。
【００２２】
触媒分散溶液は、１つ以上の触媒、アルコール及び水を含むことができ、当該１つ以上の触媒：アルコール：水の重量比は、１：１０〜５００：０〜５０であり、好ましくは１：２０〜２００：１．５〜２０である。
【００２３】
使用することができる触媒は、ＣＣＭに一般に使用される触媒である。これらは、ナノ金属触媒、又は炭素触媒に担持されたナノ金属粒子等の、ＣＣＭにおいて使用される、触媒特性を有する触媒又は化学物質であり得る。好ましくは、触媒は、ナノ白金、ナノ金、ナノルテニウム、ナノ銀、ナノコバルト、炭素に担持されたナノ白金、炭素に担持されたナノ金、炭素に担持されたナノルテニウム、炭素に担持されたナノ銀、炭素に担持されたナノコバルトから成る群から選択される、触媒特性を有する１つ以上の触媒又は化学物質である。
【００２４】
触媒分散溶液中のアルコールは、イソプロピルアルコール、エタノール及びトリメチレングリコールのうちの１つ以上の組み合わせであり得る。エタノールが好ましい。
【００２５】
微細孔膜に分散溶液を接触するために現在使用されている方法が、微細孔膜を触媒分散溶液に接触するために使用することができる。接触方法の例としては、膜上への触媒分散溶液のコーティング、又は触媒分散溶液中への膜の浸漬がある。好ましい方法では、第１の接触は、０．０１ｍＰａ〜０．１ｍＰａの真空下、好ましくは０．０４ｍＰａ〜０．０８ｍＰａの真空下で行われる。真空の定義は、絶対圧力と大気圧との差の絶対値である（絶対圧力は、大気圧よりも低い）。
【００２６】
使用される触媒分散溶液（分散液）の量は、触媒含有微細孔膜中に０．１ｍｇ／ｃｍ2〜１０ｍｇ／ｃｍ2の触媒をもたらさなければならない。触媒含有微細孔膜中に０．２ｍｇ／ｃｍ2〜２ｍｇ／ｃｍ2の触媒をもたらす量の触媒分散溶液を使用する方法が好ましい。
【００２７】
第１の接触工程の後、触媒含有微細孔膜は、３０℃〜１５０℃における、ベーキング、送風機乾燥等の一般的な乾燥プロセスにより乾燥させることができる。好ましい方法は、上記膜を４０℃〜１００℃で送風乾燥する。
【００２８】
微細孔膜は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フェルト、ポリプロピレンフェルト、ポリエチレンネット、又はＰＥＴ不織布から選択される多孔性構造又はネットワーク構造等の担体構造によって担持され得る。
【００２９】
樹脂分散溶液は、１つ以上の樹脂及び１つ以上の溶媒を含む。使用することができる樹脂及び溶媒は、一般に使用されるタイプの樹脂及び溶媒である。例えば、樹脂は、DuPontにより製造されるナフィオン樹脂であり得る。溶媒は、イソプロピルアルコール、エタノール及びトリメチレングリコールのうちの１つ以上の組み合わせで構成されるアルコール溶液であり得る。エタノールは、使用するのに好ましいアルコールである。上記樹脂分散溶液中の樹脂の濃度は、０．０１重量％〜３重量％、好ましくは０．０２重量％〜２．５重量％である得る。
【００３０】
微細孔膜に溶液を分散させるために現在使用されている方法は、微細孔膜を樹脂分散溶液に接触させるために使用することができる。接触方法の例としては、膜上への樹脂分散溶液のコーティング又は樹脂分散溶液中への膜の浸漬がある。コーティングが好ましい方法である。好ましい方法では、０．０１ｍＰａ〜０．１ｍＰａ、好ましくは０．０４ｍＰａ〜０．０８ｍＰａの真空下で第２の接触を行なう。
【００３１】
使用される樹脂分散溶液の量は、微細孔膜中に０．０３ｍｇ／ｃｍ2〜２０ｍｇ／ｃｍ2の樹脂をもたらさなければならない。微細孔膜中に０．２〜７ｍｇ／ｃｍ2の樹脂をもたらす量の樹脂分散溶液を使用する方法が好ましい。
【００３２】
第２の接触工程の後、触媒層微細孔膜は、２５℃〜２００℃における、ベーキング、送風機乾燥等の一般的な乾燥プロセスにより乾燥させることができる。好ましい方法は、膜を５０℃〜１５０℃で送風乾燥する。
【００３３】
触媒被覆膜は、プロトン交換膜を２つの触媒層の間に挟み、層をプレス結合することによる積層プロセスを用いて製造することができる。微細孔膜のための担体がある場合には、この担体は、配置工程／積層工程の前に除去される。
【００３４】
触媒層及びプロトン交換膜を強固に結合するために、１００℃〜２００℃の温度及び０．１ｍＰａ〜１０ｍＰａの圧力、好ましくは１２０℃〜１７０℃の温度及び０．５ｍＰａ〜６ｍＰａの圧力において、ホットプレートプレス法又はデュアルローラーホットプレス法を使用することができる。
【００３５】
一般に使用されるＰＥＭは、本発明の方法において使用することができる。市販のＰＥＭの例は、ナフィオン１１２膜、ナフィオン１１５膜、ナフィオン１１７膜及びナフィオン１０３５膜を含む、DuPontからのナフィオン膜である。中国公開特許第１１７８４８２号に開示されるＰＴＦＥ／ナフィオン複合膜も使用することができる。
【００３６】
図２は、本発明の方法を用いて製造されたＣＣＭの断面図であり、２つの触媒層（Ｂ）がＰＥＭ（Ａ）の間に挟まれている。
【００３７】
本発明の製造方法は、触媒層内の微細孔膜の細孔を通して触媒及び樹脂を均一に充填するための充填プロセスを提供する。これらの微細孔膜は疎水性であり、必要な場合には水を簡単に排出する。そのため、本発明の方法を用いて製造された触媒被覆膜を有する膜電極アセンブリは安定であり、燃料電池の動作中にうまく機能する。
【００３８】
以下の実施例は、本発明をさらに説明する。
【実施例１】
【００３９】
触媒含有微細孔膜を製造する１つの方法は、以下の：
０．１ｇのＰｔ／Ｃ触媒を湿らせるために０．２ｇの脱イオン水を添加する工程（触媒は、Johnson Mattheyの製品のＨｉｓｐｅｃ８０００であり得る）と、
１０ｇのアルコールを湿った触媒に添加する工程と、
触媒分散溶液を形成するために、得られた混合物を３０分間処理するのに超音波を用いる工程と、
Shanghai DaGong New Materials Co. LTCにより製造され、ＰＥＴネットワークにより担持された、１００ｃｍ2の有効面積を有する５マイクロメートル厚の微細孔性ｅＰＴＦＥ膜を真空テーブル上に配置する工程と、
０．０５ｍＰａの真空下で、ｅＰＴＦＥ膜上に当該触媒分散溶液を塗布し、分散溶液が膜の底部表面に到達するのを確実にする塗布工程と、
触媒分散溶液を含有するｅＰＴＦＥ膜を、５０℃の送風乾燥ボックス内に置くことによって、上記触媒含有膜を乾燥させる工程と、
全ての触媒分散溶液が使用されるまで上記の配置、塗布及び乾燥の工程を繰り返す工程と、
膜中の触媒の量が０．９２ｍｇ／ｃｍ2であることを確認するために、乾燥した微細孔性ｅＰＴＦＥ膜を秤量する工程と、
を含む。
【００４０】
触媒層を製造するための１つの方法は、以下の工程を含む：
１１．４ｇのアルコールを、５重量％の樹脂含量を有する０．６ｇの市販のナフィオン分散溶液に添加する（ナフィオン分散溶液は、DuPontの製品のＤＥ５２０であり得る）工程と、
上記溶液を均一に混合するために磁気攪拌を用いる工程と、
上記の工程を用いて製造された触媒含有微細孔膜等の触媒含有微細孔性ｅＰＴＦＥ膜を真空テーブル上に配置する工程と、
０．０５ｍＰａの制御された真空下で、全てのナフィオン分散溶液が使用されるまで希釈ナフィオン分散溶液を膜上にスプレーコーティングする工程と、
上記ナフィオン分散溶液を有する膜を乾燥させる工程と、
自立型多孔性触媒層を得るために上記膜の担体を剥離する工程と、
微細孔性ｅＰＴＦＥ膜中のナフィオン樹脂の量が、０．３ｍｇ／ｃｍ2であることを確認するために、膜を秤量する工程と、
を含む。
【００４１】
上記の方法によって二次j加工された触媒層を用いたＣＣＭの製造は、以下の：
自立型多孔性触媒層を２枚の矩形に切断する工程と、
一片の３０マイクロメートル厚のナフィオン１１２膜（DupontのＮＲ１１２）の両面の中央部分に、ナフィオン膜が２枚の矩形の間に挟まれるように、該矩形を貼付する工程と、
１３５℃、５ｍＰａの圧力下で、得られた構造部材を２分間ホットプレスする工程と、
製造された多孔性複合触媒被覆膜を製造するために冷却する工程と、
を含む。
【実施例２】
【００４２】
触媒含有微細孔膜を製造するための１つの方法は、以下の：
０．２ｇのＰｔ／Ｃ触媒に６ｇのアルコールを添加する工程（触媒は、Johnson Mattheyの製品のＨｉｓｐｅｃ８０００であり得る）と、
触媒分散溶液を形成するために、得られた混合物を３０分間超音波を用いて処理する工程と、
Shanghai DaGong New Materials Co. LTCにより製造され、１００ｃｍ2の有効面積を有する５マイクロメートル厚の微細孔性ｅＰＴＦＥ膜を真空テーブル上に配置する工程と、
０．０５ｍＰａの真空下で、ｅＰＴＦＥ膜上に当該触媒分散溶液を塗布し、分散溶液が膜の底部表面に到達するのを確実にする、塗布工程と、
触媒分散溶液を含有するｅＰＴＦＥ膜を、８０℃の送風乾燥ボックス内に置くことによって、上記触媒含有膜を乾燥させる工程と、
全ての触媒分散溶液が使用されるまで上記の配置、塗布及び乾燥の工程を繰り返す工程と、
乾燥した微細孔性ｅＰＴＦＥ膜を秤量して、膜中の触媒の量が１．１０ｍｇ／ｃｍ2であることを確認する、秤量する工程と、
を含む。
【００４３】
触媒層を製造するための１つの方法は、以下の：
１２０ｇのアルコールを、５重量％の樹脂含量を有する１６ｇの市販のナフィオン分散溶液に添加する（ナフィオン分散溶液は、DuPontの製品のＤＥ５２０であり得る）工程と、
上記溶液を均一に混合するために磁気攪拌を用いる工程と、
上記の工程を用いて製造された触媒含有微細孔膜等の触媒含有微細孔性ｅＰＴＦＥ膜を真空テーブル上に配置する工程と、
０．０５ｍＰａの制御された真空下で、全てのナフィオン分散溶液が使用されるまで希釈ナフィオン分散溶液を膜上にスプレーコーティングする工程と、
上記ナフィオン分散溶液を有する膜を乾燥させる工程と、
自立型多孔性触媒層を得るために上記膜の担体を剥離する工程と、
微細孔性ｅＰＴＦＥ膜中のナフィオン樹脂の量が、０．５ｍｇ／ｃｍ2であることを確認するために、膜を秤量する工程と、
を含む。
【００４４】
上記の方法によって製造された触媒層を用いるＣＣＭの製造は、以下の：
自立型多孔性触媒層を２枚の矩形に切断する工程と、
一片の３０マイクロメートル厚のナフィオン１１２膜（DupontのＮＲ１１２）の両面の中央部分に、ナフィオン膜が２枚の矩形の間に挟まれるように、矩形を貼付する工程と、
１３５℃、５ｍＰａの圧力下で、得られた構造部材を２分間ホットプレスする工程と、
製造された多孔性複合触媒被覆膜を製造するために、冷却する工程と、
を含む。
【００４５】
本発明は特定の好ましい実施例に関連して記載されたが、本発明がこのような特定の実施例に限定されないことは理解されるべきである。むしろ、本発明者らの主張は、本発明が、添付の特許請求の範囲によって反映されるようなその最も広い意味で理解及び解釈されるべきであることである。従って、添付の特許請求の範囲は、当業者には明らかであるように、本明細書中に記載される好ましい実施例だけでなく他の全ての及びさらなる代替及び変更も組み込むと理解されるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】５層膜電極アセンブリの断面図である。
【図２】本発明の方法を用いて製造された触媒被覆膜の断面図である。
【図１】
2009518817.tif 000002
【図２】
2009518817.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月4日(2008.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒被覆膜の製造方法であって、
第１に、触媒含有微細孔膜を形成するために、微細孔膜を触媒分散溶液に接触する工程と、
第２に、触媒層を形成するために、前記触媒含有微細孔膜を樹脂分散溶液に接触する工程と、
前記触媒被覆膜を形成するために、前記触媒層の２層の間にプロトン交換膜を配置する工程と、
を含む、触媒被覆膜の製造方法。
【請求項２】
前記微細孔膜の厚さが３マイクロメートル〜２０マイクロメートルであり、前記微細孔の直径が０．５〜２．０マイクロメートルであり、前記微細孔膜の多孔率が７０％〜９５％である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記触媒分散溶液が、触媒、アルコール、及び水を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記触媒：アルコール：水の重量比が１：１０〜５００：０〜５０である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記触媒が、ナノ白金、ナノ金、ナノルテニウム、ナノ銀、ナノコバルト、ナノ白金−ルテニウム合金、ナノ白金−コバルト合金、炭素に担持されたナノ白金、炭素に担持されたナノ金、炭素に担持されたナノルテニウム、炭素に担持されたナノ銀、炭素に担持されたナノコバルト、炭素に担持されたナノ白金−ルテニウム合金、及び炭素に担持されたナノ白金−コバルト合金から成る群から選択される、触媒特性を有する選択された１つ又は複数の化学物質である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の接触する工程が、０．０１ｍＰａ〜０．１ｍＰａの真空下で前記微細孔膜上に前記触媒分散溶液をコーティングすることである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記触媒含有微細孔膜中の触媒の量が、０．１ｍｇ／ｃｍ2〜１０ｍｇ／ｃｍ2である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の接触させる工程の後、前記触媒含有微細孔膜を３０℃〜１５０℃で乾燥させる工程が追加される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記樹脂分散溶液が１つ以上の樹脂及び１つ以上の溶媒を含み、前記樹脂分散溶液中の前記樹脂の濃度が０．０１重量％〜３重量％である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記樹脂分散溶液が１つ以上樹脂を含み、前記微細孔膜中の樹脂の濃度が０．０３ｍｇ／ｃｍ２〜２０ｍｇ／ｃｍ２である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の接触させる工程が、０．０１ｍＰａ〜０．１ｍＰａの真空下で前記触媒含有微細孔膜上に前記樹脂分散溶液をコーティングすることである、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の接触工程の後、前記触媒層を２５℃〜２００℃で乾燥させる工程が追加される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記微細孔膜が、ＰＥＴフェルト、ポリプロピレンフェルト、ポリエチレンネット又はＰＥＴ不織布から成る群から選択される担体によって担持され、該担体が前記配置する工程の前に除去される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記配置する工程の後、前記触媒被覆膜がホットプレスされるか、又はデュアルローラーホットプレスされるかのいずれかである、請求項１に記載の方法。
【国際調査報告】
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