JP2006147579A - 燃料電池用高分子電解質膜及びこれを含む燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池用高分子電解質膜としてポリアルキレンオキシドと結合された金属イオンを含む水素イオン伝導性高分子を含んでなる。前記高分子は経済的で水素イオン伝導性が優れており、機械的強度が優れた燃料電池用高分子電解質膜を提供することができる。
【選択図】図1
Description
前記水素イオン伝導性高分子は下記の化学式4又は5で示される。
xはMの原子価に応じて0又は1であり、
y、y’及びy’’は各々独立的に1乃至6の整数であり、
z、z’及びz’’は10乃至1000の整数であり、
R’、R’’及びR’’’はH、又はアルキル基であり、
a、b及びcはMの原子価により決められて、0乃至6の範囲にあるが、a、b及びcの合計は6を超えない。
MはAl、Au、Co、Cr、Fe、Ce、In、Mn、Ti又はVであり、
xはMの原子価に応じて0又は1であり、
m及びm’は1乃至5の整数であり、
n及びn’は5乃至1000の整数であり、
R1乃至R6は各々独立的にH又はアルキル基であり
d及びeはMの原子価により決められて、0乃至6の整数であるが、dとeの合計は6を超えない。
xはMの原子価に応じて0又は1であり、
y、y’及びy’’は各々独立的に1乃至6の整数であり、
z、z’及びz’’は10乃至1000の整数であり、
R’、R’’及びR’’’はH又はアルキル基であり、
a、b及びcはMの原子価により決められて、0乃至6の範囲にあるが、a、b及びcの合計は6を超えない。
xはMの原子価に応じて0又は1であり、
y及びy’は各々独立的に1乃至6の整数であり、
z及びz’は10乃至1000の整数であり、
R’及びR’’はH又はアルキル基であり、
a及びbはMの原子価により決められて、0乃至6の範囲にあるが、aとbの合計は6を超えない。
y、y’及びy”は1乃至6の整数であり、
z、z’及びz”は10乃至1000の整数であり、
R、R’及びR”はH又はアルキル基である。
MはAl、Au、Co、Cr、Fe、Ce、In、Mn、Ti又はVであり、
xはMの原子価に応じて0又は1であり、
m及びm’は1乃至5の整数であり、
n及びn’は5乃至1000の整数であり、
R1乃至R6はH又はアルキル基であり、好ましくは、R2乃至R5はメチルであり、
d及びeはMの原子価により決められて、0乃至6の整数であり、dとeの合計は6を超えない。
分子量500のポリエチレングリコールを1:10重量比でジメトキシエタン溶媒の中でLiAlH4と反応させて水素イオン伝導性高分子を製造した。反応後、LiAlH4と同じモル数の塩酸を水素イオン伝導性高分子に添加し、10時間攪拌して高分子内Liイオンが水素イオンで置換された水素イオン伝導性高分子を製造した。製造された水素イオン伝導性高分子をガラス板上に型置き(鋳造)して60℃で乾燥させて高分子電解質膜を製造した。
分子量1000のポリエチレングリコールを1:5重量比でジメトキシエタン溶媒の中でLiAlH4と反応させて水素イオン伝導性高分子を製造した。反応後、LiAlH4と同じモル数の塩酸を水素イオン伝導性高分子に添加し、10時間攪拌して高分子内Liイオンが水素イオンで置換された水素イオン伝導性高分子を製造した。製造された水素イオン伝導性高分子をガラス板上に型置きし、60℃で乾燥させて高分子電解質膜を製造した。
分子量100,000のポリビニルアルコール(70%加水分解)を1:20重量比でジメトキシエタン溶媒の中でLiAlH4と反応させて水素イオン伝導性高分子を製造した。反応後、LiAlH4と同じモル数の塩酸を水素イオン伝導性高分子に添加し、10時間攪拌して高分子内Liイオンが水素イオンで置換された水素イオン伝導性高分子を製造した。製造された水素イオン伝導性高分子をガラス板上に型置きし、60℃で乾燥させて高分子電解質膜を製造した。この高分子電解質膜を利用して実施例1と同様な方法で膜-電極アセンブリーと単位電池を製造した。
分子量100,000のポリビニルアルコール(70%加水分解)を1:10重量比でジメトキシエタン溶媒の中でLiAlH4と反応させた。反応後、LiAlH4と同じモル数の塩酸を水素イオン伝導性高分子に添加し、10時間攪拌して高分子内Liイオンが水素イオンで置換された水素イオン伝導性高分子を製造した。製造された水素イオン伝導性高分子をガラス板上に型置きし、60℃で乾燥させて高分子電解質膜を製造した。この高分子電解質膜を使用して実施例1と同じ方法で膜-電極アセンブリーと単位電池を製造した。
ナフィオン(デュポン化学)112高分子を高分子電解質膜として利用したことを除いては実施例1と同一に実施した。
5 酸化剤供給部
7 スタック
9 燃料タンク
11 燃料ポンプ
13 ポンプ
19 電気発生部
21 膜-電極アセンブリー
23、25 セパレータ
Claims (10)
- 下記の化学式1又は2で示される水素イオン伝導性高分子を含む燃料電池用高分子電解質膜。
xはMの原子価に応じて0又は1であり、
y、y’及びy’’は各々独立的に1乃至6の整数であり、
z、z’及びz’’は10乃至1000の整数であり、
R’、R’’及びR’’’はH又はアルキル基であり、
a、b及びcはMの原子価により決められて、0乃至6の範囲にあるが、a、b及びcの合計は6を超えない。
MはAl、Au、Co、Cr、Fe、Ce、In、Mn、Ti又はVであり、
xはMの原子価に応じて0又は1であり、
m及びm’は1乃至5の整数であり、
n及びn’は5乃至1000の整数であり、
R1乃至R6はH又はアルキル基であり、
d及びeはMの原子価により決められて、0乃至6の整数であるが、dとeの合計は6を超えない。 - 前記化学式3において、aは1であり、bは0乃至5の範囲にある、請求項2に記載の燃料電池用高分子電解質膜。
- 前記化学式2において、cは0であり、dは1乃至5の範囲にある、請求項1に記載の燃料電池用高分子電解質膜。
- 前記化学式1の水素イオン伝導性高分子は、OH基を一つ以上有する高分子又はフラン系高分子を金属塩と反応させる工程で製造されたものである、請求項1に記載の燃料電池用高分子電解質膜。
- 前記OH基を一つ以上有する高分子は、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリ(ビニルアルコール-ビニルアセテート)共重合体及びポリヒドロキシアルキルアクリレート、並びに、これらの2種以上の組合せからなる群より選択される高分子であり、
前記フラン系高分子は、ポリテトラヒドロフランである、請求項5に記載の燃料電池用高分子電解質膜。 - 前記反応は、非プロトン性極性溶媒の中で行われる、請求項5に記載の燃料電池用高分子電解質膜。
- 前記化学式2の水素イオン伝導性高分子は、OH基を一つ以上有し、CO基を有する高分子を金属塩と反応させる工程で製造される、請求項1に記載の燃料電池用高分子電解質膜。
- 前記OH基を一つ以上有し、CO基を有する高分子は、ポリ(ビニルアルコール-ビニルアセテート)共重合体、ポリヒドロキシアルキルアクリレート及びアルコキシル化されたポリアルキレンオキシド、並びに、これらの2種以上の組合せからなる群より選択される、請求項8に記載の燃料電池用高分子電解質膜。
- 互いに対向配置されたアノード電極及びカソード電極と;
前記アノード電極と前記カソード電極との間に位置する高分子電解質膜と;を含み、
前記高分子電解質膜は請求項1乃至請求項9のうちのいずれか一項による水素イオン伝導性高分子を含むことを特徴とし、
少なくとも一つの膜-電極アセンブリー及びセパレータを含み、
燃料の酸化反応と酸化剤の還元反応により電気を生成させる少なくとも一つの電気発生部と、
燃料を前記電気発生部に供給する燃料供給部と、
酸化剤を前記電気発生部に供給する酸化剤供給部と、
を含むことを特徴とする燃料電池システム。
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