JP2010257803A - 電解質膜 - Google Patents
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Abstract
本発明は、隣接するドメイン間のイオン伝導性能を向上させることで、高いイオン伝導性を維持しながら、複合化した無機物の特徴である膜強度、ガスバリア性を向上させることが可能な電解質膜を提供することである。
【解決手段】
本発明にかかる電解質膜は、イオン伝導性成分及び非イオン伝導性成分からなるブロックコポリマーと、イオン伝導性無機物とを含む電解質膜であり、前記イオン伝導性無機物が、前記ブロックコポリマーが形成するグレイン構造の境界に局在化することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
前記した本発明に係る電解質膜の両面に、2つの触媒層を配置することにより、本発明の一形態である膜電極接合体を作製することができる。本発明に係る燃料電池は前記膜電極接合体と膜電極接合体を挟んで存在する2つのガス拡散層を有することを特徴とする。
ブロックコポリマーとして、PS−PEEP−PSトリブロックコポリマー(組成比:PS/PEEP=30/70)を用いた。分子量をGPC(Gel Permeation Chromatography)により確認した結果、Mn=64,600、Mw/Mn=1.06であった。
月布産モンモリロナイト5gを1Nの塩酸500ml中で24時間攪拌した。反応後、10000rpmで15分間遠心分離を行い、上澄み液を除去後、再び水中に分散させた。遠心分離による再沈殿と水による洗浄を2回繰り返すことで、層間のナトリウムイオンをプロトンで置換したH−モンモリロナイトを作製した。
合成サポナイト5gを1Nの塩酸500ml中で24時間攪拌した。反応後、10000rpmで15分間遠心分離を行い、上澄み液を除去後、再び水中に分散させた。遠心分離による再沈殿と水による洗浄を2回繰り返すことで、層間のナトリウムイオンをプロトンで置換したH−サポナイトを作製した。
水1.8ml、35%塩酸100μL、エタノール10mlの混合溶液中にメルカプトプロピルトリメトキシシラン2mlを徐々に滴下し、50℃で1時間攪拌した。得られた溶液は、H−モンモリロナイト10gをエタノール60ml中に分散させた溶液と混合し、70度で13時間攪拌した。合成したメルカプト基を有するモンモリロナイト10gをエタノール40mlと過酸化水素10mlの混合溶液中、70℃で2時間攪拌することにより、メルカプト基をスルホン酸基に置換し、スルホン化モンモリロナイトを得た。
合成例1で得たスルホン化PS−PEEP−PSトリブロックコポリマーをTHFに溶解し5重量%の溶液を得た。続いて、合成例2で得たH−モンモリロナイトをメタノール中に分散させ2.5重量%の分散液を得た。得られたH−モンモリロナイトのメタノール分散液は、超音波洗浄機を用いさらに十分に分散させた。スルホン化PS−PEEP−PSトリブロックコポリマーのTHF溶液とH−モンモリロナイトのメタノール分散液を4:1の混合比で混合した。そして、スルホン化PS−PEEP−PSトリブロックコポリマー90重量%とH−モンモリロナイト10重量%とからなる混合液を得た。続いて、混合液を窒素雰囲気下中において溶媒キャスト法により製膜した。製膜後のフィルムの膜厚は40μmであった。
合成例1で得たスルホン化PS−PEEP−PSトリブロックコポリマーをTHFに溶解し5重量%の溶液を得た。続いて,合成例3で得たH−サポナイトをメタノール中に分散させ2.5重量%の分散液を得た。得られたH−サポナイトのメタノール分散液は、超音波洗浄機を用いさらに十分に分散させた。スルホン化PS−PEEP−PSトリブロックコポリマーのTHF溶液とH−サポナイトのメタノール分散液を4:1の混合比で混合した。そして、スルホン化PS−PEEP−PSトリブロックコポリマー90重量%とH−サポナイト10重量%からなる混合液を得た。続いて、混合液を窒素雰囲気下中において溶媒キャスト法により製膜した。製膜後のフィルムの膜厚は40μmであった。
合成例1で得たスルホン化PS−PEEP−PSトリブロックコポリマーをTHFに溶解し5重量%の溶液を得た。続いて、合成例3で得たスルホン化モンモリロナイトをメタノール中に分散させ2.5重量%の分散液を得た。得られたスルホン化モンモリロナイトのメタノール分散液は、超音波洗浄機を用いさらに十分に分散させた。スルホン化PS−PEEP−PSトリブロックコポリマーのTHF溶液とスルホン化モンモリロナイトのメタノール分散液を4:1の混合比で混合した。そして、スルホン化PS−PEEP−PSトリブロックコポリマー90重量%とスルホン化モンモリロナイト10重量%からなる混合液を得た。続いて、混合液を窒素雰囲気下中において溶媒キャスト法により製膜した。製膜後のフィルムの膜厚は40μmであった。
合成例1で得たスルホン化PS−PEEP−PSトリブロックコポリマーをTHFとメタノールを4:1の割合で混合した混合溶媒に溶解し5重量%の溶液を準備し、窒素雰囲気下中において溶媒キャスト法により製膜した。製膜後のフィルムの膜厚は40μmであった。
Nafion5重量%溶液(登録商標、デュポン社製)を準備し、混合液を窒素雰囲気下中において溶媒キャスト法により製膜した。製膜後のフィルムの膜厚は40μmであった。
Nafion5重量%溶液(登録商標、デュポン社製)を準備した。続いて,合成例2で得たH−モンモリロナイトを水中に分散させ2.5重量%の分散液を得た。得られたH−モンモリロナイトの分散液は、超音波洗浄機を用いさらに十分に分散させた。Nafion溶液とH−モンモリロナイトの分散液を4:1の混合比で混合し、Nafion90重量%とH−モンモリロナイト10重量%からなる混合液を得た。続いて、混合液を窒素雰囲気下中において溶媒キャスト法により製膜した。製膜後のフィルムの膜厚は40μmであった。
Nafion5重量%溶液(登録商標、デュポン社製)を準備した。続いて,合成例4で得たスルホン化モンモリロナイトを水中に分散させ2.5重量%の分散液を得た。得られたスルホン化モンモリロナイトの分散液は、超音波洗浄機を用いさらに十分に分散させた。Nafion溶液とスルホン化モンモリロナイトの分散液を4:1の混合比で混合し、Nafion90重量%とスルホン化モンモリロナイト10重量%からなる混合液を得た。続いて、混合液を窒素雰囲気下中において溶媒キャスト法により製膜した。製膜後のフィルムの膜厚は40μmであった。
触媒粉末として、HiSPEC1000(登録商標、ジョンソン&マッセイ社製)を使用し、電解質溶液としてはNafion溶液(登録商標、デュポン社製)を使用した。まず、触媒粉末と電解質溶液の混合分散液を作製し、ドクターブレード法を用いてPTFE(polytetrafluoroethylene)シート上に成膜し、触媒シートを作製した。次に、作製した触媒シートをデカール法によって、120℃、100kgf/cm2で、実施例3で得た電解質膜上にホットプレス転写し、膜−電極接合体を作製した。さらに、その膜−電極接合体をカーボンクロス電極(E−TEK社製)で挟持した後、集電体で挟んで締結し、燃料電池を作製した。
以上により、本発明に係る電解質膜は高いイオン伝導性を維持しながら、膜強度、ガスバリア性を向上させることができることがわかる。
12:イオン伝導性無機層状物質
13:グレイン構造の境界
14:グレイン
21:ブロックコポリマーが形成するシリンダー状ミクロ相分離構造
22:イオン伝導性無機層状物
23:無秩序状態のブロックコポリマー
Claims (7)
- イオン伝導性成分及び非イオン伝導性成分からなるブロックコポリマーと、イオン伝導性無機物とを含む電解質膜であり、前記イオン伝導性無機物が、前記ブロックコポリマーが形成するグレイン構造の境界に局在化することを特徴とする電解質膜。
- 前記イオン伝導性無機物が、イオン伝導性無機層状物質であることを特徴とする請求項1に記載の電解質膜。
- 前記イオン伝導性無機層状物質の層間の金属イオンが、プロトンに置換されていることを特徴とする請求項2に記載の電解質膜。
- 前記イオン伝導性無機物の一次粒子径、或いは、二次粒子径が、前記ブロックコポリマーが形成するミクロ相分離構造の周期長よりも大きいことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の電解質膜。
- 前記イオン伝導性成分と非イオン伝導性成分からなるブロックコポリマーにおいて、イオン伝導成分がシリンダー状ミクロ相分離構造を、非イオン伝導成分が前記シリンダー状ミクロ相分離構造のマトリクス相を形成することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の電解質膜。
- 請求項1から請求項5のいずれかに記載の電解質膜と、前記電解質膜を挟んで存在する2つの触媒層とを有することを特徴とする膜電極接合体。
- 請求項6に記載の膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟んで存在する2つのガス拡散層とを有することを特徴とする燃料電池。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9561579B1 (en) | 2012-12-14 | 2017-02-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Flexible solid electrolyte, all-solid-state lithium battery including the flexible solid electrolyte, and method of preparing the flexible solid electrolyte |
WO2018151254A1 (ja) * | 2017-02-16 | 2018-08-23 | 国立大学法人弘前大学 | 液状組成物、固体高分子電解質膜および膜電極接合体 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003142125A (ja) * | 2001-11-01 | 2003-05-16 | Ube Ind Ltd | イオン伝導膜 |
JP2006327932A (ja) * | 2005-05-25 | 2006-12-07 | Samsung Sdi Co Ltd | 水素イオン伝導性無機物とその製造方法、それを含む高分子ナノ複合膜及びそれを採用した燃料電池 |
JP2007265955A (ja) * | 2005-07-26 | 2007-10-11 | Canon Inc | 高分子電解質膜、その製造方法、高分子電解質、電解質組成物、膜電極接合体及び燃料電池 |
WO2008018487A1 (fr) * | 2006-08-11 | 2008-02-14 | Toray Industries, Inc. | Matériau électrolyte polymère, produit moulé d'électrolyte polymère utilisant le matériau électrolyte polymère et procédé de fabrication du produit moulé d'électrolyte polymère, composite membrane électrode et pile à combustible à polymères solides |
JP2008291247A (ja) * | 2007-04-27 | 2008-12-04 | Canon Inc | 高分子電解質膜、膜−電極接合体および燃料電池 |
JP2008311226A (ja) * | 2007-05-17 | 2008-12-25 | Canon Inc | 複合高分子電解質膜、膜−電極接合体および燃料電池 |
JP2010027606A (ja) * | 2008-06-20 | 2010-02-04 | Canon Inc | イオン伝導性高分子複合膜、膜電極接合体、燃料電池およびイオン伝導性高分子複合膜の製造方法 |
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2009
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003142125A (ja) * | 2001-11-01 | 2003-05-16 | Ube Ind Ltd | イオン伝導膜 |
JP2006327932A (ja) * | 2005-05-25 | 2006-12-07 | Samsung Sdi Co Ltd | 水素イオン伝導性無機物とその製造方法、それを含む高分子ナノ複合膜及びそれを採用した燃料電池 |
JP2007265955A (ja) * | 2005-07-26 | 2007-10-11 | Canon Inc | 高分子電解質膜、その製造方法、高分子電解質、電解質組成物、膜電極接合体及び燃料電池 |
WO2008018487A1 (fr) * | 2006-08-11 | 2008-02-14 | Toray Industries, Inc. | Matériau électrolyte polymère, produit moulé d'électrolyte polymère utilisant le matériau électrolyte polymère et procédé de fabrication du produit moulé d'électrolyte polymère, composite membrane électrode et pile à combustible à polymères solides |
JP2008291247A (ja) * | 2007-04-27 | 2008-12-04 | Canon Inc | 高分子電解質膜、膜−電極接合体および燃料電池 |
JP2008311226A (ja) * | 2007-05-17 | 2008-12-25 | Canon Inc | 複合高分子電解質膜、膜−電極接合体および燃料電池 |
JP2010027606A (ja) * | 2008-06-20 | 2010-02-04 | Canon Inc | イオン伝導性高分子複合膜、膜電極接合体、燃料電池およびイオン伝導性高分子複合膜の製造方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9561579B1 (en) | 2012-12-14 | 2017-02-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Flexible solid electrolyte, all-solid-state lithium battery including the flexible solid electrolyte, and method of preparing the flexible solid electrolyte |
WO2018151254A1 (ja) * | 2017-02-16 | 2018-08-23 | 国立大学法人弘前大学 | 液状組成物、固体高分子電解質膜および膜電極接合体 |
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Publication number | Publication date |
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