(57)【要約】  膜電極アセンブリ用サブガスケットはＭＥＡ構成部分の表面上に付着され、そしてその位置で硬化される。膜電極サブアセンブリは、ポリマー電解質膜と、ガス拡散層と、ポリマー電解質膜とガス拡散層との間の触媒層とを含む。膜電極サブアセンブリは、膜電極サブアセンブリの１つ以上の構成部分上に配置されるサブガスケットを含む。サブガスケットは付着可能かつその位置で硬化可能な材料の層から製造される。ガス拡散層の外周縁はサブガスケットと重なり合う。
2008516395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー電解質膜と、
前記ガス拡散層と、
前記ポリマー電解質膜と前記ガス拡散層との間の触媒層と
を含んでなる構成部分を有する膜電極サブアセンブリと、
前記膜電極サブアセンブリの１つ以上の構成部分上に配置され、前記ガス拡散層の外周縁と重なり合い、その場で付着可能かつ硬化可能な材料の層を含んでなるサブガスケットと
を含んでなる、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）用構造体。
【請求項２】
前記サブガスケットが前記ポリマー電解質膜の外周部分上に配置される、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項３】
前記サブガスケットの一部が前記触媒層と前記ポリマー電解質膜との間に配置される、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項４】
前記サブガスケットの一部が前記触媒層と前記ガス拡散層との間に配置される、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項５】
前記ガス拡散層および前記触媒層が触媒コーティング電極バッキングを形成し、そして前記触媒コーティング電極バッキングの縁が前記サブガスケットと重なり合う、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項６】
前記ポリマー電解質膜および前記触媒層が触媒コーティング膜を形成し、そして前記サブガスケットが前記触媒コーティング膜の外周部分上に配置される、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項７】
前記ガス拡散層の外周縁が前記サブガスケットと約０．０５ｍｍ〜約１０ｍｍ重なり合う、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項８】
前記サブガスケット材料が放射線によってその場で硬化可能である、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項９】
前記放射線に紫外線が含まれる、請求項８に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項１０】
前記サブガスケット材料が熱的にその場で硬化可能である、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項１１】
前記サブガスケット材料が化学架橋によって硬化可能である、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項１２】
前記サブガスケット材料がスクリーン印刷によって付着可能である、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項１３】
前記サブガスケット材料がコーティングによって付着可能である、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項１４】
前記サブガスケット材料がスプレーによって付着可能である、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項１５】
前記サブガスケット材料がインクジェット印刷によって付着可能である、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項１６】
前記サブガスケットが前記ＭＥＡ構造体の活性領域と重なり合うように寸法設計される、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項１７】
前記サブガスケットが前記ＭＥＡ構造体の活性領域と重なり合わないように寸法設計される、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項１８】
前記サブガスケットが約５μｍ〜約１００μｍの厚さを有する、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項１９】
前記サブガスケットが感圧接着剤組成物を含んでなる、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項２０】
前記サブガスケットが熱可塑性材料を含んでなる、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項２１】
前記サブガスケットがイオン非伝導性材料を含んでなる、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項２２】
前記サブガスケットが非導電性材料を含んでなる、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項２３】
前記サブガスケットの表面がシーリング表面を含んでなる、請求項１に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項２４】
前記シーリング表面がミクロ構造化表面を含んでなる、請求項２３に記載のＭＥＡ構造体。
【請求項２５】
第１の膜電極構造体と、
前記第１の膜電極構造体に連結された第２の膜電極構造体と
を含んでなる膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）であって、前記第１の膜電極構造体および第２の膜電極構造体の少なくとも一方が
ポリマー電解質膜と、
ガス拡散層と、
前記ポリマー電解質膜と前記ガス拡散層との間の触媒層と
を含んでなる構成部分を有する電極サブアセンブリと、
前記電極サブアセンブリの１つ以上の構成部分上に配置され、前記ガス拡散層の外周縁と重なり合い、その場で付着可能かつ硬化可能な材料の層を含んでなるサブガスケットと
を含んでなる構成部分を有していることを特徴とする、ＭＥＡ。
【請求項２６】
前記サブガスケットが前記ポリマー電解質膜の外周部分上に配置される、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項２７】
前記サブガスケットの一部が前記触媒層と前記ポリマー電解質膜との間に配置される、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項２８】
前記サブガスケットの一部が前記触媒層と前記ガス拡散層との間に配置される、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項２９】
前記ガス拡散層および前記触媒層が触媒コーティング電極バッキングを形成し、そして前記触媒コーティング電極バッキングの縁が前記サブガスケットと重なり合う、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項３０】
前記ポリマー電解質膜および前記触媒層が触媒コーティング膜を形成し、そして前記サブガスケットが前記触媒コーティング膜の外周部分上に配置される、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項３１】
前記ガス拡散層の外周縁が前記サブガスケットと約０．０５ｍｍ〜約１０ｍｍ重なり合う、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項３２】
前記第２の膜電極構造体および前記第１の膜電極構造体が融合二層ポリマー電解質膜によって連結される、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項３３】
前記サブガスケットが前記ポリマー電解質膜の外周部分上に配置され、そして
前記第２の膜電極構造体および前記第１の膜電極構造体が、融合内部サブガスケットを有する融合二層ポリマー電解質膜によって連結される、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項３４】
前記サブガスケット材料が放射線によってその場で硬化可能である、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項３５】
前記サブガスケット材料が化学架橋によって硬化可能である、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項３６】
前記サブガスケット材料がスクリーン印刷によって付着可能である、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項３７】
前記サブガスケット材料がコーティングによって付着可能である、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項３８】
前記サブガスケット材料がスプレーによって付着可能である、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項３９】
前記サブガスケット材料がインクジェット印刷によって付着可能である、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項４０】
前記サブガスケットが前記電極サブアセンブリの活性領域と重なり合うように寸法設計される、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項４１】
前記サブガスケットが前記電極サブアセンブリの活性領域と重なり合わないように寸法設計される、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項４２】
前記サブガスケットが約５μｍ〜約１００μｍの厚さを有する、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項４３】
前記サブガスケットがイオン非伝導性材料を含んでなる、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項４４】
前記サブガスケットが非導電性材料を含んでなる、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項４５】
前記サブガスケットの表面がシーリング表面を含んでなる、請求項２５に記載のＭＥＡ。
【請求項４６】
前記シーリング表面がミクロ構造化表面を含んでなる、請求項４５に記載のＭＥＡ。
【請求項４７】
ポリマー電解質膜と、
前記ポリマー電解質膜の反対面に配置された第１および第２のガス拡散層と、
第１および第２の触媒層であって、前記第１の触媒層が前記第１のガス拡散層と前記ポリマー電解質膜との間に配置され、そして前記第２の触媒層が前記第２のガス拡散層と前記ポリマー電解質膜との間に配置される、第１および第２の触媒層と
を含んでなる構成部分を有する膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）と、
その場で付着可能かつ硬化可能である材料の一層以上から形成され、前記第１のガス拡散層と前記第２のガス拡散層との間に一部が配置されるサブガスケットと
を含んでなる、電気化学的電池アセンブリ。
【請求項４８】
前記サブガスケット層が前記ポリマー電解質膜の外周部分上に配置される、請求項４７に記載のアセンブリ。
【請求項４９】
前記第１のガス拡散層および前記第１の触媒層が第１の触媒コーティング電極バッキングを形成し、前記第２のガス拡散層および前記第２の触媒層が第２の触媒コーティング電極バッキングを形成し、そして前記サブガスケットの一部が前記第１の触媒コーティング電極バッキングと前記第２の触媒コーティング電極バッキングとの間に配置される、請求項４７に記載のアセンブリ。
【請求項５０】
前記ポリマー電解質膜ならびに前記第１および第２の触媒層が触媒コーティング膜を形成し、そして前記サブガスケットが前記触媒コーティング膜の外周部分上に配置される、請求項４７に記載のアセンブリ。
【請求項５１】
前記サブガスケット材料が放射線によってその場で硬化可能である、請求項４７に記載のアセンブリ。
【請求項５２】
前記放射線に紫外線が含まれる、請求項５１に記載のアセンブリ。
【請求項５３】
前記サブガスケット材料が熱的にその場で硬化可能である、請求項４７に記載のアセンブリ。
【請求項５４】
前記サブガスケット材料が化学架橋によって硬化可能である、請求項４７に記載のアセンブリ。
【請求項５５】
前記サブガスケット材料がスクリーン印刷、コーティング、スプレーおよびインクジェット印刷の少なくとも１つによって付着可能である、請求項４７に記載のアセンブリ。
【請求項５６】
前記サブガスケットが前記ＭＥＡの活性領域と重なり合うように寸法設計される、請求項４７に記載のアセンブリ。
【請求項５７】
前記サブガスケットが前記ＭＥＡの活性領域と重なり合わないように寸法設計される、請求項４７に記載のアセンブリ。
【請求項５８】
前記サブガスケットが約５μｍ〜約１００μｍの厚さを有する、請求項４７に記載のアセンブリ。
【請求項５９】
前記サブガスケットがイオン非伝導性材料を含んでなる、請求項４７に記載のアセンブリ。
【請求項６０】
前記サブガスケットが非導電性材料を含んでなる、請求項４７に記載のアセンブリ。
【請求項６１】
前記サブガスケットの表面がシーリング表面を含んでなる、請求項４７に記載のアセンブリ。
【請求項６２】
前記シーリング表面がミクロ構造化表面を含んでなる、請求項６１に記載のアセンブリ。
【請求項６３】
分散性サブガスケット材料を１つ以上のＭＥＡ構成部分の少なくとも１つの表面の一部に付着させる工程と、
そのサブガスケット分散材料をその場で硬化して、一つ以上のサブガスケット層を形成する工程と
を含んでなる、１つ以上のサブガスケット化ＭＥＡ構成部分を形成する工程と、
前記サブガスケット層の部分が第１のガス拡散層（ＧＤＬ）構造体と第２のＧＤＬ構造体との間に配置されるように、ポリマー電解質膜（ＰＥＭ）構造体の反対面において前記第１および第２のＧＤＬ構造体を整列させる工程と
を含んでなり、前記第１のＧＤＬ構造体、前記第２のＧＤＬ構造体および前記ＰＥＭ構造体の１つ以上が、前記１つ以上のサブガスケット化ＭＥＡ構成部分を含むことを特徴とする、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）の製造方法。
【請求項６４】
前記１つ以上のサブガスケット化ＭＥＡ構成部分を形成する工程が、サブガスケット化ＰＥＭ構造体を形成する工程を含んでなる、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記１つ以上のサブガスケット化ＭＥＡ構成部分を形成する工程が、１つ以上のサブガスケット化ＧＤＬ構造体を形成する工程を含んでなる、請求項６３に記載の方法。
【請求項６６】
前記ＰＥＭ構造体が触媒コーティング膜を含んでなる、請求項６３に記載の方法。
【請求項６７】
前記第１および第２のＧＤＬ構造体が触媒コーティング電極バッキングを含んでなる、請求項６３に記載の方法。
【請求項６８】
前記分散性サブガスケット材料を付着させる工程が、前記分散性サブガスケット材料をスクリーン印刷する工程を含んでなる、請求項６３に記載の方法。
【請求項６９】
前記分散性サブガスケット材料を付着させる工程が、前記分散性サブガスケット材料をコーティングする工程を含んでなる、請求項６３に記載の方法。
【請求項７０】
前記分散性サブガスケット材料を付着させる工程が、前記分散性サブガスケット材料をスプレーする工程を含んでなる、請求項６３に記載の方法。
【請求項７１】
前記分散性サブガスケット材料を付着させる工程が、前記分散性サブガスケット材料をインクジェット印刷する工程を含んでなる、請求項６３に記載の方法。
【請求項７２】
前記分散性サブガスケット材料をその場で硬化する工程が、水分への暴露によって前記サブガスケット分散材料をその場で硬化する工程を含んでなる、請求項６３に記載の方法。
【請求項７３】
前記分散性サブガスケット材料をその場で硬化する工程が、ガスへの暴露によって前記サブガスケット分散材料をその場で硬化する工程を含んでなる、請求項６３に記載の方法。
【請求項７４】
前記分散性サブガスケット材料をその場で硬化する工程が、放射線への暴露によって前記サブガスケット分散材料をその場で硬化する工程を含んでなる、請求項６３に記載の方法。
【請求項７５】
前記サブガスケット分散材料をその場で硬化する工程が、熱的に前記サブガスケット分散材料をその場で硬化する工程を含んでなる、請求項６３に記載の方法。
【請求項７６】
前記サブガスケット分散材料をその場で硬化する工程が、前記分散性サブガスケット材料の冷却によって前記サブガスケット分散材料をその場で硬化する工程を含んでなる、請求項６３に記載の方法。
【請求項７７】
前記サブガスケット分散材料をその場で硬化する工程が、前記サブガスケット分散材料を化学的に変性する工程を含んでなる、請求項６３に記載の方法。
【請求項７８】
前記サブガスケット分散材料をその場で硬化する工程が、前記サブガスケット分散材料を化学的に変性することなく硬化する工程を含んでなる、請求項６３に記載の方法。
【請求項７９】
前記第１および第２のＧＤＬ構造体を前記ＰＥＭ構造体に結合する工程をさらに含んでなる、請求項６３に記載の方法。
【請求項８０】
前記第１および第２のＧＤＬ構造体を前記ＰＥＭ構造体に結合する工程が、前記第１および第２のＧＤＬ構造体ならびに前記ＰＥＭ構造体に圧力および熱の一方または両方を適用する工程を含んでなる、請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
前記第１および第２のＧＤＬ構造体ならびに前記ＰＥＭ構造体に圧力および熱の一方または両方を適用する工程が、５０ｃｍ2あたり約０．５トン〜約３．０トンの圧力を適用する工程を含んでなる、請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
前記第１および第２のＧＤＬ構造体ならびに前記ＰＥＭ構造体に圧力および熱の一方または両方を適用する工程が、前記ＰＥＭの軟化点付近の温度で熱を適用する工程を含んでなる、請求項８０に記載の方法。
【請求項８３】
前記第１および第２のＧＤＬ構造体を前記サブガスケット化ＰＥＭに結合する工程が、前記第１および第２のＧＤＬ構造体ならびに前記ＰＥＭ構造体に予め決められた時間で圧力および熱の一方または両方を適用する工程を含んでなる、請求項８０に記載の方法。
【請求項８４】
前記予め決められた時間が約１０分以下である、請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】
前記１つ以上のサブガスケット化ＭＥＡ構成部分を形成する工程が、サブガスケット化ＰＥＭ構造体を形成する工程を含み、
前記サブガスケット化ＰＥＭ構造体の反対面において前記第１および第２のＧＤＬ構造体を配置する工程が、
より大きいシートから前記第１および第２のＧＤＬ構造体を切断する工程と、
前記サブガスケット化ＰＥＭ構造体の反対面に関して前記第１および第２のＧＤＬ構造体を整列させる工程と
を含む、請求項６３に記載の方法。
【請求項８６】
前記１つ以上のサブガスケット化ＭＥＡ構成部分を形成する工程が、サブガスケット化ＰＥＭ構造体を形成する工程を含み、
前記サブガスケット化ＰＥＭ構造体の反対面に関して前記第１および第２のＧＤＬ構造体を整列させる工程が、前記サブガスケット化ＰＥＭ構造体のサブガスケット化部分と重なり合うように前記第１および第２のＧＤＬ構造体を整列させる工程を含む、請求項６３に記載の方法。
【請求項８７】
ガス拡散層（ＧＤＬ）構造体とポリマー電解質膜（ＰＥＭ）構造体とを含む膜電極（ＭＥＡ）サブアセンブリの製造方法であって、
分散性サブガスケット材料をＭＥＡ構成部分の少なくとも１つの表面の一部に付着させる工程と、
そのサブガスケット分散材料をその場で硬化して、一つ以上のサブガスケット層を形成する工程と
を含んでなる、サブガスケット化ＭＥＡ構成部分を形成する工程と、
前記ＧＤＬ構造体の縁が前記一つ以上のサブガスケット層の一部と重なり合うように、前記ＰＥＭ構造体上に前記ＧＤＬ構造体を配置する工程と
を含んでなり、前記ＧＤＬおよび前記ＰＥＭの少なくとも１つが、前記サブガスケット化ＭＥＡ構成部分を１つ以上含むことを特徴とする、方法。
【請求項８８】
前記サブガスケット化ＭＥＡ構成部分を形成する工程が、サブガスケット化ＰＥＭを形成する工程を含んでなる、請求項８７に記載の方法。
【請求項８９】
前記サブガスケット化ＭＥＡ構成部分を形成する工程が、サブガスケット化ＧＤＬを形成する工程を含んでなる、請求項８７に記載の方法。
【請求項９０】
前記サブガスケット化ＭＥＡ構成部分を形成する工程が、サブガスケット化触媒コーティング膜を形成する工程を含んでなる、請求項８７に記載の方法。
【請求項９１】
前記サブガスケット化ＭＥＡ構成部分を形成する工程が、サブガスケット化触媒コーティング電極バッキングを形成する工程を含んでなる、請求項８７に記載の方法。
【請求項９２】
前記ＰＥＭ構造体の一表面上に前記ＧＤＬ構造体を配置する工程と、前記ＰＥＭ構造体の反対面上に対向するＧＤＬ構造体を配置する工程とをさらに含んでなる、請求項８７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に燃料電池に関し、そして特に膜電極アセンブリ用の硬化可能なサブガスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な燃料電池電力系は、燃料電池の積層体が１つ以上提供される電力部を含む。燃料電池電力系の効率は、個々の燃料電池内および積層体の隣接燃料電池間の境界面の様々な接触およびシーリングの統合性に主に依存する。
【０００３】
現在、従来の方法を使用する燃料電池の積層体の構築方法は長く時間のかかるものであり、また大量生産に容易に適応できるものではない。例として、典型的な５ｋＷの燃料電池積層体は、いくつかの８０膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）、いくつかの１６０流れ場プレートおよびいくつかの１６０シーリングガスケットを含み得る。積層体のこれらおよび他の構成部分は注意深く整列および組み立てられなければならない。数個の構成部分の不整列でさえ、ガス漏出、水素クロスオーバーおよび性能／耐久性の悪化を導き得る。
【０００４】
延長された運転操作間の燃料電池膜の耐久性は、しばしば、コスト効率良く燃料電池を使用できるかどうかを決定する。ＭＥＡは多くの様式で劣っているが、ガスクロスオーバーが特定の割合を超過して、ＭＥＡは典型的に操作停止される。これは、機械的に膜に穴が開いたか、または化学的風化によって膜の厚さが減少したことを示している。
【０００５】
改善された耐久性および寿命を有するＭＥＡに関する需要が存在する。本発明はこれらおよび他の需要を満たすものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は膜電極アセンブリ用の硬化可能なサブガスケットに関する。本発明の実施形態は膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）構造体に関する。ＭＥＡ構造体は、ポリマー電解質膜と、ガス拡散層と、ポリマー電解質膜とガス拡散層との間の触媒層とを含む膜電極サブアセンブリを含む。膜電極サブアセンブリは、膜電極サブアセンブリの１つ以上の構成部分上に配置されるサブガスケットを含む。サブガスケットはその場で付着可能かつ硬化可能な材料の層から製造される。ガス拡散層の外周縁はサブガスケットと重なり合う。
【０００７】
サブガスケットはポリマー電解質膜の外周部分上に配置されてもよい。いくつかの立体構造において、サブガスケットの一部は、触媒層とポリマー電解質膜との間または触媒層とガス拡散層との間に配置されてもよい。あるいはサブガスケット層は、ガス拡散層の外周部分上に配置されてもよい。
【０００８】
いくつかの実施において、ガス拡散層および触媒層は触媒コーティング電極バッキングを形成する。触媒コーティング電極バッキングの縁はサブガスケットと重なり合う。他の実施において、ポリマー電解質膜および触媒層は触媒コーティング膜を形成する。サブガスケットは触媒コーティング膜の外周部分上に配置されてもよい。
【０００９】
本発明のもう１つの実施形態は、一緒に連結された第１および第２の膜電極構造体を有する膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を含む。第１の膜電極構造体および第２の膜電極構造体の少なくとも一方は、ポリマー電解質膜と、ガス拡散層と、ポリマー電解質膜とガス拡散層との間の触媒層とを含んでなる電極サブアセンブリを含む。サブガスケットは電極サブアセンブリの１つ以上の構成部分上に配置される。サブガスケットはその場で付着可能かつ硬化可能な材料の層から製造される。ガス拡散層の外周縁がサブガスケットと重なり合うように、サブガスケットは配置される。
【００１０】
本発明の一態様に従って、第１および第２の膜電極構造体は融合二層ポリマー電解質膜によって連結される。
【００１１】
本発明のなおもう１つの実施形態は電気化学的電池アセンブリに関する。電気化学的電池アセンブリは、サブガスケット層を有する膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を含む。ＭＥＡは、ポリマー電解質膜と、ポリマー電解質膜の反対面に配置された第１および第２のガス拡散層と、それぞれ第１および第２のガス拡散層とポリマー電解質膜との間に配置される第１および第２の触媒層とを含む。サブガスケットはその場で付着可能かつ硬化可能である材料から形成される。サブガスケット層の一部は、ＭＥＡの第１のガス拡散層と第２のガス拡散層との間に配置される。
【００１２】
本発明のさらなる実施形態は膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）の製造法に関する。この方法は、１つ以上のサブガスケット化ＭＥＡ構成部分を形成する工程を含む。サブガスケット化ＭＥＡ構成部分は、分散性サブガスケット材料を１つ以上のＭＥＡ構成部分の少なくとも１つの表面の一部に付着させる工程によって形成される。サブガスケット分散材料はその場で硬化されて、一つ以上のサブガスケット層を形成する。サブガスケット層の部分が第１のＧＤＬ構造体と第２のＧＤＬ構造体との間に配置されるように、ポリマー電解質膜（ＰＥＭ）構造体の反対面において第１および第２のガス拡散層（ＧＤＬ）構造体を整列させる。第１のＧＤＬ構造体、第２のＧＤＬ構造体およびＰＥＭ構造体の１つ以上が、１つ以上のサブガスケット化ＭＥＡ構成部分を含んでなる。
【００１３】
本発明のなおもう１つの実施形態は、ガス拡散層構造とポリマー電解質膜構造とを含む膜電極サブアセンブリの製造法に関する。この方法は、サブガスケット化ＭＥＡ構成部分を形成する工程を含む。サブガスケット化ＭＥＡ構成部分は、分散性サブガスケット材料をＭＥＡ構成部分の少なくとも１つの表面の一部に付着させる工程によって形成される。サブガスケット分散材料はその場で硬化されて、一つ以上のサブガスケット層を形成する。ＧＤＬ構造体の縁が一層以上のサブガスケット層の一部と重なり合うように、ＰＥＭ構造体上にＧＤＬ構造体を配置する。ＧＤＬおよびＰＥＭの少なくとも１つが、１つ以上のサブガスケット化ＭＥＡ構成部分を含んでなる。
【００１４】
上記の本発明の要約には、本発明の各実施形態または全実施を説明する意図はない。利点および達成は本発明のより完全な理解と一緒に明白になり、そして添付の図面と一緒に以下の詳細な記載および請求の範囲を参照することによって認識されるだろう。
【００１５】
本発明は様々な修正および別の形式が可能であるが、その詳細は図中に例として示されており、詳細に説明される。しかしながら、記載された特定の実施形態に本発明を限定する意図がないことは理解されるべきである。逆に、請求の範囲によって定義されるように本発明の範囲内に収まる全ての修正、等価物および代替を包括する意図がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
例示された実施形態の以下の記述において、その一部を形成し、そして本発明が実施され得る様々な実施形態が例示される添付の図面に対して参照がなされる。本発明の範囲から逸脱することなく実施形態が利用されてもよく、そして構造変更がなされてもよいことは理解されるべきである。
【００１７】
本発明は膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）層の間に形成された保護サブガスケットに関する。特定の実施形態は、それぞれ電解質膜と第１および第２のＧＤＬ層との間に配置されたサブガスケットを有する完全ＭＥＡアセンブリに関する。他の実施において、１／２ＭＥＡアセンブリは、ＰＥＭとＧＤＬ層との間に配置されたサブガスケットを備える。本発明のさらなる実施形態は、サブガスケット化ＭＥＡアセンブリを使用して実施された燃料電池積層体および系に関する。
【００１８】
燃料電池は、水素燃料および空気からの酸素を組み合わせて電気、熱および水を生じる電気化学的デバイスである。燃料電池は燃焼を利用しないため、燃料電池は、あるとしても、危険な流出物がほとんどない。燃料電池は水素燃料および酸素を直接的に電気に変換し、そして例えば内燃発電機よりも高い効率で操作可能である。
【００１９】
典型的な燃料電池を図１Ａに描写する。図１Ａに示された燃料電池１０は、アノード１４を含んでなるガス拡散ミクロ層に隣接した第１のガス拡散層（ＧＤＬ）１２を含む。電解質膜１６はアノード１４に隣接している。ガス拡散ミクロ層カソード１８は電解質膜１６に隣接して位置し、そして第２のガス拡散層１９はカソード１８に隣接して位置する。操作時に水素燃料は燃料電池１０のアノード部分に導入され、第１のガス拡散層１２中およびアノード１４上を通過する。アノード１４において、水素燃料は水素イオン（Ｈ+）および電子（ｅ-）に分離される。
【００２０】
電解質膜１６によって、水素イオンまたは陽子のみが電解質膜１６中を燃料電池１０のカソード部分まで通過可能である。電子は電解質膜１６を通過できず、その代わり、電流の形態で外部電気回路を通って流れることができる。この電流は電動機のように電気負荷１７を供給するか、または再充電可能バッテリーのようなエネルギー貯蔵デバイスに向けられる。
【００２１】
酸素は、第２のガス拡散層１９を介して燃料電池１０のカソード側に流動する。酸素がカソード１８上を通過すると、酸素、陽子および電子が組み合わさって、水および熱を生じる。
【００２２】
図１Ａに示されるもののような個々の燃料電池を、ユニット化された燃料電池アセンブリとしてパッケージ化することができる。ユニット化された燃料電池アセンブリは、本明細書において便宜上、ユニット化された電池アセンブリまたはＵＣＡとして記載されるが、多くの他のＵＣＡと組み合わせて燃料電池積層体を形成することができる。積層体内のＵＣＡの数は積層体の総電圧を決定し、そして各電池の活性表面積は総電流を決定する。所定の燃料電池積層体によって発生した総電力は、総積層体電力と総電流とを掛け算することによって決定され得る。
【００２３】
本発明の原理に従ってＵＣＡを構築するために、多くの異なる燃料電池技術を利用可能である。例えば、本発明のＵＣＡパッケージング方法論を利用して陽子交換膜（ＰＥＭ）燃料電池アセンブリを構築することができる。ＰＥＭ燃料電池は相対的に低温（約１７５°Ｆ／８０℃）で操作され、高い電力密度を有し、電力需要の変化に迅速に適合するようにそれらの出力を変更可能であり、そして例えば自動車のような迅速な始動が要求される用途に関して非常に適切である。
【００２４】
ＰＥＭ燃料電池において使用される陽子交換膜は典型的に、水素イオンが通過可能である薄プラスチックシートである。高分散金属または金属合金粒子（例えば、白金または白金／ルテニウム）の層のような触媒層によって膜をコーティングしてもよい。使用される電解質は典型的に、ポリ−ペルフルオロスルホン酸のような固体有機ポリマーである。固体電解質の使用は、それによって腐食および管理問題が減少するため都合がよい。いくつかの立体構造において、ＰＥＭではなくて触媒によってＧＤＬの電極層をコーティングしてもよく、触媒コーティング電極バッキング（ＣＣＥＢ）と呼ばれる構造を形成する。
【００２５】
水素が燃料電池のアノード側に供給されると、ここで触媒によって水素原子の電子放出が促進され、そして水素イオン（陽子）となる。電子は電流の形態で移動し、これは酸素が導入される燃料電池のカソード側に戻る前に利用可能である。同時に陽子は膜を通してカソードまで拡散し、ここで水素イオンは酸素と再結合および再反応して水を生じる。
【００２６】
膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）は、水素燃料電池のようなＰＥＭ燃料電池の中心素子である。上記の通り、典型的なＭＥＡは、固体電解質として機能するポリマー電解質膜（ＰＥＭ）（イオン伝導性膜（ＩＣＭ）としても既知）を含んでなる。
【００２７】
ＰＥＭの一表面はアノード電極層と接触し、そして反対面はカソード電極層と接触する。各電極層は電気化学的触媒を含み得、典型的に白金金属が挙げられる。ガス拡散層（ＧＤＬ）はアノードおよびカソード電極材料まで、およびそれらからのガス輸送を促進し、また電流を伝導する。
【００２８】
典型的なＰＥＭ燃料電池において、陽子はアノードにおいて水素酸化を介して形成され、 そしてカソードに輸送されて酸素と反応して、電極に連結された外部回路中で電流が流れる。ＧＤＬは流体輸送層（ＦＴＬ）または拡散器／集電器（ＤＣＣ）と呼ばれてもよい。
【００２９】
本発明の実施において、いずれの適切なＰＥＭが使用されてもよい。ＰＥＭは典型的に５０μｍ未満、より典型的に４０μｍ未満、より典型的に３０μｍ未満、そして最も典型的に約２５μｍの厚さを有する。ＰＥＭは典型的に、ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）（登録商標）（デラウェア州、ウィルミントンのデュポン  ケミカルズ（ＤｕＰｏｎｔ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ  ＤＥ））およびフレミオン（Ｆｌｅｍｉｏｎ）（登録商標）（日本、東京の旭硝子株式会社）のような酸官能性フルオロポリマー、または高フッ素化骨格を有し、そして次式：ＹＯＳＯ2−ＣＦ2−ＣＦ2−ＣＦ2−ＣＦ2−Ｏ−［ポリマー骨格］によるペンダント基を反復するポリマーであるポリマー電解質から構成される。後者は、２００２年１２月１９日出願の自己米国特許出願第１０／３２５，２７８号明細書に開示されている。本発明において有用なポリマー電解質は、好ましくはテトラフルオロエチレンと、一種以上のフッ素化酸官能性コモノマーとのコポリマーである。
【００３０】
典型的に、ポリマー電解質はスルホネート官能基を有する。最も典型的に、ポリマー電解質は、前記で組み入れられた米国特許出願第１０／３２５，２７８号明細書に開示されているような高フッ素化骨格を有し、そして次式：ＹＯＳＯ2−ＣＦ2−ＣＦ2−ＣＦ2−ＣＦ2−Ｏ−［ポリマー骨格］によるペンダント基を反復するポリマーである。ポリマー電解質は典型的に１２００以下、より典型的に１１００以下、より典型的に１０５０以下、そして最も典型的に約１０００の酸当量を有する。
【００３１】
本発明の実施において、いずれの適切なＧＤＬが使用されてもよい。典型的に、ＧＤＬは炭素繊維を含んでなるシート材料から構成される。ＧＤＬは、典型的に、織物および不織物炭素繊維構造から選択される炭素繊維構造である。本発明のの実施において有用な炭素繊維構造としては、東レ  カーボンペーパー（Ｔｏｒａｙ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｐａｐｅｒ）、スペクトラカルブカーボンペーパー（ＳＰＥＣＴＲＡＣＡＲＢ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｐａｐｅｒ）、ＡＦＮ  不織炭素布、ゾルテック  カーボンクロス（ＺＯＬＴＥＫ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｃｌｏｔｈ）等が挙げられる。ＧＤＬは、炭素粒子コーティング、親水性処理およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）によるコーティングのような疎水性処理を含む様々な材料でコーティングまたは含浸されていてもよい。
【００３２】
本発明の実施において、いずれの適切な触媒が使用されてもよい。典型的に、炭素担体触媒粒子が使用される。典型的な炭素担体触媒粒子は５０〜９０質量％の炭素および１０〜５０質量％の触媒金属であり、触媒金属は典型的にカソード用のＰｔならびにアノード用の質量比２：１のＰｔおよびＲｕを含んでなる。触媒は典型的に触媒インクの形態でＰＥＭまたはＧＤＬに適用される。触媒インクは典型的にポリマー電解質材料を含んでなり、これはＰＥＭを含んでなる同一のポリマー電解質材料であっても、異なってもよい。
【００３３】
触媒インクは典型的にポリマー電解質の分散系中の触媒粒子の分散系を含んでなる。インクは典型的に５〜３０％の固体（すなわち、ポリマーおよび触媒）、より典型的に１０〜２０％の固体を含有する。電解質の分散系は典型的に水性分散系であり、これは追加的にアルコール、グリセリンおよびエチレングリコールのようなポリアルコールまたはＮ−メチルピリリドン（ＮＭＰ）およびジメチルホルムアルデヒド（ＤＭＦ）のような他の溶媒を含有し得る。インクの流動特性を変更するために、水、アルコールおよびポリアルコール含量を調節してよい。インクは典型的に０〜５０％のアルコールおよび０〜２０％のポリアルコールを含有する。加えて、インクは０〜２％の適切な分散剤を含有し得る。インクは典型的に熱を加えながら撹拌し、続いてコーティング可能な濃度まで希釈することによって製造される。
【００３４】
ハンドブラッシング、ノッチバーコーティング、フルイドベアリングダイコーティング、巻線ロッドコーティング、フルイド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、３本ロールコーティングまたはデカルトランスファーを含む手による方法および機械による方法の両方を含む、いずれかの適切な手段によって触媒をＰＥＭまたはＧＤＬに適用することができる。１つの適用によってまたは複数の適用によってコーティングを達成することができる。
【００３５】
直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）は、電解質として両方ともポリマー膜を使用することに関してＰＥＭ電池と同様である。しかしながら、ＤＭＦＣにおいては、アノード触媒自体が液体メタノール燃料から水素を引出し、燃料改質装置の必要を排除する。ＤＭＦＣは典型的に１２０〜１９０°Ｆ／４９〜８８℃の間の温度で操作される。直接メタノール燃料電池は、本発明の原理によるＵＣＡパッケージ化の対象であり得る。
【００３６】
ここで図１Ｂを参照すると、ＰＥＭ燃料電池技術に従って実施されたＵＣＡの実施形態が描写されている。図１Ｂに示されるように、ＵＣＡ２０の膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）２５は５層の構成層を含む。ＰＥＭ層２２はガス拡散層２４および２６の対の間に挿入される。アノード層３０は第１のＧＤＬ２４および膜２２の間に位置し、そしてカソード層３２は膜２２および第２のＧＤＬ２６の間に位置する。
【００３７】
１つの立体構造体において、ＰＥＭ層２２は、一方の表面上にアノード触媒コーティングおよび他方の表面上にカソード触媒コーティングを含むように製造される。この構造体は、しばしば触媒コーティング膜またはＣＣＭと呼ばれる。もう１つの立体構造体に従って、ガス拡散層２４および２６は、アノード触媒コーティング３０およびカソード触媒コーティング３２を含むように製造される。この構造体は触媒コーティング電極バッキングまたはＣＣＥＢと呼ばれる。なおもう１つの立体構造体において、アノード触媒コーティング３０は部分的に第１のＧＤＬ２４上および部分的にＰＥＭ２２の一表面上に配置され得、そしてカソード触媒コーティング３２は部分的に第２のＧＤＬ２６上および部分的にＰＥＭ２２の多表面上に配置され得る。
【００３８】
ＧＤＬ２４、２６は典型的に、炭素繊維紙または不織材料もしくは織布から製造される。製品構造次第で、ＧＤＬ２４、２６は片側上に炭素粒子コーティングを有し得る。上記の通り、ＧＤＬ２４、２６は触媒コーティングを含むように、または含まないで製造可能である。
【００３９】
図１Ｂに示される特定の実施形態において、ＭＥＡ２５は第１の縁シール系３４および第２の縁シール系３６の間に挿入されて示される。流れ場プレート４０および４２は、それぞれ第１シール系３４および第２の縁シール系３６に隣接する。各流れ場プレート４０、４２は気流場チャンネル４３およびポートを含み、これを通して水素および酸素供給燃料が通過する。図１Ｂに描写された立体構造体において、流れ場プレート４０、４２は単極流れ場プレートとして構成されており、ここで、単一ＭＥＡ２５がその間に挿入されている。
【００４０】
縁シール系３４、３６は、もう一方の汚染およびＵＣＡ２０の不適切な終了から様々な流体（気体／液体）輸送および反応領域を隔離するためにＵＣＡパッケージ内に必要なシーリンを提供し、そしての流れ場プレート４０、４２間の電気的絶縁および圧縮制御を更に提供し得る。
【００４１】
１つの立体構造体において、縁シール系３４、３６は、弾性材料から形成されたガスケット系を含む。様々な立体構造体において、以下に記載されるように、１層以上の様々な選択された材料は付着され、そしてその位置で硬化されるＵＣＡ２０内のシーリング用サブガスケットを提供することができる。
【００４２】
図１Ｃは、１以上の双極流れ場プレート５６の利用によって複数のＭＥＡ２５を組み入れたＵＣＡ５０を例示する。図１Ｃに示される立体構造体において、ＵＣＡ５０は２つのＭＥＡ２５ａおよび２５ｂと、単一の双極流れ場プレート５６とを組み入れる。ＭＥＡ２５ａは、ＧＤＬ６６ａおよび６４ａの間に挿入されたガス拡散ミクロ層カソード６２ａ／膜６１ａ／ガス拡散ミクロ層アノード６０ａ層化構造を含む。ＧＤＬ６６ａは、単極流れ場プレートとして構成される流れ場終了プレート５２に隣接して位置する。ＧＤＬ６４ａは双極流れ場プレート５６の第１の流れ場表面５６ａに隣接して位置する。
【００４３】
同様に、ＭＥＡ２５ｂは、ＧＤＬ６６ｂおよび６４ｂの間に挿入されたガス拡散ミクロ層カソード６２ｂ／膜６１ｂ／ガス拡散層アノード６０ｂ層化構造体を含む。ＧＤＬ６４ｂは、単極流れ場プレートとして構成される流れ場終了プレート５４に隣接して位置する。ＧＤＬ６６ｂは双極流れ場プレート５６の第２の流れ場表面５６ｂに隣接して位置する。Ｎ数のＭＥＡ２５およびＮ−１  双極流れ場プレート５６を単一ＵＣＡ５０に組み入れることができることは認識されるであろう。しかしながら、一般的に、より効率的な熱管理のため、１つもしくは２つのＭＥＡ５６を組み入れたＵＣＡ５０（Ｎ＝１、双極プレート＝０またはＮ＝２、単極プレート＝１）が好ましいと考えられる。
【００４４】
図１Ｂおよび１Ｃに示されるＵＣＡ立体構造体は、本発明における使用に関して実施可能な２つの特定の配置の代表である。これらの２つの配置は例示の目的のみのため提供され、そして本発明の範囲内の全ての可能な立体構造体を表す意図はない。むしろ、図１Ｂおよび１Ｃは、本発明の原理に従って製造されたＭＥＡを含んでなるユニット化された燃料電池アセンブリ中に選択的に組み入れられた様々な構成部分を例示する意図がある。
【００４５】
本発明の実施形態は、ＰＥＭ型燃料電池膜電極アセンブリおよびサブアセンブリのための保護サブガスケットに関する。サブガスケットは、漏出を減少するためにＭＥＡをシールするため、およびＰＥＭを損傷から保護するための両方で機能する。サブガスケットの表面は、ＭＥＡのシーリングを増強するためのミクロ構造化または粘性表面を含んでなる。いくつかの実施形態において、サブガスケット材料は感圧接着剤組成物を含んでなる。
【００４６】
破損したＭＥＡの顕微鏡試験によって、ＭＥＡ周辺の膜の穴または引き裂きが共通であることが明らかである。損傷はしばしば、膜とＧＤＬとの間の周辺境界面における応力および膜のシワ形成によって引き起こされる。ＧＤＬは典型的に繊維状炭素から製造され、これは繊維が膜と接触する場所で膜を削る傾向がある。
【００４７】
本発明のサブガスケットを利用して、例えば活性領域の縁またはＧＤＬの縁において燃料電池膜の機械的破損を減少することができる。本発明の実施形態に従って、保護層サブガスケットは膜とＧＤＬとの間に付着され、そしてその場で硬化され、必要とされる粗い境界面が提供され、これは周辺境界面に沿って膜損傷を減少する。サブガスケットの関連特徴は、膜（吸湿性）がコーティングされ、従って水分から保護されることである。
【００４８】
サブガスケットは膜の安定性を増加し、そしてＭＥＡ周辺において膜のシワ形成を減少させる。膜のシワは、特にそれらがＧＤＬ縁において生じる場合、応力集中点を導き得、そしてＭＥＡが圧縮されると膜に穴が開く。
【００４９】
図２Ａは典型的な触媒コーティング電極バッキング（ＣＣＥＢ）をベースとするＭＥＡ構造体を例示する。ＭＥＡ構造体は、ＣＣＥＢ構造体２１０、２１５の間に挿入されたＰＥＭ２５０を含んでなる。ＣＣＥＢ構造体は、アノードおよびカソード触媒層２４０、２４５でコーティングされたアノードおよびカソードガス拡散ミクロ層２３０、２３５を有するＧＤＬ層２２０、２２５を含んでなる。膜と触媒層との間の密接な接触が得られるように、ＣＣＥＢ２１０、２１５は高圧および高温でＰＥＭ２５０に結合される。適切な接触によってインピーダンス損失が減少し、そして触媒の利用可能性が増加する。さらに、触媒層と膜との間に生じた接着のため、ＣＣＥＢ２１０、２１５はその場に残る。連結されたＭＥＡの両側におけるＧＤＬ２２０、２２５は双極プレート間でさらに圧縮され、燃料電池操作間にこのような密接な接触が維持される。
【００５０】
触媒層２３０、２３５および膜２５０の間の良好な接触によってオーム抵抗損失が減少されるが、圧縮の応力のため、ＧＤＬ／膜境界面の外周２５１における膜引き裂きが生じ得る。延長された期間、電池が操作される場合、ＣＣＥＢ２１０、２１５が膜２５０に対して圧縮される場合に縁引き裂きおよび膜損傷が観察され得る。この種類の膜損傷によって燃料および酸化剤ガスクロスオーバーが導かれる。
【００５１】
図２Ｂは触媒コーティング膜（ＣＣＭ）２５５構造体の断面図を例示する。ＣＣＭ構造体において、熱および圧力は典型的に、触媒層２４０、２４５を膜２５０に有効に融合して、触媒コーティング膜２５５を形成するために適用される。ＧＤＬ／ガス拡散ミクロ層構造体２１１、２１６は圧力および熱によってＣＣＭ２５５に結合される。ＧＤＬ／ガス拡散ミクロ層構造体２１１、２１６は良好に付着することもあるが、付着度が変化しやすく、取り扱いの間にＧＤＬ構造体２１１、２１６がＣＣＭ２５５から剥離することがよくある。これを防ぐために、典型的にＧＤＬ構造体２１１、２１６は膜の活性領域よりもやや大きい大きさであり、重なり合いを生じる。従って、ガス拡散ミクロ層２３０、２３５は重なり合い領域において膜２５０と直接的に接触する。これによって、ＧＤＬ構造体２１１、２１６および膜２５０の間により強固な付着が生じるが、炭素はガス拡散ミクロ層２３０、２３５中で凝集するか、またはＧＤＬ縁における暴露された炭素繊維は相当して、ＧＤＬ／膜境界面の外周２５１において膜損傷を生じ得る。
【００５２】
本発明のいくつかの実施形態は、ＭＥＡアセンブリのＰＥＭの外周部分上に形成されたサブガスケットを含む。図２Ｃは、本発明の実施形態によるサブガスケット層２６０、２６５を例示するＣＣＥＢをベースとするＭＥＡの断面である。この実施形態において、サブガスケット層２６０、２６５は、ＰＥＭ２５０とＣＣＥＢ２１０、２１５との間のＰＥＭ２５０の外周部分上に配置される。ＣＣＥＢ２１０、２１５の外周縁はサブガスケット層２６０、２６５と重なり合う。例えば、ＣＣＥＢ２１０、２１５の外周縁は、約０．０５ｍｍ〜約１０ｍｍでサブガスケットと重なり合う。
【００５３】
サブガスケット層２６０、２６５はＰＥＭ２５０の片側または両側上に付着されてよい。サブガスケット層２６０、２６５は付着後にその場で硬化される。
【００５４】
サブガスケット層２６０、２６５は、材料がＰＥＭまたは他のＭＥＡ構造体上に分配可能または計量可能であるように液体または流動性の形態で付着可能な材料を含んでなる。例えば、スクリーン印刷、グラビアコーティング、パターンコーティング、インクジェット印刷または他の適切な付着技術を使用してサブガスケット材料を付着させることができる。サブガスケット材料は、例えば液体モノマー／オリゴマー分散混合物を含んでもよい。分散混合物は、混合物が分配可能または計量可能であるように流動性の状態に置くことが可能である。
【００５５】
サブガスケット材料は、ＭＥＡ構造体上でその場で硬化可能な材料から形成される。「その場で」硬化というのは、サブガスケットが適用された位置で表面に対してまたは表面上でサブガスケットがその場で硬化されることを意味する。サブガスケット材料は、例えば、付着されたサブガスケット材料の照射、加熱および／または冷却によって硬化されてよい。いくつかの実施形態において、サブガスケットは、例えば熱可塑性材料から形成され得る。サブガスケット材料は、付着されたサブガスケット材料を水分または反応性ガスに暴露することによって、そして／または他の硬化方法を使用することによって硬化され得る。
【００５６】
様々な実施形態において、サブガスケット材料の硬化はサブガスケット材料の化学変化を伴っても伴わなくてもよい。一例において、サブガスケット材料は溶融形態で付着され得る。サブガスケット材料の硬化は、例えば、室温で材料が付着された液体状態から固化されたポリマーへと冷却する時に達成され得る。もう１つの例において、サブガスケット材料の硬化は、紫外線（ＵＶ）硬化プロセスによるポリマー架橋のような付着された材料の化学変化を含んでなる。
【００５７】
図２Ｄは、本発明の実施形態による、ＧＤＬ構造体２１１、２１６がＣＣＭ２５５と重なり合うＣＣＭをベースとするＭＥＡの断面を例示する。ＧＤＬ構造体２１１、２１６の外周縁はサブガスケット層２６０、２６５と重なり合う。例えば、ＧＤＬ構造体２１１、２１６の外周縁は約０．０５ｍｍ〜約１０ｍｍでサブガスケットと重なり合う。
【００５８】
この例において、サブガスケット層はＰＥＭ２５０の外周部分上に形成されるため、触媒２４０、２４５およびサブガスケット２６０、２６５の間に間隔２５２がある。この立体構造において、触媒２４０、２４５の活性領域はサブガスケットの重なり合いによって減少されない。
【００５９】
図２Ｅは、本発明の実施形態による、ＣＣＭをベースとするＭＥＡ断面を例示する。この実施形態において、ＧＤＬ構造体２１１、２１６がＣＣＭ２５５上でサブガスケット２６０、２６５と重なり合うため、ＧＤＬ構造体２１１、２１６の周辺２１２、２１７はＣＣＭ２５５または露出膜２５０と直接接触しない。この立体構造において、保護サブガスケット２６０、２６５はＣＣＭ２５５の活性領域の外周部分とわずかに重なり合い、膜２５０における反応性ガスの直接衝突を防止する。
【００６０】
図３Ａは、本発明の実施形態によるＣＣＥＢをベースとするＭＥＡサブアセンブリ（または１／２−ＭＥＡ）の断面図を示す。この実施形態において、ガス拡散層３２０、ガス拡散ミクロ層３３０および触媒層３４０を含むＣＣＥＢ３１０は、ＣＣＥＢ３１０が本発明の保護サブガスケット３６０と重なり合うような様式で膜３５３に結合される。この立体構造体において、ＧＤＬ周辺３５１は膜３５３と直接接触しない。
【００６１】
図３Ｂは、図３Ａと関連して記載されるように、直接対立する膜表面３５３、３５４と一緒に結合されて「融合」二層膜３５０を有するＭＥＡが生じる２つの１／２−ＭＥＡサブアセンブリの断面図の詳細を例示する。注目すべきは、図３Ｂには破線が示され、そこでは膜層３５３、３５４が融合している。各ＣＣＥＢ３１０、３１５はそれぞれＧＤＬ３２０、３２５、ミクロ層３３０、３３５および触媒層３４０、３４５を含む。様々な層が薄く整合性であり、そしてＣＣＥＢ３１０、３１５が本質的に圧縮性であるため、得られる層状構造は平らである。しかしながら、保護サブガスケット３６０、３６５が非常に厚く適用される場合、ＭＥＡが双極プレート間で圧縮される時にＣＣＥＢ３１０、３１５が保護サブガスケット３６０、３６５と重なり合う場所で硬質のバンドが生じ得る。
【００６２】
図３Ｃは、本発明の実施形態によるＣＣＭをベースとするサブアセンブリ（１／２−ＭＥＡ構造）の断面図を示す。ＧＤＬ３１１は、ＧＤＬ周辺３５１が膜と直接接触しないように本発明の適用された保護サブガスケット３６０と重なり合う。図２Ｄに描写されるＭＥＡ構造体と同様に、サブガスケット３６０が形成されて、サブガスケット３６０と触媒層３４０との間に間隔３５２がある。
【００６３】
図３Ｄは、図３Ｃと関連して記載された型の、一緒に結合してＭＥＡ構造体を形成する２つのＣＣＭサブアセンブリの断面図を描写する。この実施形態に従って、示されるように、１／２−ＭＥＡ構造体の膜表面３５３、３５４は直接対向して「融合」二層膜３５０を有するＣＣＭ３５５が生じる。注目すべきは、図３Ｄには破線が示され、そこでは膜層３５３、３５４が融合している。図３Ｃに示される通り、融合二層ＰＥＭ３５０の領域をコーティングしている保護サブガスケット３６０、３６５および触媒３４０、３４５の間の間隔３５２は触媒活性領域寸法の減少を防ぐ。ＧＤＬ３１１、３１６は、保護された二層ＣＣＭ３５５に結合および連結される位置に示される。
【００６４】
本発明のもう１つの実施形態を図３Ｅに示す。図３ＥはＣＣＭをベースとする１／２−ＭＥＡサブアセンブリを描写する。保護サブガスケット層３６０は、膜３５３を被覆する触媒層３４０と重なり合う。このような重なり合いのため、ＧＤＬ３１１はＧＤＬ−ＣＣＭ境界面３５１の周辺において、触媒３４０または膜３５３と直接接触しない。この立体構造体において、サブガスケット３６０はＰＥＭ３５０とＧＤＬ３１１との間に配置され、サブガスケットの一部はＧＤＬ３１１と触媒層３４０との間に配置される。
【００６５】
図３Ｆは、図３Ｅに例示される型の２つのＣＣＭサブアセンブリの融合を例示する。１／２−ＭＥＡサブアセンブリは一緒に結合され、融合二層膜３５０を有するＣＣＭ３５５を生じる。示されるように、保護サブガスケットはＣＣＭ３５５の触媒層３４０、３４５上に配置される。図２Ｅに例示される実施形態と同様に、保護サブガスケット３６０、３６５は活性領域とわずかに重なり合い、膜における反応性ガスの直接衝突を防止する。ＧＤＬ層３１１、３１６は示される位置で保護サブガスケット３６０、３６５上に配置される。
【００６６】
注目すべきは、図３Ｆには破線が示され、そこでは膜層３５３、３５４が融合している。ＭＥＡ構造体の様々な層が薄く整合性であり、そしてＧＤＬ３１１、３１６が本質的に圧縮性であるため、得られる層状構造体は平らである。保護サブガスケット３６０、３６５が非常に厚く適用される場合、ＭＥＡが双極プレート間で圧縮される時にＧＤＬ３１１、３１６が保護サブガスケット３６０、３６５と重なり合う場所で硬質のバンドが生じ得る。
【００６７】
図４Ａ〜４Ｆに例示される様々な本発明の実施形態は、二層膜の融合層間に配置された保護サブガスケット層を含む。図４Ａは、膜４５３の裏側上に配置されたサブガスケット層４６０を有する１／２−ＭＥＡサブアセンブリを例示する。サブガスケット層４６０はそのように配置されるため、ＧＤＬ構造体４１１（ＧＤＬ４２０およびミクロ層４３０）が膜４５３に結合される周辺領域４５２を補強する。
【００６８】
図４Ｂは、融合して完全ＭＥＡを形成する前の２つの１／２−ＭＥＡサブアセンブリ４８０、４８５を例示する。各１／２ＭＥＡ４８０、４８５はそれぞれ、ＧＤＬ構造体４１１、４１６、触媒層４４０、４４５および融合膜４５３、４５４を含む。１／２−ＭＥＡ４８０、４８５は、融合膜４５３、４５４の裏側上に配置されたサブガスケット層４６０、４６５を有する。融合後、サブガスケット層４６０、４６５は融合膜内に補強層を形成し、これは周辺領域４５２の融合膜を保護する。
【００６９】
図４Ｃは、本発明の実施形態によるＣＣＥＢをベースとするＭＥＡアセンブリの断面を例示する。ＭＥＡサブアセンブリは、膜４５３、４５４の裏側に適用された保護サブガスケット層４６０、４６５を有する。膜４５３、４５４は融合して、融合二層膜４５０を形成する。注目すべきは、図４Ｃには破線が示され、そこでは膜層４５３、４５４が融合している。図４Ｃは、内部サブガスケット層４６０、４６５を含む融合膜４５０上に配置されたＣＣＥＢ４１０、４１５を例示する。二縁が保護された膜サブアセンブリ４５３、４５４を直接対向する膜表面と積層することによって、内部補強縁を有する二層膜４５０を有するＭＥＡが得られる。ＣＣＥＢ４１０、４１５は、以前の工程で二層膜４５０が生じた後、融合二層膜４５０に結合される位置に示される。
【００７０】
内部補強層を有する融合二層膜の一般的概念は、補強縁を有する二層膜を有するＣＣＭのような追加的順列を作成するまで拡大される。かかる構造において、保護サブガスケット層は二層膜内部でシールされ、従って、燃料、酸化剤、水または触媒による攻撃に直接暴露されない。
【００７１】
図４Ｄは、本発明の実施形態によるＣＣＭをベースとするＭＥＡサブアセンブリ（１／２−ＭＥＡ）４９０の断面図を例示する。この例において、本発明の保護サブガスケット層４６０は膜４５３の裏側に適用され、後にＧＤＬが膜４５３と係合する周辺領域４５２を補強する。
【００７２】
図４Ｅは、（前記の図と同様に）直接対向する膜４５３、４５４表面と一緒にサブアセンブリ４９０、４９５を積層して補強縁を有する二層膜４５０を形成する前のこの構造体のＣＣＭサブアセンブリ４９０、４９５を例示する。この位置に示されるＧＤＬ４１１は、二層膜４５０が形成する前後のいずれかにＣＣＭサブアセンブリ４９０、４９５に結合可能である。
【００７３】
図４Ｆは、補強縁を形成する内部サブガスケット層４６０、４６５を有する二層膜４５０を有する完全ＭＥＡの断面図を例示する。注目すべきは、図４Ｆには破線が示され、そこでは膜層４５３、４５４が融合している。前記の通り、薄層およびそれらの整合性のため、最終的な連結されたＭＥＡは本質的に平らである。
【００７４】
図５は、本発明の実施形態による結合前のＣＣＭをベースとするＭＥＡ構造体の断面図を例示する。ＣＣＭをベースとするＭＥＡは膜５５０に融合された触媒層５４０、５４５を含み、触媒コーティング膜５５５を形成する。ＧＤＬ構造体５１１、５１６は、ガス拡散層５２０、５２５およびガス拡散ミクロ層５３０、５３５を含む。ＧＤＬ構造体５１１、５１６は圧力および熱によってＣＣＭ５５５に結合される。図５に描写されるＭＥＡ構造体は、高耐久化されたＧＤＬ縁を有するＭＥＡを生じるようにＧＤＬ５１１、５１６の外周部分上に配置された本発明の保護サブガスケット層５６０、５６５を含む。
【００７５】
本発明は、ＧＤＬ周辺と膜との間のサブガスケット保護層の付着を含んでなる。サブガスケット保護層の形成によって、ＭＥＡの周辺境界面に沿って膜の損傷が減少する。付着されたサブガスケット層は膜をコーティングし、そして水分から膜を保護する。サブガスケット層は膜をより安定にさせ、ＭＥＡ周辺における膜のシワ形成を減少させる。膜のシワは、特にそれらがＧＤＬ縁において生じる場合、応力集中点を導き得、そしてＭＥＡが圧縮されると膜に穴が開く。保護サブガスケット層はイオン非伝導性または非導電性材料を含んでもよい。
【００７６】
本発明の保護サブガスケット層を形成するために使用される材料は、様々な方法によって膜、ＧＤＬまたは他のＭＥＡ構成部分上に付着されてよい。付着方法としては、スクリーン印刷、コーティング、例えば、グラビアコーティングまたはパターンコーティング、スプレー、例えばインクジェット印刷またはまたは他の付着方法によるものが挙げられる。サブガスケット材料は、例えば、適合する形状であるが、ＭＥＡの活性領域パターンよりもわずかに小さいパターンか、またはわずかに大きい領域に付着されてよい。パターンは、ＧＤＬの周辺縁が保護層と重なり合うように寸法設計される。典型的に、重なり合いの量は約０．０５ｍｍ〜約１０ｍｍである。
【００７７】
ＣＣＥＢ（触媒コーティング電極バッキング）の方法が使用される場合、保護サブガスケット層は、ＣＣＥＢ周辺が保護コーティングと重なり合うように寸法設計される。ＣＣＭ（触媒コーティング膜）の方法が使用される場合、保護サブガスケット層は、活性領域より大きいかまたはより小さいように適用可能である。いずれにせよ、保護層は、ＧＤＬがそれと重なり合うように寸法設計される。
【００７８】
ＣＣＭが製造される前に保護サブガスケット層を適用可能である（その後、コーティングされていない窓に触媒が適用される）か、またはＣＣＭが調製された後に保護コーティングを適用可能である。ＣＣＭを製造した後に保護コーティングを適用する場合、コーティングは触媒活性領域と重なり合うことができるか、または活性領域周囲でコーティングされていない膜の狭い余白を残すように寸法設定することができる。
【００７９】
膜上に付着後、乾燥、加熱、冷却、放射線、電場、水分、ガスへの暴露または他の硬化方法によって保護サブガスケット層を硬化してよい。様々な実施において、硬化プロセスは、材料が流動状態から固体状態まで硬化されるように不可逆変化を含み得る。硬化は、材料中のポリマーの化学架橋によるようなサブガスケット材料の化学変化を伴い得る。
【００８０】
サブガスケット材料は、ＵＶまたは可視スペクトルにおける光、電子ビーム放射線および／または他の種類の放射線を含む様々な波長の放射線への暴露によって硬化可能であり得る。
【００８１】
サブガスケット材料は、空気から、またはＭＥＡの構成部分からの水分のような水分への暴露によって硬化可能である。水分硬化のために適切な材料としては、例えば３Ｍ  ジェットメルト（ＪＥＴ  ＭＥＬＴ）が挙げられる。ポリウレタンホットメルト接着剤のような水分硬化可能な材料は、ポリエステルおよび／またはポリエーテルポリオールの組み合せから製造されてもよい。これらの材料は、過剰量のジイソシアネートとの反応時に末端イソシアネート基を有するプレポリマーを形成する。グラビアコーティング、スクリーン印刷によって、またはスロットノズルを介して、プレポリマーはサブガスケット層として付着可能である。
【００８２】
サブガスケット材料は、プラスマのような反応性ガスを含む様々なガスへの暴露によって、または電場への暴露によって硬化可能である。
【００８３】
特定の種類の分配可能なサブガスケット材料は、サブガスケット材料が燃料電池操作温度において固体のままであるように相変化を誘発するために冷却することによって硬化可能である。相変化は可逆性でも不可逆性でもよいが、不可逆性の相変化が好ましい。
【００８４】
本発明の保護層は、ＧＤＬの粗い繊維状の縁によって生じる損傷、ＧＤＬミクロ層コーティング中の微粒子または巨大凝集体によって生じる損傷、膜／触媒または膜／ＧＤＬ境界面においてしばしば生じる縁の引き裂き、湿り空気暴露または脱水条件から生じる寸法変化、および／または燃料電池操作間に入って来るガスと膜との間で生じる化学的風化から物理的に膜を保護することがわかっている。
【００８５】
複合構造体（膜と保護サブガスケット層）の機械特性は、露出膜の機械特性以上に向上される。膜の弾性モジュラス、穿刺耐性およびトラウザー引裂き耐性は向上する。燃料電池操作における膜の耐久性は、本発明の保護サブガスケットによって提供される改善された機械特性のため増加する。
【００８６】
さらに、本明細書に記載のサブガスケットの使用によって、湿り空気中または高温における膜の寸法安定性が向上する。膜と保護層との間の接着力が増加するため、沸騰水の存在下でさえもコーティングが接着したままである。膜と保護コーティングとの間の境界面は、ガス漏出を防止するために十分である。
【００８７】
本発明のサブガスケットは、様々な立体構造体でのＭＥＡの製造のために適切である。１つの立体構造体において、ＭＥＡはＧＤＬ構造体および触媒コーティングＰＥＭ膜（ＣＣＭ）からなる。もう１つの立体構造体において、ＭＥＡは、触媒コーティングＧＤＬ構造体と組み合わせられた未変性のＰＥＭ膜からなる。また触媒コーティングＧＤＬ構造体は、触媒コーティング電極バッキング（ＣＣＥＢ）とも呼ばれる。
【００８８】
図６および７のフローチャートは、本発明の実施形態によるＭＥＡアセンブリおよびサブアセンブリの製造に関するプロセスを例示する。図６のフローチャートによって例示されるように、ＭＥＡサブアセンブリの製造方法は、ＧＤＬ構造体上で分散性サブガスケット材料を付着する工程６１０を含む。分散性サブガスケット材料は、例えば、スクリーン印刷によって、グラビアコーティングおよびパターンコーティングを含む様々なコーティング技術によって、またはインクジェット印刷のようなスプレー法によって付着されてもよい。この実施形態において、ＧＤＬ構造体は触媒コーティング電極バッキング（ＣＣＥＢ）を含んでもよい。
【００８９】
図６はＭＥＡアセンブリの形成方法を例示する。付着６１０後、サブガスケット材料をその位置で硬化６２０し、ＧＤＬ構造体上にサブガスケットを形成する。サブガスケット化ＧＤＬをＰＥＭ構造体の一表面上の配置６３０する。第２のサブガスケット化ＧＤＬ構造体を第１のサブガスケット化ＧＤＬ構造体に連結させることによって、完全ＭＥＡが形成され得る。第２のサブガスケット化ＧＤＬ構造体は、ＰＥＭのない表面に連結される。いくつかの実施においては、ＰＥＭは触媒コーティング膜（ＣＣＭ）であってもよい。
【００９０】
図７はＭＥＡアセンブリの形成方法を例示する。分散性サブガスケット材料は第１のＰＥＭ層上に付着７１０され、そしてその場で硬化７２０される。第１のＧＤＬは第１のＰＥＭの表面において配置７３０され、第１の１／２ＭＥＡサブアセンブリを形成する。サブガスケット材料は第２のＰＥＭ層上に付着７４０され、そしてその場で硬化７５０される。第２のＧＤＬは第１のＰＥＭの表面において配置７６０され、第２の１／２ＭＥＡサブアセンブリを形成する。第１および第２の１／２ＭＥＡサブアセンブリを連結し、完全ＭＥＡを形成する。
【００９１】
上記の実施形態による付着およびその位置で硬化されたサブガスケット層は、従来使用されたフィルム状サブガスケット以上の多くの有利な点をもたらす。サブガスケット層は、損傷から膜を物理的に保護するために有用である。膜への損傷は、ＧＤＬの粗い繊維状の縁および／またはＧＤＬミクロ層コーティング中の微粒子または巨大凝集体によって引き起こされ得る。従来、縁の保護方法は、薄剛性フィルム状基材の膜への積層を伴った。従来の縁の保護方法では、ＧＤＬが縁保護と重なり合う硬質バンドを減少するため、薄材料を使用した。シワ形成がない状態でのこれらの薄材料の取り扱いや切断は、それらの脆い性質および静電荷のため、困難である。加えて、処分される窓部分のため、著しい量の材料が廃棄される。本明細書に記載の実施形態による方法の使用によって、保護材料は、必要とされる場所に選択的に適用されるため、生じる廃棄物が少ない。
【００９２】
さらに本明細書に記載の実施形態による方法の使用によって、従来の方法で必要とされたような複雑な薄膜切断および巻取り装置を有する必要が減少する。
【００９３】
本発明の実施形態に記載されるように、サブガスケットの付着およびその位置での硬化は、フィルム状サブガスケットの縁によって引き起こされる膜損傷の発生を減少させる。既知の縁保護方法において使用されるフィルム状材料の切断は、一般的に、切断された縁上に縁のギザギザまたはギザギザの欠陥を残す。フィルム状サブガスケットの鋭いギザギザまたは縁は、膜に損傷を引き起こし得る。湿度または温度変化のため膜が膨張または収縮する場合、または電池圧縮が高い状況において、損傷は悪化し得る。
【００９４】
本発明の実施形態によって形成されたサブガスケットは、従来の方法以上に、膜に対するサブガスケットの接着の向上をもたらす。従来の方法によってＭＥＡ製造において使用される典型的な剛性フィルム状サブガスケットは、一般にＯＬ−１２と呼ばれている１．２ミルのマイラ（Ｍｙｌａｒ）から製造される。従来の方法の典型的な剛性フィルム状サブガスケットは、典型的に膜に対して配置されるか、または膜に積層される。ＯＬ−１２は付着力のみによって固着し、従って、ガス漏出経路が可能である。
【００９５】
ＯＬ−１２が使用される場合、典型的に、それは積層体または電池が組み立てられる時に膜の片側上のみに配置される。層が薄く密着性であり、また取り扱いが困難であるため、層は膜の片側上のみで頻繁に使用される。このような片側の方法によって、被覆されていない反対側における攻撃または分解が生じ得る。片側のサブガスケット方法が使用される場合、ＭＥＡ周辺縁では深刻な縁巻きの傾向もある。本発明の方法を使用して付着および硬化されたサブガスケットによって、保護層が膜の両側に容易に適用される。
【００９６】
本発明の実施形態によるサブガスケット形成において使用されるモノマーおよびオリゴマー性分散系構成部分は、それらが硬化される前にイオノマー膜を部分的に浸透および膨潤する。イオノマー膜の浸透および膨潤によって、保護層と膜との間に非常に強固な結合が生じる。かかる結合は、液体水分、さらには沸騰水への長期暴露に耐えることが可能である。保護サブガスケット層と膜との間の接着は、従来使用されたフィルム状サブガスケットを使用して達成可能であるものよりも非常に強い。
【００９７】
本発明の実施形態に従って付着および硬化されたサブガスケットは、厚さが減少された縁保護を提供する。フィルム状サブガスケットでは、１ミルより薄いフィルムを得ることは困難であり、より典型的には１．２ミルの厚さのフィルムが使用される。本発明の印刷およびゾーン−コーティング法を使用して、０．２ミル程度の薄さの均一保護層を容易に付着させることができる。
【００９８】
本発明のサブガスケットによって、吸水性の減少がもたらされる。燃料電池膜は一般的に寸法不安定であり、そして湿り空気および液体水分に対して感応性である。湿度レベルが変化すると、膜は膨張および収縮する。本発明のサブガスケットを使用すると、保護膜の吸水性は、保護されていない膜のものより著しく低い。
【００９９】
以下の実施例１に記載されるように、完全乾燥膜を１０分間、室温にて飽和条件で水和した場合、それは初期重量の５１％を得た。本明細書二記載の通り付着および硬化されたサブガスケット材料によって保護された膜は、同一条件でちょうど１８％を得た。寸法安定性の観点から、保護膜に関する１１％増加と比較して、露出膜の部分は、同一の加湿後、長さが２１％増加する。
【０１００】
水滴を露出膜上に置いた時、液滴と接触がある膜は著しくシワを形成した。水滴を実施例１の保護膜上に置いた時、付近にシワが生じなかった。
【０１０１】
本発明の実施形態によるサブガスケット化膜は、露出膜と比較して改善された機械特性をもたらす。本明細書に記載の実施形態に従って付着および硬化されたサブガスケットによって保護された膜の弾性モジュラスは、露出膜のものよりも高い。露出膜および保護膜の試料を０．５インチ×８インチの大きさに切断し、そして引張荷重を受けさせた。実施例１の保護膜を同量まで伸長するために１６６５ｋｇ  ｆ／ｃｍ2が必要とされることと比較して、露出膜は８４５ｋｇ  ｆ／ｃｍ2の荷重で初期長さの４０％まで伸長する。これは、保護膜が露出膜よりも約二倍強靭であったことを示す。
【０１０２】
０．５インチ×８インチ試料における引張強度ＭＥＡ測定において、３３３０ｋｇ  ｆ／ｃｍ2で破壊した実施例１の保護膜と比較して、露出膜は８５６ｋｇ  ｆ／ｃｍ2の応力で破壊した。これは、引張強度が約三倍高かったことを示す。穿刺耐性は、６０ｐｓｉにおける露出膜と比較して、６５ｐｓｉにおける保護膜に関してより高かった。
【０１０３】
インストロン（Ｉｎｓｔｒｏｎ）法によって測定されるトラウザー引裂き強度は、一旦スライスまたは点欠陥が開始してから、材料が亀裂伝播に対してどの程度の耐性があるかという基準である。この値は典型的に、同種の燃料電池膜に対しては非常に低い。本発明のサブガスケットによって保護された実施例１の膜は、露出膜に対する３．１グラムと比較して、５．５グラムのトラウザー引裂き強度を有した。これは、露出膜以上のトラウザー引裂き強度の実質的な向上である。露出膜の熱アニーリングまたは厚さ増加、例えば厚さ２５％増加は、典型的にトラウザー引裂き強度を改善する。しかしながら、本発明のサブガスケット材料の使用は、熱アニーリングまたは厚さ増加によって得られるもの以上にトラウザー引裂き強度の改善をもたらす。例えば、３Ｍイオノマー膜の１６０℃および２００℃のアニーリングの比較において、トラウザー引裂き強度は、ウェブの下方向へ２．４グラムから３．３グラム、そしてウェブの横断方向へ２．１グラムから２．８グラム増加した。同様に、１ミルおよび１．５ミルのキャストナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）（登録商標）の間で小さい差異が見られる。
【０１０４】
本発明の実施形態に従って付着およびその位置で硬化することによって形成されるサブガスケットは、熱収縮に対する感応性の減少をもたらす。
【０１０５】
キャスト膜をライナーから取り外す時、それは張力が適用されない場合であっても、熱暴露によって生じる寸法変化に感応性である。１５０°Ｆおよび１００％ＲＨで暴露された露出膜は、約２％または２０，０００ｐｐｍ収縮した。本明細書（実施例１）に記載されたように形成されるサブガスケット材料によって保護された膜を同一条件下で暴露すると、約１．５％または１５，０００ｐｐｍのみ収縮した。
【０１０６】
本発明のサブガスケットの使用によって、ＭＥＡ組み立て後、膜へのＧＤＬの付着が改善される。典型的に、かなりの熱および圧力が適用される場合でさえ、ＧＤＬは事前に形成されたＣＣＭに付着しない。いくつかの場合では、ＭＥＡが注意深く取り扱われる場合のみ、ＧＤＬは結合したままである。本発明の膜保護層は硬化後も整合性であり、柔軟である。適度な熱および圧力下で、ＧＤＬが本明細書に記載のサブガスケット材料に容易に結合することは注目に値する。
【０１０７】
図８は、電力供給源としての燃料電池の操作の理解を容易にする簡略化された燃料電池系を描写する。図８に示される燃料電池系８００は、燃料電池積層体の各末端に配置される第１および第２の終板アセンブリを含む。燃料電池積層体は、終板８０２、８０４に隣接して配置された単極流れ場プレートとして構成された流れ場プレート８３２、８３４を含む。多数のＭＥＡ８６０および二極式流れ場プレート８７０が、第１および第２の終板８０２、８０４の間にある。これらのＭＥＡ構成部分は、好ましくは、前記のように形成されるサブガスケットを利用する。
【０１０８】
終板８０２、８０４を通してのコネクティングロッド８８０は、コネクティングロッドナット８８５が締め付けられる時、燃料電池積層体を優先的に圧縮するために使用されてよい。燃料電池積層体から収集される電流は、負荷８９０に電力を供給するために使用される。
【０１０９】
図８に例示されるように、燃料電池系８００は、例えば酸素を受容可能な第１の燃料インレットポート８０６を有する第１の終板８０２と、例えば水素を放出可能な第２の燃料アウトレットポート８０８とを含む。第２の終板８０４は、例えば酸素を放出可能な第１の燃料アウトレットポート８０９と、例えば水素を受容可能な第２の燃料インレットポート８１０とを含む。燃料は、終板８０２、８０４で提供される様々なポート８０６、８０８、８０９、８１０、ならびに積層体の各ＭＥＡ８６０および流れ場プレート８７０（例えばＵＣＡ）に提供されるマニホールドポートを通して、明示された様式で積層体中を通過する。
【０１１０】
図９〜１２は、本明細書に記載の燃料電池アセンブリを組み入れてもよく、そして発電のために燃料電池積層体を使用してもよい様々な燃料電池系を例示する。図９に示される燃料電池系９００は、本明細書の実施形態によって例示される燃料電池アセンブリが利用されてもよい多くの可能な系の１つを描写する。
【０１１１】
燃料電池系９００は、燃料プロセッサ９０４、電力部９０６および電力調節器９０８を含む。燃料改質装置を含む燃料プロセッサ９０４は、原料燃料、例えば天然ガスを受け、そして原料燃料を加工して水素が豊富な燃料を製造する。水素が豊富な燃料は、電力部９０６に供給される。電力部９０６内で、水素が豊富な燃料は、電力部９０６に含有される燃料電池積層体のＵＣＡの積層体中に導入される。空気の供給も電力部９０６に提供され、これは燃料電池の積層体の酸素供給源をもたらす。
【０１１２】
電力部９０６の燃料電池積層体は、ＤＣ電力、使用可能な熱およびクリーンな水を生じる。再生系において、副産熱のいくらかまたは全てが使用されて蒸気を生じ得、これは続いて、燃料プロセッサ９０４によって使用され、様々な処理機能を実行することができる。電力部９０６によって生じるＤＣ電力は電力調節器９０８に送達され、ここで、その後の使用のため、ＤＣ電力はＡＣ電源に変換される。ＤＣアウトプット電力を提供する系において、ＡＣ電力変換が含まれる必要がないことは理解される。
【０１１３】
図１０は、燃料供給ユニット１００５、燃料電池電力部１００６および電力調節器１００８を含む燃料電池電力供給１０００を例示する。燃料供給ユニット１００５は、燃料電池電力部１００６に供給される水素燃料を含有する貯蔵器を含む。電力部１００６内において、水素燃料は、電力部１００６に含有される燃料電池積層体のＵＣＡ中に空気または酸素と一緒に導入される。
【０１１４】
燃料電池電力供給系１０００の電力部１００６は、ＤＣ電力、使用可能熱およびクリーンな水を製造する。所望であれば、ＡＣ電源への変換のために、電力部１００６によって生じるＤＣ電力は電力調節器１００８へと転送されてもよい。図１０で例示される燃料電池電力供給系１０００は、例えば、固定または携帯型ＡＣもしくはＤＣ発電機電力として実行されてもよい。
【０１１５】
図１１に例示される実施において、燃料電池系１１００は燃料電池電力供給によって発生する電力を使用して、コンピュータを操作するための電力を提供する。図１０に関して記載されるように、燃料電池電力供給系は燃料供給ユニット１１０５および燃料電池電力部１１０６を含む。燃料供給ユニット１１０５は、燃料電池電力部１１０６に水素燃料を提供する。電力部１１０６の燃料電池積層体は、デスクトップまたはラップトップコンピュータのようなコンピュータ１１１０を操作するために使用される電力を製造する。
【０１１６】
図１２に例示されるもう１つの実施において、燃料電池系１２００は燃料電池電力供給から電力を使用して、自動車を操作する。この立体構造において、燃料供給ユニット１２０５は、燃料電池電力部１２０６に水素燃料を供給する。電力部１２０６の燃料電池積層体は、自動車１２１０の駆動機構に連結するモーター１２０８を操作するために使用される電力を生じる。
【０１１７】
実験
以下に提供される実施例は、本発明の実施形態によるＭＥＡ構造の製造に関する様々な方法を記載する。
【０１１８】
一般的な方法論
均一な液体混合物（以後、「分散体」と呼ぶ）を形成するために、保護サブガスケット層を構成する分散溶液を完全に混合する。ＰＥＭまたはＧＤＬ構造体への分散体の適用は、好ましくはスクリーン印刷によって実行される。
【０１１９】
ＰＥＭをライナーから取り外し、そしてスクリーン印刷テーブル上で平らに配置し、その場でテープによって縁に保持された。所望のパターンのスクリーンを使用して、分散体の薄層をＰＥＭに適用した。付着されたサブガスケット層の厚さをスクリーンメッシュサイズによって制御した。例えば、サブガスケットは約５μｍ〜約１００μｍの厚さを有する。コーティングされてない膜領域が、使用されているＧＤＬまたはＣＣＥＢの大きさよりもわずかに小さくなるように、スクリーンのパターンを設計した。２７０メッシュスクリーンを使用して、厚さ１ミルまでの保護コーティング層を付着した。
【０１２０】
第１のサブガスケット層の「湿潤」コーティングは、適切な波長および強度のＵＶランプを使用して硬化された。使用されるＵＶ装置は、マサチューセッツ州、ガイテスバルグのフュージョン  システムズ  インコーポレイテッド（Ｆｕｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．，Ｇａｉｔｈｅｓｂｕｒｇ，ＭＡ）のモデル＃ＤＲＳ−１２０であった。Ｄ型またはＨ型バルブを使用して、４フィート／分でサブガスケット層を硬化する。バルブの種類は、適用された分散体の化学に従って異なった。
【０１２１】
部分的にコーティングされた膜を裏返し、テープを使用してスクリーン印刷テーブル上で平らに配置して、膜の第２の側をコーティングした。各層に対してコーティングされていない窓が整列されるように、サブガスケット化膜をテーブル上に配置した。
【０１２２】
ＧＤＬ／触媒結合は、適切なダイによって寸法設定されるようにＣＣＥＢまたはＧＤＬの断片の切断を伴った。ＣＣＥＢは膜上の保護されていない窓よりもわずかに大きく寸法設定されるため、ＧＤＬの縁周辺に約１００ミルの重複があった。ＣＣＥＢ断片はコーティングされた膜の両側に配置され、ＰＴＦＥシムがＧＤＬ周辺に配置される。
【０１２３】
サブガスケット化膜、２つのＧＤＬ（１つは上部、もう１つは底部）およびＧＤＬ周辺に配置される２つのＰＴＦＥガスケットを含んでなる積層された層状アセンブリを形成した。ＧＤＬおよびガスケットの縁が整列するように、構成部分が配置されてよい。
【０１２４】
予め決められた期間で、ＭＥＡ構成部分に圧力および熱の一方または両方を適用することによって層状アセンブリを結合してもよい。例えば、ＰＥＭの軟化点付近の温度の熱が適用されてもよい。層を連結し、ガスケット化ＭＥＡを製造するために、約１０分間、約１３２℃（２７０°Ｆ）および約０．８９ＭＰａ（０．５トン／５０ｃｍ2）〜約５．３ＭＰａ（３．０トン／５０ｃｍ2）、好ましくは２．７ＭＰａ（１．５トン／５０ｃｍ2）の熱および圧力の適用によって結合が達成されてもよい。過剰圧縮を防止するために、結合の間、膜の両側上で一対の５ミルＰＴＦＥシムが使用されてもよい。
【実施例】
【０１２５】
実施例１
１０部のポリブタジエンジメタクリレートオリゴマー（ペンシルバニア州、エクストンのサートマー（Ｓａｒｔｏｍｅｒ，Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）から商品名「ＣＮ３０１」で入手可能）と、３部の１，６−ヘキサンジオールジアクリレート（１９３４１  ペンシルバニア州、エクストンのサートマー（Ｓａｒｔｏｍｅｒ，Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）から商品名「ＳＲ２３８」で入手可能）とを含んでなるＵＶ硬化可能な分散体混合物を調製した。約５重量％のα−ヒドロキシ−アセトフェノン型光開始剤（ペンシルバニア州、エクストンのサートマー（Ｓａｒｔｏｍｅｒ，Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）から商品名「ＳＲ１１２９」で入手可能）を使用した。この分散体は約１０００ｃｐの粘度を有した。第一段階において、厚さ１．１ミルのキャストナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）（登録商標）１１００膜をキャリアライナーから剥離した。薄膜の取り扱いを容易にするため、断面をスクリーン印刷機上に装着されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）キャリアウェブ上にテープで貼り付けた。パターン化ガルス（Ｇａｌｌｕｓ）型スクリーンを使用して、分散体を前記膜に適用した。１インチあたり２４０開口のスクリーン印刷メッシュを使用して、厚さ約１ミルまでの保護フィルムを膜の各側に付着させた。各コーティング層を適用した後、Ｄ型バルブを使用して分散体を硬化した。片側での印刷およびＵＶ硬化後、膜の断面を裏返し、逆位置においてＰＥＴキャリアにテープで貼り付けた。分散体の２回目のパスを適用および硬化後、得られた膜を両側で約１ミルの粘性樹脂ポリマーによってコーティングした。
【０１２６】
実施例２
膜をＰＥＴキャリアライナーに付着させたまま、上記実施例１に記載の分散体混合物を膜上に印刷した。厚さ３ミルのＰＥＴライナー上の厚さ１．１ミルのキャストナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）（登録商標）１１００膜をアンワインドからワインドアップまでテルスター（ＴＥＬＳＴＡＲ）（ミネソタ州、バーンズビル（Ｂｕｒｎｓｖｉｌｌｅ，ＭＮ））スクリーン印刷機上に装着したＵＶ硬化可能な分散体混合物を約１ミルの厚さまでＰＥＭに付着させた。実施例１と同様に、Ｄ型バルブを使用して分散体を硬化した。次いで膜をライナーから剥離した。得られた膜は片側上に、コーティングされていない窓開口周囲に適用された保護材料のフレームを有した。
【０１２７】
実施例３
ノーザン  コーティングス（Ｎｏｒｔｈｅｒｎ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ）（ミシガン州、メノミニー（Ｍｅｎｏｍｉｎｅｅ，ＭＩ））からＵＶ保護ワニスの試料（トリメチロールプロパントリアクリレートエステル）を入手した。実施例２の方法を使用して、膜上に２ミルの厚さまでＵＶワニスを適用した。実施例１と同様に、Ｄ型バルブを使用して分散体を硬化した。次いで膜をライナーから剥離した。得られた膜は、コーティングされていない窓開口周囲に適用された保護材料のフレームを有した。手で試験した時、保護膜は伸長および変形に対して著しく抵抗を示したが、膜が沸騰水に暴露された時、コーティングは離層した。
【０１２８】
実施例４
インクジェット印刷可能なゾル−ゲルＰＳＡ分散体を以下の組成：８０質量％のモノマー混合物：８０部の２−エチルヘキシルアクリレート（２−ＥＨＡ）、２０部のイソボルニルアクリレート（ＩＢＡ）、０．１０部の１，６ヘキサンジオールジアクリレート（ＨＤＤＡ）架橋剤および光開始剤（ペンシルバニア州、エクストンのサートマー（Ｓａｒｔｏｍｅｒ，Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）から入手可能な商品名「エサキュア（ＥＳＡＣＵＲＥ）ＫＢ−１」で既知）と、２０質量％の表面処理シリカとで調製した。この分散体は米国特許出願公開第２００２／０１２８３４０号明細書の例えば実施例８および表４において、ならびに関連文章において記載されている。前記で組み入れられた米国特許出願第１０／３２５，２７８号明細書に記載のようにテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とＨＯＳＯ2ＣＦ2ＣＦ2ＣＦ2−ＣＦ2ＯＣＦ2ＣＦ2とのコポリマーと同様に、ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）（登録商標）１１００にこの材料を１〜２ミルの厚さで適用するためにドローダウンコーティング法を使用した。低圧Ｔ５殺菌性ＵＶ管を使用して２０分ＵＶ硬化を実行し、ＰＳＡ特性を達成した。この硬化段階については、米国特許出願公開第２００２／０１２８３４０号明細書の例えば実施例９に記載されている。得られたフィルムは靭性で粘性であった。伸長時、未処理の膜と比較して試料は著しく強く感じられた。この材料の一部を蒸留水中で４時間沸騰させ、そしてコーティングは膜に強力に接着したままであった。硬化前にモノマーはわずかに膜中に浸透し得るため、膜への接着の増加が生じる。コーティングを硬化した後、このような事前の膨潤のため、定着は良好であった。
【０１２９】
実施例５
前記で組み入れられた米国特許出願第１０／３２５，２７８号明細書に記載のような１．２ミル厚の試料（１６０℃アニール化）９５０当量膜をガラスプレート上で引っ張って伸長した。１ミルのポリエステルからステンシルカットを使用して、約１ミルのビニルプラスチゾル樹脂（オハイオ州、エイボンレイクのポリワン  コーポレイション（ＰｏｌｙＯｎｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ａｖｏｎ  Ｌａｋｅ，ＯＨ）から商標名「Ｍ３１０８  ＢＬＡＣＫ」で入手可能）を開口領域を有するフレームパターンに適用した。プラスチゾルは、８０℃で低クリープを有するように開発された微粒子充填配合物である。硬化後、プラスチゾルを１７０℃まで１０分間加熱し、ゲル化して、プラスチゾルを固化した。ＵＶ硬化は実行しなかった。室温まで冷却後、コーティングされた膜とコーティングされていない膜とで手による比較を実行した。コーティングされた膜は著しく強く、そして伸長に対してより抵抗を示した。８０℃のＤＩ水中で２時間後、コーティングは接着したままであった。しかしながら、ＤＩ水で４時間沸騰後、プラスチゾル層は部分的に分離した。
【０１３０】
モノマー種による膜の膨潤がないため、プラスチゾルは同様に付着しなかったのであろう。しかしながら、燃料電池での操作間、積層構造は圧力下にあり、そして分離する可能性は低い。長期間の水中での沸騰時、ビニルプラスチゾル樹脂は分解せず、安定であることがわかった。一般的に、ビニルプラスチゾルポリマーは酸抵抗を示すことが知られており、そして保護の適切な候補となり得る。
【０１３１】
実施例６
１０部の「エステル骨格、脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマー」（１９３４１  ペンシルバニア州、エクストンのサートマー（Ｓａｒｔｏｍｅｒ，Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）から商品名「ＣＮ９６４」で入手可能）と、６部の１，６−ヘキサンジオールジアクリレート（ペンシルバニア州、エクストンのサートマー（Ｓａｒｔｏｍｅｒ，Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）から商品名「ＳＲ２３８」で入手可能）とを含んでなるＵＶ硬化可能な分散体を調製した。約５質量％のα−ヒドロキシ−アセトフェノン型光開始剤（１９３４１  ペンシルバニア州、エクストンのサートマー（Ｓａｒｔｏｍｅｒ，Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）から商品名「ＳＲ１１２９」で入手可能）を添加した。この分散体は約２０００ｃｐの粘度を有した。第一段階において、厚さ１．１ミルのナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）（登録商標）１１００膜をキャリアライナーから剥離した。薄膜の取り扱いを容易にするため、断面をガラスプレート上にテープで貼り付けた。１インチあたり３４０開口のスクリーン印刷メッシュを使用して、厚さ約１ミルのフィルムが膜の各側に付着されるように、分散体を１．１ミルのキャストナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）（登録商標）１１００の両側に適用した。各コーティング層を適用した後、Ｄ型バルブを使用して分散体を硬化した。片側での印刷およびＵＶ硬化後、膜を裏返し、逆位置においてテープで貼り付けた。分散体の２回目のパスを適用および硬化後、得られた膜を両側で約１ミルの粘性樹脂ポリマーによってコーティングした。
【０１３２】
実施例７
テキサス州、ヒューストンのレゾルーション  パフォーマンス  プロダクツ（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）から入手可能な商品名「エポン（ＥＰＯＮ）８２８」で既知のビスフェノールＡ・ジグリシジルエーテルエポキシ８０部と、ミシガン州、ミッドランドのダウ  ケミカル（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）から入手可能な商品名「トナー（ＴＯＮＥＲ）０２０１ポリオール（ＰＯＬＹＯＬ）」で既知のポリエステルポリオール２０部とを含んでなるＵＶ硬化可能な分散体を調製した。ミシガン州、ミッドランドのダウ  ケミカル（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）から入手可能な商品名「ＣＰＩ６９７６」で既知の光開始剤２％ｗ／ｗを添加した。この分散体は約４０００ｃｐの粘度を有した。第一段階において、厚さ１．１ミルのナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）（登録商標）１１００膜をキャリアライナーから剥離した。薄膜の取り扱いを容易にするため、断面をガラスプレート上にテープで貼り付けた。１インチあたり２７０開口のスクリーン印刷メッシュを使用して、厚さ約１ミルのフィルムが膜の各側に付着されるように、分散体を１．１ミルのキャストナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）（登録商標）１１００の両側に適用した。各コーティング層を適用した後、Ｄ型バルブを使用して分散体を硬化した。片側での印刷およびＵＶ硬化後、膜を裏返し、逆位置においてテープで貼り付けた。分散体の２回目のパスを適用および硬化後、得られた膜を両側で約１ミルの粘性樹脂ポリマーによってコーティングした。
【０１３３】
本発明の様々な実施形態の前記記述は実例および説明の目的のために存在する。徹底的であるか、または本発明を開示された正確な形態に限定する意図はない。上記教示の観点から、多くの修正および変更が可能である。本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、むしろ請求の範囲によって限定される。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１Ａ】燃料電池およびその構成層の図。
【図１Ｂ】本発明の実施形態による、単極立体構造を有するユニット化された電池アセンブリの図。
【図１Ｃ】本発明の実施形態による、単極／双極立体構造を有するユニット化された電池アセンブリの図。
【図２Ａ】触媒コーティング電極バッキング（ＣＣＥＢ）をベースとする膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）構造体の断面図。
【図２Ｂ】触媒コーティング膜（ＣＣＭ）をベースとするＭＥＡ構造体の断面図。
【図２Ｃ】本発明の実施形態による、サブガスケット層を有するＣＣＥＢをベースとするＭＥＡの断面図。
【図２Ｄ】本発明の実施形態による、ガス拡散層（ＧＤＬ）構造の縁がサブガスケット層と重なり合うＣＣＭをベースとするＭＥＡの断面図。
【図２Ｅ】本発明の実施形態による、ＧＤＬ構造体の周辺がＣＣＭと直接接触しないようにサブガスケットと重なり合うＧＤＬ構造体を有するＣＣＭをベースとするＭＥＡの断面図。
【図３Ａ】本発明の実施形態による、ＣＣＥＢをベースとするＭＥＡサブアセンブリ（または１／２−ＭＥＡ）の断面図。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による、一緒に結合された２個の１／２−ＭＥＡサブアセンブリの断面図。
【図３Ｃ】本発明の実施形態による、保護サブガスケットと重なり合うＧＤＬを有するＣＣＭをベースとするサブアセンブリ（１／２−ＭＥＡ構造体）の断面図。
【図３Ｄ】本発明の実施形態による、ＭＥＡ構造体を形成するように一緒に結合された２個のＣＣＭサブアセンブリの断面図。
【図３Ｅ】本発明の実施形態による、ＣＣＭをベースとする１／２−ＭＥＡサブアセンブリの断面図。
【図３Ｆ】本発明の実施形態による、２個のＣＣＭをベースとする１／２−ＭＥＡサブアセンブリの融合の図。
【図４Ａ】本発明の実施形態による、ＰＥＭの周辺領域を補強するサブガスケット層を有する１／２−ＭＥＡサブアセンブリの図。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による、１／２−ＭＥＡが融合可能な膜の裏側上に配置されたサブガスケット層を有する、融合前の２個の１／２−ＭＥＡサブアセンブリの図。
【図４Ｃ】本発明の実施形態による、ＰＥＭの裏側に適用された保護サブガスケット層を有するＣＣＥＢをベースとするＭＥＡアセンブリの断面図。
【図４Ｄ】本発明の実施形態による、膜の裏側に適用された保護サブガスケット層を有するＣＣＭをベースとするＭＥＡサブアセンブリ（１／２−ＭＥＡ）の断面図。
【図４Ｅ】本発明の実施形態による、二層膜を形成するために一緒に積層可能である２個のＣＣＭサブアセンブリの図。
【図４Ｆ】本発明の実施形態による、内部サブガスケット層が補強された縁を形成する、二層膜４５０を有する完全ＭＥＡの断面図。
【図５】本発明の実施形態による、ＧＤＬの外周部分上に配置された保護サブガスケット層を有するＣＣＭをベースとするＭＥＡの断面図。
【図６】本発明の実施形態による、ＭＥＡアセンブリおよびサブアセンブリの製造に関連するプロセスを説明するフローチャート。
【図７】本発明の実施形態による、ＭＥＡアセンブリおよびサブアセンブリの製造に関連するプロセスを説明するフローチャート。
【図８】本発明の実施形態による、好ましくはＭＥＡアセンブリを利用する燃料電池の積層体中に、および積層体から燃料が通過する様式の理解を容易にするために単純化された燃料電池積層体の図。
【図９】本明細書に記載のＭＥＡアセンブリを組み入れ、そして電力発生のために燃料電池積層体を使用してもよい燃料電池系の図。
【図１０】本明細書に記載のＭＥＡアセンブリを組み入れ、そして電力発生のために燃料電池積層体を使用してもよい燃料電池系の図。
【図１１】本明細書に記載のＭＥＡアセンブリを組み入れ、そして電力発生のために燃料電池積層体を使用してもよい燃料電池系の図。
【図１２】本明細書に記載のＭＥＡアセンブリを組み入れ、そして電力発生のために燃料電池積層体を使用してもよい燃料電池系の図。
【図１Ａ】
2008516395.tif 000003
【図１Ｂ】
2008516395.tif 000004
【図１Ｃ】
2008516395.tif 000005
【図２Ａ】
2008516395.tif 000006
【図２Ｂ】
2008516395.tif 000007
【図２Ｃ】
2008516395.tif 000008
【図２Ｄ】
2008516395.tif 000009
【図２Ｅ】
2008516395.tif 000010
【図３Ａ】
2008516395.tif 000011
【図３Ｂ】
2008516395.tif 000012
【図３Ｃ】
2008516395.tif 000013
【図３Ｄ】
2008516395.tif 000014
【図３Ｅ】
2008516395.tif 000015
【図３Ｆ】
2008516395.tif 000016
【図４Ａ】
2008516395.tif 000017
【図４Ｂ】
2008516395.tif 000018
【図４Ｃ】
2008516395.tif 000019
【図４Ｄ】
2008516395.tif 000020
【図４Ｅ】
2008516395.tif 000021
【図４Ｆ】
2008516395.tif 000022
【図５】
2008516395.tif 000023
【図６】
2008516395.tif 000024
【図７】
2008516395.tif 000025
【図８】
2008516395.tif 000026
【図９】
2008516395.tif 000027
【図１０】
2008516395.tif 000028
【図１１】
2008516395.tif 000029
【図１２】
2008516395.tif 000030
【国際調査報告】
2008516395.tif 000031
2008516395.tif 000032
2008516395.tif 000033