CN100477355C - 电解质膜及燃料电池 - Google Patents

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Abstract

提供一种燃料电池用电解质膜，其具有向多孔性基体材料的细孔内填充了电解质聚合物而形成的结构，在基体材料的膜厚和空穴率相同且填充好的电解质的量也相同时，燃料电池性能变得最高。一种高分子电解质膜，其特征在于，将在多孔性基体材料的细孔中填充电解质聚合物而形成的电解质膜，在面方向进行测定时，其离子电导率的最大值和最小值的比率(最大值/最小值)为1～1.5的范围。

Description

电解质膜及燃料电池
技术领域
本发明涉及一种电解质膜，该电解质膜适合电化学装置用、尤其是燃料电池用，更详细地来讲，其适合用作直接醇形燃料电池。
背景技术
近年来，由于电解质膜和催化技术的发展，作为使用有高分子电解质膜的电化学装置的一种的燃料电池的性能显著提高，作为低公害汽车用电源和高效率放电方法受到关注。其中，使用了高分子电解质膜的燃料电池(固体高分子形燃料电池)具有在膜表面形成了具有氧化、还原催化剂的反应层的结构。在固体高分子形燃料电池的燃料极中，氢分子发生分解成质子和电子的反应，发生的电子通过电线使电部件动作运送至氧极侧，在氧极中氧和质子和从燃料极通过电线运送的电子生成水。另外，在直接甲醇形燃料电池(DMFC、Direct Methanol Fuel Cell)中，向燃料极供给甲醇和水，利用膜附近的催化剂使甲醇和水发生反应取出质子。这些燃料电池通常使用由聚全氟烷基磺酸构成的电解质膜。
但是，当聚全氟烷基磺酸膜用于将直接甲醇形燃料电池等溶液状燃料直接供给电池元件的燃料电池时，存在甲醇等燃料透过膜发生能量损耗的问题。而且，由于因甲醇等燃料导致溶胀，膜面积发生很大变化，因此，还存在如下问题：容易发生电极和膜的接合部剥离等不良情况，燃料浓度不能提高。另外，还存在经济方面的问题：由于因具有氟原子而导致材料自身的价格高，制造工序复杂生产性低，因此，成本非常高。
因此，寻求一种高分子电解质膜，其抑制用作直接甲醇形燃料电池时的甲醇透过，且由廉价的烃骨架构成。由本发明者等发明的在专利文献1中公开的燃料电池用电解质膜，是在多孔性基体材料中填充廉价的质子导电性聚合物(电解质聚合物)形成的，由于多孔性基体材料是由聚酰亚胺、交联聚乙烯等相对外力难以变形的材料形成的，因此，可以防止填充在孔内的电解质聚合物因甲醇水溶液引起的过度溶胀，其结果，可以抑制甲醇的透过。
本发明者对这样的在多孔性基体材料中填充电解质聚合物得到的电解质膜进行了详细的研究，结果发现，即使多孔性基体材料的厚度、空穴率相同，电解质聚合物的填充量相同，将这些电解质膜用于燃料电池时其电池性能也有偏差，有时也不一定。
[专利文献1]特愿2002-83612号公报
发明内容
本发明想要解决的课题在于，提供一种燃料电池用电解质膜，其具有在如上所述向多孔性基体材料的细孔内填充了电解质聚合物的结构，在基体材料的膜厚和空穴率相等且填充好的电解质的量也相同时，燃料电池性能变得最高。
本发明者发现，在将电解质聚合物填充在多孔性基体材料的细孔中形成的电解质膜中，在将同质电解质同量填充在多孔性基体材料中时，为了使使用了该电解质膜的燃料电池的性能达到最高，重要的是设计使电解质膜在面内的离子电导率的各向异性变少。此时，在面方向测定的离子电导率的最大值和最小值的比率(最大值/最小值。以下称为“离子导电各向异性比率”。)为1～1.5的范围可以得到最高性能，而且还发现，为了得到那样的离子导电各向异性比率，多孔性基体材料拉伸量的最大值和最小值的比率(最大值/最小值。以下称为“拉伸比率”。)接近1为宜，可以发挥高性能的范围为2.5以下，直至完成了本发明。需要说明的是，所谓在面方向的测定，是指不是在膜厚方向而是在面内进行测定。
本发明的电解质膜，通过降低在多孔性基体材料的细孔内填充电解质聚合物形成的电解质膜的面内的离子电导率的各向异性，与使用有具有同样厚度、材质、空穴率的其它多孔性基体材料的电解质膜相比，填充好的电解质单位量的电池输出变得最高，燃料电池等的效率提高，且与现有的氟类电解质膜相比，可以抑制甲醇透过性。
具体实施方式
下面，对本发明进行详细说明。
用于本发明的电解质膜的多孔性基体材料的制造方法，没有特别限制，例如有：利用拉伸的方法；将分散有造孔材料的膜材料的溶液或溶融物用涂敷机等进行涂敷，蒸发除去溶剂，将溶融状态的材料进行冷却等作成薄膜，除去造孔材料作成多孔的方法等。
其中，最普通的方法是利用拉伸的方法。在该方法中，将形成多孔性基体材料的材料和液状或固体的造孔材料用溶融混合等方法混合，首先使这些扩孔材料微细分散，通过将其由T模等边挤出边拉伸、清洗等方法除去扩孔材料，作成多孔性基体材料。而且，拉伸方法有单向拉伸、双向拉伸等方法。通常根据这些物质的拉伸比率来确定在膜中形成的空穴的形状和方向性。本发明中使用的多孔性基体材料的制造方法，优选利用双向拉伸的。这是由于单向拉伸法中基体材料容易开裂、且难以使本发明中所谓的膜面内的各向异性变小的缘故。
另一方面，由于利用涂敷的方法生产性低、空穴直径和空穴率等性质在膜厚方向容易发生偏差，因此，与拉伸法相比不优选。另外，该方法中通常在面方向难以显出各向异性，而沿涂敷方向有时会出现各向异性。
在本发明中，在如上所述的多孔性基体材料中填充电解质作成的电解质膜的离子电导率，着眼于对基体材料的各向异性的反映。为了使使用了该电解质膜的燃料电池的性能变得最高，优选按照使电解质膜面内的离子电导率的各向异性变少的方式进行设计。这时，其面方向的离子导电各向异性比率为1～1.5的范围可以得到最高性能。为了得到那样的离子导电各向异性比率，基体材料的拉伸比率优选为2.5以下、接近1为宜。
这时，与基体材料的拉伸比率相比，之所以作为电解质时的离子导电各向异性比率一方将优选的范围进行较小地规定，是因为与基体材料的拉伸比率相比，内部填充了电解质的电解质膜的离子电导率的各向异性具有变小的倾向。
上述各比率过大时，有作为电解质膜的功能，但相对使用的电解质的量的燃料电池输出相对变低。
通常情况下，这样的电解质膜的离子电导率是用一对电极夹持浸渍在水或电解液中的电解质膜，利用交流阻抗法测定的。这时，将一对电极在面方向平行错开进行测定时，可以测定附加了膜的面方向的导电性的电导率。而且，通过改变这些电极间的电解质膜的方向，可以知道因面方向不同而导致的导电性的不同。本发明者研究发现，导电性的各向异性依存于拉伸方向。因此，通过测定单向拉伸膜的拉伸方向和垂直于拉伸方向的方向的电导率、双向拉伸膜的平行于各自的拉伸轴的2个方向的电导率并进行比较，可以检测出面内的电导率的最大值和最小值。
本发明使用的多孔性基体材料，优选相对甲醇及水实质上不溶胀的材料，特别希望与干燥时相比因水引起溶胀时的面积变化少或几乎没有。将多孔性基体材料浸渍在甲醇或水中时的面积增加率，根据浸渍时间和温度而变化，在本发明中，在25℃的纯水中浸渍了1小时时的面积增加率，优选与干燥时相比最大为20％以下。
本发明的多孔性基体材料，其拉伸弹性模量优选为500～5000MPa，进一步优选为1000～5000MPa，另外，优选其断裂强度具有50～500MPa，进一步优选为100～500MPa。
当其低于这些范围时，填充好的电解质聚合物会因由甲醇及水引起溶胀的力而导致膜容易变形，当其超过这些范围时，基体材料会过脆，由于在电极接合时进行压制成形和装入电池时的夹固等而容易引起膜龟裂。另外，多孔性基体材料最好具有对于运转燃料电池时的温度的耐热性、即使施加外力也不容易拉长的物质。
具有那样性质的材料例如有如下聚合物，即，通过对芳香族聚酰亚胺、芳族聚酰胺纤维、聚砜、聚醚醚酮等工程塑料、聚烯烃，施加放射线照射或加入交联剂进行交联拉伸等方法，而变得相对外力难以发生拉长等变形的聚合物。这些材料可以单独使用，也可以用将两种以上层叠等的方法复合化后使用。
在这些多孔性基体材料中，由拉伸聚烯烃、利用电子束照射等交联而成的聚烯烃和在拉伸后用前述方法交联而成的聚烯烃构成的材料，因得到容易、填充工序的作业性优良而优选。
如上所述得到的本发明的多孔性基体材料的空穴率，优选为5～95％，进一步优选为5～90％，特别优选为20～80％。另外，平均孔径优选为0.001～100μm的范围，进一步优选为0.01～1μm。当空穴率过小时，单位面积的离子交换基团过少，其燃料电池的输出变低，当其过大时膜强度降低，不优选。基体材料的厚度优选为200μm以下，更优选为1～150μm，进一步优选为5～100μm，特别优选为10～50μm。由于当膜厚过薄时，膜强度降低，甲醇的透过量也增加，当其过厚时，膜阻力变得过大，燃料电池的输出低，因此都不优选。
本发明的电解质膜，是在多孔性基体材料的细孔内填充具有离子交换基的电解质聚合物而成的。该聚合物的填充，可以是填充预先聚合而成的聚合物，但优选如下方法：将电解质单体、或在聚合后可以转变成可起到电解质功能的基团的单体、或包含这些物质的溶液或分散液(以下称为“聚合物前驱体”)含浸在多孔性基体材料中，然后使其聚合。这时，在填充的聚合物的前驱体中，根据需要也可以包含聚合引发剂、催化剂、固化剂、表面活性剂等。
在多孔性基体材料中含浸了聚合物前驱体后，为了防止该前驱体从多孔性基体材料的细孔中脱落、在聚合后得到均匀的电解质膜，优选用薄膜等夹持。聚合物前驱体为自由基聚合性时，该薄膜还有遮断阻碍自由基聚合的空气中的氧的效果。这样的薄膜的材质没有特别限制，可以使用塑料等，优选PET、聚乙烯、聚丙烯、玻璃纸、聚碳酸酯等塑料薄膜。这些薄膜也可以用硅酮等剥离剂进行表面处理。
本发明中填充于多孔性基体材料中的电解质聚合物，只要是具有离子交换性基团的物质，就没有特别限制，可以使用通常已知的电解质聚合物。
在多孔性基体材料中填充预先聚合而成的聚合物时，可以使用的聚合物例如有：聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚苯醚、聚苯硫、聚酰胺、聚酰亚胺等，在填充前后，利用磺化等方法可以引入离子交换基。
另一方面，以自由基聚合性聚合物为电解质聚合物时，由于通过适当选择聚合性引发剂可以使该聚合物在比较低的温度进行聚合，因此，在使配合作为原料的含离子交换基单体等而形成的聚合物前驱体含浸于多孔基体材料后，聚合，作成电解质膜，该方法简便，优选使用。
在本发明中，向多孔性基体材料填充的电解质聚合物为自由基聚合性聚合物时，作为使用的聚合物前驱体的主要成分的含离子交换基单体，含质子酸性基单体制成燃料电池用电解质膜时，性能良好，因此优选。该单体是一个分子中具有可以聚合的官能团和质子酸的化合物。其具体例如有：2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙烷膦酸、苯乙烯磺酸、(甲基)烯丙基磺酸、乙烯基磺酸、异戊二烯磺酸、(甲基)丙烯酸、马来酸、巴豆酸、乙烯基膦酸、含酸性磷酸基(甲基)丙烯酸酯等。
另外，具有可以转变成离子交换基的官能团的单体，为上述化合物的盐、酸酐、酯等。使用的单体的酸残基成为盐、酸酐、酯等衍生物时，通过在聚合后作成质子酸型，可以赋予其质子导电性。
另外，在聚合后具有可以引入离子交换基的部位的单体，可以优选使用苯乙烯、α-甲基苯乙烯、氯甲基苯乙烯、叔丁基苯乙烯等含苯环单体。在这些物质中引入离子交换基的方法，例如用氯磺酸、浓硫酸、三氧化硫等磺化剂进行磺化的方法等。
需要说明的是，“(甲基)丙烯酸”表示“丙烯酸及/或甲基丙烯酸”，“(甲基)烯丙基”表示“烯丙基及/或甲代烯丙基”，“(甲基)丙烯酸酯”表示“丙烯酸酯及/或甲基丙烯酸酯”。
在这些化合物中，由于含磺酸基乙烯基化合物或含磷酸基乙烯基化合物的质子导电性优良，因此优选，2-甲基丙烷-2-(甲基)丙烯酰胺磺酸具有高的聚合性，更优选。
本发明中使用的聚合物前驱体，优选在含离子交换基单体中配合了交联剂的混合物。可以用作交联剂的化合物是一分子中具有两个以上可以聚合的官能团的化合物，通过和上述含质子酸性基单体或其盐等进行配合、聚合，在聚合物中形成交联点，可以将聚合物作成不溶解、不融熔的3维网络结构。
其具体例如有：N，N’-亚甲基二(甲基)丙烯酰胺、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二烯丙基醚、季戊四醇三烯丙基醚、二乙烯基苯、二苯酚二(甲基)丙烯酸酯、三聚异氰酸二(甲基)丙烯酸酯、四烯丙氧基乙烷、三烯丙基胺、二烯丙氧基醋酸盐等。另外，也可以使用一分子中同时具有聚合性双键和其它的可以发生交联反应的官能团的化合物。这样的化合物例如有：N-羟甲基丙烯酰胺、N-甲氧基甲基丙烯酰胺、N-丁氧基甲基丙烯酰胺等，可以在进行了聚合性双键的自由基聚合后加热使其发生缩合反应等来进行交联，或同时进行自由基聚合和加热，使其发生同样的交联反应。
另外，交联性官能团并不限定于具有碳碳双键的物质，也可以使用在聚合反应速度慢方面尽管差，但为2个官能以上的环氧化合物、具有羟甲基的苯基等。在使用环氧化合物时，可以与聚合物中的羧基等的酸进行反应发生交联，或者在聚合物前驱体中作为第三成分添加具有羟基等的可以共聚的化合物。这些交联剂可以单独使用，也可以根据需要将两种以上同时使用。
在本发明中使用的聚合物前驱体中，为了调整聚合物的溶胀性等，可以根据需要配合没有质子酸性基的第三共聚成分。作为第三成分，只要是能与本发明中使用的含离子交换基单体及交联剂共聚的物质，就没有特别限制，例如有：(甲基)丙烯酸酯类、(甲基)丙烯酰胺类、马来酸酐缩亚胺类、苯乙烯类、有机酸乙烯基酯类、烯丙基化合物、甲代烯丙基化合物等。
在本发明中，在多孔性基体材料的细孔内部使聚合物前驱体中的含离子交换基单体聚合的方法，没有特别限制，在自由基聚合时，容易的方法优选使用电子束、紫外线等活性能线的照射、加热等。
这时可以使用的热引发聚合、氧化还原引发聚合的自由基聚合引发剂，例如如下所述的物质。
2，2’-偶氮二(2-脒基丙烷)二氯酸盐等偶氮化合物；过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、过氧化氢、过氧化苯甲酰、氢过氧化枯烯、二叔丁基过氧化物等过氧化物；将上述过氧化物和亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、硫代硫酸盐、亚磺酸甲脒、抗坏血酸等还原剂组合而成的氧化还原引发剂；2，2’-偶氮二-(2-脒基丙烷)二氯酸盐、偶氮二氰基戊酸等偶氮类自由基聚合引发剂。这些自由基聚合引发剂可以单独使用，也可以将两种以上同时使用。
在上述聚合手段中，从聚合反应容易控制、用比较简便的工艺就可以生产性良好地得到所希望的电解质膜方面考虑，优选利用紫外线的光引发聚合。而且在使其进行光引发聚合时，更优选使自由基类光聚合引发剂预先溶解或分散于聚合物前驱体中。
自由基类光聚合引发剂例如有：通常用于紫外线聚合的苯偶因、苯偶酰、乙酰苯、苯酰苯、噻吨酮、硫代吖啶酮及这些物质的衍生物等，具体作为苯酰苯类例如有，邻苯酰安息香酸甲酯、4-苯基苯酰苯、4-苯酰-4’-甲基二苯基硫化物、3，3’，4，4’-四(叔丁基过氧化羰基)苯酰苯、2，4，6-三甲基苯酰苯、4-苯酰-N，N-二甲基-N-[2-(1-羟基-2-丙烯氧基)乙基]苯甲胺鎓溴化物(methanaminium bromide)、(4-苯酰苄基)三甲基氯化铵、4，4’-二甲胺基苯酰苯、4，4’-二乙胺基苯酰苯等；作为噻吨酮类，例如有噻吨酮、2-氯代噻吨酮、2，4-二乙基噻吨酮、2-乙基噻吨酮等；作为硫代吖啶酮类，有硫代吖啶酮等；作为苯偶因类，有苯偶因、苯偶因甲醚、苯偶因异丙醚、苯偶因乙醚、苯偶因异丁醚等；作为乙酰苯类，有乙酰苯、丙酰苯、二乙氧基乙酰苯、2，2-二甲氧基-1，2-二苯乙烷-1-酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-1-(4-(甲硫基)苯基)-2-吗啉基丙烷-1、2-苄基-2-甲胺基-1-(4-吗啉代苯基)丁酮-1、2-羟基-2-甲基-1-苯丙烷-1-酮、1-(4-(2-羟基乙氧基)-苯基)-2-羟基二-2-甲基-1-丙烷-1-酮等；苯偶酰等苯偶酰类化合物。
这些光聚合引发剂的使用量，相对含离子交换基单体及第三成分的不饱和单体的总重，优选为0.001～1质量％，更优选为0.001～0.5质量％，特别优选为0.01～0.5质量％。另外，在这些物质中，由于苯酰苯、噻吨酮、硫代吖啶酮等芳香族酮类自由基聚合引发剂可以通过从碳氢键中拔出氢产生自由基，因此，当其作为多孔性基体材料和聚烯烃等有机材料同时使用时，可以在基体材料表面和填充的聚合物之间形成化学键，优选。
在本发明中，当在多孔性基体材料中含浸聚合物前驱体时，将单体、交联剂及根据需要的聚合引发剂等混合作成液状溶液或分散液的方法，使得填充容易，因此优选。当其为低粘度液体时，也可以直接用于含浸，其溶液浓度优选为10～90％，进一步优选为20～70％。
另外，当使用的成分中包含难溶于水的物质时，可以用有机溶剂取代一部分或全部水，但由于在使用有机溶剂时必须在接上电极前将有机溶剂全部除去，因此优选水溶液。这样作成溶液状来含浸的理由在于，通过溶解于水或溶剂中来用于含浸，向具有微细孔的多孔基体材料的含浸变得容易进行，以及使预先溶胀了的凝胶形成于细孔内，由此具有如下效果：将制成的电解质膜用于燃料电池时，防止水或甲醇使细孔内的聚合物过于溶胀而导致聚合物脱落。
另外，使用聚合物前驱体时，为了提高电解质膜的耐久性，优选提高多孔性基体材料和填充聚合物的粘结性，为此也可以对多孔性基体材料，进行放射线、电子束、紫外线等活性能线的照射，或进行等离子、臭氧、电晕放电处理中的任一种或其组合。另外，也可以只是简单地使拔出氢型自由基聚合引发剂附着在其表面。这时，通过使自由基发生剂的溶剂溶液在接触多孔基体材料后除去溶剂使其附着，可以使孔内也均匀附着，优选。
另外，为了使含浸作业更容易地进行，优选向聚合物前驱体溶液或分散液中添加表面活性剂，或在含浸过程中进行超声波照射。
本发明的电解质膜，可以优选用于固体高分子形燃料电池、特别是直接甲醇型燃料电池。众所周知，在这样的燃料电池中使用电解质膜时，通过在2张赋予了以铂为代表的催化剂的电极间夹持电解质膜加热加压等，作成一体化了的电解质膜电极接合体(MEA)，装入到燃料电池元件使用，本发明的电解质膜也可以利用同样的方法作成MEA，装入燃料电池元件中使用。
实施例
(实施例1)
准备聚乙烯膜(厚16μm、空穴率48％、平均孔径约0.1μm、拉伸比率＝1/1)作为多孔性基体材料。然后在2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸50g、N，N’-亚甲基二丙烯酰胺5g、非离子性表面活性剂0.005g、紫外线自由基聚合引发剂0.005g、水50g构成的聚合物前驱体的溶液中，浸渍前述多孔性膜使该溶液填充。然后，将多孔性基体材料从溶液中取出后，用2张厚50μm的PET薄膜夹持，并使气泡不能进入。然后，从PET薄膜的上方，用高压水银灯对其两面以每单面1000mJ/cm2进行紫外线照射，使聚合物前驱体中的单体聚合。然后，将该PET薄膜剥下，用蒸馏水清洗，得到电解质膜。
将得到的膜在25℃的蒸馏水中浸渍1小时，求出膜内沿面方向的质子电导率的最大值和最小值，计算其比率。而且还测定了甲醇透过性。另外，用后述的方法将得到的膜用带有催化剂的电极夹持，进行热压作成MEA，测定其作为直接甲醇型燃料电池的电池性能(电池最大输出)。将这些评价结果汇总于表1。
(实施例2)
使用聚乙烯膜(厚16μm、空穴率48％、平均孔径约0.1μm、拉伸比率＝2/1)作为多孔性基体材料，除此以外，其余和实施例1同样操作，得到电解质膜。对于该电解质膜，进行和实施例1同样的评价，结果汇总于表1。
(比较例1)
使用聚乙烯膜(厚16μm、空穴率48％、平均孔径约0.1μm、拉伸比率＝3/1)作为多孔性基体材料，除此以外，其余和实施例1同样操作，得到电解质膜。对于该电解质膜，进行和实施例1同样的评价，结果汇总于表1。
(比较例2)
使用聚乙烯膜(厚16μm、空穴率48％、平均孔径约0.1μm、拉伸比率＝4/1)作为多孔性基体材料，除此以外，其余和实施例1同样操作，得到电解质膜。对于该电解质膜，进行和实施例1同样的评价，结果汇总于表1。
(作成的膜的质子导电性评价方法)
将作成的膜在25℃的蒸馏水中浸渍1小时，将该膜在表面被水润湿了的状态下直接夹持在贴附了1张长方形铂电极的2张玻璃板之间，这时，将电极平行隔开2cm。然后，测定从100Hz到40MHz的交流阻抗，测定质子电导率。这时改变膜的方向求出最大值和最小值。电导率越高，电解质膜中的质子移动越容易，表示在燃料电池用途方面优良。
需要说明的是，在表1中，所谓质子导电各向异性比率，是用“质子电导率最大值/质子电导率最小值”来表示。另外，所谓平均质子电导率，是指质子电导率最大值和质子电导率最小值的平均值。
(燃料电池的性能评价方法)
(1.MEA的制作)
分别在氧极使用担载铂的碳(田中贵金属工业株式会社制：TEC10E50E)及在燃料极使用担载铂钌合金的碳(田中贵金属工业株式会社制：TEC61E54)，在这些催化剂粉末上配合高分子电解质溶液(デユポン社制：ナフイオン5％溶液)和聚四氟乙烯悬浮液，适当加入水进行搅拌，得到反应层用涂料。将其用丝网印刷法在碳纸(东レ株式会社制：TGP-H-060)的单面进行印刷、干燥，作成电极。这时，氧极侧的铂量为1mg/cm2，燃料极侧的铂和钌的总量为3mg/cm2。将这些物质在电解质膜的中央部分使涂料面成为内侧进行重叠，在130℃加热加压作成燃料电池用膜电极接合体(MEA)。将其装入燃料电池单电池中进行运转，确认性能。
(2.燃料电池评价)
将从实施例及比较例的电解质膜作成的MEA装入直接甲醇型燃料电池单电池中时的运转条件如下所述：燃料为3mol％甲醇水溶液，氧化剂为纯氧，电池温度为50℃。利用电子负载器使电流发生变化，测定电流-电压特性，求出用电流×电压表示的输出的最大值，各电解质膜的性能比较根据最高输出进行比较，汇总于表1。
表1
Figure C20058000851500131
工业应用的可能性
本发明的电解质膜的特征在于，其在多孔性基体材料的空穴中填充电解质而成的，离子电导率在面内的最高值和最低值的差小，在这样的范围作成的电解质膜，其离子电导率高，使用了该电解质膜的燃料电池具有高发电性能。该电解质膜特别适合用作直接甲醇型燃料电池。

Claims (11)

1.一种电解质膜，其特征在于，该电解质膜是将电解质聚合物填充在多孔性基体材料的细孔内而形成的，该电解质膜在面方向测定的离子电导率的最大值和最小值的比率即最大值/最小值为1.5以下，并且所述多孔性基体材料仅由拉伸聚乙烯构成。
2.如权利要求1所述的电解质膜，其特征在于，多孔性基体材料是经拉伸工序制造而成的，且面内的拉伸量的最大值和最小值的比率即最大值/最小值为2.5以下。
3.如权利要求1所述的电解质膜，其特征在于，多孔性基体材料是经双向拉伸工序制造而成的。
4.如权利要求1所述的电解质膜，其中多孔性基体材料的厚度为200μm以下。
5.如权利要求1所述的电解质膜，其中所述电解质聚合物具有离子交换性基团。
6.如权利要求1所述的电解质膜，其中所述电解质聚合物具有磺酸基或磷酸基。
7.如权利要求1所述的电解质膜，所述电解质膜是在多孔性基体材料中含浸电解质单体、或在聚合后可以转变成可起电解质功能的基团的单体、或包含这些物质的溶液或分散液后，将该电解质单体或在聚合后可以转变成可起电解质功能的基团的单体聚合而得到的。
8.如权利要求7所述的电解质膜，其中所述电解质单体包括含磺酸基的乙烯基化合物和含磷酸基的乙烯基化合物。
9.如权利要求7所述的电解质膜，其中所述聚合物包含2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸。
10.一种燃料电池，组装有权利要求1所述的电解质膜。
11.如权利要求10所述的燃料电池，是直接甲醇型燃料电池。
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