(57)【要約】　　　（修正有）【課題】燃料電池用の基板上に触媒コーティングを形成する方法を提供する。【解決手段】触媒流体を準備し、該触媒流体を、第１及び第２の側を有する前記基板上に所定のパターンで該触媒流体を分配するようにプログラムされた直接書き込み機器を使用して、該基板上に前記触媒流体を分配し、該基板の該第１の側に前記所定のパターンで触媒コーティングを形成し、該触媒流体が基板の第１の側に分配された後、該触媒流体を乾燥させる、各工程を含む。この触媒流体は、少なくとも１つのイオノマー、少なくとも１つの貴金属、溶媒及び水を含んでいる。【選択図】図５
2004134381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に触媒コーティングを形成する方法であって、
　触媒流体を準備し、
　前記触媒流体を、第１及び第２の側を有する前記基板上に所定のパターンで前記触媒流体を分配するようにプログラムされた直接書き込み機器を使用して、前記基板上に前記触媒流体を分配し、該基板の該第１の側に前記所定のパターンで触媒コーティングを形成する、各工程を含む、方法。
【請求項２】
前記触媒流体が、前記基板の前記第１の側上に分配された後、前記触媒流体を乾燥させる工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
触媒流体を準備する前記工程は、
　約３０グラム乃至約２５０グラムの溶媒と、約１３０グラム乃至約２００グラムの水との混合物を準備し、
　約５グラム乃至約３０グラムの間のイオノマーと、前記溶媒及び水の混合物中の高い表面積のカーボン上に支持されている、約５グラム乃至約２０グラムの白金と、の溶液を準備する、各工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記触媒流体は、少なくとも１つのイオノマー、少なくとも１つの貴金属、カーボン、溶媒及び水を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つのイオノマーは、過フッ化ポリマーを含んでいる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの貴金属は、白金を含んでいる、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つのイオノマー及び前記少なくとも１つの貴金属は、前記カーボンにより支持されている、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記溶媒は、イソプロピルアルコールを含んでいる、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記触媒流体は、約４重量％の白金、約４重量％のイオノマー、約４重量％のカーボン、約２８重量％の水、及び、約６０重量％の溶媒を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記触媒流体は、過フッ化ポリマー及びカーボンを含み、約０．８乃至約２．０の、炭素対過フッ化ポリマーの比率を示す、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記触媒流体は、約７０ｃｐ乃至約２０００ｃｐの粘性率を示す、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記触媒流体は、約３００ｃｐの粘性率を示す、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記触媒流体は、約８％乃至約２０％の間の固形物を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記触媒流体は、約１２％の固形物を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記触媒流体は、水素の酸化を支持する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記触媒流体は、酸素の還元を支持する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記基板は、電解質材料、ポリテトラフルオロエチレンのシート及びガス拡散媒体から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記電解質材料は、陽子伝達膜を備えている、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記電解質材料は、過フッ化スルホン酸を備えている、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記触媒コーティングは、前記基板の前記第１の側に亘って実質的に均一な厚さを有するように、分配される、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記触媒コーティングは、水素ベースの燃料のイオン化の確率を増大させるように構成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記触媒コーティングは、酸素との水素の反応の確率を増大させるように構成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記直接書き込み機器は、前記パターンを形成するラインの幅及び厚さが、前記触媒が分配されるところの該直接書き込み機器の直径と、該触媒流体の体積流量率と、に依存するように構成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記ラインの厚さｔは、
Ｑが前記触媒流体の体積流量率を表し、Ｖが前記直接書き込み機器の書き込み速度を表し、ｗがライン幅を表すとするとき、ｔ＝Ｑ／（Ｖｗ）により決定されている、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記パターンは、矩形螺旋、直線、直線の列、又は、基板全体に亘る単一連続コーティングから選択された形態を備えている、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記パターンは、燃料電池の少なくとも１つの流れ場チャンネルと整列するように構成されたライン列を備えている、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記触媒コーティングは、前記基板の前記第１の側上に伝導層を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記基板に超音波エネルギーを印加する工程を更に備えている、請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記超音波エネルギーは、前記基板の前記第１の側上への前記触媒流体の分配工程の後に、該基板の前記第１の側に印加される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記超音波エネルギーは、前記基板の前記第１の側上への前記触媒流体の分配工程の後に、該基板の前記第２の側に印加される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記基板の前記第１の側に第２のコーティングを形成するパターンで、該基板上に第２の流体を分配するようにプログラムされた直接書き込み機器を使用して、該基板の前記第１の側に第２の流体を分配する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
前記第２の流体は、非触媒流体を含んでいる、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第２の流体は、貴金属を含んでいる、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記貴金属は、白金を含んでいる、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記第２の流体は、前記基板の第１の側の周辺部に堆積される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記基板の前記第２の側に触媒コーティングを形成するパターンで、該基板上に前記触媒流体を分配するようにプログラムされた直接書き込み機器を使用して、該基板の前記第２の側に前記触媒流体を分配する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３７】
前記基板の前記第２の側に第２のコーティングを形成するパターンで、該基板上に第２の流体を分配するようにプログラムされた直接書き込み機器を使用して、該基板の前記第２の側に第２の流体を分配する工程を更に含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第２の流体は、非触媒流体を含んでいる、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記非触媒流体は、前記基板の前記第１の側に第２のコーティングを形成するため前記触媒流体の影のパターンで分配される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第２の流体は、貴金属を含んでいる、請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
前記貴金属は、白金を含んでいる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記第２の流体は、前記基板の第２の側の端部に堆積される、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
基板上に触媒コーティングを形成する方法であって、
　触媒流体を準備し、
　第１及び第２の側を有する前記基板上の該第１の側に所定のパターンで前記触媒流体を分配するようにプログラムされた直接書き込み機器を使用して、前記基板上に前記触媒流体を分配し、該基板の該第１の側に前記所定のパターンで触媒コーティングを形成し、
　前記基板の前記第１の側に非触媒コーティングを形成するため、前記第１のコーティングの影のパターンで非触媒流体を分配するようにプログラムされた前記直接書き込み機器を使用して、該基板の前記第１の側に非触媒流体を分配する、各工程を含む、方法。
【請求項４４】
前記非触媒流体は、炭素質材料を含んでいる、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記炭素質材料は、高い電気伝導率を示す材料を含んでいる、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記炭素質材料は、高い熱伝導率を示す材料を含んでいる、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記炭素質材料は、低い多孔率を示す材料を含んでいる、請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記炭素質材料は、カーボンブラック、グラファイト及びそれらの組み合わせを含んでいる、請求項４４に記載の方法。
【請求項４９】
前記影のパターンは、前記第１のコーティングのパターン内の任意の空間を充填している、請求項４３に記載の方法。
【請求項５０】
前記非触媒流体は、前記触媒流体と同時に分配される、請求項４３に記載の方法。
【請求項５１】
前記非触媒コーティング及び前記触媒コーティングは、同時に形成される、請求項４３に記載の方法。
【請求項５２】
前記非触媒コーティングは、前記触媒コーティングの形成後に形成される、請求項４３に記載の方法。
【請求項５３】
前記触媒及び前記非触媒コーティングは、前記直接書き込み機器から独立に分配される、請求項４３に記載の方法。
【請求項５４】
前記非触媒流体は、前記触媒流体よりも高い粘性率を有する、請求項４３に記載の方法。
【請求項５５】
前記非触媒流体は、約３００ｃｐ乃至約１０，０００ｃｐの間の粘性率を示す、請求項４３に記載の方法。
【請求項５６】
前記非触媒流体は、前記触媒流体より厚い、請求項４３に記載の方法。
【請求項５７】
前記触媒流体は、約７０ｃｐ乃至約２，０００ｃｐの間の粘性率を示す、請求項４３に記載の方法。
【請求項５８】
前記触媒流体は、約３００ｃｐの粘性率を示す、請求項４３に記載の方法。
【請求項５９】
前記基板の前記第１の側の前記触媒コーティングは、燃料電池の流れ場チャンネルと整列するように構成される、請求項４３に記載の方法。
【請求項６０】
前記基板の前記第１の側の前記非触媒コーティングは、燃料電池の流れ場ランドと整列するように構成される、請求項４３に記載の方法。
【請求項６１】
前記基板の前記第１の側の前記触媒コーティングは、燃料電池の流れ場チャンネルと整列するように構成され、前記基板の前記第１の側の前記非触媒コーティングは、燃料電池の流れ場ランドと整列するように構成される、請求項４３に記載の方法。
【請求項６２】
前記基板上の前記第２の側に所定のパターンで前記触媒流体を分配するようにプログラムされた直接書き込み機器を使用して、前記基板の前記第２の側に前記触媒流体を分配し、該基板の該第２の側に前記所定のパターンで触媒コーティングを形成し、
　前記基板の前記第２の側に非触媒コーティングを形成するため、前記触媒流体の影のパターンで前記基板の前記第２の側に前記非触媒流体を分配するようにプログラムされた前記直接書き込み機器を使用して、該基板の前記第２の側に非触媒流体を分配する、各工程を更に含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項６３】
前記基板の前記第２の側の前記触媒コーティングは、燃料電池の流れ場チャンネルと整列するように構成される、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記基板の前記第２の側の前記非触媒コーティングは、燃料電池の流れ場ランドと整列するように構成される、請求項６２に記載の方法。
【請求項６５】
前記基板の前記第２の側の前記触媒コーティングは、燃料電池の流れ場チャンネルと整列するように構成され、前記基板の前記第２の側の前記第２のコーティングは、燃料電池の流れ場ランドと整列するように構成される、請求項６２に記載の方法。
【請求項６６】
膜電極アッセンブリで使用するための電解質膜を準備する方法であって、
　触媒流体を準備し、
　前記触媒流体を所定のパターンで中間材料に分配するようにプログラムされた直接書き込み機器を使用して、前記中間材料に前記触媒流体を分配し、該中間材料上に触媒コーティングを形成し、
　前記中間材料から電解質膜に前記触媒コーティングを転移させる、各工程を含む、方法。
【請求項６７】
前記触媒流体が前記基板上に分配された後、前記触媒流体を乾燥させる工程を更に含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
２次イオノマー溶液が、前記中間材料に塗布される、請求項６６に記載の方法。
【請求項６９】
前記２次イオノマー溶液は、噴霧工程により前記中間材料に塗布される、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記中間材料は、２次イオノマー溶液が塗布された後、乾燥される、請求項６８に記載の方法。
【請求項７１】
前記中間材料は、ポリテトラフルオロエチレン、エチレン−テトラフルオロエチレン、又は、それらの変形形態から選択される、請求項６６に記載の方法。
【請求項７２】
前記中間材料から前記電解質膜に前記第１のコーティングを転移させる工程は、加熱プレスにより実行される、請求項６６に記載の方法。
【請求項７３】
前記加熱プレス工程は、約１４０℃乃至約１６５℃の温度に設定される、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
前記加熱プレス工程は、約１３００ｋＰａ乃至約４０００ｋＰａの圧力を使用する、請求項７２に記載の方法。
【請求項７５】
前記電解質膜は、過フッ化スルホン酸又はその変化形態を含んでいる、請求項６６に記載の方法。
【請求項７６】
前記第１のコーティングの影のパターンで非触媒流体を分配するようにプログラムされた前記直接書き込み機器を使用して前記中間材料に該非触媒流体を分配し、前記中間材料上に非触媒コーティングを形成する工程を更に含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項７７】
膜電極アッセンブリで使用するための電解質膜を準備する方法であって、
　触媒コーティングを準備し、
　前記触媒流体を電解質材料上に所定のパターンで分配するようにプログラムされた直接書き込み機器を使用して、該電解質材料上に前記触媒流体を分配して、該電解質材料に触媒コーティングを形成する、各工程を含む、方法。
【請求項７８】
前記触媒コーティングが前記電解質材料上に分配された後、該電解質材料を乾燥させる工程を更に含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
燃料電池で使用するための拡散媒体を準備する方法であって、
　触媒流体を準備し、
　前記触媒流体を拡散媒体上に所定のパターンで分配するようにプログラムされた直接書き込み機器を使用して、該拡散媒体上に前記触媒流体を分配して、該拡散媒体に触媒コーティングを形成する、各工程を含む、方法。
【請求項８０】
前記触媒コーティングが前記拡散媒体上に分配された後、該拡散媒体を乾燥させる工程を更に含む、請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
前記拡散媒体は、カーボン繊維、カーボン布、及び、それらの組み合わせを含む、請求項７９に記載の方法。
【請求項８２】
膜電極アッセンブリを準備するためのシステムであって、
　第１の基板保持装置と、基板の第１の側にコーティングを形成するための少なくとも１つのコーティングヘッドと、を備える、第１のコーティングステーションと、
　第１の乾燥ステーションと、
　第２の基板保持装置と、基板の第２の側にコーティングを形成するための少なくとも１つのコーティングヘッドと、を備える、第２のコーティングステーションと、
　第２の乾燥ステーションと、
　切断ステーションと、
　前記基板を各ステーションに配送するように構成された配送装置と、
を含む、システム。
【請求項８３】
前記第１の基板保持装置は、真空テーブルを備える、請求項８２に記載のシステム。
【請求項８４】
前記第１のコーティングステーションは、前記基板の前記第１の側に伝導コーティングを形成する、請求項８２に記載のシステム。
【請求項８５】
前記第２の基板保持装置は、真空テーブルを備える、請求項８２に記載のシステム。
【請求項８６】
前記第２のコーティングステーションは、前記基板の前記第２の側に伝導コーティングを形成する、請求項８２に記載のシステム。
【請求項８７】
前記第１の乾燥ステーションは、熱源を備える、請求項８２に記載のシステム。
【請求項８８】
前記熱源は、赤外線熱源、加熱ジェット、対流式オーブン、及び、それらの組み合わせから選択される、請求項８７に記載のシステム。
【請求項８９】
前記第２の乾燥ステーションは、熱源を備える、請求項８２に記載のシステム。
【請求項９０】
前記熱源は、赤外線熱源、加熱ジェット、対流式オーブン、及び、それらの組み合わせから選択される、請求項８９に記載のシステム。
【請求項９１】
前記切断ステーションは、ダイ切断ステーションを備える、請求項８２に記載のシステム。
【請求項９２】
前記配送装置は、送り込みローラー装置を備える、請求項８２に記載のシステム。
【請求項９３】
前記基板は、中間材料、電解質材料、及び、拡散媒体材料から選択される、請求項８２に記載のシステム。
【請求項９４】
前記中間材料は、ポリフルオロテトラエチレン、又は、エチレン−テトラフルオロエチレンから選択される、請求項９３に記載のシステム。
【請求項９５】
前記電解質膜は、過フッ化スルホン酸又はその変化形態を含んでいる、請求項９３に記載のシステム。
【請求項９６】
前記拡散媒体は、カーボン繊維、カーボン布、及び、それらの組み合わせを含む、請求項９３に記載の方法。
【請求項９７】
燃料電池を組み込んだ物品を製造する方法であって、
　燃料供給マニホルドを用意し、
　酸化剤供給マニホルドを用意し、
　膜電極アッセンブリを準備する、各工程を含み、
前記膜電極アッセンブリを準備する工程は、
　触媒流体を準備し、
　所定のパターンで中間材料上に前記触媒流体を分配するようにプログラムされた直接書き込み機器を使用して前記中間材料上に前記触媒流体を分配して、該中間材料上に触媒コーティングを形成し、
　前記触媒コーティングを、前記中間材料から電解質膜の第１の側に転移させ、
　所定のパターンで中間材料上に前記触媒流体を分配するようにプログラムされた直接書き込み機器を使用して前記中間材料上に前記触媒流体を分配して、該中間材料上に触媒コーティングを形成し、
　前記触媒コーティングを、前記中間材料から電解質膜の第２の側に転移させ、
　前記膜電極アッセンブリを、前記燃料供給マニホルドと、前記酸化剤供給マニホルドとの間に配置する、各工程を含む、方法。
【請求項９８】
前記物品は、前記燃料電池により少なくとも部分的にパワー供給される、車両を含んでいる、請求項９７に記載の方法。
【請求項９９】
前記物品は、前記燃料電池により少なくとも部分的にパワー供給される、電源を含んでいる、請求項９７に記載の方法。
【請求項１００】
燃料電池を組み込んだ物品を製造する方法であって、
　燃料供給マニホルドを用意し、
　酸化剤供給マニホルドを用意し、
　膜電極アッセンブリを準備する、各工程を含み、
前記膜電極アッセンブリを準備する工程は、
　触媒流体を準備し、
　第１及び第２の側を有する電解質材料上に所定のパターンで前記触媒流体を分配するようにプログラムされた直接書き込み機器を使用して前記電解質材料上に前記触媒流体を分配して、該電解質材料の前記第１の側上に触媒コーティングを形成し、
　所定のパターンで前記電解質材料上に前記触媒流体を分配するようにプログラムされた直接書き込み機器を使用して前記電解質材料上に前記触媒流体を分配して、該電解質材料の前記第２の側上に触媒コーティングを形成し、
　前記膜電極アッセンブリを、前記燃料供給マニホルドと、前記酸化剤供給マニホルドとの間に配置する、各工程を含む、方法。
【請求項１０１】
前記物品は、前記燃料電池により少なくとも部分的にパワー供給される、車両を含んでいる、請求項１００に記載の方法。
【請求項１０２】
前記物品は、前記燃料電池により少なくとも部分的にパワー供給される、電源を含んでいる、請求項１００に記載の方法。
【請求項１０３】
燃料電池を組み込んだ物品を製造する方法であって、
　燃料供給マニホルドを用意し、
　酸化剤供給マニホルドを用意し、
　第１の拡散媒体上に所定のパターンで触媒流体を分配するようにプログラムされた直接書き込み機器を使用して前記拡散媒体上に前記触媒流体を分配して、前記第１の拡散媒体上に触媒コーティングを形成し、
　前記第１の拡散媒体を第１のマニホルドに隣接して配置し、
　第２の拡散媒体上に所定のパターンで触媒流体を分配するようにプログラムされた直接書き込み機器を使用して前記第２の拡散媒体上に前記触媒流体を分配して、前記第２の拡散媒体上に触媒コーティングを形成し、
　前記第２の拡散媒体を第２のマニホルドに隣接して配置し、
　電解質材料を、前記第１及び第２の拡散媒体の間に配置する、各工程を含む、方法。
【請求項１０４】
前記物品は、前記燃料電池により少なくとも部分的にパワー供給される、車両を含んでいる、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１０５】
前記物品は、前記燃料電池により少なくとも部分的にパワー供給される、電源を含んでいる、請求項１０３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、概して、燃料電池に係り、より詳しくは、基板上に触媒コーティングを形成するための方法に関する。
　本出願は、２００２年７月２４日に出願された、米国特許シリアル番号１０／２０１，８２８号の部分継続出願である。
【背景技術】
【０００２】
　従来技術の文献が以下の通り提供される。
【特許文献１】米国特許番号5,272,017(Swathirajan et al. 12/1993)
【特許文献２】米国特許番号5,316,871(Swathirajan et al. 05/1994)
【特許文献３】米国特許番号5,741,557(Corbin et al.  04/1998)
【特許文献４】米国特許番号5,798,186(Fletcher et al. 08/1998)
【特許文献５】米国特許番号5,973,295(Corbin et al.  10/1999)
【特許文献６】米国特許番号6,060,190(Campbell et al. 05/2000)
【特許文献７】米国特許番号6,074,692(Hulett 06/2000)
【特許文献８】米国特許番号6,171,721(Narayanan et al. 01/2001)
【特許文献９】米国特許番号6,387,559(Koripella et al.  05/2002)
【特許文献１０】米国特許出願公開番号US 2001/0041277                                          (Chang  11/2001)
【特許文献１１】米国特許出願公開番号US 2002/0051902                                          (Suenaga et al.  05/2002)
【特許文献１２】米国特許出願公開番号US 2002/0098405                                          (Odgaard et al.  07/2002)
【特許文献１３】米国特許出願公開番号US 2002/0110721                                          (Hatano et al.  08/2002)
【特許文献１４】米国特許出願公開番号US 2002/0058172                                          (Datz et al.  05/2002)
【非特許文献１】Micropen(TM) Model 1000 のデータシート
【非特許文献２】Micropen(TM) Model 500 のデータシート
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
　本発明によれば、基板上に触媒コーティングを形成するための方法が提供される。
　一実施例では、基板上に触媒コーティングを形成する方法が提供される。本方法によれば、触媒流体が準備され、該触媒流体は、基板の第１の側に触媒コーティングを形成するパターンで、該基板に触媒流体を分配するようにプログラムされた直接書き込み機器を使用して基板上に分配される。
【０００４】
　別の実施例では、基板上に触媒コーティングを形成する方法が提供される。本方法によれば、触媒流体は、基板の第１の側に第１のコーティングを形成するパターンで、該基板に触媒流体を分配するようにプログラムされた直接書き込み機器を使用して基板上に分配される。非触媒流体が、基板の第１の側に第２のコーティングを形成するため、第１のコーティングの影のパターンで、同じ直接書き込み機器を使用して該基板の第１の側に分配される。
【０００５】
　更に別の実施例では、膜電極アッセンブリで使用するための電極膜を準備する方法が提供される。本方法によれば、触媒流体は、中間材料に触媒コーティングを形成するパターンで、該触媒流体を分配するようにプログラムされた直接書き込み機器を使用して、中間材料上に分配される。次に、当該触媒コーティングは、中間材料から電極膜に転移される。
【０００６】
　更に別の実施例では、膜電極アッセンブリで使用するための電極膜を準備する方法が提供される。本方法によれば、触媒流体は、直接書き込み機器を使用して電極材料上に分配される。
【０００７】
　なお更に別の実施例では、燃料電池で使用するための拡散媒体を準備する方法が提供される。本方法によれば、触媒流体は、直接書き込み機器を使用して拡散媒体に分配される。
【０００８】
　なお別の実施例では、膜電極アッセンブリを準備するためのシステムが提供される。本システムは、第１及び第２のコーティングステーション、第１及び第２の乾燥ステーション、切断ステーション及び搬送装置を備えている。第１のコーティングステーションは、第１の基板保持装置と、基板の第１の側にコーティングを塗布するための少なくとも１つのコーティングヘッドと、を備えている。第２のコーティングステーションは、第２の基板保持装置と、コーティングを基板の第２の側に塗布するための少なくとも１つのコーティングヘッドと、を備えている。搬送装置は、基板をステーション間で搬送するように構成される。
【０００９】
　本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面と一緒に参照される本発明の次の説明からより完全に理解されよう。なお、本発明の請求の範囲は、その記載事項により画定され、本説明に記載された特徴及び利点の特定の議論によっては画定されない。
【００１０】
　次の詳細な説明は、添付図面と連係して読まれるとき最も良く理解することができる。ここで、同様の構成要素は、同様の参照番号を用いて指し示される。
【実施例】
【００１１】
　当業者は、図面中の構成要素は、簡単さ及び明瞭さのため図示されたものであり、必ずしもスケール通りに描かれたものではないことを認めるであろう。例えば、図面中の構成要素の幾つかの寸法は、本発明の実施例の理解を向上させることを援助するため他の構成要素に対して誇張して描かれている。
【００１２】
　図１を参照すると、自動車用途のための燃料電池システム２が示されている。しかし、他の燃料電池システムの用途、例えば居住システムの領域において、本発明から利益を受けることができることが認められるべきである。図示のように、燃料電池２は、一次反応器４と、水ガスシフト反応器６と、優先酸化（PrOx）反応器７と、少なくとも１つの熱交換器８と、テイルガス燃焼器９と、燃料電池１０とを備えている。これらの構成部品及び燃料電池システム２の作用の説明を以下に述べる。一つの特別の燃料電池システム設計が説明されたが、本発明は、触媒コーティングが利用されるところの任意の燃料電池システム設計に適用可能であることが認められるべきである。
【００１３】
　一次反応器４では、例えばガソリン又はメタン等の炭化水素燃料電池と、空気と、蒸気とが混合され、加熱され、触媒形成された基板に配送される。ここで、当該混合物が触媒の上方に亘って流れ、これと反応するとき、該混合物は、水素、一酸化炭素及び他のプロセスガスに分離され、水素の豊富な流れを形成する。この反応は、約７００℃乃至約８００℃の範囲の温度で生じる。
【００１４】
　一次反応器４を出る水素の豊富な流れは、水ガスシフト反応器６に流入する。水からの酸素は、一酸化炭素を二酸化炭素に転換し、追加の水素を残し、システム効率を向上させるために使用される。シフト反応器６の作動温度は、約２５０℃から約４５０℃の範囲に及んでいる。シフト反応器６を出た水素の豊富な流れは、優先酸化反応器７に流入する。ここで、一酸化炭素の最終的なクリーンアップが、水素の豊富な流れが燃料電池スタックに入る前に生じる。空気が、残りの一酸化炭素のほとんどを二酸化炭素に転換するため必要とされる酸素を供給し、追加の水素を後に残すため追加される。優先酸化反応器７における作動温度は、約８０℃から約２００℃までの範囲に亘る。３つの反応器が燃料から水素を抽出し、有害な排気ガスを減少したり、或いは、無くしたりする。
【００１５】
　３つの反応器は、燃料が導入される前に、それらの作動温度にまで迅速に加熱される。熱交換器８は、このため、燃料電池システム２を通して様々な温度を調整するため使用される。典型的には、熱交換器８は、一次反応器４に入る前に、蒸気及び空気の流れを予備加熱する。水素の豊富な流れからの消費熱は、一次反応器４から出る。
【００１６】
　水素の豊富な流れは、燃料電池のスタックを構成する燃料電池１０に供給され、例えば空気等の源からの酸素と反応され、負荷１１をパワー供給するため使用することのできる電気を生成する。燃料電池１０から出た少量の未使用水素は、約３００℃から約８００℃の温度で作動する排出ガス燃焼器９内で消費される。一連の反応器が水素源として説明されたが、任意の水素源が本発明に適用可能であることが認められるべきである。
【００１７】
　図２を参照すると、車両ボディ９０と、燃料電池プロセッサ４及び燃料電池スタック１５を有する燃料電池システムと、を持つ車両が示されている。燃料電池スタック及び燃料電池で具現化された本発明の説明は、図３乃至図９を参照して後述される。
【００１８】
　図３は、導電流体分配プレート３０により互いから分離された一対の膜電極アッセンブリ（MEAｓ）２０及び２２を有する燃料電池スタック１５を表している。プレート３０は、膜電極アッセンブリ２０及び２２に燃料及び酸化ガスを分配するための複数の流体流れチャンネルを有する二極式プレートとして機能する。“流体流れチャンネル”は、当該プレートの少なくとも一部分内で、該一部分から、該一部分に沿って、或いは、該一部分を通して、流体を輸送するため使用されるプレートの経路、領域、エリア又は任意の区画を意味する。膜電極アッセンブリ２０及び２２と、プレート３０とは、クランププレート４０及び４２と、導電流体分配プレート３２及び３４との間で一緒に積み重ねられている。プレート３２及び３４は、当該プレートの両側とは対照的に、燃料及び酸化ガスを膜電極アッセンブリ２０及び２２に夫々分配するため、一つの側のみがチャンネル３６及び３８を含む端部プレートとして機能する。
【００１９】
　非導電性ガスケット５０、５２、５４及び５６は、燃料電池スタックの幾つかの構成部品の間でシール部及び電気的絶縁を提供する。ガス浸透性拡散媒体材料６０、６２、６４及び６６は、膜電極アッセンブリ２０及び２２の電極面に対して加圧する。プレート３２及び３４は、各々、拡散媒体材料６０及び６６に対して加圧し、プレート３０は、膜電極アッセンブリ２０のアノード面で拡散媒体材料６２に対して加圧し、膜電極アッセンブリ２２のカソード面で拡散媒体材料６４に対して加圧する。
【００２０】
　例えばO2等の酸化流体は、適切な供給配管８６を介して貯蔵タンク７０から燃料電池スタックのカソード側に供給される。酸化流体は、カソード側に供給され、例えばH2等の還元流体が、適切な供給配管８８を介して貯蔵タンク７２から燃料電池のアノード側に供給される。還元流体は、触媒の存在下の改質プロセスに従って、メタン若しくはガソリン、空気及び水の混合物から導出され得る。膜電極アッセンブリのH2及びO2／空気の両方の側のための排気配管（図示せず）も設けられている。追加の配管８０、８２及び８４が、液体冷却剤をプレート３０、プレート３０及び３４に供給するため設けられている。プレート３０、３２及び３４から冷却剤を排出するための適切な配管も設けられるが、図示されていない。
【００２１】
　図４を参照すると、膜電極アッセンブリ２０の分解図が、アノード層１０２と、カソード層１０６と、アノード層１０２及びカソード層１０６を分離する電解質１０４と、を備えた状態で示されている。膜電極アッセンブリ２０及び膜電極アッセンブリ２２は同一である。簡単にするため、本発明は、膜電極アッセンブリ２０に関連して説明される。本発明を、膜電極アッセンブリ２２及び一般の膜電極アッセンブリに適用することができることが認められるべきである。
【００２２】
　一般に、アノード層１０２及びカソード層１０６は、一旦、燃料電池１０（図１）が組み立てられたならば、それらが電解質材料と緊密に接触した状態となる態様で形成されたコーティングである。基板上に触媒コーティングを形成する方法を以下に説明する。当該方法における第１の工程は、触媒流体を準備することである。一般に、触媒流体は、イオノマー、貴金属触媒、溶媒及び水の溶液である。イオノマー及び貴金属触媒の溶液は、典型的には、溶媒及び水の混合物中の支持体上で準備される。触媒流体の所望の粘性及びイオノマー対カーボンの所望の比率に依存して異なる量を使用することができる。一般に、約３０グラム乃至約２５０グラムの溶媒が、約１３０グラム乃至約２００グラムの水と混合され、約５グラム乃至約３０グラムのイオノマー並びに約５グラム乃至約２０グラムの貴金属触媒が溶液を形成するため一緒に混合される。イオノマー及び貴金属触媒の溶液のために使用される支持体は、典型的には、高い表面積を有するカーボンである。カーボンの量は、一般に、約５グラム乃至約２０グラムである。より詳しくは、触媒溶液は、約４重量％の貴金属、約４重量％のイオノマー、約４重量％のカーボン、約２８重量％の水、約６０重量％の溶媒から形成される。
【００２３】
　貴金属触媒は、白金、白金合金及びそれらの組み合わせから選択することができる。溶媒は、イソプロピルアルコール、エタノール、ブタノール、及び、それらの組み合わせから選択することができる。触媒流体は、約７０ｃｐ乃至約２０００ｃｐの粘性を示し、より詳しくは、約３００ｃｐの粘性を示すように準備することができる。触媒流体は、約０．８乃至約２．０のイオノマー対カーボン比率を示すように準備することができる。溶液中の固形物量は、約８重量％乃至約２０重量％であり、より詳しくは、約１２重量％である。
【００２４】
　一旦、触媒流体が準備されたならば、それは直接書き込み機器を使用して基板１１０上に分配される。“直接書き込み”は、機器の運動、基板の運動又はそれらの両方により画定されたパターンで基板の表面上に直接流体を堆積させることを意味している。直接書き込みでは、堆積された流体は、堆積表面又は堆積されたパターンの全体的な寸法に対して、比較的良好に画定された堆積ライン若しくは堆積領域を形成する。流体源と堆積基板との間の相対運動は、より広範囲に亘る堆積パターンを形成するように良く画定された堆積ライン若しくは堆積領域を延長させるのに役立つ。
【００２５】
　図５は、本発明に係る、直接書き込み機器の一実施例を示している。直接書き込み機器１５０は、設計システム１５２と、ライティングシステムコントローラ１５４と、ライティングシステム１６０と、を備えている。ライティングシステム１６０は、流体分配システム１６８と、ノズル１６６と、ノズル先端部１６７と、基板保持装置１６２と、を更に備えている。設計システム１５２は、ライティングシステムコントローラ１５４がパターンを知り、ライティングシステム１６０が、基板１１０上の設計システム１５２に蓄えられているパターンを引くことを可能にする態様でライティングシステム１６０を制御するようにライティングシステムコントローラ１５４と電子的に連通する。
【００２６】
　図５及び図６を参照すると、ライティングシステムコントローラ１５４は、流体分派及びシステム１６８及び基板保持装置１６２と電子的に連通する。このため、ライティングシステムコントローラ１５４は、流体分配システム１６８が、触媒流体をノズル１６６に配給することを可能にする。触媒流体は、ノズル先端１６７を通って基板１１０に分配される。触媒流体は、任意の適切な手段により流体分配システム１６８に運搬されてもよい。
【００２７】
　ライティングシステムコントローラ１５４は、基板保持装置１６２を、設計システム内に蓄えられたパターン１７０を形成する様々な位置で移動することを可能にしている。基板保持装置１６７を様々な位置に移動させることによって、基板１１０は、触媒流体が基板１１０上に分配されている間にノズル先端１６７の下に正確に配置される。この態様では、ノズル１６６及びノズル先端１６７は、移動しないが、触媒流体を分配する間に静止した状態のままとなっている。また、ノズル先端１６７の圧力は、基板１１０との直接表面接触が生じないように制御される。別の実施例では、基板保持装置１６２は、触媒流体を分配する間に基板１１０に亘ってノズル１６６及びノズル先端１６７が移動する間に静止した状態のままとなっている。
【００２８】
　設計システム１５２は、任意のコンピュータ援用式設計（CAD）インターフェースであってもよい。これは、グラフィックスエディター、デジタル式タブレット、又は、包括的なフォトプロッターインターフェースを通したインターフェースを介してパターンの設計を可能にする。触媒流体が容易にノズル先端１６７を通って分配されるように、触媒流体が溶解状態を維持することを可能にするため、ノズル１６６を加熱することができる。パターン１７０を形成している１つ又は複数のライン１６９の幅及び厚さは、ノズル先端径、ノズル先端への流体の体積流量率及び書き込み速度に依存している。書き込み速度は、ノズル先端１６７に対する基板１１０の運動又は基板に対するノズル先端１６７の運動に依存して変動し得る。かくして、ラインの厚さは、次式により決定することができる。即ち、ｔ＝Q／（Vw）であり、ここで、Q＝体積流量率、ｗ＝ライン幅、V=書き込み速度、及び、ｔ＝ラインの厚さである。流体の粘性率は、どのくらいライン幅がノズル先端径にどのくらい近くなるかを決定する。即ち、低い粘性率の流体が流れると、ライン幅がノズル先端径よりも大きくなるが、その上、高い粘性率の流体が流れないと、ライン幅がノズル先端径にほぼ等しくなる。
【００２９】
　ノズル先端１６７は、約０．０５１ｍｍ（約０．００２インチ）乃至約約６．３５ｍｍ（約０．２５インチ）までの幅を有する少なくとも１つのラインを形成することができる。１より多いラインが望まれている場合には、約０．０１２７ｍｍ（約０．０００５インチ）までのスペースを、ラインの間に形成することができる。ライン厚は、ノズルの通過毎に約０．２５４ｍｍ（０．０１０インチ）まで可能である。当該ラインは、約±０．０００６３５ｍｍ（約±０．００００２５インチ）の許容範囲を持ち得る。機器は、毎秒約１．２７ｍｍ（約０．０５インチ）乃至毎秒約１２７ｍｍ（約５．０インチ）の速度で書き込みを行う。機器１５０は、０．０１２７ｍｍ（０．０００５インチ）の最小格子ピッチで作動する。
【００３０】
　基板１１０上に形成されたパターン１７０は、矩形螺旋、直線、一連のライン又は任意の適切な幾何学的パターンから選択することができる。矩形螺旋を形成する、ライン又は一連のライン１６９を有するパターン１７０の一例が図７に示されている。隣接するラインの間の間隔を調整することができる。隣接するラインの間に間隔が存在しない場合には、パターン１７０は、基板１１０全体に亘って、単一の連続的コーティングを形成するであろう。図８は、本発明の一実施例に係る直接書き込み機器により形成された一連のライン１６９を有するパターン１７０を示している。
【００３１】
　典型的には、パターンが基板１１０上で形成された後、基板１１０は、約７０℃乃至約１００℃の温度を有する熱源により乾燥される。当該パターンは、一旦乾燥された場合、基板１１０上にコーティングを形成する。熱源は、赤外線ヒーター、対流式オーブン、加熱ジェット、又は、触媒流体から溶媒を除去するための他の任意の適切な加熱装置から選択される。基板１１０は、コーティング中の溶媒の主要な全てを蒸発させるのに充分な時間、より詳しくは、約２分乃至約１０分間に亘って加熱を被る。
【００３２】
　膜電極アッセンブリを作る方法は、触媒流体が分配される基板に依存して変化し得る。基板は、一般に、中間材料、拡散媒体材料、又は、電解質膜材料から選択される。
　基板が中間材料である場合、触媒溶液は、直接書き込み機器により中間材料上にプログラムされたパターンで堆積される。被覆された基板は、典型的にはオーブンで、約７０℃乃至約１００℃の温度で乾燥される。基板が乾燥された後、２次イオノマー溶液が、基板に塗布され、乾燥され得る。イオノマー溶液の塗布は、典型的には、噴霧工程により実行される。中間材料上に形成されたコーティングは、典型的には、加熱プレス転写器を使用して電解質膜材料に転移される。本発明の一実施例では、非反応性の第２の流体が、触媒流体の堆積後に、又は、触媒流体と同時に塗布され得る。中間材料上に形成されたコーティングは、電解質膜材料に転移される。中間材料は、典型的に、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンテトラフルオロエチレン、又は、それらの変化形態から選択される。非触媒流体は後述される。
【００３３】
　本発明で使用することのできる第２の基板は、拡散媒体材料である。拡散媒体材料が使用うされた場合、触媒流体は、上述されたように準備され、次に、上述されたパターンのうち任意のもので、上述されたような直接書き込み機器を使用して拡散媒体材料上に堆積される。被覆された拡散媒体材料は乾燥工程を受ける。拡散媒体材料は、燃料電池で使用される任意の適切な拡散媒体材料とすることができる。本発明の一実施例では、非触媒流体である第２の流体は、触媒流体の堆積後、又は、触媒流体と同時に拡散媒体材料上に塗布されてもよい。
【００３４】
　代替例として、基板は、電解質膜材料とすることができる。このため、触媒流体は、電解質膜材料上に直接堆積される。被覆された電解質膜材料は、乾燥工程を受ける。電解質膜材料は、例えば、過フッ化スルホン酸又はその変化形態等の陽子伝達膜であってもよい。
【００３５】
　本発明の一実施例では、非触媒である第２の流体は、触媒流体の堆積後又は触媒流体と同時に電解質膜材料上に塗布されてもよく、これにより、電解質膜材料の一方の側に、触媒コーティング及び非触媒コーティングを形成する。図９を参照すると、触媒コーティング１８２及び非触媒コーティング１８４の両方を有する膜電極アッセンブリ１８０が示されている。非触媒流体は、乾燥されたとき非触媒コーティング１８４を形成する。非触媒流体は、それが触媒流体の影を形成するような態様で堆積される。「影」は、一方の流体が他方の流体の上方に亘って直接には堆積されないように一方の流体が他方の流体の輪郭に従うことを意味している。使用時には、非触媒流体は、基板２０２上の触媒流体のラインの間のスペースに充填される。
【００３６】
　非触媒流体は、高い電気伝導率、高い熱伝導率及び低い多孔率を示す材料である。非触媒流体は、炭素質材料、カーボンブラック、グラファイト、又は、それらの組み合わせとすることができる。炭素質材料は、例えば、ポリイミド、テレフタル酸ポリエチレン（polyethylene terephthalate）、及び、それらの組み合わせ等のポリマー結合材料から構成されてもよい。非触媒流体の粘性率は、図９に示された触媒コーティング間の領域を容易に充填するため適切なものに調整することができる。一般には、非触媒流体は、約３００ｃｐ乃至約１０，０００ｃｐの粘性率を示す。非触媒流体が触媒流体より基板上でより厚くなるように該非触媒流体を分配することができる。
【００３７】
　図１０を参照すると、触媒コーティング１８２及び非触媒コーティング１８４を有する膜電極アッセンブリ１８０の一実施例が示されている。触媒コーティング１８２のラインが流れ場プレート内のチャンネルと整列することを可能にするパターンで、触媒流体を堆積することができる。このことは、触媒アノードコーティング１８２ａを形成する触媒流体が、アノード流れ場プレートのチャンネル１８５と整列されるように、基板２０２の両側で達成することができる。このため、非触媒コーティング１８２ａは、触媒流体又は触媒アノードコーティング１８２ａのスペース間にあり、アノード流れ場プレートのランド１８６上に非触媒コーティング１８４を形成する。膜電極アッセンブリ１８０のカソード側に同様に、触媒カソードコーティング１８２ｂを形成する触媒流体は、カソード流れ場プレートのチャンネル１８７と整列される。かくして、非触媒流体は、触媒流体又は触媒カソードコーティング１８２ｂのスペース間に堆積され、カソード流れ場プレートのランド１８６上に非触媒コーティング１８４を形成する。触媒アノードコーティング１８２ａ及び触媒カソードコーティング１８２ｂは、チャンネル１８５、１８７の開口より夫々狭いように示されている。触媒アノードコーティング１８２ａ及び触媒カソードコーティング１８２ｂは、コーティングがチャンネル１８５、1８７と同じ位の幅かそれとももっと幅広くなるように形成されてもよい。このコンセプトは、米国特許出願シリアル番号１０／２０１，８２８号でより詳細に説明される。
【００３８】
　基板２０２上に非触媒コーティング１８４を形成するため非触媒流体が使用され、基板が電解質膜材料であるとき、燃料電池は、燃料電池中の拡散媒体材料を使用しない。かくして、その結果としての燃料電池は、図３に示された燃料電池１０と同一であるが、拡散媒体６０、６２、６４及び６６が存在しなくなるであろう。
【００３９】
　図１１を参照すると、本発明の一実施例に係る膜電極アッセンブリ製造システム２００が示されている。当該システムは、３つの主要なステーションを有する。即ち、第１のコーティングステーション、第２のコーティングステーション及びダイ切断ステーションである。基板２０２は送り込みローラー装置２１２上に配置されている。該ローラー装置では、該基板２０２がローラー２１６、２１８、２２４及び２２６によりステーションからステーションへと牽引される。第１のコーティングステーションでは、基板２０２は、第１の基板保持装置２１４の上方に亘って引っ張られる。一旦、第１の基板保持装置２１４を超えると、ノズル２１０ａが、基板２２の第１の側２０２ａ上に、直接、触媒流体を分配する。触媒流体は、上述されたように、典型的には、パターンの形態で分配される。基板２０２は、第１の乾燥領域２１５に引っ張られる。第１の乾燥領域２１５は、加熱ジェット列、赤外線ヒーター、対流式オーブン、又は、触媒流体から溶媒の大部分を除去するための他の任意の適切な装置であってもよい。第１の乾燥領域２１５は、典型的には、約７０℃乃至約１００℃の間の温度を維持している。第１の乾燥領域２１５において、触媒流体は、基板２０２において乾燥し、基板２０２上で触媒コーティングを形成する。触媒コーティングは、アノードコーティング又はカソードコーティングのいずれであってもよい。
【００４０】
　次に、基板２０２は、第２のコーティングステーションへと牽引される。第２のコーティングステーションでは、基板２０２は、第２の基板保持装置２２８の上方に亘って引っ張られる。触媒流体は、基板２０２の第２の側２０２ｂ上に堆積される。触媒流体は、上述されたようなパターンを形成する態様で、基板２２上に分配されてもよい。第１の乾燥領域２１５を通して引っ張られている間、基板２０２は、ノズル２０２ａが、基板２０２の第２の側２０２ｂ上で触媒流体を置くように、基板２０２の第１の側２０２ａが反対側に面することを可能にする態様で回転される。触媒流体が基板２０２の第２の側２０２ｂに配置された後、基板２２０は、第２の乾燥領域２２２に引っ張られる。第２の乾燥領域２２２は、加熱ジェット列、赤外線ヒーター、対流式オーブン、又は、触媒流体から溶媒の大多数を除去するための他の任意の適切な装置であってもよい。第２の乾燥領域２２２は、典型的には、約７０℃乃至約１００℃の間の温度を維持している。第２の乾燥領域２２２にある間、基板２０２の第２の側２０２ｂ上に堆積された触媒流体は、基板２０２に亘って触媒コーティングを形成する。触媒コーティングは、アノードコーティング又はカソードコーティングのいずれかであってもよい。
【００４１】
　基板２０２は、基板２０２の各部品がアノードコーティング及びカソードコーティングの両方を有するように、基板２０２が別々の部品へと切断されるところの切断ステーション２３０へと引っ張られる。基板２０２は、流体により基板２０２上に形成され得るパターンに介入しない態様で更に切断されてもよい。
【００４２】
　図１１が示しているように、１より多くのノズル２１０ａ、２１０ｂ、２２０ａ及び２２０ｂを、基板２０２上に１つより多い流体を一度に堆積させるため各ステーションで使用することができる。各ステーションでは、２つだけのノズルが示されているが、ノズル列を設けることができることが認められるべきである。１より多くの流体が一度に堆積されるとき、一つの流体は他の流体の影になり得る。非触媒流体が第２の流体として上述されているが、第２の流体は、任意の所望の流体とすることができることが認められるべきである。例えば、第２の流体は、膜電極アッセンブリの入口及び出口の近傍に堆積される、かなり多くの量の貴金属を含む流体とすることができる。流体は、より少量の貴金属を有し、膜電極アッセンブリの中央部に堆積されることができ、これにより、耐久性の低下及び質量転移損失の一部分を軽減する。
【００４３】
　ノズル２１０ａ、２１０ｂ、２２０ａ、及び、２２０ｂは、典型的には、上述されたように直接書き込み機器に取り付けられる。流体は、典型的には、上述されたパターンの一つの形態で、基板２０２上に分配される。触媒流体は、上述されたように準備される。第１及び第２の基板保持装置２１４及び２２８は、真空テーブル又は基板を適所に保持するための他の任意の装置であってもよい。
【００４４】
　ここで、図１２ａ及び図１２ｂを参照すると、１より多くの流体を基板に塗布する方法に追加される工程が示されている。超音波エネルギーを、基板２０２のコーティングに関して援助するため印加することができる。触媒流体２４０及び非触媒流体２４２がノズル２１０ａ及び２１０ｂから基板２０２へ分配されるとき、これらの流体に亘って超音波プローブ２５０を配置することができる。超音波プローブ２５０は、図１２ａに示されるように、触媒流体２４０及び非触媒流体２４２の接触ライン２４１の上方の空気を通して、音波エネルギー２５１を伝達する。特に図１２ｂを参照すると、超音波プローブ２５０は、触媒流体２４０及び非触媒流体２４２がノズル２１０ａ及び２１０ｂから分配されたとき、音波エネルギーを基板２０２を通して伝達させるため基板２０２の下方に配置されることができる。音波エネルギー２５１は、触媒流体２４０及び非触媒流体２４２の接触ライン２４１のところで伝達される。
【００４５】
　音波エネルギー２５１は、液体−液体間のインターフェースにおける表面張力が、印加のポイントで連続的に低下するように、接触ライン２４１に連続的に印加され、これにより、より良好な流体流れを可能にすると共に、流体２４０及び２４２の間の滑らかなインターフェースを形成する。図１２ａ及び図１２ｂが、第１のコーティングステーションにおいて作動するノズル２４０及び２４２を使用して示されているが、図１２ａ及び図１２ｂは、第２のコーティングステーションで作動するノズル２２０ａ及び２２０ｂも示していること認められるべきである。触媒流体及び非触媒流体の両方を含む２つの流体を基板上に分配させる膜電極アッセンブリを作るための任意の適切な方法のシステムで音波エネルギー２５１を使用することができる。この工程は、超音波プローブからの音波エネルギーを使用して説明されたが、液体−液体間のインターフェースで表面張力を緩和させることができる任意の機器又はエネルギーを使用することができる。
【００４６】
　本発明は、幾つかの好ましい実施例を参照して説明されたが、上述した本発明のコンセプトの精神及び範囲内で多数の変更をなすことができることが理解されるべきである。従って、本発明は、開示された実施例に限定されるものではなく、請求の範囲の言語により可能となる全範囲を持つことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、燃料電池システムの概略図である。
【図２】図２は、燃料電池システムを含む車両の概略図である。
【図３】図３は、２つの燃料電池を用いる燃料電池スタックの概略図である。
【図４】図４は、膜電極アッセンブリの分解図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例に係る直接書き込み機器のブロック図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例に係る、基板上にパターンを形成する直接書き込み機器の、ノズル及びノズル先端の図である。
【図７】図７は、本発明の一実施例に係る、パターンの図である。
【図８】図８は、本発明の一実施例に係るパターンの図である。
【図９】図９は、本発明の一実施例に係る、膜電極アッセンブリの図である
【図１０】図１０は、本発明の一実施例に係る、第１及び第２のコーティングを有する膜電極アッセンブリの一つの側の図である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施例に係る、膜電極アッセンブリの図である。
【図１２】図１２ａは、基板上に上方から印加された超音波プローブの図である。　図１２ｂは、基板上に下方から印加された超音波プローブの図である。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
2004134381000001.pdf