(57)【要約】  電気化学セルの多孔質輸送膜４を作製する方法は、金属粉末を結合剤と混合し、続いて、フォイルに成形することからなる。フォイルが多孔質金属膜８に接触され、続いて、結合剤が除去され、残留する処理済み膜９が多孔質金属膜８と焼結されることにより、多孔質金属膜８の膜上に微多孔質金属膜９が成膜されてなる多孔質輸送膜４が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学セル用、特にＰＥＭ構造の電解槽用の多孔質輸送膜（４）を作製する方法であって、
前記多孔質輸送膜の一部を形成することになる金属粉末（１２）としての金属が結合剤（１３）と混合され、続いて、シート状の要素（１０）に成形され、又は支持フォイル上に塗布され、その後又はその際、多孔質金属膜（８）又は該多孔質金属膜（８）の未処理部材若しくは処理済み部材に、前記シート状の要素（１０）を接触させ、前記結合剤（１３）及び／又は前記支持フォイルが除去され、前記多孔質金属膜（８）又は該多孔質金属膜（８）の前記処理済み部材を備えた残存する処理済み膜が焼結される又は拡散溶接により結合される、方法。
【請求項２】
前記シート状の要素（１０）は、フォイル（１０）に成形されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フォイル（１０）の成形は、押出成形により行われることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記フォイル（１０）の成形は、連続鋳造により行われることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記フォイル（１０）の成形は、圧延により行われることを特徴とする、請求項２〜４のうちの何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記シート状の要素は、孔版印刷方法によって、前記多孔質金属膜（８）又は該多孔質金属膜の前記処理済み部材上へ付着されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記多孔質金属膜（８）は、前記結合剤と混合された金属粉末により形成され、成形後に未処理部材が形成され、続いて、前記結合剤が除去され、形成された処理済み部材が焼結されることを特徴とする、請求項１〜６のうちの何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記結合剤の除去及び／又は焼結は、前記シート状の要素のものと共に同時に行われることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記金属は、チタン又は少なくとも９５重量％までのチタン系合金であることを特徴とする、請求項１〜８のうちの何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記多孔質金属膜（８）は、焼結金属板、金属織布及び／又は金属フェルトにより形成されていることを特徴とする、請求項１〜９のうちの１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記金属粉末（１２）は、４５μｍ未満、好ましくは２０μｍ又は１０μｍ未満の最大粒径を有し、前記シート状の要素（１０）を作製するのに使用されることを特徴とする、請求項１〜１０のうちの何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記多孔質輸送膜（４）の表面（１４）は、触媒膜（６）に接触するように定められた側で、研磨又は圧延により滑らかにされることを特徴とする、請求項１〜１１のうちの何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記多孔質輸送膜（４）の表面（１４）は、触媒膜（６）に接触するように定められた側で化学的に、好ましくはエッチングにより粗くされることを特徴とする、請求項１〜１２のうちの何れか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記シート状の要素、特に前記フォイル（１０）は、０．０４ｍｍ〜０．２ｍｍ、好ましくは０．０４ｍｍ〜０．１ｍｍの厚さで形成されることを特徴とする、請求項１〜１３のうちの何れか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記多孔質輸送膜（４）は、双極板に溶接されることを特徴とする、請求項１〜１４のうちの何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のうちの何れか１項による方法に従って作製された多孔質輸送膜（４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学セル用、特にＰＥＭ構造の電解槽用、詳細には、特に水を酸素と水素に電気分解するための多孔質輸送膜を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＴＬ（Porous Transport Layer）の名称でも知られている多孔質輸送膜は、電気化学セル、例えばＰＥＭ構造（ＰＥＭは、プロトン交換膜（Proton Exchange Membrane）やポリマー電解膜（Polymer Electrolyte Membrane）を示す。）の電解槽に使用されており、一方では、反応体、例えば水を触媒及び電解槽から形成されたセル積層体のＰＥＭに近づけ、他方では、反応生成物を再び排出する。
さらに、これらの多孔質輸送膜は、電気的にも重要な機能を有しており、セル膜上の触媒に可能な限り大きな電流を大面積にわたり流したり、又は、例えば燃料電池の場合には、その大電流をその膜から流したりすることができる。ここで、電気的な理由から強度のある均一な電流の通過を確保するために、可能な限り閉塞した導電性の表面を形成することが望ましい。それとは反対に、反応体の供給及び反応生成物の排出に関して、各々の生成物を可能な限り少ないエネルギー消費で通過させるのに、可能な限り孔の開いた構造が目的に適っている。
他方では、セル積層体内に所定の積層の高さで可能な限り多くの電気化学セルを配置することができるようにするために、このような多孔質輸送膜は、可能な限り薄いことが望ましい。また、用途によっては、例えば触媒を用いて水を電気分解するＰＥＭ電解槽の酸素側で、高価な材料費を考慮して、このような多孔質輸送膜を可能な限り少ない材料費で実現するのに手間がかかる。
【０００３】
独国特許公開第102013207075号明細書には、電流分散膜が組み込まれた双極板を作製する方法が既に従来技術として挙げられている。その際、個別の部分は焼結により互いに対して結合される。上述の部分的に対立する要求を満たすために、例えばチタン繊維から形成された厚さの僅かなフェルトを使用し、このフェルトに多孔質チタン膜を設けることが知られている。
【０００４】
独国特許公開第102015111918号明細書には、従来技術として、真空内でのプラズマ噴射により焼結金属板上へこのような微多孔質膜を成膜することが挙げられている。真空下のプラズマ噴射は技術的に複雑でコストがかかるものであり、面内での膜厚が様々になり得る。
【０００５】
さらに、従来技術として、チタンから構成されるこのような多孔質膜を溶射又は３次元印刷法により成膜することが挙げられている。両方の方法では、多孔質膜の膜厚は成膜時の線状噴射により不均一になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許公開第102013207075号明細書
【特許文献２】独国特許公開第102015111918号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような従来技術に対して、本発明の課題は、電気化学セル用、特にＰＥＭ電解槽の酸素側、即ちアノード側用の多孔質輸送膜を作製するための既知の方法を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、本発明によれば、請求項１に示される特徴を有する方法により解決される。本発明の有利な形態は、従属請求項、以下の説明及び図面に示されている。
【０００９】
本発明による方法では、電気化学セル用、例えばバッテリー用、燃料電池用、又は電解槽用、特にＰＥＭ構造の電解槽用の多孔質輸送膜を作製するため、多孔質輸送膜の一部を形成することになる金属粉末としての金属、つまり、例えばチタンが結合剤と混合され、続いて、シート状の要素に成形される又は支持フォイル上に塗布される。その後、金属粉末及び結合剤から形成されたシート状の要素、又は金属粉末を備えた支持フォイルを、多孔質金属膜に又は多孔質金属膜の未処理部材に接触させる。代わりに、シート状の要素を多孔質金属膜上に又は多孔質金属膜の未処理部材若しくは処理済み部材の上に直接成膜することもある。続いて、結合剤及び場合によっては存在する支持フォイルが除去され、多孔質金属膜又は多孔質金属膜の処理済み部材を備えた残存する処理済み膜が焼結されるか、又は拡散溶接により結合される。２つの異なる形態では、密接な物質透過性の結合が生じ、その際、微多孔質金属膜が多孔質金属膜上に結合されて１つの部材になる。
【００１０】
本発明による方法の基本的な概念は、基本的に従来技術として挙げられてこのような多孔質輸送膜を作製するのに用いられるような多孔質金属膜に、先ず、粉状の金属粉末を結合剤と混合することにより、微細な多孔質の（微多孔質の）金属膜を設けることである。この結合剤は、複数の物質から構成されており、例えばポリエチレン及びワックスから構成される結合剤であってもよい。このようにして金属粉末の射出成形技術と同様に原料と呼ばれる材料を生成する。次に、その材料は、熱及び圧力の作用下の押出機又は別の適切な機械内で、適切な造形が可能であるようにさらに加工され得る。
【００１１】
本発明によれば、成形は、シート状の要素、つまり、例えば、薄いフォイル、面状の薄膜又は薄膜が成膜された支持フォイルの助けを借りて行われる。その際、このシート状の要素は、例えば、フォイルのような自己支持形式の要素に成形されるか、支持フォイルを用いて、このような支持フォイル上に膜として形成されるか、又は好ましくは同一の材料から成る多孔質金属膜上に若しくはこのような多孔質金属膜の未処理部材上に、膜として直接与えられる。続いて、結合剤及び場合によっては存在する支持フォイルは、通常、熱的な結合解除により、代わりに又は追加的に化学的な結合解除により除去される。その上部にシート状の要素を有する処理済み部材としての残留多孔質金属膜は、結合剤と、支持フォイルを除去した後のフォイル又は支持フォイルとからの残留金属部分であるが、次の焼結により、即ち、高温加熱により、場合によっては追加的に加圧により結合されて１つの部材になる。代わりに、これは拡散溶接によっても行われ得る。
【００１２】
有利なことに、多孔質金属膜もまた金属粉末及び結合剤から作製される場合、結合剤を除去する工程も２つの膜を焼結する後続のプロセスも、つまり、得られるべき多孔質金属膜及びその上に配置されるシート状の要素に、若しくは結合剤除去後の残留部分に、同時に一緒に焼結され得る。形成されるべきシート状の要素は、最終製品において触媒面に接触するための後の導電性及び流体透過性の微多孔薄膜を形成するものであり、自己安定性の、即ち、自己支持形式のフォイルを作製することによって支持フォイル上に膜を成膜させることにより、又は多孔質金属膜が同様に作製されることになる場合には、多孔質金属膜若しくは多孔質金属膜の未処理部材上へ膜を直接成膜させることにより生じ得る。
【００１３】
金属粉末及び結合剤から成る混合物をフォイルに成形する代わりに、金属粉末及び結合剤を、支持フォイル上へ、例えば、ポリエチレン製のフォイル上に塗布する場合、先ず、熱処理及び／又は化学処理により結合剤及び支持フォイルを除去しなければならない。その後、同様に微細な金属粉末から成る処理済み膜が残存している。その処理済み膜は多孔質金属膜と共に焼結される。これらの膜は、焼結の代わりに拡散溶接によっても結合され得る。この方法は十分に知られていて、それらのパラメータは材料に応じて選択され得る。
【００１４】
本発明による方法は、比較的少ない金属材料の使用で多孔質輸送膜を費用面で有利に同時に効率的に作製することを可能にする。これにより、極めて均一で同時にとりわけ薄い微多孔質膜を多孔質金属膜上へ成膜することができ、つまり、薄く構成された、導電性及び流体透過性に関して高効率の多孔質輸送膜を形成することができる。材料の焼結が、場合によっては加圧により追加的に、又は熱処理前に若しくは熱処理後に補足され得る。
【００１５】
本発明による方法は、特にチタン又はチタン合金から形成された多孔質輸送膜用に提供されているが、本発明による方法を用いて他の金属又は金属合金からも多孔質輸送膜が形成され得ることがわかる。ここで、膜厚に決定的に重要であるのは、一方では使用される多孔質金属膜、他方では金属粉末の粒径であり、それは、さらに以下により詳細に示されている。
【００１６】
特に、金属粉末と結合剤とから形成される混合物が押出成形により、つまり、押出機を用いてフォイルに成形されることは有利である。このような押出機は合成樹脂の射出成形技術で知られていて、数多くの異なる形態で入手可能である。ここで、そのように成形されたフォイルは未処理部材を形成し、続いて、そのフォイルが、フォイルの支持機能を担う多孔質金属膜の上に付着され、又は、その多孔質金属膜の未処理部材若しくは処理済み部材の上に付着された後に、そのフォイルの結合剤が通常は熱処理により、つまり加熱により除去される。
【００１７】
代わりに、フォイルの成形は連続鋳造により行われ得る。その際。フォイルは、まだ加熱形態であっても冷却形態であっても、圧延による延伸効果又は薄膜化の効果をもたらすために場合により機械的な後処理に送られ得る。
【００１８】
代わりに又は追加的に、本発明の別の形態によるフォイルの成形は、圧延により行われ得る。フォイルを圧延ロールで加工することにより膜厚をさらに一様にすることができ、さらには、この方法でもある程度の圧延効果を得ることができる。圧延は押出成形又は連続鋳造に続いて行われ得る。
【００１９】
しかしながら、本発明による作製方法は、また、金属粉末及び結合剤からフォイルを形成しようと、結合剤と混合された金属粉末がフォイルに成形されずに孔版印刷方法で多孔質金属膜上へ塗布される場合、金属粉末が結合剤と共にその上部に塗布されている支持フォイルを使用しようと、薄膜技術を回避して利用され得る。孔版印刷方法に使用される結合剤は、通常、フォイルの形成に使用されるものとは別の結合剤であり得ることがわかる。温度及び粘度は、金属粉末及び結合剤から成るこの混合物を、ドクターブレードを用いて適切な目の細かい織布を通して多孔質金属膜上へ付着させることができ、織布を除去した後にこの膜が混じり合って可能な限り均質な同じ厚さの膜になるように、相互に調節されている。ここで、焼結前に再び結合剤が除去されることがあり、それは、熱処理及び／又は化学的処理により行われ得る。つまり、熱処理の前又はその後に印刷膜を溶剤で洗浄することがあり、これにより、後の焼結の際、拡散工程が結合剤の不純物により妨げられることはない。
【００２０】
代わりに孔版印刷方法を用いても、本発明によれば、多孔質金属膜上への付着の代わりに多孔質金属膜の未処理部材上への付着を実行して、次に両方の膜から共に同時に結合剤を取り除き、そのようにして生じた処理済み部材を共に同時に焼結することが想定されている。
本発明によれば、孔版印刷方法で付着されたシート状の要素を多孔質金属膜の処理済み部材上に付着することも想定することができる。これは、特に、両方の膜が異なる結合剤を使用して作製される場合に意味がある。さらには、多孔質膜の金属粉末の粒径は、微多孔質膜の粒径よりも明らかに大きいと考えられ得る。したがって、その作製方法は、膜がその構造に保たれたままであり、境界領域でのみ互いに対して結合されるように制御され得る。
【００２１】
本発明による方法は、特に有利には、チタン又はチタン系合金から多孔質輸送膜を作製するのに使用され、その多孔質輸送膜は少なくとも９５重量パーセントのチタンを有する。ＰＥＭ電解槽のアノードには、可能な限り純粋なチタンが都合良く使用される。多孔質金属膜は、焼結金属板、金属織布及び／又は金属フェルトにより形成されてもよい。このような焼結金属板は、従来技術として挙げられていて、例えばＧＫＮグループ又は米国のＭＯＴＴ社により提供される。例えば、この目的のためにＮＶバカレ株式会社又は独国のメリコン有限会社により提供されるような金属フェルトを使用することは特に有利である。
【００２２】
一方では、微多孔質膜に関して可能な限り少ない材料の使用を保証し、しかしながら、他方では、良好な導電接触能と高い流体透過性とを僅かな膜厚で得るために、最大粒径が４５μｍ未満の金属粉末を使用することは有利である。最大粒径は、好ましくは２０μｍ未満、さらに好ましくは１０μｍ未満であり、それは現時点で最小の扱いやすい市販の粒径と言ってよい。基本的にはさらに小さな粒径が望ましいが、現時点での従来技術では、実現できない。
【００２３】
微多孔質膜は、例えばＰＥＭ電解槽では、ポリマー電解膜に配置された触媒膜に接触するように設けられている。ここで可能な限り良好な導通性の面接触を確保するために、本発明による方法の別の形態によれば、多孔質輸送膜の表面を触媒に接触するように定められた側で、つまり、微多孔質膜の自由表面を、研磨及び／又は圧延により滑らかにすることを想定している。
【００２４】
表面を滑らかにする代わりに又はそれに加えて、この表面を好ましくはエッチングにより化学的に粗くすることは有利であり得る。それにより、特に表面領域での多孔度も向上され、その表面を触媒に接触させる際の密接な導電接触が保証される。このような酸洗い工程は、チタンから形成される多孔質輸送膜の場合、例えば硫酸を用いた処理により行われ得る。
【００２５】
材料の使用を最小限にし、多孔質輸送膜の厚さを可能な限り小さく保つために、金属粉末及び結合剤から成形されるフォイルを０．０４ｍｍ〜０．２ｍｍの厚さに、好ましくは０．０４ｍｍ〜０．１ｍｍの厚さに形成することが有利である。その際、最小膜厚は最大粒径により定められ、最大粒径が小さいほど、フォイルの膜厚も小さくなり得る。
【００２６】
多孔質金属膜は、この膜が同様に金属粉末と結合剤との混合物から作製される場合、その膜が例えば未処理部材としての自己支持形式の膜に成形され、その膜では処理済み部材を形成するために結合剤が除去され、最後に金属粉末の結合が焼結により行われることがわかる。多孔質金属膜は、微多孔質膜を作製するのに使用される粒径を明らかに上回る粒径を有する。
【００２７】
可能な限り薄く形成され、多孔質金属膜とその上部に成膜される微多孔質膜とから構成される多孔質輸送膜の扱いやすさを向上させるために、本発明の別の形態によれば、この多孔質輸送膜を双極板に溶接すると、電解槽の組立工程において優れて扱いやすい、特に自動化組立プロセスに使用され得る部材を作製することが想定されている。このような双極板は、例えばチタン又はチタン被覆ステンレス鋼から構成されることがあり、多孔質金属膜に物質間結合で面状に接着されている。双極板と輸送膜との面状の広がりが相互に調節されることがわかる。
【００２８】
本発明は、以下、図面に示される実施例に基づいて説明されている。図面は以下に示すとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ＰＥＭ電解槽の電解セルの構造を簡略化して示す概略断面図である。
【図２】金属フォイル及び結合剤から形成されたフォイルが押出成形されていることを示す概略断面図である。
【図３】フォイルの構造を示す拡大断面図である。
【図４】多孔質金属膜上へ図３に示すフォイルが載置された図である。
【図４ａ】多孔質金属膜の未処理部材上へ図４に示すフォイルが載置された図である。
【図５】結合剤除去後の図４に対応する配置図である。
【図６】多孔質輸送膜の表面の平滑後の拡大断面図である。
【図７】図６に対応して、粗化後の膜表面の図である。
【図８】孔版印刷方法において金属粉末及び結合剤から成る塊が多孔質金属膜上へ付着されていることを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１には、ＰＥＭ電解槽の基本的な構成が示されている。水から水素及び酸素を生成するための電圧は、反応体である水を供給し、反応生成物である水素及び酸素を排出する経路２を有する２つの外側の双極板１に印加される。双極板１の経路２は、電解セルの内部に開かれており、導電性及び流体透過性の多孔質輸送膜３,４により覆われている。多孔質輸送膜３,４は、それぞれ、ＰＥＭ７上に成膜されている触媒膜５又は６に導電的に隣接している。水から水素及び酸素を生成するために、ここに示される電解セルでは、アノード側の多孔質輸送膜４がチタンから構成され、カソード側の多孔質輸送膜３が黒鉛から構成されている。アノード側の触媒膜６は酸化イリジウムから形成され、カソード側の触媒膜５は白金から形成されている。このような構成は、従来技術として挙げられているため、詳細な説明は省略する。
【００３１】
このような電解セルは、周辺部が密閉されているので、必要な流体の誘導が確保されている。効率的であると共に小型構成の電解槽を形成するために、数多くのこのような電解セルは、積層体（電解スタック）として重なり合うように配置されている。以下にアノード側の多孔質輸送膜とその作製方法とを説明する。その際、この多孔質輸送膜４は、他の電気化学的な用途にも役立つことがあり、したがって、電解槽としての用途はここでは単に例示に過ぎない。
【００３２】
チタンから形成されている多孔質輸送膜４は、チタン繊維から形成されたフェルト膜８の形状の多孔質金属膜８から構成され、ガス透過性及び導電性を有している。このフェルト膜８は、０．２５ｍｍの厚さであり、多孔質輸送膜４の支持体を形成する。その多孔質輸送膜４の上には微多孔質金属膜９が成膜されている。その微多孔質金属膜９は、多孔質金属膜８と共にアノード側のチタン製の多孔質輸送膜４を形成する。
【００３３】
多孔質輸送膜４とそれに隣接する触媒膜６との間に電気的接続をもたらす微多孔質金属膜９は、一方では双極板１が触媒膜６へ面状に電気的に接続するのに有効であり、さらには、その微多孔性により、反応体とこの面に析出される酸素との密接な交換が保証される。
【００３４】
この微多孔質金属膜９は、微細な金属粉末、ここでは最大粒径が１０μｍのチタン粉末と、例えばポリエチレン及びワックスから成る結合剤とを使用することにより作製される。その際、金属粉末と、ポリエチレン及びワックスから成る結合剤とは、激しく混合され、顆粒化された原料となる。この顆粒は、押出機を用いて液化され、圧延ロール１１を用いて、厚さが０．１ｍｍのフォイル１０に加工される。このフォイル１０は、粉末射出成形方法における未処理部材を形成する。このフォイル１０は、図３において断面で示されている。続いて、多孔質金属膜８上へ成膜されることにより、図４から明らかな配置が得られる。
【００３５】
図３及び図４に表示するように、フォイル１０は金属粒子１２から構成され、それらの金属粒子は結合剤１３により包囲されているか、又はこの結合剤により互いに対して結合されている。多孔質金属膜８は、同様にチタンから構成され、その上にあるフォイル１０用の支持体を形成する。
この配置において結合解除が行われる。即ち、第１の熱処理において、多孔質金属膜８及びフォイル１０から構成される構造体は、結合剤１３が除去され、金属粒子１２が多孔質金属膜８上に接触する程度に加熱される。
金属粒子１２は、ここで処理済み部材を形成する。この処理済み部材は、多孔質金属膜８と共に別の高温熱処理（焼結）を受けるので、金属粒子１２は相互に及び多孔質金属膜と焼結し、即ち、その最終的な幾何学的及び機械的特性に統合され、圧縮される。
その際、結果として金属粒子１２と多孔質金属膜８との物質間結合が生じる。この結合は、焼結の代わりに拡散溶接によっても形成され得る。このようにして形成された多孔質輸送膜４は、フェルト構造を有する多孔質金属膜８及びその上方にある微多孔質金属膜９により形成されている。微多孔質金属膜９は、圧延によって、その表面が平滑化されているので、図６に概略的に示されているような表面１４が生じる。その表面の平滑化は、場合によっては研磨により又はこれらの加工方法の組み合わせにより行われ得る。その表面の平滑化は、そのように形成された多孔質輸送膜４が触媒膜６に可能な限り全面で接触するのを確保するのに役立つ。
【００３６】
密接な結合と、それによる微多孔質金属膜９と触媒膜６との間の良好な導電接触とを確保するために、微多孔質金属膜９の表面１４は、図７に示されるように酸洗い法により微視的に粗くされている。
【００３７】
前述の作製方法では、金属粒子１２及び結合剤１３から構成されるフォイル１０は、射出成形方法における未処理部材として作製される。代わりに、これは、例えばポリエチレンから形成されたフォイルが、金属粉末１２及び結合剤１３を備えた支持フォイルとして使用されることに置き換えられ得る。その際、金属粉末と結合剤との混合物を備えたこのフォイルは、図４に示されるフォイル１０の代わりに、多孔質金属膜８上へ成膜される。さらなる作製方法は、前述のように行われる。
【００３８】
図８に基づいて、微多孔質膜９を生成及び成膜するための代わりの作製方法が、つまり、孔版印刷方法において示されている。そこでは、治具としての織布１５が多孔質金属膜８上へ載置され、続いて、付着される印刷インクの代わりに、ここでは金属粒子１２及び結合剤から成るペースト状又は流体状の物質１７がドクターブレード１６を用いて付着される。ペースト状の物質１７を付着させた後に織布１５が除去され、ペースト状又は流体状の物質１７は、熱作用により又は例えば溶剤の蒸発により凝固される。
その際、ペースト状又は流体状の物質１７の稠度は、織布１５を除去した後にもある程度の分散が生じることにより、可能な限り均質で滑らかな表面が形成されるように調節されている。続いて、冒頭に記載された方法のように、第１の熱処理により結合剤が除去され、次に、焼結又は拡散溶接により金属粒子１２の相互の結合及び多孔質金属膜８との結合が生じる。表面処理工程は前述のように行われ得る。さらに、結合剤の熱的除去は、化学的除去又はそれら両方の組み合わせに代えられてもよい。
前述の実施例では、対応するフォイル１０又は金属粉末と結合剤とを備えた支持フォイルを載置することによってであれ、金属粒子と結合剤とから成る混合物を直接付着させることによってであれ、微多孔質金属膜９は常に多孔質金属膜８の上に成膜されている。しかしながら、図４ａに基づいて示されているように、多孔質金属膜８も微多孔質金属膜９と同様に作製することができる。ここで、金属粉末と結合剤とから成る混合物が使用され、その金属粒子１２が微多孔質金属膜の金属粒子１２よりも明らかに大きく、その結合剤１３ａが結合剤１３と同じ組成を有することも、それとは別の組成を有することもあり得ることがわかる。図４ａでは、このような多孔質金属膜の未処理部材８ａが示されている。その未処理部材は、その未処理部材の上方にあって後の微多孔質金属膜９を形成する膜の未処理部材と共に加工される。即ち、先ず、両方の膜から結合剤１３及び１３ａが除去されることにより、２つの処理済み部材から成る二層型の処理済み部材が生じ、その二層型の処理済み部材は、後続の焼結工程で焼結されて多孔質輸送膜４になる。このように形成されたこの多孔質輸送膜４は、次に目的に応じて、例えば溶接により物質間結合で双極板１と結合されるので、自己安定性で自己支持形式の部材が生じ、その部材は特に自動化組立プロセスにおいて優れて扱いやすい。
【符号の説明】
【００３９】
１…双極板
２…経路
３…カソード側の多孔質輸送膜
４…アノード側の多孔質輸送膜
５…カソード側の触媒膜
６…アノード側の触媒膜
７…ＰＥＭ
８…多孔質金属膜（フェルト）
８ａ…多孔質金属膜の未処理部材
９…微多孔質金属膜
１０…フォイル
１１…圧延ロール
１２…金属粒子
１２ａ…多孔質金属膜の金属粒子
１３…結合剤
１３ａ…多孔質金属膜の未焼結材の結合剤
１４…表面
１５…織布
１６…ドクターブレード
１７…ペースト状の物質
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４ａ】
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【図５】
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【図６】
2021531411.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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