JP2002083612A - Electrolyte film and its manufacturing method, and fuel cell and its manufacturing method - Google Patents

Electrolyte film and its manufacturing method, and fuel cell and its manufacturing method

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JP2002083612A
JP2002083612A JP2000272203A JP2000272203A JP2002083612A JP 2002083612 A JP2002083612 A JP 2002083612A JP 2000272203 A JP2000272203 A JP 2000272203A JP 2000272203 A JP2000272203 A JP 2000272203A JP 2002083612 A JP2002083612 A JP 2002083612A
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polymer
monomer
electrolyte membrane
fuel cell
substrate
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Takehisa Yamaguchi
猛央 山口
Shinichi Nakao
真一 中尾
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Japan Science and Technology Corp
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    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new electrolyte film, in which permeation of methanol (cross-over) is restrained as much as possible and which is also durable under an environment of higher temperature (not lower than about 130 deg.C), and a fuel cell using the electrolyte film, especially methanol direct type solid polymer fuel cell, as well as to provide its manufacturing method. SOLUTION: This electrolyte film, in which the first and the second polymers having a protonic conductivity are filled in fine pores of porous base material, which substantially does not swell with respect to methanol and water, and the electrolyte film where one end of the first polymer is made to be bonded to an inner surface of fine pores of the base material is used.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は一般に電解質膜に関
し、詳細には燃料電池用電解質膜、さらに詳細には直接
型メタノール固体高分子型燃料電池用電解質膜に関す
る。また、本発明は、該電解質膜を有してなる燃料電池
及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to an electrolyte membrane, and more particularly, to an electrolyte membrane for a fuel cell, and more particularly to an electrolyte membrane for a direct methanol solid polymer fuel cell. Further, the present invention relates to a fuel cell having the electrolyte membrane and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】地球的な環境保護の動きが活発化するに
つれて、いわゆる温暖化ガスやNOxの排出防止が強く
叫ばれている。これらのガスの総排出量を削減するため
に、自動車用の燃料電池システムの実用化が非常に有効
と考えられている。
2. Description of the Related Art As global environmental protection activities have become more active, there has been a strong demand for prevention of so-called greenhouse gases and NOx emissions. In order to reduce the total emission of these gases, it is considered that the practical application of a fuel cell system for an automobile is very effective.

【0003】固体高分子型燃料電池(PEFC、Polyme
r Electrolyte Fuel Cell)は、低温動作、高出力密
度、発電反応で水しか生成されないという優れた特徴を
有している。なかでも、メタノール燃料のPEFCは、
ガソリンと同様に液体燃料として供給が可能なため、電
気自動車用動力として有望であると考えられている。
[0003] Solid polymer fuel cells (PEFC, Polyme
r Electrolyte Fuel Cell) has the excellent features of low temperature operation, high power density, and the ability to generate only water due to the power generation reaction. In particular, methanol fueled PEFCs
Since it can be supplied as a liquid fuel like gasoline, it is considered to be promising as power for electric vehicles.

【0004】固体高分子型燃料電池は、改質器を用いて
メタノールを水素主成分のガスに変換する改質型と、改
質器を用いずにメタノールを直接使用する直接型(DM
FC、Direct Methanol Polymer Fuel Cell)の二つの
タイプに区分される。直接型燃料電池は、改質器が不要
であるため、軽量化が可能であり、また頻繁な起動・停
止に耐えうる、負荷変動応答性も大幅に改善できる、触
媒被毒も問題にならないなどの大きな利点があり、その
実用化が期待されている。
[0004] Solid polymer fuel cells include a reforming type in which methanol is converted into a gas containing hydrogen as a main component using a reformer, and a direct type (DM) in which methanol is directly used without using a reformer.
FC and Direct Methanol Polymer Fuel Cell). The direct fuel cell does not require a reformer, so it can be reduced in weight, can withstand frequent start / stop, can greatly improve load fluctuation response, and does not pose a problem with catalyst poisoning. There is a great advantage, and its practical use is expected.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、DMF
Cの実用化にはいくつかの問題点が指摘されている。例
えば、DMFCは電解質として固体高分子電解質を用い
るが、在来のPEFC用の電解質膜、例えばDu Pont社
のNafion(登録商標)膜、Dow Chemical社のDow膜など
を用いた場合には、メタノールが膜を透過してしまうた
め、触媒が消極し起電力が低下するという問題、及び触
媒活性を上げるために温度を上げると130℃付近で融
解(クリーピング)してしまうという問題の、大きな二
つの問題が発生する。これらの問題を同時に解決する電
解質膜は現存しないが、この問題を解決すれば電気自動
車への応用が一気に進む可能性がある。
SUMMARY OF THE INVENTION However, DMF
Several problems have been pointed out in practical use of C. For example, DMFC uses a solid polymer electrolyte as an electrolyte. However, when a conventional electrolyte membrane for PEFC, for example, a Nafion (registered trademark) membrane of Du Pont, a Dow membrane of Dow Chemical, etc., methanol is used. Are permeated through the membrane, so that the catalyst is depolarized and the electromotive force is reduced, and when the temperature is increased to increase the catalytic activity, melting (creeping) occurs at around 130 ° C. Two problems occur. There is no electrolyte membrane that solves these problems at the same time, but if this problem is solved, there is a possibility that the application to electric vehicles will progress at a stretch.

【0006】よって、本発明の目的は、メタノールの透
過(クロスオーバー)をできるだけ抑制し、かつ高温
(約130℃以上)環境下での使用にも耐える新規な電
解質膜を実現することにある。また、本発明の目的は、
上記電解質膜の製造方法を提供することにある。さら
に、本発明の目的は、上記電解質膜を用いた新規なメタ
ノール直接型固体高分子燃料電池を実現することにあ
る。
Accordingly, an object of the present invention is to realize a novel electrolyte membrane which suppresses the permeation (crossover) of methanol as much as possible and which can withstand use in a high-temperature (about 130 ° C. or higher) environment. The object of the present invention is
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing the electrolyte membrane. A further object of the present invention is to realize a novel methanol direct type solid polymer fuel cell using the above-mentioned electrolyte membrane.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、次のような
知見を得た。即ち、一般にポリマーは高温で軟化する
が、熱分解する温度まではその性能を維持するという性
質に着目し、耐熱性基材の細孔中に第1のポリマーを化
学結合させて埋め込めば、高温下でも基材の骨格が膜の
構造を維持するという知見を得た。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present inventors have made intensive studies and have obtained the following findings. In other words, in general, the polymer softens at high temperature, but pays attention to the property of maintaining its performance up to the temperature at which the polymer decomposes. It has been found that the skeleton of the base material maintains the structure of the film even below.

【0008】また、本発明者らは、第1のポリマーに加
えて、第2のポリマーを充填させれば、メタノールの透
過(クロスオーバー)を抑制しつつ、プロトン伝導性を
高めることができるという知見を得た。さらに、プロト
ン伝導性は細孔中に埋め込んだポリマーにより確保する
とともに、高温下における形状維持、膨潤抑制および耐
熱性は多孔性基材のマトリクスにより達成することがで
きるという知見を得た。
Further, the present inventors have stated that if the second polymer is filled in addition to the first polymer, the proton conductivity can be increased while suppressing the permeation (crossover) of methanol. Obtained knowledge. Furthermore, it has been found that proton conductivity is ensured by a polymer embedded in pores, and that shape maintenance, swelling suppression and heat resistance at high temperatures can be achieved by a matrix of a porous substrate.

【0009】これらの知見から、本発明者らは、以下の
発明を見出した。 <1> 有機溶媒および水に耐膨潤性を有する多孔性基
材の細孔内表面にその一端を結合させるように第1のポ
リマーを形成する工程、及び第1のポリマーと同じであ
っても異なっていてもよい第2のポリマーを前記基材の
細孔内に充填させる工程を有する電解質膜の製造方法で
あって、前記第1及び第2のポリマーがプロトン伝導性
を有する電解質膜の製造方法。
From these findings, the present inventors have found the following invention. <1> a step of forming a first polymer such that one end thereof is bonded to an inner surface of a pore of a porous substrate having swelling resistance to an organic solvent and water, and even if it is the same as the first polymer, A method for producing an electrolyte membrane comprising a step of filling a second polymer, which may be different, into pores of the base material, wherein the first and second polymers have proton conductivity. Method.

【0010】<2> 上記<1>において、第1のポリ
マーが第1のモノマー由来であり、第2のポリマーが第
1のモノマーと同じであっても異なってもよい第2のモ
ノマー由来であるのがよい。 <3> 上記<1>又は<2>において、第1のポリマ
ーの形成工程が、基材にエネルギーを照射する工程、及
び該基材に第1のモノマーを接触させる工程を有し、第
1のモノマーを接触させることにより、基材の細孔内表
面にその一端を結合させるように第1のポリマーを形成
するのがよい。
<2> In the above item <1>, the first polymer is derived from a first monomer, and the second polymer is derived from a second monomer which may be the same as or different from the first monomer. There should be. <3> In the above item <1> or <2>, the step of forming the first polymer includes a step of irradiating the base material with energy and a step of bringing the first monomer into contact with the base material. The first polymer is preferably formed such that one end of the first polymer is bonded to the inner surface of the pores of the substrate by contacting the monomer.

【0011】<4> 上記<3>において、エネルギー
のエネルギー源が、プラズマ、紫外線、電子線、ガンマ
線からなる群から選ばれ、該エネルギー源により基材を
励起させて該基材の少なくとも細孔内表面に反応開始点
を生成し、該反応開始点に第1のモノマーを接触させる
ことにより、該反応開始点において基材と結合するよう
に第1のポリマーを形成するのがよい。 <5> 上記<1>又は<2>において、第1のポリマ
ーの形成工程が、カップリング剤により第1のポリマー
の一端を基材に結合するのがよい。
<4> In the above item <3>, the energy source of energy is selected from the group consisting of plasma, ultraviolet rays, electron beams, and gamma rays, and the energy source excites the base material to form at least pores of the base material. It is preferred that a first polymer is formed so as to bond to the substrate at the reaction start point by generating a reaction start point on the inner surface and bringing the first monomer into contact with the reaction start point. <5> In the above item <1> or <2>, in the step of forming the first polymer, one end of the first polymer may be bonded to the base material by a coupling agent.

【0012】<6> 上記<1>〜<5>のいずれかに
おいて、第2のポリマーの充填工程が、第2のモノマー
を基材の細孔内に充填し、該充填した第2のモノマーを
細孔内において重合させて第2のポリマーを得て、これ
により細孔内を充填させる工程であるのがよい。 <7> 上記<1>〜<6>のいずれかにおいて、多孔
性基材は無機材料または耐熱性ポリマーから構成される
のがよい。 <8> 上記<7>において、無機材料は、セラミッ
ク、ガラスまたはアルミナのいずれか一つもしくはそれ
らの複合材料であるのがよい。
<6> In any one of the above items <1> to <5>, the step of filling the second polymer may include filling the second monomer into the pores of the substrate, and filling the second monomer with the second monomer. Is polymerized in the pores to obtain a second polymer, which is preferably filled in the pores. <7> In any one of the above items <1> to <6>, the porous substrate may be made of an inorganic material or a heat-resistant polymer. <8> In the above item <7>, the inorganic material may be any one of ceramic, glass, and alumina, or a composite material thereof.

【0013】<9> 上記<7>において、耐熱性ポリ
マーがポリテトラフルオロエチレン又はポリイミドであ
るのがよい。 <10> 上記<1>〜<9>のいずれかにおいて、電
解質膜が燃料電池用電解質膜であるのがよい。 <11> 上記<1>〜<9>のいずれかにおいて、電
解質膜が直接型メタノール固体高分子燃料電池用電解質
膜であるのがよい。
<9> In the above item <7>, the heat-resistant polymer may be polytetrafluoroethylene or polyimide. <10> In any one of the above items <1> to <9>, the electrolyte membrane may be a fuel cell electrolyte membrane. <11> In any one of the above items <1> to <9>, the electrolyte membrane may be an electrolyte membrane for a direct methanol solid polymer fuel cell.

【0014】<12> メタノールおよび水に対して実
質的に膨潤しない多孔性基材の細孔にプロトン伝導性を
有するポリマーを充填したことを特徴とする電解質膜で
あって、該ポリマーが第1のプロトン伝導性ポリマー及
び第2のプロトン伝導性ポリマーを有し、該第1のポリ
マーが前記基材の細孔内表面にその一端を結合させたポ
リマーであり、第2のポリマーが第1のポリマーと同じ
であっても異なってもよいポリマーである電解質膜。
<12> An electrolyte membrane, wherein pores of a porous base material that does not substantially swell with methanol and water are filled with a polymer having proton conductivity, wherein the polymer is a first polymer. Wherein the first polymer is a polymer having one end bonded to the inner surface of the pores of the base material, and the second polymer is the first polymer. An electrolyte membrane that is a polymer that may be the same as or different from the polymer.

【0015】<13> 上記<12>において、第1の
ポリマーが第1のモノマー由来であり、第2のポリマー
が第1のモノマーと同じであっても異なってもよい第2
のモノマー由来であるのがよい。 <14> 上記<12>又は<13>において、第1の
ポリマーが、基材にエネルギーを照射した後、該基材に
第1のモノマーを接触させることによって得られるのが
よい。
<13> In the above item <12>, the first polymer may be derived from the first monomer, and the second polymer may be the same as or different from the first monomer.
It is good to be derived from the monomer of. <14> In the above item <12> or <13>, the first polymer may be obtained by irradiating the base material with energy and then contacting the base material with the first monomer.

【0016】<15> 上記<14>において、エネル
ギーのエネルギー源が、プラズマ、紫外線、電子線、ガ
ンマ線からなる群から選ばれ、該エネルギー源により基
材を励起させて該基材の少なくとも細孔内表面に反応開
始点を生成し、該反応開始点に第1のモノマーを接触さ
せることにより、該反応開始点において前記基材と結合
するように第1のポリマーが得られるのがよい。 <16> 上記<12>又は<13>において、第1の
ポリマーは、カップリング剤によりその一端を基材に結
合するのがよい。
<15> In the above item <14>, the energy source of energy is selected from the group consisting of plasma, ultraviolet light, electron beam, and gamma ray, and the energy source excites the substrate to form at least pores of the substrate. Preferably, a first polymer is obtained so as to bond to the substrate at the reaction start point by generating a reaction start point on the inner surface and contacting the first monomer with the reaction start point. <16> In the above item <12> or <13>, one end of the first polymer may be bonded to the substrate by a coupling agent.

【0017】<17> 上記<12>〜<16>のいず
れかにおいて、第2のポリマーが、第2のモノマーを基
材の細孔内に充填し、該充填した第2のモノマーを細孔
内において重合させて得られるのがよい。
<17> In any one of the above items <12> to <16>, the second polymer may fill the second monomer into the pores of the substrate, and may fill the second monomer with the pores. It is good to be obtained by polymerizing inside.

【0018】<18> 上記<12>〜<17>のいず
れかにおいて、多孔性基材は無機材料または耐熱性ポリ
マーから構成されるのがよい。 <19> 上記<18>において、無機材料は、セラミ
ック、ガラスまたはアルミナのいずれか一つもしくはそ
れらの複合材料であるのがよい。
<18> In any one of the above items <12> to <17>, the porous substrate may be composed of an inorganic material or a heat-resistant polymer. <19> In the above item <18>, the inorganic material may be any one of ceramic, glass, and alumina, or a composite material thereof.

【0019】<20> 上記<18>において、耐熱性
ポリマーがポリテトラフルオロエチレン又はポリイミド
であるのがよい。 <21> 上記<12>〜<20>のいずれかにおい
て、電解質膜が燃料電池用電解質膜であるのがよい。 <22> 上記<12>〜<20>のいずれかにおい
て、電解質膜が直接型メタノール固体高分子燃料電池用
電解質膜であるのがよい。
<20> In the above item <18>, the heat-resistant polymer may be polytetrafluoroethylene or polyimide. <21> In any one of the above items <12> to <20>, the electrolyte membrane may be a fuel cell electrolyte membrane. <22> In any one of the above items <12> to <20>, the electrolyte membrane may be an electrolyte membrane for a direct methanol solid polymer fuel cell.

【0020】<23> 電解質膜を、カソード電極上ま
たはカソード電極の触媒層上に形成した燃料電池であっ
て、該電解質膜が上記<12>〜<22>のいずれかの
電解質膜である燃料電池。
<23> A fuel cell in which an electrolyte membrane is formed on a cathode electrode or a catalyst layer of a cathode electrode, wherein the electrolyte membrane is any one of the above-mentioned <12> to <22>. battery.

【0021】<24> カソード極、アノード極、該両
極に挟まれた電解質を有してなる燃料電池であって、該
電解質は、メタノールおよび水に対して実質的に膨潤し
ない多孔性基材の細孔にプロトン伝導性を有するポリマ
ーを充填したことを特徴とする電解質であり、該ポリマ
ーが第1のプロトン伝導性ポリマー及び第2のプロトン
伝導性ポリマーを有し、該第1のポリマーが前記基材の
細孔内表面にその一端を結合したポリマーであり、第2
のポリマーが第1のポリマーと同じであっても異なって
もよいポリマーである燃料電池。
<24> A fuel cell comprising a cathode electrode, an anode electrode, and an electrolyte sandwiched between the two electrodes, wherein the electrolyte is a porous base material that does not substantially swell in methanol and water. An electrolyte characterized in that pores are filled with a polymer having proton conductivity, wherein the polymer has a first proton conductive polymer and a second proton conductive polymer, and the first polymer is A polymer having one end bonded to the inner surface of the pores of the substrate,
Wherein the polymer of is a polymer that may be the same as or different from the first polymer.

【0022】<25> 上記<24>において、第1の
ポリマーが第1のモノマー由来であり、第2のポリマー
が第1のモノマーと同じであっても異なってもよい第2
のモノマー由来であるのがよい。 <26> 上記<24>又は<25>において、第1の
ポリマーが、基材にエネルギーを照射した後、該基材に
第1のモノマーを接触させることによって得られるのが
よい。
<25> In the above item <24>, the first polymer may be derived from the first monomer, and the second polymer may be the same as or different from the first monomer.
It is good to be derived from the monomer of. <26> In the above item <24> or <25>, the first polymer may be obtained by irradiating the substrate with energy and then bringing the first monomer into contact with the substrate.

【0023】<27> 上記<26>において、エネル
ギーのエネルギー源が、プラズマ、紫外線、電子線、ガ
ンマ線からなる群から選ばれ、該エネルギー源により基
材を励起させて該基材の少なくとも細孔内表面に反応開
始点を生成し、該反応開始点に第1のモノマーを接触さ
せることにより、該反応開始点において基材と結合する
ように第1のポリマーが得られるのがよい。 <28> 上記<24>又は<25>において、第1の
ポリマーは、カップリング剤によりその一端を基材に結
合するのがよい。
<27> In the above item <26>, the energy source of energy is selected from the group consisting of plasma, ultraviolet rays, electron beams and gamma rays, and the energy source excites the base material to form at least pores in the base material. Preferably, a first polymer is obtained so as to bond to the substrate at the reaction start point by generating a reaction start point on the inner surface and contacting the first monomer with the reaction start point. <28> In the above item <24> or <25>, it is preferable that one end of the first polymer is bonded to the base material by a coupling agent.

【0024】<29> 上記<24>〜<28>のいず
れかにおいて、第2のポリマーが、第2のモノマーを基
材の細孔内に充填し、該充填した第2のモノマーを細孔
内において重合させて得られるのがよい。 <30> 上記<24>〜<29>のいずれかにおい
て、多孔性基材は無機材料または耐熱性ポリマーから構
成されるのがよい。
<29> In any one of the above items <24> to <28>, the second polymer may fill the second monomer into the pores of the substrate, and may fill the second monomer with the pores. It is good to be obtained by polymerizing inside. <30> In any one of the above items <24> to <29>, the porous substrate may be made of an inorganic material or a heat-resistant polymer.

【0025】<31> 上記<30>において、無機材
料は、セラミック、ガラスまたはアルミナのいずれか一
つもしくはそれらの複合材料であるのがよい。 <32> 上記<30>において、耐熱性ポリマーがポ
リテトラフルオロエチレン又はポリイミドであるのがよ
い。 <33> 上記<24>〜<32>のいずれかにおい
て、燃料電池が、直接型メタノール固体高分子燃料電池
であるのがよい。
<31> In the above item <30>, the inorganic material may be any one of ceramic, glass and alumina, or a composite material thereof. <32> In the above item <30>, the heat-resistant polymer may be polytetrafluoroethylene or polyimide. <33> In any one of the above items <24> to <32>, the fuel cell may be a direct methanol solid polymer fuel cell.

【0026】<34> ゾルを第1の極に塗布する工
程、塗布したゾルを多孔性薄膜層にする工程、得られた
多孔性薄膜層の細孔にプロトン伝導性ポリマーを充填し
て第1の電極上に電解質膜を形成する工程、該電解質膜
上に第2の極を密着させる工程を有する燃料電池の製造
方法であって、前記電解質膜を形成する工程において、
前記プロトン伝導性ポリマーが第1及び第2のプロトン
伝導性ポリマーを有し、該第1のポリマーの一端が前記
細孔の表面に結合するように該第1のポリマーを形成す
る工程、及び第1のポリマーの形成後に第2のポリマー
を充填する工程を有する燃料電池の製造方法。
<34> a step of applying a sol to the first electrode, a step of forming the applied sol into a porous thin film layer, and filling a pore of the obtained porous thin film layer with a proton-conductive polymer to form a first thin film. Forming an electrolyte membrane on the electrode, a method for manufacturing a fuel cell having a step of adhering a second pole on the electrolyte membrane, wherein the step of forming the electrolyte membrane,
Forming the first polymer such that the proton conductive polymer has first and second proton conductive polymers, and one end of the first polymer is bonded to the surface of the pore; A method for manufacturing a fuel cell, comprising a step of filling a second polymer after forming one polymer.

【0027】<35> 上記<34>において、第1の
ポリマーと第2のポリマーとは同じであっても異なって
もよい。 <36> 上記<34>又は<35>において、第1の
ポリマーが第1のモノマー由来であり、第2のポリマー
が第1のモノマーと同じであっても異なってもよい第2
のモノマー由来であるのがよい。
<35> In the above item <34>, the first polymer and the second polymer may be the same or different. <36> In the above item <34> or <35>, the first polymer may be derived from the first monomer, and the second polymer may be the same as or different from the first monomer.
It is good to be derived from the monomer of.

【0028】<37> 上記<34>〜<36>のいず
れかにおいて、第1のポリマーの形成工程が、基材にエ
ネルギーを照射した後、該基材に第1のモノマーを接触
させることによって行われるのがよい。
<37> In any one of the above items <34> to <36>, the step of forming the first polymer may comprise irradiating the substrate with energy and then bringing the first monomer into contact with the substrate. Good to be done.

【0029】<38> 上記<37>において、エネル
ギーのエネルギー源が、プラズマ、紫外線、電子線、ガ
ンマ線からなる群から選ばれ、該エネルギー源により基
材を励起させて該基材の少なくとも細孔内表面に反応開
始点を生成し、該反応開始点に第1のモノマーを接触さ
せることにより、該反応開始点において基材と結合する
ように第1のポリマーが得られるのがよい。 <39> 上記<34>〜<36>のいずれかにおい
て、第1のポリマーの形成工程が、カップリング剤によ
り第1のポリマーの一端を基材に結合するのがよい。
<38> In the above item <37>, the energy source of energy is selected from the group consisting of plasma, ultraviolet rays, electron beams and gamma rays, and the energy source excites the base material so that at least the pores of the base material are excited. Preferably, a first polymer is obtained so as to bond to the substrate at the reaction start point by generating a reaction start point on the inner surface and contacting the first monomer with the reaction start point. <39> In any one of the above items <34> to <36>, in the step of forming the first polymer, one end of the first polymer may be bonded to the substrate by a coupling agent.

【0030】<40> 上記<34>〜<39>のいず
れかにおいて、第2のポリマーが、第2のモノマーを基
材の細孔内に充填し、該充填した第2のモノマーを細孔
内において重合させることによって得られるのがよい。 <41> 上記<34>〜<40>のいずれかにおい
て、多孔性基材は無機材料または耐熱性ポリマーから構
成されるのがよい。
<40> In any one of the above items <34> to <39>, the second polymer may fill the second monomer into the pores of the substrate, and may fill the second monomer into the pores. It is good to be obtained by polymerizing inside. <41> In any one of the above items <34> to <40>, the porous substrate may be composed of an inorganic material or a heat-resistant polymer.

【0031】<42> 上記<41>において、無機材
料は、セラミック、ガラスまたはアルミナのいずれか一
つもしくはそれらの複合材料であるのがよい。 <43> 上記<41>において、耐熱性ポリマーがポ
リテトラフルオロエチレン又はポリイミドであるのがよ
い。
<42> In the above item <41>, the inorganic material may be any one of ceramic, glass and alumina, or a composite material thereof. <43> In the above item <41>, the heat-resistant polymer may be polytetrafluoroethylene or polyimide.

【0032】<44> 上記<34>〜<43>のいず
れかにおいて、第1の極が第1の支持体層及び第1の触
媒層を有してなり、ゾル塗布工程において、前記ゾルを
前記触媒層に塗布するのがよい。 <45> 上記<34>〜<44>のいずれかにおい
て、第2の極が第2の支持体層及び第2の触媒層を有し
てなり、第2の極を密着させる工程において、前記電解
質膜と前記第2の触媒層とを密着させるのがよい。
<44> In any one of the above items <34> to <43>, the first electrode may include a first support layer and a first catalyst layer. It is preferably applied to the catalyst layer. <45> In any one of the above items <34> to <44>, the second electrode may include a second support layer and a second catalyst layer, and in the step of adhering the second electrode, It is preferable that the electrolyte membrane and the second catalyst layer be in close contact with each other.

【0033】<46> 上記<34>〜<45>のいず
れかにおいて、燃料電池が、直接型メタノール固体高分
子燃料電池であるのがよい。
<46> In any one of the above items <34> to <45>, the fuel cell may be a direct methanol solid polymer fuel cell.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の電解質膜は、耐熱性を有し、メタノール等の有
機溶媒および水に対して実質的に膨潤しない多孔性材料
を基材として用いる。そのような性質を持つ材料とし
て、無機材料ではガラス、又はアルミナもしくはシリカ
などのセラミックス等がある。また、その他の材料では
ポリテトラフルオロエチレン(例えばテフロン(登録商
標))、ポリイミド等が挙げられる。これらの材料は、
単独で用いても、2種以上を複合材料として用いてもよ
い。また、複合材料として用いる場合、その形態は2層
以上が積層してなるものであってもよい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The electrolyte membrane of the present invention uses a porous material having heat resistance and substantially not swelling in an organic solvent such as methanol and water. Examples of materials having such properties include glass, ceramics such as alumina and silica as inorganic materials. Other materials include polytetrafluoroethylene (for example, Teflon (registered trademark)), polyimide, and the like. These materials are
A single material may be used, or two or more materials may be used as a composite material. When used as a composite material, the form may be a laminate of two or more layers.

【0035】本発明に用いることができる基材の空孔率
は、好適には10%〜95%であるのがよい。また、平
均孔径は、0.001μm〜100μmの範囲内にある
ことが望ましい。さらに、基材の厚さは100μm以
下、好ましくは数μmのオーダーであるのがよい。
The porosity of the substrate that can be used in the present invention is preferably 10% to 95%. Further, the average pore diameter is desirably in the range of 0.001 μm to 100 μm. Further, the thickness of the substrate is 100 μm or less, and preferably on the order of several μm.

【0036】本発明の電解質膜は、多孔性材料からなる
基材の表面、特に細孔内表面に、第1のポリマー、特に
グラフト重合体を結合してなる。この第1のポリマー
は、第1のモノマー由来であり、第1のモノマー及び第
1のポリマーはイオン交換基を有する。この第1のポリ
マー、特にグラフト重合体がまず、基材の細孔内を満た
す。第1のポリマーは、その一端が細孔内表面に結合す
るように形成されるため、細孔内に形成された該第1の
ポリマーは、容易に流出または溶出することがない。
The electrolyte membrane of the present invention is obtained by bonding a first polymer, particularly a graft polymer, to the surface of a substrate made of a porous material, particularly to the inner surface of pores. The first polymer is derived from a first monomer, and the first monomer and the first polymer have ion exchange groups. The first polymer, especially the graft polymer, first fills the pores of the substrate. Since the first polymer is formed so that one end thereof is bonded to the inner surface of the pore, the first polymer formed in the pore does not easily flow out or elute.

【0037】なお、本明細書において、「イオン交換
基」とは、例えば−SOH基由来の−SO など、
プロトンを保持し且つ遊離しやすい基のことをいう。こ
れらが第1のポリマーにペンダント状に存在し、かつ該
ポリマーが細孔内を満たすことにより、プロトン伝導性
が生じる。
[0037] In this specification, the term "ion exchange groups", for example, -SO 3 H group derived from -SO 3 -, etc.,
A group that retains a proton and is easily released. When these are present in the first polymer in a pendant manner and the polymer fills the pores, proton conductivity occurs.

【0038】第1のポリマーを、その一端を細孔内表面
に結合するように形成するには、次のような方法があ
る。例えば、プラズマ、紫外線、電子線、ガンマ線等で
基材を励起させて、該基材の少なくとも細孔内表面に反
応開始点を生成させて、該反応開始点に第1のモノマー
を接触させることにより、第1のポリマーを得る方法で
ある。また、シランカプラー等の化学的方法により、第
1のポリマーを細孔内表面に結合させることもできる。
さらに、細孔中に第1のモノマーを充填し、その内部で
重合反応を行わせて第1のポリマーを得る一般的な重合
法を用いた後に、得られた第1のポリマーを基材と、例
えば上記シランカプラーなどを含むカップリング剤を用
いて、化学結合させることもできる。
To form the first polymer so that one end thereof is bonded to the inner surface of the pore, there are the following methods. For example, exciting a substrate with plasma, ultraviolet rays, electron beams, gamma rays, or the like, generating a reaction initiation point on at least the inner surface of the pores of the substrate, and bringing the first monomer into contact with the reaction initiation point. Is a method for obtaining a first polymer by Further, the first polymer can be bonded to the inner surface of the pore by a chemical method such as a silane coupler.
Further, a first monomer is filled in the pores, and a polymerization reaction is performed therein to use a general polymerization method of obtaining a first polymer. Then, the obtained first polymer is used as a base material. For example, the chemical bonding can be performed using a coupling agent containing the above-mentioned silane coupler or the like.

【0039】本発明において、以下に説明するプラズマ
グラフト重合法を用いるのが好ましい。即ち、第1のモ
ノマーをプラズマグラフト重合反応させて、その一端が
細孔表面に結合した第1のポリマーを得るのが好まし
い。なお、プラズマグラフト重合は、以下に説明する液
相法、及び周知の気相重合法を用いて行うことができ
る。
In the present invention, it is preferable to use the plasma graft polymerization method described below. That is, it is preferable that the first monomer is subjected to a plasma graft polymerization reaction to obtain a first polymer having one end bonded to the surface of the pore. The plasma graft polymerization can be performed using a liquid phase method described below and a well-known gas phase polymerization method.

【0040】本発明の第1のモノマーとして使用可能な
モノマーは、好適にはアクリルスルホン酸ナトリウム
(SAS)、メタリルスルホン酸ナトリウム(SM
S)、pスチレンスルホン酸ナトリウム(SSS)、ア
クリル酸(AA)などが挙げられる。しかしながら、本
発明に使用可能なモノマーは、上記に限定されるもので
はなく、アリルアミン、アリルスルホン酸、アリルホス
ホン酸、メタリルスルホン酸、メタリルホスホン酸、ビ
ニルスルホン酸、ビニルホスホン酸、スチレンスルホン
酸、スチレンホスホン酸、アクリルアミドのスルホン酸
またはホスホン酸誘導体、エチレンイミン、メタクリル
酸など、構造中にビニル基およびスルホン酸、ホスホン
酸などの強酸基、カルボキシル基などの弱酸基、1級、2
級、3級、4級アミンのような強塩基、弱塩基を有するモ
ノマーおよびそのエステルなどの誘導体であってもよ
い。なお、モノマーとしてナトリウム塩などの塩のタイ
プを用いた場合、ポリマーとした後に、それらの塩をプ
ロトン型などにするのがよい。
The monomers usable as the first monomer of the present invention are preferably sodium acrylsulfonate (SAS), sodium methallylsulfonate (SM)
S), sodium p-styrenesulfonate (SSS), acrylic acid (AA) and the like. However, monomers that can be used in the present invention are not limited to the above, and include allylamine, allylsulfonic acid, allylphosphonic acid, methallylsulfonic acid, methallylphosphonic acid, vinylsulfonic acid, vinylphosphonic acid, and styrene sulfone. Acids, styrene phosphonic acid, sulfonic acid or phosphonic acid derivatives of acrylamide, ethyleneimine, methacrylic acid, etc., vinyl group and sulfonic acid, strong acid groups such as phosphonic acid, weak acid groups such as carboxyl group, primary, secondary
It may be a derivative having a strong base such as a tertiary, tertiary or quaternary amine, a monomer having a weak base, or an ester thereof. When a salt type such as a sodium salt is used as the monomer, it is preferable to convert the salt into a proton type after forming the polymer.

【0041】また、これらのモノマーを1種のみ用いて
ホモポリマーを形成してもよく、2種以上用いてコポリ
マーを形成してもよい。即ち、基材の細孔内の表面にそ
の一端が結合した第1のポリマーは、ホモポリマーであ
ってもコポリマーであってもよい。
Further, only one of these monomers may be used to form a homopolymer, or two or more of these monomers may be used to form a copolymer. That is, the first polymer having one end bonded to the surface in the pores of the substrate may be a homopolymer or a copolymer.

【0042】電解質膜のプロトン伝導性は、使用する第
1のモノマー及び/又は後述する第2のモノマーの種類
に依存して変化する。よって、高いプロトン伝導性を持
つモノマー材料を用いることが望ましい。また、電解質
のプロトン伝導性は、細孔内を満たすポリマーの重合度
にも依存する。
The proton conductivity of the electrolyte membrane changes depending on the type of the first monomer used and / or the type of the second monomer described later. Therefore, it is desirable to use a monomer material having high proton conductivity. The proton conductivity of the electrolyte also depends on the degree of polymerization of the polymer filling the pores.

【0043】なお、本発明においては、第1のポリマー
と後述する第2のポリマーとを細孔内に形成及び/又は
充填することにより、プロトン伝導性を付与している。
したがって、第1のポリマー及び第2のポリマーとが双
方共に高い重合度を有しているか、又はいずれか一方が
高い重合度を有しているのがよい。特に、製造効率上、
第2のポリマーが高い重合度を有するのがよい。もしく
は、双方共に、相対的に高い重合度を有していないが、
双方を併せることにより高いプロトン伝導性を有する程
度の重合度をそれぞれが有するのがよい。
In the present invention, proton conductivity is imparted by forming and / or filling the pores with the first polymer and a second polymer described later.
Therefore, it is preferable that both the first polymer and the second polymer have a high degree of polymerization, or one of them has a high degree of polymerization. In particular, in terms of manufacturing efficiency,
It is preferred that the second polymer has a high degree of polymerization. Or, both do not have a relatively high degree of polymerization,
It is preferable that each of them has a degree of polymerization that has a high proton conductivity by combining both.

【0044】本発明の電解質膜の製造に使用可能なプラ
ズマグラフト重合法は、基材にプラズマを照射して、基
材表面および細孔内表面に反応開始点を生成させた後
に、好適には第1のモノマーを周知の液相重合の方法に
より接触させ、第1のモノマーを基材表面および細孔内
部においてグラフト重合させる。
In the plasma graft polymerization method which can be used for producing the electrolyte membrane of the present invention, after the substrate is irradiated with plasma to generate a reaction initiation point on the surface of the substrate and the inner surface of the pores, preferably, The first monomer is brought into contact with a well-known liquid phase polymerization method, and the first monomer is graft-polymerized on the surface of the base material and inside the pores.

【0045】つぎに、本発明に使用可能なプラズマグラ
フト重合法について図面を参照しながら詳しく説明す
る。プラズマグラフト重合法の詳しい内容については、
本発明の発明者らによる先行出願、特開平3−9863
2、特開平4−334531、特開平5−31343,
特開平5−237352、特開平6−246141にも
詳しく説明されている。
Next, the plasma graft polymerization method usable in the present invention will be described in detail with reference to the drawings. For more information on plasma graft polymerization,
Prior application by the inventors of the present invention, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-9863.
2, JP-A-4-334431, JP-A-5-31343
The details are also described in JP-A-5-237352 and JP-A-6-246141.

【0046】図1は、本発明の電解質膜に使用可能な多
孔性基材1を示した部分断面斜視図である。多孔性基材
1には、基材を貫通する細孔2が数多く開いている。
FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view showing a porous substrate 1 usable for the electrolyte membrane of the present invention. The porous substrate 1 has many pores 2 penetrating the substrate.

【0047】多孔性基材1に対し、圧力範囲が1mPaか
ら120kPaとなるアルゴン、窒素、空気等のガスの存
在下で、通常周波数10〜50MHz、出力1〜100
0Wで、1〜1000秒程度のプラズマ処理を行う。こ
のときプラズマに曝された基材1の表面(細孔内表面も
含む)には、反応開始点(図示せず)が発生する。
The porous substrate 1 is usually subjected to a frequency of 10 to 50 MHz and an output of 1 to 100 in the presence of a gas such as argon, nitrogen, or air having a pressure range of 1 mPa to 120 kPa.
Plasma treatment is performed at 0 W for about 1 to 1000 seconds. At this time, a reaction start point (not shown) is generated on the surface (including the inner surface of the pores) of the substrate 1 exposed to the plasma.

【0048】次に、イオン交換基を有する第1のモノマ
ーを水に溶解させ、第1のモノマーの均一溶液を調製す
る。第1のモノマーの水溶液の濃度は、0.1〜80重
量%、好ましくは1〜10重量%にすることが望まし
い。なお、第1のモノマーの均一溶液は、該溶液が細孔
内に浸入しやすいように、界面活性剤、例えばドデシル
ベンゼンスルホン酸などを有していてもよい。また、界
面活性剤は、第2のモノマー溶液を用いる場合、該第2
のモノマー溶液に含まれていてもよい。
Next, the first monomer having an ion exchange group is dissolved in water to prepare a uniform solution of the first monomer. The concentration of the aqueous solution of the first monomer is desirably 0.1 to 80% by weight, preferably 1 to 10% by weight. Note that the homogeneous solution of the first monomer may have a surfactant such as dodecylbenzenesulfonic acid so that the solution can easily enter the pores. In the case where the second monomer solution is used, the surfactant may be the second monomer solution.
May be contained in the monomer solution.

【0049】プラズマ処理後の基材1は、上記第1のモ
ノマーの水溶液と次のように処理するのがよい。即ち、
アルゴンガス雰囲気下で、直接、第1のモノマー水溶液
と接触させる。または、基材1を一旦空気中に取り出
し、酸素と反応させてプラズマにより活性した点をパー
オキサイド基に変換する。その後、パーオキサイド基を
有する基材1を第1のモノマー水溶液と接触させる。接
触は、より具体的には、上記水溶液に、反応開始点が発
生している多孔性基材1を浸漬することにより行う。な
お、この工程は、アルゴンガス雰囲気下で直接行う場
合、20℃〜100℃、好ましくは30〜60℃の温度
で行うのがよく、パーオキサイド基を発生させる場合、
60℃〜150℃、好ましくは80℃〜120℃で行う
のがよい。また、浸漬は、窒素ガス等の不活性ガスでバ
ブリングしながら行うのがよい。浸漬する時間は1分か
ら一日程度、好ましくは1時間〜24時間であるのがよ
い。
The substrate 1 after the plasma treatment is preferably treated with the aqueous solution of the first monomer as follows. That is,
In an argon gas atmosphere, the first monomer aqueous solution is brought into direct contact with the first monomer aqueous solution. Alternatively, the substrate 1 is once taken out into the air, reacted with oxygen, and the point activated by the plasma is converted into a peroxide group. Thereafter, the substrate 1 having a peroxide group is brought into contact with the first aqueous monomer solution. More specifically, the contact is performed by immersing the porous substrate 1 in which the reaction starting point has occurred in the aqueous solution. In addition, when this process is directly performed in an argon gas atmosphere, it is preferable to perform the process at a temperature of 20 ° C to 100 ° C, preferably 30 ° C to 60 ° C.
It is good to carry out at 60 ° C to 150 ° C, preferably at 80 ° C to 120 ° C. The immersion is preferably performed while bubbling with an inert gas such as nitrogen gas. The time for immersion is about 1 minute to about 1 day, preferably 1 hour to 24 hours.

【0050】次に、所定の時間経過した多孔性基材1を
水溶液から引き上げ、トルエンまたはキシレン等の有機
溶剤で洗浄し、乾燥させる。これは重合の過程で副次的
に生成されたホモポリマーなどを、有機溶剤で完全に洗
い流し、基材細孔表面および内部のみにグラフト重合体
を残すようにするためである。
Next, the porous substrate 1 after a predetermined time has elapsed is taken out of the aqueous solution, washed with an organic solvent such as toluene or xylene, and dried. This is because the homopolymer and the like formed as a by-product during the polymerization are completely washed away with an organic solvent so that the graft polymer is left only on the surface and inside of the pores of the base material.

【0051】図2は、基材1にモノマーがグラフト重合
した状態を概念的に示した斜視図である。グラフト重合
した第1のポリマー3が基材の表面だけではなく、細孔
2の内部に形成されていることがわかる。
FIG. 2 is a perspective view conceptually showing a state in which a monomer is graft-polymerized on the substrate 1. It can be seen that the graft-polymerized first polymer 3 is formed not only on the surface of the base material but also inside the pores 2.

【0052】このようにして、その一端を多孔性基材の
細孔表面に結合するように第1のポリマーが形成された
基材が得られる。本発明において、次いで、得られた基
材の細孔内に第2のポリマーを充填する。第2のポリマ
ーはプロトン伝導性を有するポリマーであるのがよい。
即ち、上述の第1のポリマーと同様に、イオン交換基を
有するポリマーであれば、第1のポリマーと同じであっ
ても異なっていてもよい。
In this way, a substrate having the first polymer formed such that one end thereof is bonded to the surface of the pores of the porous substrate is obtained. Next, in the present invention, the second polymer is filled in the pores of the obtained base material. The second polymer is preferably a polymer having proton conductivity.
That is, similar to the first polymer described above, any polymer having an ion exchange group may be the same as or different from the first polymer.

【0053】第2のポリマーの充填方法は、第2のポリ
マーを直接細孔内に充填する方法、及びその後の処理に
より第2のポリマーとなる第2のモノマーを細孔内に充
填した後、該細孔内で重合反応を行い第2のポリマーを
得て、これにより第2のポリマーを細孔内に充填する方
法などがある。
The method of filling the second polymer may be a method of directly filling the second polymer into the pores, or a method of filling the second polymer into the pores to form the second polymer by the subsequent treatment. There is a method of performing a polymerization reaction in the pores to obtain a second polymer, and thereby filling the second polymer into the pores.

【0054】第2のモノマーを用いる場合、第2のモノ
マーは、第1のモノマーと同じであっても異なっていて
もよい。即ち、上記で例示した第1のモノマーから1種
又は2種以上を選択したものを用いることができる。好
適な第2のモノマーとしては、第1のモノマーとして上
述したものが挙げられ、且つこれに加えてビニルスルホ
ン酸を挙げることができる。なお、第2のモノマーとし
て1種選択した場合、第2のポリマーはホモポリマーで
あり、第2のモノマーとして2種以上を選択した場合、
第2のポリマーはコポリマーである。
When a second monomer is used, the second monomer may be the same as or different from the first monomer. That is, one or more selected from the first monomers exemplified above can be used. Suitable second monomers include those described above for the first monomer, and additionally include vinyl sulfonic acid. When one type is selected as the second monomer, the second polymer is a homopolymer, and when two or more types are selected as the second monomer,
The second polymer is a copolymer.

【0055】第2のポリマーは、第1のポリマーと化学
結合及び/又は物理結合しているのが好ましい。例え
ば、第2のポリマーが全て第1のポリマーと化学結合し
ていてもよく、又は第2のポリマーが全て第1のポリマ
ーと物理結合していてもよい。また、第2のポリマーの
一部が第1のポリマーと化学結合しており、その他の第
2のポリマーが第1のポリマーと物理結合していてもよ
い。なお、化学結合として、第1のポリマーと第2のポ
リマーとの結合が挙げられる。この結合は、例えば第1
のポリマーに反応性基を保持させておき、該反応性基と
第2のポリマー及び/又は第2のモノマーとが反応する
ことなどにより、形成することができる。また、物理結
合の状態として、例えば、第1及び第2のポリマー同士
が絡み合う状態が挙げられる。
It is preferable that the second polymer is chemically and / or physically bonded to the first polymer. For example, all of the second polymers may be chemically bonded to the first polymer, or all of the second polymers may be physically bonded to the first polymer. Further, a part of the second polymer may be chemically bonded to the first polymer, and another second polymer may be physically bonded to the first polymer. Note that the chemical bond includes a bond between the first polymer and the second polymer. This connection is, for example, the first
The polymer can be formed by holding a reactive group in the polymer and reacting the reactive group with the second polymer and / or the second monomer. The state of physical bonding includes, for example, a state in which the first and second polymers are entangled with each other.

【0056】本発明において、第1及び第2のポリマー
を併用することにより、メタノールの透過(クロスオー
バー)を抑制しつつ、かつ細孔内に充填したポリマー全
体が細孔内から溶出又は流出することなく、かつプロト
ン伝導性を高めることができる。特に、第1のポリマー
と第2のポリマーとが化学結合及び/又は物理結合する
ことにより、細孔内に充填したポリマー全体が細孔内か
ら溶出又は流出することがない。また、第1のポリマー
の重合度が低い場合であっても、第2のポリマー、特に
重合度が高い第2のポリマーが存在することにより、得
られる電解質膜のプロトン伝導性を高めることができ
る。
In the present invention, by using the first and second polymers together, the permeation (crossover) of methanol is suppressed, and the entire polymer filled in the pores is eluted or discharged from the pores. And the proton conductivity can be increased. In particular, since the first polymer and the second polymer are chemically and / or physically bonded, the entire polymer filled in the pores does not elute or flow out of the pores. Further, even when the degree of polymerization of the first polymer is low, the proton conductivity of the obtained electrolyte membrane can be increased by the presence of the second polymer, particularly the second polymer having a high degree of polymerization. .

【0057】以下、図3を用いて、第2のポリマーの充
填方法を簡単に説明する。図3(a)は、第1のポリマ
ーが形成された後の基材について、その細孔の断面を模
式的に示した図である。図3(a)において、図2と同
様な図番を用いており、基材1に細孔2が設けられてお
り、第1のポリマー3が細孔2の表面にその一端が結合
するように形成されている。
Hereinafter, a method of filling the second polymer will be briefly described with reference to FIG. FIG. 3A is a diagram schematically showing a cross section of the pores of the substrate after the first polymer is formed. In FIG. 3 (a), the same figure numbers as those in FIG. 2 are used, and the pores 2 are provided on the base material 1 so that the first polymer 3 is bonded to the surface of the pores 2 at one end. Is formed.

【0058】このように、第1のポリマーが形成されて
いる基材の細孔に第2のモノマーを充填して、該細孔内
で重合反応を行う。図3(b)は、重合反応により得ら
れた第2のポリマー5が細孔内に充填していることを示
している。上述のように、第2のポリマー5は、第1の
ポリマー3と化学結合及び/又は物理結合しており、第
2のポリマー5も第1のポリマーと同様に、細孔外へ容
易に流出又は溶出しない。
As described above, the second monomer is filled in the pores of the substrate on which the first polymer is formed, and the polymerization reaction is performed in the pores. FIG. 3B shows that the second polymer 5 obtained by the polymerization reaction fills the pores. As described above, the second polymer 5 is chemically and / or physically bonded to the first polymer 3, and the second polymer 5 also easily flows out of the pores like the first polymer. Or do not elute.

【0059】本発明の電解質膜又は燃料電池及びそれら
の製造方法において、第3のポリマー、第4のポリマ
ー、...、第nのポリマー(即ち、nは3以上の整
数)を用いることができる。第nのポリマーは、第2の
ポリマーと同様に、プロトン伝導性を高める作用を有し
ていてもよい。また、第nのポリマーは、ポリマー全体
が基材の細孔から流出又は溶出することを防ぐ作用を有
していても、燃料電池に必要とされるその他の性質を有
するように構成されていてもよい。
In the electrolyte membrane or the fuel cell of the present invention and the method for producing the same, the third polymer, the fourth polymer,. . . , N-th polymer (ie, n is an integer of 3 or more). The n-th polymer, like the second polymer, may have an effect of increasing proton conductivity. Further, the n-th polymer is configured to have other properties required for a fuel cell even if it has an action of preventing the entire polymer from flowing out or eluting from the pores of the base material. Is also good.

【0060】本発明の電解質膜は、燃料電池、特に直接
型メタノール固体高分子燃料電池又は改質型メタノール
固体高分子燃料電池を含むメタノール燃料電池に用いる
のが好ましい。本発明の電解質膜は、直接型メタノール
固体高分子燃料電池に用いるのが特に好ましい。
The electrolyte membrane of the present invention is preferably used for a fuel cell, particularly a methanol fuel cell including a direct methanol solid polymer fuel cell or a modified methanol solid polymer fuel cell. The electrolyte membrane of the present invention is particularly preferably used for a direct methanol solid polymer fuel cell.

【0061】ここで、メタノール燃料電池の構成を、図
4を参照しつつ、簡単に説明する。図4は、本発明の電
解質膜を用いるメタノール燃料電池の一態様を示す概略
図である。
Here, the configuration of the methanol fuel cell will be briefly described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing one embodiment of a methanol fuel cell using the electrolyte membrane of the present invention.

【0062】メタノール燃料電池11は、カソード極1
3、アノード極15、及び該両極に挟まれた電解質17
を有してなる。メタノール燃料電池は、図示しない改質
器をアノード電極側に有し、改質型メタノール燃料電池
としてもよい。
The methanol fuel cell 11 has the cathode 1
3. Anode 15 and electrolyte 17 sandwiched between both electrodes
Having. The methanol fuel cell may be a reformed methanol fuel cell having a reformer (not shown) on the anode electrode side.

【0063】カソード極は、従来より公知の構成とする
ことができ、例えば電解質側から順に触媒層及び該触媒
層を支持する支持体層を有してなることができる。ま
た、アノード電極も、従来より公知の構成とすることが
でき、例えば電解質側から順に触媒層及び該触媒層を支
持する支持体層を有してなることができる。
The cathode electrode may have a conventionally known structure, and may include, for example, a catalyst layer and a support layer for supporting the catalyst layer in order from the electrolyte side. In addition, the anode electrode can also have a conventionally known configuration, and can have, for example, a catalyst layer and a support layer that supports the catalyst layer in this order from the electrolyte side.

【0064】さらに、本発明の電解質を有してなるメタ
ノール燃料電池は、第1の極と電解質とを一体成形して
成形体を得た後、第1の極とは異なる第2の極の触媒層
と該電解質側とが密着するように、該成形体と第2の極
とを密着させて得ることもできる。
Further, in the methanol fuel cell having the electrolyte of the present invention, after the first electrode and the electrolyte are integrally formed to obtain a molded body, the second electrode different from the first electrode is obtained. The molded body and the second electrode can also be obtained in close contact with each other so that the catalyst layer and the electrolyte side are in close contact with each other.

【0065】第1の極がカソード極である場合を、図5
を用いて説明する。図5は、本発明の電解質膜を用いる
カソード極の一態様を示す概略図である。図5中、カソ
ード極13は、支持体層19上に触媒層21を有してな
る。該支持体層19は、ガス透過性、特に酸素ガス透過
性、耐熱性及び電子導電性を有するものからなるのが好
ましい。例えば多孔性カーボンであって電子導電性を有
するものであるのがよい。
FIG. 5 shows a case where the first pole is a cathode pole.
This will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic view showing one embodiment of a cathode using the electrolyte membrane of the present invention. In FIG. 5, the cathode 13 has a catalyst layer 21 on a support layer 19. The support layer 19 is preferably made of a material having gas permeability, particularly oxygen gas permeability, heat resistance and electron conductivity. For example, porous carbon having electronic conductivity is preferable.

【0066】また、触媒層21は、カソード極に所望
な、従来より公知の触媒を担持する層である。この触媒
層21上に、図1に示すような、細孔2を有する多孔性
薄膜23を形成する。多孔性薄膜の形成には、例えば種
々のシリコンのアルコキシド、種々のアルミのアルコキ
シド、種々のチタンのアルコキシド、又は種々のジルコ
ニウムのアルコキシドなど、種々のガラスまたはセラミ
ックスとなるゾルを調製し、該ゾルを触媒層に塗布す
る。塗布法は、ディップコーティング、スピンコーティ
ング、スプレーコーティングなど、従来より公知の方法
を用いることができる。このようにして塗布されたゾル
を乾燥、所望により加温して、多孔性薄膜を得る。な
お、得られる多孔性薄膜は、シリカ、アルミナ(例えば
γーアルミナ)、チタニアもしくはジルコニア、又はこ
れらの混合体もしくは複合体の薄膜であるのがよい。
The catalyst layer 21 is a layer for supporting a conventionally known catalyst desired on the cathode. On this catalyst layer 21, a porous thin film 23 having pores 2 is formed as shown in FIG. For forming the porous thin film, for example, various glass or ceramic sols such as various silicon alkoxides, various aluminum alkoxides, various titanium alkoxides, or various zirconium alkoxides are prepared, and the sol is prepared. Apply to catalyst layer. As a coating method, a conventionally known method such as dip coating, spin coating, and spray coating can be used. The sol applied in this manner is dried and optionally heated to obtain a porous thin film. The obtained porous thin film is preferably a thin film of silica, alumina (eg, γ-alumina), titania or zirconia, or a mixture or composite thereof.

【0067】得られた多孔性薄膜の細孔内に、上述の第
1のポリマー、例えばグラフト重合法、又はカップリン
グ剤を用いる方法により、細孔内表面に該第1のポリマ
ーの一端が結合するように、第1のポリマーを形成す
る。次いで、第2のポリマーを上述の方法により、細孔
内に充填する。このようにして、カソード極と電解質と
が一体成形することができる。このような一体成形体を
用いることにより、薄膜化した電解質膜のハンドリング
が容易になる。
One end of the first polymer is bonded to the inner surface of the pore by the above-mentioned first polymer, for example, a graft polymerization method or a method using a coupling agent, in the pore of the obtained porous thin film. To form a first polymer. Next, the second polymer is filled in the pores by the method described above. Thus, the cathode and the electrolyte can be integrally formed. The use of such an integrally molded body facilitates handling of the thinned electrolyte membrane.

【0068】この成形体とアノード極とを、アノード極
の触媒層側と成形体の電解質側とが密着するように、密
着成形してメタノール燃料電池を形成することができ
る。なお、上述において、カソード極と電解質とを一体
成形する方法を述べたが、アノード極と電解質とを一体
成形することも、当業者であれば、上述から容易に想到
することができよう。
The molded body and the anode can be closely molded so that the catalyst layer side of the anode and the electrolyte side of the molded body adhere to each other to form a methanol fuel cell. In the above description, the method of integrally forming the cathode and the electrolyte has been described. However, the person of ordinary skill in the art can easily come up with the method of integrally forming the anode and the electrolyte.

【0069】[0069]

【実施例】本発明を実施例に基づき、さらに詳しく説明
するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。 (実施例1)基材として多孔性PTFE膜(商標テフロ
ン、日東電工製、平膜、厚さ70μm、細孔径50n
m)を用いた。当該基材を洗浄し、以下の条件でプラズ
マ照射を行った。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples. (Example 1) A porous PTFE membrane (trade name: Teflon, manufactured by Nitto Denko, flat membrane, thickness 70 μm, pore diameter 50 n) as a substrate
m) was used. The substrate was washed and plasma-irradiated under the following conditions.

【0070】高周波出力:30W; プラズマ照射時間:60秒間; 雰囲気:アルゴンガス; 圧力:10Pa。High frequency output: 30 W; plasma irradiation time: 60 seconds; atmosphere: argon gas; pressure: 10 Pa.

【0071】プラズマ照射後の基材を、凍結脱気した第
1のモノマー溶液に浸漬し、グラフト重合を行った。グ
ラフト重合条件を以下に示す。
The substrate after the plasma irradiation was immersed in the first monomer solution which had been deaerated by freezing to perform graft polymerization. The graft polymerization conditions are shown below.

【0072】モノマー:アクリル酸(AA); モノマー濃度:10重量%; 溶媒:水; 温度:約60℃; 時間:10〜24時間;及び 添加剤:界面活性剤(ドデシルベンゼンスルホン酸ナト
リウム)。
Monomer: acrylic acid (AA); monomer concentration: 10% by weight; solvent: water; temperature: about 60 ° C .; time: 10 to 24 hours; and additives: surfactant (sodium dodecylbenzenesulfonate).

【0073】多孔性基材を溶液から引き上げ、水中で洗
浄した後、乾燥させて第1のポリマーを形成した膜A−
1を得た。乾燥後に膜A−1の質量を測定し、重合前の
質量と比較してグラフト重合量を計算した。グラフト重
合量は0.7mg/cmであった。ちなみに、重合後
の膜圧は約90μmであった。
The porous substrate was taken out of the solution, washed in water, and then dried to form the first polymer-formed film A-
1 was obtained. After drying, the mass of the film A-1 was measured, and the graft polymerization amount was calculated in comparison with the mass before the polymerization. The amount of graft polymerization was 0.7 mg / cm 2 . Incidentally, the film pressure after the polymerization was about 90 μm.

【0074】こうして得られた膜A−1をFT−IR
(Mapping法)測定したところ、カルボキシル基の17
40cm−1のピークが膜の内部でも存在することが確
認され、膜の内部にもポリマーが形成されていることが
判明した。
The thus obtained film A-1 was subjected to FT-IR
(Mapping method) When measured, 17
It was confirmed that a peak at 40 cm -1 was also present inside the film, and it was found that a polymer was also formed inside the film.

【0075】<第2のポリマーの充填>次いで、第2の
ポリマーの充填を行った。第2のモノマーとして第1の
ポリマーと同様にアクリル酸(AA)を用いた。第2の
モノマー98.9重量部、架橋剤としてジビニルベンゼ
ン0.1重量部、及び水溶性アゾ系重合開始剤1.0重
量部からなる第2のモノマー溶液を調製した。この第2
のポリマー溶液に、上記で得られた膜A−1を浸漬し
た。
<Filling the Second Polymer> Next, the second polymer was filled. Acrylic acid (AA) was used as the second monomer similarly to the first polymer. A second monomer solution was prepared comprising 98.9 parts by weight of the second monomer, 0.1 part by weight of divinylbenzene as a crosslinking agent, and 1.0 part by weight of a water-soluble azo-based polymerization initiator. This second
Was immersed in the polymer solution of above.

【0076】浸漬後、可視光を6分間照射し、熱重合反
応を細孔内部で行わせた。その後、得られた膜を超音波
中で水洗浄し、乾燥して第1及び第2のポリマーを充填
させた膜A−2を得た。なお、第2のポリマーの充填前
後の重量の差から、重合量は7.0mg/cmである
ことがわかった。
After immersion, visible light was irradiated for 6 minutes to cause a thermal polymerization reaction inside the pores. Thereafter, the obtained film was washed with water in an ultrasonic wave and dried to obtain a film A-2 filled with the first and second polymers. From the difference in weight before and after the filling of the second polymer, it was found that the polymerization amount was 7.0 mg / cm 2 .

【0077】(実施例2)第2のモノマーとしてアクリ
ル酸(AA):ビニルスルホン酸=2:1の混合物を用
い、かつビニルスルホン酸を溶解するために若干量の水
を用いた以外、実施例1と同様の方法により、膜A−3
を得た。
Example 2 The procedure was carried out except that a mixture of acrylic acid (AA): vinylsulfonic acid = 2: 1 was used as the second monomer and a small amount of water was used to dissolve the vinylsulfonic acid. In the same manner as in Example 1, the film A-3 was prepared.
I got

【0078】(参照例1)実施例1の膜A−1と同様
に、第1のポリマーのみを充填した膜A−4を得た。但
し、膜A−4の重合量は、3.0mg/cmであっ
た。
Reference Example 1 A film A-4 filled with only the first polymer was obtained in the same manner as the film A-1 of Example 1. However, the polymerization amount of the film A-4 was 3.0 mg / cm 2 .

【0079】<プロトン伝導性測定>得られた膜A−2
〜A−4について、そのプロトン伝導性を測定した。測
定に際し、まず、膜を水中で膨潤させ、その後ステンレ
ス箔電極に挟んでプロトン伝導性測定用試料を作製し
た。これらの試料について、ヒューレット・パッカード
社製HP4192Aによりインピーダンス測定を行っ
た。得られた結果を以下に示す。
<Measurement of proton conductivity> Obtained membrane A-2
About ~ A-4, the proton conductivity was measured. At the time of measurement, first, the membrane was swollen in water, and then a sample for proton conductivity measurement was prepared by sandwiching the membrane between stainless steel foil electrodes. The impedance of these samples was measured using Hewlett-Packard HP4192A. The results obtained are shown below.

【0080】膜A−4(参照例1):0.04×10
−2S/cm; 膜A−2(実施例1):0.10×10−2S/cm;
及び 膜A−3(実施例2):0.62×10−2S/cm。
Film A-4 (Reference Example 1): 0.04 × 10
-2 S / cm; Film A-2 (Example 1): 0.10 × 10 −2 S / cm;
And Film A-3 (Example 2): 0.62 × 10 −2 S / cm.

【0081】このように、第2のポリマーを充填するこ
とにより、高いプロトン伝導性を得ることができた。な
お、膜A−2及びA−3はいずれも、所望の耐熱性及び
メタノール阻止性能を有していた。即ち、本実施例の電
解質膜A−2及びA−3は、メタノールの低透過性、耐
熱性、及び高いプロトン伝導性を有することがわかっ
た。
Thus, high proton conductivity was obtained by filling the second polymer. In addition, each of the films A-2 and A-3 had desired heat resistance and methanol stopping performance. That is, it was found that the electrolyte membranes A-2 and A-3 of this example had low methanol permeability, heat resistance, and high proton conductivity.

【0082】[0082]

【発明の効果】本発明により、メタノールの透過(クロ
スオーバー)をできるだけ抑制し、かつ高温(約130
℃以上)環境下での使用にも耐える新規な電解質膜を提
供することができる。また、本発明により、上記効果の
他に、又は上記効果に加えて、上記電解質膜を製造する
方法を提供するができる。さらに、本発明により、上記
効果の他に、又は上記効果に加えて、上記電解質膜を用
いた新規なメタノール直接型固体高分子燃料電池を提供
することができる。
According to the present invention, permeation (crossover) of methanol is suppressed as much as possible, and high temperature (about 130
A novel electrolyte membrane that can withstand use in an environment can be provided. Further, according to the present invention, it is possible to provide a method for producing the above-mentioned electrolyte membrane in addition to or in addition to the above effects. Further, according to the present invention, in addition to the above effects or in addition to the above effects, a novel methanol direct type solid polymer fuel cell using the above electrolyte membrane can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に用いる多孔性基材の模式図である。FIG. 1 is a schematic view of a porous substrate used in the present invention.

【図2】 本発明に用いる多孔性基材の細孔に第1のモ
ノマーを形成したことを示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing that a first monomer is formed in pores of a porous substrate used in the present invention.

【図3】 本発明の第2のポリマーを充填する模式図で
ある。
FIG. 3 is a schematic view of filling a second polymer of the present invention.

【図4】 本発明の電解質膜を用いるメタノール燃料電
池の一態様を示す概略図である。
FIG. 4 is a schematic view showing one embodiment of a methanol fuel cell using the electrolyte membrane of the present invention.

【図5】 本発明の電解質膜を用いるカソード電極の一
態様を示す概略図である。
FIG. 5 is a schematic view showing one embodiment of a cathode electrode using the electrolyte membrane of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 多孔性基材、2 細孔、3 第1のポリマー、5
第2のポリマー、11 メタノール燃料電池、13 カ
ソード極、15 アノード極、17 電解質、19 支
持体層、21 触媒層、23 多孔性薄膜
1 porous substrate, 2 pores, 3rd polymer, 5
2nd polymer, 11 methanol fuel cell, 13 cathode electrode, 15 anode electrode, 17 electrolyte, 19 support layer, 21 catalyst layer, 23 porous thin film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C08L 79:08 C08L 79:08 (72)発明者 中尾 真一 東京都板橋区赤塚新町3−25−5−303 Fターム(参考) 4F074 AA39 AA74 CD11 CE13 CE15 CE56 CE84 DA49 5H026 AA06 AA08 BB00 BB04 CX05 EE11 EE18 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C08L 79:08 C08L 79:08 (72) Inventor Shinichi Nakao 3-25-5 Akatsuka Shinmachi, Itabashi-ku, Tokyo 303 F term (reference) 4F074 AA39 AA74 CD11 CE13 CE15 CE56 CE84 DA49 5H026 AA06 AA08 BB00 BB04 CX05 EE11 EE18

Claims (46)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 有機溶媒および水に耐膨潤性を有する多
孔性基材の細孔内表面にその一端を結合させるように第
1のポリマーを形成する工程、及び第1のポリマーと同
じであっても異なっていてもよい第2のポリマーを前記
基材の細孔内に充填させる工程を有する電解質膜の製造
方法であって、前記第1及び第2のポリマーがプロトン
伝導性を有する電解質膜の製造方法。
1. A step of forming a first polymer such that one end thereof is bonded to an inner surface of a pore of a porous substrate having swelling resistance to an organic solvent and water, and the same as the first polymer. A method for producing an electrolyte membrane comprising a step of filling a second polymer, which may or may not be different, into pores of the base material, wherein the first and second polymers have proton conductivity. Manufacturing method.
【請求項2】 第1のポリマーが第1のモノマー由来で
あり、第2のポリマーが第1のモノマーと同じであって
も異なってもよい第2のモノマー由来である請求項1記
載の方法。
2. The method of claim 1, wherein the first polymer is derived from a first monomer and the second polymer is derived from a second monomer that may be the same as or different from the first monomer. .
【請求項3】 第1のポリマーの形成工程が、前記基材
にエネルギーを照射する工程、及び該基材に第1のモノ
マーを接触させる工程を有し、第1のモノマーを接触さ
せることにより、前記基材の細孔内表面にその一端を結
合させるように第1のポリマーを形成する、請求項1又
は請求項2記載の方法。
3. The step of forming a first polymer includes the step of irradiating the substrate with energy and the step of contacting the substrate with a first monomer, and by contacting the first monomer with the substrate. The method of claim 1 or claim 2, wherein the first polymer is formed such that one end thereof is bonded to an inner surface of the pore of the substrate.
【請求項4】 前記エネルギーのエネルギー源が、プラ
ズマ、紫外線、電子線、ガンマ線からなる群から選ば
れ、該エネルギー源により前記基材を励起させて該基材
の少なくとも細孔内表面に反応開始点を生成し、該反応
開始点に第1のモノマーを接触させることにより、該反
応開始点において前記基材と結合するように第1のポリ
マーを形成する、請求項3記載の方法。
4. An energy source for the energy is selected from the group consisting of plasma, ultraviolet rays, electron beams, and gamma rays, and the energy source excites the base material to initiate a reaction on at least the inner surface of the pores of the base material. 4. The method of claim 3, wherein a point is formed and a first polymer is formed to bond to the substrate at the reaction initiation point by contacting a first monomer with the reaction initiation point.
【請求項5】 第1のポリマーの形成工程が、カップリ
ング剤により前記第1のポリマーの一端を前記基材に結
合する請求項1又は請求項2記載の方法。
5. The method according to claim 1, wherein the step of forming the first polymer couples one end of the first polymer to the substrate by a coupling agent.
【請求項6】 前記第2のポリマーの充填工程が、前記
第2のモノマーを前記基材の細孔内に充填し、該充填し
た第2のモノマーを前記細孔内において重合させて第2
のポリマーを得て、これにより細孔内を充填させる工程
である請求項2〜請求項5のいずれか1項記載の方法。
6. The step of filling the second polymer, wherein the second monomer is filled in pores of the base material, and the filled second monomer is polymerized in the pores to form a second polymer.
The method according to any one of claims 2 to 5, which comprises obtaining a polymer of the formula (1) and filling the pores with the polymer.
【請求項7】 前記多孔性基材は無機材料または耐熱性
ポリマーから構成される請求項1〜請求項6のいずれか
1項記載の方法。
7. The method according to claim 1, wherein the porous substrate is made of an inorganic material or a heat-resistant polymer.
【請求項8】 前記無機材料は、セラミック、ガラスま
たはアルミナのいずれか一つもしくはそれらの複合材料
である請求項7記載の方法。
8. The method according to claim 7, wherein the inorganic material is any one of ceramic, glass, and alumina, or a composite material thereof.
【請求項9】 前記耐熱性ポリマーがポリテトラフルオ
ロエチレン又はポリイミドである請求項7記載の方法。
9. The method according to claim 7, wherein said heat-resistant polymer is polytetrafluoroethylene or polyimide.
【請求項10】 前記電解質膜が燃料電池用電解質膜で
ある請求項1〜請求項9のいずれか1項記載の方法。
10. The method according to claim 1, wherein the electrolyte membrane is an electrolyte membrane for a fuel cell.
【請求項11】 前記電解質膜が直接型メタノール固体
高分子燃料電池用電解質膜である請求項1〜請求項9の
いずれか1項記載の方法。
11. The method according to claim 1, wherein the electrolyte membrane is an electrolyte membrane for a direct methanol solid polymer fuel cell.
【請求項12】 メタノールおよび水に対して実質的に
膨潤しない多孔性基材の細孔にプロトン伝導性を有する
ポリマーを充填したことを特徴とする電解質膜であっ
て、該ポリマーが第1のプロトン伝導性ポリマー及び第
2のプロトン伝導性ポリマーを有し、該第1のポリマー
が前記基材の細孔内表面にその一端を結合させたポリマ
ーであり、第2のポリマーが第1のポリマーと同じであ
っても異なってもよいポリマーである電解質膜。
12. An electrolyte membrane, wherein pores of a porous substrate that does not substantially swell in methanol and water are filled with a polymer having proton conductivity, wherein the polymer is a first polymer. A first polymer having a proton conductive polymer and a second proton conductive polymer, the first polymer having one end bonded to the pore inner surface of the base material, and the second polymer being a first polymer An electrolyte membrane which is a polymer which may be the same or different.
【請求項13】 第1のポリマーが第1のモノマー由来
であり、第2のポリマーが第1のモノマーと同じであっ
ても異なってもよい第2のモノマー由来である請求項1
2記載の電解質膜。
13. The method of claim 1, wherein the first polymer is derived from a first monomer and the second polymer is derived from a second monomer that may be the same as or different from the first monomer.
3. The electrolyte membrane according to 2.
【請求項14】 第1のポリマーが、前記基材にエネル
ギーを照射した後、該基材に第1のモノマーを接触させ
ることによって得られる、請求項12又は請求項13記
載の電解質膜。
14. The electrolyte membrane according to claim 12, wherein the first polymer is obtained by irradiating the substrate with energy and then contacting the substrate with a first monomer.
【請求項15】 前記エネルギーのエネルギー源が、プ
ラズマ、紫外線、電子線、ガンマ線からなる群から選ば
れ、該エネルギー源により前記基材を励起させて該基材
の少なくとも細孔内表面に反応開始点を生成し、該反応
開始点に第1のモノマーを接触させることにより、該反
応開始点において前記基材と結合するように第1のポリ
マーが得られる、請求項14記載の電解質膜。
15. The energy source of the energy is selected from the group consisting of plasma, ultraviolet rays, electron beams, and gamma rays, and the energy source excites the base material to initiate a reaction on at least the inner surface of the pores of the base material. 15. The electrolyte membrane according to claim 14, wherein a point is formed and a first monomer is brought into contact with the base material at the reaction start point by contacting a first monomer with the reaction start point.
【請求項16】 第1のポリマーは、カップリング剤に
よりその一端を前記基材に結合する請求項12又は請求
項13記載の方法。
16. The method according to claim 12, wherein the first polymer has one end bonded to the substrate by a coupling agent.
【請求項17】 前記第2のポリマーが、前記第2のモ
ノマーを前記基材の細孔内に充填し、該充填した第2の
モノマーを前記細孔内において重合させて得られる請求
項13〜請求項16のいずれか1項記載の電解質膜。
17. The method according to claim 13, wherein the second polymer is obtained by filling the second monomer into pores of the base material and polymerizing the filled second monomer in the pores. The electrolyte membrane according to claim 16.
【請求項18】 前記多孔性基材は無機材料または耐熱
性ポリマーから構成される請求項12〜請求項17のい
ずれか1項記載の電解質膜。
18. The electrolyte membrane according to claim 12, wherein the porous substrate is made of an inorganic material or a heat-resistant polymer.
【請求項19】 前記無機材料は、セラミック、ガラス
またはアルミナのいずれか一つもしくはそれらの複合材
料である請求項18記載の電解質膜。
19. The electrolyte membrane according to claim 18, wherein the inorganic material is any one of ceramic, glass, and alumina, or a composite material thereof.
【請求項20】 前記耐熱性ポリマーがポリテトラフル
オロエチレン又はポリイミドである請求項18記載の電
解質膜。
20. The electrolyte membrane according to claim 18, wherein the heat-resistant polymer is polytetrafluoroethylene or polyimide.
【請求項21】 前記電解質膜が燃料電池用電解質膜で
ある請求項12〜請求項20のいずれか1項記載の電解
質膜。
21. The electrolyte membrane according to claim 12, wherein the electrolyte membrane is an electrolyte membrane for a fuel cell.
【請求項22】 前記電解質膜が直接型メタノール固体
高分子燃料電池用電解質膜である請求項12〜請求項2
0のいずれか1項記載の電解質膜。
22. The electrolyte membrane according to claim 12, wherein the electrolyte membrane is an electrolyte membrane for a direct methanol solid polymer fuel cell.
0. The electrolyte membrane according to any one of 0.
【請求項23】 電解質膜を、カソード電極上またはカ
ソード電極の触媒層上に形成した燃料電池であって、該
電解質膜が請求項12〜22のいずれか1項記載の電解
質膜である燃料電池。
23. A fuel cell in which an electrolyte membrane is formed on a cathode electrode or a catalyst layer of a cathode electrode, wherein the electrolyte membrane is the electrolyte membrane according to any one of claims 12 to 22. .
【請求項24】 カソード極、アノード極、該両極に挟
まれた電解質を有してなる燃料電池であって、該電解質
は、メタノールおよび水に対して実質的に膨潤しない多
孔性基材の細孔にプロトン伝導性を有するポリマーを充
填したことを特徴とする電解質であり、該ポリマーが第
1のプロトン伝導性ポリマー及び第2のプロトン伝導性
ポリマーを有し、該第1のポリマーが前記基材の細孔内
表面にその一端を結合したポリマーであり、第2のポリ
マーが第1のポリマーと同じであっても異なってもよい
ポリマーである燃料電池。
24. A fuel cell comprising a cathode electrode, an anode electrode, and an electrolyte sandwiched between both electrodes, wherein the electrolyte is a thin porous base material that does not substantially swell in methanol and water. An electrolyte characterized in that pores are filled with a polymer having proton conductivity, wherein the polymer has a first proton conductive polymer and a second proton conductive polymer, and wherein the first polymer has the group A fuel cell comprising a polymer having one end bonded to the inner surface of a pore of a material, and the second polymer being a polymer which may be the same as or different from the first polymer.
【請求項25】 第1のポリマーが第1のモノマー由来
であり、第2のポリマーが第1のモノマーと同じであっ
ても異なってもよい第2のモノマー由来である請求項2
4記載の燃料電池。
25. The method according to claim 2, wherein the first polymer is derived from a first monomer and the second polymer is derived from a second monomer which may be the same as or different from the first monomer.
4. The fuel cell according to 4.
【請求項26】 第1のポリマーが、前記基材にエネル
ギーを照射した後、該基材に第1のモノマーを接触させ
ることによって得られる、請求項24又は請求項25記
載の燃料電池。
26. The fuel cell according to claim 24 or 25, wherein the first polymer is obtained by irradiating the substrate with energy and then contacting the substrate with a first monomer.
【請求項27】 前記エネルギーのエネルギー源が、プ
ラズマ、紫外線、電子線、ガンマ線からなる群から選ば
れ、該エネルギー源により前記基材を励起させて該基材
の少なくとも細孔内表面に反応開始点を生成し、該反応
開始点に第1のモノマーを接触させることにより、該反
応開始点において前記基材と結合するように第1のポリ
マーが得られる、請求項25記載の燃料電池。
27. An energy source of the energy is selected from the group consisting of plasma, ultraviolet rays, electron beams, and gamma rays, and the energy source excites the base material to initiate a reaction on at least the inner surface of the pores of the base material. 26. The fuel cell of claim 25, wherein creating a point and contacting a first monomer with the reaction initiation point results in a first polymer that binds to the substrate at the reaction initiation point.
【請求項28】 第1のポリマーは、カップリング剤に
よりその一端を前記基材に結合する請求項24又は請求
項25記載の方法。
28. The method of claim 24 or claim 25, wherein the first polymer has one end bonded to the substrate by a coupling agent.
【請求項29】 前記第2のポリマーが、前記第2のモ
ノマーを前記基材の細孔内に充填し、該充填した第2の
モノマーを前記細孔内において重合させて得られる請求
項25〜請求項28のいずれか1項記載の燃料電池。
29. The method according to claim 25, wherein the second polymer is obtained by filling the second monomer into pores of the base material and polymerizing the filled second monomer in the pores. The fuel cell according to any one of claims 28 to 28.
【請求項30】 前記多孔性基材は無機材料または耐熱
性ポリマーから構成される請求項24〜請求項29のい
ずれか1項記載の燃料電池。
30. The fuel cell according to claim 24, wherein the porous substrate is made of an inorganic material or a heat-resistant polymer.
【請求項31】 前記無機材料は、セラミック、ガラス
またはアルミナのいずれか一つもしくはそれらの複合材
料である請求項30記載の燃料電池。
31. The fuel cell according to claim 30, wherein the inorganic material is any one of ceramic, glass, and alumina, or a composite material thereof.
【請求項32】 前記耐熱性ポリマーがポリテトラフル
オロエチレン又はポリイミドである請求項30記載の燃
料電池。
32. The fuel cell according to claim 30, wherein the heat-resistant polymer is polytetrafluoroethylene or polyimide.
【請求項33】 前記燃料電池が、直接型メタノール固
体高分子燃料電池である請求項24〜請求項32のいず
れか1項記載の燃料電池。
33. The fuel cell according to claim 24, wherein the fuel cell is a direct methanol solid polymer fuel cell.
【請求項34】 ゾルを第1の極に塗布する工程、塗布
したゾルを多孔性薄膜層にする工程、得られた多孔性薄
膜層の細孔にプロトン伝導性ポリマーを充填して第1の
電極上に電解質膜を形成する工程、該電解質膜上に第2
の極を密着させる工程を有する燃料電池の製造方法であ
って、前記電解質膜を形成する工程において、前記プロ
トン伝導性ポリマーが第1及び第2のプロトン伝導性ポ
リマーを有し、該第1のポリマーの一端が前記細孔の表
面に結合するように該第1のポリマーを形成する工程、
及び第1のポリマーの形成後に第2のポリマーを充填す
る工程を有する燃料電池の製造方法。
34. A step of applying a sol to the first pole, a step of forming the applied sol into a porous thin film layer, and filling the pores of the obtained porous thin film layer with a proton conductive polymer to form a first thin film. Forming an electrolyte membrane on the electrode; and forming a second electrolyte membrane on the electrolyte membrane.
A method of manufacturing a fuel cell, comprising the steps of: adhering the first and second electrodes, wherein, in the step of forming the electrolyte membrane, the proton conductive polymer has first and second proton conductive polymers; Forming the first polymer such that one end of the polymer is attached to the surface of the pore;
And a step of filling the second polymer after the formation of the first polymer.
【請求項35】 前記第1のポリマーと第2のポリマー
とは同じであっても異なってもよい請求項34記載の方
法。
35. The method of claim 34, wherein said first polymer and said second polymer can be the same or different.
【請求項36】 前記第1のポリマーが第1のモノマー
由来であり、第2のポリマーが第1のモノマーと同じで
あっても異なってもよい第2のモノマー由来である請求
項34又は請求項35記載の方法。
36. The method according to claim 34, wherein the first polymer is derived from a first monomer and the second polymer is derived from a second monomer which may be the same as or different from the first monomer. Item 36. The method according to Item 35.
【請求項37】 前記第1のポリマーの形成工程が、前
記基材にエネルギーを照射した後、該基材に第1のモノ
マーを接触させることによって行われる請求項34〜請
求項36のいずれか1項記載の方法。
37. The method according to claim 34, wherein the step of forming the first polymer is performed by irradiating the substrate with energy and then contacting the substrate with a first monomer. The method of claim 1.
【請求項38】 前記エネルギーのエネルギー源が、プ
ラズマ、紫外線、電子線、ガンマ線からなる群から選ば
れ、該エネルギー源により前記基材を励起させて該基材
の少なくとも細孔内表面に反応開始点を生成し、該反応
開始点に第1のモノマーを接触させることにより、該反
応開始点において前記基材と結合するように第1のポリ
マーが得られる、請求項37記載の方法。
38. The energy source of the energy is selected from the group consisting of plasma, ultraviolet rays, electron beams, and gamma rays, and the energy source excites the base material to initiate a reaction on at least the inner surface of the pores of the base material. 38. The method of claim 37, wherein creating a point and contacting a first monomer with the reaction initiation point results in a first polymer to associate with the substrate at the reaction initiation point.
【請求項39】 第1のポリマーの形成工程が、カップ
リング剤により前記第1のポリマーの一端を前記基材に
結合する請求項34〜請求項36のいずれか1項記載の
方法。
39. The method according to any one of claims 34 to 36, wherein the step of forming the first polymer couples one end of the first polymer to the substrate with a coupling agent.
【請求項40】 前記第2のポリマーが、前記第2のモ
ノマーを前記基材の細孔内に充填し、該充填した第2の
モノマーを前記細孔内において重合させることによって
得られる請求項36〜請求項39のいずれか1項記載の
方法。
40. The second polymer is obtained by filling the second monomer into pores of the base material and polymerizing the filled second monomer in the pores. The method according to any one of claims 36 to 39.
【請求項41】 前記多孔性基材は無機材料または耐熱
性ポリマーから構成される請求項34〜請求項40のい
ずれか1項記載の方法。
41. The method according to claim 34, wherein the porous substrate is made of an inorganic material or a heat-resistant polymer.
【請求項42】 前記無機材料は、セラミック、ガラス
またはアルミナのいずれか一つもしくはそれらの複合材
料である請求項41記載の方法。
42. The method according to claim 41, wherein the inorganic material is any one of ceramic, glass and alumina or a composite material thereof.
【請求項43】 前記耐熱性ポリマーがポリテトラフル
オロエチレン又はポリイミドである請求項41記載の方
法。
43. The method according to claim 41, wherein said heat-resistant polymer is polytetrafluoroethylene or polyimide.
【請求項44】 前記第1の極が第1の支持体層及び第
1の触媒層を有してなり、ゾル塗布工程において、前記
ゾルを前記触媒層に塗布する請求項34〜請求項43の
いずれか1項記載の方法。
44. The sol is applied to the catalyst layer in the sol coating step, wherein the first pole has a first support layer and a first catalyst layer. The method according to claim 1.
【請求項45】 前記第2の極が第2の支持体層及び第
2の触媒層を有してなり、第2の極を密着させる工程に
おいて、前記電解質膜と前記第2の触媒層とを密着させ
る請求項34〜請求項44のいずれか1項記載の方法。
45. The second pole has a second support layer and a second catalyst layer, and in the step of bringing the second pole into close contact, the electrolyte membrane and the second catalyst layer are in contact with each other. The method according to any one of claims 34 to 44, wherein
【請求項46】 前記燃料電池が、直接型メタノール固
体高分子燃料電池である請求項34〜請求項45のいず
れか1項記載の方法。
46. The method according to claim 34, wherein the fuel cell is a direct methanol solid polymer fuel cell.
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