(57)【要約】  ペルフルオロスルホン酸アイオノマーを含む部品からペルフルオロスルホン酸アイオノマーを回収するための方法であって、ペルフルオロスルホン酸アイオノマーを含む部品を脂肪族ジオール含有溶媒に浸漬し、加熱することを含む方法が開示される。また、例えば、プロトン伝導膜又は触媒インクを調製するための、回収されたペルフルオロスルホン酸アイオノマーの使用が開示される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペルフルオロスルホン酸アイオノマーを含む部品からペルフルオロスルホン酸アイオノマーを回収するための方法であって、
（ｉ）  ペルフルオロスルホン酸アイオノマーを含む部品をＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒に浸漬する工程であって、前記ジオール化合物が少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む工程；及び
（ｉｉ）  部品／溶媒混合物を２３０℃までの温度に加熱し、溶媒とペルフルオロスルホン酸アイオノマーとを含む分散体を得る工程
を含む方法。
【請求項２】
ペルフルオロスルホン酸アイオノマーを含む部品が溶媒に浸漬される前に切断又は細断される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
溶媒が共溶媒をさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
（ｉｉｉ）  工程（ｉｉ）で得られた分散体に、追加のペルフルオロスルホン酸膜又はペルフルオロスルホン酸膜を含む部品を浸漬し、膜／溶媒混合物を２３０℃までの温度に付す工程
をさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
ペルフルオロスルホン酸アイオノマーを含む部品がペルフルオロスルホン酸膜である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
ペルフルオロスルホン酸アイオノマーを含む部品が触媒コーティング膜である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
ペルフルオロスルホン酸アイオノマーを含む部品が膜電極接合体である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
ペルフルオロスルホン酸アイオノマーを含む部品が電極である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
ペルフルオロスルホン酸アイオノマーとＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒とを含む分散体であって、前記ジオール化合物が少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む分散体。
【請求項１０】
分散体が２５ｗ／ｗ％までの固形分含有量を有する、請求項９に記載の分散体。
【請求項１１】
ペルフルオロスルホン酸アイオノマーとＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒とを含む分散体であって、前記ジオール化合物が少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法によって得られる分散体。
【請求項１２】
プロトン伝導膜であって、請求項９から１１のいずれか一項に記載の分散体を用いて調製されるプロトン伝導膜。
【請求項１３】
分散体が非回収ペルフルオロスルホン酸アイオノマーとブレンドされている、請求項１２に記載のプロトン伝導膜。
【請求項１４】
プロトン伝導膜を調製するための、請求項９から１１のいずれか一項に記載の分散体の使用。
【請求項１５】
触媒部品と請求項９から１１のいずれか一項に記載の分散体とを含む触媒インク。
【請求項１６】
非回収ペルフルオロスルホン酸イオノマーをさらに含む、請求項１５に記載の触媒インク。
【請求項１７】
触媒インクを調製するための、請求項９から１１のいずれか一項に記載の分散体の使用。
【請求項１８】
膜電極接合体を構成部品に分離するための方法であって、
（ｉ）  膜電極接合体をＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒に浸漬する工程であって、前記ジオール化合物が少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む工程；及び
（ｉｉ）  膜電極接合体／溶媒混合物を２３０℃までの温度に加熱し、膜電極接合体構成部品を分離させる工程
を含む方法。
【請求項１９】
ペルフルオロスルホン酸膜、触媒コーティング膜、電極、及び膜電極接合体からなる群から選択される元の部品から１以上の触媒成分を回収するための方法であって、
（ｉ）  元の部品をＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒に浸漬する工程であって、前記ジオール化合物が少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む工程と、
（ｉｉ）  部品／溶媒混合物を２３０℃までの温度に加熱し、溶媒、１以上のＰＦＳＡアイオノマー及び１以上の触媒成分を含む分散体を得る工程と、
（ｉｉｉ）  分散体を濾過し、１以上の触媒成分から溶媒及び１以上のＰＦＳＡアイオノマーを分離する工程と
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用又は未使用の燃料電池部品からアイオノマー材料を回収する方法及び、その方法によって得られる回収されたアイオノマーを含む分散体に関する。本発明は、プロトン伝導膜又は触媒インクの調製のためなどの、分散体のその後の使用にさらに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質により分離されている２つの電極を含む電気化学電池である。例えば水素又はメタノール若しくはエタノール等のアルコール又はギ酸のような燃料は、アノードに供給され、酸素又は空気のようなオキシダントは、カソードに供給される。電気化学反応は電極で起こり、燃料及びオキシダントの化学エネルギーは、電気エネルギー及び熱に変換される。電極触媒は、アノードにおける燃料の電気化学的酸化とカソードにおける酸素の電気化学的還元を促進するために使用される。
【０００３】
通常、燃料電池は、使用される電解質の性質に従って分類される。電解質は通常、固体高分子膜であり、膜は電気的に絶縁性であるがイオン伝導性である。プロトン交換膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）（直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）も含む）おいて、膜は、プロトン伝導性であり、アノードで生成したプロトンは、膜を通ってカソードに輸送され、そこで酸素と結合して水を形成する。
【０００４】
ＰＥＭＦＣの主要部品は、膜電極接合体（ＭＥＡ）であり、本質的に５層からなる。中心層は、プロトン伝導膜である。プロトン伝導膜の両面には、特定の電解反応用に設計された、電極触媒を含有する電極触媒層がある。最後に、各電極触媒層に隣接して、ガス拡散層（ＧＤＬ）が存在する。ＧＤＬは、反応物質を電極触媒層に到達させ得るものである必要があり、かつ、電気化学反応によって生成する電流を伝導するものでなければならない。したがって、ＧＤＬは、多孔質かつ電気伝導性でなければならない。
【０００５】
一般に、電気触媒層は、層がアノード又はカソードにおいて使用されるかどうかに応じて、燃料酸化又は酸素還元反応に適した金属又は合金を含む電極触媒を含む。典型的には、電極触媒は、白金又は、１以上の他の金属と合金された白金をベースとする。白金触媒又は白金合金触媒は、非担持ナノ粒子（例えばメタルブラック又はその他の非担持金属微粒子粉末）の形態とすることができ、又は導電性炭素基材若しくは他の導電性材料（担持触媒）により高表面積粒子として付着させることもでき、又は、例えば国際公開第２０１３／１４４６３１号に開示されているような拡張薄膜材料の形態とすることもできる。
【０００６】
一般に、電極触媒層は、アノード触媒から膜へ、及び膜からカソード触媒へのプロトンの移動を助けるために、プロトン伝導性アイオノマーなどのプロトン伝導材料も含む。
【０００７】
ＰＦＣＦＣに使用される従来のプロトン伝導膜は、一般にペルフルオロスルホン酸（ＰＦＳＡ）アイオノマーから形成され、このようなアイオノマーから形成された膜は、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）（デュポン）、Ａｑｕｉｖｉｏｎ（Ｓｏｌｖａｙ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）、Ｆｌｅｍｉｏｎ（登録商標）（旭硝子）及びＡｃｉｐｌｅｘ（登録商標）（旭化成）の商品名で販売されている。あるいは、プロトン伝導膜は、ｆｕｍａｐｅｍ（登録商標）Ｐ、Ｅ又はＫシリーズ製品としてＦｕＭＡ−Ｔｅｃｈ社、ＪＳＲ社、東洋紡社等から入手可能なものなど、スルホン化炭化水素膜に基づくものであってもよい。
【０００８】
プロトン伝導膜は、機械的強度などの特性を与える他の材料を含有する複合膜であってもよい。例えば、該膜は、延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅ−ＰＴＦＥ）材料のような多孔質補強材料を含有し得る。
【０００９】
プロトン伝導膜はまた、膜の化学的耐久性を強化する１以上の成分、例えば過酸化水素分解触媒、ラジカルスカベンジャーなどを含んでいてもよい。
【００１０】
通常、ＭＥＡは、以下に概略が説明される多くの方法によって構築することができる。
（ｉ）  電極触媒層をガス拡散層に塗布し、ガス拡散電極を形成することができる。ＧＤＥをイオン伝導性膜の両面に配置し、一緒に積層して５層ＭＥＡを形成する。
（ｉｉ）  電極触媒層をプロトン伝導膜の両面に塗布し、触媒コーティング膜（ＣＣＭ）を形成することができる。その後、ＣＣＭの両面にＧＤＬを適用する。
（ｉｉｉ）  ＭＥＡは、片面に電極触媒層がコーティングされたイオン伝導性膜と、その電極触媒層に隣接するＧＤＬと、プロトン伝導膜のもう片方の面上のＧＤＥとから形成することができる。
【００１１】
一般に、大方の用途に対して十分な電力を供給するためには数十又は数百ものＭＥＡが必要であるため、多数のＭＥＡを組み立てて燃料電池スタックを形成する。ＭＥＡの分離には、フローフィールドプレート（field flow plate）が使用される。該プレートは、いくつかの機能、すなわちＭＥＡへの反応物質の供給、生成物の除去、電気的接続の提供、及び物理的担体の提供といった機能を果たす。
【発明の概要】
【００１２】
ＭＥＡの主要構成部品の費用は、特に自動車分野で広がりつつある燃料電池技術の取り込みに影響を与えている一要因である。特に、貴金属触媒部品とプロトン伝導膜部品の費用は、それ自体が燃料電池スタックの主要な原価構成要素であるＭＥＡの総コストの大きな割合を占めている。これらの部品の一方又は双方の分離、回収及び再利用は、そのようなコスト問題の一部を緩和し、これらの部品に使われる原材料の抽出及び使用済み原材料の現行の処分方法にまつわる環境配慮にも対応するであろう。
【００１３】
さらに、車両そのものの重量増分を再生又は回収することを自動車会社に求める、一段と厳しい法律が制定されている。例えば、欧州のＥＬＶ指令は、２０１５年までに９５％の回収及び再利用を目標としている。
【００１４】
使用済み燃料電池からの貴金属触媒の回収及び再生に焦点が当てられてきたが、燃料電池に使用される他の材料、特に、膜の主要構成成分であり、触媒層にも使用される、高価なＰＦＳＡアイオノマーの回収には、ほとんど焦点が当てられていない。
【００１５】
本発明の目的は、高価値の材料、特にＰＦＳＡアイオノマーを燃料電池部品から回収するための方法を提供することである。とりわけ、高価値材料、特にＰＦＳＡアイオノマーを燃料電池部品から回収するための、経済的に実行可能な方法を提供することが目的である。
【００１６】
本発明は、ペルフルオロスルホン酸アイオノマーを含む部品からペルフルオロスルホン酸アイオノマーを回収するための方法であって、
（ｉ）  ペルフルオロスルホン酸アイオノマーを含む部品をＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒に浸漬する工程であって、前記ジオール化合物が少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む工程；及び
（ｉｉ）  部品／溶媒混合物を２３０℃までの温度に加熱し、溶媒とペルフルオロスルホン酸アイオノマーとを含む分散体を得る工程
を含む方法を提供する。
【００１７】
本発明は、ペルフルオロスルホン酸アイオノマーとＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒とを含む分散体をさらに提供し、ここで前記ジオール化合物は少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む。
【００１８】
本発明は、ペルフルオロスルホン酸アイオノマーとＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒とを含む分散体をさらに提供し、ここで前記ジオール化合物は少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含み、前記分散体は以下の工程：
（ｉ）  ペルフルオロスルホン酸アイオノマーを含む部品をＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒に浸漬する工程であって、前記ジオール化合物が少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む工程；及び
（ｉｉ）  部品／溶媒混合物を２３０℃までの温度に加熱し、ペルフルオロスルホン酸アイオノマーとＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒とを含む分散体を得る工程であって、前記ジオール化合物が少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む工程
を含む方法によって得られる。
【００１９】
本発明は、ペルフルオロスルホン酸アイオノマーとＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒とを含む分散体から調製されるプロトン伝導膜をさらに提供し、ここで前記ジオール化合物は少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む。
【００２０】
本発明は、ペルフルオロスルホン酸アイオノマーとＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒とを含む分散体から調製されるプロトン伝導膜をさらに提供し、ここで前記ジオール化合物は少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含み、前記分散体は以下の工程：
（ｉ）  ペルフルオロスルホン酸アイオノマーを含む部品をＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒に浸漬する工程であって、前記ジオール化合物が少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む工程；及び
（ｉｉ）  部品／溶媒混合物を２３０℃までの温度に加熱し、ペルフルオロスルホン酸アイオノマーとＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒とを含む分散体を得る工程であって、前記ジオール化合物が少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む工程
を含む方法によって得られる。
【００２１】
本発明は、プロトン伝導膜を調製するための分散体の使用をさらに提供し、ここで前記分散体はペルフルオロスルホン酸アイオノマーとＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒とを含み、前記ジオール化合物は少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む。
【００２２】
本発明は、プロトン伝導膜を調製するための分散体の使用をさらに提供し、ここで前記分散体はペルフルオロスルホン酸アイオノマーとＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒とを含み、前記ジオール化合物は少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含み、前記分散体は以下の工程：
（ｉ）  ペルフルオロスルホン酸アイオノマーを含む部品をＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒に浸漬する工程であって、前記ジオール化合物が少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む工程；及び
（ｉｉ）  部品／溶媒混合物を２３０℃までの温度に加熱し、ペルフルオロスルホン酸アイオノマーとＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒とを含む分散体を得る工程であって、前記ジオール化合物が少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む工程
を含む方法によって得られる。
【００２３】
本発明は、触媒部品と、ペルフルオロスルホン酸アイオノマー及びＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒を含む分散体とを含む触媒インクをさらに提供し、ここで前記ジオール化合物は少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む。
【００２４】
本発明は、触媒部品と、ペルフルオロスルホン酸アイオノマー及びＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒を含む分散体とを含む触媒インクをさらに提供し、ここで前記ジオール化合物は少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含み、前記分散体は以下の工程：
（ｉ）  ペルフルオロスルホン酸アイオノマーを含む部品をＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒に浸漬する工程であって、前記ジオール化合物が少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む工程；及び
（ｉｉ）  部品／溶媒混合物を２３０℃までの温度に加熱し、ペルフルオロスルホン酸アイオノマーとＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒とを含む分散体を得る工程であって、前記ジオール化合物が少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む工程
を含む方法によって得られる。
【００２５】
本発明は、触媒インクを調製するための分散体の使用をさらに提供し、ここで前記分散体はペルフルオロスルホン酸アイオノマーとＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒とを含み、前記ジオール化合物は少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む。
【００２６】
本発明は、触媒インクを調製するための分散体の使用をさらに提供し、ここで前記分散体はペルフルオロスルホン酸アイオノマーとＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒とを含み、前記ジオール化合物は少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含み、前記分散体は以下の工程：
（ｉ）  ペルフルオロスルホン酸アイオノマーを含む部品をＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒に浸漬する工程であって、前記ジオール化合物が少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む工程；及び
（ｉｉ）  部品／溶媒混合物を２３０℃までの温度に加熱し、ペルフルオロスルホン酸アイオノマーとＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒とを含む分散体を得る工程であって、前記ジオール化合物が少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む工程
を含む方法によって得られる。
【００２７】
本発明は、膜電極接合体を構成部品に分けるための方法であって、
（ｉ）  膜電極接合体をＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒に浸漬する工程であって、前記ジオール化合物が少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む工程；及び
（ｉｉ）  膜電極接合体／溶媒混合物を２３０℃までの温度に加熱し、膜電極接合体構成部品を分離させる工程
を含む方法をさらに提供する。
【００２８】
本発明は、ペルフルオロスルホン酸膜、触媒コーティング膜、電極、及び膜電極接合体からなる群から選択される元の部品から１以上の触媒成分を回収するための方法であって、
（ｉ）  元の部品をＣ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒に浸漬する工程であって、前記ジオール化合物が少なくとも１つの−ＣＨ２ＯＨ基を含む工程；  
（ｉｉ）  部品／溶媒混合物を２３０℃までの温度に加熱し、溶媒と１以上の触媒成分とを含む分散体を得る工程；及び
（ｉｉｉ）  分散体を濾過し、１以上の触媒成分から溶媒及び１以上のＰＦＳＡアイオノマーを分離する工程
を含む方法をさらに提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】９２０重量当量（ＥＷ）（９２０ＥＷ）のアイオノマーを有する「未加工の（as received）」ＰＦＳＡ膜についての固体状態ＮＭＲスペクトルと、本発明に従って実施されたプロセス試験後の同一膜からのアイオノマー分散体についての固体状態ＮＭＲスペクトルを示す。
【図２】回収された７９０ＥＷアイオノマーを使用して製造された膜で作製されたＭＥＡの寿命初期（ＢｏＬ）性能プロットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の好適な及び／又は任意選択的な特徴がこれより提示される。本発明のいかなる態様も、文脈上別異に解することを必要としない限り、本発明の他の任意の態様と組み合わせることができる。任意の態様の好ましい又は任意選択の特徴のいずれも、文脈上別異に解することを必要としない限り、単独で又は組み合わせて、本発明の任意の態様と組み合わせることができる。
【００３１】
本発明は、ＰＦＳＡアイオノマーを含む燃料電池部品からＰＦＳＡアイオノマーを回収するための方法を提供する。
【００３２】
好適には、ＰＦＳＡアイオノマーは、１１００以下、例えば９５０未満、例えば８５０未満の重量当量（ＥＷ）を有する。好適には、ペルフルオロスルホン酸アイオノマーは、６００の最小ＥＷを有する。ＥＷは、スルホン酸基あたりのアイオノマーの重量（分子量換算）と定義され、ｇｅｑ−１の単位で表される。
【００３３】
ＰＦＳＡイオノマーは、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）（デュポン）、Ａｑｕｉｖｉｏｎ（登録商標）（Ｓｏｌｖａｙ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）、Ｆｌｅｍｉｏｎ（登録商標）（旭硝子）及びＡｃｉｐｌｅｘ（登録商標）（旭化成）などの材料が代表的である。これらの材料は比較的高価であり、その価格は、燃料電池の総コストのかなりを占める。したがって、ＰＦＳＡアイオノマー材料を、使用済み若しくは未使用の燃料電池若しくはＭＥＡから、又は未使用のプロトン伝導膜材料から回収し、回収したアイオノマー材料を再利用することができれば、有益であろう。
【００３４】
ＰＦＳＡアイオノマーを含む部品は、「使用済み」であっても、「未使用」であってもよい。「使用済み」とは、当該部品が（単一セル内に、又はスタックの一部として）セルに組み込まれ、電気化学的操作を受けたことを意味する。「未使用」とは、当該部品がセルに既に組み込まれていてもよいが、電気化学的操作を受けていないか、又は当該部品が品質管理基準又は損傷のために製造プロセス中又はその後に除去されたことを意味する。
【００３５】
ＰＦＳＡアイオノマーを含む部品は、ＰＦＳＡ膜であってもよい。ＰＦＳＡ膜は、使用済みでも未使用でもよい。
【００３６】
通常、ＰＥＭＦＣ内の膜は、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）（デュポン）、Ａｑｕｉｖｉｏｎ（登録商標）（Ｓｏｌｖａｙ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）、Ｆｌｅｍｉｏｎ（登録商標）（旭硝子）及びＡｃｉｐｌｅｘ（登録商標）（旭化成）などのＰＦＳＡアイオノマー材料から形成される。
【００３７】
ＰＦＳＡ膜は、機械的強度などの特性を与える他の材料を含有する複合膜であってもよい。例えば、該膜は、ｅ−ＰＴＦＥ材料のような多孔質補強材料を含有し得る。
【００３８】
ＰＦＳＡ膜は、その片面又は両面の層として、又は膜内に埋め込まれた層として、１以上の過酸化水素分解触媒を含むことができる。使用に適した過酸化水素分解触媒の例は、当業者に知られており、セリウム酸化物、マンガン酸化物、チタン酸化物、ベリリウム酸化物、ビスマス酸化物、タンタル酸化物、ニオブ酸化物、ハフニウム酸化物、バナジウム酸化物及びランタン酸化物などの金属酸化物；好適にはセリウム酸化物、マンガン酸化物又はチタン酸化物；好ましくは二酸化セリウム（セリア）を含む。
【００３９】
ＰＦＳＡ膜は、再結合触媒、特に、それぞれアノード及びカソードから膜内に拡散して水を生成することが可能な、未反応のＨ２及びＯ２の再結合のための触媒を任意選択的に含み得る。適切な再結合触媒は、高表面積の酸化物担体材料（シリカ、チタニア、ジルコニアなど）上に金属（白金など）を含む。再結合触媒のさらなる例は、ＥＰ０６３１３３７及び国際公開第００／２４０７４号に開示されている。
【００４０】
あるいは、ＰＦＳＡアイオノマーを含む部品は、ＣＣＭ（「使用済み」又は「未使用」）である。ＣＣＭは、ＰＦＳＡ膜（前述の通り）及び１以上の触媒層を含む。各触媒層は、少なくとも１の触媒成分及び少なくとも１のＰＦＳＡアイオノマーを含む。２以上の触媒層が存在する場合、触媒層は、ＰＦＳＡ膜の同じ面にあっても反対の面にあってもよい。
【００４１】
１以上の触媒層はそれぞれ、所与の電気化学的反応、すなわち水素酸化反応；酸素還元反応；酸素発生反応などを促進するように選択された１以上の触媒成分を含む。使用に適した触媒の例は、周知であり、当業者の共通の一般的知識の一部を形成する。例えば、水素酸化反応触媒及び酸素還元反応触媒は、白金族金属、金、銀若しくは卑金属又はそれらの金属酸化物の１以上を含む合金若しくは混合物から選択される主要金属を含む。前記金属、合金又は混合物は、例えば、炭素担体材料に担持されていなくても担持されていてもよいナノ粒子の形態であってもよく、又は伸長薄膜材料の形態であってもよい。
【００４２】
１以上の触媒層内のＰＦＳＡアイオノマーは、ＰＦＳＡ膜が形成されるＰＦＳＡアイオノマーと同じであっても異なっていてもよい。２以上の触媒層が存在する場合、各触媒層内のＰＦＳＡイオノマーは、もう一方又は各他の触媒層内のＰＦＳＡイオノマーと同じであっても異なっていてもよい。好適には、ＰＦＳＡアイオノマーは、ＣＣＭ全体にわたって同じである。
【００４３】
あるいは、ＰＦＳＡアイオノマーを含む部品は、ＭＥＡ（使用済み又は未使用）であり；ＭＥＡは、ＰＦＳＡ膜、１以上の触媒層、及び１以上のＧＤＬを含む。ＰＦＳＡ膜及び触媒層は、上述の通りである。典型的には、１以上のＧＤＬは、疎水性高分子処理、及び／又は基材に埋設されたか平坦な面にコーティングされたか若しくは粒子材料を含む微多孔質層の適用、又はその双方の組み合わせによって改質されてガス拡散層を形成する、従来の炭素繊維不織布又は織布のガス拡散基材をベースとする。典型的には、粒子材料は、カーボンブラックとポリテトラフロオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのポリマーとの混合物である。
【００４４】
あるいは、ＰＦＳＡイオノマーを含む部品は、ＧＤＬと、ＧＤＬの片面に塗布された１以上の触媒層とを含む電極であってもよい。１以上の触媒層及びＧＤＬは、上述の通りである。
【００４５】
ＰＦＳＡアイオノマーを含む部品は、部品外縁面の一方又は双方に存在するシール部品を有することができる。
【００４６】
本発明の方法では、ＰＦＳＡアイオノマーを含む部品は、溶媒に浸漬される（工程（ｉ））。
【００４７】
ＰＦＳＡアイオノマーを含む部品は、丸ごと溶媒に浸漬されてもよく、又は溶媒に浸漬される前に細断されてもよい。
【００４８】
シール材がＰＦＳＡアイオノマーを含む部品の片面又は両面に存在する場合、シール材は、ＰＦＳＡアイオノマーを含む部品が溶媒に浸漬される前に、適切に（例えば切断によって）除去される。
【００４９】
溶媒は、少なくとも１つの-ＣＨ２ＯＨ基を含むＣ１−８脂肪族ジオール化合物を含む。好適には、溶媒は、少なくとも１つの-ＣＨ２ＯＨ基を含むＣ１−５脂肪族ジオール化合物を含む。
【００５０】
ジオール化合物は、-ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２ＯＨ基を含んでいてもよい。具体的な例としては、エチレングリコール（エタン−１，２−ジオール）、プロピレングリコール（プロパン−１，２−ジオール）及び１，２−ブタンジオール（ブタン−１，２−ジオール）が含まれるが、これらに限定されない。
【００５１】
一実施態様では、溶媒は、エチレングリコールを含む。
【００５２】
あるいは、ジオール化合物は、２つの-ＣＨ２ＯＨ基を含んでいてもよい。具体的な例としては、エチレングリコール（エタン−１，２−ジオール）、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール及び１，５−ペンタンジオールが含まれるが、これらに限定されない。
【００５３】
溶媒は、Ｃ１−８ジオール化合物に加えて、共溶媒を含んでいてもよい。共溶媒は、ジオールに可溶性であるか又は混和性である、任意の溶媒であってよい。共溶媒は、水であってもよい。あるいは、共溶媒は、Ｃ１−４アルコール、例えばエタノール又はプロパン−１−オールであってもよい。あるいは、共溶媒は、水及びプロパン−１−オールなどの２以上の溶媒の混合物であってもよい。好適には、共溶媒は、溶媒（すなわちジオール＋共溶媒）の９０体積％まで、好ましくは５０体積％、より好ましくは２０体積％で存在する。
【００５４】
ＰＦＳＡアイオノマー／溶媒混合物を含む部品を２３０℃まで、好適には１５０℃の温度に加熱する（工程（ｉｉ））。
【００５５】
一実施態様では、ＰＦＳＡアイオノマー／溶媒混合物を含む部品を９０℃から１５０℃、例えば９０℃から１２０℃の温度に加熱する。
【００５６】
好適には、用いられる温度は、溶媒の沸点より低く、理想的には溶媒の引火点よりも低い。
【００５７】
加熱は、当業者に既知の手段によって行われ、用いられる方法の規模に依存する。
【００５８】
この方法は、圧力をかけても、かけなくても実施可能である。本発明で特定された溶媒タイプは比較的高い沸点及び引火点を有するが、それを用いて、本発明は、好適には最大５ｂａｒゲ一ジのような低い加圧力、さらに一層好適には加圧力なしで、すなわち０ｂａｒゲ一ジ（周囲圧力）で実施することができる。
【００５９】
好適には、ＰＦＳＡアイオノマーを含む部品は、２４時間まで、例えば３時間まで、溶媒に浸漬される。好適には、浸漬の最短時間は、１５分である。
【００６０】
上記の方法は、以下の追加の工程（ｉｉｉ）を含むことができる。
（ｉｉｉ）  工程（ｉｉ）で得られた分散体にＰＦＳＡアイオノマーを含む追加の部品を浸漬し、ＰＦＳＡアイオノマー／溶媒混合物を含む部品を２３０℃までの温度に付す工程。
【００６１】
必要に応じて追加の溶媒を、ＰＦＳＡアイオノマーを含む追加の部品の前、同時又は後に添加してもよい。
【００６２】
この追加の工程（ｉｉｉ）は、必要な回数（例えば２０回まで）繰り返すことができる。工程（ｉｉｉ）を繰り返す場合、ＰＦＳＡアイオノマーを含む追加の部品を、前回の工程（ｉｉｉ）の最後に得られた分散体に添加することは、当業者には理解されるであろう。
【００６３】
各追加の工程（ｉｉｉ）の結果として得られる分散体のＰＦＳＡアイオノマー含量は、追加の溶媒添加がない場合には、前回の追加の工程（ｉｉｉ）の結果として得られる分散体のＰＦＳＡアイオノマー含量と比較して増加することも理解されよう。好適には、最大ＰＦＳＡアイオノマー含量は、２５ｗｔ／ｗｔ％までである。
【００６４】
ＰＦＳＡアイオノマーを含む部品が多孔質補強材料を含むＰＦＳＡ膜である場合、その部品を溶媒に浸漬し加熱すると、多孔質補強材料が該部品のＰＦＳＡアイオノマーから分離することになる。したがって、分散体は、多孔質補強材料も含有し、これは大部分が固体材料として残り、工程（ｉｉ）及び／又は工程（ｉｉｉ）の後に分散液体から除去することができる。多孔質補強材料の除去は、濾過又は遠心分離などの従来の手段によることができる。
【００６５】
ＰＦＳＡアイオノマーを含む部品が１以上の過酸化水素分解触媒及び／又は１以上の再結合触媒を含むＰＦＳＡ膜である場合、これらの触媒は、加熱すると溶媒に分散するようになる。１以上の過酸化水素分解触媒及び／又は１以上の再結合触媒は、固体粒子材料として大部分が残り、工程（ｉｉ）及び／又は工程（ｉｉｉ）の後に分散体から除去することができる。１以上の触媒成分の除去は、濾過又は遠心分離などの従来の手段によることができる。
【００６６】
ＰＦＳＡアイオノマーを含む部品がＣＣＭである場合、部品を溶媒に浸漬し、加熱すると、１以上の触媒層が崩壊する。触媒層内のＰＦＳＡアイオノマーは、ＰＦＳＡ膜からのＰＦＳＡアイオノマーと共に、溶媒に分散するようになる。１以上の触媒層からの１以上の触媒成分もまた、溶媒に分散される。１以上の触媒成分は、固体粒子材料として大部分が残り、工程（ｉｉ）及び／又は工程（ｉｉｉ）の後に分散体から除去することができる。１以上の触媒成分の除去は、濾過又は遠心分離などの従来の手段によることができる。
【００６７】
ＰＦＳＡアイオノマーを含む部品がＭＥＡである場合、部品を溶媒に浸漬し、加熱すると、１以上の触媒層が崩壊し、１又は２のＧＤＬも分離される。１以上の触媒層の崩壊は、上述の通りである。ＧＤＬは、そのまま残してもよく、後に分散体から除去してもよい。あるいは、１又は２のＧＤＬが崩壊して、分散体中に存在する固体炭素繊維及び／又は固体炭素粒子材料を残してもよい。これらの炭素繊維及び粒子は、工程（ｉｉ）及び／又は工程（ｉｉｉ）の後に分散体から除去されてもよい。炭素繊維及び粒子の除去は、濾過又は遠心分離などの従来の手段によることができる。
【００６８】
本発明の方法から得られる分散体は、Ｃ１−８脂肪族ジオール化合物含有溶媒中にＰＦＳＡアイオノマーを含み、前記ジオール化合物は少なくとも１つの-ＣＨ２ＯＨ基を含む。
【００６９】
好適には、分散体は、２５ｗｔ／ｗｔ％までのＰＦＳＡアイオノマー含量を有する。
【００７０】
本発明の文脈において、本発明の方法の結果として得られるＰＦＳＡアイオノマーは、「回収された」アイオノマー又はＰＦＳＡアイオノマーと称される。回収プロセスに供されていないＰＦＳＡアイオノマーは、「未使用」又は「非回収」アイオノマー又はＰＦＳＡアイオノマーと称される。
【００７１】
本発明の方法から得られた分散体を使用して、新規のプロトン伝導膜を調製することができる。該プロトン伝導膜は、例えば鋳型法を用いて、当業者に既知の従来の方法を用いて調製される。該プロトン伝導膜は、除去可能な担体材料（例えばポリマーバッキングフィルム（backing film））上に分散体をキャストすることによって作製することができ、又は分散体を直接ＭＥＡの機能的構成部品（例えばガス拡散電極）にキャストすることによっても形成することができる。
【００７２】
本発明の方法から得られた分散体は、膜をキャストする前に、未使用のＰＦＳＡアイオノマーの分散体（同一又は異なる溶媒中）とブレンドすることもできる。好適には、プロトン伝導膜を調製するのに使用されるブレンド分散体は、全アイオノマー質量の中で、アイオノマー構成成分のｗｔ／ｗｔ基準で５％から９９％、適切には５％から４０％、適切には５％から２５％の回収ＰＦＳＡアイオノマーを含む。
【００７３】
本発明の方法から得られた分散体を用いて調製されたプロトン伝導膜はまた、多孔質補強材料、例えばｅ−ＰＴＦＥ多孔質膜材料を含んでいてもよい。多孔質補強材料は、当業者に既知の方法によって膜に組み込むことができる。
【００７４】
本発明の方法から得られた分散体を用いて、触媒部品と分散体とを含む触媒インクを調製することもできる。分散体はまた、記載されているように、未使用ＰＦＳＡアイオノマーの分散体と混合することもできる。好適には、分散体は、１００％までの回収されたＰＦＳＡアイオノマー、適切には４０ｗｔ／ｗｔ％の回収されたＰＦＳＡアイオノマー、より適切には２５ｗｔ／ｗｔ％までの回収されたアイオノマーを含む。触媒部品は、触媒でコーティングされたペルフルオロスルホン酸膜に関連して先に記載したようなものであってもよい。インクは、当業者に既知の一般的な方法を用いて調製されるが、例えば触媒部品、回収ＰＦＳＡアイオノマーを含む分散体と任意選択的に未使用ＰＦＳＡアイオノマーの分散体、必要とされるその他任意の部品、及び必要とされる任意の追加の溶媒が混合され、粒径の均一性を達成するために、必要に応じて、高せん断混合、粉砕、ボールミル粉砕、マイクロフルイダイザー等の当該技術分野で知られている方法又はそれらの組み合わせによる粒子破砕が行われる。
【００７５】
本発明の方法から得られる分散体は、プロトン伝導膜又は触媒インクを調製する前にさらに処理され得る。そのようなさらなる処理は、溶媒の性質を変えるために必要なことがある。さらなる処理は、例えば以下のような複数の技術によって成し遂げることができる。
（ｉ）  再生アイオノマー分散体を蒸留又は噴霧乾燥してジオール溶媒を残らず除去し、膜又は触媒層製造の直前に所望の溶媒混合物に再分散させることができるような乾燥ＰＦＳＡ固体材料を残す。
（ｉｉ）  ジオールに可溶性又は混和性の共溶媒、例えば水又はエタノール若しくはプロパン−１−オールなどのＣ１−４アルコール、あるいは複数の溶媒の混合物、例えば水とプロパン−１−オールを添加する。
（ｉｉｉ）  溶媒抽出法を用いてジオールを低沸点溶媒と交換する。これは、ジオールと非混和性であり、ＰＦＳＡを懸濁させる適切なアルコールであってもよい。液／液分離を可能にするために、２つの溶媒材料間にＰＦＳＡのための適切な分配係数があることが必要であろう。
（ｉｖ）  ジオールを選択的に除去することによって、再生ＰＦＳＡアイオノマー溶液の完全に水性の形態を生成する。例えば、水性形態の再生アイオノマーを残す分離膜を通してジオールを優先的に除去することができ、かつ、さらなるＰＦＳＡ膜分散のために回収・再生され得る気相ジオール流を生成することができる、適切な分離膜でのパーベーパレーション技術を使用。
【００７６】
本発明は、ペルフルオロスルホン酸アイオノマーを溶媒に完全に分散させることなく、ＭＥＡ中のペルフルオロスルホン酸膜と１つ以上のガス拡散層とを分離する方法をさらに提供する。そのような方法は、
（ｉ）  少なくとも１つの-ＣＨ２ＯＨ基を含むＣ１−８ジオール化合物を含む溶媒に膜電極接合体を浸漬すること；及び
（ｉｉ）  膜電極接合体／溶媒混合物を２３０℃の温度に付し、膜電極接合体構成部品を分離させること
を含む。
【００７７】
ペルフルオロスルホン酸アイオノマーの回収方法に関連して上に詳述した追加的な限定は、この方法にもすべて適用可能である。
【００７８】
一実施態様では、ＭＥＡに存在する触媒部品の少なくとも一部がガス拡散層上に残る。
【００７９】
あるいは、ＭＥＡに存在する触媒部品の少なくとも一部は、ペルフルオロスルホン酸膜上に残る。
【００８０】
本発明は、１以上の触媒成分と１以上のＰＦＳＡアイオノマーとを含む元の部品から１以上の触媒成分を回収するための方法であって、元の部品がＰＦＳＡ膜、ＣＣＭ、電極及びＭＥＡからなる群より選択される方法をさらに提供し、ここで、回収された１以上の触媒成分中のフッ素含有量は元の部品中のフッ素含有量よりも著しく低く、好適にはフッ素含有量が元の部品中のフッ素含量と比較して９０％以上、さらに一層好適には９５％以上減少する。１以上の触媒成分は、ＰＦＳＡ膜に、又はＣＣＭ、ＭＥＡ若しくは電極の触媒層に、又はＰＦＳＡ膜と触媒層の双方に元来存在し得る。この方法は、（ｉ）少なくとも１つの-ＣＨ２ＯＨ基を含むＣ１−８脂肪族ジオール化合物を含む溶媒に元の部品を浸漬すること；（ｉｉ）部品／溶媒混合物を２３０℃までの温度に加熱して、溶媒、１以上のＰＦＳＡアイオノマー及び１以上の触媒成分を含む分散体を得ること；（ｉｉｉ）分散体を濾過し、１以上の触媒成分から溶媒と１以上のＰＦＳＡアイオノマーを分離すること
を含む。溶媒に元の部品を浸漬し、加熱すると、１以上の触媒成分が溶媒に分散するようになり、その後１以上の触媒成分は、従来の技術を用いて濾過される。その後、１以上の触媒成分を含む濾過された固体は、簡単、経済的かつ環境面で許容される方法で触媒金属を回収するためにさらに処理することができる。
【実施例】
【００８１】
本発明の例証であって限定ではない以下の実施例を参照して、これから本発明をさらに説明する。
【００８２】
［実施例１：  膜分散］
未使用のｅ−ＰＴＦＥ補強７９０ＥＷ  ＰＦＳＡ膜（厚さ１７μｍ）の試料を２０ｃｍ３の範囲の脂肪族ジオール溶媒に５時間入れ、混合物を実質的にゼロの圧力で様々な温度に加熱した。残りの固体材料の初期質量及び最終質量を測定し、膜分散率を計算した。その結果を表１に示す。
2018514059.tif 000003
溶媒に溶解せず、元の膜試料の約１５ｗｔ％を占めるｅ−ＰＴＦＥ強化材をＰＦＳＡ膜は含むことに留意すべきである。したがって、これにより、これらの試験における可能な最大分散が約８５％に制限される。選択されたジオール溶媒はすべて、膜中の非常に高い割合のＰＦＳアイオノマーが溶液に分散することを可能にするのに有効であり、場合によっては１００％ＰＦＳＡ分散が達成されたことが分かる。すべての試験は、溶媒の沸点よりかなり低い温度で実施したため、周囲圧力で実施することができた。また、プロピレングリコール及び１，５−ペンタンジオール溶媒を用いた試験では、試験は溶媒の引火点未満の温度で実施した。
【００８３】
［実施例２：  膜の分散に対する温度及び時間の影響］
未使用のｅ−ＰＴＦＥ−補強ＰＦＳＡ膜（３０μｍ厚、７９０ＥＷ）を秤量した。初期質量は、膜の総重量の約７％を占めるｅ−ＰＴＦＥ補強材の重量を含む。
試料を３５ｃｍ３のエチレングリコール溶媒に入れ、１から５時間までの異なる時間、９０℃、１２０℃及び１５０℃の温度に加熱した。残りの固体材料の初期質量を測定し、溶液への膜分散率を計算した。
その結果を表２に示す。
2018514059.tif 000004
表２からわかるように、分散時間を増やす効果は、９０℃の温度ではかなり大きいが、１２０℃及び１５０℃ではほとんど（又は全く）効果がなく、溶液に分散したアイオノマーの量は、エチレングリコール溶媒中でのわずか１時間の処理の後でも１００％に近い。ｅ−ＰＴＦＥ補強材は、エチレングリコールに溶解せず、膜全体の最大約９３％が回収可能であるという事実を説明している。
【００８４】
［実施例３：  分散アイオノマーの構造解析］
１９Ｆ固体状態ＮＭＲ分光法を、未加工」の９２０ＥＷ  ＰＦＳＡ膜の試料及び、本発明の方法に記載のとおりに該膜で実施した分散試験の結果として生じる、エチレングリコール溶媒に分散されたアイオノマーの試料に対して行った。膜の試料（１１．４ｇ）をエチレングリコール（６０ｃｍ３）中、１５０℃で６時間加熱した。２つのスペクトルを図１に示す。結果は、類似の比率のＳＣＦ２、（ＣＦ２）ｎ及び主要ＣＦ基の存在を示し、元の膜からアイオノマーを回収するための本発明の分散プロセスがＰＦＳＡアイオノマーの化学構造に有意に影響しないことを実証する。
【００８５】
［実施例４：  ＭＥＡ分離及び構成部品回収］
既知のＰＦＳＡアイオノマー及びＰｔ含有量の、様々な未使用及び試験済み（使用済み）ＭＥＡ試料（すべてＰＦＳＡ膜を有する）の中心から小さな試料を切り出した。ＭＥＡ試料はすべて、膜と、触媒層と、ＧＤＬとを含んだが、周縁部シール及びガスケットは含まなかった。試料を２枚のＰＴＦＥメッシュの間に挟み、所定量のエチレングリコールに浸漬した。この試料の概要を表３に示す。
2018514059.tif 000005
圧力をかけずに、ＭＥＡ試料を１５０℃の温度にまで４時間加熱した。ＭＥＡ試料をエチレングリコール溶媒に浸漬すると、非常に短い浸漬時間の後にＭＥＡ構成部品の最初の分離が始まることが観察された。いくつかのＭＥＡについては、ＭＥＡの各構成部品への完全な分離が、分散プロセスの最初の１時間以内に起こることが観察された。分離は、ＭＥＡの性質に応じて、ＧＤＬ及び触媒層がＰＦＳＡ膜から分離すること、又はＧＤＬが触媒層及び膜から分離することを伴った。浸漬時間が進むにつれて、膜のＰＦＳＡアイオノマー成分が徐々にエチレングリコール溶液に分散し、またカーボン粒子に担持された白金ナノ粒子を含む炭素粒子成分も溶液に分散した。最先端のＰＥＭＦＣ  ＭＥＡを代表する試料Ａ、Ｃ及びＤでは、膜部品の完全な分散が４時間以内に起こり、固体膜は目に見えないままであることが観察された。最先端のＤＭＦＣ  ＭＥＡを代表する試料Ｂ及びＥでは、膜のいくらかの分散は起こったが、そのプロセスは不完全であった。これらの試料を１５０℃でさらに６８時間加熱したところ、膜からのアイオノマー分散は、増加したものの、この時間以降も依然不完全であった。
高温での分散試験の完了時に、ＰＦＳＡアイオノマー粒子と炭素（Ｐｔ／Ｃを含む）粒子との分散体及び残留固形分を含む、得られた混合物を室温まで冷ました。残留固形分（実質的にガス拡散層、ｅ−ＰＴＦＥ並びに試料Ｂ及びＥの残りの非分散ＰＦＳＡ）を混合物から除去して、エチレングリコール中にＰＦＳＡアイオノマーを含む分散体並びに炭素及び白金／炭素触媒の懸濁粒子が残った。残った固形分を洗浄し、乾燥させ、残留ＰＦＳＡ及びＰｔ含有量について分析した。
炭素及びＰｔ／Ｃ粒子は、アイオノマーのエチレングリコール分散体から減圧濾過によって分離され、回収されたＰＦＳＡアイオノマーを含有する無色透明の濾液が残った。ＩＣＰ分析により、濾液及び固形分の硫黄、フッ素及び白金の含有量を分析した。硫黄分析から、元のＭＥＡと比較して濾液に含まれるＰＦＳＡアイオノマーの量を決定した。
本発明の方法は、ＰＥＭＦＣ  ＭＥＡからのＰＦＳＡアイオノマーの分散において非常に効率的であったが、ＤＭＦＣ  ＭＥＡからのアイオノマーの一部を回収することにも部分的に成功した。ＤＭＦＣ  ＭＥＡにおいて膜がはるかに高い１１００ＥＷのＰＦＳＡアイオノマーを含み、ＰＥＭＦＣ  ＭＥＡと比較してより厚いものであったため、本発明の方法は、ＰＥＭＦＣ  ＭＥＡからのアイオノマーの回収に特に適しているとはいえ、より高温及び長時間の分散プロセスが必要とされるかしれないが、ＤＭＦＣ  ＭＥＡで典型的に用いられたように、より高いＥＷのアイオノマーに対しても用いることが可能である。
エチレングリコール分散体の濾過から単離された固形分のＰｔ含有量を分析した。部品分離及びその後の溶液への炭素粒子分散が高い完成度に達した試験では、ＭＥＡのＰｔ含量の大部分（＞９５％）がこのプロセス出口流において捕集された。Ｐｔに富む出口流中のフッ素の量は、典型的には元のＭＥＡに含まれていたものよりも９０％を超えて低かった（greater than 90% lower）。
【００８６】
［実施例５：  再配合及び膜製造］
７９０ＥＷの回収されたＰＦＳＡアイオノマーのエチレングリコール分散体を用い、キャスト膜を調製した。回収されたアイオノマーを、水分散体及びプロパン−１−オールの中で、同じアイオノマー（すなわちタイプ及び当量）からの未使用アイオノマー分散体とブレンドした。アイオノマー１０及び２０ｗ／ｗ％のブレンドを評価した。
＜比較膜１＞
７９０ＥＷの未加工（未使用）のＰＦＳＡアイオノマーの水分散体（アイオノマー固形分含有量２５ｗｔ％）をプロパン−１−オールで希釈して（アイオノマー分散体６９．９％に対してプロパン−１−オール３０．１％）、１７．４ｗｔ％の固形分含有量を得た。メイヤーバー塗布法を用いてアイオノマーの複数の湿った層をキャスティングすることによって膜を調製し、これを最終的な膜の厚さを作るための成膜工程（deposition step）の間に乾燥させた。中間層の１つに、ｅ−ＰＴＦＥポリマー強化部品を含めた。ｅ−ＰＴＦＥは、ＰＦＳＡアイオノマーによって完全に含浸され、強化膜材料を形成した。最終膜を乾燥させ、その後１８０℃でアニールした。
【００８７】
＜例示的な膜１＞
エチレングリコール中の回収された７９０ＥＷアイオノマーの試料を、本発明の方法を用いて７９０ＥＷ膜から製造した。アイオノマー固形分１７ｗｔ％と測定されたこの分散体を、比較膜１に記載のとおりに調製した７９０ＥＷの未使用ＰＦＳＡの水分散体及びプロパン−１−オールと、回収アイオノマー分散体１０ｗｔ％、未使用アイオノマー水分散体６２．９１ｗｔ％、及びプロパン−１−オール２７．０９ｗｔ％の割合で混合した。ブレンドされたアイオノマー混合物は、２つのアイオノマー分散体を周囲温度及び圧力で一緒に撹拌することによって簡単に混合されたものであった。ブレンドアイオノマーの最終混合物は、アイオノマー固形分含有量が１７．４ｗｔ％、全ブレンドアイオノマーに対する回収アイオノマーの含有量として回収アイオノマー材料が１０ｗ／ｗ％であった。比較膜１に記載のとおりに、ブレンドアイオノマーから膜を作製した。
【００８８】
＜例示的な膜２＞
回収アイオノマー分散体を７９０ＥＷの未使用ＰＦＳＡ水分散体及びプロパン−１−オールと、回収アイオノマー分散体２０ｗｔ％、未使用アイオノマー水分散体５５．９２ｗｔ％、及びプロパン−１−オール２４．０８ｗｔ％の割合で混合したこと以外は、例示的な膜１と同じ方法で例示的な膜２を作製した。ブレンドアイオノマーの最終混合物は、アイオノマー固形分含有量が１７．４ｗｔ％、全ブレンドアイオノマーに対する回収アイオノマーの含有量として回収アイオノマー材料が２０ｗ／ｗ％であった。比較膜１に記載のとおりに、ブレンドアイオノマーから膜を作製した。
【００８９】
例示的な膜１及び２を特徴付けし、１００％未使用ＰＦＳＡアイオノマー分散体から作製した従来の比較膜１と比較した。例示的な膜１及び２は、比較膜１と類似の外観を示し、また両者は、同じ平均厚さ及び強化含浸能力を呈した。
また、両膜の引張強度特性を決定した。その結果を表４に示す。
2018514059.tif 000006
１縦方向
２横方向
回収アイオノマーを含むブレンド膜の引張強度は、可変的ではあるが、１００％未使用ＰＦＳＡアイオノマーをベースとした膜に類似していた。
【００９０】
［実施例６：  膜電極接合体電池試験］
デカール転写法で陰極及び陽極触媒層を例示的な膜１及び２並びに比較膜１に塗布することにより、これらの膜を５０ｃｍ２のＣＣＭにした。同じ陰極及び陽極インク配合物をすべてのＣＣＭに使用し、それぞれ０．２ｍｇ／ｃｍ２及び０．６ｍｇ／ｃｍ２のＰｔ名目充填量を有するＣＣＭを得た。温度、圧力及びタイミングの同じ積層条件を用いて、各ＣＣＭの触媒層を膜に結合させた。回収アイオノマーと未使用アイオノマーのブレンドから作製された膜を使用する場合、作製中に問題は認められなかった。試験用の単一の燃料電池の挿入前に、ＣＣＭの両側に同じＧＤＬを適用することによって、ＭＥＡ作製が完了した。各ＭＥＡの、寿命初期（ＢＯＬ）の分極（電流対電圧）性能（標準的なプロトコル及び条件を使用）及びｉｎ−ｓｉｔｕ抵抗測定試験を行った。図２は、膜が１０％及び２０％の再生アイオノマーを含むＭＥＡのＢＯＬ性能が、膜が新しいアイオノマー材料から完全に構成された従来のＭＥＡのものと実質的に同じであることをはっきりと証明している。
【図１】
2018514059.tif 000007
【図２】
2018514059.tif 000008
【国際調査報告】
2018514059.tif 000009
2018514059.tif 000010
2018514059.tif 000011