触媒でコーティングされたポリマー電解質膜を製造するためのプロセス
本発明は、電気化学的デバイスのための触媒でコーティングされたポリマー電解質膜（ＣＣＭ）を製造するためのプロセスに関する。このプロセスは、背面で第一の支持箔に支持されている、ポリマー電解質膜が使用されることを特徴とする。前面のコーティング後、第二の支持箔が、この前面に適用され、第一の支持箔が除去され、そして引き続いて、第二の触媒層が、この背面に適用される。このプロセスにおいて、この膜は、全ての処理工程の間、少なくとも１つの支持箔に接触している。平滑な、しわのない、触媒でコーティングされた膜が、高い生産速度で、連続プロセスで得られる。この３層の、触媒でコーティングされた膜（ＣＣＭ）は、ＰＥＭ燃料電池、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）、センサまたは電解槽のような、電気化学的デバイスにおいて使用される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学的デバイス（例えば、燃料電池、電気化学的センサまたは電解槽）のための、触媒でコーティングされたポリマー電解質膜（「ＣＣＭ」）を製造するためのプロセスに関する。さらに、本発明は、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）および燃料電池スタックの製造のための、触媒でコーティングされた膜の使用を包含する。
【０００２】
本発明は、直接コーティング方法による、３層の触媒でコーティングされた膜（ＣＣＭ）の製造に関する。このような触媒でコーティングされた膜（「３層のＣＣＭ」）を製造するために、電極層が、ペーストの印刷、ドクターブレーディング、ロール塗布および散布によって、ポリマー電解質膜の前面および背面に、ほとんど適用される。ペースと状の組成物はまた、以下において、インクまたは触媒インクともまた称される。触媒に加えて、これらの膜はまた、通常、プロトン伝導材料、種々の溶媒、ならびに必要に応じて、微細に分散した疎水性材料、添加剤および細孔形成剤を含有する。
【背景技術】
【０００３】
燃料電池は、燃料および酸化剤を、空間的に分離された２つの電極において、電気、熱および水に変換させる。水素、メタノール、または水素リッチな気体が、燃料として使用され得、そして酸素または空気が、酸化剤として使用され得る。燃料電池におけるエネルギー変換プロセスは、特に高い効率によって、区別される。この理由により、燃料電池は、代替の推進概念、静止電源システムおよび可搬適用のために、次第に重要性を増している。
【０００４】
燃料電池の低い作動温度、小型の構造および電力密度に起因して、膜燃料電池（例えば、ポリマー電解質膜燃料電池（「ＰＥＭＦＣ」）および直接メタノール燃料電池（「ＤＭＦＣ」）は、広範な移動用途および静止用途のために適切である。
【０００５】
ＰＥＭ燃料電池は、複数の燃料電池ユニットを積み重ねることによって、構築される。個々のユニットは、作動電池電圧を増加させる目的で、直列に電気的に接続される。
【０００６】
ＰＥＭ燃料電池の主要部分は、いわゆる膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）である。ＭＥＡは、プロトン伝導性膜（ポリマー電解質またはイオノマー膜）、この膜の両側に配置された２つの気体拡散層（ＧＤＬ）、およびこの膜とそれぞれの気体拡散層との間に配置された電極層を備える。これらの電極層のうちの１つは、水の酸化のためのアノードとして働き、そして第二の電極層は、酸素の還元のためのカソードとして働く。
【０００７】
ポリマー電解質膜は、プロトン伝導性ポリマー材料からなる。この材料は、本明細書中以下で、短縮して、「イオノマー」と称される。スルホン酸基を有するテトラフルオロエチレン−フルオロ−ビニルエーテル−コポリマーが、好ましくは、使用される。この材料は、例えば、商標Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）の下で、ＤｕＰｏｎｔにより入手可能である。しかし、他の材料（特に、フッ素を含まないイオノマー材料（ドープされたスルホン化（ｓｕｌｆｏｎｉｚｅｄ）ポリエーテルケトンまたはドープされたスルホン化アリールケトン、スルフィン化アリールケトン、スルホン化ポリベンゾイミダゾールもしくはスルフィン化ポリベンゾイミダゾールなど））が、使用され得る。適切なイオノマー材料は、Ｏ．Ｓａｖａｄｏｇｏによって、「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ」Ｉ，４７−６６（１９９８）に記載されている。燃料電池における使用のためには、これらの膜は、一般に、１０μｍと２００μｍとの間の厚さを有する。
【０００８】
アノードおよびカソードのための電極層は、プロトン伝導性ポリマーおよび電極触媒を備え、これらは、それぞれの反応（水素の酸化および酸素の還元）を触媒的に促進する。元素の周期系の白金族の金属は、好ましくは、触媒的に活性な成分として使用される。ほとんどの場合において、いわゆる担持触媒が使用され、ここで、触媒的に活性な白金族の金属は、非常に分散された形態の導電性支持材料（例えば、カーボンブラック）の表面に固定される。
【０００９】
気体拡散層（ＧＤＬ）は、通常、炭素繊維紙または炭素繊維布からなり、そして反応層への反応物気体の良好な接近を可能にする。さらに、これらの気体拡散層は、燃料電池において発生する電流のための良好な導体として働き、そして形成した生成水を除去する。
【００１０】
ＰＥＭ燃料電池技術の商業化は、触媒でコーティングされた膜（ＣＣＭ）および膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を移動用途、静止用途および可搬用途のための商業的量で入手可能にする目的で、これらの膜の産業規模での製造方法を必要とする。以下の文献は、当該分野における技術水準を示す。
【００１１】
ＷＯ ９７／２３９１９は、ポリマー膜、電極層および気体拡散層が、ロール塗布によって一緒に連続的に結合される、膜電極アセンブリを製造するための方法を記載する。この方法は、５つの層を有するＭＥＡの製造に関し、イオノマー膜（ＣＣＭ製品）の直接のコーティングは、言及されていない。
【００１２】
ＥＰ １ １９８ ０２１は、５つの層を有するＭＥＡを製造するための連続的な方法を開示し、ここで、この膜の反対側が、触媒層の適用の間、支持される。本発明によるプロセスとは逆に、触媒層とは逆にあるこの膜の面が、テープの形状の気体拡散層（ＧＤＬ）によって（従って、一時的に適用されるフィルムによってではない）、印刷の間、支持される。このプロセスの終了時に、このテープの形状の気体拡散層は、５層のＭＥＡの構成要素として残る。
【００１３】
ＥＰ １ ０３７ ２９５は、電極層の、テープ形状のイオノマー膜上への選択的な適用のための、連続的なプロセスを記載し、ここで、この膜の前面および背面は、印刷によってコーティングされる。ここで、この膜は、特殊な水含有量（２重量％〜２０重量％）を有さなければならない。コーティングプロセスの間の、この膜の膨潤および寸法変化に起因して、前面の印刷と背面の印刷との間の位置決めの正確さが、特に、５０μｍ未満の厚さを有する薄い膜を使用する場合に、重要になる。
【００１４】
米国特許第６，０７４，６９２号は、イオノマー膜をコーティングするための、連続的な方法を記載する。この膜は、有機溶媒中で予め膨潤され、次いで、コーティングされる。このプロセスの間のこの膜の収縮は、クランプによって防がれる。
【００１５】
ＷＯ ０２／４３１７１は、フレキソ印刷方法を示唆し、ここで、薄い触媒層が、ドラムの形状を有する印刷デバイスによって、膜に転写される。複数の非常に薄い層を適用することによって、この膜の膨潤を低下させることが試みられる。
【００１６】
ＪＰ ２００１ １６０ ４０５もまた、触媒でコーティングされたイオノマー膜を製造するためのプロセスを開示する。ここで、この膜は、支持基板に固定され、この支持基板は、前面のコーティングおよびその乾燥後に、除去される。背面をコーティングする前に、この膜は、さらなる支持基板に固定される。ポリエステルまたはテフロン（登録商標）に基づく基板、およびガラス板が、提唱されている。この膜の前面および背面のコーティングの間のこの膜の取り扱いは、この膜が支持されていない間になされる。従って、このプロセスは、連続的ではなく、そして触媒でコーティングされた膜の一連の製造のためには、適切ではない。
【００１７】
３層の触媒でコーティングされた膜（ＣＣＭ）の産業的製造は、依然として問題を提起し、これらの問題は、公知の手段によっては、満足な様式で解決されていない。特に、溶媒ベースのインクでのコーティングの間の膜の膨潤、引き続く乾燥工程の間の収縮、ならびに取り扱いおよび処理の間の膜の高い感受性は、適切な連続的製造プロセスに対する挑戦を提示する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従って、本発明の目的は、触媒でコーティングされたポリマー電解質膜の製造のための、改良されたプロセスを提供することである。このプロセスは、技術水準の上記欠点を克服するはずである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この目的は、請求項１に従うプロセス、および対応する装置によって、解決される。有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。さらなる請求項は、請求項１のプロセスに従って製造された、触媒でコーティングされた膜の、電気化学的デバイス（例えば、燃料電池、センサまたは電解槽）を組み立てるための使用に関する。
【００２０】
本発明による特に好ましいプロセスは、いくつかの工程を包含し、そして以下によって特徴付けられる：
（ａ）背面に第一の支持箔を備える、ストリップ形状のポリマー電解質膜の前面が、触媒インクでコーティングされ、そして高温で乾燥される、
（ｂ）第二の支持箔が、このポリマー電解質膜の前面に適用される、
（ｃ）第一の支持箔が、このポリマー電解質膜の背面から除去される、
（ｄ）引き続いて、ポリマー電解質膜の背面が、触媒インクでコーティングされ、そして高温で乾燥される。
【００２１】
この膜の前面の第二の支持箔は、必要であれば、第一の工程の直後か、または更なる処理工程の経過中に除去され得る。さらなる処理工程は、例えば、水浴中でのＣＣＭの後処理、気体拡散層（ＧＤＬ）とＣＣＭとを組み立てて、５層のＭＥＡを形成すること、または保護層および／もしくは密封構成要素とのＣＣＭの結合を包含し得る。一般に、このプロセス全体にわたる改良された取り扱いが必要とされる場合、第二の支持箔は、ポリマー電解質膜上に残され得、そしてＭＥＡまたは燃料電池スタックの最終組み立てのためにのみ、除去され得る。
【００２２】
好ましくは、ストリップまたはテープの形状のイオノマー膜が使用されるが、これらは、供給される場合に、すでに支持箔上に積層される。一方で、種々の膜供給者が、このような製品を与えている。支持されていないストリップ形状の膜が、本発明によるプロセスにおいて使用されなければならない場合、この膜の背面は、予め、別の単純なプロセス工程において、第一の支持箔と積層される。
【００２３】
第一のプロセス工程（ａ）において、触媒インクが、支持された膜の前面に適用される。この触媒インクの乾燥後、第二の支持箔が、第二のプロセス工程（ｂ）において、このコーティングされた膜の前面に適用され、そして引き続いて、第三のプロセス工程（ｃ）において、この膜の背面の第一の支持箔が除去される。本願において、プロセス工程（ｂ）および（ｃ）はまた、まとめて、「トランスラミネーション」と称される。
【００２４】
最後のプロセス工程（ｄ）において、この膜の背面がコーティングされ、そして引き続いて、乾燥される。
【００２５】
すでに言及されたように、この膜の前面の第二の支持箔は、必要であれば、即座にか、または後の処理工程の経過中に、除去され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明によるプロセスの特徴は、ストリップ形状の基板を使用する場合の、連続的な製造流れである。ポリマー膜および支持箔は、ストリップの形態で使用され得ることが、注目されるべきである。
【００２７】
本発明のプロセスのさらなる特徴は、背面が第二のコーティング工程においてコーティングされる前に、膜の前面上に第二の支持箔を適用することである。好ましい実施形態において、この第二の支持箔は、第一の支持箔が除去される前に適用される。従って、第一の支持箔の除去／剥離の間に起こる問題（例えば、不均一な伸長、折れ目の形成、たるみなど）が、回避される。
【００２８】
本発明によるプロセスは、膜が、全ての処理工程の間、少なくとも１つの支持箔と接触しているか、またはこの支持箔に接続されているという事実によって、特徴付けられる。従って、この膜は、経済的かつ効率的に（すなわち、高い速度および高い質で）処理され得る。従って、平滑な、しわのない、正確に印刷された、触媒でコーティングされた膜（ＣＣＭ）が得られる。
【００２９】
本発明によるプロセスの特定の実施形態において、打ち抜きまたは穿孔されたフィルムが、支持箔として使用される。ここで、穿孔および打ち抜きの技術は、支持箔の積層特性に対する影響を有する。点または溝の形状を有する穿孔部分が、使用され得る。これらの穿孔部分は、打ち抜き、スタンピング、熱針（ｈｏｔ ｎｅｅｄｌｅ）または気体火炎穿孔方法によって、あるいは静電的にもまた、製造され得る。代表的な穿孔パターンは、１平方センチメートル（ｃｍ２）の箔あたり５〜２０個の穴を有し、これによって、これらの穴は、約０．２ｍｍ〜３ｍｍの範囲の直径を有する。用語「穴」とは、支持箔またはフィルムにおける全ての種類の開口部または空隙（例えば、非円形の打ち抜かれた開口部）をいう。
【００３０】
イオノマー膜は、穿孔された支持箔が使用される場合に、かなり低い収縮および／またはしわを示すことが見出された。明らかに、溶媒が、コーティング後の乾燥プロセスの間に、これらの穴または開口部を通して、より良好に除去され得る。さらに、この穿孔された支持箔は、コーティング後に、貫入する溶媒に起因してある程度までこの膜が膨潤すること、および乾燥プロセスの経過中に再度収縮することを可能にする。穿孔された支持箔の使用は、より大きい印刷形態（すなわち、２００ｃｍ２より大きい活性領域を有するＣＣＭ）について、全面積の印刷の場合、および薄いイオノマー膜（５０μｍ未満の厚さ）が使用される場合に、特に有利である。
【００３１】
ローラを使用する連続的な積層方法、または広範な温度もしくは圧力の範囲でのプロセスが、ポリマー電解質膜上に支持フィルムを適用するために使用される。処理されるべきフィルムの材料の組み合わせに依存して、さらなる成分が、この積層プロセスのために必要とされないかもしれない。特定の場合において、支持箔と膜との間の接着力は、すでに、十分な接着を提供し得る。支持箔と膜との間の改良された接着が望ましい場合、いわゆる接着材料が、この膜のコーティングされる面の縁部に適用され得る。ここで、液体接着剤または接着剤テープが、使用され得る。積層条件は、それに従って、適合される。
【００３２】
熱針穿孔方法がまた、結合を改良するために、使用され得る。ここで、結合されるべき支持箔およびイオノマー膜は、熱針の穿刺領域において融解され、これによって、良好な接着が得られる。
【００３３】
ポリエステル、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタンまたは適合性の箔材料の、箔またはフィルムが、前面および背面のための支持箔として適切である。さらに、例えば、ポリエステル／ポリエチレン、ポリアミド／ポリエチレン、ポリアミド／ポリエステル、ポリエステル／紙、ポリエチレン／アルミニウムなどの積層されたフィルムが、使用され得る。さらに、金属箔および紙材料が、使用され得る。箔材料は、１０μｍ〜２５０μｍの範囲の厚さ、および最大７５０ｍｍまでの寸法幅を有する。
【００３４】
一般に、第二の支持箔のための材料として、第一の支持箔のためのフィルムおよび箔と同じフィルムおよび箔が、使用され得る。
【００３５】
テープ形状のフィルムまたは箔の、ロールからロールへのプロセスにおける連続的な処理、コーティングおよび積層のために適切なデバイスは、当業者に公知である。イオノマー膜の前面および背面のコーティングは、異なる方法によって達成され得る。例は、とりわけ、スクリーン印刷、ステンシル印刷、オフセット印刷、転写、ドクターブレーディングまたは散布である。これらの方法は、酸形態またはアルカリ形態の、ポリマー性の過フルオロ化スルホン酸組成物、ドープされたポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルケトンおよびポリスルホンからなるポリマー電解質膜の処理のために、適切である。複合材料およびセラミックの膜もまた、使用され得る。
【００３６】
適切な連続的乾燥方法は、とりわけ、熱空気乾燥、赤外線乾燥、マイクロ波乾燥、プラズマ方法および／またはこれらの組み合わせである。乾燥プロフィール（温度および時間）は、特定のプロセスに従って選択される。適切な温度は、２０℃〜１５０℃の範囲であり、適切な乾燥時間は、１分間と３０分間との間である。
【００３７】
イオノマー膜の両面の電極層は、互いに異なり得る。これらは、異なる触媒インクから形成され得、そして異なる量の触媒および貴金属負荷（ｍｇでのＰｔ／ｃｍ２）を有し得る。これらのインクにおいて、異なる電極触媒（例えば、貴金属含有担持触媒および卑金属含有担持触媒、Ｐｔ触媒またはＰｔＲｕ触媒、ならびに担持されていないＰｔ粉末およびＰｔＲｕ粉末およびブラック（ｂｌａｃｋ））が、ＣＣＭまたはＭＥＡが作製される燃料電池の型に依存して、使用され得る。
【００３８】
以下の実施例は、本発明によるプロセスを、本発明の範囲を限定することなく、より詳細に説明する。
【実施例】
【００３９】
（実施例１）
本発明のプロセスによる膜電極アセンブリを製造するために、以下の組成を有する触媒インクを使用した：
【００４０】
【表１】
１つの表面で、積層されたポリエステル箔（５０μｍの厚さ）によって支持されている、ポリマー電解質膜の３０ｃｍ幅および５０ｍ長さのストリップ（Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）１１２、ＤｕＰｏｎｔ；Ｈ＋型、５０μｍの厚さ）を、最初に、触媒インクで、スクリーン印刷によって、前面を、連続的なロールからロールへのコーティングデバイス（ＥＰ １ ０３７ ２９５に記載される設定）でコーティングした。そのコーティングされた面積は、２２５ｃｍ２（活性面積の寸法：１５×１５ｃｍ）である。印刷後、この触媒でコーティングされた膜を、熱空気で、連続ベルト乾燥機で乾燥させ、そして巻き取り器によって巻き取った。
【００４１】
第一面のコーティング後、第二の穿孔された支持箔（ポリエステル、穿孔パターン１２穴／ｃｍ２、穴の直径０．５ｍｍ）を、コーティングされた前面上に積層する。この目的で、コーティングされた膜を、しわのない形態で、積層デバイス（巻き取りユニットおよび解き（ｕｎｗｉｎｄｉｎｇ）ユニット、駆動ロールなどを有する、ロールからロールへの積層器からなる）に供給し、そして位置決めする。同時に、第二の支持箔を、正確に提供する。第二の支持フィルムの、この膜への結合は、加熱されたローラによって達成される。引き続いて、第一の支持箔をこの膜から除去し、そして巻き取る。
【００４２】
このトランスラミネーション後、この膜を、その背面で、同じ触媒インクを用いて、単一の印刷プロセスで正確にコーティングする。乾燥プロフィールを調整して、７５℃の最高温度および５分間の全乾燥時間とする。
【００４３】
引き続いて、第二の穿孔された支持体を除去し、そして触媒でコーティングされたストリップ形状のイオノマー膜（ＣＣＭ）を、８０℃の温度を有する脱イオン水（ＤＩ水）中で水で処理（ｗａｔｅｒ）し、引き続いて、乾燥させ、そして巻き取る。このように製造されたＣＣＭは、それらの活性領域１ｃｍ２あたり０．６ｍｇのＰｔの全白金負荷（アノードにおいて０．２ｍｇ Ｐｔ／ｃｍ２、カソードにおいて０．４ｍｇ Ｐｔ／ｃｍ２）を含む。
【００４４】
電気化学的試験のために、７×７ｃｍ（５０ｃｍ２）の活性面積を、コーティングされた膜面積から切り出し、そしてこのＣＣＭを処理し、５層の膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を形成する。従って、疎水化された炭素繊維紙（Ｔｏｒａｙ ＴＧＰＨ−０６０、２００μｍの厚さ）を、このＣＣＭの両面に適用し、この構造体を、熱プレスによって組み立て、そしてこのように得られたＭＥＡを、ＰＥＭＦＣ単一電池に取り付ける。性能試験のために、水素（Ｈ２）をアノード気体として使用し、そして空気をカソード気体として使用する。この電池の温度は、７５℃である。アノードおよびカソードの加湿は、７５℃において伝導性である。作業気体は、１．５バールの圧力（絶対気圧）を有する。測定された電池電圧は、６００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度において、７２０ｍＶである。これは、約０．４３Ｗ／ｃｍ２の電力密度に対応する。
【００４５】
（実施例２）
直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）において使用するためのＭＥＡを製造する。８７．５μｍの厚さを有するストリップ形態の押出形成されたイオノマー膜を、膜として使用し、これに、ポリエステルの第一の支持箔を積層する。このポリマー電解質膜を、アノードインクで前面をコーティングする。このインクは、以下の組成を有する：
【００４６】
【表２】
印刷形態は、７×７ｃｍ（活性領域５０ｃｍ２）である。印刷後、このコーティングされた膜を、熱空気で、連続ベルト乾燥機で乾燥させ、そして巻き取り器によって巻き取る。
【００４７】
第一の面のコーティング後、第二の穿孔された支持箔（ポリエステル、穿孔パターン１２穴／ｃｍ２、穴の直径０．５ｍｍ）を、この触媒でコーティングされた前面上に積層する。従って、この膜は、しわのない形態で積層ユニットに提供され、そして正確に位置決めされる。同時に、第二の支持箔を、正確に提供する。第二の支持フィルムの、この膜との積層は、加熱されたローラによって達成される。引き続いて、第一の支持箔をこの膜から除去し、そして巻き取る。
【００４８】
この支持された膜の背面のコーティングを、実施例１からのＰｔ触媒インクで、単一の印刷プロセスで実施する。乾燥プロフィールを調整して、７５℃の最高温度および５分間の全乾燥時間とする。引き続いて、この穿孔された支持箔を有する、ストリップ形状の、触媒でコーティングされた膜（ＣＣＭ）を、８０℃の温度を有する脱イオン水で水で処理し、乾燥させ、次いで、巻き取る。この触媒でコーティングされた膜の貴金属負荷は、アノードにおいて１ｍｇ ＰｔＲｕ／ｃｍ２、およびカソードにおいて０．６ｍｇ Ｐｔ／ｃｍ２である。
【００４９】
５層のＭＥＡを組み立てる目的で、穿孔された第二の支持箔を除去し、ＣＣＭを単一ユニットに切断し、そして２つの気体拡散層（疎水化した炭素繊維紙からなる）を各ＣＣＭの前面および背面に適用する。引き続いて、この組み立てを、１４０℃の温度および６０バールの圧力でのホットプレスによって、達成する。
【００５０】
これらのＭＥＡを、５０ｃｍ２の活性電池面積を有するＤＭＦＣ試験ステーション中で試験する。空気を、カソード気体として使用する。６５ｍＷ／ｃｍ２の平均電力密度が得られる（２モル濃度のＭｅＯＨ溶液、電池温度６０℃）。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明によるプロセスの手順の流れを示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学的デバイス（例えば、燃料電池、電気化学的センサまたは電解槽）のための、触媒でコーティングされたポリマー電解質膜（「ＣＣＭ」）を製造するためのプロセスに関する。さらに、本発明は、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）および燃料電池スタックの製造のための、触媒でコーティングされた膜の使用を包含する。
【０００２】
本発明は、直接コーティング方法による、３層の触媒でコーティングされた膜（ＣＣＭ）の製造に関する。このような触媒でコーティングされた膜（「３層のＣＣＭ」）を製造するために、電極層が、ペーストの印刷、ドクターブレーディング、ロール塗布および散布によって、ポリマー電解質膜の前面および背面に、ほとんど適用される。ペースと状の組成物はまた、以下において、インクまたは触媒インクともまた称される。触媒に加えて、これらの膜はまた、通常、プロトン伝導材料、種々の溶媒、ならびに必要に応じて、微細に分散した疎水性材料、添加剤および細孔形成剤を含有する。
【背景技術】
【０００３】
燃料電池は、燃料および酸化剤を、空間的に分離された２つの電極において、電気、熱および水に変換させる。水素、メタノール、または水素リッチな気体が、燃料として使用され得、そして酸素または空気が、酸化剤として使用され得る。燃料電池におけるエネルギー変換プロセスは、特に高い効率によって、区別される。この理由により、燃料電池は、代替の推進概念、静止電源システムおよび可搬適用のために、次第に重要性を増している。
【０００４】
燃料電池の低い作動温度、小型の構造および電力密度に起因して、膜燃料電池（例えば、ポリマー電解質膜燃料電池（「ＰＥＭＦＣ」）および直接メタノール燃料電池（「ＤＭＦＣ」）は、広範な移動用途および静止用途のために適切である。
【０００５】
ＰＥＭ燃料電池は、複数の燃料電池ユニットを積み重ねることによって、構築される。個々のユニットは、作動電池電圧を増加させる目的で、直列に電気的に接続される。
【０００６】
ＰＥＭ燃料電池の主要部分は、いわゆる膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）である。ＭＥＡは、プロトン伝導性膜（ポリマー電解質またはイオノマー膜）、この膜の両側に配置された２つの気体拡散層（ＧＤＬ）、およびこの膜とそれぞれの気体拡散層との間に配置された電極層を備える。これらの電極層のうちの１つは、水の酸化のためのアノードとして働き、そして第二の電極層は、酸素の還元のためのカソードとして働く。
【０００７】
ポリマー電解質膜は、プロトン伝導性ポリマー材料からなる。この材料は、本明細書中以下で、短縮して、「イオノマー」と称される。スルホン酸基を有するテトラフルオロエチレン−フルオロ−ビニルエーテル−コポリマーが、好ましくは、使用される。この材料は、例えば、商標Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）の下で、ＤｕＰｏｎｔにより入手可能である。しかし、他の材料（特に、フッ素を含まないイオノマー材料（ドープされたスルホン化（ｓｕｌｆｏｎｉｚｅｄ）ポリエーテルケトンまたはドープされたスルホン化アリールケトン、スルフィン化アリールケトン、スルホン化ポリベンゾイミダゾールもしくはスルフィン化ポリベンゾイミダゾールなど））が、使用され得る。適切なイオノマー材料は、Ｏ．Ｓａｖａｄｏｇｏによって、「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ」Ｉ，４７−６６（１９９８）に記載されている。燃料電池における使用のためには、これらの膜は、一般に、１０μｍと２００μｍとの間の厚さを有する。
【０００８】
アノードおよびカソードのための電極層は、プロトン伝導性ポリマーおよび電極触媒を備え、これらは、それぞれの反応（水素の酸化および酸素の還元）を触媒的に促進する。元素の周期系の白金族の金属は、好ましくは、触媒的に活性な成分として使用される。ほとんどの場合において、いわゆる担持触媒が使用され、ここで、触媒的に活性な白金族の金属は、非常に分散された形態の導電性支持材料（例えば、カーボンブラック）の表面に固定される。
【０００９】
気体拡散層（ＧＤＬ）は、通常、炭素繊維紙または炭素繊維布からなり、そして反応層への反応物気体の良好な接近を可能にする。さらに、これらの気体拡散層は、燃料電池において発生する電流のための良好な導体として働き、そして形成した生成水を除去する。
【００１０】
ＰＥＭ燃料電池技術の商業化は、触媒でコーティングされた膜（ＣＣＭ）および膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を移動用途、静止用途および可搬用途のための商業的量で入手可能にする目的で、これらの膜の産業規模での製造方法を必要とする。以下の文献は、当該分野における技術水準を示す。
【００１１】
ＷＯ ９７／２３９１９は、ポリマー膜、電極層および気体拡散層が、ロール塗布によって一緒に連続的に結合される、膜電極アセンブリを製造するための方法を記載する。この方法は、５つの層を有するＭＥＡの製造に関し、イオノマー膜（ＣＣＭ製品）の直接のコーティングは、言及されていない。
【００１２】
ＥＰ １ １９８ ０２１は、５つの層を有するＭＥＡを製造するための連続的な方法を開示し、ここで、この膜の反対側が、触媒層の適用の間、支持される。本発明によるプロセスとは逆に、触媒層とは逆にあるこの膜の面が、テープの形状の気体拡散層（ＧＤＬ）によって（従って、一時的に適用されるフィルムによってではない）、印刷の間、支持される。このプロセスの終了時に、このテープの形状の気体拡散層は、５層のＭＥＡの構成要素として残る。
【００１３】
ＥＰ １ ０３７ ２９５は、電極層の、テープ形状のイオノマー膜上への選択的な適用のための、連続的なプロセスを記載し、ここで、この膜の前面および背面は、印刷によってコーティングされる。ここで、この膜は、特殊な水含有量（２重量％〜２０重量％）を有さなければならない。コーティングプロセスの間の、この膜の膨潤および寸法変化に起因して、前面の印刷と背面の印刷との間の位置決めの正確さが、特に、５０μｍ未満の厚さを有する薄い膜を使用する場合に、重要になる。
【００１４】
米国特許第６，０７４，６９２号は、イオノマー膜をコーティングするための、連続的な方法を記載する。この膜は、有機溶媒中で予め膨潤され、次いで、コーティングされる。このプロセスの間のこの膜の収縮は、クランプによって防がれる。
【００１５】
ＷＯ ０２／４３１７１は、フレキソ印刷方法を示唆し、ここで、薄い触媒層が、ドラムの形状を有する印刷デバイスによって、膜に転写される。複数の非常に薄い層を適用することによって、この膜の膨潤を低下させることが試みられる。
【００１６】
ＪＰ ２００１ １６０ ４０５もまた、触媒でコーティングされたイオノマー膜を製造するためのプロセスを開示する。ここで、この膜は、支持基板に固定され、この支持基板は、前面のコーティングおよびその乾燥後に、除去される。背面をコーティングする前に、この膜は、さらなる支持基板に固定される。ポリエステルまたはテフロン（登録商標）に基づく基板、およびガラス板が、提唱されている。この膜の前面および背面のコーティングの間のこの膜の取り扱いは、この膜が支持されていない間になされる。従って、このプロセスは、連続的ではなく、そして触媒でコーティングされた膜の一連の製造のためには、適切ではない。
【００１７】
３層の触媒でコーティングされた膜（ＣＣＭ）の産業的製造は、依然として問題を提起し、これらの問題は、公知の手段によっては、満足な様式で解決されていない。特に、溶媒ベースのインクでのコーティングの間の膜の膨潤、引き続く乾燥工程の間の収縮、ならびに取り扱いおよび処理の間の膜の高い感受性は、適切な連続的製造プロセスに対する挑戦を提示する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従って、本発明の目的は、触媒でコーティングされたポリマー電解質膜の製造のための、改良されたプロセスを提供することである。このプロセスは、技術水準の上記欠点を克服するはずである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この目的は、請求項１に従うプロセス、および対応する装置によって、解決される。有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。さらなる請求項は、請求項１のプロセスに従って製造された、触媒でコーティングされた膜の、電気化学的デバイス（例えば、燃料電池、センサまたは電解槽）を組み立てるための使用に関する。
【００２０】
本発明による特に好ましいプロセスは、いくつかの工程を包含し、そして以下によって特徴付けられる：
（ａ）背面に第一の支持箔を備える、ストリップ形状のポリマー電解質膜の前面が、触媒インクでコーティングされ、そして高温で乾燥される、
（ｂ）第二の支持箔が、このポリマー電解質膜の前面に適用される、
（ｃ）第一の支持箔が、このポリマー電解質膜の背面から除去される、
（ｄ）引き続いて、ポリマー電解質膜の背面が、触媒インクでコーティングされ、そして高温で乾燥される。
【００２１】
この膜の前面の第二の支持箔は、必要であれば、第一の工程の直後か、または更なる処理工程の経過中に除去され得る。さらなる処理工程は、例えば、水浴中でのＣＣＭの後処理、気体拡散層（ＧＤＬ）とＣＣＭとを組み立てて、５層のＭＥＡを形成すること、または保護層および／もしくは密封構成要素とのＣＣＭの結合を包含し得る。一般に、このプロセス全体にわたる改良された取り扱いが必要とされる場合、第二の支持箔は、ポリマー電解質膜上に残され得、そしてＭＥＡまたは燃料電池スタックの最終組み立てのためにのみ、除去され得る。
【００２２】
好ましくは、ストリップまたはテープの形状のイオノマー膜が使用されるが、これらは、供給される場合に、すでに支持箔上に積層される。一方で、種々の膜供給者が、このような製品を与えている。支持されていないストリップ形状の膜が、本発明によるプロセスにおいて使用されなければならない場合、この膜の背面は、予め、別の単純なプロセス工程において、第一の支持箔と積層される。
【００２３】
第一のプロセス工程（ａ）において、触媒インクが、支持された膜の前面に適用される。この触媒インクの乾燥後、第二の支持箔が、第二のプロセス工程（ｂ）において、このコーティングされた膜の前面に適用され、そして引き続いて、第三のプロセス工程（ｃ）において、この膜の背面の第一の支持箔が除去される。本願において、プロセス工程（ｂ）および（ｃ）はまた、まとめて、「トランスラミネーション」と称される。
【００２４】
最後のプロセス工程（ｄ）において、この膜の背面がコーティングされ、そして引き続いて、乾燥される。
【００２５】
すでに言及されたように、この膜の前面の第二の支持箔は、必要であれば、即座にか、または後の処理工程の経過中に、除去され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明によるプロセスの特徴は、ストリップ形状の基板を使用する場合の、連続的な製造流れである。ポリマー膜および支持箔は、ストリップの形態で使用され得ることが、注目されるべきである。
【００２７】
本発明のプロセスのさらなる特徴は、背面が第二のコーティング工程においてコーティングされる前に、膜の前面上に第二の支持箔を適用することである。好ましい実施形態において、この第二の支持箔は、第一の支持箔が除去される前に適用される。従って、第一の支持箔の除去／剥離の間に起こる問題（例えば、不均一な伸長、折れ目の形成、たるみなど）が、回避される。
【００２８】
本発明によるプロセスは、膜が、全ての処理工程の間、少なくとも１つの支持箔と接触しているか、またはこの支持箔に接続されているという事実によって、特徴付けられる。従って、この膜は、経済的かつ効率的に（すなわち、高い速度および高い質で）処理され得る。従って、平滑な、しわのない、正確に印刷された、触媒でコーティングされた膜（ＣＣＭ）が得られる。
【００２９】
本発明によるプロセスの特定の実施形態において、打ち抜きまたは穿孔されたフィルムが、支持箔として使用される。ここで、穿孔および打ち抜きの技術は、支持箔の積層特性に対する影響を有する。点または溝の形状を有する穿孔部分が、使用され得る。これらの穿孔部分は、打ち抜き、スタンピング、熱針（ｈｏｔ ｎｅｅｄｌｅ）または気体火炎穿孔方法によって、あるいは静電的にもまた、製造され得る。代表的な穿孔パターンは、１平方センチメートル（ｃｍ２）の箔あたり５〜２０個の穴を有し、これによって、これらの穴は、約０．２ｍｍ〜３ｍｍの範囲の直径を有する。用語「穴」とは、支持箔またはフィルムにおける全ての種類の開口部または空隙（例えば、非円形の打ち抜かれた開口部）をいう。
【００３０】
イオノマー膜は、穿孔された支持箔が使用される場合に、かなり低い収縮および／またはしわを示すことが見出された。明らかに、溶媒が、コーティング後の乾燥プロセスの間に、これらの穴または開口部を通して、より良好に除去され得る。さらに、この穿孔された支持箔は、コーティング後に、貫入する溶媒に起因してある程度までこの膜が膨潤すること、および乾燥プロセスの経過中に再度収縮することを可能にする。穿孔された支持箔の使用は、より大きい印刷形態（すなわち、２００ｃｍ２より大きい活性領域を有するＣＣＭ）について、全面積の印刷の場合、および薄いイオノマー膜（５０μｍ未満の厚さ）が使用される場合に、特に有利である。
【００３１】
ローラを使用する連続的な積層方法、または広範な温度もしくは圧力の範囲でのプロセスが、ポリマー電解質膜上に支持フィルムを適用するために使用される。処理されるべきフィルムの材料の組み合わせに依存して、さらなる成分が、この積層プロセスのために必要とされないかもしれない。特定の場合において、支持箔と膜との間の接着力は、すでに、十分な接着を提供し得る。支持箔と膜との間の改良された接着が望ましい場合、いわゆる接着材料が、この膜のコーティングされる面の縁部に適用され得る。ここで、液体接着剤または接着剤テープが、使用され得る。積層条件は、それに従って、適合される。
【００３２】
熱針穿孔方法がまた、結合を改良するために、使用され得る。ここで、結合されるべき支持箔およびイオノマー膜は、熱針の穿刺領域において融解され、これによって、良好な接着が得られる。
【００３３】
ポリエステル、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタンまたは適合性の箔材料の、箔またはフィルムが、前面および背面のための支持箔として適切である。さらに、例えば、ポリエステル／ポリエチレン、ポリアミド／ポリエチレン、ポリアミド／ポリエステル、ポリエステル／紙、ポリエチレン／アルミニウムなどの積層されたフィルムが、使用され得る。さらに、金属箔および紙材料が、使用され得る。箔材料は、１０μｍ〜２５０μｍの範囲の厚さ、および最大７５０ｍｍまでの寸法幅を有する。
【００３４】
一般に、第二の支持箔のための材料として、第一の支持箔のためのフィルムおよび箔と同じフィルムおよび箔が、使用され得る。
【００３５】
テープ形状のフィルムまたは箔の、ロールからロールへのプロセスにおける連続的な処理、コーティングおよび積層のために適切なデバイスは、当業者に公知である。イオノマー膜の前面および背面のコーティングは、異なる方法によって達成され得る。例は、とりわけ、スクリーン印刷、ステンシル印刷、オフセット印刷、転写、ドクターブレーディングまたは散布である。これらの方法は、酸形態またはアルカリ形態の、ポリマー性の過フルオロ化スルホン酸組成物、ドープされたポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルケトンおよびポリスルホンからなるポリマー電解質膜の処理のために、適切である。複合材料およびセラミックの膜もまた、使用され得る。
【００３６】
適切な連続的乾燥方法は、とりわけ、熱空気乾燥、赤外線乾燥、マイクロ波乾燥、プラズマ方法および／またはこれらの組み合わせである。乾燥プロフィール（温度および時間）は、特定のプロセスに従って選択される。適切な温度は、２０℃〜１５０℃の範囲であり、適切な乾燥時間は、１分間と３０分間との間である。
【００３７】
イオノマー膜の両面の電極層は、互いに異なり得る。これらは、異なる触媒インクから形成され得、そして異なる量の触媒および貴金属負荷（ｍｇでのＰｔ／ｃｍ２）を有し得る。これらのインクにおいて、異なる電極触媒（例えば、貴金属含有担持触媒および卑金属含有担持触媒、Ｐｔ触媒またはＰｔＲｕ触媒、ならびに担持されていないＰｔ粉末およびＰｔＲｕ粉末およびブラック（ｂｌａｃｋ））が、ＣＣＭまたはＭＥＡが作製される燃料電池の型に依存して、使用され得る。
【００３８】
以下の実施例は、本発明によるプロセスを、本発明の範囲を限定することなく、より詳細に説明する。
【実施例】
【００３９】
（実施例１）
本発明のプロセスによる膜電極アセンブリを製造するために、以下の組成を有する触媒インクを使用した：
【００４０】
【表１】
１つの表面で、積層されたポリエステル箔（５０μｍの厚さ）によって支持されている、ポリマー電解質膜の３０ｃｍ幅および５０ｍ長さのストリップ（Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）１１２、ＤｕＰｏｎｔ；Ｈ＋型、５０μｍの厚さ）を、最初に、触媒インクで、スクリーン印刷によって、前面を、連続的なロールからロールへのコーティングデバイス（ＥＰ １ ０３７ ２９５に記載される設定）でコーティングした。そのコーティングされた面積は、２２５ｃｍ２（活性面積の寸法：１５×１５ｃｍ）である。印刷後、この触媒でコーティングされた膜を、熱空気で、連続ベルト乾燥機で乾燥させ、そして巻き取り器によって巻き取った。
【００４１】
第一面のコーティング後、第二の穿孔された支持箔（ポリエステル、穿孔パターン１２穴／ｃｍ２、穴の直径０．５ｍｍ）を、コーティングされた前面上に積層する。この目的で、コーティングされた膜を、しわのない形態で、積層デバイス（巻き取りユニットおよび解き（ｕｎｗｉｎｄｉｎｇ）ユニット、駆動ロールなどを有する、ロールからロールへの積層器からなる）に供給し、そして位置決めする。同時に、第二の支持箔を、正確に提供する。第二の支持フィルムの、この膜への結合は、加熱されたローラによって達成される。引き続いて、第一の支持箔をこの膜から除去し、そして巻き取る。
【００４２】
このトランスラミネーション後、この膜を、その背面で、同じ触媒インクを用いて、単一の印刷プロセスで正確にコーティングする。乾燥プロフィールを調整して、７５℃の最高温度および５分間の全乾燥時間とする。
【００４３】
引き続いて、第二の穿孔された支持体を除去し、そして触媒でコーティングされたストリップ形状のイオノマー膜（ＣＣＭ）を、８０℃の温度を有する脱イオン水（ＤＩ水）中で水で処理（ｗａｔｅｒ）し、引き続いて、乾燥させ、そして巻き取る。このように製造されたＣＣＭは、それらの活性領域１ｃｍ２あたり０．６ｍｇのＰｔの全白金負荷（アノードにおいて０．２ｍｇ Ｐｔ／ｃｍ２、カソードにおいて０．４ｍｇ Ｐｔ／ｃｍ２）を含む。
【００４４】
電気化学的試験のために、７×７ｃｍ（５０ｃｍ２）の活性面積を、コーティングされた膜面積から切り出し、そしてこのＣＣＭを処理し、５層の膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を形成する。従って、疎水化された炭素繊維紙（Ｔｏｒａｙ ＴＧＰＨ−０６０、２００μｍの厚さ）を、このＣＣＭの両面に適用し、この構造体を、熱プレスによって組み立て、そしてこのように得られたＭＥＡを、ＰＥＭＦＣ単一電池に取り付ける。性能試験のために、水素（Ｈ２）をアノード気体として使用し、そして空気をカソード気体として使用する。この電池の温度は、７５℃である。アノードおよびカソードの加湿は、７５℃において伝導性である。作業気体は、１．５バールの圧力（絶対気圧）を有する。測定された電池電圧は、６００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度において、７２０ｍＶである。これは、約０．４３Ｗ／ｃｍ２の電力密度に対応する。
【００４５】
（実施例２）
直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）において使用するためのＭＥＡを製造する。８７．５μｍの厚さを有するストリップ形態の押出形成されたイオノマー膜を、膜として使用し、これに、ポリエステルの第一の支持箔を積層する。このポリマー電解質膜を、アノードインクで前面をコーティングする。このインクは、以下の組成を有する：
【００４６】
【表２】
印刷形態は、７×７ｃｍ（活性領域５０ｃｍ２）である。印刷後、このコーティングされた膜を、熱空気で、連続ベルト乾燥機で乾燥させ、そして巻き取り器によって巻き取る。
【００４７】
第一の面のコーティング後、第二の穿孔された支持箔（ポリエステル、穿孔パターン１２穴／ｃｍ２、穴の直径０．５ｍｍ）を、この触媒でコーティングされた前面上に積層する。従って、この膜は、しわのない形態で積層ユニットに提供され、そして正確に位置決めされる。同時に、第二の支持箔を、正確に提供する。第二の支持フィルムの、この膜との積層は、加熱されたローラによって達成される。引き続いて、第一の支持箔をこの膜から除去し、そして巻き取る。
【００４８】
この支持された膜の背面のコーティングを、実施例１からのＰｔ触媒インクで、単一の印刷プロセスで実施する。乾燥プロフィールを調整して、７５℃の最高温度および５分間の全乾燥時間とする。引き続いて、この穿孔された支持箔を有する、ストリップ形状の、触媒でコーティングされた膜（ＣＣＭ）を、８０℃の温度を有する脱イオン水で水で処理し、乾燥させ、次いで、巻き取る。この触媒でコーティングされた膜の貴金属負荷は、アノードにおいて１ｍｇ ＰｔＲｕ／ｃｍ２、およびカソードにおいて０．６ｍｇ Ｐｔ／ｃｍ２である。
【００４９】
５層のＭＥＡを組み立てる目的で、穿孔された第二の支持箔を除去し、ＣＣＭを単一ユニットに切断し、そして２つの気体拡散層（疎水化した炭素繊維紙からなる）を各ＣＣＭの前面および背面に適用する。引き続いて、この組み立てを、１４０℃の温度および６０バールの圧力でのホットプレスによって、達成する。
【００５０】
これらのＭＥＡを、５０ｃｍ２の活性電池面積を有するＤＭＦＣ試験ステーション中で試験する。空気を、カソード気体として使用する。６５ｍＷ／ｃｍ２の平均電力密度が得られる（２モル濃度のＭｅＯＨ溶液、電池温度６０℃）。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明によるプロセスの手順の流れを示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒含有インクの使用によって膜の前面および背面にコーティングされた触媒層を有する、３層の、触媒でコーティングされたポリマー電解質膜を製造するためのプロセスであって、
該ポリマー電解質膜は、少なくとも全てのコーティング工程の間、少なくとも１つの支持箔と接触している、プロセス。
【請求項２】
前記プロセスが、連続的に実施され、そして前記ポリマー電解質膜および少なくとも１つの支持箔が、テープの形状で提供される、
請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
第二の支持箔が、前記前面の第一のコーティング工程の後に、前記ポリマー電解質膜の前面に適用され、
前記第一の支持箔が、該ポリマー電解質膜の背面から除去され、そして引き続いて、該ポリマー電解質膜の背面のコーティングが実施される、
請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
少なくとも１つの支持箔が、積層プロセスによって、前記触媒でコーティングされたポリマー電解質膜の縁部領域に固定されている、
請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
少なくとも１つの支持箔が、穿孔されている、
請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
前記ポリマー電解質膜が、ポリマー材料、過フルオロ化スルホン酸組成物、ドープされたポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルケトン、およびポリスルホンまたは他のプロトン伝導性材料を含有し、そして１０μｍ〜２００μｍの厚さを有する、
請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
前記ポリマー電解質膜が、１０μｍ〜２００μｍの範囲の厚さを有する請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
前記少なくとも１つの支持箔が、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、紙または他の類似の材料を含有する、
請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
前記少なくとも１つの支持箔が、１０μｍ〜２５０μｍの範囲の厚さを有する、
請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
スクリーン印刷、ステンシル印刷、オフセット印刷、転写、ドクターブレーディングまたは散布が、コーティング方法として使用される、
請求項１に記載のプロセス。
【請求項１１】
（ａ）背面に第一の支持箔を有する、支持されたポリマー電解質膜の前面を、触媒層でコーティングし、そして乾燥させる工程、
（ｂ）該ポリマー電解質膜の前面に、第二の支持箔を適用する工程、
（ｃ）該第一の支持箔を、該ポリマー電解質膜の背面から除去する工程、
（ｄ）該ポリマー電解質膜の背面を、触媒層でコーティングし、そして乾燥させる工程、
を包含する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１２】
第一の支持箔を、支持されていないポリマー電解質膜の背面に適用する工程、
をさらに包含する、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記ポリマー電解質膜の背面をコーティングする工程の後に、前記第二の支持箔を除去する工程、
をさらに包含する、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１４】
接着剤成分を、支持箔とポリマー電解質膜との間に塗布する工程、
をさらに包含する、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記コーティングされたポリマー電解質膜を、２０℃〜９５℃の範囲の温度の水中で後処理する工程、
をさらに包含する、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記触媒層を乾燥させる工程が、熱空気、赤外線、マイクロ波、プラズマまたはこれらの組み合わせによって実施される、
請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１７】
乾燥させる温度が、２０℃〜１５０℃の範囲であり、そして乾燥させる期間が、１分間から３０分間の範囲である、
請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１８】
３層の、触媒でコーティングされたポリマー電解質膜であって、該膜は、前面および背面が、触媒でコーティングされており、そして請求項１に記載のプロセスに従って製造されている、膜。
【請求項１９】
請求項１に記載のプロセスに従って製造された、触媒でコーティングされたポリマー電解質膜の、ＰＥＭ燃料電池、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）、電気化学的センサまたは電解槽のような電気化学的デバイスのための膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）における使用。
【請求項２０】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載のプロセスに従って、触媒含有インクの使用によって、３層の、触媒でコーティングされたポリマー電解質膜を製造するための装置であって、
該ポリマー電解質膜を、全ての処理工程の間、少なくとも１つの支持箔で支持するための手段、
を備える、装置。
【請求項１】
触媒含有インクの使用によって膜の前面および背面にコーティングされた触媒層を有する、３層の、触媒でコーティングされたポリマー電解質膜を製造するためのプロセスであって、
該ポリマー電解質膜は、少なくとも全てのコーティング工程の間、少なくとも１つの支持箔と接触している、プロセス。
【請求項２】
前記プロセスが、連続的に実施され、そして前記ポリマー電解質膜および少なくとも１つの支持箔が、テープの形状で提供される、
請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
第二の支持箔が、前記前面の第一のコーティング工程の後に、前記ポリマー電解質膜の前面に適用され、
前記第一の支持箔が、該ポリマー電解質膜の背面から除去され、そして引き続いて、該ポリマー電解質膜の背面のコーティングが実施される、
請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
少なくとも１つの支持箔が、積層プロセスによって、前記触媒でコーティングされたポリマー電解質膜の縁部領域に固定されている、
請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
少なくとも１つの支持箔が、穿孔されている、
請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
前記ポリマー電解質膜が、ポリマー材料、過フルオロ化スルホン酸組成物、ドープされたポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルケトン、およびポリスルホンまたは他のプロトン伝導性材料を含有し、そして１０μｍ〜２００μｍの厚さを有する、
請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
前記ポリマー電解質膜が、１０μｍ〜２００μｍの範囲の厚さを有する請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
前記少なくとも１つの支持箔が、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、紙または他の類似の材料を含有する、
請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
前記少なくとも１つの支持箔が、１０μｍ〜２５０μｍの範囲の厚さを有する、
請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
スクリーン印刷、ステンシル印刷、オフセット印刷、転写、ドクターブレーディングまたは散布が、コーティング方法として使用される、
請求項１に記載のプロセス。
【請求項１１】
（ａ）背面に第一の支持箔を有する、支持されたポリマー電解質膜の前面を、触媒層でコーティングし、そして乾燥させる工程、
（ｂ）該ポリマー電解質膜の前面に、第二の支持箔を適用する工程、
（ｃ）該第一の支持箔を、該ポリマー電解質膜の背面から除去する工程、
（ｄ）該ポリマー電解質膜の背面を、触媒層でコーティングし、そして乾燥させる工程、
を包含する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１２】
第一の支持箔を、支持されていないポリマー電解質膜の背面に適用する工程、
をさらに包含する、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記ポリマー電解質膜の背面をコーティングする工程の後に、前記第二の支持箔を除去する工程、
をさらに包含する、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１４】
接着剤成分を、支持箔とポリマー電解質膜との間に塗布する工程、
をさらに包含する、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記コーティングされたポリマー電解質膜を、２０℃〜９５℃の範囲の温度の水中で後処理する工程、
をさらに包含する、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記触媒層を乾燥させる工程が、熱空気、赤外線、マイクロ波、プラズマまたはこれらの組み合わせによって実施される、
請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１７】
乾燥させる温度が、２０℃〜１５０℃の範囲であり、そして乾燥させる期間が、１分間から３０分間の範囲である、
請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１８】
３層の、触媒でコーティングされたポリマー電解質膜であって、該膜は、前面および背面が、触媒でコーティングされており、そして請求項１に記載のプロセスに従って製造されている、膜。
【請求項１９】
請求項１に記載のプロセスに従って製造された、触媒でコーティングされたポリマー電解質膜の、ＰＥＭ燃料電池、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）、電気化学的センサまたは電解槽のような電気化学的デバイスのための膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）における使用。
【請求項２０】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載のプロセスに従って、触媒含有インクの使用によって、３層の、触媒でコーティングされたポリマー電解質膜を製造するための装置であって、
該ポリマー電解質膜を、全ての処理工程の間、少なくとも１つの支持箔で支持するための手段、
を備える、装置。
【図１】
【公表番号】特表２００９−５１４１４０（Ｐ２００９−５１４１４０Ａ）
【公表日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１６０４８（Ｐ２００６−５１６０４８）
【出願日】平成１６年６月２４日（２００４．６．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／００６８４９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／００１９６６
【国際公開日】平成１７年１月６日（２００５．１．６）
【出願人】（５０５４４６８９５）ユミコア アクチェンゲゼルシャフト ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト (13)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２４日（２００４．６．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／００６８４９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／００１９６６
【国際公開日】平成１７年１月６日（２００５．１．６）
【出願人】（５０５４４６８９５）ユミコア アクチェンゲゼルシャフト ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト (13)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]