オーバーコートを有する燃料電池基板
【課題】燃料電池を構成する要素にオーバーコート層を形成して耐久性の向上を図った膜電極アセンブリを提供する。
【解決手段】セリウム又はマンガン基の少なくとも１種を含むように修飾されたイオノマーを含むオーバーコート１４を有する燃料電池基板１６、及びそれを製造し、使用する方法。基板は転写バッキング、多価電解質膜、ガス拡散媒体層、微孔層、触媒被覆膜、触媒被覆ガス拡散媒体、又は触媒含有電極１２の少なくとも１を含む。
【解決手段】セリウム又はマンガン基の少なくとも１種を含むように修飾されたイオノマーを含むオーバーコート１４を有する燃料電池基板１６、及びそれを製造し、使用する方法。基板は転写バッキング、多価電解質膜、ガス拡散媒体層、微孔層、触媒被覆膜、触媒被覆ガス拡散媒体、又は触媒含有電極１２の少なくとも１を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示が概して関連する分野には燃料電池とその要素が含まれ、これにはイオノマーオーバーコート（ionomer overcoat）、電極、膜、触媒被覆膜、触媒被覆拡散媒体（catalyst coated diffusion media）、及びこれらを含む製品が含まれ、また、これらを製造及び使用する方法が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
固体多価電解質膜を用いる燃料電池が知られている。当業者は、膜、膜アセンブリ（membrane assembly）、及びこれらを製造し使用する方法を継続して研究し、膜の耐久性を改善させ、代替態様を提供している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、先行技術における膜、膜アセンブリ、及びそれらを製造し使用する方法の代替を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の概要
本発明の一態様は、上にオーバーコートを有する燃料電池基板を含む製品を含み、該オーバーコートは、ＣｅまたはＭｎ基を含むイオノマーを含んでなる。
【０００５】
本発明の一態様は、燃料電池基板上に溶液を塗布することを含む方法を含み、該溶液は、セリウム又はマンガンイオンで修飾されたイオノマーを含む。
本発明の一態様は、イオノマーのプロトン基をＣｅ又はＭｎイオンに置換することを含み、これは、Ｃｅ又はＭｎの塩を溶液中のイオノマーと混合することを含む。
【０００６】
本発明の別の態様は、イオノマーを修飾することを含む方法を含み、これは、イオノマーとビヒクル（vehicle）を含む溶液にＣｅ3+又はＭｎ2+の塩を溶解することを含んでなる。
【０００７】
本発明の他の例示態様は、後に示される詳細な説明から明らかとなるだろう。詳細な説明と具体的な実施例とは、本発明の例示態様を開示してはいるが、例示のみを目的とすることが意図されており、本発明の範囲を制限することは意図されていないことを理解すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
例示態様の詳細な説明
以下の態様の説明は単に例示の性質を有し、本発明やその適用又は用途を制限することは意図していない。
【０００９】
本発明の一態様には、イオノマー及びビヒクルを含む溶液にＣｅ3+又はＭｎ2+の塩を溶解することにより、イオノマーを修飾することを含む方法が含まれる。一態様において、塩はＣｅ3+又はＭｎ2+の炭酸塩である。一態様において、塩には、Ｃｅ2（ＣＯ3）3又はＭｎＣＯ3が含まれる。一態様において、ビヒクルには、水か、エタノール、メタノール、プロパノール、ブタノール等のようなアルコールか、或いはこれらの混合物が含まれ得る。
【００１０】
イオノマー材料は多価電解質材料であり、イオン伝導性である。そのような適する多価電解質材料の例は、米国特許番号４，２７２，３５３号、米国特許番号３，１３４，６８９号、及びJournal of Power Sources, Volume 28 (1990), page 367-387に開示されている。そのような材料はイオン交換樹脂としても知られる。樹脂は、そのポリマー構造中にイオン性基を含み、ポリマーマトリクスに１のイオン成分が固定又は保持されており、この固定された成分に静電的に結合している交換可能な可動イオンである少なくとも１の他のイオン成分を有する。適切な条件下で他のイオンと交換され得る可動イオンの能力は、これら材料にイオン交換特性を付与する。
【００１１】
イオン交換樹脂は、イオン成分を原料の１つとして含む混合物を重合することにより調製することができる。カチオン交換プロトン伝導性樹脂の１つの広いクラスは、いわゆるスルホン酸カチオン交換樹脂である。スルホン酸樹脂において、カチオン交換基はポリマー主鎖に付着しているスルホン酸基である。
【００１２】
本発明の一態様において、イオン交換樹脂はパーフルオロスルホン酸ポリマー電解質であり、イオン交換特性を有する。そのようなポリマー電解質は、E. I. DuPont de Nemours & Companyから商標名ＮＡＦＩＯＮRで入手可能である。他のそのような多価電解質材料は、Asahi GlassとAsahi Kasei Chemical Companyから入手可能である。これらに限定されないが、パーフルオロカチオン交換樹脂、炭化水素系カチオン交換樹脂並びにアニオン交換樹脂のような、他の多価電解質材料の使用は全て本発明の範囲内である。
【００１３】
本発明の別の態様には、イオノマー溶液を基板へと塗布することを含む方法が含まれる。イオノマー溶液には、セリウム及び／又はマンガンイオン基を含むように修飾されたイオノマーが含まれる。イオノマーは以下に記載するように修飾することができる。本発明の多様な態様において、イオノマー溶液は、噴霧、浸漬、スクリーン印刷、静電印刷、スピンコーティング、ロール等により塗布することができる。本発明の多様な態様において、イオノマー溶液が上に塗布される基板は、これらに限定されないが、転写バッキング（decal backing）、多価電解質膜、ガス拡散媒体層、微孔層（microporous layer）、触媒被覆ガス拡散媒体、触媒被覆膜、又は触媒を有する電極を含むことができる。ビヒクルが蒸発して、基板上に固体のオーバーコートが与えられる。
【００１４】
本発明の別の態様において、５０ｇのAsahi Kaseiイオノマー溶液（５ｗｔ％イオノマー、９００当量）を、２０２ｍｇ（０．４４ｍｍｏｌ）のＣｅ2（ＣＯ3）3・Ｈ2Ｏに添加した。得られた溶液を短時間４０℃に温めて、室温で一晩撹拌させた。得られた溶液を２００ｇのメタノールで希釈して、１ｗｔ％のイオノマー溶液を製造した。この希釈されたイオノマー溶液（７０ｍＬ）を、触媒転写体（catalyst decal）上に噴霧し、約０．２ｍｇ／ｃｍ2の過多量の最終イオノマーオーバースプレー（final ionomer overspray overage）を得た。大きい触媒転写体をダイでカットして、膜電極アセンブリにつき５０ｃｍ2の転写体にした。この手順により、５０ｃｍ2の転写体中のセリウム含量は約０．５ｍｇＣｅ（３．６μｍｏｌ）である。この修飾された転写体を、次いで、４０００ポンド（３００ｐｓｉ）の圧力下で、２９５°Ｆで４分間、ＮＡＦＩＯＮR１１２膜に熱プレスした。アノード及びカソードのその活性領域は、それぞれ、３８ｃｍ2及び４４ｃｍ2であった。
【００１５】
燃料電池を評価するために、この膜電極アセンブリを５０ｃｍ2の機材中に入れた。膜電極アセンブリの寿命性能の開始を、８０℃、０〜１．５Ａ／ｃｍ2で、Ｈ2／空気分極曲線（polarization curve）により評価した。ガス圧力は１５０ｋＰａ absであり、アノード及びカソードの相対湿度はそれぞれ１００％及び５０％であった。アノード及びカソードの両者について化学量論（stoichiometry）は２．０であった。アノード及びカソード電極の両者について、白金充填量は０．４ｍｇ／ｃｍ2であった。図１１は、慣用的な膜電極アセンブリとの比較における、セリウム修飾イオノマーオーバーコートを有する膜電極アセンブリについての電圧ｖｓ電流密度分極曲線のグラフである。図１１は、本発明の一態様に従うイオノマー修飾オーバーコートを含む膜電極アセンブリの電圧対電流密度のグラフである。図１１において、線１０２は、Ｃｅオーバースプレー（Ｃｅで修飾されたイオノマー）を表し、線１００は、（イオンにより修飾されたイオノマーを有さない）基準オーバースプレー（baseline overspray）を表す。図１１は、本発明の金属イオン修飾イオノマーオーバーコートの使用に付随する性能上の不利はないことを示している。
【００１６】
膜電極アセンブリの耐久性を、アノード及びカソードの両方について９５℃、相対湿度５０％、開回路条件の下での作動中の、電圧とフッ化物放出速度（fluoride release rate, ＦＲＲ）をモニターすることにより評価した。本発明の膜電極アセンブリの電圧低下速度及びフッ化物放出速度（ＦＲＲ）を、非修飾イオノマー溶液の慣用的なオーバースプレーで調製した基準膜電極アセンブリと比較して評価した。図１２は、本発明の一態様に従うイオノマー修飾オーバーコートを有する膜電極アセンブリの耐久性試験の結果のグラフである。図１２において、線１０４はＣｅ ＯＳ電圧（即ちＣｅイオンで修飾されたイオノマーの電圧）を表し、線１０６は基準電圧（イオンで修飾されていないイオノマー）を表し、線１１０はＣｅオーバースプレーＦＲＲを表し、そして線１０８は基準ＦＲＲを表す。金属イオン修飾イオノマーオーバースプレーの使用により、電圧低下速度とＦＲＲの両者における劇的な低下が導かれることは明らかである。図１２の例において、電圧低下速度は２０分の１に減少し、ＦＲＲは５００分の１に減少する。これらの結果は、本発明が膜電極の耐久性に多大な改良を与えることを示している。
【００１７】
図１を参照する。本発明の一態様には、触媒を有する電極層１２を含む製品１０が含まれる。オーバーコート１４は電極層１２上に提供される。触媒は、担持されていても担持されていなくてもよい。電極層１２は、白金のような微細に分割された触媒粒子とプロトン伝導イオノマーのようなイオン伝導性材料が粒子とともに混合されて担持される微細に分割された粒子の群を含むことができる。プロトン伝導性材料はパーフルオロスルホン酸ポリマーのようなイオノマーであってもよく、上記の任意の他のイオノマーであってもよい。触媒材料には、白金及びパラジウムや、白金とモリブデン、白金とコバルト、白金とルテニウム、白金とニッケル、白金とスズ、その他の白金遷移金属合金、金属間化合物（intermetallic compounds）、及び当該分野で知られる他の燃料電池電極触媒のような金属の混合物が含まれる。担持粒子は、電気伝導性であり、炭素を含むことができる。担持粒子には、これらに限定されないが、活性炭、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、メソポアカーボン（mesopore carbon）、及び触媒を担持するのに適する表面領域を有する他の電気伝導性粒子が含まれる。基板１６には、転写バッキング材料、多価電解質膜、又はガス拡散媒体層が含まれる。
【００１８】
図２を参照する。本発明の一態様に従う製品１０には、触媒を含む電極層１２と、触媒層１２上のオーバーコート１４が含まれる。オーバーコート１４には、イオノマーで修飾されたセリウム又はマンガンが含まれる。基板１６は、この態様では転写バッキングだが、電極層１２とオーバーコート１４とを担持する。アセンブリを、多価電解質膜１８に面するオーバーコート１４を有する多価電解質膜１８上に置くことができ、オーバーコート１４と電極層１２とが多価電解質膜１８に接着するように熱プレスされ、転写バッキング１６を剥がして図３に示される構造を製造する。
【００１９】
図４は、本発明の別の態様に従う製品１０を示し、ここにおいて、基板１６は、ガス拡散媒体層２０と、任意に微孔層２２を含む。ガス拡散媒体層２０及び／又は微孔層２２は、電極層１２で被覆され、第一触媒被覆拡散媒体を提供する。オーバーコート１４を第一触媒被覆拡散媒体に塗布する。オーバーコート１４を有する触媒被覆拡散媒体は、多価電解質膜１８の第一面１７に接して配置することができる。オーバーコート１４を有する第二触媒被覆拡散媒体層を、オーバーコート１４が多価電解質膜１８の第二面１９に接するように配置することができる。オーバーコートを有する第一触媒被覆拡散媒体、膜、及びオーバーコートを有する第二触媒被覆拡散媒体を、ともに熱プレスしてもよい。
【００２０】
図５は、本発明の一態様に従う製品１０を示し、イオノマーで修飾されたセリウム又はマンガンを含むオーバーコート層１４を基板１６上に含む。基板１６は、微孔層を有さないガス拡散媒体層２０であってもよく、ガス拡散媒体２０とオーバーコート層１４との間にはさまれた触媒層１２であってもよい。
【００２１】
図６は、本発明の一態様に従う製品１０を示し、イオン修飾されたイオノマーオーバーコート１４を触媒層１２上に含む触媒被覆膜を含み、触媒層１２は膜１８とイオノマーオーバーコート１４との間に配置されている。
【００２２】
図７は、図４の代替態様を示し、イオノマーオーバーコート層１４は、触媒層１２とガス拡散媒体層２０上の微孔層２２との間に配置されている。
図８は、本発明の別の態様に従う製品１０を示し、多価電解質膜１８の上にある触媒をその中に含むアノード層１２ａを有する多価電解質膜１８を含む燃料電池スタックの一部が含まれる。第一オーバーコート層１４ａは、アノード層１２ａと多価電解質膜１８との間に配置される。同様に、触媒をその中に有するカソード層１２ｃは、多価電解質膜１８の下に付与される。第二イオノマー修飾オーバーコート１４ｃは、触媒層１２ｃと多価電解質膜１８との間に配置される。アノードガス拡散媒体層２０ａと任意の微孔層２２ａはアノード層１２ａ上にある。第一双極板（bipolar plate）２４ａは、アノードガス拡散媒体層２０ａ上にある。第一双極板２４ａは、反応ガス流動場（reactant gas flow field）を提供するその中に画定された複数のランド２８ａ及びチャネル３０ａを含む第一面２６ａを含む。第一双極板２４ａは、その中に形成された冷却チャネル３４ａを含む第二面３２ａを含む。同様に、ガス拡散媒体層２０ｃと任意の微孔層２２ｃが触媒層１２ｃの下にある。第二双極板層２４ｃは、カソードガス拡散媒体層２０ｃの下に付与される。第二双極板２４ｃは、反応ガス流動場を画定する複数のランド２８ｃとチャネル３０ｃを含む第一面２６ｃを含む。第二双極板２４ｃは、その中に形成された冷却チャネルを含む第二面３２ｃを含む。
【００２３】
図９は、別の態様を示し、イオン修飾イオノマーオーバーコート１４ａａがアノード触媒層１２ａと、アノード微孔層２２ａまたはアノードガス拡散媒体層２０ａのうちの一方との間に配置される。同様に、イオン修飾イオノマーオーバーコート層１４ｃｃは、カソード触媒層１２ｃと、カソード微孔層２２ｃ又はカソードガス拡散媒体層２０ｃのうちの一方との間に配置される。
【００２４】
図１０は別の態様を示し、第一アノードイオン修飾イオノマーオーバーコート層１４ａが、アノード触媒層１２ａと膜１８との間に配置されている。第二イオン修飾イオノマーオーバーコート層１４ａａは、アノード触媒層１２ａと、アノード微孔層２２ａ又はアノードガス拡散媒体層２０ａのうちの一方との間に配置される。同様に、第一カソードイオン修飾イオノマーオーバーコート層１４ｃは、カソード触媒層１２ｃと膜１８との間に配置される。第二カソードイオン修飾イオノマーオーバーコート１４ｃｃは、カソード触媒層１２ｃと、カソード微孔層２２ｃ又はカソードガス拡散媒体層２０ｃとの間に配置される。
【００２５】
図１３は、本発明の別の態様を示し、多価電解質膜１８と、膜１８の第一面２１０ａ上にアノードサブガスケット（anode subgasket）２００ａを含む製品１０を含む。アノードサブガスケット２００ａは、内部端２０２ａにより画定された窓（window）をその中に含み、膜のアノード側の活性領域を画定する膜１８の第一面２１０ａの一部を露出させている。アノードイオン修飾イオノマーオーバーコート層１４ａは、アノードサブガスケット窓２０２ａ中に付与される。アノードサブガスケット２００ａに重なるアノードイオン修飾イオノマーオーバーコート層の一部２０４ａは、アノードサブガスケットの内部端２０２ａに沿ったピンホールと、サブガスケット２００ａの下のピンホールを抑制し、また実質的に低減させる。
【００２６】
同様に、カソードサブガスケット２００ｃを、膜１８の第二面２１０ｃ上に提供することができる。カソードサブガスケット２００ｃは、内部端２０２ｃにより画定された窓をその中に含み、膜１８のカソード側の活性領域を画定する膜１８の第二面２１０ｃの一部を露出させている。カソードイオン修飾イオノマーオーバーコート層１４ｃは、カソードサブガスケット窓２０２ｃ中に付与され、カソードサブガスケット２００ｃの一部に重なる部分２０４ｃを含む。カソードサブガスケット２００ｃに重なるカソードイオン修飾イオノマーオーバーコート層の一部２０４ｃは、カソードサブガスケットの内部端２０２ｃに沿ったピンホールと、サブガスケット２００ｃの下のピンホールを抑制し、また実質的に低減させる。カソード触媒層１２ｃは、カソードサブガスケット２００ｃに重なる部分２０６ｃも含むことができる。この態様において、アノードサブガスケット窓２０２ａにける開口部は、カソードサブガスケット窓２０２ｃにおける開口部よりも小さい。たとえば、アノード側の開口部又は活性領域は、３８ｃｍ2であることができ、一方、カソード側の開口部又は活性領域は、４４ｃｍ2であることができる。さらに、カソードイオン修飾イオノマーオーバーコート層１４ｃの端２０８ｃは、アノードイオン修飾イオノマーオーバーコート１４ａの端２０８ａを越えて横方向に伸びることができる。
【００２７】
本発明の態様の上記の説明は、例示の性質のみを有し、従って、その変形は、本発明の精神及び範囲から逸脱したものとみなされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、触媒を含む電極上に、セリウム又はマンガンイオンで修飾したイオノマーオーバーコートを含む、本発明の一態様を示す。
【図２】図２は、転写移動法（decal transfer process）を用いて、触媒とイオン修飾オーバーコートとを有する電極を膜の上に熱プレスすることを含む、本発明の一態様を示す。
【図３】図３は、触媒被覆膜を含み、該触媒層の下にイオン修飾イオノマーオーバーコートを含む、本発明の一態様を示す。
【図４】図４は、触媒被覆拡散媒体（微孔層を有する）を含み、該触媒層の上にイオン修飾イオノマー層を含む、本発明の別の態様を示す。
【図５】図５は、触媒被覆拡散媒体（微孔層を有さない）を含み、該拡散媒体層の直接上にある触媒層上にイオン修飾イオノマー層を含む、本発明の別の態様を示す。
【図６】図６は、触媒被覆膜を含み、該触媒層上にイオン修飾イオノマーオーバーコートを含み、該触媒層が膜とイオノマーオーバーコートとの間にはさまれている、本発明の一態様を示す。
【図７】図７は、触媒被覆拡散媒体（微孔層を有する）を含み、該触媒層と該微孔層との間に配置されたイオン修飾イオノマー層を含む、本発明の別の態様を示す。
【図８】図８は、アノード層、カソード層、及びアノード層とカソード層の各々と膜との間にはさまれたイオン修飾イオノマー層、を有する膜電極アセンブリを有する燃料電池の一部を含む、本発明の一態様を示す。
【図９】図９は、アノード層、カソード層、及びアノード層とカソード層の各々の上にあるイオン修飾イオノマー層、を有する膜電極アセンブリを有する燃料電池の一部を含む、本発明の一態様を示す。
【図１０】図１０は、アノード層、カソード層、アノード層とカソード層の各々と膜との間にはさまれたイオン修飾イオノマー層、及びアノード層とカソード層の各々の上にある第二イオン修飾イオノマー層、を有する膜電極アセンブリを有する燃料電池の一部を含む、本発明の一態様を示す。
【図１１】図１１は、本発明の一態様に従うイオノマー修飾オーバーコートを含む膜電極アセンブリについての電圧対電流密度のグラフである。
【図１２】図１２は、本発明の一態様に従うイオノマー修飾オーバーコートを含む膜電極アセンブリの耐久性試験の結果のグラフである。
【図１３】図１３は、本発明の別の態様を示す。
【技術分野】
【０００１】
本開示が概して関連する分野には燃料電池とその要素が含まれ、これにはイオノマーオーバーコート（ionomer overcoat）、電極、膜、触媒被覆膜、触媒被覆拡散媒体（catalyst coated diffusion media）、及びこれらを含む製品が含まれ、また、これらを製造及び使用する方法が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
固体多価電解質膜を用いる燃料電池が知られている。当業者は、膜、膜アセンブリ（membrane assembly）、及びこれらを製造し使用する方法を継続して研究し、膜の耐久性を改善させ、代替態様を提供している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、先行技術における膜、膜アセンブリ、及びそれらを製造し使用する方法の代替を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の概要
本発明の一態様は、上にオーバーコートを有する燃料電池基板を含む製品を含み、該オーバーコートは、ＣｅまたはＭｎ基を含むイオノマーを含んでなる。
【０００５】
本発明の一態様は、燃料電池基板上に溶液を塗布することを含む方法を含み、該溶液は、セリウム又はマンガンイオンで修飾されたイオノマーを含む。
本発明の一態様は、イオノマーのプロトン基をＣｅ又はＭｎイオンに置換することを含み、これは、Ｃｅ又はＭｎの塩を溶液中のイオノマーと混合することを含む。
【０００６】
本発明の別の態様は、イオノマーを修飾することを含む方法を含み、これは、イオノマーとビヒクル（vehicle）を含む溶液にＣｅ3+又はＭｎ2+の塩を溶解することを含んでなる。
【０００７】
本発明の他の例示態様は、後に示される詳細な説明から明らかとなるだろう。詳細な説明と具体的な実施例とは、本発明の例示態様を開示してはいるが、例示のみを目的とすることが意図されており、本発明の範囲を制限することは意図されていないことを理解すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
例示態様の詳細な説明
以下の態様の説明は単に例示の性質を有し、本発明やその適用又は用途を制限することは意図していない。
【０００９】
本発明の一態様には、イオノマー及びビヒクルを含む溶液にＣｅ3+又はＭｎ2+の塩を溶解することにより、イオノマーを修飾することを含む方法が含まれる。一態様において、塩はＣｅ3+又はＭｎ2+の炭酸塩である。一態様において、塩には、Ｃｅ2（ＣＯ3）3又はＭｎＣＯ3が含まれる。一態様において、ビヒクルには、水か、エタノール、メタノール、プロパノール、ブタノール等のようなアルコールか、或いはこれらの混合物が含まれ得る。
【００１０】
イオノマー材料は多価電解質材料であり、イオン伝導性である。そのような適する多価電解質材料の例は、米国特許番号４，２７２，３５３号、米国特許番号３，１３４，６８９号、及びJournal of Power Sources, Volume 28 (1990), page 367-387に開示されている。そのような材料はイオン交換樹脂としても知られる。樹脂は、そのポリマー構造中にイオン性基を含み、ポリマーマトリクスに１のイオン成分が固定又は保持されており、この固定された成分に静電的に結合している交換可能な可動イオンである少なくとも１の他のイオン成分を有する。適切な条件下で他のイオンと交換され得る可動イオンの能力は、これら材料にイオン交換特性を付与する。
【００１１】
イオン交換樹脂は、イオン成分を原料の１つとして含む混合物を重合することにより調製することができる。カチオン交換プロトン伝導性樹脂の１つの広いクラスは、いわゆるスルホン酸カチオン交換樹脂である。スルホン酸樹脂において、カチオン交換基はポリマー主鎖に付着しているスルホン酸基である。
【００１２】
本発明の一態様において、イオン交換樹脂はパーフルオロスルホン酸ポリマー電解質であり、イオン交換特性を有する。そのようなポリマー電解質は、E. I. DuPont de Nemours & Companyから商標名ＮＡＦＩＯＮRで入手可能である。他のそのような多価電解質材料は、Asahi GlassとAsahi Kasei Chemical Companyから入手可能である。これらに限定されないが、パーフルオロカチオン交換樹脂、炭化水素系カチオン交換樹脂並びにアニオン交換樹脂のような、他の多価電解質材料の使用は全て本発明の範囲内である。
【００１３】
本発明の別の態様には、イオノマー溶液を基板へと塗布することを含む方法が含まれる。イオノマー溶液には、セリウム及び／又はマンガンイオン基を含むように修飾されたイオノマーが含まれる。イオノマーは以下に記載するように修飾することができる。本発明の多様な態様において、イオノマー溶液は、噴霧、浸漬、スクリーン印刷、静電印刷、スピンコーティング、ロール等により塗布することができる。本発明の多様な態様において、イオノマー溶液が上に塗布される基板は、これらに限定されないが、転写バッキング（decal backing）、多価電解質膜、ガス拡散媒体層、微孔層（microporous layer）、触媒被覆ガス拡散媒体、触媒被覆膜、又は触媒を有する電極を含むことができる。ビヒクルが蒸発して、基板上に固体のオーバーコートが与えられる。
【００１４】
本発明の別の態様において、５０ｇのAsahi Kaseiイオノマー溶液（５ｗｔ％イオノマー、９００当量）を、２０２ｍｇ（０．４４ｍｍｏｌ）のＣｅ2（ＣＯ3）3・Ｈ2Ｏに添加した。得られた溶液を短時間４０℃に温めて、室温で一晩撹拌させた。得られた溶液を２００ｇのメタノールで希釈して、１ｗｔ％のイオノマー溶液を製造した。この希釈されたイオノマー溶液（７０ｍＬ）を、触媒転写体（catalyst decal）上に噴霧し、約０．２ｍｇ／ｃｍ2の過多量の最終イオノマーオーバースプレー（final ionomer overspray overage）を得た。大きい触媒転写体をダイでカットして、膜電極アセンブリにつき５０ｃｍ2の転写体にした。この手順により、５０ｃｍ2の転写体中のセリウム含量は約０．５ｍｇＣｅ（３．６μｍｏｌ）である。この修飾された転写体を、次いで、４０００ポンド（３００ｐｓｉ）の圧力下で、２９５°Ｆで４分間、ＮＡＦＩＯＮR１１２膜に熱プレスした。アノード及びカソードのその活性領域は、それぞれ、３８ｃｍ2及び４４ｃｍ2であった。
【００１５】
燃料電池を評価するために、この膜電極アセンブリを５０ｃｍ2の機材中に入れた。膜電極アセンブリの寿命性能の開始を、８０℃、０〜１．５Ａ／ｃｍ2で、Ｈ2／空気分極曲線（polarization curve）により評価した。ガス圧力は１５０ｋＰａ absであり、アノード及びカソードの相対湿度はそれぞれ１００％及び５０％であった。アノード及びカソードの両者について化学量論（stoichiometry）は２．０であった。アノード及びカソード電極の両者について、白金充填量は０．４ｍｇ／ｃｍ2であった。図１１は、慣用的な膜電極アセンブリとの比較における、セリウム修飾イオノマーオーバーコートを有する膜電極アセンブリについての電圧ｖｓ電流密度分極曲線のグラフである。図１１は、本発明の一態様に従うイオノマー修飾オーバーコートを含む膜電極アセンブリの電圧対電流密度のグラフである。図１１において、線１０２は、Ｃｅオーバースプレー（Ｃｅで修飾されたイオノマー）を表し、線１００は、（イオンにより修飾されたイオノマーを有さない）基準オーバースプレー（baseline overspray）を表す。図１１は、本発明の金属イオン修飾イオノマーオーバーコートの使用に付随する性能上の不利はないことを示している。
【００１６】
膜電極アセンブリの耐久性を、アノード及びカソードの両方について９５℃、相対湿度５０％、開回路条件の下での作動中の、電圧とフッ化物放出速度（fluoride release rate, ＦＲＲ）をモニターすることにより評価した。本発明の膜電極アセンブリの電圧低下速度及びフッ化物放出速度（ＦＲＲ）を、非修飾イオノマー溶液の慣用的なオーバースプレーで調製した基準膜電極アセンブリと比較して評価した。図１２は、本発明の一態様に従うイオノマー修飾オーバーコートを有する膜電極アセンブリの耐久性試験の結果のグラフである。図１２において、線１０４はＣｅ ＯＳ電圧（即ちＣｅイオンで修飾されたイオノマーの電圧）を表し、線１０６は基準電圧（イオンで修飾されていないイオノマー）を表し、線１１０はＣｅオーバースプレーＦＲＲを表し、そして線１０８は基準ＦＲＲを表す。金属イオン修飾イオノマーオーバースプレーの使用により、電圧低下速度とＦＲＲの両者における劇的な低下が導かれることは明らかである。図１２の例において、電圧低下速度は２０分の１に減少し、ＦＲＲは５００分の１に減少する。これらの結果は、本発明が膜電極の耐久性に多大な改良を与えることを示している。
【００１７】
図１を参照する。本発明の一態様には、触媒を有する電極層１２を含む製品１０が含まれる。オーバーコート１４は電極層１２上に提供される。触媒は、担持されていても担持されていなくてもよい。電極層１２は、白金のような微細に分割された触媒粒子とプロトン伝導イオノマーのようなイオン伝導性材料が粒子とともに混合されて担持される微細に分割された粒子の群を含むことができる。プロトン伝導性材料はパーフルオロスルホン酸ポリマーのようなイオノマーであってもよく、上記の任意の他のイオノマーであってもよい。触媒材料には、白金及びパラジウムや、白金とモリブデン、白金とコバルト、白金とルテニウム、白金とニッケル、白金とスズ、その他の白金遷移金属合金、金属間化合物（intermetallic compounds）、及び当該分野で知られる他の燃料電池電極触媒のような金属の混合物が含まれる。担持粒子は、電気伝導性であり、炭素を含むことができる。担持粒子には、これらに限定されないが、活性炭、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、メソポアカーボン（mesopore carbon）、及び触媒を担持するのに適する表面領域を有する他の電気伝導性粒子が含まれる。基板１６には、転写バッキング材料、多価電解質膜、又はガス拡散媒体層が含まれる。
【００１８】
図２を参照する。本発明の一態様に従う製品１０には、触媒を含む電極層１２と、触媒層１２上のオーバーコート１４が含まれる。オーバーコート１４には、イオノマーで修飾されたセリウム又はマンガンが含まれる。基板１６は、この態様では転写バッキングだが、電極層１２とオーバーコート１４とを担持する。アセンブリを、多価電解質膜１８に面するオーバーコート１４を有する多価電解質膜１８上に置くことができ、オーバーコート１４と電極層１２とが多価電解質膜１８に接着するように熱プレスされ、転写バッキング１６を剥がして図３に示される構造を製造する。
【００１９】
図４は、本発明の別の態様に従う製品１０を示し、ここにおいて、基板１６は、ガス拡散媒体層２０と、任意に微孔層２２を含む。ガス拡散媒体層２０及び／又は微孔層２２は、電極層１２で被覆され、第一触媒被覆拡散媒体を提供する。オーバーコート１４を第一触媒被覆拡散媒体に塗布する。オーバーコート１４を有する触媒被覆拡散媒体は、多価電解質膜１８の第一面１７に接して配置することができる。オーバーコート１４を有する第二触媒被覆拡散媒体層を、オーバーコート１４が多価電解質膜１８の第二面１９に接するように配置することができる。オーバーコートを有する第一触媒被覆拡散媒体、膜、及びオーバーコートを有する第二触媒被覆拡散媒体を、ともに熱プレスしてもよい。
【００２０】
図５は、本発明の一態様に従う製品１０を示し、イオノマーで修飾されたセリウム又はマンガンを含むオーバーコート層１４を基板１６上に含む。基板１６は、微孔層を有さないガス拡散媒体層２０であってもよく、ガス拡散媒体２０とオーバーコート層１４との間にはさまれた触媒層１２であってもよい。
【００２１】
図６は、本発明の一態様に従う製品１０を示し、イオン修飾されたイオノマーオーバーコート１４を触媒層１２上に含む触媒被覆膜を含み、触媒層１２は膜１８とイオノマーオーバーコート１４との間に配置されている。
【００２２】
図７は、図４の代替態様を示し、イオノマーオーバーコート層１４は、触媒層１２とガス拡散媒体層２０上の微孔層２２との間に配置されている。
図８は、本発明の別の態様に従う製品１０を示し、多価電解質膜１８の上にある触媒をその中に含むアノード層１２ａを有する多価電解質膜１８を含む燃料電池スタックの一部が含まれる。第一オーバーコート層１４ａは、アノード層１２ａと多価電解質膜１８との間に配置される。同様に、触媒をその中に有するカソード層１２ｃは、多価電解質膜１８の下に付与される。第二イオノマー修飾オーバーコート１４ｃは、触媒層１２ｃと多価電解質膜１８との間に配置される。アノードガス拡散媒体層２０ａと任意の微孔層２２ａはアノード層１２ａ上にある。第一双極板（bipolar plate）２４ａは、アノードガス拡散媒体層２０ａ上にある。第一双極板２４ａは、反応ガス流動場（reactant gas flow field）を提供するその中に画定された複数のランド２８ａ及びチャネル３０ａを含む第一面２６ａを含む。第一双極板２４ａは、その中に形成された冷却チャネル３４ａを含む第二面３２ａを含む。同様に、ガス拡散媒体層２０ｃと任意の微孔層２２ｃが触媒層１２ｃの下にある。第二双極板層２４ｃは、カソードガス拡散媒体層２０ｃの下に付与される。第二双極板２４ｃは、反応ガス流動場を画定する複数のランド２８ｃとチャネル３０ｃを含む第一面２６ｃを含む。第二双極板２４ｃは、その中に形成された冷却チャネルを含む第二面３２ｃを含む。
【００２３】
図９は、別の態様を示し、イオン修飾イオノマーオーバーコート１４ａａがアノード触媒層１２ａと、アノード微孔層２２ａまたはアノードガス拡散媒体層２０ａのうちの一方との間に配置される。同様に、イオン修飾イオノマーオーバーコート層１４ｃｃは、カソード触媒層１２ｃと、カソード微孔層２２ｃ又はカソードガス拡散媒体層２０ｃのうちの一方との間に配置される。
【００２４】
図１０は別の態様を示し、第一アノードイオン修飾イオノマーオーバーコート層１４ａが、アノード触媒層１２ａと膜１８との間に配置されている。第二イオン修飾イオノマーオーバーコート層１４ａａは、アノード触媒層１２ａと、アノード微孔層２２ａ又はアノードガス拡散媒体層２０ａのうちの一方との間に配置される。同様に、第一カソードイオン修飾イオノマーオーバーコート層１４ｃは、カソード触媒層１２ｃと膜１８との間に配置される。第二カソードイオン修飾イオノマーオーバーコート１４ｃｃは、カソード触媒層１２ｃと、カソード微孔層２２ｃ又はカソードガス拡散媒体層２０ｃとの間に配置される。
【００２５】
図１３は、本発明の別の態様を示し、多価電解質膜１８と、膜１８の第一面２１０ａ上にアノードサブガスケット（anode subgasket）２００ａを含む製品１０を含む。アノードサブガスケット２００ａは、内部端２０２ａにより画定された窓（window）をその中に含み、膜のアノード側の活性領域を画定する膜１８の第一面２１０ａの一部を露出させている。アノードイオン修飾イオノマーオーバーコート層１４ａは、アノードサブガスケット窓２０２ａ中に付与される。アノードサブガスケット２００ａに重なるアノードイオン修飾イオノマーオーバーコート層の一部２０４ａは、アノードサブガスケットの内部端２０２ａに沿ったピンホールと、サブガスケット２００ａの下のピンホールを抑制し、また実質的に低減させる。
【００２６】
同様に、カソードサブガスケット２００ｃを、膜１８の第二面２１０ｃ上に提供することができる。カソードサブガスケット２００ｃは、内部端２０２ｃにより画定された窓をその中に含み、膜１８のカソード側の活性領域を画定する膜１８の第二面２１０ｃの一部を露出させている。カソードイオン修飾イオノマーオーバーコート層１４ｃは、カソードサブガスケット窓２０２ｃ中に付与され、カソードサブガスケット２００ｃの一部に重なる部分２０４ｃを含む。カソードサブガスケット２００ｃに重なるカソードイオン修飾イオノマーオーバーコート層の一部２０４ｃは、カソードサブガスケットの内部端２０２ｃに沿ったピンホールと、サブガスケット２００ｃの下のピンホールを抑制し、また実質的に低減させる。カソード触媒層１２ｃは、カソードサブガスケット２００ｃに重なる部分２０６ｃも含むことができる。この態様において、アノードサブガスケット窓２０２ａにける開口部は、カソードサブガスケット窓２０２ｃにおける開口部よりも小さい。たとえば、アノード側の開口部又は活性領域は、３８ｃｍ2であることができ、一方、カソード側の開口部又は活性領域は、４４ｃｍ2であることができる。さらに、カソードイオン修飾イオノマーオーバーコート層１４ｃの端２０８ｃは、アノードイオン修飾イオノマーオーバーコート１４ａの端２０８ａを越えて横方向に伸びることができる。
【００２７】
本発明の態様の上記の説明は、例示の性質のみを有し、従って、その変形は、本発明の精神及び範囲から逸脱したものとみなされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、触媒を含む電極上に、セリウム又はマンガンイオンで修飾したイオノマーオーバーコートを含む、本発明の一態様を示す。
【図２】図２は、転写移動法（decal transfer process）を用いて、触媒とイオン修飾オーバーコートとを有する電極を膜の上に熱プレスすることを含む、本発明の一態様を示す。
【図３】図３は、触媒被覆膜を含み、該触媒層の下にイオン修飾イオノマーオーバーコートを含む、本発明の一態様を示す。
【図４】図４は、触媒被覆拡散媒体（微孔層を有する）を含み、該触媒層の上にイオン修飾イオノマー層を含む、本発明の別の態様を示す。
【図５】図５は、触媒被覆拡散媒体（微孔層を有さない）を含み、該拡散媒体層の直接上にある触媒層上にイオン修飾イオノマー層を含む、本発明の別の態様を示す。
【図６】図６は、触媒被覆膜を含み、該触媒層上にイオン修飾イオノマーオーバーコートを含み、該触媒層が膜とイオノマーオーバーコートとの間にはさまれている、本発明の一態様を示す。
【図７】図７は、触媒被覆拡散媒体（微孔層を有する）を含み、該触媒層と該微孔層との間に配置されたイオン修飾イオノマー層を含む、本発明の別の態様を示す。
【図８】図８は、アノード層、カソード層、及びアノード層とカソード層の各々と膜との間にはさまれたイオン修飾イオノマー層、を有する膜電極アセンブリを有する燃料電池の一部を含む、本発明の一態様を示す。
【図９】図９は、アノード層、カソード層、及びアノード層とカソード層の各々の上にあるイオン修飾イオノマー層、を有する膜電極アセンブリを有する燃料電池の一部を含む、本発明の一態様を示す。
【図１０】図１０は、アノード層、カソード層、アノード層とカソード層の各々と膜との間にはさまれたイオン修飾イオノマー層、及びアノード層とカソード層の各々の上にある第二イオン修飾イオノマー層、を有する膜電極アセンブリを有する燃料電池の一部を含む、本発明の一態様を示す。
【図１１】図１１は、本発明の一態様に従うイオノマー修飾オーバーコートを含む膜電極アセンブリについての電圧対電流密度のグラフである。
【図１２】図１２は、本発明の一態様に従うイオノマー修飾オーバーコートを含む膜電極アセンブリの耐久性試験の結果のグラフである。
【図１３】図１３は、本発明の別の態様を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写バッキング、多価電解質膜、ガス拡散媒体層、微孔層、触媒被覆膜、触媒被覆ガス拡散媒体、又は触媒含有電極の少なくとも１を含んでなる基板にイオノマー溶液を塗布することを含む方法であって、該イオノマー溶液が、セリウム又はマンガン基の少なくとも１を含むように修飾されたイオノマーを含む、方法。
【請求項２】
該基板が電極である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該基板が転写バッキング材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該基板が多価電解質膜を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該基板がガス拡散媒体層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
該基板が、微孔層で被覆されたガス拡散媒体層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
該塗布することが、噴霧、浸漬、スクリーン印刷、ロール、コーティング、又はブラッシングの少なくとも１を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
該オーバーコート層と転写バッキング材料を多価電解質膜に熱プレスすること、及びオーバーコート層が多価電解質膜に面するように転写バッキング材料を除去することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
多価電解質膜の第一面に接して該オーバーコートを配置することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
多価電解質膜に接して該オーバーコート層を配置することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
イオノマーを修飾することを含む方法であって、イオノマー及びビヒクルを含む溶液にセリウム又はマンガンの少なくとも１の塩を溶解することを含む、方法。
【請求項１２】
該塩がセリウム又はマンガンの炭酸塩を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
該ビヒクルが、水又はアルコールの少なくとも１を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
該ビヒクルが、エタノール、メタノール、プロパノール、又はブタノールの少なくとも１を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
該溶液を触媒含有電極に塗布することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
該電極を担持する基板をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
該基板が転写バッキング材料を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
該基板が多価電解質膜を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
該基板がガス拡散媒体層を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
該基板が、微孔層で被覆されたガス拡散媒体層を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
プロトン基を含むイオノマーを準備すること、
プロトン基の少なくとも１をＣｅ又はＭｎイオンで置換すること、
を含む方法であって、Ｃｅ又はＭｎの塩を溶液中の該イオノマーと混合することを含む、方法。
【請求項２２】
該プロトン基がスルホン酸基を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
該溶液中に触媒をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
該溶液で被覆すること、及び該溶液を乾燥して基板を形成させることをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
該塩がＣｅ2（ＣＯ3）3である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
該塩がＭｎＣＯ3である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
触媒含有電極層と、該電極層上のオーバーコートを有する製品であって、該オーバーコートはセリウム又はマンガン基の少なくとも１を含むように修飾されたイオノマーを含んでなる、製品。
【請求項２８】
該イオノマーがパーフルオロスルホン酸ポリマーを含む、請求項２７に記載の製品。
【請求項２９】
該電極層の下にある基板をさらに含む、請求項２７に記載の製品。
【請求項３０】
該基板が転写バッキング材料を含む、請求項２９に記載の製品。
【請求項３１】
該基板が多価電解質膜を含む、請求項２９に記載の製品。
【請求項３２】
該基板がガス拡散媒体層を含む、請求項２９に記載の製品。
【請求項３３】
該基板が、上に微孔層が被覆されたガス拡散媒体層を含む、請求項２９に記載の製品。
【請求項３４】
該オーバーコート層に隣接する多価電解質膜をさらに含む、請求項２７に記載の製品。
【請求項３５】
第一面及び反対側の第二面を有する多価電解質膜、該膜の第一面上にあり燃料を解離させてプロトンを提供するための触媒を含有するアノード、該膜の第二面上にありプロトンと酸素との反応を触媒するための触媒を含むカソード、該カソード上のカソード側ガス拡散媒体層、及び該アノード上のアノード側ガス拡散媒体層を有する少なくとも１の燃料電池；
該アノードと膜との間に配置されているか該アノードと該アノード側ガス拡散媒体層との間に配置されており、セリウム又はマンガン基の少なくとも１を含むように修飾されたイオノマーを有する第一アノード側イオノマーオーバーコート；
該カソードと膜との間に配置されているか該カソードと該カソードガス拡散媒体層との間に配置されており、セリウム又はマンガン基の少なくとも１を含むように修飾されたイオノマーを有する第一カソード側イオノマーオーバーコート
を含む製品。
【請求項３６】
該第一アノード側イオノマーオーバーコートがセリウム基を含み、該第一カソード側イオノマーオーバーコートがマンガン基を含む、請求項３５に記載の製品。
【請求項３７】
該第一アノード側イオノマーオーバーコートがマンガン基を含み、該第一カソード側イオノマーオーバーコートがセリウム基を含む、請求項３５に記載の製品。
【請求項３８】
該第一アノード側イオノマーオーバーコートが該アノードと膜との間に配置されており、かつ、該アノードと該アノード側ガス拡散媒体層との間に配置されセリウム又はマンガン基の少なくとも１を含むように修飾されたイオノマーを有する第二アノード側イオノマーオーバーコートをさらに含む、請求項３５に記載の製品。
【請求項３９】
該カソード側イオノマーオーバーコートが該カソードと膜との間に配置されており、かつ、該カソードと該カソード側ガス拡散媒体層との間に配置されセリウム又はマンガン基の少なくとも１を含むように修飾されたイオノマーを有する第二カソード側イオノマーオーバーコートをさらに含む、請求項３５に記載の製品。
【請求項４０】
第一面及び第二面を有する燃料電池多価電解質膜、該第一面上にあり該膜の第一面の一部を露出させる第一窓を画定する内部端を有する第一サブガスケット、該第一窓中にある部分を有する第一イオン修飾イオノマーオーバーコート層、及び該第一サブガスケットの一部に重なる該第一イオン修飾イオノマーオーバーコート層の一部、を含む製品。
【請求項４１】
該第二面上にあり該膜の第二面の一部を露出さあせる第二窓を画定する内部端を有する第二サブガスケット、該第二窓中にある部分を有する第二イオン修飾イオノマーオーバーコート層、及び該第二サブガスケットの一部に重なる該第二イオン修飾イオノマーオーバーコート層の一部、をさらに含む、請求項４０に記載の製品。
【請求項４２】
該第一窓により露出された該膜の第一面の領域が、該第二窓により露出された該膜の第二面の領域よりも小さい、請求項４１に記載の製品。
【請求項４３】
該第一イオン修飾イオノマーオーバーコート層上にあるアノード触媒層、及び該第二イオン修飾イオノマーオーバーコート層上にあるカソード触媒層をさらに含む、請求項４１に記載の製品。
【請求項４４】
該第一イオン修飾イオノマーオーバーコート層が該アノード触媒層と該膜との間に配置される、請求項４３に記載の製品。
【請求項４５】
該第二イオン修飾イオノマーオーバーコート層が該カソード触媒層と該膜との間に配置される、請求項４３に記載の製品。
【請求項４６】
該第一オーバーコート層がセリウム又はマンガン基を含む、請求項４０に記載の製品。
【請求項４７】
該第二オーバーコート層がセリウム又はマンガン基を含む、請求光４１に記載の製品。
【請求項１】
転写バッキング、多価電解質膜、ガス拡散媒体層、微孔層、触媒被覆膜、触媒被覆ガス拡散媒体、又は触媒含有電極の少なくとも１を含んでなる基板にイオノマー溶液を塗布することを含む方法であって、該イオノマー溶液が、セリウム又はマンガン基の少なくとも１を含むように修飾されたイオノマーを含む、方法。
【請求項２】
該基板が電極である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該基板が転写バッキング材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該基板が多価電解質膜を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該基板がガス拡散媒体層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
該基板が、微孔層で被覆されたガス拡散媒体層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
該塗布することが、噴霧、浸漬、スクリーン印刷、ロール、コーティング、又はブラッシングの少なくとも１を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
該オーバーコート層と転写バッキング材料を多価電解質膜に熱プレスすること、及びオーバーコート層が多価電解質膜に面するように転写バッキング材料を除去することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
多価電解質膜の第一面に接して該オーバーコートを配置することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
多価電解質膜に接して該オーバーコート層を配置することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
イオノマーを修飾することを含む方法であって、イオノマー及びビヒクルを含む溶液にセリウム又はマンガンの少なくとも１の塩を溶解することを含む、方法。
【請求項１２】
該塩がセリウム又はマンガンの炭酸塩を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
該ビヒクルが、水又はアルコールの少なくとも１を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
該ビヒクルが、エタノール、メタノール、プロパノール、又はブタノールの少なくとも１を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
該溶液を触媒含有電極に塗布することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
該電極を担持する基板をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
該基板が転写バッキング材料を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
該基板が多価電解質膜を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
該基板がガス拡散媒体層を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
該基板が、微孔層で被覆されたガス拡散媒体層を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
プロトン基を含むイオノマーを準備すること、
プロトン基の少なくとも１をＣｅ又はＭｎイオンで置換すること、
を含む方法であって、Ｃｅ又はＭｎの塩を溶液中の該イオノマーと混合することを含む、方法。
【請求項２２】
該プロトン基がスルホン酸基を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
該溶液中に触媒をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
該溶液で被覆すること、及び該溶液を乾燥して基板を形成させることをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
該塩がＣｅ2（ＣＯ3）3である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
該塩がＭｎＣＯ3である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
触媒含有電極層と、該電極層上のオーバーコートを有する製品であって、該オーバーコートはセリウム又はマンガン基の少なくとも１を含むように修飾されたイオノマーを含んでなる、製品。
【請求項２８】
該イオノマーがパーフルオロスルホン酸ポリマーを含む、請求項２７に記載の製品。
【請求項２９】
該電極層の下にある基板をさらに含む、請求項２７に記載の製品。
【請求項３０】
該基板が転写バッキング材料を含む、請求項２９に記載の製品。
【請求項３１】
該基板が多価電解質膜を含む、請求項２９に記載の製品。
【請求項３２】
該基板がガス拡散媒体層を含む、請求項２９に記載の製品。
【請求項３３】
該基板が、上に微孔層が被覆されたガス拡散媒体層を含む、請求項２９に記載の製品。
【請求項３４】
該オーバーコート層に隣接する多価電解質膜をさらに含む、請求項２７に記載の製品。
【請求項３５】
第一面及び反対側の第二面を有する多価電解質膜、該膜の第一面上にあり燃料を解離させてプロトンを提供するための触媒を含有するアノード、該膜の第二面上にありプロトンと酸素との反応を触媒するための触媒を含むカソード、該カソード上のカソード側ガス拡散媒体層、及び該アノード上のアノード側ガス拡散媒体層を有する少なくとも１の燃料電池；
該アノードと膜との間に配置されているか該アノードと該アノード側ガス拡散媒体層との間に配置されており、セリウム又はマンガン基の少なくとも１を含むように修飾されたイオノマーを有する第一アノード側イオノマーオーバーコート；
該カソードと膜との間に配置されているか該カソードと該カソードガス拡散媒体層との間に配置されており、セリウム又はマンガン基の少なくとも１を含むように修飾されたイオノマーを有する第一カソード側イオノマーオーバーコート
を含む製品。
【請求項３６】
該第一アノード側イオノマーオーバーコートがセリウム基を含み、該第一カソード側イオノマーオーバーコートがマンガン基を含む、請求項３５に記載の製品。
【請求項３７】
該第一アノード側イオノマーオーバーコートがマンガン基を含み、該第一カソード側イオノマーオーバーコートがセリウム基を含む、請求項３５に記載の製品。
【請求項３８】
該第一アノード側イオノマーオーバーコートが該アノードと膜との間に配置されており、かつ、該アノードと該アノード側ガス拡散媒体層との間に配置されセリウム又はマンガン基の少なくとも１を含むように修飾されたイオノマーを有する第二アノード側イオノマーオーバーコートをさらに含む、請求項３５に記載の製品。
【請求項３９】
該カソード側イオノマーオーバーコートが該カソードと膜との間に配置されており、かつ、該カソードと該カソード側ガス拡散媒体層との間に配置されセリウム又はマンガン基の少なくとも１を含むように修飾されたイオノマーを有する第二カソード側イオノマーオーバーコートをさらに含む、請求項３５に記載の製品。
【請求項４０】
第一面及び第二面を有する燃料電池多価電解質膜、該第一面上にあり該膜の第一面の一部を露出させる第一窓を画定する内部端を有する第一サブガスケット、該第一窓中にある部分を有する第一イオン修飾イオノマーオーバーコート層、及び該第一サブガスケットの一部に重なる該第一イオン修飾イオノマーオーバーコート層の一部、を含む製品。
【請求項４１】
該第二面上にあり該膜の第二面の一部を露出さあせる第二窓を画定する内部端を有する第二サブガスケット、該第二窓中にある部分を有する第二イオン修飾イオノマーオーバーコート層、及び該第二サブガスケットの一部に重なる該第二イオン修飾イオノマーオーバーコート層の一部、をさらに含む、請求項４０に記載の製品。
【請求項４２】
該第一窓により露出された該膜の第一面の領域が、該第二窓により露出された該膜の第二面の領域よりも小さい、請求項４１に記載の製品。
【請求項４３】
該第一イオン修飾イオノマーオーバーコート層上にあるアノード触媒層、及び該第二イオン修飾イオノマーオーバーコート層上にあるカソード触媒層をさらに含む、請求項４１に記載の製品。
【請求項４４】
該第一イオン修飾イオノマーオーバーコート層が該アノード触媒層と該膜との間に配置される、請求項４３に記載の製品。
【請求項４５】
該第二イオン修飾イオノマーオーバーコート層が該カソード触媒層と該膜との間に配置される、請求項４３に記載の製品。
【請求項４６】
該第一オーバーコート層がセリウム又はマンガン基を含む、請求項４０に記載の製品。
【請求項４７】
該第二オーバーコート層がセリウム又はマンガン基を含む、請求光４１に記載の製品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−１５９５７３（Ｐ２００８−１５９５７３Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００７−２８９２３６（Ｐ２００７−２８９２３６）
【出願日】平成１９年１１月７日（２００７．１１．７）
【出願人】（５０５２１２０４９）ジーエム・グローバル・テクノロジー・オペレーションズ・インコーポレーテッド (221)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８９２３６（Ｐ２００７−２８９２３６）
【出願日】平成１９年１１月７日（２００７．１１．７）
【出願人】（５０５２１２０４９）ジーエム・グローバル・テクノロジー・オペレーションズ・インコーポレーテッド (221)
【Ｆターム（参考）】
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