JP2003022708A - ブレンドポリマー電解質、該電解質を主成分とする電解質膜、及び該電解質を用いた膜／電極接合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池のプロトン交換膜などに好適な、イ
オン伝導性と耐久性に優れた高分子電解質、該電解質を
主成分とする電解質膜、及び該電解質を含む膜／電極接
合体の提供。 【解決手段】 酸性基を有するポリマーと、塩基性無機
化合物の混合物からなるブレンドポリマー電解質。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高分子電解質膜と
して有用なブレンドポリマー電解質、それを主成分とす
る電解質膜、及び該電解質を用いた膜／電極接合体に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】液体電解質のかわりに高分子固体電解質
をイオン伝導体として用いる電気化学的装置の例とし
て、水電解槽や燃料電池を挙げることができる。これら
に用いられる高分子膜は、カチオン交換膜としてプロト
ン導電率と共に化学的、熱的、電気化学的及び力学的に
十分安定なものでなくてはならない。このため、長期に
わたり使用できるものとしては、主に米デュポン社製の
「ナフィオン（登録商標）」を代表例とするパーフルオ
ロカーボンスルホン酸膜が使用されてきた。しかしなが
ら、１００℃を越える条件で運転しようとすると、膜の
含水率が急激に落ちる他、膜の軟化も顕著となる。この
ため、将来が期待されるメタノールを燃料とする燃料電
池においては、膜内のメタノール透過による性能低下が
起こり、十分な性能を発揮することはできない。また、
現在主に検討されている水素を燃料として８０℃付近で
運転する燃料電池においても、膜のコストが高すぎるこ
とが燃料電池技術の確立の障害として指摘されている。

【０００３】パーフルオロカーボンスルホン酸膜に代わ
る電解質膜として、ポリエーテルエーテルケトンやポリ
エーテルスルホン、ポリスルホンなどのポリマーにスル
ホン酸基など酸性基を導入した、いわゆる炭化水素系ポ
リマー電解質が近年盛んに検討されている。しかしなが
ら、炭化水素系ポリマー電解質はパーフルオロカーボン
スルホン酸に比べて水和・膨潤しやすく、高湿度下での
耐久性に問題があった。

【０００４】膨潤を抑制する方策の一つとして、塩基性
ポリマーとの混合が行なわれている。これは、ポリマー
電解質中のスルホン酸基などの酸性基を、塩基性ポリマ
ーによって架橋することで膨潤を抑制しようとするもの
である。例えば、スルホン酸基を有するポリエーテルス
ルホンやスルホン酸基を有するポリエーテルエーテルケ
トン（酸性ポリマー）と、ポリベンズイミダゾール（塩
基性ポリマー）との混合物（国際公開特許公報ＷＯ９９
／５４３８９号公報）、２，５−ジフルオロ−３，６−
ジスルホテレフタル酸や、２，２’−ジスルホ−４，
４’−ジフェニルエーテルジカルボン酸を用いたポリベ
ンズアゾールとポリベンズイミダゾールの混合物からな
る膜（国際公開特許公報ＷＯ０１／０１５１０号）、ス
ルホン酸基を有するポリベンズイミダゾールと塩基性の
熱硬化性化合物との分子複合体（米国特許公報第５９９
８５５０号）、スルホン酸基を有するポリベンズイミダ
ゾールと塩基性の熱可塑性ポリマーとの分子複合体（米
国特許公報第６０２５４３９号）などが知られている。
しかしながらこれらの混合物は、塩基性成分に有機化合
物を用いているために、化学的、熱的に不安定であると
いう欠点があった。米国特許第５５０８３７６号公報に
は、スルホン酸基を有するポリベンズアゾールと塩基性
シリカとの複合体が記載されているが、この場合でも塩
基性基はアミノ基などの有機基であるため、不安定性が
改善されているとは言えない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、燃料
電池のプロトン交換膜などに好適な、イオン伝導性と耐
久性に優れた高分子電解質、該電解質を主成分とする電
解質膜、及び該電解質を含む膜／電極接合体を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、酸性基を有す
るポリマーに対して、塩基性の無機化合物を添加するこ
とで、耐久性、イオン伝導性などに優れた性能を示すポ
リマー電解質、電解質膜、及び膜／電極接合体が得られ
ることを見出し、本発明の完成に至った。

【０００７】すなわち本発明は、（１） 酸性基を有す
るポリマーと、塩基性無機化合物の混合物からなるブレ
ンドポリマー電解質であり、並びに、（２） 塩基性無
機化合物が、ハイドロタルサイト及び／又は水酸化アル
ミニウムゲルであることを特徴とする、（１）に記載の
ブレンドポリマー電解質であり、並びに、（３） 酸性
ポリマーが、ポリベンズオキサゾール及び／又はポリベ
ンズチアゾールであることを特徴とする、（１）又は
（２）に記載のブレンドポリマー電解質であり、並び
に、（４） （１）〜（３）のブレンドポリマー電解質
を主成分とするブレンドポリマー電解質膜であり、並び
に、（５） （１）〜（３）のブレンドポリマー電解質
を電極層及び／又は電解質膜に含むことを特徴とする膜
／電極接合体、である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明について詳細に説明す
る。

【０００９】本発明の酸性基を有するポリマーの基本構
造は特に限定されるものではなく、ビニル系ポリマー、
アクリル系ポリマー、ポリエステル、ポリアミド、ポリ
ウレタン、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルス
ルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレ
ン、ポリアゾール、シリコーンなど公知又は任意の構造
で、必須要件を満たすものを使用することができる。中
でも、耐熱性の面から、ポリアゾール系ポリマーが好ま
しい。ポリアゾールは、構造により違いはあるものの、
熱重量分析における熱減量温度はおおむね３００℃以上
を示す。ポリアゾール系ポリマーとは、酸性基を含有す
る芳香族系のポリベンズオキサゾール類、ポリベンズチ
アゾール類、ポリベンズイミダゾール類及びそれらが混
在する組成物や共重合体を意味する。中でも、イオン伝
導性に優れるポリマーとして、酸性基を有するポリベン
ズオキサゾール又はポリベンズチアゾールがさらに好ま
しい。

【００１０】酸性基の例としては、スルホン酸基、ホス
ホン酸基、カルボン酸基、及びそれらの塩を挙げること
ができる。中でもスルホン酸基、ホスホン酸基が好まし
く、スルホン酸基がイオン伝導性を高めるためにより好
ましい。塩を構成する化合物としては、ナトリウム、カ
リウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、アルミ
ニウム、鉄、チタン、銅などの金属イオンや、低分子の
アミン、イミダゾール化合物、ピリジン誘導体、キノリ
ン誘導体などが挙げられる。全酸性基中の塩は、０〜９
９モル％の間にあることが好ましく、２０モル％以下で
あることがより好ましく、１０モル％以下であることが
さらに好ましい。酸性基の個数は１個以上であればよい
が、２個以上あってもよい。スルホン酸基とホスホン酸
などのように異なる酸性基が混在していてもよい。

【００１１】本発明における、酸性基を有するポリアゾ
ール系ポリマーの好ましい例として、下記一般式（１）
又は（４）で表される構造を挙げることができる。

【化１】 ［式（１）は、Ａｒ¹及びＡｒ²からなる繰り返し単位
と、Ａｒ³及びＡｒ⁴からなる繰り返し単位とが、ランダ
ム又はブロックで連結していることを表す。式中、Ａｒ
¹及びＡｒ³は下記一般式（２）；

【００１２】

【化２】 で表される残基より選ばれる１種以上の残基を表し、Ａ
ｒ¹とＡｒ³は同一であっても異なっていてもよい。Ｘ¹
及びＸ²はＯ、Ｓ、Ｎ原子のいずれかを表す。ＹはＯ、
Ｓ、Ｃ＝Ｏ、ＣＨ２、Ｃ（ＣＨ₃）₂、Ｓ（＝Ｏ）₂のい
ずれかを表す。Ａｒ²は、１個以上の酸性基を有する２
価の芳香族基を表す。Ａｒ⁴は下記一般式（３）；

【００１３】

【化３】 で表される残基よりなる群より選ばれる１種以上の残基
を表す。ｎ¹は１〜１００００の整数を、ｍ¹は０〜１０
０００の整数をそれぞれ表す。］

【００１４】

【化４】 ［式（４）は、それぞれの繰り返し単位が、ランダム又
はブロックで連結していることを表す。式中、Ｘ³及び
Ｘ⁴はＯ、Ｓ，Ｎ原子のいずれかを表し、これらは同一
であっても異なっていてもよい。Ｚは、ＳＯ₃Ｈ基、Ｐ
Ｏ₃Ｈ₂基、及びそれらの塩から選ばれる１種以上の基を
表す。ｑは１〜３の整数を、ｎ²は１〜１００００の整
数を、ｍ²は０〜１００００の整数をそれぞれ表す。］

【００１５】Ｘ¹〜Ｘ⁴は、Ｏ又はＳ原子であることが好
ましく、Ｏであることがイオン伝導性を高めるために最
も好ましい。Ｚはスルホン酸基又はその塩であることが
好ましい。ｎ¹及びｎ²は１０以上であると成型体が好ま
しい力学特性を示すためより好ましく、１００以上であ
ることがさらに好ましい。また、ｍ１及びｍ２は任意の
値であってよいが、ｍ１／ｎ１又はｍ２／ｎ２が０〜
０．５の間であると、イオン伝導性が高くなるためより
好ましく、０〜０．２の間であるとさらに好ましい。

【００１６】一般式（１）におけるＡｒ¹及びＡｒ³の好
ましい例として、下記（１a）〜（１ｘ）；

【化５】 が挙げられるがこれに限定されるものではない。より好
ましいのは（１ｂ）、（１ｃ）、（１ｅ）、（１ｆ）、
（１ｇ）、（１ｉ）であり、最も好ましいのは（１
ｂ）、（１ｃ）である。

【００１７】Ａｒ²の酸性基としては、スルホン酸基、
ホスホン酸基、カルボン酸基、及びそれらの塩を挙げる
ことができる。中でもスルホン酸基、ホスホン酸基が好
ましく、スルホン酸基がイオン伝導性を高めるためによ
り好ましい。塩を構成する化合物としては、ナトリウ
ム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、
アルミニウム、鉄、チタン、銅などの金属イオンや、低
分子のアミン、イミダゾール化合物、ピリジン誘導体、
キノリン誘導体などが挙げられる。全酸性基中の塩は、
０〜９９モル％の間にあることが好ましく、２０モル％
以下であることがより好ましく、１０モル％以下である
ことがさらに好ましい。酸性基の個数は１個以上であれ
ばよいが、２個以上あってもよい。スルホン酸基とホス
ホン酸などのように異なる酸性基が混在していてもよ
い。

【００１８】芳香族基とは、１個以上の芳香族環を含む
基を表す。芳香族基中には、炭素数１〜６のアルキル基
やその誘導体、Ｏ、Ｓなどのヘテロ原子を含んでいても
よいが、その場合、芳香族環の置換基や、芳香族環を連
結する基として存在していることが好ましい。芳香族環
とは、ベンゼン環、ナフタレン環などの炭化水素基の他
に、ピリジン環、キノリン環などの芳香族複素環も含ま
れる。Ａｒ²中に、ハロゲン元素が共有結合で結合して
いると廃棄時に環境に悪影響を及ぼすため、Ａｒ²は共
有結合で結合しているハロゲン元素を含まないことが好
ましい。酸性基は、芳香族環に直接又はアルキル基など
の他の有機基を介して結合していることが好ましい。酸
性基の脱離を抑制するため、酸性基が結合している芳香
族環には、アルキル基、エーテル基、アミノ基などの電
子供与性基が結合していないことが好ましい。特に限定
されるものではないが、Ａｒ²の好ましい例として、下
記の構造（２ａ）〜（２ｄ）で表される基を挙げること
ができる。

【化６】 中でも（２ａ）がより好ましい。

【００１９】Ａｒ⁴の好ましい例としては、下記の残基
（３a）〜（３ｔ）；

【化７】 を挙げることができるがこれらに限定されるものではな
い。中でも（３ｂ）、（３ｅ）、（３ｇ）、（３ｋ）、
（３ｍ）がより好ましく、（３ｂ）、（３ｍ）が最も好
ましい。

【００２０】本発明における酸性ポリマーの好ましい例
を以下（４ａ）〜（４ａｎ）及び（５ａ）〜（５ａｋ）
に示すが、これらに限定されるものではない。

【化８】

【００２１】

【化９】

【００２２】

【化１０】

【００２３】

【化１１】

【００２４】中でも好ましいのは（４ａ）、（４c）、
（４ｅ）、（４ｇ）である。これらのポリマーは公知の
任意の方法で合成することができる。例えば、ビス（ｏ
−アミノフェノール）化合物を、スルホン酸基やホスホ
ン酸基を有するジカルボン酸とを、ポリリン酸などの脱
水溶媒中で加熱攪拌して反応させることで得ることがで
きる。得られたポリマーは公知の方法で分離、精製して
使用することができる。これらのポリマーは、ホモポリ
マー（ｍ¹又はｍ²が０の場合）、ブロックコポリマー、
ランダムコポリマーのいずれであってもよく、目的に応
じて使用することができる。酸性基を有するポリマーの
分子量は１０００〜１０００００００の範囲であること
が好ましく、１００００〜１００００００の範囲である
ことがより好ましい。分子量の測定は、ゲル分配クロマ
トグラフィー法、浸透圧法、光散乱法、粘度測定法など
公知の任意の方法で行なうことができるが、粘度測定法
が簡便である。粘度測定法の一例として、対数粘度の測
定を実施例に記載する。ポリマー（４ａ）などの剛直な
直線状分子の場合には、対数粘度が０．１〜１００．０
の範囲で、好ましくは、１．０〜５０．０の範囲、より
好ましくは、３．０〜３０．０の範囲である。ポリマー
（４ａｂ）などの屈曲性分子の場合には、対数粘度が
０．１〜１０．０の範囲であることが好ましく０．５〜
５．０の範囲であることがより好ましい。いずれのポリ
マーも、分子量が小さすぎると耐久性や力学特性などが
悪化し、分子量が大きすぎると溶液粘度などが大きくな
り加工性などが悪化する。

【００２５】本発明の酸性ポリマーにおける、スルホン
酸基及びホスホン酸基の一部が、ナトリウム、カリウ
ム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、アルミニウ
ム、鉄、チタン、銅などの金属イオンや、低分子のアミ
ン、イミダゾール化合物、ピリジン誘導体、キノリン誘
導体などと塩を形成していてもよいが、塩の割合が２０
モル％以下であることが好ましく、１０モル％以下であ
ることがさらに好ましい。

【００２６】塩基性の無機化合物は公知の任意の化合物
を挙げることができる。合成又は天然のハイドロタルサ
イト、水酸化アルミニウムゲル、酸化マグネシウム、酸
化亜鉛、アルカリ性のケイ酸塩、などが例として挙げら
れる。中でもハイドロタルサイト、水酸化アルミニウム
ゲルが好ましい。これらの塩基性無機化合物は、有機酸
やシリコーン化合物などで表面処理されて、分散性や有
機化合物との混合性が改善されていてもよい。

【００２７】塩基性無機化合物の平均粒径は特に限定さ
れないが、０．０１〜１０μｍの間であると好ましく、
０．０１〜１μｍの間にあることがさらに好ましい。酸
性ポリマーに対する塩基性化合物の量は任意の量をとる
ことができるが、０．１〜５０重量％の間であることが
好ましい、さらに１〜２０重量％であると耐久性及びイ
オン伝導性に優れたポリマー電解質を得ることができ
る。

【００２８】酸性ポリマーと塩基性化合物の混合には、
公知の任意の方法をとることができる。あらかじめ溶媒
に溶解した酸性ポリマー溶液と、塩基性無機化合物の単
体又は有機溶媒の分散液とを混合することで、ポリマー
が溶解し、無機化合物が分散した混合分散液を得ること
ができる。酸性ポリマーを溶解する際に、低分子のアミ
ンなどを添加して、酸性基を塩にしておくこともでき
る。

【００２９】本発明のポリマー電解質は、混合分散液又
は単離したポリマー電解質から押し出し、紡糸、圧延、
キャストなど任意の方法で繊維やフィルムに成形した
り、コーティング材料などに使用したりすることができ
る。成形する際には、混合分散液から成形することが好
ましい。溶解・分散する溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチ
ルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメ
チルスルホキシド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ヘキ
サメチルホスホンアミドなど非プロトン極性溶媒や、ポ
リリン酸、メタンスルホン酸、硫酸、トリフルオロ酢酸
などの強酸を用いることができるがこれらに限定される
ものではない。これらの溶媒は、可能な範囲で複数を混
合して使用してもよい。また、溶解性を向上させる手段
として、臭化リチウム、塩化リチウム、塩化アルミニウ
ムなどのルイス酸を有機溶媒に添加したものを溶媒とし
てもよい。混合分散液中のポリマー濃度は０．１〜３０
重量％の範囲であることが好ましい。低すぎると成型性
が悪化し、高すぎると加工性が悪化する。好ましくは
０．５〜５重量％である。

【００３０】混合分散液から成型体を得る方法は公知の
方法を用いることができる。例えば加熱、減圧乾燥、ポ
リマーを溶解する溶媒と混和できるポリマー非溶媒への
浸漬などによって、溶媒を除去しイオン性基含有ポリマ
ーの成型体を得ることができる。溶媒が有機溶媒の場合
は、加熱又は減圧乾燥で溶媒を留去させることが好まし
い。溶媒が強酸の場合には、水、メタノール、アセトン
などに浸漬することが好ましい。この際、必要に応じて
他のポリマーと複合された形で繊維やフィルムに成形す
ることもできる。耐熱性や機械的特性に優れるポリアゾ
ール系ポリマーと組み合わせると、良好な成型をするの
に都合がよい。

【００３１】本発明のポリマー電解質膜を成形する好ま
しい方法は、酸性ポリマーが溶解し、無機化合物が分散
した混合分散液からのキャストである。キャストした混
合分散液から前記のように溶媒を除去して電解質膜を得
ることができる。溶媒の除去は乾燥によることが膜の均
一性からは好ましい。また、ポリマーや溶媒の分解や変
質をさけるため、減圧下でできるだけ低い温度で乾燥す
ることが好ましい。キャストする基板には、ガラス板や
テフロン（登録商標）板などを用いることができる。混
合分散液の粘度が高い場合には、基板や溶液を加熱して
高温でキャストすると混合分散液の粘度が低下して容易
にキャストすることができる。キャストする際の混合分
散液の厚みは特に制限されないが、１０〜１０００μｍ
であることが好ましい。薄すぎると膜としての形態を保
てなくなり、厚すぎると不均一な膜ができやすくなる。
より好ましくは１００〜５００μｍである。混合分散液
のキャスト厚を制御する方法は公知の方法を用いること
ができる。例えば、アプリケーター、ドクターブレード
などを用いて一定の厚みにしたり、ガラスシャーレなど
を用いてキャスト面積を一定にして混合分散液の量や濃
度で厚みを制御することができる。キャストした溶液
は、溶媒の除去速度を調整することでより均一な膜を得
ることができる。例えば、加熱する場合には最初の段階
では低温にして蒸発速度を下げたりすることができる。
また、水などの非溶媒に浸漬する場合には、溶液を空気
中や不活性ガス中に適当な時間放置しておくなどしてポ
リマーの凝固速度を調整することができる。

【００３２】本発明の膜は目的に応じて任意の膜厚にす
ることができるが、イオン伝導性の面からはできるだけ
薄いことが好ましい。具体的には２００μｍ以下である
ことが好ましく、１０〜５０μｍであることがさらに好
ましい。

【００３３】本発明のポリマー電解質はイオン伝導性及
び耐久性に優れているため、フィルム、膜状にして燃料
電池などのプロトン交換膜として使用するのに適してい
る。さらに、本発明のポリマーを主成分にすることによ
り、本発明のポリマー電解質膜と電極との接合体を作製
するときのバインダー樹脂として利用することもでき
る。本発明のポリマー電解質膜を用いた膜／電極接合体
は、低い内部抵抗と高い耐久性を有しているため、燃料
電池の発電効率、耐久性を大きく向上させることができ
る。

【００３４】本発明の固体高分子電解質膜／電極接合体
は、高分子電解質膜に触媒金属と結着材とをホットプレ
スしたり、市販のガス拡散電極に本発明のポリマー電解
質を噴霧したり塗布したりして浸透させたもので前記の
高分子電解質膜を挟んで接合したりして得ることができ
る。また、テフロン、ポリプロピレン、ポリエチレン、
ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂フィルムに、本
発明のポリマー電解質と触媒とを溶媒に均一に分散した
ペーストを塗布乾燥の繰り返しによって積層したもの
を、触媒層を内側にして高分子電解質膜を挟みホットプ
レスして接合することもできる。また、本発明のポリマ
ー高分子電解質と触媒とを溶媒に均一に分散したペース
トを、刷毛、筆、アプリケーター、噴霧、印刷などによ
って高分子電解質に塗布したのち溶媒を乾燥させて接合
することもできる。また、このペーストでカーボンペー
パーなどの電極材と本発明のポリマー電解質膜とを接合
してもよい。これらの方法は、あらかじめイオン性基を
Ｎａなどのアルカリ金属塩としておいてから行ない、接
合後の酸処理によってもとの酸に戻すことをしてもよ
い。溶液あるいはペースト中のポリマー電解質の濃度は
０．１〜１０重量％であることが好ましい。またスパッ
タリングなどによってポリマー電解質膜に直接触媒を接
合することもできる。

【００３５】触媒は触媒金属の微粒子を担持した導電性
材料からなり、その他の成分を含んでいてもよい。金属
は白金を主成分とする貴金属であり、ロジウム、パラジ
ウム、金、銀、イリジウム、ルテニウムなどの他の金属
を含んでいてもよい。触媒の粒径は１〜５０ｎｍの範囲
であることが好ましい。高分子電解質に対する触媒の量
は５０〜１０００％の範囲であることが好ましい。その
他の成分としては、結着材としてポリテトラフルオロエ
チレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキ
ルビニルエーテルコポリマー、テトラフルオロエチレン
−ヘキサフルオロエチレンコポリマーなどが挙げられ
る。

【００３６】ホットプレスの条件は、使用する材料によ
って適当な条件を選ぶことができるが、プレス温度は１
００〜３００℃、プレス圧力は１〜１０ＭＰａの範囲で
あることが好ましい。

【００３７】

【実施例】以下本発明について、実施例を用いて具体的
に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるこ
とはない。

【００３８】各種測定は次のように行った。

【００３９】（イオン伝導性測定）自作測定用プローブ
（テフロン製）上で短冊状膜試料の表面に白金線（直
径：０．２ｍｍ）を押しあて、８０℃９５％ＲＨの恒温
・恒湿オーブン（（株）ナガノ科学機械製作所、ＬＨ−
２０−０１）中に試料を保持し、白金線間の１０ＫＨｚ
における交流インピーダンスをＳＯＬＡＲＴＲＯＮ社１
２５０ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＲＥＳＰＯＮＳＥ ＡＮＡ
ＬＹＳＥＲにより測定した。極間距離を変化させて測定
し、極間距離と抵抗測定値をプロットした勾配から以下
の式により膜と白金線間の接触抵抗をキャンセルした導
電率を算出した。 ・ポリマー電解質膜 導電率［Ｓ／ｃｍ］＝１／膜幅［ｃｍ］×膜厚［ｃｍ］
×抵抗極間勾配［Ω／ｃｍ］ ・膜／電極接合体 導電率（Ｓ／ｃｍ）＝膜厚（ｃｍ）／膜の抵抗値（Ω）
／電極面積（ｃｍ²）

【００４０】（ポリマー対数粘度）ポリマー濃度０．０
５ｇ／ｄｌのメタンスルホン酸溶液について、オストワ
ルド粘度計を用いて２５℃で測定した。

【００４１】（耐水性試験）ポリマー電解質膜５０ｍｇ
を５ｍｌのイオン交換水と共にガラスアンプル中に封入
した。アンプルは１０５℃で３日間加熱した。冷却後ア
ンプルを開封し、１Ｇ２のガラスフィルターで固形物を
濾取した。フィルターは８０℃で一晩減圧乾燥し、濾過
前後の重量から、固形分の重量を求め、重量減少率を求
めた。 重量減少率［％］＝残留物重量［ｍｇ］／５０×１００

【００４２】（イオン性基の定量）ポリマー電解質膜１
００ｍｇを０．０１ＮのＮａＯＨ水溶液５０ｍｌに浸漬
し、２５℃で一晩攪拌した。その後、０．０５ＮのＨＣ
ｌ水溶液で中和滴定した。中和滴定には、平沼産業株式
会社製電位差滴定装置ＣＯＭＴＩＴＥ−９８０を用い
た。イオン性基量は下記式で求められる。 イオン性基含有量［ｍｅｑ／ｇ］＝（１０−滴定量［ｍ
ｌ］）／２

【００４３】（耐熱性評価）島津製作所製熱重量分析機
ＴＧＡ−５０を用いて、約２ｍｇのサンプルポリマー
を、アルゴン雰囲気下で１００℃で１０分間予備乾燥の
後、１０℃／分の速度で昇温して測定した。重量変化曲
線の変曲点の温度を熱減量開始温度とした。

【００４４】（実施例１）ｍ１／ｎ１＝０、対数粘度
５．３ｄｌ／ｇである酸性ポリマー（４ａ）０．１４０
ｇを３０ｍｌのジメチルスルホキシド（以下ＤＭＳＯと
略する）に溶解し、１Ｇ２ガラスフィルターで濾過し
た。濾過した溶液に、あらかじめ２ｍｌのＤＭＳＯ中で
ハイドロタルサイト０．０１４ｇを攪拌して分散してお
いた分散液を加え、よく混合した。混合した溶液を、直
径９０ｍｍのガラス製平底シャーレに注ぎ、４０℃で２
日間、次いで１００℃で１日間それぞれ減圧乾燥してＤ
ＭＳＯを除去した。乾燥後、シャーレを純水に浸漬し、
膜を剥離した。膜は水洗の後、純水中で１日浸漬した
後、窒素気流下で乾燥した。膜についての各種評価結果
を表１に示す。膜の透過ＩＲスペクトルを（株）日立製
作所製２７０−３０形赤外分光光度計を用いて測定した
ところ、スルホン酸基のＳ＝Ｏ伸縮振動に由来する吸収
が１１８０〜１２４０ｃｍ^-1にブロードなピークとして
観察された。

【００４５】（実施例２〜９）酸性ポリマー及び混合比
を変更した他は、実施例１と同様の手順で膜を作製し、
各種評価を行なった。評価結果を表１に示す。

【００４６】（実施例１０）白金担持量が２０ｗｔ％で
あるカーボンブラック（粒子径が２０〜３０ｎｍ）０．
７２ｇとナフィオン（登録商標）溶液（デュポン社製；
「ナフィオン（登録商標）溶液２０％」）１ｇを均一に
なるようにグリセリン５ｇに混合分散することによって
ペーストを調整した。得られたペーストをスプレーによ
り噴霧することによって実施例１で得たポリマー電解質
膜の一方の面に塗布し、減圧乾燥した。もう一方の面に
も同様にペーストを塗布し、減圧乾燥した。得られた／
電極接合体の白金担持量は０．５ｍｇ／ｃｍ２であっ
た。この導電率を測定したところ１．３×１０^-3Ｓ／ｃ
ｍであった。

【００４７】（比較例１〜２）ハイドロタルサイトを添
加しなかった他は、実施例と同様にして膜を作製した。
評価結果を表１に示す。透過ＩＲスペクトルにおけるス
ルホン酸基のＳ＝Ｏ伸縮振動に由来する吸収は、１１９
０及び１２５０ｃｍ^-1にシャープなピークとして認めら
れた。

【００４８】（比較例３）ハイドロタルサイトの代わり
に、下記の構造；

【化１２】 のポリビニルピリジン（以下ＰＶＰｙと略する）を用い
た他は、実施例と同様にして膜を作製した。評価結果を
表１に示す。

【００４９】（比較例４）市販のイオン交換膜であるＮ
ａｆｉｏｎ（登録商標）１１２（デュポン社製）につい
て各種評価を行なった。評価結果を表１に示す。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【発明の効果】本発明のポリマー電解質により、イオン
伝導性と耐久性に優れたポリマー電解質、ポリマー電解
質膜、膜／電極接合体を提供することができる。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ２５Ｂ 9/10 Ｈ０１Ｍ 4/86 Ｂ Ｈ０１Ｍ 4/86 8/02 Ｐ 8/02 Ｃ２５Ｂ 11/20 Ｆターム(参考） 4J002 CM021 CN061 DE076 DE106 DE146 DE286 FD116 GQ02 4K011 AA02 BA04 CA04 5G301 CA12 CA30 CD01 CE01 5H018 AA06 AS01 BB12 CC06 DD08 EE03 EE08 EE11 EE17 5H026 AA06 BB08 CX05 EE11 EE18

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸性基を有するポリマーと、塩基性無機
   化合物の混合物からなることを特徴とするブレンドポリ
   マー電解質。
2. 【請求項２】 塩基性無機化合物が、ハイドロタルサイ
   ト及び／又は水酸化アルミニウムゲルであることを特徴
   とする、請求項１に記載のブレンドポリマー電解質。
3. 【請求項３】 酸性ポリマーが、ポリベンズオキサゾー
   ル及び／又はポリベンズチアゾールであることを特徴と
   する、請求項１又は２に記載のブレンドポリマー電解
   質。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のブレンドポリマー電解質
   を主成分とすることを特徴とするブレンドポリマー電解
   質膜。
5. 【請求項５】 請求項１〜３のブレンドポリマー電解質
   を電極層及び／又は電解質膜に含むことを特徴とする膜
   ／電極接合体。