JP2007039536A - Ionic group-containing polymer - Google Patents

Ionic group-containing polymer Download PDF

Info

Publication number
JP2007039536A
JP2007039536A JP2005224528A JP2005224528A JP2007039536A JP 2007039536 A JP2007039536 A JP 2007039536A JP 2005224528 A JP2005224528 A JP 2005224528A JP 2005224528 A JP2005224528 A JP 2005224528A JP 2007039536 A JP2007039536 A JP 2007039536A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
polymer
formula
polymer electrolyte
ionic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005224528A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masataka Nakamura
正孝 中村
Daisuke Izuhara
大輔 出原
Takehiro Obara
健博 小原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Priority to JP2005224528A priority Critical patent/JP2007039536A/en
Publication of JP2007039536A publication Critical patent/JP2007039536A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an ionic group-containing polymer satisfying proton conductivity, fuel cutoff capability, swelling resistance to fuel and solubility of film-forming solvent all at high levels. <P>SOLUTION: The ionic group-containing polymer comprises an ionic group and a group represented by formula (A1) (T<SP>1</SP>is a secondary alkenyl group or a tertiary alkyl group). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、イオン性基を有するポリマーに関し、さらに詳しくは、プロトン伝導性に優れたイオン性基を有するポリマーに関するものである。   The present invention relates to a polymer having an ionic group, and more particularly to a polymer having an ionic group excellent in proton conductivity.

イオン性基を有するポリマーは、例えば、医療材料用途、濾過用途、濃縮用途、イオン交換樹脂用途、各種構造材用途、コーティング材用途、高分子アクチュエーター、電気化学用途などに使用されている。特に、電気化学用途として、高分子電解質材料、高分子電解質部品又は膜電極複合体としてキャパシター、燃料電池、レドックスフロー電池、水電解装置及びクロロアルカリ電解装置等に使用されている。   Polymers having an ionic group are used, for example, in medical material applications, filtration applications, concentration applications, ion exchange resin applications, various structural material applications, coating material applications, polymer actuators, electrochemical applications, and the like. In particular, as an electrochemical application, it is used as a polymer electrolyte material, a polymer electrolyte component or a membrane electrode assembly in a capacitor, a fuel cell, a redox flow battery, a water electrolysis device, a chloroalkali electrolysis device, and the like.

これらの中で燃料電池は、排出物が少なく、かつエネルギー効率が高く、環境への負担の低い発電装置であり、近年の地球環境保護への高まりの中で注目される技術である。燃料電池は、比較的小規模の分散型発電施設や、自動車、船舶などの移動体の発電装置として、将来的にも期待され、また、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池に替わり、あるいは二次電池とのハイブリッド化により、携帯電話やパソコンなどの小型移動機器への搭載も期待されている。   Among these, the fuel cell is a power generation device that emits less, has high energy efficiency, and has a low burden on the environment. Fuel cells are also expected in the future as relatively small-scale distributed power generation facilities and mobile power generation devices such as automobiles and ships, and they are replaced by secondary batteries such as nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries. In addition, it is expected to be mounted on small mobile devices such as mobile phones and personal computers by hybridizing with secondary batteries.

高分子電解質型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell。以下、PEFCと記載することがある。)においては、水素ガスを燃料とする従来型のPEFCに加えて、メタノールなどの燃料を水素ガスに改質することなく直接供給する直接型燃料電池(ダイレクトメタノール型燃料電池)も注目されている。直接型燃料電池は、従来のPEFCに比べて出力が低いものの、燃料が液体で改質器を用いないために、エネルギー密度が高くなり、一充填あたりの発電時間が長時間になるという利点がある。   In polymer electrolyte fuel cells (hereinafter sometimes referred to as PEFC), in addition to conventional PEFCs that use hydrogen gas as fuel, methanol and other fuels are reformed into hydrogen gas. Direct type fuel cells (direct methanol type fuel cells) that supply directly without doing so are also attracting attention. Although the direct fuel cell has a lower output than the conventional PEFC, the fuel is liquid and does not use a reformer, so the energy density is high and the power generation time per filling is long. is there.

一般に、燃料電池は、発電を担う反応の起こるアノードとカソードの電極と、アノードとカソード間のイオン伝導体となる電解質膜とが、膜―電極複合体(MEA)を構成し、このMEAがセパレータによって挟まれたセルをユニットとして構成されている。   In general, in a fuel cell, an anode electrode and a cathode electrode in which a reaction responsible for power generation occurs and an electrolyte membrane serving as an ionic conductor between the anode and the cathode constitute a membrane-electrode complex (MEA), and this MEA is a separator. A cell sandwiched between the two is configured as a unit.

固体高分子型燃料電池のアノード電極では、水素ガスなどの燃料がアノード電極の触媒層で反応してプロトンと電子を生じ、電子は電極基材に伝導し、プロトンは高分子固体電解質膜へと伝導する。このため、アノード電極には、ガスの拡散性、電子伝導性およびイオン伝導性が良好なことが要求される。   In an anode electrode of a polymer electrolyte fuel cell, a fuel such as hydrogen gas reacts with a catalyst layer of the anode electrode to generate protons and electrons, the electrons are conducted to the electrode substrate, and the protons pass to the polymer solid electrolyte membrane. Conduct. For this reason, the anode electrode is required to have good gas diffusivity, electron conductivity and ion conductivity.

一方、カソード電極では、酸素や空気などの酸化ガスがカソード電極の触媒層で、高分子固体電解質膜から伝導してきたプロトンと、電極基材から伝導してきた電子とが反応して水を生成する。このため、カソード電極においては、ガス拡散性、電子伝導性およびイオン伝導性とともに、生成した水を効率よく排出することも必要となる。   On the other hand, in the cathode electrode, an oxidizing gas such as oxygen or air is generated in the catalyst layer of the cathode electrode by reacting protons conducted from the polymer solid electrolyte membrane and electrons conducted from the electrode substrate to produce water. . For this reason, in the cathode electrode, it is necessary to efficiently discharge the generated water together with gas diffusibility, electron conductivity and ion conductivity.

特に、固体高分子型燃料電池の中でも、メタノールなどの有機溶媒を燃料とする直接型燃料電池用電解質膜においては、水素ガスを燃料とする従来のPEFC用の電解質膜に要求される性能に加えて、燃料のメタノールに対する耐膨潤性及びメタノール水溶液の透過抑制も要求される。   In particular, among solid polymer fuel cells, in an electrolyte membrane for a direct fuel cell using an organic solvent such as methanol as a fuel, in addition to the performance required for an electrolyte membrane for a conventional PEFC using hydrogen gas as a fuel, In addition, swelling resistance to fuel methanol and permeation suppression of aqueous methanol solution are also required.

例えば、直接型燃料電池のアノード電極において、メタノール水溶液などの燃料が、触媒層でメタノールと水との反応によりプロトン、電子、二酸化炭素を発生させる。電子は電極基材に伝導し、プロトンは高分子電解質に伝導し、二酸化炭素は電極基材を通過して系外へ放出される。ここで、高分子電解質膜をメタノールが透過してしまうと、燃料クロスオーバー(MCO)、ケミカルショートと呼ばれる現象が起こり、電池出力及びエネルギー容量が低下するという大きな問題を引き起こしてしまう。   For example, in an anode electrode of a direct type fuel cell, a fuel such as a methanol aqueous solution generates protons, electrons, and carbon dioxide by reaction of methanol and water in a catalyst layer. Electrons are conducted to the electrode substrate, protons are conducted to the polymer electrolyte, and carbon dioxide is released out of the system through the electrode substrate. Here, if methanol permeates through the polymer electrolyte membrane, a phenomenon called fuel crossover (MCO) or chemical short circuit occurs, which causes a serious problem that battery output and energy capacity are reduced.

しかし、従来、高分子電解質膜として使用されてきたパーフルオロ系プロトン伝導性ポリマー膜(デュポン社製“ナフィオン”、商標名)は、直接型燃料電池の高分子電解質膜に使用した場合、メタノールなどの燃料透過量が大きく、電池出力やエネルギー容量が著しく低下してしまうという問題があった。またパーフルオロ系プロトン伝導性ポリマーは、フッ素系ポリマーであるために価格も非常に高いものである。   However, perfluoro proton conductive polymer membranes ("Nafion", trade name) manufactured by DuPont are conventionally used as polymer electrolyte membranes, such as methanol when used as polymer electrolyte membranes for direct fuel cells. There is a problem that the amount of fuel permeated is large and the battery output and energy capacity are remarkably reduced. Moreover, since the perfluoro proton conductive polymer is a fluorine polymer, its price is very high.

そこで、非フッ素系ポリマーからなるプロトン伝導体の高分子電解質が市場から望まれて、非フッ素系ポリマーをベースとした高分子電解質膜についても既にいくつかの取り組みがなされている。   Thus, a proton conductor polymer electrolyte made of a non-fluorine polymer is desired from the market, and some efforts have already been made for a polymer electrolyte membrane based on a non-fluorine polymer.

例えば、非特許文献1及び2にはイオン性基を有する芳香族ポリエーテル系高分子材料であって、主鎖にホスフィンオキシド基を有するものが記載されている。ホスフィンオキシド基上の置換基としてはフェニル基が開示されている。   For example, Non-Patent Documents 1 and 2 describe aromatic polyether polymer materials having an ionic group and having a phosphine oxide group in the main chain. A phenyl group is disclosed as a substituent on the phosphine oxide group.

また、特許文献1にも、同様にイオン性基を有する芳香族ポリエーテル系高分子材料であって、主鎖にホスフィンオキシド基を有するものが記載されている。ホスフィンオキシド基上の置換基として、メチル基、イソプロピル基、シクロヘキシル基及びフェニル基などが挙げられており、さらに、有機溶媒への可溶性と高重合度ポリマー合成の容易さの点からフェニル基又はメチル基がより好ましいとされている。   Patent Document 1 also describes an aromatic polyether polymer material having an ionic group, which has a phosphine oxide group in the main chain. Examples of the substituent on the phosphine oxide group include a methyl group, an isopropyl group, a cyclohexyl group, and a phenyl group. Further, the phenyl group or the methyl group is preferable in view of solubility in an organic solvent and easy synthesis of a high polymerization degree polymer. Groups are more preferred.

しかしながら、これら従来の技術においては、得られる高分子電解質材料のプロトン伝導性、燃料遮断性、燃料への耐膨潤性、及び製膜溶媒への溶解性のいずれか1つ以上が、十分ではなく、より高いレベルでこれらの性能をすべて満足することが求められていた。
Polymer Preprints, 41, 180(2000) Polymer Preprints, 43, 342(2002) 特開2004−269599号公報
However, in these conventional techniques, one or more of proton conductivity, fuel barrier properties, swelling resistance to fuel, and solubility in a film forming solvent of the obtained polymer electrolyte material is not sufficient. It was required to satisfy all of these performances at a higher level.
Polymer Preprints, 41, 180 (2000) Polymer Preprints, 43, 342 (2002) JP 2004-269599 A

本発明の目的は、プロトン伝導性、燃料遮断性、燃料への耐膨潤性及び製膜溶媒への溶解性のすべてを高いレベルで満足するイオン性基を有するポリマーを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a polymer having an ionic group that satisfies all of proton conductivity, fuel barrier properties, swelling resistance to fuel, and solubility in a membrane-forming solvent at a high level.

上記目的を達成するイオン性基を有するポリマーは、イオン性基及び下記式(A1)の基を含有するイオン性基を有するポリマーである。   The polymer having an ionic group that achieves the above object is a polymer having an ionic group containing an ionic group and a group of the following formula (A1).

Figure 2007039536
(式中、Tは2級アルキル基又は3級アルキル基を表す。)
Figure 2007039536
(In the formula, T 1 represents a secondary alkyl group or a tertiary alkyl group.)

本発明のイオン性基を有するポリマーは、イオン性基及び前記式(A1)の特定構造の基を有することから、プロトン伝導性、燃料遮断性、燃料への耐膨潤性及び製膜溶媒への溶解性のすべてを高いレベルで満足する優れた特徴を有するものである。   Since the polymer having an ionic group of the present invention has an ionic group and a group having the specific structure of the formula (A1), proton conductivity, fuel blocking property, resistance to swelling to fuel, and film forming solvent. It has excellent characteristics satisfying all of the solubility at a high level.

本発明のイオン性基を有するポリマーは、イオン性基及び下記式(A1)の基を含有することを特徴とする。   The polymer having an ionic group according to the present invention contains an ionic group and a group represented by the following formula (A1).

Figure 2007039536
(式中、Tは2級アルキル基又は3級アルキル基を表す。)
Figure 2007039536
(In the formula, T 1 represents a secondary alkyl group or a tertiary alkyl group.)

式中、Tは2級アルキル基又は3級アルキル基を表すが、Tは鎖状アルキル基であっても、環状アルキル基であっても良く、炭素原子数3〜20の2級アルキル基及び3級アルキル基であることが好ましい。また、Tは、2級アルキル基又は3級アルキル基である限り、任意に置換されていてもよい。Tを置換する好ましい置換基は、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、フェニル基、アルケニル基、アルキニル基、ハロゲン基及びイオン性基等であり、置換基の数は0〜10が好ましい。 In the formula, T 1 represents a secondary alkyl group or a tertiary alkyl group, but T 1 may be a chain alkyl group or a cyclic alkyl group, and a secondary alkyl having 3 to 20 carbon atoms. And a tertiary alkyl group are preferred. T 1 may be optionally substituted as long as it is a secondary alkyl group or a tertiary alkyl group. Preferable substituents for substituting T 1 are alkyl groups, halogenated alkyl groups, phenyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, halogen groups, ionic groups and the like, and the number of substituents is preferably 0-10.

の好適な例を挙げれば、イソプロピル基、sec-ブチル基、tert -ブチル基、tert-ペンチル基、ヘキサン−2−イル基、ヘプタン−2−イル基、及びオクタン−2−イル基、1−エチルプロピル、1−メチルイソブチル、1−メチルイソペンチル、1−メチルオクチル、1−エチル−3−メチルブチル、1,1−ジメチルブチル、1,1−ジメチルペンチル、1,1−ジメチルヘキシル、1,1−ジメチルヘプチル、1,1−ジメチルオクチル、1−エチル−1−メチルプロピルなどの鎖状アルキル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基、メンチル基、カリル基、ノルカリル基、ピナニル基及び下記式(T1−1)〜(T1−8)で表される基などの環状アルキル基、及びこれら環状アルキル基がさらに鎖状アルキル基で置換されたものを挙げることができる。 Preferable examples of T 1 include isopropyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, tert-pentyl group, hexane-2-yl group, heptan-2-yl group, and octan-2-yl group, 1-ethylpropyl, 1-methylisobutyl, 1-methylisopentyl, 1-methyloctyl, 1-ethyl-3-methylbutyl, 1,1-dimethylbutyl, 1,1-dimethylpentyl, 1,1-dimethylhexyl, Chain alkyl groups such as 1,1-dimethylheptyl, 1,1-dimethyloctyl, 1-ethyl-1-methylpropyl, cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cycloheptyl group, cyclooctyl group, Norbornyl group, adamantyl group, menthyl group, caryl group, norcalyl group, pinanyl group and the following formulas (T1-1) to (T1- And cyclic alkyl groups such as the group represented by 8), and those in which these cyclic alkyl groups are further substituted with a chain alkyl group.

Figure 2007039536
Figure 2007039536

これらの中でも、より好ましいのは環状アルキル基であり、とりわけ炭素数7〜20の環状アルキル基が、プロトン伝導性、燃料遮断性、燃料への耐膨潤性及び製膜溶媒への溶解性のいずれにも優れた特性を得るという観点で、さらに好ましい。   Among these, a cyclic alkyl group is more preferable, and in particular, a cyclic alkyl group having 7 to 20 carbon atoms is selected from proton conductivity, fuel blocking property, swelling resistance to fuel, and solubility in a film forming solvent. Furthermore, it is further preferable from the viewpoint of obtaining excellent characteristics.

前記式(A1)で表される基は、その基本構造を変えない限り、任意の種類の置換基により、任意の数、置換されていてもよい。好ましい置換基は、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン基及びイオン性基であり、好ましい置換基の数は0〜8である。このような置換基を有することにより、耐溶剤性や高プロトン伝導性の特長を得ることができる。   The group represented by the formula (A1) may be substituted with any number of substituents of any kind as long as the basic structure is not changed. Preferred substituents are an alkyl group, a halogenated alkyl group, an aryl group, a halogen group and an ionic group, and the preferred number of substituents is 0-8. By having such a substituent, the characteristics of solvent resistance and high proton conductivity can be obtained.

本発明のイオン性基を有するポリマーのイオン性基は、負電荷を有する原子団が好ましく、プロトン交換能を有するものがより好ましい。このような官能基としては、スルホン酸基( −SO(OH))、硫酸基( −OSO(OH))、スルホンイミド基( −SONHSOR(Rは有機基を表す。))、ホスホン酸基( −PO(OH) )、リン酸基( −OPO(OH) )、カルボン酸基( −CO(OH))、及びこれらの塩等を好ましく採用することができる。これらのイオン性基は前記ポリマー中に2種類以上含ませることができ、2種以上組み合わせることにより好ましくなる場合がある。組み合わせはポリマーの構造などにより適宜決められる。中でも、高プロトン伝導度の点からスルホン酸基、スルホンイミド基、硫酸基がより好ましく、耐加水分解性の点からスルホン酸基が最も好ましい。 The ionic group of the polymer having an ionic group of the present invention is preferably a negatively charged atomic group, more preferably a proton exchange ability. As such a functional group, a sulfonic acid group (—SO 2 (OH)), a sulfuric acid group (—OSO 2 (OH)), a sulfonimide group (—SO 2 NHSO 2 R (R represents an organic group)). ), A phosphonic acid group (—PO (OH) 2 ), a phosphoric acid group (—OPO (OH) 2 ), a carboxylic acid group (—CO (OH)), and salts thereof can be preferably employed. Two or more kinds of these ionic groups may be contained in the polymer, and it may be preferable to combine two or more kinds. The combination is appropriately determined depending on the structure of the polymer. Among these, a sulfonic acid group, a sulfonimide group, and a sulfuric acid group are more preferable from the viewpoint of high proton conductivity, and a sulfonic acid group is most preferable from the viewpoint of hydrolysis resistance.

本発明のイオン性基を有するポリマーは、下記式(P1)の繰り返し単位を含む骨格を有することが好ましい。かかる骨格は耐加水分解性に優れ、各種機械特性に優れた強靱なポリマーが得られるからである。
−Y11−Z11−Y21−Z21− (P1)
(式中、Y11及びY21は、それぞれO又はSを表す。Z11及びZ21の少なくとも1つは前記式(A1)で表される基を表し、かつZ11は、置換されていてよい芳香環を含む2価の基を表し、Z21は、電子吸引性基を有する芳香環を含む2価の基を表す。)
式中、Y11及びY21は、それぞれO又はSを表すが、より好ましくはOである。
The polymer having an ionic group of the present invention preferably has a skeleton containing a repeating unit of the following formula (P1). This is because such a skeleton is excellent in hydrolysis resistance, and a tough polymer excellent in various mechanical properties can be obtained.
-Y 11 -Z 11 -Y 21 -Z 21 - (P1)
(Wherein Y 11 and Y 21 each represent O or S. At least one of Z 11 and Z 21 represents a group represented by the formula (A1), and Z 11 is substituted. A divalent group containing a good aromatic ring is represented, and Z 21 represents a divalent group containing an aromatic ring having an electron-withdrawing group.
In the formula, Y 11 and Y 21 each represent O or S, and more preferably O.

式中、Z11及びZ21の少なくとも1つは前記式(A1)で表される基を表すものとする。 In the formula, at least one of Z 11 and Z 21 represents a group represented by the formula (A1).

また、Z11は置換されていてよい芳香環を含む2価の基を表し、プロトン伝導性、燃料遮断性、燃料への耐膨潤性、及び製膜溶媒への溶解性のいずれにも優れた特性を得るという観点で、その好適な例は、下記式(Z1−1)〜(Z1−12)で表される基、下記式(B1)〜(B3)で表される基及び前記式(A1)で表される基のいずれかであり、中でも式(B1)〜(B3)で表される基及び式(A1)で表される基が特に好ましい。 Z 11 represents a divalent group containing an aromatic ring which may be substituted, and is excellent in all of proton conductivity, fuel blocking property, swelling resistance to fuel, and solubility in a film forming solvent. In terms of obtaining characteristics, preferred examples thereof include groups represented by the following formulas (Z1-1) to (Z1-12), groups represented by the following formulas (B1) to (B3), and the above formula ( Of these, any of the groups represented by A1), among which the groups represented by formulas (B1) to (B3) and the group represented by formula (A1) are particularly preferred.

Figure 2007039536
Figure 2007039536

Figure 2007039536
(式中、Qは、直接結合、メチレン基、カルボニル基、O又はSを表し、Qは、H、メチル基又はフェニル基を表し、Qは、カルボニル基又はスルホニル基を表し、Qは、O、S又はN−Rを表す。RはH、アルキル基又はアリール基を表す。)
Figure 2007039536
(Wherein Q 1 represents a direct bond, a methylene group, a carbonyl group, O or S, Q 2 represents H, a methyl group or a phenyl group, Q 3 represents a carbonyl group or a sulfonyl group, Q 4, O, .R 1 representing S or N-R 1 represents H, an alkyl group or an aryl group.)

式(B1)において、Qは直接結合、メチレン基、カルボニル基、O又はSを表すが、最も好ましくは直接結合である。 In formula (B1), Q 1 represents a direct bond, a methylene group, a carbonyl group, O or S, and most preferably a direct bond.

式(B2)において、QはH、アルキル基又はアリール基を表す。が、好ましくはH、メチル基、フェニル基であり、最も好ましくはフェニル基である。 In the formula (B2), Q 2 represents H, an alkyl group, or an aryl group. Are preferably H, a methyl group or a phenyl group, and most preferably a phenyl group.

式(B3)において、Qはカルボニル基又はスルホニル基を表すが、好ましくはカルボニル基である。QはO、S又はN−Rを表すが、好ましくはO及びN−Rであり、最も好ましくはOである。RはH、アルキル基又はアリール基を表すが、好ましくはH又は炭素数1〜3のアルキル基である。 In formula (B3), Q 3 represents a carbonyl group or a sulfonyl group, preferably a carbonyl group. Q 4 represents O, S or N—R 1 , preferably O and N—R 1 , most preferably O. R 1 represents H, an alkyl group or an aryl group, preferably H or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.

式(B1)〜(B3)で表される基は、その基本構造を変えない限り、任意の種類の置換基により、任意の数、置換されていてもよい。好ましい置換基は炭素数1〜3のアルキル基、フェニル基、ハロゲン基及びイオン性基である。   The groups represented by formulas (B1) to (B3) may be substituted with any number of substituents of any kind as long as the basic structure is not changed. Preferred substituents are an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a phenyl group, a halogen group and an ionic group.

また、前記式(P1)中、Z21は電子吸引性基を有する芳香環を含む2価の基を表し、Z21は、電子吸引性基以外に任意の置換基を有していてよい。Z21の好ましい置換基は、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン基及びイオン性基であり、好ましい置換基の数は、電子吸引性基を含めて1〜9である。 Further, in the above formula (P1), Z 21 represents a divalent group containing an aromatic ring having an electron withdrawing group, Z 21 may have an arbitrary substituent in addition to an electron-withdrawing group. Preferred substituents for Z 21 are an alkyl group, a halogenated alkyl group, an aryl group, a halogen group and an ionic group, and the preferred number of substituents is 1 to 9 including an electron-withdrawing group.

21は、プロトン伝導性、燃料遮断性、燃料への耐膨潤性、及び製膜溶媒への溶解性のいずれにも優れた特性を得るという観点で、その好適な例は、下記式(Z2−1)〜(Z2−12)及び前記式(A1)で表される基であり、中でも特に好ましいのは式(Z2−1)で表される基、式(Z2−2)で表される基及び式(A1)で表される基である。 Z 21 is preferably a compound represented by the following formula (Z2) from the viewpoint of obtaining excellent properties in all of proton conductivity, fuel barrier properties, swelling resistance to fuel, and solubility in a film-forming solvent. -1) to (Z2-12) and a group represented by the formula (A1), and particularly preferred is a group represented by the formula (Z2-1), represented by the formula (Z2-2). A group and a group represented by formula (A1).

Figure 2007039536
Figure 2007039536

前記式(P1)中、Z11及びZ21のうち少なくとも1つは、前記式(A1)で表される基を表す。Z11及びZ21のうち少なくとも1つが、前記式(A1)で表される基であることによりプロトン伝導性及び製膜溶媒への溶解性に優れた特徴を発揮することができ、好ましい。 In the formula (P1), at least one of Z 11 and Z 21 represents a group represented by the formula (A1). It is preferable that at least one of Z 11 and Z 21 is a group represented by the formula (A1), which can exhibit characteristics excellent in proton conductivity and solubility in a film-forming solvent.

本発明のイオン性基を有するポリマーは、さらに下記式(P2)の繰り返し単位を含む骨格を有することも好ましい。
−Y12−Z12−Y22−Z22− (P2)
[式中、Y12及びY22はそれぞれO又はSを表す。Z12は置換されていてよい芳香環を含む2価の基を表し、Z22は下記式(C1)で表される基を表す。
The polymer having an ionic group of the present invention preferably further has a skeleton containing a repeating unit of the following formula (P2).
-Y 12 -Z 12 -Y 22 -Z 22 - (P2)
[Wherein Y 12 and Y 22 each represent O or S. Z 12 represents a divalent group containing an optionally substituted aromatic ring, and Z 22 represents a group represented by the following formula (C1).

Figure 2007039536
(式中、Qは、カルボニル基又はスルホニル基を表し、Xは、H又は任意のカチオンを表す。)]
Figure 2007039536
(In the formula, Q 5 represents a carbonyl group or a sulfonyl group, and X represents H or an arbitrary cation.)]

前記式(P2)中、Y12及びY22はそれぞれO又はSを表すが、より好ましくはOである。 In the formula (P2), Y 12 and Y 22 each represent O or S, and more preferably O.

前記式(P2)中、Z12は置換されていてよい芳香環を含む2価の基を表し、その好適な例は、前記式(P1)におけるZ11の好適な例と同じである。 In the formula (P2), Z 12 represents a divalent group containing an optionally substituted aromatic ring, and preferred examples thereof are the same as the preferred examples of Z 11 in the formula (P1).

前記式(P2)中、Z22は前記式(C1)で表される基を表す。 In the formula (P2), Z 22 represents a group represented by the formula (C1).

式(C1)中、Qはカルボニル基又はスルホニル基を表すが、プロトン伝導性、燃料遮断性、燃料への耐膨潤性、及び製膜溶媒への溶解性のいずれにも優れた特性を得るという観点で、より好ましいのはカルボニル基である。Xは、H及び任意のカチオンを表す。任意のカチオンとしては、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba及び各種アンモニウムが好ましく挙げられる。 In formula (C1), Q 5 represents a carbonyl group or a sulfonyl group, and has excellent properties in all of proton conductivity, fuel blocking property, swelling resistance to fuel, and solubility in a film forming solvent. From this viewpoint, a carbonyl group is more preferable. X represents H and any cation. Preferred optional cations include Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, and various ammoniums.

式(C1)基はさらに任意に置換されていてもよいが、置換されていないものが最も好適である。   The group of formula (C1) may be further optionally substituted, but those that are not substituted are most preferred.

本発明において、前記式(P1)の繰り返し単位を含む骨格を有するポリマーは、例えば下記の方法で得ることができる。すなわち、H−Y11−Z11−Y21−H(Y11、Z11及びY21は前記式(P1)中の記号と同じ意味である。)で表される化合物及び/又はその塩と、E−Z21−E(Z21は前記式(P1)中の記号と同じ意味である。EはF又はClを表す。)で表される芳香族ハライド化合物を、高温下で縮合重合する方法である。縮合重合においては必要に応じて炭酸カリウムなどの脱酸剤を用いることができる。また、通常はジフェニルスルホン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルイミダゾリジノンなどの非プロトン性溶媒を用いることができる。縮合反応に際して水が発生する場合にはトルエンなどの共沸溶媒を加え、共沸により水を除去することも好ましく行われる。反応温度は100〜300℃程度であり、反応時間は1〜72時間程度である。 In the present invention, the polymer having a skeleton containing the repeating unit of the formula (P1) can be obtained, for example, by the following method. That is, a compound represented by H—Y 11 —Z 11 —Y 21 —H (Y 11 , Z 11 and Y 21 have the same meanings as symbols in the formula (P1)) and / or a salt thereof , EZ 21 -E (Z 21 has the same meaning as that in the formula (P1). E represents F or Cl). Is the method. In the condensation polymerization, a deoxidizing agent such as potassium carbonate can be used as necessary. In addition, aprotic solvents such as diphenylsulfone, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylimidazolidinone can be used. When water is generated during the condensation reaction, it is also preferable to add an azeotropic solvent such as toluene and remove the water by azeotropic distillation. The reaction temperature is about 100 to 300 ° C., and the reaction time is about 1 to 72 hours.

前記式(P1)の繰り返し単位に加えて、さらに前記式(P2)の繰り返し単位を含む骨格を有するポリマーの製造方法は、前記重合系にさらにH−Y12−Z12−Y22−H(Y12、Z12及びY22は前記式(P2)中の記号と同じ意味である。)で表される化合物及び/又はその塩と、E−Z22−E(Z22は前記式(P2)中の記号と同じ意味である。EはF又はClを表す。)で表される芳香族ハライド化合物を加え、高温下で縮合重合することによって、前記式(P1)及び(P2)の繰り返し単位を含む骨格が得られる。 In addition to the repeating units of the formula (P1), further a method of producing a polymer having a backbone comprising repeating units of the formula (P2), the polymerization system further H-Y 12 -Z 12 -Y 22 -H ( Y 12 , Z 12 and Y 22 have the same meanings as the symbols in the formula (P2).) And E-Z 22 -E (Z 22 represents the formula (P2 ) Is the same meaning as the symbol in E. E represents F or Cl.) By adding the aromatic halide compound represented by (4) and performing condensation polymerization at a high temperature, the above formulas (P1) and (P2) are repeated. A skeleton containing units is obtained.

本発明のイオン性基を有するポリマーの製造において、イオン性基を導入する方法は、イオン性基を有するモノマーを用いて重合する方法と、高分子反応でイオン性基を導入する方法が挙げられる。   In the production of the polymer having an ionic group of the present invention, examples of the method for introducing an ionic group include a method of polymerizing using a monomer having an ionic group and a method of introducing an ionic group by a polymer reaction. .

イオン性基を有するモノマーを用いて重合する方法としては、繰り返し単位中にイオン性基を有したモノマーを用いれば良く、必要により適当な保護基を導入して重合後脱保護基を行えばよい。かかる方法は例えばJournal of Membrane Science,197(2002) 231-242 に記載がある。この方法はポリマーのイオン交換容量の制御が容易であり、工業的にも適用が容易であり、非常に好ましい。   As a method of polymerizing using a monomer having an ionic group, a monomer having an ionic group in a repeating unit may be used, and if necessary, an appropriate protecting group may be introduced to perform a deprotecting group after polymerization. . Such a method is described in, for example, Journal of Membrane Science, 197 (2002) 231-242. This method is very preferable because it can easily control the ion exchange capacity of the polymer and can be easily applied industrially.

次に、高分子反応でイオン性基を導入する方法について例を挙げて説明すると、芳香族系高分子へのホスホン酸基の導入は、例えばPolymer Preprints, Japan , 51, 750 (2002) 等に記載の方法によって可能である。芳香族系高分子へのリン酸基の導入は、例えばヒドロキシル基を有する芳香族系高分子のリン酸エステル化によって可能である。芳香族系高分子へのカルボン酸基の導入は、例えばアルキル基やヒドロキシアルキル基を有する芳香族系高分子を酸化することによって可能である。芳香族系高分子への硫酸基の導入は、例えばヒドロキシル基を有する芳香族系高分子の硫酸エステル化によって可能である。芳香族系高分子をスルホン化する方法、すなわちスルホン酸基を導入する方法としては、たとえば特開平2−16126号公報あるいは特開平2−208322号公報等に記載の方法が公知である。具体的には、例えば、芳香族系高分子をクロロホルム等の溶媒中でクロロスルホン酸のようなスルホン化剤と反応させたり、濃硫酸や発煙硫酸中で反応することによりスルホン化することができる。スルホン化剤には芳香族系高分子をスルホン化するものであれば特に制限はなく、上記以外にも三酸化硫黄等を使用することができる。この方法により芳香族系高分子をスルホン化する場合には、スルホン化の度合いはスルホン化剤の使用量、反応温度及び反応時間により、容易に制御できる。芳香族系高分子へのスルホンイミド基の導入は、例えばスルホン酸基とスルホンアミド基を反応させる方法によって可能である。   Next, the method for introducing an ionic group by a polymer reaction will be described with an example. For example, introduction of a phosphonic acid group into an aromatic polymer is described in Polymer Preprints, Japan, 51, 750 (2002), etc. This is possible by the method described. Introduction of a phosphate group into an aromatic polymer can be achieved by, for example, phosphoric esterification of an aromatic polymer having a hydroxyl group. Introduction of a carboxylic acid group into an aromatic polymer can be performed by oxidizing an aromatic polymer having an alkyl group or a hydroxyalkyl group, for example. Introduction of a sulfate group into an aromatic polymer can be achieved by, for example, sulfate esterification of an aromatic polymer having a hydroxyl group. As a method for sulfonating an aromatic polymer, that is, a method for introducing a sulfonic acid group, for example, a method described in JP-A-2-16126 or JP-A-2-208322 is known. Specifically, for example, an aromatic polymer can be sulfonated by reacting with a sulfonating agent such as chlorosulfonic acid in a solvent such as chloroform, or by reacting in concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid. . The sulfonating agent is not particularly limited as long as it sulfonates an aromatic polymer, and sulfur trioxide or the like can be used in addition to the above. When the aromatic polymer is sulfonated by this method, the degree of sulfonation can be easily controlled by the use amount of the sulfonating agent, the reaction temperature and the reaction time. Introduction of a sulfonimide group into an aromatic polymer can be achieved, for example, by a method of reacting a sulfonic acid group and a sulfonamide group.

本発明のイオン性基を有するポリマーのイオン性基の含有量は、イオン交換容量で示すことができる。本発明のイオン性基を有するポリマーにおけるイオン交換容量は、プロトン伝導性及び燃料への耐膨潤性の点から0.01〜3.5meq/gであることが好ましく、さらに好ましくは、0.1〜2.5meq/gである。イオン交換容量が、0.01meq/gより低いと、伝導度が低いため出力性能が低下することがあり、3.5meq/gより高いと高分子電解質膜として使用する際に、十分な燃料への耐膨潤性及び含水時の機械的強度が得られないことがあるのでそれぞれ好ましくない。   The content of the ionic group of the polymer having an ionic group of the present invention can be represented by an ion exchange capacity. The ion exchange capacity of the polymer having an ionic group of the present invention is preferably 0.01 to 3.5 meq / g, more preferably 0.1 to 3.5 in terms of proton conductivity and resistance to swelling to fuel. ~ 2.5 meq / g. When the ion exchange capacity is lower than 0.01 meq / g, the output performance may be lowered due to low conductivity. When the ion exchange capacity is higher than 3.5 meq / g, sufficient fuel is required when used as a polymer electrolyte membrane. The swelling resistance and mechanical strength at the time of water content may not be obtained.

イオン性基を有するポリマーにおいて、プロトン伝導性を高めるためにイオン性基の含有量を増加すると、該ポリマーがアルコール水溶液などの燃料に対して、膨潤が大きくなったり溶解してしまったりする。一方、燃料に対する膨潤の小さいポリマーは、一般に溶媒に難溶性であり、製膜性に劣る傾向がある。   In a polymer having an ionic group, when the content of the ionic group is increased in order to enhance proton conductivity, the polymer is swelled or dissolved in a fuel such as an alcohol aqueous solution. On the other hand, a polymer with small swelling with respect to fuel is generally poorly soluble in a solvent and tends to be inferior in film forming property.

これに対し、本発明のイオン性基を有するポリマーは、イオン性基及び前記式(A1)の特定構造の基を有することから、製膜溶剤に可溶で製膜成形性に優れ、プロトン伝導性が高く、かつ、燃料への耐膨潤性に優れている。(原稿案第12頁、第17〜23行より転記しました。)
本発明において、イオン交換容量とは乾燥したイオン性基を有するポリマーの単位グラム当たりに導入されたイオン性基のモル量である。本発明において、イオン交換容量は滴定により特定するものとする。
On the other hand, the polymer having an ionic group according to the present invention has an ionic group and a group having a specific structure represented by the formula (A1). And has excellent resistance to swelling in fuel. (Transcribed from the manuscript draft on page 12, lines 17-23.)
In the present invention, the ion exchange capacity is the molar amount of ionic groups introduced per unit gram of the polymer having dry ionic groups. In the present invention, the ion exchange capacity is specified by titration.

イオン性基がスルホン酸基の場合、滴定の手順は下記のとおりである。測定は3回以上行ってその平均をとるものとする。なおスルホン酸基以外のイオン性基についてもそれぞれ公知の滴定方法が適用できる。
(1)試料をミルにより粉砕し、粒径を揃えるため、目50メッシュの網ふるいにかけ、ふるいを通過したものを測定試料とする。
(2)サンプル管(蓋付き)を精密天秤で秤量する。
(3)前記(1)の試料 約0.1gをサンプル管に入れ、温度40℃で16時間、真空乾燥する。
(4)試料入りのサンプル管を秤量し、試料の乾燥重量を求める。
(5)塩化ナトリウムを30重量%メタノール水溶液に溶かし、飽和食塩溶液を調製する。
(6)試料に前記(5)の飽和食塩溶液を25mL加え、24時間撹拌してイオン交換する。
(7)生じた塩酸を0.02mol/L水酸化ナトリウム水溶液で滴定する。指示薬として市販の滴定用フェノールフタレイン溶液(0.1体積%)を2滴加え、薄い赤紫色になった点を終点とする。
(8)イオン交換容量は下記の式により求める。
When the ionic group is a sulfonic acid group, the titration procedure is as follows. The measurement shall be performed three times or more and the average shall be taken. A known titration method can be applied to ionic groups other than sulfonic acid groups.
(1) The sample is pulverized by a mill, and in order to make the particle size uniform, the sample is passed through a 50-mesh mesh sieve and the sample passed through the sieve is used as the measurement sample.
(2) Weigh the sample tube (with lid) with a precision balance.
(3) About 0.1 g of the sample of (1) is put in a sample tube and vacuum dried at a temperature of 40 ° C. for 16 hours.
(4) The sample tube containing the sample is weighed to determine the dry weight of the sample.
(5) Sodium chloride is dissolved in a 30 wt% aqueous methanol solution to prepare a saturated saline solution.
(6) Add 25 mL of the saturated salt solution of (5) above to the sample, and stir for 24 hours for ion exchange.
(7) The resulting hydrochloric acid is titrated with a 0.02 mol / L aqueous sodium hydroxide solution. Two drops of a commercially available phenolphthalein solution for titration (0.1% by volume) as an indicator are added, and the point at which light reddish purple is obtained is taken as the end point.
(8) The ion exchange capacity is determined by the following equation.

イオン交換容量(meq/g)=
〔水酸化ナトリウム水溶液の濃度(mmol/ml)×滴下量(ml)〕/試料の乾燥重量(g)
Ion exchange capacity (meq / g) =
[Concentration of sodium hydroxide aqueous solution (mmol / ml) × Drip amount (ml)] / Dry weight of sample (g)

本発明のイオン性基を有するポリマーには本発明の目的を阻害しない範囲において、他の成分、例えば導電性若しくはイオン伝導性を有さない不活性なポリマーや有機あるいは無機の化合物、が含有されていても構わない。   The polymer having an ionic group of the present invention contains other components, for example, an inactive polymer or an organic or inorganic compound having no conductivity or ionic conductivity, as long as the object of the present invention is not impaired. It does not matter.

本発明のイオン性基を有するポリマーの分子量は、重量平均分子量で10000以上が好ましく、20000以上がより好ましい。分子量が小さすぎると燃料への耐膨潤性が小さくなる傾向があり好ましくない。また分子量が大きすぎると溶媒への溶解性が小さくなり好ましくないため、分子量は5000000以下が好ましく、2000000以下がより好ましく、1000000以下がさらに好ましい。   The molecular weight of the polymer having an ionic group of the present invention is preferably 10,000 or more, more preferably 20,000 or more in terms of weight average molecular weight. If the molecular weight is too small, the swelling resistance to fuel tends to decrease, which is not preferable. On the other hand, if the molecular weight is too large, the solubility in a solvent is decreased, which is not preferable. Therefore, the molecular weight is preferably 5000000 or less, more preferably 2000000 or less, and even more preferably 1000000 or less.

本発明のポリマーの重量平均分子量は、GPCにより測定するものとする。具体的には、紫外検出器と示差屈折計の一体型GPC及び内径6.0mm、長さ15cmのGPCカラムを2本用い、N−メチル−2−ピロリドン溶媒(臭化リチウムを10mmol/L含有するN−メチル−2−ピロリドン溶媒にて、流量0.2mL/minで測定し、標準ポリスチレン換算により重量平均分子量を求めるものとする。   The weight average molecular weight of the polymer of the present invention is measured by GPC. Specifically, an N-methyl-2-pyrrolidone solvent (containing 10 mmol / L of lithium bromide) was used, using an integrated GPC of an ultraviolet detector and a differential refractometer and two GPC columns having an inner diameter of 6.0 mm and a length of 15 cm. The N-methyl-2-pyrrolidone solvent used is measured at a flow rate of 0.2 mL / min, and the weight average molecular weight is determined in terms of standard polystyrene.

本発明のイオン性基を有するポリマーは、高分子電解質材料又は高分子電解質部品として電気化学用途に使用することが好ましい。高分子電解質部品としては高分子電解質膜及び電極触媒層を好ましく挙げることができる。   The polymer having an ionic group of the present invention is preferably used for electrochemical applications as a polymer electrolyte material or a polymer electrolyte component. Preferred examples of the polymer electrolyte component include a polymer electrolyte membrane and an electrode catalyst layer.

本発明のイオン性基を有するポリマーを高分子電解質材料として、高分子電解質膜に適用する場合の製法を述べる。高分子電解質材料から高分子電解質膜を形成する方法としては、イオン性基を有するポリマーからなる高分子電解質材料を溶液、懸濁液あるいは乳濁液とし、該液を所望の膜厚となるようにコーティングしてから加熱により溶媒を除去することによって製膜する方法、すなわち溶媒キャスト法が挙げられる。   A production method in the case where the polymer having an ionic group of the present invention is applied to a polymer electrolyte membrane as a polymer electrolyte material will be described. As a method of forming a polymer electrolyte membrane from a polymer electrolyte material, a polymer electrolyte material made of a polymer having an ionic group is used as a solution, suspension or emulsion, and the solution has a desired film thickness. And a method of forming a film by removing the solvent by heating after coating, that is, a solvent casting method.

該液の固形分濃度は、好ましくは1〜50重量%、さらに好ましくは5〜30重量%、特に好ましくは10重量%前後である。   The solid concentration of the liquid is preferably 1 to 50% by weight, more preferably 5 to 30% by weight, and particularly preferably about 10% by weight.

コーティング法としては、スプレーコート、刷毛塗り、ディップコート、ダイコート、カーテンコート、フローコート、スピンコート、スクリーン印刷などの手法が適用できる。   As the coating method, methods such as spray coating, brush coating, dip coating, die coating, curtain coating, flow coating, spin coating, and screen printing can be applied.

製膜に用いる溶媒としては、高分子電解質材料を溶解し、その後に除去し得るものであればよく、例えば、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ヘキサメチルホスホントリアミド等の非プロトン性極性溶媒、γ−ブチロラクトン、酢酸ブチルなどのエステル系溶媒、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどのカーボネート系溶媒、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のアルキレングリコールモノアルキルエーテル、あるいはイソプロパノールなどのアルコール系溶媒、水及びこれらの混合物が好適に用いられるが、非プロトン性極性溶媒が最も溶解性が高く好ましい。   The solvent used for film formation is not particularly limited as long as the polymer electrolyte material can be dissolved and then removed. For example, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone , Dimethyl sulfoxide, sulfolane, aprotic polar solvents such as 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone and hexamethylphosphontriamide, ester solvents such as γ-butyrolactone and butyl acetate, carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate Solvent, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, alkylene glycol monoalkyl ether such as propylene glycol monoethyl ether, or isopropanol Alcohol solvents, water and mixtures thereof is preferably used, is preferred for high highest solubility aprotic polar solvent.

次いで、得られた高分子電解質膜は、イオン性基の少なくとも一部を金属塩の状態にしてから熱処理することが好ましい。金属塩の金属はスルホン酸と塩を形成しうるものであればよいが、価格及び環境負荷の点からはLi、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Wなどが好ましく、これらの中でもLi、Na、K、Ca、Sr、Baがより好ましく、Li、Na、Kがさらに好ましい。   Next, the obtained polymer electrolyte membrane is preferably subjected to a heat treatment after at least a part of the ionic group is in a metal salt state. The metal of the metal salt may be any metal that can form a salt with sulfonic acid, but Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, W, and the like are preferable. Among these, Li, Na, K, Ca, Sr, and Ba are more preferable, and Li, Na, and K are more preferable.

この熱処理の温度は好ましくは150〜550℃、さらに好ましくは160〜400℃、特に好ましくは180〜350℃である。熱処理温度が低すぎると、燃料透過性の抑制効果が不足する傾向があり、一方、熱処理温度が高すぎると膜材料の劣化を生じやすくなる傾向があり好ましくない。   The temperature of this heat treatment is preferably 150 to 550 ° C, more preferably 160 to 400 ° C, and particularly preferably 180 to 350 ° C. If the heat treatment temperature is too low, the effect of suppressing fuel permeability tends to be insufficient. On the other hand, if the heat treatment temperature is too high, the membrane material tends to be deteriorated.

また、熱処理時間は、好ましくは10秒〜12時間、さらに好ましくは30秒〜6時間、特に好ましくは3分〜2時間である。熱処理時間が10秒未満であると燃料透過性の抑制効果が不足する傾向があり、一方、12時間を超えると膜材料の劣化を生じやすくなる傾向があり、いずれも好ましくない。   The heat treatment time is preferably 10 seconds to 12 hours, more preferably 30 seconds to 6 hours, and particularly preferably 3 minutes to 2 hours. If the heat treatment time is less than 10 seconds, the effect of suppressing the fuel permeability tends to be insufficient. On the other hand, if it exceeds 12 hours, the membrane material tends to be deteriorated, which is not preferable.

熱処理された高分子電解質膜は、必要に応じて酸性水溶液に浸漬することによりプロトン置換することができる。この方法で成形することによって、本発明の高分子電解質膜はプロトン伝導度と燃料遮断性をより良好なバランスで両立することが可能となる。   The heat-treated polymer electrolyte membrane can be proton-substituted by immersing it in an acidic aqueous solution as necessary. By forming by this method, the polymer electrolyte membrane of the present invention can achieve both a good balance between proton conductivity and fuel cutoff.

本発明の高分子電解質膜は、さらに必要に応じて放射線照射などの手段によって高分子構造を架橋させることも好ましい。かかる高分子電解質膜を架橋させめることにより、燃料クロスオーバー及び燃料に対する膨潤をさらに抑制する効果が期待でき、機械的強度が向上し、より好ましくなる場合がある。かかる放射線照射の種類としては例えば、電子線照射やγ線照射を挙げることができる。   In the polymer electrolyte membrane of the present invention, it is also preferable to crosslink the polymer structure by means such as radiation irradiation as necessary. By crosslinking such a polymer electrolyte membrane, an effect of further suppressing fuel crossover and swelling with respect to fuel can be expected, and mechanical strength may be improved, which may be more preferable. Examples of such radiation irradiation include electron beam irradiation and γ-ray irradiation.

本発明の高分子電解質膜の膜厚は、厚み1〜2000μmの範囲が好ましい。実用に耐える膜の強度を得るには1μmより厚い方が好ましく、膜抵抗の低減つまり発電性能の向上のためには2000μmより薄い方が好ましい。かかる膜厚のさらに好ましい範囲は3〜500μm、特に好ましい範囲は5〜250μmである。かかる膜厚は、溶液濃度あるいは基板上への塗布厚により制御することができる。高分子電解質膜の膜厚は、接触式膜厚計にて測定することができる。   The thickness of the polymer electrolyte membrane of the present invention is preferably in the range of 1 to 2000 μm. A thickness of more than 1 μm is preferable to obtain a membrane strength that can withstand practical use, and a thickness of less than 2000 μm is preferable to reduce membrane resistance, that is, to improve power generation performance. A more preferable range of the film thickness is 3 to 500 μm, and a particularly preferable range is 5 to 250 μm. The film thickness can be controlled by the solution concentration or the coating thickness on the substrate. The film thickness of the polymer electrolyte membrane can be measured with a contact-type film thickness meter.

また、本発明の高分子電解質材料には、通常の高分子化合物に使用される可塑剤、安定剤あるいは離型剤等の添加剤を、本発明の目的に反しない範囲内で添加することができる。   In addition, an additive such as a plasticizer, a stabilizer, or a mold release agent used for a general polymer compound may be added to the polymer electrolyte material of the present invention within a range not contrary to the object of the present invention. it can.

また、本発明の高分子電解質材料には、前述の諸特性に悪影響をおよぼさない範囲内で機械的強度、熱安定性、加工性などの向上を目的に、本発明のイオン性基を有するポリマー以外の各種ポリマー、エラストマー、フィラー、微粒子、各種添加剤などを含有させてもよい。   In addition, the polymer electrolyte material of the present invention contains the ionic group of the present invention for the purpose of improving mechanical strength, thermal stability, workability and the like within a range that does not adversely affect the above-mentioned various properties. You may contain various polymers other than the polymer which has, an elastomer, a filler, microparticles | fine-particles, various additives, etc.

本発明の高分子電解質膜は、温度20℃の条件下、30重量%メタノール水溶液に対する単位面積当たりのメタノール透過量が40μmol・min−1・cm−2以下であることが好ましい。該高分子電解質膜を用いた燃料電池において、燃料濃度が高い領域において高出力及び高エネルギー容量を得るという観点から、高い燃料濃度を保持すべく、燃料透過量が小さいことが望まれるからである。 The polymer electrolyte membrane of the present invention preferably has a methanol permeation amount per unit area of 40 μmol · min −1 · cm −2 or less with respect to a 30 wt% aqueous methanol solution at a temperature of 20 ° C. This is because in a fuel cell using the polymer electrolyte membrane, it is desired that the amount of fuel permeation is small in order to maintain a high fuel concentration from the viewpoint of obtaining a high output and a high energy capacity in a high fuel concentration region. .

高分子電解質膜のメタノール透過量は、かかる観点から、0μmol・min−1・cm−2が最も好ましいが、プロトン伝導性を確保する観点からは0.01μmol・min−1・cm−2以上が好ましい。 The methanol permeation amount of the polymer electrolyte membrane is most preferably 0 μmol · min −1 · cm −2 from this viewpoint, but from the viewpoint of ensuring proton conductivity, 0.01 μmol · min −1 · cm −2 or more preferable.

高分子電解質膜のメタノール透過量は、以下の測定方法により求められる値である。   The methanol permeation amount of the polymer electrolyte membrane is a value determined by the following measurement method.

先ず、高分子電解質膜の試料を25℃の純水に24時間浸漬した後、H型セル間に高分子電解質膜の試料を挟み、一方のセルには純水(60mL)を入れ、他方のセルには30重量%メタノール水溶液(60mL)を入れ、温度20℃において両方のセルを撹拌する。なお、セルの容量は各80mLであり、セル間の開口部面積は1.77cmである。1時間、2時間及び3時間経過時点で純水中に溶出したメタノール量を島津製作所製ガスクロマトグラフィ(GC−2010)で定量測定し、グラフの傾きから単位時間あたりのメタノール透過量を求めるものである。 First, a polymer electrolyte membrane sample was immersed in pure water at 25 ° C. for 24 hours, and then the polymer electrolyte membrane sample was sandwiched between H-type cells, and pure water (60 mL) was placed in one cell, The cell is charged with 30% by weight aqueous methanol solution (60 mL) and both cells are stirred at a temperature of 20 ° C. In addition, the capacity | capacitance of a cell is 80 mL each, and the opening part area between cells is 1.77 cm < 2 >. The amount of methanol eluted in pure water after 1 hour, 2 hours and 3 hours has been quantitatively measured with a gas chromatography (GC-2010) manufactured by Shimadzu Corporation, and the methanol permeation amount per unit time is obtained from the slope of the graph. is there.

本発明の高分子電解質膜は、単位面積当たりのプロトン伝導度が1S・cm−2以上であることが好ましく、2S・cm−2以上がより好ましい。単位面積当たりのプロトン伝導度を1S・cm−2以上とすることにより、燃料電池用高分子電解質膜として使用する際に、十分なプロトン伝導性、すなわち十分な電池出力を得ることができる。プロトン伝導度は高い方が好ましいが、高プロトン伝導度の膜はメタノール水溶液などの燃料により溶解や崩壊しやすくなり、また燃料透過量も大きくなる傾向があるので、現実的な上限は50S・cm−2である。 The polymer electrolyte membrane of the present invention preferably has proton conductivity per unit area is 1S · cm -2 or more, 2S · cm -2 or more is more preferable. By setting the proton conductivity per unit area to 1 S · cm −2 or more, when used as a polymer electrolyte membrane for a fuel cell, sufficient proton conductivity, that is, sufficient battery output can be obtained. Higher proton conductivity is preferable, but a membrane with high proton conductivity tends to be dissolved or disintegrated by a fuel such as an aqueous methanol solution, and the fuel permeation amount tends to increase. Therefore, a practical upper limit is 50 S · cm. -2 .

プロトン伝導度は、高分子電解質膜を25℃において30重量%メタノール水溶液(重量比で試料量の1000倍以上)に撹拌しながら12時間浸漬し、その後20℃において純水(重量比で試料量の1000倍以上)に撹拌しながら24時間以上浸漬した後、温度25℃、相対湿度50〜80%の雰囲気中に取り出し、できるだけ素早く定電位交流インピーダンス法でプロトン伝導度を測定するものとする。   The proton conductivity was determined by immersing the polymer electrolyte membrane in a 30 wt% aqueous methanol solution (at least 1000 times the sample amount by weight) at 25 ° C. for 12 hours, and then pure water (sample amount by weight) at 20 ° C. After being immersed for 24 hours or more with stirring in the mixture at a temperature of 1000 times or more, the proton conductivity is measured by a constant potential alternating current impedance method as quickly as possible.

プロトン伝導度の測定装置はSolartron社製電気化学測定システムを使用し、サンプルをφ2mm及びφ10mmの2枚の円形電極(ステンレス製)間に加重1kgをかけて挟持し、有効電極面積を0.0314cmとする。サンプルと電極の界面には、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸)の15重量%水溶液を塗布する。温度25℃において、交流振幅50mVの定電位インピーダンス測定を行い、膜厚方向のプロトン伝導度を求める。またその値は、単位面積当たりのプロトン伝導度とする。 The proton conductivity measurement apparatus uses a Solartron electrochemical measurement system, and the sample is sandwiched between two circular electrodes (made of stainless steel) of φ2 mm and φ10 mm with a weight of 1 kg, and the effective electrode area is 0.0314 cm. 2 . A 15% by weight aqueous solution of poly (2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid) is applied to the interface between the sample and the electrode. A constant potential impedance measurement with an AC amplitude of 50 mV is performed at a temperature of 25 ° C., and proton conductivity in the film thickness direction is obtained. The value is the proton conductivity per unit area.

本発明の高分子電解質膜は、上記したような低メタノール透過量と高プロトン伝導度を同時に達成することできるものであり、高出力と高エネルギー容量を両立させる上から好ましい。   The polymer electrolyte membrane of the present invention can achieve the low methanol permeation amount and the high proton conductivity as described above, and is preferable from the viewpoint of achieving both high output and high energy capacity.

次に、本発明のイオン性基を有するポリマーを高分子電解質材料から構成される高分子電解質部品の別の例として、電極触媒層に適用する場合について説明する。   Next, the case where the polymer having an ionic group according to the present invention is applied to an electrode catalyst layer as another example of a polymer electrolyte component composed of a polymer electrolyte material will be described.

電極触媒層は、電極反応を促進する電極触媒、電子伝導体、イオン伝導体などを含む層である。かかる電極触媒層に含まれる電極触媒としては例えば、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、金などの貴金属触媒が好ましく用いられる。これらの内の1種類を単独で用いてもよいし、合金、混合物など、2種類以上を併用してもよい。   The electrode catalyst layer is a layer containing an electrode catalyst that promotes an electrode reaction, an electron conductor, an ion conductor, and the like. As the electrode catalyst contained in the electrode catalyst layer, for example, a noble metal catalyst such as platinum, palladium, ruthenium, rhodium, iridium and gold is preferably used. One of these may be used alone, or two or more of them, such as alloys and mixtures, may be used in combination.

かかる電極触媒層に含まれる電子伝導体(導電材)としては、電子伝導性や化学的な安定性の点から炭素材料、無機導電材料が好ましく用いられる。なかでも、非晶質、結晶質の炭素材料が挙げられる。例えば、チャネルブラック、サーマルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラックが電子伝導性と比表面積の大きさから好ましく用いられる。ファーネスブラックとしては、キャボット社製“バルカンXC−72”(R)、“バルカンP”(R)、“ブラックパールズ880”(R)、“ブラックパールズ1100”(R)、“ブラックパールズ1300”(R)、“ブラックパールズ2000”(R)、“リーガル400”(R)、ケッチェンブラック・インターナショナル社製“ケッチェンブラック”(R)EC、EC600JD、三菱化学社製#3150、#3250などが挙げられ、アセチレンブラックとしては電気化学工業社製“デンカブラック”(R)などが挙げられる。   As the electron conductor (conductive material) contained in the electrode catalyst layer, a carbon material or an inorganic conductive material is preferably used from the viewpoint of electronic conductivity and chemical stability. Among these, amorphous and crystalline carbon materials are mentioned. For example, carbon black such as channel black, thermal black, furnace black, and acetylene black is preferably used because of its electron conductivity and specific surface area. Furnace Black includes “Vulcan XC-72” (R), “Vulcan P” (R), “Black Pearls 880” (R), “Black Pearls 1100” (R), “Black Pearls 1300” R), “Black Pearls 2000” (R), “Legal 400” (R), “Ketjen Black” (R) EC, EC600JD, Mitsubishi Chemical Corporation # 3150, # 3250, etc. Examples of acetylene black include “DENKA BLACK” (R) manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.

またカーボンブラックのほか、天然の黒鉛、ピッチ、コークス、ポリアクリロニトリル、フェノール樹脂、フラン樹脂などの有機化合物から得られる人工黒鉛や炭素なども使用することができる。これらの炭素材料の形態としては、不定形粒子状のほか繊維状、鱗片状、チューブ状、円錐状、メガホン状のものも用いることができる。また、これら炭素材料を後処理加工したものを用いてもよい。   In addition to carbon black, artificial graphite or carbon obtained from organic compounds such as natural graphite, pitch, coke, polyacrylonitrile, phenol resin, and furan resin can also be used. As the form of these carbon materials, in addition to irregular particles, fibers, scales, tubes, cones, and megaphones can also be used. Moreover, you may use what post-processed these carbon materials.

また、かかる電子伝導体は、触媒粒子と均一に分散していることが電極性能の点で好ましい。このため、触媒粒子と電子伝導体は予め塗液として、よく分散させておくことが好ましい。   Moreover, it is preferable in terms of electrode performance that the electron conductor is uniformly dispersed with the catalyst particles. For this reason, it is preferable that the catalyst particles and the electron conductor are well dispersed in advance as a coating liquid.

さらに、かかる電極触媒層として、触媒と電子伝導体とが一体化した触媒担持カーボン等を用いることも好ましい実施態様である。この触媒担持カーボンを用いることにより、触媒の利用効率が向上し、電池性能の向上及び低コスト化に寄与できる。ここで、電極触媒層に触媒担持カーボンを用いた場合においても、電子伝導性をさらに高めるために導電剤を添加することも可能である。このような導電剤としては、上述のカーボンブラックが好ましく用いられる。   Furthermore, it is also a preferred embodiment that catalyst-supporting carbon in which the catalyst and the electron conductor are integrated is used as the electrode catalyst layer. By using this catalyst-supporting carbon, the utilization efficiency of the catalyst is improved, and it can contribute to the improvement of battery performance and cost reduction. Here, even when catalyst-supported carbon is used for the electrode catalyst layer, a conductive agent can be added to further increase the electron conductivity. As such a conductive agent, the above-described carbon black is preferably used.

かかる電極触媒層に用いられるイオン伝導性を有する物質(イオン伝導体)としては、一般的に、種々の有機、無機材料が公知であるが、燃料電池に用いる場合には、イオン伝導性を向上するスルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基などのイオン性基を有するポリマー(イオン伝導性ポリマー)が好ましく用いられる。なかでも、イオン性基の安定性の観点から、フルオロアルキルエーテル側鎖とフルオロアルキル主鎖とから構成されるイオン伝導性を有するポリマー、あるいは本発明のイオン性基を有するポリマーが好ましく用いられる。   In general, various organic and inorganic materials are known as substances having ion conductivity (ion conductor) used in such an electrode catalyst layer. However, when used in a fuel cell, the ion conductivity is improved. A polymer having an ionic group such as a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, or a phosphoric acid group (ion conductive polymer) is preferably used. Among these, from the viewpoint of stability of the ionic group, a polymer having ionic conductivity composed of a fluoroalkyl ether side chain and a fluoroalkyl main chain, or a polymer having the ionic group of the present invention is preferably used.

パーフルオロ系イオン伝導性ポリマーとしては、例えばデュポン社製の“ナフィオン”(R)、旭化成社製の“Aciplex”(R)、旭硝子社製“フレミオン”(R)などが好ましく用いられる。これらのイオン伝導性ポリマーは、溶液又は分散液の状態で電極触媒層中に設ける。この際に、ポリマーを溶解あるいは分散化する溶媒は特に限定されるものではないが、イオン伝導性ポリマーの溶解性の点から極性溶媒が好ましい。   As the perfluoro-based ion conductive polymer, for example, “Nafion” (R) manufactured by DuPont, “Aciplex” (R) manufactured by Asahi Kasei Corporation, “Flemion” (R) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. and the like are preferably used. These ion conductive polymers are provided in the electrode catalyst layer in the state of a solution or a dispersion. At this time, the solvent for dissolving or dispersing the polymer is not particularly limited, but a polar solvent is preferable from the viewpoint of the solubility of the ion conductive polymer.

電極触媒層において、触媒と電子伝導体類は通常粉体であるので、イオン伝導体はこれらを固める役割を担うことが通常である。イオン伝導体は、電極触媒層を作製する際に電極触媒粒子と電子伝導体とを主たる構成物質とする塗液に予め添加し、均一に分散した状態で塗布することが電極性能の点から好ましいものであるが、電極触媒層を塗布した後にイオン伝導体を塗布してもよい。ここで、電極触媒層にイオン伝導体を塗布する方法としては、スプレーコート、刷毛塗り、ディップコート、ダイコート、カーテンコート、フローコートなどが挙げられ、特に限定されるものではない。   In the electrode catalyst layer, since the catalyst and the electronic conductors are usually powders, the ionic conductor usually plays a role of hardening them. It is preferable from the viewpoint of electrode performance that the ionic conductor is added in advance to a coating liquid mainly composed of electrode catalyst particles and an electron conductor when the electrode catalyst layer is produced, and is applied in a uniformly dispersed state. However, the ion conductor may be applied after the electrode catalyst layer is applied. Here, examples of the method for applying the ion conductor to the electrode catalyst layer include spray coating, brush coating, dip coating, die coating, curtain coating, and flow coating, and are not particularly limited.

電極触媒層に含まれるイオン伝導体の量としては、要求される電極特性や用いられるイオン伝導体の伝導度などに応じて適宜決められるべきものであり、特に限定されるものではないが、重量比で1〜80%の範囲が好ましく、5〜50%の範囲がさらに好ましい。イオン伝導体は、少な過ぎる場合はイオン伝導度が低く、多過ぎる場合はガス透過性を阻害する点で、いずれも電極性能を低下させることがある。   The amount of the ion conductor contained in the electrode catalyst layer should be appropriately determined according to the required electrode characteristics and the conductivity of the ion conductor used, and is not particularly limited. The range of 1 to 80% is preferable, and the range of 5 to 50% is more preferable. When the ion conductor is too small, the ion conductivity is low, and when it is too much, the gas permeability may be hindered.

かかる電極触媒層には、上記の触媒、電子伝導体、イオン伝導体の他に種々の物質を含んでいてもよい。特に、該電極触媒層中に含まれる物質の結着性を高めるために、上述のイオン伝導性ポリマー以外のポリマーを含んでもよい。このようなポリマーとしては例えば、ポリフッ化ビニル(PVF)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリヘキサフルオロプロピレン(FEP)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリパーフルオロアルキルビニルエーテル(PFA)などのフッ素原子を含むポリマー、これらの共重合体、これらのポリマーを構成するモノマー単位とエチレンやスチレンなどの他のモノマーとの共重合体、あるいは、ブレンドポリマーなどを用いることができる。これらポリマーの電極触媒層中の含有量としては、重量比で5〜40%の範囲が好ましい。ポリマー含有量が多すぎる場合、電子及びイオン抵抗が増大し電極性能が低下する傾向がある。   Such an electrode catalyst layer may contain various substances in addition to the catalyst, the electronic conductor, and the ionic conductor. In particular, in order to improve the binding property of the substance contained in the electrode catalyst layer, a polymer other than the ion conductive polymer described above may be included. Examples of such a polymer include fluorine atoms such as polyvinyl fluoride (PVF), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyhexafluoropropylene (FEP), polytetrafluoroethylene, and polyperfluoroalkyl vinyl ether (PFA). These copolymers, copolymers of monomer units constituting these polymers and other monomers such as ethylene and styrene, or blend polymers can be used. The content of these polymers in the electrode catalyst layer is preferably in the range of 5 to 40% by weight. When there is too much polymer content, there exists a tendency for electronic and ionic resistance to increase and for electrode performance to fall.

また、該電極触媒層は、燃料が液体や気体の場合には、その液体や気体が透過しやすい構造を有していることが好ましく、電極反応に伴う副生成物質の排出も促す構造が好ましい。   In addition, when the fuel is a liquid or gas, the electrode catalyst layer preferably has a structure that allows the liquid or gas to permeate, and preferably has a structure that promotes the discharge of by-products due to the electrode reaction. .

本発明の膜電極複合体(MEA)は、本発明の高分子電解質膜及び/又は電極触媒層等の高分子電解質部品を用いて構成されるものである。   The membrane electrode assembly (MEA) of the present invention is constituted using a polymer electrolyte component such as the polymer electrolyte membrane and / or electrode catalyst layer of the present invention.

膜電極複合体(MEA)には、上記のほかに電極基材を使用することができる。電極基材としては、電気抵抗が低く、集電あるいは給電を行えるものを用いることができる。また、前記電極触媒層を集電体兼用で使用する場合は、特に電極基材を用いなくてもよい。電極基材の構成材としては、好ましくは炭素質、導電性無機物質が挙げられ、例えば、ポリアクリロニトリルからの焼成体、ピッチからの焼成体、黒鉛及び膨張黒鉛などの炭素材、ステンレススチール、モリブデン、チタンなどが例示される。   In addition to the above, an electrode substrate can be used for the membrane electrode assembly (MEA). As the electrode base material, one having a low electric resistance and capable of collecting or feeding power can be used. Moreover, when using the said electrode catalyst layer also as a collector, it is not necessary to use an electrode base material in particular. The constituent material of the electrode base material is preferably a carbonaceous material and a conductive inorganic material. For example, a fired body from polyacrylonitrile, a fired body from pitch, a carbon material such as graphite and expanded graphite, stainless steel, molybdenum And titanium.

これらの、形態は特に限定されず、たとえば繊維状あるいは粒子状で用いられるが、燃料透過性の点から炭素繊維などの繊維状導電性物質(導電性繊維)が好ましい。導電性繊維を用いた電極基材としては、織布あるいは不織布いずれの構造も使用可能である。たとえば、東レ(株)製カーボンペーパーTGPシリーズ、SOシリーズ、E-TEK社製カーボンクロスなどが用いられる。   These forms are not particularly limited, and are used, for example, in the form of fibers or particles. From the viewpoint of fuel permeability, fibrous conductive materials (conductive fibers) such as carbon fibers are preferable. As an electrode base material using conductive fibers, either a woven fabric or a non-woven fabric structure can be used. For example, carbon paper TGP series, SO series manufactured by Toray Industries, Inc., carbon cloth manufactured by E-TEK, etc. are used.

織布としては、平織、斜文織、朱子織、紋織、綴織など、特に限定されること無く用いられる。また、不織布としては、抄紙法、ニードルパンチ法、スパンボンド法、ウォータージェットパンチ法、メルトブロー法によるものなど特に限定されること無く用いられる。また編物であってもよい。これらの布帛において、特に炭素繊維を用いた場合、耐炎化紡績糸を用いた平織物を炭化あるいは黒鉛化した織布、耐炎化糸をニードルパンチ法やウォータージェットパンチ法などによる不織布加工した後に炭化あるいは黒鉛化した不織布、耐炎化糸あるいは炭化糸あるいは黒鉛化糸を用いた抄紙法によるマット不織布などが好ましく用いられる。特に、薄く強度のある布帛が得られる点から不織布を用いるのが好ましい。   As the woven fabric, a plain weave, a twill weave, a satin weave, a crest weave, a binding weave and the like are used without particular limitation. Moreover, as a nonwoven fabric, it does not specifically limit, such as a paper making method, a needle punch method, a spun bond method, a water jet punch method, and a melt blow method. It may also be a knitted fabric. In particular, when carbon fibers are used in these fabrics, carbonized plain fabric using flame-resistant spun yarn is carbonized or graphitized, and flame-resistant yarn is carbonized after being processed into a nonwoven fabric by the needle punch method or water jet punch method. Alternatively, a graphitized nonwoven fabric, a flameproof yarn, a carbonized yarn, or a mat nonwoven fabric by a paper making method using a graphitized yarn is preferably used. In particular, it is preferable to use a non-woven fabric because a thin and strong fabric can be obtained.

電極基材に炭素繊維からなる導電性繊維を用いた場合、炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、フェノール系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などがあげられる。   When conductive fibers made of carbon fibers are used for the electrode substrate, examples of the carbon fibers include polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fibers, phenol-based carbon fibers, pitch-based carbon fibers, and rayon-based carbon fibers.

また電極基材には、水の滞留によるガス拡散・透過性の低下を防ぐための撥水処理や、水の排出路を形成するための部分的撥水、親水処理や、抵抗を下げるための炭素粉末の添加等を行うこともできる。   In addition, the electrode base material has a water repellent treatment for preventing gas diffusion / permeability deterioration due to water retention, a partial water repellent treatment for forming a water discharge path, a hydrophilic treatment, and a resistor for reducing resistance. Carbon powder can be added.

本発明の高分子電解質型燃料電池においては、電極基材と電極触媒層の間に、少なくとも無機導電性物質と疎水性ポリマーを含む導電性中間層を設けることが好ましい。特に、電極基材が空隙率の大きい炭素繊維織物や不織布である場合、導電性中間層を設けることで、電極触媒層が電極基材にしみ込むことによる性能低下を抑えることができる。   In the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, it is preferable to provide a conductive intermediate layer containing at least an inorganic conductive material and a hydrophobic polymer between the electrode substrate and the electrode catalyst layer. In particular, when the electrode base material is a carbon fiber woven fabric or a nonwoven fabric having a large porosity, by providing the conductive intermediate layer, it is possible to suppress performance degradation due to the electrode catalyst layer permeating into the electrode base material.

高分子電解質膜及び、電極触媒層あるいは電極触媒層と電極基材を用いて膜電極複合体(MEA)を作製する方法は特に限定されるものではない。公知の方法(例えば、「電気化学」1985, 53, 269.記載の化学メッキ法、「ジェイ エレクトロケミカル ソサイアティ」(J. Electrochem. Soc.): Electrochemical Science and Technology, 1988, 135(9), 2209. 記載のガス拡散電極の熱プレス接合法など)を適用することが可能である。熱プレスにより一体化することは好ましい方法であるが、その温度や圧力は、高分子電解質膜の厚さ、水分率、電極触媒層や電極基材により適宜選択すればよい。また、高分子電解質膜が含水した状態でプレスしてもよいし、イオン伝導性を有するポリマーで接着してもよい。   A method for producing a membrane electrode assembly (MEA) using a polymer electrolyte membrane and an electrode catalyst layer or an electrode catalyst layer and an electrode substrate is not particularly limited. Known methods (for example, the chemical plating method described in “Electrochemistry” 1985, 53, 269. “J. Electrochem. Soc.”: Electrochemical Science and Technology, 1988, 135 (9), 2209 It is possible to apply the gas diffusion electrode hot press bonding method described above. Although integration by hot pressing is a preferred method, the temperature and pressure may be appropriately selected depending on the thickness of the polymer electrolyte membrane, the moisture content, the electrode catalyst layer, and the electrode substrate. Alternatively, the polymer electrolyte membrane may be pressed in a water-containing state, or may be bonded with a polymer having ion conductivity.

本発明の高分子電解質型燃料電池の燃料としては、水素及びメタン、エタン、プロパン、ブタン、メタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ギ酸、酢酸、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ハイドロキノン、シクロヘキサン、アスコルビン酸などの有機化合物及びこれらと水の混合物が挙げられる。液体燃料を直接供給する直接型燃料電池の燃料としては、特に発電効率や電池全体のシステム簡素化の観点から、上記の中でも炭素数1〜6の有機化合物及びこれらと水との混合物等が好ましく、1種又は2種以上の混合物でもよい。発電効率の点でとりわけ好ましいのはメタノール又はメタノール水溶液である。   Examples of the fuel for the polymer electrolyte fuel cell of the present invention include hydrogen, methane, ethane, propane, butane, methanol, isopropyl alcohol, acetone, ethylene glycol, diethylene glycol, formic acid, acetic acid, dimethyl ether, diethyl ether, diisopropyl ether, hydroquinone, Examples include organic compounds such as cyclohexane and ascorbic acid, and mixtures of these with water. As the fuel of the direct fuel cell that directly supplies liquid fuel, in particular, from the viewpoint of power generation efficiency and simplification of the entire cell system, among these, organic compounds having 1 to 6 carbon atoms and mixtures of these with water are preferable. 1 type or 2 or more types of mixtures may be sufficient. Particularly preferred from the viewpoint of power generation efficiency is methanol or an aqueous methanol solution.

かかる膜電極複合体に供給される燃料中の炭素数1〜6のアルキル基又はアルキレン基を有する有機化合物の含有量は20〜70重量%が好ましい。かかる含有量が、20重量%未満では、実用的な高いエネルギー容量を得ることができにくく、70重量%を超えると、発電効率と出力のバランスが崩れやすく、高発電効率と高出力を同時に満足する実用的なものを得ることができにくい。   The content of the organic compound having an alkyl group or alkylene group having 1 to 6 carbon atoms in the fuel supplied to the membrane electrode assembly is preferably 20 to 70% by weight. When the content is less than 20% by weight, it is difficult to obtain a practical high energy capacity. When the content exceeds 70% by weight, the balance between power generation efficiency and output tends to be lost, and high power generation efficiency and high output are satisfied at the same time. It is difficult to get practical things to do.

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明の範囲をこれらの実施例により限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, the scope of the present invention is not limited by these Examples.

[測定方法]
実施例で採用する測定方法を以下に説明する。
[Measuring method]
The measurement method employed in the examples will be described below.

(1)重量平均分子量
ポリマーの重量平均分子量をGPCにより測定した。紫外検出器と示差屈折計の一体型装置として東ソー社製HLC−8022GPCを、またGPCカラムとして東ソー社製TSK gel SuperHM−H(内径6.0mm、長さ15cm)2本を用い、N−メチル−2−ピロリドン溶媒(臭化リチウムを10mmol/L含有するN−メチル−2−ピロリドン溶媒にて、流量0.2mL/minで測定し、標準ポリスチレン換算により重量平均分子量を求めた。
(1) Weight average molecular weight The weight average molecular weight of the polymer was measured by GPC. Tosoh HLC-8022GPC is used as an integrated UV detector and differential refractometer, and Tosoh TSK gel SuperHM-H (inner diameter 6.0 mm, length 15 cm) is used as the GPC column. -2-Pyrrolidone solvent (Measured with a N-methyl-2-pyrrolidone solvent containing 10 mmol / L of lithium bromide at a flow rate of 0.2 mL / min, and the weight average molecular weight was determined in terms of standard polystyrene.

(2)膜厚
接触式膜厚計にて測定した。
(2) Film thickness It measured with the contact-type film thickness meter.

(3)プロトン伝導度
高分子電解質膜の試料を25℃において30%メタノール水溶液(重量比で試料量の1000倍以上)に撹拌しながら12時間浸漬し、その後20℃において純水(重量比で試料量の1000倍以上)に撹拌しながら24時間以上浸漬した後、25℃、相対湿度50〜80%の雰囲気中に取り出し、できるだけ素早く定電位交流インピーダンス法でプロトン伝導度を測定した。
(3) Proton conductivity A sample of the polymer electrolyte membrane was immersed in a 30% aqueous methanol solution (at least 1000 times the sample amount by weight) at 25 ° C. for 12 hours, and then pure water (by weight) at 20 ° C. The sample was immersed for 24 hours or longer with stirring in a sample amount of 1000 times or more) and then taken out into an atmosphere at 25 ° C. and a relative humidity of 50 to 80%, and the proton conductivity was measured by the constant potential alternating current impedance method as quickly as possible.

測定装置としては、Solartron社製電気化学測定システム(Solartron 1287 Electrochemical Interface 及びSolartron 1255B Frequency ResponseAnalyzer)を使用した。サンプルは、φ2mm及びφ10mmの2枚の円形電極(ステンレス製)間に加重1kgをかけて挟持した。有効電極面積は0.0314cmである。サンプルと電極の界面には、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸)の15%水溶液を塗布した。25℃において、交流振幅50mVの定電位インピーダンス測定を行い、膜厚方向のプロトン伝導度を求めた。またその値は、単位面積当たりのもので表した。 As a measuring apparatus, a Solartron electrochemical measurement system (Solartron 1287 Electrochemical Interface and Solartron 1255B Frequency Response Analyzer) was used. The sample was sandwiched between two circular electrodes (made of stainless steel) of φ2 mm and φ10 mm with a weight of 1 kg. The effective electrode area is 0.0314 cm 2 . A 15% aqueous solution of poly (2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid) was applied to the interface between the sample and the electrode. At 25 ° C., a constant potential impedance measurement with an AC amplitude of 50 mV was performed to determine proton conductivity in the film thickness direction. The value was expressed in terms of unit area.

(4)メタノール透過量(MCO)
高分子電解質膜の試料を25℃の純水に24時間浸漬した後、20℃において測定した。H型セル間に試料を挟み、一方のセルには純水(60mL)を入れ、他方のセルには30重量%メタノール水溶液(60mL)を入れた。セルの容量は各80mLであった。また、セル間の開口部面積は1.77cmであった。20℃において両方のセルを撹拌した。1時間、2時間及び3時間経過時点で純水中に溶出したメタノール量を島津製作所社製ガスクロマトグラフィ(GC−2010)で測定し定量した。グラフの傾きから単位時間あたりのメタノール透過量を求めた。
(4) Methanol permeation amount (MCO)
A sample of the polymer electrolyte membrane was immersed in pure water at 25 ° C. for 24 hours, and then measured at 20 ° C. A sample was sandwiched between the H-type cells, pure water (60 mL) was placed in one cell, and 30 wt% aqueous methanol solution (60 mL) was placed in the other cell. The cell capacity was 80 mL each. Moreover, the opening area between cells was 1.77 cm < 2 >. Both cells were stirred at 20 ° C. The amount of methanol eluted in pure water at the time of 1 hour, 2 hours and 3 hours was measured and quantified with a gas chromatography (GC-2010) manufactured by Shimadzu Corporation. The methanol permeation amount per unit time was determined from the slope of the graph.

(5)膜電極複合体及び高分子電解質型燃料電池の評価
膜電極複合体(MEA)をエレクトロケム社製セルにセットし、アノード側に30%メタノール水溶液、カソード側に空気を流してMEA評価を行った。評価はMEAに定電流を流し、その時の電圧を測定した。電流を順次増加させ電圧が10mV以下になるまで測定を行った。各測定点での電流と電圧の積が出力となるが、その最大値(MEAの単位面積あたり)を出力(mW/cm)とした。
(5) Evaluation of membrane electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell MEA evaluation was performed by setting the membrane electrode assembly (MEA) in a cell manufactured by Electrochem, and flowing 30% methanol aqueous solution on the anode side and air on the cathode side. Went. In the evaluation, a constant current was passed through the MEA, and the voltage at that time was measured. The measurement was performed until the current was increased successively until the voltage became 10 mV or less. The product of current and voltage at each measurement point is output, and the maximum value (per unit area of MEA) is defined as output (mW / cm 2 ).

エネルギー容量は、出力、MEAでのMCOを基に下記数式(数1)にて計算した。   The energy capacity was calculated by the following formula (Equation 1) based on the output and the MCO at the MEA.

Figure 2007039536
エネルギー容量:Wh
出力:最大出力密度(mW/cm
容積:燃料の容積(本実施例では10mLとして計算した。)
濃度:燃料のメタノール濃度(%)
MCO:MEAでのMCO(μmol・min−1・cm−2
電流密度:最大出力密度が得られるときの電流密度(mA/cm
Figure 2007039536
Energy capacity: Wh
Output: Maximum output density (mW / cm 2 )
Volume: Volume of fuel (calculated as 10 mL in this example)
Concentration: Fuel methanol concentration (%)
MCO: MCO at MEA (μmol · min −1 · cm −2 )
Current density: Current density when the maximum output density is obtained (mA / cm 2 )

前記MEAでのMCOは、カソードからの排出ガスを捕集管でサンプリングした。これを全有機炭素計TOC-VCSH(島津製作所社製測定器)、あるいはMeOH透過量測定装置Micro GC CP-4900(ジ−エルサイエンス社製ガスクロマトグラフ)を用い評価した。MCOは、サンプリングガス中のMeOHと二酸化炭素の合計を測定して算出した。   In the MCO in the MEA, exhaust gas from the cathode was sampled by a collecting tube. This was evaluated using a total organic carbon meter TOC-VCSH (a measuring instrument manufactured by Shimadzu Corporation) or a MeOH permeation measuring device Micro GC CP-4900 (a gas chromatograph manufactured by GL Sciences Inc.). The MCO was calculated by measuring the total of MeOH and carbon dioxide in the sampling gas.

(6)イオン性基を有するポリマーの製膜溶媒への溶解性の評価
試料ポリマーを、N−メチル−2−ピロリドンに20重量%溶液となるように溶解させ、この時の溶解状態を目視で観察し、下記の基準により評価した。
◎:容易に完全に溶解し、溶解状態は良好
○:完全に溶解し、溶解状態は良好
△:若干溶け残りが有り、溶解状態はやや不良
×:不溶分が多く、溶解状態は不良
(6) Evaluation of solubility of polymer having ionic group in film-forming solvent Sample polymer was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone so as to be a 20 wt% solution, and the dissolution state at this time was visually observed. Observed and evaluated according to the following criteria.
◎: Easily completely dissolved, dissolved state is good ○: Completely dissolved, dissolved state is good △: There is a little undissolved residue, dissolved state is slightly poor ×: Insoluble content is a lot, poor dissolved state

(7)高分子電解質膜の燃料への耐膨潤性の評価
高分子電解質膜を、60%メタノール水溶液に温度60℃、10時間浸漬し、目視で観察し、下記の基準により膨潤状態を評価した。
○:膨潤が小さく、耐膨潤性は良好
△:膨潤がやや大きく、耐膨潤性はやや不良
×:膨潤が大きく、耐膨潤性は不良
(7) Evaluation of swelling resistance of polymer electrolyte membrane to fuel The polymer electrolyte membrane was immersed in a 60% methanol aqueous solution at a temperature of 60 ° C. for 10 hours, visually observed, and the swelling state was evaluated according to the following criteria. .
○: Swelling is small and swelling resistance is good Δ: Swelling is slightly large and swelling resistance is slightly poor ×: Swelling is large and swelling resistance is poor

合成例1

Figure 2007039536
Synthesis example 1
Figure 2007039536

4,4’−ジフルオロベンゾフェノン109.1gを発煙硫酸(50%SO)150mL中、温度100℃で10h反応させた。その後、多量の水中に少しずつ投入し、NaOHで中和した後、食塩200gを加え合成物を沈殿させた。得られた沈殿を濾別し、エタノール水溶液で再結晶し、上記式(m1)で示される化合物を得た。 109.1 g of 4,4′-difluorobenzophenone was reacted in 150 mL of fuming sulfuric acid (50% SO 3 ) at a temperature of 100 ° C. for 10 hours. Thereafter, the mixture was poured little by little into a large amount of water, neutralized with NaOH, and 200 g of sodium chloride was added to precipitate the composite. The resulting precipitate was filtered off and recrystallized with an aqueous ethanol solution to obtain the compound represented by the above formula (m1).

合成例2

Figure 2007039536
Synthesis example 2
Figure 2007039536

4,4’−ジフルオロベンゾフェノンの代わりにビス(4−クロロフェニル)スルホンを使用する他は合成例1と同様にして上記式(m2)で示される化合物を得た。   A compound represented by the above formula (m2) was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that bis (4-chlorophenyl) sulfone was used in place of 4,4'-difluorobenzophenone.

合成例3

Figure 2007039536
Synthesis example 3
Figure 2007039536

不活性ガス下、500ml3口ナスフラスコにマグネシウム(7.0g)、ヨウ素(2片)にテトラヒドロフラン(225ml)を加え、室温で無色になるまで攪拌した。次に1−ブロモ−4−フルオロベンゼン(31.5ml)のテトラヒドロフラン(225ml)溶液を3.5時間かけて滴下し、滴下終了後5時間加熱還流した。   Under inert gas, magnesium (7.0 g) was added to a 500 ml three-necked eggplant flask, tetrahydrofuran (225 ml) was added to iodine (two pieces), and the mixture was stirred at room temperature until colorless. Next, a tetrahydrofuran (225 ml) solution of 1-bromo-4-fluorobenzene (31.5 ml) was added dropwise over 3.5 hours, and the mixture was heated to reflux for 5 hours after the completion of the addition.

次に2−ノルボルニルホスホン酸ジクロリド(22.7ml)のテトラヒドロフラン(25ml)溶液を2時間かけて滴下し、滴下終了後24時間加熱還流した。   Next, a solution of 2-norbornylphosphonic dichloride (22.7 ml) in tetrahydrofuran (25 ml) was added dropwise over 2 hours, and the mixture was heated to reflux for 24 hours after completion of the addition.

飽和塩化アンモニウム水溶液(300ml)で反応を停止し、有機層を分離して、水層を塩化メチレン(2×100ml)で抽出し、有機層とあわせて無水硫酸マグネシウムで乾燥した。   The reaction was stopped with a saturated aqueous ammonium chloride solution (300 ml), the organic layer was separated, the aqueous layer was extracted with methylene chloride (2 × 100 ml), and the organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate.

濾過後溶媒を留去し、エタノール−石油エーテルから再結晶を行い、上記式(m3)で示される化合物を得た(白色結晶)。   After filtration, the solvent was distilled off, and recrystallization was performed from ethanol-petroleum ether to obtain a compound represented by the above formula (m3) (white crystals).

合成例4

Figure 2007039536
Synthesis example 4
Figure 2007039536

2−ノルボルニルホスホン酸ジクロリド(22.7ml)の代わりに2−アダマンチルホスホン酸ジクロリド(27.0ml)を用いた他は合成例3と同様にして、上記式(m4)で示される化合物を得た。   In the same manner as in Synthesis Example 3 except that 2-adamantylphosphonic dichloride (27.0 ml) was used instead of 2-norbornylphosphonic dichloride (22.7 ml), the compound represented by the above formula (m4) was prepared. Obtained.

合成例5

Figure 2007039536
Synthesis example 5
Figure 2007039536

2−ノルボルニルホスホン酸ジクロリド(22.7ml)の代わりにイソプロピルホスホン酸ジクロリド(17.2ml)を用いた他は合成例3と同様にして、上記式(m5)で示される化合物を得た。   A compound represented by the above formula (m5) was obtained in the same manner as in Synthesis Example 3, except that isopropylphosphonic dichloride (17.2 ml) was used instead of 2-norbornylphosphonic dichloride (22.7 ml). .

合成例6

Figure 2007039536
Synthesis Example 6
Figure 2007039536

不活性ガス下、500 ml3口ナスフラスコにマグネシウム(1.95g)、ヨウ素(4mg)にTHF(65ml)を加え、室温で無色になるまで攪拌した。次に4−ブロモアニソール(10ml)を1時間かけて滴下し、滴下終了後7時間加熱還流した。   Under inert gas, magnesium (1.95 g) was added to a 500 ml three-neck eggplant flask, and THF (65 ml) was added to iodine (4 mg), followed by stirring at room temperature until colorless. Next, 4-bromoanisole (10 ml) was added dropwise over 1 hour, and after completion of the addition, the mixture was heated to reflux for 7 hours.

次に2−ノルボルニルホスホン酸ジクロリド(6.33ml)のTHF(10ml)溶液を1時間かけて滴下し、滴下終了後24時間加熱還流した。   Next, a solution of 2-norbornylphosphonic dichloride (6.33 ml) in THF (10 ml) was added dropwise over 1 hour, and after completion of the addition, the mixture was heated to reflux for 24 hours.

飽和塩化アンモニウム水溶液(250ml)で反応を停止し、有機層を分離して、水層を塩化メチレン(2×100ml)で抽出し、有機層とあわせて無水硫酸マグネシウムで乾燥した。
濾過後溶媒を留去し、石油エーテルから再結晶を行い、ビス(4−メトキシフェニル)−2−ノルボルニルホスフィンオキシドを得た(白色結晶)。
The reaction was stopped with a saturated aqueous ammonium chloride solution (250 ml), the organic layer was separated, the aqueous layer was extracted with methylene chloride (2 × 100 ml), and the organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate.
After filtration, the solvent was distilled off, and recrystallization was performed from petroleum ether to obtain bis (4-methoxyphenyl) -2-norbornylphosphine oxide (white crystals).

次に、塩化カルシウム管を備えた200ml3口ナスフラスコに臭化水素酸(40ml)、酢酸(40ml)、ビス(4−メトキシフェニル)−2−ノルボルニルホスフィンオキシド(10.13g)を入れ、125℃で60時間加熱還流した。   Next, hydrobromic acid (40 ml), acetic acid (40 ml), bis (4-methoxyphenyl) -2-norbornylphosphine oxide (10.13 g) were placed in a 200 ml three-necked eggplant flask equipped with a calcium chloride tube. The mixture was heated to reflux at 125 ° C. for 60 hours.

室温に冷却後、蒸留水(300ml)をゆっくり滴下し、1時間攪拌した。析出した結晶を濾別し、エタノールで溶解させ活性炭を加え、吸引濾過した。溶媒を留去し、トルエンから再結晶を行い上記式(m6)で示される化合物を得た(淡赤色結晶)。   After cooling to room temperature, distilled water (300 ml) was slowly added dropwise and stirred for 1 hour. The precipitated crystals were separated by filtration, dissolved in ethanol, activated carbon was added, and suction filtration was performed. The solvent was distilled off, and recrystallization from toluene was performed to obtain the compound represented by the above formula (m6) (pale red crystals).

比較例1
市販の“ナフィオン”117膜(デュポン社製、商標名)を用い、プロトン伝導度及びメタノール透過量を評価した。ナフィオン117膜は、100℃の5%過酸化水素水中にて30分、続いて100℃の5%希硫酸中にて30分浸漬した後、100℃の脱イオン水でよく洗浄した。メタノール透過量(MCO)は5.9μmol・min−1・cm−2、プロトン伝導度は5.7S・cm−2であった。
Comparative Example 1
A commercially available “Nafion” 117 membrane (trade name, manufactured by DuPont) was used to evaluate proton conductivity and methanol permeation. The Nafion 117 membrane was immersed in 5% hydrogen peroxide water at 100 ° C. for 30 minutes and then in 5% dilute sulfuric acid at 100 ° C. for 30 minutes, and then thoroughly washed with deionized water at 100 ° C. The methanol permeation amount (MCO) was 5.9 μmol · min −1 · cm −2 , and the proton conductivity was 5.7 S · cm −2 .

実施例1
炭酸カリウム6.9g、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン14.0g、合成例1で得た式(m1)の化合物6.8g及び合成例3で得た式(m3)の化合物8.0gを用いて、N−メチルピロリドン(NMP)中、190℃で重合を行った。この間、適宜トルエンを加えて共沸法により重合系から水を除去した。多量の水で再沈することで精製を行い、イオン性基を有するポリマーを得た。得られたポリマーの重量平均分子量は19万であった。
Example 1
6.9 g of potassium carbonate, 14.0 g of bis (4-hydroxyphenyl) diphenylmethane, 6.8 g of the compound of the formula (m1) obtained in Synthesis Example 1 and 8.0 g of the compound of the formula (m3) obtained in Synthesis Example 3 The polymerization was carried out at 190 ° C. in N-methylpyrrolidone (NMP). During this time, toluene was added as appropriate and water was removed from the polymerization system by an azeotropic method. Purification was performed by reprecipitation with a large amount of water to obtain a polymer having an ionic group. The weight average molecular weight of the obtained polymer was 190,000.

得られたポリマーを、N−メチル−2−ピロリドン溶液(20重量%)とした。この時の溶解状態を上記の方法により目視で評価した。   The obtained polymer was used as an N-methyl-2-pyrrolidone solution (20% by weight). The dissolution state at this time was visually evaluated by the above method.

その後、当該溶液をガラス基板上に流延塗布し、100℃にて4時間乾燥して溶媒を除去した。さらに、窒素ガス雰囲気下、200〜300℃まで1時間かけて昇温し、300℃で10分間加熱する条件で熱処理した後、放冷した。1N塩酸に3日間以上浸漬してプロトン置換した後に、大過剰量の純水に3日間以上浸漬して充分洗浄し、高分子電解質膜を得た。   Thereafter, the solution was cast on a glass substrate and dried at 100 ° C. for 4 hours to remove the solvent. Furthermore, it heated up on 200-300 degreeC over 1 hour in nitrogen gas atmosphere, and heat-processed on the conditions heated at 300 degreeC for 10 minutes, Then, it stood to cool. After immersing in 1N hydrochloric acid for 3 days or more to perform proton substitution, the polymer electrolyte membrane was obtained by immersing in a large excess amount of pure water for 3 days or more and thoroughly washing.

得られた高分子電解質膜のプロトン伝導性及びメタノール透過量(MCO)を上記の方法により評価した。プロトン伝導性はS・cm−2で表される数値を、MCOはμmol・min−1・cm−2で表される数値を求めて、それぞれを比較例1の値との比(Nafion比)で表した。さらにプロトン伝導性とMCOのバランスを評価する値としてMCO(Nafion比)をプロトン伝導性(Nafion比)で除した値、すなわち「MCO/プロトン伝導性」を求めた。この値が小さいほどプロトン伝導性とMCOのバランスに優れる。 The proton conductivity and methanol permeation amount (MCO) of the obtained polymer electrolyte membrane were evaluated by the above methods. Proton conductivity is a numerical value represented by S · cm −2 , MCO is a numerical value represented by μmol · min −1 · cm −2 , and each is a ratio (Nafion ratio) to the value of Comparative Example 1 Expressed in Further, as a value for evaluating the balance between proton conductivity and MCO, a value obtained by dividing MCO (Nafion ratio) by proton conductivity (Nafion ratio), that is, “MCO / proton conductivity” was obtained. The smaller this value, the better the balance between proton conductivity and MCO.

また、該高分子電解質膜の60%メタノール水溶液に対する耐膨潤性を上記の方法により評価した。   The swelling resistance of the polymer electrolyte membrane with respect to a 60% aqueous methanol solution was evaluated by the above method.

これらの評価結果を表1に示した。   The evaluation results are shown in Table 1.

Figure 2007039536
Figure 2007039536

実施例2
ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタンの代りに9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレンを用いたこと以外は実施例1と同様にして、イオン性基を有するポリマーを得た。得られたポリマーの重量平均分子量は21万であった。
Example 2
A polymer having an ionic group was obtained in the same manner as in Example 1 except that 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene was used instead of bis (4-hydroxyphenyl) diphenylmethane. The weight average molecular weight of the obtained polymer was 210,000.

得られたポリマーを実施例1と同様にN−メチル−2−ピロリドン溶液(20重量%)とした。この時の溶解状態を目視で評価し、続いて実施例1と同様に製膜し、高分子電解質膜を得た。得られた高分子電解質膜を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示した。   The obtained polymer was made into an N-methyl-2-pyrrolidone solution (20% by weight) in the same manner as in Example 1. The dissolution state at this time was visually evaluated, and then a film was formed in the same manner as in Example 1 to obtain a polymer electrolyte membrane. The obtained polymer electrolyte membrane was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

比較例2

Figure 2007039536
Comparative Example 2
Figure 2007039536

ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタンの代りに9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレンを用い、合成例3で得た式(m3)の化合物8.0gの代わりに上記式(n1)の化合物7.5gを用いたこと以外は実施例1と同様にして、イオン性基を有するポリマーを得た。得られたポリマーの重量平均分子量は20万であった。   9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene was used in place of bis (4-hydroxyphenyl) diphenylmethane, and instead of 8.0 g of the compound of formula (m3) obtained in Synthesis Example 3, the above formula (n1) A polymer having an ionic group was obtained in the same manner as in Example 1 except that 7.5 g of the compound was used. The weight average molecular weight of the obtained polymer was 200,000.

得られたポリマーを実施例1と同様にN−メチル−2−ピロリドン溶液(20重量%)とした。この時の溶解状態を目視で評価し、続いて実施例1と同様に製膜し、高分子電解質膜を得た。得られた高分子電解質膜を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示した。   The obtained polymer was made into an N-methyl-2-pyrrolidone solution (20% by weight) in the same manner as in Example 1. The dissolution state at this time was visually evaluated, and then a film was formed in the same manner as in Example 1 to obtain a polymer electrolyte membrane. The obtained polymer electrolyte membrane was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

比較例2により得られたポリマーは溶解性に劣り、また高分子電解質膜はプロトン伝導性とMCOのバランスに劣っていた。   The polymer obtained in Comparative Example 2 was inferior in solubility, and the polymer electrolyte membrane was inferior in the balance between proton conductivity and MCO.

比較例3

Figure 2007039536
Comparative Example 3
Figure 2007039536

ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタンの代りに9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレンを用い、合成例3で得た式(m3)の化合物8.0gの代わりに上記式(n2)の化合物6.1gを用いたこと以外は実施例1と同様にして、イオン性基を有するポリマーを得た。得られたポリマーの重量平均分子量は20万であった。   Instead of bis (4-hydroxyphenyl) diphenylmethane, 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene was used, and instead of 8.0 g of the compound of formula (m3) obtained in Synthesis Example 3, the above formula (n2) A polymer having an ionic group was obtained in the same manner as in Example 1 except that 6.1 g of the compound was used. The weight average molecular weight of the obtained polymer was 200,000.

得られたポリマーを実施例1と同様にN−メチル−2−ピロリドン溶液(20重量%)とした。この時の溶解状態を目視で評価し、続いて実施例1と同様に製膜し、高分子電解質膜を得た。得られた高分子電解質膜を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示した。   The obtained polymer was made into an N-methyl-2-pyrrolidone solution (20% by weight) in the same manner as in Example 1. The dissolution state at this time was visually evaluated, and then a film was formed in the same manner as in Example 1 to obtain a polymer electrolyte membrane. The obtained polymer electrolyte membrane was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

比較例2により得られたポリマーは溶解性に劣り、また高分子電解質膜は、プロトン伝導性とMCOのバランス及び耐膨潤性に劣っていた。   The polymer obtained in Comparative Example 2 was inferior in solubility, and the polymer electrolyte membrane was inferior in proton conductivity and MCO balance and swelling resistance.

実施例3
ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン14.0gの代りにフェノールフタレイン12.7gを用い、合成例1で得た式(m1)の化合物6.8gの代わりに合成例2で得た式(m2)の化合物7.9gを用い、合成例3で得た式(m3)の化合物を8.9g用いたこと以外は実施例1と同様にして、イオン性基を有するポリマーを得た。得られたポリマーの重量平均分子量は24万であった。
Example 3
In place of 14.0 g of bis (4-hydroxyphenyl) diphenylmethane, 12.7 g of phenolphthalein was used, and instead of 6.8 g of the compound of formula (m1) obtained in Synthesis Example 1, the formula (m2 ), And a polymer having an ionic group was obtained in the same manner as in Example 1 except that 8.9 g of the compound of formula (m3) obtained in Synthesis Example 3 was used. The weight average molecular weight of the obtained polymer was 240,000.

得られたポリマーを実施例1と同様にN−メチル−2−ピロリドン溶液(20重量%)とした。この時の溶解状態を目視で評価し、続いて実施例1と同様に製膜し、高分子電解質膜を得た。得られた高分子電解質膜を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示した。   The obtained polymer was made into an N-methyl-2-pyrrolidone solution (20% by weight) in the same manner as in Example 1. The dissolution state at this time was visually evaluated, and then a film was formed in the same manner as in Example 1 to obtain a polymer electrolyte membrane. The obtained polymer electrolyte membrane was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

実施例4
ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン14.0gの代りに、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン7.0g及び4,4’−ジヒドロキシビフェニル3.7gを用い、合成例3で得た式(m3)の化合物8.0gの代わりに合成例5で得た式(m5)の化合物6.7gを用いたこと以外は実施例1と同様にして、イオン性基を有するポリマーを得た。得られたポリマーの重量平均分子量は23万であった。
Example 4
In place of 14.0 g of bis (4-hydroxyphenyl) diphenylmethane, 7.0 g of bis (4-hydroxyphenyl) diphenylmethane and 3.7 g of 4,4′-dihydroxybiphenyl were used, and the formula (m3) obtained in Synthesis Example 3 was used. A polymer having an ionic group was obtained in the same manner as in Example 1 except that 6.7 g of the compound of the formula (m5) obtained in Synthesis Example 5 was used instead of 8.0 g of the above compound. The weight average molecular weight of the obtained polymer was 230,000.

得られたポリマーを実施例1と同様にN−メチル−2−ピロリドン溶液(20重量%)とした。この時の溶解状態を目視で評価し、続いて実施例1と同様に製膜し、高分子電解質膜を得た。得られた高分子電解質膜を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示した。   The obtained polymer was made into an N-methyl-2-pyrrolidone solution (20% by weight) in the same manner as in Example 1. The dissolution state at this time was visually evaluated, and then a film was formed in the same manner as in Example 1 to obtain a polymer electrolyte membrane. The obtained polymer electrolyte membrane was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

実施例5
ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン14.0gの代りに、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン7.0g及び合成例6で得た式(m6)の化合物6.6gを用い、合成例3で得た式(m3)の化合物8.0gの代わりに4,4’−ジフルオロベンゾフェノン5.3gを用いたこと以外は実施例1と同様にして、イオン性基を有するポリマーを得た。得られたポリマーの重量平均分子量は25万であった。
Example 5
Obtained in Synthesis Example 3 by using 7.0 g of bis (4-hydroxyphenyl) diphenylmethane and 6.6 g of the compound of the formula (m6) obtained in Synthesis Example 6 instead of 14.0 g of bis (4-hydroxyphenyl) diphenylmethane. A polymer having an ionic group was obtained in the same manner as in Example 1 except that 5.3 g of 4,4′-difluorobenzophenone was used instead of 8.0 g of the compound of the formula (m3). The weight average molecular weight of the obtained polymer was 250,000.

得られたポリマーを実施例1と同様にN−メチル−2−ピロリドン溶液(20重量%)とした。この時の溶解状態を目視で評価し、続いて実施例1と同様に製膜し、高分子電解質膜を得た。得られた高分子電解質膜を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示した。   The obtained polymer was made into an N-methyl-2-pyrrolidone solution (20% by weight) in the same manner as in Example 1. The dissolution state at this time was visually evaluated, and then a film was formed in the same manner as in Example 1 to obtain a polymer electrolyte membrane. The obtained polymer electrolyte membrane was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

実施例6
(1)膜電極複合体(MEA)の作製
炭素繊維クロス基材に20%ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)懸濁液を用いて撥水処理を施し、焼成して電極基材を2枚作製した。
Example 6
(1) Production of membrane electrode assembly (MEA) A carbon fiber cloth substrate was subjected to a water-repellent treatment using a 20% polytetrafluoroethylene (PTFE) suspension and baked to produce two electrode substrates. .

1枚の電極基材上に、Pt−Ru担持カーボンと実施例1で得た高分子電解質材料のN−メチル−2−ピロリドン溶液とからなるアノード電極触媒塗液を塗工し、乾燥して、アノード電極を作製した。   On one electrode substrate, an anode electrode catalyst coating solution composed of Pt—Ru-supported carbon and an N-methyl-2-pyrrolidone solution of the polymer electrolyte material obtained in Example 1 was applied and dried. An anode electrode was prepared.

また、もう1枚の電極基材上に、Pt担持カーボンと“ナフィオン”溶液とからなるカソード電極触媒塗液を塗工し、乾燥して、カソード電極を作製した。   On the other electrode substrate, a cathode electrode catalyst coating solution comprising Pt-supported carbon and a “Nafion” solution was applied and dried to prepare a cathode electrode.

実施例1で得られた高分子電解質膜を、アノード電極とカソード電極とで夾持し、加熱プレスすることでMEAを作製した。
(2)高分子電解質型燃料電池の作製
前記(1)で得られたMEAをエレクトロケム社製セルに挟みアノード側に30重量%メタノール水溶液、カソード側に空気を流して高分子電解質型燃料電池とした。
The polymer electrolyte membrane obtained in Example 1 was held between an anode electrode and a cathode electrode, and heated and pressed to produce an MEA.
(2) Production of polymer electrolyte fuel cell The MEA obtained in (1) above is sandwiched between cells manufactured by Electrochem, and a 30 wt% aqueous methanol solution is flown on the anode side and air is flowed on the cathode side. It was.

本実施例の高分子電解質膜を使用した高分子電解質型燃料電池は、温度20℃において出力は24mW/cmを示した。またエネルギー容量は2.5Whであった。 The polymer electrolyte fuel cell using the polymer electrolyte membrane of this example showed an output of 24 mW / cm 2 at a temperature of 20 ° C. The energy capacity was 2.5 Wh.

実施例7
膜電極複合体と高分子電解質型燃料電池の作製は、アノード電極触媒塗液の調製において、実施例1で得た高分子電解質材料のN−メチル−2−ピロリドン溶液の代りに“ナフィオン”溶液を用いる他は実施例6と同様にして行った。出力は25mW/cm、エネルギー容量は2.6Whであった。
Example 7
The membrane electrode composite and the polymer electrolyte fuel cell were prepared by preparing a “Nafion” solution instead of the N-methyl-2-pyrrolidone solution of the polymer electrolyte material obtained in Example 1 in the preparation of the anode electrode catalyst coating solution. The same procedure as in Example 6 was performed except that. The output was 25 mW / cm 2 and the energy capacity was 2.6 Wh.

比較例4
高分子電解質膜として“ナフィオン”117膜を用い、膜電極複合体と高分子電解質型燃料電池の作製は実施例6と同様にして行った。出力は7mW/cmを示し低い値であった。エネルギー容量も0.6Whであり低い値であった。
Comparative Example 4
A “Nafion” 117 membrane was used as the polymer electrolyte membrane, and a membrane electrode assembly and a polymer electrolyte fuel cell were produced in the same manner as in Example 6. The output was 7 mW / cm 2 and was a low value. The energy capacity was 0.6 Wh, which was a low value.

本発明のイオン性基を有するポリマー、高分子電解質材料あるいは高分子電解質部品は、種々の用途に適用可能である。例えば、濾過用途、濃縮用途、イオン交換樹脂用途、各種構造材用途、コーティング材用途、高分子アクチュエーター用途、体外循環カラム、人工皮膚などの医療用途、電気化学用途に適用可能である。また例えば、電気化学用途としては、燃料電池、レドックスフロー電池、水電解装置及びクロロアルカリ電解装置等が挙げられ、中でも燃料電池がとりわけ好ましく、例えば、メタノールなどを燃料とする直接型燃料電池に用いられる。   The polymer having an ionic group, the polymer electrolyte material or the polymer electrolyte component of the present invention can be applied to various applications. For example, it can be applied to filtration applications, concentration applications, ion exchange resin applications, various structural material applications, coating material applications, polymer actuator applications, extracorporeal circulation columns, medical applications such as artificial skin, and electrochemical applications. Examples of electrochemical applications include fuel cells, redox flow batteries, water electrolyzers, and chloroalkali electrolyzers. Of these, fuel cells are particularly preferred. For example, direct fuel cells using methanol or the like as fuel are used. It is done.

本発明の高分子電解質型燃料電池の用途としては、移動体の電力供給源が好ましいものである。特に、携帯電話、パソコン、PDA(Portable Digital Assistance)、無線ID読取機(RFIDリーダー)、ビデオカメラ(カムコーダー)、デジタルカメラなどの携帯機器小売業、飲食店、運送業、輸送業等で利用される各種業務用ハンディーターミナル、電動シェーバー、掃除機等の家電、電動工具、乗用車、バス及びトラックなどの自動車、二輪車、電動アシスト付自転車、電動カート、電動車椅子や船舶及び鉄道などの移動体の電力供給源として好ましく用いられる。   As a use of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, a power supply source of a moving body is preferable. In particular, it is used in mobile device retailing, restaurants, transportation, transportation, etc. such as mobile phones, personal computers, PDAs (Portable Digital Assistance), wireless ID readers (RFID readers), video cameras (camcorders), and digital cameras. Electric power for mobile devices such as various handy terminals, electric shavers, vacuum cleaners, etc. It is preferably used as a supply source.

Claims (13)

イオン性基及び下記式(A1)の基を含有するイオン性基を有するポリマー。
Figure 2007039536
(式中、Tは2級アルキル基又は3級アルキル基を表す。)
A polymer having an ionic group containing an ionic group and a group of the following formula (A1).
Figure 2007039536
(In the formula, T 1 represents a secondary alkyl group or a tertiary alkyl group.)
前記式(A1)においてTが環状アルキル基である請求項1に記載のイオン性基を有するポリマー。 The polymer having an ionic group according to claim 1, wherein T 1 in the formula (A1) is a cyclic alkyl group. 下記式(P1)の繰り返し単位を含む骨格を有する請求項1又は2に記載のイオン性基を有するポリマー。
−Y11−Z11−Y21−Z21− (P1)
(式中、Y11及びY21は、それぞれO又はSを表す。Z11及びZ21の少なくとも1つは前記式(A1)で表される基を表し、かつZ11は、置換されていてよい芳香環を含む2価の基を表し、Z21は、電子吸引性基を有する芳香環を含む2価の基を表す。)
The polymer having an ionic group according to claim 1 or 2, which has a skeleton containing a repeating unit of the following formula (P1).
-Y 11 -Z 11 -Y 21 -Z 21 - (P1)
(Wherein Y 11 and Y 21 each represent O or S. At least one of Z 11 and Z 21 represents a group represented by the formula (A1), and Z 11 is substituted. A divalent group containing a good aromatic ring is represented, and Z 21 represents a divalent group containing an aromatic ring having an electron-withdrawing group.
前記式(P1)におけるZ11が、下記式(B1)〜(B3)のいずれかである請求項3に記載のイオン性基を有するポリマー。
Figure 2007039536
(式中、Qは、直接結合、メチレン基、カルボニル基、O又はSを表し、Qは、H、メチル基又はフェニル基を表し、Qは、カルボニル基又はスルホニル基を表し、Qは、O、S又はN−Rで表される置換基を表し、かつRはH、アルキル基又はアリール基を表す。)
The polymer having an ionic group according to claim 3, wherein Z 11 in the formula (P1) is any one of the following formulas (B1) to (B3).
Figure 2007039536
(Wherein Q 1 represents a direct bond, a methylene group, a carbonyl group, O or S, Q 2 represents H, a methyl group or a phenyl group, Q 3 represents a carbonyl group or a sulfonyl group, Q 4 represents a substituent represented by O, S or N—R 1 , and R 1 represents H, an alkyl group or an aryl group.
前記式(B1)においてQが、直接結合であり、前記式(B2)においてQが、フェニル基であり、前記式(B3)においてQが、カルボニル基であり、Qが、O又はN−Rで表される置換基である請求項4に記載のイオン性基を有するポリマー。 In Formula (B1), Q 1 is a direct bond; in Formula (B2), Q 2 is a phenyl group; in Formula (B3), Q 3 is a carbonyl group; and Q 4 is O Alternatively, the polymer having an ionic group according to claim 4, which is a substituent represented by N—R 1 . さらに、下記式(P2)の繰り返し単位を含む骨格を有する請求項3〜5のいずれかに記載のイオン性基を有するポリマー。
−Y12−Z12−Y22−Z22− (P2)
[式中、Y12及びY22はそれぞれO又はSを表す。Z12は置換されていてよい芳香環を含む2価の基を表し、Z22は下記式(C1)で表される基を表す。
Figure 2007039536
(式中、Qは、カルボニル基又はスルホニル基を表し、Xは、H又は任意のカチオンを表す。)]
Furthermore, the polymer which has an ionic group in any one of Claims 3-5 which has the frame | skeleton containing the repeating unit of a following formula (P2).
-Y 12 -Z 12 -Y 22 -Z 22 - (P2)
[Wherein Y 12 and Y 22 each represent O or S. Z 12 represents a divalent group containing an optionally substituted aromatic ring, and Z 22 represents a group represented by the following formula (C1).
Figure 2007039536
(In the formula, Q 5 represents a carbonyl group or a sulfonyl group, and X represents H or an arbitrary cation.)]
前記イオン性基が、スルホン酸基又はスルホンイミド基である請求項1〜6のいずれかに記載のイオン性基を有するポリマー。   The polymer having an ionic group according to any one of claims 1 to 6, wherein the ionic group is a sulfonic acid group or a sulfonimide group. 前記イオン性基が、スルホン酸基である請求項7に記載のイオン性基を有するポリマー。   The polymer having an ionic group according to claim 7, wherein the ionic group is a sulfonic acid group. 請求項1〜8のいずれかに記載のイオン性基を有するポリマーからなる高分子電解質材料。   The polymer electrolyte material which consists of a polymer which has an ionic group in any one of Claims 1-8. 請求項9に記載の高分子電解質材料を用いて構成された高分子電解質部品。   A polymer electrolyte component comprising the polymer electrolyte material according to claim 9. 請求項10に記載の高分子電解質部品を用いて構成された膜電極複合体。   The membrane electrode assembly comprised using the polymer electrolyte component of Claim 10. 請求項11に記載の膜電極複合体を用いて構成された高分子電解質型燃料電池。   A polymer electrolyte fuel cell comprising the membrane electrode assembly according to claim 11. 炭素数1〜6の有機化合物及び該有機化合物と水との混合物から選ばれた少なくとも1種を燃料に用いる直接型燃料電池である請求項12に記載の高分子電解質型燃料電池。
The polymer electrolyte fuel cell according to claim 12, wherein the polymer electrolyte fuel cell is a direct fuel cell using at least one selected from an organic compound having 1 to 6 carbon atoms and a mixture of the organic compound and water as a fuel.
JP2005224528A 2005-08-02 2005-08-02 Ionic group-containing polymer Pending JP2007039536A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005224528A JP2007039536A (en) 2005-08-02 2005-08-02 Ionic group-containing polymer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005224528A JP2007039536A (en) 2005-08-02 2005-08-02 Ionic group-containing polymer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007039536A true JP2007039536A (en) 2007-02-15

Family

ID=37797826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005224528A Pending JP2007039536A (en) 2005-08-02 2005-08-02 Ionic group-containing polymer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007039536A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008149815A1 (en) * 2007-06-04 2008-12-11 Kuraray Co., Ltd. Polymer electrolyte, polymer electrolyte membrane, membrane-electrode assembly, and solid polymer fuel cell
JP2018101469A (en) * 2016-12-19 2018-06-28 東レ株式会社 Polymer electrolyte material and electrolyte membrane with catalyst layer

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008149815A1 (en) * 2007-06-04 2008-12-11 Kuraray Co., Ltd. Polymer electrolyte, polymer electrolyte membrane, membrane-electrode assembly, and solid polymer fuel cell
JP5276442B2 (en) * 2007-06-04 2013-08-28 株式会社クラレ Polymer electrolyte, polymer electrolyte membrane, membrane-electrode assembly, and solid polymer fuel cell
JP2018101469A (en) * 2016-12-19 2018-06-28 東レ株式会社 Polymer electrolyte material and electrolyte membrane with catalyst layer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101341274B1 (en) Process for producing polymer electrolyte molded product, polymer electrolyte material, polymer electrolyte membrane, and solid polymer electrolyte fuel cell
JP5250935B2 (en) POLYMER ELECTROLYTE MATERIAL, POLYMER ELECTROLYTE PARTS, MEMBRANE ELECTRODE COMPOSITE AND POLYMER ELECTROLYTE TYPE FUEL CELL USING SAME
JP5915600B2 (en) POLYMER ELECTROLYTE MOLDED BODY, POLYMER ELECTROLYTE PARTS, MEMBRANE ELECTRODE COMPOSITE AND POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL
JP2006253124A (en) Electrolyte film support, method for treating polymer electrolyte composite film using the same, polymer electrolyte composite film having treated thereby, and fuel cell using same
JP5261877B2 (en) Method for producing polymer electrolyte molded body
JP5369365B2 (en) POLYMER ELECTROLYTE MATERIAL AND POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE, AND POLYELECTROLYTE COMPONENT, POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE, MEMBRANE ELECTRODE COMPOSITION AND POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL USING SAME
JP5233065B2 (en) Polymer having ionic group, polymer electrolyte material, polymer electrolyte component, membrane electrode composite, and polymer electrolyte fuel cell
JP2005126721A (en) End sulfonic group-containing polymer, and polyelectrolyte and fuel cell using the same
JP5309822B2 (en) Aromatic sulfonic acid derivative, sulfonated polymer, polymer electrolyte material and polymer electrolyte fuel cell using the same
JP2010238373A (en) Polymer electrolyte membrane, its manufacturing method, and membrane electrode assembly as well as solid polymer fuel cell using the same
JP5549970B2 (en) Aromatic polyelectrolytes having superacid groups and their use
JP2007039536A (en) Ionic group-containing polymer
JP5315877B2 (en) Polymer electrolyte material and polymer electrolyte fuel cell using the same
JP4992184B2 (en) Polymer having ionic group, polymer electrolyte material, polymer electrolyte component, membrane electrode composite, and polymer electrolyte fuel cell
JP4742664B2 (en) Polymer having ionic group, polymer electrolyte material, and polymer electrolyte fuel cell
JP2006131745A (en) Polymer having ionic group, polyelectrolyte material, polyelectrolyte part, membrane-electrode composite and polyelectrolyte type fuel cell
KR102463011B1 (en) Polymer electrolyte membrane for fuel cell, membrane-electrode assembly for fuel cell including same, and fuel cell including same
JP5655878B2 (en) Polymer electrolyte membrane, membrane electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell
JP5261934B2 (en) Electrode electrolyte for polymer fuel cell and use thereof
JP2008166050A (en) Polymer electrolyte membrane/catalyst assembly and its manufacturing method, as well as fuel cell
JP5549712B2 (en) Polymer electrolyte material, polymer electrolyte component, membrane electrode composite, and polymer electrolyte fuel cell
JP2006335911A (en) Ionic group-containing block copolymer
JP2005251409A (en) Solid polymer electrolyte, membrane using it, electrolyte/catalyst electrode assembly, membrane/electrode assembly and fuel cell