(57)【要約】本発明の一態様は、イオン伝導性領域と非イオン伝導性領域とを含むイオン伝導性膜を提供する。イオン伝導性領域は、膜を貫通して延びる複数のイオン伝導性通路により形成される。同通路はイオン伝導性材料が充填されており、かつ非イオン伝導性材料にて包囲され得る。膜は孔によって貫通される非イオン伝導性材料の基質を含み、各孔は通路の対応する一つを提供する。
2007536712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン伝導性領域を含むイオン伝導性膜であって、
前記イオン伝導性領域は一つ以上のイオン伝導性通路を備えた基質であって、同イオン伝導性通路が前記基質を貫通して延びる基質を含み、各通路は、前記基質よりもイオン伝導性が大きいイオン伝導性材料を含む、イオン伝導性膜。
【請求項２】
前記イオン伝導性領域は複数のイオン伝導性通路を含む、請求項１に記載の膜。
【請求項３】
各通路は前記基質を貫通するとともに前記イオン伝導性材料が充填された対応する孔からなる、請求項２に記載の膜。
【請求項４】
前記基質は、同基質の多孔領域にある複数の孔により貫通されており、前記基質の前記多孔領域は前記膜のイオン伝導性領域に対応する、請求項３に記載の膜。
【請求項５】
前記基質は、前記膜の非イオン伝導性領域に対応する実質的に無孔の領域を含む、請求項４に記載の膜。
【請求項６】
前記基質の多孔領域は、前記基質の無孔領域に包囲されている、請求項５に記載の膜。
【請求項７】
各通路は、約２５００ミクロン以下である最大横断寸法（Ｄ）を有する、請求項２に記載の膜。
【請求項８】
最も隣接する通路間において両通路の中心から中心までの横方向の間隙（Ｌ）は約５０００ミクロン以下である、請求項２に記載の膜。
【請求項９】
各通路の最大横断寸法（Ｄ）及び最も隣接する通路間において両通路の中心から中心までの横方向の間隙（Ｌ）は、パラメータ比（Ｌ／Ｄ）が約２．５以下となるように選択される、請求項２に記載の膜。
【請求項１０】
各通路は約１×１０−５ｍ２以下の横断面積を有する、請求項２に記載の膜。
【請求項１１】
前記イオン伝導性領域の横断面積全体の前記複数の通路の横断面積全体に対する比率（γ）は、２．５以下である、請求項２に記載の膜。
【請求項１２】
各通路の最小横断寸法は、２５ミクロンより大きい、請求項２に記載の膜。
【請求項１３】
前記通路は、ほぼ円形、ほぼ六角形、ほぼ長方形及びほぼスリット状の形状のうちの少なくとも一つを含む横断面を有する通路を含む、請求項２に記載の膜。
【請求項１４】
請求項２に記載の膜は前記基質の第一の側に配置されたイオン伝導性材料の第一の表面膜層を含み、前記第一の表面膜層のイオン伝導性材料は前記通路の少なくとも一つのイオン伝導性材料と接触している、膜。
【請求項１５】
請求項１４に記載の膜は前記基質の第二の側に配置されたイオン伝導性材料の第二の表面膜層を含み、前記第二の表面膜層のイオン伝導性材料は前記通路の少なくとも一つのイオン伝導性材料と接触している、膜。
【請求項１６】
請求項４に記載の膜はイオン伝導性材料の第一の表面膜層を含み、前記第一の表面膜層は前記基質の第一の側に配置されるとともに前記基質の多孔領域の少なくとも第一の部分にわたって横方向に延びており、それにより前記第一の表面膜層のイオン伝導性材料は前記通路の少なくとも一つのイオン伝導性材料と接触している、膜。
【請求項１７】
請求項１６に記載の膜はイオン伝導性材料の第二の表面膜層を含み、前記第二の表面膜層は前記基質の第二の側に配置されるとともに前記基質の多孔領域の少なくとも第二の部分にわたって横方向に延びており、それにより前記第二の表面膜層のイオン伝導性材料は前記通路の少なくとも一つのイオン伝導性材料と接触している、膜。
【請求項１８】
前記第一の表面膜層における前記イオン伝導性材料は前記通路におけるイオン伝導性材料と同じである、請求項１４に記載の膜。
【請求項１９】
前記第一の表面膜層のイオン伝導性材料は前記通路のイオン伝導性材料とは異なる、請求項１４に記載の膜。
【請求項２０】
前記第一の表面膜層のイオン伝導性材料は前記第二の表面膜層のイオン伝導性材料とは異なる、請求項１５に記載の膜。
【請求項２１】
前記第一の表面膜層のイオン伝導性材料及び前記通路の第一の部分のイオン伝導性材料は、前記第二の表面膜層及び前記通路の第二の部分のイオン伝導性材料とは異なる、請求項１５に記載の膜。
【請求項２２】
前記第一及び第二の表面膜層はほぼ同じ厚み（Ｌｓｋｉｎ）を有する、請求項１５に記載の膜。
【請求項２３】
前記第一及び第二の表面膜層は５乃至５０ミクロンの範囲にある厚み（Ｌｓｋｉｎ１及びＬｓｋｉｎ２）を有する、請求項１５に記載の膜。
【請求項２４】
前記第一及び第二の表面膜層の各々は同一のイオン伝導性材料からなる、請求項１５に記載の膜。
【請求項２５】
前記基質は厚み（Ｌｃｏｒｅ）を有し、前記第一及び第二の表面膜層は厚み（Ｌｓｋｉｎ１及びＬｓｋｉｎ２）を有し、かつ前記第一及び第二の表面膜層の厚み（Ｌｓｋｉｎ１及びＬｓｋｉｎ２）の前記基質の厚み（Ｌｃｏｒｅ）に対する比は、０．２５乃至５の範囲にある、請求項１５に記載の膜。
【請求項２６】
前記基質は複数の層を含む、請求項３に記載の膜。
【請求項２７】
前記基質の複数の層の少なくとも一つはメッシュ材料を含む、請求項２６に記載の膜。
【請求項２８】
前記基質は一つ以上の製造されたビアによって貫通されており、前記製造されたビアは前記基質の多孔領域から横方向に離間している、請求項４に記載の膜。
【請求項２９】
前記製造されたビアはイオン伝導性材料で充填されている、請求項２８に記載の膜。
【請求項３０】
前記製造されたビアを充填するイオン伝導性材料は前記通路を充填するイオン伝導性材料と接触している、請求項２９に記載の膜。
【請求項３１】
複数のイオン伝導性領域を含む請求項１の膜において、前記イオン伝導性領域の各々は前記基質を貫通して延びる一つ以上の対応するイオン伝導性通路を含み、前記イオン伝導性通路の各々はイオン伝導性材料を含む、膜。
【請求項３２】
前記イオン伝導性領域は互いに接触している、請求項３１に記載の膜。
【請求項３３】
前記イオン伝導性領域は互いに横方向に離間している、請求項３１に記載の膜。
【請求項３４】
各イオン伝導性領域に対応する前記一つ以上のイオン伝導性通路は、通路の大きさ、通路の形状、通路の密度及び通路の配置のうちの少なくとも一つが異なっている、請求項３１に記載の膜。
【請求項３５】
前記通路は、同通路に対応する選択された位置において前記基質をイオン伝導性のより大きな状態に変換することにより形成される、請求項２に記載の膜。
【請求項３６】
前記実質的に非イオン伝導性材料であるシートは、テトラフルオロエチレン及びパーフルオロ−３，６−ジオキサ−４−メチル−７−オクテンスルホニルフルオライドのコポリマーを含む、請求項３５に記載の膜。
【請求項３７】
前記実質的に非イオン伝導性材料であるシートは、加水分解によってイオン伝導性がより大きな状態に変換される、請求項３５に記載の膜。
【請求項３８】
前記通路は、同通路を包囲する位置に対応する選択された位置において前記基質をイオン伝導性のより小さな状態に変換することにより形成される、請求項２に記載の膜。
【請求項３９】
請求項１に記載の膜を含む燃料電池。
【請求項４０】
請求項１に記載の膜を含む電解セル。
【請求項４１】
前記イオン伝導性材料がイオノマーである、請求項１に記載の膜。
【請求項４２】
イオン伝導性の膜であって、
その多孔領域において複数の孔により貫通されている基質と、
前記基質を貫通する複数のイオン伝導性通路を提供するために前記孔を満たすイオン伝導性材料と、
を含み、前記イオン伝導性材料は、前記基質よりもイオン伝導性が大きい、イオン伝導性膜。
【請求項４３】
イオン伝導性の膜であって、
少なくとも一つの孔により貫通されている基質と、
前記基質を貫通するイオン伝導性の通路を提供するために前記少なくとも一つの孔を充填するとともに前記基質の第一の側に第一の表面膜層を提供するイオン伝導性材料とを含み、前記表面膜層は前記孔の周縁部を超えて横方向に延びており、前記イオン伝導性材料は前記基質よりもイオン伝導性が大きい、イオン伝導性膜。
【請求項４４】
前記基質は一つ以上の製造されたビアによって貫通されており、前記製造されたビアは前記少なくとも一つの孔から横方向に離間しており、かつ前記製造されたビアは、前記第一の表面膜層におけるイオン伝導性材料と隣接しているイオン伝導性材料で充填されている、請求項４３に記載の膜。
【請求項４５】
請求項４４に記載の膜は前記基質の第二の側にイオン伝導性材料の第二の表面膜層を含み、前記第二の表面膜層におけるイオン伝導性材料は前記製造されたビアにおけるイオン伝導性材料と隣接している、膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン伝導性膜を組み込んだ燃料電池、電解セルのような電気化学セルに関する。本発明の特定の実施形態は、そのようなセルに使用するためのイオン伝導性膜を提供する。
【背景技術】
【０００２】
ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ（登録商標））のようなイオノマー膜を含むイオン伝導性膜は、塩素アルカリ電池、電解セル及び燃料電池を含む膜分離プロセス及び電気化学的反応システムにおける重要な構成要素である。そのような膜はイオン伝導体として作用するとともに、反応物質が混合することを回避する。幾らかの用途において、そのような膜により伝導されるイオンはプロトンである。固体であり、かつプロトンを伝導する材料の利用により、簡単かつ丈夫な燃料電池装置の生産は飛躍的な進歩を遂げた。
【０００３】
典型的な従来の燃料電池において、イオン伝導性膜は、イオン伝導性を提供すること、反応物質間にバリアを提供すること、燃料電池を密封するのに必要な把持力に耐え得る構造的なスペーサを提供すること、を含む複数の機能を果たすイオン性の膜である。
【０００４】
電気化学セルにおいて使用されるイオン伝導性膜のデザインは典型的には、二つの相容れることのできないデザイン上の目的に対する均衡を必要とする。第一に、使用時の損失を最小限にするために、イオン伝導性膜の伝導性を最大化することが一般的には望ましい。この第一の目的を達成するために、高い含水率を有し、それ故に液体に近い状態のイオン伝導性材料が採用される傾向にある。第二に、膜を介在して異なる圧力差が存在することからセルの一体性を維持するために同セル内の構造材料としては強固であり、かつ使用に適した膜が提供されることが望ましい。この第二の目的を達成するために、固体であり、かつ高強度を備えたイオン伝導性材料が採用される傾向にある。これら二つのデザイン上の目的は、多くの場合、互いに相受け入れられないものであることが理解されよう。電気化学セルを設計する現在の実情では、これらデザイン上の目的を妥協することが含まれる。
【０００５】
イオン伝導性材料の一例はナフィオン（登録商標）であり、２５ミクロンという薄さを供えたシートとして典型的には提供されるものである。図１はナフィオン（登録商標）膜８の概略断面図である。膜８はイオン伝導性材料の連続的なシートである。ナフィオン（登録商標）膜は機械的には不具合を生ずる傾向にあり、特にその膜が非常に薄いものである場合には、取り扱いが困難である。ナフィオン（登録商標）のような材料を用いる別の問題点としては、プロトンを伝導するために使用した場合、寸法的に不安定であることが挙げられる。プロトン伝導時に避けることのできない膜の含水量の変動は、かなりの収縮や膨潤を引き起こす。ナフィオン（登録商標）膜を含む電気化学セルは、そのような収縮及び膨潤に順応するように設計される必要がある。
【０００６】
ゴアセレクト（Ｇｏｒｅ−Ｓｅｌｅｃｔ（登録商標））は、イオン伝導性材料で充填された均質な多孔性基質から構成される複合パーフルオロ系材料である。特許文献１はこの種の膜を記載している。図２は、イオン伝導性材料１４で充填された均質な基質１２を有するゴアセレクト（登録商標）膜１０の概略図である。多孔性基質１２は、膜１０にある程度の構造的な一体性と寸法的な安定性を提供する一方で、イオン伝導性充填材１４はプロトン伝導性を提供する。
【特許文献１】米国特許第６６１３２０３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
優れた機械的特性と望ましい高いイオン伝導性を兼ね備えた、燃料電池、電解セル、塩素アルカリプラント等のような電気化学的用途に使用するためのイオン伝導性膜の必要性が存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の態様は、イオン伝導性領域を含むイオン伝導性膜を提供する。イオン伝導性領域は基質を含み、同基質は、それを貫通して延びる一つ以上のイオン伝導性通路を有する。各通路は、基質より相対的にイオン伝導性の大きいイオン伝導性材料を含む。
【０００９】
本発明の別の態様はイオン伝導性膜を提供し、同イオン伝導性膜は、その多孔領域において複数の孔により貫通されている基質と、同基質を貫通する複数のイオン伝導性通路を提供するために同孔を満たすイオン伝導性材料とを含む。イオン伝導性材料は基質に比べてイオン伝導性に富んでいる。
【００１０】
本発明の別の態様はイオン伝導性膜を提供し、同イオン伝導性膜は少なくとも一つの孔により貫通されている基質と、同基質を貫通するイオン伝導性通路を提供するために同少なくとも一つの孔を満たすとともに同基質の第一の側に第一の表面膜層を提供するイオン伝導性材料とを含み、同表面膜層は同孔の周縁部を越えて横方向に延びている。イオン伝導性材料は基質に比べてイオン伝導性に富んでいる。
【００１１】
本発明の別の態様は、イオン伝導性領域を含むイオン伝導性膜を提供する。イオン伝導性領域は基質を含み、同基質は、それを貫通して延びる一つ以上のイオン伝導性通路を有する。イオン伝導性通路は、同基質を、イオン伝導性通路に対応する位置にてイオン伝導性の大きい状態に選択的に変換することにより形成される。
【００１２】
本発明の別の態様は、本発明に従うイオン伝導性膜を含む電気化学セルを提供する。
本発明の別の態様は、電気化学セルに使用するためのイオン伝導性膜を製造する方法を提供する。同方法は、多孔領域を形成する目的にてシート状基質材料を選択された位置にて貫通する複数の孔を形成する工程と、同基質材料を貫通する複数のイオン伝導性通路を形成するためにイオン伝導性材料で同孔を充填する工程と、を含む。
【００１３】
本発明の別の態様は、電気化学セルに使用するためのイオン伝導性膜を製造する方法を提供する。同方法は、シート状基質を貫通する複数のイオン伝導性通路を形成し、かつ同シートにイオン伝導性領域を形成するために、同シート状基質材料を、複数の位置において比較的イオン伝導性の大きい状態に選択的に変換する工程を含む。
【００１４】
本発明の別の態様は、電気化学セルに使用するためのイオン伝導性膜を製造する方法を提供する。同方法は、シート状基質材料を貫通する少なくとも一つの孔を形成する工程と、同基質材料を貫通するイオン伝導性通路を形成するために、同少なくとも一つの孔をイオン伝導性材料で充填する工程と、同基質の第一の側に、第一の表面膜層であって同孔の周縁部を越えて横方向に延びる表面膜層を形成する工程と、を含む。
【００１５】
本発明の特殊な実施形態の更なる特徴及び用途は以下に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下の記載を通して、特殊な詳細な説明が本発明をより完全に理解するために記載される。しかしながら、本発明はこれらの特殊なもの以外でも実施され得る。その他の例において、本発明を不必要に曖昧にすることを回避するために、周知の要素は詳細には示されていないか、又は記載されていない。従って、明細書及び図面は、限定的な意味というよりはむしろ例示的な意味合いを有するものとみなされるべきである。
【００１７】
電気化学セルの使用に適した膜は、シート状基質材料を提供し、かつ同シート状基質材料を貫通する一つ以上のイオン伝導性通路を形成することにより製造され得る。イオン伝導性通路は、同通路を包囲する基質材料よりも大きなイオン伝導性を有する。イオン伝導性通路は、同基質材料を貫通する孔を形成するとともに同孔をイオン伝導性材料で満たす工程と、同基質材料をイオン伝導性通路の位置にてより大きなイオン伝導性の状態に選択的に変換する工程と、のうちの少なくとも一方の工程により形成され得る。膜の機械的特性及びイオン伝導特性は、イオン伝導性通路に、異なった大きさ、形状、密度及び配置のうちの少なくとも一つを提供することにより、異なる領域にて異なった状態とすることができる。
【００１８】
図３Ａは、本発明の特定の実施形態に従うイオン伝導性膜２０の概略断面図を示す。膜２０は一つ以上のイオン伝導性領域３３と、一つ以上の非イオン伝導性領域３５Ａ，３５Ｂ（集合的には３５）とを含む。図３Ａは、一対の非イオン伝導性領域３５Ａ，３５Ｂにより境界をなす一つのイオン伝導性領域３３を有する膜２０を示す。膜２０は基質材料２２の基質２１を含み、同基質２１の対応する側３２，３７に第一及び第二の表面膜２８，２９のうちの少なくとも一方を選択的に含む。
【００１９】
膜２０のイオン伝導性領域３３は、基質２１の第一の側３２から基質２１の第二の側３７まで延びるイオン伝導性通路２７を含む。イオン伝導性通路２７は、周囲の材料（即ち、イオン伝導性通路２７の外側の材料）より大きなイオン伝導性を有するイオン伝導性材料２６を含む。幾らかの実施形態において、イオン伝導性材料２６はイオン性材料である。選択的な表面膜２８，２９はまた、イオン伝導性材料２６であり得る。
【００２０】
イオン伝導性通路２７は、基質材料２２を貫通する孔２４を形成して、同孔２４をイオン伝導性材料２６で満たす工程、及び基質材料２２をイオン伝導性通路の位置にてイオン伝導性のより大きな状態に選択的に変換する工程、のうちの少なくとも一方により形成され得る。これらの製造技術のいずれも以下により詳細に記載されている。
【００２１】
本発明の一実施形態に従って、膜２０は、基質材料２２から形成される基質２１を含む。孔２４は選択された位置にて基質２１を貫通して形成され得る。孔２４は微細構造体であり得る。この開示において、「微細構造体」は、５倍以上の倍率を有する顕微鏡にて見ることが可能である構造体である。孔２４は微細構造体である必要はない。幾らかの実施形態において、孔２４はより大きいものである。
【００２２】
孔２４は一つ以上の多孔領域３０を基質２１に提供し、同多孔領域３０は周囲の領域３１Ａ，３１Ｂよりもより多孔性である。基質２１の各多孔領域３０は、複数の孔２４を含むとともに膜２０のイオン伝導性領域３３と一致する。非多孔領域３１Ａ，３１Ｂ（集合的に３１）は、膜２０の非イオン伝導性領域３５Ａ，３５Ｂにそれぞれ対応する。図３Ａの実施形態において、基質２１の非多孔領域３１Ａ，３１Ｂにはいかなる孔２４も形成されていない。
【００２３】
基質材料２２は、膜２０とともに使用される反応物質に対して実質的なバリアを提供する任意の適切な材料又は材料の組み合わせを含み得る。例えば、水素／空気燃料電池に使用するための膜は、好ましくは水素及び酸素ガスを実質的には透過しない。基質材料２２は例えば、ポリアミドフィルム、カプトン（Ｋａｐｔｏｎ（登録商標））のようなポリイミドフィルム、ポリエチレンフィルム、テフロン（登録商標）フィルム、その他のポリマーを含むフィルム、加水分解されたナフィオン（登録商標）への樹脂前駆体、シリコン又はガラスのような非ポリマー材料、から選択された材料を含む。基質材料２２は、所望の用途に対して適切となるように選択される。幾らかの実施形態において、基質材料２２はある程度可撓性であることは有利である。
【００２４】
基質２１の多孔領域３０において、孔２４は、同基質２１の第一の側３２から同基質２１の第二の側３７まで膜２０を貫通して延びるイオン伝導性通路２７を形成するためにイオン伝導性材料２６で充填されている。イオン伝導性材料２６は周囲の基質材料２２よりもイオン伝導性が大きい。図示された実施形態において、各通路２７は、基質２１の厚みＬｃｏｒｅに等しい通路長を有する。即ち、通路２７は屈曲度が１であり、同屈曲性は、基質２１の厚み（Ｌｃｏｒｅ）で分割される同基質２１を貫通して粒子が移動しなければならない距離と等しい。
【００２５】
孔２４は任意の適切な方法を用いて基質２１に形成され得る。非限定的な例により、孔２４は、化学エッチング、レーザマイクロ加工、レーザ穿孔、機械的ドリル加工、フライス加工、打ち抜き加工、カレンダ加工、プリント回路基板製造技術、リトグラフ製造技術、機械的金型等により基質２１を貫通して形成され得る。上記したように、通路はまた、孔２４を形成及び充填することなく、例えば、ナフィオン（登録商標）前駆体樹脂を選択的に加水分解するなど、基質２１の材料を一つの状態から別の状態に選択的に変換することによっても形成され得る。
【００２６】
通路２７の寸法、通路２７の間隙、通路２７の形状及び通路２７の配置は、特定の用途に適するように選択され、かつ費用の要因によっても影響されるであろう。一つの特殊な実施例において、通路２７は、従来のシート変換法を用いて形成された孔２４にスリットの形状にて形成される。通路２７は円形であり得るか、又は十字形、六角形、卵形、楕円形又は星形のようなその他の形状を有する。
【００２７】
好ましい実施形態において、通路２７は、ランダムな位置に配置されたものと相反して、整列された配置にて形成される。任意の適切なパターンが使用され得る。例えば、通路２７は正方形若しくは長方形のアレイ、三角形のアレイ、六角形のアレイ、又は任意のその他適切なアレイのノードに配置され得る。
【００２８】
図３Ｂは本発明の特定の実施形態に従う、線３−３（図３Ａを参照）に沿った膜２０のイオン伝導性領域３３の一部断面図である。本実施形態において、イオン伝導性通路２７は円形の横断面であり、長方形アレイに配置されている。
【００２９】
パラメータＤは、イオン伝導性通路２７の最も広い横断寸法を示すために使用されている。図３Ｂの実施形態において、通路２７は全て同じ大きさであり、かつパラメータＤは通路２７が形成される孔２４の直径に等しい。パラメータＬは、最も近く隣接するイオン伝導性通路２７間において両通路の中心から中心までの横断方向の間隙を示す。
【００３０】
図３Ｃは、本発明の別の実施形態に従って、線３−３（図３Ａを参照）に沿った膜２０のイオン伝導性領域３３の一部断面図を示す。図３Ｃの実施形態において、イオン伝導性通路２７は横断面が六角形であり、かつ六角形充填（ｈｅｘａｇｏｎａｌ  ｐａｃｋｉｎｇ）アレイに配置されている。パラメータＤ（即ち、通路２７の最も広い寸法）及びパレメータＬ（最も近く隣接する通路２７間において両通路の中心から中心までの間隙）がまた図３Ｃに記載されている。
【００３１】
幾らかの実施形態において、通路２７のパラメータＤは２００ミクロン以下である。その他の実施形態において、通路２７のパラメータＤは２５００ミクロン以下である。幾らかの実施形態において、通路２７は５×１０−８ｍ２を越えない断面積を有する。その他の実施形態において、通路２７は１×１０−５ｍ２を越えない断面積を有する。幾らかの実施形態において、イオン伝導性通路２７は少なくとも２５ミクロンの最小横断寸法を有する。その他の実施形態において、イオン伝導性通路２７は少なくとも５０ミクロンの最小横断寸法を有する。幾らかの実施形態において、通路２７のパラメータＬは、多孔領域３０の少なくとも幾らかの領域において５００ミクロン以下である。その他の実施形態において、通路２７のパラメータＬは、多孔領域３０の少なくとも幾らかの領域において５０００ミクロン以下である。
【００３２】
膜２０を介する伝導性を最大にするためには、パラメータ比Ｌ／Ｄをできるだけ一致させることが望ましい。幾らかの実施形態において、本発明に従う膜は、一つ以上のイオン伝導性領域において、２．５を超えないパラメータ比Ｌ／Ｄを有するように構成される。その他の実施形態において、本発明に従う膜は、１．５を超えないパラメータ比Ｌ／Ｄを有するように構成される。
【００３３】
その他のパラメータ比γは、本発明に従う膜の伝導性領域を特徴化するために使用され得る。パラメータ比γは、イオン伝導性領域内において、イオン伝導性領域の全横断面積の、イオン伝導性通路２７の全横断面積に対する比として定義され得る。幾らかの実施形態において、本発明に従う膜は、一つ以上のイオン伝導性領域において、２．５を超えないパラメータ比γを有するように構成される。その他の実施形態において、本発明に従う膜は、１．５を超えないパラメータ比γを有するように構成される。
【００３４】
基質２１は、イオン伝導性材料２６に対して構造的な支持部を、そして膜２０に対して全体的な構造支持部を提供する（図３Ａ参照）。基質２１の機械的特性は、特定の用途に対して所望とされる機械的な特性に適合するように選択される。例えば、基質２１の異なる領域における孔２４の密度、大きさ、形状及び配置のうちの少なくとも一つを変更することによって、それらの異なる領域において、異なる機械的特性及び異なるイオン伝導性特性のうちの少なくとも一方を提供することができる。
【００３５】
図４は、本発明の特定の実施形態に従う基質材料２２の平坦なシート３４を示す。シート３４は、燃料電池のような電気化学セルに使用するための図３Ａに示されるタイプのイオン伝導性膜２０の基質２１として使用され得る。図４の実施形態において、シート３４は基質材料２２の薄いシートから製造され、多孔領域３０を包囲する周辺（非多孔）シール領域３１に分けられる。多孔領域３０はシート３４を貫通する孔２４を有する。イオン伝導性膜２０を有する燃料電池は基質２１としてシート３４を使用して構成される場合、イオンが多孔領域３０の孔２４を介して伝導される一方で、周辺シール領域３１は、燃料電池の圧縮シール部付近に構造強度を提供する。
【００３６】
多孔領域３０は必ずしも、均一に多孔質である必要はない。幾らかの場合、孔２４の特性（例えば、孔２４の大きさ、形状、密度及び配置のうちの少なくとも一つ）及び領域３０のような多孔領域にわたる孔２４に関連したパラメータ（例えば、Ｌ、Ｄ、Ｌ／Ｄ及びγのうちの少なくとも一つ）のうちの少なくとも一方を変更することも有利であろう。幾らかの場合、基質２１に複数の多孔領域を提供することが有利である。孔２４の特性及び孔２４に関連したパラメータは各多孔領域にて異なっていてもよい。
【００３７】
比較的大きな局所機械応力にさらされることが予測される領域においては、孔２４は比較的小さく形成されるか、孔２４の密度を比較的小さくするか、のうちの少なくとも一方である。比較的大きな局所機械応力にさらされることが予測される領域においては、パラメータ比Ｌ／Ｄ及びパラメータγのうちの少なくとも一方は比較的大きくされ得る。例えば、そのような領域において、パラメータ比Ｌ／Ｄ及びパラメータγのうちの少なくとも一方は５より大きい。そのような領域はプロトン伝導性が比較的低いが、比較的大きな機械的強度を提供することができる。
【００３８】
比較的小さな局所機械応力にさらされることが予測される領域においては、孔２４は比較的大きく形成されるか、孔２４の密度を比較的大きくするか、のうちの少なくとも一方である。比較的小さな局所機械応力にさらされることが予測される領域においては、パラメータ比Ｌ／Ｄ及びパラメータγのうちの少なくとも一方は比較的小さくされ得る。例えば、そのような領域において、パラメータ比Ｌ／Ｄ及びパラメータγのうちの少なくとも一方は、３より小さい。そのような領域は、機械的強度を犠牲にするが、比較的大きなプロトン伝導性を提供することができる。これらの技術を用いることにより、燃料電池膜の空間寸法にわたって性能（例えば、機械的強度及びプロトン伝導性）を調整することが可能である。
【００３９】
図５は、本発明の別の例示的な実施形態に従う基質材料２２の平坦なシート４０を示す。シート４０は、燃料電池に使用するための図３Ａに示されるタイプのイオン伝導性膜２０の基質２１として使用され得る。シート４０は基質材料２２から形成され、かつ非多孔性周辺領域４４と、第一の多孔領域４６と、第二の多孔領域４８と、第三の多孔領域４９とを含む。多孔領域４６，４８及び４９の各々は孔２４を有する。多孔領域４６，４８，４９における孔２４の特性及び同孔２４に関連したパラメータのうちの少なくとも一方は、互いに異なっている。例えば、それらの孔２４の大きさ、孔２４の密度、孔２４の形状及び孔２４の配置のうちの少なくとも一つは、多孔領域４６，４８，４９間にて変更される。図５の実施形態において、孔２４の大きさ及び形状は、多孔領域４６，４８，４９の間で異なっている。
【００４０】
その他の実施形態（図示しない）において、孔２４の特性（例えば、大きさ、形状、密度及び配置のうちの少なくとも一つ）及び孔２４のパラメータ（例えば、Ｌ、Ｄ、Ｌ／Ｄ及びγのうちの少なくとも一つ）のうちの少なくとも一方は基質の多孔領域にわたって滑らかに変更されている。例えば、孔２４のパラメータ比Ｌ／Ｄ及び同孔２４のパラメータγのうちの少なくとも一方は釣鐘曲線のような滑らかな関数に従って変更され得る。更なるその他の実施形態（図示しない）において、基質材料２２のシートは、同基質材料２２のシート全体にわたって均一な特性及びパラメータの少なくとも一方を備える孔２４を有するように製造され得る。本明細書において、孔２４は大きさ、形状、密度、配置のような種々の特性及びＬ、Ｄ、最小横断寸法Ｌ／Ｄ及びγのような種々のパラメータを有するものとして記載されている。これらの特性及びパラメータのうちの少なくとも一方の任意のものは、イオン伝導性通路を一般的に記載するために使用され得る。
【００４１】
上記実施形態の各々は、一つ以上のイオン伝導性領域を提供するためにイオン伝導性通路２７が形成された一枚の基質材料のシートからなる。本発明の幾らかの実施形態において、イオン伝導性膜は、異なる材料の複数の層から形成された複合基質からなる。複合基質のいくらかの層は多孔性であり得る。例えば、複合基質の一つ以上の層は、メッシュ材料を含み得る。そのような複合基質のその他の層は、本明細書に記載された構築物の適切な一つに従うイオン伝導性領域及び非イオン伝導性領域を含み得る。この方法により製造された複合基質は、優れた機械的強度を備え得る。
【００４２】
図６は、本発明の特定の実施形態に従う複合基質５０の分解図である。複合基質５０は、第一の層５２を含む。層５２は、例えば、上記したもののうちの任意の物と類似する基質層を含み得る。図示された実施形態において、層５２は、その内部に孔２４を有する多孔領域３０を包囲する非多孔領域３１を含む。中間層５４は、構造的な補強部を提供すべく第一の層５２に結合されるメッシュ状構造体を含む。選択的な裏打ち層５６が、中間層５４を層５２及び５６で封入するように層状に形成され得る。複合基質は基質前駆体材料の２つ又は３つの層より多くの層を備え得る。
【００４３】
上述の議論は、基質材料に形成された多孔領域を含む基質の性質及び形成を主として扱うものである。イオノマーのようなイオン伝導性材料は、燃料電池、電解セル等に使用するためのイオン伝導性通路を有するイオン伝導性膜を形成するためにそのような基質の多孔領域に堆積され得る。イオン伝導性材料は、本発明に従ってイオン伝導性膜を形成するためにそのような基質の種々の配置に堆積され得る。
【００４４】
図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ及び７Ｄは、本発明の種々の実施形態に従う多くの例示的なイオン伝導性膜の断面図を示す。イオン伝導性材料は、図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ及び７Ｄに記載された膜の各々において異なって配置されている。図７Ａは、基質材料２２から形成された基質２１を含む膜６０Ａを示す。基質２１は同基質２１に形成された孔２４を有する。膜６０Ａの孔２４は、膜６０Ａを貫通するイオン伝導性通路２７を形成するためにイオン伝導性材料２６で充填されている。イオン伝導性材料２６は、基質材料２２に比べてイオン伝導性が比較的大きい。膜６０Ａにおいて、イオン伝導性材料２６の厚み及びイオン伝導性通路２７の長さは、基質２１の厚みＬｃｏｒｅにほぼ類似する。その他の実施形態において、イオン伝導性材料２６（及びイオン伝導性通路２７）の厚みは基質２１の厚みＬｃｏｒｅとは異なっている。
【００４５】
図７Ｂは本発明の別の実施形態に従う膜６０Ｂを示す。膜６０Ｂは、イオン伝導性通路２７を形成するために、イオン伝導性材料２６で充填された孔２４を有する。膜６０Ｂはまた、基質材料２２のいずれかの側を覆うイオン伝導性表面膜６２、６４を含む。各表面膜６２，６４におけるイオン伝導性材料は同じであっても異なっていてもよく、かつ孔２４のイオン伝導性材料２６と同じであっても異なっていてもよい。各表面膜６２，６４におけるイオン伝導性材料は、基質材料２２よりイオン伝導性が大きい。図７Ｂの実施形態において、各表面膜６２，６４の厚みＬｓｋｉｎは、実質的には同じである。その他の実施形態において、表面膜６２，６４の厚みは互いに異なっている。
【００４６】
基質２１を表面膜６２，６４で被覆することは選択的なことである。表面膜６２，６４を提供することは、同表面膜６２，６４が基質２１の非多孔領域と多孔領域との間（即ち、膜６０Ｂのイオン伝導性領域と非イオン伝導性領域との間）及び基質２１の相対向する側の非多孔領域の間（即ち、膜６０Ｂのいずれかの側の非イオン伝導性領域の間）にイオン伝導性の通路を提供するので有利である。
【００４７】
図７Ｃは、イオン伝導性通路２７を形成するためにイオン伝導性材料２６で充填された孔２４を有する基質２１を含む。基質２１はイオン伝導性の表面膜６２，６４で被覆されている。図７Ｃの実施形態において、表面膜６２，６４は基質２１の多孔領域にわたり横方向に延びており、基質２１の非多孔領域にも僅かに延びている。その他の実施形態において、表面膜６２，６４は基質２１の多孔領域の一部のみにわたって横方向に延びている。更なるその他の実施形態において、表面膜６２，６４は基質２１の多孔領域のみにわたって横方向に延びており、かつ基質２１の非多孔領域には延びていない。
【００４８】
図７Ｄは、イオン伝導性の通路２７を形成するためにイオン伝導性材料２６で充填された孔２４を有する基質材料２２と、基質２１の一方の側のみを被覆する単一のイオン伝導性表面膜６２と、からなる膜６０Ｄを示す。表面膜６２は、上述したように、異なった横方向の延長特性を備え得る。
【００４９】
図８Ａは、本発明の別の実施形態に従うイオン伝導性膜７０Ａを示す。膜７０Ａは基質材料２２から形成された基質２１を含み、同基質２１は、上記したように、選択された位置に形成された孔２４を備えている。基質２１は、異なる組成物の複数のイオン伝導性材料を支持する。図８Ａの実施形態において、膜７０Ａはイオン伝導性材料の３つの層を含み、即ち、膜７０Ａの第一の側７３に第一のイオン伝導性材料７２の表面膜層６２と、第一の材料７２とは異なる第二のイオン伝導性材料２６の中間層と、膜７０Ａの第二の側７７に第二の材料２６とは異なる（そして、選択的に第一の材料７２及び第二の材料２６のいずれとも異なる）第三のイオン伝導性材料７６の表面膜層６４と、を含む。イオン伝導性材料７２，２６，７６は、基質材料２２よりもイオン伝導性が大きい。図８Ａの実施形態において、表面膜６２，６４はいずれもほぼ等しい厚み（Ｌｓｋｉｎ）を有するが、これは必ずしも必要ではない。
【００５０】
図８Ｂは、本発明の別の実施形態に従うイオン伝導性膜７０Ｂを示す。膜７０Ｂは異なるイオン伝導性材料の二つのイオン伝導性層７８，７９を有する。イオン伝導性材料の層７８，７９は、基質材料２２よりもイオン伝導性が大きい。
【００５１】
イオン伝導性材料は、鋳造、浸漬、印刷、シリンジ注入、成形を含む種々の方法のうちの任意のものによって、本発明に従うイオン伝導性膜を形成するために、基質上に、そして基質内に堆積され得る。さらに、一つ以上の表面膜が使用される場合、イオン伝導性材料の予め形成されたシート（即ち、表面膜）に多孔領域を有する基質を結合することにより、或いはイオン伝導性材料の予め形成された二つのシートの間に多孔領域を有する基質を結合することにより、膜を製造することが可能である。膜はまた、イオン伝導性シート（表面膜）を液体前駆体に結合することにより形成され得る。
【００５２】
図９Ａ及び９Ｂは、本発明の特定の実施形態に従うイオン伝導性膜の製造を示す。図９Ａは基質８０の形成を示す。基質８０は基質材料２２を含み、同基質材料２２は、上記したように、そのいずれかの側に多孔領域３０及び非多孔領域３１Ａ，３１Ｂを提供するために、選択された位置に孔２４が形成されている。
【００５３】
図９Ａの実施形態において、非多孔領域３１Ａ，３１Ｂの各々は、一つ以上の選択的に製造されたビア８２Ａ、８２Ｂを備えている。製造されたビア８２Ａ、８２Ｂは、孔２４と同じ方法にて形成され得る。製造されたビア８２Ａ、８２Ｂは好ましくは多孔領域３０から離間している。幾らかの実施形態において、製造されたビア８２は、対応する多孔領域３０から少なくとも（１＋１／２）Ｌなる距離だけ横方向に離間した位置に形成されており、ここで、Ｌは対応する多孔領域３０における最も近く隣接した孔間において両方の孔の中心から中心までの横方向の間隙である。その他の実施形態において、製造されたビア８２Ａは、対応する多孔領域３０から、少なくとも３Ｌなる距離だけ横方向に離間した位置に形成されている。
【００５４】
図９Ｂは、イオン伝導性通路２７を有するイオン伝導性膜８４を形成するために、基質８０にイオン伝導性材料２６を加えたものを示す。イオン伝導性材料２６は、基質材料２２よりもイオン伝導性が大きい。図９Ｂの実施形態において、イオン伝導性材料２６は、基質８０と、充填された孔２４と、充填された選択的に製造されたビア８２Ａ，８２Ｂ（８６Ａ，８６Ｂにて示されている）とを被覆して、イオン伝導性表面膜６２，６４を形成するように、（例えば鋳造により）適用される。選択的に製造されたビア８２Ａ，８２Ｂは、イオン伝導性材料２６を適用した場合に液体状態となり得るという利点を提供する。製造されたビア８２Ａ、８２Ｂ内のイオン伝導性材料８６Ａ，８６Ｂは、イオン伝導性材料２６に引張り強度を提供するアンカーのように作用し、それにより乾燥時にイオン伝導性材料２６が変形することを回避する。特に、製造されたビア８２Ａ，８２Ｂは表面膜６２，６４の均一性を改善し得る。表面膜６２，６４と基質８０との間の結合（例えば、位置８３，８５における）は、イオン伝導性材料２６に引張り強度を加え、それにより乾燥時におけるイオン伝導性材料２６の変形が低減される。
【００５５】
図９Ｃ及び９Ｄは、本発明の別の実施形態に従って製造されたイオン伝導性膜の異なった断面図を概略的に示す。基質１２０は、孔１２２が形成された基質材料２２からなる。孔１２２は好ましくは、応力の集中を回避するために、図９Ｄに示されるように滑らかな湾曲した周縁部を含む。孔１２２に隣接した非多孔領域３１は、一つ以上の選択的に製造されたビア８２Ａ，８２Ｂ（集合的に８２と記載）が設けられている。製造されたビア８２は、既に記載されたような任意の適切な方法にて形成され、かつ好ましくは孔１２２から離間している。幾らかの実施形態において、製造されたビア８２は、少なくとも１００ミクロンの距離だけ対応する孔１２２から横方向に離間した位置に形成されている。その他の実施形態において、製造されたビア８２は、少なくとも２００ミクロンの距離だけ対応する孔１２２から横方向に離間した位置に形成されている。
【００５６】
イオン伝導性材料２６は、イオン伝導性通路２７を有するイオン伝導性膜１２４を形成するために基質１２０に加えられる。イオン伝導性材料２６は、基質材料２２よりもイオン伝導性が大きい。図９Ｃの実施形態において、イオン伝導性材料２６は、基質１２０と、充填された孔１２２と、充填された選択的に製造されたビア８２（８６Ａ，８６Ｂにて示されている（集合的には８６））とを被覆して、イオン伝導性表面膜６２，６４を形成するように、（例えば鋳造により）適用される。既に述べたように、製造されたビア８２が存在する場合、それらは孔１２２の縁部の周囲にてイオン伝導性材料２６を固定するアンカーのように作用する。そのようなアンカーを提供することにより、乾燥時にイオン伝導性材料２６が変形することが回避され、全体の構造を一層起伏のあるものにする。製造されたビア８２が存在しているか否かに関わらず、表面膜６２，６４と基質１２０の非多孔領域３１との間の結合（例えば、位置８３，８５における）は、孔１２２の縁部周辺におけるイオン伝導性材料２６の接着を可能にし、それはある用途においては適切なものとなる。
【００５７】
上述の膜は、孔２４が形成された基質２１にイオン伝導性材料２６を適用することにより形成される。イオン伝導性材料２６は孔２４を満たし（それにより、イオン伝導性通路２７が提供される）、イオン伝導性の表面膜６２，６４が選択的に提供され得る。幾らかの代替的な実施形態において、イオン伝導性膜は、シート状の基質材料を提供するとともに同基質材料を選択された位置にて比較的イオン伝導性の状態に選択的に変換してイオン伝導性通路を形成することにより、或いは、シート状のイオン伝導性基質材料を提供するとともに同イオン伝導性材料を選択された位置にて比較的非イオン伝導性の状態に選択的に変換して非イオン伝導性通路を形成することにより、製造される。
【００５８】
図１０Ａ乃至１０Ｃは、本発明の別の実施形態に従うイオン伝導性膜の製造を概略的に示す。図１０Ａは、基質材料９２のシート９０を示す。基質材料９２は、好ましくは溶融加工可能なものである。特定の一実施形態において、基質材料９２は、テトラフルオロエチレンとパーフルオロ−３，６−ジオキサ−４−メチル−７−オクテンスルホニルフルオライドとのコポリマーとなり得るナフィオン（登録商標）への樹脂前駆体を含む。基質材料９２は選択された領域にて比較的イオン伝導性の状態に変換可能である。例えば、ナフィオン（登録商標）の樹脂前駆体は、選択された位置にて、イオンを伝導するナフィオン（登録商標）に変換可能である。
【００５９】
図１０Ｂは、イオン伝導性通路９６を形成するために選択された位置にて比較的イオン伝導性の状態９４に基質材料９２を変換する様子を示す。イオン伝導性通路９６は基質シート９０を貫通するイオン伝導性の通路を提供する。イオン伝導性通路９６は任意の適切な配置にて配置される。例えば、イオン伝導性通路９６は、通路２７と関連して、上記したような方法の任意のものにて構成及び配置される。シート９０は一つ以上のイオン伝導性領域３３（即ち、イオン伝導性通路９６の付近に）及び一つ以上の非イオン伝導性領域３５を有するものとして記載されている。イオン伝導性領域３３の各々は、イオン伝導性通路９６のアレイからなる。図１０Ｂの実施形態において、非イオン伝導性領域３５Ａ，３５Ｂはイオン伝導性領域３３のいずれかの側に配置されている。
【００６０】
基質材料９２は、任意の適切な技術を用いてイオン伝導性通路９６を形成するために比較的イオン伝導性の状態に変換され得る。非限定的な例により、イオン伝導性通路９６は基質シート９０の領域を化学薬品、放射線、熱等に選択的にさらすことにより形成され得る。基質シート９０の領域を化学薬品、放射線、熱等に選択的にさらすためにマスクが使用され得る。その他のリトグラフ、エッチング、及びプリント回路基板製造技術もまた使用可能である。
【００６１】
一つの特定の実施形態において、非イオン伝導性材料９２がナフィオン（登録商標）の樹脂前駆体である場合、イオン伝導性通路９６の選択された位置における非イオン伝導性材料９２のイオン伝導性材料９４への変換は、マスクシート９０と、シート９０を水にさらすことによる同シート９０の選択的な加水分解領域とを含む。
【００６２】
基質材料の選択的な変換により形成されたイオン伝導性膜は、特定の用途に適合するように、異なったイオン伝導性及び機械的特性のうちの少なくとも一方を有する異なった空間的な膜領域を提供するように形成され得る。例えば、選択的な変換により形成されたイオン伝導性通路９６は、上記したように、孔２４（及びイオン伝導性通路２７のうちの少なくとも一方）に類似した特性（例えば、大きさ、形状、密度及び配置のうちの少なくとも一つ）及びパラメータ（例えば、Ｌ、Ｄ、Ｌ／Ｄ、γ）のうちの少なくとも一方を有するように形成され得る。イオン伝導性通路９６は、シート９０の異なる領域において異なった特性及びパラメータのうちの少なくとも一方を備え得る。そのような異なった特性及びパラメータのうちの少なくとも一方は滑らかに変更し得るか、或いは個々に変更し得る。シート９０は上記した実施形態に従って複数の層から製造され得る。上記したように、一つ以上の層がシート９０に加えられ得る。
【００６３】
図１０Ｃは、イオン伝導性材料の選択的な表面膜６２，６４のシート９０への適用を示す。表面膜６２，６４は、例えば既に記載された技術の任意のものを使用して適用され得る。
【００６４】
上述のような膜を介するイオンの伝導に関連したエネルギーの損失が存在することを当業者は理解するであろう。幾らかの場合、膜（又は膜の一部）を介するイオンの伝導に関連した同損失を最小限に留めることが望ましいであろう。一例として、図７Ｂの実施形態を参照して、所定のコアの厚みＬｃｏｒｅ及びパラメータ比Ｌ／Ｄに対して、膜を横断する最小限の損失を提供するために最適な表面膜の厚みＬｓｋｉｎが存在することを本願の発明者らは見出した。仮に表面膜の厚みＬｓｋｉｎが最適なレベルを下回る場合、膜の損失全体は比較的大きく、かつ表面膜の厚みＬｓｋｉｎが最適なレベルを下回って更に減少するのに伴ってその損失も増大するであろう。これに対し、表面膜の厚みＬｓｋｉｎが最適なレベルを超える場合、膜の損失全体は比較的大きく、かつ表面膜の厚みＬｓｋｉｎが最適なレベルを更に超えて増大するのに伴ってその損失も増大するであろう。
【００６５】
本発明の幾らかの実施形態において、最適な表面膜層の厚みＬｓｋｉｎは５乃至５０ミクロンの範囲にある。幾らかの実施形態において、最適な表面膜層の厚みＬｓｋｉｎはコア層の厚みＬｃｏｒｅの０．２５乃至５倍の範囲にある。
【００６６】
既に開示されたイオン伝導性膜は、所望の伝導性、ガス透過性及び機械的強度特性を提供することが可能であり、それらは膜の空間範囲にわたって設計者の自由裁量にて変更可能であり得る。これは設計者に設計上における多大な柔軟性を与えるとともに、燃料電池又は類似のシステム内におけるイオン伝導性及び機械的強度の相容れない必要性を最適に満たす機械的及び電気的パラメータを局所的に調整することを可能にする。
【００６７】
本発明は、本発明に従う膜を組み込んだ任意の適切なタイプの電気化学セルの形態にて提供され得る。本発明の幾らかの実施形態は、燃料電池又は燃料電池のための膜電極アセンブリを提供する。
【００６８】
上述の開示を考慮して当業者に理解されるように、多くの変更及び修正が、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本発明の実施において可能である。従って、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲により定義された主題に従って構築され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】従来技術の燃料電池に一般的に使用されるタイプのシート状イオン伝導性材料の概略断面図である。
【図２】イオン伝導性材料で充填された均質な多孔性基質を有する従来技術の複合膜の概略断面図である。
【図３Ａ】本発明の特定の実施形態に従うイオン伝導性膜の概略断面図である。
【図３Ｂ】本発明の特定の実施形態に従う、図３Ａの膜のイオン伝導性領域の線３−３に沿った部分横断面図である。
【図３Ｃ】本発明の別の実施形態に従う、図３Ａの膜のイオン伝導性領域の線３−３に沿った部分横断面図である。
【図４】本発明の特定の実施形態に従う、図３Ａに示されたタイプの膜に使用され得るシート状基質材料の斜視図である。
【図５】本発明の別の実施形態に従う、図３Ａに示されたタイプの膜に使用され得るシート状基質材料の斜視図である。
【図６】本発明の別の実施形態に従う、図３Ａに示されたタイプの膜に使用され得る、複数のシートからなる前駆体材料の層から形成された基質の分解斜視図である。
【図７Ａ】本発明の種々の実施形態に従うイオン伝導性膜の概略断面図である。
【図７Ｂ】本発明の種々の実施形態に従うイオン伝導性膜の概略断面図である。
【図７Ｃ】本発明の種々の実施形態に従うイオン伝導性膜の概略断面図である。
【図７Ｄ】本発明の種々の実施形態に従うイオン伝導性膜の概略断面図である。
【図８Ａ】複合膜構造体を形成するために複数の異なるイオン伝導性材料が層状に適用されているイオン伝導性膜の概略断面図である。
【図８Ｂ】複合膜構造体を形成するために複数の異なるイオン伝導性材料が層状に適用されているイオン伝導性膜の概略断面図である。
【図９Ａ】本発明の特定の実施形態に従うイオン伝導性膜の製造を概略的に示す。
【図９Ｂ】本発明の特定の実施形態に従うイオン伝導性膜の製造を概略的に示す。
【図９Ｃ】本発明の別の実施形態に従って製造されたイオン伝導性膜の異なる断面図を概略的に示す。
【図９Ｄ】本発明の別の実施形態に従って製造されたイオン伝導性膜の異なる断面図を概略的に示す。
【図１０Ａ】本発明の別の実施形態に従うイオン伝導性膜の製造を概略的に示す。
【図１０Ｂ】本発明の別の実施形態に従うイオン伝導性膜の製造を概略的に示す。
【図１０Ｃ】本発明の別の実施形態に従うイオン伝導性膜の製造を概略的に示す。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【国際調査報告】
2007536712.tif 000024
2007536712.tif 000025