DE10296977T5 - Elektrodenstruktur für Polymerelektrolytbrennstoffzellen - Google Patents

Elektrodenstruktur für Polymerelektrolytbrennstoffzellen Download PDF

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Nagayuki Kanaoka
Yoichi Asano
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Abstract

Elektrodenstruktur für eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle,umfassend: ein Paar von Elektrodenkatalysatorschichten und eine Polymerelektrolytmembran, die zwischen den Elektrodenkatalysatorschichten gehalten wird, wobei die Polymerelektrolytmembran aus einem Sulfonierungsprodukt eines Polymers besteht, welches eine Hauptkette, worin mehrere divalente aromatische Reste direkt oder über Oxygruppen oder divalente Gruppen, die von aromatischen Gruppen verschieden sind, aneinander gebunden sind, und Seitenketten, die aromatische Gruppen, die zu Sulfonieren sind, enthalten, umfasst.

Description

  • Technischer Bereich
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrodenstruktur, die für eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle verwendet wird.
  • Hintergrundtechnik
  • Die Erdölquelle beginnt sich zu erschöpfen und gleichzeitig wurden Umweltprobleme zunehmend ernst, wie etwa die globale Erwärmung aufgrund des Verbrauchs von fossilem Brennstoff. Daher erfährt eine Brennstoffzelle Beachtung als eine saubere Energiequelle für elektrische Motoren, die nicht mit der Erzeugung von Kohlendioxid verbunden ist. Die obige Brennstoffzelle ist weitgehend entwickelt worden und einige Brennstoffzellen sind kommerziell verwendbar geworden. Wenn die obige Brennstoffzelle in Fahrzeuge und dgl. eingebaut wird, wird vorzugsweise eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle verwendet, die eine Polymerelektrolytmembran umfasst, da sie leicht eine hohe Spannung und einen großen elektrischen Strom bereitstellt.
  • Als eine Elektrodenstruktur, die für die obige Polymerelektrolytbrennstoffzelle verwendet wird, ist eine Elektrodenstruktur bekannt gewesen, welche ein Paar von Elektrodenkatalysatorschichten umfasst, umfassend einen Katalysator, wie etwa Platin, das auf einem Katalysatorträger, wie etwa Kohleschwarz, vorliegt, die gebildet wird durch Vereinigen einer Polymerelektrolytmembran, die in der Lage ist zum Leiten von Ionen, welche zwischen den Elektrodenkatalysatorschichten eingebracht ist, und einer Verstärkungsschicht, die auf jede der Elektrondenkatalysatorschichten laminiert ist, durch ein Ionenleitendes Polymerbindemittel. Wenn ein Separator, der auch als ein Gasdurchgang wirkt, weiterhin auf jede der Elektrodenkatalysatorschichten laminiert wird, bildet die obige Elektrodenstruktur eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle.
  • In der obigen Polymerelektrolytbrennstoffzelle ist eine Elektrodenkatalysatorschicht definiert als eine Brennstoffelektrode und die andere Elektrodenkatalysatorschicht ist definiert als eine Sauerstoffelektrode. Nun wird reduzierendes Gas, wie etwa Wasserstoff oder Methanol, in die Brennstoffelektrode durch die obige Verstärkungsschicht eingeleitet, während oxidierendes Gas wie etwa Luft oder Sauerstoff, in die Sauerstoffelektrode durch die obige Verstärkungsschicht eingeleitet wird. Durch diese Vorgehensweise werden auf der obigen Brennstoffelektrodenseite Protonen aus dem obigen reduzierenden Gas durch die Wirkung eines Katalysators erzeugt, welcher in der obigen Elektrodenkatalysatorschicht enthalten ist. Dann wandern die Protonen zu der Elektrodenkatalysatorschicht auf der obigen Sauerstoffelektrodenseite durch die obige Polymerelektrolytmembran. Hiernach werden die Protonen mit dem obigen oxidierenden Gas, das in die Sauerstoffelektrode eingeleitet wird, durch die Wirkung des obigen Katalysators, der in der Elektrodenkatalysatorschicht auf der obigen Sauerstoffelektrodenseite enthalten ist, umgesetzt, um Wasser zu erzeugen. Daher ist die obige Brennstoffelektrode mit der obigen Sauerstoffelektrode durch die Verwendung eines Leiters verbunden, um elektrischen Strom zu erhalten.
  • Früher ist in den obigen Elektrodenstrukturen ein Perfluoralkylensulfonsäurepolymer (z.B. Nafion (Marke) von DuPont) weit verbreitet für die obige Polymerelektrolytmembran verwendet worden. Das Perfluoralkylensulfonsäurepolymer ist sulfoniert und es hat dementsprechend eine ausgezeichnete Protonenleitfähigkeit. Die Verbindung hat als ein Fluorkohlenstoffharz auch eine chemische Beständigkeit. Jedoch ist die Verbindung dahingehend problematisch, dass sie extrem teuer ist.
  • Daher wurde die Verwendung eines relativ kostengünstigen Ionen-leitenden Materials anstelle des Perfluoralkylensulfonsäurepolymers zur Bildung einer Elektrodenstruktur für eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle untersucht. Ein Beispiel des obigen kostengünstigen Ionen-leitenden Materials kann ein Polymer auf Kohlenwasserstoffbasis umfassen.
  • Jedoch weist das Polymer auf Kohlenwasserstoffbasis schlechte Zähigkeit auf und so ist es schwierig es als eine Polymerelektrolytmembran zu verwenden, um die obige Elektrodenstruktur zu bilden. Zum Verbessern der Zähigkeit von Polymer auf Kohlenwasserstoffbasis sind z.B. Verfahren in Betracht gezogen, wie etwa das Einbringen einer felxiblen bzw. biegbaren Gruppe in die Hauptkette des Polymers auf Kohlenwasserstoffbasis oder das Verringern der Ionenaustauschkapazität.
  • Wenn jedoch das Polymer auf Kohlenwasserstoffbasis, dessen Zähigkeit wie oben beschrieben verbessert ist, als die Polymerelektrolytmembran der Elektrodenstruktur verwendet wird, besteht die Unzulänglichkeit, dass es schwierig ist, eine ausreichende Energieerzeugungseffizienz zu erreichen. Zusätzlich ist das Polymer auf Kohlenwasserstoffbasis dahingehend unzulänglich, dass es eine geringe Oxidationsbeständigkeit aufweist und es rasch zerstört wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, derartige Unzulänglichkeiten zu lösen und eine Elektrodenstruktur für eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle bereitzustellen, welche eine Polymerelektrolytmembran mit einer ausgezeichneten Zähigkeit aufweist und ausgezeichnete Energieerzeugungseffizienz besitzt.
  • Darüber hinaus ist ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Elektrodenstruktur für eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle bereitzustellen, die ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit und eine ausgezeichnete Energieerzeugungseffizienz aufweist.
  • Darüber hinaus ist es ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle mit ausgezeichneter Energieerzeugungseffizienz bereitzustellen.
  • Um die obige Unzulänglichkeit zu eliminieren umfasst die Elektrodenstruktur für eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle der vorliegenden Erfindung ein Paar von Elektrodenkatalysatorschichten und eine Polymerelektrolytmembran, die zwischen den beiden Elektrodenkatalysatorschichten eingelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die obige Polymerelektrolytmembran ein Sulfonierungsprodukt eines Polymers ist, umfassend eine Hauptkette, worin zwei oder mehr divalente aromatische Gruppen direkt oder über Oxygruppen oder divalente Gruppen, die von aromatischen Gruppen verschieden sind, aneinander gebunden sind, und Seitenketten, umfassend aromatische zu sulfonierende Gruppen.
  • Als ein Ergebnis verschiedener Untersuchungen im Hinblick auf das oben beschriebene Polymer auf Kohlenwasserstoffbasis, das eine Polymerelektrolytmembran bildet, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung gefunden, dass eine Polymerelektrolytmembran mit einer ausgezeichneten Zähigkeit erhalten werden kann, indem das Verhältnis zwischen der Anzahl divalenter aromatischer Gruppen, die die Hauptkette des obigen Polymers bilden, und die Anzahl von Oxygruppen, die an die obigen aromatischen Gruppen binden, innerhalb eines spezifischen Bereichs eingestellt wird.
  • Daher ist unter einem ersten Aspekt die Elektrodenstruktur für eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass, vorausgesetzt, dass die Anzahl divalenter aromatischer Gruppen, die in der Hauptkette des obigen Polymers mit X bezeichnet wird und die Anzahl von Oxygruppen, die in der gleichen obigen Hauptkette enthalten sind, mit Y bezeichnet wird, der Wert X/Y innerhalb des Bereichs zwischen 2,0 und 9,0 ist.
  • In dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann, wenn der Wert X/Y, der das Verhältnis zwischen der Einheitenanzahl X divalenter aromatischer Gruppen, die in der Hauptkette des obigen Polymers enthalten sind, und der Einheitenanzahl Y von Oxygruppen, die in der gleichen obigen Hauptgruppe enthalten ist, innerhalb des Bereiches zwischen 2,0 und 9,0 ist, die obige Polymerelektrolytmembran ausgezeichnete Zähigkeit und Ionenleitfähigkeit aufweisen. Als ein Ergebnis kann eine Elektrodenstruktur leicht unter Verwendung der obigen Polymerelektrolytmembran hergestellt werden und weiterhin kann die erhaltene Elektrodenstruktur eine ausgezeichnete Energieerzeugungseffizienz aufweisen.
  • Wenn das obige X/Y kleiner als 2,0 ist, kann die obige Polymerelektrolytmembran eine ausreichende Ionenleitfähigkeit nicht erreichen. Wenn das X/Y 9,0 übersteigt, kann sie eine ausreichende Zähigkeit nicht erhalten.
  • Darüber hinaus haben als ein Ergebnis verschiedener Untersuchungen im Hinblick auf das oben beschriebene Polymer auf Kohlenwasserstoffbasis, das eine Polymerelektrolytmembran bildet, die Erfinder der vorliegenden Erfindung gefunden, dass der Grad der Hydrophobizität des obigen Polymers auf Kohlenwasserstoffbasis ausgedrückt werden kann als eine Funktion unter Verwendung der Anzahl von Gruppen, die eine zu sulfonierende aromatische Gruppe in einer Seitenkette davon aufweisen, der Anzahl von divalenten aromatischen Gruppen, die nicht sulfoniert werden können, und der Anzahl von Sauerstoffgruppen, in Bezug auf die Gesamtgruppen, die in der Hauptkette des obigen Polymers enthalten sind, und dass ein Polymer auf Kohlenwasserstoffbasis mit einer ausgezeichneten Oxidationsbeständigkeit erhalten werden kann durch Einstellen des obigen Hydrophobizitätsgrades innerhalb eines bestimmten Bereiches. Sie haben auch gefunden, dass eine Polymerelektrolytmembran mit einer ausgezeichneten Energieerzeugungseffizienz erhalten werden kann durch Sulfonieren des obigen Polymers auf Kohlenwasserstoffbasis, dessen Hydrophobizitätsgrad innerhalb eines bestimmten Bereichs ist, und dabei Einführen einer bestimmten Ionenaustauschkapazität.
  • So ist in einem zweiten Aspekt die Elektrodenstruktur für eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass, vorausgesetzt, dass die Anzahl von Gruppen, die zu Sulfonieren sind, mit A bezeichnet wird, die Anzahl von nicht-sulfonierten divalenten aromatischen Gruppen mit B bezeichnet wird, und die Anzahl von Oxygruppen mit C bezeichnet wird, im Hinblick auf die Gesamtgruppen, die in der Hauptkette des obigen Polymers enthalten sind, der Wert (B/C) × (B + C) – A innerhalb des Bereichs zwischen 35 und 380.
  • Unter dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Hydrophobizitätsgrad des obigen Polymers dargestellt als der Unterschied zwischen dem Hydrophiliegrad und dem Hydrophobizitätsgrad des obigen Polymers. Der Hydrophiliegrad wird hierin dargestellt durch die Anzahl von zu sulfonierenden Gruppen A in Bezug auf die gesamten Gruppen, die in der Hauptkette des obigen Polymers enthalten sind.
  • Auf der anderen Seite betrifft der Hydrophobizitätsgrad die Anzahl nichtsulfonierter divalenter aromatischer Gruppen B und die Anzahl von Oxygruppen C in Bezug auf die gesamten Gruppen, die in der Hauptkette des obigen Polymers enthalten sind. Wenn das Verhältnis B/C der Anzahl nicht-sulfonierter divalenter aromatischer Gruppen B zur Anzahl von Oxygruppen C groß wird, und die Summe beider Anzahlen B+C ebenfalls groß wird, wird der Hydrophobizitätsgrad hoch. Daher wird der obige Hydrophobizitätsgrad dargestellt durch (B/C) × (B + C).
  • Als ein Ergebnis wird der Hydrophobizitätsgrad des obigen Polymers dargestellt durch die Formel (I), die unten angegeben ist. Es sollte festgehalten werden, dass in der vorliegenden Beschreibung hier nachfolgend der obige Ausdruck „Hydrophobizitätsgrad" als „Hydrophobizitätsindex" bezeichnet wird. Hydrophobizitätsindex = (B/C) × (B + C) – A .... (I)
  • Unter dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wenn eine Elektrodenstruktur für eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle eine Polymerelektrolytmembran umfasst, erhalten durch Sulfonieren des obigen Polymers mit einem Hydrophobizitätsindex innerhalb des Bereichs zwischen 35 und 380, die Elektrodenstruktur ausgezeichnet hinsichtlich Oxidationsbeständigkeit und Energieerzeugungseffizienz. Wenn der Hydrophobizitätsindex kleiner als 35 oder größer als 380 ist, kann eine ausreichende Oxidationsbeständigkeit nicht erhalten werden.
  • Innerhalb jedes der obigen Aspekte der vorliegenden Erfindung umfasst die Hauptkette des obigen Polymers eine erste Wiederholungseinheit, dargestellt durch die folgende allgemeine Formel (1) und eine zweite Wiederholungseinheit, dargestellt durch die folgende allgemeine Formel (2), und kann weiterhin eine dritte Wiederholungseinheit umfassen, dargestellt durch die folgende allgemeine Formel (3):
    Figure 00070001
    worin A eine elektrodenziehende Gruppe bedeutet, B eine elektronenschiebende Gruppe bedeutet, n eine ganze Zahl von 0 oder 1 ist und ein Benzolring ein Derivat davon umfasst,
    Figure 00070002
    worin A eine elektronenziehende Gruppe bedeutet, Y -C(CF3)2- oder -SO2- bedeutet und ein Benzolring ein Derivat davon umfasst, und
    Figure 00080001
    worin B eine elektronenschiebende Gruppe bedeutet.
  • Es sollte festgehalten werden, dass der Ausdruck „elektronenziehende Gruppe" in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um eine divalente Gruppe zu bedeuten, wie etwa -CO-, -CONH-, -(CF2)p- (worin p eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist), -C(CF3)2-, -COO-, -SO- oder -SO2-, worin die Hammett-Substituentenkonstante 0,06 oder größer in der meta-Position einer Phenylgruppe ist und sie 0,01 oder größer in der para-Position davon ist. Es sollte ebenfalls festgehalten werden, dass der Ausdruck „elektronenschiebende Gruppe" hier verwendet wird, um eine divalente Gruppe zu bedeuten, wie etwa -O-, -S-, -CH=CH- oder -C≡C-.
  • Hierin tritt Sulfonierung nur an einem Benzolring auf, an welchen keine elektronenziehende Gruppe bindet. Demgemäß, wenn ein Polymer dessen Hauptkette die erste Wiederholungseinheit, dargestellt durch die allgemeine Formel (1), und die zweite Wiederholungseinheit, dargestellt durch die allgemeine Formel (2), umfasst, sulfoniert wird, wird keine Sulfonsäuregruppe entweder auf einen Benzolring der ersten Wiederholungseinheit, welcher zu der Hauptkette gehört oder einen Benzolring der zweiten Wiederholungseinheit eingeführt, jedoch sie wird nur auf Benzolringe eingeführt, welche zu den Seitenketten der ersten Wiederholungseinheit gehören. Daher wird in dem obigen Polymer das molare Verhältnis zwischen der ersten Wiederholungseinheit und der zweiten Wiederholungseinheit so eingestellt, um die Menge der eingebrachten Sulfonsäuregruppen zu steuern, sodass die Ionenleitfähigkeit einer Polymerelektrolytmembran eingestellt werden kann.
  • Zusätzlich umfasst die Hauptkette des obigen Polymers die dritte Wiederholungseinheit, dargestellt durch die allgemeine Formel (3), als auch die erste Wiederholungseinheit, dargestellt durch die allgemeine Formel (1), und die zweite Wiederholungseinheit, dargestellt durch die allgemeine Formel (2), sodass unter einem ersten Aspekt die Elektrodenstruktur eine Struktur annehmen kann, welche eine Biegefähigkeit dem Polymer verleiht, ohne eine Sulfonsäuregruppe einzuführen, während die Anzahl von Oxygruppen gesteuert wird. Andererseits wird unter dem zweiten Aspekt beim Steuern der Anzahl von Oxygruppen C zugelassen, dass die Anzahl nicht sulfonierter divalenter aromatischer Gruppen B ansteigt, sodass der Hydrophobizitätsindex gesteuert werden kann.
  • Die Elektrodenstruktur unter jedem der obigen Aspekte der vorliegenden Erfindung bildet eine Polymerelektrodenbrennstoffzelle, welche Energie erzeugt wenn oxidierendes Gas einer Seite der obigen Elektrodenstruktur und reduzierendes Gas der anderen Seite zugeführt wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine veranschaulichende Querschnittsansicht der Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Wert X/Y und der Zähigkeit der Polymerelektrolytmembran zeigt;
  • 3 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Wert X/Y und der Ionenleitfähigkeit der Polymerelektrolytmembran zeigt; und
  • 4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Hydrophobizitätsindex und der Oxidationsbeständigkeit der Polymerelektrolytmembran zeigt.
  • Beste Art zum Durchführen der Erfindung
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst die Elektrodenstruktur in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Paar von Elektrodenkatalysatorschichten 1, 1, eine Polymerelektrolytmembran 2, die zwischen beide der Elektrodenkatalysatorschichten 1, 1 eingelagert ist und Verstärkungsschichten 3, 3, die jeweils auf die Elektrodenkatalysatorschichten 1, 1 laminiert sind.
  • Die Elektrodenkatalysatorschicht 1 wird hergestellt durch Siebdrucken einer Katalysatorpaste, bestehend aus einem Katalysatorteilchen und einem Ionenleitenden Polymerbindemittel, auf die Verstärkungsschicht 3, sodass eine bestimmte Menge (z.B. 0,5 mg/cm2) Katalysator darauf zurückgehalten wird, und dann dessen Trocknen. Das obige Katalysatorteilchen besteht aus einem Platinteilchen, das durch Kohleschwarz (Rußschwarz) in einem bestimmten Gewichtsverhältnis (z.B. Kohleschwarz : Platin = 1 : 1) getragen wird. Die obige Katalysatorpaste wird hergestellt durch gleichmäßiges Dispergieren der obigen Katalysatorteilchen in einer Lösung, enthaltend ein Ionen-leitendes Polymerbindemittel, wie etwa ein Perfluoralkylensulfonsäurepolymer (z.B. Nafion (Marke) von DuPont) in einem bestimmten Gewichtsverhältnis (z.B. Katalysatorteilchen : Bindemittellösung = 1 : 1).
  • Die Verstärkungsschicht 3 besteht aus einer Substratschicht und einem Kohlepapier. Die obige Substratschicht wird gebildet durch Mischen von Kohleschwarz- und Polytetrafluorethylen (PTFE)-Teilchen in einem bestimmten Gewichtsverhältnis (z.B. Kohleschwarz : PTFE-Teilchen = 4 : 6), gleichmäßiges Dispergieren des erhaltenen Gemischs in einem Lösungsmittel, wie etwa Ethylenglykol, um eine Aufschlämmung zu erhalten, und Aufbringen der Aufschlämmung auf die eine Seite des obigen Kohlepapiers, gefolgt durch deren Trocknen. Die Katalysatorpaste, die auf die Verstärkungsschicht 3 siebgedruckt wurde, wird getrocknet, z.B. durch Trocknen bei 60 °C für 10 Minuten und dann Vakuumtrocknen bei 120 °C für 60 Minuten.
  • Die Polymerelektrolytmembran 2 ist ein Sulfonat eines Copolymers, erhalten durch Polymerisieren einer ersten Wiederholungseinheit, dargestellt durch die allgemeine Formel (1 ), die unten angegeben ist, und einer zweiten Wiederholungseinheit, dargestellt durch die allgemeine Formel (2), die unten angegeben ist, in einem vorbestimmten molaren Verhältnis. Alternativ ist die Polymerelektrolytmembran 2 ein Sulfonierungsprodukt eines Copolymers, erhalten durch Polymerisieren der ersten Wiederholungseinheit, dargestellt durch die gleiche allgemeine Formel (1), die unten angegeben ist, der zweiten Wiederholungseinheit, dargestellt durch die gleiche allgemeine Formel (2), die unten angegeben ist, und einer dritten Wiederholungseinheit, dargestellt durch die allgemeine Formel (3), die unten angegeben ist, in einem vorbestimmten molaren Verhältnis:
    Figure 00110001
    worin A eine elektronenziehende Gruppe bedeutet, B eine elektronenschiebende Gruppe bedeutet, n eine ganze Zahl von 0 oder 1 ist und ein Benzolring ein Derivat davon umfasst,
    Figure 00110002
    worin A eine elektronenziehende Gruppe bedeutet, Y -C(CF3)2- oder -SO2- bedeutet und ein Benzolring ein Derivat davon umfasst, und
    Figure 00120001
    worin B eine elektronenschiebende Gruppe bedeutet.
  • Ein Beispiel eines Monomers, das als die erste Wiederholungseinheit verwendet wird, dargestellt durch die obige allgemeine Formel (1), umfasst 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon, dargestellt durch die folgende Formel (4).
  • Beispiele eines Monomers, das als die zweite Wiederholungseinheit, dargestellt durch die obige allgemeine Formel (2), verwendet wird, umfasst 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan, dargestellt durch die folgende Formel (5) und 2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]sulfon, dargestellt durch die folgende Formel (6).
  • Ein Beispiel eines Monomers, das als die zweite Wiederholungseinheit, dargestellt durch die obige allgemeine Formel (3), verwendet wird, kann 4,4'-Dichlorbenzophenon umfassen.
  • Figure 00130001
  • Das obige Copolymer hat vorzugsweise ein Polymermolekulargewicht von 10.000 bis 1.000.000 bei einem Molekulargewicht im Gewichtsmittel, das unter Verwendung von Polystyrolkonversion gezeigt wird. Wenn das obige Polymermolekulargewicht weniger als 10.000 ist, kann eine mechanische Festigkeit, die bevorzugt als eine Polymerelektrolytmembran ist, nicht erhalten werden. Wenn sie 1.000.000 überschreitet, wie später beschrieben, nimmt die Löslichkeit ab oder die Viskosität der Lösung nimmt zu wenn das Polymer in einem Lösungsmittel gelöst wird, um eine Membran zu bilden und dadurch wird es schwierig das Polymer zu behandeln.
  • Hiernach wird konzentrierte Schwefelsäure zu dem obigen Copolymer zur Sulfonierung gegeben, sodass es eine Sulfonsäuregruppe in dem Bereich zwischen 0,5 und 3,.0 mg Äquivalent/g enthält. Wenn das erhaltene Sulfonierungsprodukt weniger als 0,5 mg Äquivalent/g Sulfonsäuregruppen enthält, kann es keine ausreichende Ionenleitfähigkeit erhalten. Wenn der Gehalt einer Sulfonsäuregruppe 3,0 mg Äquivalent/mg überschreitet, kann eine ausreichende Zähigkeit nicht erhalten werden und es wird schwierig das Sulfonat während der Herstellung einer Elektrodenstruktur zu behandeln, was später beschrieben werden wird.
  • Das Sulfonierungsprodukt des obigen Copolymers wird dann in N-Methylpyrrolidon gelöst, um eine Polymerelektrolytlösung herzustellen. Hiernach wird eine Membran aus der Polymerelektrolytlösung durch das Gießverfahren, gefolgt durch Trocknen in einem Ofen, gebildet, um z.B. die Polymerelektrolytmembran mit einer Trockenfilmdicke von 50 μm herzustellen.
  • Die Elektrodenstruktur, die in 1 gezeigt wird, wird erhalten durch Halten der Polymerelektrolytmembran 2 zwischen den Elektrodenkatalysatorschichten 1 der obigen Elektroden, gefolgt durch Heißpressen. Das Heißpressen wird z.B. durchgeführt bei 150 °C bei 2,5 MPa für 1 Minute.
  • Wenn ein Separator, der auch als eine Gaspassage wirkt, weiterhin auf jede der Verstärkungsschichten 3, 3 laminiert wird, bildet die Elektrodenstruktur, die in 1 gezeigt wird, eine Polymerelektrodenbrennstoffzelle, welche Energie erzeugt durch Zuführen von oxidierendem Gas auf einer Seite der obigen Elektrodenstruktur und von reduzierendem Gas auf der anderen Seite.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist in dem obigen Copolymer, das ein Polymer ist, das die Polymerelektrolytmembran 2 bildet, wenn die Anzahl divalenter aromatischer Gruppen, die in seiner Hauptkette enthalten sind, mit X bezeichnet wird, und die Anzahl von Oxygruppen (-O-), die in seiner Hauptkette enthalten sind, mit Y bezeichnet wird, der Wert X/Y innerhalb des Bereiches zwischen 2,0 und 9,0, sodass die obige Polymerelektrolytmembran eine ausgezeichnete Zähigkeit und ausgezeichnete Ionenleitfähigkeit erhalten kann.
  • Als nächstes wird unten ein Verfahren zum Berechnen des Werts X/Y erklärt werden.
  • Zum Beispiel werden 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), 4,4'-Dichlorbenzophenon (die dritte Wiederholungseinheit) und 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), polymerisiert in einem molaren Verhältnis von p : q : r, um ein Copolymer zu erhalten, dargestellt durch die folgende Formel (7).
  • Figure 00150001
  • Hierin umfasst in der Hauptkette des Copolymers der obigen Formel (7) die obige erste Wiederholungseinheit nur divalente Gruppen von 4'-(4-Phenoxyphenoxy)benzophenon und so umfasst sie eine divalente aromatische Gruppe und keine Oxygruppe. Darüber hinaus umfasst die obige zweite Wiederholungseinheit sechs Phenylengruppen (-C6H4-) als divalente aromatische Gruppen und zwei Oxygruppen. Darüber hinaus umfasst in der Hauptkette des Copolymers der obigen Formel (7) die obige dritte Wiederholungseinheit zwei Phenylengruppen (-C6H4-) als divalente aromatische Gruppen und keine Oxygruppe.
  • Demgemäß kann in der Hauptkette des Copolymers der obigen Formel (7) die Anzahl divalenter aromatischer Gruppen X berechnet werden unter Verwendung der Formel X = 1 × p + 6 × r + 2 × q und die Anzahl von Oxygruppen Y kann berechnet werden unter Verwendung von Y = 2 × r. Als ein Ergebnis wird der Wert X/Y berechnet unter Verwendung der folgenden Formel (II): X/Y = (1 × p + 6 × r + 2 × q)/2 × r .... (II)
  • Als nächstes ist in der Elektrodenstruktur in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn die Anzahl von Gruppen, an welche aromatische zu sulfonierende Gruppen als Seitenketten binden, mit A bezeichnet wird, die Anzahl von nichtsulfonierten divalenten aromatischen Gruppen mit B bezeichnet wird und die Anzahl von Oxygruppen mit C bezeichnet wird, im Hinblick auf die Gesamtgruppen, die in der Hauptkette des obigen Copolymers, das ein Polymer ist, das die Polymerelektrolytmembran 2 bildet, ein Wert des Hydrophobizitätsindex, dargestellt durch die Formel (B/C) × (B + C) – A, innerhalb des Bereichs von 35 bis 380. Mit Ausnahme des obigen Unterschieds hat die Elektrodenstruktur in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Struktur, die vollständig identisch mit der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist. In der zweiten Ausführungsform ist in dem obigen Copolymer, das ein Polymer ist, das die Polymerelektrolytmembran bildet, der Hydrophobizitätsindex innerhalb des obigen Bereichs, sodass die obige Polymerelektrolytmembran eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit erhalten kann.
  • Darüber hinaus, wenn ein Separator, der auch als eine Gaspassage wirkt, weiterhin auf jede der Verstärkungsschichten 3, 3 laminiert wird, bildet die Elektrodenstruktur in der vorliegenden Erfindung eine Polymerelektrodenbrennstoffzelle, welche Energie durch Zuführen von oxidierendem Gas auf einer Seite der obigen Elektrodenstruktur und reduzierendem Gas auf der anderen Seite erzeugt.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zum Berechnen des obigen Hydrophobizitätsindex unten erklärt werden.
  • Zum Beispiel werden 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), 4,4'-Dichlorbenzophenon (die dritte Wiederholungseinheit) und 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5) in einem molaren Verhältnis von p : q : r polymerisiert, um ein Copolymer zu erhalten, dargestellt durch die folgende Formel (7):
    Figure 00170001
  • Hierin tritt Sulfonierung nur an einem Benzolring auf, an welchen keine elektronenziehende Gruppe bindet. Demgemäß wird in dem Copolymer der obigen Formel (7) eine Sulfonsäuregruppe nur in einen Benzolring der Seitenkette der ersten Wiederholungseinheit eingeführt. Da die erste Wiederholungseinheit selbst eine Gruppe in der Hauptkette des obigen Copolymers ist, ist die Anzahl von zu sulfonierenden Gruppen A = p.
  • In dem Copolymer der obigen Formel (7) bedeutet eine divalente aromatische Gruppe einen Benzolring in jeder Wiederholungseinheit. Demgemäß ist die Anzahl nicht sulfonierter divalenter aromatischer Gruppen 0 in der ersten Wiederholungseinheit, 2 in der dritten Wiederholungseinheit und 6 in der zweiten Wiederholungseinheit. Daher ist die Anzahl nichtsulfonierter divalenter aromatischer Gruppen B = 2q + 6r. Darüber hinaus ist in dem Copolymer der obigen Formel (7) die Anzahl von Oxygruppen 0 in den ersten und dritten Wiederholungseinheiten und 2 in der zweiten Wiederholungseinheit. Daher ist die Anzahl von Oxygruppen C = 2r.
  • Als ein Ergebnis wird der Hydrophobizitätsindex unter Verwendung der folgenden Formel (III) berechnet: (B/C) × (B + C) – A = {(2q + 6r)/2r} × (2q + 8r) – p (III)
  • Als nächstes wird die vorliegende Erfindung in den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben werden.
  • Beispiel 1
  • In dem vorliegenden Beispiel wurden zuerst 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), 4,4'-Dichlorbenzophenon (die dritte Wiederholungseinheit) und 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5) in einem molaren Verhältnis von 6 : 2 : 2 polymerisiert, um ein Copolymer (p : q : r = 6 : 2 : 2) zu erhalten, dargestellt durch die folgende Formel (7):
    Figure 00180001
  • Hiernach wurde konzentrierte Schwefelsäure zu dem obigen Copolymer zur Sulfonierung zugegeben, um ein Sulfonierungsprodukt zu erhalten, das eine Ionenaustauschkapazität von 2,0 mÄq/g aufweist. Hiernach wurde das Sulfonat des obigen Copolymers in N-Methylpyrrolidon gelöst, um eine Polymerelektrolytlösung herzustellen. Eine Membran wurde aus der Polymerelektrolytlösung durch das Gießverfahren, gefolgt durch Trocknen in einem Ofen gebildet, um eine Membran herzustellen, die eine Trockenfilmdicke von 50 μm aufweist und die Membran wurde als die Polymerelektrolytmembran 2 verwendet.
  • Nachfolgend wurde ein Platinteilchen auf Kohleschwarz (Rußschwarz) in einem Gewichtsverhältnis von Kohleschwarz : Platin = 1 : 1 aufgenommen, um ein Katalysatorteilchen herzustellen. Dann wurde unter Verwendung einer Lösung, enthaltend ein Perfluoralkylensulfonsäurepolymer (z.B. Nafion (Marke) von DuPont) als ein ionenleitendes Polymerbindemittel, die obigen Katalysatorteilchen gleichmäßig in dem Bindemittel in einem Gewichtsverhältnis von Bindemittel : Kohleschwarz = 1 : 1 gemischt, um eine Katalysatorpaste herzustellen.
  • Hiernach wurden Kohleschwarz- mit Polyetetrafluorethylen (PTFE)-Teilchen in einem Gewichtsverhältnis von Kohleschwarz : PTFE-Teilchen = 4 : 6 gemischt. Das erhaltene Gemisch wurde gleichmäßig in einem Lösungsmittel, wie etwa Ethylenglykol, dispergiert, um eine Aufschlämmung zu erhalten. Die erhaltene Aufschlämmung wurde auf eine Seite des obigen Kohlepapiers aufgebracht, gefolgt durch deren Trocknen, um eine Substratschicht zu erhalten. Dann wurden zwei der Verstärkungsschichten 3 hergestellt, wobei jede von diesen aus der Substratschicht und dem Kohlepapier bestand.
  • Hiernach wurde die obige Katalysatorpaste auf jede der obigen Verstärkungsschichten 3 siebgedruckt, sodass 0,5 mg/cm2 Platin darauf zurückgehalten wurden. Dann wurde ein Trocknen durchgeführt, um eine Elektrodenkatalysatorschicht 1 herzustellen. Auf diese Art wurde ein Paar von Elektroden hergestellt, wobei jede von diesen aus der Elektrodenkatalysatorschicht 1 und der Verstärkungsschicht 3 bestand.
  • Hiernach wurde die Polymerelektrolytmembran 2 zwischen den Elektrodenkatalysatorschichten 1 der obigen Elektroden gehalten und sie wurden heißgepresst, um die Elektrodenstruktur, wie in 1 gezeigt, zu bilden.
  • In dem vorliegenden Beispiel ist, da p : q : r = 6 : 2 : 2 X = 22 und Y = 4. Demgemäß ist X/Y = 5,5 gemäß der obigen Formel (II).
  • Nachfolgend wurden im Hinblick auf die Elektrodenstruktur des vorliegenden Beispiels die Zähigkeit und Ionenleitfähigkeit der Polymerelektrolytmembran 2 und die Energieerzeugungseffizienz der Elektrodenstruktur beurteilt.
  • Die Polymerelektrolytmembran 2 wurde zu einem Dumbbell-Körper verarbeitet, beurteilt gemäß JIS 7, und die Dehnungsreißfestigkeit wurde unter den Bedingungen eines Abstands zwischen den Halterungen von 20 mm, einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von 50 mm/min, einer Temperatur von 25 °C und einer relativen Feuchtigkeit von 50 % gemessen. Die erhaltene Dehnungsreißfestigkeit wurde als Zähigkeit definiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Die Beziehung zwischen dem Wert X/Y und der Zähigkeit (Dehnungsreißfestigkeit) ist in 2 gezeigt.
  • Im Hinblick auf die Ionenleitfähigkeit wurde die Polymerelektrolytmembran 2 zwischen zwei Platinelektroden gehalten und die Ionenleitfähigkeit der Membran wurde dann durch das alternierende Zweipolverfahren (Frequenz: 10 kHz) unter den Bedingungen einer Temperatur von 85 °C und einer relativen Feuchtigkeit von 90 % gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Die Beziehung zwischen dem Wert X/Y und der Ionenleitfähigkeit ist in 3 gezeigt.
  • Die Energieerzeugungseffizienz wurde wie folgt beurteilt. Die obige Elektrodenstruktur wurde für eine Einzelzelle verwendet. Luft wurde auf eine Verstärkungsschicht 3 als eine Sauerstoffelektrode zugeführt, während reiner Wasserstoff der anderen Verstärkungsschicht 3 als eine Brennstoffelektrode zugeführt wurde, um elektrische Energie zu erzeugen. Die Energieerzeugungsbedingungen waren eine Temperatur von 90 °C, eine relative Feuchtigkeit von 50 % auf der Brennstoffelektrodenseite und eine relative Feuchtigkeit von 80 % auf der Sauerstoffelektrodenseite. Die Zellspannung wurde bei einer Stromdichte von 0,5 A/cm2 gemessen. Wenn die gemessene Zellspannung 0,4V oder größer war, wurde befunden, dass die Zelle eine gute Energieerzeugungseffizienz hatte. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • Beispiel 2
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), 4,4'-Dichlorbenzophenon (die dritte Wiederholungseinheit) und 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5) in einem Molverhältnis von 6 : 3 : 1 polymerisiert wurden, um ein Copolymer (p : q : r = 6 : 3 : 1), dargestellt durch die obige Formel (7), zu erhalten.
  • Im vorliegenden Beispiel ist X = 18 und Y = 2, da p : q : r = 6 : 3 : 1 ist. Demgemäß ist X/Y = 9,0 entsprechend der obigen Formel (II).
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur in dem vorliegenden Beispiel die Zähigkeit, die Ionenleitfähigkeit und die Energieerzeugungseffizienz auf die gleiche Art wie in Beispiel 1 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und in den 2 und 3 gezeigt.
  • Beispiel 3
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde die in 1 erhaltene Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 1 erhalten mit der Ausnahme, dass 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), 4,4'-Dichlorbenzophenon (die dritte Wiederholungseinheit) und 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl)-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), in einem molaren Verhältnis von 6 : 1 : 3 polymerisiert wurden, um ein Copolymer (p : q : r = 6 : 1 3), dargestellt durch die obige Formel (7), zu erhalten.
  • In dem vorliegenden Beispiel ist X = 26 und Y = 6, da p : q : r = 6 : 1 : 3. Demgemäß ist X/Y = 4,3, entsprechend der obigen Formel (II).
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur des vorliegenden Beispiels die Zähigkeit, die Ionenleitfähigkeit und die Energieerzeugungseffizienz auf dieselbe Art wie in Beispiel 1 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und in den 2 und 3 gezeigt.
  • Beispiel 4
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), polymerisiert mit 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), in einem molaren Verhältnis von 5 : 5, wobei überhaupt kein 4,4'-Dichlorbenzophenon (die dritte Wiederholungseinheit) verwendet wurde, um ein Copolymer (p : r = 5 : 5), dargestellt durch Formel (8), die unten angegeben ist, zu erhalten. Dann wurde das Sulfonierungsprodukt des erhaltenen Copolymers als die Polymerelektrolytmembran 2 verwendet. Abgesehen von dem obigen Unterschied wurde die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 1 erhalten.
  • Figure 00220001
  • Das Copolymer der Formel (8) entspricht dem Fall, worin q = 0 in dem obigen Copolymer der Formel (7). Demgemäß können X, Y und X/Y auf dieselbe Art wie in Beispiel 1 berechnet werden. In dem vorliegenden Beispiel ist X = 35 und Y = 10, da p : r = 5 : 5 und q = 0. Demgemäß ist X/Y = 3,5 entsprechend der obigen Formel (II).
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur des vorliegenden Beispiels die Zähigkeit, die Ionenleitfähigkeit und die Energieerzeugungseffizienz auf dieselbe Art wie in Beispiel 1 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und in den 2 und 3 gezeigt.
  • Beispiel 5
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), polymerisiert mit 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), in einem molaren Verhältnis von 9 : 1, wobei überhaupt kein 4,4'-Dichlorbenzophenon (die dritte Wiederholungseinheit) verwendet wurde, um ein Copolymer (p : r = 9 : 1), dargestellt durch die obige Formel (8), zu erhalten. Dann wurde das Sulfonierungsprodukt des erhaltenen Copolymers als die Polymerelektrolytmembran 2 verwendet. Abgesehen von dem obigen Unterschied wurde die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 1 erhalten.
  • In dem vorliegenden Beispiel ist X = 15 und Y = 2, da p : r = 9 : 1 und q = 0. Demgemäß ist X/Y = 7,5 entsprechend der obigen Formel (II).
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur des vorliegenden Beispiels die Zähigkeit, die Ionenleitfähigkeit und die Energieerzeugungseffizienz auf dieselbe Art wie in Beispiel 1 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und in den 2 und 3 gezeigt.
  • Beispiel 6
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), polymerisiert mit 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), in einem molaren Verhältnis von 9 : 15, wobei überhaupt kein 4,4'-Dichlorbenzophenon (die dritte Wiederholungseinheit) verwendet wurde, um ein Copolymer (p : r = 9 : 15), dargestellt durch die obige Formel (8), zu erhalten. Dann wurde das Sulfonierungsprodukt des erhaltenen Copolymers als die Polymerelektrolytmembran 2 verwendet. Abgesehen von dem obigen Unterschied wurde die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 1 erhalten.
  • In dem vorliegenden Beispiel ist X = 99 und Y = 30, da p : r = 9 : 15 und q = 0. Demgemäß ist X/Y = 3,3 entsprechend der obigen Formel (II).
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur des vorliegenden Beispiels die Zähigkeit, die Ionenleitfähigkeit und die Energieerzeugungseffizienz auf dieselbe Art wie in Beispiel 1 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und in den 2 und 3 gezeigt.
  • Beispiel 7
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass ein Polyethercopolymer, dargestellt durch die Formel (9), welche unten angegeben ist, anstelle des durch die obige Formel (7) dargestellten Copolymers verwendet wurde und dass ein Sulfonierungsprodukt mit einer Ionenaustauschkapazität von 1,5 mÄq/g, erhalten durch Zugeben von konzentrierter Schwefelsäure zu dem Polyethercopolymer zur Sulfonierung, als die Polymerelektrolytmembran 2 verwendet wurde.
  • Figure 00250001
  • Die Hauptkette des Polyethercopolymers der obigen Formel (9) enthält vier Phenylengruppen als divalente aromatische Gruppen und zwei Oxygruppen. Demgemäß ist im vorliegenden Beispiel X = 4, Y = 2 und X/Y = 2,0.
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur in dem vorliegenden Beispiel die Zähigkeit, die Ionenleitfähigkeit und die Energieerzeugungseffizienz auf dieselbe Art wie in Beispiel 1 beurteilt. Die Ergebnisse sind wie in Tabelle 1 und in den 2 und 3 gezeigt.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • In dem vorliegenden Vergleichsbeispiel wurde die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), 4,4'-Dichlorbenzophenon (die dritte Wiederholungseinheit) und 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), in einem molaren Verhältnis von 5 : 4 : 1 polymerisiert wurden, um ein Copolymer zu erhalten (p : q r = 5 : 4 : 1), dargestellt durch die obige Formel (7).
  • In dem vorliegenden Vergleichsbeispiel ist X = 19 und Y = 2, da p : q : r = 5 : 4 1. Demgemäß ist X/Y = 9,5, entsprechend der obigen Formel (II).
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur des vorliegenden Vergleichsbeispiels die Zähigkeit, die Ionenleitfähigkeit und die Energieerzeugungseffizienz auf dieselbe Art wie in Beispiel 1 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und in den 2 und 3 gezeigt.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • In dem vorliegenden Vergleichsbeispiel wurde die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), 4,4'-Dichlorbenzophenon (die dritte Wiederholungseinheit) und 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), in einem molaren Verhältnis von 4 : 5 : 1 polymerisiert wurden, um ein Copolymer zu erhalten (p : q r = 4 : 5 : 1), dargestellt durch die obige Formel (7).
  • In dem vorliegenden Vergleichsbeispiel ist X = 20 und Y = 2, da p : q : r = 4 : 5 1. Demgemäß ist X/Y = 10,0, entsprechend der obigen Formel (II).
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur des vorliegenden Vergleichsbeispiels die Zähigkeit, die Ionenleitfähigkeit und die Energieerzeugungseffizienz auf dieselbe Art wie in Beispiel 1 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und in den 2 und 3 gezeigt.
  • Vergleichsbeispiel 3
  • In dem vorliegenden Vergleichsbeispiel wurde die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass Polyetheretherketon, dargestellt durch Formel (10), welche unten angegeben ist, anstelle des Copolymers verwendet wurde, das durch die obige Formel (7) dargestellt wird, und dass ein Sulfonat mit einer Ionenaustauschkapazität von 1,5 mÄq/g erhalten wurde durch Zugeben von konzentrierter Schwefelsäure zu dem Polyetheretherketon zur Sulfonierung und es als die Polymerelektrolytmembran 2 verwendet wurde.
  • Figure 00270001
  • Die Hauptkette des Polyetheretherketons der obigen Formel (10) enthält drei Phenylengruppen als divalente aromatische Gruppen und zwei Oxygruppen. Demgemäß ist im vorliegenden Vergleichsbeispiel X = 3, Y = 2 und X/Y = 1,5. Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur in dem vorliegenden Vergleichsbeispiel die Zähigkeit, die Ionenleitfähigkeit und die Energieerzeugungseffizienz auf dieselbe Art wie in Beispiel 1 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und in den 2 und 3 gezeigt.
  • Tabelle 1
    Figure 00270002
    • Energieerzeugungseffizienz:
    • G ... Eine Zellspannung von 0,4 V oder größer bei einer Stromdichte von 5 A/cm2
    • P ... Eine Zellspannung von weniger als 0,4 V bei einer Stromdichte von 5 A/cm2
  • In den Elektrodenstrukturen der Beispiele 1 bis 7 ist der Wert X/Y, d.h. das Verhältnis zwischen der Anzahl X divalenter aromatischer Gruppen, die in der Hauptkette des Polymers umfasst sind, das die Polymerelektrolytmembran 2 bildet, und die Anzahl Y von Oxygruppen, die in der gleichen obigen Hauptkette umfasst sind, innerhalb des Bereichs zwischen 2,0 und 9,0. Wie aus den in Tabelle 1 und in den 2 und 3 gezeigten Ergebnissen deutlich wird, umfassen alle diese Elektrodenstrukturen die Polymerelektrolytmembran 2, die eine ausgezeichnete Zähigkeit (Zugreissdehnung) und Ionenleitfähigkeit aufweist, und weiterhin haben sie gute Energieerzeugungseffizienz bzw. Stromerzeugungseffizienz.
  • Im Gegensatz hierzu sind die Elektrodenstrukturen der Vergleichsbeispiele 1 und 2, worin das obige X/Y in der Hauptkette des Polymers, das die Polymerelektrolytmembran 2 bildet, 9,0 übersteigt, ausgezeichnet in der Ionenleitfähigkeit ihrer Polymerelektrolytmembran 2, jedoch sind sie deutlich schlecht in der Zähigkeit derselben obigen Membran 2. Zusätzlich ist die Elektrodenstruktur von Vergleichsbeispiel 3, worin das obige X/Y in der Hauptkette des Polymers, das die Polymerelektrolytmembran 2 bildet, kleiner als 2,0 ist, ausgezeichnet in der Zähigkeit der Membran 2, jedoch ist sie deutlich schlecht in der Ionenleitfähigkeit der Membran und ihre Energieerzeugungseffizienz ist ebenfalls unzureichend.
  • Beispiel 8
  • In dem vorliegenden Beispiel wurden zuerst 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), 4,4'-Dichlorbenzophenon (die dritte Wiederholungseinheit) und 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), in einem Molverhältnis von 6 : 2 : 2 polymerisiert, um ein Copolymer (p : q : r = 6 : 2 : 2), dargestellt durch die folgende Formel (7), herzustellen:
    Figure 00290001
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde der Hydrophobizitätsindex des obigen Copolymers berechnet unter Verwendung der obigen Formel (III) und er zeigt, dass (B/C) × (B + C) – A = (16/4) × (16 + 4) – 6 = 74.
  • Hiernach wurde konzentrierte Schwefelsäure zu dem obigen Copolymer zur Sulfonierung gegeben, um ein Sulfonat zu erhalten, das eine Ionenaustauschkapazität von 2,0 mÄq/g aufweist. Hiernach wurde das Sulfonierungsprodukt des obigen Copolymers in N-Methylpyrrolidon gelöst, um eine Polymerelektrolytlösung herzustellen. Eine Membran wurde aus der Polymerelektrolytlösung gebildet durch Gießen gefolgt durch Trocknen in einem Ofen, um eine Membran herzustellen, die eine Trockenfilmdicke von 50 μm aufweist, und die Membran wurde als die Polymerelektrolytmembran 2 verwendet.
  • Nachfolgend wurde ein Platinteilchen von Kohleschwarz (Rußschwarz) in einem Gewichtsverhältnis von Kohleschwarz : Platin = 1 : 1 aufgenommen, um ein Katalysatorteilchen herzustellen. Dann wurden unter Verwendung einer Lösung, die ein Perfluoralkylensulfonsäurepolymer (z.B. Nafion (Marke) von DuPont) als ein ionenleitendes Polymerbindemittel enthält, die obigen Katalysatorteilchen gleichmäßig in dem Bindemittel in einem Gewichtsverhältnis von Bindemittel Kohleschwarz = 1 : 1 dispergiert, um eine Katalysatorpaste herzustellen.
  • Hiernach wurde Kohleschwarz mit Polytetrafluorethylen (PTFE)-Teilchen in einem Gewichtsverhältnis von Kohleschwarz : PTFE-Teilchen = 4 : 6 gemischt.
  • Das erhaltene Gemisch wurde gleichmäßig in einem Lösungsmittel, wie etwa Ethylenglykol dispergiert, um eine Aufschlämmung zu erhalten. Die erhaltene Aufschlämmung wurde auf die eine Seite des obigen Kohlepapiers aufgebracht, gefolgt durch deren Trocknen, um eine Substratschicht zu erhalten. Dann wurden zwei Verstärkungsschichten 3 hergestellt, wobei jede von diesen aus der Substratschicht und Kohlepapier bestand.
  • Hiernach wurde die obige Katalysatorpaste auf jede der obigen Verstärkungsschichten 3 siebgedruckt, sodass 0,5 mg/cm2 Platin darauf zurückgehalten wurden. Dann wurde ein Trocknen durchgeführt, um eine Elektrodenkatalysatorschicht 1 herzustellen. Auf diese Art wurde ein Paar von Elektroden hergestellt, wobei jede von diesen aus der Elektrodenkatalysatorschicht 1 und der Verstärkungsschicht 3 bestand.
  • Hiernach wurde die Polymerelektrolytmembran 2 zwischen den Elektrodenkatalysatorschichten 1 der obigen Elektroden gehalten und sie wurden dann heißgepresst, um die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur zu erhalten.
  • Nachfolgend wurden im Hinblick auf die Elektrodenstruktur in dem vorliegenden Beispiel die Oxidationsbeständigkeit der Polymerelektrolytmembran 2 und die Energieerzeugungseffizienz der Elektrodenstruktur beurteilt.
  • Die Oxidationsbeständigkeit der Polymerelektrolytmembran 2 wurde wie folgt gemessen. Die Polymerelektrolytmembran 2 wurde für 9 Stunden in eine wässrige Lösung (Fenton's Reagenz) bei 40 °C eingetaucht, die 3 % H2O2 und Fe in einer Konzentration von 20 ppm enthielt, und dann wurde ihre Gewichtsverringerungsrate (%) gemessen. Die Oxidationsbeständigkeit war definiert als eine solche Gewichtsverringerungsrate. Die obige Gewichtsverringerungsrate zeigt die Menge der Polymerelektrolytmembran 2, die in dem obigen Reagenz gelöst wird. Umso kleiner die Zahl, umso höher ist die Oxidationsbeständigkeit. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Zusätzlich ist in 4 die Beziehung zwischen dem Hydrophobizitätsindex und der Oxidationsbeständigkeit (Gewichtsverringerungsrate) gezeigt.
  • Die Energieerzeugungseffizienz wurde wie folgt beurteilt. Die obige Elektrodenstruktur wurde für eine Einzelzelle verwendet. Die Beurteilung wurde durchgeführt durch Zuführen von Luft an einer Verstärkungsschicht 3 als eine Sauerstoffelektrode und von reinem Wasserstoff an der anderen Verstärkungsschicht 3 als eine Brennstoffelektrode, um Energie zu erzeugen. Energieerzeugungsbedingungen waren eine Temperatur von 90 °C, eine relative Feuchtigkeit von 50 % auf der Brennstoffelektrodenseite und eine relative Feuchtigkeit von 80 % auf der Sauerstoffelektrodenseite. Die Zellspannung wurde bei einer Stromdichte von 0,5 A/cm2 gemessen. Wenn die gemessene Zellspannung über 0,4 V oder größer war, wurde beurteilt, dass die Zelle eine gute Energieerzeugungseffizienz aufwies. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
  • Beispiel 9
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 8 erhalten, mit der Ausnahme, dass 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), 4,4'-Dichlorbenzophenon (die dritte Wiederholungseinheit) und 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), in einem molaren Verhältnis von 6 : 3 : 1 polymerisiert wurden, um ein Copolymer (p : q : r = 6 : 3 : 1), dargestellt durch die obige Formel (7), zu erhalten.
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde, da p : q : r = 6 : 3 : 1, der Hydrophobizitätsindex des obigen Copolymers berechnet unter Verwendung der obigen Formel (III) und er zeigt, dass (B/C) × (B + C) – A = 78.
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur in dem vorliegenden Beispiel die Oxidationsbeständigkeit der Polymerelektrolytmembran 2 und die Energieerzeugungseffizienz der Elektrodenstruktur auf dieselbe Art wie in Beispiel 8 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und in 4 gezeigt.
  • Beispiel 10
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 8 erhalten, mit der Ausnahme, dass 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), 4,4'-Dichlorbenzophenon (die dritte Wiederholungseinheit) und 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), in einem molaren Verhältnis von 6 : 1 : 3 polymerisiert wurden, um ein Copolymer (p : q : r = 6 : 1 : 3), dargestellt durch die obige Formel (7), zu erhalten.
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde, da p : q : r = 6 : 1 : 3, der Hydrophobizitätsindex des obigen Copolymers berechnet unter Verwendung der obigen Formel (III) und er zeigt, dass (B/C) × (B + C) – A = 80.
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur in dem vorliegenden Beispiel die Oxidationsbeständigkeit der Polymerelektrolytmembran 2 und die Energieerzeugungseffizienz der Elektrodenstruktur auf dieselbe Art wie in Beispiel 8 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und in 4 gezeigt.
  • Beispiel 11
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 8 erhalten, mit der Ausnahme, dass 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), 4,4'-Dichlorbenzophenon (die dritte Wiederholungseinheit) und 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), in einem molaren Verhältnis von 5 : 4 : 1 polymerisiert wurden, um ein Copolymer (p : q : r = 5 : 4 : 1), dargestellt durch die obige Formel (7), zu erhalten.
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde, da p : q : r = 5 : 4 : 1, der Hydrophobizitätsindex des obigen Copolymers berechnet unter Verwendung der obigen Formel (III) und er zeigt, dass (B/C) × (B + C) – A = 107.
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur in dem vorliegenden Beispiel die Oxidationsbeständigkeit der Polymerelektrolytmembran 2 und die Energieerzeugungseffizienz der Elektrodenstruktur auf dieselbe Art wie in Beispiel 8 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und in 4 gezeigt.
  • Beispiel 12
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 8 erhalten, mit der Ausnahme, dass 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), 4,4'-Dichlorbenzophenon (die dritte Wiederholungseinheit) und 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), in einem molaren Verhältnis von 4 : 5 : 1 polymerisiert wurden, um ein Copolymer (p : q : r = 4 : 5 : 1), dargestellt durch die obige Formel (7), zu erhalten.
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde, da p : q : r = 4 : 5 : 1, der Hydrophobizitätsindex des obigen Copolymers berechnet unter Verwendung der obigen Formel (III) und er zeigt, dass (B/C) × (B + C) – A = 140.
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur in dem vorliegenden Beispiel die Oxidationsbeständigkeit der Polymerelektrolytmembran 2 und die Energieerzeugungseffizienz der Elektrodenstruktur auf dieselbe Art wie in Beispiel 8 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und in 4 gezeigt.
  • Beispiel 13
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 8 erhalten, mit der Ausnahme, dass 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), 4,4'-Dichlorbenzophenon (die dritte Wiederholungseinheit) und 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), in einem molaren Verhältnis von 3 : 1 : 1 polymerisiert wurden, um ein Copolymer (p : q : r = 3 : 1 : 1), dargestellt durch die obige Formel (7), zu erhalten.
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde, da p : q : r = 3 : 1 : 1 der Hydrophobizitätsindex des obigen Copolymers berechnet unter Verwendung der obigen Formel (III) und er zeigt, dass (B/C) × (B + C) – A = 37.
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur in dem vorliegenden Beispiel die Oxidationsbeständigkeit der Polymerelektrolytmembran 2 und die Energieerzeugungseffizienz der Elektrodenstruktur auf dieselbe Art wie in Beispiel 8 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und in 4 gezeigt.
  • Beispiel 14
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4) mit 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), in einem molaren Verhältnis von 9 : 8 polymerisiert, um ein Copolymer (p : r = 9 : 8), dargestellt durch die unten angegebene Formel (8), zu erhalten. Das so erhaltene Copolymer wurde anstelle des Copolymers der obigen Formel (7) verwendet. Konzentrierte Schwefelsäure wurde zu dem Copolymer der Formel (8) zur Sulfonierung gegeben, um ein Sulfonierungsprodukt mit einer Ionenaustauschkapazität von 1,9 mÄq/g zu erhalten. Abgesehen von den obigen Unterschieden wurde die in 1 erhaltene Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 8 erhalten.
  • Figure 00350001
  • Das Copolymer der Formel (8) entspricht dem Fall worin q = 0 in dem obigen Copolymer der Formel (7). In dem vorliegenden Beispiel wurde der Hydrophobizitätsindex des obigen Copolymers berechnet unter Verwendung der obigen Formel (III), da p : r = 9 : 8, und er zeigt, dass (B/C) × (B + C) – A = 183.
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur in dem vorliegenden Beispiel die Oxidationsbeständigkeit der Polymerelektrolytmembran 2 und die Energieerzeugungseffizienz der Elektrodenstruktur auf dieselbe Art wie in Beispiel 8 berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und in 4 gezeigt.
  • Beispiel 15
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4) mit 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), in einem molaren Verhältnis von 9 : 12 polymerisiert, um ein Copolymer (p : r = 9 : 12), dargestellt durch die obige Formel (8), zu erhalten. Das so erhaltene Copolymer wurde anstelle des Copolymers der obigen Formel (7) verwendet. Konzentrierte Schwefelsäure wurde zu dem Copolymer der Formel (8) zur Sulfonierung gegeben, um ein Sulfonierungsprodukt mit einer Ionenaustauschkapazität von 2,0 mÄq/g zu erhalten. Abgesehen von den obigen Unterschieden wurde die in 1 erhaltene Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 8 erhalten.
  • Das Copolymer der Formel (8) entspricht dem Fall worin q = 0 in dem obigen Copolymer der Formel (7). In dem vorliegenden Beispiel wurde der Hydrophobizitätsindex des obigen Copolymers berechnet unter Verwendung der obigen Formel (III), da p : r = 9 : 12, und er zeigt, dass (B/C) × (B + C) – A = 279.
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur in dem vorliegenden Beispiel die Oxidationsbeständigkeit der Polymerelektrolytmembran 2 und die Energieerzeugungseffizienz der Elektrodenstruktur auf dieselbe Art wie in Beispiel 8 berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und in 4 gezeigt.
  • Beispiel 16
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4) mit 2,2-bis[(4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), in einem molaren Verhältnis von 9 : 15 polymerisiert, um ein Copolymer (p : r = 9 : 15), dargestellt durch die obige Formel (8), zu erhalten. Das so erhaltene Copolymer wurde anstelle des Copolymers der obigen Formel (7) verwendet. Konzentrierte Schwefelsäure wurde zu dem Copolymer der Formel (8) zur Sulfonierung gegeben, um ein Sulfonierungsprodukt mit einer Ionenaustauschkapazität von 2,0 mÄq/g zu erhalten. Abgesehen von den obigen Unterschieden wurde die in 1 erhaltene Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 8 erhalten.
  • Das Copolymer der Formel (8) entspricht dem Fall worin q = 0 in dem obigen Copolymer der Formel (7). In dem vorliegenden Beispiel wurde der Hydrophobizitätsindex des obigen Copolymers berechnet unter Verwendung der obigen Formel (III), da p : r = 9 : 15, und er zeigt, dass (B/C) × (B + C) – A = 351.
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur in dem vorliegenden Beispiel die Oxidationsbeständigkeit der Polymerelektrolytmembran 2 und die Energieerzeugungseffizienz der Elektrodenstruktur auf dieselbe Art wie in Beispiel 8 berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und in 4 gezeigt.
  • Vergleichsbeispiel 4
  • In dem vorliegenden Vergleichsbeispiel wurde die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur auf die gleiche Art wie in Beispiel 8 erhalten, mit der Ausnahme, dass Polyetheretherketon, dargestellt durch die Formel (10), welche unten angegeben ist, anstelle des durch die obige Formel (7) dargestellten Copolymers verwendet wurde, und dass ein Sulfonierungsprodukt mit einer Ionenaustauschkapazität von 1,5 mÄq/g erhalten wurde durch Zugeben von konzentrierter Schwefelsäure zu dem obigen Polyetheretherketon zur Sulfonierung.
  • Figure 00370001
  • In dem Polyetheretherketon, das durch die obige Formel (10) dargestellt wird, ist nur der Benzolring, der zwischen den Oxygruppen vorliegt, die elektronenschiebende Gruppen sind, sulfoniert, jedoch andere Benzolringe, die an Ketongruppen binden, die elektrodenziehenden Gruppen sind, sind daher nicht sulfoniert. Daher ist in dem vorliegenden Vergleichsbeispiel die Anzahl von zu sulfonierenden Gruppen A = 1, die Anzahl von nichtsulfonierten divalenten aromatischen Gruppen B = 2 und die Anzahl von Oxygruppen C = 2. Demgemäß zeigte der Hydrophobizitätsindex wenn er unter Verwendung der obigen Formel (1) berechnet wurde, dass (B/C) × (B + C) – A = (2/2) × (2 + 2) – 1 = 3.
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur in dem vorliegenden Vergleichsbeispiel die Oxidationsbeständigkeit der Polymerelektrolytmembran 2 und die Energieerzeugungseffizienz der Elektrodenstruktur auf dieselbe Art wie in Beispiel 8 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und in 4 gezeigt.
  • Vergleichsbeispiel 5
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 8 erhalten, mit der Ausnahme, dass ein Polyetheretherketoncopolymer, dargestellt durch die Formel (9), welches unten angegeben ist, anstelle des durch die obige Formel (7) angegebenen Copolymers verwendet wurde, und dass ein Sulfonierungsprodukt mit einer Ionenaustauschkapazität von 1,5 mÄq/g erhalten wurde durch Zugabe von konzentrierter Schwefelsäure zu dem obigen Polyetheretherketoncopolymer zur Sulfonierung.
  • In dem Polyetheretherketoncopolymer, das durch die Formel (9), die unten angegeben ist, dargestellt wird, sind nur die Benzolringe einer Fluorengruppe, dargestellt durch Formel (11), die unten angegeben ist, sulfoniert, jedoch andere Benzolringe sind nicht sulfoniert.
  • Figure 00380001
  • Aufgrund der sterischen Hinderung tritt die obige Sulfonierung leicht auf den Benzolringen der Seitenketten auf, jedoch tritt sie kaum auf einem Benzolring der Hauptkette auf. Als ein Ergebnis werden die Benzolringe nicht sulfoniert, wenngleich das durch die obige Formel (9) dargestellte Polyetheretherketoncopolymer Benzolringe umfasst, die an Oxygruppen, die elektronenschiebende Gruppen sind, und Methylengruppen (welche einen Teil der obigen Fluorengruppe bilden) in der Hauptkette davon, binden.
  • So entspricht in dem vorliegenden Vergleichsbeispiel die Anzahl von Gruppen, die zu sulfonieren sind A = 1, die Anzahl von nichtsulfonierten divalenten aromatischen Gruppen B = 4 und die Anzahl von Oxygruppen C = 2. Demgemäß, zeigte der Hydrophobizitätsindex wenn er unter Verwendung der obigen Formel (1) berechnet wurde, dass (B/C) × (B + C) – A = (2/2) × (2 + 2) – 1 = 11.
  • Nachfolgend wurden im Hinblick auf die Elektrodenstruktur in dem vorliegenden Vergleichsbeispiel die Oxidationsbeständigkeit und die Ernergieerzeugungseffizienz der Elektrodenstruktur 2 auf dieselbe Art wie in Beispiel 8 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und 4 gezeigt.
  • Vergleichsbeispiel 6
  • In dem vorliegenden Vergleichsbeispiel wurde 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), mit 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), in einem molaren Verhältnis von 9 : 20 polymerisiert, um ein Copolymer (p : r = 9 : 20), dargestellt durch die obige Formel (8), zu erhalten. Das so erhaltene Copolymer wurde anstelle des Copolymers der obigen Formel (7) verwendet. Konzentrierte Schwefelsäure wurde zu dem Copolymer der obigen Formel (8) zur Sulfonierung gegeben, um ein Sulfonierungsprodukt zu erhalten, das eine Ionenaustauschkapazität von 1,9 mÄq/g aufweist. Abgesehen von den obigen Unterschieden wurde die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 8 erhalten.
  • Das Copolymer der Formel (8) entspricht dem Fall worin q = 0 in dem obigen Copolymer der Formel (7). Da p : r = 9 : 20 wurde in dem vorliegenden Vergleichsbeispiel der Hydrophobizitätsindex des obigen Copolymers unter Verwendung der obigen Formel (3) berechnet und sie zeigt, dass (B/C) × (B + C) – A = 471.
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur in dem vorliegenden Vergleichsbeispiel die Oxidationsbeständigkeit der Polymerelektrolytmembran 2 und die Energieerzeugungseffizienz der Elektrodenstruktur auf dieselbe Art wie in Beispiel 8 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und 4 gezeigt.
  • Vergleichsbeispiel 7
  • In dem vorliegenden Vergleichsbeispiel wurde 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), mit 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), in einem molaren Verhältnis von 1 : 1 polymerisiert, um ein Copolymer (p : r = 1 : 1), dargestellt durch die obige Formel (8), zu erhalten. Das so erhaltene Copolymer wurde anstelle des Copolymers der obigen Formel (7) verwendet. Konzentrierte Schwefelsäure wurde zu dem Copolymer der obigen Formel (8) zur Sulfonierung gegeben, um ein Sulfonierungsprodukt zu erhalten, das eine Ionenaustauschkapazität von 1,9 mÄq/g aufweist. Abgesehen von den obigen Unterschieden wurde die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 8 erhalten.
  • Das Copolymer der Formel (8) entspricht dem Fall worin q = 0 in dem obigen Copolymer der Formel (7). Da p : r = 1 : 1 wurde in dem vorliegenden Vergleichsbeispiel der Hydrophobizitätsindex des obigen Copolymers unter Verwendung der obigen Formel (3) berechnet und sie zeigt, dass (B/C) × (B + C) – A = 23.
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur in dem vorliegenden Vergleichsbeispiel die Oxidationsbeständigkeit der Polymerelektrolytmembran 2 und die Energieerzeugungseffizienz der Elektrodenstruktur auf dieselbe Art wie in Beispiel 8 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und 4 gezeigt.
  • Vergleichsbeispiel 8
  • In dem vorliegenden Vergleichsbeispiel wurde 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), mit 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), in einem molaren Verhältnis von 9 : 1 polymerisiert, um ein Copolymer (p : r = 9 : 1), dargestellt durch die obige Formel (8), zu erhalten. Das so erhaltene Copolymer wurde anstelle des Copolymers der obigen Formel (7) verwendet. Konzentrierte Schwefelsäure wurde zu dem Copolymer der obigen Formel (8) zur Sulfonierung gegeben, um ein Sulfonierungsprodukt zu erhalten, das eine Ionenaustauschkapazität von 1,9 mÄq/g aufweist. Abgesehen von den obigen Unterschieden wurde die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 8 erhalten.
  • Das Copolymer der Formel (8) entspricht dem Fall worin q = 0 in dem obigen Copolymer der Formel (7). Da p : r = 9 : 1 wurde in dem vorliegenden Vergleichsbeispiel der Hydrophobizitätsindex des obigen Copolymers unter Verwendung der obigen Formel (3) berechnet und sie zeigt, dass (B/C) × (B + C) – A = 15.
  • Nachfolgend wurde im Hinblick auf die Elektrodenstruktur in dem vorliegenden Vergleichsbeispiel die Oxidationsbeständigkeit der Polymerelektrolytmembran 2 und die Energieerzeugungseffizienz der Elektrodenstruktur auf dieselbe Art wie in Beispiel 8 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und 4 gezeigt.
  • Vergleichsbeispiel 9
  • In dem vorliegenden Vergleichsbeispiel wurden 2,5-Dichlor-4'-(4-phenoxyphenoxy)benzophenon (die erste Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (4), Polyetheretherketon, dargestellt durch die obige Formel (9) und 2,2-bis[4-{4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy}phenyl]-1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan (die zweite Wiederholungseinheit), dargestellt durch die obige Formel (5), in einem molaren Verhältnis von 6 : 2 : 1 polymerisiert, um ein Copolymer zu erhalten, dargestellt durch die unten angegebene Formel (12). Das so erhaltene Copolymer wurde anstelle des Copolymers der obigen Formel (7) verwendet. Konzentrierte Schwefelsäure wurde zu dem Copolymer der obigen Formel (12) zur Sulfonierung gegeben, um ein Sulfonierungsprodukt mit einer Ionenaustauschkapazität von 2,0 mÄq/g zu erhalten. Abgesehen von den obigen Unterschieden wurde die in 1 gezeigte Elektrodenstruktur auf vollständig die gleiche Art wie in Beispiel 8 erhalten.
  • Figure 00420001
  • In dem durch die obige Formel (12) dargestellten Copolymer tritt Sulfonierung nur an den Benzolringen auf der Seitenkette der ersten Wiederholungseinheit auf. Die dritte Wiederholungseinheit umfasst auch einen Benzolring, der zwischen zwei Sauerstoffgruppen liegt, die elektronenschiebende Gruppen sind. Jedoch, wie oben beschrieben, wird der Benzolring der dritten Wiederholungseinheit nicht sulfoniert, da Sulfonierung leicht an den Benzolringen der Seitenkette auftritt, jedoch aufgrund sterischer Hinderung kaum an einem Benzolring der Hauptkette auftritt.
  • In dem vorliegenden Vergleichsbeispiel ist daher die Anzahl von zu sulfonierenden Gruppen A = 1 × 6 = 6, die Anzahl nichtsulfonierter divalenter aromatischer Gruppen B = 3 × 2 + 6 × 1 = 12 und die Anzahl von Oxygruppen C = 2 × 2 + 2 × 1 = 6. Demgemäß wurde der Hydrophobizitätsindex unter Verwendung der obigen Formel (1) berechnet, wobei gezeigt wird, dass (B/C) × (B + C) – A = (12/6) × (12 + 6) – 6 = 30.
  • Nachfolgend wurden im Hinblick auf die Elektrodenstruktur in dem vorliegenden Vergleichsbeispiel die Oxidationsbeständigkeit der Polymerelektrolytmembran 2 und die Energieerzeugungseffizienz der Elektrodenstruktur auf dieselbe Art wie in Beispiel 8 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und in 4 gezeigt.
  • Tabelle 2
    Figure 00440001
    • Energieerzeugungseffizienz:
    • G Eine Zellspannung von 0,4 V oder größer bei einer Stromdichte von 5 A/cm2
    • P Eine Zellspannung von weniger als 0,4 V bei einer Stromdichte von 5 A/cm2.
  • Tabelle 2 und 4 zeigen deutlich, dass die Beispiele 8 bis 16, worin der Hydrophobizitätsindex innerhalb des Bereichs zwischen 35 bis 380 ist, eine geringe Gewichtsverringerungsrate aufweisen, was zu einer ausgezeichneten Oxidationsbeständigkeit und einer ausgezeichneten Energieerzeugungseffizienz führt. Im Gegensatz weisen sowohl die Vergleichsbeispiele 4, 5 und 7 bis 9, worin der Hydrophobizitätsindex weniger als 35 ist, als auch das Vergleichsbeispiel 6, worin der Hydrophobizitätsindex 380 überschreitet, eine große Gewichtsverringerungsrate auf und sie können daher keine ausreichende Oxidationsbeständigkeit erhalten. Darüber hinaus weisen sie eine schlechte Energieerzeugungseffizienz auf.
  • Wenn der Hydrophobizitätsindex 380 überschreitet, wie im Falle von Vergleichsbeispiel 6, falls die Menge von Wiederholungseinheiten, die nichtsulfonierte divalente aromatische Gruppen umfassen, über der Menge von Wiederholungseinheiten liegt, die zu sulfonierende Gruppen umfassen, verlängert sich die Länge einer Hauptkette. Als ein Ergebnis wird in Betracht gezogen, dass die Assoziation oder Agglutination von Molekülen aktiv stattfindet, und dass die Oxidationsbeständigkeit abnimmt.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung kann für eine Polymerelektrodenbrennstoffzelle verwendet werden, welche in Fahrzeugen und dgl. verwendet wird.
  • Zusammenfassung
  • Die vorliegende Erfindung liefert eine Elektrodenstruktur für eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle,umfassend ein Paar von Elektrodenkatalysatorschichten 1, 1 und eine Polymerelektrolytmembran 2, die zwischen den Elektrodenkatalysatorschichten 1, 1 gehalten wird. Die Polymerelektrolytmembran 2 ist ein Sulfonierungsprodukt eines Polymers, umfassend eine Hauptkette, worin zwei oder mehr divalente aromatische Gruppen die aneinander direkt oder über Oxygruppen oder divalente Gruppen, die von aromatischen Gruppen verschieden sind, gebunden sind, und Seitenketten, umfassend aromatische zu sulfonierende Gruppen. Vorausgesetzt, dass die Anzahl divalenter aromatischer Gruppen, die in der Hauptkette des obigen Polymers enthalten sind, mit X bezeichnet wird und die Anzahl von Oxygruppen, die in der Hauptkette des obigen Polymers enthalten sind, mit Y bezeichnet wird, ist der Wert X/Y innerhalb des Bereichs von 2,0 bis 9,0. Darüber hinaus ist, vorausgesetzt, dass die Anzahl von zu sulfonierender Gruppen mit A bezeichnet wird, die Anzahl von nicht sulfonierten divalenten aromatischen Gruppen mit B bezeichnet wird und die Anzahl von Oxygruppen mit C bezeichnet wird, in Bezug auf die Gesamtgruppen, die in der Hauptkette des obigen Polymers enthalten sind, der Wert (B/C) × (B + C) – A innerhalb des Bereichs von 35 bis 380.

Claims (8)

  1. Elektrodenstruktur für eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle,umfassend: ein Paar von Elektrodenkatalysatorschichten und eine Polymerelektrolytmembran, die zwischen den Elektrodenkatalysatorschichten gehalten wird, wobei die Polymerelektrolytmembran aus einem Sulfonierungsprodukt eines Polymers besteht, welches eine Hauptkette, worin mehrere divalente aromatische Reste direkt oder über Oxygruppen oder divalente Gruppen, die von aromatischen Gruppen verschieden sind, aneinander gebunden sind, und Seitenketten, die aromatische Gruppen, die zu Sulfonieren sind, enthalten, umfasst.
  2. Elektrodenstruktur für eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle nach Anspruch 1, worin, vorausgesetzt, dass die Anzahl divalenter aromatischer Reste, die in der Hauptkette des Polymers enthalten ist, mit X bezeichnet wird, und die Anzahl von Oxygruppen, die in der Hauptkette des Polymers enthalten ist, mit Y bezeichnet wird, der Wert X/Y innerhalb des Bereichs von 2,0 bis 9,0 ist.
  3. Elektrodenstruktur für eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle nach Anspruch 1, worin, vorausgesetzt, dass die Anzahl von zu sulfonierenden Gruppen mit A bezeichnet wird, die Anzahl von nichtsulfonierten divalenten aromatischen Gruppen mit B bezeichnet wird und die Anzahl von Oxygruppen mit C bezeichnet wird, im Hinblick auf die gesamten Gruppen, die in der Hauptkette des Polymers enthalten sind, der Wert (B/C) x (B + C – A) innerhalb des Bereichs von 35 bis 380 ist.
  4. Elektrodenstruktur für eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Hauptkette des Polymers eine erste Wiederholungseinheit, dargestellt durch die folgende allgemeine Formel (1) und eine zweite Wiederholungseinheit, dargestellt durch die folgende allgemeine Formel (2):
    Figure 00480001
    umfasst, worin A eine elektronenziehende Gruppe bedeutet, B eine elektronenschiebende Gruppe bedeutet, n eine ganze Zahl von 0 oder 1 ist und ein Benzolring ein Derivat davon umfasst, und
    Figure 00480002
    worin A eine elektronenziehende Gruppe bedeutet, Y -C(CF3)2- oder -SO2- bedeutet und ein Benzolring ein Derivat davon umfasst.
  5. Elektrodenstruktur für eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Hauptkette des Polymers eine erste Wiederholungseinheit, dargestellt durch die folgende allgemeine Formel (1 ), eine zweite Wiederholungseinheit, dargestellt durch die folgende allgemeine Formel (2) und eine dritte Wiederholungseinheit, dargestellt durch die folgende allgemeine Formel (3):
    Figure 00480003
    umfasst, worin A eine elektronenziehende Gruppe bedeutet, B eine elektronenschiebende Gruppe bedeutet, n eine ganze Zahl von 0 oder 1 ist und ein Benzolring ein Derivat davon umfasst,
    Figure 00490001
    worin A eine elektronenziehende Gruppe bedeutet, Y -C(CF3)2- oder -SO2- bedeutet und ein Benzolring ein Derivat davon umfasst, und
    Figure 00490002
    worin B eine elektronenschiebende Gruppe ist.
  6. Polymerelektrolytbrennstoffzelle,umfassend: eine Elektrodenstruktur, umfassend ein Paar von Elektrodenkatalysatorschichten und eine Polymerelektrolytmembran, die zwischen den Elektrodenkatalysatorschichten gehalten wird, wobei die Elektrolytmembran aus einem Polymer besteht, umfassend eine Hauptkette, worin mehrere divalente aromatische Gruppen direkt oder über Oxygruppen oder divalente Gruppen, die von aromatischen Gruppen verschieden sind, aneinander gebunden sind, und Seitenketten, umfassend sulfonierte aromatische Gruppen, worin elektrische Energie erzeugt wird, wenn ein oxidierendes Gas einer Seite der Elektrodenstruktur zugeführt wird und ein reduzierendes Gas der anderen Seite der Elektrodenstruktur zugeführt wird.
  7. Polymerelektrolytbrennstoffzelle nach Anspruch 6, worin, vorausgesetzt, dass die Anzahl von zu sulfonierenden Gruppen mit A bezeichnet wird, die Anzahl von nichtsulfonierten divalenten aromatischen Gruppen mit B bezeichnet wird und die Anzahl von Oxygruppen mit C bezeichnet wird, im Hinblick auf die gesamten Gruppen, die in der Hauptkette des Polymers umfasst sind, der Wert (B/C) × (B + C) – A innerhalb des Bereichs von 35 bis 380 ist.
  8. Polymerelektrolytbrennstoffzelle nach Anspruch 6, worin, vorausgesetzt, dass die Anzahl von zu sulfonierenden Gruppen mit A bezeichnet wird, die Anzahl nichtsulfonierter divalenter aromatischer Gruppen mit B bezeichnet wird und die Anzahl von Oxygruppen mit C bezeichnet wird, im Hinblick auf die gesamten Gruppen, die in der Hauptkette des Polymers enthalten sind, der Wert (B/C) × (B + C) – A innerhalb des Bereichs von 35 bis 380 ist.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080004443A1 (en) * 2006-07-03 2008-01-03 General Electric Company Sulfonated polyaryletherketone-block-polyethersulfone copolymers
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Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG73410A1 (en) * 1992-06-13 2000-06-20 Hoechst Ag Polymer electrolyte membrane and process for the production thereof
JPH0987510A (ja) * 1995-09-22 1997-03-31 Japan Synthetic Rubber Co Ltd プロトン伝導性高分子固体電解質
JP3724064B2 (ja) 1996-06-28 2005-12-07 住友化学株式会社 燃料電池用高分子電解質及び燃料電池
CA2300934C (en) 1997-08-29 2008-08-26 Foster-Miller, Inc. Composite solid polymer electrolyte membranes
JP4051736B2 (ja) 1997-10-16 2008-02-27 住友化学株式会社 高分子電解質、高分子電解質膜、及び燃料電池
JP3607862B2 (ja) * 2000-09-29 2005-01-05 株式会社日立製作所 燃料電池
JP3412763B2 (ja) * 2001-01-19 2003-06-03 本田技研工業株式会社 複合高分子電解質膜及びそれを用いた固体高分子型燃料電池
JP3481593B2 (ja) * 2001-01-19 2003-12-22 本田技研工業株式会社 複合高分子電解質膜及びそれを用いた燃料電池
JP3956661B2 (ja) * 2001-03-30 2007-08-08 Ｊｓｒ株式会社 ハロゲン化芳香族化合物、該化合物の重合体、及び該重合体からなるプロトン伝導膜

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