JP2013197025A - Method for manufacturing solid polymer electrolyte membrane - Google Patents

Method for manufacturing solid polymer electrolyte membrane Download PDF

Info

Publication number
JP2013197025A
JP2013197025A JP2012065322A JP2012065322A JP2013197025A JP 2013197025 A JP2013197025 A JP 2013197025A JP 2012065322 A JP2012065322 A JP 2012065322A JP 2012065322 A JP2012065322 A JP 2012065322A JP 2013197025 A JP2013197025 A JP 2013197025A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polymer electrolyte
electrolyte membrane
solid polymer
polyvinyl alcohol
sulfonated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012065322A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryuichi Yamamoto
隆一 山本
Yasuo Kudo
康夫 工藤
Masahiro Abe
正宏 阿部
Masafumi Ota
雅史 太田
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.)
Tokyo Institute of Technology NUC
Toppan Inc
Original Assignee
Tokyo Institute of Technology NUC
Toppan Printing Co Ltd
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 Tokyo Institute of Technology NUC, Toppan Printing Co Ltd filed Critical Tokyo Institute of Technology NUC
Priority to JP2012065322A priority Critical patent/JP2013197025A/en
Publication of JP2013197025A publication Critical patent/JP2013197025A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

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

  • Other Resins Obtained By Reactions Not Involving Carbon-To-Carbon Unsaturated Bonds (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing solid polymer electrolyte membrane which is capable of improving waterproofness and proton conductivity.SOLUTION: In a process for manufacturing solid polymer electrolyte membrane, a polyvinyl alcohol and a sulfonated polymer are dissolved in a solvent containing water to provide a precursor solution, which is heated to provide a solid polymer electrolyte membrane. The temperature of the precursor solution is favorably 80°C or more and 200°C or less.

Description

本開示の技術は、固体高分子形燃料電池の電解質として用いられる固体高分子電解質膜の製造方法に関する。   The technology of the present disclosure relates to a method for producing a solid polymer electrolyte membrane used as an electrolyte of a solid polymer fuel cell.

近年、環境負荷物質を含むガスの放出を削減できる動力源として、固体高分子形燃料電池の研究開発が進められている。固体高分子形燃料電池では、電解質となる固体高分子電解質膜中をプロトンが伝導されることによって、電力を生み出す化学反応が進行する。現在まで、こうした固体高分子電解質膜としては、デュポン社製のナフィオン(登録商標)を始めとするフッ素系の電解質膜が主に用いられている。しかしながら、フッ素系電解質膜は、その合成経路が複雑であるため、製造にかかるコストが高くならざるを得ない。そこで、比較的安価に製造が可能な固体高分子電解質膜として、例えば特許文献1や非特許文献1に記載のように、ポリビニルアルコールとスルホン化ポリマーとを用いた電解質膜が提案されている。   In recent years, solid polymer fuel cells have been researched and developed as a power source that can reduce the release of gas containing environmentally hazardous substances. In a polymer electrolyte fuel cell, a chemical reaction that generates electric power proceeds by protons being conducted through a solid polymer electrolyte membrane serving as an electrolyte. Until now, as such solid polymer electrolyte membranes, fluorine-based electrolyte membranes such as Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont have been mainly used. However, since the synthesis route of the fluorine-based electrolyte membrane is complicated, the manufacturing cost is inevitably increased. Therefore, as a solid polymer electrolyte membrane that can be manufactured at a relatively low cost, for example, as described in Patent Literature 1 and Non-Patent Literature 1, an electrolyte membrane using polyvinyl alcohol and a sulfonated polymer has been proposed.

ポリビニルアルコールとスルホン化ポリマーとを用いて電解質膜を製造する場合、通常は、電解質膜としての耐水性及び機械的な強度を高めるために、架橋剤の添加によってポリビニルアルコール同士の架橋構造が形成されている。例えば、特許文献1では、ポリビニルアルコールが有するヒドロキシ基と反応可能な2つのアルデヒド基を有するテレフタルアルデヒドやグルタルアルデヒド等が架橋剤として用いられ、これらの官能基同士の反応によってポリビニルアルコール同士の架橋構造が形成されている。また、非特許文献1では、スルホン化コハク酸が架橋剤として用いられ、スルホン化コハク酸が有する2つのカルボキシ基とポリビニルアルコールのヒドロキシ基とのエステル化によって、ポリビニルアルコール同士の架橋構造が形成されている。   When producing an electrolyte membrane using polyvinyl alcohol and a sulfonated polymer, a crosslinked structure of polyvinyl alcohol is usually formed by adding a crosslinking agent in order to increase the water resistance and mechanical strength of the electrolyte membrane. ing. For example, in Patent Document 1, terephthalaldehyde or glutaraldehyde having two aldehyde groups capable of reacting with the hydroxy group of polyvinyl alcohol is used as a cross-linking agent, and a cross-linking structure of polyvinyl alcohols by reaction of these functional groups. Is formed. In Non-Patent Document 1, sulfonated succinic acid is used as a crosslinking agent, and a crosslinked structure between polyvinyl alcohols is formed by esterification of two carboxy groups of sulfonated succinic acid and the hydroxy group of polyvinyl alcohol. ing.

このように、従来、固体高分子電解質膜におけるポリビニルアルコールの架橋構造は、ポリビニルアルコールのヒドロキシ基と反応可能な官能基を2つ以上有する架橋剤を介して形成されている。   Thus, conventionally, the crosslinked structure of polyvinyl alcohol in the solid polymer electrolyte membrane is formed via a crosslinking agent having two or more functional groups capable of reacting with the hydroxyl group of polyvinyl alcohol.

特開2006−156055号公報JP 2006-156055 A

C.W.Lin, Y.F.Huang,A.M.Kannan、Journal of Power Sources、Volume164、Issue2、2007、p449−456C. W. Lin, Y .; F. Huang, A .; M.M. Kannan, Journal of Power Sources, Volume 164, Issue 2, 2007, p449-456.

ところで、上述の固体高分子形燃料電池では、水素等の燃料と酸素との反応により水が生成されるため、それを構成する固体高分子電解質膜に高い耐水性が求められる。このような要請に対し、上述の架橋構造によれば、親水性のヒドロキシ基が架橋鎖に変換されるから、ポリビニルアルコール間への水の溶解性が低くなる。したがって、マトリックス化されたポリビニルアルコールの架橋構造内に保持されるスルホン化ポリマーが水に溶出することが抑制され、結果として、固体高分子電解質膜としての耐水性を向上させることが可能となる。   By the way, in the above-mentioned polymer electrolyte fuel cell, water is generated by a reaction between a fuel such as hydrogen and oxygen, so that the polymer electrolyte membrane constituting the fuel is required to have high water resistance. In response to such a request, according to the above-mentioned crosslinked structure, the hydrophilic hydroxy group is converted into a crosslinked chain, so that the solubility of water between the polyvinyl alcohols is lowered. Therefore, the sulfonated polymer retained in the cross-linked structure of the matrix-formed polyvinyl alcohol is suppressed from being eluted into water, and as a result, the water resistance as the solid polymer electrolyte membrane can be improved.

一方、固体高分子電解質膜に必要とされる耐水性を架橋剤の添加によって得るためには、スルホン化ポリマーに対し、多量のポリビニルアルコールと多量の架橋剤との配合が必要となる。しかしながら、スルホン化ポリマーが高いプロトン伝導性を有することに対し、ポリビニルアルコールや架橋剤はプロトン伝導性が低いため、これらポリビニルアルコールと架橋剤の割合が高くなるほど、固体高分子電解質膜のプロトン伝導性が低くなってしまう。反対に、高いプロトン伝導性を得ようとすれば、ポリビニルアルコールと架橋剤の割合を低くせざるを得ず、固体高分子電解質膜としての耐水性の低下が避けられない。結果として、固体高分子電解質膜における耐水性とプロトン伝導性とは、一方が高まると他方が低くなる関係である、いわゆるトレードオフの関係であるため、これらの双方を高めることは極めて困難なものとなっている。   On the other hand, in order to obtain the water resistance required for the solid polymer electrolyte membrane by adding a crosslinking agent, it is necessary to add a large amount of polyvinyl alcohol and a large amount of crosslinking agent to the sulfonated polymer. However, since sulfonated polymers have high proton conductivity, polyvinyl alcohol and crosslinking agents have low proton conductivity. Therefore, the higher the proportion of polyvinyl alcohol and crosslinking agent, the higher the proton conductivity of the solid polymer electrolyte membrane. Will be lower. On the other hand, if high proton conductivity is to be obtained, the proportion of polyvinyl alcohol and crosslinking agent must be reduced, and the water resistance of the solid polymer electrolyte membrane is inevitably lowered. As a result, the water resistance and proton conductivity in the solid polymer electrolyte membrane are so-called trade-off relationships where one increases and the other decreases, so it is extremely difficult to increase both of them. It has become.

本開示の技術は、このような実情に鑑みてなされたものであり、固体高分子電解質膜における耐水性とプロトン伝導性との双方を向上させることのできる固体高分子電解質膜の製造方法を提供することを目的とする。   The technology of the present disclosure has been made in view of such circumstances, and provides a method for producing a solid polymer electrolyte membrane that can improve both water resistance and proton conductivity in the solid polymer electrolyte membrane The purpose is to do.

本開示における固体高分子電解質膜の製造方法の一態様は、水を含む溶媒にポリビニルアルコールとスルホン化ポリマーとが溶解した前駆体溶液を用意する工程と、前記前駆体溶液の加熱とを通じて、不溶化された固体高分子電解質膜を製造することを要旨とする。   One aspect of the method for producing a solid polymer electrolyte membrane in the present disclosure is to insolubilize through a step of preparing a precursor solution in which polyvinyl alcohol and a sulfonated polymer are dissolved in a solvent containing water, and heating the precursor solution. The gist of the present invention is to produce a solid polymer electrolyte membrane.

上記の態様によれば、加熱処理によって、スルホン化ポリマーを酸触媒としたポリビニルアルコールの脱水反応及び架橋反応が進行する。その結果、ポリビニルアルコール同士に直接架橋構造が形成されるため、耐水性の向上された固体高分子電解質膜を得ることができる。またこれにより、架橋剤を用いることなくポリビニルアルコールに架橋構造を形成することができるため、架橋剤を用いる場合と比較して、固体高分子電解質膜中におけるスルホン化ポリマー以外のプロトン伝導性の低い化合物の割合を低減することが可能となる。その結果、架橋剤を用いる場合と比較して、固体高分子電解質膜のイオン交換容量が増加するため、プロトン伝導性の向上された固体高分子電解質膜を得ることができる。また、架橋剤が不要となることにより、固体高分子電解質膜の組成が単純化されるとともに、架橋剤を加える工程が必要なくなって製造工程が簡素化されるため、製造にかかるコストを低減することも可能となる。   According to said aspect, the dehydration reaction and crosslinking reaction of polyvinyl alcohol which used the sulfonated polymer as an acid catalyst advance by heat processing. As a result, since a crosslinked structure is directly formed between polyvinyl alcohols, a solid polymer electrolyte membrane with improved water resistance can be obtained. Moreover, since this can form a crosslinked structure in polyvinyl alcohol without using a crosslinking agent, proton conductivity other than the sulfonated polymer in the solid polymer electrolyte membrane is lower than in the case of using a crosslinking agent. It becomes possible to reduce the ratio of the compound. As a result, since the ion exchange capacity of the solid polymer electrolyte membrane is increased as compared with the case of using a crosslinking agent, a solid polymer electrolyte membrane with improved proton conductivity can be obtained. In addition, by eliminating the need for a cross-linking agent, the composition of the solid polymer electrolyte membrane is simplified, and the manufacturing process is simplified by eliminating the need for a step of adding the cross-linking agent, thereby reducing manufacturing costs. It is also possible.

本開示における固体高分子電解質膜の製造方法の一態様は、前記加熱時の前記前駆体溶液の加熱温度が、80℃以上200℃以下であることを要旨とする。
上記の態様によれば、固体高分子電解質膜の前躯体となる溶液に対し、溶媒の除去と加熱処理とを同時に進行させることが可能となる。したがって、製造工程を簡素化することが可能となるため、固体高分子電解質膜の製造にかかるコストを低減することができる。
One aspect of the method for producing a solid polymer electrolyte membrane in the present disclosure is that the heating temperature of the precursor solution during the heating is 80 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.
According to said aspect, it becomes possible to advance simultaneously the removal of a solvent, and heat processing with respect to the solution used as the precursor of a solid polymer electrolyte membrane. Therefore, since the manufacturing process can be simplified, the cost for manufacturing the solid polymer electrolyte membrane can be reduced.

本開示における固体高分子電解質膜の製造方法の一態様は、前記スルホン化ポリマーとして、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸)からなる群から選択される少なくとも1つを用いることを要旨とする。   One aspect of the method for producing a solid polymer electrolyte membrane in the present disclosure is selected from the group consisting of polystyrene sulfonic acid, polyvinyl sulfonic acid, and poly (2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid) as the sulfonated polymer. The gist is to use at least one.

上記の態様によれば、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸)はイオン交換容量が高いスルホン化ポリマーであるため、製造される固体高分子電解質膜のプロトン伝導性をより高めることが可能となる。また、これらの化合物は、工業薬品または試薬として比較的安価に入手することが可能であるため、固体高分子電解質膜の製造にかかるコストを低減することができる。   According to the above aspect, polystyrene sulfonic acid, polyvinyl sulfonic acid, and poly (2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid) are sulfonated polymers having a high ion exchange capacity. Proton conductivity can be further increased. In addition, since these compounds can be obtained as industrial chemicals or reagents at a relatively low cost, it is possible to reduce the cost for the production of the solid polymer electrolyte membrane.

本開示の固体高分子電解質膜の製造方法によれば、耐水性とプロトン伝導性の双方が向上された固体高分子電解質膜を製造することができる。   According to the method for producing a solid polymer electrolyte membrane of the present disclosure, it is possible to produce a solid polymer electrolyte membrane with improved both water resistance and proton conductivity.

本開示の固体高分子電解質膜の製造方法の一実施形態にて、ポリビニルアルコールの結晶性を示すX線回折スペクトルであって、(a)は、スルホン化ポリマーが添加されていないポリビニルアルコール膜における加熱処理後のX線回折スペクトルを示す図であり、(b)は、スルホン化ポリマーとポリビニルアルコールからなる固体高分子電解質膜における加熱処理後のX線回折スペクトルを示す図である。In one embodiment of the method for producing a solid polymer electrolyte membrane of the present disclosure, an X-ray diffraction spectrum showing the crystallinity of polyvinyl alcohol, wherein (a) is a polyvinyl alcohol membrane to which a sulfonated polymer is not added. It is a figure which shows the X-ray-diffraction spectrum after heat processing, (b) is a figure which shows the X-ray-diffraction spectrum after heat processing in the solid polymer electrolyte membrane which consists of a sulfonated polymer and polyvinyl alcohol. 同実施形態の製造方法によって製造された固体高分子電解質膜を用いた膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池の斜視構造を分解して示す斜視図。The perspective view which decomposes | disassembles and shows the perspective structure of the membrane electrode assembly using the solid polymer electrolyte membrane manufactured by the manufacturing method of the embodiment, and a polymer electrolyte fuel cell.

以下、本開示の固体高分子電解質膜の製造方法を具体化した一実施形態について、図1,図2を参照して説明する。
[固体高分子電解質膜の材料]
まず、本実施形態の固体高分子電解質膜の製造方法に用いられる材料について説明する。固体高分子電解質膜の形成材料には、ポリビニルアルコールとスルホン化ポリマーとが含まれる。
Hereinafter, an embodiment embodying the method for producing a solid polymer electrolyte membrane of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
[Material of solid polymer electrolyte membrane]
First, the material used for the manufacturing method of the solid polymer electrolyte membrane of this embodiment is demonstrated. The material for forming the solid polymer electrolyte membrane includes polyvinyl alcohol and a sulfonated polymer.

ポリビニルアルコールのケン化度は、高いことが好ましい。具体的には、ケン化度が70モル%以上、より望ましくは85モル%以上であるとよい。工業用のポリビニルアルコールは通常ポリ酢酸ビニルの加水分解によって得られるため、ケン化度が70%よりも高い場合には水に溶解しやすくなり水系において水溶性スルホン化ポリマーとの複合体を形成するのに適している。それゆえに、上述のケン化度が好ましい。   The degree of saponification of polyvinyl alcohol is preferably high. Specifically, the saponification degree is 70 mol% or more, and more desirably 85 mol% or more. Since industrial polyvinyl alcohol is usually obtained by hydrolysis of polyvinyl acetate, it easily dissolves in water when the degree of saponification is higher than 70% and forms a complex with a water-soluble sulfonated polymer in an aqueous system. Suitable for Therefore, the above saponification degree is preferable.

ポリビニルアルコールの分子量は、1000以上であることが望ましく、10000以上1000000以下であることがより好ましい。分子量が1000以上であれば、固体高分子電解質膜の膜厚が十分に得られる程度に、固体高分子電解質膜の成膜時の粘度が高められる。また、分子量が1000以上であれば、架橋剤で架橋された構造を備える固体高分子電解質膜と同じ程度の機械的な強度が得られる。一方、分子量が1000000以下であれば、固体高分子電解質膜の膜厚に十分な均一性が得られる程度に、固体高分子電解質膜の粘度を抑えられる。   The molecular weight of polyvinyl alcohol is preferably 1000 or more, and more preferably 10,000 or more and 1,000,000 or less. If the molecular weight is 1000 or more, the viscosity at the time of film formation of the solid polymer electrolyte membrane is increased to such an extent that the film thickness of the solid polymer electrolyte membrane is sufficiently obtained. Moreover, if the molecular weight is 1000 or more, the same mechanical strength as a solid polymer electrolyte membrane having a structure crosslinked with a crosslinking agent can be obtained. On the other hand, if the molecular weight is 1000000 or less, the viscosity of the solid polymer electrolyte membrane can be suppressed to such an extent that sufficient uniformity can be obtained in the thickness of the solid polymer electrolyte membrane.

スルホン化ポリマーとしては、スルホン化ポリスチレン、スルホン化ポリビニル、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸)等の脂肪族スルホン化ポリマーを用いることができる。これらの材料は、電子機器分野の機能性材料に用いられているから、容易に入手が可能であるとともに、価格も安価である。また、これらの材料は、イオン交換容量が高いためプロトン伝導性が高く、スルホン化ポリマーとしての使用に適している。この他、スルホン化ポリマーとしては、周知の合成方法によって得られるスルホン化ポリアリーレン、スルホン化ポリフェニレン、スルホン化ポリエーテルケトン等の芳香族スルホン化ポリマーやスルホン化ポリピリジン等を用いてもよい。   As the sulfonated polymer, aliphatic sulfonated polymers such as sulfonated polystyrene, sulfonated polyvinyl, and poly (2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid) can be used. Since these materials are used as functional materials in the field of electronic equipment, they can be easily obtained and are inexpensive. In addition, these materials have high ion exchange capacity and high proton conductivity, and are suitable for use as a sulfonated polymer. In addition, as the sulfonated polymer, aromatic sulfonated polymers such as sulfonated polyarylene, sulfonated polyphenylene, and sulfonated polyether ketone obtained by a known synthesis method, sulfonated polypyridine, and the like may be used.

[固体高分子電解質膜の製造方法]
次に、本実施形態の固体高分子電解質膜の製造方法について説明する。
まず、ポリビニルアルコールとスルホン化ポリマーとが溶媒中で溶解混合されて固体高分子電解質膜の前駆体となる溶液である前駆体溶液が作成される。この溶媒としては、水が用いられる。
[Method for producing solid polymer electrolyte membrane]
Next, the manufacturing method of the solid polymer electrolyte membrane of this embodiment is demonstrated.
First, a precursor solution which is a solution in which polyvinyl alcohol and a sulfonated polymer are dissolved and mixed in a solvent to become a precursor of the solid polymer electrolyte membrane is prepared. As this solvent, water is used.

前駆体溶液にて、ポリビニルアルコールに対するスルホン化ポリマーの比率は、20質量%以上150質量%以下であることが好ましく、30質量%以上100質量%以下であるとより好ましい。この比率が20質量%以上であれば、プロトン伝導に寄与するスルホ基が固体高分子電解質膜中にて十分に確保され、固体高分子電解質膜に十分なプロトン伝導性が得られる。一方、この比率が150質量%以上であれば、スルホン化ポリマーが高分子マトリックスとなるポリビニルアルコールに対して多くなるため、機械的強度が十分に高い固体高分子電解質膜が得られない可能性がある。   In the precursor solution, the ratio of the sulfonated polymer to the polyvinyl alcohol is preferably 20% by mass or more and 150% by mass or less, and more preferably 30% by mass or more and 100% by mass or less. When this ratio is 20% by mass or more, sulfo groups contributing to proton conduction are sufficiently ensured in the solid polymer electrolyte membrane, and sufficient proton conductivity is obtained in the solid polymer electrolyte membrane. On the other hand, if this ratio is 150% by mass or more, the sulfonated polymer is increased with respect to the polyvinyl alcohol as the polymer matrix, and therefore there is a possibility that a solid polymer electrolyte membrane having sufficiently high mechanical strength cannot be obtained. is there.

次に、上記前躯体溶液が所定の基材に塗布されて、その後、塗布された前駆体溶液に対して溶媒の除去と加熱とが行われることによって、固体高分子電解質膜が作製される。
溶媒の除去では、ポリビニルアルコール同士が接触する程度に溶媒の一部が除去され、且つ、溶媒の残部によってポリビニルアルコールとスルホン化ポリマーとが固化しない状態とされる。こうした溶媒の除去は、大気圧下で行われてもよいし、減圧下で行われてもよい。さらに、溶媒の除去は、後続する加熱の温度未満であれば、不活性ガスの加圧下で加熱によって行われてもよい。
Next, the precursor solution is applied to a predetermined substrate, and then the solvent is removed from the applied precursor solution and heated to produce a solid polymer electrolyte membrane.
In the removal of the solvent, a part of the solvent is removed to such an extent that the polyvinyl alcohols come into contact with each other, and the remaining part of the solvent does not solidify the polyvinyl alcohol and the sulfonated polymer. Such removal of the solvent may be performed under atmospheric pressure or under reduced pressure. Further, the removal of the solvent may be performed by heating under the pressure of an inert gas as long as it is lower than the temperature of the subsequent heating.

前駆体溶液の加熱では、ポリビニルアルコール同士の架橋反応が進行する程度に前駆体溶液が加熱されて、これによって固体高分子電解質膜が得られる。こうして得られる固体高分子電解質膜は黒色となる。この溶媒の除去と加熱とを経て得られる固体高分子電解質膜によれば、架橋によりマトリックス化されたポリビニルアルコール中にスルホン化ポリマーが分散して組み込まれる。   In the heating of the precursor solution, the precursor solution is heated to such an extent that the crosslinking reaction between the polyvinyl alcohols proceeds, thereby obtaining a solid polymer electrolyte membrane. The solid polymer electrolyte membrane thus obtained becomes black. According to the solid polymer electrolyte membrane obtained through the removal of the solvent and heating, the sulfonated polymer is dispersed and incorporated in the polyvinyl alcohol matrixed by crosslinking.

こうした加熱における前駆体溶液の温度は、80℃以上200℃以下であることが好ましく、90℃以上180℃以下がより好ましい。加熱温度が80℃以上であれば、ポリビニルアルコールの不溶化反応が進行しやすく、加熱温度が200℃以下であれば、ポリビニルアルコールやスルホン化ポリマーにおけるポリマー鎖の切断反応が起こりにくい。   The temperature of the precursor solution in such heating is preferably 80 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, and more preferably 90 ° C. or higher and 180 ° C. or lower. When the heating temperature is 80 ° C. or higher, the insolubilization reaction of polyvinyl alcohol proceeds easily, and when the heating temperature is 200 ° C. or lower, the polymer chain scission reaction in the polyvinyl alcohol or the sulfonated polymer hardly occurs.

なお、溶媒の除去と加熱とは、前駆体溶液に熱を加えることによって同時に行われてもよく、前駆体溶液の溶媒が除去された後に、別工程として前駆体溶液が加熱されてもよい。溶媒の除去における温度が上記の加熱温度の範囲であれば、溶媒の除去とポリビニルアルコールの不溶化反応を同時に進行させることができる。   The removal of the solvent and the heating may be performed simultaneously by applying heat to the precursor solution. After the solvent of the precursor solution is removed, the precursor solution may be heated as separate steps. If the temperature in the removal of the solvent is within the range of the above heating temperature, the removal of the solvent and the insolubilization reaction of polyvinyl alcohol can proceed simultaneously.

前駆体溶液を基材に塗布する方法としては、例えばキャストによる塗工や、ダイコーターによる塗工、アプリケーターによる塗工等、周知の塗布方法を用いることができる。
こうした方法によれば、イオン交換容量が0.9ミリ当量/g以上5.6ミリ当量/g以下となる高いプロトン伝導性を備える固体高分子電解質膜が得られる。なお、イオン交換容量が5.6ミリ当量/g以下であることは、固体高分子電解質膜に過剰なスルホ基が導入されておらず、固体高分子電解質膜の水による膨潤が生じ難いことを示唆し、固体高分子形燃料電池の電解質として用いた場合に、性能低下の要因となるガスリークが起こり難いことを示唆する。また、イオン交換容量が0.9ミリ当量/g以上であることは、高いプロトン伝導性を持つ固体高分子電解質膜を得るのに有利である。
As a method of applying the precursor solution to the substrate, for example, a known application method such as coating by casting, coating by a die coater, coating by an applicator, or the like can be used.
According to such a method, a solid polymer electrolyte membrane having high proton conductivity with an ion exchange capacity of 0.9 meq / g or more and 5.6 meq / g or less can be obtained. The ion exchange capacity of 5.6 meq / g or less means that excessive sulfo groups are not introduced into the solid polymer electrolyte membrane, and the solid polymer electrolyte membrane is less likely to swell due to water. This suggests that when used as an electrolyte in a polymer electrolyte fuel cell, gas leaks that cause performance degradation are unlikely to occur. In addition, an ion exchange capacity of 0.9 meq / g or more is advantageous for obtaining a solid polymer electrolyte membrane having high proton conductivity.

すなわち、従来では、ポリビニルアルコールを水に不溶化させて固体高分子電解質膜の耐水性を高めるために、架橋剤を用いたポリビニルアルコールにおける架橋構造の形成が必要であるとされてきた。これに対し、本願の発明者らによって、スルホン化ポリマーの共存下では、架橋剤を要さずに、加熱処理によってポリビニルアルコール同士を架橋させてポリビニルアルコールの水への不溶化を進行させることが可能であることが見出された。   That is, conventionally, in order to insolubilize polyvinyl alcohol in water and increase the water resistance of the solid polymer electrolyte membrane, it has been necessary to form a crosslinked structure in polyvinyl alcohol using a crosslinking agent. On the other hand, the inventors of the present application can advance the insolubilization of polyvinyl alcohol to water by crosslinking polyvinyl alcohol by heat treatment without the need for a crosslinking agent in the presence of a sulfonated polymer. It was found that

これにより、架橋剤を用いることなく、ポリビニルアルコールに架橋構造を形成して固体高分子電解質膜の耐水性を高めることが可能となる。そのため、固体高分子電解質膜中において、スルホン化ポリマーに対するスルホン化ポリマー以外のプロトン伝導性の低い化合物の割合を低減することが可能となる結果、固体高分子電解質膜としてのプロトン伝導性も向上させることが可能となる。   As a result, it is possible to increase the water resistance of the solid polymer electrolyte membrane by forming a crosslinked structure in polyvinyl alcohol without using a crosslinking agent. Therefore, in the solid polymer electrolyte membrane, it becomes possible to reduce the ratio of the compound having low proton conductivity other than the sulfonated polymer to the sulfonated polymer, and as a result, the proton conductivity as the solid polymer electrolyte membrane is also improved. It becomes possible.

[加熱処理]
次に、上述の製造方法における加熱処理によるポリビニルアルコールの不溶化について説明する。
[Heat treatment]
Next, insolubilization of polyvinyl alcohol by heat treatment in the above production method will be described.

通常、ポリビニルアルコールが無溶媒で180℃程度の高温に加熱される場合には、ポリビニルアルコールそのものの結晶化が進行して水に対して不溶化する。これに対し、本願の発明者らは、スルホン化ポリマー共存下でポリビニルアルコールを加熱すると、上述の結晶化が進まずとも、80℃程度の比較的低い温度で不溶化することを見出した。   Usually, when polyvinyl alcohol is heated to a high temperature of about 180 ° C. without solvent, the crystallization of polyvinyl alcohol itself proceeds and becomes insoluble in water. On the other hand, the inventors of the present application have found that when polyvinyl alcohol is heated in the presence of a sulfonated polymer, it becomes insoluble at a relatively low temperature of about 80 ° C. even if the above-described crystallization does not proceed.

図1(a)は、スルホン化ポリマーが添加されていない無溶媒下のポリビニルアルコールを90℃と180℃とに加熱して得られた膜のX線回折スペクトルを示す。一方、図1(b)は、ポリビニルアルコールとスルホン化ポリマーとしてのポリスチレンスルホン酸とを1:1の重量比で含む水溶液を前駆体溶液として用い、加熱処理の温度を90℃と180℃にした場合の固体高分子電解質膜のX線回折スペクトルを示す。なお、X線回折スペクトルは、日本電子株式会社製のX線回折装置(JDX−3530)を使用し、X線としてCuKα線を用い、加速電圧を40kV、ビーム電流を30mAとして得た。   FIG. 1A shows an X-ray diffraction spectrum of a film obtained by heating polyvinyl alcohol in the absence of a sulfonated polymer to 90 ° C. and 180 ° C. without solvent. On the other hand, FIG. 1B uses an aqueous solution containing polyvinyl alcohol and polystyrene sulfonic acid as a sulfonated polymer in a weight ratio of 1: 1 as a precursor solution, and the temperature of the heat treatment is set to 90 ° C. and 180 ° C. The X-ray-diffraction spectrum of the solid polymer electrolyte membrane in the case is shown. The X-ray diffraction spectrum was obtained using an X-ray diffractometer (JDX-3530) manufactured by JEOL Ltd., using CuKα rays as X-rays, an acceleration voltage of 40 kV, and a beam current of 30 mA.

図1(a)に示されるように、スルホン化ポリマーが添加されていない無溶媒下のポリビニルアルコールが加熱されると、ポリビニルアルコールの結晶化が進むことが認められた。この際に、90℃で加熱される場合よりも、180℃で加熱される場合の方が、結晶化の進行の度合いを示す回折強度のピーク値が高いことが認められた。これは、90℃で加熱された場合には、それの結晶化が不十分であるから水に対する不溶化が得られない一方、180℃で加熱された場合には、水に対する不溶化が得られる程度に十分に結晶化が進行していることを示唆する。   As shown in FIG. 1 (a), when the solvent-free polyvinyl alcohol to which the sulfonated polymer was not added was heated, it was observed that the crystallization of the polyvinyl alcohol proceeds. At this time, it was recognized that the peak value of the diffraction intensity indicating the degree of progress of crystallization was higher when heated at 180 ° C. than when heated at 90 ° C. This is because when heated at 90 ° C., it cannot be insolubilized in water because of insufficient crystallization, whereas when heated at 180 ° C., it can be insolubilized in water. This suggests that the crystallization has progressed sufficiently.

これに対し、図1(b)に示されるように、スルホン化ポリマーの共存下でポリビニルアルコールが加熱されると、ポリビニルアルコールの結晶化が進まないことが認められた。この際に、90℃で加熱処理を行った場合と180℃で加熱処理を行った場合とで、結晶化の進行の度合いを示すスペクトルに大きな差は認められなかった。これは、スルホン化ポリマー共存下でのポリビニルアルコールの不溶化が結晶化の進行に起因するものではないことを示唆する。すなわち、上述のX線回折スペクトルは、スルホン化ポリマー共存下でのポリビニルアルコールの不溶化が、ポリビニルアルコールの脱水反応及び架橋反応に基づくものであることを示唆する。   In contrast, as shown in FIG. 1 (b), it was confirmed that when polyvinyl alcohol was heated in the presence of the sulfonated polymer, crystallization of polyvinyl alcohol did not proceed. At this time, there was no significant difference in the spectrum indicating the degree of progress of crystallization between the case where the heat treatment was performed at 90 ° C. and the case where the heat treatment was performed at 180 ° C. This suggests that insolubilization of polyvinyl alcohol in the presence of a sulfonated polymer is not due to the progress of crystallization. That is, the above-mentioned X-ray diffraction spectrum suggests that insolubilization of polyvinyl alcohol in the presence of a sulfonated polymer is based on a dehydration reaction and a crosslinking reaction of polyvinyl alcohol.

以下、上述の加熱処理にて進行し得る反応について説明する。
上述のように、X線回折スペクトルの解析から、スルホン化ポリマー共存下でのポリビニルアルコールの不溶化は、結晶化の進行に起因するものではない。また一般に、C=C結合の生成により膜を構成する炭素間のパイ共役系が広がるほど、薄膜における可視光の吸収が高まって膜が着色する。後述の実施例1,2,3においては、いずれも黒色の膜が得られる。また、この熱処理過程において、茶褐色に着色する過程を経ることもある。
Hereinafter, the reaction that can proceed in the above heat treatment will be described.
As described above, from the analysis of the X-ray diffraction spectrum, the insolubilization of polyvinyl alcohol in the presence of the sulfonated polymer does not result from the progress of crystallization. In general, as the pi-conjugated system between carbons constituting the film spreads due to the generation of C═C bonds, the absorption of visible light in the thin film increases and the film is colored. In Examples 1, 2, and 3 to be described later, a black film is obtained. Further, in this heat treatment process, a process of coloring brown may be performed.

こうしたことから、スルホン化ポリマー共存下でポリビニルアルコールを加熱すると、まず、下記反応式(1)に示されるように、スルホン化ポリマーの酸触媒作用によって、ポリビニルアルコール鎖の一部が脱水して炭素間の二重結合が形成される。これにより、ポリビニルアルコール分子中において共役系が広がった単位も生成すると考えられる。   For this reason, when polyvinyl alcohol is heated in the presence of a sulfonated polymer, first, as shown in the following reaction formula (1), a part of the polyvinyl alcohol chain is dehydrated and carbonized by the acid catalysis of the sulfonated polymer. A double bond is formed between them. Thereby, it is thought that the unit which the conjugated system spread in the polyvinyl alcohol molecule is also generated.

Figure 2013197025
次いで、下記反応式(2)あるいは反応式(3)に示されるように、上記反応式(1)にて形成された炭素間の二重結合と他のポリビニルアルコール分子中のヒドロキシ基とが反応してポリビニルアルコール同士が架橋される。
Figure 2013197025
Next, as shown in the following reaction formula (2) or reaction formula (3), the double bond between carbons formed in the above reaction formula (1) reacts with the hydroxy group in another polyvinyl alcohol molecule. Thus, the polyvinyl alcohols are cross-linked.

Figure 2013197025
また、下記反応式(4)に示されるように、スルホン化ポリマーの酸触媒作用によって、ポリビニルアルコール同士の脱水縮合反応が進行して、ポリビニルアルコール同士がエーテル結合を介して架橋される。
Figure 2013197025
Further, as shown in the following reaction formula (4), the dehydration condensation reaction between the polyvinyl alcohols proceeds by the acid catalytic action of the sulfonated polymer, and the polyvinyl alcohols are cross-linked via an ether bond.

Figure 2013197025
このように、スルホン化ポリマー共存下でポリビニルアルコールを加熱すると、スルホン化ポリマーが酸触媒として作用して、ポリビニルアルコールの脱水反応及び架橋反応が進行すると考えられる。そして、この脱水反応及び架橋反応によってポリビニルアルコールが水に不溶化すると考えられる。なお、この不溶化に関しては、スルホン化ポリマーのスルホ基とポリビニルアルコールのヒドロキシ基との間で、イオン交換容量に実質的に影響を及ぼさない程度にスルホン酸エステル化反応が生じることによって不溶化が促進される効果もあると考えられる。
Figure 2013197025
Thus, when polyvinyl alcohol is heated in the presence of a sulfonated polymer, it is considered that the sulfonated polymer acts as an acid catalyst and the dehydration reaction and crosslinking reaction of the polyvinyl alcohol proceed. And it is thought that polyvinyl alcohol becomes insoluble in water by this dehydration reaction and crosslinking reaction. With respect to this insolubilization, insolubilization is promoted by a sulfonic acid esterification reaction occurring between the sulfo group of the sulfonated polymer and the hydroxy group of the polyvinyl alcohol to the extent that the ion exchange capacity is not substantially affected. There is also an effect.

[膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池の構成]
次に、本実施形態の製造方法によって製造される固体高分子電解質膜を備える膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池について、図2を参照して説明する。
[Configuration of membrane electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell]
Next, a membrane electrode assembly and a solid polymer fuel cell including a solid polymer electrolyte membrane produced by the production method of the present embodiment will be described with reference to FIG.

図2に示されるように、固体高分子形燃料電池10は、固体高分子電解質膜1を中心とする積層体として構成される。固体高分子電解質膜1には、該固体高分子電解質膜1を挟んで互いに向い合う一対の電極触媒層2a,2bが敷設されている。この電極触媒層2a,2bは、例えば、白金が担持されたカーボン粒子とナフィオン(登録商標:デュポン社製)から形成される。また、この電極触媒層2a,2bは、固体高分子電解質膜1に直接塗工されるか、もしくはホットプレス法を用いて固体高分子電解質膜1に敷設される。   As shown in FIG. 2, the polymer electrolyte fuel cell 10 is configured as a laminate centered on the polymer electrolyte membrane 1. The solid polymer electrolyte membrane 1 is provided with a pair of electrode catalyst layers 2a and 2b facing each other with the solid polymer electrolyte membrane 1 interposed therebetween. The electrode catalyst layers 2a and 2b are made of, for example, carbon particles carrying platinum and Nafion (registered trademark: manufactured by DuPont). The electrode catalyst layers 2a and 2b are directly applied to the solid polymer electrolyte membrane 1 or are laid on the solid polymer electrolyte membrane 1 using a hot press method.

電極触媒層2a,2bの各々には、固体高分子電解質膜1及びこれら電極触媒層2a,2bを挟んで互いに向い合う一対のガス拡散層3a,3bが覆設されている。このうち、固体高分子電解質膜1の一方側の電極触媒層2aとガス拡散層3aとが空気極(カソード)4となり、他方側の電極触媒層2bとガス拡散層3bとが燃料極(アノード)5となる。そして、これら固体高分子電解質膜1、電極触媒層2a,2b、ガス拡散層3a,3bから膜電極接合体6が構成される。   Each of the electrode catalyst layers 2a and 2b is covered with a solid polymer electrolyte membrane 1 and a pair of gas diffusion layers 3a and 3b facing each other with the electrode catalyst layers 2a and 2b interposed therebetween. Among these, the electrode catalyst layer 2a and the gas diffusion layer 3a on one side of the solid polymer electrolyte membrane 1 serve as an air electrode (cathode) 4, and the electrode catalyst layer 2b and the gas diffusion layer 3b on the other side serve as a fuel electrode (anode). ) 5. A membrane electrode assembly 6 is composed of the solid polymer electrolyte membrane 1, the electrode catalyst layers 2a and 2b, and the gas diffusion layers 3a and 3b.

さらに、膜電極接合体6は、互いに向い合う一対のセパレータ7a,7bによって挟持されている。セパレータ7a,7bの各々にて、膜電極接合体6と互いに向かい合う側面には、ガス流路8a,8bが凹設され、また膜電極接合体6とは反対側の側面には、冷却水流路9a,9bが凹設されている。そして、これら膜電極接合体6とセパレータ7a,7bとにより固体高分子形燃料電池10が構成される。   Furthermore, the membrane electrode assembly 6 is sandwiched between a pair of separators 7a and 7b facing each other. In each of the separators 7 a and 7 b, gas flow paths 8 a and 8 b are recessed in the side surfaces facing the membrane electrode assembly 6, and a cooling water flow path is provided on the side surface opposite to the membrane electrode assembly 6. 9a and 9b are recessed. The membrane electrode assembly 6 and the separators 7a and 7b constitute a polymer electrolyte fuel cell 10.

このように構成される固体高分子形燃料電池10では、空気極4に対面するセパレータ7aのガス流路8aに例えば酸素ガスが流され、燃料極5に対面するセパレータ7bのガス流路8bに例えば水素ガスが流される。また、セパレータ7a,7bの冷却水流路9a,9bの各々には、冷却水が流される。そして、空気極4と燃料極5に上記ガス流路8a,8bからガスが供給されることによって、固体高分子電解質膜1中でのプロトン伝導を伴う電極反応が進行することにより、空気極4と燃料極5との間に起電力が生じる。   In the polymer electrolyte fuel cell 10 configured as described above, for example, oxygen gas is caused to flow through the gas flow path 8 a of the separator 7 a facing the air electrode 4, and the gas flow path 8 b of the separator 7 b facing the fuel electrode 5. For example, hydrogen gas is flowed. Further, cooling water flows through each of the cooling water flow paths 9a and 9b of the separators 7a and 7b. Then, by supplying gas from the gas flow paths 8a and 8b to the air electrode 4 and the fuel electrode 5, an electrode reaction accompanied by proton conduction in the solid polymer electrolyte membrane 1 proceeds, whereby the air electrode 4 An electromotive force is generated between the fuel electrode 5 and the fuel electrode 5.

上述のように、本実施形態の製造方法による固体高分子電解質膜は、耐水性とプロトン伝導性が向上されるため、プロトンの伝導に寄与するスルホン化ポリマーが水に溶出することが抑えられて高いプロトン伝導性を維持することが可能である。したがって、このような固体高分子電解質膜を用いることによって、信頼性の高い膜電極接合体を得ることができるとともに、発電効率が高く安定した固体高分子形燃料電池を得ることができる。   As described above, the solid polymer electrolyte membrane according to the production method of the present embodiment has improved water resistance and proton conductivity, so that the sulfonated polymer contributing to proton conduction is prevented from being eluted into water. It is possible to maintain high proton conductivity. Therefore, by using such a solid polymer electrolyte membrane, a highly reliable membrane electrode assembly can be obtained, and a solid polymer fuel cell with high power generation efficiency and stability can be obtained.

なお、燃料電池としては、固体高分子形燃料電池10を単一で用いてもよく、また、固体高分子形燃料電池10を複数積層して直列接続することによって1つの燃料電池として用いるようにしてもよい。   As the fuel cell, a single polymer electrolyte fuel cell 10 may be used alone, or a plurality of polymer electrolyte fuel cells 10 may be stacked and connected in series to be used as one fuel cell. May be.

上述した固体高分子電解質膜の製造方法について、以下に具体的な実施例及び比較例を挙げて説明する。なお、以下の実施例及び比較例において、プロトン伝導度の測定は、ソーラトロン社製のインピーダンスアナライザ(SI−1260)を用い、4端子法で行った。   The manufacturing method of the above-mentioned solid polymer electrolyte membrane will be described below with reference to specific examples and comparative examples. In the following examples and comparative examples, proton conductivity was measured by a four-terminal method using an impedance analyzer (SI-1260) manufactured by Solartron.

[実施例1及び比較例1,2,3]
ポリビニルアルコール(クラレ製:PVA−124、ケン化度:98モル%〜99モル%、重合度:2400)5%水溶液を10gと、ポリスチレンスルホン酸(AkzoNobel社製:Versa−TL 72、平均分子量:75000)18%水溶液を2.8gとを混合し、60℃で3時間撹拌して固体高分子電解質膜の前駆体溶液を作製した。この際に、前駆体溶液におけるポリビニルアルコールとポリスチレンスルホン酸とを約1:1の重量比とした。続いて、溶媒の除去処理として、ポリエチレンテレフタレートからなる基材に前駆体溶液を塗布し、その後、60℃の大気圧下でタックフリーになるまで乾燥した。そして、加熱処理として、まず、第1の温度である90℃の減圧下で加熱処理を2時間行い、次いで、第2の温度である130℃の減圧下で加熱処理を2時間行い、これによって実施例1の黒色の固体高分子電解質膜を得た。なお、タックフリーとは、溶媒の除去された前駆体膜表面に他の基材の面を重ねても、重ねられた基材に前駆体膜成分が転写されない状態である。本実施例においては、具体的には指を膜に押し当てても、膜の成分が指に付着しない状態を示す。
[Example 1 and Comparative Examples 1, 2, 3]
10 g of 5% aqueous solution of polyvinyl alcohol (manufactured by Kuraray: PVA-124, saponification degree: 98 mol% to 99 mol%, polymerization degree: 2400), polystyrene sulfonic acid (manufactured by Akzo Nobel: Versa-TL 72, average molecular weight: 75,000) 18% aqueous solution was mixed with 2.8 g and stirred at 60 ° C. for 3 hours to prepare a precursor solution of a solid polymer electrolyte membrane. At this time, the weight ratio of polyvinyl alcohol and polystyrene sulfonic acid in the precursor solution was about 1: 1. Subsequently, as a solvent removal treatment, the precursor solution was applied to a base material made of polyethylene terephthalate, and then dried at 60 ° C. under atmospheric pressure until tack-free. As the heat treatment, first, the heat treatment is performed for 2 hours under a reduced pressure of 90 ° C. that is the first temperature, and then the heat treatment is performed for 2 hours under the reduced pressure of 130 ° C. that is the second temperature. A black solid polymer electrolyte membrane of Example 1 was obtained. Note that tack-free is a state in which the precursor film component is not transferred to the stacked base material even if the surface of the other base material is overlapped on the surface of the precursor film from which the solvent has been removed. In this embodiment, specifically, even when the finger is pressed against the film, the film component does not adhere to the finger.

また、実施例1の前躯体溶液に、コハク酸5%水溶液をコハク酸の量がポリビニルアルコールに対する重量比で0.12になるように添加して混合し、その他の工程を実施例1と同様にして、比較例1の固体高分子電解質膜を得た。   Further, the 5% aqueous solution of succinic acid was added to the precursor solution of Example 1 so that the amount of succinic acid was 0.12 by weight with respect to polyvinyl alcohol, and the other steps were the same as in Example 1. Thus, a solid polymer electrolyte membrane of Comparative Example 1 was obtained.

また、ポリスチレンスルホン酸が加えられていないポリビニルアルコールの水溶液を用い、その他の工程を実施例1と同様にして比較例2の膜を得た。
また、実施例1の前駆体溶液に、ポリビニルアルコールに対するコハク酸の重量比がそれぞれ0.06、0.12、0.18、0.24、0.3となるように、異なる重量のコハク酸5%水溶液を添加して混合し、その他の工程を実施例1と同様にして、比較例3の膜を得た。コハク酸の重量比が0.12のものは、比較例1と同一のものである。
A membrane of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that an aqueous solution of polyvinyl alcohol to which polystyrene sulfonic acid was not added was used.
Also, different weights of succinic acid were added to the precursor solution of Example 1 such that the weight ratios of succinic acid to polyvinyl alcohol were 0.06, 0.12, 0.18, 0.24, and 0.3, respectively. A 5% aqueous solution was added and mixed, and the other steps were performed in the same manner as in Example 1 to obtain a film of Comparative Example 3. The succinic acid having a weight ratio of 0.12 is the same as Comparative Example 1.

そして、実施例1、比較例1、比較例2の各々について、温度80℃、相対湿度95%の環境下でのプロトン伝導度を計測した。また、実施例1と比較例3との各々について、固体高分子電解質膜を80℃の熱水に3時間浸漬した前後での重量減少率を測定した。この重量減少率の計測結果を表1に示す。前述のように、コハク酸の重量比が0.12のサンプルは比較例1のサンプルと同一のものである。また、コハク酸の重量比が0のサンプルは実施例1のサンプルに対応する。   And about each of Example 1, the comparative example 1, and the comparative example 2, the proton conductivity in the environment of temperature 80 degreeC and relative humidity 95% was measured. For each of Example 1 and Comparative Example 3, the weight loss rate before and after the solid polymer electrolyte membrane was immersed in hot water at 80 ° C. for 3 hours was measured. Table 1 shows the measurement results of the weight loss rate. As described above, the sample having a succinic acid weight ratio of 0.12 is the same as the sample of Comparative Example 1. A sample having a succinic acid weight ratio of 0 corresponds to the sample of Example 1.

Figure 2013197025
[プロトン伝導性]
実施例1のプロトン伝導度は0.25S/cmであり、実施例1のイオン交換容量は2.7ミリ当量/gであった。
Figure 2013197025
[Proton conductivity]
The proton conductivity of Example 1 was 0.25 S / cm, and the ion exchange capacity of Example 1 was 2.7 meq / g.

これに対し、比較例1のプロトン伝導度は0.21S/cmであり、比較例1のイオン交換容量は2.5ミリ当量/gであった。また、比較例2のプロトン伝導度は10−4S/cmであった。 On the other hand, the proton conductivity of Comparative Example 1 was 0.21 S / cm, and the ion exchange capacity of Comparative Example 1 was 2.5 meq / g. Moreover, the proton conductivity of Comparative Example 2 was 10 −4 S / cm.

実施例1のプロトン伝導度が比較例1のプロトン伝導度よりも高いことから、架橋剤が添加されない固体高分子電解質膜の方が高いプロトン伝導度を示すことが認められた。また、比較例2のプロトン伝導度が非常に低い値であることから、実施例1の高いプロトン伝導性は、ポリスチレンスルホン酸に起因するものであることも認められた。   Since the proton conductivity of Example 1 was higher than that of Comparative Example 1, it was confirmed that the solid polymer electrolyte membrane to which no cross-linking agent was added showed higher proton conductivity. Moreover, since the proton conductivity of the comparative example 2 was a very low value, it was also recognized that the high proton conductivity of Example 1 originates in polystyrene sulfonic acid.

ここで、ポリビニルアルコールとポリスチレンスルホン酸からなる固体高分子電解質膜の不溶化反応による重量の減少を確認した。まず、ポリビニルアルコール膜、ポリスチレンスルホン酸膜、ポリビニルアルコールとポリスチレンスルホン酸水溶液とを混合して得られた膜の3種の膜について、60℃で2時間減圧乾燥した後、さらに90℃で減圧乾燥して、この一連の処理による重量の減少を比較した。その結果、3種の膜の重量減少率は、ポリビニルアルコール膜が3.7%、ポリスチレンスルホン酸膜が2.6%、ポリビニルアルコールとポリスチレンスルホン酸からなる膜が4.8%であった。ここで、ポリビニルアルコールとポリスチレンスルホン酸からなる膜は完全に黒色化していた。このように、複合化膜(ポリビニルアルコールとポリスチレンスルホン酸からなる膜)とそれを構成する単独物質の膜(ポリビニルアルコール膜、ポリスチレンスルホン酸膜)の重量減少の差は2%程度である。したがって、ポリビニルアルコールとポリスチレンスルホン酸からなる固体高分子電解質膜の不溶化反応による重量の減少は、イオン交換容量の計算値に実質的に影響を及ばさない程度のものであることが認められた。   Here, the weight reduction due to the insolubilization reaction of the solid polymer electrolyte membrane composed of polyvinyl alcohol and polystyrene sulfonic acid was confirmed. First, three types of films obtained by mixing a polyvinyl alcohol film, a polystyrene sulfonic acid film, and a polyvinyl alcohol and an aqueous polystyrene sulfonic acid solution were dried at 60 ° C. for 2 hours under reduced pressure, and then further dried at 90 ° C. under reduced pressure. Thus, the weight loss by this series of treatments was compared. As a result, the weight loss rates of the three types of membranes were 3.7% for the polyvinyl alcohol film, 2.6% for the polystyrene sulfonic acid film, and 4.8% for the film made of polyvinyl alcohol and polystyrene sulfonic acid. Here, the film made of polyvinyl alcohol and polystyrene sulfonic acid was completely blackened. As described above, the difference in weight reduction between the composite film (a film made of polyvinyl alcohol and polystyrene sulfonic acid) and the single material film (polyvinyl alcohol film, polystyrene sulfonic acid film) constituting the composite film is about 2%. Therefore, it was recognized that the weight loss due to the insolubilization reaction of the solid polymer electrolyte membrane composed of polyvinyl alcohol and polystyrene sulfonic acid is such that it does not substantially affect the calculated value of the ion exchange capacity.

[耐水性]
表1に示されるように、コハク酸が添加されていない実施例1の重量減少率が0%であることに対し、コハク酸が添加された場合は、その添加比率の上昇とともに重量減少率が増加していることがわかる。この重量減少率の増加は、未反応の架橋剤等の溶出によるものであると考えられる。
[water resistant]
As shown in Table 1, the weight reduction rate of Example 1 in which succinic acid was not added was 0%, whereas when succinic acid was added, the weight reduction rate increased with the increase in the addition ratio. It can be seen that it has increased. This increase in the weight reduction rate is considered to be due to elution of unreacted crosslinking agent and the like.

このように、コハク酸を添加した場合よりも、コハク酸を添加しない実施例1の方が、重量減少率が少なく、固体高分子電解質膜の耐水性が高いことがわかる。この耐水性の向上は、強酸性のスルホン化ポリマー共存下で、ポリビニルアルコールのヒドロキシ基が関与する脱水反応及び架橋反応が生じ、ポリビニルアルコール同士が直接架橋されたことに起因する効果と考えられる。   Thus, it can be seen that Example 1 in which succinic acid is not added has a lower weight reduction rate and water resistance of the solid polymer electrolyte membrane is higher than that in the case where succinic acid is added. This improvement in water resistance is considered to be an effect due to the fact that a dehydration reaction and a crosslinking reaction involving the hydroxy group of polyvinyl alcohol occur in the presence of a strongly acidic sulfonated polymer, and the polyvinyl alcohol is directly crosslinked.

また、実施例1の加熱処理の温度を80℃から200℃の間で変化させた複数のサンプルについて、水へ浸漬を行って耐水性を比較したが、いずれの場合も十分な耐水性を示した。なお、ポリビニルアルコールのみからなる比較例2の膜は、130℃では十分に結晶化していないことに起因して、水への浸漬時に吸水による明らかな膨潤が見られた。   Moreover, about the some sample which changed the temperature of the heat processing of Example 1 between 80 degreeC and 200 degreeC, it immersed in water and compared water resistance, but in any case, sufficient water resistance is shown. It was. Note that the film of Comparative Example 2 made of only polyvinyl alcohol was clearly swollen due to water absorption when immersed in water due to insufficient crystallization at 130 ° C.

このように、架橋剤が添加されていない実施例1の固体高分子電解質膜では、プロトン伝導度と耐水性の双方が向上されることが認められた。
[実施例2及び比較例4]
実施例1のポリスチレンスルホン酸に代えて、ポリビニルスルホン酸(旭化成ファインケム製:平均分子量118000)の水溶液を用い、ポリビニルスルホン酸とポリビニルアルコールの重量比を0.8:1として、その他の工程を実施例1と同様にして実施例2の黒色で水に実質的に不溶性の固体高分子電解質膜を得た。
Thus, it was confirmed that both the proton conductivity and the water resistance were improved in the solid polymer electrolyte membrane of Example 1 to which no crosslinking agent was added.
[Example 2 and Comparative Example 4]
In place of the polystyrene sulfonic acid of Example 1, an aqueous solution of polyvinyl sulfonic acid (manufactured by Asahi Kasei Finechem: average molecular weight 118000) was used, and the weight ratio of polyvinyl sulfonic acid to polyvinyl alcohol was set to 0.8: 1. In the same manner as in Example 1, the black solid polymer electrolyte membrane of Example 2 substantially insoluble in water was obtained.

また、実施例2の前躯体溶液に、ポリビニルアルコールに対する重量比で0.12のコハク酸を添加して混合し、その他の工程を実施例2と同様にして、比較例4の固体高分子電解質膜を得た。   Further, succinic acid having a weight ratio of 0.12 to polyvinyl alcohol was added to and mixed with the precursor solution of Example 2, and the other steps were performed in the same manner as in Example 2 to obtain the solid polymer electrolyte of Comparative Example 4. A membrane was obtained.

そして、実施例2と比較例4の各々について、温度80℃、相対湿度95%の環境下でのプロトン伝導度を計測した。
実施例2のプロトン伝導度は0.22S/cmであり、実施例2のイオン交換容量は4.1ミリ当量/gであった。
And about each of Example 2 and Comparative Example 4, the proton conductivity in the environment of temperature 80 degreeC and relative humidity 95% was measured.
The proton conductivity of Example 2 was 0.22 S / cm, and the ion exchange capacity of Example 2 was 4.1 meq / g.

これに対し、比較例4のプロトン伝導度は0.13S/cmであり、比較例4のイオン交換容量は3.9ミリ当量/gであった。
このように、実施例2のプロトン伝導度が比較例4のプロトン伝導度よりも高いことから、これにおいても、架橋剤が添加されない固体高分子電解質膜の方が高いプロトン伝導度を示すことが認められた。
On the other hand, the proton conductivity of Comparative Example 4 was 0.13 S / cm, and the ion exchange capacity of Comparative Example 4 was 3.9 meq / g.
Thus, since the proton conductivity of Example 2 is higher than the proton conductivity of Comparative Example 4, the solid polymer electrolyte membrane to which no cross-linking agent is added also shows a higher proton conductivity. Admitted.

なお、平均分子量が57000と13000の2種類のポリビニルスルホン酸(旭化成ファインケム製)を用いた場合にも、上記と同様に、コハク酸を添加しない場合の方が高いプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜が得られた。   Even when two types of polyvinyl sulfonic acids (manufactured by Asahi Kasei Finechem) having an average molecular weight of 57000 and 13000 are used, a solid polymer having higher proton conductivity when no succinic acid is added, as described above. An electrolyte membrane was obtained.

なお、イオン交換容量の算出に関し、実施例1の場合と同様に、複合化膜とそれを構成する単独物質の膜の加熱乾燥処理による重量減少の差を比較したが、その差は実施例1の場合と同様に小さかった。したがって、ポリビニルアルコールとポリビニルスルホン酸からなる固体高分子電解質膜の脱水不溶化反応に基づく重量減少は、イオン交換容量の計算値に実質的に影響を及ばさない程度のものであることが示された。   Regarding the calculation of the ion exchange capacity, as in the case of Example 1, the difference in weight reduction between the composite membrane and the single substance film constituting the composite membrane by heat drying was compared. As in the case of. Therefore, it was shown that the weight loss based on the dehydration and insolubilization reaction of the solid polymer electrolyte membrane composed of polyvinyl alcohol and polyvinyl sulfonic acid is such that it does not substantially affect the calculated value of the ion exchange capacity. .

[実施例3及び比較例5]
実施例1のポリスチレンスルホン酸に代えて、市販のポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸)(平均分子量2000000)の水溶液を用い、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸)とポリビニルアルコールを重量比で1:1として、その他の工程を実施例1と同様にして実施例3の黒色で室温で水に不溶の固体高分子電解質膜を得た。
[Example 3 and Comparative Example 5]
Instead of the polystyrenesulfonic acid of Example 1, a commercially available aqueous solution of poly (2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid) (average molecular weight 2000000) was used, and poly (2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid) and A solid polymer electrolyte membrane of Example 3 in black and insoluble in water at room temperature was obtained in the same manner as in Example 1 except that polyvinyl alcohol was used at a weight ratio of 1: 1.

また、実施例3の前躯体溶液に、ポリビニルアルコールに対する重量比で0.12のコハク酸を添加して混合し、その他の工程を実施例3と同様にして、比較例5の固体高分子電解質膜を得た。   In addition, to the precursor solution of Example 3, 0.12 by weight of succinic acid with respect to polyvinyl alcohol was added and mixed, and the other steps were performed in the same manner as in Example 3 to perform the solid polymer electrolyte of Comparative Example 5. A membrane was obtained.

そして、実施例3と比較例5の各々について、温度80℃、相対湿度95%の環境下でのプロトン伝導度を計測した。
実施例3のプロトン伝導度は0.15S/cmであり、実施例3のイオン交換容量は2.4ミリ当量/gであった。
And about each of Example 3 and Comparative Example 5, the proton conductivity in the environment of temperature 80 degreeC and relative humidity 95% was measured.
The proton conductivity of Example 3 was 0.15 S / cm, and the ion exchange capacity of Example 3 was 2.4 meq / g.

これに対し、比較例5のプロトン伝導度は0.11S/cmであり、比較例5のイオン交換容量は、2.3ミリ当量/gであった。
このように、実施例3のプロトン伝導度が比較例5のプロトン伝導度よりも高いことから、これにおいても、架橋剤が添加されない固体高分子電解質膜の方が高いプロトン伝導度を示すことが認められた。
In contrast, the proton conductivity of Comparative Example 5 was 0.11 S / cm, and the ion exchange capacity of Comparative Example 5 was 2.3 meq / g.
Thus, since the proton conductivity of Example 3 is higher than the proton conductivity of Comparative Example 5, the solid polymer electrolyte membrane to which no cross-linking agent is added also exhibits higher proton conductivity. Admitted.

なお、イオン交換容量の算出に関し、実施例1の場合と同様に、複合化膜とそれを構成する単独物質の膜の加熱乾燥処理による重量減少の差を比較したが、その差は実施例1の場合と同様に小さかった。したがって、ポリビニルアルコールとポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸)からなる固体高分子電解質膜の脱水不溶化反応に基づく重量減少は、イオン交換容量の計算値に実質的に影響を及ばさない程度のものであることが示された。   Regarding the calculation of the ion exchange capacity, as in the case of Example 1, the difference in weight reduction between the composite membrane and the single substance film constituting the composite membrane by heat drying was compared. As in the case of. Therefore, the weight reduction based on the dehydration and insolubilization reaction of the solid polymer electrolyte membrane composed of polyvinyl alcohol and poly (2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid) does not substantially affect the calculated value of the ion exchange capacity. It was shown to be about.

以上説明したように、本実施形態の固体高分子電解質膜の製造方法によれば、以下に列記する効果が得られるようになる。
(1)加熱処理によって、ポリビニルアルコール同士が直接架橋されるため、耐水性の向上された固体高分子電解質膜を得ることができる。
As described above, according to the method for producing a solid polymer electrolyte membrane of the present embodiment, the effects listed below can be obtained.
(1) Since polyvinyl alcohol is directly cross-linked by heat treatment, a solid polymer electrolyte membrane with improved water resistance can be obtained.

(2)架橋剤を用いることなくポリビニルアルコールに架橋構造を形成することができるため、架橋剤を用いる場合と比較して、固体高分子電解質膜中におけるスルホン化ポリマー以外のプロトン伝導性の低い化合物の割合を低減することが可能となり、プロトン伝導性の向上された固体高分子電解質膜を得ることができる。   (2) A compound having low proton conductivity other than the sulfonated polymer in the solid polymer electrolyte membrane as compared with the case of using a crosslinking agent because a crosslinked structure can be formed in polyvinyl alcohol without using a crosslinking agent. The solid polymer electrolyte membrane with improved proton conductivity can be obtained.

(3)架橋剤が不要となることにより、固体高分子電解質膜の組成が単純化されるとともに、架橋剤を加える工程が必要なくなって製造工程が簡素化されるため、製造にかかるコストを低減することも可能となる。   (3) By eliminating the need for a cross-linking agent, the composition of the solid polymer electrolyte membrane is simplified, and the manufacturing process is simplified by eliminating the need for a step of adding the cross-linking agent, thus reducing the manufacturing cost. It is also possible to do.

(4)耐水性とプロトン伝導性の双方が向上された固体高分子電解質膜は、プロトンの伝導に寄与するスルホン化ポリマーが水に溶出することが抑えられるため、高いプロトン伝導性を維持することが可能である。したがって、安定性に優れるとともに安価な固体高分子電解質膜として、電気自動車や燃料電池自動車などの自動車、ノートパソコン、携帯電話や携帯情報端末などのモバイル機器、家庭用発電装置などの発電源として利用される固体高分子形燃料電池に用いると有用性が高い。   (4) The solid polymer electrolyte membrane with improved both water resistance and proton conductivity can maintain high proton conductivity because the sulfonated polymer contributing to proton conduction can be prevented from eluting into water. Is possible. Therefore, as a solid polymer electrolyte membrane with excellent stability and low cost, it can be used as a power source for automobiles such as electric vehicles and fuel cell vehicles, mobile devices such as notebook computers, mobile phones and personal digital assistants, and household power generators. When used in a polymer electrolyte fuel cell, it is highly useful.

(5)溶媒の除去された前駆体溶液である膜が、タックフリーの状態であるから、こうした膜を後続する加熱処理に搬送することも容易になる。
(6)ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸)はイオン交換容量が高いスルホン化ポリマーであるため、これらの化合物をスルホン化ポリマーとして用いることにより、固体高分子電解質膜のプロトン伝導性をより高めることが可能となる。
(5) Since the film which is the precursor solution from which the solvent has been removed is in a tack-free state, it is also easy to transport such a film to the subsequent heat treatment.
(6) Polystyrene sulfonic acid, polyvinyl sulfonic acid, and poly (2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid) are sulfonated polymers having a high ion exchange capacity. Therefore, by using these compounds as sulfonated polymers, solids can be obtained. It becomes possible to further increase the proton conductivity of the polymer electrolyte membrane.

なお、上記実施形態は、例えば以下のような形態にて実施することもできる。
・固体高分子電解質膜の前躯体溶液には、ポリビニルアルコールとスルホン化ポリマーとに加えて、可塑剤として水溶性高分子が添加されてもよい。これによれば、固体高分子電解質膜の機械的な強度を向上させることが可能となる。水溶性高分子としては、例えばポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシド、ポリN―ビニルアセトアミド等を用いることができる。
In addition, the said embodiment can also be implemented with the following forms, for example.
-In addition to polyvinyl alcohol and a sulfonated polymer, a water-soluble polymer as a plasticizer may be added to the precursor solution of the solid polymer electrolyte membrane. According to this, it becomes possible to improve the mechanical strength of the solid polymer electrolyte membrane. As the water-soluble polymer, for example, polyvinylpyrrolidone, polyethylene oxide, poly N-vinylacetamide and the like can be used.

・固体高分子電解質膜では、ポリマー短繊維もしくは不織布等が前駆体溶液からなる膜に含まれてもよい。これによれば、固体高分子電解質膜の機械的強度及び吸湿時の寸法安定性を高めることが可能となる。複合化材としては、水に実質的に不溶のものを用いればよく、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリアリレート、ビニロン、アラミド等を用いることができる。   -In a solid polymer electrolyte membrane, a polymer short fiber, a nonwoven fabric, etc. may be contained in the film | membrane which consists of precursor solutions. According to this, it becomes possible to improve the mechanical strength of the solid polymer electrolyte membrane and the dimensional stability during moisture absorption. As the composite material, a material substantially insoluble in water may be used. For example, polyethylene terephthalate, polyarylate, vinylon, aramid, or the like can be used.

・上記実施形態では、スルホン化ポリマーとして1種類の物質を用いたが、2種類以上の物質を混合して用いてもよい。
・ポリビニルアルコールの不溶化反応を促進できれば、他の酸を含むポリマーを複合化して固体高分子電解質膜を作製してもよい。
In the above embodiment, one kind of substance is used as the sulfonated polymer, but two or more kinds of substances may be mixed and used.
As long as the insolubilization reaction of polyvinyl alcohol can be promoted, a polymer containing another acid may be combined to produce a solid polymer electrolyte membrane.

・固体高分子電解質膜の前躯体溶液に対する加熱処理は、単一の温度で処理してもよく、また、2段階以上に温度を変化させて処理を行ってもよい。   The heat treatment for the precursor solution of the solid polymer electrolyte membrane may be performed at a single temperature, or may be performed by changing the temperature in two or more stages.

1…固体高分子電解質膜、2a,2b…電極触媒層、3a,3b…ガス拡散層、4…空気極、5…燃料極、6…膜電極接合体、7a,7b…セパレータ、8a,8b…ガス流路、9a,9b…冷却水流路、10…固体高分子形燃料電池。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid polymer electrolyte membrane, 2a, 2b ... Electrode catalyst layer, 3a, 3b ... Gas diffusion layer, 4 ... Air electrode, 5 ... Fuel electrode, 6 ... Membrane electrode assembly, 7a, 7b ... Separator, 8a, 8b ... gas flow path, 9a, 9b ... cooling water flow path, 10 ... solid polymer fuel cell.

Claims (3)

水を含む溶媒にポリビニルアルコールとスルホン化ポリマーとが溶解した前駆体溶液を用意する工程と、
前記前駆体溶液の加熱とを通じて、不溶化された固体高分子電解質膜を製造する方法。
Preparing a precursor solution in which polyvinyl alcohol and a sulfonated polymer are dissolved in a solvent containing water;
A method for producing an insolubilized solid polymer electrolyte membrane by heating the precursor solution.
前記加熱時の前記前駆体溶液の加熱温度が、80℃以上200℃以下である
請求項1に記載の固体高分子電解質膜を製造する方法。
The method for producing a solid polymer electrolyte membrane according to claim 1, wherein the heating temperature of the precursor solution during the heating is 80 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.
前記スルホン化ポリマーとして、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸)からなる群から選択される少なくとも1つを用いる
請求項1、2のいずれか1つに記載の固体高分子電解質膜を製造する方法。
The sulfonated polymer is at least one selected from the group consisting of polystyrene sulfonic acid, polyvinyl sulfonic acid, and poly (2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid). A method for producing the solid polymer electrolyte membrane described.
JP2012065322A 2012-03-22 2012-03-22 Method for manufacturing solid polymer electrolyte membrane Pending JP2013197025A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012065322A JP2013197025A (en) 2012-03-22 2012-03-22 Method for manufacturing solid polymer electrolyte membrane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012065322A JP2013197025A (en) 2012-03-22 2012-03-22 Method for manufacturing solid polymer electrolyte membrane

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013197025A true JP2013197025A (en) 2013-09-30

Family

ID=49395710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012065322A Pending JP2013197025A (en) 2012-03-22 2012-03-22 Method for manufacturing solid polymer electrolyte membrane

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013197025A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014229440A (en) * 2013-05-21 2014-12-08 国立大学法人東京工業大学 Method for manufacturing solid polyelectrolyte, solid polyelectrolyte, ion conductor, and film-electrode assembly

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0676838A (en) * 1992-06-25 1994-03-18 Aqueous Res:Kk Ion exchange membrane fuel cell and its manufacture
JP2006156041A (en) * 2004-11-26 2006-06-15 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Blend-cross-linked polymer electrolyte membrane
JP2007042549A (en) * 2005-08-05 2007-02-15 Asahi Kasei Corp Composite ion exchange membrane for fuel cell

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0676838A (en) * 1992-06-25 1994-03-18 Aqueous Res:Kk Ion exchange membrane fuel cell and its manufacture
JP2006156041A (en) * 2004-11-26 2006-06-15 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Blend-cross-linked polymer electrolyte membrane
JP2007042549A (en) * 2005-08-05 2007-02-15 Asahi Kasei Corp Composite ion exchange membrane for fuel cell

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014229440A (en) * 2013-05-21 2014-12-08 国立大学法人東京工業大学 Method for manufacturing solid polyelectrolyte, solid polyelectrolyte, ion conductor, and film-electrode assembly

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yan et al. Imidazolium-functionalized poly (ether ether ketone) as membrane and electrode ionomer for low-temperature alkaline membrane direct methanol fuel cell
JP4327732B2 (en) Solid polymer fuel cell and manufacturing method thereof
JP5406523B2 (en) Novel electrolyte for promoting oxygen reduction reaction (ORR) in cathode layer of PEM fuel cell
CN1764001B (en) Polymer electrolyte for a direct oxidation fuel cell, method of preparing the same, and direct oxidation fuel cell comprising the same
JP2010538416A (en) Proton conducting polymer electrolyte membranes used in polymer fuel cells
CN1492531A (en) Film electrode module of fuel cell and its preparing method and fuel cell using it
Miyake et al. Reinforced polyphenylene ionomer membranes exhibiting high fuel cell performance and mechanical durability
CN1891741A (en) Polymer membrane for fuel cell, method of preparing same and fuel cell system comprising same
Shabanpanah et al. Fabrication and characterization of PVA/NNSA/GLA/nano-silica proton conducting composite membranes for DMFC applications
EP2276095B1 (en) Electrolyte film for a solid polymer type fuel cell and method for producing same
JP2009158128A (en) Membrane electrode assembly and its manufacturing method
JPWO2002062896A1 (en) Proton conductive polymer membrane and method for producing the same
JP2013203999A (en) Diphenylsulfone compound for polymer electrolyte, polymer electrolyte, membrane electrode joined body, solid polymeric fuel cell, and production method of polymer electrolyte
JP5032175B2 (en) Membrane-electrode structure for polymer electrolyte fuel cell
JP2013069535A (en) Manufacturing method of membrane electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell
Ma et al. The research status of Nafion ternary composite membrane
JP5770163B2 (en) Method for producing a membrane for a polymer electrolyte fuel cell
US20160079612A1 (en) Carbon Paper With Conducting Polymers And Polyols For Fuel Cell And Preparation Method Thereof
WO2006092914A1 (en) Membrane electrode joined product, process for producing the same, and direct methanol-type fuel cell
WO2004073085A2 (en) High temperature composite proton exchange membranes
JP2013197025A (en) Method for manufacturing solid polymer electrolyte membrane
JP6156982B2 (en) Method for producing solid polymer electrolyte, solid polymer electrolyte, ionic conductor, and membrane electrode assembly
JP4821946B2 (en) Electrolyte membrane and method for producing the same
CN108878939B (en) Preparation method of cross-linked anion exchange membrane
CN101542636B (en) Polymer electrolyte membrane and method for producing polymer electrolyte membrane

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150116

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20150116

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150930

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151006

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151207

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20160112