JP2003288916A - Direct methanol fuel cell membrane and its manufacturing method - Google Patents

Direct methanol fuel cell membrane and its manufacturing method

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JP2003288916A
JP2003288916A JP2002089930A JP2002089930A JP2003288916A JP 2003288916 A JP2003288916 A JP 2003288916A JP 2002089930 A JP2002089930 A JP 2002089930A JP 2002089930 A JP2002089930 A JP 2002089930A JP 2003288916 A JP2003288916 A JP 2003288916A
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alcohol fuel
direct alcohol
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Hidetoshi Kuromatsu
秀寿 黒松
Kiyoyuki Minamimura
清之 南村
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a direct methanol fuel cell membrane hardly permeating alcohol such as methanol in addition to characteristics of the fuel cell membrane represented by proton conductivity. <P>SOLUTION: This direct alcohol fuel cell membrane is made from an aromatic polymer compound into which proton conductive substituent groups are introduced and/or an aromatic polymer compound to which proton conductive substances are mixed, and is preferable to have a hydrolysis resistance in boiling water of 0.5 hours or more. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、液体燃料であるア
ルコール類(主に、メタノール)を燃料に使用する直接
アルコール形燃料電池に使用可能な直接アルコール形燃
料電池膜に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direct alcohol fuel cell membrane which can be used in a direct alcohol fuel cell using alcohol (mainly methanol) which is a liquid fuel as a fuel.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、環境問題や省エネルギーに対する
意識の高まりにより、クリーンなエネルギー源として燃
料電池が脚光を浴びている。中でも、電解質にプロトン
伝導性高分子膜を使用した固体高分子形燃料電池は、低
温作動、小型軽量など、他の燃料電池(リン酸形、固体
酸化物形、溶融炭酸塩形)にない特徴を有することか
ら、自動車用途、家庭用コージェネレーション用途への
適用が検討されてきた。
2. Description of the Related Art In recent years, fuel cells have been in the limelight as a clean energy source due to increasing awareness of environmental problems and energy saving. Among them, the polymer electrolyte fuel cell that uses a proton-conducting polymer membrane as the electrolyte is unique to other fuel cells (phosphoric acid type, solid oxide type, molten carbonate type), such as low temperature operation and small size and light weight. Therefore, its application to automobiles and household cogeneration has been investigated.

【0003】一方、電子機器の分野においては、携帯電
話やノート型パソコンに代表される携帯用電子機器が急
速に普及しつつある。現在これらの用途における発電デ
バイスとしては、ニッケル水素二次電池やリチウムイオ
ン二次電池に代表される二次電池が主流となっている
が、未だ充分な連続使用時間を保証する程度までは至っ
ていないこと、今後の高性能化により消費電力がさらに
増大すると考えられること、などから高エネルギー密度
を有し、小型で長時間の使用が可能な発電デバイスの開
発が求められている。それに伴って、理論上、高発電効
率、高エネルギー密度の固体高分子形燃料電池の使用が
検討されつつある。
On the other hand, in the field of electronic devices, portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers are rapidly becoming popular. Currently, as the power generation device for these applications, secondary batteries represented by nickel-hydrogen secondary batteries and lithium-ion secondary batteries are the mainstream, but they have not yet reached the level of guaranteeing sufficient continuous use time. Therefore, it is considered that power consumption will further increase due to higher performance in the future. Therefore, there is a demand for the development of a power generation device that has a high energy density, is small, and can be used for a long time. Along with this, theoretically, the use of polymer electrolyte fuel cells with high power generation efficiency and high energy density is being studied.

【0004】従来、固体高分子形燃料電池に使用される
プロトン伝導性膜としては、ナフィオン(Nafio
n,デュポン社の登録商標。以下同様)に代表されるパ
ーフルオロカーボンスルホン酸膜が使用されてきた。固
体高分子形燃料電池の中でも、小型軽量化に適している
とされるメタノールなどのアルコール類を燃料に使用し
た直接アルコール形燃料電池(メタノールを使用する場
合には、直接メタノール形燃料電池、以下DMFC)に
パーフルオロカーボンスルホン酸膜を使用した場合、膜
中をプロトンとともに移動する水と一緒にメタノールも
膜を透過(クロスオーバー)し、燃料電池の効率を低下
させる問題点があった。また、クロスオーバーを抑制す
るため、燃料として数%程度の低い濃度のメタノール水
溶液しか使用することができず、単位重量あるいは単位
体積当たりのエネルギー密度が低くなってしまい、小型
携帯機器用途に適用できないなど課題があった。
Conventionally, Nafion has been used as a proton conductive membrane used in a polymer electrolyte fuel cell.
n, a registered trademark of DuPont. The same applies to perfluorocarbon sulfonic acid membranes. Among polymer electrolyte fuel cells, direct alcohol fuel cells that use alcohols such as methanol, which is said to be suitable for reducing size and weight, as fuel (when using methanol, direct methanol fuel cells, When a perfluorocarbon sulfonic acid membrane is used for (DMFC), there is a problem that the methanol permeates (crossovers) together with water that moves with protons in the membrane, thereby lowering the efficiency of the fuel cell. Further, in order to suppress crossover, only a methanol aqueous solution having a low concentration of about several% can be used as a fuel, and the energy density per unit weight or unit volume becomes low, so that it cannot be applied to small portable device applications. There was a problem.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、プロ
トン伝導度に優れ、メタノールなどのアルコール燃料が
透過しにくい直接アルコール形燃料電池膜を提供するこ
とである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a direct alcohol fuel cell membrane which has excellent proton conductivity and is less permeable to alcohol fuel such as methanol.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、プロ
トン伝導性置換基が導入された芳香族高分子化合物及び
/又は、プロトン伝導性物質が混合された芳香族高分子
化合物、から得られる直接アルコール形燃料電池膜であ
り、前記膜における煮沸水中での耐加水分解性が0.5
時間以上であるものが好ましい。また、膜における25
℃でのメタノール透過係数が、9×10-12kmol・
m/(m2・s・kPa)以下であるものも使用可能で
ある。また、メタノールに対する室温での溶解度が0.
01重量%未満であることが好ましい。
That is, the present invention is directed to an aromatic polymer compound having a proton-conducting substituent introduced therein and / or an aromatic polymer compound having a proton-conducting substance mixed therein. An alcohol fuel cell membrane having a hydrolysis resistance of 0.5 in boiling water.
It is preferable that the time is longer than that. Also, in the membrane 25
Methanol permeability coefficient at ℃ 9 × 10 -12 kmol
It is also possible to use those having a viscosity of m / (m 2 · s · kPa) or less. The solubility in methanol at room temperature is 0.
It is preferably less than 01% by weight.

【0007】芳香族高分子化合物としては、下記一般式
(1)〜(7)の群から選択される少なくとも1種の繰
り返し単位からなる芳香族高分子化合物からなるものが
好ましい。
The aromatic polymer compound is preferably an aromatic polymer compound comprising at least one repeating unit selected from the group of the following general formulas (1) to (7).

【0008】[0008]

【化6】 [式中、Ar1〜Ar4は、それぞれ同一または異なる式
(8)〜(17):
[Chemical 6] [Wherein Ar 1 to Ar 4 are the same or different from each other in formulas (8) to (17):

【0009】[0009]

【化7】 で表される2価の芳香族単位である。Ar5〜Ar7は、
同一または異なる4価の芳香族単位である。X,Y,Z
は、それぞれ同一または異なり、−O−,−CO−,−
CONH−,−COO−,−S−,−SO−,SO2
の群から選択される2価の有機基である。R1〜R
12は、それぞれ同一または異なり、水素原子、ハロゲン
原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリル基、
アリール基またはフェニル基である。]更に、芳香族高
分子化合物は、下記(A)群から選択される少なくとも
1種からなるものがより好ましい。(A)群:ポリベン
ゾオキサゾール(PBO)、ポリベンゾチアゾール(P
BT)、ポリベンゾイミダゾール(PBI)、ポリスル
ホン(PSU)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポ
リエーテルエーテルスルホン(PEES)、ポリアリー
ルエーテルスルホン(PAS)、ポリフェニレンスルホ
ン(PPSU)、ポリフェニレンオキシド(PPO)、
ポリフェニレンスルホキシド(PPSO)、ポリフェニ
レンサルファイド(PPS)、ポリフェニレンスルフィ
ドスルホン(PPS/SO2)、ポリパラフェニレン
(PPP)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエー
テルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトン
ケトン(PEKK)上記した芳香族高分子化合物に、さ
らに可塑剤を含むこともできる。
[Chemical 7] Is a divalent aromatic unit represented by. Ar 5 to Ar 7 are
They are the same or different tetravalent aromatic units. X, Y, Z
Are the same or different, and are -O-, -CO-,-
CONH -, - COO -, - S -, - SO-, SO 2 -
It is a divalent organic group selected from the group R 1 ~ R
12 are the same or different, respectively, a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a halogenated alkyl group, an allyl group,
It is an aryl group or a phenyl group. Further, the aromatic polymer compound is more preferably at least one selected from the following group (A). Group (A): polybenzoxazole (PBO), polybenzothiazole (P
BT), polybenzimidazole (PBI), polysulfone (PSU), polyethersulfone (PES), polyetherethersulfone (PEES), polyarylethersulfone (PAS), polyphenylenesulfone (PPSU), polyphenyleneoxide (PPO),
Polyphenylene sulfoxide (PPSO), polyphenylene sulfide (PPS), polyphenylene sulfide sulfone (PPS / SO 2 ), polyparaphenylene (PPP), polyetherketone (PEK), polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone (PEKK) ) A plasticizer may be further added to the above aromatic polymer compound.

【0010】一方、本発明の製法は、下記一般式(1)
〜(7)の群から選択される少なくとも1種の繰り返し
単位からなる芳香族高分子化合物、さらに必要に応じて
添加された可塑剤からなるフィルムと、スルホン化剤と
を接触させることによって得られるスルホン化芳香族高
分子化合物膜からなる直接アルコール形燃料電池膜の製
法である。
On the other hand, the production method of the present invention comprises the following general formula (1):
To (7) are obtained by bringing an aromatic polymer compound comprising at least one repeating unit selected from the group (7) into contact with a film comprising a plasticizer optionally added and a sulfonating agent. This is a method for producing a direct alcohol fuel cell membrane comprising a sulfonated aromatic polymer compound membrane.

【0011】[0011]

【化8】 [式中、Ar1〜Ar4は、それぞれ同一または異なる式
(8)〜(17):
[Chemical 8] [Wherein Ar 1 to Ar 4 are the same or different from each other in formulas (8) to (17):

【0012】[0012]

【化9】 で表される2価の芳香族単位である。Ar5〜Ar7は、
同一または異なる4価の芳香族単位である。X,Y,Z
は、それぞれ同一または異なり、−O−,−CO−,−
CONH−,−COO−,−S−,−SO−,SO2
の群から選択される2価の有機基である。R1〜R
12は、それぞれ同一または異なり、水素原子、ハロゲン
原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリル基、
アリール基またはフェニル基である。]更に、γ線、電
子線およびイオンビームからなる群から選択される少な
くとも1種の放射線を照射する、直接アルコール型燃料
電池膜の製法もできる。
[Chemical 9] Is a divalent aromatic unit represented by. Ar 5 to Ar 7 are
They are the same or different tetravalent aromatic units. X, Y, Z
Are the same or different, and are -O-, -CO-,-
CONH -, - COO -, - S -, - SO-, SO 2 -
It is a divalent organic group selected from the group R 1 ~ R
12 are the same or different, respectively, a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a halogenated alkyl group, an allyl group,
It is an aryl group or a phenyl group. Further, a direct alcohol-type fuel cell membrane can be produced by irradiating at least one kind of radiation selected from the group consisting of γ-ray, electron beam and ion beam.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の直接アルコール形燃料電
池膜は、プロトン伝導性置換基が導入された芳香族高分
子化合物及び/又はプロトン伝導性物質が混合された芳
香族高分子化合物、から得られる直接アルコール形燃料
電池膜である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The direct alcohol fuel cell membrane of the present invention comprises an aromatic polymer compound having a proton-conducting substituent introduced therein and / or an aromatic polymer compound having a proton-conducting substance mixed therein. It is the obtained direct alcohol fuel cell membrane.

【0014】中でも膜における煮沸水中での耐加水分解
性が0.5時間以上であるものが好ましい。ここでいう
耐加水分解性とは、少なくとも95℃以上の煮沸水中に
プロトン伝導性高分子膜を浸漬させた場合に、膜が分解
あるいは溶解しないことを示す。
Among them, those having a hydrolysis resistance of the membrane in boiling water of 0.5 hours or more are preferable. The term "hydrolysis resistance" as used herein means that the membrane does not decompose or dissolve when the proton conductive polymer membrane is immersed in boiling water of at least 95 ° C or higher.

【0015】燃料電池用膜の耐久性は、自動車用途で5
000時間以上、家庭用コージェネレーション用途で4
0000〜100000時間、2次電池代替の小型携帯
機器用途で数万時間が求められている。即ち、本発明の
直接アルコール形燃料電池膜は、主たる用途として2次
電池代替の小型携帯機器を想定しているため、耐加水分
解性に関しては、実質的に数万時間が要求される。燃料
電池用膜が実用に耐えうる耐久性を有するかどうかは、
実使用条件下での作動状況により確認する必要がある
が、負荷変動の要因や、触媒や電極を始めとする他材の
劣化やマッチングなどによる要因を明確に区別するのは
困難である。従って、本発明においては、直接アルコー
ル形燃料電池膜の耐久性の指標として、0.5時間以上
の耐加水分解性を設定した。実際の耐久性との相関関係
は必ずしも明確ではないが、煮沸水中で0.5時間以上
の耐加水分解性を有する膜は、より長期間の試験(例え
ば、95℃10000時間以上)においても、膜の劣化
が観察されないこと、また、小型携帯機器用途の作動想
定温度である室温(約25℃)近辺の評価において数千
時間で劣化する膜は、煮沸水中で耐加水分解性が0.5
時間未満であることが、実験的に明らかになっている。
The durability of the fuel cell membrane is 5 for automobile applications.
Over 000 hours, 4 for home cogeneration
0000 to 100,000 hours, tens of thousands of hours are required for small portable device applications in place of secondary batteries. That is, the direct alcohol fuel cell membrane of the present invention is intended for a small-sized portable device as a secondary battery substitute as a main application, and therefore requires substantially tens of thousands of hours for hydrolysis resistance. Whether or not the fuel cell membrane has durability that can withstand practical use is
Although it is necessary to confirm it by the operating conditions under actual use conditions, it is difficult to clearly distinguish the factors of load fluctuation and factors such as deterioration and matching of other materials such as catalysts and electrodes. Therefore, in the present invention, hydrolysis resistance of 0.5 hour or longer is set as an index of the durability of the direct alcohol fuel cell membrane. Although the correlation with the actual durability is not always clear, a film having a hydrolysis resistance of 0.5 hours or more in boiling water can be used even in a longer-term test (for example, 95 ° C. 10,000 hours or more). No deterioration of the film was observed, and in the evaluation near room temperature (about 25 ° C), which is the assumed operating temperature for small portable devices, the film deteriorated in several thousand hours, and the hydrolysis resistance in boiling water was 0.5.
It has been experimentally shown to be less than time.

【0016】また、本発明の直接アルコール形燃料電池
膜の25℃でのメタノール透過係数は、9×10-12
mol・m/(m2・s・kPa)以下であることが好
ましい。メタノール透過係数の測定方法は、特に標準化
された方法はなく、任意な方法を選択しても良いが、J
IS K 7126で規格されている「プラスチックフ
ィルム及びシートの気体透過度試験方法」に準じて、メ
タノールを気化する装置を付与したり、メタノールを保
持できるセルを設置したりして、膜中を透過したメタノ
ール量をガスクロマトグラフで定量するのが好ましい。
メタノール透過係数が、前記範囲よりも大きいと、燃料
電池としての性能が劣る傾向であり。メタノール透過係
数が、前記範囲であれば、メタノールのクロスオーバー
に伴う発電特性の低下が抑制される。また、従来パーフ
ルオロカーボンスルホン酸膜を使用した場合には、2〜
5%程度であったメタノール水溶液の濃度を高濃度に設
定することが可能であって、実使用時における単位重量
あるいは単位体積当たりのエネルギー密度を高くするこ
とが可能となり、好ましい。本発明の直接アルコール形
燃料電池膜は、メタノールに対する室温での溶解度が
0.01重量%未満であることが好ましい。溶解度がこ
の範囲よりも高い場合は、メタノールを燃料として使用
する直接メタノール形燃料電池などの直接アルコール形
燃料電池に使用した場合、膜が燃料であるメタノールに
徐々に溶解し、特性の低下や膜破壊が生じる恐れがあ
る。
The methanol permeation coefficient of the direct alcohol fuel cell membrane of the present invention at 25 ° C. is 9 × 10 -12 k
It is preferably not more than mol · m / (m 2 · s · kPa). There is no standardized method for measuring the methanol permeation coefficient, and any method may be selected.
Permeation through the membrane by adding a device that vaporizes methanol or installing a cell that can hold methanol according to the “gas permeability test method for plastic films and sheets” specified in IS K 7126. It is preferable to quantify the amount of methanol formed by gas chromatography.
When the methanol permeation coefficient is larger than the above range, the performance as a fuel cell tends to be poor. When the methanol permeation coefficient is in the above range, deterioration of power generation characteristics due to methanol crossover is suppressed. When a conventional perfluorocarbon sulfonic acid membrane is used,
The concentration of the aqueous methanol solution, which was about 5%, can be set to a high concentration, and the energy density per unit weight or unit volume during actual use can be increased, which is preferable. The direct alcohol fuel cell membrane of the present invention preferably has a solubility in methanol at room temperature of less than 0.01% by weight. If the solubility is higher than this range, when used in direct alcohol fuel cells such as direct methanol fuel cells that use methanol as a fuel, the membrane gradually dissolves in the methanol that is the fuel, resulting in deterioration of characteristics and There is a risk of destruction.

【0017】本発明における芳香族高分子化合物として
は、下記一般式(1)〜(7)の群から選択される少な
くとも1種の繰り返し単位からなる芳香族高分子化合物
であるのが好ましい。
The aromatic polymer compound in the present invention is preferably an aromatic polymer compound comprising at least one repeating unit selected from the group of the following general formulas (1) to (7).

【0018】[0018]

【化10】 [式中、Ar1〜Ar4は、それぞれ同一または異なる式
(8)〜(17):
[Chemical 10] [Wherein Ar 1 to Ar 4 are the same or different from each other in formulas (8) to (17):

【0019】[0019]

【化11】 で表される2価の芳香族単位である。Ar5〜Ar7は、
同一または異なる4価の芳香族単位である。X,Y,Z
は、それぞれ同一または異なり、−O−,−CO−,−
CONH−,−COO−,−S−,−SO−,SO2
の群から選択される2価の有機基である。R1〜R
12は、それぞれ同一または異なり、水素原子、ハロゲン
原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリル基、
アリール基またはフェニル基である。]より好ましく
は、プロトン伝導性置換基と下記(A)群から選択され
る少なくとも1種の芳香族高分子化合物からなるもので
ある。 (A)群:ポリベンゾオキサゾール(PBO)、ポリベ
ンゾチアゾール(PBT)、ポリベンゾイミダゾール
(PBI)、ポリスルホン(PSU)、ポリエーテルス
ルホン(PES)、ポリエーテルエーテルスルホン(P
EES)、ポリアリールエーテルスルホン(PAS)、
ポリフェニレンスルホン(PPSU)、ポリフェニレン
オキシド(PPO)、ポリフェニレンスルホキシド(P
PSO)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポ
リフェニレンスルフィドスルホン(PPS/SO2)、
ポリパラフェニレン(PPP)、ポリエーテルケトン
(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEE
K)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK) これらの芳香族高分子化合物は、単独、あるいは、2種
以上の共重合体、あるいは、必要に応じて2種以上を混
合したものを使用しても良い。これによって、本発明の
直接アルコール形燃料電池膜は、優れたプロトン伝導
度、耐加水分解性・耐酸化性に代表される化学的安定
性、メタノールなどのアルコール類の燃料遮断性、酸素
・空気などの酸化剤遮断性に優れ、好ましい。
[Chemical 11] Is a divalent aromatic unit represented by. Ar 5 to Ar 7 are
They are the same or different tetravalent aromatic units. X, Y, Z
Are the same or different, and are -O-, -CO-,-
CONH -, - COO -, - S -, - SO-, SO 2 -
It is a divalent organic group selected from the group R 1 ~ R
12 are the same or different, respectively, a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a halogenated alkyl group, an allyl group,
It is an aryl group or a phenyl group. ] More preferably, it is composed of a proton conductive substituent and at least one aromatic polymer compound selected from the following group (A). Group (A): polybenzoxazole (PBO), polybenzothiazole (PBT), polybenzimidazole (PBI), polysulfone (PSU), polyethersulfone (PES), polyetherethersulfone (P)
EES), polyaryl ether sulfone (PAS),
Polyphenylene sulfone (PPSU), polyphenylene oxide (PPO), polyphenylene sulfoxide (P
PSO), polyphenylene sulfide (PPS), polyphenylene sulfide sulfone (PPS / SO 2 ),
Polyparaphenylene (PPP), polyetherketone (PEK), polyetheretherketone (PEE)
K), polyetherketoneketone (PEKK) These aromatic polymer compounds may be used alone or in combination of two or more kinds, or as a mixture of two or more kinds, if necessary. . As a result, the direct alcohol fuel cell membrane of the present invention has excellent proton conductivity, chemical stability represented by hydrolysis resistance / oxidation resistance, fuel barrier property of alcohols such as methanol, oxygen / air It is preferable because it has an excellent oxidant blocking property.

【0020】工業的入手の容易さ、得られる膜の特性、
などを考慮すると、本発明で使用される芳香族高分子化
合物は、ポリフェニレンスルホキシド(PPSO)、ポ
リフェニレンサルファイド(PPS)、ポリフェニレン
スルフィドスルホン(PPS/SO2)からなる群より
選択される少なくとも1種であることが好ましい。
Industrial availability, properties of the resulting membrane,
In consideration of the above, the aromatic polymer compound used in the present invention is at least one selected from the group consisting of polyphenylene sulfoxide (PPSO), polyphenylene sulfide (PPS), and polyphenylene sulfide sulfone (PPS / SO 2 ). Preferably there is.

【0021】本発明の直接アルコール形燃料電池とは、
メタノールに代表されるアルコール類を直接燃料として
使用し、膜に接合された触媒担持ガス拡散電極の触媒上
で、プロトンを生成させ、下記に示す式に従って発電す
る方式である。 燃料極: CH3OH + H2O → CO2 + 6
+ + 6e- 酸化剤極:3/2O2 + 6H+ + 6e- → 3
2O 電池反応:CH3OH + 3/2O2 → CO2
2O 使用できる燃料種は、触媒の性能に強く依存し、現行で
はメタノールが一般的に使用されている。アルコール類
以外の燃料も、触媒の選択・性能によっては、プロトン
を生成できるものであれば使用可能である。従って、本
発明の直接アルコール形燃料電池は、広義の意味では直
接液体形燃料電池、狭義の意味では直接メタノール形燃
料電池を意味するものである。
The direct alcohol fuel cell of the present invention is
This is a system in which alcohols typified by methanol are directly used as a fuel to generate protons on the catalyst of the catalyst-supporting gas diffusion electrode bonded to the membrane and generate power according to the formula shown below. Fuel electrode: CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6
H + + 6e Oxidizer electrode: 3 / 2O 2 + 6H + + 6e → 3
H 2 O battery reaction: CH 3 OH + 3 / 2O 2 → CO 2 +
H 2 O The fuel type that can be used depends strongly on the performance of the catalyst, and currently methanol is commonly used. Fuels other than alcohols can be used as long as they can generate protons depending on the selection and performance of the catalyst. Therefore, the direct alcohol fuel cell of the present invention means a direct liquid fuel cell in a broad sense, and a direct methanol fuel cell in a narrow sense.

【0022】本発明の直接アルコール形燃料電池膜のプ
ロトン伝導性置換基としては、スルホン酸基、リン酸
基、カルボン酸基、フェノール性水酸基などが例示でき
るが、直接メタノール形燃料電池膜として有効なプロト
ン伝導性を発現させるといった点から、スルホン酸基で
あることが好ましい。
Examples of the proton conductive substituents of the direct alcohol fuel cell membrane of the present invention include sulfonic acid group, phosphoric acid group, carboxylic acid group and phenolic hydroxyl group, which are effective as direct methanol fuel cell membrane. A sulfonic acid group is preferable from the viewpoint of exhibiting excellent proton conductivity.

【0023】一方、本発明のプロトン伝導性物質として
は、硫酸、リン酸、タングスト燐酸など、あるいは前記
プロトン伝導性置換基を含有するモノマーあるいは高分
子などが例示できるが、直接アルコール形燃料電池膜と
して有効なプロトン伝導性を発現させるといった点か
ら、硫酸、リン酸、タングスト燐酸からなる群から選択
される少なくとも1種であることが好ましい。さらに本
発明の直接アルコール形燃料電池膜としては、芳香族高
分子化合物が、ポリフェニレンサルファイド(PP
S)、プロトン伝導性置換基がスルホン酸基である、下
記一般式(18)で表されるスルホン化ポリフェニレン
サルファイドの繰り返し構造単位を有するものであるこ
とが好ましい。
On the other hand, examples of the proton-conducting substance of the present invention include sulfuric acid, phosphoric acid, tungstophosphoric acid, etc., or monomers or polymers containing the above-mentioned proton-conducting substituents, and direct alcohol fuel cell membranes. From the viewpoint of exhibiting effective proton conductivity, it is preferably at least one selected from the group consisting of sulfuric acid, phosphoric acid and tungstophosphoric acid. Further, in the direct alcohol fuel cell membrane of the present invention, the aromatic polymer compound is polyphenylene sulfide (PP).
S), which has a repeating structural unit of sulfonated polyphenylene sulfide represented by the following general formula (18), in which the proton conductive substituent is a sulfonic acid group.

【0024】[0024]

【化12】 [式中、nは1〜4の整数] これによって、直接アルコール形燃料電池膜として必要
不可欠な特性である、プロトン伝導度、メタノールに代
表されるアルコール遮断性、耐水性・耐加水分解性に代
表される化学的安定性、ハンドリング性などの機械的特
性に優れる膜が得られる。
[Chemical 12] [In the formula, n is an integer of 1 to 4] As a result, in the properties which are indispensable as a direct alcohol fuel cell membrane, proton conductivity, alcohol barrier property represented by methanol, water resistance and hydrolysis resistance are obtained. It is possible to obtain a film having excellent mechanical properties such as chemical stability and handleability.

【0025】本発明の直接アルコール形燃料電池膜は、
さらに可塑剤を含む前記芳香族高分子化合物からなるの
が好ましい。これにより、芳香族高分子化合物が可塑化
されて柔軟になり、得られる直接アルコール形燃料電池
膜のハンドリング性が著しく改善される傾向を示す。そ
れに伴い、製造工程や発電時に物理的な膜破壊が生じに
くくなり、好ましい。
The direct alcohol fuel cell membrane of the present invention comprises:
Further, it is preferably composed of the aromatic polymer compound containing a plasticizer. As a result, the aromatic polymer compound is plasticized and becomes flexible, and the handling property of the obtained direct alcohol fuel cell membrane tends to be significantly improved. Along with this, physical film breakage is less likely to occur during the manufacturing process and power generation, which is preferable.

【0026】本発明で使用可能な可塑剤としては、使用
する芳香族高分子化合物の種類や混合方法によって異な
る。例えば、芳香族高分子化合物と可塑剤を溶融混合す
る場合には、芳香族高分子化合物の溶融温度よりも高い
沸点を有する可塑剤を選択することが好ましい。可塑剤
の沸点が芳香族高分子化合物の沸点よりも著しく低い場
合には、芳香族高分子化合物と可塑剤の混合物が、所望
の混合比とならない傾向を生じる。
The plasticizer usable in the present invention varies depending on the kind of aromatic polymer compound used and the mixing method. For example, when the aromatic polymer compound and the plasticizer are melt-mixed, it is preferable to select a plasticizer having a boiling point higher than the melting temperature of the aromatic polymer compound. When the boiling point of the plasticizer is significantly lower than the boiling point of the aromatic polymer compound, the mixture of the aromatic polymer compound and the plasticizer tends not to have a desired mixing ratio.

【0027】本発明で使用可能な可塑剤としては、トリ
ブチルホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリ
クレジルホスフェート等のリン酸エステル系化合物、フ
タル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチ
ル、フタル酸ジヘプチル、フタル酸ジ−n−オクチル、
フタル酸ジ−2−エチルヘキシル、フタル酸ジイソノニ
ル、フタル酸オクチルデシル、フタル酸ジイソデシル、
フタル酸ブチルベンジル等のフタル酸エステル系化合
物、オレイン酸ブチル、グリセリンモノオレイン酸エス
テル等の脂肪族一塩基酸エステル系化合物、アジピン酸
ジ−n−ブチル、アジピン酸ジ−n−ヘキシル、アジピ
ン酸ジ−2−エチルヘキシル、アジピン酸アルキル61
0、アゼライン酸ジ−2−エチルヘキシル、セバシン酸
ジブチル、セバシン酸ジ−2−エチルヘキシル等の脂肪
族二塩基酸エステル系化合物、ジエチレングリコールベ
ンゾエート、トリエチレングリコールジ−2−エチルブ
チラート等の二価アルコールエステル系化合物、アセチ
ルリシノール酸メチル、アセチルリシノール酸ブチル、
ブチルフタリルブチルグリコレート、アセチルクエン酸
トリブチル等のオキシ酸エステル系化合物、塩素化パラ
フィン、塩素化ビフェニル−2−ニトロビフェニル、ジ
ノニルナフタリン、o−トルエンスルホンエチルアミ
ド、p−トルエンスルホンエチルアミド、アビエチン酸
メチル、などが例示できる。上記に例示した可塑剤の中
でも、高分子化合物との相溶性や難燃性が付与させるい
った点から、リン酸エステル系化合物の使用が好まし
く、特にトリフェニルホスフェートまたはトリクレジル
ホスフェートであることが好ましい。
Examples of the plasticizer usable in the present invention include phosphoric acid ester compounds such as tributyl phosphate, triphenyl phosphate, tricresyl phosphate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dibutyl phthalate, diheptyl phthalate and phthalate. Di-n-octyl acid,
Di-2-ethylhexyl phthalate, diisononyl phthalate, octyldecyl phthalate, diisodecyl phthalate,
Phthalates such as butylbenzyl phthalate, butyl oleate, aliphatic monobasic ester such as glycerin monooleate, di-n-butyl adipate, di-n-hexyl adipate, adipic acid Di-2-ethylhexyl, alkyl adipate 61
0, di-2-ethylhexyl azelate, dibutyl sebacate, di-2-ethylhexyl sebacate and the like, dibasic acid ester compounds, diethylene glycol benzoate, triethylene glycol di-2-ethyl butyrate and other dihydric alcohols Ester compounds, methyl acetylricinoleate, butyl acetylricinoleate,
Butylphthalyl butyl glycolate, oxyacid ester compounds such as tributyl acetylcitrate, chlorinated paraffin, chlorinated biphenyl-2-nitrobiphenyl, dinonylnaphthalene, o-toluenesulfonethylamide, p-toluenesulfonethylamide, Methyl abietic acid, etc. can be illustrated. Among the plasticizers exemplified above, from the viewpoint of imparting compatibility with a polymer compound and flame retardancy, it is preferable to use a phosphate compound, particularly triphenyl phosphate or tricresyl phosphate. Is preferred.

【0028】次に本発明の直接アルコール形燃料電池膜
の製法について簡単に説明する。プロトン伝導性置換基
が導入された芳香族高分子化合物からなる直接アルコー
ル形燃料電池膜は、下記(1)〜(3)の方法によって
製造することができる。
Next, the method for producing the direct alcohol fuel cell membrane of the present invention will be briefly described. The direct alcohol fuel cell membrane made of an aromatic polymer compound having a proton conductive substituent introduced therein can be produced by the following methods (1) to (3).

【0029】(1)プロトン伝導性置換基を含有するモ
ノマー成分を使用してプロトン伝導性置換基を有する芳
香族高分子化合物を重合し、この高分子化合物を任意の
溶媒に溶解させて、支持体上に流延塗布して、溶媒を除
去し、直接アルコール形燃料電池膜を得る方法。
(1) An aromatic polymer compound having a proton-conducting substituent is polymerized using a monomer component containing a proton-conducting substituent, and the polymer compound is dissolved in an arbitrary solvent to support it. A method of directly casting on the body to remove the solvent and directly obtaining an alcohol fuel cell membrane.

【0030】(2)任意の芳香族高分子化合物とプロト
ン伝導性置換基導入剤(スルホン酸基の場合は、クロロ
スルホン酸、濃硫酸、発煙硫酸などのスルホン化剤)と
を反応させ、プロトン伝導性置換基を有する芳香族高分
子化合物を合成し、この高分子化合物を任意の溶媒溶解
させて、支持体上に流延塗布して、溶媒を除去し、直接
アルコール形燃料電池膜を得る方法。
(2) Protons are reacted by reacting any aromatic polymer compound with a proton-conducting substituent-introducing agent (in the case of a sulfonic acid group, a sulfonating agent such as chlorosulfonic acid, concentrated sulfuric acid, fuming sulfuric acid). An aromatic polymer compound having a conductive substituent is synthesized, and the polymer compound is dissolved in an arbitrary solvent and cast on a support to remove the solvent to directly obtain an alcohol fuel cell membrane. Method.

【0031】(3)任意の芳香族高分子化合物からなる
フィルムを製造した後、このフィルムとプロトン伝導性
置換基導入剤(スルホン酸基の場合は、クロロスルホン
酸、濃硫酸、発煙硫酸などのスルホン化剤)とを反応さ
せ、直接アルコール形燃料電池膜を得る方法。
(3) After a film made of any aromatic polymer compound is produced, this film and a proton conductive substituent introducing agent (in the case of a sulfonic acid group, chlorosulfonic acid, concentrated sulfuric acid, fuming sulfuric acid, etc. A sulfonating agent) to directly obtain an alcohol fuel cell membrane.

【0032】芳香族高分子化合物に硫酸、リン酸、タン
グスト燐酸などに代表されるプロトン伝導性物質を混合
してなる直接アルコール形燃料電池膜は、下記(4)〜
(5)の方法によって製造することが可能である。
A direct alcohol fuel cell membrane comprising a mixture of an aromatic polymer compound and a proton conductive material typified by sulfuric acid, phosphoric acid, tungstophosphoric acid, etc.
It can be manufactured by the method (5).

【0033】(4)任意の方法で芳香族高分子化合物か
らなるフィルムを製造し、液状のプロトン伝導性物質と
接触させ、膜中にプロトン伝導性物質を保持させて、直
接アルコール形燃料電池膜。
(4) A film made of an aromatic polymer compound is produced by an arbitrary method, and the film is brought into contact with a liquid proton-conducting substance to hold the proton-conducting substance in the film, thereby directly producing an alcohol fuel cell membrane. .

【0034】(5)任意の芳香族高分子化合物とプロト
ン伝導性物質の均一混合溶液を調製し、支持体上に流延
塗布して、不要な溶媒を除去し、直接アルコール形燃料
電池膜を得る方法。本発明においては、プロトン伝導性
置換基とプロトン伝導性物質を併用して使用しても良
い。
(5) A homogeneous mixed solution of an arbitrary aromatic polymer compound and a proton conductive substance is prepared and cast on a support to remove an unnecessary solvent to form a direct alcohol fuel cell membrane. How to get. In the present invention, a proton conductive substituent and a proton conductive substance may be used in combination.

【0035】本発明の直接アルコール形燃料電池膜は、
下記一般式(1)〜(7)の群から選択される少なくと
も1種の繰り返し単位からなる芳香族高分子化合物、さ
らに必要に応じて添加された可塑剤からなるフィルム
と、スルホン化剤とを接触させることによって得られる
ことが好ましい。
The direct alcohol fuel cell membrane of the present invention comprises:
An aromatic polymer compound composed of at least one repeating unit selected from the group of the following general formulas (1) to (7), a film composed of a plasticizer optionally added, and a sulfonating agent: It is preferably obtained by contacting.

【0036】[0036]

【化13】 [式中、Ar1〜Ar4は、それぞれ同一または異なる式
(8)〜(17):
[Chemical 13] [Wherein Ar 1 to Ar 4 are the same or different from each other in formulas (8) to (17):

【0037】[0037]

【化14】 で表される2価の芳香族単位である。Ar5〜Ar7は、
同一または異なる4価の芳香族単位である。X,Y,Z
は、それぞれ同一または異なり、−O−,−CO−,−
CONH−,−COO−,−S−,−SO−,SO2
の群から選択される2価の有機基である。R1〜R
12は、それぞれ同一または異なり、水素原子、ハロゲン
原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリル基、
アリール基またはフェニル基である。]さらに、スルホ
ン化剤を溶媒存在下で接触させることが好ましい。
[Chemical 14] Is a divalent aromatic unit represented by. Ar 5 to Ar 7 are
They are the same or different tetravalent aromatic units. X, Y, Z
Are the same or different, and are -O-, -CO-,-
CONH -, - COO -, - S -, - SO-, SO 2 -
It is a divalent organic group selected from the group R 1 ~ R
12 are the same or different, respectively, a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a halogenated alkyl group, an allyl group,
It is an aryl group or a phenyl group. ] Further, it is preferable to contact the sulfonating agent in the presence of a solvent.

【0038】このような製造方法によって、例えばスル
ホン酸基などのプロトン伝導性置換基を有する芳香族高
分子化合物を得てから、膜上に加工する方法と比較し
て、種々の回収・洗浄・乾燥工程が簡略化でき、工業的
に有用である。
By such a production method, an aromatic polymer compound having a proton-conducting substituent such as a sulfonic acid group is obtained, and then various kinds of recovery, washing and The drying process can be simplified and it is industrially useful.

【0039】本発明で使用可能なスルホン化剤として
は、芳香族系炭化水素化合物の公知のスルホン化剤が使
用可能である。スルホン酸基の導入のし易さなどを考慮
すると、特に、クロロスルホン酸、三酸化硫黄−トリエ
チルフォスフェート、濃硫酸、発煙硫酸、トリメチルシ
リルクロロサルフェートからなる群より選択される少な
くとも1種であることが好ましい。特に本発明において
は、スルホン酸基の導入のし易さから、クロロスルホン
酸を使用することが好ましい。
As the sulfonating agent usable in the present invention, known sulfonating agents for aromatic hydrocarbon compounds can be used. Considering the ease of introduction of a sulfonic acid group, in particular, it is at least one selected from the group consisting of chlorosulfonic acid, sulfur trioxide-triethyl phosphate, concentrated sulfuric acid, fuming sulfuric acid, and trimethylsilyl chlorosulfate. Is preferred. Particularly in the present invention, it is preferable to use chlorosulfonic acid because it is easy to introduce a sulfonic acid group.

【0040】本発明において、芳香族高分子化合物から
なるフィルムの内部まで均一にスルホン酸基を導入する
こと、および、スルホン化剤との直接的な接触や過度の
スルホン酸基の導入による膜特性の劣化(機械的強度の
低下など)を抑制するため、スルホン化剤を溶媒存在下
で接触させることが好ましい。本発明で使用可能な溶媒
としては、実施的にスルホン化剤と反応しないものであ
って、芳香族高分子化合物からなるフィルムを劣化させ
ないものであれば使用可能である。特にフィルム内部ま
で均一にスルホン酸基を導入することを考慮すると、溶
媒単独あるいはスルホン化剤と溶媒の混合系で、前記高
分子フィルムを膨潤させ易いものが好ましい。このよう
な溶媒としては、例えば、n−ヘキサンなどの炭化水素
溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル
系溶媒、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド
などのスルホキシド系溶媒、N,N−ジメチルホルムア
ミド、N,N−ジエチルホルムアミドなどのホルムアミ
ド系溶媒、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジ
エチルアセトアミドなどのアセトアミド系溶媒、N−メ
チル−2−ピロリドン、N−ビニル−2−ピロリドンな
どのピロリドン系溶媒、1,1,2,2−テトラクロロ
エタン、1,1,1,2−テトラクロロエタン、1,
1,1−トリクロロエタン、1,2−ジクロロエタン、
トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロ
メタン、クロロホルムなどが挙げられる。本発明におい
て、特に1,1,2,2−テトラクロロエタン、1,
1,1,2−テトラクロロエタン、1,1,1−トリク
ロロエタン、1,2−ジクロロエタン、トリクロロエチ
レン、テトラクロロエチレン、ジクロロメタン、クロロ
ホルムから選択させる少なくとも1種であることが好ま
しい。
In the present invention, the sulfonic acid group is uniformly introduced into the film of the aromatic polymer compound, and the film characteristics are brought about by direct contact with the sulfonating agent or excessive introduction of the sulfonic acid group. In order to prevent the deterioration of (1) (reduction of mechanical strength, etc.), the sulfonating agent is preferably contacted in the presence of a solvent. As the solvent that can be used in the present invention, any solvent that does not practically react with the sulfonating agent and does not deteriorate the film made of the aromatic polymer compound can be used. In particular, considering that the sulfonic acid group is uniformly introduced into the inside of the film, it is preferable to use a solvent alone or a mixed system of a sulfonating agent and a solvent, which easily swells the polymer film. Examples of such a solvent include hydrocarbon solvents such as n-hexane, ether solvents such as tetrahydrofuran and dioxane, sulfoxide solvents such as dimethyl sulfoxide and diethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N, N-diethyl. Formamide solvents such as formamide, acetamide solvents such as N, N-dimethylacetamide and N, N-diethylacetamide, pyrrolidone solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone and N-vinyl-2-pyrrolidone, 1,1 , 2,2-tetrachloroethane, 1,1,1,2-tetrachloroethane, 1,
1,1-trichloroethane, 1,2-dichloroethane,
Examples include trichloroethylene, tetrachloroethylene, dichloromethane, chloroform and the like. In the present invention, especially 1,1,2,2-tetrachloroethane, 1,
At least one selected from 1,1,2-tetrachloroethane, 1,1,1-trichloroethane, 1,2-dichloroethane, trichloroethylene, tetrachloroethylene, dichloromethane and chloroform is preferable.

【0041】本発明の直接アルコール形燃料電池膜は、
γ線、電子線、イオンビームからなる群より選択される
少なくとも1種の放射線を照射することが好ましい。放
射線を照射し、膜を改質することによって、燃料電池用
膜のプロトン伝導度は向上する。特に、放射線量、材料
への透過性、照射時間(工業的な連続照射)、などの点
から、電子線であることが好ましい。
The direct alcohol fuel cell membrane of the present invention comprises:
It is preferable to irradiate at least one kind of radiation selected from the group consisting of γ-rays, electron beams and ion beams. By irradiating with radiation to modify the membrane, the proton conductivity of the fuel cell membrane is improved. In particular, an electron beam is preferable from the viewpoints of radiation dose, material permeability, irradiation time (industrial continuous irradiation), and the like.

【0042】放射線の照射雰囲気は、空気中、無酸素雰
囲気、真空雰囲気のいずれの場合も選択可能である。放
射線照射により膜材料の劣化が生じない雰囲気を適宜選
択すればよい。また、放射線照射による膜改質を効率的
に実施するため、照射雰囲気や膜を加熱してもよい。こ
の際も、膜材料の劣化が生じない条件を適宜設定すれば
よい。
The radiation irradiation atmosphere can be selected from air, an oxygen-free atmosphere, and a vacuum atmosphere. An atmosphere in which the film material is not deteriorated by irradiation with radiation may be appropriately selected. Further, in order to efficiently carry out the film modification by irradiation of radiation, the irradiation atmosphere or the film may be heated. Also in this case, the condition that the film material is not deteriorated may be appropriately set.

【0043】放射線の加速電圧は、0.01〜5.0M
eVであることが好ましい。加速電圧が低いと、材料へ
の放射線の透過度が低くなり、材料内部まで均質な膜を
得るのが困難になる。また、必要な照射線量を確保する
のに長時間の照射が必要となり、生産性が著しく低下す
る恐れがある。この範囲よりも大きい場合は、装置が必
要以上に大がかりになったり、材料劣化を促進する恐れ
がある。
The acceleration voltage of radiation is 0.01 to 5.0M.
It is preferably eV. When the accelerating voltage is low, the permeability of radiation to the material is low, and it is difficult to obtain a uniform film inside the material. In addition, long-term irradiation is required to secure the necessary irradiation dose, which may significantly reduce productivity. If it is larger than this range, the device may be unnecessarily large-scaled or material deterioration may be accelerated.

【0044】放射線の照射線量は10〜1000kGy
であることが好ましい。この範囲よりも照射線量が少な
い場合は、充分な照射効果が発現しない恐れがある。
The irradiation dose of radiation is 10 to 1000 kGy.
Is preferred. If the irradiation dose is less than this range, the sufficient irradiation effect may not be exhibited.

【0045】本発明の直接アルコール形燃料電池膜は、
室温でのプロトン伝導度が1.0×10-2S/cm以上
であることが好ましい。この範囲よりも小さい場合に
は、プロトンの移動に対する膜抵抗が大きくなり、充分
な発電特性を発現しにくくなる傾向を生ずる。
The direct alcohol fuel cell membrane of the present invention comprises:
It is preferable that the proton conductivity at room temperature is 1.0 × 10 −2 S / cm or more. When it is smaller than this range, the membrane resistance against the movement of protons increases, and it tends to be difficult to exhibit sufficient power generation characteristics.

【0046】本発明の直接アルコール形燃料電池膜は、
実用的な機械的強度や燃料・酸化剤の遮断性を有する範
囲で、薄い程良い。イオン交換容量やプロトン伝導度が
同等であれば、厚みが薄くなるほど、膜抵抗が低くなる
ため、概ね5〜200μm、さらには20〜150μm
の厚さであることが好ましい。
The direct alcohol fuel cell membrane of the present invention comprises:
The thinner the better, as long as it has practical mechanical strength and fuel / oxidant barrier properties. If the ion exchange capacity and the proton conductivity are the same, the thinner the thickness, the lower the membrane resistance. Therefore, the membrane resistance is generally 5 to 200 μm, and further 20 to 150 μm.
The thickness is preferably

【0047】本発明の直接アルコール形燃料電池膜は、
プロトン伝導性、化学的・熱的安定性、機械的特性を備
えており、特に直接メタノール形燃料電池に代表される
直接アルコール形燃料電池用のプロトン伝導性高分子膜
として好適に使用される。実際に、使用する場合には、
ナフィオンに代表されるパーフルオロカーボンスルホン
酸膜で適用されている公知の方法で、触媒や電極を膜上
に接合し、これらと燃料および酸化剤の供給路、集電体
から直接アルコール形燃料電池セルが構成することがで
きる。また、必要な出力を得るため、セルを複数枚配置
して、スタックを構成し、使用することもできる。
The direct alcohol fuel cell membrane of the present invention comprises:
Since it has proton conductivity, chemical / thermal stability, and mechanical properties, it is preferably used as a proton conductive polymer membrane for a direct alcohol fuel cell represented by a direct methanol fuel cell. In fact, when using
Alcohol-type fuel cell unit is directly connected from the catalyst and electrode on the membrane by a known method applied to perfluorocarbon sulfonic acid membrane typified by Nafion Can be configured. Further, in order to obtain a required output, a plurality of cells may be arranged to form a stack and be used.

【0048】以下、直接アルコール形燃料電池につい
て、一例として、図面を引用して説明する。
The direct alcohol fuel cell will be described below with reference to the drawings as an example.

【0049】図1は、本発明の直接アルコール形燃料電
池膜を使用した直接アルコール形燃料電池の要部断面図
である。これは、本発明の直接アルコール形燃料電池膜
(1)と、(1)の膜の両側には触媒担持電極(2)が
接合され、膜−電極接合体が構成される。この膜−電極
接合体は、燃料(アルコール)充填部(4)や供給部
(4)を有する燃料(アルコール)タンク(3)の両側
に必要数が平面状に配置される。さらにその外側には、
酸化剤流路(6)が形成された支持体(5)が配置さ
れ、これらに狭持されることによって、直接アルコール
形燃料電池のセル、スタックが構成される。
FIG. 1 is a sectional view of a main part of a direct alcohol fuel cell using the direct alcohol fuel cell membrane of the present invention. This is a direct alcohol fuel cell membrane (1) of the present invention, and a catalyst-supporting electrode (2) is joined to both sides of the membrane of (1) to form a membrane-electrode assembly. A required number of the membrane-electrode assemblies are arranged in a plane on both sides of a fuel (alcohol) tank (3) having a fuel (alcohol) filling section (4) and a supply section (4). Further outside,
The support (5) having the oxidant flow channel (6) formed therein is arranged and sandwiched between them to form a cell or stack of a direct alcohol fuel cell.

【0050】上記一例以外にも、本発明の直接アルコー
ル形燃料電池膜は、特開2001−313046号公
報、特開2001−313047号公報、特開2001
−93551号公報、特開2001−93558号公
報、特開2001−93561号公報、特開2001−
102069号公報、特開2001−102070号公
報、特開2001−283888号公報、特開2000
−268835号公報、特開2000−268836号
公報、特開2001−283892号公報、などで公知
になっている直接メタノール形燃料電池に代表される直
接アルコール形燃料電池の膜材料として、使用可能であ
る。
In addition to the above example, the direct alcohol fuel cell membrane of the present invention is disclosed in JP-A-2001-313046, JP-A-2001-313047, and JP-A-2001.
-93551, JP 2001-93558 A, JP 2001-93561 A, JP 2001-A1
No. 102069, JP 2001-102070 A, JP 2001-283888 A, JP 2000
-268835, JP-A-2000-268836, JP-A-2001-283892, etc., and can be used as a membrane material for a direct alcohol fuel cell represented by a direct methanol fuel cell. is there.

【0051】[0051]

【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定さ
れるものではなく、その要旨を変更しない範囲において
適宜変更実施可能である。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

【0052】(イオン交換容量の測定方法)試験体を塩
化ナトリウム飽和水溶液に浸漬し、ウォーターバス中で
60℃、3時間反応させる。室温まで冷却した後、サン
プルをイオン交換水で充分に洗浄し、フェノールフタレ
イン溶液を指示薬として、0.01Nの水酸化ナトリウ
ム水溶液で滴定し、イオン交換容量を算出した。
(Method for measuring ion exchange capacity) The test sample is immersed in a saturated aqueous solution of sodium chloride and reacted in a water bath at 60 ° C. for 3 hours. After cooling to room temperature, the sample was thoroughly washed with ion-exchanged water, and titrated with a 0.01 N sodium hydroxide aqueous solution using a phenolphthalein solution as an indicator to calculate the ion-exchange capacity.

【0053】(プロトン伝導度)イオン交換水中に保管
した試験体(10mm×40mm)を取り出し、試験体
表面の水をろ紙で拭き取る。電極間距離30mmで白金
電極間に試験体を装着し、2極非密閉系のテフロン(登
録商標)製のセルに設置した後、室温下で電圧0.2V
の条件で、交流インピーダンス法(周波数:42Hz〜
5MHz)により、試験体の膜抵抗を測定し、プロトン
伝導度を算出した。
(Proton conductivity) A test body (10 mm × 40 mm) stored in ion-exchanged water is taken out, and water on the surface of the test body is wiped off with a filter paper. A test piece was attached between platinum electrodes with a distance between electrodes of 30 mm, and the test piece was placed in a Teflon (registered trademark) cell of a two-pole non-sealed system, and then a voltage of 0.2 V was applied at room temperature.
AC impedance method (frequency: 42Hz ~
The membrane resistance of the test body was measured at 5 MHz) to calculate the proton conductivity.

【0054】(耐加水分解性試験)100mLのビーカ
ー中でイオン交換水を煮沸させ、試験体を浸漬させる。
0.5時間経過後の膜状態を目視観察するとともに、イ
オン交換容量、プロトン伝導度を測定し、耐加水分解性
を評価した。
(Hydrolysis resistance test) Ion-exchanged water is boiled in a 100 mL beaker to immerse the test body.
The membrane state after 0.5 hours was visually observed, the ion exchange capacity and the proton conductivity were measured, and the hydrolysis resistance was evaluated.

【0055】(メタノール透過度測定)JIS K 7
126に準じた方法で、GTRテック(株)製GTR−
VOCを使用して、試験体のメタノール透過量(25
℃)を測定し、メタノール透過係数を算出した。
(Methanol Permeability Measurement) JIS K 7
By the method according to 126, GTR-Tech Co., Ltd. GTR-
Using the VOC, the methanol permeation amount (25
℃) was measured and the methanol permeation coefficient was calculated.

【0056】(メタノールに対する溶解度)室温(約2
5℃)の雰囲気下で、スクリュー管に所定試料を秤量
し、試料濃度が0.01重量%になるようにメタノール
を投入し、スターラーで攪拌した。溶解度は目視観察に
より判断した。
(Solubility in methanol) Room temperature (about 2
Under an atmosphere of 5 ° C.), a predetermined sample was weighed in a screw tube, methanol was added so that the sample concentration was 0.01% by weight, and the mixture was stirred with a stirrer. The solubility was judged by visual observation.

【0057】(引張強度および破断伸びの測定)JIS
K 7127に準じた方法で、所定試料の引張強度お
よび破断伸びを測定した。
(Measurement of Tensile Strength and Elongation at Break) JIS
The tensile strength and the elongation at break of a predetermined sample were measured by the method according to K 7127.

【0058】(実施例1)下記の方法に従って、式(1
8)で表される構成成分を有するスルホン化ポリフェニ
レンサルファイド膜からなる直接アルコール形燃料電池
膜を調製した。
Example 1 According to the following method, the formula (1
A direct alcohol fuel cell membrane comprising a sulfonated polyphenylene sulfide membrane having the constituents represented by 8) was prepared.

【0059】[0059]

【化15】 [式中、nは1〜4の整数] ポリフェニレンサルファイドフィルム(商品名:トレリ
ナ、東レ株式会社製、膜厚:50μm)を使用した。
[Chemical 15] [In the formula, n is an integer of 1 to 4] A polyphenylene sulfide film (trade name: Torelina, manufactured by Toray Industries, Inc., film thickness: 50 μm) was used.

【0060】900mLのマヨネーズ瓶に、ジクロロメ
タン966g、クロロスルホン酸4.83gを秤量し、
クロロスルホン酸溶液を調製した。これにポリフェニレ
ンサルファイドフィルム2.24g秤量し、浸漬接触さ
せて、室温で20時間放置した(クロロスルホン酸量
は、ポリフェニレンサルファイドの芳香族単位に対して
2当量)。室温で20時間放置後、フィルムを回収し、
イオン交換水で中性になるまで洗浄した。
In a 900 mL mayonnaise bottle, 966 g of dichloromethane and 4.83 g of chlorosulfonic acid were weighed,
A chlorosulfonic acid solution was prepared. A polyphenylene sulfide film (2.24 g) was weighed, contacted by immersion, and allowed to stand at room temperature for 20 hours (the amount of chlorosulfonic acid was 2 equivalents based on the aromatic unit of polyphenylene sulfide). After leaving at room temperature for 20 hours, collect the film,
It was washed with ion-exchanged water until it became neutral.

【0061】このフィルムを23℃に調温した恒温恒湿
器内で、相対湿度98%、80%、60%、50%の調
湿下で、それぞれ30分間放置して乾燥し、スルホン化
ポリフェニレンサルファイド膜からなる直接アルコール
形燃料電池膜を得た。特性の評価結果を表1〜5に示し
た。
This film was dried by leaving it for 30 minutes in a thermo-hygrostat whose temperature was adjusted to 23 ° C. under relative humidity of 98%, 80%, 60% and 50%, respectively, to obtain sulfonated polyphenylene. A direct alcohol fuel cell membrane consisting of a sulfide membrane was obtained. The evaluation results of the characteristics are shown in Tables 1-5.

【0062】(実施例2)下記の方法に従って、式(1
8)で表される構成成分を有するスルホン化ポリフェニ
レンサルファイド膜からなる直接アルコール形燃料電池
膜を調製した。
Example 2 According to the following method, the formula (1
A direct alcohol fuel cell membrane comprising a sulfonated polyphenylene sulfide membrane having the constituents represented by 8) was prepared.

【0063】[0063]

【化16】 [式中、nは1〜4の整数] 実施例1のポリフェニレンサルファイドフィルムの代わ
りに、下記方法で得られたポリフェニレンサルファイド
を主成分とする芳香族高分子化合物からなるフィルムを
使用した以外は、実施例1と同様にした。特性の評価結
果を表1〜5に示した。
[Chemical 16] [In the formula, n is an integer of 1 to 4] Instead of the polyphenylene sulfide film of Example 1, a film made of an aromatic polymer compound containing polyphenylene sulfide as a main component obtained by the following method was used, Same as Example 1. The evaluation results of the characteristics are shown in Tables 1-5.

【0064】芳香族高分子化合物からなるポリフェニレ
ンサルファイド(商品名:FZ−2200−A5、大日
本インキ化学工業株式会社製、以下PPSと表記)を使
用した。また、可塑剤として、トリクレジルフォスフェ
ート(商品名:TCP、大八化学工業株式界社製、TC
Pと表記)を使用した。
Polyphenylene sulfide (trade name: FZ-2200-A5, manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc., hereinafter referred to as PPS) composed of an aromatic polymer compound was used. Also, as a plasticizer, tricresyl phosphate (trade name: TCP, manufactured by Daihachi Chemical Industry Co., Ltd., TC
(Denoted as P) was used.

【0065】PPS100重量部に対し、TCP2重量
部を添加し、スクリュー温度290℃の二軸押し出し機
で溶融混合し、PPSとTCPの混合物のペレットを作
製した。さらに、このペレットをスクリュー温度290
℃、Tダイ温度320℃の条件で溶融押し出しによる厚
さ50μmのPPSを主成分とするフィルムを得た。
2 parts by weight of TCP was added to 100 parts by weight of PPS and melt-mixed by a twin-screw extruder having a screw temperature of 290 ° C. to prepare pellets of a mixture of PPS and TCP. Further, the pellets are heated to a screw temperature of 290
A film having a thickness of 50 μm and containing PPS as a main component was obtained by melt extrusion under the conditions of ℃ and T-die temperature of 320 ° C.

【0066】(実施例3)実施例1で得られたスルホン
化ポリフェニレンサルファイド膜に、加速電圧4.6M
eV、照射線量500kGyの電子線を照射して直接ア
ルコール形燃料電池膜を調製した以外は、実施例1と同
様にした。特性の評価結果を表1、5に示した。
Example 3 An accelerating voltage of 4.6 M was applied to the sulfonated polyphenylene sulfide film obtained in Example 1.
Example 1 was performed in the same manner as in Example 1 except that an alcohol fuel cell membrane was directly prepared by irradiating an electron beam with eV and an irradiation dose of 500 kGy. The evaluation results of the characteristics are shown in Tables 1 and 5.

【0067】(実施例4)実施例2で得られたスルホン
化ポリフェニレンサルファイド膜に、加速電圧4.6M
eV、照射線量500kGyの電子線を照射して直接ア
ルコール形燃料電池膜を調製した以外は、実施例1と同
様にした。特性の評価結果を表1、5に示した。
Example 4 An accelerating voltage of 4.6 M was applied to the sulfonated polyphenylene sulfide film obtained in Example 2.
Example 1 was performed in the same manner as in Example 1 except that an alcohol fuel cell membrane was directly prepared by irradiating an electron beam with eV and an irradiation dose of 500 kGy. The evaluation results of the characteristics are shown in Tables 1 and 5.

【0068】(比較例1)直接アルコール形燃料電池膜
として、式(19)で表される構成成分からなるナフィ
オン115(デュポン製)を使用した。
(Comparative Example 1) As a direct alcohol fuel cell membrane, Nafion 115 (manufactured by DuPont) consisting of the constituent components represented by the formula (19) was used.

【0069】[0069]

【化17】 [式中、m>=1、n=2、x=5〜13.5、y=1
000] 特性の評価結果を表1、2、4に示した。
[Chemical 17] [Wherein m> = 1, n = 2, x = 5-13.5, y = 1
[000] The evaluation results of characteristics are shown in Tables 1, 2, and 4.

【0070】(比較例2)下記の方法に従って、式(2
0)で表される構成成分を有するスルホン化ポリイミド
膜からなる直接アルコール形燃料電池膜を調製した。
Comparative Example 2 According to the following method, the formula (2
A direct alcohol fuel cell membrane comprising a sulfonated polyimide membrane having the constituents represented by 0) was prepared.

【0071】[0071]

【化18】 [式中、x,yは0〜4の整数、nは1以上の整数] 特性の評価結果を表1、2に示した。0.5Lのセパラ
ブルフラスコに4,4’−ジアミノジフェニルエーテル
を15.02g(0.075mol)、N−メチル−2
−ピロリドンを148.28gとり、窒素気流下で室温
で0.5時間攪拌した。次に、3,3’,4,4’−ビ
フェニルテトラカルボン酸二無水物を22.05g
(0.075mol)を一気に加え、窒素気流下におい
て、室温で1時間攪拌した後、80℃でさらに1時間攪
拌した。得られた粘調な液をフロートガラス上に300
μmの厚みで塗布し、減圧下で、50℃、100℃、1
50℃、200℃の温度でそれぞれ0.5時間溶媒を除
去し、40μmのポリイミドフィルムを得た。
[Chemical 18] [Wherein, x and y are integers of 0 to 4 and n is an integer of 1 or more] The evaluation results of the characteristics are shown in Tables 1 and 2. 15.02 g (0.075 mol) of 4,4′-diaminodiphenyl ether and N-methyl-2 were placed in a 0.5 L separable flask.
-148.28 g of pyrrolidone was taken and stirred under a nitrogen stream at room temperature for 0.5 hours. Next, 22.05 g of 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride
(0.075 mol) was added all at once, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour under a nitrogen stream, and then at 80 ° C. for another hour. 300 on the float glass
It is applied to a thickness of μm, and under reduced pressure, 50 ° C, 100 ° C, 1
The solvent was removed at a temperature of 50 ° C. and 200 ° C. for 0.5 hours to obtain a 40 μm polyimide film.

【0072】900mLのマヨネーズ瓶に、ジクロロメ
タン720g、クロロスルホン酸3.60gを秤量し、
クロロスルホン酸溶液を調製した。これに上記ポリイミ
ドフィルムを1.77g秤量し、浸漬接触させて、室温
で20時間放置した(クロロスルホン酸量は、ポリイミ
ドフィルムのジアミン成分に由来する芳香族単位に対し
て4当量)。
In a 900 mL mayonnaise bottle, weigh 720 g of dichloromethane and 3.60 g of chlorosulfonic acid,
A chlorosulfonic acid solution was prepared. 1.77 g of the above-mentioned polyimide film was weighed, contacted by immersion, and left at room temperature for 20 hours (the amount of chlorosulfonic acid was 4 equivalents based on the aromatic unit derived from the diamine component of the polyimide film).

【0073】室温で20時間放置後、フィルムを回収
し、イオン交換水で中性になるまで洗浄した。
After standing at room temperature for 20 hours, the film was recovered and washed with ion-exchanged water until it became neutral.

【0074】このフィルムを23℃に調温した恒温恒湿
器内で、相対湿度98%、80%、60%、50%の調
湿下で、それぞれ30分間放置して乾燥し、スルホン化
ポリイミド膜を得た。
This film was dried by leaving it in a thermo-hygrostat whose temperature was adjusted to 23 ° C. under relative humidity conditions of 98%, 80%, 60% and 50% for 30 minutes, respectively, and dried. A film was obtained.

【0075】(比較例3)下記の方法に従って、式(2
1)で表される構成成分を有するスルホン化ポリスチレ
ン膜からなる直接アルコール形燃料電池膜を調製した。
Comparative Example 3 According to the following method, the formula (2
A direct alcohol fuel cell membrane comprising a sulfonated polystyrene membrane having the constituents represented by 1) was prepared.

【0076】[0076]

【化19】 特性の評価結果を表1、2、5に示した。900mLの
マヨネーズ瓶に、ジクロロメタン792g、クロロスル
ホン酸3.93gを秤量し、クロロスルホン酸溶液を調
製した。これに出光石油化学(株)製シンジオタクチッ
クポリスチレンフィルム(商品名:ザレック、膜厚:5
0μm)3.51g秤量し、浸漬接触させて、室温で2
0時間放置した(クロロスルホン酸量は、シンジオタク
チックポリスチレンの芳香族単位に対して1当量)。
[Chemical 19] The evaluation results of the characteristics are shown in Tables 1, 2, and 5. A 900 mL mayonnaise bottle was weighed with 792 g of dichloromethane and 3.93 g of chlorosulfonic acid to prepare a chlorosulfonic acid solution. Syndiotactic polystyrene film (trade name: Zarek, thickness: 5) manufactured by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd.
0 μm) 3.51 g is weighed, immersed in contact, and allowed to stand for 2
It was left for 0 hours (the amount of chlorosulfonic acid was 1 equivalent to the aromatic unit of syndiotactic polystyrene).

【0077】室温で20時間放置後、フィルムを回収
し、イオン交換水で中性になるまで洗浄した。
After standing at room temperature for 20 hours, the film was recovered and washed with ion-exchanged water until it became neutral.

【0078】このフィルムを23℃に調温した恒温恒湿
器内で、相対湿度98%、80%、60%、50%の調
湿下で、それぞれ30分間放置して乾燥し、スルホン化
ポリスチレン膜からなる直接アルコール形燃料電池膜を
得た。
This film was dried by leaving it in the thermo-hygrostat controlled at 23 ° C. for 30 minutes under controlled humidity of 98%, 80%, 60% and 50% relative humidity respectively. A direct alcohol fuel cell membrane consisting of a membrane was obtained.

【0079】[0079]

【表1】 [Table 1]

【0080】[0080]

【表2】 [Table 2]

【0081】[0081]

【表3】 [Table 3]

【0082】[0082]

【表4】 [Table 4]

【0083】[0083]

【表5】 表1の実施例1〜4と比較例1の比較から、本発明の直
接アルコール形燃料電池膜は、10-2S/cm以上のプ
ロトン伝導度を示すとともに、燃料電池用膜として有用
とされる比較例1のナフィオン115と同等のプロトン
伝導度を示した。また、実施例1〜4と比較例2の比較
から、本発明の直接アルコール形燃料電池膜は優れたプ
ロトン伝導度を示した。さらに、実施例1〜4と比較例
3の比較から、本発明の直接アルコール形燃料電池膜
は、均一で正常な膜であるのに対し、比較例の膜は不均
一であることが明らかとなった。従って、本発明の直接
アルコール形燃料電池膜は、有用であることことが示さ
れた。
[Table 5] From the comparison between Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 in Table 1, the direct alcohol fuel cell membrane of the present invention shows a proton conductivity of 10 -2 S / cm or more and is useful as a membrane for fuel cells. The same proton conductivity as that of Nafion 115 of Comparative Example 1 was obtained. From comparison between Examples 1 to 4 and Comparative Example 2, the direct alcohol fuel cell membrane of the present invention showed excellent proton conductivity. Further, from the comparison between Examples 1 to 4 and Comparative Example 3, it is clear that the direct alcohol fuel cell membrane of the present invention is a uniform and normal membrane, whereas the membrane of Comparative Example is non-uniform. became. Therefore, the direct alcohol fuel cell membrane of the present invention was shown to be useful.

【0084】表1の実施例1、2と実施例3、4の比較
から、電子線を照射することにより、プロトン伝導度が
向上することが明らかとなり、本発明の有効性が示され
た。
From the comparison between Examples 1 and 2 and Examples 3 and 4 in Table 1, it was clarified that the electron conductivity was improved, and the effectiveness of the present invention was shown.

【0085】表2の実施例1,2と比較例2,3の比較
から、本発明の直接アルコール形燃料電池膜は、耐加水
分解性試験を実施後も膜の破壊は生じず、イオン交換容
量やプロトン伝導度の低下も見られなかった。従って、
本発明の直接アルコール形燃料電池膜は、有用であるこ
とが示された。
From the comparison between Examples 1 and 2 and Comparative Examples 2 and 3 in Table 2, the direct alcohol fuel cell membrane of the present invention was not ion-exchanged even after the hydrolysis resistance test. No decrease in capacity or proton conductivity was observed. Therefore,
The direct alcohol fuel cell membranes of the present invention have been shown to be useful.

【0086】表3の実施例1と2の比較から、可塑剤を
添加することによって、破断伸びが改善されることが明
らかとなり、本発明の有効性が示された。
From the comparison between Examples 1 and 2 in Table 3, it became clear that the elongation at break was improved by adding the plasticizer, and the effectiveness of the present invention was shown.

【0087】表4の実施例1、2と比較例1の比較か
ら、本発明の直接アルコール形燃料電池膜は、従来の燃
料電池膜と比較して、約1オーダー低いメタノール透過
係数を示した。従って、本発明の直接アルコール形燃料
電池膜は、優れたメタノール遮断性を有することが明ら
かとなり、直接アルコール形燃料電池膜として有用であ
ることが示された。
From the comparison between Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 in Table 4, the direct alcohol fuel cell membrane of the present invention showed a methanol permeation coefficient lower by about one order than the conventional fuel cell membrane. . Therefore, it was revealed that the direct alcohol fuel cell membrane of the present invention has an excellent methanol barrier property, and it was shown to be useful as a direct alcohol fuel cell membrane.

【0088】表5の実施例1〜4と比較例3の比較か
ら、本発明の直接アルコール形燃料電池用膜の室温にお
けるメタノール溶解度は、0.01重量未満であり、実
質的に不溶であることが明らかとなり、本発明の有効性
が示された。
From the comparison of Examples 1 to 4 and Comparative Example 3 in Table 5, the methanol solubility of the membrane for direct alcohol fuel cell of the present invention at room temperature is less than 0.01 weight, and it is substantially insoluble. It became clear that the effectiveness of the present invention was demonstrated.

【0089】[0089]

【発明の効果】本発明によれば、プロトン伝導性置換基
が導入された芳香族高分子化合物及び/又は、プロトン
伝導性物質が混合された芳香族高分子化合物、から得ら
れる直接アルコール形燃料電池膜は、プロトン伝導度に
代表される燃料電池用膜として必要な特性に加えて、優
れた耐加水分解性や、メタノール遮断性を有し、直接ア
ルコール形燃料電池膜として有用である。
INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a direct alcohol fuel obtained from an aromatic polymer compound into which a proton-conducting substituent is introduced and / or an aromatic polymer compound into which a proton-conducting substance is mixed. The cell membrane has excellent hydrolysis resistance and methanol barrier properties in addition to the properties required for a fuel cell membrane represented by proton conductivity, and is useful as a direct alcohol fuel cell membrane.

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

【図1】直接アルコール形燃料電池の要部断面図FIG. 1 is a sectional view of a main part of a direct alcohol fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:直接アルコール形燃料電池膜 2:電極 3:燃料(アルコールタンク) 4:燃料(アルコール)充填部 5:酸化剤流路形成支持体 6:酸化剤流路 1: Direct alcohol fuel cell membrane 2: Electrode 3: Fuel (alcohol tank) 4: Fuel (alcohol) filling section 5: Oxidant channel forming support 6: Oxidizer channel

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】プロトン伝導性置換基が導入された芳香族
高分子化合物及び/又はプロトン伝導性物質が混合され
た芳香族高分子化合物から得られる直接アルコール形燃
料電池膜。
1. A direct alcohol fuel cell membrane obtained from an aromatic polymer compound having a proton-conducting substituent introduced therein and / or an aromatic polymer compound having a proton-conducting substance mixed therein.
【請求項2】膜における煮沸水中での耐加水分解性が
0.5時間以上である請求項1記載の直接アルコール形
燃料電池膜。
2. The direct alcohol fuel cell membrane according to claim 1, wherein the membrane has a hydrolysis resistance in boiling water of 0.5 hours or more.
【請求項3】膜における25℃でのメタノール透過係数
が、9×10-12kmol・m/(m2・s・kPa)以
下である請求項1記載の直接アルコール形燃料電池膜。
3. The direct alcohol fuel cell membrane according to claim 1, wherein the methanol permeation coefficient at 25 ° C. of the membrane is 9 × 10 −12 kmol · m / (m 2 · s · kPa) or less.
【請求項4】メタノールに対する室温での溶解度が0.
01重量%未満である請求項1記載の直接アルコール形
燃料電池膜。
4. The solubility at room temperature in methanol is 0.
The direct alcohol fuel cell membrane according to claim 1, which is less than 01% by weight.
【請求項5】芳香族高分子化合物が、下記一般式(1)
〜(7)の群から選択される少なくとも1種の繰り返し
単位からなる芳香族高分子化合物からなる請求項1〜4
のいずれかに記載の直接アルコール形燃料電池膜。 【化1】 [式中、Ar1〜Ar4は、それぞれ同一または異なる式
(8)〜(17): 【化2】 で表される2価の芳香族単位である。Ar5〜Ar7は、
同一または異なる4価の芳香族単位である。X,Y,Z
は、それぞれ同一または異なり、−O−,−CO−,−
CONH−,−COO−,−S−,−SO−,SO2
の群から選択される2価の有機基である。R1〜R
12は、それぞれ同一または異なり、水素原子、ハロゲン
原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリル基、
アリール基またはフェニル基である。]
5. The aromatic polymer compound has the following general formula (1):
5. An aromatic polymer compound comprising at least one repeating unit selected from the group of (7) to (7).
8. A direct alcohol fuel cell membrane according to any one of 1. [Chemical 1] [Wherein Ar 1 to Ar 4 are the same or different from each other in the formulas (8) to (17): Is a divalent aromatic unit represented by. Ar 5 to Ar 7 are
They are the same or different tetravalent aromatic units. X, Y, Z
Are the same or different, and are -O-, -CO-,-
CONH -, - COO -, - S -, - SO-, SO 2 -
It is a divalent organic group selected from the group R 1 ~ R
12 are the same or different, respectively, a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a halogenated alkyl group, an allyl group,
It is an aryl group or a phenyl group. ]
【請求項6】芳香族高分子化合物が、下記(A)群から
選択される少なくとも1種からなる請求項1〜4のいず
れかに記載の直接アルコール形燃料電池膜。(A)群:
ポリベンゾオキサゾール(PBO)、ポリベンゾチアゾ
ール(PBT)、ポリベンゾイミダゾール(PBI)、
ポリスルホン(PSU)、ポリエーテルスルホン(PE
S)、ポリエーテルエーテルスルホン(PEES)、ポ
リアリールエーテルスルホン(PAS)、ポリフェニレ
ンスルホン(PPSU)、ポリフェニレンオキシド(P
PO)、ポリフェニレンスルホキシド(PPSO)、ポ
リフェニレンサルファイド(PPS)、ポリフェニレン
スルフィドスルホン(PPS/SO2)、ポリパラフェ
ニレン(PPP)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポ
リエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテル
ケトンケトン(PEKK)
6. The direct alcohol fuel cell membrane according to claim 1, wherein the aromatic polymer compound comprises at least one selected from the group (A) below. (A) group:
Polybenzoxazole (PBO), polybenzothiazole (PBT), polybenzimidazole (PBI),
Polysulfone (PSU), Polyethersulfone (PE
S), polyether ether sulfone (PEES), polyaryl ether sulfone (PAS), polyphenylene sulfone (PPSU), polyphenylene oxide (P
PO), polyphenylene sulfoxide (PPSO), polyphenylene sulfide (PPS), polyphenylene sulfide sulfone (PPS / SO 2 ), polyparaphenylene (PPP), polyetherketone (PEK), polyetheretherketone (PEEK), polyetherketone Ketone (PEKK)
【請求項7】芳香族高分子化合物が、ポリフェニレンス
ルホキシド(PPSO)、ポリフェニレンサルファイド
(PPS)、ポリフェニレンスルフィドスルホン(PP
S/SO2)からなる群より選択される少なくとも1種
である請求項1〜4のいずれかに記載の直接アルコール
形燃料電池膜。
7. The aromatic polymer compound is polyphenylene sulfoxide (PPSO), polyphenylene sulfide (PPS), polyphenylene sulfide sulfone (PP).
At least one direct alcohol fuel cell membrane according to any one of claims 1 to 4 selected from the group consisting of S / SO 2).
【請求項8】プロトン伝導性置換基が、スルホン酸基で
ある請求項1記載の直接アルコール形燃料電池膜。
8. The direct alcohol fuel cell membrane according to claim 1, wherein the proton conductive substituent is a sulfonic acid group.
【請求項9】プロトン伝導性物質が、リン酸、硫酸、タ
ングストリン酸からなる群から選択される少なくとも1
種である請求項1記載の直接アルコール形燃料電池膜。
9. The proton conductive substance is at least one selected from the group consisting of phosphoric acid, sulfuric acid and tungstophosphoric acid.
The direct alcohol fuel cell membrane according to claim 1, which is a seed.
【請求項10】芳香族高分子化合物が、ポリフェニレン
サルファイド(PPS)で、プロトン伝導性置換基がス
ルホン酸基である、下記一般式(18)で表されるスル
ホン化ポリフェニレンサルファイドの繰り返し構造単位
を有する請求項1〜4のいずれかに記載の直接アルコー
ル形燃料電池膜。 【化3】 [式中、nは1〜4の整数]
10. A repeating structural unit of sulfonated polyphenylene sulfide represented by the following general formula (18), wherein the aromatic polymer compound is polyphenylene sulfide (PPS) and the proton-conducting substituent is a sulfonic acid group. The direct alcohol fuel cell membrane according to any one of claims 1 to 4. [Chemical 3] [In the formula, n is an integer of 1 to 4]
【請求項11】さらに可塑剤を含む請求項1〜10のい
ずれかに記載の直接アルコール形燃料電池膜。
11. The direct alcohol fuel cell membrane according to claim 1, further comprising a plasticizer.
【請求項12】下記一般式(1)〜(7)の群から選択
される少なくとも1種の繰り返し単位からなる芳香族高
分子化合物、さらに必要に応じて添加された可塑剤から
なるフィルムと、スルホン化剤とを接触させることによ
って得られるスルホン化芳香族高分子化合物膜からなる
直接アルコール形燃料電池膜の製法。 【化4】 [式中、Ar1〜Ar4は、それぞれ同一または異なる式
(8)〜(17): 【化5】 で表される2価の芳香族単位である。Ar5〜Ar7は、
同一または異なる4価の芳香族単位である。X,Y,Z
は、それぞれ同一または異なり、−O−,−CO−,−
CONH−,−COO−,−S−,−SO−,SO2
の群から選択される2価の有機基である。R1〜R
12は、それぞれ同一または異なり、水素原子、ハロゲン
原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリル基、
アリール基またはフェニル基である。]
12. An aromatic polymer compound comprising at least one repeating unit selected from the group consisting of the following general formulas (1) to (7), and a film comprising a plasticizer added if necessary: A method for producing a direct alcohol fuel cell membrane comprising a sulfonated aromatic polymer compound membrane obtained by contacting with a sulfonating agent. [Chemical 4] [Wherein Ar 1 to Ar 4 are the same or different from each other in the formulas (8) to (17): Is a divalent aromatic unit represented by. Ar 5 to Ar 7 are
They are the same or different tetravalent aromatic units. X, Y, Z
Are the same or different, and are -O-, -CO-,-
CONH -, - COO -, - S -, - SO-, SO 2 -
It is a divalent organic group selected from the group R 1 ~ R
12 are the same or different, respectively, a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a halogenated alkyl group, an allyl group,
It is an aryl group or a phenyl group. ]
【請求項13】スルホン化剤を溶媒存在下で接触させる
ことからなる請求項12記載の直接アルコール形燃料電
池膜の製法。
13. The method for producing a direct alcohol fuel cell membrane according to claim 12, which comprises contacting a sulfonating agent in the presence of a solvent.
【請求項14】γ線、電子線およびイオンビームからな
る群から選択される少なくとも1種の放射線を照射する
ことからなる請求項12〜13のいずれかに記載の直接
アルコール型燃料電池膜の製法。
14. The method for producing a direct alcohol fuel cell membrane according to claim 12, which comprises irradiating at least one kind of radiation selected from the group consisting of γ rays, electron beams and ion beams. .
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Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004027909A1 (en) * 2002-09-20 2004-04-01 Kaneka Corporation Proton conducting polymer film and method for production thereof
JP2005203195A (en) * 2004-01-14 2005-07-28 Hitachi Cable Ltd Electrolyte film for fuel cell and its forming method, fuel cell and its manufacturing method, and solid polymer-modified electrode assembly
JP2005267866A (en) * 2004-03-16 2005-09-29 Kaneka Corp Proton conductive polymer film, manufacturing method of the same, and polymer electrolyte fuel cell using the same
JP2005307025A (en) * 2004-04-22 2005-11-04 Kaneka Corp Polyelectrolyte membrane and method for producing the same
EP1615286A1 (en) 2004-07-05 2006-01-11 Polymatech Co., Ltd. Ion conductive polymer electrolyte membrane and production method for the same
EP1691440A1 (en) 2005-02-07 2006-08-16 Fuji Photo Film Co., Ltd. Solid electrolyte, method for producing the solid electrolyte, membrane, membrane electrode assembly and fuel cell comprising the solid electrolyte
WO2007007771A1 (en) 2005-07-07 2007-01-18 Fujifilm Corporation Solid electrolyte multilayer membrane, method and apparatus of producing the same, membrane electrode assembly, and fuel cell
WO2007007824A1 (en) 2005-07-07 2007-01-18 Fuji Film Corporation Solid electrolyte membrane, method and apparatus for producing the same, membrane electrode assembly and fuel cell
JP2007115435A (en) * 2005-10-18 2007-05-10 Nitto Denko Corp Electrolyte film and direct methanol solid polymer fuel cell
JP2007329015A (en) * 2006-06-08 2007-12-20 Hitachi Ltd Polymer electrolyte membrane, membrane electrode assembly, and fuel cell using it
WO2008041622A1 (en) 2006-09-29 2008-04-10 Fujifilm Corporation Membrane electrode assembly and method for producing the same
WO2008053770A1 (en) * 2006-10-27 2008-05-08 Tokuyama Corporation Diaphragm for solid polymer fuel cell and membrane-electrode assembly
JP2008533225A (en) * 2005-03-07 2008-08-21 マツクス−プランク−ゲゼルシャフト ツール フエルデルング デル ヴイツセンシャフテン エー フアウ Sulfonated poly (arylene) as a hydrolytically and thermally oxidatively stable polymer
EP2036927A1 (en) 2007-09-11 2009-03-18 Fujifilm Corporation Ionic polymer particle dispersion liquid and method for producing the same
EP2037525A1 (en) 2007-09-11 2009-03-18 FUJIFILM Corporation Electrolyte membrane, membrane and electrode assembly and fuel cell using membrane and electrode assembly
WO2009034684A1 (en) 2007-09-10 2009-03-19 Fujifilm Corporation Membrane electrode assembly and fuel cell
US8349513B2 (en) 2006-02-13 2013-01-08 Kuraray Co., Ltd. Polymer electrolyte membrane, membrane-electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell
KR20150115112A (en) * 2014-04-02 2015-10-14 경희대학교 산학협력단 A Novel Evaluation Method of Degree of Branching of Poly(p-Phenylene Sulfide)

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004027909A1 (en) * 2002-09-20 2004-04-01 Kaneka Corporation Proton conducting polymer film and method for production thereof
JP2005203195A (en) * 2004-01-14 2005-07-28 Hitachi Cable Ltd Electrolyte film for fuel cell and its forming method, fuel cell and its manufacturing method, and solid polymer-modified electrode assembly
JP2005267866A (en) * 2004-03-16 2005-09-29 Kaneka Corp Proton conductive polymer film, manufacturing method of the same, and polymer electrolyte fuel cell using the same
JP2005307025A (en) * 2004-04-22 2005-11-04 Kaneka Corp Polyelectrolyte membrane and method for producing the same
EP1615286A1 (en) 2004-07-05 2006-01-11 Polymatech Co., Ltd. Ion conductive polymer electrolyte membrane and production method for the same
US7540991B2 (en) 2004-07-05 2009-06-02 Polymatech Co., Ltd. Ion conductive polymer electrolyte membrane and production method for the same
EP1691440A1 (en) 2005-02-07 2006-08-16 Fuji Photo Film Co., Ltd. Solid electrolyte, method for producing the solid electrolyte, membrane, membrane electrode assembly and fuel cell comprising the solid electrolyte
JP2008533225A (en) * 2005-03-07 2008-08-21 マツクス−プランク−ゲゼルシャフト ツール フエルデルング デル ヴイツセンシャフテン エー フアウ Sulfonated poly (arylene) as a hydrolytically and thermally oxidatively stable polymer
WO2007007771A1 (en) 2005-07-07 2007-01-18 Fujifilm Corporation Solid electrolyte multilayer membrane, method and apparatus of producing the same, membrane electrode assembly, and fuel cell
WO2007007824A1 (en) 2005-07-07 2007-01-18 Fuji Film Corporation Solid electrolyte membrane, method and apparatus for producing the same, membrane electrode assembly and fuel cell
JP2007115435A (en) * 2005-10-18 2007-05-10 Nitto Denko Corp Electrolyte film and direct methanol solid polymer fuel cell
US8349513B2 (en) 2006-02-13 2013-01-08 Kuraray Co., Ltd. Polymer electrolyte membrane, membrane-electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell
JP2007329015A (en) * 2006-06-08 2007-12-20 Hitachi Ltd Polymer electrolyte membrane, membrane electrode assembly, and fuel cell using it
WO2008041622A1 (en) 2006-09-29 2008-04-10 Fujifilm Corporation Membrane electrode assembly and method for producing the same
WO2008053770A1 (en) * 2006-10-27 2008-05-08 Tokuyama Corporation Diaphragm for solid polymer fuel cell and membrane-electrode assembly
JP5133896B2 (en) * 2006-10-27 2013-01-30 株式会社トクヤマ Membrane for polymer electrolyte fuel cell and membrane-electrode assembly
US8507146B2 (en) 2006-10-27 2013-08-13 Tokuyama Corporation Diaphragm for solid polymer fuel cell and membrane-electrode assembly
WO2009034684A1 (en) 2007-09-10 2009-03-19 Fujifilm Corporation Membrane electrode assembly and fuel cell
EP2037525A1 (en) 2007-09-11 2009-03-18 FUJIFILM Corporation Electrolyte membrane, membrane and electrode assembly and fuel cell using membrane and electrode assembly
EP2036927A1 (en) 2007-09-11 2009-03-18 Fujifilm Corporation Ionic polymer particle dispersion liquid and method for producing the same
KR20150115112A (en) * 2014-04-02 2015-10-14 경희대학교 산학협력단 A Novel Evaluation Method of Degree of Branching of Poly(p-Phenylene Sulfide)
KR101603159B1 (en) 2014-04-02 2016-03-15 경희대학교 산학협력단 A Novel Evaluation Method of Degree of Branching of Poly(p-Phenylene Sulfide)

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