(57)【要約】本発明は、特に、マイクロ構造転写媒体または火炎処理済みシリコーン含有転写媒体を用いることにより、触媒を、プロトン化形態（酸形態）において、デカールとして、低温でポリマー電解質膜に直接転写することを含む３層膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）の製造方法を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒インクをイオン導電性膜の表面にデカール転写する工程を含み、前記イオン導電性膜が酸性化された形態にあり、前記デカール転写が１２０℃未満の温度で行われる膜電極アセンブリの製造方法。
【請求項２】
触媒インクをイオン導電性膜の表面にデカール転写する工程を含み、前記デカール転写が１２０℃未満の温度で行われる膜電極アセンブリの製造方法。
【請求項３】
前記デカール転写工程が１００℃未満の温度で行われる請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記デカール転写工程が９０℃未満の温度で行われる請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記デカール転写工程が８０℃未満の温度で行われる請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記デカール転写工程が７０℃未満の温度で行われる請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記デカール転写工程が１２０℃未満の温度で行われる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記デカール転写工程が１００℃未満の温度で行われる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記デカール転写工程が９０℃未満の温度で行われる請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記デカール転写工程が８０℃未満の温度で行われる請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記デカール転写工程が７０℃未満の温度で行われる請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
触媒インクをイオン導電性膜の表面にデカール転写する工程を含み、前記触媒インクがマイクロ構造の転写媒体から転写される膜電極アセンブリの製造方法。
【請求項１３】
触媒インクをイオン導電性膜の表面にデカール転写する工程を含み、前記触媒インクが火炎処理されたシリコーン含有転写媒体から転写される膜電極アセンブリの製造方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法に従って作製された膜電極アセンブリ。
【請求項１５】
請求項２に記載の方法に従って作製された膜電極アセンブリ。
【請求項１６】
請求項１２に記載の方法に従って作製された膜電極アセンブリ。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法に従って作製された膜電極アセンブリ。
【請求項１８】
前記デカール転写工程が１２０℃未満の温度で行われる請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記デカール転写工程が１２０℃未満の温度で行われる請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記デカール転写工程が７０℃未満の温度で行われる請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記デカール転写工程が７０℃未満の温度で行われる請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記イオン導電性膜が酸性化された形態にある請求項１２に記載の方法。
【請求項２３】
前記イオン導電性膜が酸性化された形態にある請求項１３に記載の方法。
【請求項２４】
前記イオン導電性膜が酸性化された形態にある請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記イオン導電性膜が酸性化された形態にある請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記イオン導電性膜が酸性化された形態にある請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記イオン導電性膜が酸性化された形態にある請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載の方法に従って作製された膜電極アセンブリ。
【請求項２９】
請求項２７に記載の方法に従って作製された膜電極アセンブリ。
【請求項３０】
触媒インクをイオン導電性膜の表面にデカール転写する工程を含み、前記触媒インクが酸性化された形態にある高分子電解質を含み、前記デカール転写が１２０℃未満の温度で行われる膜電極アセンブリの製造方法。
【請求項３１】
前記デカール転写工程が１００℃未満の温度で行われる請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記デカール転写工程が９０℃未満の温度で行われる請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記デカール転写工程が８０℃未満の温度で行われる請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記デカール転写工程が７０℃未満の温度で行われる請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記触媒インクがマイクロ構造の転写媒体から転写される請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
前記触媒インクが火炎処理されたシリコーン含有転写媒体から転写される請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、ポリマー電解質膜をデカールとして電極に直接転写することを含む３層膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）の製造方法に関する。この方法から作製されたＭＥＡは改善された燃料電池性能および良好な再現性を示した。
【０００２】
発明の背景
米国特許第５，２１１，９８４号および第５，２３４，７７７号は、３層膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を製造するデカール方法を開示している。これらの特許には、熱可塑性形態または塩形態または「Ｎａ＋形態」のイオノマーを用いて製造する方法が記載されている。
【０００３】
発明の概要
簡単に述べると、本発明は、触媒を、プロトン化形態において、デカールとして、低温でポリマー電解質膜に直接転写することを含む、３層膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を製造する方法を提供する。
【０００４】
課題を解決するための手段
他の態様において、本発明は、マイクロ構造剥離転写媒体から触媒をデカールとしてポリマー電解質膜に直接転写することを含む、３層膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を製造する方法を提供する。剥離転写媒体におけるマイクロ構造は一般的に、マイクロ複製による規則的なパターンで、または火炎処理または好適な媒体によるランダムなパターンで生成される。
【０００５】
本発明の利点は、公知の方法よりも高製造レベルまで容易に規模を拡大化される、簡素化されているが信頼性の高い３層ＭＥＡの製造方法、が提供されることである。
【０００６】
好ましい実施形態の詳細な説明
本発明は、３層膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を製造する改善された方法に関する。膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）は、プロトン交換膜燃料電池の中心構成要素である。燃料電池は、水素のような燃料と酸素のような酸化剤との、触媒作用を及ぼす組み合わせにより有用な電力を生成する電気化学電池である。一般的なＭＥＡは、イオン導電性膜（ＩＣＭ）またはポリマー電解質膜（ＰＥＭ）を含み、白金のような電気化学触媒を含む電極層と接触する固体電解質として機能する。ＭＥＡの触媒化面と接触しているガス拡散層（ＧＤＬ）は、ガスの移動を促し、電流を集める。代表的なＰＥＭ燃料電池において、プロトンは水素酸化によりアノードで形成され、カソードに移動して、酸素と反応することによって、電流が電極を接続する外部回路を流れる。
【０００７】
本発明による方法には、触媒をデカールとして、好ましくはＩＣＭ上に適用することが含まれる。電極デカールは、インクを剥離媒体上にコートまたは塗布することにより形成されることができる。ＩＣＭ上への電極デカールの転写によって、３層ＭＥＡが形成される。
【０００８】
好適なＩＣＭであれば何れを用いてもよい。ＩＣＭの厚さは一般的には５０μｍ未満、より一般的には４０μｍ未満、さらに一般的には３０μｍ未満、最も一般的には約２５μｍ未満である。ＩＣＭは、一般的に、例えば、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、東京の旭硝子社（Ａｓａｈｉ  Ｇｌａｓｓ  Ｃｏ．  Ｌｔｄ．，Ｔｏｋｙｏ，  Ｊａｐａｎ））のような酸官能性フルオロポリマーであるポリマー電解質から構成されている。本発明に有用なポリマー電解質は一般的に、テトラフルオロエチレンと１種類以上のフッ素化酸官能性コモノマーのコポリマーであるのが好ましい。一般的に、ポリマー電解質はスルホネート官能性基を含む。最も一般的にはポリマー電解質はナフィオンである。ポリマー電解質の酸等量は一般的に１２００以下、より一般的には１１００以下、さらに一般的には１０５０以下、最も一般的には約１０００である。本発明の方法において、ＩＣＭはデカールプロセスにおいて酸性化された形態で、すなわち、塩へ変換せずに、低温、つまり、１２０℃未満、より一般的には１００℃未満、より一般的には９０℃未満、さらに一般的には８０℃未満、さらに一般的には７０℃未満で用いてよい。
【０００９】
好適な触媒インクであれば何れを用いてもよい。触媒インクは、一般的にポリマー電解質材料を含んでおり、これはＩＣＭを含む同じポリマー電解質材料であってもなくてもよい。ポリマー電解質は、一般的に、例えば、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、東京の旭硝子社（Ａｓａｈｉ  Ｇｌａｓｓ  Ｃｏ．  Ｌｔｄ．，Ｔｏｋｙｏ，  Ｊａｐａｎ））のような酸官能性フルオロポリマーである。本発明に有用なポリマー電解質は一般的に、テトラフルオロエチレンと１種類以上のフッ素化酸官能性コモノマーのコポリマーであるのが好ましい。一般的に、ポリマー電解質はスルホネート官能性基を含む。最も一般的にはポリマー電解質はナフィオン（登録商標）である。ポリマー電解質の等量は一般的に１２００以下、より一般的には１１００以下、さらに一般的には１０５０以下、最も一般的には約１０００である。触媒インクは一般的にポリマー電解質の分散液中の触媒粒子の分散液を含む。好適な触媒粒子であれば何れも用いることができる。一般的に、炭素担持触媒粒子が用いられる。代表的な炭素担持触媒粒子は、炭素５０〜９０重量％および触媒金属１０〜５０重量％であり、触媒金属は、カソードについてはＰｔを含み、アノードについては２：１の重量比でＰｔおよびＲｕを含む。インクは一般的に５〜３０％の固体（例えば、ポリマーおよび触媒）、より一般的には１０〜２０％の固体を含む。電解質分散液は一般的に水性分散液であり、さらにアルコールや、グリセリン、エチレングリコールのようなポリアルコールを含有していてもよい。水、アルコールおよびポリアルコール含量を調整してインクの流動特性を変えてもよい。インクは一般的に０〜５０％のアルコールと０〜２０％のポリアルコールとを含有している。さらに、インクは０〜２％の好適な分散剤を含有していてもよい。インクは一般的に熱を加えて攪拌した後、コート可能な粘稠度に希釈することによって作製される。本発明の方法において、インクのポリマー電解質材料はデカールプロセスにおいて酸性化された形態で、すなわち、塩へ変換せずに、低温で、すなわち、１２０℃未満、より一般的には１００℃未満、より一般的には９０℃未満、さらに一般的には８０℃未満、さらに一般的には７０℃未満で用いてよい。
【００１０】
好適な転写媒体であれば何れを用いてもよい。本発明の方法において、マイクロ構造転写媒体が使用される。マイクロ構造転写媒体は、幅（すなわち、連結していない２つのフィーチャー端部間のＸＹ平面における最小寸法）が一般的に８００μｍ未満、より一般的には６００μｍ未満、より一般的には４００μｍ未満、さらに一般的には２００μｍ未満のマイクロフィーチャーを含む。マイクロフィーチャーの深さは一般的に５００μｍ未満、より一般的には２００μｍ未満、より一般的には１００μｍ未満、さらに一般的には６０μｍ未満である。図１に、かかるマイクロ構造転写媒体により作製されたパターンを示す。マイクロフィーチャーの深さは約５０μｍ、マイクロフィーチャーパターンは５００μｍ×５００μｍ平方の反復単位を有している。本発明の実施に際して用いられるマイクロ構造転写媒体は、成形プレス等をはじめとする好適な様式の方法に従って作製することができる。
【００１１】
本発明の方法において、火炎処理済みシリコーン表面転写媒体のような粗転写媒体が使用される。本発明の実施に際して用いられる火炎処理済みシリコーン表面転写媒体は、米国特許第５，９００，３１７号に記載された方法に従って作製することができる。この方法において、ポリマー基材の表面は、少なくとも１種類のシリコーン含有化合物を含んでいても含んでいなくてもよい燃料および酸化剤混合物により支持される表面を火炎に露出することにより変性される。シリコーン含有化合物は、燃料の代わりとして機能するが、また、ポリマー基材表面を変性する機能も果たす。所望の表面変性を達成するのに必要な量は、１モルパーセント未満〜１００モルパーセントとすることができる。ここで「モルパーセント」は、火炎に対する化合物のモル流量×１００／化合物のモル流量＋燃料のモル流量、に等しい。
【００１２】
触媒インクは、ハンドブラッシング、ノッチバーコーティング、流体含有ダイコーティング、巻き線ロッドコーティング、流動含有コーティング、スロット供給ナイフコーティングおよび３本ロールコーティングを含む手動および機械による方法の両方をはじめとする好適な手段により転写媒体に適用されてもよい。コーティングは、一回の通過、または複数回の通過で達成される場合がある。
【００１３】
ＩＣＭへの触媒インクデカールの転写は、バッチおよび連続手段を含む何れの好適な手段により達成してもよい。一般的に、ＩＣＭを、触媒コートされた転写媒体で覆うか、または２つの触媒コートされた転写媒体間に挟み、熱および圧力を与えられた所要時間にわたって印加する。その後転写媒体は剥され、ＩＣＭに接合した触媒が残る。本発明の方法において、圧縮工程は低温、すなわち、１２０℃未満、より一般的には１００℃未満、より一般的には９０℃未満、さらに一般的には８０℃未満、さらに一般的には７０℃未満で行なわれる。
【００１４】
本発明は燃料電池に用いる膜電極アセンブリを作製するのに有用である。
【００１５】
本発明の目的および利点を以下の実施例によりさらに説明するが、これらの実施例に挙げられた特定の材料および量、その他条件および詳細は本発明を不当に限定するものではない。
【００１６】
実施例
特に断らない限り、全ての化学薬品および試薬はウィスコンシン州ミルウォーキーのアルドリッチケミカル社（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，  Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，  ＷＩ）より入手したもの、または入手可能なものである。
【００１７】
実施例１、比較
ＴＢＡ＋インクを次のようにして調製した。２．０ｇの１０％ナフィオン（登録商標）（１０００ｅｗ）溶液を小さな攪拌ロッドを備えた小ガラス瓶中で測定した。５：２のインク（５：２触媒対ナフィオン）を作製するために、０．５ｇの４０％Ｐｔ／Ｃをガラス瓶に加え、内容物を１時間攪拌した。１．０ｇのグリセロールをガラス瓶に加え、内容物を０．５ｈ攪拌した。０．２ｇの１Ｍ  ＴＢＡＯＨをマイクロピペットを用いて加え、混合物を１時間攪拌した。１．０ｇのグリセロールをさらに加え、混合物を一晩攪拌した。塊を攪拌ロッドで研削し、塊または粒状性が残らなくなるまで攪拌した。
【００１８】
ナフィオン−Ｈ＋膜をナフィオン−Ｎａ＋膜に次のようにして変換した。ナフィオン（登録商標）１１２膜を１％ＮａＯＨ中で１時間沸騰させ、脱イオン水でよく濯ぎ、脱イオン水中で１時間沸騰させた。
【００１９】
３層ＭＥＡを次のようにして調整した。テフロンブランクをイソプロピルアルコールで清浄にし、１４０℃で１０分乾燥させた。テフロンブランクをテフロンスプレーによりスプレーして室温で１０分間乾燥させた。テフロンブランク上で触媒インクの層を一方向のみにブラシをかけた。触媒のコートされたテフロンブランクを１４０℃で乾燥させた。ナトリウム形態に変換されたナフィオン（登録商標）１１２膜を真空ホットプレート上で１３０℃で５分間乾燥させた。ホットプレスを２００℃まで予熱した。膜を２つの触媒コートされたテフロンブランク間に挟み、２枚の薄い金属シートを挟まれたものの両側に加えた。アセンブリをホットプレスの中央に置き、０．８６ＭＰａでプレスした。温度を２１０℃まで上げ、圧力を５．１８ＭＰａまで上げた。５分後、圧力を緩め、テフロンブランクを３層ＭＥＡから剥した。ナフィオン（登録商標）を酸形態に戻し、ＭＥＡをＨ２ＳＯ４中で２時間沸騰させ、その後脱イオン水中でよく濯ぎ、真空ホットプレート上で６０℃で２０分間乾燥させた。
【００２０】
実施例２、本発明
Ｈ＋インクを次のようにして調製した。１２５．０ｇの１０％ナフィオン（登録商標）ＳＥ１０１７２（１１００ｅｗ）溶液をテフロンキャップおよび攪拌ロッドを備えた５００ｍＬのガラス瓶中で測定した。標準の５：２のインク（５：２触媒対ナフィオン）を作製するために、２５．０ｇの４０％Ｐｔ／Ｃを瓶に加えた。高剪断ホモジナイザーを５分間用いてインクを形成した。３層ＭＥＡを次のようにして調整した。マイクロ構造剥離紙を清浄にし、マイヤーロッドコーティングによりＨ＋インク層を用いてコートした。剥離紙は、深さが約５０μｍのマイクロフィーチャーを有するシリコーンコートされたマイクロ構造ポリプロピレン剥離ライナであった。マイクロフィーチャーパターンは５００μｍ×５００μｍ平方の反復単位を有している。（この剥離ライナは、ミネソタ州セントポールの３Ｍの、例えば、プレス・イン・プレイスエンブレム接着剤３Ｍ製品番号０５１１３５−０８０６９（３Ｍ、Ｓｔ．Ｐａｕｌ、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）の剥離ライナとして市販されている。）コートされた剥離紙を周囲温度で乾燥させた。ナフィオン（登録商標）１１２膜（デラウェア州、ウィルミントンのデュポン（ＤｕＰｏｎｔ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）より購入）を２片の触媒コートされたマイクロ構造剥離紙間に挟んだ。アセンブリを２枚のポリイミドシート間および２枚の薄いスレンレス鋼シート間に挟んだ。アセンブリをホットプレスの中央に置き、５．１８ＭＰａの圧力で６６℃で３分間プレスした。アセンブリをプレスから剥し、剥離紙を３層ＭＥＡから除去した。イオン交換は必要なかった。
【００２１】
実施例３、燃料電池性能評価
実験で用いたイオン導電性膜はナフィオン（登録商標）１１２膜（デラウェア州、ウィルミントンのデュポン（ＤｕＰｏｎｔ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）より購入）であった。これらの実験で用いたＧＤＬはカーボン／テフロン層でコートされたトーレ（Ｔｏｒａｙ）紙から構成されていた。５層ＭＥＡを一般的に次のようにして調整した。ＧＤＬの５０ｃｍ２平方片を３層ＭＥＡの各側に配置し、アセンブリは、厚さ２００マイクロメートルのテフロン（登録商標）コートファイバーガラスガスケットの５０ｃｍ２平方の穴の中央に置かれ、触媒領域と適合するように切断した。厚さ５０マイクロメートル、１５ｃｍ×１５ｃｍのポリイミドシートを各側に置いた。このアセンブリを２枚の鋼シム板間に置き、カーバーラボプレスを用いて１３０℃および２１ＭＰａ（１平方インチ辺り０．１５トン）でプレスした。ポリイミドシートを剥したところ５層ＭＥＡが得られた。
【００２２】
５層ＭＥＡを試験セルステーション（ニューメキシコ州、アルバカーキの燃料電池テクノロジー社（Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  Ｉｎｃ．，  Ａｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ，  ＮＭ））中に装着した。試験ステーションには、ガス流量、圧力および湿度を制御するために別個のアノードおよびカソードガス取扱いシステムを備えた可変電子負荷が含まれている。電子負荷およびガス流量はコンピュータ制御されている。電極面積５０ｃｍ２、電池温度７０℃、アノードガス圧０ｐｓｉｇ、アノードガス流量率８００標準ｃｃ／分、アノード加湿温度７５℃、カソードガス圧０ｐｓｉｇ、カソードガス流量率１８００標準ｃｃ／分、カソード加湿温度６０℃。アノードおよびカソードガス流の加湿はガスを上述した温度に維持された噴霧瓶に通すことにより行われた。各燃料電池を、水素およびエア・フロー下における７０℃の操作条件に置いた。試験プロトコルを１２時間の操作の後に初期化し、アノード圧力、アノードフロー、カソード圧力、カソードフローおよび電池温度の変数を測定した。
【００２３】
図４に４つのＭＥＡについての分極曲線を示す。曲線１は０．２０ｍｇＰｔ／ｃｍ２の充填量を有する、実施例１により作製された比較例のＭＥＡである。曲線２〜４は、曲線２については０．１１ｍｇＰｔ／ｃｍ２の充填量、曲線３については０．１７ｍｇＰｔ／ｃｍ２の充填量、曲線３については０．３５ｍｇＰｔ／ｃｍ２の充填量で、実施例２に開示された本発明により作製されたＭＥＡである。
【００２４】
実施例４、剥離ライナの比較
表Ｉに、比較例の剥離ライナ、６つの触媒インク処方および３組のプレス条件を含めた３枚の剥離ライナの、様々な組み合わせを比較するために行われた数多くのデカール適用試験で得られた結果を示す。
【００２５】
３枚の剥離ライナを比べた。
「光沢」は平滑な表面を有する比較剥離ライナであった。剥離ライナは３Ｍ  ＰＭ６２９２ポリコートクラフト紙ライナ（ミネソタ州、セントポールの３Ｍ（３Ｍ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ））であり、光沢のあるシリコーンコーティングを備えたＰＥＫシートであった。
【００２６】
「火炎」は火炎処理された剥離ライナを意味し、燃料希薄火炎組成物によりリボンバーナをそれぞれ異なる速度６０ｍｐｍで、米国特許第５，９００，３１７号に記載された方法に従って処理された「光沢」ラインであった。
【００２７】
「マイクロ」は、深さが約５０μｍのマイクロフィーチャーを有するシリコーンコートされたマイクロ構造ポリプロピレン剥離ライナである。マイクロフィーチャーパターンは５００μｍ×５００μｍ平方の反復単位を有している。この剥離ライナは、例えば、プレス・イン・プレイスエンブレム接着剤３Ｍ製品番号０５１１３５−０８０６９（３Ｍ、Ｓｔ．Ｐａｕｌ、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）の剥離ライナとして市販されている。
【００２８】
３組の転写条件を比較した。プロセスＩＤ  Ｘ：１２７℃、７．７８ＭＰａ（７７Ａｔｍｓ）、３分；プロセスＩＤ  Ｏ：６６℃、７．７８ＭＰａ（７７Ａｔｍｓ）、３分；プロセスＩＤ  Ｙ：６６℃、１１．７ＭＰａ（１１６Ａｔｍｓ）、３分。
【００２９】
デカールプロセスにおいて転写された固体のパーセンテージを目視で推定することによって固体転写レーティングを次のようにして割り当てた。５：１００％；、４：〜９０％、３：〜７０％、２：〜４０％、１：＜１０％。
【００３０】
充填量は重量の増加に基づいており、アノードとカソードの両方の充填量が含まれている。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
市販のＰＥＫシリコーン光沢を用いた実験では全て（例１３〜２４）は転写効率が不良であった。高温（１２７℃）でも、ＩＣＭに転写された触媒デカールは一般的に５０％未満であった。火炎処理済剥離ライナを使用した実験では転写効率がこれより高かった。適正な条件下だと、９０％を超える触媒デカールが転写された（実施例１および３を参照のこと）。マイクロ構造剥離ライナを使用した実験では全て９０％を超える触媒転写効率を示した。適正な条件下では、プロセス温度が低くても（６６℃、例２６、３０、３１、３４、３６、４１、４２を参照）完璧な転写が得られた。さらに、一回の転写により極めて高い触媒充填量が得られる可能性があった。
【００３３】
理論に拘束されることは望むところではないが、火炎処理済み剥離ライナからの高転写効率は、インク１番およびインク３番の特性とのその剥離特性の良好な適合に寄与するものと考えられる。マイクロ構造剥離ライナは、広い範囲のインクおよび転写条件についてより高い転写効率を与えた。これは、触媒層がマイクロ構造に閉じ込められたためと考えられる。デカール転写中、低剥離力の剥離ライナはコヒーレント破壊を生じる傾向があるため、転写不良である。高剥離力を有する剥離ライナは通常インクで印刷可能ではない。マッドクラックの形成によって、良好な触媒デカール層の形成が妨げられる。マイクロ構造剥離ライナを用いると、非常に低い接合力で表面に触媒インクコーティングを容易に施すことができる。乾燥後、マッドクラックはマイクロ構造内に閉じ込められる。
【００３４】
図１は、ＭＴＳＤマイクロ構造剥離ライナを用いて調整した３層ＭＥＡの光学顕微鏡写真である。そのパターンは、「カナル」により分離された「プラトー」から構成されている。マイクロ構造フィーチャーは５００μｍ×５００μｍである。触媒デカールのマッドクラックはマイクロ構造に閉じ込められているのが分かる。図２に、上記３層ＭＥＡのＳＥＭ断面写真を示す。図３に、上記ＭＥＡのＳＥＭ表面写真を示す。非常に平滑な多孔性のある触媒表面が得られた。
【００３５】
本発明の様々な修正および変更は、本発明の範囲および原理から逸脱することなしに当業者には明白であり、本発明はここに規定した説明のための実施形態に不当に限定されないものと理解されるものとする。全ての公開および特許が、各公開または特許が具体的に且つ個別的に、参考のために示されるのと同様に、参考のために本明細書に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による３層ＭＥＡの光学顕微鏡写真。
【図２】
本発明による３層ＭＥＡの走査電子顕微鏡写真。
【図３】
本発明による３層ＭＥＡの走査電子顕微鏡写真。
【図４】
４つのＭＥＡについての分極曲線のグラフ。曲線１は０．２０ｍｇＰｔ／ｃｍ２の充填量を有する比較例のＭＥＡ、曲線２〜４は本発明により作製されたＭＥＡであり、曲線２については０．１１ｍｇＰｔ／ｃｍ２の充填量、曲線３については０．１７ｍｇＰｔ／ｃｍ２の充填量、曲線３については０．３５ｍｇＰｔ／ｃｍ２の充填量である。
【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004524654.tif 000027
【国際調査報告】
2004524654.tif 000028
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