JP2011181278A - Polymer electrolyte, its manufacturing method, and its application - Google Patents

Polymer electrolyte, its manufacturing method, and its application Download PDF

Info

Publication number
JP2011181278A
JP2011181278A JP2010043165A JP2010043165A JP2011181278A JP 2011181278 A JP2011181278 A JP 2011181278A JP 2010043165 A JP2010043165 A JP 2010043165A JP 2010043165 A JP2010043165 A JP 2010043165A JP 2011181278 A JP2011181278 A JP 2011181278A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
segment
acid group
polymer electrolyte
proton acid
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.)
Granted
Application number
JP2010043165A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5626960B2 (en
Inventor
Masahiro Watanabe
政廣 渡辺
Kenji Miyatake
健治 宮武
Byungchan Bae
ビョンチャン ペ
Tetsuji Hayano
哲二 早野
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.)
Kaneka Corp
University of Yamanashi NUC
Original Assignee
Kaneka Corp
University of Yamanashi NUC
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 Kaneka Corp, University of Yamanashi NUC filed Critical Kaneka Corp
Priority to JP2010043165A priority Critical patent/JP5626960B2/en
Publication of JP2011181278A publication Critical patent/JP2011181278A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5626960B2 publication Critical patent/JP5626960B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • 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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Polyethers (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide polymer electrolyte capable of obtaining a polymer electrolyte membrane showing high proton conductivity even under a low-humidity condition. <P>SOLUTION: In the polymer electrolyte which is a block copolymer having a segment with a proton acid group and a segment without a proton acid group, the segment with the proton acid group includes a structure with the proton acid group coupling only with an aromatic ring having an electron donative group coupled, the segment without the proton acid group includes a structure containing the aromatic ring with only the electron donative group coupled as a substituent, and further, the segment with the proton acid group and the segment without the proton acid group are coupled together through a structure derived from a compound selected from a group consisting of decafluorobiphenyl and hexafluorobenzene. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、高分子電解質、その製法、およびそれを使用した固体高分子形燃料電池およびその構成材料に関するものである。 The present invention relates to a polymer electrolyte, a production method thereof, a solid polymer fuel cell using the polymer electrolyte, and a constituent material thereof.

プロトン伝導性置換基を含有する高分子電解質は、燃料電池、湿度センサー、ガスセンサー、エレクトロクロミック表示素子などの電気化学素子の原料として使用される。これらの中でも、燃料電池は、新エネルギー技術の柱の一つとして期待されている。プロトン伝導性置換基を有する高分子電解質を使用する固体高分子形燃料電池は、低温における作動、小型軽量化が可能などの特徴から、自動車などの移動体、家庭用コンジェネレーションシステム、および民間用小型携帯機器などへの適用が検討されている。例えば、メタノールを直接燃料に使用する直接メタノール型燃料電池は、単純な構造、燃料供給やメンテナンスの容易さ、高エネルギー密度などの特徴を有し、リチウムイオン二次電池代替として、携帯電話やノート型パソコンなどの民間用小型携帯機器への応用が期待されている。また、固体高分子形燃料電池(PEFC)は電気自動車や家庭用電源として適している。 Polymer electrolytes containing proton conductive substituents are used as raw materials for electrochemical devices such as fuel cells, humidity sensors, gas sensors, and electrochromic display devices. Among these, fuel cells are expected as one of the pillars of new energy technology. Solid polymer fuel cells that use polymer electrolytes with proton-conducting substituents can be operated at low temperatures and can be reduced in size, weight, mobile vehicles such as automobiles, household cogeneration systems, and civilian use. Application to small portable devices is under consideration. For example, a direct methanol fuel cell that uses methanol directly as a fuel has features such as a simple structure, ease of fuel supply and maintenance, and high energy density. It is expected to be applied to civilian small portable devices such as personal computers. A polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is suitable as an electric vehicle or a household power source.

これらPEFCやDMFCは通常80℃以下の温度で運転されるが、高性能化のために、触媒活性、触媒被毒、廃熱利用の点から120℃以上かつ低加湿条件下で運転することが求められている。そのため、PEFCやDMFCに用いられる電解質は、高温でも膜強度を維持するもの、および低加湿条件下でも高いプロトン伝導度を発現するものが求められている。しかしながら、現在主流であるフッ素系電解質膜(パーフルオロアルキルスルホン酸高分子であるナフィオン、アシプレックス、フレミオン等の膜)は、100℃以上で膜強度が低下し、また低加湿条件下でプロトン伝導度が著しく低下する。さらに、燃料および酸化剤ガスの透過が大きいこと、コストが高いことからPEFCおよびDMFCの高性能化および低コスト化を阻んでいる大きな原因となっている。 These PEFCs and DMFCs are usually operated at a temperature of 80 ° C. or lower. However, in order to improve performance, the PEFC and DMFC can be operated at 120 ° C. or higher and in a low humidified condition from the viewpoint of catalytic activity, catalyst poisoning, and waste heat utilization. It has been demanded. Therefore, electrolytes used for PEFC and DMFC are required to maintain membrane strength even at high temperatures and to exhibit high proton conductivity even under low humidification conditions. However, the currently mainstream fluorine-based electrolyte membranes (membranes such as Nafion, Aciplex, and Flemion, which are perfluoroalkyl sulfonic acid polymers) have decreased membrane strength at 100 ° C or higher, and proton conduction under low humidification conditions. The degree decreases significantly. Further, the large permeation of fuel and oxidant gas and the high cost are major causes that hinder high performance and low cost of PEFC and DMFC.

このような問題を解決するため、芳香族化合物を用いた電解質が研究されている。例えば、特許文献1には、末端にデカフルオロビフェニル基を有する親水性部位とデカフルオロビフェニルと反応する部位を有する疎水性部位からなるブロック共重合体型の高分子電解質として、スルホン酸基含有芳香族ポリアリーレンエーテル化合物が記載されている。このブロック共重合体は水中にて高い伝導度と低い膨潤率を示すが、その製造にはモノマー単位でスルホン酸基を導入する必要があり工程数が長く複雑でコスト面に課題がある。また、特許文献2には、スルホン酸基含有芳香族ポリアリーレンエーテル化合物が記載されている。このランダム共重合体は高温工加湿条件下におけるイオン伝導性に優れるものの、低加湿条件下でのプロトン伝導度が低いという問題点がある。 In order to solve such a problem, an electrolyte using an aromatic compound has been studied. For example, Patent Document 1 discloses a sulfonic acid group-containing aromatic as a block copolymer type polymer electrolyte having a hydrophilic part having a decafluorobiphenyl group at a terminal and a hydrophobic part having a part that reacts with decafluorobiphenyl. Polyarylene ether compounds are described. This block copolymer exhibits high conductivity and low swelling rate in water, but its production requires introduction of sulfonic acid groups in monomer units, which requires a long number of steps and is complicated in cost. Patent Document 2 describes a sulfonic acid group-containing aromatic polyarylene ether compound. Although this random copolymer is excellent in ionic conductivity under high-temperature industrial humidification conditions, it has a problem of low proton conductivity under low humidification conditions.

特開2009−104926号公報JP 2009-104926 A 特開2003−147074号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-147074

本発明の目的は、上記問題を鑑みてなされたものであり、低加湿条件下においても高いプロトン導電率を示す高分子電解質膜が得られる高分子電解質を提供することである。 An object of the present invention has been made in view of the above problems, and is to provide a polymer electrolyte from which a polymer electrolyte membrane exhibiting high proton conductivity even under low humidification conditions can be obtained.

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、電子供与性基が結合している芳香環にのみプロトン酸基が結合している構造を有する親水性セグメントと、置換基として電子供与性基のみが結合している芳香環を含む構造を有する疎水性セグメントとが、デカフルオロビフェニルまたはヘキサフルオロベンゼン由来の構造を介して結合してなるブロック共重合体の高分子電解質を燃料電池用電解質として用いることで、伝導度、特に水分の少ない状況での伝導度に有利な高イオン交換容量部位を持ち、優れたプロトン伝導度を奏することを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a hydrophilic segment having a structure in which a protonic acid group is bonded only to an aromatic ring to which an electron donating group is bonded, and a substituent A block copolymer polyelectrolyte in which a hydrophobic segment having a structure containing an aromatic ring to which only an electron-donating group is bonded is bonded via a structure derived from decafluorobiphenyl or hexafluorobenzene By using it as an electrolyte for a fuel cell, it has been found that it has a high ion exchange capacity portion advantageous for conductivity, particularly conductivity in a low water content state, and exhibits excellent proton conductivity, and has led to the completion of the present invention. It was.

すなわち、本発明は、プロトン酸基を有するセグメントと、プロトン酸基を有しないセグメントとを有するブロック共重合体であって、上記プロトン酸基を有するセグメントは、電子供与性基が結合している芳香環にのみプロトン酸基が結合している構造を有し、上記プロトン酸基を有しないセグメントは、置換基として電子供与性基のみが結合している芳香環を含む構造を有し、前記プロトン酸基を有するセグメントと上記プロトン酸基を有しないセグメントとが、デカフルオロビフェニルおよびヘキサフルオロベンゼンからなる群から選ばれる化合物由来の構造を介して結合してなることを特徴とする、高分子電解質に関する。 That is, the present invention is a block copolymer having a segment having a proton acid group and a segment not having a proton acid group, and the segment having a proton acid group has an electron donating group bonded thereto. The segment having a protonic acid group bonded only to an aromatic ring, and the segment having no protonic acid group has a structure including an aromatic ring having only an electron-donating group bonded as a substituent, A polymer comprising a segment having a protonic acid group and a segment having no protonic acid group bonded via a structure derived from a compound selected from the group consisting of decafluorobiphenyl and hexafluorobenzene It relates to the electrolyte.

本発明の高分子電解質は、プロトン酸基を有さないセグメントが有する、置換基として電子供与性基のみが結合している芳香環が、−S−、−O−、−Ar−、および下記式(4)で表される基からなる群から選ばれる少なくとも一つと結合していることが好ましい。 In the polymer electrolyte of the present invention, the segment having no proton acid group has an aromatic ring to which only an electron donating group is bonded as a substituent, -S-, -O-, -Ar-, and It is preferably bonded to at least one selected from the group consisting of groups represented by formula (4).

Figure 2011181278
Figure 2011181278

(式中、Rはそれぞれ独立に炭素数1〜20のアルキル基であり複数存在する場合、互いに同一であっても異なっていても良い。Rは炭素数1〜10のアルキレン基である。) (In the formula, each R 2 is independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and when there are a plurality thereof, they may be the same or different. R 3 is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms. .)

本発明の高分子電解質は、プロトン酸基を有するセグメントが、スルホン酸基を1.0〜10.0meq./g含むことが好ましい。 In the polymer electrolyte of the present invention, the segment having a proton acid group has a sulfonic acid group of 1.0 to 10.0 meq. / G is preferable.

また、本発明は、デカフルオロビフェニルおよびヘキサフルオロベンゼンから選ばれる化合物由来の末端基を有する、プロトン酸基を有するセグメント前駆体と、プロトン酸基を有しないセグメント前駆体とをブロック共重合化させることを特徴とする、高分子電解質の製造方法に関する。 The present invention also provides block copolymerization of a segment precursor having a proton acid group and a segment precursor having no proton acid group, having a terminal group derived from a compound selected from decafluorobiphenyl and hexafluorobenzene. The present invention relates to a method for producing a polymer electrolyte.

本発明の高分子電解質の製造方法は、デカフルオロビフェニルおよびヘキサフルオロベンゼンから選ばれる化合物由来の末端基を有する、プロトン酸基を有するセグメントが、前記デカフルオロビフェニルおよびヘキサフルオロベンゼンから選ばれる化合物由来の末端基を有するオリゴマーをプロトン化して得られることが好ましい。 The method for producing a polymer electrolyte of the present invention has a terminal group derived from a compound selected from decafluorobiphenyl and hexafluorobenzene, and the segment having a proton acid group is derived from a compound selected from the decafluorobiphenyl and hexafluorobenzene It is preferably obtained by protonating an oligomer having a terminal group.

また、本発明は、本発明の高分子電解質を用いた燃料電池用高分子電解質に関する。 The present invention also relates to a polymer electrolyte for fuel cells using the polymer electrolyte of the present invention.

また、本発明は、本発明の高分子電解質を用いた燃料電池用触媒層に関する。 The present invention also relates to a fuel cell catalyst layer using the polymer electrolyte of the present invention.

また、本発明は、本発明の高分子電解質を用いた燃料電池用膜/電極接合体に関する。 The present invention also relates to a fuel cell membrane / electrode assembly using the polymer electrolyte of the present invention.

本発明の高分子電解質によれば、特に水分の少ない状況で優れたプロトン伝導度を奏する高分子電解質膜を提供することができる。 According to the polymer electrolyte of the present invention, it is possible to provide a polymer electrolyte membrane exhibiting excellent proton conductivity particularly in a situation where moisture is low.

本発明の一実施形態について説明すれば以下の通りである。なお、本発明は以下の説明に限定されるものではないことを念のため付言しておく。 An embodiment of the present invention will be described as follows. It should be noted that the present invention is not limited to the following description.

(1.本発明の高分子電解質)
本発明の高分子電解質は、プロトン酸基を有するセグメントと、プロトン酸基を有しないセグメントとを有するブロック共重合体であって、前記プロトン酸基を有するセグメントは、電子供与性基が結合している芳香環にのみプロトン酸基が結合している構造を有し、前記プロトン酸基を有しないセグメントは、置換基として電子供与性基のみが結合している芳香環を含む構造を有し、前記プロトン酸基を有するセグメントと前記プロトン酸基を有しないセグメントとが、デカフルオロビフェニルおよびヘキサフルオロベンゼンからなる群から選ばれる化合物由来の構造を介して結合してなることを特徴とする。これにより、低湿度条件下においても高いプロトン導電率を発現する高分子電解質膜を得ることができる。
(1. Polymer electrolyte of the present invention)
The polymer electrolyte of the present invention is a block copolymer having a segment having a proton acid group and a segment not having a proton acid group, and the segment having a proton acid group has an electron donating group bonded thereto. The segment having no proton acid group has a structure containing an aromatic ring to which only an electron donating group is bonded as a substituent. The segment having a protonic acid group and the segment having no protonic acid group are bonded via a structure derived from a compound selected from the group consisting of decafluorobiphenyl and hexafluorobenzene. As a result, a polymer electrolyte membrane that exhibits high proton conductivity even under low humidity conditions can be obtained.

本発明の高分子電解質における、プロトン酸基を有するセグメントについて更に詳しく説明する。本発明の高分子電解質における、プロトン酸基を有するセグメントは、電子供与性基が結合している芳香環にのみプロトン酸基が結合している構造を有することを特徴とする。このような構成とすることで、スルホン化が容易なために、少ない工程で電解質を得ることができる。電子供与性基が結合している芳香環とは、置換基として水素原子のみを有する芳香環と比較して、電子供与性基を置換基として有することで、芳香環上の電子密度が向上したものである。ここで、電子供与性基とは結合している芳香環の電子密度を向上させる置換基であればよく、特に限定されるものではないが、−O−、−S−、−Ar−が結合していることがプロトン酸化の容易さから好ましい。電子密度が高く、容易にスルホン化可能な点から、例えば下記式(1)の構造のものが好ましい。 The segment having a proton acid group in the polymer electrolyte of the present invention will be described in more detail. In the polymer electrolyte of the present invention, the segment having a proton acid group has a structure in which a proton acid group is bonded only to an aromatic ring to which an electron donating group is bonded. With such a configuration, since the sulfonation is easy, an electrolyte can be obtained with few steps. An aromatic ring to which an electron donating group is bonded has an electron density on the aromatic ring improved by having an electron donating group as a substituent compared to an aromatic ring having only a hydrogen atom as a substituent. Is. Here, the electron donating group may be any substituent that improves the electron density of the bonded aromatic ring, and is not particularly limited, but —O—, —S—, and —Ar— are bonded. It is preferable from the viewpoint of easy proton oxidation. From the viewpoint of high electron density and easy sulfonation, for example, a structure of the following formula (1) is preferable.

Figure 2011181278
Figure 2011181278

(式中、X及びX’は直接結合、−O−、−S−から選ばれる連結基あるいは水素原子であり、複数存在する場合、互いに同一であっても異なっていても良い。mは1〜10の整数を表す。またArは下記式(2)の構造群から選ばれる芳香環を表す。) (In the formula, X and X ′ are a direct bond, a linking group selected from —O— and —S— or a hydrogen atom, and when there are a plurality of them, they may be the same or different. M is 1. Represents an integer of from 10 to 10. Ar represents an aromatic ring selected from the structural group of the following formula (2).

Figure 2011181278
Figure 2011181278

本発明の高分子電解質における、プロトン酸基を有するセグメントは、上記電子供与性基が結合している芳香環のほかに、さらに、次のような構造を有していてもよい。 The segment having a proton acid group in the polymer electrolyte of the present invention may further have the following structure in addition to the aromatic ring to which the electron donating group is bonded.

Figure 2011181278
Figure 2011181278

本発明の高分子電解質における、プロトン酸基を有するセグメントは、電子供与性基が結合している芳香環にのみプロトン酸基が結合している構造を有する。プロトン酸基とは、プロトンを解離しうる基であり、これによりプロトン導電性を示す。具体的にはスルホン酸、カルボン酸、リン酸、ボロン酸などが挙げられる。 The segment having a proton acid group in the polymer electrolyte of the present invention has a structure in which a proton acid group is bonded only to an aromatic ring to which an electron donating group is bonded. The proton acid group is a group capable of dissociating protons, and thereby exhibits proton conductivity. Specific examples include sulfonic acid, carboxylic acid, phosphoric acid, and boronic acid.

本発明の高分子電解質における、プロトン酸基を有するセグメントには、スルホン酸基が1.0〜10.0meq./g含まれることが好ましく、1.5〜8.0meq./gがさらに好ましい。1.0meq./gを下回るとプロトン導電率が不十分となることがあり、10.0meq./gを超えると膨潤が激しくなることがある。なお、ここでのプロトン酸基の含有量は、後述の実施例におけるプロトン酸基含有セグメント前駆体のイオン交換容量の測定と同様の方法にて測定することができる。 In the polymer electrolyte of the present invention, the segment having a proton acid group contains 1.0 to 10.0 meq. / G, preferably 1.5 to 8.0 meq. / G is more preferable. 1.0 meq. / G, proton conductivity may be insufficient, and 10.0 meq. If it exceeds / g, swelling may become severe. In addition, content of a protonic acid group here can be measured by the method similar to the measurement of the ion exchange capacity of the protonic acid group containing segment precursor in the below-mentioned Example.

本発明の高分子電解質における、プロトン酸基を有しないセグメントは、置換基として電子供与性基のみが結合している芳香環を含む構造を有する。このような構成とすることで、ブロック共重合体にした場合、低いガス透過性を示す電解質となりうる。ブロック化の容易さの観点から、−S−、−O−、−Ar−および下記式(4)で表される基からなる群から選ばれる置換基のうち少なくとも一つが結合した芳香環を含むことが好ましい。 The segment having no proton acid group in the polymer electrolyte of the present invention has a structure including an aromatic ring to which only an electron donating group is bonded as a substituent. By setting it as such a structure, when it is set as a block copolymer, it can become an electrolyte which shows low gas permeability. From the viewpoint of ease of blocking, it contains an aromatic ring to which at least one substituent selected from the group consisting of —S—, —O—, —Ar— and a group represented by the following formula (4) is bonded. It is preferable.

Figure 2011181278
Figure 2011181278

(式中、Rはそれぞれ独立に炭素数1〜20のアルキル基であり複数存在する場合、互いに同一であっても異なっていても良い。Rは炭素数1〜10のアルキレン基である。) (In the formula, each R 2 is independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and when there are a plurality thereof, they may be the same or different. R 3 is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms. .)

例えば下記式(3)の構造が挙げられる。 For example, the structure of following formula (3) is mentioned.

Figure 2011181278
Figure 2011181278

(式中、Zは直接結合、−O−、−S−、上記式(4)で表される基から選ばれる連結基であり、複数存在する場合互いに同一であっても異なっていても良い。Rはそれぞれ独立に水素原子、あるいは、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20の置換アリール基であり複数存在する場合、互いに同一であっても異なっていても良い。) (In the formula, Z is a direct bond, —O—, —S—, a linking group selected from the group represented by the above formula (4), and when there are a plurality of them, they may be the same or different from each other. R 1 is independently a hydrogen atom, or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or a substituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and when there are a plurality of R 1 s , they are the same as each other. Or different.)

本発明の高分子電解質における、前記式(3)について更に詳しく説明する。前記式(3)において、Zはそれぞれ直接結合、−O−、−S−、上記式(4)で表される基から選ばれる連結基であり、複数存在する場合互いに同一であっても異なっていても良い。Rはそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アリール基、置換アリール基であり複数存在する場合、互いに同一であっても異なっていても良い。具体的にはアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基などが挙げられる。また、アリール基、置換アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、4−フェニルフェニル基、4−フェノキシフェニル基、などが列挙でき、モノマーの入手の容易さなどから水素原子、フェニル基であることが好ましい。 The formula (3) in the polymer electrolyte of the present invention will be described in more detail. In the formula (3), each Z is a direct bond, —O—, —S—, or a linking group selected from the group represented by the formula (4). May be. R 1 is independently a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a substituted aryl group, and when there are a plurality of R 1 s , they may be the same or different. Specific examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a hexyl group. As the aryl group and substituted aryl group, a phenyl group, a naphthyl group, a 4-phenylphenyl group, a 4-phenoxyphenyl group, and the like can be listed. Is preferred.

本発明の高分子電解質における、前記式(4)について更に詳しく説明する。前記式(4)において、Rはそれぞれ独立に炭素数1〜20のアルキル基であり複数存在する場合、互いに同一であっても異なっていても良い。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基などが挙げられるが、保護、脱保護の容易さから炭素数1〜3のアルキル基が好ましい。Rは炭素数1〜10のアルキレン基である。具体的には、−CHCH−、−CH(CH)CH−、−CH(CH)CH(CH)−、−C(CHCH−、−C(CHCH(CH)−、−CHCHCH−、−CHC(CHCH−などが列挙できる。 The formula (4) in the polymer electrolyte of the present invention will be described in more detail. In Formula (4), R 2 s are each independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and when there are a plurality of R 2 s , they may be the same or different from each other. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a hexyl group, and an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is preferable from the viewpoint of easy protection and deprotection. R 3 is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms. Specifically, —CH 2 CH 2 —, —CH (CH 3 ) CH 2 —, —CH (CH 3 ) CH (CH 3 ) —, —C (CH 3 ) 2 CH 2 —, —C (CH 3 ) 2 CH (CH 3 ) —, —CH 2 CH 2 CH 2 —, —CH 2 C (CH 3 ) 2 CH 2 — and the like can be listed.

本発明の高分子電解質における、プロトン酸基を有しないセグメントには、上記置換基として電子供与性基のみが結合している芳香環を含む構造のほかに、さらに、次のような構造を有していてもよい。 In the polymer electrolyte of the present invention, the segment having no proton acid group has the following structure in addition to the structure containing an aromatic ring to which only an electron donating group is bonded as the substituent. You may do it.

Figure 2011181278
Figure 2011181278

本発明の高分子電解質は、プロトン酸基を有するセグメントと前記プロトン酸基を有しないセグメントとが、デカフルオロビフェニルおよびヘキサフルオロベンゼンからなる群から選ばれる化合物由来の構造を介して結合してなるブロック共重合体である。デカフルオロビフェニルおよびヘキサフルオロベンゼンは多官能性の化合物であるため、直鎖構造のブロック共重合体のみならず、分岐構造を有するブロック共重合体の形態をとることもできる。 The polymer electrolyte of the present invention comprises a segment having a protonic acid group and a segment having no protonic acid group bonded via a structure derived from a compound selected from the group consisting of decafluorobiphenyl and hexafluorobenzene. It is a block copolymer. Decafluorobiphenyl and hexafluorobenzene are polyfunctional compounds, and therefore can take the form of a block copolymer having a branched structure as well as a linear block copolymer.

本発明のブロック共重合体の数平均分子量は10000〜500000が好ましく、より好ましくは20000〜200000のものである。10000より小さいと膜にした場合の強度が不足する場合があり、一方、500000より大きいと溶解性が低下し、ハンドリング性が悪化する場合がある。 The number average molecular weight of the block copolymer of the present invention is preferably 10,000 to 500,000, more preferably 20,000 to 200,000. If it is less than 10,000, the strength of the film may be insufficient. On the other hand, if it is more than 500,000, the solubility may be lowered and the handling property may be deteriorated.

本発明のブロック共重合体は各セグメントが繰り返し単位をもつことが好ましい。より具体的には、上述した各セグメントが有する構造が、各セグメントにおいて繰り返し単位の構造として含まれることが好ましい。セグメントが繰り返し単位をもつことで、ブロック共重合化した場合に相分離構造を形成しやすく、低加湿条件下においても高いプロトン導電率を示すことができる。 In the block copolymer of the present invention, each segment preferably has a repeating unit. More specifically, the structure of each segment described above is preferably included as a structure of a repeating unit in each segment. When the segment has a repeating unit, a phase separation structure is easily formed when block copolymerization is performed, and high proton conductivity can be exhibited even under low humidification conditions.

本発明のブロック共重合体は、プロトン酸基を有するセグメント中の繰り返し単位を1とするとプロトン酸基を有しないセグメント中の繰り返し単位は1〜100の割合であることが好ましく、より好ましくは1〜30である。これより小さいと優れたプロトン伝導性を発現しない場合があり、これより大きいと膜とした場合の強度が不足する場合がある。
本発明の高分子電解質は、スルホン酸基が0.5〜3.0meq./g含まれることが好ましく、1.0〜2.5meq./gがさらに好ましい。0.5meq./gより小さいとプロトン導電率が不十分となる傾向があり、一方、3.0meq./gを超えると、膜とした場合、強度を維持することが困難となる傾向がある。ここでのスルホン酸基の量は、後述の実施例に記載のイオン交換容量の測定方法により求められる。
In the block copolymer of the present invention, when the number of repeating units in the segment having a proton acid group is 1, the number of repeating units in the segment having no proton acid group is preferably 1 to 100, more preferably 1 ~ 30. If it is smaller than this, excellent proton conductivity may not be exhibited, and if it is larger than this, the strength of the membrane may be insufficient.
The polymer electrolyte of the present invention has a sulfonic acid group of 0.5 to 3.0 meq. / G is preferably included, and 1.0 to 2.5 meq. / G is more preferable. 0.5 meq. If it is smaller than / g, proton conductivity tends to be insufficient, while 3.0 meq. When it exceeds / g, when it is set as a film | membrane, there exists a tendency for it to become difficult to maintain intensity | strength. Here, the amount of the sulfonic acid group is determined by the ion exchange capacity measurement method described in Examples described later.

(2.本発明の高分子電解質の製造方法)
次に本発明の高分子電解質に係る製造方法について一例をあげて説明する。なお、本発明の高分子電解質の製造方法は以下に限定されるものではない。
(2. Method for producing polymer electrolyte of the present invention)
Next, an example is given and demonstrated about the manufacturing method which concerns on the polymer electrolyte of this invention. In addition, the manufacturing method of the polymer electrolyte of this invention is not limited to the following.

2種以上のセグメント前駆体を化学結合させて高分子量化させる方法には特に制限は無く、重合するモノマーの反応性によって適宜定める事ができる。重合法の詳細は一般的な方法(「高分子の合成と反応(2)」p.249−255、(1991)共立出版株式会社)を適用することができる。 There is no particular limitation on the method of chemically bonding two or more segment precursors to increase the molecular weight, and the method can be appropriately determined depending on the reactivity of the monomer to be polymerized. For the details of the polymerization method, a general method (“Synthesis and Reaction of Polymer (2)”, p.

本発明の高分子電解質を得るには、デカフルオロビフェニルおよびヘキサフルオロベンゼンから選ばれる化合物由来の末端基を有する、プロトン酸基を有するセグメント前駆体と、プロトン酸基を有しないセグメント前駆体とを縮合(ブロック共重合化)する方法が好ましい。プロトン酸基を有するセグメントと、プロトン酸基を有しないセグメントとの仕込み組成を変化させることで、直鎖構造を有するブロック共重合体と分岐構造を有するブロック共重合体とを作り分けることもできる。 In order to obtain the polymer electrolyte of the present invention, a segment precursor having a proton acid group having a terminal group derived from a compound selected from decafluorobiphenyl and hexafluorobenzene, and a segment precursor not having a proton acid group are obtained. A method of condensation (block copolymerization) is preferred. A block copolymer having a straight chain structure and a block copolymer having a branched structure can be made separately by changing the charged composition of a segment having a proton acid group and a segment having no proton acid group. .

本発明の高分子電解質の製造方法は、デカフルオロビフェニルおよびヘキサフルオロベンゼンから選ばれる化合物由来の末端基を有するオリゴマーをプロトン化して、デカフルオロビフェニルおよびヘキサフルオロベンゼンから選ばれる化合物由来の末端基を有するプロトン酸基を有するセグメントを製造する工程を含むことが好ましい。このような製法にすることで、モノマー段階でのプロトン酸基導入工程と続く精製工程を省略できることのみならず、プロトン酸基を有しないセグメントに多彩な構造を選択することが可能となり、目的に応じた電解質の調製が容易となることから好ましい。 In the method for producing a polymer electrolyte of the present invention, an oligomer having a terminal group derived from a compound selected from decafluorobiphenyl and hexafluorobenzene is protonated to form a terminal group derived from a compound selected from decafluorobiphenyl and hexafluorobenzene. It is preferable to include a step of producing a segment having a proton acid group. By making such a production method, not only can the proton acid group introduction step at the monomer stage and the subsequent purification step be omitted, but also a variety of structures can be selected for the segment having no proton acid group. It is preferable because the preparation of the corresponding electrolyte is easy.

本発明のデカフルオロビフェニルおよびヘキサフルオロベンゼンから選ばれる化合物由来の末端基導入方法および、デカフルオロビフェニルおよびヘキサフルオロベンゼンから選ばれる化合物由来の末端基を有するオリゴマーのブロック化反応には、上記の一般的な縮合方法が適用できるが、高い反応性を考慮し、70℃〜130℃の温度範囲にて製造することが好ましい。70℃より低い場合、反応が十分進行しない恐れがあり、130℃より高いと架橋等の副反応が起きる場合がある。 The method for introducing a terminal group derived from a compound selected from decafluorobiphenyl and hexafluorobenzene of the present invention and the blocking reaction of an oligomer having a terminal group derived from a compound selected from decafluorobiphenyl and hexafluorobenzene include Although a typical condensation method can be applied, it is preferable to produce in a temperature range of 70 ° C. to 130 ° C. in consideration of high reactivity. When the temperature is lower than 70 ° C, the reaction may not proceed sufficiently. When the temperature is higher than 130 ° C, side reactions such as crosslinking may occur.

各セグメント前駆体を得るには末端に水酸基などの求核性の置換基を有するモノマーと、末端にハロゲン化合物などの脱離基を有するモノマーを縮合する方法や、脱離基を有するモノマー中に触媒を加えて縮合させる方法などが挙げられる。高分子電解質を縮合反応で得る場合、末端に水酸基が残存した化合物同士を結合させることもでき、4,4’−ジクロロジフェニルスルホンなどのジハロゲン化合物を加えることで同様に縮合させることもできる。一方、末端にハロゲン基などの脱離基が残存した化合物同士を結合させる場合は、4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホンなどの末端に求核性の置換基を有する化合物を加えることで同様に縮合させることもできる。なお、上記デカフルオロビフェニルおよびヘキサフルオロベンゼンから選ばれる化合物由来の末端基を有するオリゴマーの、末端基導入される前のオリゴマーについても同様の方法により製造してよい。 Each segment precursor is obtained by condensing a monomer having a nucleophilic substituent such as a hydroxyl group at the terminal with a monomer having a leaving group such as a halogen compound at the terminal, or in a monomer having a leaving group. Examples include a method of adding a catalyst and condensing. When the polyelectrolyte is obtained by a condensation reaction, compounds having a hydroxyl group remaining at the terminal can be bonded to each other, and can be condensed in the same manner by adding a dihalogen compound such as 4,4'-dichlorodiphenylsulfone. On the other hand, when compounds having leaving groups such as halogen groups remaining at the ends are bonded together, condensation is similarly performed by adding a compound having a nucleophilic substituent at the end such as 4,4′-dihydroxydiphenylsulfone. It can also be made. Note that an oligomer having a terminal group derived from a compound selected from decafluorobiphenyl and hexafluorobenzene before the terminal group is introduced may be produced by the same method.

プロトン酸基を有しないセグメントが上述した式(4)で表される基を含有する場合、−CO−基を有する化合物に一般的な方法(「Protective Groups in Organic Synthesis(Third Edition)」p.293−347、WILEY−INTERSCIENCE)を適用して調製したモノマーを重合することで得ることができ、重合反応後、脱保護を行うことにより−CO−へ戻すこともできる。 In the case where the segment having no proton acid group contains a group represented by the above formula (4), a general method for a compound having a —CO— group (“Protective Groups in Organic Synthesis (Third Edition)” p. 293-347, WILEY-INTERSCIENCE) can be obtained by polymerizing, and can be returned to -CO- by deprotection after the polymerization reaction.

本発明において使用できるモノマーとしては、具体的には以下のモノマーが挙げられる。 Specific examples of the monomer that can be used in the present invention include the following monomers.

Figure 2011181278
Figure 2011181278

本発明において繰り返し単位を有するセグメントを製造する場合、使用可能なモノマーとして例えば以下のモノマーが挙げられる。 When manufacturing the segment which has a repeating unit in this invention, the following monomers are mentioned as a monomer which can be used, for example.

Figure 2011181278
Figure 2011181278

縮合反応は溶媒を用いない溶融状態でも行うことは可能であるが、適当な溶媒中で行うことが好ましい。溶媒としては芳香族炭化水素系溶媒、ハロゲン系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、スルホン系溶媒、スルホキシド系溶媒などが列挙でき、中でも溶解度からN,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチル−2−ピロリドンなどのアミド系溶媒とジクロロベンゼンやトリクロロベンゼンなどのハロゲン系溶媒の混合系が好ましい。また、これらは単独で用いても2種以上を併用してもよい。 The condensation reaction can be performed in a molten state without using a solvent, but it is preferably performed in a suitable solvent. Examples of the solvent include aromatic hydrocarbon solvents, halogen solvents, ether solvents, ketone solvents, amide solvents, sulfone solvents, sulfoxide solvents, and the like. Among them, N, N-dimethylacetamide, N, A mixed system of an amide solvent such as N-dimethylformamide, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N-methyl-2-pyrrolidone and a halogen solvent such as dichlorobenzene or trichlorobenzene is preferable. Moreover, these may be used independently or may use 2 or more types together.

重合反応工程の反応温度は重合反応に応じて適宜設定すればよい。具体的には最適使用範囲の20℃〜250℃に設定すればよく、より好ましくは40℃〜200℃である。この範囲よりも低温であれば反応が遅く、高温であれば主鎖が切れる場合がある。 What is necessary is just to set the reaction temperature of a polymerization reaction process suitably according to a polymerization reaction. Specifically, it may be set to the optimum use range of 20 ° C to 250 ° C, more preferably 40 ° C to 200 ° C. If the temperature is lower than this range, the reaction is slow, and if the temperature is high, the main chain may be broken.

重合工程におけるプロトン酸基は酸型であっても塩型であってもよく、互いに同一であっても異なっていても良い。具体的には1価のカチオンとして水素原子、金属カチオン、アンモニウムカチオンであれば良く、金属カチオンの場合、ナトリウム、カリウム等が挙げられる。アンモニウムカチオンの場合、4級アンモニウム塩であれば良く、N上の置換基は水素原子、アルキル基、炭素数6〜30のアリール基、置換アリール基であり、複数存在する場合、互いに同一であっても異なっていても良い。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基などが挙げられる。また、アリール基、置換アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、4−フェニルフェニル基、4−フェノキシフェニル基、ペンタフルオロフェニル基などが列挙できる。 The protonic acid groups in the polymerization step may be acid type or salt type, and may be the same or different from each other. Specifically, the monovalent cation may be a hydrogen atom, a metal cation, or an ammonium cation. In the case of a metal cation, examples thereof include sodium and potassium. In the case of an ammonium cation, a quaternary ammonium salt may be used, and the substituent on N is a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a substituted aryl group. Or different. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a hexyl group. Examples of the aryl group and substituted aryl group include a phenyl group, a naphthyl group, a 4-phenylphenyl group, a 4-phenoxyphenyl group, and a pentafluorophenyl group.

プロトン酸基としては、例えばスルホン酸基が挙げられ、これはスルホン酸基を導入する化合物とスルホン化剤を反応させることで合成することができる。スルホン化剤としては、クロロスルホン酸、無水硫酸、発煙硫酸、硫酸及びアセチル硫酸等を用いることができる。 Examples of protonic acid groups include sulfonic acid groups, which can be synthesized by reacting a compound that introduces sulfonic acid groups with a sulfonating agent. As the sulfonating agent, chlorosulfonic acid, sulfuric anhydride, fuming sulfuric acid, sulfuric acid, acetyl sulfuric acid and the like can be used.

スルホン化工程におけるスルホン化剤としては例えば硫酸、クロロスルホン酸、発煙硫酸などが挙げられ、中でもクロロスルホン酸が適度な反応性を有しているため好ましい。 Examples of the sulfonating agent in the sulfonation step include sulfuric acid, chlorosulfonic acid, fuming sulfuric acid, and the like. Among them, chlorosulfonic acid is preferable because it has an appropriate reactivity.

スルホン化反応に用いられる溶媒としては、スルホン化剤に対し不活性であればよく、例えば炭化水素系溶媒、ハロゲン化炭化水素などが挙げられる。炭化水素系溶媒としては飽和脂肪族炭化水素、特に5〜15の炭素原子を有する分岐もしくは直鎖炭化水素がよく、溶解度の点からペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンもしくはデカンが好ましい。ハロゲン化炭化水素としては、ハロゲン化飽和脂肪族炭化水素あるいはハロゲン化芳香族炭化水素が挙げられ、例えば、モノクロロメタン、ジクロロメタン、トリクロロメタン、テトラクロロメタン、モノクロロエタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタンなどが挙げられ、ジクロロメタンが取扱いの容易さから好ましい。 The solvent used in the sulfonation reaction may be inert to the sulfonating agent, and examples thereof include hydrocarbon solvents and halogenated hydrocarbons. The hydrocarbon solvent is preferably a saturated aliphatic hydrocarbon, particularly a branched or straight chain hydrocarbon having 5 to 15 carbon atoms, and pentane, hexane, heptane, octane or decane is preferred from the viewpoint of solubility. Examples of halogenated hydrocarbons include halogenated saturated aliphatic hydrocarbons or halogenated aromatic hydrocarbons, such as monochloromethane, dichloromethane, trichloromethane, tetrachloromethane, monochloroethane, dichloroethane, trichloroethane, tetrachloroethane, and the like. Among them, dichloromethane is preferable because of easy handling.

スルホン化工程の反応温度は反応に応じて適宜設定すればよく、具体的にはスルホン化剤の最適使用範囲である−80℃〜200℃に設定すればよく、より好ましくは−50℃〜120℃であり、さらに好ましくは−20℃から80℃である。この範囲よりも低温であれば反応が遅く、高温であれば急激な反応が起こり目的とするスルホン化が100%まで進行しない。 What is necessary is just to set the reaction temperature of a sulfonation process suitably according to reaction, Specifically, what is necessary is just to set to -80 to 200 degreeC which is the optimal use range of a sulfonating agent, More preferably, it is -50 to 120 degreeC. ° C, more preferably -20 ° C to 80 ° C. If the temperature is lower than this range, the reaction is slow, and if the temperature is high, a rapid reaction occurs and the intended sulfonation does not proceed to 100%.

スルホン化工程の反応時間は、スルホン化される高分子の構造により適宜選択され得るが、通常1分〜20時間程度の範囲内であればよい。1分より短いと均一なスルホン化が進行しないおそれがあり、20時間より長いと副反応が起こるおそれがある。 The reaction time of the sulfonation step can be appropriately selected depending on the structure of the polymer to be sulfonated, but it may usually be in the range of about 1 minute to 20 hours. If it is shorter than 1 minute, uniform sulfonation may not proceed, and if it is longer than 20 hours, side reaction may occur.

スルホン化工程におけるスルホン化剤の添加量は、スルホン化される高分子化合物に含まれるスルホン化される部位の全量を1とした場合、1当量〜50当量であることが好ましい。1当量より低いと、スルホン化される部位が不均一になる場合があり、一方、50当量より多いと高分子化合物の主鎖が切断されるおそれがある。 The addition amount of the sulfonating agent in the sulfonation step is preferably 1 equivalent to 50 equivalents when the total amount of the sulfonation sites contained in the polymer compound to be sulfonated is 1. If it is lower than 1 equivalent, the site to be sulfonated may become non-uniform, while if it exceeds 50 equivalent, the main chain of the polymer compound may be cleaved.

スルホン化工程におけるプレスルホン化化合物の濃度はスルホン化剤と接触させた場合に均一に反応が進行すれば特に限定されないが、化合物が低分子量化などの副反応起こさないことと、溶媒量抑制によるコスト優位性の観点から1〜30重量%であることが好ましい。 The concentration of the presulfonated compound in the sulfonation step is not particularly limited as long as the reaction proceeds uniformly when brought into contact with the sulfonating agent, but the compound does not cause side reactions such as low molecular weight and the amount of solvent is suppressed. From the viewpoint of cost advantage, it is preferably 1 to 30% by weight.

(3.本発明の燃料電池用電解質膜)
本発明の燃料電池用電解質膜は、上述した本発明の高分子電解質を膜形状(フィルム形状)に加工したものである。本発明の高分子電解質を使用することにより、固体高分子形燃料電池や直接メタノール形燃料電池の電解質膜に好適な、優れた発電特性を示すことができる。
(3. Fuel cell electrolyte membrane of the present invention)
The electrolyte membrane for fuel cells of the present invention is obtained by processing the above-described polymer electrolyte of the present invention into a membrane shape (film shape). By using the polymer electrolyte of the present invention, excellent power generation characteristics suitable for an electrolyte membrane of a solid polymer fuel cell or a direct methanol fuel cell can be exhibited.

膜厚は、機械的強度やハンドリング性、燃料や酸化剤の遮断性、膜抵抗を勘案し、適宜設定すればよい。具体的には5〜200μmが好ましく、20〜100μmがより好ましい。この範囲よりも薄い場合は、膜抵抗は小さくなるものの、機械的強度が不充分となったり、ハンドリング性が損なわれたり、燃料や酸化剤の透過量が多くなりすぎる恐れがある。また、この範囲よりも厚い場合は、膜抵抗が大きくなり、電解質膜として所望の性能を発現しない恐れがある。 The film thickness may be appropriately set in consideration of mechanical strength, handling properties, fuel and oxidant blocking properties, and membrane resistance. Specifically, 5 to 200 μm is preferable, and 20 to 100 μm is more preferable. If it is thinner than this range, the membrane resistance will be small, but the mechanical strength may be insufficient, the handleability may be impaired, and the permeation amount of fuel and oxidant may be excessive. On the other hand, if it is thicker than this range, the membrane resistance increases, and there is a possibility that desired performance as an electrolyte membrane will not be exhibited.

製膜方法は、高分子フィルムや電解質膜で利用されている公知の方法が適用できる。具体的には、溶媒溶解性の場合には溶液キャスト法が、熱可塑性の場合には溶融押出法や熱プレス加工が利用できるが、これに限定されるものではない。また、他のバインダー樹脂や電解質と複合化して、本発明の燃料電池用電解質を固形のまま、他のマトリックス成分中に分散するような形態に加工して利用することも可能である。 As a film forming method, a known method used in a polymer film or an electrolyte membrane can be applied. Specifically, a solution cast method can be used in the case of solvent solubility, and a melt extrusion method or a hot press process can be used in the case of thermoplasticity, but is not limited thereto. In addition, the fuel cell electrolyte of the present invention can be combined with other binder resin or electrolyte and processed into a form in which it is dispersed in other matrix components as it is.

(4.本発明の燃料電池用触媒層)
本発明の燃料電池用触媒層は、上述した本発明の高分子電解質、燃料電池用触媒、必要に応じて撥水剤やバインダー樹脂から構成されるものである。本発明の高分子電解質を使用することにより、固体高分子形燃料電池や直接メタノール形燃料電池のアノードあるいはカソード触媒層に好適な、優れた発電特性を示すことができる。本発明で使用される燃料電池用触媒とは、文字通り、当業者にとって従来公知の燃料電池用触媒であればよく、導電性触媒担体と該導電性触媒担体に担時された触媒活性物質を含むものであればよく、その他の具体的な構成については、特に限定されない。具体的には、燃料電池の電極反応に対して活性な触媒が使用される。アノード側では、燃料(メタノールや水素など)の酸化能を有する触媒が使用される。導電性触媒担体としては、具体的には、カーボンブラック、ケッチェンブラック、活性炭、カーボンナノホーン、カーボンナノチューブなどの高表面積のカーボン担体が例示でき、触媒担持能や電子伝導性、電気化学的安定性などから、これらの材料が好ましい。触媒活性物質とは、具体的には、白金、コバルト、ルテニウム、などが例示でき、これらを単独、あるいはこれらの少なくとも1種を含んだ合金、さらには任意の混合物として使用しても構わない。特に、燃料の酸化能、酸化剤の還元能、耐久性を考慮すると、白金あるいは白金を含む合金であることが好ましい。これらは必要に応じて、安定化や長寿命化のために、鉄、錫、希土類元素等を用い3成分以上で構成してもよい。
(4. Catalyst layer for fuel cell of the present invention)
The fuel cell catalyst layer of the present invention is composed of the above-described polymer electrolyte of the present invention, a fuel cell catalyst, and, if necessary, a water repellent and a binder resin. By using the polymer electrolyte of the present invention, excellent power generation characteristics suitable for an anode or cathode catalyst layer of a solid polymer fuel cell or a direct methanol fuel cell can be exhibited. The fuel cell catalyst used in the present invention may be literally a fuel cell catalyst conventionally known to those skilled in the art, and includes a conductive catalyst carrier and a catalytically active substance supported by the conductive catalyst carrier. Any other specific configuration is not particularly limited. Specifically, a catalyst active for the electrode reaction of the fuel cell is used. On the anode side, a catalyst having the ability to oxidize fuel (such as methanol or hydrogen) is used. Specific examples of the conductive catalyst support include carbon supports having a high surface area such as carbon black, ketjen black, activated carbon, carbon nanohorn, and carbon nanotube. The catalyst support ability, electronic conductivity, and electrochemical stability can be exemplified. Therefore, these materials are preferable. Specific examples of the catalytically active substance include platinum, cobalt, ruthenium, and the like, and these may be used alone or as an alloy containing at least one of them, or any mixture. In particular, considering the oxidizing ability of the fuel, the reducing ability of the oxidizing agent, and durability, platinum or an alloy containing platinum is preferable. If necessary, these may be composed of three or more components using iron, tin, rare earth elements or the like for stabilization and long life.

本発明の燃料電池用触媒層は、本発明の燃料電池用電解質、前記燃料電池用触媒、溶媒、を含む触媒インクから、支持体上に塗布され、溶媒を除去することによって、調整される。前記溶媒は燃料電池用電解質を溶解でき、燃料電池用触媒を被毒しないものであれば、何ら制限なく使用可能である。前記触媒インクは、必要に応じて、非電解質バインダー、撥水剤、分散剤、増粘剤、造孔剤等の添加剤を含んでいても構わない。また、これらの添加剤は、当業者にとって従来公知のものが使用可能であり、その他の具体的な構成については、特に限定されない。 The fuel cell catalyst layer of the present invention is prepared by applying a catalyst ink containing the fuel cell electrolyte of the present invention, the fuel cell catalyst, and a solvent onto a support and removing the solvent. The solvent can be used without any limitation as long as it can dissolve the fuel cell electrolyte and does not poison the fuel cell catalyst. The catalyst ink may contain additives such as a non-electrolyte binder, a water repellent, a dispersant, a thickener, and a pore-forming agent as necessary. In addition, those additives conventionally known to those skilled in the art can be used, and other specific configurations are not particularly limited.

前記組成および方法で調製された触媒インクは、粘度や基材の種類に応じて、下記に示すような塗布方法が利用できる。前記触媒インクの基材上への塗布方法としては、当業者にとって従来公知の塗布方法であればよく、その他の具体的な構成については、特に限定されない。例えば、ナイフコーター、バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷などを利用する方法が列挙できるがこれに限定されるものではない。 The catalyst ink prepared by the above composition and method can be applied by the following coating method depending on the viscosity and the type of substrate. The method for applying the catalyst ink onto the substrate may be any method known to those skilled in the art, and the other specific configuration is not particularly limited. For example, methods using a knife coater, a bar coater, a spray, a dip coater, a spin coater, a roll coater, a die coater, a curtain coater, screen printing, and the like can be enumerated, but not limited thereto.

本発明において、基材として、高分子フィルムを使用した場合には燃料電池用触媒層転写シートが、導電性多孔質シートを使用した場合には燃料電池用ガス拡散電極が、それぞれ製造できる。 In the present invention, when a polymer film is used as the substrate, a fuel cell catalyst layer transfer sheet can be produced, and when a conductive porous sheet is used, a fuel cell gas diffusion electrode can be produced.

(5.本発明の燃料電池用膜/電極接合体)
本発明の燃料電池用膜/電極接合体は、上述した本発明の高分子電解質、燃料電池用高分子電解質膜、燃料電池用触媒層のいずれかを含むものである。即ち、膜/電極接合体の構成要件である電解質膜、アノード触媒層、カソード触媒層の少なくとも一つに本発明の高分子電解質、燃料電池用電解質膜、燃料電池用触媒層が使用されていればよく、その他の具体的な構成については、特に限定されない。従って、本発明の燃料電池用膜/電極接合体において、電解質膜としては、本発明の燃料電池用電解質膜以外にも、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸系の高分子電解質膜として、デュポン社製のナフィオン、旭硝子(株)製のフレミオン、旭化成(株)製のアシプレックス、ゴア社製のゴアセレクト、などを使用しても構わない。また、非フッ素系の高分子電解質膜として、当業者にとって従来公知のものが使用できる。例えば、直接メタノール形燃料電池用膜電極接合体に適した高分子電解質膜として、非電解質の多孔質支持体に高分子電解質を充填した細孔フィリング膜や高分子電解質と非電解質とを複合化した複合電解質膜などを使用するのが好ましい。
(5. Membrane / electrode assembly for fuel cell of the present invention)
The membrane / electrode assembly for a fuel cell of the present invention includes any of the polymer electrolyte of the present invention, the polymer electrolyte membrane for a fuel cell, or the catalyst layer for a fuel cell described above. That is, the polymer electrolyte, the fuel cell electrolyte membrane, and the fuel cell catalyst layer of the present invention are used as at least one of the electrolyte membrane, anode catalyst layer, and cathode catalyst layer, which are constituents of the membrane / electrode assembly. Other specific configurations are not particularly limited. Therefore, in the fuel cell membrane / electrode assembly of the present invention, as the electrolyte membrane, in addition to the fuel cell electrolyte membrane of the present invention, for example, as a perfluorocarbon sulfonic acid polymer electrolyte membrane, manufactured by DuPont Nafion, Flemion manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., Aciplex manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., Gore Select manufactured by Gore, etc. may be used. As the non-fluorine polymer electrolyte membrane, those conventionally known to those skilled in the art can be used. For example, as a polymer electrolyte membrane suitable for a membrane electrode assembly for direct methanol fuel cells, a pore filling membrane in which a nonelectrolytic porous support is filled with a polymer electrolyte or a polymer electrolyte and a nonelectrolyte are combined. It is preferable to use a composite electrolyte membrane or the like.

本発明の燃料電池用膜/電極接合体の製造において、加熱圧接の条件は、文字通り、当業者にとって従来公知の加熱圧接条件であればよく、その他の具体的な構成については、特に限定されない。最適な条件については、前記電解質膜と、アノード側触媒層およびカソード側触媒層にそれぞれ含まれる高分子電解質の種類に応じて適宜設定する必要がある。一般的に加熱圧接の温度は、前記高分子電解質膜や前記触媒層に含まれる高分子電解質の熱劣化や熱分解温度以下であって、高分子電解質膜あるいは前記触媒層に含まれる高分子電解質のガラス転移点や軟化点以上の温度、さらには高分子電解質膜あるいは前記触媒層に含まれる高分子電解質のガラス転移点や軟化点以上の温度条件下で実施するのが好ましい。また、加熱圧接の加圧条件は、概ね0.1MPa以上20MPa以下の範囲であることが、高分子電解質膜と前記触媒層が充分に接触するとともに、使用材料の著しい変形にともなう特性低下がなく好ましい。 In the production of the membrane / electrode assembly for a fuel cell of the present invention, the conditions for heating and pressure welding are literally those conventionally known to those skilled in the art, and the other specific configurations are not particularly limited. The optimum conditions need to be set as appropriate according to the type of polymer electrolyte contained in each of the electrolyte membrane, the anode side catalyst layer, and the cathode side catalyst layer. Generally, the temperature of the heating and pressure welding is equal to or lower than the thermal deterioration or thermal decomposition temperature of the polymer electrolyte contained in the polymer electrolyte membrane or the catalyst layer, and the polymer electrolyte contained in the polymer electrolyte membrane or the catalyst layer. It is preferable to carry out the reaction at a temperature above the glass transition point or softening point of the polymer electrolyte, or at a temperature above the glass transition point or softening point of the polymer electrolyte contained in the polymer electrolyte membrane or the catalyst layer. In addition, the pressurizing condition of the heat pressure contact is generally in the range of 0.1 MPa or more and 20 MPa or less, and the polymer electrolyte membrane and the catalyst layer are in sufficient contact with each other, and there is no deterioration in characteristics due to significant deformation of the material used. preferable.

本発明の燃料電池用膜/電極接合体は、前記高分子電解質膜の両面に、本発明の製造方法で得られる燃料電池用触媒層を配置し、前記高分子電解質膜と前記燃料電池用触媒層を接合した後、高分子フィルムを剥離することによって、高分子電解質膜とアノード側触媒層とカソード側触媒層とからなる3層膜/電極接合体(3層MEA:Membrane Electrode Assembly、CCM:Catalyst Coating Membrane)を製造することができる。 In the membrane / electrode assembly for a fuel cell of the present invention, the fuel cell catalyst layer obtained by the production method of the present invention is disposed on both sides of the polymer electrolyte membrane, and the polymer electrolyte membrane and the fuel cell catalyst are arranged. After the layers are joined, the polymer film is peeled off to form a three-layer membrane / electrode assembly comprising a polymer electrolyte membrane, an anode-side catalyst layer, and a cathode-side catalyst layer (3-layer MEA: Membrane Electrode Assembly, CCM: Catalyst Coating Membrane) can be manufactured.

また、前記燃料電池用触媒層の代わりに、本発明の製造方法で得られる燃料電池用ガス拡散電極を使用した場合、前記3層膜/電極接合体の外側に拡散層が構成された5層膜/電極接合体(5層MEA)を製造することができる。 Further, when a gas diffusion electrode for a fuel cell obtained by the production method of the present invention is used instead of the catalyst layer for a fuel cell, five layers in which a diffusion layer is formed outside the three-layer membrane / electrode assembly A membrane / electrode assembly (5-layer MEA) can be manufactured.

さらに、拡散層と触媒層との間に、少なくとも、導電性カーボン粒子と撥水剤から構成される撥水導電性材料からなる層、を必要に応じて設けることや、拡散層周縁部の電解質膜上に1対のガスケットを配置して構成した7層膜電極接合体も本発明の範疇であることを付言しておく。 Furthermore, at least a layer made of a water repellent conductive material composed of conductive carbon particles and a water repellent agent is provided between the diffusion layer and the catalyst layer as needed, and the electrolyte at the periphery of the diffusion layer It is added that a seven-layer membrane electrode assembly formed by arranging a pair of gaskets on the membrane is also within the scope of the present invention.

本発明の高分子電解質、燃料電池用高分子電解質膜、または燃料電池用触媒層は、固体高分子形燃料電池および/または直接メタノール形燃料電池に好適である。固体高分子形燃料電池および/または直接メタノール形燃料電池は、上述した膜/電極接合体を、燃料、並びに酸化剤を送り込む流路が形成された一対のセパレーターなどの間に挿入することにより、得られるものである。上記セパレーターは、特に限定されず、例えばカーボングラファイトやステンレス鋼の導電性材料のものが使用できる。特にステンレス鋼などの金属製材料を使用する場合は、耐腐食性の処理を施していることが好ましい。これらセパレーターの代わりに、燃料、並びに酸化剤の供給経路を備える部材で代替しても構わない。 The polymer electrolyte, the polymer electrolyte membrane for fuel cells, or the catalyst layer for fuel cells of the present invention is suitable for solid polymer fuel cells and / or direct methanol fuel cells. In the polymer electrolyte fuel cell and / or the direct methanol fuel cell, the membrane / electrode assembly described above is inserted between a pair of separators in which a flow path for feeding fuel and an oxidant is formed, and the like. It is obtained. The separator is not particularly limited, and for example, a conductive material such as carbon graphite or stainless steel can be used. In particular, when a metal material such as stainless steel is used, it is preferable to perform a corrosion resistance treatment. Instead of these separators, members having fuel and oxidant supply paths may be substituted.

アノードに燃料として、水素または水素リッチガスなどを供給する場合は、固体高分子形燃料電池、メタノールおよびその水溶液などを供給する場合は、直接メタノール形燃料電池、に分類される。いずれの場合も、カソードに酸化剤として、特に限定されないが、酸素あるいは空気などを用いることができる。前記カソードに供給される酸化剤は、水で加湿されていても良いが、無加湿の酸化剤を用いた場合、カソードのフラッディング現象を抑制できることから好ましい。 When supplying hydrogen or hydrogen-rich gas as a fuel to the anode, it is classified into a solid polymer fuel cell, and when supplying methanol and its aqueous solution, it is classified directly into a methanol fuel cell. In either case, the oxidizing agent for the cathode is not particularly limited, but oxygen or air can be used. The oxidant supplied to the cathode may be humidified with water, but the use of a non-humidified oxidant is preferable because the cathode flooding phenomenon can be suppressed.

なお、本実施の形態にかかる固体高分子形燃料電池を単独で、あるいは複数積層して、スタックを形成して使用することや、それらを組み込んだ燃料電池システムとすることもできる。 It should be noted that the polymer electrolyte fuel cells according to the present embodiment can be used alone or in a stacked manner to form a stack, or a fuel cell system incorporating them.

以下実施例を示し、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。さらに、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 Hereinafter, examples will be shown and the embodiment of the present invention will be described in more detail. Of course, the present invention is not limited to the following examples, and it goes without saying that various aspects are possible in detail. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims, and the present invention is also applied to the embodiments obtained by appropriately combining the disclosed technical means. It is included in the technical scope of the invention.

合成例1で得られたプロトン酸基含有セグメント前駆体のイオン交換容量、および実施例および比較例で得られた高分子電解質(ブロック共重合体)の数平均分子量は次の方法により測定した。 The ion exchange capacity of the proton acid group-containing segment precursor obtained in Synthesis Example 1 and the number average molecular weight of the polymer electrolytes (block copolymers) obtained in Examples and Comparative Examples were measured by the following methods.

<プロトン酸基含有セグメント前駆体のイオン交換容量の測定方法>
得られたプロトン酸基含有セグメント前駆体(約100mg:十分に乾燥)を25℃での塩化ナトリウム飽和水溶液20mLに浸漬し、ウォーターバス中で60℃、3時間イオン交換反応させた。25℃まで冷却し、次いでイオン交換水で充分に洗浄し、塩化ナトリウム飽和水溶液および洗浄水をすべて回収した。この回収した溶液に、指示薬としてフェノールフタレイン溶液を加え、0.01Nの水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定し、イオン交換容量を算出した。
<Method of measuring ion exchange capacity of proton acid group-containing segment precursor>
The obtained proton acid group-containing segment precursor (about 100 mg: sufficiently dried) was immersed in 20 mL of a saturated aqueous solution of sodium chloride at 25 ° C., and subjected to an ion exchange reaction in a water bath at 60 ° C. for 3 hours. The mixture was cooled to 25 ° C. and then thoroughly washed with ion exchange water, and all of the saturated aqueous sodium chloride solution and the washing water were collected. To this recovered solution, a phenolphthalein solution was added as an indicator, and neutralization titration was performed with a 0.01N sodium hydroxide aqueous solution to calculate the ion exchange capacity.

<高分子電解質の数平均分子量の測定>
高分子電解質をGPC法により測定し、標準ポリスチレン試料を用いた換算値から数平均分子量を算出した。
<Measurement of number average molecular weight of polymer electrolyte>
The polymer electrolyte was measured by the GPC method, and the number average molecular weight was calculated from the converted value using a standard polystyrene sample.

(合成例1:プロトン酸基含有セグメント前駆体)
リービッヒ冷却管とディーン・スタックトラップ、メカニカルスターラーを備え、窒素パージしている三口フラスコ中にビス(4−フルオロフェニル)スルホン(2.7g、10.5mmol、東京化成工業社製)と9,9’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン(4.0g、11.4mmol、東京化成工業社製)、炭酸カリウム(3.2g、22.8mmol、関東化学社製)を加え、さらに脱水N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc、20mL、関東化学社製)と、脱水トルエン(10mL、関東化学社製)を加えた混合溶液を140℃のオイルバス加熱条件下にて3時間攪拌した後、さらに165℃にて2時間攪拌した。ここに9,9’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン(0.4g、1.14mmol)を追加し、同じ温度にて1時間攪拌した。反応液を純水中に滴下し、生じた白色沈殿を濾取した。固体を温水とメタノールにて洗浄後、再度濾取し、60℃にて真空乾燥することで目的物の親水部用オリゴマーを白色固体として6.1g得た。
次に、リービッヒ冷却管とマグネチックスターラーを備え、窒素パージしている三口フラスコ中に、得られた親水部用オリゴマー(3g、1.15mmol)とデカフルオロビフェニル(1.9g、5.75mmol)、炭酸カリウム(0.32g、2.3mmol)を加えた。ここに脱水DMAc(30ml)と脱水シクロヘキサン(5ml)を加えた後、混合溶液を100℃のオイルバス加熱条件下にて12時間攪拌した。反応終了後、反応液を純水中に滴下し、白色沈殿を濾取した。固体を温水とメタノールにて洗浄後、再度濾取し、60℃にて真空乾燥することで目的物のデカフルオロビフェニル由来の末端基を有するオリゴマー(連結剤含有オリゴマー)を白色固体として4.7g得た。
最後に得られた連結剤含有オリゴマー(4.7g)をジクロロメタン(100ml)に溶解し、クロロ硫酸(1.9ml、28mmol)を含むジクロロメタン(150ml)溶液中に室温下にて滴下し12時間攪拌した。反応終了後、冷純水中に滴下した後、減圧下にてジクロロメタンを留去した。この混合溶液中にNaClを加え、生じた固体を、濾取した。この固体を純水に再度溶解し、NaOH水溶液を溶液のpHが中性になるまで加え、中性で安定したところでNaClを加え、生じた固体を濾取後、再度純水中に溶解し、透析膜を用いて、透析を行った。透析処理した溶液を濃縮し、得られた白色沈殿を120℃にて10時間真空乾燥することで目的のプロトン酸基含有セグメント前駆体を5.5g得た。なお、このプロトン酸基含有セグメント前駆体のスルホン酸基の含有量を測定したところ、4.3meq./gであった。
(Synthesis Example 1: Protic acid group-containing segment precursor)
Bis (4-fluorophenyl) sulfone (2.7 g, 10.5 mmol, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 9,9 in a three-necked flask equipped with a Liebig condenser, Dean stack trap and mechanical stirrer and purged with nitrogen '-Bis (4-hydroxyphenyl) fluorene (4.0 g, 11.4 mmol, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), potassium carbonate (3.2 g, 22.8 mmol, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was added, and dehydrated N, N -A mixed solution of dimethylacetamide (DMAc, 20 mL, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) and dehydrated toluene (10 mL, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was stirred for 3 hours under an oil bath heating condition of 140 ° C, and then further 165 ° C. For 2 hours. 9,9′-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene (0.4 g, 1.14 mmol) was added thereto, and the mixture was stirred at the same temperature for 1 hour. The reaction solution was dropped into pure water, and the resulting white precipitate was collected by filtration. The solid was washed with warm water and methanol, and then collected again by filtration and vacuum dried at 60 ° C. to obtain 6.1 g of the target hydrophilic part oligomer as a white solid.
Next, in a three-necked flask equipped with a Liebig condenser and a magnetic stirrer and purged with nitrogen, the obtained oligomer for hydrophilic part (3 g, 1.15 mmol) and decafluorobiphenyl (1.9 g, 5.75 mmol) , Potassium carbonate (0.32 g, 2.3 mmol) was added. Dehydrated DMAc (30 ml) and dehydrated cyclohexane (5 ml) were added thereto, and the mixed solution was stirred for 12 hours under oil bath heating conditions at 100 ° C. After completion of the reaction, the reaction solution was dropped into pure water, and a white precipitate was collected by filtration. The solid was washed with warm water and methanol, and then collected again by filtration and dried at 60 ° C. under vacuum to obtain 4.7 g of an oligomer having a terminal group derived from decafluorobiphenyl (ligating agent-containing oligomer) as a white solid. Obtained.
Finally, the obtained ligating agent-containing oligomer (4.7 g) was dissolved in dichloromethane (100 ml) and added dropwise to a dichloromethane (150 ml) solution containing chlorosulfuric acid (1.9 ml, 28 mmol) at room temperature and stirred for 12 hours. did. After completion of the reaction, the reaction mixture was dropped into cold pure water, and then dichloromethane was distilled off under reduced pressure. NaCl was added to the mixed solution, and the resulting solid was collected by filtration. This solid is dissolved again in pure water, an aqueous NaOH solution is added until the pH of the solution becomes neutral, NaCl is added when neutral and stable, the resulting solid is collected by filtration, and then dissolved again in pure water. Dialysis was performed using a dialysis membrane. The dialyzed solution was concentrated, and the resulting white precipitate was vacuum-dried at 120 ° C. for 10 hours to obtain 5.5 g of the target proton acid group-containing segment precursor. In addition, when content of the sulfonic acid group of this proton acid group containing segment precursor was measured, it was 4.3 meq. / G.

(合成例2:プロトン酸基を有しないセグメント前駆体)
リービッヒ冷却管とディーン・スタックトラップ、メカニカルスターラーを備え、窒素パージしている三口フラスコ中にビス(4−フルオロフェニル)スルホン(4.8g、18.8mmol)と4,4’−ビフェノール(5.1g、20mmol)、炭酸カリウム(5.5g、40mmol)、脱水DMAc(40ml)および脱水トルエン(20ml)を加えた。この溶液を140℃のオイルバス加熱条件下にて3時間攪拌した後、さらに165℃にて2時間攪拌した。ここに4,4’−ビフェノール(0.37g、2mmol)を追加し、同じ温度にて1時間攪拌した。反応液を純水中に滴下し、生じた白色沈殿を濾取した。固体を温水とメタノールにて洗浄後、再度濾取し、60℃にて真空乾燥することで目的物のプロトン酸基を有しないセグメント前駆体を白色固体として9.1g得た。
(Synthesis Example 2: Segment precursor having no proton acid group)
Bis (4-fluorophenyl) sulfone (4.8 g, 18.8 mmol) and 4,4′-biphenol (5. 4) in a three-necked flask equipped with a Liebig condenser, Dean stack trap, mechanical stirrer and purged with nitrogen. 1 g, 20 mmol), potassium carbonate (5.5 g, 40 mmol), dehydrated DMAc (40 ml) and dehydrated toluene (20 ml) were added. This solution was stirred for 3 hours under an oil bath heating condition of 140 ° C., and further stirred at 165 ° C. for 2 hours. To this was added 4,4′-biphenol (0.37 g, 2 mmol), and the mixture was stirred at the same temperature for 1 hour. The reaction solution was dropped into pure water, and the resulting white precipitate was collected by filtration. The solid was washed with warm water and methanol, and then collected again by filtration and vacuum dried at 60 ° C. to obtain 9.1 g of a segment precursor having no target proton acid group as a white solid.

(合成例3:プロトン酸基を有しないセグメント前駆体)
リービッヒ冷却管とディーン・スタックトラップ、メカニカルスターラーを備え、窒素パージしている三口フラスコ中にビス(4−フルオロフェニル)スルホン(4.9g、19.4mmol)と4,4’−ビフェノール(5.1g、20mmol)、炭酸カリウム(5.5g、40mmol)、脱水DMAc(40ml)および脱水トルエン(20ml)を加えた。この溶液を140℃のオイルバス加熱条件下にて3時間攪拌した後、さらに165℃にて2時間攪拌した。ここに4,4’−ビフェノール(0.37g、2mmol)を追加し、同じ温度にて1時間攪拌した。反応液を純水中に滴下し、生じた白色沈殿を濾取した。固体を温水とメタノールにて洗浄後、再度濾取し、60℃にて真空乾燥することで目的物のプロトン酸基を有しないセグメント前駆体を白色固体として9.2g得た。
(Synthesis Example 3: Segment precursor having no proton acid group)
Bis (4-fluorophenyl) sulfone (4.9 g, 19.4 mmol) and 4,4′-biphenol (5. 4) in a three-necked flask equipped with a Liebig condenser, Dean stack trap, mechanical stirrer and purged with nitrogen. 1 g, 20 mmol), potassium carbonate (5.5 g, 40 mmol), dehydrated DMAc (40 ml) and dehydrated toluene (20 ml) were added. This solution was stirred for 3 hours under an oil bath heating condition of 140 ° C., and further stirred at 165 ° C. for 2 hours. To this was added 4,4′-biphenol (0.37 g, 2 mmol), and the mixture was stirred at the same temperature for 1 hour. The reaction solution was dropped into pure water, and the resulting white precipitate was collected by filtration. The solid was washed with warm water and methanol, and then collected again by filtration and vacuum dried at 60 ° C. to obtain 9.2 g of a segment precursor having no proton acid group as a target product as a white solid.

(合成例4:プロトン酸基を有しないセグメント前駆体)
リービッヒ冷却管とディーン・スタックトラップ、メカニカルスターラーを備え、窒素パージしている三口フラスコ中にビス(4−フルオロフェニル)スルホン(4.8g、18.8mmol)と2,7−ジヒドロキシナフタレン(3.2g、20mmol)、炭酸カリウム(5.5g、40mmol)、脱水DMAc(40ml)および脱水トルエン(20ml)を加えた。この溶液を140℃のオイルバス加熱条件下にて3時間攪拌した後、さらに165℃にて2時間攪拌した。ここに2,7−ジヒドロキシナフタレン(0.3g、2mmol)を追加し、同じ温度にて1時間攪拌した。反応液を純水中に滴下し、生じた白色沈殿を濾取した。固体を温水とメタノールにて洗浄後、再度濾取し、60℃にて真空乾燥することで目的物のプロトン酸基を有しないセグメント前駆体を白色固体として7.0g得た。
(Synthesis Example 4: Segment precursor having no proton acid group)
Bis (4-fluorophenyl) sulfone (4.8 g, 18.8 mmol) and 2,7-dihydroxynaphthalene (3. 3) in a three-necked flask equipped with a Liebig condenser, Dean stack trap, mechanical stirrer and purged with nitrogen. 2 g, 20 mmol), potassium carbonate (5.5 g, 40 mmol), dehydrated DMAc (40 ml) and dehydrated toluene (20 ml) were added. This solution was stirred for 3 hours under an oil bath heating condition of 140 ° C., and further stirred at 165 ° C. for 2 hours. 2,7-dihydroxynaphthalene (0.3 g, 2 mmol) was added thereto, and the mixture was stirred at the same temperature for 1 hour. The reaction solution was dropped into pure water, and the resulting white precipitate was collected by filtration. The solid was washed with warm water and methanol, and then collected again by filtration and vacuum dried at 60 ° C. to obtain 7.0 g of a segment precursor having no proton acid group as a target product as a white solid.

(合成例5:プロトン酸基を有しないセグメント前駆体)
リービッヒ冷却管とディーン・スタックトラップ、メカニカルスターラーを備え、窒素パージしている三口フラスコ中にビス(4−フルオロフェニル)スルホン(4.8g、18.8mmol)とヒドロキノン(2.2g、20mmol)、炭酸カリウム(5.5g、40mmol)、脱水DMAc(40ml)および脱水トルエン(20ml)を加えた。この溶液を140℃のオイルバス加熱条件下にて3時間攪拌した後、さらに165℃にて2時間攪拌した。ここにヒドロキノン(0.2g、2mmol)を追加し、同じ温度にて1時間攪拌した。反応液を純水中に滴下し、生じた白色沈殿を濾取した。固体を温水とメタノールにて洗浄後、再度濾取し、60℃にて真空乾燥することで目的物のプロトン酸基を有しないセグメント前駆体を白色固体として6.5g得た。
(Synthesis Example 5: Segment precursor having no proton acid group)
Bis (4-fluorophenyl) sulfone (4.8 g, 18.8 mmol) and hydroquinone (2.2 g, 20 mmol) in a three-neck flask equipped with a Liebig condenser, Dean stack trap, mechanical stirrer and purged with nitrogen, Potassium carbonate (5.5 g, 40 mmol), dehydrated DMAc (40 ml) and dehydrated toluene (20 ml) were added. This solution was stirred for 3 hours under an oil bath heating condition of 140 ° C., and further stirred at 165 ° C. for 2 hours. Hydroquinone (0.2 g, 2 mmol) was added thereto and stirred at the same temperature for 1 hour. The reaction solution was dropped into pure water, and the resulting white precipitate was collected by filtration. The solid was washed with warm water and methanol, and then collected again by filtration and vacuum dried at 60 ° C. to obtain 6.5 g of a segment precursor having no proton acid group as a target product as a white solid.

(実施例1)
<ブロック共重合体の調製>
合成例1で得たプロトン酸基含有セグメント前駆体(0.403g)、合成例2で得たプロトン酸基を有しないセグメント前駆体(0.44g)、炭酸カリウム(33mg、0.24mmol)、および炭酸カルシウム(237mg、2.4mmol)を投入した容器に脱水DMAc(5ml)とシクロヘキサン(1.5ml)を加えた。この溶液を140℃で24時間加熱した後、反応溶液を塩酸水溶液中に滴下し、生じた沈殿を濾取した。固体をNaCl水溶液で数回処理した後、60℃の恒温槽で乾燥して、ブロック共重合体を得た。(収量:0.78g、数平均分子量:95000)
Example 1
<Preparation of block copolymer>
Protic acid group-containing segment precursor obtained in Synthesis Example 1 (0.403 g), segment precursor not having a proton acid group obtained in Synthesis Example 2 (0.44 g), potassium carbonate (33 mg, 0.24 mmol), And dehydrated DMAc (5 ml) and cyclohexane (1.5 ml) were added to a container charged with calcium carbonate (237 mg, 2.4 mmol). After this solution was heated at 140 ° C. for 24 hours, the reaction solution was dropped into an aqueous hydrochloric acid solution, and the resulting precipitate was collected by filtration. The solid was treated several times with an aqueous NaCl solution and then dried in a constant temperature bath at 60 ° C. to obtain a block copolymer. (Yield: 0.78 g, number average molecular weight: 95000)

(実施例2)
<ブロック共重合体の調製>
合成例1で得たプロトン酸基含有セグメント前駆体(0.33g)、合成例3で得たプロトン酸基を有しないセグメント前駆体(0.6g)、炭酸カリウム(27mg、0.2mmol)、および炭酸カルシウム(196mg、2.0mmol)を投入した容器に脱水DMAc(5ml)とシクロヘキサン(1.5ml)を加えた。この溶液を140℃で24時間加熱した後、反応溶液を塩酸水溶液中に滴下し、生じた沈殿を濾取した。固体をNaCl水溶液で数回処理した後、60℃の恒温槽で乾燥して、ブロック共重合体を得た。(収量:0.84g、数平均分子量:104000)
(Example 2)
<Preparation of block copolymer>
Protic acid group-containing segment precursor obtained in Synthesis Example 1 (0.33 g), segment precursor having no proton acid group obtained in Synthesis Example 3 (0.6 g), potassium carbonate (27 mg, 0.2 mmol), And dehydrated DMAc (5 ml) and cyclohexane (1.5 ml) were added to a container charged with calcium carbonate (196 mg, 2.0 mmol). After this solution was heated at 140 ° C. for 24 hours, the reaction solution was dropped into an aqueous hydrochloric acid solution, and the resulting precipitate was collected by filtration. The solid was treated several times with an aqueous NaCl solution and then dried in a constant temperature bath at 60 ° C. to obtain a block copolymer. (Yield: 0.84 g, number average molecular weight: 104000)

(実施例3)
<ブロック共重合体の調製>
合成例1で得たプロトン酸基含有セグメント前駆体(0.4g)、合成例4で得たプロトン酸基を有しないセグメント前駆体(0.58g)、炭酸カリウム(28mg、0.2mmol)、および炭酸カルシウム(0.2g、2mmol)を投入した容器に脱水DMAc(5ml)とシクロヘキサン(1.5ml)を加えた。この溶液を140℃で24時間加熱した後、反応溶液を塩酸水溶液中に滴下し、生じた沈殿を濾取した。固体をNaCl水溶液で数回処理した後、60℃の恒温槽で乾燥して、ブロック共重合体を得た。(収量:0.91g、数平均分子量:52000)
(Example 3)
<Preparation of block copolymer>
The proton acid group-containing segment precursor obtained in Synthesis Example 1 (0.4 g), the segment precursor having no proton acid group obtained in Synthesis Example 4 (0.58 g), potassium carbonate (28 mg, 0.2 mmol), And dehydrated DMAc (5 ml) and cyclohexane (1.5 ml) were added to a container charged with calcium carbonate (0.2 g, 2 mmol). After this solution was heated at 140 ° C. for 24 hours, the reaction solution was dropped into an aqueous hydrochloric acid solution, and the resulting precipitate was collected by filtration. The solid was treated several times with an aqueous NaCl solution and then dried in a constant temperature bath at 60 ° C. to obtain a block copolymer. (Yield: 0.91 g, number average molecular weight: 52000)

(実施例4)
<ブロック共重合体の調製>
合成例1で得たプロトン酸基含有セグメント前駆体(0.4g)、合成例5で得たプロトン酸基を有しないセグメント前駆体(0.5g)、炭酸カリウム(28mg、0.2mmol)、および炭酸カルシウム(0.2g、2mmol)を投入した容器に脱水DMAc(5ml)とシクロヘキサン(1.5ml)を加えた。この溶液を140℃で24時間加熱した後、反応溶液を塩酸水溶液中に滴下し、生じた沈殿を濾取した。固体をNaCl水溶液で数回処理した後、60℃の恒温槽で乾燥して、ブロック共重合体を得た。(収量:0.84g、数平均分子量:80000)
Example 4
<Preparation of block copolymer>
Protic acid group-containing segment precursor obtained in Synthesis Example 1 (0.4 g), segment precursor having no proton acid group obtained in Synthesis Example 5 (0.5 g), potassium carbonate (28 mg, 0.2 mmol), And dehydrated DMAc (5 ml) and cyclohexane (1.5 ml) were added to a container charged with calcium carbonate (0.2 g, 2 mmol). After this solution was heated at 140 ° C. for 24 hours, the reaction solution was dropped into an aqueous hydrochloric acid solution, and the resulting precipitate was collected by filtration. The solid was treated several times with an aqueous NaCl solution and then dried in a constant temperature bath at 60 ° C. to obtain a block copolymer. (Yield: 0.84 g, number average molecular weight: 80000)

(比較例1)
リービッヒ冷却管とディーン・スタックトラップ、メカニカルスターラーを備え、窒素パージしている三口フラスコ中に4,4’−ジフルオロ−3,3’−ジスルホン酸ナトリウムジフェニルスルホン(0.917g、2mmol)と9,9’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン(0.771g、2.2mmol)、炭酸カリウム(0.69g、5mmol)、N−メチルピロリドン(7ml)およびトルエン(2ml)を加えた。この混合溶液を140℃のオイルバス加熱条件下にて1時間攪拌した後、さらに165℃にて6.5時間攪拌した。ここにデカフルオロビフェニル(0.334g、1mmol)を追加し、120℃にて2時間攪拌した。混合用液を室温まで戻した後、合成例2で得られたプロトン酸基を有しないセグメント前駆体(1.24g)とN−メチルピロリドン(10ml)を加え、110℃にて6時間攪拌した。反応液を純水中に滴下し、生じた白色沈殿を濾取した。固体を温水にて洗浄後、再度濾取し、100℃にて真空乾燥することで目的物のブロック共重合体を桃色固体として得た。(収量:2.4g、数平均分子量:100000)
(Comparative Example 1)
A 4,4′-difluoro-3,3′-disulfonic acid sodium diphenylsulfone (0.917 g, 2 mmol) and 9, 9′-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene (0.771 g, 2.2 mmol), potassium carbonate (0.69 g, 5 mmol), N-methylpyrrolidone (7 ml) and toluene (2 ml) were added. The mixed solution was stirred for 1 hour under heating at 140 ° C. in an oil bath, and further stirred for 6.5 hours at 165 ° C. Decafluorobiphenyl (0.334 g, 1 mmol) was added thereto, and the mixture was stirred at 120 ° C. for 2 hours. After returning the mixing solution to room temperature, the segment precursor (1.24 g) having no proton acid group obtained in Synthesis Example 2 and N-methylpyrrolidone (10 ml) were added, and the mixture was stirred at 110 ° C. for 6 hours. . The reaction solution was dropped into pure water, and the resulting white precipitate was collected by filtration. The solid was washed with warm water and then collected again by filtration, followed by vacuum drying at 100 ° C. to obtain the target block copolymer as a pink solid. (Yield: 2.4 g, number average molecular weight: 100,000)

<電解質膜の製造>
溶液キャスト法により製膜を行った。実施例1〜3および比較例1で得られたブロック共重合体を各々濃度が10wt%となるようにN,N−ジメチルアセトアミドに溶解した。この溶液をガラス板上にキャストした。45℃で12時間常圧乾燥した後、更に80℃で12時間真空乾燥して、膜を得た。この膜を1Nの硫酸水溶液に12時間浸漬した(酸処理工程)。この酸処理工程を更に2回繰り返した。その後60℃の純水で膜を洗浄し、常温で48時間乾燥を行うことにより、電解質膜を得た。これを各試験の試験試料とした。
<Manufacture of electrolyte membrane>
Film formation was performed by a solution casting method. The block copolymers obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were dissolved in N, N-dimethylacetamide so as to have a concentration of 10 wt%. This solution was cast on a glass plate. After drying at 45 ° C. for 12 hours under normal pressure, the film was further vacuum-dried at 80 ° C. for 12 hours to obtain a film. This membrane was immersed in a 1N aqueous sulfuric acid solution for 12 hours (acid treatment step). This acid treatment step was repeated two more times. Thereafter, the membrane was washed with pure water at 60 ° C., and dried at room temperature for 48 hours to obtain an electrolyte membrane. This was used as a test sample for each test.

<イオン交換容量の測定方法>
各試験試料(約100mg:十分に乾燥)を25℃での塩化ナトリウム飽和水溶液20mLに浸漬し、ウォーターバス中で60℃、3時間イオン交換反応させた。25℃まで冷却し、次いで膜をイオン交換水で充分に洗浄し、塩化ナトリウム飽和水溶液および洗浄水をすべて回収した。この回収した溶液に、指示薬としてフェノールフタレイン溶液を加え、0.01Nの水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定し、イオン交換容量を算出した。
<Measurement method of ion exchange capacity>
Each test sample (about 100 mg: sufficiently dried) was immersed in 20 mL of a saturated aqueous sodium chloride solution at 25 ° C., and subjected to an ion exchange reaction in a water bath at 60 ° C. for 3 hours. After cooling to 25 ° C., the membrane was thoroughly washed with ion exchanged water, and all of the saturated aqueous sodium chloride solution and the washing water were collected. To this recovered solution, a phenolphthalein solution was added as an indicator, and neutralization titration was performed with a 0.01N sodium hydroxide aqueous solution to calculate the ion exchange capacity.

<プロトン導電率の測定>
各試験試料を、1×40mmの大きさに裁断し、4端子法により交流インピーダンスを測定した。測定は80℃、40%RHの各条件で2時間放置、電流値として0.005mAの定電流、掃引周波数は10〜20000Hzとした。得られたインピーダンスと膜端子間距離(10mm)と膜厚(30μm)からプロトン導電率を算出した。
<Measurement of proton conductivity>
Each test sample was cut into a size of 1 × 40 mm, and the AC impedance was measured by a four-terminal method. The measurement was allowed to stand at 80 ° C. and 40% RH for 2 hours, the current value was a constant current of 0.005 mA, and the sweep frequency was 10 to 20000 Hz. The proton conductivity was calculated from the obtained impedance, distance between membrane terminals (10 mm), and film thickness (30 μm).

各実施例及び比較例について、イオン交換容量及びプロトン導電率(プロトン伝導度)を表1に示した。 Table 1 shows the ion exchange capacity and proton conductivity (proton conductivity) for each example and comparative example.

Figure 2011181278
Figure 2011181278

Claims (8)

プロトン酸基を有するセグメントと、プロトン酸基を有しないセグメントとを有するブロック共重合体であって、
前記プロトン酸基を有するセグメントは、電子供与性基が結合している芳香環にのみプロトン酸基が結合している構造を有し、
前記プロトン酸基を有しないセグメントは、置換基として電子供与性基のみが結合している芳香環を含む構造を有し、
前記プロトン酸基を有するセグメントと前記プロトン酸基を有しないセグメントとが、デカフルオロビフェニル、およびヘキサフルオロベンゼンからなる群から選ばれる化合物由来の構造を介して結合してなることを特徴とする、高分子電解質。
A block copolymer having a segment having a proton acid group and a segment not having a proton acid group,
The segment having a proton acid group has a structure in which a proton acid group is bonded only to an aromatic ring to which an electron donating group is bonded;
The segment having no proton acid group has a structure including an aromatic ring to which only an electron donating group is bonded as a substituent,
The segment having a proton acid group and the segment not having a proton acid group are bonded via a structure derived from a compound selected from the group consisting of decafluorobiphenyl and hexafluorobenzene, Polymer electrolyte.
前記プロトン酸基を有さないセグメントが有する、置換基として電子供与性基のみが結合している芳香環は、−S−、−O−、−Ar−、および下記式(4)で表される基からなる群から選ばれる少なくとも一つと結合している、請求項1に記載の高分子電解質。
Figure 2011181278
(式中、Rはそれぞれ独立に炭素数1〜20のアルキル基であり複数存在する場合、互いに同一であっても異なっていても良い。Rは炭素数1〜10のアルキレン基である。)
The aromatic ring having only the electron donating group as a substituent, which the segment having no proton acid group has, is represented by -S-, -O-, -Ar-, and the following formula (4). The polymer electrolyte according to claim 1, which is bonded to at least one selected from the group consisting of:
Figure 2011181278
(In the formula, each R 2 is independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and when there are a plurality thereof, they may be the same or different. R 3 is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms. .)
前記プロトン酸基を有するセグメントが、スルホン酸基を1.0〜10.0meq./g含む、請求項1又は2に記載の高分子電解質。 The segment having a protonic acid group has a sulfonic acid group of 1.0 to 10.0 meq. The polymer electrolyte according to claim 1 or 2, comprising / g. デカフルオロビフェニル、およびヘキサフルオロベンゼンから選ばれる化合物由来の末端基を有する、プロトン酸基を有するセグメント前駆体と、プロトン酸基を有しないセグメント前駆体とをブロック共重合化させることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の高分子電解質の製造方法。 A block precursor comprising a segment precursor having a proton acid group and having a terminal group derived from a compound selected from decafluorobiphenyl and hexafluorobenzene and a segment precursor having no proton acid group are block copolymerized The manufacturing method of the polymer electrolyte in any one of Claims 1-3. 前記デカフルオロビフェニル、およびヘキサフルオロベンゼンから選ばれる化合物由来の末端基を有する、プロトン酸基を有するセグメントは、
前記デカフルオロビフェニル、およびヘキサフルオロベンゼンから選ばれる化合物由来の末端基を有するオリゴマーをプロトン化して得られることを特徴とする、請求項4に記載の高分子電解質の製造方法。
The segment having a proton acid group having a terminal group derived from a compound selected from decafluorobiphenyl and hexafluorobenzene,
The method for producing a polymer electrolyte according to claim 4, wherein the polymer electrolyte is obtained by protonating an oligomer having a terminal group derived from a compound selected from decafluorobiphenyl and hexafluorobenzene.
請求項1〜3のいずれかに記載の高分子電解質を用いた、燃料電池用高分子電解質。 The polymer electrolyte for fuel cells using the polymer electrolyte in any one of Claims 1-3. 請求項1〜3のいずれかに記載の高分子電解質を用いた、燃料電池用触媒層。 A fuel cell catalyst layer using the polymer electrolyte according to claim 1. 請求項1〜3のいずれかに記載の高分子電解質を用いた、燃料電池用膜/電極接合体。 A membrane / electrode assembly for a fuel cell using the polymer electrolyte according to any one of claims 1 to 3.
JP2010043165A 2010-02-26 2010-02-26 POLYMER ELECTROLYTE, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME AND USE THEREOF Expired - Fee Related JP5626960B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010043165A JP5626960B2 (en) 2010-02-26 2010-02-26 POLYMER ELECTROLYTE, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME AND USE THEREOF

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010043165A JP5626960B2 (en) 2010-02-26 2010-02-26 POLYMER ELECTROLYTE, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME AND USE THEREOF

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011181278A true JP2011181278A (en) 2011-09-15
JP5626960B2 JP5626960B2 (en) 2014-11-19

Family

ID=44692600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010043165A Expired - Fee Related JP5626960B2 (en) 2010-02-26 2010-02-26 POLYMER ELECTROLYTE, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME AND USE THEREOF

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5626960B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012252915A (en) * 2011-06-03 2012-12-20 Kaneka Corp Polyelectrolyte membrane, and use thereof
WO2022202123A1 (en) 2021-03-23 2022-09-29 東レ株式会社 Block copolymer, production method therefor, polymeric electrolyte material, polymeric electrolyte molded article, polymeric electrolyte film, electrolyte film equipped with catalyst layer, membrane electrode composite, solid polymer fuel cell, and water electrolysis type hydrogen generating device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005033182A1 (en) * 2003-10-02 2005-04-14 University Of Yamanashi Sulfonated aromatic polyethers, process for production thereof, and electrolyte membranes
JP2005126684A (en) * 2003-09-30 2005-05-19 Sumitomo Chemical Co Ltd Block copolymer and its use
JP2006342242A (en) * 2005-06-08 2006-12-21 Jsr Corp Aromatic compound having fluorene unit and sulfonated polyarylene
JP2009104926A (en) * 2007-10-24 2009-05-14 Hitachi Chem Co Ltd Membrane electrode assembly
JP2009235158A (en) * 2008-03-26 2009-10-15 Tokyo Institute Of Technology Proton acid group-containing block copolymer, its manufacturing method, and polymeric electrolytic membrane
WO2009136631A1 (en) * 2008-05-08 2009-11-12 東洋紡績株式会社 Novel sulfonic acid group-containing segmentalized block copolymer, use thereof, and method for producing novel block copolymer

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005126684A (en) * 2003-09-30 2005-05-19 Sumitomo Chemical Co Ltd Block copolymer and its use
WO2005033182A1 (en) * 2003-10-02 2005-04-14 University Of Yamanashi Sulfonated aromatic polyethers, process for production thereof, and electrolyte membranes
JP2006342242A (en) * 2005-06-08 2006-12-21 Jsr Corp Aromatic compound having fluorene unit and sulfonated polyarylene
JP2009104926A (en) * 2007-10-24 2009-05-14 Hitachi Chem Co Ltd Membrane electrode assembly
JP2009235158A (en) * 2008-03-26 2009-10-15 Tokyo Institute Of Technology Proton acid group-containing block copolymer, its manufacturing method, and polymeric electrolytic membrane
WO2009136631A1 (en) * 2008-05-08 2009-11-12 東洋紡績株式会社 Novel sulfonic acid group-containing segmentalized block copolymer, use thereof, and method for producing novel block copolymer

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012252915A (en) * 2011-06-03 2012-12-20 Kaneka Corp Polyelectrolyte membrane, and use thereof
WO2022202123A1 (en) 2021-03-23 2022-09-29 東レ株式会社 Block copolymer, production method therefor, polymeric electrolyte material, polymeric electrolyte molded article, polymeric electrolyte film, electrolyte film equipped with catalyst layer, membrane electrode composite, solid polymer fuel cell, and water electrolysis type hydrogen generating device

Also Published As

Publication number Publication date
JP5626960B2 (en) 2014-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3928611B2 (en) Polyarylene ether compounds, compositions containing them, and methods for producing them
KR101023577B1 (en) Membrane-Electrode Conjugate and Proton Conductive Membrane for Direct Methanol Fuel Cell
JP4508954B2 (en) Membrane-electrode structure for polymer electrolyte fuel cell
JP5542833B2 (en) Polymer electrolyte membrane
JP2005166557A (en) Polymer electrolyte composite membrane, its manufacturing method and solid polymer type fuel cell using it
JP4684678B2 (en) Membrane-electrode structure for polymer electrolyte fuel cell and polymer electrolyte fuel cell
JP5032175B2 (en) Membrane-electrode structure for polymer electrolyte fuel cell
JP5892643B2 (en) Polymer electrolyte membrane and use thereof
JP2005183311A (en) Polyelectrolyte for direct methanol type fuel cell electrode, varnish composition, and direct methanol type fuel cell
JP5509447B2 (en) Polyelectrolytes containing triazine rings
JP2007109472A (en) Membrane electrode assembly for fuel cell
JP5626960B2 (en) POLYMER ELECTROLYTE, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME AND USE THEREOF
JP4554568B2 (en) Membrane-electrode structure for polymer electrolyte fuel cell
JP2009104926A (en) Membrane electrode assembly
JP2009238468A (en) Membrane-electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell
JP2009295319A (en) Membrane-electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell
JP5109366B2 (en) Aromatic compounds, polyarylene copolymers and uses thereof
KR101538761B1 (en) Sulfonated polyphenylene polymer containing fluorine moiety
JP2007063533A (en) Sulfonic group-containing polymer, use of the same, and method for producing the same
JP5576031B2 (en) Polymer electrolyte
JP5633801B2 (en) POLYMER ELECTROLYTE, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME AND USE THEREOF
JP5633800B2 (en) POLYMER ELECTROLYTE, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME AND USE THEREOF
JP2006172861A (en) Membrane-electrode assembly for fuel cell
JP2010010007A (en) Membrane-electrode structure for solid polymer fuel cell
JP4022833B2 (en) Sulfonic acid group-containing polymer and use thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130128

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20130128

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130925

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131001

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131129

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140204

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140404

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140902

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140926

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5626960

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees