(57)【要約】流体拡散電極の調製においては、典型的な手法は、触媒インクを流体拡散層に塗布するステップ、触媒インクを乾燥するステップ、および、被膜流体拡散層をホットプレスして流体拡散電極を製造するステップを包含する。本出願においては、出来上がった電極の平滑度の予想外の改善が、締固め中に触媒インクを乾燥することによって認められた。触媒層の乾燥を助けるために、締固めステップは高温で実行され得る。一部の実施形態においては、剥離シートが、締固めステップに先立ち触媒層に貼り付けられ得る。さらにまたは代替的に、触媒層の部分乾燥が締固めに先立ち行われ得る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体拡散電極を調製する方法であって、該方法は、
流体拡散層を提供するステップと、
該流体拡散層の上に触媒層を形成するために、触媒粒子および溶媒を含む触媒インクを該流体拡散層に塗布するステップと、
該流体拡散層および該触媒層を、触媒層が８％より低濃度の溶媒を有するまで締固めるステップと
を包含する、方法。
【請求項２】
前記触媒層は、締固めステップの後には、５％より低濃度の溶媒を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記締固めるステップは、高温下で行う、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記高温は、５０℃と４５０℃との間である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記高温は、１４０℃と１６０℃との間である、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記締固めるステップは、１分と１０分との間の長さで行う、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記締固めるステップは、４分と７分との間の長さで行う、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記締固めるステップは、５バールと１００バールとの間の圧力で行う、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記締固めるステップは、２０バールと４０バールとの間の圧力で行う、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記締固めステップに先立って、前記触媒層を部分乾燥するステップをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記部分乾燥するステップは、前記触媒層を空気で乾燥させるステップを包含する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記部分乾燥するステップは、６分以下の長さで行う、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記塗布するステップは、ナイフコーターを用いて実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記締固めるステップに先立って、前記触媒層にイオノマー溶液を塗布するステップをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記締固めるステップに先立って、前記触媒層に剥離シートを塗布するステップをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記剥離シートの気孔率は、前記流体拡散層の気孔率よりも小さい、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記剥離シートは、ポリテトラフルオロエチレン、アモルファス熱可塑性ポリエーテルイミド、ポリフッ化ビニリデン、ＴＨＶ含浸紙、またはＰＥのうちの少なくとも１つを備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記剥離シートは、ポリテトラフルオロエチレンシートを備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記締固めるステップの後に前記剥離シートを取り除くステップをさらに包含する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の方法であって、前記締固めるステップは、第１の流体拡散電極を製造し、該方法は、
イオン交換膜を提供するステップと、
第２の流体拡散電極を提供するステップと、
膜電極接合体を形成するために、該第１の流体拡散電極、該イオン交換膜、および、該第２の流体拡散層を一緒に接着するステップと
をさらに包含する、方法。
【請求項２１】
前記第２の流体拡散層を提供するステップは、
第２の流体拡散層を提供するステップと、
該第２の流体拡散層の上に第２の触媒層を形成するために、該第２の流体拡散層に第２の触媒インクを塗布するステップと、
該第２の流体拡散層および該第２の触媒層を、該第２の触媒層が８％より低濃度の溶媒を有するようになるまで締固めるステップと
を包含する、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、電気化学的燃料電池の流体拡散電極を作るための改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術の説明）
電気化学的燃料電池は、燃料および酸化剤を電気および反応生成物に変換する。高分子電解質膜（「ＰＥＭ」）燃料電池は、一般的には、２つの導電性電極の間に配置される電解質として、イオン交換膜を備える膜電極接合体（「ＭＥＡ」）を用いる。電極は、典型的には、流体拡散層および電極触媒を備える。流体拡散層は、燃料電池内の流体の反応物および生成物に対して浸透可能とさせる多孔性構造をもつ基材を備える。
【０００３】
流体の反応物は、ガス状または液状の形態のいずれかで電極に供給され得る。燃料として水素、酸化剤として酸素を用いる電気化学的燃料電池においては、アノードでの触媒反応物は、燃料から水素陽イオン（プロトン）および電子を生成する。ガス状反応物は、流体拡散層を横切り通り抜けて移動し、電極触媒で反応する。電子は、外的負荷によってアノードからカソードに移動するが、イオン交換膜は、アノードからカソードへのプロトンの移動を容易にする。カソードの電極触媒層において、酸素は、膜を横断してきたプロトン、および電子と反応して反応生成物として水を形成する。
【０００４】
電極触媒は、典型的には、燃料電池の中で所望の電気化学的反応を生じるように、膜／流体拡散層界面の各々において、層状に配置される。電極触媒は、メタルブラック、合金、または、例えば炭素担持の白金などの担持された触媒であり得る。触媒層は、典型的には、イオノマーを含み、イオノマーは、イオン交換膜（例えば、最高で３０重量％のＮａｆｉｏｎ（登録商標）ブランドのパーフルオロサルホン基ベース（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｓｕｌｆｏｎｉｃ−ｂａｓｅ）のイオノマー）に使用されるそれに類似し得る。触媒層は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなバインダー（ｂｉｎｄｅｒ）も含み得る。電極触媒は、流体拡散電極を形成するように流体拡散層上の層として、または、イオン交換膜上の層として配置され得る。
【０００５】
流体拡散層としてまたは流体拡散層を形成する出発原料として一般に使用される材料としては、炭素性繊維紙、炭素性繊維織布または炭素性不織布、金属性のメッシュまたはガーゼ、および他の織および不織の材料が挙げられる。そのような材料は、平らなシートとして市販されており、材料が十分にフレキシブルである場合にはロールで入手可能である。流体拡散層は、高導電性およびマクロ多孔性である傾向にあり、ならびに、粒状導電性材料およびバインダーも含み得る。基材は、撥水性のフッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレンなど）、または、フッ素樹脂とカーボンブラックとの混合物により、撥水性を高めるように事前処理され得る。流体拡散層はまた、気孔率を低減するために、電極触媒のために表面を提供するために、表面の粗度を低減するために、または、何か他の目的を達成するために、片面に被膜される炭素またはグラファイトの補助層を備え得る。補助層は、被膜、含浸、充填、または、その他当分野において公知の多数の手法のいずれかによって塗布され得る。例えば、補助層は、基材に塗布されるインクまたはペーストの中に含まれ得る。補助層は、基材の厚さの１／３より小さくなど、１／２より小さく浸透し得る。
【０００６】
流体拡散電極の調製においては、表面粗度を減らすことが望ましいことが知られている。しかしながら、流体拡散電極の表面粗度を減らす改良方法に対する当分野におけるニーズが残されている。本発明は、このニーズを充足し、かつ、さらに関係する利点を提供する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の要旨）
流体拡散電極の調製においては、典型的な手法は、触媒インクを流体拡散層に塗布し、触媒インクを乾燥するステップ、および、被膜流体拡散層をホットプレスして流体拡散電極を製造するステップを包含する。本願においては、出来上がった電極の平滑度の予想外の改善が、締固め中に触媒インクを乾燥することによって認められた。特に、本発明の実施形態においては、流体拡散電極を調製する方法は、流体拡散層を提供すること、流体拡散層の上に触媒層を形成するように、触媒の粒子および溶媒を含む触媒インクを流体拡散層に塗布すること、触媒層の溶媒が８％より低濃度となるまで、さらに特には、溶媒が５％より低濃度となるまで、流体拡散層および触媒層を締固めることを包含する。
【０００８】
触媒層の乾燥を助けるために、締固めステップは、高温で、例えば、５０℃以上、７０℃以上、１００℃以上または１４０℃以上かつ４５０℃以下、４００℃以下、３００℃以下、２４０℃以下または１６０℃以下で実行され得る。様々な実施形態においては、締固めステップは、１分以上、２分以上または４分以上かつ１０分以下、９分以下または７分以下で行われる。同様に、様々な実施形態においては、締固めは、５バール以上、１０バール以上、または２０バール以上かつ１００バール以下、６０バール以下または４０バール以下の圧力であり得る。
【０００９】
締固めステップに先立ち、触媒層に剥離シートが必要に応じて貼り付けられ得る。剥離シートは、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）（Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標））、アモルファス熱可塑性ポリエーテルイミド（Ｕｌｔｅｍ（登録商標））、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）（Ｋｙｎａｒ（登録商標））、ＴＨＶ含浸紙（ＴＨＶは、ポリテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンおよびフッ化ビニリデンの重合体）、またはＰＥであり得る。剥離シートの使用は、プレスからインクを取り除く必要性を無くすかまたは減らすことによって、効率を向上させ得る。実施形態においては、剥離シートは、無孔であるか、または、少なくとも流体拡散層の気孔率よりも小さな気孔率を有する。
【００１０】
さらなる実施形態においては、締固めステップに先立ち、部分乾燥ステップがあり得る。部分乾燥は、空気中または発熱体の下で６分以下であり得る。
【００１１】
おそらく上記と同じ方法によって、第２の流体拡散電極も製造され、そして、イオン交換膜を用いて一緒に接着される場合には、膜電極接合体が形成され得る。
【００１２】
本発明のこれらおよび他の局面は、添付図面および次の「発明を実施するための最良の形態」を参照することにより明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（発明の詳細な説明）
流体拡散層および流体拡散層に付着される電解質を備える流体拡散電極を調製する本発明の方法は、低減された表面粗度を有する電極をもたらす。流体拡散電極の１つまたは両方の表面の尖りは、ＭＥＡに組み込まれた場合には、イオン交換膜に穿孔すなわち漏れ口を誘発し得る。流体拡散電極は、イオン交換膜を貫通することによって、または、イオン交換膜の厚さを減らすことによって穿孔や漏れ口を招き得る。例えば、接着の間および電池動作の間のように、ＭＥＡが熱せられた場合には、圧縮応力が、膜が細孔および他の表面の凹部に流れ込む原因となるので、流体拡散電極の表面の細孔または凹部は、漏れ口の原因ともなり得る。
【００１４】
米国特許第４，８４９，２５３号は、典型的な流体拡散電極の製造方法を開示しており、その方法の中では、複数の薄い触媒層は、所望の触媒量が達成されるまで追加と追加の間に層をフィルタリングして締固めることにより、基材に貼り付けられる。その後、基材を有する触媒は、乾燥され、電極を形成するように焼結される。しかしながら、試料が締固め中に乾燥される場合には、仕上がった流体拡散電極の表面の粗度および表面のひび割れが減少し得ることが知られている。
【００１５】
詳細には、流体拡散電極は、流体拡散電極を提供すること、および、その上に触媒インクを塗布することによって製造され得る。その後、試料は、試料が乾くまで締固められる。さらに効率的な乾燥のために、締固めステップ中に、加熱もされ得る。
【００１６】
触媒インクは、担持されるまたは担持されない触媒粒子（例えば、炭素担持の４０％の白金）、溶媒、バインダー、およびイオン交換材を含み得る。代表的な溶媒は、水、アルコール、およびそれらの混合物を含み、代表的なバインダーは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなフッ素樹脂およびＮａｆｉｏｎ（登録商標）のようなパーフルオロ樹脂を含む。触媒インクは、メチルセルロースおよび界面活性剤のような細孔フォーマ（ｐｏｒｅ  ｆｏｒｍｅｒ）をも備え得る。触媒層とイオン交換膜との間の界面の改善は、触媒インクに使用されるイオン交換材がイオン交換膜について使用されるものと同じである場合に観察され得るが、違った材料も使用され得る。
【００１７】
塗布ステップは、インクを用いて基材を被膜、充填または含浸する任意の公知の方法で実行され得る。流体拡散層に触媒インクを塗布する好ましい方法は、所定の厚さの材料を表面に塗布するナイフコーター（ｋｎｉｆｅ  ｃｏａｔｅｒ）またはコンマバー（ｃｏｍｍａ  ｂａｒ）を用いることによる。別の一般の触媒インクを塗布する方法は、流体拡散層の上にインクをスクリーン印刷することによる。連続的なプロセスの中では、パワーコーターが、触媒インクを塗布するために使用され得る。
【００１８】
締固めステップが、流体拡散層および触媒層に一様かつ均等に圧力を受けさせた場合には、改善された結果が観察され得る。締固めステップは、所望の熱および圧力を平らな表面に与えるのに適した任意の器具を用いて実行され得る。例えば、流体拡散層および触媒層を締固めるために、往復プレスが用いられ得る。代わりに、米国特許出願第２００２／０１９２５４８に開示されるダブルベルトボンダーのような加熱連続回転プレスが使用され得る。締固めステップは、好ましくは、約５バール以上の圧力で実行され、例えば、材料および組成に依存して約１００バール以下であり得る。使用温度は、使用される材料（シート）およびイオノマーに依存する。適切な温度は、例えば５０℃と２５０℃との間であり得、さらに特に、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）が触媒インクにおいてバインダーとして使用される場合には、１４０℃と１６０℃との間であり得る。具体的には、温度は、触媒層のイオン交換材が流動することを可能とするのに十分であるべきである。締固めは、任意の適切な時間、例えば、約１０分以下であり得る。より高温であるほどより短い締固め時間が使用され得る。
【００１９】
無孔の剥離シートまたは低気孔率の剥離シートが、往復プレスと触媒層との間に必要に応じて使用され得る。理論に束縛されないが、剥離シートは、乾燥期間中に水を触媒層から流体拡散層に通過させ得る。剥離シートは、流体拡散電極からはがすことによってなど、容易に取り除きが可能な基材の裏当てを、塗布および締固め中に形成し得る任意の物質であり得る。剥離シートの使用は、プレスからインクを取り除く必要性を無くすかまたは減らすことによって、効率を向上し得る。本願の目的のため、低気孔率とは、剥離シートが流体拡散層よりも低い気孔率を有することを意味する。適した剥離材としては、Ｍｙｌａｒ（登録商標）、チャネルリソースＢｌｕｅ  Ｒ／Ｌ  ４１１１３剥離シート、ポリエチレン被覆紙、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）（Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標））、発泡ＰＴＦＥ、アモルファス熱可塑性ポリエーテルイミド（Ｕｌｔｅｍ（登録商標））、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）（Ｋｙｎａｒ（登録商標））、金属もしくは金属被膜シート、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）被膜材、ＴＨＶ含浸紙（ＴＨＶは、ポリテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンおよびフッ化ビニリデンの重合体）、またはＰＥまたはそれらの組み合わせが挙げられる。
【００２０】
締固めステップに先立ち、試料は、部分乾燥ステップも受け得る。部分乾燥ステップは、出来上がった流体拡散電極から剥離材をより効率的に剥離することを可能とすることが観察された。また一方で、試料が、締固めステップに先立ち完全に乾燥された場合には、流体拡散電極の縁に沿うクラックが観察され得る。
【００２１】
触媒層が部分的に乾燥された場合には、出来上がった流体拡散層には存在しないいくらかの湿気が残る。触媒層が「完全に」乾燥された場合には、残存する湿気は、出来上がった流体拡散電極に存在する湿気にほぼ等しいものである。典型的には、出来上がった流体拡散電極は、常温および常湿で、約１０％以下、より一般には５％以下の湿気含有量を有する。
【００２２】
部分乾燥ステップは、任意の公知の方法で実行され得る。例えば、乾燥は、コントロールされた湿度および温度の下で、コンベヤオーブンを使用することによって、または、周囲の条件で空気蒸発によってでも実行され得る。代替的に、適切な温度、例えば、約６０℃と約８０℃との間で、赤外線ランプが使用され得る。
【００２３】
締固めステップに先立ち、試料は、さらなる処理ステップをも受け得る。例えば、イオノマーの水またはアルコール溶液が、触媒層にスプレーされ得る。これは、剥離シートの剥離を、そして、処理サイクルタイムの低減を助長することが見出された。
【００２４】
表面粗度が低減されかつクラックが低減された流体拡散電極は、電気化学的燃料電池に数々の利点を与え得る。例えば、低減された表面粗度および低減されたクラックは、触媒層とイオン交換膜との間により良質な界面をもたらし、従ってより良い燃料電池のパフォーマンスをもたらすと期待される。クラックの低減は、過剰な流れおよび膜が薄くなることが回避され得るので、厚さ３０μｍよりも薄い膜の使用をも可能とし得る。
【実施例】
【００２５】
（試行１）
流体拡散層は、東レ株式会社のＴＧＰ−Ｈ−０６０シートをテフロン（登録商標）被覆し、その上に炭素補助層をプリントすることによって調製された。炭素補助層は、炭素粒子、ポリテトラフルオロエチレン、およびメチルセルロースを含んだ。炭素担持の白金触媒およびＮａｆｉｏｎ（登録商標）イオノマーを含む触媒インクが、調製されかつ触媒層を形成するように流体拡散層にスクリーン印刷された。その後、触媒層は、常温で５分間空気乾燥された。その後、試料は、締固めのために以下のように調製された。
【００２６】
図１は、締固めの準備ができた流体拡散電極接合体１０の分解側面概略図である。流体拡散接合体１０は、流体拡散層２７の上に、部分乾燥された触媒層２５を有する流体拡散電極２０を備える。５０μｍ厚のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）剥離シート３０は、ステンレススチールの回転バー（図示されていない）を使用して触媒層２５に塗布される前に、１５０℃で２分間１００バールの圧力を与え、その後冷却プレートの間で３分間１００バールの圧力を与えることによって、事前圧縮ステップを受けた。事前圧縮ステップは、さもなくばＰＴＦＥ剥離シート３０に存在し得るしわを除去した。ステンレススチールの回転バーは、剥離シート３０が触媒層２５に塗布されるときに形成される、しわおよび気泡（ａｉｒ  ｐｏｃｋｅｔ）を防ぐように使用された。
【００２７】
流体拡散電極２０は、その後、圧縮接合体５０の上の２つの濾紙４０の上に置かれた。圧縮接合体５０は、２つの１００μｍ厚のＰＴＦＥシート６０の間に挟まれた発泡グラファイトシート５５を備える。発泡グラファイトシート４０およびＰＴＦＥシート６０は、締固め中に、流体拡散電極２０全体での改善された圧力分布を実現することを助ける。濾紙は、締固め中に流体拡散電極２０から排出されるあらゆる水を捕捉するための吸収材として作用する。
【００２８】
ＰＴＦＥ剥離シート３０と同様に、圧縮接合体５０は、また、流体拡散接合体１０に使用するに先立ち、１５０℃で１０秒間、１００バールで事前に圧縮され、その後、冷却プレートの間で２０秒間１００バールで事前に圧縮された。第３の濾紙４０が、その後、ＰＴＦＥ剥離シート３０の上に置かれた。そして、流体拡散接合体１０は、締固めの準備が整った。
【００２９】
試料は、その後、１５０℃で５分間９バールで締固められた。ＰＴＦＥ剥離シート３０は、流体拡散電極がまだ暖かい間に取り除かれた。
【００３０】
表面の粗度を評価するために有用な一般的な手法は、光学的な表面分析によるなどで表面を質的または量的に測定することを含む。図２は、４．５％のクラックエリアを示す流体拡散電極の走査型電子顕微鏡写真である。
【００３１】
（試行２）
試行１におけるように調製された触媒インクが、触媒層を形成するために、試行１におけるように調製された流体拡散層の上に、ナイフコーターによって塗布された。ナイフコーターの刃は、１２．５μｍにセットされた。触媒層は、その後、常温で５分間空気乾燥された。その後、試料は、試行１におけるように締固めのために調製され、その後、１５０℃で５分間９バールで締め固められた。ＰＴＦＥ剥離シートは、流体拡散電極がまだ暖かい間に取り除かれた。
【００３２】
図３は、２．５％のクラックエリアを示す流体拡散電極の走査型電子顕微鏡写真である。
【００３３】
（試行３）
試行１におけるように調製された触媒インクが、その上に触媒層を形成するために、試行１におけるように調製された流体拡散層の上に、ナイフコーターによって塗布された。ナイフコーターの刃は、１２．５μｍにセットされた。触媒層は、その後、常温で５分間空気乾燥された。その後、試料は、試行１におけるように締固めのために調製され、その後、１５０℃で５分間９バールで締め固められた。ＰＴＦＥ剥離シートは、流体拡散電極がまだ暖かい間に取り除かれた。
【００３４】
図４は、流体拡散電極の走査型電子顕微鏡写真である。この電極についてはクラックエリアは決定されていないが、顕微鏡の視察は、上述の試行１および試行２で製造された電極と比べて好ましいものである。
【００３５】
（比較試行１）
試行１におけるように調製された触媒インクが、触媒層を形成するために、試行１におけるように調製された流体拡散層の上に、スクリーン印刷された。触媒層は、その後、常温で５分間空気乾燥された。その後、試料は、試行１におけるように締固めのために調製され、その後、２０秒間９バールで締め固められた。試料は、その後、オーブンで６分間５５℃で乾燥された。
【００３６】
図５は、１３．９％のクラックエリアを示す流体拡散電極の走査型電子顕微鏡写真である。
【００３７】
（比較試行２）
試行１におけるように調製された触媒インクが、触媒層を形成するために、試行１におけるように調製された流体拡散層の上に、ナイフコーターによって塗布された。ナイフコーターの刃は、１２．５μｍにセットされた。触媒層は、その後、常温で５分間空気乾燥された。その後、試料は、試行１におけるように締固めのために調製され、その後、２０秒間９バールで締め固められた。試料は、その後、オーブンで６分間５５℃で乾燥された。
【００３８】
図６は、１５．４％のクラックエリアを示す流体拡散電極の走査型電子顕微鏡写真である。
【００３９】
（比較試行３）
試行１におけるように調製された触媒インクが、触媒層を形成するために、試行１におけるように調製された流体拡散層の上に、ナイフコーターによって塗布された。ナイフコーターの刃は、１２．５μｍにセットされた。触媒層は、その後、常温で５分間空気乾燥された。その後、試料は、試行１におけるように締固めのために調製され、その後、２０秒間９バールで締め固められた。試料は、その後、ホットプレートで１０分間７０℃で乾燥された。
【００４０】
図７は、１１．４％のクラックエリアを示す流体拡散電極の走査型電子顕微鏡写真である。
【００４１】
（さらなる分析）
試行１の電極が、比較試行１の電極とさらに比較された。図８（ａ）は、試行１の電極の走査電子顕微鏡の断面写真であり、図８（ｂ）は、比較試行１の電極の走査電子顕微鏡の断面写真である。試行１の電極は、明らかにクラックが少なく平滑である。ワイコ（Ｗｙｃｏ）粗度試験が実施され、下の表１の結果が、
【００４２】
【表１】
2008511102.tif 000002
得られた。
【００４３】
Ｒａは、「ゼロ」ラインからの平均距離である。「ゼロ」ラインは、全体の平均高さであり、言い換えると、表面の半分はゼロラインより上であり、表面の半分はゼロラインより下である。Ｒｑは、ゼロラインからの根平均２乗距離である。高い峰（ｐｅａｋ）および低い谷（ｖａｌｌｅｙ）は、Ｒｑの測定においてより高いウェイトを得る。Ｒｚは、峰から谷までの距離であって、峰は４８０本の異なるラインにおける峰の平均高さである。本発明の実施形態の下で作られる電極は、従って、先行技術による電極よりも数量的に平滑である。
【００４４】
より平滑な電極は、他の利点のうちでもとりわけ、改善されたパフォーマンスをもたらし得る。これは、図９において明らかに知られる。図９は、電流の関数としての電圧のグラフであって、試行１の電極は実線で示され、比較試行１の電極は破線で示される。試行１のより平滑な電極は、本発明の成果として、有意かつ予想外の改善を実証する。
【００４５】
（結論）
図２〜図７における全てのＳＥＭは、２００倍に拡大され、各顕微鏡写真は２ｍｍ×２ｍｍの面積を有する。試行１、２および３は、比較試行１、２および３と比較して、表面粗度においてかなりの改善を示した。特に、試行１〜試行３は、比較試行１〜比較試行３についての１１．４％〜１５．４％のクラックエリアと比較して、わずか２．５％〜４．５％またはさらに小さいクラックエリアを有するだけであった。より平滑な電極は、触媒層と流体拡散層との間および触媒層とイオン交換膜との間に、より良い界面をもたらし得る。これは、言い換えると、他の利点のうちでもとりわけ改善されたパフォーマンスをもたらし得る。
【００４６】
本明細書において参照され、および／または、本出願のデータシートにリストされた上記の米国特許、特許出願公開、米国特許出願、外国の特許、外国の特許出願、および非特許出版物の全ては、本明細書において、その全体が参考として援用される。
【００４７】
前述の内容から、本発明の特定の実施形態が説明の目的で本明細書において記載されたが、様々な変更が本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく為され得るこということが理解される。従って、本発明は、特許請求の範囲による場合を除き限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、締固めの準備ができた流体拡散電極接合体１０の分解側面概略図である。
【図２】図２は、本発明の方法によって製造された流体拡散電極の光学的画像である。
【図３】図３は、本発明の方法によって製造された流体拡散電極の光学的画像である。
【図４】図４は、本発明の方法によって製造された流体拡散電極の光学的画像である。
【図５】図５は、先行技術の方法によって製造された流体拡散電極の光学的画像である。
【図６】図６は、先行技術の方法によって製造された流体拡散電極の光学的画像である。
【図７】図７は、先行技術の方法によって製造された流体拡散電極の光学的画像である。
【図８】図８は、（ａ）図２の流体拡散電極の断面の走査顕微鏡写真、および、（ｂ）図６の流体拡散電極の断面の走査顕微鏡写真である。
【図９】図９は、電流の関数としての電圧のグラフであり、図２の電極と比較された図６の従来の電極のパフォーマンスを示す。
【図１】
2008511102.tif 000003
【図２】
2008511102.tif 000004
【図３】
2008511102.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008511102.tif 000007
【図６】
2008511102.tif 000008
【図７】
2008511102.tif 000009
【図８（ａ）】
2008511102.tif 000010
【図８（ｂ）】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年6月16日(2006.6.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体拡散電極を調製する方法であって、該方法は、
流体拡散層を提供するステップと、
該流体拡散層の上に触媒層を形成するために、触媒粒子および溶媒を含む触媒インクを該流体拡散層に塗布するステップと、
該流体拡散層および該触媒層を、触媒層が８％より低濃度の溶媒を有するまで締固め、そのような締固めの間に該触媒層を乾燥させるステップと
を包含する、方法。
【請求項２】
前記触媒層は、締固めステップの後には、５％より低濃度の溶媒を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記締固めるステップは、高温下で行う、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記高温は、５０℃と４５０℃との間である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記高温は、１４０℃と１６０℃との間である、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記締固めるステップは、１分と１０分との間の長さで行う、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記締固めるステップは、４分と７分との間の長さで行う、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記締固めるステップは、５バールと１００バールとの間の圧力で行う、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記締固めるステップは、２０バールと４０バールとの間の圧力で行う、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記締固めステップに先立って、前記触媒層を部分乾燥するステップをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記部分乾燥するステップは、前記触媒層を空気で乾燥させるステップを包含する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記部分乾燥するステップは、６分以下の長さで行う、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記塗布するステップは、ナイフコーターを用いて実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記締固めるステップに先立って、前記触媒層にイオノマー溶液を塗布するステップをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記締固めるステップに先立って、前記触媒層に剥離シートを塗布するステップをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記剥離シートの気孔率は、前記流体拡散層の気孔率よりも小さい、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記剥離シートは、ポリテトラフルオロエチレン、アモルファス熱可塑性ポリエーテルイミド、ポリフッ化ビニリデン、ＴＨＶ含浸紙、またはＰＥのうちの少なくとも１つを備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記剥離シートは、ポリテトラフルオロエチレンシートを備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記締固めるステップの後に前記剥離シートを取り除くステップをさらに包含する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の方法であって、前記締固めるステップは、第１の流体拡散電極を製造し、該方法は、
イオン交換膜を提供するステップと、
第２の流体拡散電極を提供するステップと、
膜電極接合体を形成するために、該第１の流体拡散電極、該イオン交換膜、および、該第２の流体拡散層を一緒に接着するステップと
をさらに包含する、方法。
【請求項２１】
前記第２の流体拡散層を提供するステップは、
第２の流体拡散層を提供するステップと、
該第２の流体拡散層の上に第２の触媒層を形成するために、該第２の流体拡散層に第２の触媒インクを塗布するステップと、
該第２の流体拡散層および該第２の触媒層を、該第２の触媒層が８％より低濃度の溶媒を有するようになるまで締固めるステップと
を包含する、請求項２０に記載の方法。
【国際調査報告】
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