JP2000223136A - 燃料電池用固体高分子電解質膜およびその製造方法および燃料電池 - Google Patents
燃料電池用固体高分子電解質膜およびその製造方法および燃料電池Info
- Publication number
- JP2000223136A JP2000223136A JP11018312A JP1831299A JP2000223136A JP 2000223136 A JP2000223136 A JP 2000223136A JP 11018312 A JP11018312 A JP 11018312A JP 1831299 A JP1831299 A JP 1831299A JP 2000223136 A JP2000223136 A JP 2000223136A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polymer electrolyte
- solid polymer
- electrolyte membrane
- electrode
- fuel cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電池出力を低下させることなく、電池運転時
に起こるガスシール用パッキンや電極外周部周辺での膜
破れを防ぎ、特に固体高分子電解質膜の水による膨潤・
乾燥に伴う膨張・収縮による膜破れを防ぐ。 【解決手段】 電極３１、３２で挟持して接合された燃
料電池用固体高分子電解質膜２において、該固体高分子
電解質膜の電極との接合部以外の部分２２の含水率が、
電極との接合部２１のそれよりも小さいことを特徴とす
る燃料電池用固体高分子電解質膜２およびその製造方法
および該燃料電池用固体高分子電解質膜２を電極３１、
３２で挟持した固体高分子電解質膜と電極の接合体１０
をセパレータ４１、４２で挟持したことを特徴とする燃
料電池。
に起こるガスシール用パッキンや電極外周部周辺での膜
破れを防ぎ、特に固体高分子電解質膜の水による膨潤・
乾燥に伴う膨張・収縮による膜破れを防ぐ。 【解決手段】 電極３１、３２で挟持して接合された燃
料電池用固体高分子電解質膜２において、該固体高分子
電解質膜の電極との接合部以外の部分２２の含水率が、
電極との接合部２１のそれよりも小さいことを特徴とす
る燃料電池用固体高分子電解質膜２およびその製造方法
および該燃料電池用固体高分子電解質膜２を電極３１、
３２で挟持した固体高分子電解質膜と電極の接合体１０
をセパレータ４１、４２で挟持したことを特徴とする燃
料電池。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池用固体高分
子電解質膜およびその製造方法および燃料電池に関す
る。
子電解質膜およびその製造方法および燃料電池に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、一般的に多数のセルが積層
されており、該セルは、二つの電極（燃料極と酸化剤
極）で電解質を挟んだ構造をしている。
されており、該セルは、二つの電極（燃料極と酸化剤
極）で電解質を挟んだ構造をしている。
【０００３】前記燃料極では燃料ガス中の水素が触媒に
接触することにより下記の反応が生ずる。
接触することにより下記の反応が生ずる。
【０００４】 ２Ｈ２ → ４Ｈ＋ ＋４ｅ− ・・・（１） Ｈ＋は、電解質中を移動し酸化剤極触媒に達し酸化剤ガ
ス中の酸素と反応して水となる。
ス中の酸素と反応して水となる。
【０００５】 ４Ｈ＋ ＋４ｅ− ＋Ｏ２ → ２Ｈ２Ｏ ・・・（２） 上記の反応により水素と酸素を使用して電気化学反応で
発電し、水以外の排出物がなくクリーンな発電装置とし
て注目されている。
発電し、水以外の排出物がなくクリーンな発電装置とし
て注目されている。
【０００６】大気の汚染をできる限り減らすために自動
車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つと
して電気自動車が使用されているが、充電設備や走行距
離などの問題で普及に至っていない。燃料電池を使用し
た自動車が最も将来性のあるクリーンな自動車であると
見られている。
車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つと
して電気自動車が使用されているが、充電設備や走行距
離などの問題で普及に至っていない。燃料電池を使用し
た自動車が最も将来性のあるクリーンな自動車であると
見られている。
【０００７】前記燃料電池の中でも固体高分子電解質型
燃料電池が低温で作動するため自動車用として最も有望
である。該固体高分子電解質型燃料電池の電解質は固体
高分子電解質膜である。
燃料電池が低温で作動するため自動車用として最も有望
である。該固体高分子電解質型燃料電池の電解質は固体
高分子電解質膜である。
【０００８】前記燃料電池が広く普及するために、燃料
電池の主要構成部品である固体高分子電解質膜の機械的
強度の向上と化学的安定性の向上による耐久性の向上と
出力性能の向上およびコストの低下が必要である。
電池の主要構成部品である固体高分子電解質膜の機械的
強度の向上と化学的安定性の向上による耐久性の向上と
出力性能の向上およびコストの低下が必要である。
【０００９】燃料電池の出力性能を上げる方法の一つと
して固体高分子電解質膜の膜厚を薄くする方法がある
が、機械的強度の低下が背反として起こる。電池内の固
体高分子電解質膜は電池の運転・停止によって熱履歴
（約８０℃〜室温）を受け、また水による膨潤と乾燥を
繰り返す。これによって固体高分子電解質膜は膨張と収
縮を繰り返すことになる。
して固体高分子電解質膜の膜厚を薄くする方法がある
が、機械的強度の低下が背反として起こる。電池内の固
体高分子電解質膜は電池の運転・停止によって熱履歴
（約８０℃〜室温）を受け、また水による膨潤と乾燥を
繰り返す。これによって固体高分子電解質膜は膨張と収
縮を繰り返すことになる。
【００１０】一方、ガスシール用パッキンや電極接合部
分はパッキンや電極によって拘束されているので固体高
分子電解質膜の膨張と収縮は起こらない。これにより、
ガスシール用パッキンや電極外周部の周辺で膜の膨張と
収縮によって膜に力学的ストレスがかかり膜破れが生じ
やすくなる。この膜破れは電池内の水素と酸素のガスリ
ークを招き、電池出力の低下、さらには電池の破損へと
つながる。従って、むやみに固体高分子電解質膜を薄膜
化することはできない。
分はパッキンや電極によって拘束されているので固体高
分子電解質膜の膨張と収縮は起こらない。これにより、
ガスシール用パッキンや電極外周部の周辺で膜の膨張と
収縮によって膜に力学的ストレスがかかり膜破れが生じ
やすくなる。この膜破れは電池内の水素と酸素のガスリ
ークを招き、電池出力の低下、さらには電池の破損へと
つながる。従って、むやみに固体高分子電解質膜を薄膜
化することはできない。
【００１１】従来技術として、特開平９−２８３１６３
には、電極部に対応する内側中央部分の膜厚は薄くする
が、電極部に対応しない外周側部分の膜厚を薄くしない
固体高分子電解質膜の膜構造が開示されている。本従来
技術は、パッキン周辺の膜の引っ張り強度を低下させる
ことなく電池性能を確保しようとしている。
には、電極部に対応する内側中央部分の膜厚は薄くする
が、電極部に対応しない外周側部分の膜厚を薄くしない
固体高分子電解質膜の膜構造が開示されている。本従来
技術は、パッキン周辺の膜の引っ張り強度を低下させる
ことなく電池性能を確保しようとしている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術の膜構造では外周側部分にもイオン交換機能を有する
ため、水による膨潤・乾燥に伴う膜の膨張・収縮が起こ
る。さらに、膜の膨張・収縮量は熱によるものよりも膨
潤・乾燥によるものの方がはるかに大きい。また、パッ
キン周辺だけでなく電極外周部周辺でも同様に膜破れが
生じやすいが、従来技術のように該電極外周部周辺で膜
厚が大きく変化しているとかえって膜破れの原因となっ
てしまう。よって、この構成では膜破れに対しては十分
な効果は得られない。また、この膜を製作するのに低真
空中のアッシング処理で内側中央部分のみの膜厚を減ら
しているが、この製造方法では生産性に劣り高コストと
なる。
術の膜構造では外周側部分にもイオン交換機能を有する
ため、水による膨潤・乾燥に伴う膜の膨張・収縮が起こ
る。さらに、膜の膨張・収縮量は熱によるものよりも膨
潤・乾燥によるものの方がはるかに大きい。また、パッ
キン周辺だけでなく電極外周部周辺でも同様に膜破れが
生じやすいが、従来技術のように該電極外周部周辺で膜
厚が大きく変化しているとかえって膜破れの原因となっ
てしまう。よって、この構成では膜破れに対しては十分
な効果は得られない。また、この膜を製作するのに低真
空中のアッシング処理で内側中央部分のみの膜厚を減ら
しているが、この製造方法では生産性に劣り高コストと
なる。
【００１３】本発明は上記課題を解決したもので、電池
出力を低下させることなく、電池運転時に起こるガスシ
ール用パッキンや電極外周部周辺での膜破れを防ぎ、特
に固体高分子電解質膜の水による膨潤・乾燥に伴う膨張
・収縮による膜破れを防ぎ、耐久性の大きい固体高分子
電解質膜およびその製造方法および信頼性の高い燃料電
池を提供する。
出力を低下させることなく、電池運転時に起こるガスシ
ール用パッキンや電極外周部周辺での膜破れを防ぎ、特
に固体高分子電解質膜の水による膨潤・乾燥に伴う膨張
・収縮による膜破れを防ぎ、耐久性の大きい固体高分子
電解質膜およびその製造方法および信頼性の高い燃料電
池を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、電極で挟持
して接合された燃料電池用固体高分子電解質膜におい
て、該固体高分子電解質膜の電極との接合部以外の部分
の含水率が、電極との接合部のそれよりも小さいことを
特徴とする燃料電池用固体高分子電解質膜である。
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、電極で挟持
して接合された燃料電池用固体高分子電解質膜におい
て、該固体高分子電解質膜の電極との接合部以外の部分
の含水率が、電極との接合部のそれよりも小さいことを
特徴とする燃料電池用固体高分子電解質膜である。
【００１５】上記第１の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００１６】即ち、固体高分子電解質膜の電極との接合
部以外の部分の含水率が小さいので、この部分の水によ
る膨潤・乾燥に伴う膨張・収縮を小さくし膜破れを防ぐ
ことができる。
部以外の部分の含水率が小さいので、この部分の水によ
る膨潤・乾燥に伴う膨張・収縮を小さくし膜破れを防ぐ
ことができる。
【００１７】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、電極で挟持して接合された燃
料電池用固体高分子電解質膜において、該固体高分子電
解質膜の電極との接合部以外の部分のイオン交換容量
が、電極との接合部のそれよりも小さいことを特徴とす
る燃料電池用固体高分子電解質膜である。
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、電極で挟持して接合された燃
料電池用固体高分子電解質膜において、該固体高分子電
解質膜の電極との接合部以外の部分のイオン交換容量
が、電極との接合部のそれよりも小さいことを特徴とす
る燃料電池用固体高分子電解質膜である。
【００１８】上記第２の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００１９】即ち、イオン交換容量が小さいと含水率を
小さくすることができるので、固体高分子電解質膜の電
極との接合部以外の部分の水による膨潤・乾燥に伴う膨
張・収縮を小さくし膜破れを防ぐことができる。
小さくすることができるので、固体高分子電解質膜の電
極との接合部以外の部分の水による膨潤・乾燥に伴う膨
張・収縮を小さくし膜破れを防ぐことができる。
【００２０】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記電極との接合部以外の部
分のイオン交換基の含有量が、前記電極との接合部のそ
れよりも少ないことを特徴とする請求項１または２記載
の燃料電池用固体高分子電解質膜である。
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記電極との接合部以外の部
分のイオン交換基の含有量が、前記電極との接合部のそ
れよりも少ないことを特徴とする請求項１または２記載
の燃料電池用固体高分子電解質膜である。
【００２１】上記第３の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２２】即ち、イオン交換基の含有量が少ないとイ
オン交換容量を小さくし含水率を小さくすることができ
るので、固体高分子電解質膜の電極との接合部以外の部
分の水による膨潤・乾燥に伴う膨張・収縮を小さくし膜
破れを防ぐことができる。
オン交換容量を小さくし含水率を小さくすることができ
るので、固体高分子電解質膜の電極との接合部以外の部
分の水による膨潤・乾燥に伴う膨張・収縮を小さくし膜
破れを防ぐことができる。
【００２３】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、前記電極との接合部以外の部
分の架橋量が、前記電極との接合部のそれよりも多いこ
とを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池用固体
高分子電解質膜である。
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、前記電極との接合部以外の部
分の架橋量が、前記電極との接合部のそれよりも多いこ
とを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池用固体
高分子電解質膜である。
【００２４】上記第４の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２５】即ち、架橋量を多くすることにより含水率
を小さくすることができるので、固体高分子電解質膜の
電極との接合部以外の部分の水による膨潤・乾燥に伴う
膨張・収縮を小さくし膜破れを防ぐことができる。
を小さくすることができるので、固体高分子電解質膜の
電極との接合部以外の部分の水による膨潤・乾燥に伴う
膨張・収縮を小さくし膜破れを防ぐことができる。
【００２６】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、炭化フッ素系樹脂、炭化水素
系樹脂、炭化フッ素系樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体
のいずれかを原料として、グラフト反応、スルホン化反
応またはスルホン化反応により製造する燃料電池用固体
高分子電解質膜の製造方法において、前記グラフト反
応、スルホン化反応の少なくとも一方の製造工程時に前
記固体高分子電解質膜の電極との接合部以外の部分にマ
スキングを施しながら行うことを特徴とする燃料電池用
固体高分子電解質膜の製造方法である。
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、炭化フッ素系樹脂、炭化水素
系樹脂、炭化フッ素系樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体
のいずれかを原料として、グラフト反応、スルホン化反
応またはスルホン化反応により製造する燃料電池用固体
高分子電解質膜の製造方法において、前記グラフト反
応、スルホン化反応の少なくとも一方の製造工程時に前
記固体高分子電解質膜の電極との接合部以外の部分にマ
スキングを施しながら行うことを特徴とする燃料電池用
固体高分子電解質膜の製造方法である。
【００２７】上記第５の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２８】即ち、固体高分子電解質膜の電極との接合
部以外の部分はグラフト反応、スルホン化反応の少なく
とも一方の反応が行われないので、この部分のイオン交
換基が少なくなり請求項３と同様、膜破れを防ぐことが
できる。
部以外の部分はグラフト反応、スルホン化反応の少なく
とも一方の反応が行われないので、この部分のイオン交
換基が少なくなり請求項３と同様、膜破れを防ぐことが
できる。
【００２９】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技
術的手段と称する。）は、炭化フッ素系樹脂、炭化水素
系樹脂、炭化フッ素系樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体
を原料として、放射線または電子線を照射後、グラフト
反応、スルホン化反応により製造する燃料電池用固体高
分子電解質膜の製造方法において、放射線または電子線
の照射後に前記固体高分子電解質膜の電極との接合部以
外の部分を加熱処理することを特徴とする燃料電池用固
体高分子電解質膜の製造方法である。
の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技
術的手段と称する。）は、炭化フッ素系樹脂、炭化水素
系樹脂、炭化フッ素系樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体
を原料として、放射線または電子線を照射後、グラフト
反応、スルホン化反応により製造する燃料電池用固体高
分子電解質膜の製造方法において、放射線または電子線
の照射後に前記固体高分子電解質膜の電極との接合部以
外の部分を加熱処理することを特徴とする燃料電池用固
体高分子電解質膜の製造方法である。
【００３０】上記第６の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００３１】即ち、放射線または電子線の照射後に、固
体高分子電解質膜の電極との接合部以外の部分の加熱処
理により、この部分のラジカルが少なくなるので、製造
された固体高分子電解質膜の前記部分のイオン交換基が
少なくなり請求項３と同様、膜破れを防ぐことができ
る。
体高分子電解質膜の電極との接合部以外の部分の加熱処
理により、この部分のラジカルが少なくなるので、製造
された固体高分子電解質膜の前記部分のイオン交換基が
少なくなり請求項３と同様、膜破れを防ぐことができ
る。
【００３２】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項７において講じた技術的手段（以下、第７の技
術的手段と称する。）は、炭化フッ素系樹脂、炭化水素
系樹脂、炭化フッ素系樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体
を原料として、放射線または電子線を照射後、グラフト
反応、スルホン化反応により製造する燃料電池用固体高
分子電解質膜の製造方法において、該固体高分子電解質
膜の電極との接合部以外の部分をマスキングしながら放
射線または電子線を照射することを特徴とする燃料電池
用固体高分子電解質膜の製造方法である。
の請求項７において講じた技術的手段（以下、第７の技
術的手段と称する。）は、炭化フッ素系樹脂、炭化水素
系樹脂、炭化フッ素系樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体
を原料として、放射線または電子線を照射後、グラフト
反応、スルホン化反応により製造する燃料電池用固体高
分子電解質膜の製造方法において、該固体高分子電解質
膜の電極との接合部以外の部分をマスキングしながら放
射線または電子線を照射することを特徴とする燃料電池
用固体高分子電解質膜の製造方法である。
【００３３】上記第７の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００３４】即ち、固体高分子電解質膜の電極との接合
部以外の部分のラジカル生成が妨げられるので、この部
分のラジカルが少なくなり請求項６と同様、膜破れを防
ぐことができる。
部以外の部分のラジカル生成が妨げられるので、この部
分のラジカルが少なくなり請求項６と同様、膜破れを防
ぐことができる。
【００３５】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項８において講じた技術的手段（以下、第８の技
術的手段と称する。）は、炭化フッ素系樹脂、炭化水素
系樹脂、炭化フッ素系樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体
を原料として、スルホン化反応により製造する燃料電池
用固体高分子電解質膜の製造方法において、スルホン化
反応後、前記固体高分子電解質膜の電極との接合部以外
の部分を加熱することにより架橋を形成することを特徴
とする燃料電池用固体高分子電解質膜の製造方法であ
る。
の請求項８において講じた技術的手段（以下、第８の技
術的手段と称する。）は、炭化フッ素系樹脂、炭化水素
系樹脂、炭化フッ素系樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体
を原料として、スルホン化反応により製造する燃料電池
用固体高分子電解質膜の製造方法において、スルホン化
反応後、前記固体高分子電解質膜の電極との接合部以外
の部分を加熱することにより架橋を形成することを特徴
とする燃料電池用固体高分子電解質膜の製造方法であ
る。
【００３６】上記第８の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００３７】即ち、スルホン化反応後、固体高分子電解
質膜の電極との接合部以外の部分を加熱することにより
架橋を形成し、この部分の架橋量を多くすることができ
るので、請求項４と同様、膜破れを防ぐことができる。
質膜の電極との接合部以外の部分を加熱することにより
架橋を形成し、この部分の架橋量を多くすることができ
るので、請求項４と同様、膜破れを防ぐことができる。
【００３８】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項９において講じた技術的手段（以下、第９の技
術的手段と称する。）は、請求項１または２に記載の燃
料電池用固体高分子電解質膜を電極で挟持した固体高分
子電解質膜と電極の接合体をセパレータで挟持したこと
を特徴とする燃料電池である。
の請求項９において講じた技術的手段（以下、第９の技
術的手段と称する。）は、請求項１または２に記載の燃
料電池用固体高分子電解質膜を電極で挟持した固体高分
子電解質膜と電極の接合体をセパレータで挟持したこと
を特徴とする燃料電池である。
【００３９】上記第９の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００４０】即ち、水による膨潤・乾燥による膜破れを
防ぐことができる固体高分子電解質膜を使用しているの
で、信頼性の高い燃料電池ができる。
防ぐことができる固体高分子電解質膜を使用しているの
で、信頼性の高い燃料電池ができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】本発明の燃料電池用固体高分子電
解質膜は、電極との接合部以外の部分の含水率が、電極
との接合部のそれよりも小さいことを特徴とするもので
ある。
解質膜は、電極との接合部以外の部分の含水率が、電極
との接合部のそれよりも小さいことを特徴とするもので
ある。
【００４２】燃料電池に組み込まれた固体高分子電解質
膜の中で、電極との接合部以外の部分は発電には直接関
係しないので基本的にはイオン交換機能を持たなくても
よい。そこで、この部分にイオン交換機能即ち吸水機能
を持たない、あるいは電極との接合部部分よりもこの機
能を低く抑えることによって、水による膨潤・乾燥に伴
う膜の膨張・収縮を抑えることができる。これによって
膜の膨張・収縮が拘束されているガスシール用パッキン
や電極接合部分との膜の膨張・収縮量の差がなくなるか
または非常に小さくなるので、膜に加わる力学的ストレ
スもなくなるかまたは非常に小さくなるため膜破れは生
じなくなる。
膜の中で、電極との接合部以外の部分は発電には直接関
係しないので基本的にはイオン交換機能を持たなくても
よい。そこで、この部分にイオン交換機能即ち吸水機能
を持たない、あるいは電極との接合部部分よりもこの機
能を低く抑えることによって、水による膨潤・乾燥に伴
う膜の膨張・収縮を抑えることができる。これによって
膜の膨張・収縮が拘束されているガスシール用パッキン
や電極接合部分との膜の膨張・収縮量の差がなくなるか
または非常に小さくなるので、膜に加わる力学的ストレ
スもなくなるかまたは非常に小さくなるため膜破れは生
じなくなる。
【００４３】固体高分子電解質膜の中で電極との接合部
以外の部分にイオン交換機能あるいは吸水機能を持たせ
ない、あるいは電極との接合部部分よりもこの機能を低
く抑える方法としては、固体高分子電解質膜の製造工程
で電極との接合部以外の部分にはイオン交換基を導入し
ない、あるいはイオン交換基の導入量を低く抑える、あ
るいはイオン交換基は導入するが架橋部を導入すること
によって吸水機能を低く抑えるようにする。
以外の部分にイオン交換機能あるいは吸水機能を持たせ
ない、あるいは電極との接合部部分よりもこの機能を低
く抑える方法としては、固体高分子電解質膜の製造工程
で電極との接合部以外の部分にはイオン交換基を導入し
ない、あるいはイオン交換基の導入量を低く抑える、あ
るいはイオン交換基は導入するが架橋部を導入すること
によって吸水機能を低く抑えるようにする。
【００４４】固体高分子電解質膜の製造工程で電極との
接合部以外の部分にはイオン交換基を導入しない方法と
しては、イオン交換基導入の反応工程またはこの反応の
前工程で電極接合部以外の部分にマスキング等をするこ
とによってイオン交換基を導入することができないよう
にする等の方法が挙げられる。
接合部以外の部分にはイオン交換基を導入しない方法と
しては、イオン交換基導入の反応工程またはこの反応の
前工程で電極接合部以外の部分にマスキング等をするこ
とによってイオン交換基を導入することができないよう
にする等の方法が挙げられる。
【００４５】例えば、ポリ（エチレン−テトラフルオロ
エチレン）またはポリ（テトラフルオロエチレン−ヘキ
サフルオロプロピレン）等へのスチレンの放射線グラフ
ト重合後にスルホン化反応でスルホン酸基を導入して固
体高分子電解質膜を製作する場合、ポリ（エチレン−テ
トラフルオロエチレン）等に放射線であるγ線または電
子線を照射してラジカルを生成させる工程、あるいはス
チレンをポリ（エチレン−テトラフルオロエチレン）等
にグラフト重合させる工程、あるいはグラフトしたスチ
レンにスルホン酸基を導入する工程のいずれかにおい
て、金属製あるいは樹脂製マスク、またはストリッパブ
ルペイントのような剥がすことが可能な液状固化型マス
キング剤等を電極接合部以外の部分に装着または塗布し
て行うことで得ることができる。そのほかにγ線または
電子線を照射してラジカルを生成させた後、電極接合部
以外の部分にのみ熱を加えてラジカルを死滅させる方法
もある。
エチレン）またはポリ（テトラフルオロエチレン−ヘキ
サフルオロプロピレン）等へのスチレンの放射線グラフ
ト重合後にスルホン化反応でスルホン酸基を導入して固
体高分子電解質膜を製作する場合、ポリ（エチレン−テ
トラフルオロエチレン）等に放射線であるγ線または電
子線を照射してラジカルを生成させる工程、あるいはス
チレンをポリ（エチレン−テトラフルオロエチレン）等
にグラフト重合させる工程、あるいはグラフトしたスチ
レンにスルホン酸基を導入する工程のいずれかにおい
て、金属製あるいは樹脂製マスク、またはストリッパブ
ルペイントのような剥がすことが可能な液状固化型マス
キング剤等を電極接合部以外の部分に装着または塗布し
て行うことで得ることができる。そのほかにγ線または
電子線を照射してラジカルを生成させた後、電極接合部
以外の部分にのみ熱を加えてラジカルを死滅させる方法
もある。
【００４６】固体高分子電解質膜の製造工程でイオン交
換基は導入するが架橋部を導入することによって吸水機
能を低く抑える方法については、例えばスルホン酸基を
有する固体高分子電解質膜では電極接合部以外の部分に
のみ熱を加えて式（３）または式（４）のような反応を
起こし架橋を形成させる方法等がある。すべてのスルホ
ン酸基を架橋型にしなくとも架橋が成形されることによ
って吸水機能は下げることは可能である。
換基は導入するが架橋部を導入することによって吸水機
能を低く抑える方法については、例えばスルホン酸基を
有する固体高分子電解質膜では電極接合部以外の部分に
のみ熱を加えて式（３）または式（４）のような反応を
起こし架橋を形成させる方法等がある。すべてのスルホ
ン酸基を架橋型にしなくとも架橋が成形されることによ
って吸水機能は下げることは可能である。
【００４７】
【化１】
【００４８】
【化２】
【００４９】固体高分子電解質膜の電極との接合部以外
の部分の吸水能力を低く抑えることによって水による膨
潤・乾燥に伴う固体高分子電解質膜の膨張・収縮が小さ
くなることで、電極との接合部やガスシール用パッキン
部のように固体高分子電解質膜が拘束されている部分と
の間に発生する力学的ストレスが小さくなる。これによ
り膜破れが防ぐことができ燃料電池の運転寿命が伸び
る。
の部分の吸水能力を低く抑えることによって水による膨
潤・乾燥に伴う固体高分子電解質膜の膨張・収縮が小さ
くなることで、電極との接合部やガスシール用パッキン
部のように固体高分子電解質膜が拘束されている部分と
の間に発生する力学的ストレスが小さくなる。これによ
り膜破れが防ぐことができ燃料電池の運転寿命が伸び
る。
【００５０】なお、原料のフィルム状の樹脂としては、
炭化フッ素系樹脂、炭化水素系樹脂および炭化フッ素系
樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体がある。このうち炭化
フッ素系樹脂としてはポリテトラフルオロエチレン、テ
トラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重
合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル
ビニルエーテル共重合体、ポリクロロトリフルオロエチ
レンなどがある。
炭化フッ素系樹脂、炭化水素系樹脂および炭化フッ素系
樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体がある。このうち炭化
フッ素系樹脂としてはポリテトラフルオロエチレン、テ
トラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重
合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル
ビニルエーテル共重合体、ポリクロロトリフルオロエチ
レンなどがある。
【００５１】また炭化水素系樹脂としてはポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、
ポリアクリロニトリル、ＡＢＳ樹脂、ＳＢ樹脂、ＡＳ樹
脂、ＡＥＳ樹脂、ポリアセタール、ナイロン６、ポリ塩
化ビニリデン、ポリ−１−ブテン、ポリイソブチレン、
ポリイソプレンなどがある。さらに炭化フッ素系樹脂と
炭化水素系樹脂の共重合体としては上記の炭化フッ素系
樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体（例えばポリエチレン
−テトラフルオロエチレンなど）およびポリフッ化ビニ
リデン、ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン
共重合体などがある。
ン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、
ポリアクリロニトリル、ＡＢＳ樹脂、ＳＢ樹脂、ＡＳ樹
脂、ＡＥＳ樹脂、ポリアセタール、ナイロン６、ポリ塩
化ビニリデン、ポリ−１−ブテン、ポリイソブチレン、
ポリイソプレンなどがある。さらに炭化フッ素系樹脂と
炭化水素系樹脂の共重合体としては上記の炭化フッ素系
樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体（例えばポリエチレン
−テトラフルオロエチレンなど）およびポリフッ化ビニ
リデン、ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン
共重合体などがある。
【００５２】以下、本発明の実施例について説明する。
【００５３】（実施例１）膜厚２５μｍの炭化フッ素系
樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体であるポリ（エチレン
−テトラフルオロエチレン）フィルムに２０ｋＧｙの線
量のγ線を窒素中、常温下で照射した。前記フィルムを
スチレンモノマ中に６０℃で２時間浸すことにより、ポ
リ（エチレン−テトラフルオロエチレン）にスチレン鎖
をグラフトした。
樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体であるポリ（エチレン
−テトラフルオロエチレン）フィルムに２０ｋＧｙの線
量のγ線を窒素中、常温下で照射した。前記フィルムを
スチレンモノマ中に６０℃で２時間浸すことにより、ポ
リ（エチレン−テトラフルオロエチレン）にスチレン鎖
をグラフトした。
【００５４】このフィルムを乾燥後、電極との接合部以
外の部分にメタルマスクをグラフト膜の両面から装着、
締め付けた後、クロルスルホン酸３０容積部と１，２−
ジクロロエタン１００容積部の混合液中に、５０℃、１
時間浸漬した。乾燥後の前記フィルムを９０℃のイオン
交換水中に１時間浸漬した。さらに９０℃の新しいイオ
ン交換水で２時間洗浄し固体高分子電解質膜を得た。
外の部分にメタルマスクをグラフト膜の両面から装着、
締め付けた後、クロルスルホン酸３０容積部と１，２−
ジクロロエタン１００容積部の混合液中に、５０℃、１
時間浸漬した。乾燥後の前記フィルムを９０℃のイオン
交換水中に１時間浸漬した。さらに９０℃の新しいイオ
ン交換水で２時間洗浄し固体高分子電解質膜を得た。
【００５５】このようにして得られた固体高分子電解質
膜のイオン交換容量は、電極との接合部に対応するとこ
ろで１.７７ミリ当量／ｇ、８０℃での含水率は７５重
量％であり、接合部以外の部分は両値ともゼロであっ
た。
膜のイオン交換容量は、電極との接合部に対応するとこ
ろで１.７７ミリ当量／ｇ、８０℃での含水率は７５重
量％であり、接合部以外の部分は両値ともゼロであっ
た。
【００５６】図１は本発明の実施例の固体高分子電解質
膜を使用した固体高分子電解質型燃料電池単セルの概略
断面図である。２が固体高分子電解質膜、３１、３２は
電極であり、３１は酸化剤極、３２は燃料極である。前
記固体高分子電解質膜２の大きさは１８５ｍｍ×１４５
ｍｍである。前記電極３１、３２の大きさは１７２ｍｍ
×１３２ｍｍである。前記固体高分子電解質膜２を前記
電極３１、３２で挟んで、１６０℃、８０ｋｇｆ／ｃｍ
２の圧力で６０秒間ホットプレスして固体高分子電解質
膜と電極との接合体１０を作製した。
膜を使用した固体高分子電解質型燃料電池単セルの概略
断面図である。２が固体高分子電解質膜、３１、３２は
電極であり、３１は酸化剤極、３２は燃料極である。前
記固体高分子電解質膜２の大きさは１８５ｍｍ×１４５
ｍｍである。前記電極３１、３２の大きさは１７２ｍｍ
×１３２ｍｍである。前記固体高分子電解質膜２を前記
電極３１、３２で挟んで、１６０℃、８０ｋｇｆ／ｃｍ
２の圧力で６０秒間ホットプレスして固体高分子電解質
膜と電極との接合体１０を作製した。
【００５７】前記固体高分子電解質膜２の２１は該固体
高分子電解質膜２の電極との接合部であり、２２は該固
体高分子電解質膜２の電極との接合部２１以外の部分で
ある。４１は酸化剤ガス通流溝５１を有するセパレータ
であり、４２は燃料ガス通流溝５２を有するセパレータ
である。
高分子電解質膜２の電極との接合部であり、２２は該固
体高分子電解質膜２の電極との接合部２１以外の部分で
ある。４１は酸化剤ガス通流溝５１を有するセパレータ
であり、４２は燃料ガス通流溝５２を有するセパレータ
である。
【００５８】前記固体高分子電解質型燃料電池単セル１
は、前記固体高分子電解質膜と電極との接合体１０を前
記セパレータ４１、４２で挟んだ構造をしている。前記
固体高分子電解質膜の電極との接合部以外の部分２２を
利用してガスシール用パッキンの役割を持つＯリング６
により酸化剤ガスおよび燃料ガスをシールしている。前
記酸化剤ガス通流溝５１に酸化剤ガスを、前記燃料ガス
通流溝５２に燃料ガスを流すことにより発電する。
は、前記固体高分子電解質膜と電極との接合体１０を前
記セパレータ４１、４２で挟んだ構造をしている。前記
固体高分子電解質膜の電極との接合部以外の部分２２を
利用してガスシール用パッキンの役割を持つＯリング６
により酸化剤ガスおよび燃料ガスをシールしている。前
記酸化剤ガス通流溝５１に酸化剤ガスを、前記燃料ガス
通流溝５２に燃料ガスを流すことにより発電する。
【００５９】ここでは固体高分子電解質膜２の耐久性を
試験するために、前記酸化剤ガス通流溝５１および前記
燃料ガス通流溝５２に８０℃の水と８０℃の乾燥空気を
各々１５分ごとに流すことによって、前記固体高分子電
解質膜２に膨潤と乾燥のサイクルを加えた。この試験の
５００サイクル後、１０００サイクル後に一方の通流溝
の空間に１ｋｇｆ／ｃｍ２の空気圧をかけてから密閉空
間にした後の圧力降下を測ることによって、膜破れの有
無を調べ耐久性を試験した。
試験するために、前記酸化剤ガス通流溝５１および前記
燃料ガス通流溝５２に８０℃の水と８０℃の乾燥空気を
各々１５分ごとに流すことによって、前記固体高分子電
解質膜２に膨潤と乾燥のサイクルを加えた。この試験の
５００サイクル後、１０００サイクル後に一方の通流溝
の空間に１ｋｇｆ／ｃｍ２の空気圧をかけてから密閉空
間にした後の圧力降下を測ることによって、膜破れの有
無を調べ耐久性を試験した。
【００６０】（実施例２）膜厚２５μｍの炭化フッ素系
樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体であるポリ（エチレン
−テトラフルオロエチレン）フィルムに２０ｋＧｙの線
量のγ線を窒素中、常温下で照射した。前記フィルムの
電極との接合部をドライアイスで冷却しながら、該フィ
ルムの電極との接合部以外の部分に１２０℃、５分間熱
を加えることによってこの部分のラジカル量を減らし
た。
樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体であるポリ（エチレン
−テトラフルオロエチレン）フィルムに２０ｋＧｙの線
量のγ線を窒素中、常温下で照射した。前記フィルムの
電極との接合部をドライアイスで冷却しながら、該フィ
ルムの電極との接合部以外の部分に１２０℃、５分間熱
を加えることによってこの部分のラジカル量を減らし
た。
【００６１】このフィルムをスチレンモノマ中に６０℃
で２時間浸すことにより、ポリ（エチレン−テトラフル
オロエチレン）にスチレン鎖をグラフトした。このフィ
ルムを乾燥後、クロルスルホン酸３０容積部と１，２−
ジクロロエタン１００容積部の混合液中に、５０℃、１
時間浸した。乾燥後のフィルムを９０℃のイオン交換水
中に１時間浸漬した。さらに９０℃の新しいイオン交換
水で２時間洗浄し固体高分子電解質膜を得た。
で２時間浸すことにより、ポリ（エチレン−テトラフル
オロエチレン）にスチレン鎖をグラフトした。このフィ
ルムを乾燥後、クロルスルホン酸３０容積部と１，２−
ジクロロエタン１００容積部の混合液中に、５０℃、１
時間浸した。乾燥後のフィルムを９０℃のイオン交換水
中に１時間浸漬した。さらに９０℃の新しいイオン交換
水で２時間洗浄し固体高分子電解質膜を得た。
【００６２】このようにして得られた固体高分子電解質
膜のイオン交換容量は、電極との接合部に対応するとこ
ろで１.７６ミリ当量／ｇ、８０℃での含水率は７３重
量％であり、接合部以外の部分の各値は０.５ミリ当量
／ｇ以下、１０重量％以下であった。固体高分子電解質
膜の耐久性の試験は実施例１と同じ方法で行った。
膜のイオン交換容量は、電極との接合部に対応するとこ
ろで１.７６ミリ当量／ｇ、８０℃での含水率は７３重
量％であり、接合部以外の部分の各値は０.５ミリ当量
／ｇ以下、１０重量％以下であった。固体高分子電解質
膜の耐久性の試験は実施例１と同じ方法で行った。
【００６３】なお、本実施例ではγ線照射後、電極との
接合部以外の部分を加熱してこの部分のラジカル量を減
らしているが、前記γ線照射時に電極との接合部以外の
部分をマスキングしてこの部分にラジカルを発生しない
ようにして製造してもよい。
接合部以外の部分を加熱してこの部分のラジカル量を減
らしているが、前記γ線照射時に電極との接合部以外の
部分をマスキングしてこの部分にラジカルを発生しない
ようにして製造してもよい。
【００６４】（実施例３）膜厚２５μｍの炭化フッ素系
樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体であるポリ（エチレン
−テトラフルオロエチレン）フィルムに２０ｋＧｙの線
量のγ線を窒素中、常温下で照射した。前記フィルムを
スチレンモノマ中に６０℃で２時間浸すことにより、ポ
リ（エチレン−テトラフルオロエチレン）にスチレン鎖
をグラフトした。
樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体であるポリ（エチレン
−テトラフルオロエチレン）フィルムに２０ｋＧｙの線
量のγ線を窒素中、常温下で照射した。前記フィルムを
スチレンモノマ中に６０℃で２時間浸すことにより、ポ
リ（エチレン−テトラフルオロエチレン）にスチレン鎖
をグラフトした。
【００６５】このフィルムを乾燥後、クロルスルホン酸
３０容積部と１，２−ジクロロエタン１００容積部の混
合液中に、５０℃、１時間浸した。乾燥後のフィルムを
９０℃のイオン交換水中に１時間浸漬した。さらに９０
℃の新しいイオン交換水で２時間洗浄し固体高分子電解
質膜を得た。
３０容積部と１，２−ジクロロエタン１００容積部の混
合液中に、５０℃、１時間浸した。乾燥後のフィルムを
９０℃のイオン交換水中に１時間浸漬した。さらに９０
℃の新しいイオン交換水で２時間洗浄し固体高分子電解
質膜を得た。
【００６６】得られた固体高分子電解質膜の電極との接
合部は水で冷却しながら、接合部以外の部分に２５０
℃、１０分間熱を加えることによってその部分に架橋を
形成させた。
合部は水で冷却しながら、接合部以外の部分に２５０
℃、１０分間熱を加えることによってその部分に架橋を
形成させた。
【００６７】このようにして得られた固体高分子電解質
膜のイオン交換容量は、電極との接合部に対応するとこ
ろで１.７７ミリ当量／ｇ、８０℃での含水率は７２重
量％であり、接合部以外の部分の各値は１.１５ミリ当
量／ｇ、４８重量％であった。固体高分子電解質膜の耐
久性の試験は実施例１と同じ方法で行った。
膜のイオン交換容量は、電極との接合部に対応するとこ
ろで１.７７ミリ当量／ｇ、８０℃での含水率は７２重
量％であり、接合部以外の部分の各値は１.１５ミリ当
量／ｇ、４８重量％であった。固体高分子電解質膜の耐
久性の試験は実施例１と同じ方法で行った。
【００６８】（比較例）実施例３の最後に行った加熱に
よる架橋形成は実施しないが、それ以外の条件は実施例
３と同じ方法で製造して固体高分子電解質膜を得た。
よる架橋形成は実施しないが、それ以外の条件は実施例
３と同じ方法で製造して固体高分子電解質膜を得た。
【００６９】このようにして得られた固体高分子電解質
膜のイオン交換容量、８０℃での含水率は該固体高分子
電解質膜中でほぼ均一で、それぞれ１.７８ミリ当量／
ｇ、７５重量％であった。固体高分子電解質膜の耐久性
の試験は実施例１と同じ方法で行った。
膜のイオン交換容量、８０℃での含水率は該固体高分子
電解質膜中でほぼ均一で、それぞれ１.７８ミリ当量／
ｇ、７５重量％であった。固体高分子電解質膜の耐久性
の試験は実施例１と同じ方法で行った。
【００７０】（耐久性試験結果）耐久性試験の結果、実
施例１〜３の固体高分子電解質膜を備えた燃料電池で
は、５００サイクル後と１０００サイクル後とも圧力降
下はなく、かつ固体高分子電解質膜を観察したが膜破れ
は見られなかった。一方、比較例の固体高分子電解質膜
を備えた燃料電池では、５００サイクル試験後に漏れチ
ェックをしたところ圧力降下があり、かつ固体高分子電
解質膜を観察したところ電極外周部とＯリング周辺に膜
破れが見られた。
施例１〜３の固体高分子電解質膜を備えた燃料電池で
は、５００サイクル後と１０００サイクル後とも圧力降
下はなく、かつ固体高分子電解質膜を観察したが膜破れ
は見られなかった。一方、比較例の固体高分子電解質膜
を備えた燃料電池では、５００サイクル試験後に漏れチ
ェックをしたところ圧力降下があり、かつ固体高分子電
解質膜を観察したところ電極外周部とＯリング周辺に膜
破れが見られた。
【００７１】実施例と比較例の結果から、電極との接合
部に対応する部分以外の固体高分子電解質膜の含水率
が、電極との接合部に対応する部分の固体高分子電解質
膜のそれよりも小さくなっているので、水による膨潤・
乾燥に伴う膜の膨張・収縮を抑えられるため、ガスシー
ル用パッキンや電極外周部周辺での膜破れを防ぎ、燃料
電池の寿命を長くすることが可能となる。
部に対応する部分以外の固体高分子電解質膜の含水率
が、電極との接合部に対応する部分の固体高分子電解質
膜のそれよりも小さくなっているので、水による膨潤・
乾燥に伴う膜の膨張・収縮を抑えられるため、ガスシー
ル用パッキンや電極外周部周辺での膜破れを防ぎ、燃料
電池の寿命を長くすることが可能となる。
【００７２】また、固体高分子電解質膜は非常に容易な
製造工程で得ることが可能である。なお、本実施例およ
び比較例では原料のフィルムとしてポリ（エチレン−テ
トラフルオロエチレン）フィルムを使用しているが、他
の炭化フッ素系樹脂、炭化水素系樹脂、炭化フッ素系樹
脂と炭化水素系樹脂の共重合体のフィルムでも同じ効果
が得られる。
製造工程で得ることが可能である。なお、本実施例およ
び比較例では原料のフィルムとしてポリ（エチレン−テ
トラフルオロエチレン）フィルムを使用しているが、他
の炭化フッ素系樹脂、炭化水素系樹脂、炭化フッ素系樹
脂と炭化水素系樹脂の共重合体のフィルムでも同じ効果
が得られる。
【００７３】
【発明の効果】以上のように、本発明は、電極で挟持し
て接合された燃料電池用固体高分子電解質膜において、
該固体高分子電解質膜の電極との接合部以外の部分の含
水率が、電極との接合部のそれよりも小さいことを特徴
とする燃料電池用固体高分子電解質膜およびその製造方
法および該燃料電池用固体高分子電解質膜を電極で挟持
した固体高分子電解質膜と電極の接合体をセパレータで
挟持したことを特徴とする燃料電池であるので、電池出
力を低下させることなく、電池運転時に起こるガスシー
ル用パッキンや電極外周部周辺での膜破れを防ぎ、特に
固体高分子電解質膜の水による膨潤・乾燥に伴う膨張・
収縮による膜破れを防ぎ、耐久性の大きい固体高分子電
解質膜およびその製造方法および信頼性の高い燃料電池
を提供することができる。
て接合された燃料電池用固体高分子電解質膜において、
該固体高分子電解質膜の電極との接合部以外の部分の含
水率が、電極との接合部のそれよりも小さいことを特徴
とする燃料電池用固体高分子電解質膜およびその製造方
法および該燃料電池用固体高分子電解質膜を電極で挟持
した固体高分子電解質膜と電極の接合体をセパレータで
挟持したことを特徴とする燃料電池であるので、電池出
力を低下させることなく、電池運転時に起こるガスシー
ル用パッキンや電極外周部周辺での膜破れを防ぎ、特に
固体高分子電解質膜の水による膨潤・乾燥に伴う膨張・
収縮による膜破れを防ぎ、耐久性の大きい固体高分子電
解質膜およびその製造方法および信頼性の高い燃料電池
を提供することができる。
【図１】本発明の実施例の固体高分子電解質膜を使用し
た固体高分子電解質型燃料電池単セルの概略断面図
た固体高分子電解質型燃料電池単セルの概略断面図
１…固体高分子電解質型燃料電池単セル ２…固体高分子電解質膜 ６…Ｏリング １０…固体高分子電解質膜と電極との接合体 ２１…固体高分子電解質膜の電極との接合部 ２２…固体高分子電解質膜の電極との接合部以外の部分 ３１、３２…電極 ４１、４２…セパレータ ５１…酸化剤ガス通流溝 ５２…燃料ガス通流溝
Claims (9)
- 【請求項１】 電極で挟持して接合された燃料電池用固
体高分子電解質膜において、該固体高分子電解質膜の電
極との接合部以外の部分の含水率が、電極との接合部の
それよりも小さいことを特徴とする燃料電池用固体高分
子電解質膜。 - 【請求項２】 電極で挟持して接合された燃料電池用固
体高分子電解質膜において、該固体高分子電解質膜の電
極との接合部以外の部分のイオン交換容量が、電極との
接合部のそれよりも小さいことを特徴とする燃料電池用
固体高分子電解質膜。 - 【請求項３】 前記電極との接合部以外の部分のイオン
交換基の含有量が、前記電極との接合部のそれよりも少
ないことを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池
用固体高分子電解質膜。 - 【請求項４】 前記電極との接合部以外の部分の架橋量
が、前記電極との接合部のそれよりも多いことを特徴と
する請求項１または２記載の燃料電池用固体高分子電解
質膜。 - 【請求項５】 炭化フッ素系樹脂、炭化水素系樹脂、炭
化フッ素系樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体のいずれか
を原料として、グラフト反応、スルホン化反応またはス
ルホン化反応により製造する燃料電池用固体高分子電解
質膜の製造方法において、前記グラフト反応、スルホン
化反応の少なくとも一方の製造工程時に前記固体高分子
電解質膜の電極との接合部以外の部分にマスキングを施
しながら行うことを特徴とする燃料電池用固体高分子電
解質膜の製造方法。 - 【請求項６】 炭化フッ素系樹脂、炭化水素系樹脂、
炭化フッ素系樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体を原料と
して、放射線または電子線を照射後、グラフト反応、ス
ルホン化反応により製造する燃料電池用固体高分子電解
質膜の製造方法において、放射線または電子線の照射後
に前記固体高分子電解質膜の電極との接合部以外の部分
を加熱処理することを特徴とする燃料電池用固体高分子
電解質膜の製造方法。 - 【請求項７】 炭化フッ素系樹脂、炭化水素系樹脂、炭
化フッ素系樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体を原料とし
て、放射線または電子線を照射後、グラフト反応、スル
ホン化反応により製造する燃料電池用固体高分子電解質
膜の製造方法において、該固体高分子電解質膜の電極と
の接合部以外の部分をマスキングしながら放射線または
電子線を照射することを特徴とする燃料電池用固体高分
子電解質膜の製造方法。 - 【請求項８】 炭化フッ素系樹脂、炭化水素系樹脂、炭
化フッ素系樹脂と炭化水素系樹脂の共重合体を原料とし
て、スルホン化反応により製造する燃料電池用固体高分
子電解質膜の製造方法において、スルホン化反応後、前
記固体高分子電解質膜の電極との接合部以外の部分を加
熱することにより架橋を形成することを特徴とする燃料
電池用固体高分子電解質膜の製造方法。 - 【請求項９】 請求項１ないし８に記載の燃料電池用固
体高分子電解質膜を電極で挟持した固体高分子電解質膜
と電極の接合体をセパレータで挟持したことを特徴とす
る燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11018312A JP2000223136A (ja) | 1999-01-27 | 1999-01-27 | 燃料電池用固体高分子電解質膜およびその製造方法および燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11018312A JP2000223136A (ja) | 1999-01-27 | 1999-01-27 | 燃料電池用固体高分子電解質膜およびその製造方法および燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000223136A true JP2000223136A (ja) | 2000-08-11 |
Family
ID=11968103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11018312A Pending JP2000223136A (ja) | 1999-01-27 | 1999-01-27 | 燃料電池用固体高分子電解質膜およびその製造方法および燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000223136A (ja) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002025582A (ja) * | 2000-07-06 | 2002-01-25 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | パターン化電解質膜 |
| JP2002231269A (ja) * | 2001-02-07 | 2002-08-16 | Asahi Kasei Corp | フッ素系イオン交換膜の製造方法 |
| WO2005053071A1 (ja) * | 2003-11-25 | 2005-06-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 膜電極接合体とそれを用いた燃料電池 |
| JP2005235554A (ja) * | 2004-02-19 | 2005-09-02 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| JP2005267866A (ja) * | 2004-03-16 | 2005-09-29 | Kaneka Corp | プロトン伝導性高分子膜およびその製造方法並びにそれを使用した固体高分子形燃料電池 |
| JP2006066391A (ja) * | 2004-07-30 | 2006-03-09 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 固体高分子形燃料電池 |
| JP2008516384A (ja) * | 2004-10-06 | 2008-05-15 | ルノー・エス・アー・エス | 非フッ素化または部分フッ素化された膜を有する燃料電池及び非フッ素化または部分フッ素化された膜の製造方法 |
| US7476459B2 (en) | 2003-12-24 | 2009-01-13 | Honda Motor Co., Ltd. | Membrane electrode assembly and fuel cell |
| US7544433B2 (en) | 2002-11-18 | 2009-06-09 | Honda Motor Co., Ltd. | Electrode structure for polymer electrolyte fuel cells, and polymer electrolyte fuel cell using the same |
| WO2010013425A1 (ja) * | 2008-07-28 | 2010-02-04 | 株式会社 東芝 | 燃料電池 |
| JP2010108908A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-05-13 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JP2010123579A (ja) * | 2010-02-01 | 2010-06-03 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| JP2011113703A (ja) * | 2009-11-25 | 2011-06-09 | Hitachi Ltd | 固体高分子形燃料電池 |
| US8114552B2 (en) | 2002-11-18 | 2012-02-14 | Honda Motor Co., Ltd. | Electrode structure for polymer electrolyte fuel cell comprising sulfonated polyarylene-based polymer and method for manufactuing same |
| US8741500B2 (en) | 2007-08-02 | 2014-06-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack and fuel cell system |
| US9059443B2 (en) | 2006-06-06 | 2015-06-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | Fuel cell, fuel cell system and electronic device |
| US9142853B2 (en) | 2009-04-01 | 2015-09-22 | Sharp Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack and electronic device provided with the same |
-
1999
- 1999-01-27 JP JP11018312A patent/JP2000223136A/ja active Pending
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002025582A (ja) * | 2000-07-06 | 2002-01-25 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | パターン化電解質膜 |
| JP2002231269A (ja) * | 2001-02-07 | 2002-08-16 | Asahi Kasei Corp | フッ素系イオン交換膜の製造方法 |
| US7544433B2 (en) | 2002-11-18 | 2009-06-09 | Honda Motor Co., Ltd. | Electrode structure for polymer electrolyte fuel cells, and polymer electrolyte fuel cell using the same |
| US8114552B2 (en) | 2002-11-18 | 2012-02-14 | Honda Motor Co., Ltd. | Electrode structure for polymer electrolyte fuel cell comprising sulfonated polyarylene-based polymer and method for manufactuing same |
| WO2005053071A1 (ja) * | 2003-11-25 | 2005-06-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 膜電極接合体とそれを用いた燃料電池 |
| US7476459B2 (en) | 2003-12-24 | 2009-01-13 | Honda Motor Co., Ltd. | Membrane electrode assembly and fuel cell |
| JP2005235554A (ja) * | 2004-02-19 | 2005-09-02 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| JP4700918B2 (ja) * | 2004-02-19 | 2011-06-15 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
| JP2005267866A (ja) * | 2004-03-16 | 2005-09-29 | Kaneka Corp | プロトン伝導性高分子膜およびその製造方法並びにそれを使用した固体高分子形燃料電池 |
| JP2006066391A (ja) * | 2004-07-30 | 2006-03-09 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 固体高分子形燃料電池 |
| JP2008516384A (ja) * | 2004-10-06 | 2008-05-15 | ルノー・エス・アー・エス | 非フッ素化または部分フッ素化された膜を有する燃料電池及び非フッ素化または部分フッ素化された膜の製造方法 |
| US9059443B2 (en) | 2006-06-06 | 2015-06-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | Fuel cell, fuel cell system and electronic device |
| US8741500B2 (en) | 2007-08-02 | 2014-06-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack and fuel cell system |
| WO2010013425A1 (ja) * | 2008-07-28 | 2010-02-04 | 株式会社 東芝 | 燃料電池 |
| JP2010108908A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-05-13 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| US9142853B2 (en) | 2009-04-01 | 2015-09-22 | Sharp Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack and electronic device provided with the same |
| JP2011113703A (ja) * | 2009-11-25 | 2011-06-09 | Hitachi Ltd | 固体高分子形燃料電池 |
| JP2010123579A (ja) * | 2010-02-01 | 2010-06-03 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| JP4701304B2 (ja) * | 2010-02-01 | 2011-06-15 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2000223136A (ja) | 燃料電池用固体高分子電解質膜およびその製造方法および燃料電池 | |
| JP4871295B2 (ja) | Ｍｅａをユニット化するための設計、方法、及び工程 | |
| KR100660572B1 (ko) | 연료전지용 불균일 고분자 전해질 복합막 및 그 제조 방법 | |
| JP2015537343A (ja) | メンブレン電極アッセンブリ、このようなメンブレン電極アッセンブリを有する燃料電池及び燃料電池を有する自動車 | |
| JP5064233B2 (ja) | 膜の処理方法 | |
| US7858260B2 (en) | Polymer electrolyte membrane and method of producing the same | |
| Guimet et al. | Strengthening of perfluorosulfonic acid ionomer with sulfonated hydrocarbon polyelectrolyte for application in medium-temperature fuel cell | |
| JPH11345620A (ja) | 高分子電解質型燃料電池およびその製造法 | |
| JP4899238B2 (ja) | 複合化架橋電解質 | |
| US8216740B2 (en) | Fuel cell | |
| WO2003081707A1 (fr) | Union d'electrode/membrane d'electrolyte pour pile a combustible et son procede d'obtention | |
| JP2005011662A (ja) | 燃料電池用シール材の形成方法 | |
| JP3456935B2 (ja) | 燃料電池用シール材の形成方法 | |
| JP2005532666A (ja) | エラストマーセパレータプレートおよび製造方法 | |
| JP2003272663A (ja) | 燃料電池用電極構造体およびそれを用いた固体高分子型燃料電池 | |
| JP3552101B2 (ja) | 燃料電池用セパレータとそのゴムパッキンの成形方法 | |
| JP4811990B2 (ja) | 電解質膜及び固体高分子型燃料電池 | |
| JP2002025582A (ja) | パターン化電解質膜 | |
| JP2004043745A (ja) | フッ素ゴム組成物 | |
| JP2002252006A (ja) | 固体高分子電解質膜の製造方法および燃料電池 | |
| JP2004211038A (ja) | 接着剤組成物 | |
| JP4056928B2 (ja) | 燃料電池用シール材の形成方法 | |
| JP2004220995A (ja) | 膜−電極接合体、その製造方法、及び燃料電池 | |
| JP2005026150A (ja) | 燃料電池の修復方法 | |
| JP2004235169A (ja) | 固体高分子形燃料電池用電解質膜、その製造方法及び固体高分子形燃料電池 |