JP5204971B2 - Method for producing polymer electrolyte membrane, polymer electrolyte membrane produced by the production method, and use thereof - Google Patents
Method for producing polymer electrolyte membrane, polymer electrolyte membrane produced by the production method, and use thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP5204971B2 JP5204971B2 JP2006329942A JP2006329942A JP5204971B2 JP 5204971 B2 JP5204971 B2 JP 5204971B2 JP 2006329942 A JP2006329942 A JP 2006329942A JP 2006329942 A JP2006329942 A JP 2006329942A JP 5204971 B2 JP5204971 B2 JP 5204971B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolyte membrane
- polymer
- polymer electrolyte
- compound
- group
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 title claims description 256
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims description 248
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 74
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 128
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 claims description 128
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 117
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 104
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 44
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 40
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 40
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 39
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 29
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 claims description 28
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 claims description 19
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 claims description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 17
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 15
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 15
- KUMMBDBTERQYCG-UHFFFAOYSA-N 2,6-bis(hydroxymethyl)-4-methylphenol Chemical group CC1=CC(CO)=C(O)C(CO)=C1 KUMMBDBTERQYCG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 10
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 9
- 229920001955 polyphenylene ether Polymers 0.000 claims description 9
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 claims description 7
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 claims description 7
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 150000002431 hydrogen Chemical group 0.000 claims description 7
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 claims description 7
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 claims description 7
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 claims description 7
- 125000002252 acyl group Chemical group 0.000 claims description 6
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 6
- 229920010524 Syndiotactic polystyrene Polymers 0.000 claims description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 4
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 150000007974 melamines Chemical class 0.000 claims description 4
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 4
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 claims description 4
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 claims description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000306 polymethylpentene Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011116 polymethylpentene Substances 0.000 claims description 3
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 claims 1
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 315
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 53
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 38
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 33
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 31
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 26
- KEQGZUUPPQEDPF-UHFFFAOYSA-N 1,3-dichloro-5,5-dimethylimidazolidine-2,4-dione Chemical compound CC1(C)N(Cl)C(=O)N(Cl)C1=O KEQGZUUPPQEDPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- XTHPWXDJESJLNJ-UHFFFAOYSA-N chlorosulfonic acid Substances OS(Cl)(=O)=O XTHPWXDJESJLNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 25
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 17
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 16
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 15
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 14
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 12
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 12
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 12
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 11
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 11
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 11
- 229920000578 graft copolymer Polymers 0.000 description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 8
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 8
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 7
- VFWCMGCRMGJXDK-UHFFFAOYSA-N 1-chlorobutane Chemical compound CCCCCl VFWCMGCRMGJXDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 6
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 6
- BNCADMBVWNPPIZ-UHFFFAOYSA-N 2-n,2-n,4-n,4-n,6-n,6-n-hexakis(methoxymethyl)-1,3,5-triazine-2,4,6-triamine Chemical compound COCN(COC)C1=NC(N(COC)COC)=NC(N(COC)COC)=N1 BNCADMBVWNPPIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 5
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 4
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 4
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 4
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 4
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 3
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 3
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 3
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 3
- 150000008282 halocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 3
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 1,2-Dichloroethane Chemical compound ClCCCl WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZGEGCLOFRBLKSE-UHFFFAOYSA-N 1-Heptene Chemical compound CCCCCC=C ZGEGCLOFRBLKSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LIKMAJRDDDTEIG-UHFFFAOYSA-N 1-hexene Chemical compound CCCCC=C LIKMAJRDDDTEIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DECTVMOFPJKFOZ-UHFFFAOYSA-N 2,6-bis(hydroxymethyl)phenol Chemical compound OCC1=CC=CC(CO)=C1O DECTVMOFPJKFOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WSSSPWUEQFSQQG-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-1-pentene Chemical compound CC(C)CC=C WSSSPWUEQFSQQG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AFVFQIVMOAPDHO-UHFFFAOYSA-N Methanesulfonic acid Chemical compound CS(O)(=O)=O AFVFQIVMOAPDHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 229920001893 acrylonitrile styrene Polymers 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 2
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1 WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- YWAKXRMUMFPDSH-UHFFFAOYSA-N pentene Chemical compound CCCC=C YWAKXRMUMFPDSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- SCUZVMOVTVSBLE-UHFFFAOYSA-N prop-2-enenitrile;styrene Chemical compound C=CC#N.C=CC1=CC=CC=C1 SCUZVMOVTVSBLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 description 2
- AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N sulfur trioxide Chemical compound O=S(=O)=O AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- KJDRSWPQXHESDQ-UHFFFAOYSA-N 1,4-dichlorobutane Chemical compound ClCCCCCl KJDRSWPQXHESDQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MLRVZFYXUZQSRU-UHFFFAOYSA-N 1-chlorohexane Chemical compound CCCCCCCl MLRVZFYXUZQSRU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QLZJUIZVJLSNDD-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methylidenebutanoyloxy)ethyl 2-methylidenebutanoate Chemical compound CCC(=C)C(=O)OCCOC(=O)C(=C)CC QLZJUIZVJLSNDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZUVDVLYXIZFDRM-UHFFFAOYSA-N 2-(hydroxymethyl)-4-methylphenol Chemical compound CC1=CC=C(O)C(CO)=C1 ZUVDVLYXIZFDRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BXVXPASMKWYBFD-UHFFFAOYSA-N 2-[[2-hydroxy-3-(hydroxymethyl)-5-methylphenyl]methyl]-6-(hydroxymethyl)-4-methylphenol Chemical compound CC1=CC(CO)=C(O)C(CC=2C(=C(CO)C=C(C)C=2)O)=C1 BXVXPASMKWYBFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BSPCSKHALVHRSR-UHFFFAOYSA-N 2-chlorobutane Chemical compound CCC(C)Cl BSPCSKHALVHRSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YHQXBTXEYZIYOV-UHFFFAOYSA-N 3-methylbut-1-ene Chemical compound CC(C)C=C YHQXBTXEYZIYOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005711 Benzoic acid Substances 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229920000089 Cyclic olefin copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229920003270 Cymel® Polymers 0.000 description 1
- 229920013634 DIC-PPS Polymers 0.000 description 1
- GHASVSINZRGABV-UHFFFAOYSA-N Fluorouracil Chemical compound FC1=CNC(=O)NC1=O GHASVSINZRGABV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004594 Masterbatch (MB) Substances 0.000 description 1
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 1
- 229920002302 Nylon 6,6 Polymers 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical group OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004693 Polybenzimidazole Substances 0.000 description 1
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 1
- 229920002367 Polyisobutene Polymers 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 description 1
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N Vinyl chloride Chemical compound ClC=C BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002433 Vinyl chloride-vinyl acetate copolymer Polymers 0.000 description 1
- XMUZQOKACOLCSS-UHFFFAOYSA-N [2-(hydroxymethyl)phenyl]methanol Chemical compound OCC1=CC=CC=C1CO XMUZQOKACOLCSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YWMLORGQOFONNT-UHFFFAOYSA-N [3-(hydroxymethyl)phenyl]methanol Chemical compound OCC1=CC=CC(CO)=C1 YWMLORGQOFONNT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BWVAOONFBYYRHY-UHFFFAOYSA-N [4-(hydroxymethyl)phenyl]methanol Chemical compound OCC1=CC=C(CO)C=C1 BWVAOONFBYYRHY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QWQONZVLXJGXHV-UHFFFAOYSA-N [chlorosulfonyloxy(dimethyl)silyl]methane Chemical compound C[Si](C)(C)OS(Cl)(=O)=O QWQONZVLXJGXHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002777 acetyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(*)=O 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- SRSXLGNVWSONIS-UHFFFAOYSA-N benzenesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 SRSXLGNVWSONIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940092714 benzenesulfonic acid Drugs 0.000 description 1
- 235000010233 benzoic acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000003490 calendering Methods 0.000 description 1
- 229940001981 carac Drugs 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 125000002843 carboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000003851 corona treatment Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 239000004643 cyanate ester Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000004945 emulsification Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229920000840 ethylene tetrafluoroethylene copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229920006244 ethylene-ethyl acrylate Polymers 0.000 description 1
- 239000005042 ethylene-ethyl acrylate Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 1
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- QTBFPMKWQKYFLR-UHFFFAOYSA-N isobutyl chloride Chemical compound CC(C)CCl QTBFPMKWQKYFLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229940098779 methanesulfonic acid Drugs 0.000 description 1
- 125000004184 methoxymethyl group Chemical group [H]C([H])([H])OC([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- UNFUYWDGSFDHCW-UHFFFAOYSA-N monochlorocyclohexane Chemical compound ClC1CCCCC1 UNFUYWDGSFDHCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004660 morphological change Effects 0.000 description 1
- SNMVRZFUUCLYTO-UHFFFAOYSA-N n-propyl chloride Chemical compound CCCCl SNMVRZFUUCLYTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002116 nanohorn Substances 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- JFNLZVQOOSMTJK-KNVOCYPGSA-N norbornene Chemical compound C1[C@@H]2CC[C@H]1C=C2 JFNLZVQOOSMTJK-KNVOCYPGSA-N 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJFMBFZCATUALV-UHFFFAOYSA-N phenolphthalein Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1C1(C=2C=CC(O)=CC=2)C2=CC=CC=C2C(=O)O1 KJFMBFZCATUALV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 229920000110 poly(aryl ether sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002493 poly(chlorotrifluoroethylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 description 1
- 229920001652 poly(etherketoneketone) Polymers 0.000 description 1
- 229920006122 polyamide resin Polymers 0.000 description 1
- 229920000412 polyarylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002480 polybenzimidazole Polymers 0.000 description 1
- 229920002577 polybenzoxazole Polymers 0.000 description 1
- 239000005023 polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) polymer Substances 0.000 description 1
- 229920005649 polyetherethersulfone Polymers 0.000 description 1
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 1
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 1
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 description 1
- 229920012287 polyphenylene sulfone Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 229920002620 polyvinyl fluoride Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000012744 reinforcing agent Substances 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- 150000003460 sulfonic acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000003462 sulfoxides Chemical class 0.000 description 1
- UGGJAKASOAGLRU-UHFFFAOYSA-N sulfur trioxide;triethyl phosphate Chemical compound O=S(=O)=O.CCOP(=O)(OCC)OCC UGGJAKASOAGLRU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HIFJUMGIHIZEPX-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid;sulfur trioxide Chemical compound O=S(=O)=O.OS(O)(=O)=O HIFJUMGIHIZEPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- 230000026683 transduction Effects 0.000 description 1
- 238000010361 transduction Methods 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 1
- 239000004711 α-olefin Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Conductive Materials (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
Description
本発明は、高分子電解質膜の製造方法、並びに当該製造方法によって製造された高分子電解質膜およびその利用に関するものである。特に、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池等に用いる高分子電解質膜の製造方法、当該製造方法によって製造された高分子電解質膜、並びに当該高分子電解質膜を使用した膜−電極接合体および燃料電池等の利用に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a polymer electrolyte membrane, a polymer electrolyte membrane produced by the production method, and use thereof. In particular, a method for producing a polymer electrolyte membrane used for a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, a direct methanol fuel cell, etc., a polymer electrolyte membrane produced by the production method, and the polymer electrolyte membrane The present invention relates to the use of the used membrane-electrode assembly and fuel cell.
近年、地球温暖化等の環境問題等の観点から、高効率でクリーンなエネルギー源の開発が求められている。それに対する一つの候補として燃料電池が注目されている。燃料電池は、水素ガスやメタノール等の燃料と酸素等の酸化剤をそれぞれ電解質で隔てられた電極に供給し、一方で燃料の酸化を、他方で酸化剤の還元を行い、直接発電するものである。 In recent years, development of highly efficient and clean energy sources has been demanded from the viewpoint of environmental problems such as global warming. Fuel cells are attracting attention as one candidate for this. A fuel cell directly supplies power by supplying a fuel such as hydrogen gas or methanol and an oxidant such as oxygen to electrodes separated by an electrolyte, while oxidizing the fuel on the one hand and reducing the oxidant on the other. is there.
上述した燃料電池の材料のなかで、最も重要な部材の一つが電解質である。このような燃料と酸化剤とを隔てる電解質としては、これまで様々なものが開発されているが、近年、特にスルホン酸基などのプロトン伝導性官能基を含有する高分子化合物から構成される高分子電解質の開発が盛んである。こうした高分子電解質は、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池の他にも、例えば、湿度センサー、ガスセンサー、エレクトロクロミック表示素子などの電気化学素子の原料としても使用される。 Among the fuel cell materials described above, one of the most important members is an electrolyte. Various electrolytes have been developed so far to separate such a fuel and an oxidant, but in recent years, an electrolyte composed of a polymer compound containing a proton conductive functional group such as a sulfonic acid group is particularly high. Molecular electrolytes are actively developed. Such polymer electrolytes can be used as raw materials for electrochemical elements such as humidity sensors, gas sensors, and electrochromic display elements, in addition to solid polymer fuel cells, direct liquid fuel cells, and direct methanol fuel cells. used.
これら高分子電解質の利用法の中でも、特に、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池は、新エネルギー技術の柱の一つとして期待されている。例えば、プロトン伝導性官能基を有する高分子化合物からなる電解質膜を使用した固体高分子形燃料電池は、低温における作動、小型軽量化が可能などの特徴を有し、自動車などの移動体、家庭用コージェネレーションシステム、および民生用小型携帯機器などへの適用が検討されている。また、直接液体形燃料電池、特に、メタノールを直接燃料に使用する直接メタノール形燃料電池は、単純な構造と燃料供給やメンテナンスの容易さ、さらには高エネルギー密度化が可能などの特徴を有し、リチウムイオン二次電池代替として、携帯電話やノート型パソコンなどの民生用小型携帯機器への応用が期待されている。 Among these polymer electrolyte utilization methods, solid polymer fuel cells, direct liquid fuel cells, and direct methanol fuel cells are expected as one of the pillars of new energy technology. For example, a polymer electrolyte fuel cell using an electrolyte membrane made of a polymer compound having a proton-conducting functional group has features such as operation at a low temperature and reduction in size and weight. Application to consumer cogeneration systems and consumer small portable devices is under consideration. Direct liquid fuel cells, especially direct methanol fuel cells that use methanol directly as fuel, have features such as a simple structure, ease of fuel supply and maintenance, and high energy density. As an alternative to lithium-ion secondary batteries, it is expected to be applied to small consumer portable devices such as mobile phones and laptop computers.
ここで、固体高分子形燃料電池に使用される電解質膜としては、1950年代に開発されたスチレン系の陽イオン交換膜があるが、燃料電池動作環境下における安定性に乏しく、充分な寿命を有する燃料電池を製造するには至っていない。 Here, as the electrolyte membrane used in the polymer electrolyte fuel cell, there is a styrene-based cation exchange membrane developed in the 1950s, but it has poor stability in the fuel cell operating environment and has a sufficient life. No fuel cell has been produced.
一方、実用的な安定性を有する電解質膜としては、ナフィオン(Nafion)(登録商標)に代表されるパーフルオロカーボンスルホン酸膜が広く検討されている。パーフルオロカーボンスルホン酸膜は、高いプロトン伝導性を有し、耐酸性、耐酸化性などの化学的安定性に優れているとされている。 On the other hand, as an electrolyte membrane having practical stability, a perfluorocarbon sulfonic acid membrane represented by Nafion (registered trademark) has been widely studied. Perfluorocarbon sulfonic acid membranes are said to have high proton conductivity and excellent chemical stability such as acid resistance and oxidation resistance.
しかしながらナフィオン(登録商標)は、フッ素系電解質膜であるため、使用原料が高く、また複雑な製造工程を経るため、非常に高価である。また電極反応で生じる過酸化水素やその副生物であるヒドロキシラジカルで劣化すると指摘されている。さらに直接液体形燃料電池の原料になるメタノールなどの水素含有液体などの透過(クロスオーバーともいう)が大きく、いわゆる化学ショート反応が起こる。これにより、カソード電位、燃料効率、セル特性などの低下が生じ、直接メタノール形燃料電池などの直接液体形燃料電池の電解質膜として用いるのが困難である。またナフィオン(登録商標)は、膜自身の形態変化、つまり膨潤が大きいため、膜自身に機械的適応力がかかり、膜が破損する恐れがある。さらに、ナフィオン(登録商標)は、その水素含有液体などの透過率が高いため、未発電時にもクロスオーバーによる燃料の消失が懸念される。 However, since Nafion (registered trademark) is a fluorine-based electrolyte membrane, the raw material used is high, and a complicated manufacturing process is required, so that it is very expensive. It has also been pointed out that it is deteriorated by hydrogen peroxide generated by electrode reaction and by-product hydroxy radical. Further, the permeation (also referred to as crossover) of a hydrogen-containing liquid such as methanol which is a raw material of a direct liquid fuel cell is large, and so-called chemical short reaction occurs. As a result, cathode potential, fuel efficiency, cell characteristics and the like are lowered, and it is difficult to use as an electrolyte membrane of a direct liquid fuel cell such as a direct methanol fuel cell. Moreover, since Nafion (registered trademark) has a large morphological change, that is, swelling, the membrane itself is subjected to mechanical adaptability and may be damaged. Furthermore, since Nafion (registered trademark) has a high permeability such as a hydrogen-containing liquid, there is a concern that fuel may be lost due to crossover even when power is not generated.
上記の問題点を解決すべく、高分子電解質膜として、種々のものが提案されている。例えば、特許文献1には、非プロトン性極性溶媒に可溶なスルホン酸基含有ポリフェニレンサルファイドが提案されている。これはポリフェニレンサルファイドのクロロスルホン酸均一溶液下でスルホン酸基を導入することにより、非プロトン性極性溶媒への溶解性が付与でき、容易にフィルムに加工できることが開示されている。しかし、ここに開示されている方法では、燃料電池の燃料として検討されているメタノールへの溶解性も同時に高分子電解質膜へ付与される恐れがあり、当該高分子電解質膜の使用範囲が著しく制約されるという問題点がある。また、特許文献1に記載されている高分子電解質膜の水素含有液体(メタノールなど)の透過(クロスオーバーともいう)抑制効果について、当特許文献には一切言及されておらず、また当該特許文献に記載された高分子電解質膜は、実際、直接液体形燃料電池の原料になるメタノールなどの水素含有液体に対する膨潤性が大きく、ナフィオン(登録商標)と同様の問題を有している。 In order to solve the above problems, various polymer electrolyte membranes have been proposed. For example, Patent Document 1 proposes a sulfonic acid group-containing polyphenylene sulfide that is soluble in an aprotic polar solvent. It is disclosed that by introducing a sulfonic acid group under a homogeneous solution of polyphenylene sulfide in a chlorosulfonic acid solution, solubility in an aprotic polar solvent can be imparted, and the film can be easily processed. However, in the method disclosed herein, the solubility in methanol, which is being studied as a fuel for fuel cells, may also be imparted to the polymer electrolyte membrane at the same time, and the range of use of the polymer electrolyte membrane is significantly limited. There is a problem of being. In addition, there is no mention in this patent document about the effect of suppressing permeation (also referred to as crossover) of a hydrogen-containing liquid (such as methanol) of the polymer electrolyte membrane described in Patent Document 1, and the patent document In fact, the polymer electrolyte membrane described in 1) has a large swellability with respect to a hydrogen-containing liquid such as methanol which is a raw material of a direct liquid fuel cell, and has the same problem as that of Nafion (registered trademark).
また、特許文献2には、高分子の多孔質支持体に電解質モノマーを充填し、当該モノマーを高分子量化する方法、および当該方法によって得られる高分子電解質膜について開示されている。また、特許文献3には、高分子の多孔質支持体に、電解質モノマーを充填して高分子量化したものにスルホン酸基を導入する方法、および当該方法によって得られる高分子電解質膜について開示されている。これらの高分子電解質膜は、燃料として使用するメタノールや水に対する膨潤を多孔質支持体によって抑制するため、それらの透過(クロスオーバー)が抑制されるとされている。しかしながら、その製造工程が複雑であるため、製造コストや生産性の面で問題点を、特許文献2および3に開示された技術は有している。また、高分子電解質膜に充分なプロトン伝導性を発現させるためには、電解質部分のプロトン伝導性基の含有量を高くする必要があり、この部分の耐久性や、電解質と支持体との界面の耐久性に懸念がある。
上記の通り、プロトン伝導性を充分に確保しつつ、水素含有液体などの燃料成分の透過を抑制した高分子電解質の開発が、現在強く望まれている。 As described above, development of a polymer electrolyte that suppresses permeation of fuel components such as a hydrogen-containing liquid while sufficiently ensuring proton conductivity is now strongly desired.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的はプロトン伝導性を充分に確保しつつ、水素含有液体などの燃料成分の透過が抑制され、なおかつメタノールなどの水素含有液体などに対する膨潤が抑制され、さらにメタノールなどの水素含有液体に対する耐久性を持った高分子電解質膜の製造方法、並びに当該製造方法によって製造された高分子電解質膜およびその代表的な利用例を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to ensure sufficient proton conductivity while suppressing the permeation of fuel components such as hydrogen-containing liquids, and to hydrogen-containing liquids such as methanol. By providing a method for producing a polymer electrolyte membrane with suppressed swelling and durability against a hydrogen-containing liquid such as methanol, a polymer electrolyte membrane produced by the production method, and a typical use example thereof is there.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、一般式(1):
−CH2OR・・・(1)
(式中、Rは水素またはアルキル基またはアシル基を表し、1種類の化合物に含まれるRはそれぞれ同一であっても異なってもよい。)
で示される基を2つ以上含む少なくとも1種類以上の化合物Xを、高分子フィルムまたは高分子フィルムにプロトン伝導性基が導入されてなる高分子電解質膜に含浸させて高分子電解質膜を得ることにより、当該高分子電解質膜のプロトン伝導性を充分に確保しつつも、水素含有液体などの燃料成分の透過を抑制できること、およびメタノールなどの水素含有液体に対する膨潤を抑制でき、さらにメタノールなどの水素含有液体に対する耐久性を持たせることができることを見出し、本願発明を完成させるに至った。本発明は、かかる新規知見に基づいて完成されたものであり、以下の発明を包含する。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the general formula (1):
-CH 2 OR ··· (1)
(In the formula, R represents hydrogen, an alkyl group or an acyl group, and R contained in one kind of compound may be the same or different.)
A polymer electrolyte membrane is obtained by impregnating a polymer film or a polymer electrolyte membrane in which a proton conductive group is introduced into a polymer film with at least one compound X containing two or more groups represented by Thus, while ensuring sufficient proton conductivity of the polymer electrolyte membrane, it is possible to suppress the permeation of fuel components such as a hydrogen-containing liquid, and to suppress swelling with respect to a hydrogen-containing liquid such as methanol. It has been found that durability against the contained liquid can be provided, and the present invention has been completed. The present invention has been completed based on such novel findings, and includes the following inventions.
すなわち本発明にかかる高分子電解質膜の製造方法は、
高分子フィルムにプロトン伝導性基を導入する導入工程を含む高分子電解質膜の製造方法において、
当該導入工程の前、後または同時に、下記一般式(1)で示される基を2つ以上含む少なくとも1種類以上の化合物Xを、当該高分子フィルムまたは高分子フィルムにプロトン伝導性基が導入されてなる高分子電解質膜に含浸させる含浸工程を含む高分子電解質膜の製造方法である:
−CH2OR・・・(1)
(式中、Rは水素またはアルキル基またはアシル基を表し、1種類の化合物に含まれるRはそれぞれ同一であっても異なってもよい。)。
That is, the method for producing a polymer electrolyte membrane according to the present invention includes:
In the method for producing a polymer electrolyte membrane including an introducing step of introducing a proton conductive group into the polymer film,
Before, after or simultaneously with the introduction step, at least one compound X containing two or more groups represented by the following general formula (1) is introduced into the polymer film or polymer film with a proton conductive group. A method for producing a polymer electrolyte membrane comprising an impregnation step of impregnating the polymer electrolyte membrane comprising:
-CH 2 OR ··· (1)
(In the formula, R represents hydrogen, an alkyl group or an acyl group, and R contained in one kind of compound may be the same or different.)
また本発明にかかる高分子電解質膜の製造方法は、上記化合物Xの少なくとも1種類が、芳香族系化合物誘導体、またはメラミン誘導体であってもよい。 In the method for producing a polymer electrolyte membrane according to the present invention, at least one of the compounds X may be an aromatic compound derivative or a melamine derivative.
また本発明にかかる高分子電解質膜の製造方法は、
上記化合物Xの少なくとも1種類が、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−パラ−クレゾールであってもよい。
The method for producing a polymer electrolyte membrane according to the present invention includes:
At least one of the above compounds X may be 2,6-bis (hydroxymethyl) -para-cresol.
また本発明にかかる高分子電解質膜の製造方法は、上記化合物Xの少なくとも1種類が、一般式(2)で示される化合物であってもよい。 In the method for producing a polymer electrolyte membrane according to the present invention, at least one of the compounds X may be a compound represented by the general formula (2).
(式中、R1〜R6はそれぞれ水素またはメチル基を表す。)。 (Wherein R 1 to R 6 each represent hydrogen or a methyl group).
上記本発明にかかる高分子電解質膜の製造方法を用いることによって、後述のごとく、充分なプロトン伝導性を有しながら、低メタノール透過性を備え、かつメタノールなどの水素含有液体などに対する膨潤が抑制され、さらにメタノールなどの水素含有液体などに対する耐久性を持った高分子電解質膜を製造することが可能となる。 By using the method for producing a polymer electrolyte membrane according to the present invention, as described later, while having sufficient proton conductivity, it has low methanol permeability and suppresses swelling with respect to a hydrogen-containing liquid such as methanol. Furthermore, it becomes possible to produce a polymer electrolyte membrane having durability against a hydrogen-containing liquid such as methanol.
また本発明にかかる高分子電解質膜の製造方法は、上記導入工程の後に、含浸工程が行われる方法であってもよい。上記態様によれば、高分子フィルムにプロトン伝導性基を導入して高分子電解質膜をあらかじめ製造しておいた後に、上記化合物Xを高分子電解質膜に含浸させるために、所望の物性を有する高分子電解質膜をさらに簡便に得ることができる。また上記態様によれば、化合物Xが高分子電解質膜により含浸しやすくなるというメリットを享受できる。 The method for producing a polymer electrolyte membrane according to the present invention may be a method in which an impregnation step is performed after the introduction step. According to the above aspect, after the polymer electrolyte membrane is preliminarily produced by introducing a proton conductive group into the polymer film, the polymer electrolyte membrane is impregnated with the desired physical properties. A polymer electrolyte membrane can be obtained more easily. Moreover, according to the said aspect, the merit that compound X becomes easy to impregnate with a polymer electrolyte membrane can be enjoyed.
また本発明にかかる高分子電解質膜の製造方法は、上記高分子フィルムは、芳香族単位を有する高分子化合物を含む高分子フィルムであることが好ましい。上記態様によれば、耐熱性および化学的安定性に優れた高分子電解質膜を製造することができるとともに、プロトン伝導性基の導入が容易であるという効果を享受できる。 In the method for producing a polymer electrolyte membrane according to the present invention, the polymer film is preferably a polymer film containing a polymer compound having an aromatic unit. According to the said aspect, while being able to manufacture the polymer electrolyte membrane excellent in heat resistance and chemical stability, it can enjoy the effect that introduction | transduction of a proton conductive group is easy.
また本発明にかかる高分子電解質膜の製造方法は、
上記高分子フィルムが、
(A)芳香族単位を有する高分子化合物、および
(B)芳香族単位がない高分子化合物を含む高分子フィルムであることが好ましい。
The method for producing a polymer electrolyte membrane according to the present invention includes:
The polymer film is
A polymer film containing (A) a polymer compound having an aromatic unit and (B) a polymer compound having no aromatic unit is preferable.
また本発明にかかる高分子電解質膜の製造方法は、
上記高分子電解質膜が、
(A)芳香族単位を有する高分子化合物、および
(B)芳香族単位がない高分子化合物を含む高分子フィルムにプロトン伝導性基が導入されてなる高分子電解質膜であることが好ましい。
上記態様は、芳香族単位を有する高分子化合物と、芳香族単位がない高分子化合物とを含む高分子フィルムを用いて高分子電解質膜を製造するものである。かかる態様によれば、メタノール透過性を小さくし、なおかつメタノールなどの水素含有液体などに対する膨潤を抑制した電解質膜が製造できるという効果を享受できる。
The method for producing a polymer electrolyte membrane according to the present invention includes:
The polymer electrolyte membrane is
A polymer electrolyte membrane in which a proton conductive group is introduced into a polymer film containing (A) a polymer compound having an aromatic unit, and (B) a polymer compound having no aromatic unit is preferable.
The said aspect manufactures a polymer electrolyte membrane using the polymer film containing the polymer compound which has an aromatic unit, and the polymer compound which does not have an aromatic unit. According to such an embodiment, it is possible to enjoy the effect that an electrolyte membrane with reduced methanol permeability and suppressed swelling with respect to a hydrogen-containing liquid such as methanol can be produced.
また本発明にかかる高分子電解質膜の製造方法においては、上記(A)芳香族単位を有する高分子化合物が、下記の(i)〜(iii)から選択される1種のポリマー、またはこれらポリマーの混合物であってもよい:
(i)ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、およびポリフェニレンサルファイドからなるポリマーの群より選択される、少なくとも1種のポリマー;
(ii)上記(i)に記載のポリマーを含む共重合体;
(iii)上記(i)および(ii)に記載のポリマーの誘導体。
上記態様によれば、得られる高分子フィルムおよび高分子電解質膜の加工性や機械的特性が優れるとともに、プロトン伝導性基の導入が容易であるという効果を享受できる。また適当なブロック共重合体、グラフト共重合体、酸変性品などを用いれば(B)芳香族単位がない高分子化合物との相溶性や分散状態を調節することも可能となる。
In the method for producing a polymer electrolyte membrane according to the present invention, (A) the polymer compound having an aromatic unit is one polymer selected from the following (i) to (iii), or these polymers: May be a mixture of:
(I) at least one polymer selected from the group of polymers consisting of polystyrene, syndiotactic polystyrene, polyphenylene ether, modified polyphenylene ether, polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone, and polyphenylene sulfide;
(Ii) a copolymer comprising the polymer described in (i) above;
(Iii) Derivatives of the polymers described in (i) and (ii) above.
According to the above aspect, the polymer film and polymer electrolyte membrane to be obtained are excellent in processability and mechanical properties, and can be easily introduced with proton conductive groups. In addition, if an appropriate block copolymer, graft copolymer, acid-modified product, or the like is used, the compatibility with (B) the polymer compound having no aromatic unit and the dispersion state can be adjusted.
さらに本発明にかかる高分子電解質膜の製造方法においては、上記(B)芳香族単位を有しない高分子化合物が、下記一般式(3)の繰り返し単位を有する高分子化合物から選択される1種のポリマー、またはこれらの混合物であってもよい:
−(CX1X2−CX3X4)− ・・・(3)
(式中、X1〜4は、H、CH3、Cl、F、OCOCH3、CN、COOH、COOCH3、およびOC4H9からなる群から選択されるいずれかであって、X1〜4は互いに独立で、同一であっても異なっていてもよい)。上記態様によれば、化学的安定性が高くかつメタノール遮断性に優れた高分子電解質膜が得られる。
Furthermore, in the method for producing a polymer electrolyte membrane according to the present invention, the polymer compound having no aromatic unit (B) is selected from polymer compounds having a repeating unit of the following general formula (3) Or a mixture of these:
-(CX 1 X 2 -CX 3 X 4 )-(3)
(Wherein, X 1 to 4 is, H, based on any one of CH 3, Cl, F, OCOCH 3, CN, COOH, are selected from the group consisting of COOCH 3, and OC 4 H 9, X 1~ 4 are independent of each other and may be the same or different. According to the above aspect, a polymer electrolyte membrane having high chemical stability and excellent methanol barrier properties can be obtained.
また本発明にかかる高分子電解質膜の製造方法においては、上記(B)芳香族単位を有しない高分子化合物は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、およびそれらの誘導体からなる群より選択される1種のポリマー、またはこれらの混合物であってもよい。上記態様によれば、化学的安定性が高くかつメタノール遮断性に優れた高分子電解質膜が得られるとともに、安価に当該高分子電解質膜を製造することができるという効果を享受できる。 In the method for producing a polymer electrolyte membrane according to the present invention, the polymer compound (B) having no aromatic unit is selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, and derivatives thereof. It may be a seed polymer, or a mixture thereof. According to the above aspect, a polymer electrolyte membrane having high chemical stability and excellent methanol barrier properties can be obtained, and the effect that the polymer electrolyte membrane can be produced at low cost can be enjoyed.
また本発明にかかる高分子電解質膜の製造方法は、上記プロトン伝導性基が、スルホン酸基を含むものであることが好ましい。高分子電解質膜がプロトン伝導性基としてスルホン酸基を含むことによって、プロトン伝導性のさらに優れた高分子電解質膜が得られる。 In the method for producing a polymer electrolyte membrane according to the present invention, the proton conductive group preferably includes a sulfonic acid group. When the polymer electrolyte membrane contains a sulfonic acid group as a proton conductive group, a polymer electrolyte membrane with further excellent proton conductivity can be obtained.
また本発明にかかる高分子電解質膜の製造方法は、以下に示される(I)および/または(II)の工程を含む方法であることが好ましい:
(I)上記含浸工程時に触媒を化合物Xと共存させる工程;
(II)上記含浸工程後に触媒を、高分子フィルム、または高分子フィルムにプロトン伝導性基が導入されてなる高分子電解質膜と接触させる工程。
In addition, the method for producing a polymer electrolyte membrane according to the present invention is preferably a method including the following steps (I) and / or (II):
(I) a step of allowing a catalyst to coexist with the compound X during the impregnation step;
(II) A step of bringing the catalyst into contact with a polymer film or a polymer electrolyte membrane formed by introducing a proton conductive group into the polymer film after the impregnation step.
上記態様によれば、化合物Xと高分子フィルムとの結合が促進されるために、メタノール透過性を小さくし、なおかつメタノールなどの水素含有液体などに対する膨潤を抑制し、メタノールなどの水素含有液体などに対する耐久性を持った高分子電解質膜をさらに効率的に製造することができる。 According to the above aspect, since the binding between the compound X and the polymer film is promoted, the methanol permeability is reduced, and the swelling with respect to the hydrogen-containing liquid such as methanol is suppressed, and the hydrogen-containing liquid such as methanol is used. Thus, a polymer electrolyte membrane having durability against the above can be more efficiently produced.
また本発明にかかる高分子電解質膜の製造方法は、上記含浸工程時および/または含浸工程後の高分子フィルム、若しくは上記含浸工程時および/または含浸工程後の高分子フィルムにプロトン伝導性基が導入されてなる高分子電解質膜を加熱する工程を含む方法であることが好ましい。かかる態様によれば、化合物Xと高分子フィルムとの結合が促進されるために、メタノール透過性を小さくし、なおかつメタノールなどの水素含有液体などに対する膨潤を抑制し、メタノールなどの水素含有液体などに対する耐久性を持った高分子電解質膜をさらに効率的に製造することができる。 The method for producing a polymer electrolyte membrane according to the present invention includes a proton conductive group in the polymer film after the impregnation step and / or after the impregnation step, or the polymer film during the impregnation step and / or after the impregnation step. The method preferably includes a step of heating the introduced polymer electrolyte membrane. According to this aspect, since the binding between the compound X and the polymer film is promoted, the methanol permeability is reduced, and the swelling with respect to the hydrogen-containing liquid such as methanol is suppressed, and the hydrogen-containing liquid such as methanol is used. Thus, a polymer electrolyte membrane having durability against the above can be more efficiently produced.
一方、本発明にかかる高分子電解質膜は、上記本発明にかかる高分子電解質膜の製造方法によって製造された高分子電解質膜である。また、本発明にかかる高分子電解質膜は、
(A)芳香族単位を有する高分子化合物、および
(B)芳香族単位がない高分子化合物を含む高分子フィルムにプロトン伝導性基が導入されてなる高分子電解質膜に、下記一般式(1)で示される基を2つ以上含む少なくとも1種類以上の化合物Xが含まれていることを特徴とする高分子電解質膜であってもよい:
−CH2OR・・・(1)
(式中、Rは水素またはアルキル基またはアシル基を表し、1種類の化合物に含まれるRはそれぞれ同一であっても異なってもよい。)。
On the other hand, the polymer electrolyte membrane according to the present invention is a polymer electrolyte membrane produced by the method for producing a polymer electrolyte membrane according to the present invention. The polymer electrolyte membrane according to the present invention is
(A) A polymer compound having an aromatic unit, and (B) a polymer film comprising a polymer compound having no aromatic unit and a proton conductive group introduced into the polymer electrolyte membrane, the following general formula (1 It may be a polymer electrolyte membrane characterized in that it contains at least one compound X containing two or more groups represented by
-CH 2 OR ··· (1)
(In the formula, R represents hydrogen, an alkyl group or an acyl group, and R contained in one kind of compound may be the same or different.)
上記本発明にかかる高分子電解質膜は、メタノール透過性が小さく、なおかつメタノールなどの水素含有液体などに対する膨潤が抑制され、さらにメタノールなどの水素含有液体などに対する耐久性を持った高分子電解質膜であるため、燃料電池の材料として優れている。 The polymer electrolyte membrane according to the present invention is a polymer electrolyte membrane that has low methanol permeability, is suppressed from swelling with respect to a hydrogen-containing liquid such as methanol, and has durability against a hydrogen-containing liquid such as methanol. Therefore, it is excellent as a fuel cell material.
また本発明にかかる膜−電極接合体は、上記本発明にかかる高分子電解質膜を用いてなるものである。本発明にかかる膜−電極接合体は、高いメタノール遮断性を有し、なおかつメタノールなどの水素含有液体などに対する膨潤が抑制された高分子電解質膜を備えているため、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池用の膜−電極接合体として特に優れている。 Moreover, the membrane-electrode assembly according to the present invention uses the polymer electrolyte membrane according to the present invention. The membrane-electrode assembly according to the present invention includes a polymer electrolyte membrane having high methanol barrier properties and suppressed swelling with respect to a hydrogen-containing liquid such as methanol. It is particularly excellent as a membrane-electrode assembly for direct liquid fuel cells and direct methanol fuel cells.
また本発明にかかる燃料電池は、上記本発明にかかる高分子電解質膜を用いてなるものである。本発明にかかる燃料電池は、本発明にかかる高分子電解質膜の製造方法により得られた高分子電解質膜を使用した燃料電池(固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池等)である。よって、本発明にかかる燃料電池は、高いメタノール遮断性を有し、なおかつメタノールなどの水素含有液体などに対する膨潤が抑制され、さらにメタノールなどの水素含有液体などに対する耐久性を持った高分子電解質膜を備えているため、優れた性能を有する。特に本発明は、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池への利用が特に好ましい。 A fuel cell according to the present invention uses the polymer electrolyte membrane according to the present invention. The fuel cell according to the present invention is a fuel cell using a polymer electrolyte membrane obtained by the method for producing a polymer electrolyte membrane according to the present invention (solid polymer fuel cell, direct liquid fuel cell, direct methanol fuel). Battery etc.). Therefore, the fuel cell according to the present invention has a high methanol barrier property, and is suppressed from swelling with respect to a hydrogen-containing liquid such as methanol, and further has durability against a hydrogen-containing liquid such as methanol. It has excellent performance. In particular, the present invention is particularly preferably used for a polymer electrolyte fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell.
本発明によれば、上記化合物Xを高分子フィルム、または高分子フィルムにプロトン伝導性基が導入されてなる高分子電解質膜に浸漬させることによって、メタノール透過性をできるだけ小さくし、なおかつメタノールなどの水素含有液体などに対する膨潤が抑制され、さらにメタノールなどの水素含有液体などに対する耐久性を持った高分子電解質膜を製造することが可能である。また、上記高分子フィルムとして(A)芳香族単位を有する高分子化合物、および(B)芳香族単位がない高分子化合物を含む高分子フィルムを用いることによって、上記好ましい物性に加え、さらに、加工性、機械的特性、および化学的安定性に優れた高分子電解質膜を製造することが可能となる。 According to the present invention, by immersing the compound X in a polymer film or a polymer electrolyte membrane in which a proton conductive group is introduced into the polymer film, the methanol permeability is reduced as much as possible, and methanol or the like can be used. It is possible to produce a polymer electrolyte membrane that is suppressed from swelling with respect to a hydrogen-containing liquid or the like and that has durability against a hydrogen-containing liquid such as methanol. In addition to the above preferred physical properties, further processing can be achieved by using (A) a polymer compound having an aromatic unit and (B) a polymer film having no aromatic unit as the polymer film. It is possible to produce a polymer electrolyte membrane having excellent properties, mechanical properties, and chemical stability.
それゆえ、本発明は燃料電池の分野において利用可能であり、特に固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池等に好ましく利用可能である。 Therefore, the present invention can be used in the field of fuel cells, and can be preferably used for solid polymer fuel cells, direct liquid fuel cells, direct methanol fuel cells and the like.
本発明の一実施形態について説明すれば以下の通りである。なお、本発明は以下の説明に限定されるものではない。 An embodiment of the present invention will be described as follows. The present invention is not limited to the following description.
<1.本発明にかかる高分子電解質膜の製造方法>
すなわち本発明にかかる高分子電解質膜の製造方法(以下「本発明の製造方法」という)は、
高分子フィルムにプロトン伝導性基を導入する導入工程を含む高分子電解質膜の製造方法において、
当該導入工程の前、後または同時に、下記一般式(1)で示される基を2つ以上含む少なくとも1種類以上の化合物Xを、当該高分子フィルムまたは高分子フィルムにプロトン伝導性基が導入されてなる高分子電解質膜に含浸させる含浸工程を含む高分子電解質膜の製造方法である:
−CH2OR・・・(1)
(式中、Rは水素またはアルキル基またはアシル基を表し、1種類の化合物に含まれるRはそれぞれ同一であっても異なってもよい。)。
すなわち本発明の製造方法は、「導入工程」および「含浸工程」を少なくとも含む方法である。以下、工程毎に説示する。また本発明の製造方法には、高分子フィルムを製造する「製膜工程」が含まれていてもよい。
<1. Production Method for Polymer Electrolyte Membrane According to the Present Invention>
That is, the method for producing a polymer electrolyte membrane according to the present invention (hereinafter referred to as “the production method of the present invention”)
In the method for producing a polymer electrolyte membrane including an introducing step of introducing a proton conductive group into the polymer film,
Before, after or simultaneously with the introduction step, at least one compound X containing two or more groups represented by the following general formula (1) is introduced into the polymer film or polymer film with a proton conductive group. A method for producing a polymer electrolyte membrane comprising an impregnation step of impregnating the polymer electrolyte membrane comprising:
-CH 2 OR ··· (1)
(In the formula, R represents hydrogen, an alkyl group or an acyl group, and R contained in one kind of compound may be the same or different.)
That is, the production method of the present invention is a method including at least an “introduction step” and an “impregnation step”. Hereafter, it demonstrates for every process. The production method of the present invention may include a “film formation step” for producing a polymer film.
(1−1)含浸工程
本発明の製造方法における含浸工程で用いられる「化合物X」は、上記一般式(1)で示される基を2つ以上含む少なくとも1種類以上の化合物である。上記化合物Xが上記一般式(1)で示される基を2つ以上含むことにより、当該化合物Xが複数の結合を持つことができ、
(a)化合物Xが高分子フィルム(または高分子電解質膜)と結合する、および
(b)化合物X同士が結合する
ことによって、化合物Xが架橋剤として機能し、本発明の効果の一つである高いメタノール遮断性を持った高分子電解質膜の製造方法が可能となる。なお化合物Xと、高分子フィルム、高分子電解質膜、または化合物Xとの「結合」は、最終的に製造される高分子電解質膜が本発明の目的とする物性を有するものである限りにおいては特に限定されるものではなく、例えば化学結合であっても、物理的な結合であってもよい。
(1-1) Impregnation Step “Compound X” used in the impregnation step in the production method of the present invention is at least one compound including two or more groups represented by the general formula (1). When the compound X includes two or more groups represented by the general formula (1), the compound X can have a plurality of bonds,
(a) Compound X binds to a polymer film (or polymer electrolyte membrane), and
(b) When the compounds X are bonded to each other, the compound X functions as a cross-linking agent, and a method for producing a polymer electrolyte membrane having a high methanol barrier property, which is one of the effects of the present invention, is possible. The “bond” between the compound X and the polymer film, the polymer electrolyte membrane, or the compound X is as long as the finally produced polymer electrolyte membrane has the desired physical properties of the present invention. It is not specifically limited, For example, it may be a chemical bond or a physical bond.
なお化合物X同士の結合時、および化合物Xと高分子フィルム(または高分子電解質膜)と結合時の反応性、並びに、結合した状態での耐熱性を考慮すると、化合物Xは芳香族系化合物誘導体か、もしくはメラミン誘導体であることが望ましい。また高分子フィルム(または高分子電解質膜)との反応性を考慮すると、一般式(1)で示される基中のRは、水素、メチル基、またはアセチル基である事が望ましい。このような化合物としては、例えば、1,3−ビス(ヒドロキシメチル)−ベンゼン、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)−ベンゼン、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−フェノール、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−パラ−クレゾール、オキシビス(3,4−ジヒドロキシメチル)ベンゼン、4,4’−メチレンビス[2,6−ジ(ヒドロキシメチル)]フェノール、2,4,6−トリス[ビス(メトキシメチル)アミノ]−1,3,5−トリアジン、日本サイテック製サイメル(登録商標)、DML-PC(本州化学工業株式会社製)、TML-BPA-MF(本州化学工業株式会社製)、TML−BPAF−MF(本州化学工業株式会社製)、DML−OC(本州化学工業株式会社製)、Dimethoxymethyl p−CR(本州化学工業株式会社製)、DML−MBPC(本州化学工業株式会社製)、DML−BPC(本州化学工業株式会社製)、TML−BP(本州化学工業株式会社製)、DML−PEP(本州化学工業株式会社製)、DML−34X(本州化学工業株式会社製)、DML−PSBP(本州化学工業株式会社製)、DML−PCHP(本州化学工業株式会社製)、DML−POP(本州化学工業株式会社製)、DML−PFP(本州化学工業株式会社製)、DML−MBOC(本州化学工業株式会社製)、26DMPC(旭有機材工業株式会社製)、46DMOC(旭有機材工業株式会社製)、DM−BIPC−F(旭有機材工業株式会社製)、DM−BIOC−F(旭有機材工業株式会社製)、TM−BIP−A(旭有機材工業株式会社製)、ニカラック(株式会社三和ケミカル)などがあり、他には〔参考文献1〕中のスキーム1に示される化合物で、化合物Xの条件を満たすもの、すなわち下記の構造式(4)〜(16)で示される13種類の化合物、および下記構造式(17)〜(32)で示される16種類の化合物のほかに例示されるものがあるが、これらのみに限定されるものではない。 In consideration of the reactivity at the time of bonding between the compounds X and the bonding between the compound X and the polymer film (or polymer electrolyte membrane), and the heat resistance in the bonded state, the compound X is an aromatic compound derivative. Or a melamine derivative. In consideration of the reactivity with the polymer film (or polymer electrolyte membrane), R in the group represented by the general formula (1) is preferably hydrogen, a methyl group, or an acetyl group. Examples of such compounds include 1,3-bis (hydroxymethyl) -benzene, 1,4-bis (hydroxymethyl) -benzene, 2,6-bis (hydroxymethyl) -phenol, and 2,6-bis. (Hydroxymethyl) -para-cresol, oxybis (3,4-dihydroxymethyl) benzene, 4,4′-methylenebis [2,6-di (hydroxymethyl)] phenol, 2,4,6-tris [bis (methoxy Methyl) amino] -1,3,5-triazine, Nippon Cytec Cymel (registered trademark), DML-PC (Honshu Chemical Industry Co., Ltd.), TML-BPA-MF (Honshu Chemical Industry Co., Ltd.), TML- BPAF-MF (manufactured by Honshu Chemical Industry Co., Ltd.), DML-OC (manufactured by Honshu Chemical Industry Co., Ltd.), Dimethymethyl p-CR (book) State Chemical Industry Co., Ltd.), DML-MBPC (Honshu Chemical Industry Co., Ltd.), DML-BPC (Honshu Chemical Industry Co., Ltd.), TML-BP (Honshu Chemical Industry Co., Ltd.), DML-PEP (Honshu Chemical Co., Ltd.) Industrial Co., Ltd.), DML-34X (Honshu Chemical Industry Co., Ltd.), DML-PSBP (Honshu Chemical Industry Co., Ltd.), DML-PCHP (Honshu Chemical Industry Co., Ltd.), DML-POP (Honshu Chemical Industry Co., Ltd.) Company-made), DML-PFP (made by Honshu Chemical Industry Co., Ltd.), DML-MBOC (made by Honshu Chemical Industry Co., Ltd.), 26DMPC (made by Asahi Organic Materials Industry Co., Ltd.), 46DMOC (made by Asahi Organic Materials Industry Co., Ltd.), DM-BIPC-F (Asahi Organic Material Industries Co., Ltd.), DM-BIOC-F (Asahi Organic Material Industries Co., Ltd.), TM-BIP-A (Asahi Organic Material Industries Co., Ltd.), Carac (Sanwa Chemical Co., Ltd.) and the like, and the other compounds shown in Scheme 1 in [Reference 1] satisfying the conditions of Compound X, that is, the following structural formulas (4) to (16) In addition to the 13 compounds represented by the following formulas and the 16 compounds represented by the following structural formulas (17) to (32), there are those exemplified, but the invention is not limited thereto.
また化合物の種類は1種類に限られるものではない。なお、上記化合物のうち、入手のし易さ、反応のし易さ、および所望の効果などを考慮すると、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−パラ−クレゾールまたは2,4,6−トリス[ビス(メトキシメチル)アミノ]−1,3,5−トリアジンが好ましい。
〔参考文献1〕Macromolecules 1994、27、5154−5159。
The type of compound is not limited to one. Of the above compounds, 2,6-bis (hydroxymethyl) -para-cresol or 2,4,6-tris [2] is considered in consideration of easy availability, easy reaction, and desired effects. Bis (methoxymethyl) amino] -1,3,5-triazine is preferred.
[Reference 1] Macromolecules 1994, 27, 5154-5159.
本含浸工程において、化合物Xは、既にフィルム状に成形された高分子フィルムまたは高分子電解質膜に含浸させて用いることが好ましい。この形態で化合物Xを含浸させることによって、本含浸工程の操作が簡便となり、また最終的に製造される高分子電解質膜の設計が容易になる。化合物Xを含浸させる際には、化合物Xが液体の状態であればそのままでもよく、あるいは適当な溶媒で希釈しても良い。また化合物Xが固体の場合は、適当な溶媒に溶解させて用いるのが好ましい。いずれの場合も、適当な溶媒で希釈して溶液中の化合物Xの濃度を制御することによって、化合物Xの高分子フィルムまたは高分子電解質膜への反応を制御することができる。溶媒としては、化合物Xの高分子フィルムまたは高分子電解質への反応を阻害するものではなく、高分子フィルムまたは高分子電解質を劣化させないものが好ましい。また溶媒は、化合物Xを高分子フィルム(または高分子電解質膜)に含浸させるため、高分子フィルムまたは高分子電解質を膨潤させやすいものが好ましい。このような溶媒の例としては、例えば、水、メタノール、エタノールなどのアルコール類、およびアセトンなどの極性溶媒、等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また溶媒は2種類以上の溶媒を適宜混合して用いても良い。 In this impregnation step, compound X is preferably used by impregnating a polymer film or polymer electrolyte membrane that has already been formed into a film. By impregnating the compound X in this form, the operation of this impregnation step is simplified and the design of the finally produced polymer electrolyte membrane is facilitated. When the compound X is impregnated, it may be used as it is if the compound X is in a liquid state, or may be diluted with an appropriate solvent. When compound X is a solid, it is preferably dissolved in an appropriate solvent. In either case, the reaction of Compound X to the polymer film or polymer electrolyte membrane can be controlled by diluting with an appropriate solvent and controlling the concentration of Compound X in the solution. As the solvent, a solvent that does not inhibit the reaction of Compound X to the polymer film or polymer electrolyte and does not deteriorate the polymer film or polymer electrolyte is preferable. In addition, since the polymer X (or polymer electrolyte membrane) is impregnated with the compound X, a solvent that can easily swell the polymer film or polymer electrolyte is preferable. Examples of such solvents include, but are not limited to, water, alcohols such as methanol, ethanol, and polar solvents such as acetone. Two or more kinds of solvents may be appropriately mixed and used.
化合物Xを高分子フィルム中に効率よく含浸および結合させるためには、
(I)上記含浸工程時に、上記化合物Xと、高分子フィルムまたは高分子電解質膜との結合を促進する触媒を、化合物Xと共存させる工程;および
(II)上記含浸工程後に、上記化合物Xと、高分子フィルムまたは高分子電解質膜との結合を促進する触媒を、高分子フィルムと接触させる工程
が本発明の製造方法に含まれていることが好ましい。また本発明の製造方法は、上記含浸工程時および/または含浸工程後の高分子フィルム(または高分子電解質膜)を加熱する工程を含むことが好ましい。上記態様によれば、化合物Xと高分子フィルム(または高分子電解質膜)との結合が促進されるために、メタノール透過性を小さくし、なおかつメタノールなどの水素含有液体などに対する膨潤を抑制し、メタノールなどの水素含有液体などに対する耐久性を持った高分子電解質膜をさらに効率的に製造することができる。
In order to efficiently impregnate and bond the compound X into the polymer film,
(I) a step of coexisting with the compound X a catalyst that promotes the binding of the compound X and the polymer film or polymer electrolyte membrane during the impregnation step; and (II) after the impregnation step, the compound X and Preferably, the production method of the present invention includes a step of bringing a catalyst that promotes bonding with the polymer film or the polymer electrolyte membrane into contact with the polymer film. Moreover, it is preferable that the manufacturing method of this invention includes the process of heating the polymer film (or polymer electrolyte membrane) at the time of the said impregnation process and / or after an impregnation process. According to the above aspect, since the binding between the compound X and the polymer film (or polymer electrolyte membrane) is promoted, the methanol permeability is reduced, and the swelling with respect to a hydrogen-containing liquid such as methanol is suppressed, A polymer electrolyte membrane having durability against a hydrogen-containing liquid such as methanol can be more efficiently produced.
ここで上記触媒は、化合物Xと高分子フィルム(または高分子電解質膜)との結合を促進する物質であれば特に限定されるものではないが、特に酸が好ましい。上記酸の種類としては、たとえばメタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸などのスルホン酸類;酢酸や安息香酸などのカルボン酸のごとき有機酸類;または一般的な無機酸を利用することができる。また、導入工程時に酸を用いる場合においては、導入工程に用いられる酸を上記触媒として利用することができる。よって、導入工程後に含浸工程を行なうことが好ましいといえる。 The catalyst is not particularly limited as long as it is a substance that promotes the bond between the compound X and the polymer film (or polymer electrolyte membrane), but an acid is particularly preferable. Examples of the acid include sulfonic acids such as methanesulfonic acid and benzenesulfonic acid; organic acids such as carboxylic acids such as acetic acid and benzoic acid; or general inorganic acids. In the case where an acid is used during the introduction step, the acid used in the introduction step can be used as the catalyst. Therefore, it can be said that it is preferable to perform the impregnation step after the introduction step.
また化合物Xと高分子フィルム(または高分子電解質膜)との結合を促進するために行なう加熱条件は、反応を適切に進めるための条件を適宜設定すればよい。特に高分子フィルム(または高分子電解質膜)の熱的安定性や化合物Xと高分子フィルム(または高分子電解質膜)との結合の速度等を考慮して、上記加熱条件は設定され得る。 Moreover, what is necessary is just to set suitably the conditions for advancing reaction appropriately for the heating conditions performed in order to accelerate | stimulate the coupling | bonding of the compound X and a polymer film (or polymer electrolyte membrane). In particular, the heating conditions can be set in consideration of the thermal stability of the polymer film (or polymer electrolyte membrane), the bonding speed between the compound X and the polymer film (or polymer electrolyte membrane), and the like.
本発明の製造方法において、高分子フィルム(または高分子電解質膜)に含浸させる化合物Xの量は、化合物Xおよび高分子フィルム(または高分子電解質膜)の種類によって異なるために限定されるものではなく、適宜好適な条件を設定すればよい。 In the production method of the present invention, the amount of the compound X impregnated in the polymer film (or polymer electrolyte membrane) varies depending on the types of the compound X and the polymer film (or polymer electrolyte membrane). It is sufficient to set appropriate conditions as appropriate.
本発明で用いられる高分子フィルムは、高分子電解質膜の材料となるフィルムである。この高分子フィルムは、化合物Xが含浸し得るものであれば特に限定されるものではない。ただし、上記高分子フィルムは、燃料電池用高分子電解質膜の材料として好ましい特性を有するものであることが好ましい。上記好ましい特性としては、例えば、燃料電池として用いられる際の温度に対して安定であること、燃料である水素やメタノールなどに対して化学的に安定であること、等が挙げられる。上記高分子フィルムとしては、ポリオレフィン系フィルム、フッ素系フィルム、芳香族系フィルムなどが挙げられる。 The polymer film used in the present invention is a film used as a material for the polymer electrolyte membrane. The polymer film is not particularly limited as long as the compound X can be impregnated. However, it is preferable that the polymer film has preferable characteristics as a material for the polymer electrolyte membrane for fuel cells. The preferable characteristics include, for example, being stable with respect to temperature when used as a fuel cell and being chemically stable with respect to hydrogen or methanol as a fuel. Examples of the polymer film include a polyolefin film, a fluorine film, and an aromatic film.
また、優れたプロトン伝導性および高いメタノール遮断性を実現するために、異なる材料を組み合わせて製造される高分子フィルムを、本発明の製造方法に用いることがより好ましい。具体的には、芳香族単位を有する高分子化合物と、芳香族単位がない高分子化合物とを含む高分子フィルムを、本発明の製造方法に用いることが好ましい。高分子フィルムにおいて、芳香族単位を有する部分にはスルホン酸基などのプロトン伝導性基が導入されるが、芳香族単位がない部分にはスルホン酸基などのプロトン伝導性基が導入されることがない。従って、上記高分子フィルムから得られる高分子電解質膜は、スルホン酸基などの親水性のプロトン伝導性基が導入されているにも関わらず、水やメタノール水溶液に対して膨潤しにくい構成となり、高いメタノール遮断性を有する高分子電解質膜を得ることができる。 In order to realize excellent proton conductivity and high methanol barrier properties, it is more preferable to use a polymer film produced by combining different materials in the production method of the present invention. Specifically, a polymer film containing a polymer compound having an aromatic unit and a polymer compound having no aromatic unit is preferably used in the production method of the present invention. In polymer films, proton-conducting groups such as sulfonic acid groups are introduced into portions having aromatic units, but proton-conducting groups such as sulfonic acid groups are introduced into portions having no aromatic units. There is no. Therefore, the polymer electrolyte membrane obtained from the polymer film has a structure that hardly swells in water or an aqueous methanol solution despite the introduction of hydrophilic proton conductive groups such as sulfonic acid groups. A polymer electrolyte membrane having high methanol barrier properties can be obtained.
ここで本発明の製造方法において使用する芳香族単位を有する高分子化合物とは、文字通り、当業者にとって従来公知の芳香族単位を有する高分子化合物であればよく、その他の具体的な構成については、特に限定されない。芳香族単位を有する高分子化合物しては、例えば、ポリアリールエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリスルホン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルホキシド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリベンズイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリエーテルスルホン、スチレン−(エチレン−ブチレン)スチレン共重合体、スチレン−(ポリイソブチレン)−スチレン共重合体、ポリ1,4−ビフェニレンエーテルエーテルスルホン、ポリアリーレンエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、シアン酸エステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン−ポリスチレングラフト共重合体、ポリエチレン−ポリスチレンブロック共重合体、ポリプロピレン−ポリスチレングラフト共重合体、(エチレン−グリシジルメタクリレート)−ポリスチレングラフト共重合体、(エチレン−エチルアクリレート)−ポリスチレングラフト共重合体、ポリプロピレン−(アクリロニトリル−スチレン)グラフト共重合体、ポリカーボネート−ポリスチレングラフト共重合体、ポリカーボネート−(アクリロニトリル−スチレン)グラフト共重合体、酢酸ビニル樹脂−ポリスチレンブロック共重合体、アクリル樹脂−ポリスチレンブロック共重合体、モディパーシリーズ(日本油脂株式会社製、登録商標)、エポフレンドシリーズ(ダイセル化学株式会社製)などが例示される。特に、化学的安定性および熱的安定性や、プロトン伝導性置換基の導入のし易さ、得られるプロトン伝導性高分子電解質のプロトン伝導性、さらに得られプロトン伝導性高分子電解質膜のメタノール遮断性、などを考慮すると、上記(A)芳香族単位を有する高分子化合物は、下記の(i)〜(iii)から選択される1種のポリマー、又はこれらポリマーの混合物であることが好ましい。
(i)ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、およびポリフェニレンサルファイドからなるポリマーの群より選択される、少なくとも1種のポリマー;
(ii)上記(i)に記載のポリマーを含む共重合体;
(iii)上記(i),(ii)に記載のポリマーの誘導体。
Here, the polymer compound having an aromatic unit used in the production method of the present invention may literally be a polymer compound having an aromatic unit conventionally known to those skilled in the art. For other specific configurations, There is no particular limitation. Examples of the polymer compound having an aromatic unit include polyaryl ether sulfone, polyether ether sulfone, polyether ketone, polyether ketone ketone, polysulfone, polyparaphenylene, polyphenylene sulfide, polyphenylene ether, polyphenylene sulfoxide, polyphenylene sulfide. Sulfone, polyphenylenesulfone, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polybenzothiazole, polystyrene, syndiotactic polystyrene, polyethersulfone, styrene- (ethylene-butylene) styrene copolymer, styrene- (polyisobutylene) -styrene copolymer Union, poly 1,4-biphenylene ether ether sulfone, polyarylene ether sulfone, polyimide, polyether Imide, cyanate ester resin, polyether ether ketone, polyethylene-polystyrene graft copolymer, polyethylene-polystyrene block copolymer, polypropylene-polystyrene graft copolymer, (ethylene-glycidyl methacrylate) -polystyrene graft copolymer, Ethylene-ethyl acrylate) -polystyrene graft copolymer, polypropylene- (acrylonitrile-styrene) graft copolymer, polycarbonate-polystyrene graft copolymer, polycarbonate- (acrylonitrile-styrene) graft copolymer, vinyl acetate resin-polystyrene block Copolymer, acrylic resin-polystyrene block copolymer, Modiper series (manufactured by NOF Corporation, registered trademark), Epofriendcy (Manufactured by Daicel Chemical Co., Ltd.), and the like. In particular, chemical stability and thermal stability, ease of introduction of proton-conductive substituents, proton conductivity of the resulting proton-conductive polymer electrolyte, and methanol of the resulting proton-conductive polymer electrolyte membrane In consideration of blocking properties, the polymer compound (A) having an aromatic unit is preferably one polymer selected from the following (i) to (iii), or a mixture of these polymers. .
(I) at least one polymer selected from the group of polymers consisting of polystyrene, syndiotactic polystyrene, polyphenylene ether, modified polyphenylene ether, polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone, and polyphenylene sulfide;
(Ii) a copolymer comprising the polymer described in (i) above;
(Iii) Derivatives of the polymers described in (i) and (ii) above.
一方、本発明の製造方法に使用可能な芳香族単位がない高分子化合物(芳香族単位を有しない高分子化合物)とは、文字通り構造中に芳香族単位を一切有しない化合物のことを意味する。高分子化合物中に芳香族単位が含まれているか否かは、NMR等の公知の方法により容易に確認することができるために、「芳香族単位がない高分子化合物」および「芳香族単位を有する高分子化合物」を当業者は容易に理解し得る。かかる芳香族単位がない高分子化合物としては、例えば、エチレン;プロピレン;1−ブテン;1−ペンテン;1−ヘキセン;3−メチル−1−ブテン;4−メチル−1−ペンテン;5−メチル−1−ヘプテンなどのα−オレフィンの単独重合体またはこれらの共重合体などを含むポリオレフィン樹脂、ノルボルネン系樹脂などの環状ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル;塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体;塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体;塩化ビニル−オレフィン共重合体などを含む塩化ビニル系樹脂、ナイロン6;ナイロン66などを含むポリアミド樹脂、および、ポリテトラフルオロエチレン;テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体;テトラフルオロエチレン−エキサフルオロプロピレン共重合体;テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体;ポリクロロトリフルオロエチレン;ポリビニリデンフルオライド;ポリビニルフルオライドなどのフッ素系樹脂などが例示される。 On the other hand, a polymer compound having no aromatic unit that can be used in the production method of the present invention (a polymer compound having no aromatic unit) literally means a compound having no aromatic unit in its structure. . Since whether or not an aromatic unit is contained in the polymer compound can be easily confirmed by a known method such as NMR, the “polymer compound having no aromatic unit” and the “aromatic unit” Those skilled in the art can easily understand “polymer compound having”. Examples of the polymer compound having no aromatic unit include ethylene, propylene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 3-methyl-1-butene, 4-methyl-1-pentene, and 5-methyl- Α-olefin homopolymers such as 1-heptene or polyolefin resins containing these copolymers, cyclic polyolefins such as norbornene resins, polyvinyl chloride; vinyl chloride-vinyl acetate copolymers; vinyl chloride-vinylidene chloride Copolymer; vinyl chloride resin including vinyl chloride-olefin copolymer; nylon 6; polyamide resin including nylon 66; and polytetrafluoroethylene; tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer; tetra Fluoroethylene-exafluoropropylene copolymer ; Tetrafluoroethylene - ethylene copolymer; polychlorotrifluoroethylene; polyvinylidene fluoride; and fluorine-based resins such as polyvinyl fluoride and the like.
上記芳香族単位がない高分子化合物は、他の高分子化合物成分に対する相溶性や分散性、高分子フィルムを製造する際の加工性や得られる高分子フィルムのハンドリング性、さらにはそれから得られる高分子電解質膜のメタノール遮断性、化学的安定性、および熱的安定性などを考慮すると、下記一般式(3)の繰り返し単位を有する高分子化合物から選択される1種のポリマー、またはこれらの混合物であることが特に好ましい。 The polymer compound having no aromatic unit is compatible or dispersible with other polymer compound components, processability when producing a polymer film, handling property of the resulting polymer film, and high performance obtained therefrom. In consideration of methanol blocking property, chemical stability, thermal stability, etc. of the molecular electrolyte membrane, one polymer selected from a polymer compound having a repeating unit of the following general formula (3), or a mixture thereof It is particularly preferred that
−(CX1X2−CX3X4)− ・・・(3)
(式中、X1〜4は、H、CH3、Cl、F、OCOCH3、CN、COOH、COOCH3、及びOC4H9、からなる群から選択されるいずれかであって、X1〜4は互いに同一であっても異なっていてもよい)
さらに、工業的入手の容易さや、得られる高分子フィルムの機械的特性やハンドリング性、得られる高分子電解質膜のプロトン伝導性やメタノール遮断性、化学的安定性などを考慮すると、上記芳香族単位がない高分子化合物は、ポリエチレンおよび/またはポリプロピレンを含むことが好ましい。また高分子フィルムの製造に通常用いられる、各種添加剤、例えば相溶性向上のための相溶化剤、樹脂劣化防止のための酸化防止剤、フィルムとしての成型加工における取り扱いを向上するための帯電防止剤や滑剤などは、高分子電解質膜への加工性や性能に影響を及さない限りにおいて、適宜用いられ得る。特に異なる材料を組み合わせて高分子樹脂フィルムを製造する場合には、互いの相溶性を上げるために相溶化剤を用いることが好ましい。
-(CX 1 X 2 -CX 3 X 4 )-(3)
(Wherein X 1 to 4 are any one selected from the group consisting of H, CH 3 , Cl, F, OCOCH 3 , CN, COOH, COOCH 3 , and OC 4 H 9 , wherein X 1 -4 may be the same or different from each other)
Furthermore, in view of industrial availability, mechanical properties and handling properties of the resulting polymer film, proton conductivity, methanol blocking property, chemical stability, etc. of the obtained polymer electrolyte membrane, the above aromatic unit It is preferable that the polymer compound not having polyethylene includes polyethylene and / or polypropylene. Various additives commonly used in the production of polymer films, such as compatibilizers for improving compatibility, antioxidants for preventing resin deterioration, and antistatics for improving handling in film processing Agents, lubricants, and the like can be appropriately used as long as they do not affect the processability and performance of the polymer electrolyte membrane. In particular, when a polymer resin film is produced by combining different materials, it is preferable to use a compatibilizing agent in order to increase the compatibility.
(1−2)製膜工程
本発明の製造方法における製膜工程は、高分子フィルムを製造する工程である。かかる製膜工程は、高分子フィルムの製造方法として公知の方法が適宜使用され得る。上記放置の方法としては、例えば、インフレーション法、Tダイ法などの溶融押出成形、カレンダー法、キャスト法、切削法、エマルション法、ホットプレス法、などが例示され得る。さらに、本発明の製造方法においては、高分子フィルムの分子配向などを制御するために、得られた高分子フィルムに対して二軸延伸などの処理を施したり、結晶化度を制御するための熱処理を施したりしてもよい。また、高分子フィルムの機械的強度を向上させるために各種フィラーを添加したり、ガラス不織布などの補強剤と高分子フィルムとをプレスにより複合化させたりすることも、本発明の範疇である。
(1-2) Film formation process The film formation process in the manufacturing method of this invention is a process of manufacturing a polymer film. In the film forming step, a known method can be appropriately used as a method for manufacturing a polymer film. Examples of the leaving method include melt extrusion molding such as inflation method and T-die method, calendering method, casting method, cutting method, emulsion method, hot pressing method, and the like. Furthermore, in the production method of the present invention, in order to control the molecular orientation of the polymer film, the obtained polymer film is subjected to a treatment such as biaxial stretching or the degree of crystallinity is controlled. Heat treatment may be performed. It is also within the scope of the present invention to add various fillers in order to improve the mechanical strength of the polymer film or to combine a reinforcing agent such as a glass nonwoven fabric with the polymer film by pressing.
また、本工程においては、高分子フィルムの製造に通常用いられる各種添加剤を用いることもできる。 In this step, various additives usually used in the production of polymer films can also be used.
上記方法の中でも生産性や得られる高分子フィルムの機械的特性、フィルムの厚み制御のし易さ、種々の樹脂への適用性、環境への負荷などを考慮すると、溶融押出成形で高分子フィルムを製造することが好ましい。具体的には、高分子フィルムの材料を、Tダイがセットされた押出機に投入し、溶融混練しながらフィルム化を行なう方法が適用され得る。さらに、芳香族単位を有しない高分子化合物のペレットやパウダーを所定の配合比で予め混合し、同様に溶融混練しながらフィルム化を行う方法が適用できる。このとき、使用する押出機が二軸押出機であれば、これらの成分を溶融して均一に分散させた高分子フィルムを得ることができる。また、予め所定の配合比になるように二軸押出機で溶融混練したペレットを使用してフィルム化を実施しても構わないし、マスターバッチ化したペレットを使用して、所定の配合比になるように溶融混練しながらフィルム化しても構わない。また、組み合わせる成分の分散性に問題がない場合には、Tダイをセットした単軸押出機でフィルム化を実施しても構わない。 In view of productivity, mechanical properties of the polymer film obtained, ease of film thickness control, applicability to various resins, environmental load, etc. It is preferable to manufacture. Specifically, a method in which a polymer film material is put into an extruder in which a T-die is set, and film formation is performed while melt-kneading can be applied. Furthermore, it is possible to apply a method in which pellets and powders of a polymer compound not having an aromatic unit are preliminarily mixed at a predetermined blending ratio and formed into a film while being similarly melt-kneaded. At this time, if the extruder used is a twin screw extruder, a polymer film in which these components are melted and uniformly dispersed can be obtained. Further, the film may be formed using pellets melt-kneaded with a twin-screw extruder so as to have a predetermined blending ratio in advance, or a masterbatch pellet is used to obtain a predetermined blending ratio. Thus, the film may be formed while melt-kneading. Moreover, when there is no problem in the dispersibility of the components to be combined, the film may be formed with a single screw extruder in which a T die is set.
製造される高分子フィルムの厚さは、用途に応じて任意の厚さを選択することができる。例えば、高分子フィルムから得られる高分子電解質膜の内部抵抗を低減することを考慮した場合、高分子フィルムの厚みは薄い程よい。一方、得られた高分子電解質膜のメタノール遮断性やハンドリング性を考慮すると、高分子フィルムの厚みは薄すぎると好ましくない場合がある。これらを考慮すると、高分子フィルムの厚みは、1.2μm以上350μm以下であることが好ましい。上記高分子フィルムの厚さが上記数値の範囲内であれば、フィルム化が容易であり、かつプロトン伝導性基を導入する際の加工時や乾燥時にもシワが発生しにくい。また、破損が生じ難いなどハンドリング性が向上する。また、得られた高分子電解質膜のプロトン伝導性も所望の範囲で発現させることができる。 Arbitrary thickness can be selected as thickness of the polymer film manufactured according to a use. For example, in consideration of reducing the internal resistance of the polymer electrolyte membrane obtained from the polymer film, the thinner the polymer film, the better. On the other hand, in consideration of methanol barrier properties and handling properties of the obtained polymer electrolyte membrane, it may be undesirable if the thickness of the polymer film is too thin. Considering these, the thickness of the polymer film is preferably 1.2 μm or more and 350 μm or less. If the thickness of the polymer film is within the above range, film formation is easy, and wrinkles are less likely to occur during processing when a proton conductive group is introduced or during drying. In addition, handling is improved such that damage is unlikely to occur. In addition, the proton conductivity of the obtained polymer electrolyte membrane can be expressed within a desired range.
(1−3)導入工程
本発明の製造方法における導入工程は、高分子フィルムにプロトン伝導性基を導入する工程である。換言すれば、導入工程は、高分子フィルムとプロトン伝導性基導入剤とを接触させる工程である。または、本工程は高分子フィルムに対して、いわゆる高分子電解質膜としての機能を発現させる工程であるともいえる。かかる導入工程は、含浸工程の前に行われても、後に行われてもかまわない。また含浸工程と同時に導入工程が行なわれてもよい。ただし、化合物Xの含浸し易さを考慮すると、あらかじめプロトン伝導性基を高分子フィルムへ導入しておくのが好ましい。よって、かかる導入工程は、含浸工程の前に行なわれることが好ましいといえる。
(1-3) Introduction Step The introduction step in the production method of the present invention is a step for introducing a proton conductive group into the polymer film. In other words, the introducing step is a step of bringing the polymer film and the proton conductive group introducing agent into contact with each other. Alternatively, it can be said that this step is a step of causing the polymer film to exhibit a function as a so-called polymer electrolyte membrane. Such an introduction step may be performed before or after the impregnation step. Further, the introduction step may be performed simultaneously with the impregnation step. However, considering the ease of impregnation with compound X, it is preferable to introduce a proton conductive group into the polymer film in advance. Therefore, it can be said that the introduction step is preferably performed before the impregnation step.
上記導入工程としては、公知のプロトン伝導性基の導入方法を使用できる。特に、高分子フィルムを有機溶媒存在下でプロトン伝導性基導入剤と接触させる方法は、優れたプロトン伝導性及び高いメタノール遮断性を両立する高分子電解質膜が簡便かつ高い生産性で得られるため好ましい。 As the introduction step, a known method for introducing a proton conductive group can be used. In particular, the method of bringing a polymer film into contact with a proton conductive group introducing agent in the presence of an organic solvent provides a polymer electrolyte membrane that achieves both excellent proton conductivity and high methanol blocking property with a simple and high productivity. preferable.
ここで上記プロトン伝導性基としては、含水状態でプロトンを解離するものであれば使用可能である。例えば、スルホン酸基、リン酸基、カルボン酸基、フェノール性水酸基などが例示できるが、これらのみに限定されるものではない。特にプロトン伝導性基の導入のし易さや得られる高分子電解質のプロトン伝導性などを考慮すると、スルホン酸基であることが好ましい。上記プロトン伝導性基の含有量に由来する高分子電解質のイオン交換容量は、好ましくは0.3ミリ当量/g以上であり、より好ましくは0.5ミリ当量/g以上である。上記イオン交換容量が0.3ミリ当量/g以上であれば、高分子電解質膜が好ましいプロトン伝導性を発現し易くなる。 Here, any proton-conducting group can be used as long as it can dissociate protons in a water-containing state. For example, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxylic acid group, a phenolic hydroxyl group and the like can be exemplified, but not limited thereto. In view of easiness of introduction of proton conductive groups and proton conductivity of the resulting polymer electrolyte, sulfonic acid groups are preferred. The ion exchange capacity of the polymer electrolyte derived from the content of the proton conductive group is preferably 0.3 meq / g or more, more preferably 0.5 meq / g or more. When the ion exchange capacity is 0.3 meq / g or more, the polymer electrolyte membrane is likely to exhibit preferable proton conductivity.
プロトン伝導性基の導入に用いられるプロトン伝導性基導入剤としては、スルホン化剤が好ましく利用され得る。有機溶媒存在下で高分子フィルムとプロトン伝導性基導入剤(好ましくはスルホン化剤)とを接触させることで、プロトン伝導性基導入剤(好ましくはスルホン化剤)が高分子フィルムと直接接触し劣化するのを抑制しつつ、所望量のスルホン酸基を導入することが可能となる。 As the proton conductive group introducing agent used for introducing the proton conductive group, a sulfonating agent can be preferably used. By contacting the polymer film and the proton conductive group introducing agent (preferably sulfonating agent) in the presence of an organic solvent, the proton conductive group introducing agent (preferably sulfonating agent) is brought into direct contact with the polymer film. It becomes possible to introduce a desired amount of the sulfonic acid group while suppressing the deterioration.
本発明で使用可能なスルホン化剤としては、例えば、クロロスルホン酸、発煙硫酸、三酸化硫黄、三酸化硫黄−トリエチルフォスフェート、濃硫酸、トリメチルシリルクロロサルフェート等の公知のスルホン化剤を用いることが好ましい。工業的入手の容易さやスルホン酸基の導入の容易さや得られる高分子電解質膜の特性を考慮すると、クロロスルホン酸単体又はクロロスルホン酸を含む混合物を用いることが好ましい。つまり、本発明では、上記スルホン化剤は、クロロスルホン酸であることが好ましい。スルホン化剤がクロロスルホン酸であると、プロトン伝導性基であるスルホン酸基が導入しやすく、高いプロトン伝導性を有する高分子電解質膜を得やすくなるためである。 Examples of the sulfonating agent that can be used in the present invention include known sulfonating agents such as chlorosulfonic acid, fuming sulfuric acid, sulfur trioxide, sulfur trioxide-triethyl phosphate, concentrated sulfuric acid, and trimethylsilyl chlorosulfate. preferable. In consideration of industrial availability, ease of introduction of sulfonic acid groups, and characteristics of the obtained polymer electrolyte membrane, it is preferable to use chlorosulfonic acid alone or a mixture containing chlorosulfonic acid. That is, in the present invention, the sulfonating agent is preferably chlorosulfonic acid. This is because when the sulfonating agent is chlorosulfonic acid, a sulfonic acid group that is a proton conductive group is easily introduced, and a polymer electrolyte membrane having high proton conductivity can be easily obtained.
上記工程に利用可能な有機溶媒は、スルホン化剤を分解することなく、芳香族単位へのスルホン酸基導入を阻害せずに、フィルム中の熱可塑性高分子や酸化防止剤の分解などの劣化を引き起こさないようなものであれば使用可能であり、特に限定されるものではない。このように有機溶媒を使用することによって、高分子フィルムが膨潤しやすくなり、フィルム内部までスルホン化剤を拡散させることができる。また、スルホン化剤と高分子フィルムとが直接接触し、過度の反応が生じてフィルムが劣化するのを抑制することができる。 The organic solvent that can be used in the above process does not degrade the sulfonating agent, does not inhibit the introduction of sulfonic acid groups into the aromatic unit, and degrades the thermoplastic polymer and antioxidant in the film. As long as it does not cause the problem, it can be used and is not particularly limited. By using the organic solvent in this way, the polymer film can easily swell and the sulfonating agent can be diffused into the film. Moreover, it can suppress that a sulfonating agent and a polymer film contact directly, and an excessive reaction arises and a film deteriorates.
本発明においては、スルホン酸基の導入のしやすさや得られる高分子電解質膜の特性を考慮すると、特に、上記有機溶媒はハロゲン化炭化水素であることが好ましい。ハロゲン化炭化水素としては、例えば、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、クロロフォルム、1−クロロプロパン、1−クロロブタン、2−クロロブタン、1,4−ジクロロブタン、1−クロロ−2−メチルプロパン、1−クロロペンタン、1−クロロヘキサン、クロロシクロヘキサンなどを挙げることができる。特に、工業的入手の容易さやスルホン酸基の導入のしやすさ、得られる電解質膜の特性を考慮すると、ハロゲン化炭化水素は、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン及び1−クロロブタンからなる群から選択される少なくとも1種を含む有機溶媒であることが好ましい。すなわち、本発明では、上記有機溶媒が、ジクロロメタン又は1−クロロブタンを含むものであることが好ましい。有機溶媒が、ジクロロメタン又は1−クロロブタンであると、これらは工業的入手が容易であるとともに、プロトン伝導性基が導入しやすく、得られる高分子電解質膜のプロトン伝導性及びメタノール遮断性が両立できる。 In the present invention, considering the ease of introduction of sulfonic acid groups and the characteristics of the polymer electrolyte membrane obtained, the organic solvent is particularly preferably a halogenated hydrocarbon. Examples of the halogenated hydrocarbon include dichloromethane, 1,2-dichloroethane, chloroform, 1-chloropropane, 1-chlorobutane, 2-chlorobutane, 1,4-dichlorobutane, 1-chloro-2-methylpropane, and 1-chloro. Examples include pentane, 1-chlorohexane, and chlorocyclohexane. In particular, the halogenated hydrocarbon is selected from the group consisting of dichloromethane, 1,2-dichloroethane, and 1-chlorobutane, taking into consideration industrial availability, ease of introduction of sulfonic acid groups, and characteristics of the obtained electrolyte membrane. It is preferable that the organic solvent contains at least one selected from the above. That is, in the present invention, the organic solvent preferably contains dichloromethane or 1-chlorobutane. When the organic solvent is dichloromethane or 1-chlorobutane, these are easily industrially available, and a proton conductive group can be easily introduced, and the proton conductivity and methanol blocking property of the obtained polymer electrolyte membrane can be compatible. .
スルホン化剤の使用量としては、高分子フィルムに対して、0.1倍量以上100倍量以下(重量比)、さらには0.5重量以上50倍量以下(重量比)であるのが好ましい。スルホン化剤の使用量が、上記の好ましい数値範囲内であれば、スルホン酸基の導入量が好適な範囲となり、得られる高分子電解質膜のプロトン伝導性などの特性が充分担保できる。また、高分子フィルムが化学的に劣化することを防止でき、得られる高分子電解質膜の機械的強度の低下も防げる。このため、ハンドリングが容易である。加えて、スルホン酸基を好適な範囲で導入でき、メタノール遮断性を維持しつつ、水溶性やメタノール水溶液に可溶になるなど、高分子電解質膜の実用的な特性の低下を防止できる。 The amount of the sulfonating agent used is 0.1 to 100 times (weight ratio), more preferably 0.5 to 50 times (weight ratio) with respect to the polymer film. preferable. If the amount of the sulfonating agent used is within the above-mentioned preferable numerical range, the amount of sulfonic acid groups introduced is within a suitable range, and the properties such as proton conductivity of the obtained polymer electrolyte membrane can be sufficiently secured. In addition, the polymer film can be prevented from being chemically deteriorated, and the mechanical strength of the resulting polymer electrolyte membrane can be prevented from being lowered. For this reason, handling is easy. In addition, sulfonic acid groups can be introduced in a suitable range, and deterioration of practical characteristics of the polymer electrolyte membrane, such as being soluble in water or methanol aqueous solution, can be prevented while maintaining methanol blocking properties.
また、有機溶媒中のスルホン化剤の濃度は、スルホン酸基の目標とする導入量や反応条件(温度や時間等)を勘案して適宜設定すればよい。具体的には、0.05重量%以上20重量%以下であることが好ましく、より好ましい範囲は、0.2重量%以上10重量%以下である。0.05重量%〜20重量%の範囲内であれば、スルホン化剤と高分子フィルム中の芳香族単位とが接触しやすく、所望のスルホン酸基量を導入でき、また導入する時間も短時間でよい。また、スルホン酸基の導入も均一となり、得られた高分子電解質膜の機械的特性も十分担保できる。 In addition, the concentration of the sulfonating agent in the organic solvent may be appropriately set in consideration of the target introduction amount of sulfonic acid groups and reaction conditions (temperature, time, etc.). Specifically, it is preferably 0.05% by weight or more and 20% by weight or less, and more preferably 0.2% by weight or more and 10% by weight or less. If it is in the range of 0.05% by weight to 20% by weight, the sulfonating agent and the aromatic unit in the polymer film can easily come into contact with each other, a desired amount of sulfonic acid group can be introduced, and the introduction time is short. Time is enough. Further, the introduction of sulfonic acid groups becomes uniform, and the mechanical properties of the obtained polymer electrolyte membrane can be sufficiently secured.
また、高分子フィルムとスルホン化剤とを接触させる際の反応温度については特に限定されるものではないが、0℃以上100℃以下が好ましく、10℃以上30℃以下がさらに好ましい。反応温度が、0℃以上であれば、設備上冷却等の措置が必要でなく、反応に必要以上の時間がかかることを防止できる。また100℃以下であれば、反応を適切に調節することができ、副反応の発生を防止でき、膜の特性を低下させる問題を回避できる。さらに、高分子フィルムとスルホン化剤とを接触させる際の反応温度は、使用する有機溶媒の沸点以下であることが、耐圧容器を用いる必要がないため好ましいといえる。
また、高分子フィルムとスルホン化剤とを接触させる際の反応時間については特に限定されるものではないが、その下限としては0.5時間以上が好ましく、2時間以上がさらに好ましい。一方、反応時間の上限としては100時間以下であること好ましい。反応時間が、0.5時間以上である場合は、スルホン化剤と高分子フィルム中の芳香族単位との接触が充分であり、所望量のスルホン酸基を導入することができる。また、反応時間が100時間以下であれば、生産性を損なうことなく、高分子電解質膜の特性向上を図ることができる。なお実際には、使用するスルホン化剤や有機溶媒などの反応雰囲気、目標とする生産量などを考慮して、所望の特性を有する高分子電解質膜を効率的に製造することができ反応条件を適宜設定すればよい。
The reaction temperature for bringing the polymer film into contact with the sulfonating agent is not particularly limited, but is preferably 0 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, more preferably 10 ° C. or higher and 30 ° C. or lower. If reaction temperature is 0 degreeC or more, measures, such as cooling on an installation, are unnecessary and it can prevent taking time more than necessary for reaction. Moreover, if it is 100 degrees C or less, reaction can be adjusted appropriately, generation | occurrence | production of a side reaction can be prevented and the problem of reducing the characteristic of a film | membrane can be avoided. Furthermore, it can be said that the reaction temperature when the polymer film and the sulfonating agent are brought into contact with each other is preferably equal to or lower than the boiling point of the organic solvent to be used because it is not necessary to use a pressure resistant container.
The reaction time for bringing the polymer film into contact with the sulfonating agent is not particularly limited, but the lower limit thereof is preferably 0.5 hours or more, and more preferably 2 hours or more. On the other hand, the upper limit of the reaction time is preferably 100 hours or less. When the reaction time is 0.5 hour or longer, the contact between the sulfonating agent and the aromatic unit in the polymer film is sufficient, and a desired amount of sulfonic acid groups can be introduced. Moreover, if the reaction time is 100 hours or less, the characteristics of the polymer electrolyte membrane can be improved without impairing the productivity. Actually, in consideration of the reaction atmosphere of the sulfonating agent and organic solvent to be used, the target production amount, etc., a polymer electrolyte membrane having desired characteristics can be efficiently produced, and the reaction conditions are set. What is necessary is just to set suitably.
なお本発明の製造方法で製造された高分子電解質膜の特性をさらに向上させるために、電子線、γ線、イオンビーム等の放射線を照射させることも可能である。これらにより、高分子電解質膜中に架橋構造などが導入でき、さらにメタノール遮断性が向上する場合がある。またプラズマ処理やコロナ処理などの各種表面処理により、高分子電解質膜表面の触媒層の接着性を上げるなどの特性向上を図ることもできる。 In order to further improve the properties of the polymer electrolyte membrane produced by the production method of the present invention, it is possible to irradiate radiation such as electron beam, γ-ray, ion beam and the like. As a result, a crosslinked structure or the like can be introduced into the polymer electrolyte membrane, and the methanol barrier property may be further improved. Further, various surface treatments such as plasma treatment and corona treatment can improve properties such as improving the adhesion of the catalyst layer on the surface of the polymer electrolyte membrane.
<2.本発明にかかる高分子電解質膜の利用>
本発明にかかる高分子電解質膜は、様々な産業上の利用が考えられ、その利用(用途)については、特に制限されるものではないが、例えば、上記高分子電解質膜を用いてなる膜−電極接合体を挙げることができる。かかる膜−電極接合体は、例えば、燃料電池、特に、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池等の燃料電池に用いることができる。
<2. Use of Polymer Electrolyte Membrane According to the Present Invention>
The polymer electrolyte membrane according to the present invention can be used in various industries, and the use (use) is not particularly limited. For example, a membrane using the above polymer electrolyte membrane- An electrode assembly can be mentioned. Such a membrane-electrode assembly can be used, for example, in a fuel cell, particularly a fuel cell such as a solid polymer fuel cell, a direct liquid fuel cell, and a direct methanol fuel cell.
すなわち、本発明には、上記高分子電解質膜を用いてなる燃料電池が含まれていてもよい。 That is, the present invention may include a fuel cell using the polymer electrolyte membrane.
上記膜−電極接合体や燃料電池によれば、上述したような優れたプロトン伝導性および高いメタノール遮断性を両立する高分子電解質膜を備えているため、高い発電特性と長期耐久性を有する。 According to the membrane-electrode assembly and the fuel cell, since the polymer electrolyte membrane having both excellent proton conductivity and high methanol barrier property as described above is provided, it has high power generation characteristics and long-term durability.
次に、本発明の高分子電解質膜を使用した固体高分子形燃料電池の一実施形態について、図面を用いて説明する。なお、本実施の形態では、固体高分子形燃料電池を例に挙げて説明するが、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池についても、固体高分子形燃料電池と同様に実施可能である。 Next, an embodiment of a polymer electrolyte fuel cell using the polymer electrolyte membrane of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a solid polymer fuel cell will be described as an example, but a direct liquid fuel cell and a direct methanol fuel cell can also be implemented in the same manner as a solid polymer fuel cell. .
図1は、本実施の形態にかかる高分子電解質膜を使用した固体高分子形燃料電池の要部断面の構造を模式的に示す図である。同図に示すように、本実施の形態にかかる固体高分子形燃料電池10は、高分子電解質膜1、触媒層2・2、拡散層3・3、セパレーター4・4を備えている。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a main part of a polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte membrane according to the present embodiment. As shown in the figure, a polymer
高分子電解質膜1は、固体高分子形燃料電池10のセルの略中心部に位置している。触媒層2は、高分子電解質膜1に接触するように設けられている。拡散層3は、触媒層2に隣接して設けられており、さらにその外側にセパレーター4が配置されている。セパレーター4には、燃料ガスまたは液体(メタノール水溶液など)、並びに、酸化剤を送り込むための流路5が形成されている。これらの部材は、固体高分子形燃料電池10のセルとして構成されていると換言できる。
The polymer electrolyte membrane 1 is located substantially at the center of the cell of the solid
一般的に、高分子電解質膜1に触媒層2を接合したものや、高分子電解質膜1に触媒層2と拡散層3を接合したものは、膜−電極接合体(以下、「MEA」と表記する)といわれ、固体高分子形燃料電池(直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池)の基本部材として使用される。 Generally, a polymer electrolyte membrane 1 joined with a catalyst layer 2 or a polymer electrolyte membrane 1 joined with a catalyst layer 2 and a diffusion layer 3 is referred to as a membrane-electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA”). It is used as a basic member of a polymer electrolyte fuel cell (direct liquid fuel cell, direct methanol fuel cell).
MEAを作製する方法は、従来検討されている、パーフルオロカーボンスルホン酸からなる高分子電解質膜やその他の炭化水素系高分子電解質膜(例えば、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリイミド、スルホン化ポリフェニレンサルファイドなど)で行われる公知の方法が適用可能である。 Methods for producing MEA are conventionally studied polymer electrolyte membranes made of perfluorocarbon sulfonic acid and other hydrocarbon polymer electrolyte membranes (for example, sulfonated polyetheretherketone, sulfonated polyethersulfone, sulfone). A known method performed with a sulfonated polysulfone, a sulfonated polyimide, a sulfonated polyphenylene sulfide, or the like is applicable.
MEAの具体的作製方法の一例を下記に示すが、本発明はこれに限定されるものではない。 An example of a specific method for producing MEA is shown below, but the present invention is not limited to this.
触媒層2の形成は、高分子電解質の溶液あるいは分散液に、金属担持触媒を分散させて、触媒層形成用の分散溶液を調合する。この分散溶液をポリテトラフルオロエチレンなどの離型フィルム上にスプレーで塗布して分散溶液中の溶媒を乾燥・除去し、離型フィルム上に所定の触媒層2を形成させる。この離型フィルム上に形成した触媒層2を高分子電解質膜1の両面に配置し、所定の加熱・加圧条件下でホットプレスし、高分子電解質膜1と触媒層2を接合し、離型フィルムをはがすことによって、高分子電解質膜1の両面に触媒層2が形成されたMEAが作製できる。 The catalyst layer 2 is formed by dispersing a metal-supported catalyst in a polymer electrolyte solution or dispersion to prepare a dispersion for forming the catalyst layer. The dispersion solution is applied onto a release film such as polytetrafluoroethylene by spraying, and the solvent in the dispersion solution is dried and removed to form a predetermined catalyst layer 2 on the release film. The catalyst layer 2 formed on the release film is disposed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane 1, and hot-pressed under predetermined heating and pressurizing conditions to join the polymer electrolyte membrane 1 and the catalyst layer 2 and release them. The MEA in which the catalyst layers 2 are formed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane 1 can be produced by peeling the mold film.
また、上記分散溶液を、コーターなどを用いて拡散層3上に塗工して、分散溶液中の溶媒を乾燥・除去し、拡散層3上に触媒層2が形成された触媒担持ガス拡散電極を作製し、高分子電解質膜1の両側にその触媒担持ガス拡散電極の触媒層2側を配置し、所定の加熱・加圧条件下でホットプレスすることによって、高分子電解質膜1の両面に触媒層2と拡散層3とが形成されたMEAが製造できる。なお、上記触媒担持ガス拡散電極には、市販のガス拡散電極(米国E−TEK社製、など)を使用しても構わない。 Also, a catalyst-carrying gas diffusion electrode in which the dispersion solution is coated on the diffusion layer 3 using a coater or the like, the solvent in the dispersion solution is dried and removed, and the catalyst layer 2 is formed on the diffusion layer 3 Are arranged on both sides of the polymer electrolyte membrane 1, and the catalyst layer 2 side of the catalyst-carrying gas diffusion electrode is placed on both sides of the polymer electrolyte membrane 1 by hot pressing under predetermined heating and pressurizing conditions. An MEA in which the catalyst layer 2 and the diffusion layer 3 are formed can be manufactured. In addition, you may use a commercially available gas diffusion electrode (made by USA E-TEK company etc.) for the said catalyst carrying | support gas diffusion electrode.
上記高分子電解質の溶液としては、パーフルオロカーボンスルホン酸高分子化合物のアルコール溶液(アルドリッチ社製ナフィオン(登録商標)溶液など)やスルホン化された芳香族高分子化合物(例えば、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリイミド、スルホン化ポリフェニレンサルファイドなど)の有機溶媒溶液などが使用できる。上記金属担持触媒としては、高比表面積の導電性粒子が担体として使用可能であり、例えば、活性炭、カーボンブラック、ケッチェンブラック、バルカン、カーボンナノホーン、フラーレン、カーボンナノチューブなどの炭素材料が例示できる。 Examples of the polymer electrolyte solution include an alcohol solution of a perfluorocarbon sulfonic acid polymer compound (such as Nafion (registered trademark) solution manufactured by Aldrich) or a sulfonated aromatic polymer compound (eg, sulfonated polyether ether ketone). , Sulfonated polyethersulfone, sulfonated polysulfone, sulfonated polyimide, sulfonated polyphenylene sulfide, and the like) can be used. As the metal-supported catalyst, conductive particles having a high specific surface area can be used as a carrier, and examples thereof include carbon materials such as activated carbon, carbon black, ketjen black, vulcan, carbon nanohorn, fullerene, and carbon nanotube.
金属触媒としては、燃料の酸化反応および酸素の還元反応を促進するものであれば使用可能であり、燃料極と酸化剤極で同じであっても異なっていても構わない。例えば、白金、ルテニウムなどの貴金属あるいはそれらの合金などが例示でき、それらの触媒活性の促進や、反応副生物による被毒を抑制するための助触媒を添加しても構わない。 Any metal catalyst may be used as long as it promotes the fuel oxidation reaction and oxygen reduction reaction, and the fuel electrode and the oxidant electrode may be the same or different. For example, noble metals such as platinum and ruthenium or alloys thereof can be exemplified, and a promoter for promoting their catalytic activity or suppressing poisoning by reaction by-products may be added.
上記触媒層形成用の分散溶液は、スプレーで塗布したり、コーターで塗工したりしやすい粘度に調整するため、水や有機溶媒で適宜希釈しても構わない。また、必要に応じて触媒層2に撥水性を付与するため、テトラフルオロエチレンなどのフッ素系化合物を混合してもよい。 The dispersion solution for forming the catalyst layer may be appropriately diluted with water or an organic solvent in order to adjust the viscosity so that it can be easily applied by spraying or coated by a coater. Moreover, you may mix fluorine-type compounds, such as tetrafluoroethylene, in order to provide water repellency to the catalyst layer 2 as needed.
上記拡散層3としては、カーボンクロスやカーボンペーパーなどの多孔質の導電性材料が使用可能である。これらは燃料や酸化剤の拡散性や反応副生物や未反応物質の排出性を促進するため、テトラフルオロエチレンなどで被覆して撥水性を付与したものを使用するのが好ましい。また、高分子電解質膜1と触媒層2との間に必要に応じて前述したような高分子電解質からなる接着層を設けてもよい。 As the diffusion layer 3, a porous conductive material such as carbon cloth or carbon paper can be used. In order to promote the diffusibility of the fuel and the oxidant and the discharge of reaction by-products and unreacted substances, it is preferable to use those which are coated with tetrafluoroethylene or the like to impart water repellency. Further, an adhesive layer made of a polymer electrolyte as described above may be provided between the polymer electrolyte membrane 1 and the catalyst layer 2 as necessary.
高分子電解質膜1と触媒層2を加熱・加圧条件下でホットプレスする条件は、使用する高分子電解質膜1や触媒層2に含まれる高分子電解質の種類に応じて適宜設定する必要がある。上記条件としては、一般的に高分子電解質膜1や触媒層2に含まれる高分子電解質の熱劣化や熱分解温度以下であって、高分子電解質膜1あるいは触媒層2に含まれる高分子電解質のガラス転移点や軟化点以上の温度、さらには高分子電解質膜1および触媒層2に含まれる高分子電解質のガラス転移点や軟化点以上の温度条件下であることが好ましい。 The conditions for hot pressing the polymer electrolyte membrane 1 and the catalyst layer 2 under heating and pressurizing conditions need to be appropriately set according to the type of polymer electrolyte contained in the polymer electrolyte membrane 1 and the catalyst layer 2 to be used. is there. The above-mentioned condition is that the polymer electrolyte contained in the polymer electrolyte membrane 1 or the catalyst layer 2 is generally below the thermal degradation or thermal decomposition temperature of the polymer electrolyte contained in the polymer electrolyte membrane 1 or the catalyst layer 2. It is preferable that the glass transition point and the softening point are higher than the glass transition point, and the temperature condition is higher than the glass transition point and the softening point of the polymer electrolyte contained in the polymer electrolyte membrane 1 and the catalyst layer 2.
加圧条件としては、概ね0.1MPa以上20MPa以下の範囲であることが、高分子電解質膜1と触媒層2が充分に接触するとともに、使用材料の著しい変形にともなう特性低下がなく好ましい。特にMEAが高分子電解質膜1と触媒層2とからのみ形成される場合は、拡散層3を触媒層2の外側に配置して特に接合することなく接触させるのみで使用しても構わない。 As the pressurizing condition, it is preferable that the pressure is in the range of about 0.1 MPa or more and 20 MPa or less because the polymer electrolyte membrane 1 and the catalyst layer 2 are in sufficient contact with each other and there is no deterioration in characteristics due to significant deformation of the material used. In particular, when the MEA is formed only from the polymer electrolyte membrane 1 and the catalyst layer 2, the diffusion layer 3 may be disposed outside the catalyst layer 2 and used only by contacting without being joined.
上記のような方法で得られたMEAを、燃料ガスまたは液体、並びに、酸化剤を送り込む流路5が形成された一対のセパレーター4などの間に挿入することにより、本実施の形態にかかる固体高分子形燃料電池10が得られる。
The MEA obtained by the above method is inserted between a pair of separators 4 in which a flow path 5 for feeding fuel gas or liquid and an oxidant is formed, and the solid according to the present embodiment. A
上記セパレーター4としてはカーボングラファイトやステンレス鋼の導電性材料のものが使用できる。特にステンレス鋼などの金属製材料を使用する場合は、耐腐食性の処理を施していることが好ましい。 As the separator 4, a conductive material such as carbon graphite or stainless steel can be used. In particular, when a metal material such as stainless steel is used, it is preferable to perform a corrosion resistance treatment.
上記の固体高分子形燃料電池10に対して、燃料ガスまたは液体として、水素を主たる成分とするガスや、メタノールを主たる成分とするガスまたは液体を、酸化剤として、酸素を含むガス(酸素あるいは空気)を、それぞれ別個の流路5より、拡散層3を経由して触媒層2に供給することにより、固体高分子形燃料電池は発電する。このとき燃料として、例えば、含水素液体を使用する場合には直接液体形燃料電池となるし、メタノールを使用する場合には直接メタノール形燃料電池となる。つまり、固体高分子形燃料電池10について例示した上記実施形態は、そのまま直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池についても適用可能といえる。
For the polymer
なお、本実施の形態にかかる固体高分子形燃料電池10を単独で、あるいは複数積層して、スタックを形成し使用することや、それらを組み込んだ燃料電池システムとすることもできる。
In addition, the polymer
次いで、本発明の高分子電解質膜を使用した直接メタノール形燃料電池の一実施形態について、図面を用いて説明する。 Next, an embodiment of a direct methanol fuel cell using the polymer electrolyte membrane of the present invention will be described with reference to the drawings.
図2は、本実施の形態にかかる高分子電解質膜からなる直接メタノール形燃料電池の要部断面の構造を模式的に示す図である。同図に示すように、本実施の形態にかかる直接メタノール形燃料電池20は、MEA16、燃料タンク17、支持体19を備えている。燃料タンク17は、燃料(メタノールあるいはメタノール水溶液)充填部(供給部)18を備えており、支持体19には酸化剤流路15が形成されている。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a main part of a direct methanol fuel cell made of the polymer electrolyte membrane according to the present embodiment. As shown in the figure, a direct
上述した方法で得られたMEA16が、燃料充填部18を有する燃料タンク17の両側に必要数が平面状に配置されている。さらにその外側には、酸化剤流路15が形成された支持体19が配置されている。つまり、2つの支持体19・19に狭持されることによって、直接メタノール形燃料電池20のセル、スタックが構成される。
The required number of
なお、上述した例以外にも、本発明にかかる高分子電解質膜は、特開2001−313046号公報、特開2001−313047号公報、特開2001−93551号公報、特開2001−93558号公報、特開2001−93561号公報、特開2001−102069号公報、特開2001−102070号公報、特開2001−283888号公報、特開2000−268835号公報、特開2000−268836号公報、特開2001−283892号公報等で公知になっている固体高分子形燃料電池や直接メタノール形燃料電池の電解質膜として、使用可能である。これらの公知文献に基づけば、当業者であれば、本発明の高分子電解質膜を用いて容易に固体高分子形燃料電池や直接メタノール形燃料電池を構成することができる。 In addition to the examples described above, the polymer electrolyte membrane according to the present invention is disclosed in JP 2001-313046, JP 2001-313047, JP 2001-93551, and JP 2001-93558. JP-A-2001-93561, JP-A-2001-102069, JP-A-2001-102070, JP-A-2001-283888, JP-A-2000-268835, JP-A-2000-268836, It can be used as an electrolyte membrane of a polymer electrolyte fuel cell or a direct methanol fuel cell, which is publicly known in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2001-283893. Based on these known documents, those skilled in the art can easily construct a polymer electrolyte fuel cell or a direct methanol fuel cell using the polymer electrolyte membrane of the present invention.
以下実施例を示し、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。さらに、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 Hereinafter, examples will be shown, and the embodiment of the present invention will be described in more detail. Of course, the present invention is not limited to the following examples, and it goes without saying that various aspects are possible in detail. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims, and the present invention is also applied to the embodiments obtained by appropriately combining the disclosed technical means. It is included in the technical scope of the invention.
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更可能である。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited at all by these Examples, In the range which does not change the summary, it can change suitably.
(実施例1)
<高分子電解質膜の調製>
芳香族単位を有する高分子化合物としてポリフェニレンサルファイド(大日本インキ化学工業株式会社製、LD10p11)、芳香族単位がない高分子化合物として高密度ポリエチレン(三井化学株式会社製、HI−ZEX 3300F)を使用した。
Example 1
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
Polyphenylene sulfide (Dainippon Ink Chemical Co., Ltd., LD10p11) is used as a polymer compound having an aromatic unit, and high-density polyethylene (HI-ZEX 3300F, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) is used as a polymer compound having no aromatic unit. did.
ポリフェニレンサルファイドのペレット30重量部、高密度ポリエチレンのペレット70重量部とをドライブレンドした。ドライブレンドしたペレット混合物を、スクリュー温度290℃、Tダイ温度290℃の条件で、Tダイをセットした二軸押出機により、溶融押出成形し、高分子フィルムを得た(高分子フィルム中に高密度ポリエチレンを70重量%含有する)。 30 parts by weight of polyphenylene sulfide pellets and 70 parts by weight of high density polyethylene pellets were dry blended. The dry blended pellet mixture was melt-extruded by a twin screw extruder with a T die set under the conditions of a screw temperature of 290 ° C. and a T die temperature of 290 ° C. to obtain a polymer film (high in the polymer film). 70% by weight of density polyethylene).
ガラス容器に、ジクロロメタン905g、クロロスルホン酸9.0gを秤量し、1重量%のクロロスルホン酸溶液を調製した。前記高分子フィルムを2.1g秤量し、前記クロロスルホン酸溶液に浸漬し、25℃で20時間、放置した(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して4.3倍量)。その後、高分子フィルムを回収し、イオン交換水で中性になるまで洗浄した。 In a glass container, 905 g of dichloromethane and 9.0 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 1% by weight chlorosulfonic acid solution. 2.1 g of the polymer film was weighed, immersed in the chlorosulfonic acid solution, and allowed to stand at 25 ° C. for 20 hours (the amount of chlorosulfonic acid added was 4.3 times the weight of the polymer film). . Thereafter, the polymer film was recovered and washed with ion exchange water until neutral.
洗浄後の高分子フィルムを23℃に調温した恒温恒湿器内で、相対湿度98%、80%、60%および50%の湿度調節下で、それぞれ30分間放置してフィルムを乾燥し、プロトン伝導性基としてスルホン酸基が導入された高分子電解質膜を得た。 The polymer film after washing was dried in a constant temperature and humidity chamber adjusted to 23 ° C. for 30 minutes under humidity control of relative humidity 98%, 80%, 60% and 50%, A polymer electrolyte membrane into which a sulfonic acid group was introduced as a proton conductive group was obtained.
2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−パラ−クレゾールをメタノールに10重量%溶解した。この溶液に、先に得た高分子電解質膜を60℃にて浸漬した。24時間後、浸漬より取り出し、高分子電解質膜の表面の溶液をふき取った。この高分子電解質膜を真空乾燥機内で80℃、3時間処理した。 2,6-bis (hydroxymethyl) -para-cresol was dissolved in methanol at 10% by weight. The polymer electrolyte membrane obtained previously was immersed in this solution at 60 ° C. After 24 hours, it was taken out from the immersion and the solution on the surface of the polymer electrolyte membrane was wiped off. This polymer electrolyte membrane was treated in a vacuum dryer at 80 ° C. for 3 hours.
<イオン交換容量の測定方法>
高分子電解質膜(約10mm×40mm)を25℃での塩化ナトリウム飽和水溶液20mLに浸漬し、ウォーターバス中で60℃、3時間イオン交換反応させた。その後25℃まで冷却し、次いで高分子電解質膜をイオン交換水で充分に洗浄し、塩化ナトリウム飽和水溶液および洗浄水をすべて回収した。この回収した溶液に、指示薬としてフェノールフタレイン溶液を加え、0.01Nの水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定し、イオン交換容量を算出した。その結果を表1に示す。
<Measurement method of ion exchange capacity>
A polymer electrolyte membrane (about 10 mm × 40 mm) was immersed in 20 mL of a saturated aqueous sodium chloride solution at 25 ° C., and subjected to an ion exchange reaction in a water bath at 60 ° C. for 3 hours. Thereafter, it was cooled to 25 ° C., and then the polymer electrolyte membrane was thoroughly washed with ion-exchanged water, and a saturated aqueous sodium chloride solution and washing water were all collected. To this recovered solution, a phenolphthalein solution was added as an indicator, and neutralization titration was performed with a 0.01N sodium hydroxide aqueous solution to calculate the ion exchange capacity. The results are shown in Table 1.
<プロトン伝導度の測定方法>
イオン交換水中に保管した高分子電解質膜(約10mm×40mm)を取り出し、高分子電解質膜表面の水をろ紙で拭き取った。2極非密閉系のポリテトラフルオロエチレン製のセルに高分子電解質膜を設置し、さらに白金電極を電極間距離30mmとなるように、膜表面(同一側)に設置した。23℃での膜抵抗を、交流インピーダンス法(周波数:42Hz〜5MHz、印可電圧:0.2V、日置電機製LCRメーター 3531Z HITESTER)により測定し、プロトン伝導度を算出した。その結果を表1に示す。
<Measurement method of proton conductivity>
A polymer electrolyte membrane (about 10 mm × 40 mm) stored in ion-exchanged water was taken out, and water on the surface of the polymer electrolyte membrane was wiped off with a filter paper. A polymer electrolyte membrane was placed in a dipolar non-sealed polytetrafluoroethylene cell, and a platinum electrode was placed on the membrane surface (on the same side) so that the distance between the electrodes was 30 mm. The membrane resistance at 23 ° C. was measured by an alternating current impedance method (frequency: 42 Hz to 5 MHz, applied voltage: 0.2 V, Hioki LCR meter 3531Z HITESTER), and proton conductivity was calculated. The results are shown in Table 1.
<メタノール遮断性の測定方法>
25℃の環境下で、ビードレックス社製膜透過実験装置(KH-5PS)を使用して、高分子電解質膜でイオン交換水と64重量%のメタノール水溶液とを隔離した。所定時間(2時間)経過後にイオン交換水側に透過したメタノールを含む溶液を採取し、ガスクロマトグラフ(株式会社島津製作所製ガスクロマトグラフィーGC−201)で透過したメタノール量を定量した。この定量結果から、メタノール透過速度を求め、メタノール透過係数を算出した。メタノール透過係数は、以下の数式1にしたがって算出した。その結果を表1に示す。
〔数式1〕
メタノール透過係数(μmol/(cm・日))
=メタノール透過量(μmol)×膜厚(cm)/(膜面積(cm2)×透過時間(日))
<膨潤性の評価方法>
上記方法で得られた電解質膜を64重量%メタノール水溶液に浸漬し、60℃のオーブン中に静置した。1000時間経過後、電解質膜を回収し、目視にて浸漬前との状態を比較した。膨潤のある場合は面積を測定し、その比を算出した。その結果を表2に示す。
<Measurement method of methanol barrier properties>
In an environment at 25 ° C., ion exchange water and a 64% by weight aqueous methanol solution were isolated with a polymer electrolyte membrane using a membrane permeation experiment apparatus (KH-5PS) manufactured by Beadrex. A solution containing methanol permeated to the ion exchange water side after a predetermined time (2 hours) was collected, and the amount of methanol permeated with a gas chromatograph (Gas Chromatography GC-201 manufactured by Shimadzu Corporation) was quantified. From this quantitative result, the methanol permeation rate was determined, and the methanol permeation coefficient was calculated. The methanol permeability coefficient was calculated according to the following formula 1. The results are shown in Table 1.
[Formula 1]
Methanol permeability coefficient (μmol / (cm ・ day))
= Methanol permeation amount (μmol) × film thickness (cm) / (membrane area (cm 2 ) × permeation time (days))
<Swelling evaluation method>
The electrolyte membrane obtained by the above method was immersed in a 64% by weight aqueous methanol solution and allowed to stand in an oven at 60 ° C. After 1000 hours, the electrolyte membrane was collected and visually compared with the state before immersion. When there was swelling, the area was measured and the ratio was calculated. The results are shown in Table 2.
<メタノール耐久性の評価方法>
100ccの耐圧容器に、上記方法で得られた電解質膜を約1平方cm四方の大きさに切り取り、64重量%メタノール水溶液約100ccと一緒に投入した。そして耐圧容器のふたをしっかり取り付け、100℃の通風オーブンにて120時間保管した。その後耐圧容器をオーブンより取り出し、室温まで冷却した後、内容物のうち電解質膜を取り出し、目視とピンセットによるハンドリングで以下のようにランク付けした。結果を表2に示す。
<Method for evaluating methanol durability>
In a 100 cc pressure vessel, the electrolyte membrane obtained by the above method was cut to a size of about 1 cm 2 and put together with about 100 cc of a 64% by weight methanol aqueous solution. The lid of the pressure vessel was firmly attached and stored in a 100 ° C. ventilated oven for 120 hours. Thereafter, the pressure vessel was taken out of the oven and cooled to room temperature, and then the electrolyte membrane was taken out of the contents and ranked as follows by visual inspection and handling with tweezers. The results are shown in Table 2.
A:大きな膨潤がなく、ピンセットでつまんで持ち上げても形状をしっかり維持している。 A: There is no large swelling, and the shape is firmly maintained even if it is picked up by tweezers and lifted.
B:大きな膨潤はないが、自己支持性が低下しておりピンセットでつまむと破れたり、破壊したりする。 B: Although there is no big swelling, self-supporting property is falling, and when it pinches with tweezers, it is torn or destroyed.
C:試験前と比較し、面積が2倍以上と大きく膨潤している。 C: Compared with before the test, the area is greatly swelled twice or more.
(実施例2)
<高分子電解質膜の調製>
実施例1における2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−パラ−クレゾールの代わりに、2,4,6−トリス[ビス(メトキシメチル)アミノ]−1,3,5−トリアジンを用いた以外は実施例1と同様にサンプルを作製した。
(Example 2)
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
Implemented except that 2,4,6-tris [bis (methoxymethyl) amino] -1,3,5-triazine was used instead of 2,6-bis (hydroxymethyl) -para-cresol in Example 1. A sample was prepared in the same manner as in Example 1.
評価方法も実施例1と同様の方法で行った。その結果を表2に示す。 The evaluation method was also the same as in Example 1. The results are shown in Table 2.
また、この高分子電解質膜のTEM像(透過型電子顕微鏡像)を図3(a)に示し、2,4,6−トリス[ビス(メトキシメチル)アミノ]−1,3,5−トリアジンに由来する窒素をEDX(株式会社島津製作所製 エネルギー分散型蛍光X線分析装置)にてマッピングした像を図3(b)に示す。 Further, a TEM image (transmission electron microscope image) of this polymer electrolyte membrane is shown in FIG. 3 (a), and 2,4,6-tris [bis (methoxymethyl) amino] -1,3,5-triazine FIG. 3B shows an image obtained by mapping derived nitrogen with EDX (energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer manufactured by Shimadzu Corporation).
(実施例3)
<高分子電解質膜の調製>
芳香族単位を有する高分子共重合体としてポリエチレン−ポリスチレングラフト共重合体(日本油脂株式会社製、モディパー(登録商標)A1100)、芳香族単位がない高分子化合物として高密度ポリエチレン(三井化学株式会社製、HI−ZEX 3300F)を使用した。
(Example 3)
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
Polyethylene-polystyrene graft copolymer (manufactured by NOF Corporation, Modiper (registered trademark) A1100) as a polymer having an aromatic unit, and high-density polyethylene (Mitsui Chemicals, Inc.) as a polymer compound having no aromatic unit. Manufactured by HI-ZEX 3300F).
ポリエチレン−ポリスチレングラフト共重合体のペレット35重量部、高密度ポリエチレンのペレット65重量部とをドライブレンドした。ドライブレンドしたペレット混合物を、スクリュー温度265℃、Tダイ温度265℃の条件で、Tダイをセットした二軸押出機により、溶融押出成形し、高分子フィルムを得た(高分子フィルム中に高密度ポリエチレンを65重量%含有する)。 35 parts by weight of polyethylene-polystyrene graft copolymer pellets and 65 parts by weight of high density polyethylene pellets were dry blended. The dry blended pellet mixture was melt-extruded by a twin screw extruder with a T die set under the conditions of a screw temperature of 265 ° C. and a T die temperature of 265 ° C. to obtain a polymer film. Containing 65% by weight of density polyethylene).
ガラス容器に、1−クロロブタン149g、クロロスルホン酸0.75gを秤量し、0.5重量%のクロロスルホン酸溶液を調製した。前記高分子フィルムを0.35g秤量し、前記クロロスルホン酸溶液に浸漬し、25℃で20時間、放置した(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して2.1倍量)。その後、高分子フィルムを回収し、イオン交換水で中性になるまで洗浄した。 In a glass container, 149 g of 1-chlorobutane and 0.75 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 0.5 wt% chlorosulfonic acid solution. 0.35 g of the polymer film was weighed, immersed in the chlorosulfonic acid solution, and allowed to stand at 25 ° C. for 20 hours (the amount of chlorosulfonic acid added was 2.1 times the weight of the polymer film). . Thereafter, the polymer film was recovered and washed with ion exchange water until neutral.
洗浄後の高分子フィルムを23℃に調温した恒温恒湿器内で、相対湿度98%、80%、60%および50%の湿度調節下で、それぞれ30分間放置してフィルムを乾燥し、高分子電解質膜を得た。 The polymer film after washing was dried in a constant temperature and humidity chamber adjusted to 23 ° C. for 30 minutes under humidity control of relative humidity 98%, 80%, 60% and 50%, A polymer electrolyte membrane was obtained.
次に実施例1と同様の方法で、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−パラ−クレゾールを用いてサンプルを作製した。 Next, in the same manner as in Example 1, a sample was prepared using 2,6-bis (hydroxymethyl) -para-cresol.
評価方法も実施例1と同様の方法で行った。その結果を表1および2に示す。 The evaluation method was also the same as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
(実施例4)
<高分子電解質膜の調製>
芳香族単位を有する高分子化合物としてポリフェニレンサルファイド(大日本インキ化学工業株式会社製、LD10p11)、芳香族単位がない高分子化合物として高密度ポリエチレン(三井化学株式会社製、HI−ZEX 3300F)を使用した。
Example 4
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
Polyphenylene sulfide (Dainippon Ink Chemical Co., Ltd., LD10p11) is used as a polymer compound having an aromatic unit, and high-density polyethylene (HI-ZEX 3300F, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) is used as a polymer compound having no aromatic unit. did.
ポリフェニレンサルファイドのペレット50重量部、高密度ポリエチレンのペレット50重量部とをドライブレンドした。ドライブレンドしたペレット混合物を、スクリュー温度290℃、Tダイ温度290℃の条件で、Tダイをセットした二軸押出機により、溶融押出成形し、高分子フィルムを得た(高分子フィルム中に高密度ポリエチレンを50重量%含有する)。 50 parts by weight of polyphenylene sulfide pellets and 50 parts by weight of high density polyethylene pellets were dry blended. The dry blended pellet mixture was melt-extruded by a twin screw extruder with a T die set under the conditions of a screw temperature of 290 ° C. and a T die temperature of 290 ° C. to obtain a polymer film (high in the polymer film). 50% by weight density polyethylene).
ガラス容器に、ジクロロメタン1295.0g、クロロスルホン酸9.7gを秤量し、0.7重量%のクロロスルホン酸溶液を調製した。前記高分子フィルムを3.0g秤量し、前記クロロスルホン酸溶液に浸漬し、25℃で20時間、放置した(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して3.2倍量)。その後、高分子フィルムを回収し、イオン交換水で中性になるまで洗浄した。 In a glass container, 1295.0 g of dichloromethane and 9.7 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 0.7 wt% chlorosulfonic acid solution. 3.0 g of the polymer film was weighed, immersed in the chlorosulfonic acid solution, and allowed to stand at 25 ° C. for 20 hours (the amount of chlorosulfonic acid added was 3.2 times the weight of the polymer film). . Thereafter, the polymer film was recovered and washed with ion exchange water until neutral.
洗浄後の高分子フィルムを23℃に調温した恒温恒湿器内で、相対湿度98%、80%、60%および50%の湿度調節下で、それぞれ30分間放置してフィルムを乾燥し、プロトン伝導性基としてスルホン酸基が導入された高分子電解質膜を得た。 The polymer film after washing was dried in a constant temperature and humidity chamber adjusted to 23 ° C. for 30 minutes under humidity control of relative humidity 98%, 80%, 60% and 50%, A polymer electrolyte membrane into which a sulfonic acid group was introduced as a proton conductive group was obtained.
2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−パラ−クレゾールをメタノールに50重量%溶解した。この溶液に、先に得た高分子電解質膜を60℃にて浸漬した。24時間後、浸漬より取り出し、高分子電解質膜の表面の溶液をふき取った。この高分子電解質膜を真空乾燥機内で100℃、3時間処理した。 2,6-bis (hydroxymethyl) -para-cresol was dissolved in methanol at 50% by weight. The polymer electrolyte membrane obtained previously was immersed in this solution at 60 ° C. After 24 hours, it was taken out from the immersion and the solution on the surface of the polymer electrolyte membrane was wiped off. This polymer electrolyte membrane was treated in a vacuum dryer at 100 ° C. for 3 hours.
評価方法も実施例1と同様の方法で行った。その結果を表1および2に示す。 The evaluation method was also the same as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
(実施例5)
<高分子電解質膜の調製>
芳香族単位を有する高分子化合物としてポリフェニレンサルファイド(大日本インキ化学工業株式会社製、LD10p11)、芳香族単位がない高分子化合物として高密度ポリエチレン(三井化学株式会社製、HI−ZEX 3300F)を使用した。
(Example 5)
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
Polyphenylene sulfide (Dainippon Ink Chemical Co., Ltd., LD10p11) is used as a polymer compound having an aromatic unit, and high-density polyethylene (HI-ZEX 3300F, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) is used as a polymer compound having no aromatic unit. did.
ポリフェニレンサルファイドのペレット65重量部、高密度ポリエチレンのペレット35重量部とをドライブレンドした。ドライブレンドしたペレット混合物を、スクリュー温度290℃、Tダイ温度290℃の条件で、Tダイをセットした二軸押出機により、溶融押出成形し、高分子フィルムを得た(高分子フィルム中に高密度ポリエチレンを35重量%含有する)。 65 parts by weight of polyphenylene sulfide pellets and 35 parts by weight of high density polyethylene pellets were dry blended. The dry blended pellet mixture was melt-extruded by a twin screw extruder with a T die set under the conditions of a screw temperature of 290 ° C. and a T die temperature of 290 ° C. to obtain a polymer film (high in the polymer film). Containing 35% by weight of density polyethylene).
ガラス容器に、ジクロロメタン911g、クロロスルホン酸6.8gを秤量し、0.74重量%のクロロスルホン酸溶液を調製した。前記高分子フィルムを2.1g秤量し、前記クロロスルホン酸溶液に浸漬し、25℃で20時間、放置した(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムの重量に対して3.2倍量)。その後、高分子フィルムを回収し、イオン交換水で中性になるまで洗浄した。 In a glass container, 911 g of dichloromethane and 6.8 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a 0.74% by weight chlorosulfonic acid solution. 2.1 g of the polymer film was weighed, immersed in the chlorosulfonic acid solution, and allowed to stand at 25 ° C. for 20 hours (the amount of chlorosulfonic acid added was 3.2 times the weight of the polymer film). . Thereafter, the polymer film was recovered and washed with ion exchange water until neutral.
洗浄後の高分子フィルムを23℃に調温した恒温恒湿器内で、相対湿度98%、80%、60%および50%の湿度調節下で、それぞれ30分間放置してフィルムを乾燥し、プロトン伝導性基としてスルホン酸基が導入された高分子電解質膜を得た。 The polymer film after washing was dried in a constant temperature and humidity chamber adjusted to 23 ° C. for 30 minutes under humidity control of relative humidity 98%, 80%, 60% and 50%, A polymer electrolyte membrane into which a sulfonic acid group was introduced as a proton conductive group was obtained.
DML−PC(本州化学工業株式会社製)をメタノールに30重量%溶解した。この溶液に、先に得た高分子電解質膜を60℃にて浸漬した。24時間後、浸漬より取り出し、高分子電解質膜の表面の溶液をふき取った。この高分子電解質膜を真空乾燥機内で120℃、3時間処理した。 DML-PC (Honshu Chemical Industry Co., Ltd.) was dissolved in methanol by 30% by weight. The polymer electrolyte membrane obtained previously was immersed in this solution at 60 ° C. After 24 hours, it was taken out from the immersion and the solution on the surface of the polymer electrolyte membrane was wiped off. This polymer electrolyte membrane was treated in a vacuum dryer at 120 ° C. for 3 hours.
評価方法も実施例1と同様の方法で行った。その結果を表1および2に示す。 The evaluation method was also the same as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
(比較例1)
<高分子フィルムの調製>
芳香族単位を有する高分子化合物として、ポリフェニレンサルファイド(大日本インキ工業株式会社製、DIC−PPS LD10p11)を使用した。
(Comparative Example 1)
<Preparation of polymer film>
As a polymer compound having an aromatic unit, polyphenylene sulfide (Dainippon Ink Industries, Ltd., DIC-PPS LD10p11) was used.
前記ポリフェニレンサルファイドのペレットを、スクリュー温度290℃、Tダイ温度290℃の条件で、2軸混練押出し機にTダイをセットした二軸押出機により、溶融押出成形し、高分子フィルムを得た。 The polyphenylene sulfide pellets were melt-extruded with a twin screw extruder in which a T die was set in a twin screw extruder under the conditions of a screw temperature of 290 ° C. and a T die temperature of 290 ° C. to obtain a polymer film.
<高分子電解質膜の調製>
上記方法で得られた高分子フィルムを使用した。1−クロロブタン70.9g、クロロスルホン酸1.1gを秤量し、1.5重量%のクロロスルホン酸溶液を調製し、高分子フィルムを0.16gとした以外は、実施例1と同様にして高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、高分子フィルムに対して6.9倍量)。その結果を表1および2に示す。
<Preparation of polymer electrolyte membrane>
The polymer film obtained by the above method was used. Except for weighing 10.9 g of 1-chlorobutane and 1.1 g of chlorosulfonic acid to prepare a 1.5 wt% chlorosulfonic acid solution and changing the polymer film to 0.16 g, the same procedure as in Example 1 was performed. A polymer electrolyte membrane was obtained (the amount of chlorosulfonic acid added was 6.9 times that of the polymer film). The results are shown in Tables 1 and 2.
(比較例2)
デュポン社製ナフィオン(登録商標)115を高分子電解質膜とした。その結果を表1および2に示す。
(Comparative Example 2)
Nafion (registered trademark) 115 manufactured by DuPont was used as the polymer electrolyte membrane. The results are shown in Tables 1 and 2.
(比較例3)
実施例1で得た高分子電解質膜を、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−パラ−クレゾールによる処理を行わずにそのまま用いた。その結果を表1および2に示す。
(Comparative Example 3)
The polymer electrolyte membrane obtained in Example 1 was used as it was without being treated with 2,6-bis (hydroxymethyl) -para-cresol. The results are shown in Tables 1 and 2.
表1の実施例1、3、4と比較例2との比較から、本発明の製造方法によって得られた高分子電解質膜は、固体高分子形燃料電池用の高分子電解質膜である比較例2と同オーダーのプロトン伝導度を有することから、固体高分子形燃料電池、直接液体形燃料電池、直接メタノール形燃料電池の高分子電解質膜として有用であることが示された。 From the comparison between Examples 1, 3, 4 and Comparative Example 2 in Table 1, the polymer electrolyte membrane obtained by the production method of the present invention is a polymer electrolyte membrane for a polymer electrolyte fuel cell. 2 has a proton conductivity of the same order as 2, which indicates that it is useful as a polymer electrolyte membrane for solid polymer fuel cells, direct liquid fuel cells, and direct methanol fuel cells.
表1、2の実施例1〜4と比較例1〜3との比較から、本発明の製造方法によって得られた高分子電解質膜は、小さいメタノール透過係数を持ち、なおかつメタノール水溶液に対する膨潤が少なく、さらにメタノールに対する耐久性をあわせもつことが明らかとなり、直接メタノール形燃料電池などの直接液体形燃料電池用の高分子電解質膜として有用であることが示された。 From the comparison between Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 in Tables 1 and 2, the polymer electrolyte membrane obtained by the production method of the present invention has a small methanol permeability coefficient and little swelling with respect to the methanol aqueous solution. Furthermore, it was revealed that it has durability against methanol, and it was shown to be useful as a polymer electrolyte membrane for a direct liquid fuel cell such as a direct methanol fuel cell.
表1、2の実施例5と比較例1〜3との比較から、本発明の製造方法によって得られた高分子電解質膜は、比較例のプロトン伝導度を大きく上回るプロトン伝導度を持ちながらも、比較的小さいメタノール透過係数を持ち、なおかつメタノール水溶液に対する膨潤が少なく、さらにメタノールに対する耐久性をあわせ持つことが明らかとなり、直接メタノール形燃料電池などの直接液体形燃料電池用の高分子電解質膜として有用であることが示された。 From the comparison between Example 5 in Tables 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, the polymer electrolyte membrane obtained by the production method of the present invention has a proton conductivity that greatly exceeds the proton conductivity of the comparative example. As a polymer electrolyte membrane for direct liquid fuel cells such as direct methanol fuel cells, it has been revealed that it has a relatively small methanol permeability coefficient, has little swelling with respect to an aqueous methanol solution, and also has durability against methanol. It has been shown to be useful.
図3より、高分子電解質膜中に分散する電解質成分(ポリフェニレンサルファイド)中に、窒素が偏在していることがわかる。これより、2,4,6−トリス[ビス(メトキシメチル)アミノ]−1,3,5−トリアジンは電解質成分中に偏在していることがわかる。 FIG. 3 shows that nitrogen is unevenly distributed in the electrolyte component (polyphenylene sulfide) dispersed in the polymer electrolyte membrane. This shows that 2,4,6-tris [bis (methoxymethyl) amino] -1,3,5-triazine is unevenly distributed in the electrolyte component.
本発明にかかる高分子電解質膜は、固体高分子形燃料電池、直接液体型燃料電池、直接メタノール形燃料電池等の燃料電池をはじめとして、様々な産業上の利用可能性がある。 The polymer electrolyte membrane according to the present invention has various industrial applicability including fuel cells such as solid polymer fuel cells, direct liquid fuel cells, and direct methanol fuel cells.
1 高分子電解質膜
2 触媒層
3 拡散層
4 セパレーター
5 流路
10 固体高分子形燃料電池
15 酸化剤流路
16 膜−電極接合体(MEA)
17 燃料タンク
18 燃料充填部
19 支持体
20 直接メタノール形燃料電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polymer electrolyte membrane 2 Catalyst layer 3 Diffusion layer 4 Separator 5
17
Claims (20)
当該導入工程の後に、下記一般式(1)で示される基を2つ以上含む少なくとも1種類以上の化合物Xを、当該高分子フィルムにプロトン伝導性基が導入されてなる高分子電解質膜に含浸させる含浸工程、および、上記含浸工程時および/または含浸工程後の高分子電解質膜を加熱する工程を含み、
上記高分子フィルムは、
(A)芳香族単位を有する高分子化合物、および
(B)芳香族単位がない高分子化合物を含む高分子フィルムである、高分子電解質膜の製造方法:
−CH2OR・・・(1)
(式中、Rは水素またはアルキル基またはアシル基を表し、1種類の化合物に含まれるRはそれぞれ同一であっても異なってもよい。)。 In the method for producing a polymer electrolyte membrane including an introducing step of introducing a proton conductive group into the polymer film,
After the introduction step, a polymer electrolyte membrane in which a proton conductive group is introduced into the polymer film is impregnated with at least one compound X containing two or more groups represented by the following general formula (1) impregnation step of, and, viewed including the step of heating the polymer electrolyte membrane after the impregnation step at and / or impregnation step,
The polymer film is
(A) a polymer compound having an aromatic unit, and
(B) A method for producing a polymer electrolyte membrane , which is a polymer film containing a polymer compound having no aromatic unit :
-CH 2 OR ··· (1)
(In the formula, R represents hydrogen, an alkyl group or an acyl group, and R contained in one kind of compound may be the same or different.)
(i)ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、およびポリフェニレンサルファイドからなるポリマーの群より選択される、少なくとも1種のポリマー;
(ii)上記(i)に記載のポリマーを含む共重合体;
(iii)上記(i)および(ii)に記載のポリマーの誘導体。 (A) above polymer compound having an aromatic unit, according to claim 1, characterized in that a mixture of one polymer or those polymers, which are selected from the following (i) ~ (iii) Production method of polymer electrolyte membrane:
(I) at least one polymer selected from the group of polymers consisting of polystyrene, syndiotactic polystyrene, polyphenylene ether, modified polyphenylene ether, polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone, and polyphenylene sulfide;
(Ii) a copolymer comprising the polymer described in (i) above;
(Iii) Derivatives of the polymers described in (i) and (ii) above.
−(CX1X2−CX3X4)− ・・・(3)
(式中、X1〜4は、H、CH3、Cl、F、OCOCH3、CN、COOH、COOCH3、およびOC4H9からなる群から選択されるいずれかであって、X1〜4は互いに独立で、同一であっても異なっていてもよい。)。 The (B) polymer having no aromatic units, a request, which is a repeating unit one polymer selected from a polymer compound having, or mixtures thereof, of the following general formula (3) Item 6. The method for producing a polymer electrolyte membrane according to any one of Items 1 to 5 :
-(CX 1 X 2 -CX 3 X 4 )-(3)
(Wherein, X 1 to 4 is, H, based on any one of CH 3, Cl, F, OCOCH 3, CN, COOH, are selected from the group consisting of COOCH 3, and OC 4 H 9, X 1~ 4 are independent of each other and may be the same or different.
(I)上記含浸工程時に触媒を化合物Xと共存させる工程;
(II)上記含浸工程後に触媒を、高分子フィルム、または高分子フィルムにプロトン伝導性基が導入されてなる高分子電解質膜と接触させる工程。 The method for producing a polymer electrolyte membrane according to any one of claims 1 to 8 , comprising the following steps (I) and / or (II):
(I) a step of allowing a catalyst to coexist with the compound X during the impregnation step;
(II) A step of bringing the catalyst into contact with a polymer film or a polymer electrolyte membrane formed by introducing a proton conductive group into the polymer film after the impregnation step.
(A)芳香族単位を有する高分子化合物、および
(B)芳香族単位がない高分子化合物を含む高分子フィルムにプロトン伝導性基が導入されてなる高分子電解質膜に、下記一般式(1)で示される基を2つ以上含む少なくとも1種類以上の化合物Xが結合していることを特徴とする高分子電解質膜:
−CH 2 OR・・・(1)
(式中、Rは水素またはアルキル基またはアシル基を表し、1種類の化合物に含まれるRはそれぞれ同一であっても異なってもよい。)。 It is manufactured by the method for manufacturing a polymer electrolyte membrane according to any one of claims 1 to 10 ,
(A) a polymer compound having an aromatic unit, and
(B) At least one type including two or more groups represented by the following general formula (1) in a polymer electrolyte membrane in which a proton conductive group is introduced into a polymer film containing a polymer compound having no aromatic unit A polymer electrolyte membrane in which the above compound X is bonded:
-CH 2 OR ··· (1)
(In the formula, R represents hydrogen, an alkyl group or an acyl group, and R contained in one kind of compound may be the same or different.)
(i)ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、およびポリフェニレンサルファイドからなるポリマーの群より選択される、少なくとも1種のポリマー;
(ii)上記(i)に記載のポリマーを含む共重合体;
(iii)上記(i)および(ii)に記載のポリマーの誘導体。 15. The polymer compound having an aromatic unit (A) is one polymer selected from the following (i) to (iii), or a mixture of these polymers: The polymer electrolyte membrane according to any one of the above:
(I) at least one polymer selected from the group of polymers consisting of polystyrene, syndiotactic polystyrene, polyphenylene ether, modified polyphenylene ether, polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone, and polyphenylene sulfide;
(Ii) a copolymer comprising the polymer described in (i) above;
(Iii) Derivatives of the polymers described in (i) and (ii) above .
−(CX 1 X 2 −CX 3 X 4 )− ・・・(3)
(式中、X 1〜4 は、H、CH 3 、Cl、F、OCOCH 3 、CN、COOH、COOCH 3 、およびOC 4 H 9 からなる群から選択されるいずれかであって、X 1〜4 は互いに独立で、同一であっても異なっていてもよい。)。 (B) The polymer compound having no aromatic unit is one polymer selected from polymer compounds having a repeating unit represented by the following general formula (3), or a mixture thereof: Item 15. The polymer electrolyte membrane according to any one of Items 11 to 15:
-(CX 1 X 2 -CX 3 X 4 )-(3)
(Wherein, X 1 to 4 is, H, based on any one of CH 3, Cl, F, OCOCH 3, CN, COOH, are selected from the group consisting of COOCH 3, and OC 4 H 9, X 1~ 4 are independent of each other and may be the same or different.)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006329942A JP5204971B2 (en) | 2006-06-15 | 2006-12-06 | Method for producing polymer electrolyte membrane, polymer electrolyte membrane produced by the production method, and use thereof |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006166605 | 2006-06-15 | ||
| JP2006166605 | 2006-06-15 | ||
| JP2006329942A JP5204971B2 (en) | 2006-06-15 | 2006-12-06 | Method for producing polymer electrolyte membrane, polymer electrolyte membrane produced by the production method, and use thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008021627A JP2008021627A (en) | 2008-01-31 |
| JP5204971B2 true JP5204971B2 (en) | 2013-06-05 |
Family
ID=39077431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006329942A Expired - Fee Related JP5204971B2 (en) | 2006-06-15 | 2006-12-06 | Method for producing polymer electrolyte membrane, polymer electrolyte membrane produced by the production method, and use thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5204971B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5353337B2 (en) * | 2008-09-25 | 2013-11-27 | 凸版印刷株式会社 | Polymer electrolyte, membrane electrode assembly and fuel cell |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4187586B2 (en) * | 2002-05-31 | 2008-11-26 | 株式会社日本触媒 | Fluorine-containing polyaryl ether |
| JP2004006142A (en) * | 2002-05-31 | 2004-01-08 | Nippon Shokubai Co Ltd | Ion conductor |
| JP4929569B2 (en) * | 2004-08-20 | 2012-05-09 | 東レ株式会社 | POLYMER ELECTROLYTE MATERIAL, POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE, MEMBRANE ELECTRODE COMPOSITE AND POLYMER ELECTROLYTE TYPE FUEL CELL USING SAME |
| JP4995568B2 (en) * | 2004-08-20 | 2012-08-08 | 株式会社カネカ | POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE, POLYMER FILM AS ITS MATERIAL, METHOD FOR PRODUCING ELECTROLYTE MEMBRANE, AND SOLID POLYMER FUEL CELL USING ELECTROLYTE MEMBRANE |
-
2006
- 2006-12-06 JP JP2006329942A patent/JP5204971B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2008021627A (en) | 2008-01-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Oshiba et al. | Thin pore-filling membrane with highly packed-acid structure for high temperature and low humidity operating polymer electrolyte fuel cells | |
| Fu et al. | Acid–base blend membranes based on 2-amino-benzimidazole and sulfonated poly (ether ether ketone) for direct methanol fuel cells | |
| US20100081033A1 (en) | Polymer electrolyte and fuel cell employing the same | |
| US20060046134A1 (en) | Polymer electrolyte membrane and fuel cell employing the same | |
| CN101517800B (en) | Membrane electrode assembly and method for producing the same | |
| JP5189394B2 (en) | Polymer electrolyte membrane | |
| CN101015081A (en) | Solid polymer electrolyte membrane and method for producing same | |
| JP5204971B2 (en) | Method for producing polymer electrolyte membrane, polymer electrolyte membrane produced by the production method, and use thereof | |
| KR102188833B1 (en) | Membrane electrode assembly, manufacturing method of membrane electrode assembly and fuel cell | |
| JP4995568B2 (en) | POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE, POLYMER FILM AS ITS MATERIAL, METHOD FOR PRODUCING ELECTROLYTE MEMBRANE, AND SOLID POLYMER FUEL CELL USING ELECTROLYTE MEMBRANE | |
| JP5114047B2 (en) | Method for producing polymer electrolyte membrane | |
| JP2008004279A (en) | Composition for fuel cell, polymer electrolyte membrane for fuel cell using it, catalyst layer, or fuel cell | |
| Kim et al. | 10.36-polymers in membrane electrode assemblies | |
| JP2007335265A (en) | Manufacturing method of polymer electrolyte membrane, as well as polymer electrolyte membrane manufactured by the manufacturing method, and its utilization | |
| JP5296972B2 (en) | Membrane electrode assembly for fuel cell and direct methanol fuel cell using the same | |
| JP5319061B2 (en) | Membrane electrode assembly, manufacturing method thereof, and fuel cell | |
| JP5589253B2 (en) | Electrolyte membrane for polymer electrolyte fuel cell, membrane-electrode assembly using the electrolyte membrane, fuel cell using the electrolyte membrane or membrane-electrode assembly, and methods for producing them. | |
| JP2007335264A (en) | Polymer electrolyte membrane, its manufacturing method, and its utilization | |
| JP5044892B2 (en) | POLYMER FILM, POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE, PROCESS FOR PRODUCING THEM, AND SOLID POLYMER FUEL CELL USING THEM | |
| JP2008123811A (en) | Manufacturing method of polymer electrolyte membrane, polymer electrolyte membrane manufactured by the manufacturing method, and its utilization | |
| JP2008108502A (en) | Manufacturing method of membrane electrode assembly for fuel cell, and fuel cell containing membrane electrode assembly | |
| JP2005183061A (en) | Proton-conducting polymer membrane production method and proton-conducting polymer membrane | |
| JP5405783B2 (en) | Fuel cell catalyst layer, fuel cell catalyst layer transfer sheet, fuel cell gas diffusion electrode, fuel cell membrane electrode assembly, and fuel cell | |
| Amin et al. | An overview of chemical and mechanical stabilities of polymer electrolytes membrane | |
| JP2009187799A (en) | Membrane electrode composite and fuel cell |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20091026 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120813 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120821 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121022 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130122 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130218 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5204971 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160222 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |