(57)【要約】  本開示は、電極アセンブリ、膜電極アセンブリ、並びにこれらから生成した電気化学セル及び液体フロー電池に関する。電極アセンブリ及び膜電極アセンブリは、（ｉ）第１の表面積Ａｅを有する第１の主面、反対側を向いた第２の主面、及び複数の空隙を有する多孔質電極と、（ｉｉ）ポリマーを含み、第１の主面上に配置され、第１の主面と実質的に平行な断面積Ａｐを有する、不連続輸送保護層と、（ｉｉｉ）複数の空隙のうちの少なくとも一部に埋め込まれたポリマーの一部、ポリマーの一部に埋め込まれた多孔質電極の一部、又はそれらの組み合せを含む界面領域と、を含む。ここで、０．０２Ａｅ≦Ａｐ≦０．８５Ａｅであり、多孔質電極及び不連続輸送保護層は一体構造を形成する。本開示は、電極アセンブリ及び膜電極アセンブリを製造する方法を更に提供する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面積Ａｅを有する第１の主面、反対側を向いた第２の主面、及び複数の空隙を有する多孔質電極と、
ポリマーを含み、前記第１の主面上に配置され、前記第１の主面と実質的に平行な断面積Ａｐを有する、不連続輸送保護層と、
前記複数の空隙のうちの少なくとも一部に埋め込まれた前記ポリマーの一部、前記ポリマーの一部に埋め込まれた前記多孔質電極の一部、又はそれらの組み合せを含む界面領域と、
を含み、０．０２Ａｅ≦Ａｐ≦０．８５Ａｅであり、前記多孔質電極及び前記不連続輸送保護層は一体構造を形成する、電極アセンブリ。
【請求項２】
前記複数の空隙が、前記多孔質電極の前記第１の主面の少なくとも一部と反対側を向いた前記第２の主面との間の流体連通を可能にする、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項３】
前記不連続輸送保護層が非導電性である、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項４】
０．０２Ａｅ≦Ａｐ≦０．５Ａｅである、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項５】
０．０２Ａｅ≦Ａｐ≦０．３Ａｅである、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項６】
前記不連続輸送保護層の厚さがＴｐであり、前記界面領域の厚さがＴｉであり、比Ｔｉ／Ｔｐが約０．００５〜約０．８である、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項７】
前記不連続輸送保護層が、複数の個別の構造体、メッシュ構造体、織布構造体、及び不織布構造体のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項８】
前記不連続輸送保護層が、複数の個別の構造体を含む、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項９】
前記複数の個別の構造体が、約０．０５０ミクロン〜約３０００ミクロンの厚さを有する、請求項８に記載の電極アセンブリ。
【請求項１０】
前記複数の個別の構造体がパターンになっている、請求項８記載の電極アセンブリ。
【請求項１１】
前記複数の個別の構造体が、複数の非交差連続ラインを含む、請求項８に記載の電極アセンブリ。
【請求項１２】
前記複数の非交差連続ラインが直線である、請求項１１に記載の電極アセンブリ。
【請求項１３】
前記複数の非交差連続ラインが、約０．３ｍｍ〜約１１ｍｍのピッチを有する、請求項１１に記載の電極アセンブリ。
【請求項１４】
前記複数の非交差連続ラインの幅が約０．０１ｍｍ〜約１０ｍｍである、請求項１１に記載の電極アセンブリ。
【請求項１５】
前記複数の非交差連続ラインが、約２ｃｍ〜概ね前記多孔質電極の長さである長さスケールにわたって実質的に平行である、請求項１１に記載の電極アセンブリ。
【請求項１６】
前記複数の個別の構造体が、約１０ミクロン〜約５０００ミクロンまでの最長寸法を有する、請求項８に記載の電極アセンブリ。
【請求項１７】
前記不連続輸送保護層が、メッシュ構造体、織布構造体、及び不織布構造体のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項１８】
織布、不織布、及びメッシュ構造体のうちの前記少なくとも１つについて、体積多孔率及び開放面積多孔率のうちの少なくとも１つが約０．１０〜約０．９９５である、請求項１７に記載の電極アセンブリ。
【請求項１９】
前記不連続輸送保護層が、導電性微粒子及び非導電性微粒子のうちの少なくとも１つを０重量％〜５重量％含有する、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項２０】
前記不連続輸送保護層が、熱可撓性物質及びＢステージの熱硬化性物質のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項２１】
前記不連続輸送保護層が２５℃において非粘着性である、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項２２】
前記不連続輸送保護層の前記ポリマーが、約５０℃〜約４００℃の軟化温度を有する、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項２３】
前記不連続輸送保護層の前記ポリマーが、約０〜約５体積％の多孔率を有する固体である、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項２４】
前記不連続輸送保護層が、約５重量％〜約１００重量％の親水性ポリマーを含む、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項２５】
前記不連続輸送保護層が親水性コーティングを更に含む、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項２６】
前記多孔質電極が、黒鉛粒子、片状黒鉛、黒鉛繊維、及び黒鉛デンドライトのうちの少なくとも１つを、約５重量％〜約１００重量％含む、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項２７】
前記多孔質電極が、約３０重量％〜約１００重量％の導電性炭素微粒子を含む、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項２８】
前記導電性炭素微粒子は、炭素粒子、片状炭素、カーボンデンドライト、カーボンナノチューブ、及び分枝カーボンナノチューブのうち少なくとも１つである、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項２９】
前記導電性炭素微粒子は、黒鉛粒子、片状黒鉛、黒鉛繊維、及び黒鉛デンドライトのうち少なくとも１つである、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項３０】
前記多孔質電極が、約５０重量％〜約１００重量％の炭素繊維を含む、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項３１】
電極アセンブリを製造する方法であって、
第１の表面積Ａｅを有する第１の主面、反対側を向いた第２の主面、及び複数の空隙を有する多孔質電極を準備することと、
ポリマーを含み、前記第１の主面と実質的に平行な断面積Ａｐを有する不連続輸送保護層を、前記第１の主面上に配置することと、
前記不連続輸送保護層の一部が前記複数の空隙のうちの少なくとも一部に埋め込まれているか、前記多孔質電極の一部が前記ポリマーの一部に埋め込まれているか、又はそれらの組み合せである、界面領域を形成することと、
を含み、０．０２Ａｅ≦Ａｐ≦０．８５Ａｅであり、前記多孔質電極及びポリマー層は一体構造を形成する、電極アセンブリを製造する方法。
【請求項３２】
前記配置するステップが、押出し成形、印刷、及び転写積層のうちの少なくとも１つを含む、請求項３１に記載の電極アセンブリを製造する方法。
【請求項３３】
前記配置するステップが、溶融ポリマーを押出し成形することを含む、請求項３１に記載の電極アセンブリを製造する方法。
【請求項３４】
前記形成するステップが、前記配置するステップに含まれる、請求項３１に記載の電極アセンブリを製造する方法。
【請求項３５】
前記形成するステップが、圧力及び熱のうちの少なくとも１つを前記多孔質電極及び前記不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つに加えることを含む、請求項３１に記載の電極アセンブリを製造する方法。
【請求項３６】
圧力及び熱のうちの少なくとも１つを前記多孔質電極及び前記不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つに加えることが、前記多孔質電極及び前記不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つを、ニップロールの少なくとも１つのセット内に付勢することによって実行され、任意で前記ニップロールのうちの少なくとも１つは加熱される、請求項３５に記載の電極アセンブリを製造する方法。
【請求項３７】
前記形成するステップは、圧力及び熱のうちの少なくとも１つを前記多孔質電極及び前記不連続輸送保護層に加えることを含む、請求項３１に記載の電極アセンブリを製造する方法。
【請求項３８】
圧力及び熱のうちの少なくとも１つを前記多孔質電極及び前記不連続輸送保護層に加えることが、前記多孔質電極及びポリマー層を、ニップロールの少なくとも１つのセット内に付勢することによって実行され、任意で前記ニップロールの少なくとも１つは加熱される、請求項３７に記載の電極アセンブリを製造する方法。
【請求項３９】
請求項１に記載の第１の電極アセンブリと、
第１の表面及び反対側を向いた第２の表面を有し、界面領域とは反対側にある不連続輸送保護層の主表面に隣接して、又はその上に配置された、イオン透過膜と、
を含み、前記第１の電極アセンブリ及び前記イオン透過膜は一体構造を形成する、膜電極アセンブリ。
【請求項４０】
前記イオン透過膜と、前記第１の電極アセンブリの多孔質電極及び前記不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つとの間に配置された第１の接着層を更に含み、前記第１の接着層が、前記膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置された、請求項３９に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項４１】
前記第１の接着層が、環形状であるか、又は前記膜電極アセンブリの周辺部の両側にある２つの個別の接着ラインである、請求項４０に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項４２】
前記第１の接着層が、前記イオン透過膜の前記第１の表面と、前記第１の電極アセンブリの前記不連続輸送保護層とに接触している、請求項４０に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項４３】
第２の接着層及び第２の電極アセンブリを更に含み、前記第２の接着層は、前記イオン透過膜の前記第２の表面と、前記第２の電極アセンブリの前記多孔質電極及び前記不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つとの間に配置され、前記第２の電極アセンブリ及び前記イオン透過膜は一体構造を形成する、請求項４０に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項４４】
第２の接着層及び第２の電極アセンブリを更に含み、前記第２の接着層は、前記イオン透過膜の前記第２の表面と、前記第２の電極アセンブリの前記不連続輸送保護層とに接触し、前記第２の電極アセンブリ及び前記イオン透過膜は一体構造を形成する、請求項４０に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項４５】
前記イオン透過膜と、前記第１の接着層との間に配置された第１のガスケットを更に含み、前記第１のガスケットは、前記膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置された、請求項４０又は４３に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項４６】
前記イオン透過膜と、前記第１の接着層との間に配置された第１のガスケットを更に含み、前記第１のガスケットは前記膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置され、前記イオン透過膜と前記第２の接着層との間に配置された第２のガスケットを更に含み、前記第２のガスケットは前記膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置され、任意で前記第１のガスケットは環形状であり、前記第２のガスケットは環形状である、請求項４３に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項４７】
前記第１のガスケットは環形状である、請求項４５に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項４８】
前記イオン透過膜と、第１の電極アセンブリの前記多孔質電極及び前記不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つとの間に配置された第１の接着層を更に含み、前記第１の接着層は、前記膜電極アセンブリの少なくとも内側の中に配置された複数の第１の接着領域であり、前記膜電極アセンブリの面における前記複数の第１の接着領域の面積は、前記膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満である、請求項３９に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項４９】
第２の接着層及び第２の電極アセンブリを更に含み、前記第２の接着層は、前記イオン透過膜の前記第２の表面と、前記第２の電極アセンブリの前記多孔質電極及び前記不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つとの間に配置され、前記第２の電極アセンブリ及び前記イオン透過膜は一体構造を形成する、請求項４８に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項５０】
前記第２の接着層は、前記膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置された、請求項４９に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項５１】
前記第２の接着層は、前記膜電極アセンブリの少なくとも内側の中に設置された複数の第１の接着領域であり、前記膜電極アセンブリの面における前記複数の第１の接着領域の面積は、前記膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満である、請求項４９に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項５２】
前記イオン透過膜と、前記第１の電極アセンブリの前記不連続輸送保護層との間に配置された第１のガスケットを更に含み、前記第１のガスケットは、前記膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置された、請求項４８に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項５３】
前記イオン透過膜と、前記第２の電極アセンブリの前記不連続輸送保護層との間に配置された第２のガスケットを更に含み、前記第２のガスケットは前記膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置された、請求項５２に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項５４】
請求項１に記載の電極アセンブリを含む、電気化学セル。
【請求項５５】
請求項３９に記載の膜電極アセンブリを含む、電気化学セル。
【請求項５６】
請求項１に記載の電極アセンブリを含む、液体フロー電池。
【請求項５７】
請求項３９に記載の膜電極アセンブリを含む、液体フロー電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、電気化学セル及び電池を作製するのに有用なアセンブリに関する。特に、本発明は、電極アセンブリ、膜電極アセンブリ、並びにこれらから生成される電気化学セル及び液体フロー電池に関する。本開示は、電極アセンブリ及び膜電極アセンブリの製造方法を更に提供する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学セル及びレドックスフロー電池の形成に有用な様々な構成要素が、当技術分野において開示されている。このような構成要素は、例えば米国特許第５，６４８，１８４号、同第８，５１８，５７２号、及び同第８，８８２，０５７号に記載されている。
【発明の概要】
【０００３】
一実施形態において、本開示は、第１の表面積Ａｅを有する第１の主面、反対側を向いた第２の主面、及び複数の空隙を有する多孔質電極と、ポリマーを含み、第１の主面上に配置され、第１の主面と実質的に平行で断面積Ａｐを有する、不連続輸送保護層と、複数の空隙のうちの少なくとも一部に埋め込まれたポリマーの一部、ポリマーの一部に埋め込まれた多孔質電極の一部、又はそれらの組み合せを有する界面領域と、を含む、電極アセンブリを提供する。ここで、０．０２Ａｅ≦Ａｐ≦０．８５Ａｅであり、多孔質電極及び不連続輸送保護層は一体構造を形成する。
【０００４】
別の実施形態において、本開示は、第１の表面積Ａｅを有する第１の主面、反対側を向いた第２の主面、及び複数の空隙を有する多孔質電極を準備することと、ポリマーを含み、第１の主面と実質的に平行な断面積Ａｐを有する、不連続輸送保護層を、第１の主面上に配置することと、不連続輸送保護層の一部が、複数の空隙のうちの少なくとも一部に埋め込まれているか、多孔質電極の一部がポリマーの一部に埋め込まれているか、又はそれらの組み合せである、界面領域を形成することとを、含む、電極アセンブリを製造する方法を提供する。ここで、０．０２Ａｅ≦Ａｐ≦０．８５Ａｅであり、多孔質電極及びポリマー層は一体構造を形成する。
【０００５】
更に別の実施形態において、本開示は、本開示の電極アセンブリのうちのいずれか１つによる第１の電極アセンブリと、界面領域とは反対側にある不連続輸送保護層の主面に隣接して、又はその上に配置されたイオン透過膜と、を含む膜電極アセンブリを提供する。第１の電極アセンブリ及びイオン透過膜は一体構造を形成する。いくつかの実施形態において、膜電極アセンブリは、少なくとも１つの接着層及び／又は少なくとも１つのガスケットを更に含んでもよい。
【０００６】
別の実施形態において、本開示は、本開示の電極アセンブリのうちのいずれか１つによる電極アセンブリを含む、電気化学セルを提供する。
【０００７】
別の実施形態において、本開示は、本開示の膜電極アセンブリのいずれか１つによる膜電極アセンブリを含む、電気化学セルを提供する。
【０００８】
別の実施形態において、本開示は、本開示の電極アセンブリのいずれか１つによる電極アセンブリを含む、液体フロー電池を提供する。
【０００９】
別の実施形態において、本開示は、本開示の膜電極アセンブリのいずれか１つによる膜電極アセンブリを含む、液体フロー電池を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電極アセンブリの概略上面図である。
【図１Ｂ】本開示の例示的な一実施形態による、図１Ａの例示的な電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１Ｃ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電極アセンブリの概略上面図である。
【図１Ｄ】本開示の例示的な一実施形態による、図１Ｃの例示的な電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１Ｅ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電極アセンブリの概略上面図である。
【図１Ｆ】本開示の例示的な一実施形態による、図１Ｅの例示的な電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１Ｇ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電極アセンブリの概略上面図である。
【図１Ｈ】本開示の例示的な一実施形態による、図１Ｇの例示的な電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１Ｉ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電極アセンブリの概略上面図である。
【図１Ｊ】本開示の例示的な一実施形態による、図１Ｉの例示的な電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１Ｋ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電極アセンブリの概略上面図である。
【図１Ｌ】本開示の例示的な一実施形態による、図１Ｋの例示的な電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１Ｍ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電極アセンブリの概略上面図である。
【図１Ｎ】本開示の例示的な一実施形態による、図１Ｍの例示的な電極アセンブリの概略側断面図である。
【図２Ａ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図２Ｂ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図３】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電気化学セルの概略側断面図である。
【図４】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電気化学セル積層体の概略側断面図である。
【図５】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な単セルの液体フロー電池の概略図である。
【図６】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電極アセンブリの断面のＳＥＭ画像である。
【図７】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電極アセンブリの断面のＳＥＭ画像である。
【図８】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電極アセンブリの断面のＳＥＭ画像である。
【図９】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電極アセンブリの断面のＳＥＭ画像である。
【図１０】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電極アセンブリの断面のＳＥＭ画像である。
【図１１】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電極アセンブリの断面のＳＥＭ画像である。
【図１２Ａ】本開示の例示的な一実施形態による、図１２Ｂのライン１２Ａにおける、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１２Ｂ】本開示の例示的な一実施形態による、図１２Ａの例示的な膜電極アセンブリの接着層の面における概略上面図である。
【図１２Ｃ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１２Ｄ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１２Ｅ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１２Ｆ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１２Ｇ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１２Ｈ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１３Ａ】本開示の例示的な一実施形態による、図１３Ｂのライン１３Ａにおける、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１３Ｂ】本開示の例示的な一実施形態による、図１３Ａの例示的な膜電極アセンブリの接着層の面における概略上面図である。
【図１３Ｃ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１３Ｄ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１３Ｅ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１３Ｆ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１３Ｇ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１３Ｈ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１４Ａ】本開示の例示的な一実施形態による、図１４Ｂのライン１４Ａにおける、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１４Ｂ】本開示の例示的な一実施形態による、図１４Ａの例示的な膜電極アセンブリの接着層の面における概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
明細書及び図面中の参照文字が繰り返して使用されている場合、本開示の同じ又は類似の特徴又は要素を表すことを意図している。図面は、縮尺どおりに描かれていない場合がある。本明細書で使用するとき、記号「〜」は、数値範囲に適用されるとき、別途明記しない限り、範囲の端点を含む。端点による数の範囲の記述は、その範囲内の全ての数を含み（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４及び５を含む。）、かつその範囲内の任意の範囲を含む。特に指示のない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用する特徴部のサイズ、量、及び物理的特性を表す全ての数は、全ての場合において、「約」という用語によって修飾されていると理解するべきである。したがって、特に反対の指示のない限り、上記明細書及び添付の特許請求の範囲に記載されている数値パラメータは、本明細書で開示される教示を利用して当業者が得ようとする所望の特性に応じて変動し得る、近似値である。
【００１２】
当業者であれば多くの他の変更形態及び実施形態を考案することができ、それらは本開示の原理の範囲及び趣旨内であることを理解するべきである。本明細書で用いる全ての科学用語及び技術用語は、別途明記しない限り、当技術分野で通常用いられる意味を有する。本明細書で与えられる定義は、本明細書で頻繁に用いる特定の用語の理解を助けるためのものであり、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用するとき、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈上で別途明記しない限り、複数の対象を有する実施形態を包含する。本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用するとき、用語「又は」は、文脈上で別途明記しない限り、一般的に「及び／又は」を含む意味で使用される。
【００１３】
本開示の全体を通じて、１つの基材の表面が別の基材の表面と「接触している」とき、２つの基材間に介在層はなく、２つの基材の表面の少なくとも一部分は物理的に接触している。
【００１４】
本開示の全体を通じて、基材又は基材の表面が第２の基材又は第２の基材の表面に「隣接している（adjacent）」場合、この２つの基材の最も近い２つの表面は互いに面していると見なされる。２つの表面は互いに接触していてもよく、又は介在する第３の層若しくは基材が２つの表面の間に配置され、互いに接触していなくてもよい。
【００１５】
本開示の全体を通じて、用語「非導電性」は、別途明記しない限り、電気的に非導電性の材料又は基材を指す。いくつかの実施形態において、電気抵抗率が約１０００Ω・ｍより大きい場合、その材料又は基板は非導電性である。
【００１６】
本開示の全体を通じて、水性溶液は、溶媒が少なくとも５０重量％の水を含む溶液と定義される。非水性溶液は、溶媒が５０重量％未満の水を含む溶液と定義される。
【００１７】
本開示を通じて、別途指示しない限り、「繊維」という用語は単数形及び複数形の両方を含むものを意味する。
【００１８】
本開示の全体を通じて、基材の第１の表面と第２の表面との間の流体連通とは、例えばガス及び／又は液体などの流体が、基材の厚さを貫通して、基材の第１の表面から基材の第２の表面に流れることができることを意味する。これは、基材の第１の表面から基材の厚さを貫通して基材の第２の表面に延びる連続空隙領域が存在することを本質的に示唆する。
【００１９】
軟化温度は、ガラス転移温度及び／又はポリマーの融解温度である。
【００２０】
体積多孔率：不連続輸送保護層の総体積すなわちバルク体積によって除算された、不連続輸送保護層の開放領域の体積である。
【００２１】
開放面積多孔率：織布、不織布、又はメッシュ構造の主面に関して、主面における開放領域の総面積の、主面の全表面積すなわち投影表面に対する率である。
【００２２】
いくつかの実施形態において、一体構造は、空間内の任意の向きに保持することができ、重力の力によって少なくとも２つの構成要素には分離しない構造を含む。
【００２３】
一般的に、液体フロー電池（例えばレドックスフロー電池）の作製に使用され得る単一の電気化学セルは、アノード及びカソードの２つの多孔質電極と、これら２つの電極間に配置されて電極間に電気絶縁をもたらし、アノード半電池及びカソード半電池間を通過する１つ以上の選択イオン種の経路を準備するイオン透過膜と、アノードフロー板及びカソードフロー板であって、前者はアノードに隣接して位置され、後者はカソードに隣接して位置され、各々が、陽極液及び陰極液の電解質溶液をアノード及びカソードそれぞれに接触及び浸透させることができる１つ以上のチャネルを含んでいる、アノードフロー板及びカソードフロー板と、を含む。イオン透過膜は、アノード及びカソードのうちの少なくとも１つと併せて、本明細書では膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）と呼ぶ。単一の電気化学セルを含むレドックスフロー電池では、例えば、セルは２つの集電体も含む。２つの集電体の１つは、アノードフロー板の外部表面に隣接し、かつ接触しており、１つはカソードフロー板の外部表面に隣接し、かつ接触している。集電体は、セルの放電中に発生した電子が外部回路に接続し、有用な仕事を行うことを可能にする。機能しているレドックスフロー電池又は電気化学セルは、陽極液、陽極液リザーバ、及びアノード半電池への陽極液の流れを促進するための対応する流体分配システム（配管及び少なくとも１つ以上のポンプ）、並びに陰極液、陰極液リザーバ、及びカソード半電池への陰極液の流れを促進するための対応する流体分配システムも含む。通常はポンプが用いられるが、重力供給システムも使用してよい。放電中、陽極液中の活性種、例えば、陽イオンが酸化し、対応する電子が外部回路及び負荷を流れ抜け、カソードに至り、カソードで陰極液中の活性種を還元する。電気化学的酸化及び還元のための活性種は陽極液及び陰極液中に含有されるため、レドックスフローセル及び電池は、そのエネルギーを電気化学セルの本体外部に、すなわち、陽極液中に蓄積することができるという固有の特徴を有する。蓄積容量は、主に陽極液及び陰極液の量、並びにこれら溶液中の活性種の濃度によって制限される。したがって、レドックスフロー電池は、例えば、リザーバタンクのサイズ及び活性種の濃度を適宜拡大縮小することによって、ウィンドファーム及び太陽エネルギープラントに関連付けられた大規模エネルギー蓄積需要のために使用され得る。レドックスフローセルは、その蓄積容量がその電力に依存しないという利点も有する。レドックスフロー電池又はセルの電力は、一般に、電池内の膜電極アセンブリ並びにその対応するフロー板（全体で「積層体」と呼ばれる場合がある）のサイズ及び数によって決定される。更に、レドックスフロー電池は電力供給網用途に設計されるために、電圧は高くなければならない。しかしながら、単一のレドックスフロー電気化学セルの電圧は、一般的には、３ボルト未満である（セルを作り上げる半電池反応の電位における差）。したがって、実用性を有するのに十分に大きい電圧を発生させるためには、数百個のセルが直列に接続される必要があり、セル又は電池のコストの相当な量が、個々のセルを作る構成要素のコストに関連する。
【００２４】
レドックスフロー電気化学セル及び電池のコアには、膜電極アセンブリ（例えばアノード、カソード及びそれらの間に配置されたイオン透過膜）がある。ＭＥＡの設計は、レドックスフローセル及び電池の電力出力において重要である。次いで、これら構成要素のために選択される材料が性能にとって重要である。電極に使用する材料は、炭素をベースにしてもよい。炭素は、酸化／還元反応を発生させるための望ましい触媒活性をもたらし、導電性であり、フロー板への電子移動をもたらす。電極材料は、酸化／還元反応を発生させるため、より広い表面積をもたらす多孔質であってもよい。多孔質電極として、炭素繊維ベースの紙、フェルト及び布を挙げることができる。多孔質電極を使用する場合、電解質が電極の本体に浸透し、反応のために更なる表面積に接近するため、電極の単位容積あたりのエネルギー生成率が増加する。また、陽極液及び陰極液の一方又は両方が水系、すなわち水溶液である場合があるので、多孔質電極の本体への電解質の浸透を促進するために、電極が親水性表面を有する必要がある場合がある。表面処理を用いて、レドックスフロー電極の親水性を増強してもよい。これは、電極及び対応する触媒層／領域に水分が入ることを防止するために、並びに例えば、水素／酸素系燃料電池の電極領域からの水分除去を促進するために、通常、疎水性であるように設計されている燃料電池の電極とは対照的である。
【００２５】
イオン透過膜に使用する材料は、１種以上の選択イオンが膜を通過することを可能にする一方で、良好な電気絶縁体であることが必要とされる。これらの材料は、多くの場合、ポリマーから作製され、イオン透過膜を通過するイオンの移動を促進するためのイオン種を含んでもよい。したがって、イオン透過膜を構成する材料は高価な特殊ポリマーとなる場合がある。１つのセル積層体及び電池につき数百のＭＥＡを必要とする場合があるため、イオン透過膜は、ＭＥＡの総体的なコスト並びにセル及び電池の総体的なコストに対して、大きなコスト要因となり得る。ＭＥＡのコストを最小にすることが望ましいので、そのコストを最小に抑えるための１つの手法は、ＭＥＡに使用されるイオン透過膜の体積を低減することである。しかしながら、セルの電力出力要件が、その長さ及び幅寸法（一般に、長さ及び幅が大きいほど好ましい）に対する所与のＭＥＡのサイズ要件、したがって膜のサイズを規定するので、ＭＥＡのコストを低減するためにはイオン透過膜の厚さを低減することしかできない場合がある。しかしながら、イオン透過膜の厚さを低減することによって問題が明らかとなった。膜の厚さが減少すると、多孔質電極を作製するために使用される比較的硬い材料、例えば炭素繊維がより薄い膜を通して貫入し、対向する半電池の対応する電極に接触し得ることが分かった。このことは、セルの有害な局所的短絡、セルによって生成された電力の損失、及び電池全体の電力の損失を引き起こす。このため、膜電極アセンブリから作製された電気化学セル及び電池の必要な酸化／還元反応を阻害することなく膜を通過する、必要なイオン輸送を維持する一方で、この局所的短絡を防止することができる、改善された膜電極アセンブリが要望されている。
【００２６】
本開示は、電極の主面上に配置された少なくとも１つの不連続輸送保護層を含む電極アセンブリを提供する。不連続輸送保護層及び電極は一体構造を形成し、電極アセンブリと称される。電極アセンブリは、膜電極アセンブリ、電気化学セル及び／又は液体フロー電池に使用することができる。使用時には、電極アセンブリは、不連続輸送保護層の外部表面がイオン透過膜に隣接するように位置決めされる。不連続輸送保護層は、イオン透過膜を電極の繊維による刺し傷から保護し、それによって他のＭＥＡ、電気化学セル、及び液体フロー電池の設計において問題であると判明している、局所的短絡を防止する。本開示の不連続輸送保護層はまた、膜電極アセンブリ内の流体フロー、続いて電気化学セル及び／又は電池内の流体フローを改善することができる。「輸送保護層」という文言中の用語「輸送」は、保護層内の流体輸送及び／又は保護層を貫通する流体輸送を指す。これは、膜電極アセンブリ内に追加の層を含み、次いで電気化学セル及び／又は電池内に追加の層を含むことによって、セル抵抗が発生するものと予想し得ることとは反対に、セル抵抗を改善すなわち低減するか、又は少なくともセル抵抗を大きく変えない。少なくとも１つの不連続輸送保護層を有する電極アセンブリは、例えばレドックスフロー、電気化学セル及び電池などの液体フローの作製において有用である。液体フロー電気化学セル及び電池は、液体フロータイプである単一の半電池又は液体フロータイプである両半電池を有するセル及び電池を含んでもよい。不連続輸送保護層は、ＭＥＡを作製するために使用される膜電極アセンブリ及び／又は電極アセンブリの構成要素であってよい。本開示は、少なくとも１つの不連続輸送保護層を含む電極アセンブリ及び／又はＭＥＡを含有する、液体フロー電気化学セル及び電池も含む。本開示は、液体フロー電気化学セル及び電池の作製において有用な、電極アセンブリ及び膜電極アセンブリを作製する方法を更に提供する。
【００２７】
本開示は、（ｉ）第１の表面積Ａｅを有する第１の主面、反対側を向いた第２の主面、及び複数の空隙を有する多孔質電極と、（ｉｉ）ポリマーを含み、第１の主面上に配置され、第１の主面と実質的に平行な断面積Ａｐを有する、不連続輸送保護層と、（ｉｉｉ）複数の空隙のうちの少なくとも一部に埋め込まれたポリマーの一部、ポリマーの一部に埋め込まれた多孔質電極の一部、又はそれらの組み合せを有する界面領域と、を含む電極アセンブリを提供する。ここで、０．０２Ａｅ≦Ａｐ≦０．８５Ａｅであり、多孔質電極及び不連続輸送保護層は一体構造を形成する。いくつかの実施形態において、多孔質電極の複数の空隙は、多孔質電極の第１の主面の少なくとも一部分と、反対側を向いた第２の主面との間の流体連通を可能にする。多孔質電極の表面積は、投影表面積で表してもよい。界面領域は、面積ＡＩを有してよく、ＡＩはＡｐと同じであるか、又はＡｐ未満であってもよい。本開示の多孔質電極は、０．０１Ａｅ≦ＡＩ≦０．８５Ａｅであってよい。界面領域ＡＩは、多孔質電極上に配置された不連続輸送保護層の表面の全てが多孔質電極との界面領域を形成する場合、面積Ａｐと等しくなり得る。不連続輸送保護層の主面の一部のみが界面領域を形成する場合は、ＡＩはＡｐ未満であり、ＡＩは、界面領域を形成した不連続保護層の部分の個々の面積Ａｉの合計となる。不連続輸送保護層は、界面領域とは反対側を向いた主面を有する。
【００２８】
図１Ａ〜図１Ｎは、本開示の電極アセンブリの様々な非制限の実施形態を開示する。図１Ａは、本開示の一実施形態による例示的な電極アセンブリの概略上面図であり、図１Ｂはそれに対応する概略側断面図である。電極アセンブリ１００ａは、第１の表面積Ａｅを有する第１の主面４０ａ、反対側を向いた第２の主面４０ｂ、及び複数の空隙４６を有する多孔質電極４０を含む。この例示的な実施形態において、多孔質電極４０は、炭素繊維などの繊維４４、及び複数の空隙４６すなわち繊維間の空隙領域を含む。多孔質電極は、長さＬｅ、幅Ｗｅ、及び厚さＴｅを有する。第１の表面積Ａｅは、多孔質電極の投影表面積、すなわちＬｅ×Ｗｅで表してもよい。電極アセンブリは、ポリマーを含んで第１の主面と実質的に平行である断面積Ａｐ及び厚さＴｐを有する、不連続輸送保護層１０を更に含む。不連続輸送保護層１０は、多孔質電極４０の第１の主面４０ａ上に配置される。この例示的な実施形態において、不連続輸送保護層１０は、幅Ｗ及び長さＬを有し、開放領域１７によって分離された、複数の個別の構造体１５（例えば、隣接するラインの間の中心間距離、すなわちピッチＰを有する個別の非交差連続ライン）を含む。個々の個別の構造体の各々は、第１の主面と実質的に平行な断面積Ａｏ（この例示的な実施形態ではＷ×Ｌに相当）を有する。Ａｏはまた、多孔質電極４０の第１の主面４０ａ上への、個別の構造体の投影にも対応し得る。不連続輸送保護層１０の断面積Ａｐは、個別の構造体１５の断面積Ａｏの合計から決定することができる。本開示の不連続輸送保護層のいずれかにおいて、例えば個別の構造体などの構造体断面積が厚さにわたって変化する場合、面積Ａｐは、（ｉ）不連続輸送保護層の構造体と多孔質電極の第１の主面との交差部の面積、（ｉｉ）例えば個々の個別の構造体の各々のうちの最大断面積など、多孔質電極の第１の主面と実質的に平行である面内の構造体の最大断面積、に基づいてもよい。Ａｐの決定では、界面領域を除外することができる。電極アセンブリは界面領域を更に含む。界面領域は、複数の空隙の少なくとも一部に埋め込まれたポリマーの一部、ポリマーの一部に埋め込まれた多孔質電極の一部、又はそれらの組み合せを含む。この例示的な実施形態において、電極アセンブリ１００ａは界面領域９０を含む。界面領域９０は、多孔質電極４０の複数の空隙４６の少なくとも一部に埋め込まれた、不連続輸送保護層１０のポリマーの一部を含む。界面領域９０は、厚さＴｉを有する。いくつかの実施形態において、界面領域で、多孔質電極４０を構成する材料の一部、例えば繊維４４の一部は、不連続輸送保護層のポリマーによってカプセル化されてもよい。界面領域９０は、第１の主面４０ａとの交差部で面積ＡＩを有してもよく、面積ＡＩは、例えば個別のラインなど、各個別の構造体に関連付けられた界面領域の表面積Ａｉの合計であってもよい。不連続輸送保護層１０は、界面領域９０とは反対側を向いた主面１０ａを有する。
【００２９】
図１Ｃは、本開示の一実施形態による例示的な電極アセンブリの概略上面図であり、図１Ｄはそれに対応する概略側断面図である。図１Ｃ及び図１Ｄはそれぞれ、界面領域を除いて図１Ａ及び図１Ｂと同一である。図１Ｃ及び図１Ｄにおいて、電極アセンブリ１００ｂの界面領域９０は、不連続輸送保護層１０のポリマーの一部に埋め込まれた多孔質電極４０の一部、例えば不連続輸送保護層１０のポリマーの一部に埋め込まれた多孔質電極４０の繊維４４の一部を含む（図１Ｄ）。この例示的な実施形態において、不連続輸送保護層の厚さＴｐは、一般的に多孔質電極の第１の主面の上方の不連続輸送保護層の高さであるので、Ｔｐは界面領域Ｔｉの厚さを含む。不連続輸送保護層１０は、界面領域９０とは反対側を向いた主面１０ａを有する。
【００３０】
図１Ｅ〜図１Ｎは、本開示の追加の例示的な電極アセンブリの実施形態を開示する。これらの図を簡略化する目的のため、多孔質電極４０はブロック図として描出され、先の図における繊維４４は除かれている。
【００３１】
図１Ｅは、本開示の一実施形態による例示的な電極アセンブリの概略上面図であり、図１Ｆはそれに対応する、図１Ｅのライン１Ｆにおける概略側断面図である。電極アセンブリ１００ｃは、第１の表面積Ａｅを有する第１の主面４０ａ、反対側を向いた第２の主面４０ｂ、及び複数の空隙（図示せず）を有する多孔質電極４０を含む。多孔質電極は、長さＬｅ、幅Ｗｅ、及び厚さＴｅを有する。第１の表面領域Ａｅは、多孔質電極の投影表面積、すなわちＬｅ×Ｗｅで表してもよい。電極アセンブリは、ポリマーを含んで第１の主面と実質的に平行である断面積Ａｐ及び厚さＴｐを有する、不連続輸送保護層１０を更に含む。不連続輸送保護層１０は、多孔質電極４０の第１の主面４０ａ上に配置される。この例示的な実施形態において、不連続輸送保護層１０は、開放領域１７によって分離された幅Ｗ（例えば直径）及び厚さＴｐを有する複数の個別の構造体１５（第１の主面４０ａに対して実質的に垂直な円筒の軸を有する円筒）を含む。個々の個別の構造体の各々は、第１の主面に対して実質的に平行な断面積Ａｏ（この例示的な実施形態では、π［Ｗ／２］２に相当）を有する。Ａｏは、多孔質電極４０の第１の主面４０ａ上への個別の構造体の投影に対応し得る。断面積Ａｐは、個別の構造体１５の断面積Ａｏの合計から決定してもよい。電極アセンブリは界面領域を更に含む。界面領域は、複数の空隙の少なくとも一部に埋め込まれたポリマーの一部、ポリマーの一部に埋め込まれた多孔質電極の一部、又はそれらの組み合せを含む。この例示的な実施形態において、電極アセンブリ１００ｃは界面領域９０を含む。界面領域９０は、厚さＴｉを有する。界面領域９０は、多孔質電極４０の複数の空隙の少なくとも一部に埋め込まれた、不連続輸送保護層１０のポリマーの一部を含む。いくつかの実施形態では、界面領域において、多孔質電極４０を構成する材料の一部は、不連続輸送保護層のポリマーによってカプセル化されてもよい。界面領域９０は、第１の主面４０ａとの交差部で面積ＡＩを有してもよく、面積ＡＩは、例えば円筒など、各個別の構造体に関連付けられた界面領域の面積Ａｉの合計であってもよい。不連続輸送保護層１０は、界面領域９０とは反対側を向いた主面１０ａを有する。
【００３２】
図１Ｇは、本開示の一実施形態による例示的な電極アセンブリの概略上面図であり、図１Ｈはそれに対応する、図１Ｇのライン１Ｈにおける概略側断面図である。電極アセンブリ１００ｄは、第１の表面積Ａｅを有する第１の主面４０ａ、反対側を向いた第２の主面４０ｂ、及び複数の空隙（図示せず）を有する多孔質電極４０を含む。多孔質電極は、長さＬｅ、幅Ｗｅ、及び厚さＴｅを有する。第１の表面領域Ａｅは、多孔質電極の投影表面積、すなわちＬｅ×Ｗｅで表してもよい。電極アセンブリは、ポリマーを含み第１の主面と実質的に平行である面積Ａｐ及び厚さＴｐを有する、不連続輸送保護層１０を更に含む。不連続輸送保護層１０は、第１の主面上に配置される。この例示的な実施形態において、不連続輸送保護層１０は、幅Ｗｈ（例えば径）、厚さＴｐ、及び面積Ａｈ（π［Ｗｈ／２］２に相当）を有する、開放領域１７（複数の貫通孔、第１の主面４０ａと実質的に垂直である円筒の軸を伴う円形の円筒、六角配列パターン）を含む、メッシュ構造体１５ａである。電極アセンブリは界面領域を更に含む。界面領域は、複数の空隙の少なくとも一部に埋め込まれたポリマーの一部、ポリマーの一部に埋め込まれた多孔質電極の一部、又はそれらの組み合せを含む。この例示的な実施形態において、電極アセンブリ１００ｄは界面領域９０を含む。界面領域９０は厚さＴｉを有し、不連続輸送保護層の開放領域１７（貫通孔）は界面領域９０を貫通して延びる。界面領域９０は、多孔質電極４０の複数の空隙の少なくとも一部に埋め込まれた、不連続輸送保護層１０のポリマーの一部を含む。いくつかの実施形態において、界面領域で、多孔質電極４０を構成する材料の一部は、不連続輸送保護層のポリマーによってカプセル化されてもよい。多孔質電極４０と隣接した不連続輸送保護層１０の主面全体が多孔質電極４０との界面領域を形成する場合、界面領域９０は、面積Ａｐと等しくあり得る面積ＡＩを有する。不連続輸送保護層１０の主面の一部のみが界面領域を形成する場合は、ＡＩはＡｐ未満であり、ＡＩは、界面領域を形成した輸送保護層の部分の個々の面積Ａｉの合計となる。不連続輸送保護層１０は、界面領域９０とは反対側を向いた主面１０ａを有する。
【００３３】
図１Ｉは、本開示の一実施形態による例示的な電極アセンブリの概略上面図であり、図１Ｊはそれに対応する、図１Ｉのライン１Ｊにおける概略側断面図である。電極アセンブリ１００ｅは、第１の表面積Ａｅを有する第１の主面４０ａ、反対側を向いた第２の主面４０ｂ、及び複数の空隙（図示せず）を有する多孔質電極４０を含む。多孔質電極は、長さＬｅ、幅Ｗｅ、及び厚さＴｅを有する。第１の表面領域Ａｅは、多孔質電極の投影表面積、すなわちＬｅ×Ｗｅで表してもよい。電極アセンブリは、ポリマーを含み第１の主面と実質的に平行である断面積Ａｐ及び厚さＴｐを有する、不連続輸送保護層１０を更に含む。不連続輸送保護層１０は、多孔質電極４０の第１の主面４０ａ上に配置される。この例示的な実施形態において、不連続輸送保護層１０は、幅Ｗｈ、厚さＴｐを有して、複数の開放領域１７（複数の貫通孔、第１の主面４０ａと実質的に垂直である円筒の軸を伴う正方形の円筒、方形グリッドアレイパターンの円筒）を含む、メッシュ構造体１５ａである。電極アセンブリは界面領域を更に含む。界面領域は、複数の空隙の少なくとも一部に埋め込まれたポリマーの一部、ポリマーの一部に埋め込まれた多孔質電極の一部、又はそれらの組み合せを含む。この例示的な実施形態において、電極アセンブリ１００ｅは界面領域９０を含む。界面領域９０は厚さＴｉを有し、不連続輸送保護層の開放領域１７（貫通孔）は界面領域９０を貫通して延びる。界面領域９０は、多孔質電極４０の複数の空隙の少なくとも一部に埋め込まれた、不連続輸送保護層１０のポリマーの一部を含む。いくつかの実施形態において、界面領域で、多孔質電極４０を構成する材料の一部は、不連続輸送保護層のポリマーによってカプセル化されてもよい。多孔質電極４０と隣接した不連続輸送保護層１０の主面全体が多孔質電極４０を伴う界面領域を形成する場合、界面領域９０は、面積Ａｐと等しくあり得る面積ＡＩを有する。不連続輸送保護層１０の主面の一部のみが界面領域を形成する場合は、ＡＩはＡｐ未満であり、ＡＩは、界面領域を形成した輸送保護層の部分の個々の面積Ａｉの合計となる。不連続輸送保護層１０は、界面領域９０とは反対側を向いた主面１０ａを有する。
【００３４】
図１Ｋは、本開示の一実施形態による例示的な電極アセンブリの概略上面図であり、図１Ｌはそれに対応する、図１Ｋのライン１Ｌにおける概略側断面図である。電極アセンブリ１００ｆは、第１の表面積Ａｅを有する第１の主面４０ａ、反対側を向いた第２の主面４０ｂ、及び複数の空隙（図示せず）を有する多孔質電極４０を含む。多孔質電極は、長さＬｅ、幅Ｗｅ、及び厚さＴｅを有する。第１の表面領域Ａｅは、多孔質電極の投影表面積、すなわちＬｅ×Ｗｅで表してもよい。電極アセンブリは、ポリマーを含んで第１の主面と実質的に平行である面積Ａｐ及び厚さ２Ｔｐを有する、不連続輸送保護層１０を更に含む。不連続輸送保護層１０は、多孔質電極４０の第１の主面４０ａ上に配置される。この例示的な実施形態において、不連続輸送保護層１０は、幅Ｗｈ、厚さ２Ｔｐを有して複数の開放領域１７（複数の貫通孔、第１の主面４０ａと実質的に垂直である円筒の軸を伴う正方形の円筒、方形グリッドアレイパターンの円筒）を含む、織布構造体１５ｂである。この特定の実施形態において、開放領域の高さは、織布構造体１５ｂを構成する経糸繊維及び横糸繊維の厚さの合計と等しく設定され得ることを理解されたい。図１Ｋ及び図１Ｌにおいて、経糸繊維及び横糸繊維の厚さは同じであると見なされるが、それは必要条件ではない。電極アセンブリは界面領域を更に含む。界面領域は、複数の空隙の少なくとも一部に埋め込まれたポリマーの一部、ポリマーの一部に埋め込まれた多孔質電極の一部、又はそれらの組み合せを含む。この例示的な実施形態において、電極アセンブリ１００ｆは界面領域９０を含む。界面領域９０は厚さＴｉを有し、不連続輸送保護層の開放領域１７（貫通孔）は界面領域９０を貫通して延びる。界面領域９０は、多孔質電極４０の複数の空隙の少なくとも一部に埋め込まれた、不連続輸送保護層１０のポリマーの一部を含む。いくつかの実施形態では、界面領域において、多孔質電極４０を構成する材料の一部は、不連続輸送保護層のポリマーによってカプセル化されてもよい。多孔質電極４０と隣接した不連続輸送保護層１０の主面全体が多孔質電極４０を伴う界面領域を形成する場合、界面領域９０は、面積Ａｐと等しくあり得る面積ＡＩを有する。不連続輸送保護層１０の主面の一部のみが界面領域を形成する場合は、ＡＩはＡｐ未満であり、ＡＩは、界面領域を形成した輸送保護層の部分の個々の面積Ａｉの合計となる。不連続輸送保護層１０は、界面領域９０とは反対側を向いた主面１０ａを有する。
【００３５】
図１Ｍは、本開示の一実施形態による例示的な電極アセンブリの概略上面図であり、図１Ｎはそれに対応する概略側断面図である。電極アセンブリ１００ｇは、第１の表面積Ａｅを有する第１の主面４０ａ、反対側を向いた第２の主面４０ｂ、及び複数の空隙（図示せず）を有する多孔質電極４０を含む。多孔質電極は、長さＬｅ、幅Ｗｅ、及び厚さＴｅを有する。第１の表面領域Ａｅは、多孔質電極の投影表面積、すなわちＬｅ×Ｗｅで表してもよい。電極アセンブリは、ポリマーを含み、第１の主面と実質的に平行である面積Ａｐ及び厚さＴｐを有する、不連続輸送保護層１０を更に含む。不連続輸送保護層１０は、多孔質電極４０の第１の主面４０ａ上に配置される。この例示的な実施形態において、不連続輸送保護層１０は、開放領域１７を含む不織布構造体１５ｃである。そのランダムな構造のために、不織布の断面積Ａｐは測定するには若干曖昧であり、以降では計算された値が用いられてもよい。不織布の断面積Ａｐの平均値を次式から算出してもよい。
Ａｐ＝Ｍｐ／（Ｄｐ×Ｔｐ）
式中、
Ｍｐは、（所与の面積内の）不織布のポリマーの質量である。
Ｄｐは、不織布を形成するために用いるポリマーの密度である。
Ｔｐは、（所与の面積内の）不織布の厚みである。
【００３６】
不織布が複数の繊維タイプを含む場合、密度Ｄｐは、不織布を構成する繊維の、不織布に存在する質量含有率によって調整された平均密度に基づいたものとなる。Ｄｐは、当技術分野における公知の技術を使用して測定することもできる。厚さＴｐが均一でない場合は、厚さの平均値を使用してよい。
【００３７】
上記の式を一般化して、本開示の任意の不連続輸送保護層の断面積Ａｐの平均値を計算してもよい。ここで、Ｍｐは不連続輸送保護層のポリマーの質量、Ｄｐは不連続輸送保護層のポリマーの密度、及びＴｐは不連続輸送保護層の厚さである。Ｄｐは、当技術分野における公知の技術を使用して測定することができる。厚さＴｐが均一でない場合は、厚さの平均値を使用してよい。いくつかの実施形態において、Ａｐは計算された断面積の平均値、Ａｐ＝Ｍｐ／（Ｄｐ×Ｔｐ）であってもよく、パラメータは上記の定義による。
【００３８】
電極アセンブリは界面領域を更に含む。界面領域は、複数の空隙の少なくとも一部に埋め込まれたポリマーの一部、ポリマーの一部に埋め込まれた多孔質電極の一部、又はそれらの組み合せを含む。この例示的な実施形態において、電極アセンブリ１００ｇは界面領域９０を含む。界面領域９０は、厚さＴｉを有する。界面領域９０は、多孔質電極４０の複数の空隙の少なくとも一部に埋め込まれた、不連続輸送保護層１０のポリマーの一部を含む。いくつかの実施形態において、界面領域で、多孔質電極４０を構成する材料の一部は、不連続輸送保護層のポリマーによって囲まれてよく、及び／又は接触してもよい。多孔質電極４０と隣接した不連続輸送保護層１０の主面全体が多孔質電極４０との界面領域を形成する場合、界面領域９０は、面積Ａｐと等しくあり得る表面積ＡＩを有する。不連続輸送保護層１０の主面の一部のみが界面領域を形成する場合、ＡＩはＡｐ未満であり、ＡＩは、界面領域を形成した輸送保護層の部分の個々の面積Ａｉの合計となる。不連続輸送保護層１０は、界面領域９０とは反対側を向いた主面１０ａを有する。
【００３９】
図１Ｎに示されるように、電極アセンブリ１００ｇは、１つ以上の任意の剥離ライナー３０、３２を更に含んでもよい。任意の剥離ライナー３０及び３２は、例えば膜電極アセンブリ、電気化学セル、及び液体フロー電池を作製するために使用されるまで、不連続輸送保護層の外面及び多孔質電極を埃及びごみから保護するために、電極アセンブリに残してもよい。剥離ライナーはまた、機械的支持をもたらし、使用前に、不連続輸送保護層及び多孔質電極の裂傷、及び／又はそれらの表面の擦傷を防ぐことができる。当技術分野において公知である従来の剥離ライナーを、任意の剥離ライナー３０及び３２に使用することができる。任意の剥離ライナー３０及び３２は、図１Ｍには示されない。
【００４０】
本開示の電極アセンブリのいずれかは、図１Ｎに記載されるように、任意の剥離ライナーを含んでもよい。
【００４１】
本開示の電極アセンブリは、不連続輸送保護層を含む。「不連続」とは、輸送保護層が、不連続輸送保護層の第１の主面と第２の主面との間の流体連通を可能にする、少なくとも１つの開放領域及び／又は複数の開放領域を含むことを意味する。不連続輸送保護層は、図１Ａ〜図１Ｆの個別の構造体１５などの複数の個別の構造体と、図１Ｇ〜図１Ｊのメッシュ構造体１５ａなどのメッシュ構造体と、図１Ｋ及び図１Ｌの織布構造体１５ｂなどの織布構造体と、図１Ｍ及び図１Ｎの不織布構造体１５ｃなどの不織布構造体とのうちの、少なくとも１つを含み得る。不連続輸送保護層は、構造体の組み合せを含んでもよい。不連続輸送保護層の構造体のサイズ及び形状は、多孔質電極の第１の表面積Ａｅ、及び不連続輸送保護層の断面積Ａｐに関して、０．０２Ａｅ≦Ａｐ≦０．８５Ａｅの関係を満たす必要があることを除き、特に限定されない。いくつかの実施形態において、多孔質電極の第１の表面積Ａｅと、不連続輸送保護層の断面積Ａｐとの間の関係は、０．０２Ａｅ≦Ａｐ≦０．８５Ａｅ、０．０２Ａｅ≦Ａｐ≦０．７Ａｅ、０．０２Ａｅ≦Ａｐ≦０．６Ａｅ、０．０２Ａｅ≦Ａｐ≦０．５Ａｅ、０．０２Ａｅ≦Ａｐ≦０．３Ａｅ、０．０５Ａｅ≦Ａｐ≦０．８５Ａｅ、０．０５Ａｅ≦Ａｐ≦０．７Ａｅ、０．０５Ａｅ≦Ａｐ≦０．６Ａｅ、０．０５Ａｅ≦Ａｐ≦０．５Ａｅ、０．０５Ａｅ≦Ａｐ≦０．３Ａｅ、０．１０Ａｅ≦Ａｐ≦０．８５Ａｅ、０．１０Ａｅ≦Ａｐ≦０．７Ａｅ、０．１０Ａｅ≦Ａｐ≦０．６Ａｅ、０．１０Ａｅ≦Ａｐ≦０．５Ａｅ、又は更には０．１０Ａｅ≦Ａｐ≦０．３Ａｅであってもよい。
【００４２】
不連続輸送保護層は、ポリマーを含む。不連続輸送保護層のポリマーは、特に限定されない。しかし、使用中に露出され得る、陽極液及び／又は陰極液中のポリマーの長期間にわたる安定を確実にするために、不連続輸送保護層のポリマーは、関連する溶媒、酸化／還元活性種、塩及び／又はそれらに含まれる他の添加物を含む陽極液及び／又は陰極液に対して良好な耐化学薬品性を有するように選択され得る。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、熱可塑性物質及び熱硬化性物質のうちの少なくとも１つを含み得る。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、熱可塑性物質を含んでもよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは熱硬化性物質を含んでもよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、熱可塑性物質を主成分とすることができる。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、熱硬化性物質を主成分とすることができる。熱可塑性物質は、熱可塑性エラストマーを含み得る。熱硬化性物質は、例えば最終硬化後のＢステージの熱硬化物質など、Ｂステージの熱硬化物質を含み得る。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、熱可塑性物質及びＢステージの熱硬化性物質のうちの少なくとも１つを含み得る。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、例えば最終硬化後のＢステージの熱硬化物質など、Ｂステージの熱硬化物質を主成分とすることができる。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、イオン性ポリマー、ポリウレタン、ユリアホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、例えばポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレン等のポリオレフィン、例えばスチレン−ブタジエン−スチレン等のスチレン並びにスチレン系ランダムコポリマー及びブロックコポリマー、ポリ塩化ビニル、並びに例えばポリフッ化ビニリデン及びポリテトラフルオロエチレン等のフッ素化ポリマー類のうちの少なくとも１つを含み得るが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリオレフィン、スチレン並びにスチレン系ランダムコポリマー及びブロックコポリマー、ポリ塩化ビニル、並びにフッ素化ポリマーのうちの少なくとも１つであってよい。不連続輸送保護層のポリマーは、ポリマーブレンド又はポリマー複合体であってよい。いくつかの実施形態において、ポリマーブレンド及び／又はポリマー複合体は、本開示のポリマーから選択される少なくとも２種のポリマーを含み得る。
【００４３】
いくつかの実施形態において、ポリマーを含む不連続輸送保護層は、例えば、無機織布構造体、及び／又はガラス繊維などの無機繊維を含む無機不織布構造体などの無機材料を含み得る。これらの実施形態において、無機織布構造体及び無機不織布構造体は、ポリマーコーティングを含んでもよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、約５重量％〜約１００重量％、約１０重量％〜約１００重量％、約２０重量％〜約１００重量％、約３０重量％〜約１００重量％、約４０重量％〜約１００重量％、約５０重量％〜約１００重量％、約６０重量％〜約１００重量％、約７０重量％〜１００重量％、又は更には約８０重量％〜約１００重量％のポリマーを含む。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、低コスト、低重量、及び処理の容易さのうちの少なくとも１つのために、少なくとも約７０重量％〜１００重量％のポリマーを含むことが望ましいことがある。
【００４４】
いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、約５０℃〜約４００℃、約５０℃〜約３５０℃、約５０℃〜約３００℃、又は更には約５０℃〜約２５０℃の軟化温度を有する。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、２５℃、３０℃、４０℃、又は更には５０℃でも非粘着性である。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、約０重量％〜約１５重量％、約０重量％〜約１０重量％、約０重量％〜約５重量％、約０重量％〜約３重量％、約０重量％〜約１重量％、又は更には実質的に０重量％の感圧性接着剤を、ポリマーブレンドの形態で含有する。感圧性接着剤などの低率の弾性及び／又は高粘弾性材料は、電気化学セル又は液体フロー電池内の圧縮力によって使用中に流れることがあり、セル又は電池構成要素同士の間の所望の分離を得ることを困難にすることがある。いくつかの実施形態において、電極アセンブリ及び／又は膜電極アセンブリは、実質的に感圧性接着剤及び／又は感圧性接着層を含まない。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーの係数、例えばヤング率は、約０．０１０ＧＰａ〜約１０ＧＰａ、約０．１ＧＰａ〜約１０ＧＰａ、約０．５ＧＰａ〜約１０ＧＰａ、約０．０１０ＧＰａ〜約５ＧＰａ、約０．１ＧＰａ〜約５ＧＰａ、又は更には約０．５ＧＰａ〜約５ＧＰａであってよい。
【００４５】
不連続輸送保護層のポリマーは、イオン性ポリマーであってもよい。イオン性ポリマーとして、イオン交換樹脂、イオノマー樹脂及びこれらの組み合せが挙げられるが、これらに限定されない。イオン交換樹脂が特に有用であり得る。不連続輸送保護層のイオン性ポリマーは、繰り返し単位の一部が電気的に中性であり、繰り返し単位の一部がイオン性官能基すなわちイオン性繰り返し単位を有するポリマーを含んでもよい。いくつかの実施形態において、イオン性ポリマーは、イオン性官能基を有する繰り返し単位のモル分率が、約０．００５〜約１である。
【００４６】
イオン性ポリマーは、従来技術で改変された従来の熱可塑性物質及び熱硬化性物質を含み、例えば陰イオン及び／又は陽イオンのイオン性官能基のタイプのうちの少なくとも１つを含み得る。改変され得る有用な熱可塑性樹脂は、例えば高分子量ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレンなどのポリエチレン、例えば高分子量のポリプロピレンなどのポリプロピレン、ポリスチレン、例えばアルカリ金属に交換された酸官能基を有し得るアクリル酸をベースにしたポリアクリレートなどのポリ（メタ）アクリレート、塩素化ポリ塩化ビニル、例えば過フッ化フルオロポリマー及び各々が半結晶及び／又は非結晶であり得るポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）及びフッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）など部分的にフッ化されたフルオロポリマーなどのフルオロポリマー、ポリエーテルイミド、並びにポリケトンのうちの少なくとも１つを含むが、これらに限定されない。有用な熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン、ユリアホルムアデヒド樹脂及びメラミン樹脂のうち少なくとも１つ含むが、これらに限定されない。イオン性ポリマーとして、イオン交換樹脂、イオノマー樹脂及びこれらの組み合せが挙げられるが、これらに限定されない。イオン交換樹脂が特に有用であり得る。
【００４７】
本明細書で定義されるように、イオン性ポリマーは、繰り返し単位の一部が電気的に中性であり、繰り返し単位の一部がイオン性官能基を有するポリマーを含む。いくつかの実施形態において、イオン性ポリマーは、イオン性官能基を有する繰り返し単位のモル分率が約０．００５〜１である。いくつかの実施形態において、イオン性ポリマーは陽イオン樹脂、すなわち、そのイオン性官能基が負の電荷を有して、陽イオン例えばプロトンの移動を促進する。任意で、陽イオン樹脂はプロトン陽イオン樹脂である。いくつかの実施形態では、イオン性ポリマーは陰イオン交換樹脂、すなわち、そのイオン性官能基が正の電荷を有し、陰イオンの移動を促進する。イオン性ポリマーのイオン性官能基としては、カルボキシレート基、スルホネート基、スルホンアミド基、四級アンモニウム基、チウロニウム基、グアニジニウム基、イミダゾリウム基及びピリジニウム基が挙げることができるが、これらに限定されない。イオン性ポリマーに、イオン性官能基の組み合せを使用してもよい。
【００４８】
イオノマー樹脂は、繰り返し単位の一部が電気的に中性であり、繰り返し単位の一部がイオン性官能基を有する樹脂を含む。本明細書で定義されるように、イオノマー樹脂は、イオン性官能基を有する繰り返し単位のモル分率が約０．１５以下である樹脂と見なされる。いくつかの実施形態において、イオノマー樹脂は、イオン性官能基を有する繰り返し単位のモル分率が、約０．００５〜約０．１５、約０．０１〜約０．１５、又は更には約０．０３〜約０．１５である。いくつかの実施形態において、イオノマー樹脂は、陽極液及び陰極液のうち少なくとも１つに不溶である。イオノマー樹脂のイオン性官能基としては、カルボキシレート基、スルホネート基、スルホンアミド基、四級アンモニウム基、チウロニウム基、グアニジニウム基、イミダゾリウム基及びピリジニウム基を挙げることができるが、これらに限定されない。イオノマー樹脂にイオン性官能基の組み合せを使用してもよい。イオノマー樹脂の混合物を用いてもよい。イオノマー樹脂は、陽イオン樹脂又は陰イオン樹脂であってもよい。有用なイオノマー樹脂として、限定はしないが、デラウェア州ウィルミントンのＤｕｐｏｎｔ社から入手可能なＮＡＦＩＯＮと、ベルギー国ブリュッセルのＳＯＬＶＡＹ社から入手可能なパーフルオロスルホン酸であるＡＱＵＩＶＩＯＮと、日本国東京の旭硝子社のフルオロポリマーイオン交換樹脂であるＦＬＥＭＩＯＮ及びＳＥＬＥＭＩＯＮと、独国Ｂｉｅｔｉｇｈｅｉｍ−ＢｉｓｓｉｎｇｅｎのＦｕｍａｔｅｋ社から入手可能な、ＦＫＳ、ＦＫＢ、ＦＫＬ、ＦＫＥ陽イオン交換樹脂並びにＦＡＢ、ＦＡＡ、ＦＡＰ、及びＦＡＤ陰イオン交換樹脂を含むＦＵＭＡＳＥＰイオン交換樹脂と、ミネソタ州セントポールの３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から粉末又は水溶液として、「３Ｍ８２５ＥＷ」の登録商標で入手可能な、８２５当量を有するポリベンゾイミダゾール，パーフルオロスルホン酸イオノマーと、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から粉末又は水溶液として、「３Ｍ７２５ＥＷ」の登録商標で入手可能な、７２５当量を有するパーフルオロスルホン酸イオノマーと、その全体が本明細書に参照として組み込まれている、米国特許第７，３４８，０８８号に記載されているイオン交換材料及び膜と、が挙げられる。
【００４９】
イオン交換樹脂は、繰り返し単位の一部が電気的に中性であり、繰り返し単位の一部がイオン性官能基を有する樹脂を含む。本明細書中に定義されるように、イオン交換樹脂は、イオン性官能基を有する繰り返し単位のモル分率が約０．１５より大きく約１．００未満である樹脂と見なされる。いくつかの実施形態では、イオン交換樹脂は、イオン性官能基を有する繰り返し単位のモル分率が、約０．１５より大きく約０．９０未満、約０．１５より大きく約０．８０未満、約０．１５より大きく約０．７０未満、約０．３０より大きく約０．９０未満、約０．３０より大きく約０．８０未満、約０．３０より大きく約０．７０未満、約０．４５より大きく約０．９０未満、約０．４５より大きく約０．８０未満、及び更には約０．４５より大きく約０．７０未満である。イオン交換樹脂は、陽イオン交換樹脂であってもよく、又は陰イオン交換樹脂であってもよい。イオン交換樹脂は、任意で、プロトンイオン交換樹脂であってもよい。イオン交換樹脂のタイプは、例えばイオン交換膜など、イオン透過膜を介して陽極液と陰極液との間で移動される必要がある、イオンのタイプに基づいて選択してもよい。いくつかの実施形態において、イオン交換樹脂は、陽極液及び陰極液のうちの少なくとも１つに不溶である。イオン交換樹脂のイオン性官能基としては、カルボキシレート基、スルホネート基、スルホンアミド基、四級アンモニウム基、チウロニウム基、グアニジニウム基、イミダゾリウム基、及びピリジニウム基が挙げられ得るが、これらに限定されない。イオン交換樹脂にイオン性官能基の組み合せを使用してもよい。イオン交換樹脂の混合物を用いてもよい。有用なイオン交換樹脂としては、フッ素化イオン交換樹脂、例えば、パーフルオロスルホン酸コポリマー及びパーフルオロスルホンイミドコポリマー、スルホン化ポリスルホン、四級アンモニウム基を含むポリマー又はコポリマー、グアニジニウム基若しくはチウロニウム基のうち少なくとも１つを含むポリマー又はコポリマー、イミダゾリウム基を含むポリマー又はコポリマー、ピリジニウム基を含むポリマー又はコポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。このイオン性ポリマーは、イオノマー樹脂とイオン交換樹脂との混合物であってもよい。
【００５０】
不連続輸送保護層のポリマーは、例えばイオン性官能基を有する繰り返し単位のモル分率が、約０．０３〜約１、約０．０５〜約１、約０．１０〜１、約０．０３〜約０．８、約０．０５〜０．８０、又は更には約０．１〜０．８０である、本明細書で先に開示したイオン性ポリマーなどの親水性ポリマーを含んでもよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、約５重量％〜約１００重量％、約１０重量％〜１００重量％、約２５重量％〜約１００重量％、約５重量％〜約８０重量％、約１０重量％〜８０重量％、約２５重量％〜約８０重量％、約５重量％〜約６０重量％、約１０重量％〜約６０重量％、又は更には約２５重量％〜約６０重量％の親水性ポリマーを含む。いくつかの実施形態において、親水性ポリマーを、ポリマーブレンドとしてポリマーに含んでもよく、又はポリマーコーティングとして含んでもよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、親水性ポリマーコーティングを含む。当技術分野で公知である、使用され得る親水性ポリマーとして、ポリアクリル酸と、ポリメタクリル酸と、ポリビニルアルコールと、ポリビニルアセテートと、ポリエチレングリコールと、ポリエチレンオキシドと、ポリプロピレンオキシドと、ポリアクリルアミドと、無水マレイン酸ポリマーと、セルロースポリマーと、高分子電解質並びに主鎖又は側鎖にアミン基、例えばナイロン６，６、ナイロン７，７、及びナイロン１２を伴うポリマーと、ポリスルホンと、エポキシと、ポリエステルと、ポリカーボネートと、が挙げられるが、これらに限定されない。
【００５１】
いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は親水性コーティングを含む。親水性コーティングは、有機材料又は無機材料であってよい。親水性コーティングは、高分子量分子種（１００００ｇ／ｍｏｌより大きい数平均分子量）、オリゴマー分子種（１０００ｇ／ｍｏｌより大きく１００００ｇ／ｍｏｌ未満の数平均分子量）、低分子量分子種（１０００ｇ／ｍｏｌ以下で２０ｇ／ｍｏｌ以上の数平均分子量）、及びそれらの組み合せのうちの少なくとも１つを含み得る。親水性コーティングは、例えば酸、ヒドロキシル、エステル、エーテル及び／又はアミンなど、１つ以上の極性官能基を含む分子種を含むことができる。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層の親水性ポリマー及び／又は親水性コーティングは、約９０°〜０°、約８５°〜約０°、約７０°〜約０°、約５０°〜約０°、約３０°〜約０°、約２０°〜約０°、又は更には約１０°〜約０°の、水、陰極液及び／若しくは陽極液との表面接触角を有してもよい。接触角は、後退接触角測定及び前進接触角測定を含む、公知の技術で測定することができる。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層の親水性ポリマー及び／又は親水性コーティングは、約９０°〜０°、約８５°〜約０°、約７０°〜約０°、約５０°〜約０°、約３０°〜約０°、約２０°〜約０°、又は更には約１０°〜約０°の、水、陰極液及び／若しくは陽極液との後退接触角を有してもよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層の親水性ポリマー及び／又は親水性コーティングは、約９０°〜０°、約８５°〜約０°、約７０°〜約０°、約５０°〜約０°、約３０°〜約０°、約２０°〜約０°、又は更には約１０°〜約０°の、水、陰極液及び／若しくは陽極液との前進接触角を有してもよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、約９０°〜０°、約８５°〜約０°、約７０°〜約０°、約５０°〜約０°、約３０°〜約０°、約２０°〜約０°若しくは更には約１０°〜約０°の、水、陰極液及び／若しくは陽極液との前進接触角並びに／又は後退接触角を有してもよい。不連続輸送保護層のための親水性ポリマー及び／又は親水コーティングの使用は、例えば陽極液及び／又は陰極液の流れなどの、層を介した液体輸送を改善し、電気化学セル及び／又は液体フロー電池の性能を改善し得る。
【００５２】
不連続輸送保護層のポリマーは、空隙又は孔を実質的に含まない中実であってもよい。例えば、図１Ａ及び図１Ｂの個別の構造体１５は、各々ポリマーから形成されてもよく、このポリマーは空隙又は孔を実質的に含まない中実であってもよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、約０〜約５体積％の多孔率、約０体積％〜約３体積％の多孔率、又は更には約０体積％〜約１体積％の多孔率を有する。いくつかの実施形態において、電気化学セル又は液体フロー電池で使用する際に存在する圧縮力により良好に抵抗することができ、及び／又は、例えば多孔質電極とイオン透過膜との間など、構成要素間の所望の間隔を維持することができる、より高い弾性率の材料を準備するために、不連続輸送保護層のポリマー内に低い多孔率を維持することが望ましいことがある。
【００５３】
いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は非導電性である。不連続輸送保護層は、少量の導電性材料又は他の充填剤、例えば非導電性微粒子を含有してよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、導電性微粒子及び非導電性微粒子のうちの少なくとも１つを、約０重量％〜約５重量％、約０〜約３重量％、約０〜約１重量％、又は更には実質的に０重量％を含有する。
【００５４】
不連続輸送保護層の厚さＴｐは、特に限定されない。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層の厚さ、例えば複数の個別の構造体と、メッシュ構造体と、織布構造体と、不織布構造体のうちの少なくとも１つの厚さは、約０．０５ミクロン〜約３０００ミクロン、約０．０５ミクロン〜約２０００ミクロン、約０．０５ミクロン〜約１０００ミクロン、約０．０５ミクロン〜約５００ミクロン、約１ミクロン〜約３０００ミクロン、約１ミクロン〜約２０００ミクロン、約１ミクロン〜約１０００ミクロン、約１ミクロン〜約５００ミクロン、約１０ミクロン〜約３０００ミクロン、約１０ミクロン〜約２０００ミクロン、約１０ミクロン〜約１０００ミクロン、約１０ミクロン〜約５００ミクロン、約５０ミクロン〜約３０００ミクロン、約５０ミクロン〜約２０００ミクロン、約５０ミクロン〜約１０００ミクロン、又は更には約５０ミクロン〜約５００ミクロンである。
【００５５】
いくつかの実施形態において、セル又は電池の短絡に対する抵抗性（例えば、イオン透過膜の炭素繊維貫入に関連付けられた）を最大にするために、より厚い不連続輸送保護層を有することが望ましいことがある。これらの実施形態において、不連続輸送保護層の厚さは、上述した厚さの範囲の上端のものであってよい。例えば、不連続輸送保護層の厚さは、約２５ミクロン〜約３０００ミクロン、約２５ミクロン〜約２０００ミクロン、約２５ミクロン〜約１０００ミクロン、約２５ミクロン〜約５００ミクロン、約５０ミクロン〜約３０００ミクロン、約５０ミクロン〜約２０００ミクロン、約５０ミクロン〜約１０００ミクロン、約５０ミクロン〜約５００ミクロン、約７５ミクロン〜約３０００ミクロン、約７５ミクロン〜約２０００ミクロン、約７５ミクロン〜約１０００ミクロン、約７５ミクロン〜約５００ミクロン、約１００ミクロン〜約３０００ミクロン、約１００ミクロン〜約２０００ミクロン、約１００ミクロン〜約１０００ミクロン、又は更には約１００ミクロン〜約５００ミクロンであってもよい。
【００５６】
いくつかの実施形態において、セル抵抗及び／又は短絡抵抗を強化するため、多孔質保護層の厚さは、約２５ミクロン〜約５００ミクロン、約５０ミクロン〜約５００ミクロン、約７５ミクロン〜約５００ミクロン、約１００ミクロン〜約５００ミクロン、約２５ミクロン〜約４００ミクロン、約５０ミクロン〜約４００ミクロン、約７５ミクロン〜約４００ミクロン、約１００ミクロン〜約４００ミクロン、約２５ミクロン〜約３００ミクロン、約５０ミクロン〜約３００ミクロン、約７５ミクロン〜約３００ミクロン、又は更には約１００ミクロン〜約３００ミクロンであってよい。
【００５７】
いくつかの実施形態において、セル抵抗を向上させる（セル抵抗を低下させる）ために、より薄い不連続輸送保護層を有することが望ましいことがある。これらの実施形態において、不連続輸送保護層の厚さは、上述した厚さの範囲の下端のものであってよく、約２５ミクロン〜約５００ミクロン、約５０ミクロン〜約５００ミクロン、約７５ミクロン〜約５００ミクロン、約１００ミクロン〜約５００ミクロン、約２５ミクロン〜約４００ミクロン、約５０ミクロン〜約４００ミクロン、約７５ミクロン〜約４００ミクロン、約１００ミクロン〜約４００ミクロン、約２５ミクロン〜約３００ミクロン、約５０ミクロン〜約３００ミクロン、約７５ミクロン〜約３００ミクロン、又は更には約１００ミクロン〜約３００ミクロンであってよい。
【００５８】
いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、複数の個別の構造体、メッシュ構造、織布構造体、及び不織布構造体のうちの少なくとも１つを含むことができ、構造体の組み合せを使用してもよい。個別の構造体は、互いに独立していることを特徴とする。これらの間には相互連結したポリマー材料は存在せず、例えば、ランド部すなわち個別の構造体を連結するポリマーの薄いフィルムは存在しない。複数の個別の構造体の形状は、特に限定されない。複数の個別の構造体の形状として、限定ではないが、円筒、半球体、立方体、直方柱、三角柱、六角柱、三角錐、四、五及び六角錐、切頭角錐、円錐、切頭円錐、例えば直線、波線、非交差線、非交差直線、非交差波線、平行線、平行直線、平行波線などのラインが挙げられる。個別の構造体がラインの形態である場合、ラインの断面形状は任意の形状でよい。複数の個別の構造体は、形状の組み合せを含むことができる。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層の複数の個別の構造体はランダムに配置してもよく、又は例えば繰り返しパターンなどのパターンで配置してもよい。パターンとして、正方配列、六方配列、等ピッチの平行線のパターンなどが挙げられるが、これらに限定されない。パターンの組み合せを用いてもよい。
【００５９】
不連続輸送保護層の複数の個別の構造体のサイズは、特に限定されない。いくつかの実施形態において、個別の構造体は、約１０ミクロン〜約５０００ミクロン、約１０ミクロン〜約３０００ミクロン、約１０ミクロン〜約１０００ミクロン、約１０ミクロン〜約５００ミクロン、約３０ミクロン〜約５０００ミクロン、約３０ミクロン〜約３０００ミクロン、約３０ミクロン〜約１０００ミクロン、約３０ミクロン〜約５００ミクロン、約５０ミクロン〜約５０００ミクロン、約５０ミクロン〜約３０００ミクロン、約５０ミクロン〜約１０００ミクロン、約５０ミクロン〜約５００ミクロン、約１００ミクロン〜約５０００ミクロン、約１００ミクロン〜約３０００ミクロン、約１００ミクロン〜約１０００ミクロン、又は更には約１００ミクロン〜約５００ミクロンの最長寸法、例えば長さ、幅、又は厚さを有する。
【００６０】
いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、複数の非交差連続ラインを含む。いくつかの実施形態において、複数の非交差連続ラインは、約２ｃｍ〜約１００ｃｍ、約５ｃｍ〜約１００ｃｍ、約１０ｃｍ〜約１００ｃｍ、約２ｃｍ〜概ね多孔質電極の長さ、約５ｃｍ〜概ね多孔質電極の長さ、又は更には１０ｃｍ〜概ね多孔質電極の長さである、長さスケールにわたって実質的に平行である。いくつかの実施形態において、複数の非交差連続ラインは直線である。いくつかの実施形態において、複数の非交差連続ラインは曲線である。いくつかの実施形態において、複数の非交差連続ラインは、約０．３ｍｍ〜約１１ｍｍ、約０．５ｍｍ〜約１１ｍｍ、約１．０ｍｍ〜約１１ｍｍ、約０．３ｍｍ〜約９ｍｍ、約０．５ｍｍ〜約９ｍｍ、約１．０ｍｍ〜約９ｍｍ、約０．３ｍｍ〜約７ｍｍ、約０．５ｍｍ〜約７ｍｍ、又は更には約１．０ｍｍ〜約７ｍｍのピッチを有する。いくつかの実施形態において、このピッチは隣接するライン同士の間で同じであってもよい。いくつかの実施形態において、このピッチは２つ以上の隣接するライン同士の間で変化してもよい。いくつかの実施形態において、複数の非交差連続ラインは、約０．０１ｍｍ〜約１０ｍｍ、約０．０２５ｍｍ〜約１０ｍｍ、約０．０５ｍｍ〜約１０ｍｍ、約０．１ｍｍ〜約１０ｍｍ、約０．３ｍｍ〜約１０ｍｍ、約０．５ｍｍ〜約１０ｍｍ、約１ｍｍ〜約１０ｍｍ、０．０１ｍｍ〜約８ｍｍ、０．０２５ｍｍ〜約８ｍｍ、０．０５ｍｍ〜約８ｍｍ、約０．１ｍｍ〜約８ｍｍ、約０．３ｍｍ〜約８ｍｍ、約０．５ｍｍ〜約８ｍｍ、約１ｍｍ〜約８ｍｍ、０．０１ｍｍ〜約６ｍｍ、０．０２５ｍｍ〜約６ｍｍ、０．０５ｍｍ〜約６ｍｍ、約０．１ｍｍ〜約６ｍｍ、約０．３ｍｍ〜約６ｍｍ、約０．５ｍｍ〜約６ｍｍ、約１ｍｍ〜約６ｍｍ、又は更には約１０ミクロン〜約１０００ミクロンの幅を有する。ラインの幅は同じでもよく、又は変化してもよい。
【００６１】
個別の構造体は、限定しないが、押出し成形、３Ｄプリンティング、セグメント化された転写テープを用いた転写積層、マイクロ複製などを含む、当技術分野で公知である様々な技術によって作製され得る。
【００６２】
いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、メッシュ構造（図１Ｉ及び図１Ｊ参照）を含むことができる。メッシュ構造体は、例えば複数の貫通孔など、複数の開放領域を有する連続シート又は層を含む。メッシュ構造体は、例えば、複数の貫通孔を有するポリマーフィルムを含むことができる。本開示のメッシュ構造体は、従来の織布及び不織布構造体すなわち織布基材及び不織布基材を含まない。メッシュ構造体の複数の開放領域の形状は、特に限定されず、円形、楕円形、不規則な多角形、規則的な多角形、例えば三角形、四角形（正方形、矩形、菱形、台形）、五角形、六角形、八角形が挙げられるが、これらに限定しない。形状の組み合せを用いてもよい。いくつかの実施形態において、メッシュ構造体の複数の開放領域は、約１０ミクロン〜約１０ｍｍ、５０ミクロン〜約１０ｍｍ、１００ミクロン〜１０ｍｍ、約２００ミクロン〜約１０ｍｍ、約５００ミクロン〜約１０ｍｍ、約１０００ミクロン〜約１０ｍｍ、１０ミクロン〜約８ｍｍ、５０ミクロン〜約８ｍｍ、約１００ミクロン〜約８ｍｍ、約２００ミクロン〜約８ｍｍ、約５００ミクロン〜約８ｍｍ、約１０００ミクロン〜約８ｍｍ、１０ミクロン〜約６ｍｍ、５０ミクロン〜約６ｍｍ、約１００ミクロン〜約６ｍｍ、約２００ミクロン〜約６ｍｍ、約５００ミクロン〜約６ｍｍ、約１０００ミクロン〜約６ｍｍ、又は更には約１０ミクロン〜約１０００ミクロンの長さ及び／又は幅を有してよい。複数の開放領域の深さは、上述したように不連続輸送保護層の厚さＴｐに対応してもよい。各開放領域の寸法すなわち長さ、幅及び／又は深さは、実質的に同一であってもよく、又は異なっていてもよい。メッシュ構造体の複数の開放領域は、ランダムであってもよく、パターンであってもよい。パターンとして、正方配列、及び六方配列等が挙げられるが、これらに限定されない。パターンの組み合せを用いてもよい。
【００６３】
メッシュ構造体は、当技術分野の公知の技術によって作製され得る。例えば、ポリマーフィルムは押出し成形プロセスによって作製することができ、複数の開放領域が、限定しないが、ダイカット、レーザ切断、ウォータージェット切断、ニードルパンチ、エッチングなど、当技術分野で公知の技術を介してポリマーフィルムに形成することができる。メッシュ構造体もまた押出し成形プロセスによって形成することができる。押出し成形プロセスは、例えば、互いに実質的に平行なポリマーのストランドの第１のセットが、多孔質電極上で１つの方向で押出され、互いに実質的に平行で更にストランドの第１のセットに対して角度θだけオフセットされた、ポリマーストランドの第２のセットが、多孔質電極上に押出され、それによってメッシュ構造体を形成する。θは、約５°〜約９０°、約１５°〜約９０°、約３０°〜約９０°、又は更には約４５°〜約９０°であってよい。
【００６４】
いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、織布構造体、すなわち複数の開放領域を有する織布基材（図１Ｋ及び図１Ｌを参照）を含んでもよい。当技術分野で公知である従来の織布構造体、例えば織物布及び織布が使用され得る。いくつかの実施形態において、織布構造体の複数の開放領域は、約１０ミクロン〜約１０ｍｍ、約５０ミクロン〜約１０ｍｍ、約１００ミクロン〜約１０ｍｍ、約２００ミクロン〜約１０ｍｍ、約５００ミクロン〜約１０ｍｍ、約１０００ミクロン〜約１０ｍｍ、約１０ミクロン〜約８ｍｍ、約５０ミクロン〜約８ｍｍ、約１００ミクロン〜約８ｍｍ、約２００ミクロン〜約８ｍｍ、約５００ミクロン〜約８ｍｍ、約１０００ミクロン〜約８ｍｍ、約１０ミクロン〜約６ｍｍ、約５０ミクロン〜約６ｍｍ、約１００ミクロン〜約６ｍｍ、約２００ミクロン〜約６ｍｍ、約５００ミクロン〜約６ｍｍ、約１０００ミクロン〜約６ｍｍの長さ及び／又は幅を有してよい。複数の開放領域の深さは、前述したように不連続輸送保護層の厚さＴｐに対応し得る。
【００６５】
いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、不織布構造体、すなわち実質的に相互連結した開放領域を有する不織布基材（図１Ｍ及び図１Ｎを参照）を含んでもよい。例えば不織布紙、不織布フェルト、及び不織布ウェブなど、当技術分野で公知である従来の不織布構造体が使用され得る。
【００６６】
本開示における不連続輸送保護層の織布及び不織布構造体は、非導電性の構造体であってもよい。不連続輸送保護層の織布及び不織布構造体は、一般に繊維を含む。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、非導電性の織布構造体を含み、非導電性の不織布構造体を含まない。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、非導電性の不織布構造体を含み、非導電性の織布構造体を含まない。不連続輸送保護層における、非導電性の織布及び不織布構造体は、ポリマーを含み、任意で無機物を含み得る。織布及び不織布構造体は、非導電性ポリマー材料を含んでよく、任意で非導電性の無機材料を含み得る。非導電性の織布基材及び不織布基材は、例えば複数の繊維など、繊維を含んでよい。織布及び不織布構造体は、例えば非導電性ポリマー繊維などのポリマー繊維から、及び任意で、例えば非導電性の無機繊維などの無機繊維から作製され得る。いくつかの実施形態において、織布及び不織布構造体は、ポリマー繊維を含み、無機繊維を除外してよい。
【００６７】
いくつかの実施形態において、織布及び不織布構造体の繊維は、長さ対幅のアスペクト比、及び長さ対厚さのアスペクト比の両方が約１０より大きくてよく、幅対厚さのアスペクト比が約５未満であってよい。円の形状の断面積を有する繊維の場合、幅及び厚さは同一であり、円形断面の直径に等しくなる。繊維の長さ対幅及び長さ対厚さのアスペクト比に関する特定の上限はない。繊維の長さ対厚さ及び長さ対幅のアスペクト比の両方は、約１０〜約１００００００、１０〜約１０００００、１０〜約１０００、約１０〜約５００、１０〜約２５０、１０〜約１００、約１０〜約５０、約２０〜約１００００００、２０〜約１０００００、２０〜約１０００、２０〜約５００、２０〜約２５０、２０〜約１００、又は更には約２０〜約５０であってもよい。繊維の幅及び厚さはそれぞれ、約０．００１〜約５００ミクロン、約０．００１〜約２５０ミクロン、約０．００１〜約１００ミクロン、約０．００１ミクロン〜約５０ミクロン、約０．００１〜約２５ミクロン、約０．００１ミクロン〜約１０ミクロン、約０．００１ミクロン〜約１ミクロン、約０．０１〜約５００ミクロン、約０．０１〜約２５０ミクロン、約０．０１〜約１００ミクロン、約０．０１ミクロン〜約５０ミクロン、約０．０１〜約２５ミクロン、約０．０１ミクロン〜約１０ミクロン、約０．０１ミクロン〜約１ミクロン、約０．０５〜約５００ミクロン、約０．０５〜約２５０ミクロン、約０．０５〜約１００ミクロン、約０．０５ミクロン〜約５０ミクロン、約０．０５〜約２５ミクロン、約０．０５ミクロン〜約１０ミクロン、約０．０５ミクロン〜約１ミクロン、約０．１〜約１００ミクロン、約０．１〜約５００ミクロン、約０．１〜約２５０ミクロン、約０．１ミクロン〜約５０ミクロン、約０．１〜約２５ミクロン、約０．１ミクロン〜約１０ミクロン、又は更には約０．１ミクロン〜約１ミクロンであってもよい。いくつかの実施形態において、繊維の厚さと幅とは、同一であってもよい。いくつかの実施形態において、より小さいマイクロファイバーが一緒に織られるか又は結合されて、構成する個々の繊維よりも大きな寸法、例えば幅及び／又は厚さを有するマクロファイバーを形成し得る。
【００６８】
繊維は、従来の技術を用いて、織布及び不織布構造体に作製され得る。不織布構造体は、メルトブローン繊維プロセス、スパンボンドプロセス、カーディングプロセスなどによって作製され得る。いくつかの実施形態において、繊維の長さ対厚さのアスペクト比、及び長さ対幅のアスペクト比は、１００００００より大きく、約１０００００００より大きく、約１００００００００より大きく、又は更には１０００００００００より大きくてよい。いくつかの実施形態において、繊維の長さ対厚さのアスペクト比、及び長さ対幅のアスペクト比は、約１０〜約１０００００００００、約１０〜約１００００００００、約１０〜約１０００００００、約２０〜約１０００００００００、約２０〜約１００００００００、約２０〜約１０００００００、約５０〜約１０００００００００、約５０〜約１００００００００、又は更には約５０〜約１０００００００であってもよい。
【００６９】
織布及び不織布構造体のうちの少なくとも１つは、従来の織布紙及び不織布紙、フェルト、マット、及び当技術分野で公知である布（布地）を含んでよい。織布及び不織布構造体は、ポリマー繊維、及び任意でセラミック繊維を含んでよい。非導電性の織布及び不織布基材のうちの少なくとも１つを形成するために使用されるタイプの数、ポリマー繊維のタイプ及びセラミック繊維のタイプの数は、特に限定されない。ポリマー繊維は、例えばポリマー組成物又は１つのポリマータイプなど、少なくとも１つのポリマーを含んでよい。ポリマー繊維は、少なくとも２つのポリマー、すなわち２つのポリマー組成物又は２つのポリマータイプを含んでよい。ポリマー繊維は、少なくとも２つの異なるポリマータイプからなる芯鞘ポリマー繊維であってもよい。例えば、ポリマー繊維は、ポリエチレンから成る一方のセットの繊維、及びポリプロピレンから成る他方のセットの繊維を含んでよい。少なくとも２つのポリマーが使用される場合、第１のポリマー繊維は、第２のポリマー繊維よりも低いガラス転移温度及び／又は融解温度を有し得る。第１のポリマー繊維は、織布及び不織布構造体のうちの少なくとも１つのポリマー繊維を一緒に融合させ、例えば織布及び不織布構造体の機械的特性を改善するために使用され得る。第１のポリマー繊維は、多孔質電極の複数の空隙のうちの少なくとも一部に埋め込まれてよく、若しくは多孔質電極の一部が第１のポリマー繊維の一部に埋め込まれてよく、又はそれらの組み合せであってもよい。任意のセラミック繊維は、例えば１つのセラミック組成物又は１つのセラミックタイプなど、少なくとも１つのセラミックを含んでよい。任意のセラミック繊維は、少なくとも２つのセラミック、すなわち２つのセラミック組成物又は２つのセラミックタイプを含んでよい。織布及び不織布構造体は、例えば１つのポリマー組成物又はポリマータイプなどの、少なくとも１つのポリマー繊維、及び、例えば１つのセラミック組成物又は１つのセラミックタイプなどの、少なくとも１つのセラミック繊維を含んでよい。例えば、織布及び不織布構造体のうちの少なくとも１つは、ポリエチレン繊維及びガラス繊維を含んでよい。
【００７０】
織布及び不織布構造体のうちの少なくとも１つの基本重量は、特に限定されない。いくつかの実施形態において、織布及び不織布構造体のうちの少なくとも１つの基本重量は、材料のグラム／平方メートル（ｇｓｍ）で測定され、約４ｇｓｍ〜約６０ｇｓｍ、約４ｇｓｍ〜約５０ｇｓｍ、約４ｇｓｍ〜約４０ｇｓｍ、約４ｇｓｍ〜約３２ｇｓｍ、約６ｇｓｍ〜約６０ｇｓｍ、約６ｇｓｍ〜約５０ｇｓｍ、約６ｇｓｍ〜約４０ｇｓｍ、約６ｇｓｍ〜約３２ｇｓｍ、約８ｇｓｍ〜約６０ｇｓｍ、約８ｇｓｍ〜約５０ｇｓｍ、約８ｇｓｍ〜約４０ｇｓｍ、又は更には約８ｇｓｍ〜約３２ｇｓｍであってよい。
【００７１】
いくつかの実施形態において、織布及び不織布構造体は、導電性材料が非導電性の織布及び不織布構造体のうちの少なくとも１つを導電性に変えない限りは、少量の１つ以上の導電性材料を含んでもよい。いくつかの実施形態において、非導電性の織布及び不織布構造体のうちの少なくとも１つは、実質的に導電性材料を含まない。この場合、「導電性材料を実質的に含まない」とは、非導電性の織布及び不織布基材のうちの少なくとも１つが、約２５重量％未満、約２０重量％未満、約１５重量％未満、約１０重量％未満、約５重量％未満、約３重量％未満、約２重量％未満、約１重量％未満、約０．５重量％未満、約０．２５重量％未満、約０．１重量％未満、又は更には０．０重量％未満の導電性材料を含むことを意味する。
【００７２】
織布及び不織布構造体のうちの少なくとも１つのポリマー繊維は、特に限定されない。いくつかの実施形態において、織布及び不織布構造体のうちの少なくとも１つのポリマー繊維は、非導電性である。いくつかの実施形態において、織布及び不織布構造体のポリマー繊維は、熱可塑性物質及び熱硬化性物質のうちの少なくとも１つを含んでよい。熱可塑性物質は、熱可塑性エラストマーを含み得る。熱硬化性物質は、Ｂステージのポリマーを含み得る。いくつかの実施形態において、織布及び不織布構造体のポリマー繊維は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン、ユリアホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、例えばポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、例えばポリエチレン及びポリプロピレンなどのポリオレフィン、例えばスチレン−ブタジエン−スチレン等のスチレン並びにスチレン系ランダムコポリマー及びブロックコポリマー、ポリ塩化ビニル、例えばフッ化ポリビニリデン及びポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素化ポリマーのうちの少なくとも１つを含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、ポリマー繊維は、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリオレフィン、スチレン並びにスチレン系ランダムコポリマー及びブロックコポリマー、ポリ塩化ビニル、並びにフッ素化ポリマーのうちの少なくとも１つを含む。
【００７３】
織布及び不織布構造体の任意のセラミック繊維は、特に限定されない。セラミック繊維のセラミックとして、金属酸化物、例えばガラス及びドープガラスなどの酸化ケイ素、及び酸化アルミニウムを挙げることができるが、これらに限定されない。
【００７４】
不連続輸送保護層は、多層構造体であってもよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は少なくとも１つの層を含む。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は２層以上を含む。不連続輸送保護層の層は、同じ組成物及び／若しくは構造体であってもよく、又は２つ以上の異なる組成物及び／若しくは２つ以上の異なる構造体を含んでもよい。
【００７５】
本開示の不連続輸送保護層は、不連続輸送保護層の少なくとも一部分にイオン性樹脂コーティングを更に含んでもよい。不連続輸送保護層のイオン性樹脂コーティングは、電解質の選択イオンが不連続輸送保護層を貫通して移動することを可能にする。これは、電解質が所与の不連続輸送保護層を容易に濡らして吸収されるようにすることによって達成され得る。材料特性、特に不連続輸送保護層の表面濡れ性は、陽極溶液及び陰極溶液の種類、すなわち、陽極溶液及び陰極溶液が水性系であるか非水性系であるかに基づいて選択してもよい。いくつかの実施形態において、イオン性樹脂コーティングのイオン性樹脂は、約９０°〜０°、約８５°〜約０°、約７０°〜約０°、約５０°〜約０°、約３０°〜約０°、約２０°〜約０°、又は更には約１０°〜約０°の、水、陰極液及び／若しくは陽極液との表面接触角を有してもよい。いくつかの実施形態において、イオン性樹脂は不連続輸送保護層の表面積の、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、又は更には少なくとも１００％を、コーティングする。濡れ性の改善は一般にイオン性樹脂コーティングの適用面積と共に増大するので、より大きい適用面積が好ましい可能性がある。
【００７６】
イオン性樹脂コーティングは、イオン性樹脂コーティングを形成するために硬化され得る１つ以上のモノマー及びオリゴマーを含有する、前駆体イオン性樹脂から形成することができる。前駆体イオン性樹脂は、溶解したポリマーを更に含有してもよい。前駆体イオン性樹脂は、前駆体イオン性樹脂の硬化前又は硬化後に除去される溶媒を含んでもよい。イオン性樹脂は、イオン性樹脂粒子の分散体から形成してもよく、分散体の溶媒を除去して不連続輸送保護層のイオン性樹脂コーティングを形成してもよい。イオン性樹脂コーティングはイオン性ポリマーを含むことができ、イオン性ポリマーは溶媒に分散又は溶解してもよく、この溶媒を除去して不連続輸送保護層のイオン性樹脂コーティングを形成してもよい。本明細書で前述したように、イオン性樹脂コーティングは、イオン性ポリマー、イオノマー樹脂、及びイオン交換樹脂のうちの少なくとも１つを含み得る。
【００７７】
不連続輸送保護層の総重量に対する、イオン性樹脂の重量の比率は特に限定されない。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層の総重量に対するイオン性樹脂の重量の比率は、約０．０３〜約０．９５、約０．０３〜約０．９０、約０．０３〜約０．８５、約０．０３〜約０．８０、約０．０３〜約０．７０、約０．０５〜約０．９５、約０．０５〜約０．９０、約０．０５〜約０．８５、約０．０５〜約０．８０、約０．０５〜約０．７０、約０．１０〜約０．９５、約０．１０〜約０．９０、約０．１０〜約０．８５、約０．１０〜約０．８０、約０．１０〜約０．７０、約０．２０〜約０．９５、約０．２０〜約０．９０、約０．２０〜約０．８５、約０．２０〜約０．８０、約０．２０〜約０．７０、約０．３０〜約０．９５、約０．３０〜約０．９０、約０．３０〜約０．８５、約０．３０〜約０．８０、約０．３０〜約０．７０、約０．４０〜約０．９５、約０．４０〜約０．９０、約０．４０〜約０．８５、約０．４０〜約０．８０、又は更には約０．４０〜約０．７０である。
【００７８】
使用され得る、当技術分野で公知であるコーティング技術として、ブラシコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、例えばスロット供給ナイフコーティングなどのナイフコーティング、ノッチバーコーティング、例えばメイヤーバーコーティングなどのメータリングロッドコーティング、例えば流体軸受ダイコーティングなどのダイコーティング、例えば３ロールコーティングなどのロールコーティング、カーテンコーティングなどが挙げられるが、これらに限定されない。
【００７９】
いくつかの実施形態において、イオン性樹脂は、例えばイオン性樹脂、溶媒、及び他の任意の望ましい添加剤を含む溶液などの、イオン性樹脂コーティング溶液の形態で、不連続輸送保護層の繊維表面の少なくとも一部にコーティングされる。例えば溶媒など、イオン性樹脂コーティング溶液の揮発性の構成成分は、不連続輸送保護層の表面の少なくとも一部にイオン性樹脂を残して、乾燥させることによって除去する。イオン性樹脂コーティング溶液は、樹脂と、適切な溶媒と、任意の他の添加剤とを組み合せ、その後所望の剪断速度で混合することを含む溶液配合によって調製することができる。混合は、例えばブレードミキサ、及びボールミリング加工などの従来のミリング加工を含む、当技術分野で公知である任意の技術を使用することを含み得る。イオン性樹脂コーティング溶液への他の添加剤として、界面活性剤、分散剤、増粘剤、湿潤剤などを挙げることができるが、これらに限定されない。界面活性剤、分散剤及び増粘剤は、イオン性樹脂コーティング溶液が、不連続輸送保護層の表面を湿潤させる能力を促進するのを助けることができる。それらは粘度調節剤としても機能することができる。コーティング溶液を作る前に、イオン性樹脂は、例えば、エマルジョン重合技術又は懸濁重合技術を介して、イオン性樹脂を調製した場合に生成されるように、分散液又は懸濁液の形態であってもよい。イオン性樹脂分散体又は懸濁液を溶媒中で安定させるために、界面活性剤などの添加剤を使用してもよい。
【００８０】
イオン性樹脂コーティング溶液で有用な溶媒は、イオン性樹脂のタイプに基づいて選択してもよい。イオン性樹脂コーティング溶液で有用な溶媒としては、水、アルコール類（例えば、メタノール、エタノール及びプロパノール）、アセトン、酢酸エチル、アルキル溶媒（例えば、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン及びオクタン）、メチルエチルケトン、エチルエチルケトン、ジメチルエーテル、石油エーテル、トルエン、ベンゼン、キシレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、クロロホルム、四塩化炭素、クロロベンゼン及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【００８１】
イオン性樹脂コーティング溶液中の溶媒の量は、重量基準で、約５〜約９５パーセント、約１０〜約９５パーセント、約２０〜約９５パーセント、約３０〜約９５パーセント、約４０〜約９５パーセント、約５０〜約９５パーセント、約６０〜約９５パーセント、約５〜約９０パーセント、約１０〜約９０パーセント、約２０パーセント〜約９０パーセント、約３０〜約９０パーセント、約４０〜約９０パーセント、約５０〜約９０パーセント、約６０〜約９０パーセント、約５〜約８０パーセント、約１０〜約８０パーセント、約２０パーセント〜約８０パーセント、約３０〜約８０パーセント、約４０〜約８０パーセント、約５０〜約８０パーセント、約６０〜約８０パーセント、約５パーセント〜約７０パーセント、約１０パーセント〜約７０パーセント、約２０パーセント〜約７０パーセント、約３０〜約７０パーセント、約４０〜約７０パーセント、又は更には約５０〜約７０パーセントであってよい。
【００８２】
例えば湿潤性を向上させるために、界面活性剤をイオン性樹脂コーティング溶液に使用してもよい。界面活性剤には、陽イオン性、陰イオン性及び非イオン性界面活性剤を含んでもよい。イオン性樹脂コーティング溶液に有用な界面活性剤として、ミシガン州ミッドランドのＤｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能なＴＲＩＴＯＮ  Ｘ−１００と、独国ＷｅｓｅｌのＢＹＫ  Ｃｈｅｍｉｅ  ＧＭＢＨ社から入手可能なＤＩＳＰＥＲＳＢＹＫ１９０と、例えばオレイルアミン（olyelamine）及びドデシルアミンなどのアミンと、例えば３−（Ｎ，Ｎ−ジメチルドデシルアンモニオ（dimethyldodecylammonio））プロパンスルホン酸（ＳＢ１２）などの主鎖に８以上の炭素を有するアミンと、ペンシルバニア州ＥｘｔｏｎのＣｒａｙ  Ｖａｌｌｅｙ  ＵＳＡ  ＬＬＣ社から入手可能なＳＭＡ１０００と、１，２−プロパンジオール、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノールと、その全体が本明細書に参照として組み込まれている米国特許出願公開第２０１３／００１１７６４号に記載されている第四級アミノ及び界面活性剤と、が挙げられるが、これらに限定されない。イオン性樹脂コーティング溶液中に１種以上の界面活性剤が使用される場合、界面活性剤は熱プロセスによって不連続輸送保護層から除去してもよい。界面活性剤は熱処理の温度で揮発するか又は分解し、得られた化合物は熱処理の温度で揮発する。いくつかの実施形態において、イオン性樹脂は界面活性剤を実質的に含まない。「実質的に含まない」とは、イオン性樹脂が、０重量％〜０．５重量％、０重量％〜０．１重量％、０重量％〜０．０５重量％、又は更には０重量％〜０．０１重量％の界面活性剤を含有することを意味する。いくつかの実施形態において、イオン性樹脂は界面活性剤を含有しない。界面活性剤は、界面活性剤の溶媒を用いた洗浄又はすすぎによってイオン性樹脂から除去してもよい。溶媒としては、水、アルコール類（例えば、メタノール、エタノール及びプロパノール）、アセトン、酢酸エチル、アルキル溶媒（例えば、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン及びオクタン）、メチルエチルケトン、エチルエチルケトン、ジメチルエーテル、石油エーテル、トルエン、ベンゼン、キシレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、クロロホルム、四塩化炭素、クロロベンゼン及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【００８３】
不連続輸送保護層は、ライナー又は剥離ライナー上に溶液をコーティングすることによってイオン性樹脂コーティング溶液で形成することができる。次に、不連続輸送保護層の第１の主面、例えば織布及び不織布構造体の第１の主面は、イオン性樹脂コーティング溶液に接触させて設置され得る。不連続輸送保護層はライナーから取り外され、不連続輸送保護層の第１の主面の少なくとも一部は、イオン性樹脂コーティング溶液でコーティングされる。任意で、新しいライナー又は同じライナーに、同一又は異なるイオン性樹脂コーティング溶液でコーティングしてもよく、次に不連続輸送保護層の第２の主面をイオン性樹脂コーティング溶液に接触させて設置してもよい。不連続輸送保護層はライナーから取り外され、不連続輸送保護層の第２の主面の少なくとも一部は、イオン性樹脂コーティング溶液でコーティングされる。次に、不連続輸送保護層は、例えば溶媒などの揮発性化合物をイオン性樹脂コーティング溶液から除去するために、例えばオーブンから又はオーブンを介した空気流からの熱などの熱処理のために露出され、ポリマー、及び不連続輸送保護層のポリマーの表面の少なくとも一部をコーティングするイオン性樹脂を含む、不連続輸送保護層を生成する。不連続輸送保護層を作製する代替の方法として、イオン性樹脂コーティング溶液を、不連続輸送保護層の第１の主面及び／又は第２の主面上に直接コーティングし、その後、例えば溶媒などの揮発性化合物をイオン性樹脂コーティング溶液から除去するために、例えばオーブンから又はオーブンを介した空気流からの熱などの熱処理を行い、ポリマーと、不連続輸送保護層のポリマーの表面の少なくとも一部をコーティングするイオン性樹脂とを含む、不連続輸送保護層を生成する。コーティング後に、コーティング溶液の量が多すぎる場合には、熱処理の前に、不連続輸送保護層を例えば２つのロールコータのニップに通して、イオン性樹脂コーティング溶液の一部を除去してもよい。
【００８４】
イオン性樹脂が前駆体イオン性樹脂の形態である場合、不連続輸送保護層は、前駆体樹脂を伴うポリマーを含む不連続輸送保護層の、少なくとも一方の主面をコーティングすることによって形成することができる。不連続輸送保護層のポリマー表面の少なくとも一部は、前駆体イオン性樹脂でコーティングされる。次いで、不連続輸送保護層の前駆体イオン樹脂コーティングは、限定ではないが、熱硬化、化学線硬化、及びｅビーム硬化を含む、当技術分野で公知である技術によって硬化させることができる。前駆イオン性樹脂は、前駆性イオン性樹脂の硬化化学作用及びイオン性樹脂の所望の最終特性によって、硬化剤、触媒、連鎖移動剤、連鎖延長剤などのうちの１つ以上を含有してもよい。イオン性樹脂前駆体を硬化させることにより、ポリマーと、不連続輸送保護層のポリマー表面の少なくとも一部をコーティングするイオン性樹脂とを含む、不連続輸送保護層を生成する。
【００８５】
いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層の体積多孔率、及び開放面積多孔率のうちの少なくとも１つは、約０．１０〜約０．９９５、約０．１０〜約０．９５、約０．１０〜約０．９０、約０．１０〜約０．８５、約０．１０〜約０．７５、約０．１５〜約０．９９５、約０．１５〜約０．９５、約０．１５〜約０．９０、約０．１５〜約０．８５、約０．１５〜約０．７５、約０．２５〜約０．９９５、約０．２５〜約０．９５、約０．２５〜約０．９０、約０．２５〜約０．８５、約０．２５〜約０．７５、約０．３５〜約０．９９５、約０．３５〜約０．９５、約０．３５〜約０．９０、約０．３５〜約０．８５、約０．３５〜約０．７５、約０．４５〜約０．９９５、約０．４５〜約０．９５、約０．４５〜約０．９０、約０．４５〜約０．８５、約０．４５〜約０．７５、約０．５０〜約０．９９５、約０．５０〜約０．９５、約０．５０〜約０．９０、約０．５０〜約０．８５、約０．５０〜約０．７５、約０．６５〜約０．９９５、約０．６５〜約０．９５、約０．６５〜約０．９０、約０．６５〜約０．８５、又は更には約０．６５〜約０．７５であってよい。
【００８６】
不連続輸送保護層の体積多孔率は、不連続輸送保護層の総体積すなわちバルク体積によって除算された、不連続輸送層の空隙空間の体積と定義される。体積多孔率は、例えば直接方法、光学的方法、及びガス膨脹方法など、当技術分野で公知である従来の技術によって定義することができる。例えば、体積多孔率を次式から算出してもよい。
体積多孔率＝１−（Ｄｓ／Ｄｍ）
式中、
Ｄｓ＝基材の密度（バルク密度）、例えばｇ／ｃｍ３
Ｄｍ＝基材を構成する材料の密度、例えばｇ／ｃｍ３
【００８７】
基材が２種以上の繊維タイプを含有する織布及び不織布基材である場合、Ｄｍは重み付けされた平均密度である。
重み付けされた平均密度＝Ｄ１（ｗ１／ｗ３）＋Ｄ２（ｗ２／ｗ３）
式中、
Ｄ１は構成成分１の密度である。
Ｄ２は構成成分２の密度である。
ｗ１は構成成分１の重量である。
ｗ２は構成成分２の重量である。
ｗ３は総重量（ｗ３＝ｗ１＋ｗ２）である。
【００８８】
例えば、０．９５ｇ／ｃｍ３の密度を有するポリエチレン繊維から作られた、０．３ｇ／ｃｍ３の密度Ｄｓを有する不織布基材について、多孔率は（１−０．３／０．９５）すなわち０．６８４である。体積多孔率は、基材内の孔又は開放体積の体積率である。
【００８９】
開放面積多効率は、不連続輸送保護層の主面における不連続輸送保護層の表面の総面積（貫通孔の面積と対応するポリマーの面積）に対する、例えば貫通孔などの空隙面積の比率である。開放面積多効率は、当技術分野で公知である従来技術によって決定され得る。開放面積多効率は、例えば矩形貫通孔の長さｌ、及び幅ｗ、並びに横糸繊維の繊維幅又は径Ｄｗｅ、及び経糸繊維の繊維幅又は径Ｄｗａを有するメッシュについて、以下のように計算され得る（孔の長さは経糸の方向に対応し、穴の幅は横糸の方向に対応するものと見なす）。
開放面積多効率＝（ｌ×ｗ）／［（ｌ＋Ｄｗｅ）（ｗ＋Ｄｗａ）］
【００９０】
いくつかの実施形態において、セル又は電池の短絡に対する抵抗性（イオン透過膜の炭素繊維貫入に関連付けられた）を最大にするために、孔の少ない不連続輸送保護層を有することが望ましいことがある。これらの実施形態において、不連続輸送保護層の体積多孔率及び開放面積多孔率のうちの少なくとも１つは、上述した体積多孔率及び／又は開放面積多孔率の範囲の下端にあってもよい。例えば、不連続輸送保護層の体積多孔率及び開放面積多孔率のうちの少なくとも１つは、約０．１０〜約０．６５、約０．１０〜約０．５５、約０．１０〜約０．４５、約０．１０〜約０．３５、約０．１５〜約０．６５、約０．１５〜約０．５５、約０．１５〜約０．４５、又は更には約０．１５〜約０．３５であってよい。
【００９１】
いくつかの実施形態において、セル抵抗を最大にする（セル抵抗を下げる）ため、セル又は電池の中での流体の流れ、すなわち陽極液及び／又は陰極液の流れを増加させるために、より多孔質な不連続輸送保護層を用いることが望ましいことがある。これらの実施形態において、不連続輸送保護層の体積多孔率及び開放面積多孔率のうちの少なくとも１つは、上述した体積多孔率及び／又は開放面積多孔率の範囲の上端にあってもよい。例えば、不連続輸送保護層の体積多孔率及び開放面積多孔率のうちの少なくとも１つは、約０．３５〜約０．９９５、約０．３５〜約０．９５、約０．３５〜約０．９０、約０．３５〜約０．８５、約０．３５〜約０．７５、約０．４５〜約０．９９５、約０．４５〜約０．９５、約０．４５〜約０．９０、約０．４５〜約０．８５、又は更には約０．４５〜約０．７５であってよい。
【００９２】
本開示の不連続輸送保護層を含有する電気化学セル又は電池の短絡抵抗及びセル抵抗を改善することに関して、増加又は減少させるかのいずれかの多孔率の変更は、一般的に、パラメータの１つを改善する一方で、他のパラメータに悪影響を与える。しかし、驚くことに、電気化学セルの短絡に対する抵抗（イオン透過膜の炭素繊維貫入に関連付けられた）は、本開示の不連続輸送保護層を含有する電気化学セルのセル抵抗を、少なくとも著しくではないが変化させ、場合によっては改善させつつ、改善させ得ることが判明した。これらの実施形態において、不連続輸送保護層の体積多孔率及び開放面積多孔率のうちの少なくとも１つは、約０．３５〜約０．９９５、約０．３５〜約０．９５、約０．３５〜約０．９０、約０．３５〜約０．８５、又は更には約０．３５〜約０．７５であってよい。
【００９３】
本開示はまた、膜電極アセンブリを提供する。膜電極アセンブリは、本開示の電極アセンブリのうちのいずれか１つによる、例えば第１の電極アセンブリなどの電極アセンブリを含んでよく、例えば界面領域とは反対側を向いた不連続輸送保護層の主面に隣接して、又はその上に配置されたイオン交換膜など、第１の表面及び反対側を向いた第２の表面を有するイオン透過膜を、更に含み得る。電極アセンブリ及びイオン透過膜は一体構造を形成してもよい。いくつかの実施形態において、界面領域とは反対側を向いた不連続輸送保護層の主面を、圧力及び熱のうちの少なくとも１つを含み得る従来の積層技術を用いて、イオン透過膜（例えば、イオン交換膜）の第１の主面に積層して、膜電極アセンブリを形成してもよい。第２の不連続輸送保護層を、イオン透過膜の反対側の第２の主面に積層して、膜電極アセンブリを形成してもよい。
【００９４】
図２Ａは、本開示の例示的な一実施形態による、膜電極アセンブリの概略側断面図を示す。膜電極アセンブリ２００ａは、例えば第１の主面２０ａ及び反対側を向いた第２の主面２０ｂを有するイオン交換膜などの、イオン透過膜２０と、図１Ａ及び図１Ｂで前述した第１の電極アセンブリ１００ａとを含む。イオン透過膜２０は、界面領域９０とは反対側にある、不連続輸送保護層１０の主面１０ａ上に配置される。イオン透過膜２０の第１の主面２０ａは、界面領域９０とは反対側にある、電極アセンブリ１００ａの第１の不連続輸送保護層１０の主面に接触していてもよい。第１の電極アセンブリ１００ａを、例えば図１Ｃ〜図１Ｎで開示されたものなど本開示の電極アセンブリのいずれかと交換してもよい。膜電極アセンブリ２００ａは、１つ以上の任意の剥離ライナー３０、３２を更に含んでもよい。当技術分野において公知である従来の剥離ライナーを、任意の剥離ライナー３０及び３２に使用することができる。
【００９５】
図２Ｂは、本開示の例示的な一実施形態による例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図を示す。図２Ｂは、図１Ｄで前述したような第２の電極アセンブリ１００ｂを含むことを除いて、前述した図２Ａと同一である。膜電極アセンブリ２００ｂは、例えば第１の表面２０ａ及び反対側を向いた第２の表面２０ｂを有するイオン交換膜などの、イオン透過膜２０と、図１Ｂで前述した第１の電極アセンブリ１００ａと、図１Ｄで前述した第２の電極アセンブリ１００ｂとを含む。イオン透過膜２０（表面２０ｂ）は、界面領域９０とは反対側にある第２の電極アセンブリ１００ｂの、不連続輸送保護層１０の主面１０ａ上に配置される。イオン透過膜２０の第１の表面２０ｂは、界面領域９０とは反対側にある、電極アセンブリ１００ｂの不連続輸送保護層１０の主面１０ａに接触していてもよい。第１の電極アセンブリ１００ａ及び／又は第２の電極アセンブリ１００ｂを、例えば図１Ｂ、図１Ｄ、図１Ｆ、図１Ｈ、図１Ｊ、図１Ｌ、及び図１Ｎで開示された、本開示の電極アセンブリのいずれかと交換してもよい。膜電極アセンブリ２００ｂは、１つ以上の任意の剥離ライナー３０、３２を更に含んでもよい。当技術分野において公知である従来の剥離ライナーを、任意の剥離ライナー３０及び３２に使用することができる。
【００９６】
本開示の膜電極アセンブリは、イオン透過膜と、第１の電極アセンブリの多孔質電極及び不連続輸送保護層の少なくとも１つとの間に配置された（例えば、イオン透過膜の第１の表面と、第１の電極アセンブリの不連続輸送保護層との間に配置された）第１の接着層を更に含む。第１の接着層は、膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置され、例えば第１の接着層の少なくとも一部は、膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置される。いくつかの実施形態において、第１の接着層は、イオン透過膜の第１の表面と、第１の電極アセンブリの不連続輸送保護層とのうちの少なくとも一方又は両方と接触してもよい。いくつかの実施形態において、第１の接着層は、イオン透過膜の第１の表面と、第１の電極アセンブリの多孔質電極とのうちの少なくとも一方又は両方と接触してもよい。本開示の膜電極アセンブリは、第２の接着層及び第２の電極アセンブリを任意で含んでよい。第２の接着層は、イオン透過膜と、第２の電極アセンブリの多孔質電極及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つとの間に配置される（例えば、イオン透過膜の第２の表面と、第２の電極アセンブリの不連続輸送保護層との間に配置される）。第２の接着層は、膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置され、例えば第２の接着層の少なくとも一部が、膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置される。いくつかの実施形態において、第２の接着層は、イオン透過膜の第２の表面と、第２の電極アセンブリの不連続輸送保護層とのうちの少なくとも一方又は両方と接触してもよい。いくつかの実施形態において、第２の接着層は、イオン透過膜の第２の表面と、第２の電極アセンブリの多孔質電極とのうちの少なくとも一方又は両方と接触してもよい。いくつかの実施形態において、第１及び／又は第２の接着層は、膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置されるが、それぞれ第１の電極アセンブリ及び／又は第２の電極アセンブリの周縁部までは延びない。
【００９７】
第１の接着層及び／又は第２の接着層は、環の形状、すなわち環形状の第１の接着層及び／又は環形状の第２の接着層であってもよい。用語「環」及び／又は「環状」は、一般に、２つの同心円によって境界付けされたリング状の物体を説明するために使用される。いくつかの実施形態において、第１及び／又は第２の接着層は、膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置されるが、それぞれは第１の電極アセンブリ及び／又は第２の電極アセンブリの中心部までは延びない。しかし、本開示において、用語「環」及び／又は「環状」はリング状の物体を指す。環の形状は特に限定されず、円、正方形、長方形、三角形、楕円形、及びダイヤモンド形を含み得るが、これら限定されない。接着層は、膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置されていてもよい。いくつかの実施形態において、例えば第１の接着層及び第２の接着層などの接着層の１つ以上は、膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置されてよく、不連続なライン又はストリップの連続であってよい。いくつかの実施形態において、例えば第１の接着層及び第２の接着層などの接着層の１つ以上は、膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置されてよく、膜電極アセンブリの周辺部の両側に、例えば２つの個別の接着ラインなどの２つの接着領域を含み得る。
【００９８】
いくつかの実施形態において、第１及び／又は第２の接着層は、膜電極アセンブリの周辺部に沿った、又は周辺部の近くの環形状の領域に配置され、環形状の領域の内部は、第１及び／又は第２の接着層をそれぞれ含まない。いくつかの実施形態において、第１の接着層の少なくとも一部及び／又は第２の接着層の少なくとも一部は、第１の電極アセンブリ及び／又は第２の電極アセンブリそれぞれの、不連続輸送保護層に埋め込まれてもよい。いくつかの実施形態において、第１の接着層の実質的に全体、及び／又は第２の接着層の実質的に全体は、第１の電極アセンブリ及び／又は第２の電極アセンブリそれぞれの、不連続輸送保護層に埋め込まれてもよい。「実質的に全体」とは、第１の接着層の体積の、少なくとも８０パーセント、少なくとも９０パーセント、少なくとも９５パーセント、少なくとも９９パーセント、又は更には少なくとも１００パーセントが、示された一つ又は複数の層に埋め込まれていることを意味する。いくつかの実施形態において、第１の接着層の少なくとも一部、及び／又は第２の接着層の少なくとも一部は、第１の電極アセンブリ及び／又は第２の電極アセンブリそれぞれの、不連続輸送保護層及び多孔質電極に埋め込まれてもよい。いくつかの実施形態において、第１の接着層の実質的に全体、及び／又は第２の接着層の実質的に全体は、第１の電極アセンブリ及び／又は第２の電極アセンブリそれぞれの、不連続輸送保護層及び多孔質電極に埋め込まれてもよい。第１の接着層及び／又は第２の接着層は、例えば図１２Ｂに示される第１の接着層１０００のように、連続した接着層であってもよい。第１の接着層及び／又は第２の接着層は、例えば図１３Ｂに示される第１の接着層１０００のように、不連続の接着層であってもよい。いくつかの実施形態において、第１の接着剤層及び／又は第２の接着剤層は、膜電極アセンブリの周辺部に沿って位置する第１の接着領域及び第２の接着領域の２つの接着領域を含む、不連続な接着層であってよい。第１の接着領域は、第２の接着領域の反対側にある。すなわち第１の接着領域は、第２の接着領域が位置する周辺部の部分の反対側にある周辺部の一部に沿って位置する。膜電極アセンブリは一体構造であってもよい。いくつかの実施形態において、電極アセンブリ及びイオン透過膜は一体構造を形成する。第１の接着層は、第１の電極アセンブリをイオン透過膜に接着するために使用してよく、それによって第１の電極アセンブリ及びイオン透過膜は一体構造を形成する。第２の接着層がある場合、第２の電極アセンブリをイオン透過膜に接着するために使用してよく、それによって第２の電極アセンブリ及びイオン透過膜は一体構造を形成する。第１及び第２の電極アセンブリは、例えば図１Ａ〜図１Ｎの電極１００ａ〜１００ｇなど、本開示の電極アセンブリのいずれかであってよい。
【００９９】
本開示において、例えば第１の接着層及び／又は第２の接着層などの接着層、並びに第１及び／又は第２の電極アセンブリの不連続輸送保護層などの不連続輸送保護層に関して、「イオン透過膜と、電極アセンブリの不連続輸送保護層との間に配置された接着層」という文言は、接着層の実質的に全体までを含む接着層の少なくとも一部が、電極アセンブリ（不連続輸送保護層、又は電極アセンブリの不連続輸送保護層及び多孔質電極の両方に埋め込まれている）及び／又はイオン透過膜に埋め込まれている実施形態を含む。いくつかの実施形態において、イオン透過膜は、その中に埋め込まれた接着層を含まない固体フィルムであり、すなわちイオン透過膜は孔を含まず、したがって接着層をその中に埋め込むことができない。
【０１００】
図１２Ａは、本開示の例示的な一実施形態による、図１２Ｂのライン１２Ａにおける、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。図１２Ａは、不連続輸送保護層１０及び多孔質電極４０を有する第１の電極アセンブリ１００を含む、膜電極アセンブリ２００ｃを示す。イオン透過膜２０は第１の表面２０ａ及び反対側を向いた第２の表面２０ｂを有する。第１の接着層１０００は、イオン透過膜２０の第１の表面２０ａと、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０との間に配置される。第１の接着層１０００は、膜電極アセンブリの周辺部Ｐに沿って配置される。この例示的な実施形態において、第１の接着層１０００は、イオン透過膜２０の第１の表面２０ａ、及び第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０の両方と接触している。この例示的な実施形態において、第１の接着層１０００は連続した接着層である。この例示的な実施形態において、第１の接着剤層１０００は、環形状すなわち、ほぼ正方形状の環形状である。環形状の第１の接着層の中央部は、膜電極アセンブリに間隙Ｇを形成している。図１２Ｂは、本開示の例示的な一実施形態による、図１２Ａの例示的な膜電極アセンブリの接着層（図１２Ａに関してページに垂直な面）の面における、概略上面図である。図１２Ｂは、膜電極アセンブリ２００ｃの周辺部Ｐに沿って配置された第１の接着層１０００を示す。使用中、通常は圧縮下にある電気化学セルにおいて、間隙Ｇは圧縮されるか若しくは完全に排除されるか、又はイオン透過膜及び電極アセンブリの不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つによって少なくとも一部が充填されてもよい。
【０１０１】
図１２Ｃ〜図１２Ｆは、本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。図１２Ｃ〜図１２Ｆは、以下で説明するように接着層を改変した以外、上述した図１２Ａと同様である。図１２Ｃは、例示的な膜電極アセンブリ２００ｄの概略側断面図である。膜電極アセンブリ２００ｄは、第１の接着層１０００を含む。第１の接着層１０００は、イオン透過膜２０の第１の表面２０ａと、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０との間に配置される。この例示的な実施形態において、第１の接着層１０００は、イオン透過膜２０の第１の表面２０ａ、及び第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０の両方と接触している。第１の接着剤層１０００の少なくとも一部は、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０に埋め込まれている。この例示的な実施形態によると、第１の接着層１０００の一部が不連続輸送保護層１００に埋め込まれているため、図１２Ａに比べて間隙Ｇが若干減少している。図１２Ａと同様な間隙Ｇの厚さを維持したい場合は、不連続輸送保護層１００に埋め込まれた接着層１０００の部分を補うように、第１の接着層１０００の厚さを増加させることができる。図１２Ｃにおいて、第１の接着層は、不連続輸送保護層１０の厚さの一部のみを通して埋め込まれているように図示されている。しかし、これは特に限定ではなく、第１の接着層１０００は、不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さを通して埋め込まれてもよく（図１２Ｄ参照）、不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さ及び多孔質電極４０の厚さの一部に埋め込まれてもよく（図１２Ｅ参照）、又は不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さ及び多孔質電極４０の実質的に全体厚さを通して埋め込まれてもよい（図１２Ｆ参照）。「実質的に全体厚さを通して埋め込まれてもよい」という文言は、層の厚さの少なくとも約８０パーセント、少なくとも約９０パーセント、少なくとも約９５パーセント、少なくとも９９パーセント、又は更には少なくとも１００パーセントに接着剤が埋め込まれていることを含むことを意味する。
【０１０２】
図１２Ｄは、例示的な膜電極アセンブリ２００ｅの概略側断面図である。膜電極アセンブリ２００ｅは、第１の接着層１０００を含む。第１の接着層１０００は、イオン透過膜２０と、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０との間に配置される。この例示的な実施形態において、第１の接着層１０００は、イオン透過膜２０の第１の表面２０ａ、及び第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０の両方に接触している。第１の接着層１０００の少なくとも一部は、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０に埋め込まれている。この例示的な実施形態において、第１の接着層１０００の実質的に全体が、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０に埋め込まれている。第１の接着層１０００の実質的に全体は、不連続輸送保護層１０に埋め込まれており、間隙Ｇは図１２Ａと比較して非常に薄いか、又は存在しない。図１２Ａと同様な間隙Ｇの厚さを維持したい場合は、第１の接着層１０００の厚さを増加させることができる。この例示的な実施形態において、第１の接着層１０００は、不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さを通して埋め込まれている。例えば、図１２Ｄの実施形態において、接着層は、不連続輸送保護層の周辺部を封止するガスケットとして作用することができる。
【０１０３】
代替の実施形態において、輸送保護層は、膜電極アセンブリの周辺部に沿って存在しないように設計されてもよい。この実施形態において、接着層は、イオン透過膜と電極アセンブリの多孔質電極との間に配置されてよく、接着層は膜電極アセンブリの周辺部に沿っている。接着層の内部領域は、輸送保護層が存在し得る空隙である。このような実施形態は図１２Ｄに示され、接着層１０００を不連続輸送保護層１０に埋め込まれていない分離層として捉える場合、不連続輸送保護層１０は、接着層の内部領域に位置される。この実施形態において、接着層は、イオン透過膜と電極アセンブリの多孔質電極との間に配置されることになる。この実施形態において、接着層は、不連続輸送保護層の周辺部を封止するガスケットとして作用することができる。
【０１０４】
図１２Ｅは、例示的な膜電極アセンブリ２００ｆの概略側断面図である。膜電極アセンブリ２００ｆは、第１の接着層１０００を含む。第１の接着層１０００は、イオン透過膜２０と、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０との間に配置される。この例示的な実施形態において、第１の接着層１０００は、イオン透過膜２０の第１の表面２０ａ、及び第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０の両方と接触している。第１の接着層１０００の少なくとも一部は、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０、及び多孔質電極４０に埋め込まれている。この例示的な実施形態において、第１の接着剤層１０００の実質的に全体が、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０及び多孔質電極４０に埋め込まれている。第１の接着層１０００の実質的に全体が、不連続輸送保護層１００に埋め込まれているので、間隙Ｇは図１２Ａと比較して非常に薄いか、又は存在しない。図１２Ａと同様な間隙Ｇの厚さを維持したい場合は、第１の接着層１０００の厚さを増加させることができる。この例示的な実施形態において、第１の接着層１０００は、膜電極アセンブリ２００ｆの周辺部Ｐに沿って配置される。しかし、この例示的な実施形態において、第１の接着層１０００は、膜電極アセンブリ２００ｆの周縁部までは延びない。この構成は、本開示の膜電極アセンブリのいずれかに使用され得る。この例示的な実施形態において、第１の接着剤層１０００は、不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さを通して、及び多孔質電極４０の一部の厚さに埋め込まれている。例えば、図１２Ｅの実施形態において、接着層は、不連続輸送保護層の周辺部を封止するガスケットとして作用することができる。
【０１０５】
図１２Ｆは、例示的な膜電極アセンブリ２００ｇの概略側断面図である。膜電極アセンブリ２００ｇは、第１の接着層１０００を含む。第１の接着層１０００は、イオン透過膜２０と、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０との間に配置される。この例示的な実施形態において、第１の接着層１０００は、イオン透過膜２０の第１の表面２０ａ、及び第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０の両方と接触している。第１の接着剤層１０００の少なくとも一部は、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０、及び多孔質電極４０に埋め込まれている。この例示的な実施形態において、第１の接着剤層１０００の実質的に全体が、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０及び多孔質電極４０に埋め込まれている。第１の接着層１０００の実質的に全体が、不連続輸送保護層１００に埋め込まれているので、間隙Ｇは図１２Ａと比較して非常に薄いか、又は存在しない。図１２Ａと同様な間隙Ｇの厚さを維持したい場合は、第１の接着層１０００の厚さを増加させることができる。この例示的な実施形態において、第１の接着剤層１０００は、不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さを通して、及び多孔質電極４０の実質的の全体厚さを通して埋め込まれている。例えば、図１２Ｆの実施形態において、接着層は、不連続輸送保護層及び多孔質電極のうちの少なくとも一方、又は両方の周辺部を封止するガスケットとして作用することができる。
【０１０６】
図１２Ｇ及び図１２Ｈは、本開示の例示的な実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。図１２Ｇの膜電極アセンブリ２００ｈは、イオン透過膜２０の第２の表面２０ｂと、第２の電極アセンブリ１００’の不連続輸送保護層１０’との間に配置された第２の接着層１０００’を更に含む以外は、前述した図１２Ｆの膜電極アセンブリ２００ｇと同様である。第２の接着層は、膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置される。この例示的な実施形態において、第２の接着層１０００’は、イオン透過膜２０の第２の表面２０ｂ、及び第２の電極アセンブリ１００’の不連続輸送保護層１０’の両方と接触している。図１２Ｈの膜電極アセンブリ２００ｉは、イオン透過膜２０の第２の表面２０ｂと、第２の電極アセンブリ１００’の不連続輸送保護層１０’との間に配置された第２の接着層１０００’を更に含む以外は、前述した図１２Ｅの膜電極アセンブリ２００ｆと同様である。第２の接着層は、膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置される。この例示的な実施形態において、第２の接着層１０００’は、イオン透過膜２０の第２の表面２０ｂ、及び第２の電極アセンブリ１００’の不連続輸送保護層１０’の両方に接触している。単一の接着層を含む前述した膜電極アセンブリのいずれか、例えば図１２Ａ〜図１２Ｆで説明した膜電極アセンブリは、図１２Ｇ及び図１２Ｈに示されるものと同様の、２つの接着層及び２つの電極アセンブリを含む膜電極アセンブリを形成するために使用され得る。
【０１０７】
本開示の膜電極アセンブリは、イオン透過膜と、第１の接着層との間に配置された（すなわちイオン透過膜の第１の表面と第１の接着層との間に配置された）、第１のガスケットを更に含んでよい。第１のガスケットは、膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置される。第１のガスケットは、イオン透過膜の第１の表面、及び第１の接着層のうちの少なくとも一方、又は両方と接触してもよい。本開示の膜電極アセンブリは、イオン透過膜と、第２の接着層との間に配置された（すなわちイオン透過膜の第２の表面と第２の接着層との間に配置された）、第２のガスケットを任意で含んでよい。第２のガスケットは、膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置される。第２のガスケットは、イオン透過膜の第２の表面及び第２の接着層のうちの少なくとも一方、又は両方と接触してよい。いくつかの実施形態において、第１及び／又は第２の接着層は、膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置されるが、それぞれ第１の電極アセンブリ及び／又は第２の電極アセンブリの周縁部までは延びない。第１及び／又は第２のガスケットは、環の形状、すなわち環形状の第１のガスケット及び／又は環形状の第２のガスケットであってもよい。用語「環」及び／又は「環状」は、一般に、２つの同心円によって境界付けされたリング状の物体を説明ために使用される。しかし、本開示において、用語「環」及び／又は「環状」はリング状の物体を指す。環の形状は特に限定されず、円、正方形、長方形、三角形、楕円形及びダイヤモンド形を含み得るが、これら限定されない。
【０１０８】
図１３Ａは、本開示の例示的な一実施形態による、図１３Ｂのライン１３Ａにおける、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。図１３Ａは、第１の電極アセンブリ１００を含む膜電極アセンブリ３００ａを示す。膜電極アセンブリ３００ａは、不連続輸送保護層１０及び多孔質電極４０と、第１の表面２０ａ及び反対側を向いた第２の表面２０ｂを有するイオン透過膜２０と、第１の接着層１０００と、第１の表面１０４０ａ及び反対側を向いた第２の表面１０４０ｂを有し、イオン透過膜２０の第１の表面２０ａ及び第１の接着層１０００の間に配置された第１のガスケット１０４０と、を含む。第１の接着層１０００は、膜電極アセンブリの周辺部Ｐに沿って配置される。この例示的な実施形態において、第１のガスケット１０４０の第１の表面１０４０ａは、イオン透過膜２０の第１の表面２０ａに接触し、第１のガスケット１０４０の第２の表面１０４０ｂは、第１の接着層１０００に接触している。この例示的な実施形態において、第１の接着層１０００は、第１のガスケット１０４０の第２の表面１０４０ｂ、及び第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０に接触している。更に、この例示的な実施形態において、第１の接着層１０００は、不連続の接着層、例えば一連の接着剤の個別の領域である。この例示的な実施形態において、第１のガスケット１０４０は、環形状すなわち、ほぼ正方形状の環形状である。環形状の第１のガスケットの中央部は、膜電極アセンブリにおいて、間隙Ｇを形成している。図１３Ｂは、本開示の例示的な一実施形態による、図１３Ａの例示的な膜電極アセンブリの接着層の面の概略上面図である。図１３Ｂは、膜電極アセンブリ３００ａの周辺部Ｐに沿って配置された第１の接着層１０００を示す。四角形状の点線は、第１のガスケット１０４０の内側縁部を表す仮想線であり、第１のガスケット１０４０の環状形状と位置との様相を提供する。
【０１０９】
図１３Ｃ〜図１３Ｆは、本開示の例示的な実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。図１３Ｃ〜図１３Ｆは、接着層を以下に説明するように改変した以外、上述した図１３Ａと同様である。図１３Ｃは、例示的な膜電極アセンブリ３００ｃの概略側断面図である。膜電極アセンブリ３００ｃは、第１の接着層１０００を備える。第１の接着層１０００は、第１のガスケット１０４０と、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０との間に配置される。この例示的な実施形態において、第１の接着層１０００は、第１のガスケット１０４０の第２の表面１０４０ｂ、及び第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０の両方と接触している。第１の接着層１０００の少なくとも一部は、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０に埋め込まれている。この例示的な実施形態によると、第１の接着層１０００の一部が不連続輸送保護層１００に埋め込まれているため、図１３Ａに比べて間隙Ｇが若干減少している。図１３Ａと同様な間隙Ｇの厚さを維持したい場合は、不連続輸送保護層１００に埋め込まれた接着層１０００の部分を補うよう、第１の接着層１０００の厚さを増加させることができる。図１３Ａにおいて、第１の接着層は、不連続輸送保護層１０の厚さの一部のみを通して埋め込まれているように図示されている。しかし、これは特に限定ではなく、第１の接着層１０００は、不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さを通して埋め込まれてもよく（図１３Ｄ参照）、不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さ及び多孔質電極４０の厚さの一部に埋め込まれてもよく（図１３Ｅ参照）、又は不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さ及び多孔質電極４０の実質的に全体厚さを通して埋め込まれてもよい（図１３Ｆ参照）。「実質的に全体厚さを通して埋め込まれてもよい」という文言は、層の厚さの少なくとも約８０パーセント、少なくとも約９０パーセント、少なくとも約９５パーセント、少なくとも９９パーセント、又は更には少なくとも１００パーセントに接着剤が埋め込まれていることを意味する。
【０１１０】
図１３Ｄは、例示的な膜電極アセンブリ３００ｄの概略側断面図である。膜電極アセンブリ３００ｄは、第１の接着層１０００を含む。第１の接着層１０００は、第１のガスケット１０４０と、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０との間に配置される。この例示的な実施形態において、第１の接着層１０００は、第１のガスケット１０４０の第２の表面１０４０ｂ、及び第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０の両方に接触している。第１の接着剤層１０００の少なくとも一部は、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０に埋め込まれている。この例示的な実施形態において、第１の接着剤層１０００の実質的に全体が、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０に埋め込まれている。第１の接着層１０００の実質的に全体が、不連続輸送保護層１０に埋め込まれているため、間隙Ｇは図１３Ａと比較して非常に薄いか、又は存在しない。図１３Ａと同様な間隙Ｇの厚さを維持したい場合は、第１の接着層１０００の厚さを増加させることができる。この例示的な実施形態において、第１の接着剤層１０００は、不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さを通して埋め込まれている。
【０１１１】
図１３Ｅは、例示的な膜電極アセンブリ３００ｅの概略側断面図である。膜電極アセンブリ３００ｅは、第１の接着層１０００を含む。第１の接着層１０００は、第１のガスケット１０４０と、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０との間に配置される。この例示的な実施形態において、第１の接着層１０００は、第１のガスケット１０４０の第２の表面１０４０ｂ、及び第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０の両方と接触している。第１の接着層１０００の少なくとも一部は、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０、及び多孔質電極４０に埋め込まれている。この例示的な実施形態において、第１の接着剤層１０００の実質的に全体が、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０及び多孔質電極４０に埋め込まれている。第１の接着層１０００の実質的に全体が、不連続輸送保護層１００に埋め込まれているので、間隙Ｇは図１３Ａと比較して非常に薄いか、又は存在しない。図１３Ａと同様な間隙Ｇの厚さを維持したい場合は、第１の接着層１０００の厚さを増加させることができる。この例示的な実施形態において、第１の接着層１０００は、膜電極アセンブリ３００ｅの周辺部Ｐに沿って配置される。しかし、この例示的な実施形態において、第１の接着層１０００は、膜電極アセンブリ２００ｆの周縁部までは延びない。この構成は、本開示のいずれかの膜電極アセンブリに使用され得る。この例示的な実施形態において、第１の接着剤層１０００は、不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さを通して、及び多孔質電極４０の一部の厚さに埋め込まれている。
【０１１２】
図１３Ｆは、例示的な膜電極アセンブリ３００ｆの概略側断面図である。膜電極アセンブリ３００ｆは、第１の接着層１０００を含む。第１の接着層１０００は、第１のガスケット１０４０と、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０との間に配置される。この例示的な実施形態において、第１の接着層１０００は、第１のガスケット１０４０の第２の表面１０４０ｂ、及び第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０の両方に接触している。第１の接着剤層１０００の少なくとも一部は、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０、及び多孔質電極４０に埋め込まれている。この例示的な実施形態において、第１の接着剤層１０００の実質的に全体が、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０及び多孔質電極４０に埋め込まれている。第１の接着層１０００の実質的に全体が、不連続輸送保護層１００に埋め込まれているので、間隙Ｇは図１３Ａと比較して非常に薄いか、又は存在しない。図１３Ａと同様な間隙Ｇの厚さを維持したい場合は、第１の接着層１０００の厚さを増加させることができる。この例示的な実施形態において、第１の接着剤層１０００は、不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さを通して、及び多孔質電極４０の実質的の全体厚さを通して埋め込まれている。
【０１１３】
図１３Ｇ及び図１３Ｈは、本開示の例示的な実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。図１３Ｇの膜電極アセンブリ３００ｇは、膜電極アセンブリ２００ｈが第２の電極アセンブリ１００’を更に含むこと以外は、前述したように図１３Ｆの膜電極アセンブリ３００ｆと同様である。第２の電極アセンブリは、不連続輸送保護層１０’及び多孔質電極４０’と、第２の接着層１０００’と、第１の表面１０４０ａ’及び反対側を向いた第２の表面１０４０ｂ’を有し、イオン透過膜２０の第２の表面２０ｂ及び第２の接着層１０００’の間に配置される、第２のガスケット１０４０’と、を含む。第２の接着層１０００’は、膜電極アセンブリの周辺部Ｐに沿って配置される。この例示的な実施形態において、第２のガスケット１０４０’の第１の表面１０４０ａ’は、イオン透過膜２０の第２の表面２０ｂと接触し、第２のガスケット１０４０’の第２の表面１０４０ｂ’は、第２の接着層１０００’と接触している。この例示的な実施形態において、第２の接着層１０００’は、第２のガスケット１０４０’の第２の表面１０４０ｂ’、及び第２の電極アセンブリ１００’の不連続輸送保護層１０’と接触している。
【０１１４】
図１３Ｈの膜電極アセンブリ３００ｈは、第２の電極アセンブリ１００’を更に含むこと以外は、前述したように図１３Ｅの膜電極アセンブリ３００ｅと同様である。第２のアセンブリは、不連続輸送保護層１０’及び多孔質電極４０’と、第２の接着層１０００’と、第１の表面１０４０ａ’及び反対側を向いた第２の表面１０４０ｂ’を有し、イオン透過膜２０の第２の表面２０ｂ及び第２の接着層１０００’の間に配置される、第２のガスケット１０４０’と、を含む。第２の接着層１０００’は、膜電極アセンブリの周辺部Ｐに沿って配置される。この例示的な実施形態において、第２のガスケット１０４０’の第１の表面１０４０ａ’は、イオン透過膜２０の第２の表面２０ｂと接触し、第２のガスケット１０４０’の第２の表面１０４０ｂ’は、第２の接着層１０００’と接触している。この例示的な実施形態において、第２の接着層１０００’は、第２のガスケット１０４０’の第２の表面１０４０ｂ’、及び第２の電極アセンブリ１００’の不連続輸送保護層１０’と接触している。単一の接着層を含む前述した膜電極アセンブリのいずれか、例えば図１３Ａ〜図１３Ｆで説明した膜電極アセンブリは、図１３Ｇ及び図１３Ｈに示されるものと同様の、２つの接着層及び２つの電極アセンブリを含む膜電極アセンブリを形成するために使用され得る。
【０１１５】
本開示を通して、例えば接着層及びガスケット層などの膜電極アセンブリの様々な構成要素は「間隙」を含んでいる。実際の使用時に、電気化学セル又は液体フロー電池内で、間隙の１つ以上、最大で全ての間隙は、電気化学セル又は液体フロー電池を組み立てる間に膜電極アセンブリに適用される圧縮力などの力によって、厚さを減少させるか、又は完全に排除することができる。
【０１１６】
例えば図１３Ａ〜図１３Ｇで説明した膜電極アセンブリなど、イオン透過膜に接触する少なくとも１つのガスケットを含む膜電極アセンブリは、一体構造であってもよい。いくつかの実施形態において、ガスケットは、イオン透過膜に、必要に応じて熱及び／又は圧力下で積層されてもよく、それによって電極アセンブリ及びイオン透過膜は一体構造を形成する。いくつかの実施形態において、ガスケットは第３の接着層（図１３Ａ〜図１３Ｈには示さず）を介して膜電極アセンブリに接着されてもよく、それによって電極アセンブリ及びイオン透過膜は一体構造を形成する。
【０１１７】
他の実施形態において、本開示の膜電極アセンブリは、イオン透過膜と、第１の電極アセンブリの多孔質電極及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つとの間に配置される（例えば、イオン透過膜の第１の表面と、第１の電極アセンブリの不連続輸送保護層との間に配置される）第１の接着層を更に含む。第１の接着層は、少なくとも膜電極アセンブリの内側の中に配置された複数の第１の接着層であり、膜電極アセンブリの面における第１の複数の接着領域の面積は、膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満である。いくつかの実施形態において、膜電極アセンブリの面における第１の複数の接着領域の面積は、膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満、少なくとも４０パーセント未満、少なくとも３０パーセント未満、少なくとも２０パーセント未満、少なくとも１０パーセント未満、又は更には少なくとも５パーセント未満である。「内側の中」とは、膜電極アセンブリの面に対して内側、すなわち周辺領域の反対側にある内側領域を意味する。いくつかの実施形態において、第１の接着層は、イオン透過膜の第１の表面と、第１の電極アセンブリの不連続輸送保護層とのうちの少なくとも一方又は両方と接触してもよい。いくつかの実施形態において、第１の接着層は、イオン透過膜の第１の表面と、第１の電極アセンブリの多孔質電極とのうちの少なくとも一方又は両方と接触してもよい。本開示の膜電極アセンブリは、第２の接着層及び第２の電極アセンブリを任意で含む。第２の接着層は、イオン透過層と、第２の電極アセンブリの多孔性電極及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つとの間に配置される（例えば、イオン透過膜の第２の表面と、第２の電極アセンブリの不連続輸送保護層との間に配置される）。第２の接着層は、少なくとも膜電極アセンブリの内側の中に配置された複数の第２の接着領域であり、膜電極アセンブリの面における第２の複数の接着領域の面積は、膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満である。いくつかの実施形態において、膜電極アセンブリの面における第２の複数の接着領域の面積は、膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満、少なくとも４０パーセント未満、少なくとも３０パーセント未満、少なくとも２０パーセント未満、少なくとも１０パーセント未満、又は更には少なくとも５パーセント未満である。いくつかの実施形態において、第２の接着層は、図１２Ａ〜図１２Ｈ及び図１３Ａ〜図１３Ｈのうちのいずれか１つで説明したものであってもよい。いくつかの実施形態において、第２の接着層は、イオン透過膜の第２の表面と、第２の電極アセンブリの不連続輸送保護層とのうちの少なくとも一方又は両方と接触してもよい。いくつかの実施形態において、第２の接着層は、イオン透過膜の第２の表面と、第２の電極アセンブリの多孔質電極とのうちの少なくとも一方又は両方と接触してもよい。いくつかの実施形態において、第１及び／又は第２の接着層は、膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置されるが、それぞれ第１の電極アセンブリ及び／又は第２の電極アセンブリの周縁部までは延びない。いくつかの実施形態において、第１の接着層の少なくとも一部及び／又は第２の接着層の少なくとも一部は、第１の電極アセンブリ及び／又は第２の電極アセンブリそれぞれの不連続輸送保護層に埋め込まれてもよい。いくつかの実施形態において、第１の接着層の実質的に全体及び／又は第２の接着層の実質的に全体は、第１の電極アセンブリ及び／又は第２の電極アセンブリそれぞれの不連続輸送保護層に埋め込まれてもよい。「実質的に全体」とは、第１の接着層の体積の、少なくとも８０パーセント、少なくとも９０パーセント、少なくとも９５パーセント、少なくとも９９パーセント、又は更には少なくとも１００パーセントが、示された一つ又は複数の層に埋め込まれていることを意味する。いくつかの実施形態において、第１の接着層の少なくとも一部及び／又は第２の接着層の少なくとも一部は、第１の電極アセンブリ及び／又は第２の電極アセンブリそれぞれの不連続輸送保護層及び多孔質電極に埋め込まれてもよい。いくつかの実施形態において、第１の接着層の実質的に全体及び／又は第２の接着層の実質的に全体は、第１の電極アセンブリ及び／又は第２の電極アセンブリそれぞれの不連続輸送保護層及び多孔質電極に埋め込まれてもよい。
【０１１８】
少なくとも電極アセンブリの内側の中に配置された、複数の第１の接着領域を有する第１の接着層を含み、膜電極アセンブリの面における第１の複数の接着領域の面積が、膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満である膜電極アセンブリは、図１３Ａ〜図１３Ｈで前述した膜電極アセンブリと同様に、第１のガスケット、及び任意で第２のガスケットを更に含んでもよい。膜電極アセンブリは、イオン透過膜と、第１の接着層との間（すなわちイオン透過膜の第１の表面と第１の接着層との間に配置される）、又は不連続輸送保護層との間に配置される第１のガスケットを更に含んでもよい。一般に第１のガスケットは環形状で、膜電極アセンブリの周辺部Ｐに沿って位置決めされるので、第１の接着層が膜電極アセンブリの周辺部に沿って延びかつ配置される場合、すなわち第１のガスケットと第１の接着層とが重なり合う場合、第１のガスケットは、イオン透過膜の第１の表面と、第１の接着層との間に配置され得る。第１のガスケットと第１の接着層とが重なり合わない場合、第１のガスケットは、イオン透過膜の第１の表面と、第１の電極アセンブリの不連続輸送保護層との間に配置され得る。第１のガスケットは、イオン透過膜の第１の表面、及び第１の電極アセンブリの不連続輸送保護層のうちの少なくとも一方、又は両方と接触してもよい。第１のガスケットは、イオン透過膜の第１の表面、及び第１の接着層のうちの少なくとも一方、又は両方と接触してもよい。本開示の膜電極アセンブリは、イオン透過膜と、第２の接着層との間に（すなわちイオン透過膜の第２の表面と第２の接着層との間に配置される）、又は第２の電極アセンブリの不連続輸送保護層との間に配置される第２のガスケットを任意で含んでもよい。一般に第２のガスケットは環形状で、膜電極アセンブリの周辺部Ｐに沿って位置決めされるので、第２の接着層が膜電極アセンブリの周辺部に沿って延びかつ配置される場合、すなわち第２のガスケットと第２の接着層とが重なり合う場合、第２のガスケットは、イオン透過膜の第２の表面と、第２の接着層との間に配置され得る。第２のガスケットと第２の接着層とが重なり合わない場合、第２のガスケットは、イオン透過膜の第２の表面と、第２の電極アセンブリの不連続輸送保護層との間に配置され得る。第２のガスケットは、イオン透過膜の第２の表面、及び第２の電極アセンブリの不連続輸送保護層のうちの少なくとも一方、又は両方と接触してもよい。第２のガスケットは、イオン透過膜の第２の表面、及び第２の接着層のうちの少なくとも一方、又は両方と接触してよい。第１及び／又は第２のガスケットは、前述したように環形状であってよい。第１及び第２の電極アセンブリは、例えば図１Ａ〜図１Ｎの電極１００ａ〜１００ｇなど、本開示のいずれかの電極アセンブリであってよい。
【０１１９】
図１４Ａは、本開示の例示的な一実施形態による、図１４Ｂのライン１４Ａにおける、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。図１４Ａは、不連続輸送保護層１０及び多孔質電極４０を有する第１の電極アセンブリ１００を含む、膜電極アセンブリ４００ａを示す。イオン透過膜２０は第１の表面２０ａ及び反対側を向いた第２の表面２０ｂを有する。第１の接着層１０００は、イオン透過膜２０の第１の表面２０ａと、第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０との間に配置される。第１の接着層１０００は、膜電極アセンブリ４００ａの内側の中に配置された複数の第１の接着領域１００２である。膜電極アセンブリ４００ａの面における第１の複数の接着領域の面積（図１４Ｂに示される円の面積の総面積）は、膜電極アセンブリの投影面積（図１４Ｂに示された大きい正方形の面積）の少なくとも５０パーセント未満である。この例示的な実施形態において、第１の接着層１０００は、イオン透過膜２０の第１の表面２０ａ、及び第１の電極アセンブリ１００の不連続輸送保護層１０の両方と接触している。図１４Ｂは、本開示の例示的な一実施形態による、図１４Ａの例示的な膜電極アセンブリの接着層の面の概略上面図である。図１４Ｂは、膜電極アセンブリ４００ａの内側の中に配置された複数の第１の接着領域１００２を含む、第１の接着層１０００を示す。図１４Ａにおいて、第１の接着層が、電極アセンブリ１００の輸送保護層１０と接触しているが、その中に埋め込まれてはいないように図示されている。しかし、これは特に限定ではなく、第１の接着層１０００は、不連続輸送保護層１０の厚さの一部を通して埋め込まれてもよく（図１２Ｃ参照）、不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さを通して埋め込まれてもよく（図１２Ｄ参照）、不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さ及び多孔質電極４０の一部の厚さを通して埋め込まれてもよく（図１２Ｅ参照）、不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さ及び多孔質電極４０の実質的に全体厚さを通して埋め込まれてもよい（図１２Ｆ参照）。「実質的に全体厚さを通して埋め込まれてもよい」という文言は、層の厚さの少なくとも約８０パーセント、少なくとも約９０パーセント、少なくとも約９５パーセント、少なくとも９９パーセント、又は更には少なくとも１００パーセントに接着剤が埋め込まれていることを意味する。膜電極アセンブリ４００ａは、例えば図１２Ｇ及び図１２Ｈ並びに図１３Ｇ及び図１３Ｈで前述したように、第２の接着層及び第２の電極アセンブリを更に含んでもよい。第２の接着層はまた、図１４Ａ及び図１４Ｂの第１の接着層で説明したものであってよい。第２の接着層は、膜電極アセンブリの内側の中に配置された第２の複数の接着領域であり、膜電極アセンブリの面における第２の複数の接着領域の面積は、膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満である。いくつかの実施形態において、膜電極アセンブリの面における第２の複数の接着領域の面積は、膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満、少なくとも４０パーセント未満、少なくとも３０パーセント未満、少なくとも２０パーセント未満、少なくとも１０パーセント未満、又は更には少なくとも５パーセント未満である。接着領域の形状は特に限定されず、立方体形、矩形の中実物、円筒形、球形、回転楕円体、角錐形、切頭角錐形、円錐形などを挙げることができるが、これらに限定されない。接着領域は、例えば矩形実線、円筒形線など、個別の線であってよい。
【０１２０】
本開示の接着層は、感圧性接着剤、熱溶融接着剤、及び熱硬化接着剤のうちの少なくとも１つを含み得る。本開示の接着層に用いられ得る感圧性接着剤として、アクリレート、シリコーン、ニトリル系ゴム、ブチル系ゴム、天然ゴム、スチレンブロックコポリマー、ウレタンなどをベースとするものが挙げられるが、これらに限定されない。ポリ（メタ）アクリレートをベースとする感圧性接着剤は、特に好適となり得る。
【０１２１】
加熱活性化接着剤は、周囲温度又は使用温度において、例えば感圧性接着剤又は構造用接着剤などの接着剤として作用することができ、一方では高温において、液体のように流動する機能を有する。加熱活性化接着剤は熱溶融接着剤を含み、半結晶又は非結晶の接着剤であり、それらの結晶融解温度Ｔｍ及び／又はガラス転移温度Ｔｇを超える温度まで加熱すると、流動できる性質を有する。一旦冷却して、温度をＴｍ及び／又はＴｇより低く戻すと、熱溶融接着剤は固化して接着性がもたらされる。熱溶融接着剤は、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリオレフィン、ポリカーボネート及びエポキシ樹脂のうちの少なくとも１つを含み得る。熱溶融接着剤は硬化され得る。熱溶融接着剤の硬化は、湿気硬化、熱硬化、及び化学線硬化のうちの少なくとも１つを含むことができる。加熱活性化接着剤は、その全てが本明細書に参照として組み込まれる、米国特許出願公開第２０１２／０３２５４０２号（Ｓｕｗａらによる）、並びに米国特許第７，００８，６８０号（Ｅｖｅｒａｅｒｔｓらによる）、及び同第５，９０５，０９９号（Ｅｖｅｒａｅｒｔｓらによる）に開示されている接着剤を含んでよい。
【０１２２】
本開示の接着剤は、例えば、接着転写テープの使用を介して接着層を電極アセンブリの不連続輸送保護層に積層するなどの積層加工、並びに、例えば接着剤を電極アセンブリの不連続輸送保護層にスクリーン印刷するなどの、様々なコーティング及び印刷技術を含む、当技術分野で公知である技術によって、膜電極アセンブリに適用してもよい。
【０１２３】
第１及び第２のガスケットは、液体フロー電池の分野でガスケット材料として一般に使用される材料から調製され得る。ガスケットに使用される材料は特に限定されないが、一般的にガスケットの材料は、液体フロー電池に使用される陽極液及び／又は陰極液に対する良好な耐化学薬品性を有する。第１及び／又は第２のガスケットは、少なくとも１つのポリマーを含み得る。いくつかの実施形態において、第１及び第２のガスケットは、例えばポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリエチレンナフタレート、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、例えばポリエチレン及びポリプロピレンなどのポリオレフィン、例えばスチレン−ブタジエン−スチレン等のスチレン並びにスチレン系ランダムコポリマー及びブロックコポリマー、ポリ塩化ビニル、並びに例えばフッ化ポリビニリデン及びポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素化ポリマーのうちの、少なくとも１つを含むことができるが、これらに限定されない。
【０１２４】
本開示を通して、第１及び第２のガスケットは、膜電極アセンブリと同じ幅を有するように図示されてきたが（例えば図１３Ｃ〜図１３Ｈ参照）、それは必要条件ではない。いくつかの実施形態において、第１及び／又は第２のガスケットの幅は、膜電極アセンブリ及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つの幅未満であってもよい。いくつかの実施形態において、第１及び／又は第２のガスケットの幅は、膜電極アセンブリ及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つの幅よりも大きくてもよい。第１及び／又は第２のガスケットの幅が、膜電極アセンブリ及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つの幅よりも大きい場合、ガスケットは、電気化学セル又は液体フロー電池に含まれる場合に、膜電極アセンブリを封止するために用いることができる。
【０１２５】
本開示の膜電極アセンブリはイオン透過膜を含むが、イオン交換膜は特に有用である。当技術分野において公知のイオン透過膜及びイオン交換膜を使用してもよい。例えばイオン交換膜などのイオン透過膜は、セパレータと称されることが多く、イオン性ポリマーから調製されてよく、例えば、限定ではないが、イオン交換樹脂、イオノマー樹脂、及びそれらの組み合せを含む、不連続輸送保護層のイオン性ポリマーについて前述したものであってよい。いくつかの実施形態において、例えばイオン交換膜などの膜は、フッ素化イオン交換樹脂を含んでもよい。本開示の実施形態において有用な、例えばイオン交換膜などの膜は、イオン交換樹脂及び／又は当技術分野で公知であるイオノマーから作製することができ、又は膜フィルムとして市販されているものもあり、デラウェア州ウィルミントンのＤｕＰｏｎｔ社から入手可能なＮＡＦＩＯＮ  ＰＦＳＡ  ＭＥＭＢＲＡＮＥＳと、ベルギー国ブリュッセルのＳＯＬＶＡＹ社から入手可能なパーフルオロスルホン酸であるＡＱＵＩＶＩＯＮ  ＰＦＳＡと、日本国東京の旭硝子社から入手可能なフルオロポリマーイオン交換膜であるＦＬＥＭＩＯＮ及びＳＥＬＥＭＩＯＮと、独国Ｂｉｅｔｉｇｈｅｉｍ−ＢｉｓｓｉｎｇｅｎのＦｕｍａｔｅｋ社から入手可能な、ＦＫＳ、ＦＫＢ、ＦＫＬ、ＦＫＥ陽イオン交換膜、並びにＦＡＢ、ＦＡＡ、ＦＡＰ、及びＦＡＤ陰イオン交換膜を含むＦＵＭＡＳＥＰイオン交換膜と、ミネソタ州セントポールの３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から粉末又は水溶液として、「３Ｍ８２５ＥＷ」の登録商標で入手可能な、８２５当量を有するパーフルオロスルホン酸イオノマーのイオン交換膜と、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から粉末又は水溶液として、「３Ｍ７２５ＥＷ」の登録商標で入手可能な、７２５当量を有するパーフルオロスルホン酸イオノマーと、その全体が本明細書に参照として組み込まれている、米国特許第７，３４８，０８８号に記載されている材料とが挙げられるが、それらに限定されない。いくつかの実施形態において、イオン交換膜はフルオロポリマーを含む。いくつかの実施形態において、イオン交換膜のフルオロポリマーは、約１０重量％〜約９０重量％、約２０重量％〜約９０重量％、約３０重量％〜約９０重量％、又は更には約４０重量％〜約９０重量％のフッ素を含有してもよい。
【０１２６】
本開示の、例えばイオン透過膜などの膜は、民間供給業者から自立フィルムとして得てもよく、又は、適切な溶媒の中で、例えばイオン交換膜樹脂など、適切な膜の樹脂の溶液をコーティングし、次いで加熱して溶媒を除去することによって作製されてもよい。膜は、剥離ライナー上に溶液をコーティングし、次いで膜コーティング溶液のコーティングを乾燥させて、溶媒を除去することによって、コーティング溶液から形成することができる。
【０１２７】
任意の好適なコーティング方法を使用して、膜コーティング溶液を剥離ライナー上にコーティングしてもよい。典型的な方法には手動方法及び機械方法の両方が含まれ、これにはハンドブラッシング、ノッチバーコーティング、流体ベアリングダイコーティング、巻線ロッドコーティング、流体ベアリングコーティング、スロット供給ナイフコーティング、及び３ロールコーティングが含まれる。最も典型的には３ロールコーティングが使用される。コーティングは、１回の通過又は複数回の通過で行うことができる。対応するイオン透過膜の亀裂を増加させることなしに、コーティング重量を増加させるためには、複数回の通過によるコーティングが有用であり得る。
【０１２８】
膜コーティング溶液中の溶媒の量は、重量基準で、約５〜約９５パーセント、約１０〜約９５パーセント、約２０〜約９５パーセント、約３０〜約９５パーセント、約４０〜約９５パーセント、約５０〜約９５パーセント、約６０〜約９５パーセント、約５〜約９０パーセント、約１０〜約９０パーセント、約２０パーセント〜約９０パーセント、約３０〜約９０パーセント、約４０〜約９０パーセント、約５０〜約９０パーセント、約６０〜約９０パーセント、約５〜約８０パーセント、約１０〜約８０パーセント、約２０パーセント〜約８０パーセント、約３０〜約８０パーセント、約４０〜約８０パーセント、約５０〜約８０パーセント、約６０〜約８０パーセント、約５パーセント〜約７０パーセント、約１０パーセント〜約７０パーセント、約２０パーセント〜約７０パーセント、約３０〜約７０パーセント、約４０〜約７０パーセント、又は更には約５０〜約７０パーセントであってもよい。
【０１２９】
膜コーティング溶液中の、例えばイオン交換樹脂及びイオノマー樹脂などの膜樹脂の量は、重量基準で、約５〜約９５パーセント、約５〜約９０パーセント、約５〜約８０パーセント、約５〜約７０パーセント、約５〜約６０パーセント、約５〜約５０パーセント、約５〜約４０パーセント、約１０〜約９５パーセント、約１０〜約９０パーセント、約１０〜約８０パーセント、約１０〜約７０パーセント、約１０〜約６０パーセント、約１０〜約５０パーセント、約１０〜約４０パーセント、約２０〜約９５パーセント、約２０〜約９０パーセント、約２０〜約８０パーセント、約２０〜約７０パーセント、約２０〜約６０パーセント、約２０〜約５０パーセント、約２０〜約４０パーセント、約３０〜約９５パーセント、約３０〜約９０パーセント、約３０〜約８０パーセント、約３０〜約７０パーセント、約３０〜約６０パーセント、又は更には約３０〜約５０パーセントであってもよい。
【０１３０】
イオン透過膜の厚さは、約５ミクロン〜約２５０ミクロン、約５ミクロン〜約２００ミクロン、約５ミクロン〜約１５０ミクロン、約５ミクロン〜約１００ミクロン、約１０ミクロン〜約２５０ミクロン、約１０ミクロン〜約２００ミクロン、約１０ミクロン〜約１５０ミクロン、約５ミクロン〜約１０ミクロン、約１５ミクロン〜約２５０ミクロン、約１５ミクロン〜約２００ミクロン、約１５ミクロン〜約１５０ミクロン、又は更には約１５ミクロン〜約１００ミクロンであってよい。
【０１３１】
本開示を通して、イオン透過膜は膜電極アセンブリの幅と同じ幅を有するように図示されてきたが（例えば図１２Ａ〜図１４Ｂ）、それは必要条件ではない。いくつかの実施形態において、イオン透過膜の幅は、膜電極アセンブリ及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つの幅未満であってもよい。いくつかの実施形態において、イオン透過膜の幅は、膜電極アセンブリ及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つの幅よりも大きくてもよい。
【０１３２】
本開示の電極アセンブリ及び膜電極アセンブリは、少なくとも１つの多孔質電極を含む。本開示の多孔質電極は導電性であり、多孔性は、電極の単位体積当たりの反応のための活性表面積を増加させ、陽極液及び陰極液を多孔質領域内に浸透させ、この付加表面積にアクセスさせることによって、その中に生じる酸化／還元反応を促進する。多孔質電極は、織布及び不織布繊維マット、織布及び不織布繊維紙、フェルト、及び布（布地）のうちの少なくとも１つを含んでよい。いくつかの実施形態において、多孔質電極は炭素繊維を含む。多孔質電極の炭素繊維としては、焼成カーボン、無定形炭素、グラフェン、カーボンナノチューブ、黒鉛などが挙げることができるが、これらに限定されない。特に有用な多孔質電極材料として、炭素紙、炭素フェルト及び炭素布（布地）が挙げられる。いくつかの実施形態において、多孔質電極は、炭素紙、炭素フェルト及び炭素布のうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態において、多孔質電極は、炭素繊維を約３０重量％〜約１００％、約４０重量％〜約１００％、約５０重量％〜約１００重量％、約６０重量％〜約１００重量％、約７０重量％〜約１００重量％、約８０重量％〜約１００重量％、約９０重量％〜約１００重量％、又は更には約９５重量％〜約１００重量％含む。いくつかの実施形態において、多孔質電極は、導電性炭素微粒子の約５０重量％〜約１００重量％、約６０重量％〜約１００重量％、約７０重量％〜約１００重量％、約８０重量％〜約１００重量％、約９０重量％〜約１００重量％、約９５重量％〜約１００重量％、又は更には約９７重量％〜約１００重量％含む。いくつかの実施形態において、導電性炭素微粒子は、炭素粒子、片状炭素、炭素繊維、カーボンデンドライト、カーボンナノチューブ、及び分枝カーボンナノチューブのうちの少なくとも１つを含むことができ、組み合せを使用することができる。いくつかの実施形態において、導電性炭素微粒子は、黒鉛粒子、片状黒鉛、黒鉛繊維及び黒鉛デンドライトのうち少なくとも１つを含むことができ、組み合せを使用することができる。いくつかの実施形態において、多孔質電極は、重量で、黒鉛粒子、片状黒鉛、黒鉛繊維、及び黒鉛デンドライトのうちの少なくとも１つを、約５重量％〜約１００重量％、約１０重量％〜約１００重量％、約２０重量％〜約１００重量％、約３５重量％〜約１００重量％、又は更には約５０重量％〜約１００重量％含む。
【０１３３】
本開示の、電極アセンブリ及び膜電極アセンブリに有用な他の多孔質電極として、２０１５年６月２３日に出願された「Ｐｏｒｏｕｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｅｌｌｓ  ａｎｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｆｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ  Ｔｈｅｒｅｆｒｏｍ」と題する、係争中の米国仮特許出願第６２／１８３４２９号と、２０１５年６月２３日に出願された「Ｐｏｒｏｕｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｅｌｌｓ  ａｎｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｆｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ  Ｔｈｅｒｅｆｒｏｍ」と題する、同第６２／１８３４４１号と、２０１５年１２月１８日に出願された「Ｐｏｒｏｕｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ，Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ，Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ，ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｅｌｌｓ  ａｎｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｆｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ  Ｔｈｅｒｅｆｒｏｍ」と題する、同第６２／２６９２２７号と、２０１５年１２月１８日に出願された「Ｐｏｒｏｕｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｅｌｌｓ  ａｎｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｆｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ  Ｔｈｅｒｅｆｒｏｍ」と題する、同第６２／２６９２３９号とにおける多孔質電極が挙げられる。これらは、その全てが本明細書に参照として組み込まれている。
【０１３４】
多孔質電極の厚さは、約１０ミクロン〜約１５０００ミクロン、約１０ミクロン〜約１００００ミクロン、約１０ミクロン〜約５０００ミクロン、約１０ミクロン〜約１０００ミクロン、約１０ミクロン〜約５００ミクロン、約１０ミクロン〜約２５０ミクロン、約１０ミクロン〜約１００ミクロン、約２５ミクロン〜約１５０００ミクロン、約２５ミクロン〜約１００００ミクロン、約２５ミクロン〜約５０００ミクロン、約２５ミクロン〜約１０００ミクロン、約２５ミクロン〜約５００ミクロン、約２５ミクロン〜約２５０ミクロン、又は更には約２５ミクロン〜約１００ミクロンであってよい。多孔質電極の多孔率は、体積基準で、約５パーセント〜約９５パーセント、約５パーセント〜約９０パーセント、約５パーセント〜約８０パーセント、約５パーセント〜約７０パーセント、約１０パーセント〜約９５パーセント、約１０パーセント〜９０パーセント、約１０パーセント〜約８０パーセント、約１０パーセント〜約７０パーセント、約１０パーセント〜約７０パーセント、約２０パーセント〜約９５パーセント、約２０パーセント〜約９０パーセント、約２０パーセント〜約８０パーセント、約２０パーセント〜約７０パーセント、約２０パーセント〜約７０パーセント、約３０パーセント〜約９５パーント、約３０パーセント〜約９０パーセント、約３０パーセント〜約８０パーセント、又は更には約３０パーセント〜約７０パーセントであってもよい。
【０１３５】
多孔質電極は、織布及び不織布繊維マットの単層又は多層、織布及び不織布繊維紙、フェルト、及び布の単層又は多層、並びに特定の効用を有する多層紙及びフェルトの単層又は多層であってよい。多孔質電極が多層を含む場合、使用し得る層数に関して特に制限はない。しかしながら、コスト及び／又は組み立てステップ数を低減するため、本開示の電極アセンブリ及び膜電極アセンブリの層数を最小限にすることが一般に望まれるので、多孔質電極は、約２〜約２０層、約２〜約１０層、約２〜約８層、約２〜約５層、約３〜約２０層、約３〜約１０層、約３〜約８層、又は更には約３〜約５層の、織布及び不織布繊維マット並びに織布及び不織布繊維紙、フェルト、布、及び発泡体を含んでもよい。いくつかの実施形態において、多孔質電極は、約２〜約２０層、約２〜約１０層、約２〜約８層、約２〜約５層、約３〜約２０層、約３〜約１０層、約３〜約８層、又は更には約３〜約５層の炭素紙、炭素フェルト及び／又は炭素布を含む。
【０１３６】
いくつかの実施形態において、多孔質電極に表面処理を施し、所与の陽極液若しくは陰極液に対する多孔質電極の濡れ性を高めてもよく、又は所与の陽極液若しくは陰極液の化学組成に関連付けられた酸化還元反応に対して、多孔質電極の電気化学活性を与えるか、若しくは増強してもよい。表面処理剤は、化学処理、熱処理及びプラズマ処理のうちの少なくとも１つを含むが、これらに限定されない。多孔質電極の熱処理として、例えば酸素及び空気などの酸化性雰囲気中で高温に加熱することを挙げることができる。熱処理は、約１００〜約１０００℃、約１００〜約８５０℃、約１００〜約７００℃、約２００〜約１０００℃、約２００〜約８５０℃、約２００〜約７００℃、約３００〜約１０００℃、約３００〜約８５０℃、又は更には約３００〜約７００℃であってよい。熱処理の期間は、約０．１時間〜約６０時間、約０．２５時間〜約６０時間、約０．５時間〜約６０時間、約１時間〜約６０時間、約３時間〜約６０時間、約０．１時間〜約４８時間、約０．２５時間〜約４８時間、約０．５時間〜約４８時間、約１時間〜約４８時間、約３時間〜約４８時間、約０．１時間〜約２４時間、約０．２５時間〜約２４時間、約０．５時間〜約２４時間、約１時間〜約２４時間、約３時間〜約２４時間、約０．１時間〜約１２時間、約０．２５時間〜約１２時間、約０．５時間〜約１２時間、約１時間〜約１２時間、又は更には約３時間〜約４８時間であってよい。いくつかの実施形態において、多孔質電極は、空気、酸素、水素、窒素、アルゴン、及びアンモニアのうちの少なくとも１つの、約３００℃〜約７００℃の温度における雰囲気中で約０．１時間〜４８時間熱処理された、炭素紙、炭素フェルト、炭素布のうちの少なくとも１つを含む。
【０１３７】
いくつかの実施形態において、多孔質電極は親水性であってよい。これは、多孔質電極が水性陽極溶液及び／又は陰極溶液と共に使用される場合に、特に有利となる場合がある。液体フロー電池の電極の孔への液体、例えば水、陰極液及び／又は陽極液の取り込みは、液体フロー電池の最適な動作のための重要な特性と考えてもよい。いくつかの実施形態では、電極の孔の１００パーセントに液体を充填し、液体と電極表面との間に最大の界面を生成してもよい。他の実施形態において、電極の孔の約３０パーセント〜約１００パーセント、約５０パーセント〜約１００パーセント、約７０パーセント〜約１００パーセント、又は更には約８０パーセント〜１００パーセントに液体が充填されてもよい。いくつかの実施形態において、多孔質電極は、水、陰極液及び／又は陽極液との９０°未満の表面接触角を有してもよい。いくつかの実施形態において、多孔質電極は、約９０°〜約０°、約８５°〜約０°、約７０°〜約０°、約５０°〜約０°、約３０°〜約０°、約２０°〜約０°、又は更には約１０°〜約０°の、水、陰極液及び／若しくは陽極液との表面接触角を有してもよい。
【０１３８】
本開示の電極アセンブリ及び膜電極アセンブリの界面領域は、多孔質電極の複数の空隙のうちの少なくとも一部に埋め込まれた不連続輸送保護層のポリマーの一部、不連続輸送保護層のポリマーの一部に埋め込まれた多孔質電極の一部、又はそれらの組み合せを含む。界面領域の厚さＴｉは、特に限定されない。いくつかの実施形態において、界面領域の厚さは、約１０ミクロン〜約３００ミクロン、約１０ミクロン〜約２００ミクロン、約１０ミクロン〜約１５０ミクロン、２０ミクロン〜約３００ミクロン、約２０ミクロン〜約２００ミクロン、約２０ミクロン〜約１５０ミクロン、３０ミクロン〜約３００ミクロン、約３０ミクロン〜約２００ミクロン、又は更には約３０ミクロン〜約１５０ミクロンである。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は厚さＴｐを有し、界面領域は厚さＴｉを有し、比Ｔｉ／Ｔｐは、約０．００５〜約０．８、約０．０１〜約０．８、約０．０２５〜約０．８、約０．０５〜約０．８、約０．１〜約０．８、約０．００５〜約０．６５、約０．０１〜約０．６５、約０．０２５〜約０．６５、約０．０５〜約０．６５、約０．１〜約０．６５、約０．００５〜約０．５、約０．０１〜約０．５、約０．０２５〜約０．５、約０．０５〜約０．５、約０．１〜約０．５、約０．００５〜約０．４、約０．０１〜約０．４、約０．０２５〜約０．４、約０．０５〜約０．４、約０．１〜約０．４、約０．００５〜約０．３、約０．０１〜約０．３、約０．０２５〜約０．３、約０．０５〜約０．３、又は更には約０．１〜約０．３である。界面領域は、ポリマーと多孔質電極との間の機械的結合を含むことができる。電極アセンブリの一体構造は、不連続輸送保護層のポリマーと界面領域内の多孔質電極との間で、機械的結合などの結合によって形成することができる。いくつかの実施形態において、界面領域は、不連続輸送保護層を多孔質電極に結合して、一体構造を形成する。界面領域は、電極アセンブリの作製プロセス中に形成することができる。
【０１３９】
一実施形態において、不連続輸送保護は、多孔質電極の第１の主面上に配置されたポリマーの溶融押出しによって形成することができる。溶融ポリマーは、多孔質電極の複数の空隙のうちの少なくとも一部の中に流れることができ、任意で、多孔質電極（存在する場合）の繊維をカプセル化し、冷却固化させることによって、例えば機械的結合などで、不連続輸送保護層を多孔質電極に結合して、一体構造を形成する。不連続輸送保護層及び多孔質電極のうちの一方又は両方に圧力及び／又は熱を適用して、溶融ポリマーを複数の空隙に追いやることができる。
【０１４０】
別の実施形態において、適当な粘度のポリマー溶液が、多孔質電極の第１の主面上に所望のパターンでスクリーン印刷されてもよい。ポリマー溶液は、多孔質電極の複数の空隙のうちの少なくとも一部の中に流れることができ、任意で、多孔質電極（存在する場合）の繊維をカプセル化し、乾燥、硬化、及び／又はせん断応力を除去して固化させることによって、例えば機械的結合などで、不連続輸送保護層を多孔質電極に結合して、一体構造を形成する。不連続輸送保護層及び多孔質電極のうちの一方又は両方に圧力及び／又は熱を適用して、ポリマー溶液を複数の空隙に追いやることができる。
【０１４１】
更に別の実施形態において、熱可塑性物質又はＢステージの熱硬化性物質の連続フィルムは、例えば所望の開放領域を連続フィルムにダイカットすることによって、不連続輸送保護層の中に形成することができ、メッシュ構造体を形成する。不連続輸送保護層は、多孔質電極の第１の主面に、熱可塑性物質又はＢステージの熱硬化性物質の軟化温度を超える適切な温度で積層されてよく、それによって熱可塑性物質又はＢステージの熱硬化性物質は、多孔質電極の複数の空隙のうちの少なくとも一部の中に流れ、任意で、多孔質電極（存在する場合）の繊維をカプセル化して、次に、加熱又は化学線で、（Ｂステージの熱硬化性物質を）冷却又は硬化で固化し、それによって不連続輸送保護層を多孔質電極に例えば機械的結合などで結合して、一体構造を形成する。不連続輸送保護層及び多孔質電極のうちの一方又は両方に圧力及び／又は追加の熱を適用して、熱可塑物質又はＢステージの熱硬化性物質を複数の空隙に追いやることができる。
【０１４２】
別の実施形態において、熱可塑性繊維又はＢステージの熱硬化性繊維の織布構造体若しくは不織布構造体は、例えば、従来技術を用いて織布構造体又は不織布構造体を作製することによって、不連続輸送保護層の中に形成することができる。不連続輸送保護層は、多孔質電極の第１の主面に、熱可塑性物質又はＢステージの熱硬化性物質の軟化温度を超える適切な温度で積層されてよく、それによって熱可塑性物質又はＢステージの熱硬化性物質は、多孔質電極の複数の空隙のうちの少なくとも一部の中に流れ、任意で、多孔質電極（存在する場合）の繊維をカプセル化して、次に、加熱又は化学線で、（Ｂステージの熱硬化性物質を）冷却又は硬化で固化し、それによって不連続輸送保護層を多孔質電極に例えば機械的結合などで結合して、一体構造を形成する。不連続輸送保護層及び多孔質電極のうちの一方又は両方に圧力及び／又は追加の加熱を適用して、熱可塑物質又はＢステージの熱硬化性物質を複数の空隙に追いやることができる。
【０１４３】
いくつかの実施形態において、多孔質電極の表面は粗くてよく、その表面の上方に突起を含んでもよく、例えば多孔質電極を構成する繊維が、多孔質電極の表面の上方に突出してもよい。これらの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーがその軟化温度を超えているとき、及び／又は流動可能な溶液の形状にあるとき、不連続輸送保護層のポリマーは流れて突起をカプセル化することができ、（例えば熱可塑性物質又はＢステージの熱硬化性物質などのポリマー溶融物を）冷却によって固化させる際、若しくは（例えばポリマー溶液を）乾燥させる際、又は（ポリマー溶液若しくはＢステージの熱硬化性物質を）硬化させる際に、不連続輸送保護層を多孔質電極に例えば機械的結合などで結合して、一体構造を形成する。
【０１４４】
いくつかの実施形態において、界面領域の厚さと組み合わされた多孔質電極の厚さ、すなわちＴｅ＋Ｔｉは、約１０ミクロン〜約１０００ミクロン、約１０ミクロン〜約５００ミクロン、約１０ミクロン〜約２５０ミクロン、約１０ミクロン〜約１００ミクロン、約２５ミクロン〜約１０００ミクロン、約２５ミクロン〜約５００ミクロン、約２５ミクロン〜約２５０ミクロン、又は更には約２５ミクロン〜約１００ミクロンであってよい。
【０１４５】
本開示の不連続輸送保護層、多孔質電極、膜、並びに対応する電極アセンブリ及び膜電極アセンブリは、例えばレドックスフロー電池などの液体フロー電池で使用される電気化学セルを作製するために用いることができる。いくつかの実施形態において、本開示は、少なくとも１つの電極アセンブリ又は少なくとも１つの膜電極アセンブリを含む、電気化学セルを提供する。一実施形態において、本開示は、本開示の電極アセンブリのうちのいずれか１つによる電極アセンブリを含む、電気化学セルを提供する。別の実施形態において、本開示は、本開示の膜電極アセンブリのいずれか１つによる膜電極アセンブリを含む、電気化学セルを提供する。
【０１４６】
図３は、本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電気化学セルの概略側断面図である。電気化学セル３００は、全て前述したような、多孔質電極４０と、不連続輸送保護層１０と、界面領域９０と、イオン透過膜２０と、を含む。電気化学セル３００は、流体入口ポート５１ａ及び５１ａ’のそれぞれ、流体出口ポート５１ｂ及び５１ｂ’のそれぞれ、フローチャネル５５及び５５’のそれぞれ、並びに第１の表面５０ａ及び５２ａを有するエンドプレート５０及び５０’のそれぞれを含む。電気化学セル３００は、集電体６０及び６２も含む。エンドプレート５０及び５１は、それぞれ表面５０ａ及び５２ａを介して、多孔質電極４０と電気通信している。図示されていない支持プレートが、集電体６０及び６２の外部表面に隣接して配置されてもよい。支持プレートは集電体から電気的に絶縁され、機械的強度及び支持を与え、セルアセンブリの圧縮を容易にする。いくつかの実施形態において、電気化学セル３００は、多孔質電極４０と、不連続輸送保護層１０と、界面領域９０とを含む、少なくとも１つの電極アセンブリ１００を含む。電極アセンブリ１００は、例えば電極アセンブリ１００ａ〜１００ｇ（図１Ａ〜図１Ｎ）など、本開示の電極アセンブリのいずれかであってよい。図３は、例えば第１の電極アセンブリ及び第２の電極アセンブリなど、２つの電極アセンブリ１００を示す。２つの電極アセンブリは、同じであってもよく、又は異なっていてもよい。例えば、第１の電極アセンブリは電極アセンブリ１００ａ（図１Ａ及び図１Ｂ）であってもよく、一方で第２の電極アセンブリは電極アセンブリ１００ｆ（図１Ｋ及び図１Ｌ）であってもよい。電気化学セル３００はまた、膜電極アセンブリ２００及び／又は２００’を含んでもよい。膜電極アセンブリ２００は、例えば膜電極アセンブリ２００ａ（図２Ａ）など、本明細書で説明した単一の多孔質電極を有する膜電極アセンブリのいずれかであってもよい。膜電極アセンブリ２００’は、例えば膜電極アセンブリ２００ｂ（図２Ｂ）など、本明細書で説明した２つの多孔質電極を有する膜電極アセンブリのいずれかであってもよい。
【０１４７】
個々の電気化学セルは、電気化学セル積層体を形成するように配置されてもよい。本開示の電気化学セル積層体は、本明細書で前述したように、複数の電極アセンブリ及び／又は複数の膜電極アセンブリを含むことができる。一実施形態において、本開示は、本開示の電極アセンブリのうちのいずれか１つによる、少なくとも２つ、少なくとも３つ、又は更には少なくとも４つの電極アセンブリを含む、電気化学セル積層体を提供する。別の実施形態において、本開示は、本開示の膜電極アセンブリのうちのいずれか１つによる、少なくとも２つ、少なくとも３つ、少なくとも４つの膜電極アセンブリを含む、電気化学セル積層体を提供する。図４は、本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電気化学セル積層体の概略側断面図を示す。電気化学セル積層体３１０は、バイポーラプレート５０’’並びにフローチャネル５５及び５５’を有するエンドプレート５０及び５０’によって分離された、膜電極アセンブリ２００’を含む。バイポーラプレート５０’’は、例えば、陽極液が１つの流路５５のセットを通って流れ、陰極液が流路５５’の第２のセットを通って流れることを可能にする。セル積層体３１０は、複数の電気化学セルを含み、各セルは膜電極アセンブリ並びに対応する隣接したバイポーラプレート及び／又はエンドプレートによって表されている。膜電極アセンブリ２００’は上記で説明されている。いくつかの実施形態において、各膜電極アセンブリ２００’は、本開示の２つの電極アセンブリ、例えば電極アセンブリ１００ａ〜１００ｇのうちの少なくとも２つを含み得る。いくつかの実施形態において、膜電極アセンブリ２００’の電極アセンブリのうちの１つは、不連続輸送保護層を含有しない電極アセンブリに置き換えることができる。電気化学セル積層体内において、膜電極アセンブリは同じであっても又は異なっていてもよい。電気化学セル積層体内において、電極アセンブリは同じであっても又は異なっていてもよい。図示されていない支持プレートが、集電体６０及び６２の外部表面に隣接して配置されてもよい。支持プレートは集電体から電気的に絶縁され、機械的強度及び支持を与え、セルアセンブリの圧縮を容易にする。陽極液及び陰極液の入口ポート及び出口ポート、並びに対応する流体分配システムについては図示しない。これらの特徴部は、当該技術分野において知られているように提供され得る。
【０１４８】
本開示の不連続輸送保護層、多孔質電極、及びイオン透過膜、並びにそれらに対応する電極アセンブリ及び膜電極アセンブリは、例えばレドックスフロー電池などの液体フロー電池を作製するために使用され得る。いくつかの実施形態において、本開示は、本開示の少なくとも１つの電極アセンブリ、及び／又は少なくとも１つの膜電極アセンブリを含む、液体フロー電池を提供する。一実施形態において、本開示は、例えば電極アセンブリ１００ａ〜１００ｇなど、本開示の電極アセンブリのいずれか１つによる電極アセンブリを含む、液体フロー電池を提供する。別の実施形態において、本開示は、例えば膜電極アセンブリ２００ａ及び２００ｂなど、本開示の膜電極アセンブリのいずれか１つによる膜電極アセンブリを含む、液体フロー電池を提供する。図５は、本開示の例示的な一実施形態による、例示的な単セル液体フロー電池の概略図を示す。液体フロー電池４００は、全て前述したような、多孔質電極４０、不連続輸送保護層１０、界面領域９０、及びイオン透過膜２０を含む。多孔質電極４０及び不連続輸送保護層１０は、前述したような電極アセンブリ１００として液体フロー電池４００に含まれてもよく、例えば電極アセンブリ１００ａ〜１００ｇなどの、本開示の電極アセンブリのいずれかであってよい。多孔質電極４０、不連続輸送保護層１０、及び膜２０は、前述したような膜電極アセンブリ２００、２００’として液体フロー電池４００に含まれてもよく、例えば電極アセンブリ２００ａ及び２００ｂなどの、本開示の膜電極アセンブリのいずれかであってよい。液体フロー電池４００はまた、フローチャネル（図示せず）を有するエンドプレート５０及び５０’、集電体６０、６２、陽極液リザーバ７０及び陽極液流体分配７０’、並びに陰極液リザーバ７２及び陰極液流体分配システム７２’を含む。流体分配システムのポンプは図示しない。集電体６０及び６２は、電気負荷（図示せず）を含む外部回路に接続してもよい。図示されていない支持プレートが、集電体６０及び６２の外部表面に隣接して配置されてもよい。支持プレートは集電体から電気的に絶縁され、機械的強度及び支持を与え、セルアセンブリの圧縮を容易にする。単セル液体フロー電池が図示されているが、液体フロー電池が、複数の電気化学セル、すなわちセル積層体を含み得ることは、当技術分野において公知である。複数のセル積層体を使用して、液体フロー電池、例えば、連続で接続された複数のセル積層体を形成してもよい。本開示の不連続輸送保護層、多孔質電極、及びイオン交換膜、並びにそれらに対応する電極アセンブリ及び膜電極アセンブリは、例えば図５の複数セルの積層体など、複数セルを有する液体フロー電池を作製するために使用することができる。流れ場が存在してもよいが、これは必要条件ではない。
【０１４９】
本開示の電極アセンブリ及び膜電極アセンブリは、向上したセル短絡抵抗及びセル抵抗をもたらすことができる。セル短絡抵抗は、例えば、電極の導電性繊維による膜の破壊に起因する短絡に対して電気化学セルが有する抵抗の尺度である。いくつかの実施形態において、本開示の電極アセンブリ及び膜電極アセンブリのうちの少なくとも１つを含む、本開示の実施例セクションで説明するような試験セルは、１０００Ω・ｃｍ２より大きい、５０００Ω・ｃｍ２より大きい、又は更には１００００Ω・ｃｍ２より大きいセル短絡抵抗を有し得る。いくつかの実施形態において、セル短絡抵抗は、約１０００００００Ω・ｃｍ２未満であってもよい。セル抵抗は、膜を貫通する、すなわち図３又は図５に示されるセルを横断する電気化学セルの電気抵抗の尺度である。いくつかの実施形態において、本開示の実施例セクションで説明するように、本開示の電極アセンブリ及び膜電極アセンブリのうちの少なくとも１つを含む試験セルは、約０．０１〜約１０Ω・ｃｍ２、０．０１〜約５Ω・ｃｍ２、約０．０１〜約３Ω・ｃｍ２、約０．０１〜約１Ω・ｃｍ２、約０．０４〜約５Ω・ｃｍ２、約０．０４〜約３Ω・ｃｍ２、約０．０４〜約０．５Ω・ｃｍ２、約０．０７〜約５Ω・ｃｍ２、約０．０７〜約３Ω・ｃｍ２、又は更には約０．０７〜約０．１Ω・ｃｍ２のセル抵抗を有し得る。
【０１５０】
本開示のいくつかの実施形態において、液体フロー電池は、レドックスフロー電池、例えば、バナジウムレドックスフロー電池（ＶＲＦＢ）であってもよく、ここでは、Ｖ３＋／Ｖ２＋硫酸塩溶液が負電解液（「陽極液」）として機能し、Ｖ５＋／Ｖ４＋硫酸塩溶液が正電解液（「陰極液」）として機能する。しかしながら、他のレドックス化学作用が想定され、本開示の範囲内であり、例えば、Ｖ２＋／Ｖ３＋対Ｂｒ−／ＣｌＢｒ２、Ｂｒ２／Ｂｒ−対Ｓ／Ｓ２−、Ｂｒ−／Ｂｒ２対Ｚｎ２＋／Ｚｎ、Ｃｅ４＋／Ｃｅ３＋対Ｖ２＋／Ｖ３＋、Ｆｅ３＋／Ｆｅ２＋対Ｂｒ２／Ｂｒ−、Ｍｎ２＋／Ｍｎ３＋対Ｂｒ２／Ｂｒ−、Ｆｅ３＋／Ｆｅ２＋対Ｔｉ２＋／Ｔｉ４＋及びＣｒ３＋／Ｃｒ２＋の酸性／塩基性の化学作用が含まれるが、これらに限定されないことを理解するべきである。液体フロー電池に有用である他の化学作用として、例えば、米国特許出願公開第２０１４／００２８２６０号、同２０１４／００９９５６９号、及び同２０１４／０１９３６８７号に記載されている配位化学作用と、例えば米国特許出願公開第２０１４／０３７０４０３号及び特許協力条約下の国際出願公開ＷＯ２０１４／０５２６８２号の有機複合体が挙げられる。これらはその全てが本明細書に参照として組み込まれている。
【０１５１】
本開示はまた、電極アセンブリの製造方法を提供する。いくつかの実施形態において、電極アセンブリの製造方法は、（ｉ）第１の表面積Ａｅを有する第１の主面、反対側を向いた第２の主面、及び複数の空隙を有する多孔質電極を準備することと、（ｉｉ）ポリマーを含み、第１の主面と実質的に平行な断面積Ａｐを有する不連続輸送保護層を第１の主面上に配置することと、（ｉｉｉ）不連続輸送保護層の一部が、複数の空隙のうちの少なくとも一部に埋め込まれているか、多孔質電極の一部が、ポリマーの一部に埋め込まれているか、又はそれらの組み合せである、界面領域を形成することと、を含む。ここで、０．０２Ａｅ≦Ａｐ≦０．８５Ａｅであり、多孔質電極及びポリマー層は一体構造を形成する。任意で、方法は、界面領域とは反対側にある不連続輸送保護層の主面上にイオン透過膜を配置することを更に含んでよく、これにより、膜電極アセンブリが形成される。
【０１５２】
いくつかの実施形態において、配置するステップは、例えばポリマーを溶融押出し成形する押出し成形と、例えばポリマーを３Ｄプリンティング及びインクジェット印刷するポリマーの印刷と、例えばポリマーをセグメント化転写積層するポリマーの転写積層とのうちの、少なくとも１つを含む。例えばポリマー溶融押出し成形などの押出し成形プロセス、及びポリマー印刷は当技術分野で公知であり、従来の技術を、本開示の電極アセンブリ及び膜電極アセンブリの作製に利用することができる。ポリマーを転写積層することは当技術分野で公知であり、例えばセグメント化された転写積層、及び従来の技術を用いてもよい。セグメント化転写積層方法の一例は、連続ポリマーフィルムを剥離ライナー上に形成し、転写するセグメントの所望のパターンを形成するためにポリマーフィルムをキスカットし、セグメント化されたポリマーフィルムのウィード、すなわちセグメント化されたポリマーフィルムの不要部分を除去して、剥離ライナーを伴う不連続輸送保護層を形成し、多孔質電極を提供し、（例えば熱積層など）不連続輸送保護層の露出させた主面を多孔質電極の表面に積層させて界面領域を形成するものである。多孔質電極とポリマー層は一体構造を形成する。不連続輸送保護層及び多孔質電極のうちの一方又は両方に圧力及び／又は熱を適用して、溶融ポリマーを複数の空隙に追いやることができる。不連続輸送保護層及び多孔質電極のうちの一方又は両方に圧力及び／又は熱を適用して、ポリマーを複数の空隙に追いやることができる。剥離ライナーは、所望のときに取り外すことができる。
【０１５３】
電極アセンブリを製造する方法のいくつかの実施形態において、界面領域を形成するステップは、配置するステップに含まれる。いくつかの実施形態において、形成するステップは、圧力及び熱のうちの少なくとも１つを、多孔質電極及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つに加えることを含む。圧力及び熱のうちの少なくとも１つを、多孔質電極及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つに加えることは、多孔質電極及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つを、ニップロールの少なくとも１つのセット内に付勢することによって行うことができ、任意でニップロールのうちの少なくとも１つは加熱される。いくつかの実施形態において、形成するステップは、圧力及び熱のうちの少なくとも１つを多孔質電極及び不連続輸送保護層に加えることを含む。圧力及び熱のうちの少なくとも１つを多孔質電極及び不連続輸送保護層に加えることは、多孔質電極及びポリマー層を、ニップロールの少なくとも１つのセット内に付勢することによって行うことができ、任意でニップロールのうちの少なくとも１つは加熱される。
【０１５４】
本開示の選択した実施形態は、以下を含むがそれらに限定されない。
【０１５５】
第１の実施形態において、本開示は、
第１の表面積Ａｅを有する第１の主面、反対側を向いた第２の主面、及び複数の空隙を有する、多孔質電極と、
ポリマーを含み、第１の主面上に配置され、第１の主面に実質的に平行である断面積Ａｐを有する、不連続輸送保護層と、
複数の空隙のうちの少なくとも一部に埋め込まれたポリマーの一部、ポリマーの一部に埋め込まれた多孔質電極の一部、又はそれらの組み合せを含み、０．０２Ａｅ≦Ａｐ≦０．８５Ａｅで、多孔質電極及び不連続輸送保護層は一体構造を形成する、界面領域と、
を含む電極アセンブリを提供する。
【０１５６】
第２の実施形態において、本開示は、複数の空隙が、多孔質電極の第１の主面の少なくとも一部と反対側を向いた第２の主面との間の流体連通を可能にする、第１の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０１５７】
第３の実施形態において、本開示は、不連続輸送保護層が非導電性である、第１又は第２の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０１５８】
第４の実施形態において、本開示は、０．０２Ａｅ≦Ａｐ≦０．５Ａｅである、第１〜第３の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１５９】
第５の実施形態において、本開示は、０．０２Ａｅ≦Ａｐ≦０．３Ａｅである、第１〜第４の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１６０】
第６の実施形態において、本開示は、不連続輸送保護層の厚がＴｐであり、界面領域の厚さがＴｉであり、比Ｔｉ／Ｔｐが約０．００５〜約０．８である、第１〜第５の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１６１】
第７の実施形態において、本開示は、不連続輸送保護層が、複数の個別の構造体、メッシュ構造体、織布構造体、及び不織布構造体のうちの少なくとも１つを含む、第１〜第６の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１６２】
第８の実施形態において、本開示は、不連続輸送保護層が複数の個別の構造体を含む、第１〜第６の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１６３】
第９の実施形態において、本開示は、複数の個別の構造体が、約０．０５０ミクロン〜約３０００ミクロンの厚さを有する、第８の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０１６４】
第１０の実施形態において、本開示は、複数の個別の構造体がパターンになっている、第８又は第９の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０１６５】
第１１の実施形態において、本開示は、複数の個別の構造体が、複数の非交差連続ラインを含む、第８〜第１０の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１６６】
第１２の実施形態において、本開示は、複数の非交差連続ラインが直線である、第１１の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０１６７】
第１３の実施形態において、本開示は、複数の非交差連続ラインが、約０．３ｍｍ〜約１１ｍｍのピッチを有する、第１１又は第１２の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０１６８】
第１４の実施形態において、本開示は、複数の非交差連続ラインが、約０．０１ｍｍ〜約１０ｍｍの幅を有する、第１１〜第１３の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１６９】
第１５の実施形態において、本開示は、複数の非交差連続ラインが、約２ｃｍ〜概ね多孔質電極の長さである長さスケールにわたって実質的に平行である、第１１〜第１４の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１７０】
第１６の実施形態において、本開示は、複数の個別の構造体が、約１０ミクロン〜約５０００ミクロンまでの最長寸法を有する、第８〜第１４の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１７１】
第１７の実施形態において、本開示は、不連続輸送保護層が、メッシュ構造体、織布構造体、及び不織布構造体のうちの少なくとも１つを含む、第１〜第６の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１７２】
第１８の実施形態において、本開示は、織布構造体、不織布構造体、及びメッシュ構造体のうちの少なくとも１つについて、体積多孔率及び開放面積多孔率のうちの少なくとも１つが約０．１０〜約０．９９５である、第１７の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０１７３】
第１９の実施形態において、本開示は、不連続輸送保護層が、導電性微粒子及び非導電性微粒子のうちの少なくとも１つを０重量％〜５重量％を含有する、第１〜第１８の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１７４】
第２０の実施形態において、本開示は、不連続輸送保護層が、熱可塑性物質又はＢステージの熱硬化性物質のうちの少なくとも１つを含む、第１〜第１９の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１７５】
第２１の実施形態において、本開示は、不連続輸送保護層が２５℃において非粘着性である、第１〜第２０の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１７６】
第２２の実施形態において、本開示は、不連続輸送保護層のポリマーが、約５０℃〜約４００℃の軟化温度を有する、第１〜第２１の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１７７】
第２３の実施形態において、本開示は、不連続輸送保護層のポリマーが約０〜約５体積％の多孔率を有する固体である、第１〜第２２の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１７８】
第２４の実施形態において、本開示は、不連続輸送保護層が５重量％〜約１００重量％の親水性ポリマーを含む、第１〜第２３の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１７９】
第２５の実施形態において、本開示は、不連続輸送保護層が親水性コーティングを更に含む、第１〜第２４の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１８０】
第２６の実施形態において、本開示は、多孔質電極が、黒鉛粒子、片状黒鉛、黒鉛繊維、及び黒鉛デンドライトのうちの少なくとも１つを、約５重量％〜約１００重量％含む、第１〜第２５の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１８１】
第２７の実施形態において、本開示は、多孔質電極が、約３０重量％〜約１００重量％の導電性炭素微粒子を含む、第１〜第２５の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１８２】
第２８の実施形態において、本開示は、導電性炭素微粒子が、炭素粒子、片状炭素、カーボンデンドライト、カーボンナノチューブ、及び分枝カーボンナノチューブのうちの少なくとも１つである、第２７の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０１８３】
第２９の実施形態において、本開示は、導電性炭素微粒子が、黒鉛粒子、片状黒鉛、黒鉛繊維、及び黒鉛デンドライトのうち少なくとも１つである、第２７の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０１８４】
第３０の実施形態において、本開示は、多孔質電極が、約５０重量％〜約１００重量％の炭素繊維を含む、第１〜第２５の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１８５】
第３１の実施形態において、本開示は、
第１の表面積Ａｅを有する第１の主面、反対側を向いた第２の主面、及び複数の空隙を有する多孔質電極を準備することと、
ポリマーを有し、第１の主面に実質的に平行である断面積Ａｐを有する不連続輸送保護層を、第１の主面上に配置することと、
不連続輸送保護層の一部が、複数の空隙のうちの少なくとも一部に埋め込まれているか、多孔質電極の一部がポリマーの一部に埋め込まれているか、又はそれらの組み合せである、界面領域を形成することと、を含み、０．０２Ａｅ≦Ａｐ≦０．８５Ａｅであり、多孔質電極及びポリマー層が一体構造を形成する、電極アセンブリの製造方法を提供する。
【０１８６】
第３２の実施形態において、本開示は、配置するステップが、押出し成形、印刷、及び転写積層のうちの少なくとも１つを含む、第３１の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０１８７】
第３３の実施形態において、本開示は、配置するステップが、溶融ポリマーを押出し成形することを含む、第３１の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０１８８】
第３４の実施形態において、本開示は、形成するステップが、配置するステップに含まれる、第３１〜第３３の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１８９】
第３５の実施形態において、本開示は、形成するステップが、圧力及び熱のうちの少なくとも１つを多孔質電極及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つに加えることを含む、第３１〜第３４の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１９０】
第３６の実施形態において、本開示は、圧力及び熱のうちの少なくとも１つを多孔質電極及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つに加えることが、多孔質電極及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つを、ニップロールの少なくとも１つのセット内に付勢することによって行われ、任意でニップロールのうちの少なくとも１つは加熱される、第３５の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０１９１】
第３７の実施形態において、本開示は、形成するステップが、圧力及び熱のうちの少なくとも１つを多孔質電極及び不連続輸送保護層に加えることを含む、第３１〜第３４の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１９２】
第３８の実施形態において、本開示は、圧力及び熱のうちの少なくとも１つを多孔質電極及び不連続輸送保護層に加えることが、多孔質電極及びポリマー層をニップロールの少なくとも１つのセット内に付勢することによって行われ、任意でニップロールの少なくとも１つは加熱される、第３７の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０１９３】
第３９の実施形態において、本開示は、
第１〜第３０の実施形態のいずれか１つの電極アセンブリによる、第１の電極アセンブリと、
第１の表面及び反対側を向いた第２の表面を有し、界面領域とは反対側にある不連続輸送保護層の主面に隣接して、又はその上に配置されたイオン透過膜と、
を含み、第１の電極アセンブリ及びイオン透過膜は一体構造を形成する、膜電極アセンブリを提供する。
【０１９４】
第４０の実施形態において、本開示は、イオン透過膜と、第１の電極アセンブリの多孔質電極及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つとの間に配置された第１の接着層を更に含み、第１の接着層が、膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置された、第３９の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０１９５】
第４１の実施形態において、本開示は、第１の接着層が環形状であるか、又は膜電極アセンブリの周辺部の両側にある２つの個別の接着ラインである、第４０の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０１９６】
第４２の実施形態において、本開示は、第１の接着層が、イオン透過膜の第１の表面と、第１の電極アセンブリの不連続輸送保護層とに接触している、第４０又は第４１の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０１９７】
第４３の実施形態において、本開示は、第２の接着層及び第２の電極アセンブリを更に含み、第２の接着層は、イオン透過膜の第２の表面と、第２の電極アセンブリの多孔質電極及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つとの間に配置され、第２の電極アセンブリ及びイオン透過膜は一体構造を形成し、任意で、第２の接着層は環形状であるか、又は膜電極アセンブリの周辺部の両側にある２つの個別の接着ラインである、第４０〜第４２の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１９８】
第４４の実施形態において、本開示は、第２の接着層及び第２の電極アセンブリを更に含み、第２の接着層は、イオン透過膜の第２の表面と、第２の電極アセンブリの不連続輸送保護層とに接触し、第２の電極アセンブリ及びイオン透過膜は一体構造を形成し、任意で、第２の接着層は環形状であるか、又は膜電極アセンブリの周辺部の両側にある２つの個別の接着ラインである、第４０〜第４２の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０１９９】
第４５の実施形態において、本開示は、イオン透過膜と第１の接着層との間に配置された第１のガスケットを更に含み、第１のガスケットは、膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置された、第４０、第４１、第４３、又は第４４の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０２００】
第４６の実施形態において、本開示は、イオン透過膜と第２の接着層との間に配置された第２のガスケットを更に含み、第２のガスケットは膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置され、任意で第２のガスケットは環形状である、第４５の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０２０１】
第４７の実施形態において、本開示は、第１のガスケットが環形状である、第４５又は第４６の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０２０２】
第４８の実施形態において、本開示は、イオン透過膜と、第１の電極アセンブリの多孔質電極及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つとの間に配置された第１の接着層を更に含み、第１の接着層は、膜電極アセンブリの少なくとも内側の中に配置された複数の第１の接着領域であり、膜電極アセンブリの面における複数の第１の接着領域の面積は、膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満である、第３９の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０２０３】
第４９の実施形態において、本開示は、第２の接着層及び第２の電極アセンブリを更に含み、第２の接着層は、イオン透過膜の第２の表面と、第２の電極アセンブリの多孔質電極及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つとの間に配置され、第２の電極アセンブリ及びイオン透過膜は一体構造を形成する、第４８の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０２０４】
第５０の実施形態において、本開示は、第２の接着層が膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置された、第４９の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０２０５】
第５１の実施形態において、本開示は、第２の接着層が、膜電極アセンブリの少なくとも内側の中に配置された複数の第１の接着領域であり、膜電極アセンブリの面における複数の第１の接着領域の面積は、膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満である、第４９の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０２０６】
第５２の実施形態において、本開示は、イオン透過膜と、第１の電極アセンブリの不連続輸送保護層との間に配置された第１のガスケットを更に含み、第１のガスケットは膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置された、第４８〜第５１に実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを提供する。
【０２０７】
第５３の実施形態において、本開示は、イオン透過膜と、第２の電極アセンブリの不連続輸送保護層との間に配置された第２のガスケットを更に含み、第２のガスケットは膜電極アセンブリの周辺部に沿って配置された、第５２の実施形態による電極アセンブリを提供する。
【０２０８】
第５４の実施形態において、本開示は、第１〜第３０の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを含む、電気化学セルを提供する。
【０２０９】
第５５の実施形態において、本開示は、第３９〜第５３の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを含む、電気化学セルを提供する。
【０２１０】
第５６の実施形態において、本開示は、第１〜第３０の実施形態のいずれか１つによる電極アセンブリを含む、液体フロー電池を提供する。
【０２１１】
第５７の実施形態において、本開示は、第３９〜第５３の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを含む、液体フロー電池を提供する。
【０２１２】
実施例
【表１】
2019508865.tif 000003
【０２１３】
試験手順及び方法
電気化学セルの試験手順
使用したハードウェアは、Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社（ニューメキシコ州Ａｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ）で作られた２つの黒鉛バイポーラ板、金メッキを施した２つの銅の集電板、及びアルミニウムのエンドプレートを使用した、改良した燃料セル試験装置であった。黒鉛バイポーラ板は、上部に入口及び下部に出口を有する、５ｃｍ２の単一の蛇行チャネルを有していた。
【０２１４】
試験セルは次のように組み立てられた。まず、５ｃｍ２の面積を中央から取り外した、ポリテトラフルオロエチレンＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料（ミネソタ州Ａｒｄｅｎ  ＨｉｌｌｓのＮｏｔｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能）の３つの５．２ｍｉｌ（０．１３ｍｍ）厚の片を、１つの黒鉛板の主面の周辺部に沿って積層及び設置した。ガスケットは蛇行チャネルを有する板の側にあった。ガスケット開口部の大きさにカットしたＧＤＬ  ３５ＡＡの片を、ガスケットの開口部、及び黒鉛板の蛇行チャネルに隣接して設置した。次に、電極アセンブリをガスケット空洞内に設置し、電極アセンブリの電極をＧＤＬ  ３５ＡＡの隣に設置した。次に、（セル抵抗結果に明記した）３Ｍ  ８２５ＥＷ膜を、電極アセンブリの不連続輸送保護層（ＤＴＰＬ）に隣接したガスケット／電極アセンブリの上に設置した。次に、空洞を伴うガスケット材料の３つの５．２ｍｉｌ（０．１３ｍｍ）厚の片の別のセットを、膜の上に設置した。第２の電極アセンブリを、ＰＦＳＡ膜に隣接した電極の不連続輸送保護層（ＤＴＰＬ）と共に、この空洞内に設置した。ガスケットの空洞の大きさにカットしたＧＤＬ  ３５ＡＡの第２の片を、第２の電極アセンブリの電極に隣接したガスケット空洞内に設置した。第２の黒鉛板を、ＧＤＬ  ３５ＡＡの第２の片に隣接した黒鉛板の蛇行チャネルと共に積層体の上に設置して、試験用セルを完成させた。次に、試験用セルを、集電体を有する２つのアルミニウム製エンドプレートの間に設置し、一連の８個のボルトを１１０ｉｎ・ｌｂｓ（１２．４Ｎ・ｍ）で締めて固定した。
【０２１５】
試験セルの入口ポート及び出口ポートへは、ＫＮＦ  Ｎｅｕｂｅｒｇｅｒ  ＮＦＢ５の膜ポンプ（ニュージャージー州トレントンのＫＮＦ  Ｎｅｕｂｅｒｇｅｒ  Ｉｎｃ，社から入手可能）によって、電解質を流速２３ｍＬ／ｍｉｎでセルの蛇行チャネルに送達できる配管で接続した。電解液の送達は、流体を１つのタンクから上方の入口ポートに入れ、下方の出口ポートから出し、最後に元のタンクに戻るよう、ポンプを使うことによって実現した。ポンプシステムは、各黒鉛板に設定した。これらの実施例で使用された電解液は、１．５ＭのＶＯＳＯ４、２．６ＭのＨ２ＳＯ４であった。ＶＯＳＯ４＊ｘＨ２Ｏ粉末は、Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ社（ミズーリ州セントルイス）から購入し、濃縮Ｈ２ＳＯ４（９５〜９８％）はＳｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ社から購入した。ＶＯＳＯ４＊ｘＨ２Ｏ中の水の量はロット毎に変化したが、それは諒解しており、溶液濃度はこの水の割合に相当するよう調整した。最終的な溶液は、これらの成分に１８ＭΩのイオン交換水を規定のモル比で組み合せ、使用前に撹拌棒で２〜３時間混合して作られた。２．６Ｍの硫酸中で１．５ＭのＶＯＳＯ４を含有し、Ｖ＋５状態に帯電させた３０ｍＬの陰極溶液を、ポンプを使ってセルの一方の側に通した。セルの他方の側において、２．６Ｍの硫酸中で１．５ＭのＶＯＳＯ４を含有し、Ｖ＋２状態に帯電させた３０ｍＬの陽極溶液にポンプを使った。このセットアップにおいて、セルの放電中に、陰極液はＶ＋５からＶ＋４に還元され、陽極液はＶ＋２からＶ＋３に酸化された。
【０２１６】
セルの電気化学動作：次に、Ｂｉｏｌｏｇｉｃ  ＭＰＧ−２０５ポテンショ／ガルバノスタットにセルを接続し、一方の集電体はアノードとして機能し、他方の集電体はカソードとして機能した。試験を実施するため、次のステップに従った。
１．電解質がセルに確実に流れるようにする。
２．セル電圧が１．８Ｖに到達するまで、セルを８０ｍＡ／ｃｍ２で充電する。
３．電流が５ｍＡ／ｃｍ２に下がるまで、セル電圧を１．８Ｖに保持する。
４．開回路電圧を１２０秒間観察する。
５．セルを１６０ｍＡ／ｃｍ２で１２０秒間放電し、電圧を記録する。
６．開回路電圧を１２０秒間観察する。
７．セルを１４０ｍＡ／ｃｍ２で１２０秒間放電し、電圧を記録する。
８．開回路電圧を１２０秒間観察する。
９．セルを１２０ｍＡ／ｃｍ２で１２０秒間放電し、電圧を記録する。
１０．開回路電圧を１２０秒間観察する。
１１．セルを１００ｍＡ／ｃｍ２で１２０秒間放電し、電圧を記録する。
１２．開回路電圧を１２０秒間観察する。
１３．セルを８０ｍＡ／ｃｍ２で１２０秒間放電し、電圧を記録する。
【０２１７】
開回路時のセル電圧から負荷下のセル電圧を減算し、動作電流で除算してセル抵抗を計算した。
【０２１８】
セル短絡試験手順
燃料電池試験スタンド及びポテンシオスタットを用いて、電子的な短絡抵抗の判定を行った。使用した試験固定装置は、Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社（ニューメキシコ州Ａｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ）で作られた５ｃｍ２の単一蛇行セルであった。燃料セル試験スタンドは、窒素流のための２つのマスフロー制御器（マサチューセッツ州アンドーバーのＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社）、加湿制御のためのＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．社（ペンシルベニア州ステートカレッジ）の２つのＨＰＬＣポンプ、及びＬｏｖｅ  ｃｏｎｔｒｏｌｓ社（インディアナ州ミシガンシティ）の温度制御器から構成した。試験中のセルは、２つの黒鉛ブロックの流れ場の間で、ガスケット、炭素紙、サブガスケット、膜、サブガスケット、ガスケット、炭素紙、の順番で組み立てた。セルボルトは、まず星形パターンで締付け、その後トルクレンチで１１０ｌｂｆ・ｉｎ（１２．４Ｎ・ｍ）のトルクを与えた。ガスケットは、５ｃｍ２の開口部のためにダイカットされたＰＴＦＥガラス繊維複合材であった。ガスケットの厚さは、試験厚さにある炭素紙の厚さに対して、ある割合であるように選択した。１からこの割合を減算して、１００を乗算したものが、圧縮％である。使用した膜は、２０ミクロンの３Ｍ  ８２５ＥＷ  ｕｎｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  ＰＦＳＡ  ｍｅｍｂｒａｎｅであった。セルは試験スタンドに接続され、次の条件、すなわち側毎に毎分１０００標準立方センチメータのＮ２、側毎に０．４ｃｃ／ｍｉｎの水、及び、セルの設定温度を５０℃に設定した。Ｓｏｌａｒｉｔｒｏｎ  １４７０  ｍｕｌｔｉｓｔａｔ（イングランドのレスター）からのリードを、電圧を印加し電流を測定するために使用した。試験に使用した試験シーケンスは、１５分間のＯＣＶ、次に５ｍｖ／ｓで０〜０．２５ボルトの動電スキャンを２ループ、その後５ｍＶ／ｓで０．２５〜０．５ボルトの５回のサイクリックボルタモグラム、次にループバックの前に５分間のＯＣＶステップを行った。サイクリックボルタモグラムの、電圧対電流のプロットの勾配は、電子抵抗を示し、それを次に、電子抵抗をもたらすセル面積で乗算し、Ω・ｃｍ２で示した。高い電子抵抗を有するサンプルは、典型的にスイープ方向にヒステリシスを示した。電圧振幅が制限され、ヒステリシスが増大すると、試験精度の上限値を５０ｋΩ・ｃｍ２に設定した。単一の電極、又は埋め込まれたＤＴＰＬを伴う電極を、５ｃｍ２に切断した。ＤＴＰＬを伴うサンプルを、ガスケット内の５ｃｍ２の開口部に設置して、ＤＴＰＬを膜に向けた。サンプルを測定して厚さを決定した。ガスケットを、測定したサンプル厚に基づいて決定し、約３０％の圧縮％を実現した。
【０２１９】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）手順
不連続輸送保護層サンプルをハサミで切断した。大きいサンプルから小さいセクションを取り外し、Ｎｉｓｓｈｉｎ  Ｅｍ  Ｃｏ．ＬＴＤ社のＮＥＭカーボンテープを使用して金属突出部に接着した。金属突出部は、撮像対象断面を切断サンプルの縁部上に準備するために、突出部の基部に直交する面を有していた。金属突出部に接着したサンプルに、圧縮空気を緩やかに吹き付け、撮像対象断面から剥がれた残片を除去した。次に、このサンプルを、Ｄｅｎｔｏｎ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｄｅｓｋ  ＩＶ（ニュージャージー州ムアズタウンのＤｅｎｔｏｎ  Ｖａｃｕｕｍ社）の中のＧｏｌｄ−Ｐａｌａｄｉｕｍ  ｔａｒｇｅｔを用いて、３分間スパッタコーティングした。サンプルの断面を、Ｈｉｔａｃｈｉ  ＴＭ３０３０卓上用走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮像した。
【０２２０】
リニアストランドのＡｐ測定手順
Ｌｅｉｃａ  ＤＦＣ３２０カメラ（英国ケンブリッジのＬｅｉｃａ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ  Ｌｔｄ．社から入手可能）を伴う、Ｏｌｙｍｐｕｓ  ＢＸ６０光学顕微鏡（ペンシルベニア州センターバレーのＯｌｙｍｐｕｓ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ｉｎｃ．社から入手可能）を使用して、明視野において１．２５倍の対物レンズ（１２．５倍拡大）を用いて、ＧＤＬ  ３５ＡＡ上の埋め込まれたリニアポリプロピレンストランドの画像を捕捉した。Ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏ  Ｐｌｕｓ  Ｖｅｒｓｉｏｎ６．３．０．５１２ソフトウェア（メリーランド州ロックビルのＭｅｄｉａ  Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ，Ｉｎｃ．社から入手可能）を使用して、リニアポリプロピレンストランドの平均線幅及び平均ピッチを測定した。長さは、１本のストランドの前縁部から第３のストランドの前縁部までを測定した。この数を３で除算して平均ピッチ０．９８３ｍｍを得た。ストランド間の４つの長さ測定値を合計して４で除算し、ストランド間の平均距離０．８１０ｍｍを得た。０．８１０ｍｍを０．９８３ｍｍで除算して、８２．４％の平均開放面積がもたらされた。これによって、カバーされた面積１７．６％又は０．１７６ＡｅであるＡｐとなった。
【０２２１】
クロスストランドのＡｐの測定手順
Ｌｅｉｃａ  ＤＦＣ３２０カメラを伴う、上述したＯｌｙｍｐｕｓ  ＢＸ６０光学顕微鏡を使用して、明視野において１．２５倍の対物レンズ（１２．５倍拡大）を用いて、ＧＤＬ  ３５ＡＡ上の埋め込まれたクロスポリプロピレンストランドの画像を捕捉した。上述したＩｍａｇｅ  Ｐｒｏ  Ｐｌｕｓ  Ｖｅｒｓｉｏｎ６．３．０．５１２ソフトウェアを使用して、クロスポリプロピレンストランドの平均線幅及び平均ピッチを測定した。長さは、１本のストランドの前縁部から第４のストランドの前縁部までを測定した。この数を４で除算して平均ピッチ０．９９０ｍｍを得た。正方形面積繰り返し単位の全体＝０．９９０ｍｍ×０．９９０ｍｍ＝０．９８０ｍｍ２であった。ストランド間の３つの長さ測定値を合計し、３で除算して、ストランド間の平均距離０．７５４ｍｍを得た。０．７５４ｍｍの平方で、平均開放サイズ０．５６９ｍｍ２を得た。０．５６９ｍｍ２を０．９８０ｍｍ２で除算すると、平均開放面積５８．１％を得る。これによって、カバーされた面積４１．９％又は０．４１９ＡｅであるＡｐとなる。
【０２２２】
埋め込まれた有孔フィルムのＡｐの計算手順
Ｉｎｆｉａｎａ１００ミクロンＨＤＰＥの有孔フィルムを埋め込むことによって、開放面は大きく変化しないので、穿孔前後の基本重量の変化を使用して開放面積を決定することができた。１６ｃｍ２ダイ（ミネソタ州セントポールのＭａｔｈｉａｓ  Ｄｉｅ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能）を使用して、Ｉｎｆｉａｎａ１００ミクロンＨＤＰＥフィルムの１片を切り出した。同様の手順を用いて、有孔の１００ミクロンＨＤＰＥフィルムの１６ｃｍ２サンプルを個片化した。受け取ったフィルム及び有孔フィルムの質量は、それぞれ０．１５３０ｇ及び０．０６３６ｇであった。無孔フィルム質量に対する有孔フィルム質量の比から、０．４１６ＡｅのＡｐ値が得られる。
【０２２３】
埋め込まれた１１ｇｓｍのポリプロピレン不織布のＡｐの計算
不織布の断面積の平均値Ａｐは、次式によって計算される。Ａｐ＝Ｍｐ／（Ｄｐ×Ｔｐ）。ここで、Ｍｐは（所与の面積内の）不織布のポリマーの質量であり、Ｄｐは不織布を形成するために使用したポリマーの密度であり、Ｔｐは（所与の面積内の）不織布の厚さであった。
【０２２４】
５．２５インチ（１３．３４ｃｍ）の外径の円を、面積１３９．６６ｃｍ２、厚さ１３ｍｉｌ（０．０３３０ｃｍ）、及び質量０．１７ｇを有する１１ｇｓｍポリプロピレン不織布から切断した。ポリプロピレンの密度は０．９１ｇ／ｃｍ３であった。上記の式を用いて、Ａｐが、１３９．６６ｃｍ２のサンプルに対して５．６６ｃｍ２と計算され、０．０４１ＡｅのＡｐをもたらした。
【０２２５】
埋め込まれた２４ｇｓｍのポリプロピレン不織布のＡｐの計算
不織布の断面積の平均値Ａｐは、次式によって計算される。Ａｐ＝Ｍｐ／（Ｄｐ×Ｔｐ）。ここで、Ｍｐは（所与の面積内の）不織布のポリマーの質量であり、Ｄｐは不織布を形成するために使用したポリマーの密度であり、Ｔｐは（所与の面積内の）不織布の厚さであった。
【０２２６】
５．２５インチ（１３．３４ｃｍ）の外径の円を、面積１３９．６６ｃｍ２、厚さ２３．５ｍｉｌ（０．０５９７ｃｍ）、及び質量０．３３ｇを有する２４ｇｓｍポリプロピレン不織布から切断した。ポリプロピレンの密度は０．９１ｇ／ｃｍ３であった。上記の式を用いて、Ａｐが、１３９．６６ｃｍ２のサンプルに対して６．０７ｃｍ２と計算され、０．０４３ＡｅのＡｐをもたらした。
【０２２７】
埋め込まれた９．１ｍｉｌの線径のポリプロピレン織布のＡｐの計算
９．１ｍｉｌ（０．２３ｍｍ）の線径のポリプロピレン織布を埋め込むことによって、開放面積は大きく変化しないので、供給者ＭｃＭａｓｔｅｒ  Ｃａｒｒ社によって提供された開放面積の仕様を用いることができた。指定された開口面積は４１パーセントであり、これはカバーされた面積５９％又は０．５９ＡｅであるＡｐと対応した。
【０２２８】
埋め込まれた４．３ｍｉｌ（０．１１ｍｍ）の線径のポリプロピレン織布のＡｐの計算
４．３ｍｉｌ（０．１１ｍｍ）の線径のポリプロピレン織布を埋め込んでも開放面積は大きく変化せず、そのため供給者ＭｃＭａｓｔｅｒ  Ｃａｒｒ社によって提供された開放面積の仕様を用いることができた。指定された開口面積は３４パーセントであり、これはカバーされた面積６６％又は０．６６ＡｅであるＡｐと対応した。
【０２２９】
実施例１  埋め込まれたリニアポリプロピレンストランド
２つのニップを有する３つの隣接するロールである、ニップロールアセンブリを伴う押出し成形器を使用して、ストランドを、動く基材である多孔質電極の上に押出して埋め込み、ウェブ方向に沿った直線を生成した。単一スクリューの押出し成形器を使用して、平均径０．３３ｍｍ及び平均間隔１．０９ｍｍ（中心間）の円形穴から成るダイ先端を有するダイを介して、ポリプロピレン樹脂３８６６（テキサス州ヒューストンのＴｏｔａｌ  Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ社から入手可能）を押出し成形した。基材のＧＤＬ  ３５ＡＡ炭素紙を、１８グラム／平方メートル（ｇｓｍ）のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のスパンボンド不織布キャリアウェブ（オハイオ州シンシナティのＭｉｄｗｅｓｔ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ  ＬＬＣ社から入手可能）に、キャリアウェブが炭素基材の下を通過しないよう、テープで接合した。ロール１及び２を４５０°Ｆ（２３２℃）まで加熱し、１／８インチ（３．２ｍｍ）の固定間隙に設定し、押出し成形器からポリプロピレンストランドが堆積する直前に、炭素紙を加熱した。接合されたＧＤＬ  ３５ＡＡを伴うキャリアウェブを、３０ｆｔ／ｍｉｎ（９．１ｍ／ｍｉｎ）でラインを通して供給した。ニップロール１及び２を通過した後、ダイ先端から押出された溶融ストランドは、ＧＤＬ  ３５ＡＡ炭素紙と接触した。次に、表面上にリニアストランドを伴うＧＤＬ  ３５ＡＡを、１２ｍｉｌ（０．３０ｍｍ）の固定間隙に設定されたニップロール２及び３に通した。ロール３を、４５°Ｆ（７℃）に設定して、溶融ストランドを冷却して固化し、ＧＤＬ  ３５ＡＡの上面に結合した固化ストランドを形成して、不連続輸送保護層を有する電極アセンブリである実施例１を形成した。界面領域は、上記で列挙した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）手順によって識別した。その結果得られた実施例１の電極アセンブリの断面ＳＥＭ画像が図６に示される。
【０２３０】
実施例２  埋め込まれたクロスポリプロピレンストランド
ポリプロピレン３８６６を、実施例１の説明と同じ手順を用いて、ＧＤＬ  ３５ＡＡ上に押出し成形した。次にサンプルを９０°回転させ、１８グラム／平方メートル（ｇｓｍ）のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のスパンボンド不織布キャリアウェブ（オハイオ州シンシナティのＭｉｄｗｅｓｔ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ  ＬＬＣ社から入手可能）に接合し、実施例１の説明と同じ条件を用いて、第２の経路へ向けて押出し成形ラインに送り出し、クロスリニアストランドの方形パターンを作り出すことによって、不連続輸送保護層を有する電極アセンブリである実施例２を形成した。界面領域は、上記で列挙した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）手順によって識別した。その結果得られた実施例２の電極アセンブリの断面ＳＥＭ画像が図７に示される。
【０２３１】
実施例３  埋め込まれた高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）有孔フィルム
Ｉｎｆｉａｎａ１００ミクロンＨＤＰＥポリエチレンのシートを、Ｉｎｆｉａｎａ（独国ＦｏｒｃｈｈｅｉｍのＩｎｆｉａｎａ  Ｇｅｒｍａｎｙ  ＧｍｇＨ＆Ｃｏ．ＫＧ社）から入手した。８インチ（２０ｃｍ）×１１インチ（２８ｃｍ）×１００ミクロンのＨＤＰＥフィルムに、Ｃｌｅａｒ  Ｃｈｏｉｃｅ  ＡＴ７５適用テープ（ＵＳＣｕｔｔｅｒ．ｃｏｍから入手可能）を、ハンドローラを用いて積層した。Ｓｕｍｍａ  Ｃｕｔｔｅｒ  Ｄ７５切断ユニット（ワシントン州シアトルのＳｕｍｍａ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社）を使用して、六角形のパッキングパターンで等間隔の６０ｍｉｌ（１．５ｍｍ）径の穴のパターンに切り出した。Ｓｕｍｍａカッターは、６インチ／秒（１５ｃｍ／秒）、６０ｇＫのナイフ圧で切断し、５８．５％の開放面積を有する最終的な１００ミクロンＨＤＰＥ有孔フィルムを生成した。
【０２３２】
Ｃａｒｖｅｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ  Ｍｏｄｅｌ  Ｍ、シリアルナンバー２０５０６−１０６（ウィスコンシン州Ｍｅｎｏｍｏｎｅｅ  ＦａｌｌｓのＳｔｅｒｌｉｎｇ  ＩＮＣ社の関連会社であるＦｒｅｄ  Ｓ．Ｃａｒｖｅｒ  Ｉｎｃ，社）を使用して、有孔フィルムをＧＤＬ  ３５ＡＡに熱結合した。カーバープレスの底部圧盤は１５０℃まで加熱したが、上部圧盤は加熱せず、結合時に１１０℃の温度であった。底部圧盤上に、８インチ（２０ｃｍ）×８インチ（２０ｃｍ）×０．８５ｍｍ厚の研磨した鋼板を設置した。その上に、５インチ（１３ｃｍ）×５インチ（１３ｃｍ）片のＧＤＬ  ３５ＡＡ紙を、その次に３インチ（７．６ｃｍ）×４インチ（１０ｃｍ）片の１００ミクロンＨＤＰＥ有孔フィルムを設置した。有孔フィルムの頂部は、別の８インチ（２０ｃｍ）×８インチ（２０ｃｍ）×０．８５ｍｍ厚の研磨した鋼板であった。この積層体を１５００ポンド（６８０ｋｇ）で１．５分間、カーバープレスで圧縮した。炭素紙及び有孔ＨＤＰＥフィルムを伴う研磨した鋼板を取り外し、２分間冷却されるようにした。次いで、スチールシートを開き、ＧＤＬ  ３５ＡＡ紙上に、埋め込まれた１００ミクロンのＨＤＰＥ有孔フィルムを得て、不連続輸送保護層を有する電極アセンブリである実施例３を形成した。界面領域は、上記で列挙した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）手順によって識別した。その結果得られた実施例３の電極アセンブリの断面ＳＥＭ画像が図８に示される。
【０２３３】
実施例４  埋め込まれたポリプロピレン不織布１１ｇｓｍ（グラム／平方メートル）
ドリルドオリフィスダイを用いて不織布ウェブを形成した。メルトブローン繊維が、ダイに入る溶融ポリマー、ダイの空洞内のダイの幅にわたって配分された流れ、及びフィラメントとしての一連のオリフィスを介してダイを出るポリマーによって作り出された。加熱された気流は、エアマニホールド、及びダイ出口（先端）を形成する一連のポリマーオリフィスと隣接しているエアナイフアセンブリを通過した。この加熱された気流を、温度と速度の両方を調節することで、ポリマーフィラメントを所望の繊維径まで細くした（引き締めた）。メルトブローン繊維を、この乱れた気流において、回転している表面に向かって運び、そこでメルトブローン繊維を集積してウェブを形成した。
【０２３４】
概ね１０インチ（２５．４ｃｍ）幅の不織布ウェブのロールを次の条件下で集積した：ＭＦ−６５０Ｘポリプロピレンポリマー（オランダ国ロッテルダムのＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌ社で製造され、テキサス州ウッドランドのＮｅｘｅｏ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社を通じて入手可能）を、１０ｌｂ／ｈｒ（４．５ｋｇ／ｈｒ）で、１０インチ（２５．４ｃｍ）幅のドリルドオリフィスダイ（ＤＯＤ）を通して押出し成形した。ポリマー溶融温度は３５７°Ｆ（１８１℃）であった。ダイからコレクターまでの距離は１４インチ（３５．６ｃｍ）であった。ウェブのサンプルを、６８ｇ／ｍ２スパンボンドスクリムであるＵｎｉｐｒｏ２００（オハイオ州シンシナティのＭｉｄｗｅｓｔ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ  ＬＬＣ社から入手可能）上で、８５ｆｔ／ｍｉｎ（２５．９ｍ／ｍｉｎ）で集積し、メルトブローンウェブをスクリムから分離して、Ｄａｖｉｅｓ，Ｃ．Ｎ，「Ｔｈｅ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｉｒｂｏｒｎｅ  Ｄｕｓｔ  ａｎｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｌｏｎｄｏｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  １Ｂ，１９５２に記載された方法に従って、有効繊維径（ＥＦＤ）を評価した。空気の温度及び速度を調整して、有効繊維径２９マイクロメートルを得た。ウェブの基本重量は、１１グラム／平方メートル（ｇｓｍ）であった。
【０２３５】
Ｃａｒｖｅｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ  Ｍｏｄｅｌ  Ｍ、シリアルナンバー２０５０６−１０６（ウィスコンシン州Ｍｅｎｏｍｏｎｅｅ  ＦａｌｌｓのＳｔｅｒｌｉｎｇ  ＩＮＣ社の関連会社であるＦｒｅｄ  Ｓ．Ｃａｒｖｅｒ  Ｉｎｃ，社）を使用して、ポリプロピレン不織布を、ＳＧＬ  Ｓｉｇｒａｃｅｔ  ＧＤＬ  ３５ＡＡ（独国のＳＧＬ  Ｃａｒｂｏｎ  ＧｍｂＨ社）に熱結合した。カーバープレスの底部圧盤は１４０℃まで加熱して、上部圧盤は加熱せず、結合時に９０℃の温度であった。底部圧盤上に、８インチ（２０ｃｍ）×８インチ（２０ｃｍ）×０．８５ｍｍ厚の研磨した鋼板を設置した。その上に、４インチ（１０ｃｍ）×４インチ（１０ｃｍ）片のＧＤＬ  ３５ＡＡ紙を設置し、その次に３インチ（７．６ｃｍ）×３．７５インチ（９．５ｃｍ）片の１１ｇｓｍのポリプロピレン不織布を設置した。有孔フィルムの頂部は、別の８インチ（２０ｃｍ）×８インチ（２０ｃｍ）×０．８５ｍｍ厚の研磨した鋼板であった。この積層体を１５００ポンド（６８０ｋｇ）で３０秒間、カーバープレスで圧縮した。間に炭素紙及びポリプロピレン不織布を伴う研磨された鋼板を、プレスから取り外した。次いで、スチールシートを開き、ＧＤＬ  ３５ＡＡ紙上に、埋め込まれた１１ｇｓｍのポリプロピレン不織布を得て、不連続輸送保護層を有する電極アセンブリである実施例４を形成した。界面領域は、上記で列挙した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）手順によって識別した。その結果得られた実施例４の電極アセンブリの断面ＳＥＭ画像が図９に示される。
【０２３６】
実施例５  埋め込まれたポリプロピレン不織布２４ｇｓｍ（グラム／平方メートル）
ドリルドオリフィスダイを用いて不織布ウェブを形成した。メルトブローン繊維は、ダイに入る溶融ポリマーと、ダイの空洞内のダイの幅にわたって配分された流れ、フィラメントとしての一連のオリフィスを介してダイを出るポリマーとによって作り出された。加熱された気流は、エアマニホールド、及びダイ出口（先端）を形成する一連のポリマーオリフィスと隣接しているエアナイフアセンブリを通過した。この加熱された気流を、温度と速度の両方を調節することで、ポリマーフィラメントを所望の繊維径まで細くした（引き締めた）。メルトブローン繊維を、この乱れた気流において、回転している表面に向かって運び、そこでメルトブローン繊維を集積してウェブを形成した。
【０２３７】
概ね１０インチ（２５．４ｃｍ）幅の不織布ウェブのロールを次の条件下で集積した：ＭＦ−６５０Ｘポリプロピレンポリマー（ＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌ社で製造され、Ｎｅｘｅｏ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社を通じて少量単位で入手可能）を、１０ｌｂ／ｈｒ（４．５ｋｇ／ｈｒ）で、１０インチ（２５．４ｃｍ）幅の（上述した）ドリルドオリフィスダイ（ＤＯＤ）を通して押出し成形した。ポリマー溶融温度は３６６°Ｆ（１８５℃）であった。ダイからコレクターまでの距離は１４インチ（３５．６ｃｍ）であった。ウェブのサンプルを、４２ｇ／ｍ２スパンボンドスクリムであるＵｎｉｐｒｏ１２５（オハイオ州シンシナティのＭｉｄｗｅｓｔ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ  ＬＬＣ社から入手可能）上で、４０．５ｆｔ／ｍｉｎ（１２．３ｍ／ｍｉｎ）で集積し、メルトブローンウェブをスクリムから分離して、Ｄａｖｉｅｓ，Ｃ．Ｎ，「Ｔｈｅ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｉｒｂｏｒｎｅ  Ｄｕｓｔ  ａｎｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｌｏｎｄｏｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  １Ｂ，１９５２に記載された方法に従って、有効繊維径（ＥＦＤ）を評価した。空気の温度及び速度を調整して、有効繊維直径２１ミクロンを得た。ウェブの基本重量は、２４グラム／平方メートル（ｇｓｍ）であった。
【０２３８】
この２４ｇｓｍの不織布を、実施例４で説明したのと同じ手順を用いてＧＤＬ  ３５ＡＡ上に結合し、不連続輸送保護層を有する電極アセンブリである実施例５を形成した。不織布及びＧＤＬ  ３５ＡＡ紙で一体構造を形成し、重力又はセル抵抗及びセル抵抗試験のための個片化の間に分離されなかった。
【０２３９】
実施例６  埋め込まれた９．１ｍｉｌの線径のポリプロピレン織布メッシュ
０．００９１インチ（０．２３ｍｍ）の線径、４１％の開放面積、４３×４３のメッシュサイズのポリプロピレン織布メッシュを、部品番号９２７５Ｔ３９でＭｃＭａｓｔｅｒ  Ｃａｒｒ社（イリノイ州Ｅｌｍｈｕｒｓｔ）から入手した。このポリプロピレン織布をアルミニウムパンに設置して、第２のアルミニウムパンで覆い、次にＢｌｕｅ  Ｍ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ１４６  ＳｅｒｉｅｓのＣｌａｓｓ  Ａバッチオーブン中で、１００℃で１５分間アニールした。Ｃａｒｖｅｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ  Ｍｏｄｅｌ  Ｍ、シリアルナンバー２０５０６−１０６（ウィスコンシン州Ｍｅｎｏｍｏｎｅｅ  ＦａｌｌｓのＳｔｅｒｌｉｎｇ  ＩＮＣ社の関連会社であるＦｒｅｄ  Ｓ．Ｃａｒｖｅｒ  Ｉｎｃ，社）を使用して、ポリプロピレン織布メッシュをＧＤＬ  ３５ＡＡに熱結合させた。カーバープレスの底部圧盤は１７３℃まで加熱して、上部圧盤は加熱せず、結合時に３５℃の温度であった。底部を加熱した圧盤上に、８インチ（２０ｃｍ）×８インチ（２０ｃｍ）×０．８５ｍｍ厚の研磨した鋼板を設置した。その上に、５インチ（１３ｃｍ）×５インチ（１３ｃｍ）片のＧＤＬ  ３５ＡＡ紙を設置して、その次に３インチ（７．６ｃｍ）×４インチ（１０ｃｍ）片のアニールしたポリプロピレン織布メッシュを設置した。アニールした織布メッシュの頂部は、別の８インチ（２０ｃｍ）×８インチ（２０ｃｍ）×０．８５ｍｍ厚の研磨した鋼板であった。この積層体を１５００ポンド（６８０ｋｇ）で１．５分間、カーバープレスで圧縮した。間に炭素紙及びポリプロピレン織布メッシュを伴う、研磨した鋼板を取り外し、２分間冷却されるようにした。次いで、鋼板を開き、ＧＤＬ  ３５ＡＡ紙上に、埋め込まれたポリプロピレン織布を得て、不連続輸送保護層を有する電極アセンブリである実施例６を形成した。界面領域は、上記で列挙した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）手順によって識別した。その結果得られた実施例６の電極アセンブリの断面ＳＥＭ画像が図１０に示される。
【０２４０】
実施例７  埋め込まれた４．３ｍｉｌの線径のポリプロピレン織布メッシュ。
４．３ｍｉｌ（０．１１ｍｍ）の線径、８．０ｍｉｌ（０．２０ｍｍ）の厚さ、３４％の開放面積、９８×９８のメッシュサイズのポリプロピレン織布メッシュを、部品番号９２７５Ｔ２７でＭｃＭａｓｔｅｒ  Ｃａｒｒ社（イリノイ州Ｅｌｍｈｕｒｓｔ）から入手した。ポリプロピレン織布を、Ｗｅｌｌｅｒ  ＷＳＤ８１  Ｓｏｌｄｅｒ  Ｉｒｏｎを使用して、７５０°Ｆに設定して、ＧＤＬ  ３５ＡＡのポイントに結合した。ハンダの小手先をポリプロピレン織布に押し下げて、約１ｃｍの平均離隔で間隔が開いている箇所でＧＤＬ  ３５ＡＡに結合し、不連続輸送保護層を有する電極アセンブリである実施例７を形成した。界面領域は、上記で列挙した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）手順によって識別した。その結果得られた実施例７の電極アセンブリの断面ＳＥＭ画像が図１１に示される。
【０２４１】
サブガスケット化した膜の調製
一方のライナーを取り外した３Ｍ８１７１の光学的に透明な接着剤（ミネソタ州セントポールの３Ｍ社から入手可能）を、ハンドローラを用いてＴＥＯＮＥＸ  Ｑ８３  ＰＥＮ  Ｆｉｌｍ（バージニア州チェスターのＤｕｐｏｎｔ  Ｔｅｉｊｉｎ  Ｆｉｌｍｓ社から入手可能）に積層した。Ｍａｔｈｉａｓ  Ｄｉｅ  Ｃｏｍｐａｎｙ社（ミネソタ州セントポール）のハンドダイを使用して、この積層体から２つの片をダイカットした。ダイは、３インチ（７．６ｃｍ）×３インチ（７．６ｃｍ）平方の外形寸法で切断し、２．７ｃｍ×２．７ｃｍの内側平方を取り外した。第２のライナーを取り外した、８１７１接着剤／ＴＥＯＮＥＸ  Ｑ８３  ＰＥＮフィルムの１片を、ハンドローラを用いて、２０ミクロンの３Ｍ  ８２５ＥＷ  Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  ＰＦＳＡ  Ｍｅｍｂｒａｎｅに積層した。３Ｍ  ８２５ＥＷ  Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  ＰＦＳＡ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ／８１７１／ＴＥＯＮＥＸ  Ｑ８３  ＰＥＮフィルム積層体を、各側３インチ（７．６ｃｍ）の外側平方寸法にトリミングした。ライナーを取り外した、第２の８１７１接着剤／ＴＥＯＮＥＸ  Ｑ８３  ＰＥＮフィルム（上記で、３インチ（７．６ｃｍ）×３インチ（７．６ｃｍ）平方の外形寸法、及び２．７ｃｍ×２．７ｃｍの内側平方の開口部にダイカットした）を、ハンドローラを用いて位置合せした３Ｍ  ８２５ＥＷ  Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  ＰＦＳＡ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ／８１７１／ＴＥＯＮＥＸ  Ｑ８３  ＰＥＮフィルム積層体に積層して、ＴＯＮＥＸ  Ｑ８３  ＰＥＮフィルム／８１７１／３Ｍ  ８２５ＥＷ  Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  ＰＦＳＡ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ／８１７１／ＴＥＯＮＥＸ  Ｑ８３  ＰＥＮフィルムで構成された、サブガスケット化した膜を得た。
【０２４２】
実施例８  周辺部の接着剤を伴う、埋め込まれたポリプロピレン不織布２４ｇｓｍ（グラム／平方メートル）を含有する膜電極アセンブリ
Ｍａｔｈｉａｓ  Ｄｉｅ  Ｃｏｍｐａｎｙ社（ミネソタ州セントポール）のハンドダイを使用して、次の材料を以下のレイアップで切断した。ダイは、位置合せピンとして２つの小さい穴を含み、それらは作用面積外で、一方は他方から反対側にあった。位置合せ穴を使用して、ＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケットと、Ｉｎｆｉａｎａ１００ミクロンＬＤＰＥと、サブガスケット化した膜とを位置合せした。電極及び輸送保護材料を、サブガスケット化した膜及びＩｎｆｉａｎａ１００ミクロンＬＤＰＥの中央の切り出し窓に位置合せした。以下のレイアップを用意した。
・位置合せピンを伴う、６インチ（１５．２ｃｍ）×６インチ（１５．２ｃｍ）×１／８インチ（０．３２ｃｍ）鋼板。
・位置合せピンを伴う、４インチ（１０．２ｃｍ）×４インチ（１０．２ｃｍ）のポリイミドシート２ｍｉｌ（０．０５１ｍｍ）であるＤｕＰｏｎｔ  Ｋａｐｔｏｎ  ＨＮ（オハイオ州サークルビルのＤｕＰｏｎｔ  Ｈｉｇｈ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｆｉｌｍｓ社で入手可能）。
・１片の８．２ｍｉｌ（０．２１ｍｍ）ＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料（ミネソタ州アーデンヒルのＮｏｔｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能）（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側寸法２．７ｃｍ×２．７ｃｍ）。
・サブガスケット化した膜の切り出し中央に、不織布を膜に向けて設置した、ＧＤＬ  ３５ＡＡ内に埋め込まれた１片のポリプロピレン不織布２４ｇｓｍ（実施例５で説明）２．７ｃｍ×２．７ｃｍ。
・１片のＩｎｆｉａｎａ１００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ）。
・１つのガスケット化した膜。
・１片のＩｎｆｉａｎａ１００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ）。
・ガスケットの切り出し中央に、不織布を膜に向けて設置した、（実施例５で説明した）ＧＤＬ  ３５ＡＡ内に埋め込まれた１片のポリプロピレン不織布２４ｇｓｍの２．７ｃｍ×２．７ｃｍ。
・１片の８．２ｍｉｌ（０．２１ｍｍ）ＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料（ミネソタ州アーデンヒルのＮｏｔｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能）（外形寸法３インチ平方（７．６ｃｍ）、内側寸法２．７ｃｍ×２．７ｃｍ）。
・位置合せ穴を伴う、４インチ（１０．２ｃｍ）×４インチ（１０．２ｃｍ）×２．０ｍｉｌ（０．０５１ｍｍ）のポリイミドシート。
・位置合せピンを伴う、６インチ（１５．２ｃｍ）×６インチ（１５．２ｃｍ）×１／８インチ（０．３２ｃｍ）鋼板。
【０２４３】
このレイアップを、２４０°Ｆ（１１６℃）でカーバープレスＭｏｄｅｌ２５１８（インディアナ州ＷａｂａｓｈのＦｒｅｄ  Ｓ．Ｃａｒｖｅｒ  Ｉｎｃ，社から入手可能）に設置した。このレイアップを、１５００ｌｂ（６８０ｋｇ）下で設置し、５分間の放置時間の間に６００ｌｂ（２７２ｋｇ）に減少させた。５分後にサンプルを取り外し、２枚の１２インチ（３０．５ｃｍ）×１８インチ（４５．７ｃｍ）×１インチ（２．５ｃｍ）の金属シート間に設置して、室温で２分間冷却した。スチールプレートを冷却した後、ポリイミド、ＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料を、レイアップの各辺から取り外した。これにより、周辺部接着剤を伴う埋め込まれたポリプロピレン不織布２４ｇｓｍ（グラム／平方メートル）を含有する、一体構造としての膜電極アセンブリが得られた。
【０２４４】
サンプルをセル内に設置し、試験セルを次のように組み立てた以外は、上述した電気化学セル試験手順で説明したように試験した。周辺部接着剤を伴う埋め込まれたポリプロピレン不織布２４ｇｓｍ（グラム／平方メートル）を含有する膜電極アセンブリを、黒鉛バイポーラプレート上に設置した。次に、試験用セルを、集電体を有する２つのアルミニウム製エンドプレートの間に設置し、一連の８個のボルトを１１０ｌｂｆ・ｉｎ（１２．４Ｎ・ｍ）で締めて固定した。
【０２４５】
実施例９  周辺部接着剤を伴う埋め込まれたリニアポリプロピレンストランドを含有する膜電極アセンブリ
ここで、実施例８で説明したものと同じレイアップを、次のように改変して使用した：実施例１で説明した、埋め込まれたリニアポリプロピレンストランドのサンプルを、２．７ｃｍ×２．７ｃｍにダイカットして、ＧＤＬ  ３５ＡＡに埋め込まれた２．７ｃｍ×２．７ｃｍのポリプロピレン不織布２４ｇｓｍと交換した。ＧＤＬ  ３５ＡＡに埋め込まれたリニアポリプロピレンストランドを膜に向けて、膜の両側上のレイアップに設置した。
【０２４６】
このレイアップを、２４０°Ｆ（１１６℃）でカーバープレスＭｏｄｅｌ２５１８（インディアナ州ＷａｂａｓｈのＦｒｅｄ  Ｓ．Ｃａｒｖｅｒ  Ｉｎｃ，社から入手可能）に設置した。このレイアップを、１５００ｌｂ（６８０Ｎ）下で設置し、５分間の放置時間の間に６００ｌｂ（２７２ｋｇ）に減少させた。５分後にサンプルを取り除き、２枚の１２インチ（３０．５ｃｍ）×１８インチ（４５．７ｃｍ）×１インチ（２．５ｃｍ）の金属シート間に設置して、室温で２分間冷却した。スチールプレートを冷却した後、ポリイミドと、ＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料とを、レイアップの各辺から取り外した。これにより、周辺部接着剤を伴う埋め込まれたリニアポリプロピレンストランドを含有する、一体構造としての膜電極アセンブリが得られた。
【０２４７】
比較例Ａ（ＣＥ−Ａ）
ＣＥ−Ａは、不連続輸送保護層を有さないＧＤＬ  ３５ＡＡであった。
【０２４８】
比較例Ｂ（ＣＥ−Ｂ）
ＣＥ−Ｂは、不連続輸送保護層を有さない単層ＧＤＬ  ３５ＡＡであった。電気化学セルの試験手順を、次の改変を伴って用いた：セルアセンブリにおいて、１．９ｍｉｌ（０．０４８ｍｍ）及び５．２ｍｉｌ（０．１３２ｍｍ）（合計厚さ７．１ｍｉｌ（０．１８０ｍｍ））厚さのＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料（ミネソタ州アーデンヒルのＮｏｔｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能）の１片を、膜の各側に使用した。ＧＤＬ  ３５ＡＡの単層を膜の各側に使用した。手順の残りは同じままで、表１のセル抵抗結果を得た。
【０２４９】
セル抵抗結果
実施例１〜５、７、及び８の電極アセンブリを使用して、上述した電気化学セル手順毎に液体フロー電気化学セルを作製した（実施例８及び比較例Ｂを除く）。実施例１〜５、７、及びＣＥ−Ａには、５０ミクロンの３Ｍ  ８２５ＥＷ  ｕｎｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  ＰＦＳＡ  ｍｅｍｂｒａｎｅを使用した。実施例８及びＣＥ−Ｂには、２０ミクロンの３Ｍ  ８２５ＥＷ  Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  ＰＦＳＡ  Ｍｅｍｂｒａｎｅを使用した。ＣＥ−Ｂ及び実施例８には膜の側毎に１つのＧＤＬ  ３５ＡＡを使用し、一方で実施例１〜５、７、及びＣＥ−Ａには膜の側毎に２つのＧＤＬ  ３５ＡＡを使用した。セル抵抗を、それらの同じ手順において略述したように測定して、以下の表１に示す。実施例１について、リニアストランドを、蛇行流れ場に対して垂直に方向付け、ストランドを膜に向けた。
【表２】
2019508865.tif 000004
【０２５０】
実施例及び比較例のサンプルの厚さ、ガスケット、圧縮、及び短絡抵抗を、以下の表２に列挙する。実施例１について、リニアストランドを、蛇行流れ場に対して垂直に方向付け、ストランドを膜に向けた。Ａｐ値は、試験方法で説明したように決定し、表２に列挙した。
【表３】
2019508865.tif 000005
【図１Ａ】
2019508865.tif 000006
【図１Ｂ】
2019508865.tif 000007
【図１Ｃ】
2019508865.tif 000008
【図１Ｄ】
2019508865.tif 000009
【図１Ｅ】
2019508865.tif 000010
【図１Ｆ】
2019508865.tif 000011
【図１Ｇ】
2019508865.tif 000012
【図１Ｈ】
2019508865.tif 000013
【図１Ｉ】
2019508865.tif 000014
【図１Ｊ】
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【図１Ｋ】
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【図１Ｌ】
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【図１Ｍ】
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【図１Ｎ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１２Ｇ】
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【図１２Ｈ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１３Ｇ】
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【図１３Ｈ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【国際調査報告】
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