JP2003524863A - コンポジット膜を調製する方法 - Google Patents

コンポジット膜を調製する方法

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Abstract

(57)【要約】 【解決課題】 溶媒を膜外へ蒸発させるのに長時間がかかるという欠点が無い又はより少ない程度でしか存在しない方法を提供する。 【解決手段】 第1のポリマーの孔中に溶液から第2のポリマーを沈積させることによって、該孔が第2のポリマーを含有するところの、第1のポリマーの多孔性フィルムを含むコンポジット膜を調製する方法において、第1のポリマーのフィルムが第1の電極の表面に接触させられ、該電極は少なくとも１つの対極と共に第2のポリマーの溶液内に存在し、及び、第2のポリマーが第1の電極へと動くように第1の電極と対極との間に電位差が施与され、該方法では第2のポリマーが該フィルムを通過しなければならない、ことを特徴とするコンポジット膜を調製する方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第1のポリマーの多孔性フィルムであって、該孔中に第2のポリマー
を含有するところの多孔性フィルムを含むコンポジット膜を調製する方法に関す
る。本発明は特に、燃料電池での使用に適するコンポジット膜を調製する方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】
そのような方法は、国際公開WO 98／20063より知られ、該刊行物にはイオン伝
導性ポリマーを、125℃より高い沸点を有する成分を少なくとも25重量％含む溶
媒中に溶解し、得られる溶液を水平な多孔性膜上に施与し、該溶液の量をイオン
伝導性ポリマーの体積が孔体積の60％より高くなるように選び、次いで、溶媒を
80℃以上で蒸発させることにより、コンポジット膜を作ることができる旨が記載
されている。 しかし、該方法は、溶媒を膜外へ蒸発させるのに非常に時間がかかるという欠
点を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は前記欠点が無い又はより少ない程度でしか存在しない方法を
提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
該目的は、第2のポリマーを溶液から第1のポリマーの孔中に沈積させ、第1の
ポリマーのフィルムが第1の電極の表面に接触させられて、該電極は少なくとも
１つの対極と共に第2のポリマーの溶液内に存在し、且つ、第2のポリマーが第1
の電極へと動くように第1の電極と対極との間に電位差を施与し、該プロセスに
おいて第2のポリマーはフィルムを通過しなければならない、ことを特徴とする
本発明の方法に従い達成される。
【０００５】 このようにして、第2のポリマーが多孔性フィルムの孔中に沈積され、その結
果、孔が完全に満たされてコンポジット膜が形成される。
【０００６】 本発明に従う方法は、厚み30〜50μm及び高い空気透過性、または換言すれば
低いゴーレイ値（Gurley value）を有するフィルムからコンポジット膜を調製す
るのに特に適する。
【０００７】 本発明に従う方法の利点は、形成されたコンポジット膜が気密（ガスタイト）
であることである。この事が、燃料電池での使用に適するものとする。
【０００８】 本発明に従う方法のさらなる利点は、公知の方法よりも連続モードで運転す
ることがより容易であることである。
【０００９】 好適な電極は、炭素、貴金属、又はこれらの組成物、例えばPd、Pt、及びヒス
タロイ又はドープされたセラミック物質である。対極を第2のポリマーから作る
ことも可能である；このことは、溶液内の第2のポリマーの濃度が実際上一定に
維持されるのを確実にする。
【００１０】 好適な第1のポリマーの多孔性フィルムは、例えば多孔性ポリアルケンフィル
ムであってよい。好ましくは、本発明の方法において適用されるポリアルケンフ
ィルムは少なくとも一方向に延伸される。このようにして、強度の高いフィルム
が得られる。
【００１１】 少なくとも一方向に延伸されたポリアルケンフィルムは、欧州特許願第504，9
54号に開示されている。欧州特許願第504，954号は、揮発性溶媒中のポリアルケ
ンの溶液からポリアルケンフィルムを調製する方法を記載する。該フィルムは、
液状冷却剤の入った冷却バスを通過させられ、ポリアルケンが溶媒に溶解する温
度よりも低い温度で溶媒が除去され、その後、該フィルムが少なくとも一方向に
延伸される。ポリアルケンがポリエチレンである場合、重量平均分子量は100,00
0〜5,000,000g／モルであってよい。該フィルムは、重量平均分子量500,000g／
モル未満のポリエチレンを好ましくは含む。該分子量を有するポリエチレンの存
在下で、平均孔径が0.1〜5.0μmの膜が容易に調製できることが見出された。特
に適するのは、異なる分子量を有するポリエチレンのブレンドである。例えば重
量平均分子量500,000g／モル未満のポリエチレンを含むブレンドは、重量平均分
子量が1,000,000g／モルより高いポリエチレンも含んで良い。後者のポリエチレ
ンが存在する故に、強度の高いフィルムが得られ、及び、ASTM スタンダード D7
26−58に従い測定されるゴーレイ値１s／50 cm3が得られるようにフィルムを延
伸することができる。ゴーレイ値0.01 s／50 cm3未満のフィルムは、概して燃料
電池での使用に適する強度を有しない。
【００１２】 本発明に従い、多孔性フィルムは２つの電極のうちの第1のものに接触させら
れる。これは、例えば、フィルムを電極表面に沿って進行させることにより遂行
することができる。
【００１３】 第2のポリマーとして、荷電基を含むポリマー（高分子電解質）を使用できる
。第2のポリマーは好ましくは、パーフロロスルホン酸に基づくプロトン伝導性
ポリマーであり、溶媒は好ましくは水、シクロヘキサノール、ペンタノール、１
−プロパノール、1，2−エタンジオールからなる群より選ばれる１又は２以上の
アルコール、又はこれらの溶媒の混合物を含む。より好ましくは、溶媒は水とプ
ロパノールの混合物を含む。これにより、膜が燃料電池に入れられたときに、槽
電圧0.4Vにおいて少なくとも１ A／cm2の電流密度が確実に達成される。
【００１４】 概して、多孔性フィルム中に第2のポリマーを沈積させるのに必要な槽電圧は
、5〜100Vである。電極間の距離は、概して0.5〜5cmである。
【００１５】 溶媒中に水が存在する場合には、第2のポリマーの電気泳動に加えて、電極に
おいてガスが発生し得る。ガスの発生は、多孔性フィルム中への第2のポリマー
の沈積に悪い影響を及ぼすので、発生したガスは除去されなければならない。発
生したガスの適切な除去方法は、文献から公知である。例えば、定期的に短時間
の間、電極間の電位差の極性を反転することにより、又は矩形波電圧を適用する
ことによりガスを適切に除去できる。
【００１６】 本発明は、本発明に従い得られるコンポジット膜を燃料電池において使用する
方法にも関する。
【００１７】 本発明を、以下の実施例により、但しそれらに限定されることなく、説明する
。実施例 I： パーフロロスルホン酸に基づくプロトン伝導性ポリマー（Nafion:商標）の、
プロパノール／水の95／5（重量／重量）混合物からなる溶媒中の５％溶液中で
、多孔度80体積％、平均孔径が1.5μm及び厚み30μmを有する多孔性ポリエチレ
ンフィルムを、第1の電極に沿って20mm／分の速度で進行させた。該フィルムと
第1の電極（陽極）の表面との接触表面積は、150cm2になった。対極（陰極）を
、第1の電極から0.5cmの距離に置き、50Vを印加した。電極に沿って進行させた
フィルム部分の孔がNafionで満たされたことが観察された。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第1のポリマーの孔中に溶液から第2のポリマーを沈積させる
    ことによって、該孔が第2のポリマーを含有するところの、第1のポリマーの多孔
    性フィルムを含むコンポジット膜を調製する方法において、第1のポリマーのフ
    ィルムが第1の電極の表面に接触させられ、該電極は少なくとも１つの対極と共
    に第2のポリマーの溶液内に存在し、及び、第2のポリマーが第1の電極へと動く
    ように第1の電極と対極との間に電位差が施与され、該方法では第2のポリマーが
    該フィルムを通過しなければならない、ことを特徴とするコンポジット膜を調製
    する方法。
  2. 【請求項２】 対極が第2のポリマーを含む、請求項１に従う方法。
  3. 【請求項３】 第2のポリマーが、パーフロロスルホン酸に基づくプロトン
    伝導性ポリマーであり、及び、溶媒が水、１種又は２種以上のアルコール、又は
    これらの混合物を含む、請求項１又は２に従う方法。
  4. 【請求項４】 溶媒が水とプロパノールの混合物を含む、請求項３に従う方
    法。
  5. 【請求項５】 施与される電位差が5〜100Vである、請求項１〜４のいずれ
    か１項に従う方法。
  6. 【請求項６】 電極間の距離が0.5〜5cmである、請求項１〜５のいずれか１
    項に従う方法。
  7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項に従い調製されたコンポジット
    膜を燃料電池において使用する方法。
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