(57)【要約】プロトン及び水素のみに対して透過性を示す、金属でコーティングされたワイヤ補強高分子電解質膜を開示する。当該金属でコーティングされた、ワイヤ補強高分子電解質膜は、水和時の金属コーティングのクラックを防止する表面微少構造を有する。当該金属でコーティングされた、ワイヤ補強高分子電解質膜を液体型燃料電池において用いることで、燃料、ガス及び不純物のクロスオーバーを防止することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属でコーティングされた高分子電解質膜（１０１）であって、前記膜が、
山（３０３）及び谷（３０５）を有する波状表面微小構造（３００）と、
前記膜に埋め込まれた複数の補強ワイヤ（３０１）と、
前記表面微小構造上に配置された金属フィルム（３０７）と、
を含んで成り、前記補強ワイヤが、前記膜のヤング率よりも大きいヤング率を有し且つ前記波状表面構造の谷に平行に配置されており、前記金属フィルムがプロトン及び水素のみを透過させ得る、金属でコーティングされた高分子電解質膜。
【請求項２】
前記高分子電解質膜が、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンスルホキシド（ＰＰＳＯ）、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリパラフェニレン（ＰＰＰ）、ポリフェニルキノキサリン（ＰＰＱ）、ポリアリールケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルエーテルケトンケトン（ＰＥＥＫＫ）、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）、ポリベンズアゾール（ＰＢＺ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、及びポリアラミド高分子から成る群から選択される高分子のスルホン化誘導体である、請求項１に記載の金属でコーティングされた高分子電解質膜。
【請求項３】
前記高分子電解質膜が、混合高分子である、請求項１に記載の金属でコーティングされた高分子電解質膜。
【請求項４】
前記高分子電解質膜が、複数の高分子電解質膜層からなる複合膜であり、前記複数の高分子電解質膜層が、混合高分子膜、非混合高分子膜、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の金属でコーティングされた高分子電解質膜。
【請求項５】
前記補強ワイヤが、前記膜のヤング率よりも少なくとも５倍大きいヤング率を有する、請求項１に記載の金属でコーティングされた高分子電解質膜。
【請求項６】
前記金属フィルムが、パラジウム（Ｐｄ）、ネオジム（Ｎｄ）、バナジウム（Ｖ）、鉄（Ｆｅ）、タンタル（Ｔａ）、及びそれらの合金から成る群から選択される金属又は合金を含む、請求項１に記載の金属でコーティングされた高分子電解質膜。
【請求項７】
前記金属フィルムが、複数の金属層からなる複合フィルムである、請求項１に記載の金属でコーティングされた高分子電解質膜。
【請求項８】
前記金属フィルムが、前記波状表面微小構造の谷の深さよりも小さい厚さを有する、請求項１に記載の金属でコーティングされた高分子電解質膜。
【請求項９】
前記金属フィルムが、さらに触媒でコーティングされている、請求項１に記載の金属でコーティングされた高分子電解質膜。
【請求項１０】
燃料極と、
空気極と、
前記燃料極と前記空気極とを接続する電解質と、
燃料と、
を含んで成り、前記電解質が、請求項１〜９の何れか１項に記載の金属でコーティングされた高分子電解質膜である、燃料電池アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
当技術分野は、金属でコーティングされた高分子電解質膜に関し、詳細には、膜膨張を抑制し且つ金属コーティングのクラックを防ぐ強化構造を有する、金属でコーティングされた高分子電解質膜に関する。当該金属でコーティングされた高分子電解質膜は、燃料電池などの電気化学装置に使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
メタノールなどの液体燃料と、空気や純酸素などの酸素を含む酸化剤とを使用する燃料電池では、メタノールが燃料極触媒層で酸化されてプロトンと二酸化炭素ができる。空気極触媒層では、酸素がプロトンと反応して水ができる。この種の直接メタノール燃料電池の燃料極及び空気極における反応は、以下の式で示される。
【０００３】
Ｉ：燃料極反応（燃料側）：ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→６Ｈ＋＋ＣＯ２＋６ｅ−
【０００４】
ＩＩ：空気極反応（空気側）：３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ
【０００５】
ＩＩＩ：正味：ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２−２Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
【０００６】
燃料電池内では、２つの電極が、プロトンを燃料極から空気極に輸送するための電解質によって接続されている。電解質は、酸性もしくはアルカリ性溶液であっても、又は高いイオン伝導性を特徴とする固体高分子イオン交換膜であってもよい。固体高分子電解質は、多くの場合、プロトン交換膜（ＰＥＭ）と称される。低温燃料電池ではＮａｆｉｏｎＴＭなどのＰＥＭが広く使用されているが、それは、当該電解質膜の高いプロトン伝導性、並びに高い化学的及び機械的安定性のためである。電解質膜は、疎水性の主鎖と、きわめて酸性の側鎖とを有する高分子であるため、当該膜は、電極反応によるプロトンを伝導させるために、大量の水を含んでいなければならない。したがって、高分子電解質膜は、高いプロトン伝導性を維持するために、通常、高湿環境下に維持される。
【０００７】
ＰＥＭ燃料電池は、基本的に、燃料極及び空気極の両方に同じ触媒を使用する。メタノールなどの水溶性液体燃料は、燃料極で電解酸化に付される以外に、ＰＥＭ中に浸透し、空気極電極触媒の表面で酸素と結合することがある。当該プロセスを、メタノールの例に関して式ＩＩＩに示す。この現象は、「燃料クロスオーバー」と呼ばれる。燃料クロスオーバーは、酸素電極の作動電位を低下させ、有効な電気エネルギーを生成することなく燃料を消費することに帰着する。一般に、燃料クロスオーバーは、効率を低下させ、性能を低下させ、燃料電池内で熱を生成する、寄生反応である。したがって、燃料クロスオーバー率を最小にすることが望ましい。
【０００８】
燃料クロスオーバーを減じるいくつかの手法がある。クロスオーバー率は、固体電解質膜の燃料透過率に比例し、燃料濃度及び温度が高くなるほど増す。含水率の低いＰＥＭを選択することにより、液体燃料の膜透過率を低下させることができる。燃料透過率の低下は、より低いクロスオーバー率に帰着する。また、分子サイズの大きい燃料は、分子サイズの小さい燃料よりも拡散係数が低い。従って、分子サイズの大きい燃料を選択することによって透過率を下げることができる。水溶性燃料が望ましいが、適度な溶解性を有する燃料が低い透過率を示す。さらに、蒸気の透過率は液体よりも高く、高沸点燃料は蒸発せずに液相にて膜内を移動するため、高沸点燃料は一般にクロスオーバー率が低い。さらに、燃料極の湿潤性は、疎水性部分及び親水性部分を適切に配置することで制御することができ、それによって、燃料極構造を液体燃料によって適切に湿らせることができ、電気化学反応を維持すると共に、過剰量の燃料が膜電解質へ進入するのを防止することができる。最後に、液体燃料の濃度を下げることで、クロスオーバー率を低下させることもできる。
【０００９】
メタノール燃料電池において、燃料クロスオーバーは、一般に、メタノール３重量％及び水９７重量％を含む希釈メタノール燃料を用いることで抑制される。反応速度は反応物に比例するため、低い燃料濃度は低いプロトン生成速度に帰着し、電流操縦性並びに所与の電流に対する電圧が制限されることになる。さらに、メタノールが消費されるにつれて、燃料濃度は次第に低下し、電力もまたそうなる。他の問題は、燃料効率である。電気化学反応では、各メタノール分子（ＭＷ＝３４）毎に１つの水分子（ＭＷ＝１８）が消費されるため、メタノールを３重量％しか含まない燃料組成物では、メタノールによって約１．６重量％の水しか消費されず、残りの９５重量％の水は「死重」となる。したがって、希釈メタノール燃料中の実際の「消費可能な燃料」は、全燃料組成物の５％未満である。
【００１０】
燃料電池における燃料クロスオーバーを防ぐ他の手法が開発されている。ＧｒｏｔらによるＷＯ９６／２９７５２では、高分子性の陽イオン交換膜に様々な無機充填剤を導入して、燃料クロスオーバを減少させることが開示されている。Ｈｏｃｋａｄａｙによる米国特許第５，６３１，０９９号では、繊維強化多孔質膜上に付着した触媒及び金属材料からなる薄膜を備える燃料電池電極を開示している。金属電極材料が水素の選択的透過性を有する場合、薄膜電極構造によって、一酸化炭素やメタノールなどの種々の化学種の反応物流をフィルタリングする機能をもたらすことが提案されている。Ｆｏｒｍａｔｏらによる米国特許第６，２４８，４６９号では、イオン伝導性材料を浸み込ませた多孔質高分子基材を備える複合固体高分子電解質膜が開示されている。膜の燃料クロスオーバー耐性は、種々の高分子の適切な混合物を用いることで、最適化することができる。しかしながら、これらの手法はどれも満足な結果をもたらさなかった。
【００１１】
Ｈｏｃｋａｄａｙによる米国特許第５，７５９，７１２号では、燃料クロスオーバーを阻止するところの、水素のみを透過させる電極を記載している。しかしながら、この発明では、多孔質膜上に配置された、３つの金属層を含む精密な膜構造が必要となる。
【００１２】
金属でコーティングされた高分子電解質膜の主なる問題は、水和時、金属でコーティングされた高分子電解質膜の体積が膨張する際に、金属コーティングにクラックが生じることである。図１Ａに示すように、金属フィルム１０３で覆った高分子電解質膜１０１は、高湿環境下に置かれると、高分子電解質膜１０１が水を吸収して体積が膨張する。体積が膨脹すると表面積が大きくなり、金属フィルム１０３にきわめて大きい応力が生じ、その結果、金属フィルム１０３にクラック１０５が生じる。その後、クラック１０５を介して、燃料分子が高分子電解質膜１０１に浸透することがある。
【００１３】
高分子電解質膜１０１上に微小構造化面１０７を作製することによって、金属フィルム１０３の膨張によるクラックを防止し得ることを見出した。図１Ｂに示すように、微小構造化面１０７は、高分子電解質膜１０１が水中で膨張する際に平坦となるところの、多数の突起部１０８を含む。平坦化過程では、微小構造化面１０７を覆っている金属フィルム１０３が、高分子電解質膜１０１の軸面１２１の方に回転することによって、膨張による応力を緩和させると共に金属フィルム１０３の連続性を維持する。
【００１４】
図２は、複数のピラミッド形突起２０１を含む代表的な表面微小構造２００を示す。突起２０１のほとんどの面が高分子電解質膜１０１の軸面１２１と角度をなし且つ突起２０１間の平坦面が最小限である限り、突起２０１は他の形状ともし得る。しかしながら、表面微小構造２００の製造は、複雑なエッチング工程によって作製される特殊な鋳型を必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、容易に製造することができる、燃料を浸透させない電解質膜が依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
プロトン／水素原子に対して透過性を示す、金属でコーティングされた高分子電解質膜を開示する。当該金属でコーティングされた高分子電解質膜は、複数の並行する山及び谷を有する波状の表面微小構造を有する。当該高分子電解質膜は、高分子電解質膜のヤング率よりも大きいヤング率を有する複数の埋め込みワイヤによって補強されている。補強ワイヤは、表面微小構造の谷と平行に配置される。当該高分子電解質膜は、プロトンと水素のみを透過させ得る金属フィルムでコーティングされている。波状の表面微小構造と補強ワイヤは、高分子電解質膜上の金属フィルムを、膨張に起因するクラックから守り、それ故、金属でコーティングされた高分子電解質膜のプロトン／水素のみに対する透過性を維持するよう働く。プロトンのみを透過させ得る、金属でコーティングされた高分子電解質膜を用いることで、燃料電池用途における燃料、ガス及び不純物のクロスオーバーを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
膜膨張を抑制し且つ金属コーティングのクラックを防ぐ補強構造を有する、金属でコーティングされた高分子電解質膜を開示する。補強された高分子電解質膜は、特殊な鋳型を必要とせず且つ低コストで容易に製造できる単純化された表面微小構造を有する。
【００１８】
図３Ａは、複数のワイヤ３０１で補強された高分子電解質膜１０１の一実施形態を示す。ワイヤ３０１は、高分子電解質膜１０１の軸に水平に埋め込まれている。ワイヤ３０１は、Ｘ方向には高分子電解質膜１０１の長さ全体にわたって延在し、Ｙ方向には隣接するワイヤとの間に距離（Ｄ）をおいて隔置されている。高分子電解質膜１０１はまた、ワイヤ３０１に対して平行（即ち、Ｘ方向）に延在する複数の山３０３と谷３０５を備える波形の表面微小構造３００を有する。波形表面微小構造３００は、燃料、ガス及び不純物のクロスオーバを防ぐために金属フィルム３０７でコーティングされている。
【００１９】
図３Ｂに示すように、燃料組成物中で高分子電解質膜１０１が膨張する際、高分子電解質膜１０１と埋め込まれたワイヤ３０１との接着によって、高分子電解質膜１０１がＸ方向に膨張するのが防止され且つ高分子電解質膜１０１がＹ方向に膨張することが可能となる。換言すると、平行なワイヤ３０１によって高分子電解質膜１０１を補強することによって、さもなければ生じる高分子電解質膜１０１の等方性膨張（Ｘ方向とＹ方向）が主にＹ方向の非等方性膨張に強制される。Ｘ方向の膨張は、あるとしても大幅に減少する。Ｚ方向（図３Ａ）の膜膨張は、ワイヤ３０１による影響を受けない。しかしながら、高分子電解質膜１０１はきわめて薄いため（２．５〜０．２５ミリメートル（０．１〜０．０１インチ））、Ｚ方向の膨張は無視することができる。
【００２０】
図３Ｂに示すように、金属フィルム３０７のＹ方向の表面張力は、波状表面微小構造３００によって緩和される。具体的には、微小構造３００の表面上の金属フィルム３０７は、増大する膜容積を補償するために高分子電解質膜１０１の軸面１２１の方に回転する。膨張後も微小構造３００の全表面積は変化しないままなので、金属フィルム３０７の連続性が維持される。
【００２１】
高分子電解質膜１０１は、ポリベンズアゾール（ＰＢＺ）やポリアラミド（ＰＡＲ又はＫｅｖｌａｒＴＭ）高分子などのリオトロピック液晶高分子をはじめとする高分子のスルホン化誘導体である。ポリベンズアゾール高分子の例として、ポリベンゾキサゾール（ＰＢＯ）、ポリベンゾチアゾール（ＰＢＴ）、及びポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）高分子が挙げられる。ポリアラミド高分子の例には、ポリパラフェニレンテレフタルイミド（ＰＰＴＡ）高分子が含まれる。
【００２２】
高分子電解質膜１０１として、熱可塑性あるいは熱硬化性芳香族高分子のスルホン化誘導体も挙げられる。当該芳香族高分子の例には、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンスルホキシド（ＰＰＳＯ）、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、硫化ポリフェニレンスルホン（ＰＰＳ／ＳＯ２）、ポリパラフェニレン（ＰＰＰ）、ポリフェニルキノキサリン（ＰＰＱ）、ポリアリールケトン（ＰＫ）及びポリエーテルケトン（ＰＥＫ）高分子が含まれる。
【００２３】
ポリスルホン高分子の例として、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルスルホン（ＰＥＥＳ）、ポリアリールスルホン、ポリアリールエーテルスルホン（ＰＡＳ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）、及びポリフェニレンスルホン（ＰＰＳＯ２）高分子が挙げられる。
【００２４】
ポリイミド高分子の例には、ポリエーテルイミド高分子ならびにフッ化ポリイミドが含まれる。
【００２５】
ポリエーテルケトン高分子の例には、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルエーテルケトンケトン（ＰＥＥＫＫ）、及びポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）高分子が含まれる。
【００２６】
高分子電解質膜１０１は、過フッ化イオノマーなどの非芳香族高分子のスルホン化誘導体を含むことができる。イオノマーの例として、カルボン酸、ホスホン酸又はスルホン酸で置換した過フッ化ビニルエーテルが挙げられる。
【００２７】
高分子電解質膜１０１はまた、ＰＥＫとＰＥＥＫとの混合高分子のような、混合高分子のスルホン化誘導体を含むことができる。
【００２８】
高分子電解質膜１０１は、２つ又はそれ以上の高分子層を有する複合層構造を有することができる。複合層構造の例は、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン（ｓＰＥＥＫ）又はスルホン化ポリエーテルエーテルケトンケトン（ｓＰＥＥＫＫ）がコーティングされたＮａｆｉｏｎＴＭ又はＰＢＩ膜である。複合層構造における高分子層は、混合高分子層又は非混合高分子層あるいはその両方の組み合わせとし得る。
【００２９】
高分子電解質膜１０１は、酸及び遊離基に対して化学的に安定であり且つ少なくとも約１００℃の温度に対して温度的／加水分解的に安定である。好ましい高分子電解質膜１０１は、１．０ｍｅｑ／ｇ乾燥膜を超える（好ましくは、１．５〜２．０ｍｅｑ／ｇ）イオン交換容量（ＩＥＣ）を有し、きわめてイオン伝導性が高い（好ましくは、約０．０１〜約０．５Ｓ／ｃｍ）。
【００３０】
好ましい高分子電解質膜１０１は、ＮａｆｉｏｎＴＭ膜をはじめとする、スルホン酸官能基と８００〜１１００の等量を有するフルオロカーボン型のイオン交換樹脂である。
【００３１】
ワイヤ３０１は、高分子電解質膜１０１のヤング率よりも大きいヤング率を有する任意の材料で作製することができる。ヤング率は、材料の剛性に関し一般的に用いられる測定値である。ヤング率は、材料の応力を材料の歪みで割ったものとして定義される。一般に、ヤング率は、材料にかかる負荷１ポンド当たりの材料降伏歪みの大きさである。引っ張り力が同じ場合、ヤング率が高い材料は、ヤング率の低い材料よりも降伏歪みが小さくなる傾向がある。ワイヤ補強高分子電解質膜１０１のＸ方向の膨張を有効に制限するか又はなくすために、ワイヤ３０１は、高分子電解質膜１０１のヤング率より少なくとも５倍大きく、好ましくは１００倍大きいヤング率を持たなければならない。
【００３２】
図４Ａ〜図４Ｃに示すように、ワイヤ３０１は、任意の形状の断面領域を有することができる。一実施形態では、ワイヤ３０１は、さざ波状表面を有する（図４Ａ）。他の実施形態では、ワイヤ３０１は、その軸に沿った針状突起を有する（図４Ｂ）。さらに別の実施形態では、ワイヤ３０１は、星形断面領域を有する（図４Ｃ）。これらの変形例はすべて、ワイヤ３０１と高分子電解質膜１０１との間の接着性を高めるよう働く。
【００３３】
表面微小構造３００の寸法は、一般に、谷３０５の平均高さ（Ｈ）と平均幅（Ｗ）によって定義される（図５）。特定の表面微小構造３００の最適なＨとＷの値は、金属フィルム３０７の厚さに依存する。一般に、金属フィルム３０７をコーティングした後で表面微小構造３００の輪郭が維持されるように、谷３０５の高さ（Ｈ）は、金属フィルム３０７の厚さよりも少なくとも３倍大きい。
【００３４】
金属フィルム３０７は、無電界めっき、スパッタリング、原子層蒸着、化学蒸着、又は非導電性材料の表面をコーティングすることのできる任意の他の方法によって、高分子電解質膜１０１の表面微小構造３００上に付着させることができる。金属フィルム３０７は、プロトン／水素は通すが、炭化水素燃料分子、一酸化炭素（ＣＯ）などの気体、又は硫黄などの燃料中不純物は通さない、金属又は合金を含む。そのような金属又は合金の例として、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ネオジム（Ｎｄ）、バナジウム（Ｖ）、鉄（Ｆｅ）、タンタル（Ｔａ）、及びこれらの合金がある。
【００３５】
金属粒子間の距離が、特定の用途における燃料、ガス及び不純物のクロスオーバーを防ぐのに十分なほど小さければ、金属フィルム３０７は、金属粒子からなる不連続層でもよい。金属フィルム３０７はまた、複数の層を含む複合フィルムとすることもできる。例えば、Ｐｄ及びＰｔは、Ｎｂ、Ｖ、Ｆｅ、及びＴａより耐腐食性が高い。したがって、複合金属フィルム３０７は、Ｐｔ、Ｐｄ又はこれらの合金からなる第２層で覆われたＮｂ、Ｖ、Ｆｅ、Ｔａ、又はこれらの合金からなる第１層から構成し得る。
【００３６】
高分子電解質膜１０１が金属フィルム３０７の２つの層の間に挟まれるように、高分子電解質膜１０１の両面をコーティングすることができる。
【００３７】
金属でコーティングされた高分子電解質膜は、低温燃料電池、好ましくはＰＥＭを利用する直接メタノール燃料電池におけるＰＥＭとして使用することができる。ある実施形態では、ＰＥＭの一方の面が微小構造化され、燃料クロスオーバーを防ぐために金属フィルム３０７でコーティングされる。他の実施形態では、ＰＥＭの両面が、微小構造化され、金属フィルム３０７でコーティングされる。さらに他の実施形態では、金属フィルムの小さなクラックを直すために、金属でコーティングされた高分子電解質膜は、水和後に無電界めっき処理にかけられる。無電界めっき処理は、金属でコーティングされた高分子電解質膜がＰＥＭとして機能するところの燃料電池において実施することができる。
【００３８】
金属でコーティングされた高分子電解質膜をさらに触媒層でコーティングすることによって、触媒作用を示す、燃料を透過させない高分子電解質膜を形成することができる。触媒の例として、限定はしないが、任意の貴金属触媒系が挙げられる。そのような触媒系は、１つ又は複数の貴金属を含み、この貴金属は非貴金属と組み合わせて使用することもできる。１つの好ましい貴金属材料には、白金（Ｐｔ）とルテニウム（Ｒｕ）の合金が含まれる。他の好ましい触媒系として、白金とモリブデン（Ｍｏ）の合金、白金とすず（Ｓｎ）の合金、白金、ルテニウム及びオスミウム（Ｏｓ）の合金が挙げられる。同様に、他の貴金属触媒系を使用することもできる。触媒は、電界めっき、スパッタリング、原子層蒸着、化学蒸着、又は導電性材料の表面をコーティングすることのできる任意の他のプロセスによって、金属フィルム３０７上に付着させることができる。
【００３９】
金属フィルム３０７自体もまた、Ｐｄ又はＰｄ合金の場合のように触媒として機能することができる。触媒の反応性は、プラズマ酸化プロセスによって、又はＰｔブラックやＰｄブラックなどの微細触媒粉末の多孔質付着物を使用することによって高めることができる。ＰｔブラックとＰｄブラックは両方とも、水素化速度を改善するための電極表面修飾剤として使用されてきた。例えば、Ｉｎｏｕｅ  Ｈらによる「Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｐｄ  ｂｌａｃｋ  ｄｅｐｏｓｉｔｓ  ｏｎ  ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ  ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ４−ｍｅｔｈｙｌｓｔｙｒｅｎｅ  ｗｉｔｈ  ａｃｔｉｖｅ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｐａｓｓｉｎｇ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ａ  Ｐｄ  ｓｈｅｅｔ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ」，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，  １４５：１３８−１４１，１９９８；Ｔｕらによる「Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｐｏｗｄｅｒ／ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｂｙ  ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  ｐｏｗｄｅｒ  ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  Ｉ．  Ｔｈｅ  Ｐｔ−ｂｌａｃｋ／Ｎａｆｉｏｎ  （登録商標）  ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ」，Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａ  Ａｃｔａ  ４３：  ３７３１−３７３９，１９９８；及びＣａｂｏｔらによる「Ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｕｓｅ  ｏｆ  Ｐｄ  ｆｏｉｌｓ」，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎｅｗ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｆｏｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ２：  ２５３−２６０，１９９９を参照されたい。
【００４０】
ある実施形態では、ＰＥＭ電極構造は、微小構造化され、両方の面に金属フィルム３０７及び触媒をコーティングされた高分子電解質膜を利用して製造される。次に、燃料電池用途に使用し得るＰＥＭ電極構造を形成するために、燃料供給と酸素交換を可能にする多孔質電極がＰＥＭの触媒層にプレスされる。
【００４１】
好ましい実施形態及びその利点を詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲とその等価物によって定義されるような金属でコーティングされたワイヤ補強高分子電解質膜の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本明細書に様々な変更、代用及び代替を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】高分子電解質膜が膨張する際の金属フィルムの連続性の変化
【図１Ｂ】高分子電解質膜が膨張する際の金属フィルムの連続性の変化
【図２】微小構造化面の一実施形態
【図３Ａ】微小構造化面を有する補強膜の一実施形態
【図３Ｂ】微小構造化面に対する膜膨張の影響
【図４Ａ】様々な補強ワイヤの断面図
【図４Ｂ】様々な補強ワイヤの断面図
【図４Ｃ】様々な補強ワイヤの断面図
【図５】表面微小構造の寸法を定義する図
2005535098.tif 000003
【図２】
2005535098.tif 000004
2005535098.tif 000005
【図３Ｂ】
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2005535098.tif 000007
【図５】
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【国際調査報告】
2005535098.tif 000009
2005535098.tif 000010