(57)【要約】  膜電極集成体［10］、多孔質拡散媒体［20］、および少なくとも一対の両極性板集成体を有する装置が提供される。膜電極集成体［10］は一対の拡散媒体の基板［22］の間に置かれ、両極性板集成体は少なくとも一つの流れ領域通路［40,50］を有し、そして両極性板集成体は拡散媒体の基板［22］に係合している。拡散媒体の基板［22］は、対向している第一の主面と第二の主面［21,23］を画定している繊維質の基材を有している。基板は、この基板を導電性にするのに十分な量の炭素質材料を含む。陰イオン交換樹脂の層［24］が、拡散媒体の基板［22］の第一の主面と第二の主面［21,23］のうちの少なくとも一つの少なくとも一部および／または流れ領域通路［40,50］に係合している。陰イオン交換樹脂［24］は、ヒドロキシル基との交換によって、または第四アンモニウム塩の形成によって陰イオンを脱離させるように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散媒体の基板と陰イオン交換樹脂の層を有する多孔質拡散媒体であって、
前記拡散媒体の基板は、対向している第一の主面と第二の主面を画定している繊維質の基材を有し、前記基板は、前記基板を導電性にするのに十分な量の炭素質材料を含み；
前記陰イオン交換樹脂の層は、前記拡散媒体の基板の前記第一の主面と第二の主面のうちの少なくとも一つの少なくとも一部に係合していて；そして
前記陰イオン交換樹脂は、ヒドロキシル基との交換によって、または第四アンモニウム塩の形成によって陰イオンを脱離させるように構成されている、前記多孔質拡散媒体。
【請求項２】
前記陰イオン交換樹脂の層は、前記拡散媒体の基板の前記第一の主面の少なくとも一部に係合されている、請求項１に記載の多孔質拡散媒体。
【請求項３】
前記陰イオン交換樹脂の層は、前記拡散媒体の基板の前記第二の主面の少なくとも一部に係合されている、請求項１に記載の多孔質拡散媒体。
【請求項４】
前記陰イオン交換樹脂の層は、前記拡散媒体の基板の前記第一の主面と前記第二の主面の両方の少なくとも一部に係合されている、請求項１に記載の多孔質拡散媒体。
【請求項５】
前記陰イオン交換樹脂は、強塩基陰イオン交換樹脂、弱塩基陰イオン交換樹脂、およびこれらの組合せのうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の多孔質拡散媒体。
【請求項６】
前記陰イオンは、フッ化物、塩化物、硫酸塩、亜硫酸塩、およびこれらの組合せのうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の多孔質拡散媒体。
【請求項７】
前記陰イオン交換樹脂の層は、溶液中の遊離した鉱酸と有機酸を中和するのに十分な厚さを有する、請求項１に記載の多孔質拡散媒体。
【請求項８】
前記の酸は、HCl、HBr、HF、HI、H2SO4、H3PO4、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、および安息香酸、およびこれらの組合せのうちの少なくとも一つを含む、請求項７に記載の多孔質拡散媒体。
【請求項９】
前記陰イオン交換樹脂の層は少なくとも約１０μmの厚さを有する、請求項１に記載の多孔質拡散媒体。
【請求項１０】
前記陰イオン交換樹脂の層は約１０μmと約３０μmの間の厚さを有する、請求項１に記載の多孔質拡散媒体。
【請求項１１】
前記陰イオン交換樹脂の層は前記拡散媒体の基板に少なくとも部分的に浸透している、請求項１に記載の多孔質拡散媒体。
【請求項１２】
前記陰イオン交換樹脂の層は、前記拡散媒体の基板の前記繊維質基材の多孔度よりも大きい多孔度によって特徴づけられる、請求項１に記載の多孔質拡散媒体。
【請求項１３】
前記拡散媒体の基板は炭素繊維の紙を含む、請求項１に記載の多孔質拡散媒体。
【請求項１４】
前記拡散媒体の基板は約０.１７mmの厚さを有する、請求項１に記載の多孔質拡散媒体。
【請求項１５】
膜電極集成体、多孔質拡散媒体、および少なくとも一対の両極性板集成体を有する装置であって：
前記多孔質拡散媒体は、拡散媒体の基板と陰イオン交換樹脂の層を有し；
前記拡散媒体の基板は、対向している第一の主面と第二の主面を画定している繊維質の基材を有し；
前記拡散媒体の基板は、前記基板を導電性にするのに十分な量の炭素質材料を含み；
前記陰イオン交換樹脂の層は、前記拡散媒体の基板の前記第一の主面と第二の主面のうちの少なくとも一つの少なくとも一部に係合していて；
前記陰イオン交換樹脂は、ヒドロキシル基との交換によって、または第四アンモニウム塩の形成によって陰イオンを脱離させるように構成されていて；
前記膜電極集成体は一対の前記拡散媒体の基板の間に置かれていて；そして
前記両極性板集成体は前記陰イオン交換樹脂の層に係合している、前記装置。
【請求項１６】
各々の前記両極性板集成体はカソード流れ領域とアノード流れ領域を有し、前記膜電極集成体は前記アノード流れ領域と前記カソード流れ領域の間に置かれている、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記陰イオン交換樹脂の層は前記拡散媒体の基板の前記第一の主面に係合していて、そして前記両極性板集成体は前記陰イオン交換樹脂の層に係合している、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記陰イオン交換樹脂の層はさらに前記拡散媒体の基板の前記第二の主面に係合していて、そして前記膜電極集成体は、前記拡散媒体の基板の前記第二の主面に係合している前記陰イオン交換樹脂の層に係合している、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記膜電極集成体は、一対の触媒電極層の間に置かれていてそしてこれらに係合されるイオン交換膜をさらに含んでいてもよく、このとき前記触媒電極層は、前記拡散媒体の基板の前記第二の主面に係合される前記陰イオン交換樹脂の層に係合される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記膜電極集成体は、一対の触媒電極層の間に置かれていてそしてこれらに係合されるイオン交換膜をさらに含んでいてもよく、このとき前記触媒電極層は前記多孔質拡散媒体に係合される、請求項１５に記載の装置。
【請求項２１】
前記両極性板集成体は流れ領域を有し、このとき陰イオン交換樹脂が前記流れ領域に係合している、請求項１５に記載の装置。
【請求項２２】
前記装置は燃料電池を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項２３】
前記装置は前記燃料電池によって動力を与えられる車両を定義づける構造をさらに含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
膜電極集成体、多孔質拡散媒体、および少なくとも一対の両極性板集成体を有する装置であって、
前記膜電極集成体は一対の拡散媒体の基板の間に置かれていて；
前記両極性板集成体は少なくとも一つの流れ領域通路を有し、前記流れ領域通路は陰イオン交換樹脂の層を含み、このとき前記陰イオン交換樹脂の層は、ヒドロキシル基との交換によって、または第四アンモニウム塩の形成によって陰イオンを脱離させるように構成されていて；そして
前記両極性板集成体は前記拡散媒体の基板に係合している、前記装置。
【請求項２５】
拡散媒体の基板と陰イオン交換樹脂の層を有する多孔質拡散媒体であって、
前記拡散媒体の基板は、対向している第一の主面と第二の主面を画定している繊維質の基材を有していて、このとき前記基板は、前記基板を導電性にするのに十分な量の炭素質材料を含み、そして約０.１７mmの厚さを有し；
前記陰イオン交換樹脂の層は、前記拡散媒体の基板の前記第一の主面と第二の主面のうちの少なくとも一つの少なくとも一部に係合していて；
前記陰イオン交換樹脂は、ヒドロキシル基との交換によって、または第四アンモニウム塩の形成によって陰イオンを脱離させるように構成されていて、また前記陰イオン交換樹脂は、強塩基陰イオン交換樹脂、弱塩基陰イオン交換樹脂、およびこれらの組合せのうちの少なくとも一つを含み；
前記陰イオン交換樹脂の層は、溶液から遊離した鉱酸と有機酸を除去するのに十分な厚さを有し、前記陰イオン交換樹脂の層の前記厚さは約１０μmと約３０μmの間であり；
前記陰イオン交換樹脂の層は前記拡散媒体の基板に少なくとも部分的に浸透していて；そして
前記陰イオン交換樹脂の層は、前記拡散媒体の基板の前記繊維質基材の多孔度よりも大きい多孔度によって特徴づけられる、前記多孔質拡散媒体。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
本発明は、多孔質拡散媒体、両極性板（bipolar plate）集成体、本発明に従う多孔質拡散媒体と両極性板集成体を用いる燃料電池、およびそのような燃料電池を組み込んだ燃料電池稼動装置に関する。特に本発明は、多孔質拡散媒体および陰イオン交換樹脂を有する両極性板集成体およびこれらを組み込んだ装置に関する。
【０００２】
発明の概要
固体酸の膜-電極-集成体（MEA）材料は、プロトン交換膜（PEM）燃料電池の内部で熱的にも化学的にも分解し、フッ化物イオンを放出し、このことにより、ひいては金属の両極性板材料（例えば、不銹性合金（stainless alloys））が腐食することが知られている。フッ化水素は、この酸が弱酸であるとみなされるにもかかわらず、金属材料を激しく侵蝕する。次いで、板の腐食による副生物（金属の陽イオン）はポリマー膜と触媒イオノマー層における交換部位と交換し、これが次の結果をもたらす：a）酸基が放出されることによるMEAの伝導性の低下、b）電池のカソード側での酸素の還元速度の著しい低下、およびc）燃料電池の性能の全体的な低下。燃料電池の環境中でフッ化物イオンの濃度を最小にすることにより、両極性板および排出水を運ぶ燃料電池装置における他の金属要素の耐久性が向上するだろう。従って、燃料電池の構造の改良に対する必要性が認識されている。
【０００３】
本発明は、多くの工業上の適用において陰イオンを脱離させることで知られている陰イオン交換樹脂を用いることによって、この必要性を満足させる。本発明は特定の利益または機能性に限定されないけれども、ここで説明するやり方での陰イオン交換樹脂の使用は、効果的に、a）燃料電池の環境からフッ化物イオンを排除し、b）両極性板材料（例えばチタン、アルミニウム、ステンレス鋼）の腐食を最少にし、c）金属の陽イオンの浸出速度を低下させ、d）両極性板とMEAの有効寿命を増大させ、そしてe）燃料電池の耐久性と性能を改善する、ということが特筆される。
【０００４】
本発明の一つの態様によれば、拡散媒体の基板（substrate）と陰イオン交換樹脂の層を有する多孔質拡散媒体が提供される。拡散媒体の基板は、対向している第一の主面と第二の主面を画定している繊維質の基材（matrix）を有する。基板は、この基板を導電性にするのに十分な量の炭素質材料を含む。陰イオン交換樹脂の層は、拡散媒体の基板の第一の主面と第二の主面のうちの少なくとも一つの少なくとも一部に係合している。陰イオン交換樹脂は、ヒドロキシル基との交換によって、または第四アンモニウム塩の形成によって陰イオンを脱離させるように構成されている。
【０００５】
本発明の別の態様によれば、膜電極集成体、多孔質拡散媒体、および少なくとも一対の両極性板集成体を有する装置が提供される。多孔質拡散媒体は、拡散媒体の基板と陰イオン交換樹脂の層を有する。拡散媒体の基板は、対向している第一の主面と第二の主面を画定している繊維質の基材を有する。拡散媒体の基板は、この基板を導電性にするのに十分な量の炭素質材料を含む。陰イオン交換樹脂の層は、拡散媒体の基板の第一の主面と第二の主面のうちの少なくとも一つの少なくとも一部に係合している。陰イオン交換樹脂は、ヒドロキシル基との交換によって、または第四アンモニウム塩の形成によって陰イオンを脱離させるように構成されている。膜電極集成体は一対の拡散媒体の基板の間に置かれる。両極性板集成体は陰イオン交換樹脂の層に係合している。
【０００６】
この装置は燃料電池を含んでいてもよく、そしてこの装置はさらに、燃料電池によって駆動される車両を定義づける構造物を含んでいてもよい。典型的には、陰イオン交換樹脂の層は拡散媒体の基板の第一の主面に係合し、そして両極性板集成体は陰イオン交換樹脂の層に係合している。場合によって、陰イオン交換樹脂の層はさらに拡散媒体の基板の第二の主面に係合し、そして膜電極集成体は、拡散媒体の基板の第二の主面に係合する陰イオン交換樹脂の層に係合している。
【０００７】
本発明のさらに別の態様によれば、膜電極集成体、多孔質拡散媒体、および少なくとも一対の両極性板集成体を有する装置が提供される。膜電極集成体は一対の拡散媒体の基板の間に置かれる。両極性板集成体は、陰イオン交換樹脂の層を含む少なくとも一つの流れ領域通路を有する。陰イオン交換樹脂の層は、ヒドロキシル基との交換によって、または第四アンモニウム塩の形成によって陰イオンを脱離させるように構成されている。両極性板集成体は拡散媒体の基板に係合している。
【０００８】
本発明のさらに別の態様によれば、拡散媒体の基板と陰イオン交換樹脂の層を有する多孔質拡散媒体が提供される。拡散媒体の基板は、対向している第一の主面と第二の主面を画定している繊維質の基材を有していて、このとき基板は、この基板を導電性にするのに十分な量の炭素質材料を含む。基板はさらに約０.１７mmの厚さを有する。陰イオン交換樹脂の層は、拡散媒体の基板の第一の主面と第二の主面のうちの少なくとも一つの少なくとも一部に係合している。陰イオン交換樹脂は、ヒドロキシル基との交換によって、または第四アンモニウム塩の形成によって陰イオンを脱離させるように構成されていて、また陰イオン交換樹脂は、強塩基陰イオン交換樹脂、弱塩基陰イオン交換樹脂、およびこれらの組合せのうちの少なくとも一つを含む。陰イオン交換樹脂の層は、溶液から遊離した鉱酸と有機酸を除去するのに十分な厚さを有する。陰イオン交換樹脂の層の厚さは約１０μmと約３０μmの間である。陰イオン交換樹脂の層は拡散媒体の基板に浸透している。陰イオン交換樹脂の層は、拡散媒体の基板の繊維質基材の多孔度よりも大きい多孔度によって特徴づけられる。
【０００９】
本発明のこれらのおよびその他の特徴と利点は、添付した特許請求の範囲とともに本発明についての以下の詳細な説明からもっと完全に理解されるだろう。特許請求の範囲はそれの文言によって限定されるのであって、本明細書に示された特徴と利点についての特定の説明によって限定されるのではない、ということが認識されるべきである。
【００１０】
本発明の特定の態様についての以下の詳細な説明は、図面と関連させて読むときに最もよく理解することができる。図面において同様の構成は同じ参照符号を用いて示されている。
【００１１】
図面における構成要素は単純さと明確さのための一例であり、それらは必ずしも一定の縮尺では描かれていない、ということを当業者であれば認識する。本発明の態様の理解が深まることを助けるために、例えば、図面における構成要素の幾つかのものの寸法は、他の構成要素よりも誇張されているかもしれない。
【００１２】
発明の幾つかの態様の詳細な説明
電気化学的な転換用の集成体（例えばPEM燃料電池）における膜材料の熱的または化学的分解によってフッ化水素（HF）が形成され、フッ化水素はこの酸が典型的に弱酸であるとみなされるにもかかわらず、金属材料を激しく侵蝕する。フッ化物イオンの攻撃的な性質は、ステンレス鋼、チタン、アルミニウムおよびその他の不銹性合金などの耐食性の高い材料を保護することで知られている不動態膜を侵蝕する能力の結果として生じる。例えば、フッ化物イオンはステンレス鋼の上の不動態酸化物を不安定にすることがあり、従ってそれを腐食しやすくする。これと同じ現象はチタンについても認めることができ、フッ化物イオンは酸化チタン（これは酸化物のうちで最も安定なものの一つである）を侵蝕し、そしてチタンをかなり腐食させる。フッ化物イオンの攻撃的な性質は、表面の調製のためや表面から残留汚染物を除去するための不銹性合金やチタンのエッチングなど、幾つかの適用においては有益である場合がある。しかし、燃料電池の環境の中でフッ化物イオンの濃度を最少限度にすることにより、両極性板や排出水を運ぶ燃料電池装置内の他の金属要素の耐久性が向上する。本発明の幾つかの態様によれば、そのような陰イオンを脱離させるために陰イオン交換樹脂を用いることができる。
【００１３】
二つの一般的なタイプの陰イオン交換樹脂がある。第一のものはヒドロキシル基を有する強塩基陰イオン交換樹脂であり、この樹脂は次に示すようにしてヒドロキシル基との交換により陰イオンを脱離させる：
R-N(CH3)2+OH− + HF → R-N(CH3)2+F− + H2O
このタイプの樹脂は、限定された熱安定性を有することで知られている（例えば、約６０℃以下で安定）。第二のタイプの陰イオン交換樹脂は弱塩基陰イオン交換樹脂であり、これは次に示すようにして第四アンモニウム塩の形成によって陰イオンを脱離させる：
R-N(CH3)3 + HF → R-NH(CH3)2+F−
このタイプの陰イオン交換樹脂は約７年間まで約１００℃以下で安定である。
【００１４】
陰イオン交換樹脂はThe Dow Chemical Company（Midland、MI）からDOWEX（登録商標）という名称で入手できて、これは固定化塩基である。このような陰イオン交換樹脂は酸吸収剤として作用する。それは溶液から酸を除去して中和するが、しかしスラッジを生成するかまたはプロセス流れを変化させるものは溶液中に何も放出しない。例えば、DOWEX（登録商標）M-43という陰イオン交換樹脂は多目的的な酸吸収剤であり、例えば、HCl、HBr、HF、HI、H2SO4、H3PO4、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、および安息香酸などの鉱酸と有機酸の両方を除去することができる。
【００１５】
最初に図１を参照すると、本発明に従う多孔質拡散媒体20を組み込んだ電気化学的な転換用の集成体10が示されている。具体的には、集成体10は、集成体10のアノード流れ領域40とカソード流れ領域50の間に置かれた膜電極集成体30を有する。アノード流れ領域およびカソード流れ領域40、50はそれぞれ、導電性の板の反対側の面にアノードとカソードの流れ領域通路を組み込むことによって両極性板として構成することができる。当業者によって理解されているように、そのような板は、燃料電池の積層体が形成されるときに一つの電池のカソードおよび隣接する電池のアノードと概ね接触するので、両極性板と呼ばれる。さらに、流れ領域40、50および膜電極集成体30は、本発明の範囲から離れることなく、様々な従来の形態あるいはさらに発展した形態をとることができる、と考えられる。膜電極集成体30の特定の形態は本発明の範囲を越えているけれども、例示された態様においては、膜電極集成体30はそれぞれの触媒電極層32とイオン交換膜34を含む。
【００１６】
ここで図２を参照すると、本発明の一つの態様に従う多孔質拡散媒体20が概略的に示されている。拡散媒体20は拡散媒体の基板22と陰イオン交換樹脂の層24を有する。拡散媒体の基板22は、対向している第一の主面と第二の主面21、23を画定している繊維質の基材（例えば炭素繊維の紙）と、基板22を導電性にするのに十分な量の炭素質材料とを含む。図示された態様において、陰イオン交換樹脂の層24は拡散媒体の基板22の第一の主面21に係合している。しかしながら、ここで特筆することとして、陰イオン交換樹脂の層24は拡散媒体の基板22の第二の主面23に係合していてもよく、あるいは第一の主面と第二の主面21、23の両方に係合していてもよい、ということがさらに考えられる。
【００１７】
本発明の多くの態様において、陰イオン交換樹脂の層24は、これが電気化学的な転換用の集成体10の両極性板集成体と接触するように配置される場合は、そして特にアノードおよび／またはカソードの流れ領域40、50の面に隣接するように配置される場合は、膜電極集成体30に接触するように配置される場合と対比して、生成する水からF−イオンと酸度を除去するのに、より有効である。それでもなお、主面21および23のいずれが膜電極集成体30に接触するように配置されるかにかかわらず、拡散媒体の基板22は、この基板22のどちらの主面21、23に沿っても陰イオン交換樹脂の層24に係合することができる、と考えられる。さらに、陰イオン交換樹脂の層24は、それが係合する主面21、23の全体を被覆していても、あるいはそれらの一部を被覆していてもよい。陰イオン交換樹脂の層24は、拡散媒体の基板22と両極性板の間の接触抵抗に影響を及ぼさない、ということで特徴づけられる。
【００１８】
本発明の定義づけと説明の目的のため、上で言及したように、陰イオン交換樹脂の層24は、ヒドロキシル基との交換によって、または第四アンモニウム塩の形成によって陰イオン（例えば、フッ化物、塩化物、硫酸塩、亜硫酸塩など）を脱離させるように構成される、ということが特筆される。従って、陰イオン交換樹脂の層24を形成するのに用いられる陰イオン交換樹脂は、強塩基陰イオン交換樹脂（例えばThe Dow Chemical Company（Midland、MI）から入手できるDOWEX（登録商標）22、DOWEX MSA-2など）、弱塩基陰イオン交換樹脂（例えばThe Dow Chemical Company（Midland、MI）から入手できるDOWEX MARATHON WBA、DOWEX MARATHON WBA-2、DOWEX MONOSPHERE 66、DOWEX 66、DOWEX M-43、DOWEX M4195など）、およびこれらの組合せのうちの少なくとも一つで構成されうる。さらに、陰イオン交換樹脂の層24は、およそ数ナノメートルからおよそ数百ナノメートルまでの間の範囲とすることのできる細孔の大きさによって特徴づけられる。本発明の幾つかの態様において、陰イオン交換樹脂の層24は、拡散媒体の基板22の繊維質の基材よりも多孔性であるように構成するのが有利かもしれない。
【００１９】
図２においてさらに示されているように、陰イオン交換樹脂の層24は拡散媒体の基板22に少なくとも部分的に浸透していてもよい。浸透の程度は、図２において第一の主面21を仮想線で示すことによって概略的に例示しているが、陰イオン交換樹脂の層24と拡散媒体の基板22の特性に応じて変化しうる。典型的に、陰イオン交換樹脂の層24は、これが拡散媒体の基板22の繊維の内側の少なくとも一部を被覆するように基板に浸透し、それによって燃料電池の環境から腐食性の化学種を除去するのがより効果的でありうるような大きな内部表面積が与えられる。
【００２０】
典型的に、本発明によれば、陰イオン交換樹脂の層24を形成するために、ある量の陰イオン交換樹脂が拡散媒体の基板22に付着される。陰イオン交換樹脂の量は、電気化学的な転換用の集成体（すなわち燃料電池）が動作する間に生成される排出水の中の遊離した鉱酸と有機酸（例えば、HCl、HBr、HF、HI、H2SO4、H3PO4、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、および安息香酸、およびこれらの組合せ）を中和し、そして陰イオン（例えば、フッ化物、塩化物、硫酸塩、亜硫酸塩など）を脱離させるのに十分な量である。図２に示されている拡散媒体の基板22と陰イオン交換樹脂の層24のそれぞれの厚さａ、ｂに関しては、適当な値は、拡散媒体20が用いられる特定の適用に応じて変化するだろう、ということが特筆される。例えば、約０.１７mmの厚さｂを有する炭素繊維の紙の製品が、本発明において用いるのに適しているかもしれないと考えられる。陰イオン交換樹脂の層24は、少なくとも約１０μm、そして典型的には約１０μmと約３０μmの間の厚さａを有することができる。陰イオン交換樹脂のこの量は、F−および硫黄などのその他のイオンの効果的な中和を与えるのに十分であるが、しかし陰イオン交換樹脂の層24と拡散媒体の基板22の境界面における電気的な接触抵抗に影響を及ぼさず、また電極への気体の流れにも影響しない。陰イオン交換樹脂の層24は、基板22を樹脂の溶液の中に浸し、次いでこれを乾燥させて陰イオン交換樹脂の層24を形成させることによって、拡散媒体の基板22に付着させることができる。陰イオン交換樹脂の層24の付着量は約６％と約１０％の間とすることができる。
【００２１】
本発明の別の態様によれば、膜電極集成体30、少なくとも一対の両極性板集成体、およびここで説明されている多孔質拡散媒体20を有する装置が提供される。この装置は燃料電池を含んでいてもよい。図１と図２に示すように、陰イオン交換樹脂の層24は、拡散媒体の基板22の第一の主面と第二の主面21、23のうちの少なくとも一つの少なくとも一部に係合していて、そして膜電極集成体30は一対の拡散媒体の基板22の間に置かれる。両極性板集成体は、これはここで説明するようにアノードとカソードの流れ領域板40、50を含んでいてもよいが、陰イオン交換樹脂の層24に係合している。従って、膜電極集成体30はアノード流れ領域40とカソード流れ領域50の間に置くことができる。
【００２２】
本発明の他の選択的な態様においては、陰イオン交換樹脂の層24は拡散媒体の基板22の第一の主面21に係合し、そして両極性板集成体は陰イオン交換樹脂の層24に係合している。場合によって、装置は、陰イオン交換樹脂の層24がさらに、拡散媒体の基板22の第二の主面23に係合し、そして膜電極集成体30が、拡散媒体の基板22の第二の主面23に係合している陰イオン交換樹脂の層24に係合するように、構成することができる。膜電極集成体30は、一対の触媒電極層32の間に置かれていてそしてこれらに係合されるイオン交換膜34を含んでいてもよく、このとき触媒電極層32は、拡散媒体の基板22の第二の主面23に係合される陰イオン交換樹脂の層24に係合される。本発明の別の選択的な態様においては、触媒電極層32は多孔質拡散媒体20に係合され、そして特に、拡散媒体の基板22の第二の主面23に係合される。この特定の態様においては、陰イオン交換樹脂の層24は、触媒電極層32と拡散媒体の基板22の第二の主面23との間には配置されない。しかしながら、陰イオン交換樹脂の層24は拡散媒体の基板22の第一の主面21には係合されうる。
【００２３】
本発明の別の態様によれば、生成する水（この水はカソード流れ領域50において形成される）の中の陰イオンを脱離させてそして遊離酸を中和するために、アノードとカソードの流れ領域40、50の中に画定される流れ領域通路に陰イオン交換樹脂の層24を適用することができる、ということがさらに考えられる。当業者であれば理解しているであろうが、流れ領域は、燃料電池の動作のための反応領域へ、そして反応領域から、反応物質や廃ガスや廃液などの流体を流入および流出させる電気化学電池の要素である。ここで説明しているように、樹脂は、生成する水から例えばフッ化水素などの陰イオンを脱離させ、それにより金属製（例えば不銹性合金）の両極性板の腐食を軽減させる。陰イオン交換樹脂の層24の厚さは典型的には約１０μmと約３０μmの間であり、これにより燃料電池積層体の寿命（例えば約６０００時間）の間に陰イオンを効果的に除去することができる。
【００２４】
ここで図３を参照すると、本発明に従う多孔質拡散媒体を組み込んだ燃料電池装置を、車両100のための動力源として動作するように構成することができる。特に、燃料貯蔵ユニット120からの燃料を、燃料（例えばH2）を電気に転換するように構成された燃料電池集成体110に送ることができる。発生した電気は車両100のための原動力を供給するものとして用いられ、車両において電気はトルクと車両の並進運動に転換される。図３に示された車両100は乗用車であるが、車両100は、例えば自動車（すなわち、乗用車（car）、軽量または重量積載用トラック、またはトレーラートラック）、農機具、航空機、船舶、鉄道機関など、燃料電池装置によって動力を与えられるかあるいは推進されうる現在知られているかあるいは将来開発されるいかなる車両であってもよい、と考えられる。
【００２５】
「好ましくは」、「一般に」および「典型的に」というような用語は、特許請求の範囲に記載された発明の範囲を限定するためか、あるいは特定の特徴がその発明の構成または機能について重要であるか、本質的なものであるか、あるいは重大なものでさえあるということを意味づけるためにここで用いられているのではない、ということに留意されたい。そうではなく、本発明の特定の態様において用いられているかもしれず、あるいは用いられていないかもしれない代替的な特徴または追加の特徴を強調することが、これらの用語によって意図されているにすぎない。
【００２６】
本発明を記述しそして定義づけする目的のために、「装置（device）」という用語は、ある構成要素が他の構成要素と組み合わされているか否かにかかわらず、構成要素の組合せおよび個々の構成要素を表わすためにここで用いられている、ということに留意されたい。例えば、本発明に従う「装置」は、多孔質拡散媒体、本発明に従う多孔質拡散媒体を組み込んだ燃料電池、本発明に従う燃料電池を組み込んだ車両、その他のものを含んでいてもよい。
【００２７】
本発明を記述しそして定義づけする目的のために、「実質的に」という用語は、あらゆる量的な比較、値、測定、またはその他の表現に付きものであろう内在する程度の不確定さを表すためにここで用いられている、ということに留意されたい。「実質的に」という用語はまた、問題となる主題の基本的な機能の変化をもたらすことなく量的な表現が明示された言及から変化しうる場合のその度合いを表すために、ここで用いられている。
【００２８】
本発明を詳細に、またその特定の態様を参照することによって記述したが、添付した特許請求の範囲で定義された本発明の範囲から離れることなく修正や変更が可能であることが明らかであろう。より具体的には、本発明の幾つかの見地が、好ましいものとしてあるいは特に有利なものとしてここで特定されているけれども、本発明は、発明のこれらの好ましい見地に必ずしも限定されるのではない、と考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は本発明の原理に従う多孔質拡散媒体および対になった流れ領域板を組み込んだ燃料電池の分解組み立て概略図である。
【図２】図２は本発明の一つの態様に従う多孔質拡散媒体の概略図である。
【図３】図３は本発明の原理に従う燃料電池を組み込んだ車両の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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