(57)【要約】本発明は、膜電極アセンブリの構成要素を構成する方法に関する。該方法は、触媒層をポリマ電解質膜またはガス拡散層に移送するステップを含む。これらの構成要素で膜電極アセンブリを構成する方法も開示する。上記方法は、第１の移送アセンブリを形成することであって、該第１の移送アセンブリは、第１の剥離シートの表面上に第１の触媒材料と疎水性結合剤とを備える第１の触媒層を備える、ことと、焼結した第１の触媒層を形成するように該第１の触媒層を少なくとも２５０℃の焼結温度まで加熱することと、該焼結した第１の触媒層をポリマ電解質膜の第１の表面に移送することと、結合後に、該焼結した第１の触媒層から該第１の剥離シートを除去することとを含む。
2009534796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の移送アセンブリを形成することであって、該第１の移送アセンブリは、第１の剥離シートの表面上に第１の触媒材料と疎水性結合剤とを備える第１の触媒層を備える、ことと、
焼結した第１の触媒層を形成するように該第１の触媒層を少なくとも２５０℃の焼結温度まで加熱することと、
該焼結した第１の触媒層をポリマ電解質膜の第１の表面に移送することと、
結合後に、該焼結した第１の触媒層から該第１の剥離シートを除去することと
を含む、電気化学燃料電池用の構成要素を構成する方法。
【請求項２】
前記第１の触媒材料は、貴金属、またはその合金を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記疎水性結合剤は、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレンプロピレン、またはそれらの組み合わせである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の触媒層は、本質的に、前記第１の触媒材料および前記疎水性結合剤から構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記焼結温度は、少なくとも３３０℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の剥離シートは、ポリマ薄膜である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
移送することは、前記第１の焼結した触媒層および前記ポリマ電解質膜に、移送温度および移送圧力のうちの少なくとも１つを受けさせることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
移送する前に、前記焼結した第１の触媒層の第１の表面および前記膜の第１の表面のうちの少なくとも１つの上にイオノマ層を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ポリマ電解質膜の反対側の第２の表面上に第２の触媒材料を備える第２の触媒層を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の触媒層を形成することは、
第２の移送アセンブリを形成することであって、該第２の移送アセンブリは、第２の剥離シートの表面上に該第２の触媒層を備える、ことと、
該第２の触媒層を前記ポリマ電解質膜の反対側の第２の表面に移送することと、
該第２の触媒層から該剥離シートを除去することと
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記焼結した第１の触媒層および前記第２の触媒層は、前記ポリマ電解質膜の前記第１および第２の表面にそれぞれ同時に移送される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
第１のガス拡散層を前記第１の触媒層に結合することと、
ガス拡散電極を前記ポリマ電解質膜の反対側の表面に対して結合することであって、該ガス拡散電極は第２のガス拡散層と第２の触媒層とを備え、その結果該反対側の表面に接し、膜電極アセンブリを形成する、ことと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
剥離シートの表面上に拡散下層を形成することと、
該拡散下層上に第１の触媒材料を備える触媒層を形成することと、
該触媒層をポリマ電解質膜の表面に移送することと、
該拡散下層から該第１の剥離シートを除去することと
を含む、電気化学燃料電池用の構成要素を構成する方法。
【請求項１４】
前記拡散下層は、炭素材料、黒鉛材料、またはそれらの組み合わせを備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
移送することは、前記触媒層および前記ポリマ電解質膜に、熱および圧力のうちの少なくとも１つを受けさせることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記触媒層は、イオノマをさらに備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
第１のガス拡散基板を前記拡散下層に結合することと、
ガス拡散電極を前記ポリマ電解質膜の反対側の表面に対して結合することであって、該ガス拡散電極は、第２のガス拡散基板、第２の触媒層および第２のガス拡散基板と第２の触媒層との間に挿入される第２の拡散下層を備え、その結果、該第２の触媒層は該反対側の表面と接して、膜電極アセンブリを形成する、ことと
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
剥離シートの表面上に触媒材料を備える第１の触媒層を形成することと、
該第１の触媒層の第１の表面上に第１の拡散下層を形成することと、
ガス拡散基板の表面上に第２の拡散下層を形成することと、
該第１の拡散下層を該第２の拡散下層に移送することと、
ガス拡散電極を形成するように該第１の触媒層から該第１の剥離シートを除去することと
を含む、電気化学燃料電池用に構成要素を構成する方法。
【請求項１９】
前記第１の触媒層および前記第１の拡散層は、疎水性結合剤をさらに備え、前記方法は、前記第１の拡散下層および該触媒層を少なくとも２５０℃の焼結温度まで加熱することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の拡散下層は、疎水性結合剤を備え、前記方法は、前記第２の拡散下層を少なくとも２５０℃の焼結温度まで加熱することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１および第２の拡散下層は、炭素材料、黒鉛材料、またはそれらの組み合わせを備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１および第２の拡散下層は、同じである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
移送中に、前記第１および第２の下層のうちの少なくとも１つにおいて液体担体を除去することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の触媒層が第１の表面と対向するように、ポリマ電解質膜の該第１の表面に対して前記ガス拡散電極を接触させることと、
第２の触媒層が第２の表面と対向するように、該ポリマ電解質膜の反対側の第２の表面に対して第２のガス拡散電極を接触させることと、
該ガス拡散電極を該ポリマ電解質膜に結合することと
をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
本願は、米国特許法の下で、２００６年４月２１日に出願の米国仮特許出願第６０／＿＿＿＿＿＿＿号（以前には米国出願１１／４８０，７８７号であり、２００７年４月１６日付の上申書によって仮出願に変更された）の利益を主張し、上記仮出願はその全体が参考により、本明細書に援用される。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、電気化学電池用の構成要素、特に、触媒被覆膜、ガス拡散電極、および膜電極アセンブリを構成する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（関連技術の記載）
電気化学燃料電池は、燃料および酸化剤を電気に変換する。固体ポリマ電気化学燃料電池は、概して、２つの電極間に配置される固体ポリマ電解質膜を含む膜電極アセンブリを採用する。膜電極アセンブリは、典型的に、２つの導電性流れ場の間に挟入されて、燃料電池を形成する。これらの流れ場板は、電流コレクタの役割を果たし、電極に対する支持を提供し、反応物質および生成物に対する通路を提供する。そのような流れ場板は、典型的に、流体の流路を含み、燃料および酸化剤反応物質の流れを膜電極アセンブリの陽極および陰極にそれぞれ向けて、過剰な反応物質流体および反応生成物を除去する。動作中、電極は、外部回路を通して、電極間の電子を伝導するために電気的に結合される。典型的に、多数の燃料電池が直列で電気的に結合されて、所望の出力を有する燃料電池スタックを形成する。
【０００４】
陽極および陰極はそれぞれ、陽極触媒および陰極触媒の層をそれぞれ含有する。触媒は、金属、合金、または担持金属／合金触媒、例えば、カーボンブラック上で担持された白金であってもよい。触媒層は、典型的に、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）等のイオン導電性材料、および任意で、ポリテトラフルオロエチレン等の結合剤を含有する。各電極はさらに、反応物質の分布および／または機械的支持のために、炭素繊維紙または炭素布等の導電性多孔質基板を含有する。多孔質基板の厚さは、典型的に、約５０から約２５０ミクロンに及ぶ。任意で、電極は、触媒層と基板との間に配置される多孔質下層を含んでもよい。下層は通常、炭素粒子等の導電性粒子、および任意で、ガス拡散および水管理等のその特性を変更するための撥水材料を含有する。
【０００５】
膜電極アセンブリを構成する１つの方法は、触媒の層を、典型的に微粒子および適切な液体担体に混合される溶解固形物を含有するインクまたはスラリの形で多孔質基板に塗布するステップを含む。次いで、液体を除去し、分散微粒子の層を残すことによって、電極を形成する。次いで、電極の触媒層が膜と各基板との間で挟入されるように、膜の反対側の表面に接触する陽極および陰極を伴って、ポリマ電解質膜等のイオン交換膜を組み立てる。次いで、典型的に加熱および加圧下でアセンブリを接着させ、膜電極アセンブリを形成する。下層を採用する場合、下層は、触媒の塗布前に、多孔質基板に塗布してもよい。基板は、一般的にガス拡散層と呼ばれ、または下層を採用する場合は、基板および下層の組み合わせも、ガス拡散層と呼んでもよい。
【０００６】
ガス拡散電極を形成するように触媒をガス拡散層に塗布する従来の方法は、スクリーン印刷およびナイフコーティングを含む。しかし、低荷重の触媒を基板に塗布してガス拡散電極を形成する場合、基板の表面粗度により、厚さが均一である平滑で連続的な触媒層（つまり層にわたって不連続がない）を得ることは困難である。このことは、燃料電池の性能および／または耐久性の低下をもたらし得る。
【０００７】
あるいは、触媒の層は、ポリマ電解質膜の両面に塗布して触媒被覆膜を形成し、次いで多孔質基板と共に組み立てて、膜電極アセンブリを形成することが可能である。例えば、触媒スラリは、マイクログラビアコーティング、ナイフコーティング、または噴射によって膜に直接塗布してもよい。
【０００８】
しかし、触媒材料および疎水性結合剤を含有する触媒の使用は、燃料電池耐久性にとって望ましい。特許文献１で論じられるように、直列の燃料電池は、潜在的に、電池が他の直列の電池によって極性を反対にせざるを得なくなる状況である、電圧反転の影響を受けやすい。このことは、電池が、他の電池によってそれに押し通される電流を生成できない場合に発生し得る。電圧反転による損害は、反転の間に電気分解に利用可能な水の量を増加させることによって軽減することが可能であり、それにより、陽極構成要素の有害な酸化よりもむしろ水のさらに無害な電気分解において、電池に押し通される電流を使用する。陽極構造を通って燃料流へ入るこの水の通路を制限することによって、より多くの水が触媒の近くにとどまる。このことは、例えば、陽極触媒層に水流（水蒸気または液相のいずれか）を妨げさせることによって、達成することが可能である。例えば、これらの層へのＰＴＦＥおよび／またはＦＥＰ等の疎水性物質の追加は、それらをさらに疎水性にすることによって、陽極を通る水流を妨げる。しかし、これらのポリマが焼結されなければ、十分に疎水性であってもよく、経時的に触媒層から洗い流されてもよい。膜に直接触媒層を塗布する従来の方法を使用すると、触媒層は、膜で焼結しなければならなくなる。しかし、焼結温度は通常、イオノマの熱分解温度よりも高い。例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）膜は、典型的に、約２５０℃で分解し始める。よって、膜が疎水性結合剤を有する触媒で被覆され、次いで疎水性結合剤を焼結するのに十分な温度（例えば、ＰＴＦＥに対して３３０℃）を受けた場合、イオノマのイオン伝導性および水の取り込み特性が減少または破壊される場合がある。
【特許文献１】米国特許第６，５１７，９６２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、当分野で進歩が遂げられている一方で、ガス拡散電極および触媒被覆膜を構成する改良された方法の必要性が依然として残っている。本発明は、この問題に対処し、さらなる関連利点を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
簡潔に、本発明は、電気化学燃料電池用の構成要素を構成する方法に関する。
【００１１】
一実施形態では、方法は、第１の移送アセンブリであって、第１の剥離シートの表面上に第１の触媒材料と疎水性結合剤とを備える第１の触媒層を備える、第１の移送アセンブリを形成するステップと、焼結した第１の触媒層を形成するように第１の触媒層を少なくとも２５０℃の焼結温度まで加熱するステップと、焼結した第１の触媒層をポリマ電解質膜の第１の表面に移送するステップと、接着後に、焼結した第１の触媒層から前記第１の剥離シートを除去するステップとを備える。
【００１２】
別の実施形態では、方法は、剥離シートの表面上に拡散下層を形成するステップと、拡散下層上に第１の触媒材料を備える触媒層を形成するステップと、触媒層をイオン交換膜の表面に移送するステップと、拡散下層から第１の剥離シートを除去するステップとを備える。一部の実施形態では、触媒層は、疎水性結合剤またはイオノマを備えてもよい。
【００１３】
さらに別の実施形態では、方法は、剥離シートの表面上に触媒材料を備える第１の触媒層を形成するステップと、第１の触媒層の第１の表面上に第１の拡散下層を形成するステップと、ガス拡散基板の表面上に第２の拡散下層を形成するステップと、第１の拡散下層を第２の拡散下層に移送するステップと、ガス拡散電極を形成するように第１の触媒層から第１の剥離シートを除去するステップとを備える。
【００１４】
これら、およびその他の側面は、添付図面および次の詳細な説明を参照すると明白になるであろう。
【００１５】
図中、同一の参照番号は、類似要素または作用を同定する。図中の要素のサイズおよび相対位置は、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。例えば、様々な要素の形状および角度は一定の縮尺で描かれず、これらの要素の一部は、図の分かりやすさを向上するように任意に拡大されて位置付けられる。さらに、描かれるように、要素の特定の形状は、特定の要素の実際の形状に関する情報を伝達することを目的とせず、図中の認識を簡単にするために選択されているに過ぎない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
文脈上他の意味に解すべき場合を除き、次に続く明細書および請求項の全体を通して、「備える」という言葉、および「〜を備える」および「〜を備えている」等のその変化形は、制限しない包括的な意味で、つまり「を含むが〜に限定されない」として解釈されるものである。
【００１７】
本願および添付の請求項で使用されるように、「焼結」は、典型的に、約２５０℃より高い温度への熱処理による、疎水性ポリマの安定化を意味する。当業者であれば、焼結条件は、異なるポリマに対して異なることを十分理解するであろう。例えば、適切な焼結条件は、ポリテトラフルオロエチレン（「ＰＴＦＥ」）に対しては約３３０℃から約４２０℃、フッ素化エチレンプロピレン（「ＦＥＰ」）に対しては約２５０℃から約２８０℃、ペルフルオロアルコキシ（「ＰＦＡ」）に対しては約３００℃から約３１０℃に及ぶ焼結温度を含む。
【００１８】
本文では、「荷重」は、形成される、または基板に塗布される材料の量を指し、通常は、基板の単位面積あたりの材料の質量として表現される。
【００１９】
本願で使用されるように、「均質な」とは、構成物質が混合物中で略均一に分散されていることを意味する。
【００２０】
本発明は、触媒層をポリマ電解質膜に接着させて触媒被覆膜（「ＣＣＭ」）を形成する、またはガス拡散層（「ＧＤＬ」）に接着させてガス拡散電極（「ＧＤＥ」）を形成することによって、膜電極アセンブリの構成要素を構成する方法に関する。
【００２１】
本発明の第１の実施形態によれば、ＣＣＭを構成する方法は、図１Ａから１Ｄに示される。方法は、移送アセンブリ６を形成するように剥離シート４上に触媒層２を形成するステップ（図１Ａ）と、焼結した触媒層８を生じるように触媒層２を約２５０℃以上の焼結温度まで加熱するステップ（図１Ｂ）と、適切な移送温度および／または圧力（「Ｔ／Ｐ」）で焼結した触媒層８を膜１０に移送するステップ（図１Ｃ）と、バッキング層を除去するステップ（図１Ｄ）とを含む。
【００２２】
図１Ａを参照して、触媒層２は、貴金属またはその化合物、担持貴金属、担持貴金属化合物、またはそれらの組み合わせ等の触媒材料を含有する。触媒層２はまた、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡ、またはそれらの組み合わせ等の疎水性結合剤も含有し、好ましくは、イオノマ材料を含有しない。触媒層の構成物質は、まず、アルコール、水、またはそれらの組み合わせ等の適切な液体担体中に分散され、均質的に混合されて分散を形成し、後に剥離シートに塗布されてもよい。一部の実施形態では、分散はさらに、分散安定化物質、例えば、Ｔｒｉｔｏｎ（登録商標）−ＸまたはＴｅｒｇｉｔｏｌ等の界面活性剤、および／またはメチルセルロース等のポア形成物質を含んでもよい。ナイフコーティング、スクリーン印刷、スロットダイコーティング、マイクログラビアコーティング、転写、および噴射等であるが、それらに限定されない、分散を塗布するための当技術分野で周知のいずれの方法を使用してよい。一部の実施形態では、液体担体は、例えば蒸発によって、焼結の前に除去または部分的に除去してもよい。あるいは、液体担体は、焼結中に除去してもよい。
【００２３】
適切な剥離シート材料は、不活性、非粘着性で、かつ剥離シートが変形せず、再利用できるように、それが受ける最高温度に熱耐性を示すべきである。一例では、剥離シートは、２ＳＢ仕上げ、Ｋ０５金属被覆、またはセラミック被覆を伴うステンレス鋼板、アルミニウムシート、または耐熱性ポリマ薄膜、例えば、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）等のポリイミド薄膜等の、金属シートである。所望であれば、剥離シートは、その上に層を形成する前に剥離剤で前処理して、移送後の触媒層または拡散下層からの剥離シートの除去を促進してもよい。剥離剤は、ポリビニルアルコール等のアルコールであってもよい。
【００２４】
図１Ｃに示されるように、焼結した触媒層８は、熱および／または圧力（Ｔ／Ｐ）を加えることによって焼結した後に、膜１０に移送される。ほとんどの固体ポリマ電解質膜に対して、適切な移送温度は、約９０℃から約２００℃に及んでもよく、適切な移送圧力は、約５から約４０バールに及んでもよい。好ましくは、膜１０の反対側の表面は、移送中に支持材料１２によって支持される。支持材料１２は、不活性、非粘着性で、かつそれが受ける最高温度に熱耐性を示すべきであり、移送温度が典型的に焼結温度より低いため、剥離シート４と同じ材料である必要はない。例えば、支持材料１２は、Ｍｙｌａｒ（登録商標）等の、ＰＴＦＥ、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはポリエステル薄膜であってもよい。剥離シート４および支持材料１２は、図１Ｄに示されるように、触媒被覆膜１６を形成するように移送した後に、焼結した触媒層から除去される。
【００２５】
図２Ａおよび２Ｂは、拡散下層１４が剥離シート４上に形成され（図２Ａ）、次いで焼結および移送の前に触媒層２が拡散下層１４上に形成される（図２Ｂ）、本発明のさらなる実施形態の図解である。拡散下層１４は、繊維状または微粒子であってもよい導電性材料を含有する。例えば、導体材料は、カーボンブラック、黒鉛化カーボンブラック、片状黒鉛、球状黒鉛、短炭素繊維、粉砕炭素繊維、炭素ウィスカ、炭素ナノチューブ、短黒鉛繊維、粉砕黒鉛繊維、黒鉛ウィスカ、および黒鉛ナノチューブ、またはそれらの組み合わせ等であるが、それらに限定されない、炭素または黒鉛である。一部の実施形態では、疎水性結合剤を拡散下層に組み込んで、その水移送特性を変え、および／または層間の粘着を向上することが望ましくてもよい。拡散下層１４は、適切な液体担体中の構成物質を分散することによって剥離シート４上に形成し、次いで前述の方法によってその上に塗布してもよい。
【００２６】
拡散下層は、触媒層を膜に移送するのに役立ってもよいことが予期される。本発明者らは、触媒層を膜に移送する従来技術の方法を使用する場合、特に触媒層の厚さが低い、例えば、約５ミクロン以下である場合、かつ典型的に、触媒荷重が低い、例えば、約０．１５ｍｇ  Ｐｔ／ｃｍ２以下である場合に、不完全な移送が発生する（つまり、移送後に触媒層の一部が剥離シート上に残る場合がある）ことを発見している。触媒層の不完全な移送は、燃料電池の性能損失、耐久性、および費用の問題をもたらすため、望ましくない。しかし、図２Ａおよび２Ｂに示されるように、剥離シートと触媒層との間に拡散下層を採用することによって、触媒層を膜に完全に移送することが可能である。
【００２７】
他の実施形態では、第２の触媒層１８は、図３Ａに示されるように、膜１０の反対側の表面上に形成され、ＣＣＭ  ２０を形成してもよい。触媒層１８は、同じまたは異なる量で触媒層２と同じ材料の組成を含有してもよく、または、異なる材料の組成、例えば、イオノマを伴う触媒を含有してもよい。フッ素化および／または炭化水素ベースのイオノマイオノマを伴う触媒層は、触媒層中のイオン伝導率の向上が所望である場合の使用にとって有益であってよい。当業者は、所与の用途に適した触媒を容易に選択するう。
【００２８】
一部の実施形態では、触媒層１８は、後で（図３Ｂ）または同時に（図３Ｃ）のいずれかで、前述のものと同様の方法（つまり、剥離シート２２上に触媒層１８を形成する）で、膜１０に移送してもよい。任意で、図２Ａおよび２Ｂで表されるもの等の拡散下層はまた、触媒層１８（図示せず）と共に移送してもよい。触媒層１８がイオノマを含有する場合、その上に触媒層１６を形成する前に拡散下層を焼結するべきであることに注意されたい。他の実施形態では、触媒層１８は、移送の前または後に、当技術分野で周知のいずれの方法によっても、膜に直接塗布することが可能である（図示せず）。
【００２９】
さらなる実施形態では、前述の実施形態のＣＣＭは、ＧＤＬおよび／またはＧＤＥと共に組み立てて、膜電極アセンブリ（「ＭＥＡ」）を形成してもよい。例えば、図１Ｄを参照して、ＧＤＬは、触媒層８に隣接して配置してもよい一方で、ＧＤＥは、膜１０の反対側の第２の表面に隣接して配置してもよい。あるいは、図３Ａを参照して、ＧＤＬは、焼結した触媒層８に隣接して配置してもよい一方で、別のＧＤＬは、触媒層１６に隣接して配置してもよい。いずれにしても、組み立てたＭＥＡは、接着温度および／または圧力を受けて、構成要素のそれぞれを共に実質的に接着してもよい。当業者であれば、適切な接着温度、圧力、および持続時間を容易に決定することが可能である。
【００３０】
本発明の別の実施形態によれば、ＧＤＥを構成する方法が開示される。方法は、支持材料１２上に触媒層２を形成するステップ（図４Ａ）、移送アセンブリ２４を形成するように触媒層２上に拡散下層１４ａを形成するステップ（図４Ｂ）、部分的ＧＤＬ  ２８を形成するように拡散基板２６上に追加拡散下層１４ｂを形成するステップ（図４Ｃ）、拡散下層１４ａを拡散下層１４ｂに移送するステップ（図４Ｄ）、およびＧＤＥ  ３０を形成するように焼結するステップ（図４Ｅ）を含む。支持材料１２は、焼結の前または後に除去してもよい（図示せず）。
【００３１】
触媒層２は、好ましくは、前述のもの等の疎水性結合剤および触媒材料を含有する。なおさらに、拡散下層１４ａ、１４ｂは、前の実施形態で説明されるのと同じ構成物質を含有してもよい。この実施形態では、拡散下層１４ａ、１４ｂには、同じまたは異なる組成があってもよく、同じまたは異なる荷重があってもよい。また、触媒層２の液体担体は、その上に第１の拡散下層１４ａを形成する前に、除去または部分的に除去してもよい。
【００３２】
導電性および多孔質であれば、いずれの適切な拡散基板材料を使用してもよい。模範的な拡散基板材料は、ＴＧＰ−Ｈ−０９０（Ｔｏｒａｙ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  Ｉｎｃ．，  Ｔｏｋｙｏ，  Ｊａｐａｎ）、ＡｖＣａｒｂ（登録商標）  Ｐ５０  ａｎｄ  ＥＰ−４０（Ｂａｌｌａｒｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｉｎｃ．，  Ｌｏｗｅｌｌ，  ＭＡ）、およびＧＤＬ  ２４および２５シリーズの材料（ＳＧＬ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｃｏｒｐ．，  Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ，  ＮＣ）等であるが、それらに限定されない、炭化または黒鉛化炭素繊維の不織マットを含む。多孔質基板の選択は、本発明に不可欠ではなく、当業者であれば、所与の用途に対する適切な多孔質基板を選択することができるだろう。一部の実施形態では、多孔質基板は、疎水性結合剤を含有する溶液中に基板を含浸することによって等で、疎水化されてもよく、それは、拡散下層１４ｂの塗布の前に乾燥および／または焼結され、または移送後に拡散下層１４ａ、１４ｂおよび触媒層２と共に同時に焼結される。
【００３３】
移送条件は、前述の実施形態で説明されるものと同様であってもよい。なおさらに、一部の実施形態では、第１および／または第２の下層１４ａ、１４ｂの液体担体は、移送中に除去される。
【００３４】
図４Ｅを参照して、触媒層２および拡散下層１４ａ、１４ｂは、拡散下層１４ａ、１４ｂの移送後に焼結される。あるいは、触媒層２および拡散下層１４ａ、１４ｂは、移送前に別々に焼結するか、または移送中に同時に焼結してもよい（図示せず）。再度、支持材料１２は、それが受ける最高温度（例えば、支持材料１２が除去される時に応じて、移送または焼結温度）に熱耐性を示す限り、前述の材料のうちのいずれであってもよい。
【００３５】
本発明者らは、疎水性結合剤を含有する触媒層をＧＤＬに移送する場合、特に薄い触媒層を移送する場合に、触媒の不完全な移送が典型的に発生することを発見している。しかし、触媒層２上に第１の拡散下層１４ａを直接塗布することによって、触媒層２の移送が向上される。なおさらに、拡散基板２６上に第２の拡散下層１４ｂを塗布し、移送中に第１および／または第２の拡散下層１４ａ、１４ｂ中の液体担体を除去することによって、拡散下層１４ａ、１４ｂ間の粘着も強化される。結果として、触媒層２を完全に移送することが可能であり、層のそれぞれの間の粘着を従来の方法と比べて向上させることができる。
【００３６】
さらなる実施形態では、ＧＤＥ  ３０は、膜および別のＧＤＥと共に組み立ててもよく、または、ＣＣＭおよびＧＤＬと共に組み立ててＭＥＡを形成してもよい。例えば、ＧＤＥ  ３０は、触媒層８が膜１０に接触するように、膜１０と共に組み立ててもよい（図示せず）。次いで、別のＧＤＥは、膜１０の反対側の表面に隣接して組み立てられ、ＭＥＡを形成する。あるいは、ＧＤＥ  ３０は、図１Ｄに示されるもの等のＣＣＭおよび触媒層８に隣接するＧＤＬと共に組み立てて、ＭＥＡを形成してもよい（図示せず）。再度、組み立てたＭＥＡは、前述のように接着してもよい。
【００３７】
上記の実施形態のうちのいずれにおいても、移送の前に、米国特許出願書第２００４／０２５８９７９号で説明されるもの等の接着剤層を、層のうちのいずれの間で採用してもよい。接着剤層は、イオノマ、および任意で、炭素および／または黒鉛粒子を含む。接着剤層は、粘着を向上してもよく、触媒層を通した陽子伝導性を強化してもよいことが予期される。
【００３８】
上記の米国特許、米国特許公報、米国特許出願書、外国特許、外国特許出願書、および本明細書で参照される、および／または出願データシートで一覧化される非特許出版物の全ては、その全体において、参考により本願に援用される。
【００３９】
本発明の特定の要素、実施形態、および用途を図示および説明したが、特に先行の教示に照らして、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、当業者によって変更を行ってもよいため、本発明はそれらに限定されないことが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】図１Ａ〜１Ｄは、本発明の第１の実施形態による、触媒被覆膜を形成するための一連のステップを表す断面図を示す。
【図１Ｂ】図１Ａ〜１Ｄは、本発明の第１の実施形態による、触媒被覆膜を形成するための一連のステップを表す断面図を示す。
【図１Ｃ】図１Ａ〜１Ｄは、本発明の第１の実施形態による、触媒被覆膜を形成するための一連のステップを表す断面図を示す。
【図１Ｄ】図１Ａ〜１Ｄは、本発明の第１の実施形態による、触媒被覆膜を形成するための一連のステップを表す断面図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明のさらなる実施形態による、触媒被覆膜を形成するためのステップを表す断面図を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明のさらなる実施形態による、触媒被覆膜を形成するためのステップを表す断面図を示す。
【図３Ａ】図３Ａ〜図３Ｃは、本発明のなおもさらなる実施形態による、触媒被覆膜を形成するためのステップを表す断面図を示す。
【図３Ｂ】図３Ａ〜図３Ｃは、本発明のなおもさらなる実施形態による、触媒被覆膜を形成するためのステップを表す断面図を示す。
【図３Ｃ】図３Ａ〜図３Ｃは、本発明のなおもさらなる実施形態による、触媒被覆膜を形成するためのステップを表す断面図を示す。
【図４Ａ】図４Ａ〜図４Ｅは、本発明の別の実施形態による、ガス拡散電極を形成するための一連のステップを表す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａ〜図４Ｅは、本発明の別の実施形態による、ガス拡散電極を形成するための一連のステップを表す断面図である。
【図４Ｃ】図４Ａ〜図４Ｅは、本発明の別の実施形態による、ガス拡散電極を形成するための一連のステップを表す断面図である。
【図４Ｄ】図４Ａ〜図４Ｅは、本発明の別の実施形態による、ガス拡散電極を形成するための一連のステップを表す断面図である。
【図４Ｅ】図４Ａ〜図４Ｅは、本発明の別の実施形態による、ガス拡散電極を形成するための一連のステップを表す断面図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【国際調査報告】
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