JP2006236935A - Electrolyte for solid polymer fuel cell, solid polymer fuel cell, solid polymer fuel cell system and fuel cell vehicle - Google Patents

Electrolyte for solid polymer fuel cell, solid polymer fuel cell, solid polymer fuel cell system and fuel cell vehicle Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte for a solid polymer fuel cell capable of maintaining performance of an electrolyte membrane for a long period of time. <P>SOLUTION: The electrolyte for a solid polymer fuel cell includes a compound having a standard oxidation reduction potential in a range from 0.68[V] to 1.00[V]. The compound is shown in general formula (I). In the formula, X represents an oxygen atom or a hydroxyl group. Y1 and Y2 are the same or different, and are a kind of substituent selected from a group consisting of an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group and substituents including a hydrogen atom, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、固体高分子型燃料電池用電解質、固体高分子型燃料電池、固体高分子型燃料電池システム及び燃料電池車両に関する。   The present invention relates to an electrolyte for a polymer electrolyte fuel cell, a polymer electrolyte fuel cell, a polymer electrolyte fuel cell system, and a fuel cell vehicle.

昨今のエネルギー資源問題、CO排出に伴う地球温暖化問題の解決する手段として、燃料電池技術が注目されている。燃料電池は電池内で水素、メタノール、又はその他の炭化水素等の燃料を電気化学的に酸化することにより、燃料の化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換して取り出すものである。このため、燃料電池は、火力発電、自動車などの内燃機関において燃料の燃焼によるNOやSOなどの発生がなく、クリーンな電気エネルギー源として着目されている。 Fuel cell technology is attracting attention as a means of solving the recent energy resource problems and global warming problems associated with CO 2 emissions. A fuel cell is one in which fuel such as hydrogen, methanol, or other hydrocarbons is electrochemically oxidized in the cell, thereby converting the chemical energy of the fuel directly into electric energy and taking it out. For this reason, the fuel cell has been attracting attention as a clean electric energy source without generating NO X or SO X due to fuel combustion in an internal combustion engine such as thermal power generation and automobile.

燃料電池にはいくつかの種類がある。中でも固体高分子型燃料電池(PEFC)が最も注目され開発が進められている。PEFCは、(1)低温作動性であるため起動・停止が容易、(2)理論電圧や理論変換効率が高い、(3)電解質に液相が存在しないためセル構造が縦型などの柔軟な設計が可能である、(4)イオン交換膜/電極界面では三相界面の制御により電流を多く取り出せることができ高出力密度が得られる、などの様々な利点を有している。   There are several types of fuel cells. Among them, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) has attracted the most attention and is being developed. PEFC is (1) easy to start and stop due to low temperature operation, (2) high theoretical voltage and high conversion efficiency, and (3) flexible cell structure such as vertical because there is no liquid phase in the electrolyte. There are various advantages such as that design is possible, and that (4) a large amount of current can be taken out by controlling the three-phase interface and a high output density can be obtained at the ion exchange membrane / electrode interface.

しかし、PEFCは最も注目されているにも拘らず、未だ多くの課題が山積みされている。中でも高分子電解質膜の技術は最重要課題の一つである。現在、最も広く使われている電解質膜であり、米国デュポン社から市販されているナフィオン(登録商標)膜に代表されるフッ素系電解質膜であるパーフルオロスルホン酸系ポリマーは、燃料電池の正極(空気極)で発生する活性酸素に対して耐性をもつ膜として開発された経緯がある。しかし、長期に渡る耐久試験において、まだ十分な耐性があるとは言えない状況である(非特許文献1参照。)。   However, even though PEFC has received the most attention, there are still many problems. Among them, polymer electrolyte membrane technology is one of the most important issues. At present, perfluorosulfonic acid polymers, which are the most widely used electrolyte membranes and are fluorine-based electrolyte membranes represented by Nafion (registered trademark) membranes commercially available from DuPont, USA, are used as positive electrodes ( It has been developed as a film resistant to active oxygen generated at the air electrode). However, in a long-term durability test, it cannot be said that there is still sufficient resistance (see Non-Patent Document 1).

燃料電池の作動原理は、負極(燃料極)でのH酸化と、正極(酸素極)での分子状酸素(O)の4電子還元による水の生成という2つの電気化学的過程から成り立っている。 The operating principle of a fuel cell consists of two electrochemical processes: H 2 oxidation at the negative electrode (fuel electrode) and water generation by 4-electron reduction of molecular oxygen (O 2 ) at the positive electrode (oxygen electrode). ing.

負極側:H→2H+2e・・・式(1)
正極側:(1/2)O+2H+2e→HO ・・・式(2)
しかしながら、実際の燃料電池では、これらの反応の他に副反応が同時に起こっている。その代表的なものは、正極におけるOの2電子還元による過酸化水素(H)の生成である。
Negative electrode side: H 2 → 2H + + 2e (1)
Positive electrode side: (1/2) O 2 + 2H + + 2e → H 2 O (2)
However, in an actual fuel cell, side reactions occur simultaneously in addition to these reactions. A typical example is the production of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) by two-electron reduction of O 2 at the positive electrode.

正極側:O+2H+2e→H ・・・式(3)
過酸化水素は酸化力は弱いが、安定していて寿命が長い。過酸化水素は以下に示す反応式(4)、(5)に従って分解する。分解の際に生成するラジカルは非常に強い酸化力を有しており、電解質膜として使用されているパーフルオロスルホン化ポリマーが長期の使用により分解される可能性がある。
Positive electrode side: O 2 + 2H + + 2e → H 2 O 2 Formula (3)
Hydrogen peroxide has a weak oxidizing power but is stable and has a long life. Hydrogen peroxide is decomposed according to the following reaction formulas (4) and (5). The radicals generated at the time of decomposition have a very strong oxidizing power, and the perfluorosulfonated polymer used as the electrolyte membrane may be decomposed by long-term use.

→2・OH ・・・式(4)
→・H+・OOH ・・・式(5)
ここに示した式(4)及び(5)の反応は、例えばFe2+、Cu2+などの金属イオンの存在下ではハーバーワイス(Haber-Weiss)反応となる。ハーバーワイス反応では、過酸化水素は金属イオンなどの触媒作用によりヒドロキシラジカル(・OH)に変化する。ヒドロキシラジカルは、活性酸素の中で最も反応性に富み、酸化力が非常に強いことが知られている。なお、金属イオンが鉄イオンの場合には、ハーバーワイス反応は下式(6)に示すフェントン(Fenton)反応として知られている。
H 2 O 2 → 2.OH Formula (4)
H 2 O 2 → · H + · OOH (5)
The reactions of the formulas (4) and (5) shown here are Haber-Weiss reactions in the presence of metal ions such as Fe 2+ and Cu 2+ . In the Harbor Weiss reaction, hydrogen peroxide is converted into hydroxy radicals (.OH) by a catalytic action such as metal ions. Hydroxyl radicals are known to be most reactive among active oxygens and have very strong oxidizing power. When the metal ion is an iron ion, the Harbor Weiss reaction is known as a Fenton reaction represented by the following formula (6).

Fe2++H→Fe3++OH+・OH ・・・式(6)
このように、電解質膜中に金属イオンが混入すると、電解質膜の中で、ハーバーワイス反応により過酸化水素がヒドロキシラジカルへと変化し、このヒドロキシラジカルにより電解質膜が劣化するおそれがある(非特許文献1参照。)。
Fe 2+ + H 2 O 2 → Fe 3+ + OH + · OH (6)
As described above, when metal ions are mixed in the electrolyte membrane, hydrogen peroxide is changed into hydroxy radicals by the Harbor Weiss reaction in the electrolyte membrane, and the electrolyte membrane may be deteriorated by the hydroxy radicals (non-patent). Reference 1).

そこで、過酸化水素のラジカル化を阻止する方法として、例えば、フェノール性水酸基を有する化合物などの過酸化物ラジカルをトラップして不活性化する化合物を電解質膜に配合する方法が提案されている(特許文献1、及び特許文献2参照。)。また、フェノール化合物、アミン化合物、イオウ化合物、燐化合物等を酸化防止剤として電解質膜に配合することにより、発生したラジカルを消去する方法が提案されている(特許文献3参照。)。更に、炭素−フッ素結合より小さい結合エネルギーを有する分子を電解質膜に隣接するように配置された触媒層に含有させ、この分子がヒドロキシラジカルに対して優先的に反応することにより電解質膜を保護する方法が提案されている(特許文献4参照。)。
特開2001−118591号公報 特開2000−223135号公報 特開2004−134269号公報 特開2003−109623号公報 新エネルギー・産業技術総合開発機構 委託先 京都大学工学研究科,「平成13年度成果報告書、固体高分子形燃料電池の研究開発、固体高分子形燃料電池の劣化要因に関する研究、劣化要因に関する基礎研究(1)電極触媒/電解質界面の劣化要因」,平成14年3月,p.13、24
Therefore, as a method for preventing radicalization of hydrogen peroxide, for example, a method of blending an electrolyte membrane with a compound that traps and inactivates peroxide radicals such as a compound having a phenolic hydroxyl group has been proposed ( (See Patent Document 1 and Patent Document 2.) In addition, a method of eliminating generated radicals by blending a phenol compound, an amine compound, a sulfur compound, a phosphorus compound or the like into the electrolyte membrane as an antioxidant has been proposed (see Patent Document 3). Furthermore, a molecule having a binding energy smaller than that of the carbon-fluorine bond is contained in a catalyst layer disposed adjacent to the electrolyte membrane, and this molecule preferentially reacts with a hydroxyl radical to protect the electrolyte membrane. A method has been proposed (see Patent Document 4).
JP 2001-118591 A JP 2000-223135 A JP 2004-134269 A JP 2003-109623 A New Energy and Industrial Technology Development Organization Subcontractor, Graduate School of Engineering, Kyoto University, “2001 Results Report, Research and Development of Solid Polymer Fuel Cells, Research on Degradation Factors of Polymer Electrolyte Fuel Cells, Basics on Degradation Factors Research (1) Electrode catalyst / electrolyte interface degradation factors ", March 2002, p. 13, 24

しかしながら、過酸化物ラジカルを不活性化する化合物は、ヒドロキシラジカルを還元することにより、化合物自体は酸化されることで消費されて過酸化物ラジカルを不活性化する機能を失う。このため、長期に渡って過酸化物を不活性化することが困難である。また、ヒドロキシラジカルが発生する可能性が最も高い正極の三相界面付近には酸素及び電極触媒である白金が存在して化合物が酸化されやすい環境であるため、上記のように電解質膜に酸化を防止する化合物を含有させるだけの方法では、その化合物もヒドロキシラジカルの有無に関わらず酸化されて消失する可能性があり効率が悪い。さらに、化合物がヒドロキシラジカルとの反応により不安定なラジカルまたは過酸化物となって新たな酸化反応のイニシエータとなり、電解質膜劣化を引き起こす可能性がある。また、燃料電池用に開発されている炭化水素系電解質膜は、フッ素系電解質膜よりも酸化により劣化しやすい。   However, a compound that inactivates a peroxide radical loses the function of inactivating the peroxide radical by reducing the hydroxy radical, and the compound itself is consumed by being oxidized. For this reason, it is difficult to deactivate the peroxide for a long period of time. In addition, oxygen and platinum as the electrode catalyst exist in the vicinity of the three-phase interface of the positive electrode where there is the highest possibility of generating hydroxy radicals. In the method in which only the compound to be prevented is contained, the compound may be oxidized and lost regardless of the presence or absence of the hydroxy radical, and the efficiency is poor. Furthermore, the compound may become unstable radicals or peroxides by reaction with hydroxy radicals and become a new oxidation reaction initiator, which may cause electrolyte membrane deterioration. Also, hydrocarbon electrolyte membranes developed for fuel cells are more susceptible to degradation by oxidation than fluorine electrolyte membranes.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、第1の発明である固体高分子型燃料電池用電解質は、標準酸化還元電位が、0.68[V]〜1.00[V]の範囲にある化合物を有することを要旨とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. The electrolyte for a polymer electrolyte fuel cell according to the first invention has a standard oxidation-reduction potential of 0.68 [V] to 1.00 [1.00]. The main point is to have a compound in the range of V].

また、第2の発明である固体高分子型燃料電池は、上記第1の発明に係る固体高分子型燃料電池用電解質のうち少なくともいずれか一つを用いたことを要旨とする。   The solid polymer fuel cell according to the second invention is characterized in that at least one of the electrolytes for solid polymer fuel cells according to the first invention is used.

更に、第3の発明である固体高分子型燃料電池システムは、上記第2の発明に係る固体高分子型燃料電池を備えることを要旨とする。   Furthermore, the solid polymer fuel cell system according to the third invention is characterized by comprising the solid polymer fuel cell according to the second invention.

そして、第4の発明である燃料電池車両は、上記第3の発明に係る固体高分子型燃料電池システムが搭載されていることを要旨とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell vehicle on which the polymer electrolyte fuel cell system according to the third aspect is mounted.

第1の発明によれば、固体高分子型燃料電池用電解質中に含まれた化合物は、ヒドロキシラジカルの酸化還元電位よりも低い電位で還元剤として働き、かつ、過酸化水素が還元剤として働く酸化還元電位よりも高い電位で酸化剤として働く酸化還元サイクルを有するため、活性酸素を分解する触媒として作用する。また、この化合物は、活性酸素を分解した後に化合物が有する酸化還元サイクルにより元の型に戻るため、何度も利用することができる。このため、耐久性能が維持された固体高分子型燃料電池用電解質を実現することが可能となる。   According to the first invention, the compound contained in the polymer electrolyte fuel cell electrolyte functions as a reducing agent at a potential lower than the oxidation-reduction potential of the hydroxy radical, and hydrogen peroxide functions as the reducing agent. Since it has a redox cycle that acts as an oxidant at a potential higher than the redox potential, it acts as a catalyst for decomposing active oxygen. Moreover, since this compound returns to the original type by the redox cycle of the compound after decomposing active oxygen, it can be used many times. For this reason, it is possible to realize an electrolyte for a polymer electrolyte fuel cell in which durability performance is maintained.

第2の発明によれば、耐久性能が維持された固体高分子型燃料電池を実現することが可能となる。   According to the second invention, it is possible to realize a solid polymer fuel cell in which durability performance is maintained.

第3の発明によれば、長時間にわたり性能が維持された固体高分子型燃料電池システムを実現することができる。   According to the third invention, it is possible to realize a polymer electrolyte fuel cell system whose performance is maintained for a long time.

第4の発明によれば、長時間の連続運転に耐えうる燃料電池車両を実現することができる。   According to the fourth aspect of the invention, a fuel cell vehicle that can withstand long-time continuous operation can be realized.

以下、本発明の実施の形態に係る固体高分子型燃料電池用電解質、固体高分子型燃料電池、固体高分子型燃料電池システム及び燃料電池車両の詳細を実施の形態に基づいて説明する。   Hereinafter, details of an electrolyte for a polymer electrolyte fuel cell, a polymer electrolyte fuel cell, a polymer electrolyte fuel cell system, and a fuel cell vehicle according to embodiments of the present invention will be described based on the embodiments.

まず、本発明の実施の形態に係る固体高分子型燃料電池用電解質の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る固体高分子型燃料電池用電解質は、標準酸化還元電位が、0.68[V]〜1.00[V]の範囲にある化合物を有することを特徴とする。   First, an embodiment of an electrolyte for a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described. The electrolyte for a polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment is characterized by having a compound having a standard oxidation-reduction potential in the range of 0.68 [V] to 1.00 [V].

上記式(2)で示した酸素の4電子還元の副反応により、活性酸素が発生する。この活性酸素としては、酸素1電子還元体であるスーパーオキシド(O )、スーパーオキシドの共役酸であるヒドロペルオキシラジカル(・OOH)、2電子還元体である過酸化水素(H)、酸素の3電子還元体であるヒドロキシラジカル(・OH)が存在し、その発生メカニズムはそれぞれ下式(7)〜(11)に示す素反応過程を経由すると考えられる。 Active oxygen is generated by the side reaction of the 4-electron reduction of oxygen represented by the above formula (2). Examples of the active oxygen include superoxide (O 2 ) which is an oxygen one-electron reductant, hydroperoxy radical (· OOH) which is a conjugate acid of superoxide, and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) which is a two-electron reductant. ), A hydroxy radical (.OH) that is a three-electron reduced form of oxygen, and the generation mechanism is considered to pass through elementary reaction processes represented by the following formulas (7) to (11), respectively.

+e→O ・・・式(7)
+H→・OOH ・・・式(8)
+2H+2e→2H ・・・式(9)
+H+e→HO+・OH ・・・式(10)
→2・OH ・・・式(11)
発生した活性酸素は、下式(12)〜(14)に示す素反応により最終的には水に還元されると考えられる。なお、Eは標準酸化還元電位(Normal Hydrogen Electrode;NHE)で表している。
O 2 + e → O 2 (7)
O 2 + H + → · OOH Formula (8)
O 2 + 2H + + 2e → 2H 2 O 2 Formula (9)
H 2 O 2 + H + + e → H 2 O + · OH Formula (10)
H 2 O 2 → 2.OH Formula (11)
The generated active oxygen is considered to be finally reduced to water by the elementary reactions shown in the following formulas (12) to (14). Note that E 0 is represented by a normal redox potential (Normal Hydrogen Electrode; NHE).

・OOH+H+e→H=1.50[V] ・・・式(12)
+2H+2e→2HO E=1.77[V] ・・・式(13)
・OH+H+e→HO E=2.85[V] ・・・式(14)
ここで問題となるのは、酸化還元電位が高い、即ち、酸化力が強いヒドロキシラジカルである。ヒドロペルオキシラジカル及び過酸化水素は、共に、水に還元される過程でヒドロキシラジカルを経由する可能性がある。ヒドロキシラジカルは、酸化還元電位が2.85[V]と高く、その酸化力の強さやラジカルとしての反応性の高さにより寿命が短く、速やかに還元しないと他の分子と反応する。燃料電池で問題となっている種々の酸化による劣化のほとんどが、ヒドロキシラジカルを経由していると考えられており、上記したように電解質膜もヒドロキシラジカルにより分解されると考えられている。
OOH + H + + e → H 2 O 2 E 0 = 1.50 [V] (12)
H 2 O 2 + 2H + + 2e → 2H 2 O E 0 = 1.77 [V] (13)
OH + H + + e → H 2 O E 0 = 2.85 [V] (14)
The problem here is a hydroxy radical having a high redox potential, that is, a strong oxidizing power. Both hydroperoxy radicals and hydrogen peroxide may go through hydroxy radicals in the process of being reduced to water. Hydroxyl radicals have a high redox potential of 2.85 [V], have a short lifetime due to their strong oxidizing power and high reactivity as radicals, and react with other molecules unless they are rapidly reduced. It is considered that most of the deteriorations caused by various oxidations that are a problem in fuel cells are via hydroxy radicals, and as described above, the electrolyte membrane is also considered to be decomposed by hydroxy radicals.

ここで、図1に、ヒドロキシラジカル、酸素、過酸化水素及び水素等の酸化還元電位を示す。この図の右欄は還元剤の酸化半反応式を示し、左欄は酸化剤の還元半反応式を示す。縦軸は酸化還元電位を示し、上に行くほど酸化還元電位が高くなっている。つまり、上に位置するほど酸化力が強く酸化され難いことを示している。そして、下に位置するほど酸化力が弱く酸化され易いことを示している。なお、半反応式の後の括弧内に示されている数値は、酸化剤又は還元剤として作用する化合物の酸化還元電位である。なお、酸化還元電位はpHや温度によって影響を受けるため、図1では標準水素電極(NHE)に補正した標準酸化還元電位を記載している。電解質中にヒドロキシラジカルの酸化還元電位よりも低い電位で還元剤として働き、かつ、過酸化水素が還元剤として働く酸化還元電位よりも高い電位で酸化剤として働く酸化還元サイクルを有する化合物が含まれている場合、つまり化合物の酸化還元電位が0.68[V]〜2.85[V](vs.NHE)の範囲にある場合には、この化合物が触媒として作用し、ヒドロキシラジカルや過酸化水素などの活性酸素を分解する。   Here, FIG. 1 shows redox potentials of hydroxy radicals, oxygen, hydrogen peroxide, hydrogen, and the like. The right column of this figure shows the oxidation half reaction formula of the reducing agent, and the left column shows the reduction half reaction formula of the oxidizing agent. The vertical axis represents the oxidation-reduction potential, and the oxidation-reduction potential increases as it goes upward. In other words, the higher the position is, the stronger the oxidizing power is, and it is difficult to oxidize. The lower the position, the weaker the oxidizing power and the easier it is to oxidize. In addition, the numerical value shown in the parenthesis after the half reaction formula is the oxidation-reduction potential of the compound acting as an oxidizing agent or a reducing agent. Since the oxidation-reduction potential is affected by pH and temperature, FIG. 1 shows the standard oxidation-reduction potential corrected for the standard hydrogen electrode (NHE). In the electrolyte, there is a compound that has a redox cycle that acts as a reducing agent at a potential lower than the redox potential of the hydroxy radical and that acts as an oxidizing agent at a potential higher than the redox potential at which hydrogen peroxide acts as a reducing agent. In other words, when the oxidation-reduction potential of the compound is in the range of 0.68 [V] to 2.85 [V] (vs. NHE), this compound acts as a catalyst to produce a hydroxyl radical or peroxidation. Decomposes active oxygen such as hydrogen.

過酸化水素は上式(13)及び下式(15)に示すように、過酸化水素よりも酸化還元電位の高い物質に対しては還元剤として働く一方、過酸化水素よりも酸化還元電位の低い物質に対しては酸化剤として働くことが知られている。   As shown in the above formula (13) and the following formula (15), hydrogen peroxide acts as a reducing agent for substances having a higher redox potential than hydrogen peroxide, while it has a redox potential higher than that of hydrogen peroxide. It is known to act as an oxidant for low substances.

→O+2H+2e=0.68[V] ・・・式(15)
0.68[V]以上の酸化還元電位を有する化合物が電解質膜中に含まれている場合には、過酸化水素は化合物に対して還元剤として作用し、過酸化水素がこの化合物により酸化されて酸素に分解される。一方、電解質膜に含まれる化合物の酸化還元電位が2.85[V]以下の場合には、この化合物がヒドロキシラジカルに対する還元剤として作用し、ヒドロキシラジカルが水へと還元分解される。なお、電解質膜としてフッ素系膜を使用する場合には、このフッ素系電解質膜は酸化還元電位が2.8[V]以上の化合物により酸化される性質を有するため、電解質膜に含まれる化合物によって電解質膜が酸化される問題はほとんどない。一方、電解質膜として炭化水素系電解質膜を使用する場合には、代表的な有機化合物で代用して考えてみると、ベンゼンでは2.00[V]、トルエンで1.93[V]、キシレンでは1.58[V]の電位で酸化されるため、電解質膜に含まれる化合物の酸化還元電位が高いと炭化水素系電解質膜が酸化される可能性がある。このため、電解質膜に含まれる化合物の酸化還元電位の上限を1.00[V]以下とすることにより、電解質膜が炭化水素系膜の場合であっても電解質膜が酸化されることがなく、効果的に過酸化水素及びヒドロキシラジカルの分解が可能となる。
H 2 O 2 → O 2 + 2H + + 2e - E 0 = 0.68 [V] ··· formula (15)
When a compound having an oxidation-reduction potential of 0.68 [V] or more is contained in the electrolyte membrane, hydrogen peroxide acts as a reducing agent for the compound, and hydrogen peroxide is oxidized by this compound. It is decomposed into oxygen. On the other hand, when the oxidation-reduction potential of the compound contained in the electrolyte membrane is 2.85 [V] or less, this compound acts as a reducing agent for the hydroxy radical, and the hydroxy radical is reduced and decomposed into water. When a fluorine-based membrane is used as the electrolyte membrane, this fluorine-based electrolyte membrane has the property of being oxidized by a compound having an oxidation-reduction potential of 2.8 [V] or higher, so that it depends on the compound contained in the electrolyte membrane. There is almost no problem that the electrolyte membrane is oxidized. On the other hand, when a hydrocarbon-based electrolyte membrane is used as the electrolyte membrane, 2.00 [V] for benzene, 1.93 [V] for toluene, Then, since it is oxidized at a potential of 1.58 [V], if the redox potential of the compound contained in the electrolyte membrane is high, the hydrocarbon-based electrolyte membrane may be oxidized. Therefore, by setting the upper limit of the oxidation-reduction potential of the compound contained in the electrolyte membrane to 1.00 [V] or less, the electrolyte membrane is not oxidized even when the electrolyte membrane is a hydrocarbon-based membrane. , Hydrogen peroxide and hydroxy radicals can be effectively decomposed.

そこで、本実施の形態に係る固体高分子型燃料電池用電解質では、標準酸化還元電位が、0.68[V]〜1.00[V](vs.NHE)の範囲にある化合物を有するため、ヒドロキシラジカル及び過酸化水素は電解質膜を酸化することなく、電解質膜中に含まれている化合物の触媒作用により分解する。また、この活性酸素を分解する触媒作用を有する化合物は、活性酸素を分解した後に化合物の酸化還元サイクルにより酸化体及び還元体をとるため、何度でも利用することができる。このため、耐久性能が維持された固体高分子型燃料電池用電解質を実現することが可能となる。なお、各化合物の実際の酸化還元電位(Real Hydrogen Electrode;RHE)はpH、温度などの諸条件によって変化するため、各条件に沿った範囲のものを用いることが好ましい。また、長期に渡って耐久性能を維持するためには、この化合物の酸化体及び還元体が比較的安定な化合物であることがより好ましい。ただし、電極に用いられている白金への被毒を考慮すると、本実施の形態に係る固体高分子型燃料電池用電解質に用いる化合物は、炭素、水素、酸素及び窒素のみで構成された有機化合物であることが好ましい。   Therefore, the polymer electrolyte fuel cell electrolyte according to the present embodiment includes a compound having a standard oxidation-reduction potential in the range of 0.68 [V] to 1.00 [V] (vs. NHE). Hydroxy radicals and hydrogen peroxide are decomposed by the catalytic action of the compound contained in the electrolyte membrane without oxidizing the electrolyte membrane. Further, the compound having a catalytic action for decomposing active oxygen can be used any number of times since it takes an oxidant and a reductant by a redox cycle of the compound after decomposing active oxygen. For this reason, it is possible to realize an electrolyte for a polymer electrolyte fuel cell in which durability performance is maintained. In addition, since the actual oxidation-reduction potential (Real Hydrogen Electrode; RHE) of each compound varies depending on various conditions such as pH and temperature, it is preferable to use a range in accordance with each condition. In order to maintain durability over a long period of time, it is more preferable that the oxidized form and reduced form of this compound are relatively stable compounds. However, considering the poisoning of platinum used in the electrode, the compound used for the electrolyte for the polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment is an organic compound composed only of carbon, hydrogen, oxygen and nitrogen. It is preferable that

また、この化合物が、下記の一般式(I)

Figure 2006236935
Further, this compound is represented by the following general formula (I)
Figure 2006236935

(式中、Xは酸素原子又はヒドロキシル基を表す。Y1及びY2は同一又は異なり、それぞれアルキル基、アリール基、アルコキシ基及び水素原子を含む置換基からなる群から選択さる一種の置換基である。Y1及びY2がアルキル基又はアルコキシ基の場合には、一部が任意の基で置換されたアルキル基又はアルコキシル基、不飽和アルキル基又はアルコキシ基であってもよく、これらの基は鎖状、環状又は分岐状であってもよく、Y1及びY2が酸素及び窒素原子含んでもかまわない。Y1及びY2がアリール基の場合には、一部が任意の基で置換されたアリール基であってもよく、Y1及びY2が環を形成していてもよく、酸素及び窒素原子含んでもかまわない。)で示される化合物であることが好ましい。 (In the formula, X represents an oxygen atom or a hydroxyl group. Y1 and Y2 are the same or different and are each a kind of substituent selected from the group consisting of an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group and a substituent containing a hydrogen atom. When Y1 and Y2 are an alkyl group or an alkoxy group, they may be an alkyl group, an alkoxyl group, an unsaturated alkyl group or an alkoxy group partially substituted with an arbitrary group, and these groups are chain-like And Y1 and Y2 may contain oxygen and nitrogen atoms, and when Y1 and Y2 are aryl groups, they are aryl groups partially substituted with an arbitrary group. Y1 and Y2 may form a ring and may contain oxygen and nitrogen atoms).

この化合物は、下式(16)、(17)に示す素反応により、酸化還元することが知られている。   This compound is known to be oxidized and reduced by elementary reactions represented by the following formulas (16) and (17).

>NOH→>NO・+H+e ・・・式(16)
>N=O+e→>NO・ ・・・式(17)
図2に、一般式(I)で示した化合物とそのラジカル体を示し、酸化体と還元体との間でサイクルがまわることにより、長期に渡りヒドロキシラジカルや過酸化水素を分解するメカニズムを表す。図2(a)は、N−ヒドロキシイミド誘導体(還元体)とそのラジカル体(酸化体)の酸化還元サイクルを示し、図2(b)は、N−オキシル誘導体(酸化体)とそのラジカル体(還元体)の酸化還元サイクルを示す。
> NOH →> NO · + H + + e (16)
> N + = O + e → NO.
FIG. 2 shows the compound represented by the general formula (I) and its radical form, and shows a mechanism for decomposing hydroxy radicals and hydrogen peroxide over a long period of time by cycling between the oxidant and the reductant. . FIG. 2 (a) shows the redox cycle of the N-hydroxyimide derivative (reduced form) and its radical form (oxidized form), and FIG. 2 (b) shows the N-oxyl derivative (oxidized form) and radical form thereof. The redox cycle of (reduced form) is shown.

図2(a)において、N−ヒドロキシイミド誘導体の還元体は、ヒドロキシラジカルに対して還元剤として作用し、電解質膜内で発生したヒドロキシラジカルに水素ラジカル(H・)を供給して水へ還元する。   In FIG. 2 (a), the reduced form of the N-hydroxyimide derivative acts as a reducing agent for the hydroxy radical, and supplies hydrogen radical (H.) to the hydroxy radical generated in the electrolyte membrane to reduce it to water. To do.

>NOH+・OH→>NO・+HO ・・・式(18)
一方、N−ヒドロキシイミド誘導体の酸化体は、過酸化水素に対して酸化剤として作用して水素を引き抜き、過酸化水素を酸素へと酸化して還元体の形に回復する。
> NOH + .OH →> NO. + H 2 O (18)
On the other hand, the oxidant of the N-hydroxyimide derivative acts as an oxidant for hydrogen peroxide, extracts hydrogen, oxidizes hydrogen peroxide to oxygen, and recovers to a reduced form.

2>NO・+H→2>NOH+O ・・・式(19)
還元体に回復した化合物は、再びヒドロキシラジカルを還元する。このようにして、N−ヒドロキシイミド誘導体が還元体と酸化体との間で酸化還元サイクルがまわると同時に、ヒドロキシラジカルや過酸化酸素が分解し、電解質の酸化を防止することができる。
2> NO · + H 2 O 2 → 2> NOH + O 2 Formula (19)
The compound recovered in the reduced form reduces the hydroxy radical again. In this way, the oxidation-reduction cycle of the N-hydroxyimide derivative is reduced between the reductant and the oxidant, and at the same time, the hydroxy radicals and oxygen peroxide are decomposed to prevent the oxidation of the electrolyte.

また、図2(b)において、N−オキシル誘導体の還元体は、ヒドロキシラジカルに対して還元剤として作用し、電解質膜内で発生したヒドロキシラジカルに電子(e)を供給してOHへ還元する。 In FIG. 2B, the reduced form of the N-oxyl derivative acts as a reducing agent for the hydroxy radical, and supplies electrons (e ) to the hydroxy radical generated in the electrolyte membrane to OH . Reduce.

>NO・+・OH→>N=O+OH ・・・式(20)
一方、N−オキシル誘導体の酸化体は、過酸化水素に対して酸化剤として作用して水素を引き抜き、過酸化水素を酸素へと酸化して還元体の形に回復する。
> NO · + · OH →> N + = O + OH (20)
On the other hand, the oxidant of the N-oxyl derivative acts as an oxidant for hydrogen peroxide, extracts hydrogen, oxidizes hydrogen peroxide to oxygen, and recovers to a reduced form.

2>N=O+H→2>NO・+2H+O ・・・式(21)
還元体に回復した化合物は、再びヒドロキシラジカルを還元する。このようにして、N−オキシル誘導体が還元体と酸化体との間で酸化還元サイクルがまわると同時に、ヒドロキシラジカルや過酸化酸素を分解し、電解質の酸化を防止することができる。
2> N + = O + H 2 O 2 → 2> NO · + 2H + + O 2 Formula (21)
The compound recovered in the reduced form reduces the hydroxy radical again. In this way, the N-oxyl derivative can undergo a redox cycle between the reductant and the oxidant, and at the same time, it can decompose hydroxy radicals and oxygen peroxide and prevent oxidation of the electrolyte.

なお、一般式(I)で表される化合物において、置換基Y1及びY2がアルキル基の場合には、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、t−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、デシル基などの炭素数1〜10程度の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基があげられる。好ましくは炭素数1〜6程度、より好ましくは炭素数1〜4程度の低級アルキル基があげられる。   In the compound represented by the general formula (I), when the substituents Y1 and Y2 are alkyl groups, for example, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, t-butyl, pentyl , Hexyl, heptyl, octyl, decyl group and the like, such as a linear or branched alkyl group having about 1 to 10 carbon atoms. Preferred is a lower alkyl group having about 1 to 6 carbon atoms, more preferably about 1 to 4 carbon atoms.

また、アリール基としては、フェニル基、ナフチル基などがあげられ、シクロアルキル基としては、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロオクチル基などがあげられる。アルコキシ基としては、例えば、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、t−ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ基などの炭素数1〜10程度、好ましくは炭素数1〜6程度、より好ましくは炭素数1〜4程度の低級アルコキシ基があげられる。   In addition, examples of the aryl group include a phenyl group and a naphthyl group, and examples of the cycloalkyl group include a cyclopentyl, cyclohexyl, and cyclooctyl groups. Examples of the alkoxy group include about 1 to 10 carbon atoms, preferably about 1 to 6 carbon atoms, such as methoxy, ethoxy, propoxy, isopropoxy, butoxy, isobutoxy, t-butoxy, pentyloxy, and hexyloxy groups, and more preferably about 1 to 6 carbon atoms. Is a lower alkoxy group having about 1 to 4 carbon atoms.

アルコキシ基としては、例えば、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、t−ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ基などの炭素数1〜10程度、好ましくは炭素数1〜6程度、より好ましくは炭素数1〜4程度の低級アルコキシ基があげられる。また、任意の基としては、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボニル基、アルコキシカルボニル基、アシル基、ニトロ基、シアノ基及びアミノ基等があげられる。   Examples of the alkoxy group include about 1 to 10 carbon atoms, preferably about 1 to 6 carbon atoms, such as methoxy, ethoxy, propoxy, isopropoxy, butoxy, isobutoxy, t-butoxy, pentyloxy, and hexyloxy groups, and more preferably about 1 to 6 carbon atoms. Is a lower alkoxy group having about 1 to 4 carbon atoms. Moreover, examples of the optional group include a hydroxyl group, an alkoxy group, a carbonyl group, an alkoxycarbonyl group, an acyl group, a nitro group, a cyano group, and an amino group.

また、一般式(I)で示される化合物が、下記の一般式(II)

Figure 2006236935
Further, the compound represented by the general formula (I) is represented by the following general formula (II)
Figure 2006236935

(式中、R1及びR2はアルキル基、又は一部が任意の基で置換されたアルキル基であり、R1及びR2は鎖状、環状、又は分岐状でもよい。R1及びR2が互いに結合して環を形成していてもよく、酸素及び窒素原子含んでもかまわない。)で示される化合物であることが好ましい。この一般式(II)で表される化合物において、置換基R1及びR2として、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、t−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、デシル基などの炭素数1〜10程度の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基があげられる。好ましくは炭素数1〜6程度、より好ましくは炭素数1〜4程度の低級アルキル基があげられる。 (Wherein R1 and R2 are an alkyl group or an alkyl group partially substituted with an arbitrary group, and R1 and R2 may be linear, cyclic, or branched. R1 and R2 are bonded to each other. It may form a ring and may contain oxygen and nitrogen atoms). In the compound represented by the general formula (II), examples of the substituents R1 and R2 include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, t-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, Examples thereof include a linear or branched alkyl group having about 1 to 10 carbon atoms such as a decyl group. Preferred is a lower alkyl group having about 1 to 6 carbon atoms, more preferably about 1 to 4 carbon atoms.

さらに、一般式(II)で示される化合物が、下記の一般式(III)

Figure 2006236935
Further, the compound represented by the general formula (II) is represented by the following general formula (III)
Figure 2006236935

(式中、R1〜R4はアルキル基、又は一部が任意の基で置換されたアルキル基であり、R1〜R4は鎖状、環状、又は分岐状であってもよい。また、R1とR2、又はR3とR4とが互いに結合して環を形成していてもよく、酸素及び窒素原子含んでもかまわない。)で示される化合物であることが好ましい。この一般式(III)で表される化合物において、置換基R1〜R4として、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、t−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、デシル基などの炭素数1〜10程度の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基があげられる。好ましくは炭素数1〜6程度、より好ましくは炭素数1〜4程度の低級アルキル基があげられる。 (In the formula, R1 to R4 are alkyl groups or alkyl groups partially substituted with an arbitrary group, and R1 to R4 may be chain, cyclic, or branched. Also, R1 and R2 Or R3 and R4 may be bonded to each other to form a ring, which may contain oxygen and nitrogen atoms). In the compound represented by the general formula (III), examples of the substituents R1 to R4 include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, t-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, Examples thereof include a linear or branched alkyl group having about 1 to 10 carbon atoms such as a decyl group. Preferred is a lower alkyl group having about 1 to 6 carbon atoms, more preferably about 1 to 4 carbon atoms.

また、一般式(III)で示される化合物が、下記の一般式(IV)

Figure 2006236935
Further, the compound represented by the general formula (III) is represented by the following general formula (IV)
Figure 2006236935

(式中環Yは、Y1とY2とが結合して5員環又は6員環のいずれかの環を形成している。)で示される化合物であることが好ましい。このような環としては、例えば、例えばシクロヘキサン環に代表されるシクロアルカン環、シクロヘキセン環に代表されるシクロアルケン環などの非芳香族性炭化水素環、5−ノルボルネン環に代表される橋かけ式炭化水素環など非芳香族性橋かけ環、ベンゼン環、ナフタレン環などの芳香環が含まれる。なお、これらの環は、置換基を有していても良い。 In the formula, ring Y is preferably a compound represented by Y1 and Y2 to form either a 5-membered ring or a 6-membered ring. Examples of such a ring include, for example, a non-aromatic hydrocarbon ring such as a cycloalkane ring typified by a cyclohexane ring, a cycloalkene ring typified by a cyclohexene ring, and a bridged type typified by a 5-norbornene ring. Non-aromatic bridged rings such as hydrocarbon rings, aromatic rings such as benzene rings and naphthalene rings are included. In addition, these rings may have a substituent.

さらに、一般式(IV)で示される化合物が、下記の一般式(V)

Figure 2006236935
Further, the compound represented by the general formula (IV) is represented by the following general formula (V)
Figure 2006236935

(式中、Zはアルキル基、アリール基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、アミノ基及び水素原子を含む置換基からなる群から選択さる一種の置換基を示す。Zがアルキル基の場合には、一部が任意の基で置換されたアルキル基であってもよく、一部の基が鎖状、環状、または分岐状であってもよく、酸素及び窒素原子含んでもかまわない。Zがアリール基の場合には、一部が任意の基で置換されたアリール基であってもよく、酸素及び窒素原子含んでもかまわない。)で示される化合物であることが好ましい。 (Wherein, Z is a kind of substituent selected from the group consisting of an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, a carboxyl group, an alkoxycarbonyl group, a cyano group, a hydroxyl group, a nitro group, an amino group, and a substituent containing a hydrogen atom. In the case where Z is an alkyl group, the alkyl group may be partially substituted with an arbitrary group, and some of the groups may be chain, cyclic, or branched, and oxygen In the case where Z is an aryl group, it may be an aryl group partially substituted with an arbitrary group, and may contain oxygen and nitrogen atoms). Preferably there is.

置換基Zにおいて、アルキル基には前述のアルキル基と同様のアルキル基のうち特に炭素数1〜6程度のアルキル基が含まれ、アリール基としてはフェニル基、ナルチル基があげられる。アルコキシ基としては、前述のアルキル基と同様のアルコキシ基のうち特に炭素数1〜6程度のアルコキシ基が含まれ、カルボキシル基としては、例えば、炭素数1〜4程度のカルボキシル基があげられる。アルコキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、プロポキシカルボニル、イソプロポキシカルボニル、ブトキシカルボニル、イソブトキシカルボニル、t−ブトキシカルボニル、ペンチルオキシカルボニル、ヘキシルオキシカルボニル基などのアルコキシ部分の炭素数が1〜10程度のアルコキシカルボニル基があげられる。好ましくはアルコキシ部分の炭素数が1〜6程度、より好ましくは炭素数が1〜4程度の低級アルコキシカルボニル基があげられる。   In the substituent Z, the alkyl group includes an alkyl group having about 1 to 6 carbon atoms among the same alkyl groups as those described above, and examples of the aryl group include a phenyl group and a naltyl group. As the alkoxy group, an alkoxy group having about 1 to 6 carbon atoms is particularly included among the same alkoxy groups as the above alkyl group, and examples of the carboxyl group include a carboxyl group having about 1 to 4 carbon atoms. As the alkoxycarbonyl group, for example, the carbon number of the alkoxy moiety such as methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, propoxycarbonyl, isopropoxycarbonyl, butoxycarbonyl, isobutoxycarbonyl, t-butoxycarbonyl, pentyloxycarbonyl, hexyloxycarbonyl group and the like is 1 About 10 to 10 alkoxycarbonyl groups. A lower alkoxycarbonyl group having preferably about 1 to 6 carbon atoms, more preferably about 1 to 4 carbon atoms, is preferable.

この一般式(V)で示される化合物の一例として、TEMPO(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル)があげられる。TEMPO及び一般式(V)で示される化合物の例を図3に示す。図3(i)に示すTEMPOは、可逆的な酸化還元サイクルを有するN−ヒドロキシイミド誘導体であり、下式(22)、(23)に示す素反応により酸化還元し、その酸化還元電位は0.81[V]である。   An example of the compound represented by the general formula (V) is TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl). Examples of compounds represented by TEMPO and general formula (V) are shown in FIG. TEMPO shown in FIG. 3 (i) is an N-hydroxyimide derivative having a reversible redox cycle, and is redoxed by the elementary reactions shown in the following formulas (22) and (23), and the redox potential is 0. .81 [V].

TEMPO+e→TEMPO E=0.81[V] ・・・式(22)
TEMPO→TEMPO+e=0.81[V] ・・・式(23)
TEMPOの酸化還元電位は過酸化水素の酸化還元電位より高く、ヒドロキシラジカルの酸化還元電位より低い。このため、TEMPOは過酸化水素に対して酸化剤として作用して過酸化水素を酸素へと酸化し、ヒドロキシラジカルに対して還元剤として作用してヒドロキシラジカルを水へ還元する。
TEMPO + + e → TEMPO E 0 = 0.81 [V] (formula 22)
TEMPO → TEMPO + + e E 0 = 0.81 [V] (23)
The redox potential of TEMPO is higher than the redox potential of hydrogen peroxide and lower than the redox potential of hydroxy radicals. For this reason, TEMPO acts as an oxidizing agent for hydrogen peroxide to oxidize hydrogen peroxide to oxygen, and acts as a reducing agent for hydroxy radicals to reduce hydroxy radicals to water.

また、一般式(IV)で示される化合物が、下記の一般式(VI)

Figure 2006236935
Further, the compound represented by the general formula (IV) is represented by the following general formula (VI)
Figure 2006236935

(式中、Zはアルキル基、アリール基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、アミノ基及び水素原子を含む置換基からなる群から選択さる一種の置換基を示す。Zがアルキル基の場合には、一部が任意の基で置換されたアルキル基であってもよく、一部の基が鎖状、環状、または分岐状であってもよく、酸素及び窒素原子含んでもかまわない。Zがアリール基の場合には、一部が任意の基で置換されたアリール基であってもよく、酸素及び窒素原子含んでもかまわない。)で示される化合物であってもよく、一般式(IV)で示される化合物が、下記の一般式(VII)

Figure 2006236935
(Wherein, Z is a kind of substituent selected from the group consisting of an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, a carboxyl group, an alkoxycarbonyl group, a cyano group, a hydroxyl group, a nitro group, an amino group, and a substituent containing a hydrogen atom. In the case where Z is an alkyl group, the alkyl group may be partially substituted with an arbitrary group, and some of the groups may be chain, cyclic, or branched, and oxygen In the case where Z is an aryl group, it may be an aryl group partially substituted with an arbitrary group, and may contain oxygen and nitrogen atoms). The compound represented by the general formula (IV) may be represented by the following general formula (VII):
Figure 2006236935

(式中、Zはアルキル基、アリール基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、アミノ基及び水素原子を含む置換基からなる群から選択さる一種の置換基を示す。Zがアルキル基の場合には、一部が任意の基で置換されたアルキル基であってもよく、一部の基が鎖状、環状、または分岐状であってもよく、酸素及び窒素原子含んでもかまわない。Zがアリール基の場合には、一部が任意の基で置換されたアリール基であってもよく、酸素及び窒素原子含んでもかまわない。)で示される化合物であってもよい。化合物が一般式(VI)又は一般式(VII)で示される場合、各置換基は上記一般式(V)で示される化合物の置換基と同様のものが使用可能である。 (Wherein, Z is a kind of substituent selected from the group consisting of an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, a carboxyl group, an alkoxycarbonyl group, a cyano group, a hydroxyl group, a nitro group, an amino group, and a substituent containing a hydrogen atom. In the case where Z is an alkyl group, the alkyl group may be partially substituted with an arbitrary group, and some of the groups may be chain, cyclic, or branched, and oxygen In the case where Z is an aryl group, it may be an aryl group partially substituted with an arbitrary group, and may contain oxygen and nitrogen atoms). There may be. When the compound is represented by general formula (VI) or general formula (VII), the same substituents as those of the compound represented by general formula (V) can be used.

また、一般式(IV)及び一般式(VII)で示される化合物の例を図4〜図6に示す。一般式(IV)及び一般式(VII)で示される化合物の一例として、PROXYL(2,2,5,5-テトラメチルピロリジン-1-オキシル)や、DOXYL(4, 4-ジメチルオキサゾリジン-3-オキシル)があげられる。これらの化合物もTEMPO同様に可逆的な酸化還元サイクルを有し、その酸化還元電位は0.68[V]〜1.00[V]の範囲にある。このため、これらの化合物も過酸化水素に対して酸化剤として作用して過酸化水素を酸素へと酸化し、ヒドロキシラジカルに対して還元剤として作用してヒドロキシラジカルを水へ還元する。   Examples of the compounds represented by general formula (IV) and general formula (VII) are shown in FIGS. Examples of compounds represented by general formula (IV) and general formula (VII) include PROXYL (2,2,5,5-tetramethylpyrrolidine-1-oxyl) and DOXYL (4,4-dimethyloxazolidine-3- Oxyl). These compounds also have a reversible redox cycle similar to TEMPO, and the redox potential is in the range of 0.68 [V] to 1.00 [V]. For this reason, these compounds also act as an oxidizing agent for hydrogen peroxide to oxidize hydrogen peroxide to oxygen, and act as a reducing agent for hydroxy radicals to reduce hydroxy radicals to water.

なお、このような触媒作用を有する化合物を選択するにあたり重要なことは、化合物の安定性、耐久性、耐熱性及び電解質膜への溶解性である。特に、化合物の安定性及び耐久性は、燃料電池を長期に渡って使用する場合において、また、活性酸素を分解し続ける意味において最も重要である。また、燃料電池の定常状態の運転温度を80〜90[℃]、将来電解質膜の耐熱性が向上することを考慮すると、電解質膜は120[℃]ほどの温度下であっても十分耐えうる耐熱性を有する必要がある。また、この化合物を電解質膜へ均一に溶解するためには難溶でもかまわないが、水に対して溶解することが必要である。化合物が水に対して不溶となると、電解質膜内で析出して水素ラジカルの出入りまたは電子の授受が困難となり、ヒドロキシラジカルや過酸化水素などの活性酸素を分解する効果が十分に発揮されない。また、必要に応じて有機溶媒を単独、または水との混合溶媒として用いることもできるが、この場合には発電性能に影響を与えないことを予め確認するように注意する。   What is important in selecting a compound having such a catalytic action is the stability, durability, heat resistance, and solubility in the electrolyte membrane of the compound. In particular, the stability and durability of the compound is most important in the case where the fuel cell is used for a long period of time and in the sense that it continues to decompose active oxygen. Further, considering that the steady-state operating temperature of the fuel cell is 80 to 90 [° C.] and the heat resistance of the electrolyte membrane is improved in the future, the electrolyte membrane can sufficiently withstand even at a temperature of about 120 [° C.]. Must have heat resistance. Moreover, in order to dissolve this compound uniformly in the electrolyte membrane, it may be difficult to dissolve, but it is necessary to dissolve in water. If the compound is insoluble in water, it will precipitate in the electrolyte membrane, making it difficult for hydrogen radicals to enter and exit or to exchange electrons, and the effect of decomposing active oxygen such as hydroxy radicals and hydrogen peroxide will not be sufficiently exhibited. In addition, an organic solvent can be used alone or as a mixed solvent with water as required, but in this case, care is taken to confirm beforehand that it does not affect the power generation performance.

このように、本発明の実施の形態に係る固体高分子型燃料電池用電解質では、標準酸化還元電位が、0.68[V]〜1.00[V]の範囲にある化合物が活性酸素を分解する触媒として作用する。また、この化合物は、活性酸素を分解した後に化合物が有する酸化還元サイクルにより元の型に戻るため、何度も利用することができる。このため、耐久性能が維持された固体高分子型燃料電池用電解質を実現することが可能となる。   Thus, in the polymer electrolyte fuel cell electrolyte according to the embodiment of the present invention, a compound having a standard oxidation-reduction potential in the range of 0.68 [V] to 1.00 [V] contains active oxygen. Acts as a catalyst to decompose. Moreover, since this compound returns to the original type by the redox cycle of the compound after decomposing active oxygen, it can be used many times. For this reason, it is possible to realize an electrolyte for a polymer electrolyte fuel cell in which durability performance is maintained.

なお、本発明の実施の形態に係る固体高分子型燃料電池用電解質は、固体高分子型燃料電池の電解質膜として使用することができる。この場合、プロトン伝導型の高分子電解質膜を用いる燃料電池であれば燃料の種類に限定されることはなく、水素型固体高分子燃料電池、ダイレクトメタノール型固体高分子燃料電池、ダイレクト炭化水素型固体高分子燃料電池等のいずれの燃料電池に用いることが可能である。   The electrolyte for a polymer electrolyte fuel cell according to the embodiment of the present invention can be used as an electrolyte membrane for a polymer electrolyte fuel cell. In this case, the fuel type is not limited as long as it is a fuel cell using a proton conductive polymer electrolyte membrane, and is not limited to a hydrogen type solid polymer fuel cell, a direct methanol type solid polymer fuel cell, a direct hydrocarbon type. It can be used for any fuel cell such as a solid polymer fuel cell.

また、本発明の実施の形態に係る固体高分子型燃料電池は、プロトン伝導型の高分子電解質膜を用いる燃料電池システムに用いることが可能であり、その用途としては、燃料電池車両に限定されることは無く、燃料電池コージェネレーション発電システム、燃料電池家電機器、燃料電池携帯機器、燃料電池輸送用機器に適用することが可能である。   The solid polymer fuel cell according to the embodiment of the present invention can be used in a fuel cell system using a proton conductive polymer electrolyte membrane, and its use is limited to a fuel cell vehicle. The present invention can be applied to a fuel cell cogeneration power generation system, a fuel cell home appliance, a fuel cell portable device, and a fuel cell transport device.

以下、実施例1〜実施例14及び比較例1〜比較例8により本発明の実施の形態に係る固体高分子型燃料電池用電解質を更に具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。これらの実施例は、本発明に係る固体高分子型燃料電池用電解質の有効性を調べたものであり、異なる原料にて調整した固体高分子型燃料電池用電解質の例を示したものである。   Hereinafter, the electrolyte for a polymer electrolyte fuel cell according to the embodiment of the present invention will be described more specifically with reference to Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 8, but the scope of the present invention is limited thereto. It is not limited. These examples are investigations of the effectiveness of the polymer electrolyte fuel cell electrolyte according to the present invention, and show examples of polymer electrolyte fuel cell electrolytes prepared with different raw materials. .

<試料の調製>
実施例1〜比較7、比較例1〜4では、炭化水素系電解質膜としてスルホン化ポリエーテルスルホン(S−PES)膜を用いた。S−PES膜は、新エネルギー・産業技術総合開発機構 平成14年度成果報告書 「固体高分子形燃料電池システム技術開発事業 固体高分子形燃料電池要素技術開発等事業 固体高分子形燃料電池用高耐久性炭化水素系電解質膜の研究開発」P31に記載されている相当品を入手し、これを用いた。
<Preparation of sample>
In Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4, a sulfonated polyethersulfone (S-PES) membrane was used as the hydrocarbon electrolyte membrane. S-PES membrane is the New Energy and Industrial Technology Development Organization FY 2002 Results Report “Solid Polymer Fuel Cell System Technology Development Business Solid Polymer Fuel Cell Element Technology Development Business, etc. An equivalent product described in “Research and Development of Durable Hydrocarbon Electrolyte Membrane” P31 was obtained and used.

(実施例1)
S−PES膜(厚さ150[μm])を1[cm]角に切り出して用いた。S−PES膜の前処理は、蒸留水中1[時間]煮沸し、続いて、1[M]硫酸水溶液中で1[時間]煮沸し、最後に蒸留水中で1[時間]煮沸の順に行った。次に、前処理を施したS−PES膜に活性酸素を分解する化合物として、図3(ii)に示す4−ヒドロキシ−TEMPO(Aldrich社)を0.5[mM]加えた後、30[%]過酸化水素水(和光純薬特級)を超純水で希釈して調整した0.5[%]過酸化水素10[cm]中に80[℃]で24[時間]浸漬し、過酸化水素に対する耐久性の評価に用いた。
Example 1
An S-PES film (thickness 150 [μm]) was cut into 1 [cm] squares and used. The pretreatment of the S-PES membrane was performed by boiling for 1 [hour] in distilled water, followed by boiling for 1 [hour] in 1 [M] sulfuric acid aqueous solution, and finally boiling for 1 [hour] in distilled water. . Next, after adding 0.5 [mM] 4-hydroxy-TEMPO (Aldrich) shown in FIG. 3 (ii) as a compound that decomposes active oxygen to the pre-treated S-PES film, 30 [ %] Hydrogen peroxide water (Wako Pure Chemicals special grade) diluted with ultrapure water and adjusted in 0.5 [%] hydrogen peroxide 10 [cm 3 ] at 80 [° C.] for 24 [hours], Used for evaluation of durability against hydrogen peroxide.

(実施例2)
実施例2では、活性酸素を分解する化合物として、4−ヒドロキシ−TEMPOの代わりに図3(ii)に示す4−カルボキシ−TEMPO(Aldrich社)0.5[mM]を加えたものを実施例2とした。その他の処理は実施例1と同様とした。
(Example 2)
In Example 2, as a compound that decomposes active oxygen, 4-carboxy-TEMPO (Aldrich) 0.5 [mM] shown in FIG. 3 (ii) was added instead of 4-hydroxy-TEMPO. 2. Other processing was the same as in Example 1.

(実施例3)
実施例3では、活性酸素を分解する化合物として、図3(i)に示すTEMPO(Aldrich社)0.5[mM]を加えたものを実施例3とした。その他の処理は実施例1と同様とした。
(Example 3)
In Example 3, Example 3 was prepared by adding TEMPO (Aldrich) 0.5 [mM] shown in FIG. Other processing was the same as in Example 1.

(実施例4)
実施例4では、活性酸素を分解する化合物として、図4(xiii)に示す3−カルバモイル−PROXYL(Aldrich社)0.5[mM]を加えたものを実施例4とした。その他の処理は実施例1と同様とした。
Example 4
In Example 4, a compound to which 3-carbamoyl-PROXYL (Aldrich) 0.5 [mM] shown in FIG. 4 (xiii) was added as a compound that decomposes active oxygen was used as Example 4. Other processing was the same as in Example 1.

(実施例5)
実施例5では、活性酸素を分解する化合物として、図4(xiv)に示す3−カルボキシ−PROXYL(Aldrich社)0.5[mM]を加えたものを実施例5とした。その他の処理は実施例1と同様とした。
(Example 5)
In Example 5, Example 5 was obtained by adding 3-carboxy-PROXYL (Aldrich) 0.5 [mM] shown in FIG. Other processing was the same as in Example 1.

(実施例6)
実施例6では、活性酸素を分解する化合物として、図4(xv)に示す3−カルバモイル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−イルオキシ(Aldrich社)0.5[mM]を加えたものを実施例6とした。その他の処理は実施例1と同様とした。
(Example 6)
In Example 6, as a compound that decomposes active oxygen, 3-carbamoyl-2,2,5,5-tetramethylpyrrolin-1-yloxy (Aldrich) 0.5 [mM] shown in FIG. Example 6 was added. Other processing was the same as in Example 1.

(実施例7)
実施例7では、活性酸素を分解する化合物として、図4(xx)に示すジ−t−ブチルニトロキシド(Aldrich社)0.5[mM]を加えたものを実施例7とした。その他の処理は実施例1と同様とした。
(Example 7)
In Example 7, Example 7 was prepared by adding 0.5 [mM] of di-t-butyl nitroxide (Aldrich) shown in FIG. 4 (xx) as a compound that decomposes active oxygen. Other processing was the same as in Example 1.

(比較例1)
比較例1では、実施例1と同様の方法で前処理を施したS−PES膜に活性酸素を分解する化合物を加えないものを、比較例1とした。その他の処理は実施例1と同様とした。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, Comparative Example 1 was obtained by adding no compound that decomposes active oxygen to the S-PES film that had been pretreated in the same manner as in Example 1. Other processing was the same as in Example 1.

(比較例2)
比較例2では、活性酸素を分解する化合物としてN−ヒドロキシ−フタル酸イミド(NHPI:Aldrich社)を0.5[mM]を加えたものを比較例2とした。その他の処理は実施例1と同様とした。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, Comparative Example 2 was obtained by adding 0.5 [mM] of N-hydroxy-phthalimide (NHPI: Aldrich) as a compound that decomposes active oxygen. Other processing was the same as in Example 1.

(比較例3)
比較例3では、活性酸素を分解する化合物としてN−ヒドロキシ−マレイン酸イミド(NHMI:Aldrich社)を0.5[mM]を加えたものを比較例3とした。その他の処理は実施例1と同様とした。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, Comparative Example 3 was obtained by adding 0.5 [mM] of N-hydroxy-maleic acid imide (NHMI: Aldrich) as a compound that decomposes active oxygen. Other processing was the same as in Example 1.

(比較例4)
比較例4では、活性酸素を分解する化合物としてN−ヒドロキシ−コハク酸イミド(NHSI:Aldrich社)を0.5[mM]を加えたものを比較例4とした。その他の処理は実施例1と同様とした。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, Comparative Example 4 was obtained by adding 0.5 [mM] of N-hydroxy-succinimide (NHSI: Aldrich) as a compound that decomposes active oxygen. Other processing was the same as in Example 1.

実施例8〜実施例14及び比較例5〜比較例8では、フッ素系電解質膜としてデュポン社のナフィオン(登録商標)117膜(厚さ175[μm])を、1[cm]角に切り出して用いた。ナフィオン(登録商標)膜の前処理は、NEDO PEFC R&Dプロジェクト標準処理に従い、3[%]過酸化水素水中で1[時間]煮沸した後、蒸留水中1[時間]煮沸し、続いて、1[M]硫酸水溶液中で1[時間]煮沸し、最後に蒸留水中で1[時間]煮沸の順に行った。なお、フッ素系電解質膜は炭化水素系膜に比べて耐性が強いため、過酸化水素耐久試験において劣化を促進する目的で、前処理を施したナフィオン(登録商標)膜を100[mM]のFeSO水溶液に一晩以上浸漬した後、蒸留水中で15[分間]超音波洗浄を用い、膜に付着したイオンを取り除くことにより、ナフィオン(登録商標)の対イオンをHからFe2+に交換した。試薬は、和光純薬特級FeSO・7HOを用いた。 In Examples 8 to 14 and Comparative Examples 5 to 8, a DuPont Nafion (registered trademark) 117 film (thickness 175 [μm]) was cut into 1 [cm] squares as a fluorine-based electrolyte membrane. Using. The Nafion (registered trademark) membrane is pretreated according to NEDO PEFC R & D project standard treatment, boiled in 3% hydrogen peroxide water for 1 hour, then boiled in distilled water for 1 hour. M] The solution was boiled in an aqueous solution of sulfuric acid for 1 hour, and finally boiled in distilled water for 1 hour. Since the fluorine-based electrolyte membrane is more resistant than the hydrocarbon-based membrane, a Nafion (registered trademark) membrane that has been pre-treated with 100 [mM] FeSO is used for the purpose of promoting deterioration in the hydrogen peroxide durability test. 4 After immersion in aqueous solution for more than one night, the counterion of Nafion (registered trademark) was exchanged from H + to Fe 2+ by removing the ions adhering to the membrane using ultrasonic cleaning in distilled water for 15 minutes. . As a reagent, Wako Pure Chemicals special grade FeSO 4 · 7H 2 O was used.

(実施例8)
イオン交換したナフィオン(登録商標)膜に、活性酸素を分解する化合物として、4−ヒドロキシ−TEMPO(Aldrich社)を0.5[mM]加えた後、30[%]過酸化水素水(和光純薬特級)を超純水で希釈して調整した10[%]過酸化水素10[cm]中に80[℃]で12[時間]浸漬し、評価に用いた。
(Example 8)
After adding 0.5 [mM] of 4-hydroxy-TEMPO (Aldrich) as a compound that decomposes active oxygen to the ion-exchanged Nafion (registered trademark) membrane, 30 [%] hydrogen peroxide (Wako Pure) It was immersed in 10 [%] hydrogen peroxide 10 [cm 3 ] prepared by diluting the drug special grade) with ultrapure water at 80 [° C.] for 12 [hour] and used for evaluation.

(実施例9)
実施例9では、4−ヒドロキシ−TEMPOの代わりに、4−カルボキシ−TEMPO(Aldrich社)0.5[mM]を加えたものを実施例9とした。その他の処理は実施例8と同様とした。
Example 9
In Example 9, Example 9 was prepared by adding 4-carboxy-TEMPO (Aldrich) 0.5 [mM] instead of 4-hydroxy-TEMPO. Other processes were the same as in Example 8.

(実施例10)
実施例10では、活性酸素を分解する化合物としてTEMPO(Aldrich社)0.5[mM]を加えたものを実施例10とした。その他の処理は実施例8と同様とした。
(Example 10)
In Example 10, Example 10 was prepared by adding TEMPO (Aldrich) 0.5 [mM] as a compound that decomposes active oxygen. Other processes were the same as in Example 8.

(実施例11)
実施例4では、活性酸素を分解する化合物として3−カルバモイル−PROXYL(Aldrich社)0.5[mM]を加えたものを実施例11とした。その他の処理は実施例8と同様とした。
(Example 11)
In Example 4, Example 11 was prepared by adding 3-carbamoyl-PROXYL (Aldrich) 0.5 [mM] as a compound that decomposes active oxygen. Other processes were the same as in Example 8.

(実施例12)
実施例12では、活性酸素を分解する化合物として3−カルボキシ−PROXYL(Aldrich社)0.5[mM]を加えたものを実施例12とした。その他の処理は実施例8と同様とした。
(Example 12)
In Example 12, Example 12 was obtained by adding 3-carboxy-PROXYL (Aldrich) 0.5 [mM] as a compound that decomposes active oxygen. Other processes were the same as in Example 8.

(実施例13)
実施例13では、活性酸素を分解する化合物として3−カルバモイル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−イルオキシ(Aldrich社)0.5[mM]を加えたものを実施例13とした。その他の処理は実施例8と同様とした。
(Example 13)
In Example 13, a compound in which 3-carbamoyl-2,2,5,5-tetramethylpyrrolin-1-yloxy (Aldrich) 0.5 [mM] was added as a compound that decomposes active oxygen and Example 13 was used. did. Other processes were the same as in Example 8.

(実施例14)
実施例14では、活性酸素を分解する化合物としてジ−t−ブチルニトロキシド(Aldrich社)0.5[mM]を加えたものを実施例14とした。その他の処理は実施例8と同様とした。
(Example 14)
In Example 14, Example 14 was prepared by adding 0.5 [mM] of di-t-butyl nitroxide (Aldrich) as a compound that decomposes active oxygen. Other processes were the same as in Example 8.

(比較例5)
比較例5では、実施例で活性酸素を分解する化合物を加えないものを、比較例5とした。その他の処理は実施例8と同様とした。
(Comparative Example 5)
In Comparative Example 5, Comparative Example 5 was used in which no compound that decomposes active oxygen was added. Other processes were the same as in Example 8.

(比較例6)
比較例6では、活性酸素を分解する化合物としてNHPI(Aldrich社)を0.5[mM]を加えたものを比較例6とした。その他の処理は実施例8と同様とした。
(Comparative Example 6)
In Comparative Example 6, Comparative Compound 6 was obtained by adding 0.5 [mM] NHPI (Aldrich) as a compound that decomposes active oxygen. Other processes were the same as in Example 8.

(比較例7)
比較例7では、活性酸素を分解する化合物としてNHMI(Aldrich社)を0.5[mM]を加えたものを比較例7とした。その他の処理は実施例8と同様とした。
(Comparative Example 7)
In Comparative Example 7, Comparative Compound 7 was obtained by adding 0.5 [mM] NHMI (Aldrich) as a compound that decomposes active oxygen. Other processes were the same as in Example 8.

(比較例8)
比較例8では、活性酸素を分解する化合物としてNHSI(Aldrich社)を0.5[mM]を加えたものを比較例8とした。その他の処理は実施例8と同様とした。
(Comparative Example 8)
In Comparative Example 8, Comparative Example 8 was obtained by adding 0.5 [mM] NHSI (Aldrich) as a compound that decomposes active oxygen. Other processes were the same as in Example 8.

ここで、上記方法にて処理したS−PES膜及びナフィオン(登録商標)膜は、以下に示す方法によって評価した。   Here, the S-PES film and the Nafion (registered trademark) film treated by the above method were evaluated by the following methods.

<膜の劣化解析>
膜の劣化解析は、S−PES膜の場合には分解に伴い発生する硫酸イオン濃度を、ナフィオン(登録商標)膜の場合には膜の分解に伴い発生するフッ素イオンを測定することにより行なった。溶出イオンの検出は、上記方法にて調整した試料溶液を超純水で10倍に希釈し、希釈後の溶液をイオンクロマトグラフで測定することにより行った。イオンクロマトグラフは、ダイオネック社製(機種名 DX−AQ型)を用いた。
<Membrane degradation analysis>
In the case of the S-PES film, the deterioration analysis of the film was performed by measuring the sulfate ion concentration generated along with the decomposition, and in the case of the Nafion (registered trademark) film, measuring the fluorine ion generated along with the decomposition of the film. . The eluting ions were detected by diluting the sample solution prepared by the above method 10 times with ultrapure water and measuring the diluted solution with an ion chromatograph. An ion chromatograph manufactured by Dioneck (model name: DX-AQ type) was used.

<酸化還元電位の測定>
実施例に用いる化合物の酸化還元電位は、作用極にグラッシーカーボン、対極に白金、参照極に飽和カロメル電極(SCE)を用い、電解液に1[M]硫酸を用いて測定した。TEMPOの測定例を図7に示す。図7では、各物質の酸化還元電位と合わせるために下式(36)に示す式により標準電位E(NHE)に補正して表示する。
<Measurement of redox potential>
The oxidation-reduction potentials of the compounds used in the examples were measured using glassy carbon as the working electrode, platinum as the counter electrode, a saturated calomel electrode (SCE) as the reference electrode, and 1 [M] sulfuric acid as the electrolyte. A measurement example of TEMPO is shown in FIG. In FIG. 7, in order to match the oxidation-reduction potential of each substance, the standard potential E 0 (NHE) is corrected and displayed by the following equation (36).

(NHE)=E(SCE)+ 0.24[V] ・・・式(24)
下表1に、電解質膜としてS−PES膜を用いた実施例1〜実施例7及び比較例1〜比較例4で使用した活性酸素を分解する化合物、化合物の酸化還元電位及び過酸化水素耐久後に検出された硫酸イオンの濃度を示す。

Figure 2006236935
E 0 (NHE) = E (SCE) +0.24 [V] (24)
Table 1 below shows compounds that decompose active oxygen used in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4 using S-PES membranes as electrolyte membranes, oxidation-reduction potentials of the compounds, and hydrogen peroxide durability. The concentration of sulfate ion detected later is shown.
Figure 2006236935

活性酸素を分解する化合物を入れた実施例1〜実施例7では、24時間後に検出された硫酸イオンの濃度は0.5〜0.7[ppm]であった。これに対して、活性酸素を分解する化合物を加えていない比較例1では2.5[ppm]の硫酸イオンが検出された。実施例1〜実施例7と比較例1との比較により、実施例1〜実施例7に示した化合物はいずれも活性酸素を分解し、電解質膜の酸化を防止していることがわかった。比較例2〜比較例4は、1.0[V]以上の酸化還元電位を有する化合物を加えた例である。比較例2〜比較例4で使用した化合物は、それぞれ、1.34[V]、1.35[V]、1.35[V]の酸化還元電位を有する。比較例2で使用したNHPIを一例としてあげる。NHPIは可逆的な酸化還元サイクルを有し、酸化されるとPINO(フタルイミド−N−オキシル)となり、PINOは還元されるとNHPIにもどる。NHPI及びPINOは、1.34[V]の酸化還元電位を有している。   In Examples 1 to 7 containing a compound that decomposes active oxygen, the concentration of sulfate ions detected after 24 hours was 0.5 to 0.7 [ppm]. In contrast, 2.5 [ppm] sulfate ion was detected in Comparative Example 1 in which a compound that decomposes active oxygen was not added. From comparison between Example 1 to Example 7 and Comparative Example 1, it was found that all of the compounds shown in Examples 1 to 7 decomposed active oxygen and prevented oxidation of the electrolyte membrane. Comparative Examples 2 to 4 are examples in which a compound having a redox potential of 1.0 [V] or more was added. The compounds used in Comparative Examples 2 to 4 have redox potentials of 1.34 [V], 1.35 [V], and 1.35 [V], respectively. The NHPI used in Comparative Example 2 is taken as an example. NHPI has a reversible redox cycle, and when oxidized, it becomes PINO (phthalimide-N-oxyl), and when PINO is reduced, it returns to NHPI. NHPI and PINO have a redox potential of 1.34 [V].

NHPI→PINO+H+e=1.34[V] ・・・式(25)
PINO+H+e→NHPI E=1.34[V] ・・・式(26)
この酸化還元電位はS−PES膜を酸化する電位であるため、電解質膜であるS−PES膜を分解する。このため、比較例2では活性酸素を分解する化合物を含まない比較例1よりさらに多くの硫酸イオンが検出された。同様に、比較例3及び比較例4においても比較例1よりさらに多くの硫酸イオンが検出された。
NHPI → PINO + H + + e E 0 = 1.34 [V] (25)
PINO + H + + e → NHPI E 0 = 1.34 [V] (26)
Since this oxidation-reduction potential is a potential for oxidizing the S-PES film, the S-PES film, which is an electrolyte film, is decomposed. For this reason, in Comparative Example 2, more sulfate ions were detected than in Comparative Example 1 which did not contain a compound that decomposes active oxygen. Similarly, in Comparative Example 3 and Comparative Example 4, more sulfate ions were detected than in Comparative Example 1.

次に、下表2に、電解質膜としてナフィオン(登録商標)膜を用いた実施例8〜実施例14及び比較例5〜比較例8で使用した活性酸素を分解する化合物、化合物の酸化還元電位及び過酸化水素耐久後に検出されたフッ素イオンの濃度を示す。

Figure 2006236935
Next, Table 2 below shows compounds that decompose active oxygen used in Examples 8 to 14 and Comparative Examples 5 to 8 using Nafion (registered trademark) membranes as electrolyte membranes, and oxidation-reduction potentials of the compounds. And the concentration of fluorine ions detected after hydrogen peroxide durability.
Figure 2006236935

活性酸素を分解する化合物を入れた実施例8〜実施例14では、24時間後に検出されたフッ素イオンの濃度は0.2〜0.4[ppm]であった。これに対して、活性酸素を分解する化合物を加えていない比較例5では1.5[ppm]のフッ素イオンが検出された。実施例8〜実施例14と比較例5との比較により、実施例8〜実施例14に示した化合物はいずれも活性酸素を分解し、電解質膜の酸化を防止していることがわかった。比較例6〜比較例8は、1.0[V]以上の酸化還元電位を有する化合物を加えた例である。比較例6〜比較例8で検出されたフッ素イオンの濃度は実施例8〜実施例14とほぼ同等の0.3〜0.4[ppm]であり、実施例8〜実施例14と同レベルの酸化防止効果を示した。これは、フッ素系電解質膜が炭化水素系電解質膜に比べて酸化耐性が強いため、加えた活性酸素を分解する化合物の酸化電位が多少高い場合であっても、電解質膜が化合物によって酸化されることが無いことが示唆された。   In Examples 8 to 14 containing a compound that decomposes active oxygen, the concentration of fluorine ions detected after 24 hours was 0.2 to 0.4 [ppm]. On the other hand, 1.5 [ppm] of fluorine ions was detected in Comparative Example 5 in which no compound that decomposes active oxygen was added. From comparison between Example 8 to Example 14 and Comparative Example 5, it was found that any of the compounds shown in Examples 8 to 14 decomposed active oxygen and prevented oxidation of the electrolyte membrane. Comparative Examples 6 to 8 are examples in which a compound having a redox potential of 1.0 [V] or more was added. The concentration of fluorine ions detected in Comparative Examples 6 to 8 is 0.3 to 0.4 [ppm] which is almost equivalent to that in Examples 8 to 14, and the same level as in Examples 8 to 14. The antioxidant effect of was shown. This is because the fluorine-based electrolyte membrane has higher oxidation resistance than the hydrocarbon-based electrolyte membrane, so that even when the oxidation potential of the compound that decomposes the added active oxygen is somewhat high, the electrolyte membrane is oxidized by the compound. It was suggested that there was nothing.

次に、実施例及び比較例により得られた膜をそれぞれ電解質膜とし、白金担持カーボンを電極とした燃料電池単セルを作成し、起動停止の繰り返し耐久試験を実施した。得られた電解質膜のアノード、カソードとなる面に白金担持カーボン(Cabot 社製 20wt%Pt/Vulcan XC-72)を1[mg/cm]となるように塗布して膜−電極接合体(MEA)を作製した。そして、作製したMEAを単セルの中に組み込み、PEFC用単セルとして評価に用いた。なお、単セルは5[cm]単セルとした。 Next, a fuel cell single cell using the membranes obtained in Examples and Comparative Examples as electrolyte membranes and platinum-supported carbon as electrodes was prepared, and repeated start-stop durability tests were performed. Platinum-supported carbon (20 wt% Pt / Vulcan XC-72 manufactured by Cabot) was applied to the surfaces of the electrolyte membrane to be the anode and cathode so as to be 1 [mg / cm 2 ], and the membrane-electrode assembly ( MEA) was prepared. The produced MEA was incorporated into a single cell and used as a single cell for PEFC for evaluation. The single cell was a 5 [cm 2 ] single cell.

ここで、起動停止繰り返し実験は、以下の方法にて行った。   Here, the start / stop repeated experiment was performed by the following method.

<起動停止繰り返し耐久試験>
アノードガスとして70[℃]加湿水素ガス(大気圧)を、カソードガスとして70[℃]加湿酸素ガス(大気圧)を70[℃]に保った単セルに供給し、開回路状態で30[分]保持した後、試験を開始した。試験は、単セルに流速300[dm/分]のガスを流し、放電開回路状態から電流密度を増加させ、端子電圧が0.3[V]以下になるまで放電を行った。そして、端子電圧が0.3[V]以下になった後、再び開回路状態として5[分]間保持した。この操作を繰り返し行い、1[mA/cm]の電流密度で発電したときの電圧が0.4[V]以下になった回数をもって耐久性能を比較した。なお、S−PES膜はそのまま用いたが、耐久試験を促進するためにナフィオン(登録商標)膜はいずれもFe2+型に置換したものを用いた。
<Start / stop repeated endurance test>
70 [° C.] humidified hydrogen gas (atmospheric pressure) as the anode gas and 70 [° C.] humidified oxygen gas (atmospheric pressure) as the cathode gas are supplied to a single cell maintained at 70 [° C., and 30 [ Minutes] and then the test was started. In the test, gas was flowed through the single cell at a flow rate of 300 [dm 3 / min], the current density was increased from the discharge open circuit state, and discharge was performed until the terminal voltage became 0.3 [V] or less. Then, after the terminal voltage became 0.3 [V] or less, the circuit was held again for 5 [min] as an open circuit state. This operation was repeated, and the durability performance was compared with the number of times that the voltage when the power was generated at a current density of 1 [mA / cm 3 ] became 0.4 [V] or less. Although the S-PES film was used as it was, Nafion (registered trademark) films were all replaced with Fe 2+ type in order to promote the durability test.

図8に、作製した燃料電池単セルの起動停止繰り返し耐久試験の電流−電圧曲線の初期値と、耐久後の電流−電圧曲線のグラフを示す。このグラフにおいて、1[mA/cm]の電流密度で発電したときの電圧が0.4[V]以下になった回数を判断基準とし、耐久試験後の電解質膜の劣化度合いの判定した。また、下表3に、S−PES膜を用いた実施例1〜実施例7及び比較例1〜比較例4における活性酸素を分解する化合物及び起動停止繰り返し回数を示す。

Figure 2006236935
FIG. 8 shows a graph of an initial value of a current-voltage curve of a start-stop repeated endurance test of the manufactured fuel cell single cell and a current-voltage curve after endurance. In this graph, the degree of deterioration of the electrolyte membrane after the endurance test was determined using the number of times that the voltage when power was generated at a current density of 1 [mA / cm 3 ] became 0.4 [V] or less. Table 3 below shows compounds that decompose active oxygen and the number of repetitions of starting and stopping in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4 using the S-PES film.
Figure 2006236935

比較例1に示すように、活性酸素を分解する化合物を加えていない場合には、起動停止繰り返し回数は50回で1[mA/cm]の電流密度で発電したときの電圧が0.4[V]以下に低下した。これに対し、活性酸素を分解する化合物を加えた実施例1〜実施例7ではいずれも起動停止繰り返し回数400回以上で電圧が0.4[V]以下となり、発電試験においても有効であることが示された。一方、1.0[V]より高い酸化還元電位を有する化合物を加えた比較例2〜比較例4では、いずれも起動停止回数が30回で電圧が0.4[V]以下となり、有効な結果は得られなかった。 As shown in Comparative Example 1, when a compound that decomposes active oxygen was not added, the number of repetitions of starting and stopping was 50, and the voltage when power was generated at a current density of 1 [mA / cm 3 ] was 0.4. [V] Decreased below. On the other hand, in Examples 1 to 7 to which a compound capable of decomposing active oxygen was added, the voltage became 0.4 [V] or less after the number of repetitions of start and stop was 400 times or more, which is also effective in the power generation test. It has been shown. On the other hand, in Comparative Examples 2 to 4 to which a compound having a redox potential higher than 1.0 [V] was added, the number of start / stops was 30 times, and the voltage was 0.4 [V] or less. The result was not obtained.

次に、下表4に、ナフィオン(登録商標)膜を用いた実施例8〜実施例14及び比較例5〜比較例8における活性酸素を分解する化合物及び起動停止繰り返し回数を示す。

Figure 2006236935
Next, Table 4 below shows compounds that decompose active oxygen and the number of repetitions of starting and stopping in Examples 8 to 14 and Comparative Examples 5 to 8 using Nafion (registered trademark) membranes.
Figure 2006236935

比較例5に示すように、活性酸素を分解する化合物を加えていない場合には、起動停止繰り返し回数は70回で1[mA/cm]の電流密度で発電したときの電圧が0.4[V]以下に低下した。これに対し、活性酸素を分解する化合物を加えた実施例8〜実施例14ではいずれも起動停止繰り返し回数500回以上で電圧が0.4[V]以下となり、発電試験においても有効であることが示された。一方、1.0[V]より高い酸化還元電位を有する化合物を加えた比較例6〜比較例8においても、起動停止回数が500回以上で電圧が0.4[V]以下となり、電解質膜としてナフィオン(登録商標)膜を使用した場合には、活性酸素を分解する化合物の酸化還元電位が1.0[V]より高い場合にも有効であることがわかった。 As shown in Comparative Example 5, when a compound that decomposes active oxygen is not added, the number of repetitions of starting and stopping is 70, and the voltage when power is generated at a current density of 1 [mA / cm 3 ] is 0.4. [V] Decreased below. On the other hand, in Examples 8 to 14 to which a compound capable of decomposing active oxygen was added, the voltage became 0.4 [V] or less at 500 or more start / stop repetitions, which is also effective in the power generation test. It has been shown. On the other hand, in Comparative Examples 6 to 8 to which a compound having a redox potential higher than 1.0 [V] was added, the number of start / stops was 500 times or more and the voltage was 0.4 [V] or less. In the case of using a Nafion (registered trademark) membrane as a compound, it was found that the compound is effective even when the oxidation-reduction potential of the compound that decomposes active oxygen is higher than 1.0 [V].

以上示したように、燃料電池用に開発されているS−PES膜等の炭化水素系電解質膜に酸化還元電位が0.68[V]〜1.00[V]の範囲にある化合物を含有させて使用することにより、電解質膜の酸化劣化を抑制することが可能となり、燃料電池の耐久性能の向上が可能となった。また、この化合物は可逆的に酸化還元することにより、長期に渡りその効果を維持することが可能であることがわかった。また、この化合物は、フッ素系電解質膜を使用する場合においても電解質膜の酸化劣化を抑制することが可能であるが、酸化還元電位が0.68[V]〜1.00[V]の範囲にある化合物を使用することにより、フッ素系電解質膜だけではなく炭化水素系電解質膜の酸化を防止することが可能であることがわかった。   As shown above, hydrocarbon-based electrolyte membranes such as S-PES membranes developed for fuel cells contain a compound having a redox potential in the range of 0.68 [V] to 1.00 [V]. By using it, it becomes possible to suppress the oxidative deterioration of the electrolyte membrane, and the durability performance of the fuel cell can be improved. It was also found that this compound can maintain its effect over a long period of time by reversibly oxidizing and reducing. Further, this compound can suppress oxidative deterioration of the electrolyte membrane even when a fluorine-based electrolyte membrane is used, but the oxidation-reduction potential is in the range of 0.68 [V] to 1.00 [V]. It was found that by using the compound in the above, it is possible to prevent oxidation of not only the fluorine-based electrolyte membrane but also the hydrocarbon-based electrolyte membrane.

以上、本発明の実施の形態の形態について説明したが、上記の実施の形態の開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。  The embodiment of the present invention has been described above. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of the disclosure of the above embodiment limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples, and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

ヒドロキシラジカル、酸素、過酸化水素、水素等の酸化還元電位を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows oxidation-reduction potentials, such as a hydroxyl radical, oxygen, hydrogen peroxide, and hydrogen. (a)N−ヒドロキシイミド誘導体とそのラジカル体の酸化還元サイクルを示す説明図である。(b)N−オキシル誘導体とそのラジカル体の酸化還元サイクルを示す説明図である。(A) It is explanatory drawing which shows the oxidation-reduction cycle of an N-hydroxyimide derivative and its radical body. (B) It is explanatory drawing which shows the oxidation-reduction cycle of an N-oxyl derivative and its radical body. 電解質膜に含まれる化合物の例である。It is an example of the compound contained in an electrolyte membrane. 電解質膜に含まれる化合物の別の例である。It is another example of the compound contained in an electrolyte membrane. 電解質膜に含まれる化合物のさらに別の例である。It is another example of the compound contained in an electrolyte membrane. 電解質膜に含まれる化合物の他の例である。It is another example of the compound contained in an electrolyte membrane. TEMPOの電極反応におけるサイクリックボルタモグラムである。It is a cyclic voltammogram in the electrode reaction of TEMPO. 作製した燃料電池単セルの起動停止繰り返し耐久試験の電流−電圧曲線の初期値と、耐久後の電流−電圧曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the initial value of the current-voltage curve of the start-stop repetition endurance test of the produced fuel cell single cell, and the current-voltage curve after durability.

Claims (12)

標準酸化還元電位が、0.68[V]〜1.00[V]の範囲にある化合物を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池用電解質。   A solid polymer fuel cell electrolyte characterized by having a compound having a standard oxidation-reduction potential in the range of 0.68 [V] to 1.00 [V]. 前記化合物が、下記の一般式(I)
Figure 2006236935
(式中、Xは酸素原子又はヒドロキシル基を表す。Y1及びY2は同一又は異なり、それぞれアルキル基、アリール基、アルコキシ基及び水素原子を含む置換基からなる群から選択さる一種の置換基である。Y1及びY2がアルキル基又はアルコキシ基の場合には、一部が任意の基で置換されたアルキル基又はアルコキシル基、不飽和アルキル基又はアルコキシ基であってもよく、これらの基は鎖状、環状又は分岐状であってもよく、Y1及びY2が酸素及び窒素原子含んでもかまわない。Y1及びY2がアリール基の場合には、一部が任意の基で置換されたアリール基であってもよく、Y1及びY2が環を形成していてもよく、酸素及び窒素原子含んでもかまわない。)で示される化合物であることを特徴とする請求項1に記載の固体高分子型燃料電池用電解質。
The compound is represented by the following general formula (I)
Figure 2006236935
(In the formula, X represents an oxygen atom or a hydroxyl group. Y1 and Y2 are the same or different and are each a kind of substituent selected from the group consisting of an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group and a substituent containing a hydrogen atom. When Y1 and Y2 are an alkyl group or an alkoxy group, they may be an alkyl group, an alkoxyl group, an unsaturated alkyl group or an alkoxy group partially substituted with an arbitrary group, and these groups are chain-like And Y1 and Y2 may contain oxygen and nitrogen atoms, and when Y1 and Y2 are aryl groups, they are aryl groups partially substituted with an arbitrary group. And Y1 and Y2 may form a ring and may contain oxygen and nitrogen atoms.) The solid content according to claim 1, Type fuel cell electrolyte.
前記一般式(I)で示される化合物が、下記の一般式(II)
Figure 2006236935
(式中、R1及びR2はアルキル基、又は一部が任意の基で置換されたアルキル基であり、R1及びR2は鎖状、環状、又は分岐状でもよい。R1及びR2が互いに結合して環を形成していてもよく、酸素及び窒素原子含んでもかまわない。)で示される化合物であることを特徴とする請求項2に記載の固体高分子型燃料電池用電解質。
The compound represented by the general formula (I) is represented by the following general formula (II)
Figure 2006236935
(Wherein R1 and R2 are an alkyl group or an alkyl group partially substituted with an arbitrary group, and R1 and R2 may be linear, cyclic, or branched. R1 and R2 are bonded to each other. The electrolyte for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 2, which may form a ring and may contain oxygen and nitrogen atoms.
前記一般式(II)で示される化合物が、下記の一般式(III)
Figure 2006236935
(式中、R1〜R4はアルキル基、又は一部が任意の基で置換されたアルキル基であり、R1〜R4は鎖状、環状、又は分岐状であってもよい。また、R1とR2、又はR3とR4とが互いに結合して環を形成していてもよく、酸素及び窒素原子含んでもかまわない。)で示される化合物であることを特徴とする請求項3に記載の固体高分子型燃料電池用電解質。
The compound represented by the general formula (II) is represented by the following general formula (III):
Figure 2006236935
(In the formula, R1 to R4 are alkyl groups or alkyl groups partially substituted with an arbitrary group, and R1 to R4 may be chain, cyclic, or branched. Also, R1 and R2 Or R3 and R4 may be bonded to each other to form a ring, and may contain oxygen and nitrogen atoms.), A solid polymer according to claim 3, Type fuel cell electrolyte.
前記一般式(III)で示される化合物が、下記の一般式(IV)
Figure 2006236935
(式中環Yは、Y1とY2とが結合して5員環又は6員環のいずれかの環を形成している。)で示される化合物であることを特徴とする請求項4に記載の固体高分子型燃料電池用電解質。
The compound represented by the general formula (III) is represented by the following general formula (IV):
Figure 2006236935
The ring Y is a compound represented by the formula (6), wherein Y1 and Y2 are bonded to form either a 5-membered ring or a 6-membered ring. Electrolyte for polymer electrolyte fuel cell.
前記一般式(IV)で示される化合物が、下記の一般式(V)
Figure 2006236935
(式中、Zはアルキル基、アリール基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、アミノ基及び水素原子を含む置換基からなる群から選択さる一種の置換基を示す。Zがアルキル基の場合には、一部が任意の基で置換されたアルキル基であってもよく、一部の基が鎖状、環状、または分岐状であってもよく、酸素及び窒素原子含んでもかまわない。Zがアリール基の場合には、一部が任意の基で置換されたアリール基であってもよく、酸素及び窒素原子含んでもかまわない。)で示される化合物であることを特徴とする請求項5に記載の固体高分子型燃料電池用電解質。
The compound represented by the general formula (IV) is represented by the following general formula (V)
Figure 2006236935
(Wherein, Z is a kind of substituent selected from the group consisting of an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, a carboxyl group, an alkoxycarbonyl group, a cyano group, a hydroxyl group, a nitro group, an amino group, and a substituent containing a hydrogen atom. In the case where Z is an alkyl group, the alkyl group may be partially substituted with an arbitrary group, and some of the groups may be chain, cyclic, or branched, and oxygen In the case where Z is an aryl group, it may be an aryl group partially substituted with an arbitrary group, and may contain oxygen and nitrogen atoms). The electrolyte for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 5, wherein the electrolyte is provided.
前記一般式(IV)で示される化合物が、下記の一般式(VI)
Figure 2006236935
(式中、Zはアルキル基、アリール基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、アミノ基及び水素原子を含む置換基からなる群から選択さる一種の置換基を示す。Zがアルキル基の場合には、一部が任意の基で置換されたアルキル基であってもよく、一部の基が鎖状、環状、または分岐状であってもよく、酸素及び窒素原子含んでもかまわない。Zがアリール基の場合には、一部が任意の基で置換されたアリール基であってもよく、酸素及び窒素原子含んでもかまわない。)で示される化合物であることを特徴とする請求項5に記載の固体高分子型燃料電池用電解質。
The compound represented by the general formula (IV) is represented by the following general formula (VI)
Figure 2006236935
(Wherein, Z is a kind of substituent selected from the group consisting of an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, a carboxyl group, an alkoxycarbonyl group, a cyano group, a hydroxyl group, a nitro group, an amino group, and a substituent containing a hydrogen atom. In the case where Z is an alkyl group, the alkyl group may be partially substituted with an arbitrary group, and some of the groups may be chain, cyclic, or branched, and oxygen In the case where Z is an aryl group, it may be an aryl group partially substituted with an arbitrary group, and may contain oxygen and nitrogen atoms). The electrolyte for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 5, wherein the electrolyte is provided.
前記一般式(IV)で示される化合物が、下記の一般式(VII)
Figure 2006236935
(式中、Zはアルキル基、アリール基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、アミノ基及び水素原子を含む置換基からなる群から選択さる一種の置換基を示す。Zがアルキル基の場合には、一部が任意の基で置換されたアルキル基であってもよく、一部の基が鎖状、環状、または分岐状であってもよく、酸素及び窒素原子含んでもかまわない。Zがアリール基の場合には、一部が任意の基で置換されたアリール基であってもよく、酸素及び窒素原子含んでもかまわない。)で示される化合物であることを特徴とする請求項5に記載の固体高分子型燃料電池用電解質。
The compound represented by the general formula (IV) is represented by the following general formula (VII)
Figure 2006236935
(Wherein, Z is a kind of substituent selected from the group consisting of an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, a carboxyl group, an alkoxycarbonyl group, a cyano group, a hydroxyl group, a nitro group, an amino group, and a substituent containing a hydrogen atom. In the case where Z is an alkyl group, the alkyl group may be partially substituted with an arbitrary group, and some of the groups may be chain, cyclic, or branched, and oxygen In the case where Z is an aryl group, it may be an aryl group partially substituted with an arbitrary group, and may contain oxygen and nitrogen atoms). The electrolyte for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 5, wherein the electrolyte is provided.
請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の固体高分子型燃料電池用電解質を用いたことを特徴とする固体高分子型燃料電池。   A polymer electrolyte fuel cell comprising the electrolyte for a polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 8. 前記固体高分子型燃料電池が水素型、ダイレクトメタノール型及びダイレクト炭化水素型の中から選択されるいずれか一種であることを特徴とする請求項9に記載の固体高分子型燃料電池。   10. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 9, wherein the polymer electrolyte fuel cell is one selected from a hydrogen type, a direct methanol type, and a direct hydrocarbon type. 請求項9又は請求項10に記載の固体高分子型燃料電池を備えることを特徴とする固体高分子型燃料電池システム。   A polymer electrolyte fuel cell system comprising the polymer electrolyte fuel cell according to claim 9. 請求項11に記載の固体高分子型燃料電池システムが搭載されていることを特徴とする燃料電池車両。
12. A fuel cell vehicle comprising the polymer electrolyte fuel cell system according to claim 11 mounted thereon.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007069460A1 (en) * 2005-12-15 2007-06-21 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system, fuel cell vehicle, and operating method for fuel cell system

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220072892A (en) 2020-11-24 2022-06-03 현대자동차주식회사 Electrolyte membrane for membrane-electrode assembly comprising self-assembled block copolyer

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001118591A (en) * 1999-10-19 2001-04-27 Toyota Central Res & Dev Lab Inc High durability solid polymer electrolyte
JP2003503510A (en) * 1998-08-28 2003-01-28 フオスター・ミラー・インコーポレイテツド Novel ion conductive material suitable for use in electrochemical applications and related methods
JP2003086188A (en) * 2001-06-27 2003-03-20 Basf Ag Fuel cell
JP2003183526A (en) * 2001-12-25 2003-07-03 Jsr Corp Polyarylene composition and proton conductive membrane
JP2003201352A (en) * 2002-01-08 2003-07-18 Honda Motor Co Ltd Electrolyte polymer membrane, membrane electrode structure with the same and solid polymer fuel cell with the structure
JP2005190752A (en) * 2003-12-25 2005-07-14 Nissan Motor Co Ltd Membrane electrode assembly for fuel cell, and solid polymer fuel cell using it

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003503510A (en) * 1998-08-28 2003-01-28 フオスター・ミラー・インコーポレイテツド Novel ion conductive material suitable for use in electrochemical applications and related methods
JP2001118591A (en) * 1999-10-19 2001-04-27 Toyota Central Res & Dev Lab Inc High durability solid polymer electrolyte
JP2003086188A (en) * 2001-06-27 2003-03-20 Basf Ag Fuel cell
JP2003183526A (en) * 2001-12-25 2003-07-03 Jsr Corp Polyarylene composition and proton conductive membrane
JP2003201352A (en) * 2002-01-08 2003-07-18 Honda Motor Co Ltd Electrolyte polymer membrane, membrane electrode structure with the same and solid polymer fuel cell with the structure
JP2005190752A (en) * 2003-12-25 2005-07-14 Nissan Motor Co Ltd Membrane electrode assembly for fuel cell, and solid polymer fuel cell using it

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007069460A1 (en) * 2005-12-15 2007-06-21 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system, fuel cell vehicle, and operating method for fuel cell system
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