JP2004055382A - 触媒電極及びその製造方法、並びに電気化学デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリテトラフルオロエチレン4等の固体高分子からなる電解質とPt等の触媒粒子5とを含有する触媒層2を有し、前記固体高分子電解質が架橋構造を有している、触媒電極1。固体高分子と触媒とを含有する触媒層を形成し、放射線を照射して、前記固体高分子を架橋しかつ前記固体高分子に側鎖を結合し、更に前記側鎖にイオン解離性の官能基を導入する、触媒電極の製造方法。負極22と、正極24と、これらの両電極間に挟持されたイオン伝導体20とからなり、前記両電極のうちの少なくとも一方が前記と同様の触媒層18を有する触媒電極である、電気化学デバイス、及びその製造方法。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒電極及びその製造方法、並びに電気化学デバイス及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、固体高分子型燃料電池の電解質としては、Nafion(DuPont社製)に代表されるパーフルオロスルホン酸樹脂(Perfuluorosalfonate−ionomer(PFSI))が用いられている。例えば、アノードとカソード間のプロトン伝導を行いかつ反応ガスが直接混合することを防止するための隔膜としては、PFSIをアルコール(エタノールやイソプロパノールなど)などに溶解した後にキャストして乾燥・熱処理したものや、分子内のスルホン酸基がナトリウムなどのカチオンと結合した樹脂を融点以上で直接シート形状に加工した後に、カチオンを水素に置換したものなどが用いられている。
【0003】
また、実際の反応を行う触媒層においては、ガス、固体電解質及び触媒が互いに接する三相界面の形成が重要であるため、PFSIを溶解した溶液と触媒を混合し、これを電解質膜に直接塗布したり、テフロン(登録商標)(ポリテトラフルオロエチレン(PTFE))シートなどに塗布したものを電解質膜に転写するなどして形成している。
【0004】
以上のようにしてPFSIを用いて形成されたMEA(Membrane and Electrode Assembly)において、イオン伝導体及び触媒層の耐久性は、PFSIの耐久性に依存している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようなPFSIを用いて形成されてなる燃料電池では、PFSIがアルコールや水を溶媒として溶解することから、長時間の運転のみならず短時間の運転でも高温条件下や燃料としてメタノールを用いた場合にはPFSIが膨潤、溶解することがあった。これによって、燃料電池を構成するMEAからPFSIが剥離或いは流出し、これが原因となって特性低下が見られた。特に、触媒層内部におけるPFSIの流出及び剥離は反応面積を低下させ、大幅な特性低下を招く。
【0006】
一方、触媒とポリテトラフルオロエチレン(PTFE)から燃料電池用の電極を形成する方法が、特開2001−57216号などにおいて、リン酸型燃料電池の電極作製方法として提案されている。
【0007】
図4は、触媒とポリテトラフルオロエチレン(PTFE)から形成された従来の電極の概略断面図である。図4に示すように、電極11は、集電体13上に触媒層12が形成されており、触媒層12は、PTFE14と白金等の触媒粒子15とから形成されている。
【0008】
しかしながら、従来のPTFE14及び触媒粒子15からなる触媒層12を有する電極11は、触媒層12内部のイオン伝導パスの確保、機械的強度や熱的安定性において、なお改善すべき点がある。
【0009】
そこで、本発明は上述したような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、耐久性に優れ、溶解や剥離を発生せず、特性を低下させることなくかつ長期的に使用することができる触媒電極及びその製造方法、並びに電気化学デバイス及びその製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、固体高分子からなる電解質と触媒とを含有する触媒層を有し、前記固体高分子電解質が架橋構造を有している、触媒電極に係るものである。
【0011】
また、固体高分子と触媒とを含有する触媒層を形成し、放射線を照射して、前記固体高分子を架橋しかつ前記固体高分子に側鎖を結合し、更に前記側鎖にイオン解離性の官能基を導入する、触媒電極の製造方法に係るものである。
【0012】
また、第1極と、第2極と、これらの両電極間に挟持されたイオン伝導体とからなり、前記両電極のうちの少なくとも一方が、架橋構造を有する固体高分子からなる電解質と触媒とを含有する触媒層を有している、電気化学デバイスに係るものである。
【0013】
さらに、第1極と、第2極と、これらの両電極間に挟持されたイオン伝導体とからなる電気化学デバイスを製造する方法であって、
固体高分子と触媒とを含有する触媒層を形成し、放射線を照射して、前記固体高分子を架橋しかつ前記固体高分子に側鎖を結合し、更に前記側鎖にイオン解離性の官能基を導入して、前記両電極のうちの少なくとも一方を構成する触媒層を得る工程を有する、
電気化学デバイスの製造方法に係るものである。
【0014】
上述したように、燃料電池等の電気化学デバイスの電極には、電解質およびバインダーとして、固体高分子電解質であるPFSIが主として用いられている。このPFSIは、電極に導入されている際に分子同士の結合が分子間力や静電気力に依存しながらバインダーとして機能しているため、この結合が溶媒との親和力と比較して十分に強くないような条件下では、アルコールや水に溶解してしまう。そして、PFSIがアルコールや水に溶解する条件下では、PFSIの剥離や流出が生じてデバイスの特性が低下してしまう。
【0015】
これに対し、本発明は、前記触媒層を形成し、前記放射線を照射して、前記固体高分子を架橋しかつ前記固体高分子に側鎖を結合し、更に前記側鎖に前記イオン解離性の官能基を導入している。前記固体高分子電解質の前記架橋構造は、共有結合であるので、溶媒との親和力と比較しても十分に強固な結合である。
【0016】
従って、本発明によれば、前記固体高分子電解質が前記架橋構造を有しており、前記架橋は共有結合であり、溶媒との親和力と比較しても十分に強固な結合であるので、上記したPFSIのように剥離や流出が発生することなく、耐久性に優れており、またイオン伝導パスを安定に形成でき、機械的強度や熱的安定性も向上し、特性を低下させずかつ長期的に使用することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明に基づく触媒電極は、前記固体高分子に、イオン解離性の官能基を有する側鎖が結合されていることが望ましく、例えば、前記固体高分子としてはポリテトラフルオロエチレン、前記イオン解離性の官能基としてはスルホン酸基、また、前記側鎖としてはポリスチレングラフト側鎖を用いることが望ましい。
【0018】
この場合、高温下にて前記触媒層に前記放射線を照射して前記固体高分子の前記架橋を行い、しかる後に前記触媒層に室温下にて前記放射線を照射して前記固体高分子に前記側鎖を結合し、更にこの側鎖に前記イオン解離性の官能基を導入して、本発明に基づく触媒電極を得ることができる。なお、ガンマ線に代えて電子線や重イオンビームを照射してもよい。
【0019】
具体的には、まず、300〜365℃、酸素分圧10Torr(約1333Pa)以下の不活性ガス中又は減圧下で、5〜300kGyの前記放射線としての例えばガンマ線を前記触媒層に照射して、前記固体高分子としての例えばポリテトラフルオロエチレンを架橋する。
【0020】
上記のような高温照射で生成した前記架橋構造を有する前記固体高分子としての前記ポリテトラフルオロエチレンは、ポリテトラフルオロエチレン鎖同士が分岐鎖を介して結合した長鎖分岐型の架橋構造を有しており、分岐鎖の絡み合いや分岐鎖末端での結合によりできているのが望ましい。
【0021】
ここで、前記放射線の照射温度や線量を上記の範囲内で適宜選択することによって、前記ポリテトラフルオロエチレンの前記架橋構造の特性を変えることができる。例えば、200kGyの線量を選べば、5kGy照射の場合よりも長鎖分岐の数の多いもの、即ち、耐久性のより大きなものを得ることができる。これは、長鎖分岐数が多いことによる分岐の絡み合いや分岐同士の化学的な結合によって、強度の高い、耐久性に優れたものを得ることができるためである。
【0022】
次いで、室温、不活性ガス中で5〜100kGyの前記放射線としての例えばガンマ線を照射し、スチレンモノマー及び溶媒の沸点以下の温度範囲、通常40〜60℃でスチレン単独、又はスチレンモノマーをベンゼンなどの溶媒で希釈した溶液中でグラフト反応させて、前記側鎖としての例えばポリスチレングラフト側鎖を結合する。酸素の存在はグラフト反応を阻害するため、これら一連の操作はアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガス中で、また、アルゴン或いは窒素ガスで液中の酸素を除去した状態で行う必要がある。グラフト量は、線量(活性種の数)に比例し、線量の高い方がより多くのグラフト側鎖を生成する。
【0023】
温度40〜60℃で1〜24時間反応させた後、反応溶液中から前記架橋構造を有しかつ前記側鎖が結合された前記固体高分子を取り出し、40℃のトルエン中に12時間浸漬してスチレン及びスチレンポリマーを抽出除去する。この後、40℃で真空乾燥する。
【0024】
上述した前記側鎖の結合方法によれば、予め300〜365℃の温度で前記ポリテトラフルオロエチレンに前記放射線を照射し、前記ポリテトラフルオロエチレンに長鎖分岐と分岐末端での結合を導入して前記架橋を行い、その後、さらに室温付近で前記放射線を照射してスチレンのグラフトを行うので、前記架橋による前記ポリテトラフルオロエチレンの優れた耐久性を保持したままの状態で、グラフト率を著しく増加することができる。
【0025】
そして、上記のポリスチレングラフト側鎖にスルホン酸基を導入して、前記固体高分子電解質を形成することができる。スルホン酸化の条件は、室温〜60℃、2〜24時間、テトラクロロメタン、クロロホルム、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2,2−テトラクロロエタンなどを溶媒として用い、0.2〜0.5mol/lのクロルスルホン酸を反応させる。所定時間反応後、試料を取り出し、十分に水洗いして溶媒及び未反応クロルスルホン酸を除去する。この時に加水分解が起こり、スルホン酸基が生成し、前記固体子分子電解質となる。
【0026】
前記イオン解離性の官能基は、解離によってプロトン、ナトリウムイオン、カリウムイオン等を放出しうる基であって、上記のスルホン酸基が好ましいが、その他にもカルボン酸基、リン酸基等が挙げられる(以下、同様)。
【0027】
また、前記固体高分子は、上記のポリテトラフルオロエチレンが好ましいが、その他にもポリフルオロアルコキサイド等が挙げられる(以下、同様)。
【0028】
また、前記触媒は、上記の白金が好ましいが、その他にも白金とルテニウム、鉄、ニッケル、コバルトなどとの合金等が挙げられる(以下、同様)。また、後述する水素製造装置としてはニッケルや酸化イリジウムなども用いることができる。
【0029】
図1は、本発明に基づく触媒電極1の概略断面図である。図1に示すように、本発明に基づく触媒電極1は、触媒層2を多孔性の集電体3上に形成し、一体化したガス拡散性触媒電極として構成することができる。
【0030】
触媒層2は、前記固体高分子としてのポリテトラフルオロエチレン4と白金等の触媒粒子5とを含有している。前記ガス拡散性触媒電極に対して前記放射線を照射することによって、ポリテトラフルオロエチレン4に架橋6を形成し、また図示省略したが、このポリテトラフルオロエチレンに前記イオン解離性の官能基を有する前記側鎖を結合することができる。
【0031】
本発明に基づく触媒電極1によれば、ポリテトラフルオロエチレン4の架橋6は共有結合であり、これは溶媒との親和力と比較しても十分に強固な結合であるので、ポリテトラフルオロエチレン4の剥離や流出が発生することなく、耐久性に優れており、イオン伝導パスの確保、機械的強度や熱的安定性も向上し、特性を低下させずかつ長期的に使用することができる。
【0032】
本発明に基づく触媒電極は、燃料電池又は水素製造装置として構成されている電気化学デバイスに適用することができる。
【0033】
例えば、第1極と、第2極と、これらの両電極間に挟持されたイオン伝導体とからなる基本的構造体において、前記第1極及び第2極のうち少なくとも一方に本発明に基づく触媒層又は触媒電極を適用することができる。
【0034】
前記イオン伝導体は、従来からイオン交換膜として用いられている材料であればいずれのものも使用可能であるが、特に、架橋構造を有する固体電解質からなるものを用いるのが好ましい。
【0035】
この固体電解質は、スルホン酸基等のイオン解離性の官能基を有する側鎖が結合された固体高分子からなる電解質であることが好ましい。前記側鎖としては、例えばポリスチレングラフト側鎖が挙げられ、また、前記固体高分子としては、例えばポリテトラフルオロエチレンが挙げられる。
【0036】
本発明に基づく電気化学デバイスの製造方法としては、予め、上述した一連の操作及び反応によって本発明に基づく触媒電極を製造してから、この触媒電極の前記触媒層に接して前記イオン伝導体を配置すればよい。
【0037】
また、これに代えて、特に、上述したような前記イオン伝導体としてスルホン酸基等の前記イオン解離性の官能基を有する前記側鎖が結合されたポリテトラフルオロエチレンを用いる場合、前記両電極間に前記イオン伝導体の前駆体であるポリテトラフルオロエチレンを挟持した状態で前記放射線を照射することが好ましい。
【0038】
図2は、例えば、本発明に基づく触媒電極を用いた具体例の燃料電池を示す。ここで、図2中の触媒層18は、前記固体高分子としての例えばポリテトラフルオロエチレンと白金等の前記触媒粒子とを含有しており、前記ポリテトラフルオロエチレンは前記架橋構造を有し、またスルホン酸基等の前記イオン解離性の官能基を有する前記側鎖としてのポリスチレングラフト側鎖が結合されている。
【0039】
そして、本発明に基づく触媒電極は、触媒層18と、多孔性のガス拡散性集電体としての例えばカーボンシート19とからなる多孔性のガス拡散性触媒電極として構成されている。また、本発明に基づく触媒電極を用いた第1極と、第2極との間には、イオン伝導部20が挟着されている。
【0040】
イオン伝導部20は、スルホン酸基等の前記イオン解離性の官能基を有する前記側鎖としてのポリスチレングラフト側鎖が結合された架橋構造のポリテトラフルオロエチレンから構成されている。
【0041】
この燃料電池は、互いに対向する、端子21付きの、本発明に基づく触媒電極を用いた負極(燃料極又は水素極)22、及び端子23付きの、本発明に基づく触媒電極(但し、これは必ずしも正極に用いる必要はない。)を用いた正極(酸素極)24を有し、これらの両極間にイオン伝導部20が挟着されている。
【0042】
使用時には、負極22側ではH2流路25中に水素が通される。燃料(H2)が流路25を通過する間に水素イオンを発生し、イオン伝導部20を通過して正極24側へ移動し、そこでO2流路26を通る酸素(空気)と反応し、これにより所望の起電力が取り出される。
【0043】
ここで、各電極における反応を以下に示す。
負極:H2→2H++2e−
正極:2H++1/2O2+2e−→H2O
【0044】
この燃料電池の製造方法としては、予め、上述した一連の操作及び反応によって本発明に基づく触媒電極を製造し、これとは別に、前記イオン伝導体を形成しておき、この触媒電極の前記触媒層に接して前記イオン伝導体を配置して前記燃料電池を製造してよい。
【0045】
これに代えて、特に、上述したように前記イオン伝導体としてスルホン酸基等の前記イオン解離性の官能基を有する前記側鎖が結合されたポリテトラフルオロエチレンを用いる場合は、放射線照射前の前記触媒層を有する前記ガス拡散性触媒電極を前記第1極及び/又は前記第2極とし、前記両電極間に前記イオン伝導体の前駆体であるポリテトラフルオロエチレンを挟持した状態で前記放射線を照射することが好ましい。
【0046】
かかる燃料電池は、本発明に基づく触媒電極が前記第1極及び第2極を構成しており、前記固体高分子電解質が前記架橋構造を有しており、前記架橋は共有結合であり、溶媒との親和力と比較しても十分に強固な結合であるので、剥離や流出が発生することなく、耐久性に優れており、イオン伝導パスの確保、機械的強度や熱的安定性も向上し、特性を低下させずかつ長期的に使用することができる。
【0047】
図3には、上記第1極及び前記第2極に、例えば本発明に基づく触媒電極を用いた具体例の水素製造装置を示す。
【0048】
ここで、各電極における反応を以下に示す。
負極:H2O→2H++1/2O2+2e−
正極:2H++2e−→H2↑
必要な理論電圧は、1.23V以上となる。
【0049】
図3中の触媒層18’は、前記固体高分子としての例えばポリテトラフルオロエチレンと白金等の前記触媒粒子とを含有しており、ポリテトラフルオロエチレンは前記架橋構造を有し、また前記イオン解離性の官能基としての例えばスルホン酸基を有する前記側鎖としてのポリスチレングラフト側鎖が結合されている。
【0050】
そして、本発明に基づく触媒電極は、触媒層18と、多孔性のガス拡散性集電体としての例えばカーボンシート19とからなる多孔性のガス拡散性触媒電極として構成されている。また、本発明に基づく触媒電極を用いた第1極と、第2極との間には、イオン伝導部20が挟着されている。
【0051】
この水素製造装置は、使用時には、負極22’側では水蒸気又は水蒸気含有大気が供給され、この水、水蒸気又は水蒸気含有大気は負極22’側にて分解され、酸素ガス、電子及びプロトン(水素イオン)を発生し、この発生した電子及びプロトンが正極24’側へ移動し、この正極24’側にて水素ガスへと転化し、これにより所望の水素ガスが生成される。
【0052】
かかる水素製造装置は、本発明に基づく触媒電極が前記第1極及び第2極のうち少なくとも一方を構成しており、前記固体高分子電解質が前記架橋構造を有しており、前記架橋は共有結合であり、溶媒との親和力と比較しても十分に強固な結合であるので、剥離や流出が発生することなく、耐久性に優れており、イオン伝導パスの確保、機械的強度や熱的安定性も向上し、特性を低下させずかつ長期的に使用することができる。
【0053】
前記イオン伝導部に、前記イオン解離性の官能基を有する前記側鎖が結合されたポリテトラフルオロエチレンから構成されているイオン伝導体を例示したが、この他にも一般的なナフィオン(デュポン社製のパーフルオロスルホン酸樹脂)などが挙げられる。
【0054】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。
【0055】
白金微粒子を20〜40wt%カーボン微粒子に担持した触媒を純水に超音波ホモジナイザーなどを用いて、触媒の二次粒子径が少なくとも1μm未満になるまで分散した。
【0056】
この触媒分散液にPTFEディスパージョン(30J;三井デュポン等)をPTFE/カーボン比が0.5〜1.2となるように添加し、触媒とPTFE粒子の混合が十分になるまで超音波ホモジナイザーなどで分散した。
【0057】
この懸濁液に硝酸などの酸を添加し、pHを3未満に調整することで、触媒及びPTFE粒子を凝集させ、白金密度が0.5〜3.0mg/cm2になるようにカーボンペーパー上に塗布し、濾過することで分散媒を除去した。
【0058】
この触媒・PTFE塗布カーボンペーパーを乾燥させた後、窒素雰囲気中、240〜300℃で30分間焼成し、PTFEディスパージョンに添加されていた界面活性剤等の不純物を除去した。
【0059】
得られた触媒・PTFE塗布カーボンペーパー2枚を用いて、触媒・PTFEの塗布物が付着した面をPTFEシート(厚さ10〜100μm程度)に接触させるようにして挟み込み、窒素雰囲気中、350℃程度で5〜30kg/cm2程度のプレスを行いながら10分間焼成した。
【0060】
こうして得られた多層体(カーボンペーパー/触媒・PTFE層/PTFEシート/触媒・PTFE層/カーボンペーパー)にPTFEの340℃近傍で60Coを線源としてガンマ線を70kGy照射し、PTFEをラジカル架橋重合させた。
【0061】
このPTFEを架橋させた多層体に、更にガンマ線を室温で30kGy照射し、ラジカル活性点を生じさせ、この状態でスチレンモノマーのベンゼン希釈溶液中に浸漬し、前記活性点から60℃でスチレンをグラフトし、側鎖を結合した。
【0062】
この多層体を0.3Mクロロ硫酸に浸漬し、50℃で15時間スルホン化を行ったところ、前記触媒層及び前記イオン伝導体の構成高分子を共に、共通の工程によって、架橋構造を有するPTFEにスチレン−スルホン酸をグラフトしてなる架橋高分子化し、容易にMEAを作製することができた。
【0063】
以上に説明した実施例は、本発明の技術的思想に基づいて種々に変形が可能である。
【0064】
例えば、前記固体高分子としてポリテトラフルオロエチレンを、前記イオン解離性の官能基としてスルホン酸基を、また前記側鎖としてポリスチレングラフト側鎖を例に挙げて説明したが、これらに限定されない。
【0065】
また、前記燃料電池や前記水素製造装置等の本発明に基づく電気化学デバイスにおいて、その形状、構成、材質等は本発明を逸脱しない限り、適宜選択可能である。
【0066】
【発明の作用効果】
上述したように、本発明によれば、前記触媒層を形成し、前記放射線を照射して、前記固体高分子を架橋しかつ前記固体高分子に側鎖を結合し、更に前記側鎖に前記イオン解離性の官能基を導入している。前記固体高分子電解質の前記架橋構造は、共有結合であるので、溶媒との親和力と比較しても十分に強固な結合である。
【0067】
従って、前記固体高分子電解質が前記架橋構造を有しており、前記架橋は共有結合であり、溶媒との親和力と比較しても十分に強固な結合であるので、従来のように剥離や流出が発生することなく、耐久性に優れており、イオン伝導パスの確保、機械的強度や熱的安定性も向上し、特性を低下させずかつ長期的に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による触媒電極の概略断面図である。
【図2】同、触媒電極を用いた燃料電池の概略断面図である。
【図3】同、触媒電極を用いた水素製造装置の概略断面図である。
【図4】従来例による触媒電極の概略断面図である。
【符号の説明】
1…触媒電極、2…触媒層、3…集電体、4…ポリテトラフルオロエチレン、5…触媒粒子、6…架橋、18、18’…触媒層、
19、19’…ガス透過性集電体、20、20’…イオン伝導部、
21、23…端子、22、22’…負極、24、24’…正極、
25…H2流路、26…O2流路
Claims (31)
- 固体高分子からなる電解質と触媒とを含有する触媒層を有し、前記固体高分子電解質が架橋構造を有している、触媒電極。
- 前記固体高分子に、イオン解離性の官能基を有する側鎖が結合されている、請求項1に記載した触媒電極。
- 前記イオン解離性の官能基がスルホン酸基であり、前記側鎖がポリスチレングラフト側鎖である、請求項2に記載した触媒電極。
- 前記固体高分子がポリテトラフルオロエチレンである、請求項1に記載した触媒電極。
- 固体高分子と触媒とを含有する触媒層を形成し、放射線を照射して、前記固体高分子を架橋しかつ前記固体高分子に側鎖を結合し、更に前記側鎖にイオン解離性の官能基を導入する、触媒電極の製造方法。
- 高温下にて前記触媒層に放射線を照射して前記固体高分子の前記架橋を行い、しかる後に前記触媒層に室温下にて放射線を照射して前記固体高分子に前記側鎖を結合し、更にこの側鎖に前記イオン解離性の官能基を導入する、請求項5に記載した触媒電極の製造方法。
- 前記側鎖としてポリスチレングラフト側鎖を結合し、更に前記ポリスチレングラフト側鎖に、前記イオン解離性の官能基としてスルホン酸基を導入する、請求項6に記載した触媒電極の製造方法。
- 300〜365℃、10Torr(約1333Pa)以下で5〜300kGyの放射線を照射することによって前記固体高分子を架橋し、室温、不活性ガス中で5〜100kGyの放射線を照射することによって前記側鎖を結合する、請求項6に記載した触媒電極の製造方法。
- 前記放射線としてガンマ線を用いる、請求項8に記載した触媒電極の製造方法。
- 前記固体高分子としてポリテトラフルオロエチレンを用いる、請求項5に記載した触媒電極の製造方法。
- 第1極と、第2極と、これらの両電極間に挟持されたイオン伝導体とからなり、前記両電極のうちの少なくとも一方が、架橋構造を有する固体高分子からなる電解質と触媒とを含有する触媒層を有している、電気化学デバイス。
- 前記固体高分子に、イオン解離性の官能基を有する側鎖が結合されている、請求項11に記載した電気化学デバイス。
- 前記イオン解離性の官能基がスルホン酸基であり、前記側鎖がポリスチレングラフト側鎖である、請求項12に記載した電気化学デバイス。
- 前記固体高分子がポリテトラフルオロエチレンである、請求項11に記載した電気化学デバイス。
- 前記イオン伝導体が架橋構造を有する固体電解質からなる、請求項11に記載した電気化学デバイス。
- 前記固体電解質が、イオン解離性の官能基を有する側鎖が結合された固体高分子からなる電解質である、請求項15に記載した電気化学デバイス。
- 前記イオン解離性の官能基がスルホン酸基であり、前記側鎖がポリスチレングラフト側鎖である、請求項16に記載した電気化学デバイス。
- 前記固体高分子がポリテトラフルオロエチレンである、請求項16に記載した電気化学デバイス。
- 燃料電池として構成されている、請求項11に記載した電気化学デバイス。
- 水素製造装置として構成されている、請求項11に記載した電気化学デバイス。
- 第1極と、第2極と、これらの両電極間に挟持されたイオン伝導体とからなる電気化学デバイスを製造する方法であって、
固体高分子と触媒とを含有する触媒層を形成し、放射線を照射して、前記固体高分子を架橋しかつ前記固体高分子に側鎖を結合し、更に前記側鎖にイオン解離性の官能基を導入して、前記両電極のうちの少なくとも一方を構成する触媒層を得る工程を有する、
電気化学デバイスの製造方法。 - 高温下にて前記触媒層に放射線を照射して前記固体高分子の前記架橋を行い、しかる後に前記触媒層に室温下にて放射線を照射して前記固体高分子に前記側鎖を結合し、更にこの側鎖に前記イオン解離性の官能基を導入して前記触媒層を得る、請求項21に記載した電気化学デバイスの製造方法。
- 前記側鎖としてポリスチレングラフト側鎖を結合し、更に前記ポリスチレングラフト側鎖に、前記イオン解離性の官能基としてスルホン酸基を導入する、請求項22に記載した電気化学デバイス製造方法。
- 300〜365℃、10Torr(約1333Pa)以下で5〜300kGyの放射線を照射することによって前記固体高分子を架橋し、室温、不活性ガス中で5〜100kGyの放射線を照射することによって前記側鎖を結合する、請求項22に記載した電気化学デバイスの製造方法。
- 前記放射線としてガンマ線を用いる、請求項24に記載した電気化学デバイスの製造方法。
- 前記固体高分子としてポリテトラフルオロエチレンを用いる、請求項21に記載した電気化学デバイスの製造方法。
- 前記イオン伝導体として架橋構造を有する固体電解質を用いる、請求項21に記載した電気化学デバイスの製造方法。
- 前記固体電解質として、イオン解離性の官能基を有する側鎖が結合された固体高分子からなる電解質を用いる、請求項27に記載した電気化学デバイスの製造方法。
- 前記イオン解離性の官能基をスルホン酸基とし、前記側鎖をポリスチレングラフト側鎖とする、請求項28に記載した電気化学デバイスの製造方法。
- 前記固体高分子としてポリテトラフルオロエチレンを用いる、請求項28に記載した電気化学デバイスの製造方法。
- 前記両電極間に前記イオン伝導体を挟持した状態で前記放射線を照射する、請求項21に記載した電気化学デバイスの製造方法。
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