WO2002021619A1 - Solid polymer electrolytic fuel cell - Google Patents

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solid polymer
electrolyte membrane
polymer electrolyte
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Kenji Yamaga
Toshiyuki Kobayashi
Yoshitaka Takezawa
Tomoichi Kamo
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Hitachi, Ltd.
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • HELECTRICITY
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • the reformed gas contains by-products mainly composed of CO in the range of several hundred ppm to several%, and this CO is used as a platinum catalyst, which is a reaction field of the electrochemical reaction of PEFC.
  • the performance of the battery decreases because the reaction is inhibited by selective adsorption on the surface (catalyst poisoning).
  • PEFC has a large reduction reaction polarization at the cathode.
  • reduction of reaction polarization is a research topic.
  • the present invention includes the following inventions.
  • amorphous polyolefin having a cyclic structure for example, the following formula:
  • bicyclohept-2-ene or a derivative thereof examples include, for example, bicyclohept-2-ene, 6-methylbicyclohept-12-ene, 5,6-dimethylbicyclohept-2-ene, 1 1-Methylbicyclohept-2-ene, 6-Ethylbicyclo Mouth Hept-2-ene, 6-n-Butylbicyclohept-1-ene, 6-Isobutylbicyclohept-2-ene, 7-Methylbicyclohept — 2-ene.
  • the structure of the solid polymer electrolyte fuel cell of the present invention is not particularly limited.
  • an electrode and an electrode for guiding gas are provided on both sides of an electrolyte membrane containing a matrix serving as a membrane base material and a proton donor.
  • An example is a structure in which a diffusion layer and a gas separator, which prevents gas mixing, ensures current collection in the electrode surface and conduction in the battery thickness direction, and forms an outer shell of the cell, are sequentially arranged.
  • the proton donor of the electrolyte membrane and the matrix form an atomic group in which at least an oxygen atom and one atom selected from Si, Ti and Zr, preferably Si are bonded. It is preferable to use an electrolyte membrane that is bonded through the intermediary. As a result, the ion-exchange group is firmly fixed to the matrix, so that the phenomenon that the ion-exchange group is released outside the membrane with time and the resistance of the membrane increases can be greatly suppressed, and a longer life can be realized. .
  • the proton donor that imparts ionic conductivity to the electrolyte membrane also requires heat resistance.
  • water since water has a boiling point of 10 O ⁇ C at normal pressure, the entire atmosphere must be pressurized to keep the membrane moist at higher temperatures. From such a point, it is preferable to use a metal oxide having proton conductivity as the proton donor, and it is preferable to use a polyacid as a material that exhibits good proton conductivity and does not deteriorate in ionic conductivity even at a high temperature. More preferred.
  • polyacid those containing at least one selected from the group consisting of W, Si, Sn, Zn, P and Mo as a central ion are preferable.
  • the resistance is low even under high temperature conditions, and the amount of water vapor for wetting the electrolyte membrane can be kept low. This is because the material itself holds water molecules in the form of water of hydration, or adsorbs it on the surface of the material, so that a proton conduction path can be secured even in an environment with low relative humidity. This allows the operating pressure of the battery to be set low, which is effective in simplifying the system configuration.
  • the metal oxide having proton conductivity used as the proton donor at least silicon oxide containing P can be used.
  • phosphate glass has high heat resistance (e.g., P 2 O 5 ⁇ y S I_ ⁇ 2, xP 2 0 5 - yZ r 0 2 - in z S I_ ⁇ 2 (here, x, y and z is represents any number.), high temperature stability as an electrolyte membrane by using a more specifically include compositions such as 5 P 2 0 5 ⁇ 5 Z r 0 2 ⁇ 90 S i 0 2.) Can be further improved.
  • the phosphoric acid-based glass preferably has a porous structure in order to increase the amount of adsorbed water and adsorbed hydroxyl groups serving as proton conduction paths and the amount of water contained therein.
  • FIG. 1 shows a typical structure of an electrolyte membrane constituting a solid polymer electrolyte fuel cell of the present invention. It has a structure in which a substituent R 2 is bonded to an amorphous polyolefin main chain. Where R 2 is
  • Electrolyte membrane matrix material as J SR Inc. Art TM (specific gravity 1.08, glass transition temperature 17 1, the thermal conductivity of 0. lekcal Zm 'hr' ⁇ ) 4 single glass powder 80 g of toluene 220 m 1 The mixture was added to a neck flask, and stirred under a nitrogen atmosphere to obtain an electrolyte membrane matrix solution a. 8 g of 3f succinatepropyltriethoxysilane was added to solution a, and the mixture was stirred under reflux at 75 ° C. under a nitrogen atmosphere for 24 hours to prepare solution b.
  • the resultant was developed into a film having a thickness of m and dried in air at 75 ° C for 10 hours to obtain an electrolyte membrane d. Even when the electrolyte membrane was left in a boiling aqueous solution, no change was observed in the proton concentration of the solution. This is because kytungstic acid, which is an ion exchange group, is chemically fixed to the matrix by coupling.
  • a catalyst paste e was prepared by mixing 2.5 g of a catalyst obtained by depositing fine platinum particles on carbon powder and 90 g of an electrolyte solution c ′.
  • the catalyst paste e was spread on the surface of the electrolyte membrane d by screen printing into a square thin film having a side of 10 cm to form a catalyst layer.
  • the spreading amount that is, the catalyst layer thickness was adjusted so that the amount of platinum used was 0.3 mg per 1 cm 2 of the coated catalyst area.
  • Apply catalyst layer on both sides of electrolyte membrane d Thereafter, a drying treatment was performed at 75 ° C. for 10 hours in a nitrogen atmosphere.
  • This treatment has the meaning of dispersing the solvent in the catalyst layer and promoting the gelling reaction of the electrolyte membrane base in the catalyst layer.
  • An electrode diffusion layer (Carbon-CL, manufactured by Japan Gortex Co., Ltd.), which also has a current collecting function, is placed on both sides of the catalyst surface of this integrated electrode f, and a single cell for testing is combined with a carbon separator that forms a gas flow path. And This cell is referred to as a first embodiment.
  • This single cell was placed in a thermostat, and hydrogen was supplied as anode gas and air was supplied as power source gas, and a power generation test was performed.
  • the anode gas and cathodic gas were humidified by passing through a temperature-adjustable bubbler, preventing an increase in ion conduction resistance due to drying of the electrolyte membrane.
  • Pressure regulating valves are provided at the gas line outlets of the anode and cathode, respectively, so that gas humidification can be performed even at a cell temperature of 100 ° C or more.
  • the cell temperature was set at 130 ° C
  • the humidification temperature of the anode gas and the force gas was also set at 130 ° C.
  • an electrolyte membrane matrix material 80 g of Arton 1 ⁇ (specific gravity: 1.08, glass transition temperature: 171 ° (thermal conductivity: 0.16 kca 1 Zm ⁇ hr ⁇ ° C) manufactured by JSR Corporation) 220 ml of toluene was added to a glass four-necked flask, and stirred under a nitrogen atmosphere to obtain an electrolyte membrane matrix solution a.8 g of 3-isocyanatepropyltriethoxysilane was added to the solution a, and the solution was added at 75 ° C. The mixture was refluxed and mixed under a nitrogen atmosphere for 24 hours to prepare a solution b.
  • Arton 1 ⁇ specific gravity: 1.08, glass transition temperature: 171 ° (thermal conductivity: 0.16 kca 1 Zm ⁇ hr ⁇ ° C) manufactured by JSR Corporation
  • solution b 50 g of solution b was added to 25 g of phosphoric acid-based glass i crushed by a pole mill for 5 hours, and 0.1 N hydrochloric acid was added to prepare an electrolyte solution j.
  • An electrolyte membrane k was obtained.
  • a catalyst layer was formed on the opposite surface in the same manner as above to obtain an integrated electrode m.
  • An electrode diffusion layer (CARBEL-CL, manufactured by Japan Gore-Tex Corporation) and a carbon separator were arranged on the integrated electrode m to form a single cell. This cell was used as a comparative example. Humidified hydrogen and humidified air were supplied to the comparative example cell, and a power generation test was performed at a cell temperature of 130 ° C.
  • FIG. 2 shows the change over time in the cell voltage when a current of 0.5 A was applied per 1 cm 2 of electrode area for Examples 1, 2 and Comparative Example.
  • Comparative Example 1 the battery voltage was reduced after several hundred hours under the operating condition of 130 ° C. This is probably because the water content of the electrolyte membrane decreased and the proton conductivity increased under high temperature conditions and low relative humidity.
  • the perfluorocarbon sulfonic acid-based electrolyte membrane has a structure in which a hydrophilic group forms a cluster structure to secure a proton channel. This is also due to the increase in
  • FIG. 3 shows the results of measuring the conductivity of Examples 1, 2 and Comparative Example when the relative humidity of the supply gas was changed at 130 ° C.
  • the conductivity was evaluated by an AC 1 kHz four-terminal method.
  • the conductivity of the electrolyte membrane of the comparative example decreases sharply at low relative humidity.
  • the present invention it is possible to operate a fuel cell at a high temperature, to improve the CO poisoning resistance of the electrode catalyst, to improve the performance by reducing the reaction resistance of the force sword reaction, and to reduce the exhaust heat of the cell as one of the heat sources of the fuel reforming section. It is possible to improve the system efficiency by collecting it in the section.

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Abstract

A solid polymer electrolytic fuel cell in which electrodes, gas introducing electrode diffusion layer, separators for preventing mixture of gases and ensuring current collection in the electrode surface and electrical connection in the direction of the thickness of the cell and for constituting the shell of a unit cell are provided on both sides of an electrolytic film containing a matrix serving as a film base material and a proton donor are provided in order, wherein noncrystalline polyolefin is used for the electrolytic film matrix.

Description

明 細 書 固体高分子電解質型燃料電池 技術分野  Description Solid polymer electrolyte fuel cell Technical field
本発明は、 燃料及び酸化剤から電気化学反応を利用しエネルギーを取り出しう る固体高分子電解質型燃料電池に関する。 背景技術  The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell that extracts energy from a fuel and an oxidant by utilizing an electrochemical reaction. Background art
高分子電解質型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell; PEFC)の特徴の 一つに低温作動が挙げられる。  One of the features of the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is low-temperature operation.
現実的な電源システムとして化石燃料を精製して水素を作り出し、 その水素を 用いて PEFCで発電するシステムが考えられる。 しかしながら、 本システムで は改質ガス中に主に COを主体とする副生成物が数百 p pmから数%含まれてお り、 この COが PEFCの電気化学反応の反応場である白金触媒表面に選択吸着 して反応を阻害するため (触媒被毒)、 電池性能が低下する問題がある。  As a realistic power supply system, a system is possible in which fossil fuels are refined to produce hydrogen, and the hydrogen is used to generate electricity using PEFC. However, in this system, the reformed gas contains by-products mainly composed of CO in the range of several hundred ppm to several%, and this CO is used as a platinum catalyst, which is a reaction field of the electrochemical reaction of PEFC. There is a problem that the performance of the battery decreases because the reaction is inhibited by selective adsorption on the surface (catalyst poisoning).
改質ガス中の C Oを低減させるためには選択酸化させるなどの目的で C O除去 装置を備えることにより、 数 p pmから数十 p pmに低減させることが可能であ るが、 システムの複雑化や、 CO選択酸化時に水素が反応し、 効率が低減すると いった問題がある。  In order to reduce CO in reformed gas, it is possible to reduce it from several ppm to several tens of ppm by providing a CO removal device for the purpose of selective oxidation, etc. Another problem is that hydrogen reacts during the selective oxidation of CO, reducing efficiency.
P EF Cに用いられている触媒はその主成分が白金であるが、 他の金属と合金 化することで対 CO被毒性を向上させる試みがなされている。 しかしながら、 連 続的に電池を発電する場合には現在のところ性能低下は避けられない。  The catalyst used in PEFC is mainly composed of platinum, but attempts have been made to improve its poisoning against CO by alloying with other metals. However, if batteries are continuously generated, performance degradation is currently unavoidable.
また特に PE F Cはカソードにおける還元反応の分極が大きい。 PE F Cの性 能を向上させるためには反応分極の低減が研究課題になる。  In particular, PEFC has a large reduction reaction polarization at the cathode. In order to improve the performance of PEFC, reduction of reaction polarization is a research topic.
これらの問題を解決する手段として電池の高温作動化が有効である。 PEFC の現在の運転温度である 80 程度において CO耐性は数十 p pmレベルである が、 例えば 200°C程度で動作するリン酸型燃料電池では数%レベルまで CO許 容量が向上する。 また温度が上がれば化学反応の反応速度も増加するためカソード反応分極も低 減し電池電圧の向上が見込まれる。 As a means for solving these problems, it is effective to operate the battery at a high temperature. At the current operating temperature of PEFC, around 80, the CO tolerance is on the order of tens of ppm. For example, in a phosphoric acid fuel cell that operates at around 200 ° C, the CO capacity increases to a few percent. Also, as the temperature rises, the reaction rate of the chemical reaction also increases, so that the cathode reaction polarization is reduced and the battery voltage is expected to improve.
更に、 運転温度の高温化に伴って P E F C本体から回収される排熱温度も上昇 することから、 現状では 4 0〜7 0 °Cの給湯しかなかった熱の利用手段を、 吸収 冷凍機によって付加価値の高い冷熱を生成したり、 燃料改質に用いる水蒸気を生 成するのに適応させたりすることができる。 これにより総合的なシステム効率を 向上させることが可能となる。  Furthermore, since the exhaust heat temperature recovered from the PEFC body rises as the operating temperature rises, a means of utilizing heat, which currently had only 40 to 70 ° C hot water supply, was added by an absorption refrigerator. It can generate valuable cold heat and can be adapted to produce steam for fuel reforming. This makes it possible to improve overall system efficiency.
しかしながら、 現状の P E F Cの構成では、 高温作動化はほとんど不可能であ つた。現在用いられている電解質膜はデュポン社のナフイオン TMに代表されるパ 一フルォロカ一ボン系高分子材料であるが、ガラス転移点が 1 3 0 °C程度にあり、 高温における連続運転は材料特性上困難であった。 また、 現在用いられている電 解質膜は、 含水率が低くなるとイオン伝導抵抗が増加するため、 水が沸騰する 1 0 0 °C以上では内部抵抗が増加しセル性能が悪化していた。 電池内部及びガス供 給系を加圧状態とすると、 電解質膜の含水率は向上するが、 加圧のためのコンプ レッサー等に供給する補助動力が必要になり、 やはりシステムの複雑化を招く問 題がある。 However, high-temperature operation was almost impossible with the current configuration of PEFC. Although the electrolyte membrane currently used is Pas one Furuoroka one carbon polymer material typified by DuPont Nafuion TM, the glass transition point is in the order of 1 3 0 ° C, continuous operation at high temperatures the material properties Was difficult. In addition, in the electrolyte membrane currently used, the ionic conduction resistance increases as the water content decreases, so that the internal resistance increases and the cell performance deteriorates above 100 ° C where water boils. When the inside of the battery and the gas supply system are pressurized, the water content of the electrolyte membrane is improved, but auxiliary power to be supplied to the compressor for pressurization is required, which also complicates the system. There is a title.
更に、 フッ素系膜は作製工程が複雑であり、 製造設備も大掛かりなものを必要 とする。 それゆえ、 必然的に製作される電解質膜も高コストになる。 また廃棄す る場合もフッ素を含んでいるため安易に焼却できない問題もあった。  Furthermore, the production process of the fluorine-based film is complicated, and the production equipment requires large-scale equipment. Therefore, the inevitably manufactured electrolyte membrane is also expensive. There was also a problem that it was not easily incinerated when discarded because it contained fluorine.
耐熱性を有する電解質膜として、例えばリン酸含浸ポリベンゾィミダゾ一ル( P B I ) 膜が知られている(L T. Wang, et al. , Electrochim. Acta. , 41, 193 (1996) )。 この膜は 1 5 0 °C以上の耐熱性を有し、材料コストもナフイオンと比較 し比較的安い。 しかしながら、 プロトン供与体であるリン酸が P B I基体に化学 結合により固定されていないため、 長期運転中にはリン酸が散逸しイオン抵抗が 増加してしまう問題がある。  As a heat-resistant electrolyte membrane, for example, a phosphoric acid-impregnated polybenzimidazole (PBI) membrane is known (LT T. Wang, et al., Electrochim. Acta., 41, 193 (1996)). . This film has a heat resistance of more than 150 ° C, and its material cost is relatively low compared to Nafion. However, since phosphoric acid, which is a proton donor, is not fixed to the PBI substrate by a chemical bond, there is a problem that during long-term operation, phosphoric acid is dissipated and ionic resistance increases.
耐熱性を有するプラスチックであるポリエーテルエーテルケトン (P E E K) を部分的にスルホン化することにより、 プロトン伝導性材料とする開発も行われ ている(USP 5, 362, 836)。 しかしながら、 材料が運転条件下で膨潤して寸法安定性 に乏しいこと、 機械的強度が弱いなどの点が問題となっている。 発明の開示 Development of proton conductive material by partially sulfonating heat-resistant plastic polyetheretherketone (PEEK) is also being conducted (USP 5, 362, 836). However, problems such as poor dimensional stability due to swelling of the material under operating conditions and poor mechanical strength are problems. Disclosure of the invention
本発明は、 以下の発明を包含する。  The present invention includes the following inventions.
( 1 ) 電解質膜マトリックスに非晶性ポリオレフインを用いた固体高分子電解質 型燃料電池。  (1) A solid polymer electrolyte fuel cell using amorphous polyolefin as the electrolyte membrane matrix.
(2) 膜ベース材料となるマトリックス及びプロトン供与体を含む電解質膜の両 面に、 電極と、 ガスを導く電極拡散層と、 ガスの混合を防ぎ、 電極面内の集電及 び電池厚さ方向の導通を確保し、 単電池の外殻を形成するセパレー夕とを順次配 置してなる固体高分子電解質型燃料電池であつて、 該電解質膜マトリックスに非 晶性ポリオレフインを用いた前記 (1) に記載の固体高分子電解質型燃料電池。  (2) An electrode, an electrode diffusion layer for conducting gas, and a gas mixture are prevented on both sides of the matrix as the membrane base material and the electrolyte membrane containing the proton donor to prevent gas mixing, and current collection and battery thickness within the electrode surface A solid polymer electrolyte fuel cell in which continuity in the direction is ensured and separators forming the outer shell of the unit cell are sequentially arranged, wherein the electrolyte membrane matrix is made of amorphous polyolefin. The solid polymer electrolyte fuel cell according to 1).
(3) 電解質膜のプロトン供与体と前記マトリックスとが少なくとも酸素原子と S i、 T i及び Z rから選ばれる一つの原子とが結合している原子団を介して結 合している前記 (2) に記載の固体高分子電解質型燃料電池。  (3) The proton donor of the electrolyte membrane and the matrix are bonded via an atomic group in which at least an oxygen atom is bonded to one atom selected from Si, Ti and Zr. The polymer electrolyte fuel cell according to 2).
(4) 前記プロトン供与体がポリ酸である前記 (3) に記載の固体高分子電解質 型燃料電池。  (4) The solid polymer electrolyte fuel cell according to (3), wherein the proton donor is a polyacid.
(5) 前記ポリ酸が、 中心イオンとして、 W、 S i、 Sn、 Z n、 P及び Moか らなる群から選ばれる少なくとも 1つを含む前記 (4) に記載の固体高分子電解 質型燃料電池。  (5) The solid polymer electrolyte type according to (4), wherein the polyacid contains at least one selected from the group consisting of W, Si, Sn, Zn, P, and Mo as a central ion. Fuel cell.
(6) 前記プロトン供与体として、 少なくとも Pを含む酸化ケィ素を用いた前記 (3) に記載の固体高分子電解質型燃料電池。  (6) The solid polymer electrolyte fuel cell according to (3), wherein a silicon oxide containing at least P is used as the proton donor.
本発明の固体高分子電解質型燃料電池は、 電解質膜のベース材料となるマトリ ックスに非晶性ポリオレフインを用いることを特徴とする。 ここで、 マトリック スとは電解質膜の主成分であり、プロトン伝導に預からない部分を総称して表す。 電解質膜のマトリックスとなる材料は、 耐熱性に加え電池の運転条件から耐酸 性が求められ、 更に長期にわたる運転時間のため材料の安定性も要求される。 更 に加えて、 電解質膜が破れたりクラックが生じると、 反応ガス中に存在する水素 と酸素が直接反応してしまうため、 基材は薄膜化した状態でもある程度の機械的 強度と柔軟性を兼ね備えていなければならない。 このような条件を満たす材料と しては特に非晶性ポリオレフインが適している。  The solid polymer electrolyte fuel cell of the present invention is characterized in that amorphous polyolefin is used as a matrix as a base material of an electrolyte membrane. Here, the matrix is a main component of the electrolyte membrane, and a portion which is not included in proton conduction is generically represented. The material used as the matrix of the electrolyte membrane is required to have not only heat resistance but also acid resistance due to the operating conditions of the battery, and furthermore, material stability is required due to long operating time. In addition, if the electrolyte membrane breaks or cracks, the hydrogen and oxygen present in the reaction gas react directly with each other, so that the substrate has a certain degree of mechanical strength and flexibility even in a thinned state. Must be. Amorphous polyolefin is particularly suitable as a material satisfying such conditions.
ここで、 非晶性ポリオレフインとは、 結晶化度 C (%) が 0以上 7以下のポリ ォレフィンをいう。 但し、 C = d c ' (d— d c) / (d ' (d c— d a)) (d c : 結晶部分の密度、 d a :非結晶部分の密度、 d :試料の密度) とする。 非晶性ポ リオレフィン自体は公知の材料である。 Here, the amorphous polyolefin refers to a polymer having a crystallinity C (%) of 0 or more and 7 or less. Orefin. Here, C = dc '(d-dc) / (d' (dc-da)) (dc: density of crystal part, da: density of non-crystal part, d: density of sample). The amorphous polyolefin itself is a known material.
非晶性ポリオレフインとしては、 例えば、 特開平 7— 258504号公報に記 載の環状構造を有する重合体が挙げられる。  Examples of the amorphous polyolefin include a polymer having a cyclic structure described in JP-A-7-258504.
環状構造を有する非晶性ポリオレフインとしては、 例えば、 次式:  As the amorphous polyolefin having a cyclic structure, for example, the following formula:
- [― (A) m— (CH2— CH) n—] 一 -[-(A) m — (CH 2 — CH) n —] one
I  I
R  R
[式中、 m及び nは、 それぞれ独立して 1以上の整数 (好ましくは 1〜1 000 00) を表し; Rは水素原子、 ハロゲン原子又は炭素数 1〜20の置換もしくは 非置換の炭化水素基 (例えば、 アルキル基、 アルコキシアルキル基、 ハロゲン化 アルキル基、 アルケニル基、 ァリール基、 アルコキシァリール基、 ハロゲン化ァ リール基、 ァラルキル基、 アルコキシァラルキル基) を表し; Aはシクロペン夕 ジェンもしくはその誘導体とノルポルナジェンもしくはその誘導体との付加反応 物又はその水素添加物、 又はジシク口ペン夕ジェンもしくはその誘導体とェチレ ンとの付加反応物を表す。]  [Wherein, m and n each independently represent an integer of 1 or more (preferably 1 to 1,000,000); R is a hydrogen atom, a halogen atom, or a substituted or unsubstituted hydrocarbon having 1 to 20 carbon atoms. A group (for example, an alkyl group, an alkoxyalkyl group, a halogenated alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, an alkoxyaryl group, a halogenated aryl group, an aralkyl group, or an alkoxyaralkyl group); Or an addition reaction product of a derivative thereof with norpolnadiene or a derivative thereof or a hydrogenated product thereof, or an addition reaction product of dicyclopentene or a derivative thereof with ethylene. ]
で示される重合体が挙げられる。 The polymer shown by these is mentioned.
シクロペン夕ジェンもしくはその誘導体とノルポルナジェンもしくはその誘導 体との付加反応物の水素添加物、 又はジシクロペン夕ジェンもしくはその誘導体 とエチレンとの付加反応物は、 次式:  The hydrogenated product of the addition reaction product of cyclopentene or its derivative with norpolnadiene or its derivative, or the addition product of dicyclopentene or its derivative with ethylene is represented by the following formula:
Figure imgf000006_0001
Figure imgf000006_0001
[式中、 nは 1以上の整数(好ましくは 1〜1 0000)であり; 1〜!^12は、 それぞれ独立して水素原子、 ハロゲン原子又は炭素数 1〜20の炭化水素基 (例 えば、 アルキル基、 アルケニル基、 ァリール基、 ァラルキル基) を表し、 R1と R2、 R5と R6、 R9と R10、 R11と R12は、 それぞれ共同して炭素数 1〜 20 のアルキリデン基を表してもよく、 R9〜R12は、 互いに結合して単環又は多環 を形成してもよい。] [In the formula, n is 1 or more integer (preferably 1 to 1 0000);! 1 ~ ^ 12, Each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms (eg, an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, an aralkyl group), and R 1 and R 2 , R 5 and R 6 , R 9 and R 10 , R 11 and R 12 may each independently represent an alkylidene group having 1 to 20 carbon atoms, and R 9 to R 12 may be bonded to each other to form a monocyclic or polycyclic ring. You may. ]
で示すことができる。 Can be indicated by
、 "" t  , "" T
刖 d、 はそ の誘 ¾体との付加反応物の水素添加物、 その 誘導体とエチレンとの付加反応物としては、例えばテトラシクロー 3 ドデセン、 刖 d is a hydrogenated product of an addition reaction product with the derivative, and an addition reaction product of the derivative with ethylene is, for example, tetracyclo-3-dodecene,
8—メチルテトラシクロー 3―ドデセン、 8—ェチルテトラシクロー 3一ドデセ ン、 8—プロピルテトラシクロー 3—ドデセン、 8—ブチルテトラシクロー 3— ドデセン、 8—ィソブチルテトラシクロ— 3 _ドデセン、 8—へキシルテトラシ クロ— 3—ドデセン、 8—ステアリルテトラシクロ一 3—ドデセン、 5, 1 0— ジメチルテトラシクロ— 3 -ドデセン、 2, 1 0—ジメチルテトラシクロ一 3— ドデセン、 8, 9一ジメチルテトラシクロー 3―ドデセン、 8—ェチルー 9—メ チルテトラシクロ一 3—ドデセン、 1 1 , 12—ジメチルテトラシクロー 3—ド デセン、 2, 7, 9一卜リメチルテトラシクロー 3—ドデセン、 9ーェチルー 2 , 7—ジメチルテトラシクロー 3 -ドデセン、 9一イソブチルー 2, 7—ジメチル テトラシクロー 3—ドデセン、 9, 1 1 , 1 2—トリメチルテトラシクロー 3— ドデセン、 9一ェチル— 1 1, 1 2—ジメチルテトラシクロ— 3—ドデセン、 9 —ィソブチルー 1 1, 1 2—ジメチルテ卜ラシクロー 3―ドデセン、 5 , 8 , 9 , 10ーテトラメチルテ卜ラシクロー 3—ドデセン、 8ーェチリデンテトラシクロ - 3 -ドデセン、 8—ェチリデン— 9—メチルテトラシクロ— 3 -ドデセン、 8 ーェチリデンー 9ーェチルテトラシクロ— 3一ドデセン、 8ーェチリデン— 9一 ィソプロピルテトラシクロ _ 3一ドデセン、 8ーェチリデンー 9一ブチルテ卜ラ シクロ一 3—ドデセン、 8—n—プロピリデンテトラシクロ— 3—ドデセン、 8 -n-プロピリデン— 9—メチルテトラシクロー 3—ドデセン、 8— n—プロピ リデン一 9ーェチルテトラシクロー 3 -ドデセン、 8一 n—プロピリデン— 9 - イソプロピルテトラシクロー 3—ドデセン、 8— n—プロピリデン— 9一ブチル テトラシクロー 3—ドデセン、 8—イソプロピリデンテトラシクロー 3 -ドデセ ン、 8—イソプロピリデン一 9ーメチルテトラシクロ一 3—ドデセン、 8—イソ プロピリデンー 9—ェチルテトラシクロ— 3 -ドデセン、 8—イソプロピリデン 一 9一イソプロピルテトラシクロ一 3 -ドデセン、 8—イソプロピリデンー 9一 プチルテトラシクロ一 3—ドデセン、 8—クロロテトラシクロー 3―ドデセン、 8—ブロモテトラシクロ— 3―ドデセン、 8—フルォロテトラシクロ— 3 -ドデ セン、 8 , 9—ジクロロテトラシクロ— 3—ドデセン、 へキサシクロー 4一ヘプ タデセン、 1 2 —メチルへキサシクロー 4—ヘプ夕デセン、 1 2—ェチルへキサ シクロー 4一へプ夕デセン、 1 2一イソブチルへキサシクロー 4一へプ夕デセン、 1, 6 , 1 0—トリメチルー 1 2—ィソブチルへキサシクロー 4一へプ夕デセン、 ォクタシクロ一 5—ドコセン、 1 5—メチルォク夕シクロ一 5—ドコセン、 1 5 ーェチルォクタシクロー 5—ドコセン、 ペン夕シクロ一 4一へキサデセン、 1, 3一ジメチルペン夕シクロー 4—へキサデセン、 1 , 6—ジメチルペン夕シク口 一 4一へキサデセン、 1 5 , 1 6—ジメチルペン夕シクロ— 4一へキサデセン、 ヘプタシクロー 5—エイコセン、 ヘプ夕シクロー 5—ヘンエイコセン、 ペン夕シ クロー 4—ペンタデセン、 1, 3 _ジメチルペン夕シクロー 4一ペンタデセン、 1 , 6一ジメチルペン夕シクロ一 4—ペン夕デセン、 1 4 , 1 5—ジメチルペン タシクロー 4一ペン夕デセン、 ペンタシクロ一 4, 1 0 _ペン夕デカジエン等が 挙げられる。 8-methyltetracyclo-3-dodecene, 8-ethyltetracyclo-3-dodecene, 8-propyltetracyclo-3-dodecene, 8-butyltetracyclo-3-dodecene, 8-isobutyltetracyclo 3 _dodecene, 8-hexyltetracyclo-3-dodecene, 8-stearyltetracyclo-13-dodecene, 5,10-dimethyltetracyclo-3-dodecene, 2,10-dimethyltetracyclo-13-dodecene, 8,9-dimethyltetracyclo-3-dodecene, 8-ethyl-9-methyltetracyclo-13-dodecene, 11,12-dimethyltetracyclo-3-dodecene, 2,7,9-trimethyltetra Cyclo-3-dodecene, 9-ethyl-2,7-dimethyltetracyclo-3-dodecene, 9-isobutyl-2,7-dimethyltetracyclo-3-dodecene, 9,11,12-trimethyl Tetracyclo-3-dodecene, 9-ethyl-1-11,12-dimethyltetracyclo-3-dodecene, 9-isobutyl-11,12-dimethyltetracyclo-3-dodecene, 5,8,9,10-tetramethyltetracyclo-3 -Dodecene, 8-ethylidenetetracyclo-3-dodecene, 8-ethylidene-9-methyltetracyclo-3-dodecene, 8-ethylidene-9-ethyltetracyclo-3-dodecene, 8-ethylidene-9-isopropyl Tetracyclo-3-dodecene, 8-ethylidene-9-butyltetracyclo-3-dodecene, 8-n-propylidenetetracyclo-3-dodecene, 8-n-propylidene-9-methyltetracyclo-3-dodecene, 8 — N—propylidene-9-ethyltetracyclo-3-dodecene, 8-1-n-propylidene-9-isopropyltetracyclo-3-dodecene 8- n-propylidene - 9 one-butyl Tetracyclo-3-dodecene, 8-isopropylidenetetracyclo-3-dodecene, 8-isopropylidene-19-methyltetracyclo-13-dodecene, 8-isopropylidene-9-ethyltetracyclo-3-dodecene, 8-isopropylidene Ridene-1-9-isopropyltetracyclo-13-dodecene, 8-isopropylidene-9-butyltetracyclo-13-dodecene, 8-chlorotetracyclo-3-dodecene, 8-bromotetracyclo-3-dodecene, 8-full O-tetracyclo-3-dodecene, 8,9-dichlorotetracyclo-3-dodecene, hexacyclo-4-1-heptadecene, 12-methylhexacyclo-4-hephepdecene, 12-ethylhexacyclo-4 Heptane decene, 1,2-isobutylhexacyclo-41 Heptane decene, 1,6,10-trimethyl-12-isobuty Hexacyclo-41-decene, octacyclo-5-docosene, 15-methyl-cyclo-5-docosene, 15-ethylo-octacyclo-5-docosene, Pentacyclo 41-hexadecene, 1, 3-Dimethylpentylcyclo- 4-hexadecene, 1,6-dimethylpentylcyclohexadecane-1,15,16-Dimethylpentylcyclo-41-hexadecene, heptacyclo-5-eicosene, heptanecyclo- 5-Hen-eicosene, Penn-cyclo 4-pentadecene, 1,3-Dimethyl-pen-cyclo 4-pentadecene, 1,6-Di-methyl-pen-cyclo-1,4-penta-decene, 14-, 15-Dimethyl-penta-cyclo-41 Penyu decene, pentacyclo-14,10_penyu decadiene, and the like.
非晶性ポリオレフインの他の例としては、 シクロペン夕ジェンもしくはその誘 導体とノルポルナジェンもしくはその誘導体との付加反応物と、 エチレン、 ブ夕 ジェン及びスチレン誘導体から選ばれる少なくとも 1種の不飽和単量体との共重 合体が挙げられる。 前記スチレン誘導体としては、 例えばスチレン、 0—メチル スチレン、 m—メチルスチレン、 p—メチルスチレン、 α—メチルスチレン、 ο —クロロスチレン、 m—クロロスチレン、 p—クロロスチレン、 oーェチルスチ レン、 m—ェチルスチレン、 ρ—ェチルスチレン、 p—メトキシスチレン、 p— クロロェチルスチレン、 p—メチルー α—メチルスチレンなどが挙げられる。 こ れらは 2種以上を組み合わせて用いることもできる。  Other examples of the amorphous polyolefin include an addition reaction product of cyclopentene or a derivative thereof with norpolnadiene or a derivative thereof, and at least one unsaturated monomer selected from ethylene, butane, and a styrene derivative. And a copolymer thereof. Examples of the styrene derivative include styrene, 0-methylstyrene, m-methylstyrene, p-methylstyrene, α-methylstyrene, ο-chlorostyrene, m-chlorostyrene, p-chlorostyrene, o-ethylstyrene, and m-methylstyrene. Ethyl styrene, ρ-ethyl styrene, p-methoxy styrene, p-chloroethyl styrene, p-methyl-α-methyl styrene and the like. These can be used in combination of two or more.
また、 環状構造を有する非晶性ポリオレフインの他の例としては、 次式: CH9— CH CHゥ一 CH9 Another example of the amorphous polyolefin having a cyclic structure is represented by the following formula: CH 9 — CH CH ゥ 一 CH 9
m m
[式中、 nは 0又は 1以上の整数 (好ましくは 1〜 1 0 0 0 0 ) を表し、 mは 1 以上の整数 (好ましくは 1〜1 0 0 0 0 ) を表し、 R i R 4は、 それぞれ独立し て水素原子又は炭素数 1〜2 0の炭化水素基 (例えば アルキル基、 アルケニル 基、' ァリール基、 ァラルキル基) を表す。] [Wherein, n represents 0 or an integer of 1 or more (preferably 1 to 100), m represents an integer of 1 or more (preferably 1 to 100), and R i R 4 Each independently represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms (eg, an alkyl group, an alkenyl group, a aryl group, and an aralkyl group). ]
で示される、 テトラシクロー 3—ドデセン又はその誘導体とビシクロヘプトー 2 一ェン又はその誘導体とからなる開環重合体の水素添加物が挙げられる。; 前記テトラシクロ— 3 -ドデセン又はその誘導体としては、 例えばテトラシク ロー 3—ドデセン、 5, 1 0—ジメチルテトラシクロ— 3—ドデセン、 2, 1 0 ージメチルテ卜ラシクロー 3—ドデセン、 1 1 , 1 2—ジメチルテトラシクロー 3—ドデセン、 2 , 7 , 9—トリメチルテトラシクロ— 3—ドデセン、 9ーェチ ル— 2, 7—ジメチルテトラシクロ— 3 -ドデセン、 9一イソブチル— 2, 7― ジメチルテトラシクロ— 3—ドデセン、 9 , 1 1 , 1 2—トリメチルテトラシク ロー 3—ドデセン、 9一ェチル— 1 1, 1 2—ジメチルテトラシクロ一 3—ドデ セン、 9一^ Γソブチルー 1 1 , 1 2ージメチルテトラシクロー 3―ドデセン、 5, 8 , 9 , 1 0—テ卜ラメチルテトラシクロー 3—ドデセン、 8—メチルテトラシ クロー 3—ドデセン、 8—ェチルテトラシクロ— 3 -ドデセン、 8—プロピルテ 1、ラシクロー 3—ドデセン、 8一へキシルテトラシクロー 3 -ドデセン、 8—ス テアリルテトラシクロー 3—ドデセン、 8, 9—ジメチルテトラシクロー 3—ド デセン、 8—メチル— 9—ェチルテトラシクロー 3—ドデセン、 8—シクロへキ シルテトラシクロー 3—ドデセン、 8—ィソブチルテ卜ラシクロ— 3. _ドデセン、 8—プチルテトラシクロー 3—ドデセン、 8—ェチリデンテ卜ラシクロ _ 3―ド デセン、 8—ェチリデンー 9—メチルテトラシクロー 3—ドデセン、 8—ェチリ デン— 9ーェチルテトラシクロー 3一ドデセン、 8—ェチリデンー 9一イソプロ ピルテトラシクロー 3—ドデセン、 8—ェチリデン一 9一プチルテトラシクロー 3—ドデセン、 8— n—プロピリデンテトラシクロー 3—ドデセン、 8— n—プ 口ピリデン一 9ーメチルテトラシクロー 3—ドデセン、 8—n—プロピリデン— 9—ェチルテトラシクロ— 3—ドデセン、 8— n—プロピリデン— 9一イソプロ ピルテトラシクロ一 3—ドデセン、 8— n—プロピリデン— 9一プチルテトラシ クロー 3—ドデセン、 8—イソプロピリデンテトラシクロー 3—ドデセン、 8— ィソプロピリデン一 9—メチルテトラシクロー 3 -ドデセン、 8—イソプロピリ デンー 9ーェチルテ卜ラシクロー 3一ドデセン、 8—イソプロピリデン— 9ーィ ソプロピルテ卜ラシクロ— 3—ドデセン、 8—イソプロピリデン— 9—ブチルテ トラシクロー 3—ドデセン等が挙げられる。 And a hydrogenated product of a ring-opening polymer comprising tetracyclo-3-dodecene or a derivative thereof and bicyclohept-2-ene or a derivative thereof. The tetracyclo-3-dodecene or a derivative thereof includes, for example, tetracyclo-3-dodecene, 5,10-dimethyltetracyclo-3-dodecene, 2,10-dimethyltetracyclo-3-dodecene, 11, 12- Dimethyltetracyclo-3-dodecene, 2,7,9-trimethyltetracyclo-3-dodecene, 9-ethyl-2,7-dimethyltetracyclo-3-dodecene, 9-isobutyl-2,7-dimethyltetracyclo 3-dodecene, 9,11,12-trimethyltetracyclo3-dodecene, 91-ethyl-11,12-dimethyltetracyclo-13-dodecene, 9-^-sobutyl-11,12 -Dimethyltetracyclo-3-dodecene, 5,8,9,10-tetramethyltetracyclo-3-dodecene, 8-methyltetracyclo-3-dodecene, 8-ethyltetracyclo-3-dodecene 1,8-Propylthe-1, Lacyclo-3-dodecene, 8-1-hexyltetracyclo-3-dodecene, 8-Stearyltetracyclo-3-dodecene, 8,9-Dimethyltetracyclo-3-dodecene, 8— Methyl-9-ethyltetracyclo-3-dodecene, 8-cyclohexyltetracyclo-3-dodecene, 8-isobutyltetracyclo- 3._dodecene, 8-butyltetracyclo-3-dodecene, 8-ethylidene Tracyclo_3-dodecene, 8-ethylidene-9-methyltetracyclo-3-dodecene, 8-ethylidene-9-ethyltetracyclo-3-dodecene, 8-ethylidene-9-isopro Pyrtetracyclo-3-dodecene, 8-ethylidene-l-9-butyltetracyclo-3-dodecene, 8-n-propylidenetetracyclo-3-dodecene, 8-n-propylpyridene-1 9-methyltetracyclo-3 —Dodecene, 8-n-propylidene—9-ethyltetracyclo—3-dodecene, 8-n-propylidene—9-isopropyltetracyclo-13-dodecene, 8-n-propylidene-9-butyltetracyclo-3-dodecene , 8-Isopropylidenetetracyclo-3-dodecene, 8-Isopropylidene-l9-Methyltetracyclo-3-dodecene, 8-Isopropylidene-9-ethylethyltetracyclo-3-dodecene, 8-Isopropylidene-9-isopropylpropyltetracyclo- 3-dodecene, 8-isopropylidene-9-butyltetracyclo-3-dodecene and the like.
前記ビシクロへブト— 2—ェン又はその誘導体としては、 例えばビシクロヘプ トー 2 —ェン、 6—メチルビシクロへプト一 2—ェン、 5, 6—ジメチルビシク 口へプト— 2 一ェン、 1ーメチルビシクロヘプトー 2—ェン、 6—ェチルビシク 口ヘプトー 2—ェン、 6— n—ブチルビシクロヘプ卜一 2—ェン、 6—イソブチ ルビシクロヘプトー 2一ェン、 7ーメチルビシクロへプト— 2—ェン等が挙げら れる。  Examples of the bicyclohept-2-ene or a derivative thereof include, for example, bicyclohept-2-ene, 6-methylbicyclohept-12-ene, 5,6-dimethylbicyclohept-2-ene, 1 1-Methylbicyclohept-2-ene, 6-Ethylbicyclo Mouth Hept-2-ene, 6-n-Butylbicyclohept-1-ene, 6-Isobutylbicyclohept-2-ene, 7-Methylbicyclohept — 2-ene.
非晶性ポリオレフインとしては、 例えば、 特開平 7— 3 1 6 2 2 2号公報に記 載の環状構造を有しない重合体を用いることもできる。 このような非晶性ポリォ レフインとしては、 例えばポリプロピレン、 プロピレン ·エチレン共重合体、 プ ロピレン · ブテン— 1共重合体、 プロピレン ' ブテン— 1 'エチレン三元共重合 体、 プロピレン ·へキセン— 1 ·ォクテン— 1三元共重合体、 プロピレン 'へキ セン一 1 · 4—メチルペンテン一 1三元共重合体、ポリブテン一 1が挙げられる。 前述した非晶性ポリオレフインのうち、 ノルポルネン又はノルポルネン誘導体 を用いて重合したポリマーは、 非晶性ォレフインの中でも特に耐熱性、 耐酸性及 び加工性に優れた材料であり、 また低コスト膜を作製するための経済性も合わせ 持っている。  As the amorphous polyolefin, for example, the polymer having no cyclic structure described in JP-A-7-31622 can be used. Such amorphous polyolefins include, for example, polypropylene, propylene / ethylene copolymer, propylene / butene-1 copolymer, propylene 'butene-1' ethylene terpolymer, and propylene / hexene-1 copolymer. Octene-1 terpolymer, propylene'hexene1-1 / 4-methylpentene-11 terpolymer and polybutene-11. Among the above-mentioned amorphous polyolefins, polymers polymerized using norpolene or a norpolene derivative are materials with excellent heat resistance, acid resistance, and workability among amorphous olefins, and produce low-cost films. It also has the economics of doing so.
本発明に用いる非晶性ポリオレフインとしては、 G P C測定法による平均分子 量 5万以上 3 0万以下、 比重 1 . 1以下、 ガラス転移点温度 (T g ) 1 6 5 °C以上 のものが好ましい。 非晶性ポリオレフインとしては、 例えばァ一トン T M ( J S R社)、 A P O A P L™- 6 5 0 9 T (三井化学 (株))、 ウベタック TMU T 2 7 8 0 (宇部レキセン (株)) 等種々の製品が市販されているので、 これらを用いることができる。 As the amorphous polyolefin used in the present invention, those having an average molecular weight of 50,000 to 300,000, a specific gravity of 1.1 or less, and a glass transition temperature (Tg) of 165 ° C. or more, which are measured by GPC, are preferable. . The amorphous polyolefin, e.g. § one ton TM (JSR Corp.), APOAPL ™ - 6 5 0 9 T ( Mitsui Chemicals, Inc.), Ubetakku TM UT 2 7 8 0 (Ube Veteran Ltd.) and the like of various Since the products are commercially available, they can be used.
本発明の固体高分子電解質型燃料電池の構造としては、 特に制限はなく、 例え ば、 膜べ一ス材料となるマトリックス及びプロトン供与体を含む電解質膜の両面 に、 電極と、 ガスを導く電極拡散層と、 ガスの混合を防ぎ、 電極面内の集電及び 電池厚さ方向の導通を確保し、 単電池の外殻を形成するセパレ一夕とを順次配置 してなる構造が挙げられる。  The structure of the solid polymer electrolyte fuel cell of the present invention is not particularly limited. For example, an electrode and an electrode for guiding gas are provided on both sides of an electrolyte membrane containing a matrix serving as a membrane base material and a proton donor. An example is a structure in which a diffusion layer and a gas separator, which prevents gas mixing, ensures current collection in the electrode surface and conduction in the battery thickness direction, and forms an outer shell of the cell, are sequentially arranged.
電解質膜のイオン伝導抵抗を高温下で長期間低く維持するためには電解質の散 逸を防ぐ必要がある。 このような点から、 電解質膜のプロトン供与体と前記マト リックスとが少なくとも酸素原子と S i、T i及び Z rから選ばれる一つの原子、 好ましくは S iとが結合している原子団を介して結合している電解質膜を用いる ことが好ましい。 これによりィオン交換基がマトリックスに強固に固定されるた め、 イオン交換基が時間とともに膜外に離脱して膜の抵抗が上昇する現象を大幅 に抑制でき、 長寿命化を実現することができる。  In order to keep the ionic conduction resistance of the electrolyte membrane low at high temperatures for a long time, it is necessary to prevent electrolyte dissipation. From such a point, the proton donor of the electrolyte membrane and the matrix form an atomic group in which at least an oxygen atom and one atom selected from Si, Ti and Zr, preferably Si are bonded. It is preferable to use an electrolyte membrane that is bonded through the intermediary. As a result, the ion-exchange group is firmly fixed to the matrix, so that the phenomenon that the ion-exchange group is released outside the membrane with time and the resistance of the membrane increases can be greatly suppressed, and a longer life can be realized. .
前記のように無機物と有機物を化学結合により結合させる場合、 シランカップ リング剤の利用は合成の簡便性と試薬の経済性から有効である。 特に 3—イソシ ァネートプロピルトリエトキシシランを用いた場合、 電解質膜の耐熱性、 電池環 境下における安定性、 イオン導電体の散逸抑制に効果的であるが、 これに限定さ れるものではない。  When an inorganic substance and an organic substance are bonded by a chemical bond as described above, the use of a silane coupling agent is effective from the viewpoint of simplicity of synthesis and economy of reagent. In particular, when 3-isocyanatepropyltriethoxysilane is used, it is effective in heat resistance of the electrolyte membrane, stability in a battery environment, and suppression of ionic conductor dissipation, but is not limited thereto. .
電解質膜にイオン伝導性を付与するプロトン供与体についてもマトリックスと 同様に、 耐熱性が要求される。 更に、 水は常圧で沸点が 1 0 O ^Cであるため、 膜 をそれ以上の温度で湿潤状態に保っためには全体を加圧雰囲気にする必要がある。 このような点から、 プロトン供与体としては、 プロトン伝導性を有する金属酸化 物を用いることが好ましく、 良好なプロトン伝導性を示し、 高温でもイオン伝導 性が劣化しない材料としてポリ酸を用いることが更に好ましい。  As with the matrix, the proton donor that imparts ionic conductivity to the electrolyte membrane also requires heat resistance. In addition, since water has a boiling point of 10 O ^ C at normal pressure, the entire atmosphere must be pressurized to keep the membrane moist at higher temperatures. From such a point, it is preferable to use a metal oxide having proton conductivity as the proton donor, and it is preferable to use a polyacid as a material that exhibits good proton conductivity and does not deteriorate in ionic conductivity even at a high temperature. More preferred.
ポリ酸としては、 中心イオンとして、 W、 S i、 S n、 Z n、 P及び M oから なる群から選ばれる少なくとも 1つを含むものが好ましい。  As the polyacid, those containing at least one selected from the group consisting of W, Si, Sn, Zn, P and Mo as a central ion are preferable.
ポリ酸としては、 イソポリ酸のみならず、 2種以上の中心イオンを含むヘテロ ポリ酸を用いることができる。 イソポリ酸としては、 例えばイソポリタンダステ ン酸水和物、 イソポリモリブデン酸水和物、 酸化スズ水和物 (S n02 * nH2〇) が挙げられ、 ヘテロポリ酸としては、 例えばケィタングステン酸水和物が挙げら れる。 Polyacids include not only isopolyacids but also heteroatoms containing two or more central ions. Polyacids can be used. The isopolyacids, for example iso Poritan Dasute phosphate hydrate, iso poly molybdate hydrate, tin oxide hydrate (S n0 2 * nH 2 〇). Examples of the heteropoly acid, e.g. Kei tungstate Hydrates.
これらのポリ酸は材料自身に水分子を水和水の形で保持、 あるいは材料表面な どに吸着させているため、 高温条件で相対湿度が低くても十分なイオン伝導性を 確保することができる。 即ち、 1 00で以上の運転温度においても電池環境をそ の温度における飽和水蒸気圧まで昇圧する必要がないため、 従来よりもコンプレ ッサ一等の捕機に消費されるエネルギーが少なく、 その分のシステム効率向上が 見込める。  These polyacids retain water molecules in the form of water of hydration on the material itself, or adsorb them on the surface of the material, etc., so that sufficient ionic conductivity can be ensured even at low relative humidity under high temperature conditions. it can. In other words, even at the operating temperature of 100 or more, it is not necessary to raise the battery environment to the saturated steam pressure at that temperature, so that less energy is consumed by the trapping device such as the compressor than in the past, and that much. System efficiency can be expected.
これらのプロトン伝導材料の使用により高温条件でも抵抗が低く、 かつ電解質 膜を湿潤させるための水蒸気量を低く抑えることができる。 なぜなら材料自身に 水分子を水和水の形で保持、 あるいは材料表面などに吸着させているために相対 湿度が低い環境においてもプロトンの伝導パスを確保できるためである。 このこ とにより電池の運転圧力を低く設定できることからシステム構成の簡略化に有効 である。  By using these proton conductive materials, the resistance is low even under high temperature conditions, and the amount of water vapor for wetting the electrolyte membrane can be kept low. This is because the material itself holds water molecules in the form of water of hydration, or adsorbs it on the surface of the material, so that a proton conduction path can be secured even in an environment with low relative humidity. This allows the operating pressure of the battery to be set low, which is effective in simplifying the system configuration.
プロトン供与体として用いるプロトン伝導性を有する金属酸化物としては、 少 なくとも Pを含む酸化ケィ素を用いることもできる。 特に、 耐熱性が高いリン酸 系ガラス (例えば、 P 2 O 5 · y S i〇2、 xP205 - yZ r 02 - z S i〇2 (こ こで、 x、 y及び zは任意の数を表す。)、 より具体的には 5 P 205 · 5 Z r 02 · 90 S i 02のような組成が挙げられる。) を用いることにより電解質膜としての 高温安定性が更に向上できる。 このとき、 リン酸系ガラスはプロトン伝導パスと なる吸着水や吸着水酸基、 内部包含水量を多くするために多孔質構造とすること が好ましい。 As the metal oxide having proton conductivity used as the proton donor, at least silicon oxide containing P can be used. In particular, phosphate glass has high heat resistance (e.g., P 2 O 5 · y S I_〇 2, xP 2 0 5 - yZ r 0 2 - in z S I_〇 2 (here, x, y and z is represents any number.), high temperature stability as an electrolyte membrane by using a more specifically include compositions such as 5 P 2 0 5 · 5 Z r 0 2 · 90 S i 0 2.) Can be further improved. At this time, the phosphoric acid-based glass preferably has a porous structure in order to increase the amount of adsorbed water and adsorbed hydroxyl groups serving as proton conduction paths and the amount of water contained therein.
本発明の固体高分子電解質型燃料電池を構成する電解質膜の典型的な構造を図 1に示す。 非晶性ポリオレフイン主鎖に置換基 R2が結合した構造となって いる。 ここで、 R2はそれぞれ FIG. 1 shows a typical structure of an electrolyte membrane constituting a solid polymer electrolyte fuel cell of the present invention. It has a structure in which a substituent R 2 is bonded to an amorphous polyolefin main chain. Where R 2 is
- ii-S i R12 -〇— R13-ii-S i R 12 -〇— R 13
— R 2 i l R22—〇— 23一 P 2 で示される構成又は水素原子を表す。 但し、 及び R2がともに水素原子の場合 はない。 R1X、 R2Xは有機材料からなる原子団、 Pxはプロトン供与体である。 R1X、 R2Xは省略される場合もありうる。 図面の簡単な説明 — R 2 i l R 22 —〇— 23 one P 2 Or a hydrogen atom. However, there is no case where and R 2 are both hydrogen atoms. R 1X and R 2X are atomic groups composed of an organic material, and P x is a proton donor. R 1X and R 2X may be omitted. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1は、 本発明の固体高分子電解質型燃料電池を構成する電解質膜の構造概略 図である。 図 2は、 実施例 1、 2と比較例のセル電圧経時変化を示す図である。 図 3は、 実施例 1、 2と比較例の供給ガスの相対湿度と抵抗を示す図である。 発明を実施するための最良の形態  FIG. 1 is a schematic structural diagram of an electrolyte membrane constituting a solid polymer electrolyte fuel cell of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing changes over time in cell voltage in Examples 1 and 2 and a comparative example. FIG. 3 is a diagram showing relative humidity and resistance of supply gas of Examples 1 and 2 and Comparative Example. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 本発明を実施例及び比較例により説明する。  Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples and Comparative Examples.
(実施例 1 )  (Example 1)
電解質膜マトリックス材料として J SR社製のアート TM (比重 1. 08、 ガ ラス転移点温度 17 1 、 熱伝導率 0. l e k c a l Zm' h r '^) 粉末 80 g とトルエン 220m 1をガラス製 4つ口フラスコに添加し、 窒素雰囲気下で攪拌 し電解質膜マトリックス溶液 aを得た。 溶液 aに 3 f ソシァネートプロピルト リエトキシシラン 8 gを添加し 75 °Cで窒素雰囲気下 24時間還流攪拌混合し溶 液 bを作製した。 Electrolyte membrane matrix material as J SR Inc. Art TM (specific gravity 1.08, glass transition temperature 17 1, the thermal conductivity of 0. lekcal Zm 'hr' ^) 4 single glass powder 80 g of toluene 220 m 1 The mixture was added to a neck flask, and stirred under a nitrogen atmosphere to obtain an electrolyte membrane matrix solution a. 8 g of 3f succinatepropyltriethoxysilane was added to solution a, and the mixture was stirred under reflux at 75 ° C. under a nitrogen atmosphere for 24 hours to prepare solution b.
ケィタングステン酸水和物 (関東化学社製) 16 gをメタノール 3 Om 1に溶 解した溶液 cを溶液 bに加え攪拌して電解質溶液 c'を作製した後、テープキャス ティング法により厚さ 50 mのフィルムに展開し、 大気中 75°Cで 1 0時間乾 燥させ電解質膜 dを得た。 本電解質膜は沸騰水溶液に放置しても溶液のプロトン 濃度に変化は見られなかった。 これはイオン交換基であるケィタングステン酸が カツプリングにより化学的にマトリックスに固定されているためである。  A solution c in which 16 g of kytungstic acid hydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was dissolved in methanol 3 Om1 was added to solution b, and stirred to prepare an electrolyte solution c '. The resultant was developed into a film having a thickness of m and dried in air at 75 ° C for 10 hours to obtain an electrolyte membrane d. Even when the electrolyte membrane was left in a boiling aqueous solution, no change was observed in the proton concentration of the solution. This is because kytungstic acid, which is an ion exchange group, is chemically fixed to the matrix by coupling.
白金微細粒子をカーボン粉体に析出させた触媒 2. 5 gと電解質溶液 c' 90 g を混合し触媒ペースト eを作製した。 電解質膜 dの表面に触媒ペース卜 eをスク リーン印刷により、一辺が 10 cmの正方形薄膜状に展開し、触媒層を形成した。 このとき白金の使用量は塗布触媒面積 1 cm2当たり 0. 3mgとなるように展 開量つまり触媒層厚さを調節した。 触媒層塗布は電解質膜 dの両面に行い、 塗布 後は窒素雰囲気下 75°Cで 1 0時間乾燥処理を行った。 この処理は触媒層中の溶 媒を飛散させるとともに、 触媒層中の電解質膜基材のゲル化反応を促進させる意 味を持つ。 前記方法により面積 1 00 cm2の触媒層がその表裏面に形成された 電解質膜、 いわゆる一体化電極 f を得た。 A catalyst paste e was prepared by mixing 2.5 g of a catalyst obtained by depositing fine platinum particles on carbon powder and 90 g of an electrolyte solution c ′. The catalyst paste e was spread on the surface of the electrolyte membrane d by screen printing into a square thin film having a side of 10 cm to form a catalyst layer. At this time, the spreading amount, that is, the catalyst layer thickness was adjusted so that the amount of platinum used was 0.3 mg per 1 cm 2 of the coated catalyst area. Apply catalyst layer on both sides of electrolyte membrane d Thereafter, a drying treatment was performed at 75 ° C. for 10 hours in a nitrogen atmosphere. This treatment has the meaning of dispersing the solvent in the catalyst layer and promoting the gelling reaction of the electrolyte membrane base in the catalyst layer. By the above method, an electrolyte membrane having a catalyst layer having an area of 100 cm 2 formed on the front and back surfaces, that is, a so-called integrated electrode f was obtained.
この一体化電極 f の触媒面両面に、 集電機能を兼ねる電極拡散層 (ジャパンゴ ァテックス社製、 CARBEL— CL) を配置し、 ガス流路を形成したカーボン 製セパレ一夕と組み合わせ試験用単セルとした。 本セルを実施例 1とする。 この 単セルを恒温槽に入れ、 アノードガスとして水素を、 力ソードガスとして空気を 供給し、 発電試験を行った。 なお、 アノードガス、 カゾードガスは温度調節可能 なバブラ一を通過させることで加湿し、 電解質膜が乾燥することによるイオン伝 導抵抗増加を防いだ。 アノード及びカソードのガスライン出口にはそれぞれ圧力 調整弁を設け、 1 00°C以上のセル温度にもガス加湿が行える構造とした。 発電 試験はセル温度 1 30°Cとし、 アノードガス及び力ソードガスの加湿温度も 1 3 0°Cに設定した。  An electrode diffusion layer (Carbon-CL, manufactured by Japan Gortex Co., Ltd.), which also has a current collecting function, is placed on both sides of the catalyst surface of this integrated electrode f, and a single cell for testing is combined with a carbon separator that forms a gas flow path. And This cell is referred to as a first embodiment. This single cell was placed in a thermostat, and hydrogen was supplied as anode gas and air was supplied as power source gas, and a power generation test was performed. The anode gas and cathodic gas were humidified by passing through a temperature-adjustable bubbler, preventing an increase in ion conduction resistance due to drying of the electrolyte membrane. Pressure regulating valves are provided at the gas line outlets of the anode and cathode, respectively, so that gas humidification can be performed even at a cell temperature of 100 ° C or more. In the power generation test, the cell temperature was set at 130 ° C, and the humidification temperature of the anode gas and the force gas was also set at 130 ° C.
(実施例 2)  (Example 2)
電解質膜マトリックス材料として J SR社製のアートン1^ (比重 1. 08、 ガ ラス転移点温度 1 7 1 ° (:、 熱伝導率 0. 16 k c a 1 Zm · h r · °C) 粉末 80 g とトルエン 220m lをガラス製 4つ口フラスコに添加し、 窒素雰囲気下で攪拌 し電解質膜マトリックス溶液 aを得た。 溶液 aに 3—イソシァネートプロピルト リエトキシシラン 8 gを添加し 75 °Cで窒素雰囲気下 24時間還流攪拌混合し溶 液 bを作製した。 As an electrolyte membrane matrix material, 80 g of Arton 1 ^ (specific gravity: 1.08, glass transition temperature: 171 ° (thermal conductivity: 0.16 kca 1 Zm · hr · ° C) manufactured by JSR Corporation) 220 ml of toluene was added to a glass four-necked flask, and stirred under a nitrogen atmosphere to obtain an electrolyte membrane matrix solution a.8 g of 3-isocyanatepropyltriethoxysilane was added to the solution a, and the solution was added at 75 ° C. The mixture was refluxed and mixed under a nitrogen atmosphere for 24 hours to prepare a solution b.
P O [OCH (CH3) 2] 3 -x (OH) x 1 00 gにィソプロパノール 200 g及びオルトゲイ酸ェチル (S i (OC2H5) 4) 58 gを加え、 70°Cで窒素 雰囲気下 5時間攪拌し溶液 gを作製した。 溶液 gに酸触媒として 0. I N塩酸を 添加し、 溶液 hとした。 溶液 hを 100°Cで 1 0時間加熱した後、 500°Cで 2 4時間更に熱処理を行い、 リン酸系ガラス iを得た。 To 200 g of PO [OCH (CH 3 ) 2 ] 3 -x (OH) x 100 g of isopropanol and 58 g of ethyl ethyl orthoethylate (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) were added, and nitrogen was added at 70 ° C. The mixture was stirred for 5 hours under an atmosphere to prepare a solution g. To the solution g, 0.1 IN hydrochloric acid was added as an acid catalyst to obtain a solution h. After heating the solution h at 100 ° C for 10 hours, it was further subjected to a heat treatment at 500 ° C for 24 hours to obtain a phosphate glass i.
ポールミルで 5時間粉砕処理したリン酸系ガラス i 25 gに溶液 b 50 g添加 し、 0. 1 N塩酸を加えて電解質溶液 jを作製した。 溶液 jをテープキャスティ ング法により厚さ 50 mのフィルムに展開し、 大気中 7 5°Cで 10時間乾燥さ せ電解質膜 kを得た。 50 g of solution b was added to 25 g of phosphoric acid-based glass i crushed by a pole mill for 5 hours, and 0.1 N hydrochloric acid was added to prepare an electrolyte solution j. Spread solution j into a 50 m thick film by tape casting method, and dry in air at 75 ° C for 10 hours. An electrolyte membrane k was obtained.
以降は実施例 1と同様にして一体化電極 1を作製し、 小型セルに組み込み発電 試験を行った。 本セルを実施例 2とした。  Thereafter, an integrated electrode 1 was produced in the same manner as in Example 1, and was assembled in a small cell and subjected to a power generation test. This cell was designated as Example 2.
(比較例)  (Comparative example)
実施例 1と同様に白金微細粒子をカーボン粒子に析出させた触媒 20 gとナフ イオン TM5 w t %溶液 400 gを混練し触媒ペーストを作製した。 メタノールを 粘度調整用に添加しペースト粘度を 50 c Pとした後、 ナフイオン TM1 17 (デ ュポン社製)表面上にスクリーン印刷法で厚さ薄膜状に展開し触媒層を形成した。 このとき、 白金の使用量は塗布触媒面積 1 cm2当たり 0. 3 mgとなるように 展開量を調節した。 窒素雰囲気下 75 °Cで 1 0時間乾燥させた後、 反対面にも同 様の手法で触媒層を作製し、 一体化電極 mとした。 この一体化電極 mに電極拡散 層 (ジャパンゴァテックス社製、 CARBEL— CL)、 カーボン製セパレー夕を 配置し単セルとした。 本セルを比較例とした。 比較例セルに加湿水素及び加湿空 気を供給し、 セル温度 130°Cにて発電試験を行った。 As in Example 1, 20 g of a catalyst in which platinum fine particles were precipitated on carbon particles and 400 g of a 5 wt% solution of Nafion were kneaded to prepare a catalyst paste. After adding methanol for viscosity adjustment to adjust the paste viscosity to 50 cP, a catalyst layer was formed on the surface of Nafion TM 117 (manufactured by Dupont) in the form of a thin film by a screen printing method. At this time, the amount of platinum was adjusted so that the amount of platinum used was 0.3 mg per 1 cm 2 of the coated catalyst area. After drying at 75 ° C for 10 hours in a nitrogen atmosphere, a catalyst layer was formed on the opposite surface in the same manner as above to obtain an integrated electrode m. An electrode diffusion layer (CARBEL-CL, manufactured by Japan Gore-Tex Corporation) and a carbon separator were arranged on the integrated electrode m to form a single cell. This cell was used as a comparative example. Humidified hydrogen and humidified air were supplied to the comparative example cell, and a power generation test was performed at a cell temperature of 130 ° C.
図 2に実施例 1、 2及び比較例について電極面積 1 cm2当たり 0. 5Aの電 流を流した時のセル電圧経時変化を示す。 比較例 1は、 130°Cの運転条件にお いて数百時間経過後に電池電圧が減少した。 これは高温条件下でかつ相対湿度が 低いため電解質膜の水含有率が低下してプロトン伝導率が増加したためと考えら れる。 更に、 パ一フルォロカーポンスルホン酸系電解質膜は親水基がクラスター 構造を形成してプロトンチャネルを確保する構造をとるが、 高温条件下ではクラ スタ一構造が維持できなくなるためにイオン伝導抵抗が増加したことも起因して いる。 FIG. 2 shows the change over time in the cell voltage when a current of 0.5 A was applied per 1 cm 2 of electrode area for Examples 1, 2 and Comparative Example. In Comparative Example 1, the battery voltage was reduced after several hundred hours under the operating condition of 130 ° C. This is probably because the water content of the electrolyte membrane decreased and the proton conductivity increased under high temperature conditions and low relative humidity. Furthermore, the perfluorocarbon sulfonic acid-based electrolyte membrane has a structure in which a hydrophilic group forms a cluster structure to secure a proton channel. This is also due to the increase in
これに対し、 実施例 1及び 2では、 発電試験を行った 3000時間において電 池電圧の低下はほとんどみられなかった。 実施例 1及び 2の電解質膜は膜基材及 びィォン伝導体の耐熱性が優れるとともに材料相互が強固に結合されているため と考えられる。  On the other hand, in Examples 1 and 2, there was almost no decrease in the battery voltage at 3000 hours during the power generation test. It is considered that the electrolyte membranes of Examples 1 and 2 have excellent heat resistance of the membrane base material and the ion conductor, and that the materials are strongly bonded to each other.
図 3は、 130°Cにおいて供給ガスの相対湿度を変化させたときの実施例 1、 2及び比較例の伝導率を測定した結果を示す。 伝導率は交流 1 kHzの 4端子法 で評価した。 比較例の電解質膜は相対湿度が低い条件では伝導率が急激に低下し た。 これは、 この膜が膜中に存在するプロトン供与基であるスルホン酸基に水分 子が水和してはじめてプロトン伝導性を示すためである。 よって、 膜の含水率が 下がる低相対湿度時はイオン伝導抵抗が増加するため、 高温作動型電池の電解質 膜としては不適といえる。 FIG. 3 shows the results of measuring the conductivity of Examples 1, 2 and Comparative Example when the relative humidity of the supply gas was changed at 130 ° C. The conductivity was evaluated by an AC 1 kHz four-terminal method. The conductivity of the electrolyte membrane of the comparative example decreases sharply at low relative humidity. Was. This is because this membrane shows proton conductivity only when water molecules are hydrated to sulfonic acid groups which are proton donating groups present in the membrane. Therefore, at low relative humidity where the water content of the membrane decreases, the ionic conduction resistance increases, which is unsuitable as an electrolyte membrane for a high-temperature operated battery.
一方、 実施例 1は相対湿度 4 0 %においても、 そのイオン伝導抵抗は相対湿度 1 0 0 %時とほとんど変化がなく、 最も低い抵抗値からの増加割合は 1 0 %以内 であった。 これはプロトン伝導体として用いたケィタングステン酸に水和の形で 水分子が安定に存在するため、 水和水を移動チャネルとしてプロトンが伝導する ことに起因している。  On the other hand, in Example 1, even at a relative humidity of 40%, the ionic conduction resistance hardly changed from that at a relative humidity of 100%, and the rate of increase from the lowest resistance value was within 10%. This is due to the fact that water molecules are stably present in the form of hydration in the kytungstic acid used as the proton conductor, so that protons conduct through the hydrated water as a mobile channel.
この傾向は実施例 2についても同様であり、 むしろ実施例 1よりも伝導率の相 対湿度依存性は小さくなった。 これは、 実施例 2で用いたプロトン伝導体である リン酸系ガラスがその表面及び内部に水や水酸基を吸着、 包含しているためであ る。 本明細書中で引用した全ての刊行物、 特許及び特許出願をそのまま参考として 本明細書中にとり入れるものとする。 産業上の利用の可能性  This tendency was the same in Example 2, and the relative humidity dependence of the conductivity was smaller than in Example 1. This is because the phosphoric acid-based glass, which is the proton conductor used in Example 2, adsorbs and contains water and hydroxyl groups on its surface and inside. All publications, patents, and patent applications cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety. Industrial applicability
本発明によれば、 燃料電池の高温作動化が可能になり、 電極触媒の耐 C O被毒 性向上、 力ソード反応の反応抵抗減少による性能向上、 電池排熱を燃料改質部の 熱源の一部に回収することによるシステム効率向上が可能となる。  According to the present invention, it is possible to operate a fuel cell at a high temperature, to improve the CO poisoning resistance of the electrode catalyst, to improve the performance by reducing the reaction resistance of the force sword reaction, and to reduce the exhaust heat of the cell as one of the heat sources of the fuel reforming section. It is possible to improve the system efficiency by collecting it in the section.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1 . 電解質膜マトリックスに非晶性ポリオレフィンを用いた固体高分子電解質型 燃料電池。 1. Solid polymer electrolyte fuel cell using amorphous polyolefin for the electrolyte membrane matrix.
2 . 膜ベース材料となるマトリックス及びプロトン供与体を含む電解質膜の両面 に、 電極と、 ガスを導く電極拡散層と、 ガスの混合を防ぎ、 電極面内の集電及ぴ 電池厚さ方向の導通を確保し、 単電池の外殻を形成するセパレー夕とを順次配置 してなる固体高分子電解質型燃料電池であって、 該電解質膜マトリックスに非晶 性ポリオレフインを用いた請求の範囲第 1項記載の固体高分子電解質型燃料電池 2. Electrodes, an electrode diffusion layer that conducts gas, and a gas mixture are prevented on both sides of the electrolyte membrane containing the matrix and proton donor, which serve as the membrane base material, to prevent gas mixing and to collect electricity in the electrode plane and increase the thickness of the battery. Claims 1. A solid polymer electrolyte fuel cell in which conduction is ensured and a separator that forms an outer shell of a unit cell is sequentially disposed, wherein amorphous polyolefin is used for the electrolyte membrane matrix. Polymer electrolyte fuel cell
3 . 電解質膜のプロトン供与体と前記マトリックスとが少なくとも酸素原子と S i、 T i及び Z rから選ばれる一つの原子とが結合している原子団を介して結合 している請求の範囲第 2項記載の固体高分子電解質型燃料電池。 3. The proton donor of the electrolyte membrane and the matrix are bonded via an atomic group in which at least an oxygen atom is bonded to one atom selected from Si, Ti and Zr. 3. The solid polymer electrolyte fuel cell according to item 2.
4 . 前記プロトン供与体がポリ酸である請求の範囲第 3項記載の固体高分子電解 質型燃料電池。  4. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 3, wherein the proton donor is a polyacid.
5 . 前記ポリ酸が、 中心イオンとして、 W、 S i、 S n、 Z n、 P及び M oから なる群から選ばれる少なくとも 1つを含む請求の範囲第 4項記載の固体高分子電 解質型燃料電池。  5. The solid polymer electrolyte according to claim 4, wherein the polyacid contains at least one selected from the group consisting of W, Si, Sn, Zn, P, and Mo as a central ion. Quality fuel cell.
6 . 前記プロトン供与体として、 少なくとも Pを含む酸化ケィ素を用いた請求の 範囲第 3項記載の固体高分子電解質型燃料電池。  6. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 3, wherein a silicon oxide containing at least P is used as the proton donor.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003157863A (en) * 2001-01-09 2003-05-30 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Proton conductive film, its manufacturing method and fuel cell using it
JP2004296275A (en) * 2003-03-27 2004-10-21 Kyocera Corp Electric power generator

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60220503A (en) * 1984-04-16 1985-11-05 松下電器産業株式会社 Proton conductor
JPH06340781A (en) * 1993-04-05 1994-12-13 Sumitomo Bakelite Co Ltd Polyolefin-based polymer alloy
JPH07157601A (en) * 1993-10-15 1995-06-20 Sumitomo Bakelite Co Ltd Conductive noncrystalline polyolefin resin composition
JPH07296634A (en) * 1994-04-22 1995-11-10 Asahi Chem Ind Co Ltd Compound electrolytic film
JPH11135137A (en) * 1997-10-31 1999-05-21 Asahi Glass Co Ltd Solid polyelectrolyte type methanol fuel cell
EP0926754A1 (en) * 1997-12-10 1999-06-30 De Nora S.P.A. Polymeric membrane electrochemical cell operating at temperatures above 100 C
JP2000200616A (en) * 1998-05-13 2000-07-18 Daikin Ind Ltd Solid polymer electrolyte material suited for fuel cell

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60220503A (en) * 1984-04-16 1985-11-05 松下電器産業株式会社 Proton conductor
JPH06340781A (en) * 1993-04-05 1994-12-13 Sumitomo Bakelite Co Ltd Polyolefin-based polymer alloy
JPH07157601A (en) * 1993-10-15 1995-06-20 Sumitomo Bakelite Co Ltd Conductive noncrystalline polyolefin resin composition
JPH07296634A (en) * 1994-04-22 1995-11-10 Asahi Chem Ind Co Ltd Compound electrolytic film
JPH11135137A (en) * 1997-10-31 1999-05-21 Asahi Glass Co Ltd Solid polyelectrolyte type methanol fuel cell
EP0926754A1 (en) * 1997-12-10 1999-06-30 De Nora S.P.A. Polymeric membrane electrochemical cell operating at temperatures above 100 C
JP2000200616A (en) * 1998-05-13 2000-07-18 Daikin Ind Ltd Solid polymer electrolyte material suited for fuel cell

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003157863A (en) * 2001-01-09 2003-05-30 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Proton conductive film, its manufacturing method and fuel cell using it
JP2004296275A (en) * 2003-03-27 2004-10-21 Kyocera Corp Electric power generator
JP4671585B2 (en) * 2003-03-27 2011-04-20 京セラ株式会社 Power generator

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