JP2014110232A - Fluorine-based polymer electrolyte film - Google Patents

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千豊 末満
Hiroto Iizuka
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluorine-based polymer electrolyte film having excellent mechanical strength and proton conductivity.SOLUTION: The fluorine-based polymer electrolyte film is formed by impregnating a fluorine-based polymer electrolyte into a polyolefin microporous film having voids of 0.05 to 0.5 μm in pore size, wherein conductivity is 0.1 S/cm or more.

Description

本発明は、フッ素系高分子電解質膜に関する。   The present invention relates to a fluorine-based polymer electrolyte membrane.

燃料電池は、電池内で、水素、メタノール等の燃料を電気化学的に酸化することにより、燃料の化学エネルギーを直接、電気エネルギーに変換して取り出すものであり、クリーンな電気エネルギー供給源として注目されている。特に、固体高分子電解質型燃料電池は、他の燃料電池と比較して低温で作動することから、自動車代替動力源、家庭用コジェネレーションシステム、携帯用発電機等として期待されている。   A fuel cell is one that converts the chemical energy of fuel directly into electrical energy by electrochemically oxidizing fuel such as hydrogen and methanol in the battery, and is attracting attention as a clean electrical energy supply source. Has been. In particular, solid polymer electrolyte fuel cells are expected to be used as alternative power sources for automobiles, home cogeneration systems, portable generators, and the like because they operate at a lower temperature than other fuel cells.

このような固体高分子型燃料電池には、一般に20〜120μm程度の厚さを有する固体高分子電解質膜が用いられており、化学的に安定なスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなるプロトン交換膜が用いられる場合が多い。また、発電を行う場合には、固体高分子電解質膜の外面に金属触媒を含む触媒層を接合して膜触媒層接合体を作製し、その外面にカーボンペーパーやカーボンクロス等からなるガス拡散層をそれぞれ配置させて膜電極接合体を作製する。さらに、このガス拡散層の両外面に、導電性のセパレータをそれぞれ配置し、膜電極接合体及びセパレータ間にガス流路を形成して、単体セルと呼ばれる発電の最小単位を形成する。そして、通常の発電時には単体セルで発生する電圧は1V以下であるため、実用的な電圧を得るために、複数個の単体セルが積層されてスタック化されて用いられる。この場合、上述した固体高分子電解質膜への触媒層の接合は、金属触媒を担持したカーボンと固体高分子電解質樹脂(イオン交換樹脂)とを主要固形成分として分散媒中に分散させた液を、固体高分子電解質膜に直接塗布するか、別途用意した基材上に塗布した後、固体高分子電解質膜にホットプレス法等により転写することによって行われる。   In such a polymer electrolyte fuel cell, a polymer electrolyte membrane having a thickness of about 20 to 120 μm is generally used, and a proton made of a perfluorocarbon polymer having a chemically stable sulfonic acid group. Exchange membranes are often used. When power generation is performed, a catalyst layer containing a metal catalyst is joined to the outer surface of the solid polymer electrolyte membrane to produce a membrane catalyst layer assembly, and a gas diffusion layer made of carbon paper, carbon cloth, or the like on the outer surface. A membrane electrode assembly is produced by arranging each of the above. Further, conductive separators are disposed on both outer surfaces of the gas diffusion layer, and a gas flow path is formed between the membrane electrode assembly and the separator to form a minimum unit of power generation called a single cell. Since the voltage generated in a single cell during normal power generation is 1 V or less, a plurality of single cells are stacked and used in order to obtain a practical voltage. In this case, the joining of the catalyst layer to the solid polymer electrolyte membrane described above is performed by using a liquid in which carbon carrying a metal catalyst and a solid polymer electrolyte resin (ion exchange resin) are dispersed in a dispersion medium as main solid components. It is carried out by applying directly to the solid polymer electrolyte membrane or by applying it onto a separately prepared substrate and then transferring it to the solid polymer electrolyte membrane by a hot press method or the like.

燃料電池膜は、過酷な状況下で、長期にわたる熱的、機械的及び化学的安定性をもたなければならない。燃料電池膜の寿命は、膜の物理的性質に正比例するので、機械的強度に優れた膜の開発が要望されている。
機械的強度に優れた燃料電池膜を開発する方法の一つとして、より機械的に安定な多孔質支持体で膜を調製することが挙げられる。これにより、燃料電池運転時に発生する水によって生じる、燃料電池膜の素材として使用される高分子電解質膜の過度の収縮と膨潤を防ぐことができ、より耐久性の高い膜を提供することが可能となる。
特許文献1にはプロトン交換膜が、特許文献2には多様な微多孔膜を使用したプロトン交換膜がそれぞれ開示されている。
Fuel cell membranes must have long-term thermal, mechanical and chemical stability under harsh conditions. Since the life of a fuel cell membrane is directly proportional to the physical properties of the membrane, development of a membrane with excellent mechanical strength is desired.
One method for developing a fuel cell membrane with excellent mechanical strength is to prepare the membrane with a more mechanically stable porous support. As a result, excessive shrinkage and swelling of the polymer electrolyte membrane used as a material for the fuel cell membrane caused by water generated during fuel cell operation can be prevented, and a more durable membrane can be provided. It becomes.
Patent Document 1 discloses a proton exchange membrane, and Patent Document 2 discloses a proton exchange membrane using various microporous membranes.

国際公開2010/101195号パンフレットInternational Publication 2010/101195 Pamphlet 特開2005−216769号公報JP 2005-216769 A

特許文献1及び2に開示されたプロトン交換膜は、いずれも機械的強度が不十分であり、未だ改良の余地がある。
また、燃料電池膜の微多孔膜素材として疎水性高分子材料を用いた場合、水中で最小の膨潤を示し、機械的及び化学的に安定にすることができる。また、微多孔膜として孔径の小さいものを選択することで、機械的強度が優れる傾向にある。しかしながら、微多孔膜としてポリオレフィンのような不活性な疎水性高分子材料を選択した場合、通常使用されるスルホン酸含有ポリマーのような親水性が高いイオン交換材料とは親和性が低いので、特に小孔径の疎水性微多孔膜では、微多孔膜中にイオン交換材料が充分に含浸せず、微多孔膜内に穴のような膜欠陥を生じたり、プロトン伝導性を発揮しない可能性がある。
上記事情に鑑み、本発明は、優れた機械的強度とプロトン伝導性を有したフッ素系高分子電解質膜を提供することを目的とする。
The proton exchange membranes disclosed in Patent Documents 1 and 2 have insufficient mechanical strength, and there is still room for improvement.
Further, when a hydrophobic polymer material is used as the microporous membrane material of the fuel cell membrane, it can exhibit minimum swelling in water and can be mechanically and chemically stabilized. Further, by selecting a microporous membrane having a small pore diameter, the mechanical strength tends to be excellent. However, when an inert hydrophobic polymer material such as polyolefin is selected as the microporous membrane, it has a low affinity with ion exchange materials with high hydrophilicity such as commonly used sulfonic acid-containing polymers. In the case of a hydrophobic microporous membrane having a small pore size, there is a possibility that the microporous membrane is not sufficiently impregnated with an ion exchange material, causing a membrane defect such as a hole in the microporous membrane or not exhibiting proton conductivity. .
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a fluorine-based polymer electrolyte membrane having excellent mechanical strength and proton conductivity.

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、フッ素系高分子電解質と小孔径のポリオレフィン製微多孔膜を組み合わせることにより、優れた機械的強度とプロトン伝導性を有したフッ素系高分子電解質膜を実現し得ることを見出し、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 combined a fluorine-based polymer electrolyte and a microporous membrane made of polyolefin with a small pore diameter to obtain a fluorine-based material having excellent mechanical strength and proton conductivity. The present inventors have found that a polymer electrolyte membrane can be realized, and have completed the present invention.

即ち、本発明は以下のとおりである。
[1]
孔径0.05〜0.5μmの空隙を有するポリオレフィン微多孔膜に、フッ素系高分子電解質が含浸されたフッ素系高分子電解質膜であって、
伝導度が0.1S/cm以上であるフッ素系高分子電解質膜。
[2]
前記フッ素系高分子電解質のイオン交換容量が0.5〜5.0ミリ当量/gである、上記[1]記載のフッ素系高分子電解質膜。
[3]
ポリアゾール化合物を更に含有する、上記[1]又は[2]記載のフッ素系高分子電解質膜。
[4]
チオエーテル化合物を更に含有する、上記[1]〜[3]のいずれか記載のフッ素系高分子電解質膜。
[5]
前記フッ素系高分子電解質は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位と、下記一般式(2)で表される繰り返し単位と、を含有する共重合体である、上記[1]〜[4]のいずれか記載のフッ素系高分子電解質膜。
−(CFCF)− (1)
−(CF−CF(−O−(CFCFX)−O−(CF−SOH))− (2)
(式(2)中、Xはフッ素原子又は−CF基を示し、nは0〜1の整数、mは0〜12の整数、pは0又は1を示す。ただし、n及びmは同時に0にならない。)
[6]
下記一般式(4)で表される溶媒を含むフッ素系高分子電解質溶液を、孔径0.05〜0.5μmの空隙を有するポリオレフィン製微多孔膜に含浸する工程、
含浸したフッ素系高分子電解質溶液の溶媒を揮発させる工程、
を含むフッ素系高分子電解質膜の製造方法;
(OH) (4)
(式(4)中、qは3以上の整数、rは2q+2−sの整数、sは1以上の整数を示す。)
[7]
上記[1]〜[5]のいずれか記載のフッ素系高分子電解質膜を含む膜電極接合体(MEA)。
[8]
上記[1]〜[5]のいずれか記載のフッ素系高分子電解質膜を含む燃料電池。
That is, the present invention is as follows.
[1]
A fluoropolymer electrolyte membrane obtained by impregnating a fluoropolymer electrolyte with a polyolefin microporous membrane having pores having a pore size of 0.05 to 0.5 μm,
A fluorine-based polymer electrolyte membrane having a conductivity of 0.1 S / cm or more.
[2]
The fluorine-based polymer electrolyte membrane according to [1] above, wherein the ion-exchange capacity of the fluorine-based polymer electrolyte is 0.5 to 5.0 meq / g.
[3]
The fluorine-based polymer electrolyte membrane according to the above [1] or [2], further comprising a polyazole compound.
[4]
The fluorine-based polymer electrolyte membrane according to any one of the above [1] to [3], further containing a thioether compound.
[5]
The fluorine-based polymer electrolyte is a copolymer containing a repeating unit represented by the following general formula (1) and a repeating unit represented by the following general formula (2): [4] The fluorine-based polymer electrolyte membrane according to any one of [4].
- (CF 2 CF 2) - (1)
- (CF 2 -CF (-O- ( CF 2 CFX) n -O p - (CF 2) m -SO 3 H)) - (2)
(In formula (2), X represents a fluorine atom or —CF 3 group, n represents an integer of 0 to 1, m represents an integer of 0 to 12, and p represents 0 or 1. However, n and m are simultaneously It will not be 0.)
[6]
A step of impregnating a polyolefin microporous membrane having a void having a pore diameter of 0.05 to 0.5 μm with a fluorine-based polymer electrolyte solution containing a solvent represented by the following general formula (4):
Volatilizing the solvent of the impregnated fluoropolymer electrolyte solution,
A method for producing a fluorine-based polymer electrolyte membrane comprising:
C q H r (OH) s (4)
(In formula (4), q represents an integer of 3 or more, r represents an integer of 2q + 2-s, and s represents an integer of 1 or more.)
[7]
A membrane electrode assembly (MEA) comprising the fluorine-based polymer electrolyte membrane according to any one of [1] to [5] above.
[8]
A fuel cell comprising the fluorine-based polymer electrolyte membrane according to any one of [1] to [5].

本発明により、優れた機械的強度とプロトン伝導性を有したフッ素系高分子電解質膜を提供することができる。   According to the present invention, a fluorine-based polymer electrolyte membrane having excellent mechanical strength and proton conductivity can be provided.

以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の本実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。   Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiment, and can be implemented with various modifications within the scope of the gist.

本実施形態における高分子電解質膜は、孔径0.05〜0.5μmの空隙を有するポリオレフィン微多孔膜(以下、単に「微多孔膜」とも言う。)に、フッ素系高分子電解質が含浸されており、その伝導度が0.1S/cm以上である。   The polymer electrolyte membrane in the present embodiment is obtained by impregnating a fluoropolymer electrolyte into a polyolefin microporous membrane (hereinafter, also simply referred to as “microporous membrane”) having pores having a pore diameter of 0.05 to 0.5 μm. And its conductivity is 0.1 S / cm or more.

[フッ素系高分子電解質]
本実施形態におけるフッ素系高分子電解質(以下、単に「高分子電解質」とも言う。)としては、特に限定されないが、機械的強度とイオン交換容量の観点から、下記一般式(1)で表される繰り返し単位と、下記一般式(2)で表される繰り返し単位と、を含有する共重合体であることが好ましい。
−(CFCF)− (1)
−(CF−CF(−O−(CFCFX)−O−(CF−SOH))− (2)
(式(2)中、Xはフッ素原子又は−CF基を示し、nは0〜5の整数、mは0〜12の整数、pは0又は1を示す。ただし、n及びmは同時に0にならない。)
[Fluoropolymer electrolyte]
The fluorine-based polymer electrolyte (hereinafter also simply referred to as “polymer electrolyte”) in the present embodiment is not particularly limited, but is represented by the following general formula (1) from the viewpoint of mechanical strength and ion exchange capacity. It is preferable that it is a copolymer containing the repeating unit and the repeating unit represented by the following general formula (2).
- (CF 2 CF 2) - (1)
- (CF 2 -CF (-O- ( CF 2 CFX) n -O p - (CF 2) m -SO 3 H)) - (2)
(In formula (2), X represents a fluorine atom or a —CF 3 group, n represents an integer of 0 to 5, m represents an integer of 0 to 12, and p represents 0 or 1. However, n and m are simultaneously It will not be 0.)

本実施形態におけるフッ素系高分子電解質は、例えば前駆体ポリマーを合成した後、その前駆体ポリマーを、アルカリ加水分解、酸分解すること等により得られる。例えば、上記一般式(1)及び(2)で表される繰り返し単位を有する共重合体は、下記一般式(3)で表される繰り返し単位を有する前駆体ポリマーを重合により得た後、その前駆体ポリマーをアルカリ加水分解、酸処理すること等により得られる。
−[CFCF]a−[CF−CF(−O−(CFCFX)n−Op−(CF)m−A)]g− (3)
(ここで、式(3)中、Xはフッ素原子又は−CF基を示し、nは0〜5の整数、mは0〜12の整数、pは0又は1を示す。ただし、n及びmは同時に0にならない。AはCOOR1、COR又はSOを示し、Rは炭素数1〜3のアルキル基を示し、Rはハロゲン原子を示す。)
The fluorine-based polymer electrolyte in the present embodiment can be obtained, for example, by synthesizing a precursor polymer and then subjecting the precursor polymer to alkali hydrolysis, acid decomposition, or the like. For example, the copolymer having a repeating unit represented by the general formulas (1) and (2) is obtained by polymerizing a precursor polymer having a repeating unit represented by the following general formula (3). The precursor polymer can be obtained by alkali hydrolysis, acid treatment or the like.
- [CF 2 CF 2] a- [CF 2 -CF (-O- (CF 2 CFX) n-Op- (CF 2) m-A)] g- (3)
(In the formula (3), X represents a fluorine atom or —CF 3 group, n represents an integer of 0 to 5, m represents an integer of 0 to 12, and p represents 0 or 1. However, n and m does not simultaneously become 0. A represents COOR 1 , COR 2 or SO 2 R 2 , R 1 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and R 2 represents a halogen atom.)

上記前駆体ポリマーは、例えば、フッ化オレフィン化合物とフッ化ビニル化合物とを共重合させることにより製造される。   The precursor polymer is produced, for example, by copolymerizing a fluorinated olefin compound and a vinyl fluoride compound.

ここで、フッ化オレフィン化合物としては、特に限定されず、例えば、テトラフルオロエチレン、六フッ化プロピレン、トリフルオロエチレン、モノクロルトリフルオ口エチレン、パーフルオロブチルエチレン(CCH=CH)、パーフルオロヘキサエチレン(C13CH=CH)、パーフルオロオクタエチレン(CI7CH=CH)等が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。 Here, the fluorinated olefin compound is not particularly limited. For example, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, trifluoroethylene, monochlorotrifluoroethylene, perfluorobutylethylene (C 4 F 9 CH═CH 2 ), Examples include perfluorohexaethylene (C 6 F 13 CH═CH 2 ), perfluorooctaethylene (C 6 F I7 CH═CH 2 ), and the like. These are used singly or in combination of two or more.

また、フッ化ビニル化合物としては、特に限定されず、例えば、下記に列挙する一般式;
CF=CFO(CF−SOF、CF=CFOCFCF(CF)O(CF−SOF、CF=CF(CF−SOF、CF=CF(OCFCF(CF))−(CFq−1−SOF、CF=CFO(CF−CO、CF=CFOCFCF(CF)O(CF−CO、CF=CF(CF−CO、CF=CF(OCFCF(CF))−(CF−COで表されるものが挙げられる。上記式中、qは1〜8の整数を示し、Rは炭素数1〜3のアルキル基を示す。
Moreover, it does not specifically limit as a vinyl fluoride compound, For example, the general formula enumerated below;
CF 2 = CFO (CF 2) q -SO 2 F, CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3) O (CF 3) q -SO 2 F, CF 2 = CF (CF 2) q -SO 2 F, CF 2 = CF (OCF 2 CF ( CF 3)) q - (CF 2) q-1 -SO 2 F, CF 2 = CFO (CF 2) q -CO 2 R 9, CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2) q -CO 2 R 9, CF 2 = CF (CF 2) q -CO 2 R 9, CF 2 = CF (OCF 2 CF (CF 3)) q - (CF 2) 2 -CO those represented by 2 R 9 and the like. In the above formulas, q is an integer of 1 to 8, R 9 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.

上記前駆体ポリマーは、公知の共重合法により合成することができる。そのような共重合法としては、特に限定されるものではないが、以下のような方法を挙げることができる。
(i)含フッ素炭化水素等の重合溶媒を用い、この重合溶媒に充填溶解した状態でフッ化ビニル化合物とフッ化オレフィン化合物のガスとを反応させて重合を行う方法(溶液重合)。ここで、上記含フッ素炭化水素としては、例えば、トリクロロトリフルオロエタン、1、1、1、2、3、4、4、5、5、5−デカフロロペンタン等、「フロン」と総称される化合物からなる群より選ばれるものが好適に用いられる。
(ii)含フッ素炭化水素等の溶媒を用いず、フッ化ビニル化合物そのものを重合溶剤として用いてフッ化ビニル化合物とフッ化オレフィン化合物のガスとを反応させて重合を行う方法(塊状重合)
(iii)界面活性剤の水溶液を重合溶媒として用い、この重合溶媒に充填溶解した状態でフッ化ビニル化合物とフッ化オレフィン化合物のガスとを反応させて重合を行う方法(乳化重合)
(iv)界面活性剤及びアルコール等の助乳化剤の水溶液を用い、この水溶液に充填乳化した状態でフッ化ビニル化合物とフッ化オレフィン化合物のガスとを反応させて重合を行う方法(ミニエマルジョン重合、マイクロエマルジョン重合)
(v)懸濁安定剤の水溶液を用い、この水溶液に充填懸濁した状態でフッ化ビニル化合物とフッ化オレフィン化合物のガスとを反応させて重合を行う方法(懸濁重合)
The precursor polymer can be synthesized by a known copolymerization method. Such a copolymerization method is not particularly limited, and examples thereof include the following methods.
(I) A method (solution polymerization) in which a polymerization solvent such as a fluorinated hydrocarbon is used, and polymerization is performed by reacting a vinyl fluoride compound and a gas of a fluorinated olefin compound in a state of being charged and dissolved in the polymerization solvent. Here, examples of the fluorinated hydrocarbon include trichlorotrifluoroethane, 1, 1, 1, 2, 3, 4, 4, 5, 5, 5-decafluoropentane, etc. Those selected from the group consisting of compounds are preferably used.
(Ii) A method of performing polymerization by reacting a vinyl fluoride compound and a gas of a fluorinated olefin compound by using a vinyl fluoride compound itself as a polymerization solvent without using a solvent such as fluorine-containing hydrocarbon (bulk polymerization).
(Iii) A method in which an aqueous solution of a surfactant is used as a polymerization solvent, and polymerization is performed by reacting a vinyl fluoride compound and a gas of a fluorinated olefin compound in a state of being charged and dissolved in the polymerization solvent (emulsion polymerization).
(Iv) A method in which an aqueous solution of a surfactant and a co-emulsifier such as alcohol is used, and a polymerization is performed by reacting a vinyl fluoride compound and a gas of a fluorinated olefin compound in a state where the aqueous solution is filled and emulsified (miniemulsion polymerization, Microemulsion polymerization)
(V) A method in which an aqueous solution of a suspension stabilizer is used and polymerization is performed by reacting a vinyl fluoride compound and a gas of a fluorinated olefin compound in a state filled and suspended in the aqueous solution (suspension polymerization).

本実施形態においては、前駆体ポリマーの重合度の指標としてメルトマスフローレート(以下「MFR」と略称する。)を用いることができる。本実施形態において、前駆体ポリマーのMFRは、0.01g/10分以上が好ましく、0.1g/10分以上がより好ましく、0.3g/10分以上が更に好ましく、1g/10分以上が特に好ましい。MFRの上限としては特に限定されないが、100g/10分以下が好ましく、50g/10分以下がより好ましく、10g/10分以下が更に好ましく、5g/10以下が特に好ましい。前駆体ポリマーのMFRを0.01〜100g/10分の範囲に調整することにより、成膜等の成型加工を良好に行うことができる傾向にある。なお、前駆体ポリマーのMFRは、JISK−7210に準拠して測定される。具体的には、オリフィスの内径2.09mm、長さ8mmの装置を用いて、温度270℃、荷重2.16kgで測定した含フッ素イオン交換樹脂前駆体のメルトフローレートを前駆体ポリマーのMFR(g/10分)とする。   In the present embodiment, melt mass flow rate (hereinafter abbreviated as “MFR”) can be used as an index of the polymerization degree of the precursor polymer. In the present embodiment, the MFR of the precursor polymer is preferably 0.01 g / 10 minutes or more, more preferably 0.1 g / 10 minutes or more, still more preferably 0.3 g / 10 minutes or more, and 1 g / 10 minutes or more. Particularly preferred. Although it does not specifically limit as an upper limit of MFR, 100 g / 10min or less is preferable, 50 g / 10min or less is more preferable, 10 g / 10min or less is further more preferable, 5 g / 10 or less is especially preferable. By adjusting the MFR of the precursor polymer to a range of 0.01 to 100 g / 10 min, molding processing such as film formation tends to be performed favorably. In addition, MFR of a precursor polymer is measured based on JISK-7210. Specifically, the melt flow rate of the fluorinated ion exchange resin precursor measured at a temperature of 270 ° C. and a load of 2.16 kg using an apparatus having an inner diameter of 2.09 mm and a length of 8 mm was measured using the MFR ( g / 10 minutes).

上記に従って調製された前駆体ポリマーは、例えば、塩基性反応液体中で加水分解処理され、温水等で十分に水洗された後、酸処理されてもよい。この酸処理によって前駆体ポリマーがプロトン化されて、パーフルオロカーボン高分子化合物が得られる。例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂の前駆体ポリマーがプロトン化されて、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂が得られる。   The precursor polymer prepared according to the above may be hydrolyzed in a basic reaction liquid, sufficiently washed with warm water or the like, and then acid-treated. By this acid treatment, the precursor polymer is protonated to obtain a perfluorocarbon polymer compound. For example, a perfluorocarbon sulfonic acid resin precursor polymer is protonated to obtain a perfluorocarbon sulfonic acid resin.

本実施形態におけるフッ素系高分子電解質は、高分子電解質として用いられるポリマー全体に対して100質量%であることが化学耐久性の観点から好ましいが、例えば、炭化水素系高分子電解質等を任意の割合で含んでもよい。そのような炭化水素系高分子電解質としては、例えば、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリチオエーテルエーテルスルホン、ポリチオエーテルケトン、ポリチオエーテルエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンザオキサジノン、ポリキシリレン、ポリフエニレン、ポリチオフエン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセン、ポリシアノゲン、ポリナフチリジン、ポリフエニレンスルフィドスルホン、ポリフエニレンスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、芳香族ポリアミド、ポリスチレン、ポリエステル、ポリカーボネート等が挙げられる。炭化水素系高分子電解質の含有量は、高分子電解質全体に対して、好ましくは50質量%以下、より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。   The fluorine-based polymer electrolyte in the present embodiment is preferably 100% by mass with respect to the entire polymer used as the polymer electrolyte from the viewpoint of chemical durability. For example, a hydrocarbon-based polymer electrolyte or the like can be arbitrarily selected. May be included in proportions. Examples of such hydrocarbon polymer electrolytes include polyphenylene sulfide, polyphenylene ether, polysulfone, polyethersulfone, polyetherethersulfone, polyetherketone, polyetheretherketone, polythioetherethersulfone, polythioetherketone, polythiol Thioetheretherketone, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polyoxadiazole, polybenzoxazinone, polyxylylene, polyphenylene, polythiophene, polypyrrole, polyaniline, polyacene, polycyanogen, polynaphthyridine, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene sulfone, Polyimide, polyetherimide, polyesterimide, polyamideimide, polyarylate, Family polyamides, polystyrenes, polyesters, polycarbonates, and the like. The content of the hydrocarbon-based polymer electrolyte is preferably 50% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and still more preferably 10% by mass or less with respect to the entire polymer electrolyte.

本実施形態におけるフッ素系高分子電解質は、そのイオン交換容量が0.5〜5.0ミリ当量/gであることが好ましい。イオン交換容量を5.0ミリ当量/g以下とすることにより、この高分子電解質を含む高分子電解質膜の燃料電池運転条件下(高温・高加湿下等)での膨潤が低減される傾向にある。高分子電解質膜の膨潤が低減されることは、高分子電解質膜の強度が低下したり、しわが発生して電極から剥離したりする等の耐久性の問題、さらには、ガス遮断性が低下する問題等の改善につながる。一方、イオン交換容量を0.5ミリ当量/g以上とすることにより、そのような条件を満足する高分子電解質膜を備えた燃料電池は、その発電能力を高温・低加湿下においても良好に維持することができる傾向にある。上記観点から、フッ素系高分子電解質のイオン交換容量は、好ましくは0.5〜5.0ミリ当量/g、より好ましくは0.8〜4.0ミリ当量/g、更に好ましくは1.0〜3.5ミリ当量/gである。   The fluorinated polymer electrolyte in this embodiment preferably has an ion exchange capacity of 0.5 to 5.0 meq / g. By setting the ion exchange capacity to 5.0 meq / g or less, swelling of the polymer electrolyte membrane containing the polymer electrolyte under fuel cell operating conditions (high temperature, high humidity, etc.) tends to be reduced. is there. Reduction of swelling of the polymer electrolyte membrane means that the strength of the polymer electrolyte membrane is reduced, or that the durability of the polymer electrolyte membrane such as wrinkles is peeled off from the electrode, and further the gas barrier property is reduced. This leads to improvement of problems. On the other hand, by setting the ion exchange capacity to 0.5 meq / g or more, the fuel cell equipped with the polymer electrolyte membrane satisfying such conditions has a good power generation capability even under high temperature and low humidity. Tend to be maintained. From the above viewpoint, the ion exchange capacity of the fluoropolymer electrolyte is preferably 0.5 to 5.0 meq / g, more preferably 0.8 to 4.0 meq / g, and still more preferably 1.0. -3.5 meq / g.

なお、本実施形態におけるフッ素系高分子電解質のイオン交換容量は、下記のようにして測定される。まず、イオン交換基の対イオンがプロトンの状態となっている高分子電解質からなる膜を、25℃の飽和NaCl水溶液に浸漬し、その水溶液を十分な時間攪拌する。次いで、その飽和NaCl水溶液中のプロトンを、0.01N水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定する。中和後にろ過して得られたイオン交換基の対イオンがナトリウムイオンの状態となっている高分子電解質からなる膜を、純水ですすぎ、更に真空乾燥した後、秤量する。中和に要した水酸化ナトリウムの物質量をM(mmol)、イオン交換基の対イオンがナトリウムイオンである高分子電解質からなる膜の質量をW(mg)とし、下記式により当量質量EW(g/当量)を求める。
EW=(W/M)−22
更に、得られたEW値の逆数をとって1000倍することにより、イオン交換容量(ミリ当量/g)が算出される。
In addition, the ion exchange capacity of the fluorine-based polymer electrolyte in the present embodiment is measured as follows. First, a membrane made of a polymer electrolyte in which the counter ion of the ion exchange group is in a proton state is immersed in a saturated NaCl aqueous solution at 25 ° C., and the aqueous solution is stirred for a sufficient time. Subsequently, the proton in the saturated NaCl aqueous solution is neutralized and titrated with a 0.01N sodium hydroxide aqueous solution. A membrane made of a polymer electrolyte in which the counter ion of the ion exchange group obtained by filtration after neutralization is in the form of sodium ions is rinsed with pure water, further vacuum-dried, and weighed. The amount of sodium hydroxide required for neutralization is M (mmol), the mass of a membrane made of a polymer electrolyte in which the counter ion of the ion exchange group is sodium ion is W (mg), and the equivalent mass EW ( g / equivalent).
EW = (W / M) −22
Furthermore, the ion exchange capacity (milli equivalent / g) is calculated by taking the reciprocal of the obtained EW value and multiplying it by 1000.

フッ素系高分子電解質のイオン交換容量は、フッ素系高分子電解質1g中に存在するイオン交換基数を調整することで、上記数値範囲内になるように調整される。   The ion exchange capacity of the fluorine-based polymer electrolyte is adjusted to be within the above numerical range by adjusting the number of ion-exchange groups present in 1 g of the fluorine-based polymer electrolyte.

本実施形態におけるフッ素系高分子電解質膜は、燃料電池運転時の耐熱性の観点から、ガラス転移温度が、好ましくは80℃以上であり、より好ましくは100℃以上、さらに好ましくは120℃以上、特に好ましくは130℃以上である。   The fluoropolymer electrolyte membrane in the present embodiment has a glass transition temperature of preferably 80 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, more preferably 120 ° C. or higher, from the viewpoint of heat resistance during fuel cell operation. Especially preferably, it is 130 degreeC or more.

ここで、フッ素系高分子電解質膜のガラス転移温度は、JIS−C−6481に準拠して測定される。具体的には、フッ素系高分子電解質膜を5mm幅に切り出し、動的粘弾性測定装置を用いて試験片を室温から20℃/分の割合で昇温させ、粘弾性測定装置にて試験片の動的粘弾性及び損失正接を測定し、その測定した損失正接のピーク温度をガラス転移温度とする。ガラス転移温度は、フッ素系高分子電解質の構造式、分子量、イオン交換容量等を制御することによって調整される。   Here, the glass transition temperature of the fluorine-based polymer electrolyte membrane is measured according to JIS-C-6481. Specifically, the fluoropolymer electrolyte membrane is cut into a width of 5 mm, the test piece is heated from room temperature at a rate of 20 ° C./minute using a dynamic viscoelasticity measuring device, and the test piece is measured using the viscoelasticity measuring device. The dynamic viscoelasticity and loss tangent are measured, and the peak temperature of the measured loss tangent is defined as the glass transition temperature. The glass transition temperature is adjusted by controlling the structural formula, molecular weight, ion exchange capacity, etc. of the fluorine-based polymer electrolyte.

本実施形態におけるフッ素系高分子電解質は、80℃における含水率が、好ましくは30質量%〜330質量%であり、より好ましくは70質量%〜280質量%であり、更に好ましくは120質量%〜255質量%であり、特に好ましくは160質量%〜220質量%である。フッ素系高分子電解質の含水率を上記範囲に調整することにより、長期にわたる寸法変化安定性、及び高温・低加湿条件における高い電池性能が発現する等の効果を奏する傾向にある。80℃における含水率が30質量%以上であると、プロトン移動をするための水が充分に存在するため、燃料電池に用いた際に優れた電池性能が発現する傾向にある。一方、80℃における含水率が330質量%以下であると、フッ素系高分子電解質がゲル状になるおそれが少なく、膜として成形することが容易となる傾向にある。   The moisture content at 80 ° C. of the fluorine-based polymer electrolyte in the present embodiment is preferably 30% by mass to 330% by mass, more preferably 70% by mass to 280% by mass, and still more preferably 120% by mass to It is 255 mass%, Most preferably, it is 160 mass%-220 mass%. By adjusting the water content of the fluorine-based polymer electrolyte to the above range, there is a tendency to exhibit effects such as long-term dimensional change stability and high battery performance under high temperature and low humidification conditions. When the water content at 80 ° C. is 30% by mass or more, there is a sufficient amount of water for proton transfer, so that excellent cell performance tends to be exhibited when used in a fuel cell. On the other hand, when the water content at 80 ° C. is 330% by mass or less, the fluorine-based polymer electrolyte is less likely to become a gel and tends to be easily formed as a film.

[ポリオレフィン微多孔膜]
本実施形態におけるポリオレフィン微多孔膜の原料となるポリオレフィン樹脂としては、プロピレン又はエチレンを主な単量体成分として含有する重合体が好ましい。このポリオレフィン樹脂は上記の主な単量体成分のみからなるものであってもよいが、それ以外にブテン、ペンテン、ヘキセン、4−メチルペンテン等の単量体成分を含有していてもよい。
[Polyolefin microporous membrane]
As polyolefin resin used as the raw material of the polyolefin microporous film in this embodiment, the polymer which contains propylene or ethylene as a main monomer component is preferable. Although this polyolefin resin may consist only of said main monomer components, it may contain monomer components, such as butene, pentene, hexene, 4-methylpentene, in addition to that.

ポリオレフィン樹脂の具体例としては、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン(LDPE)、チーグラ一系マルチサイト触媒を用いて得られる直鎖状低密度ポリエチレン及び超低密度ポリエチレン等のポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、シングルサイト触媒を用いて得られるエチレン系重合体、及びプロピレンと共重合可能な他の単景体との共重合体(プロピレン−エチレン共重合体、プロピレン−エチレン−α−オレフィン共重合体等)等の単体や混合物が挙げられる。上記の中でも、微多孔膜の成形性の観点から、ポリエチレンが好ましく、より好ましくは超高分子量ポリエチレン、高密度ポリエチレンであり、更に好ましくは超高分子量ポリエチレンである。微多孔膜の成形性及び物性(機械強度、空隙率、膜厚)の観点からは、超高分子量ポリエチレンの重量平均分子量は、好ましくは1×10以上、より好ましくは3×10以上、更に好ましくは5×10以上であり、5×10〜15×10が特に好ましい。また、耐熱性の観点からは、ポリプロピレンが好ましい。 Specific examples of polyolefin resins include ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE), high density polyethylene (HDPE), medium density polyethylene, low density polyethylene (LDPE), and linear low density obtained using Ziegler multi-site catalysts. Polyethylene such as polyethylene and ultra-low density polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-based polymer obtained using a single site catalyst, and a copolymer with other single scene copolymerizable with propylene Examples thereof include simple substances such as (propylene-ethylene copolymer, propylene-ethylene-α-olefin copolymer) and mixtures thereof. Among these, polyethylene is preferable from the viewpoint of moldability of the microporous membrane, more preferably ultrahigh molecular weight polyethylene and high density polyethylene, and still more preferably ultrahigh molecular weight polyethylene. From the viewpoint of moldability and physical properties (mechanical strength, porosity, film thickness) of the microporous membrane, the weight average molecular weight of the ultrahigh molecular weight polyethylene is preferably 1 × 10 5 or more, more preferably 3 × 10 5 or more, More preferably, it is 5 × 10 5 or more, and 5 × 10 5 to 15 × 10 6 is particularly preferable. From the viewpoint of heat resistance, polypropylene is preferable.

また、本実施形態におけるポリオレフィン微多孔膜は、必要に応じて、ステアリン酸カリウムやステアリン酸亜鉛等の金属石鹸類、紫外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤、防曇剤、着色顔料等の公知の添加剤を、本発明の課題達成及び効果を損なわない範囲で含有してもよい。   In addition, the polyolefin microporous film in the present embodiment is optionally made of metal soaps such as potassium stearate and zinc stearate, ultraviolet absorbers, light stabilizers, antistatic agents, antifogging agents, and coloring pigments. You may contain a well-known additive in the range which does not impair the subject achievement and effect of this invention.

本実施形態におけるポリオレフィン微多孔膜は、その空隙率が10%〜90%であることが好ましく、20%〜90%であることがより好ましく、30%〜85%であることが更に好ましく、35%〜85%であることが特に好ましい。空隙率が10%〜90%の範囲にあることにより、高分子電解質膜のプロトン伝導性の向上と、強度の向上及び寸法変化の抑制の効果がより顕著となる傾向にある。   The polyolefin microporous membrane in this embodiment preferably has a porosity of 10% to 90%, more preferably 20% to 90%, still more preferably 30% to 85%, 35 % To 85% is particularly preferable. When the porosity is in the range of 10% to 90%, the effects of improving the proton conductivity of the polymer electrolyte membrane, improving the strength, and suppressing the dimensional change tend to become more prominent.

ポリオレフィン微多孔膜の空隙率は、微多孔膜中の孔数、孔径、孔形状、延伸倍率、ゲル化剤添加量及びゲル化剤の種類を変えることによって、その数値を上記範囲に調整することができる。ポリオレフィン微多孔膜の空隙率を高くする手段としては、例えば、ゲル化剤の添加量30〜80質量%に調整する方法が挙げられる。この範囲にゲル化剤の添加量を調整することで、ポリオレフィン樹脂の成形性が維持されると共に可塑化効果が十分となるため、ポリオレフィン樹脂のラメラ晶が効率よく引き伸ばされ、延伸倍率を増加させることができる。逆に、ポリオレフィン微多孔膜の空隙率を低くする手段としては、例えば、ゲル化剤を減量すること、延伸倍率を減少すること等が挙げられる。   The porosity of the polyolefin microporous membrane can be adjusted to the above range by changing the number of pores, pore diameter, pore shape, draw ratio, gelling agent addition amount and type of gelling agent in the microporous membrane. Can do. As a means for increasing the porosity of the polyolefin microporous membrane, for example, a method of adjusting the addition amount of the gelling agent to 30 to 80% by mass can be mentioned. By adjusting the addition amount of the gelling agent within this range, the moldability of the polyolefin resin is maintained and the plasticizing effect is sufficient, so that the lamellar crystals of the polyolefin resin are efficiently stretched and the draw ratio is increased. be able to. On the other hand, examples of means for lowering the porosity of the polyolefin microporous membrane include reducing the amount of gelling agent and reducing the draw ratio.

本実施形態におけるポリオレフィン微多孔膜は、その膜厚が0.1μm〜50μmであることが好ましく、0.5μm〜30μmであることがより好ましく、1.0μm〜20μmであることが更に好ましく、2.0μm〜20μmであることが特に好ましい。膜厚が0.1μm〜50μmの範囲にあることにより、高分子電解質を微多孔膜中に孔充填し易くなるとともに、高分子電解質膜の寸法変化がより一層抑制される傾向にある。ここで、微多孔膜の膜厚は、その膜を50%RHの恒温恒湿の室内で十分に静置した後、公知の膜厚計(例えば、東洋精機製作所製、商品名「B−1」)を用いて測定される値を言う。   The polyolefin microporous membrane in this embodiment preferably has a thickness of 0.1 μm to 50 μm, more preferably 0.5 μm to 30 μm, still more preferably 1.0 μm to 20 μm. It is particularly preferable that the thickness is 0.0 μm to 20 μm. When the film thickness is in the range of 0.1 μm to 50 μm, the polymer electrolyte can be easily filled into the microporous membrane, and the dimensional change of the polymer electrolyte membrane tends to be further suppressed. Here, the film thickness of the microporous membrane is determined by sufficiently allowing the membrane to stand in a constant temperature and humidity room of 50% RH, and then using a known film thickness meter (for example, trade name “B-1 manufactured by Toyo Seiki Seisakusho”). ") Means the value measured using.

ポリオレフィン微多孔膜の膜厚は、キャスト溶液の固形分量、押し出し樹脂量、押し出し速度、微多孔膜の延伸倍率を変えることによって、その数値を上記範囲に調整することができる。   The film thickness of the polyolefin microporous membrane can be adjusted to the above range by changing the solid content of the cast solution, the amount of extruded resin, the extrusion speed, and the stretching ratio of the microporous membrane.

本実施形態におけるポリオレフィン微多孔膜は、その空隙の孔径が0.05μm〜0.5μmの範囲に調整されている。孔径を0.5μm以下とすることにより、この微多孔膜に高分子電解質を含浸させた高分子電解質膜の機械的強度が向上する。一方、微多孔膜の孔径を0.05μm以上とすることにより、微多孔膜の空隙に高分子電解質が含浸され易く、優れた機械的強度を有し、且つ、良好なイオン伝導性を発揮する傾向にある。上記観点から、ポリオレフィン微多孔膜の空隙の孔径は、0.05μm〜0.48μmであることが好ましく、0.05μm〜0.45μmであることがより好ましく、0.05μm〜0.4μmであることが特に好ましい。ここで、ポリオレフィン微多孔膜の空隙の孔径は、バブルポイント法によりパームポロメータ(例えば、Xonics製、製品名:Porometer 3G)を用いて測定される平均細孔径を言う。   In the microporous polyolefin membrane in the present embodiment, the pore diameter of the voids is adjusted in the range of 0.05 μm to 0.5 μm. By setting the pore diameter to 0.5 μm or less, the mechanical strength of the polymer electrolyte membrane in which the microporous membrane is impregnated with the polymer electrolyte is improved. On the other hand, by setting the pore size of the microporous membrane to 0.05 μm or more, the voids of the microporous membrane are easily impregnated with the polymer electrolyte, have excellent mechanical strength, and exhibit good ion conductivity. There is a tendency. From the above viewpoint, the pore diameter of the voids of the polyolefin microporous membrane is preferably 0.05 μm to 0.48 μm, more preferably 0.05 μm to 0.45 μm, and 0.05 μm to 0.4 μm. It is particularly preferred. Here, the pore diameter of the voids of the polyolefin microporous membrane refers to the average pore diameter measured using a palm porometer (for example, product name: Porometer 3G manufactured by Xonics) by the bubble point method.

ポリオレフィン微多孔膜の空隙の孔径は、可塑剤の分散性、ポリオレフィン微多孔膜の延伸倍率、電子線又はプラズマの照射線量及び照射時間、可塑剤抽出溶剤及び抽出時間を変えることによって、その数値を上記範囲に調整することができる。   The pore diameter of the voids of the polyolefin microporous membrane can be determined by changing the plasticizer dispersibility, the draw ratio of the polyolefin microporous membrane, the irradiation dose and irradiation time of the electron beam or plasma, the plasticizer extraction solvent and the extraction time. It can adjust to the said range.

本実施形態におけるポリオレフィン微多孔膜は、例えば、次のような製造方法により得られる。まず、ポリオレフィン組成物に、可塑剤、酸化防止剤等を添加した混合物を溶融混練する。その後、得られた混合物を押出成形し、抽出、延伸等を施して膜状に成形することにより、ポリオレフィン微多孔膜が得られる。また、ポリオレフィン組成物と添加剤とからなる上記混合物に更に無機微粉体等を添加してもよい。ポリオレフィン微多孔膜の製造方法は、ポリオレフィン組成物、可塑剤及び酸化防止剤を窒素雰囲気下で溶融混練する工程(i)と、工程(i)を経て得られた溶融混練物を押し出し、シート状に成形して冷却固化する工程(ii)と、工程(ii)を経て得られたシート状の冷却固化物を少なくとも一軸方向へ延伸して膜状の成形物を得る工程(iii)と、工程(iii)を経て得られた成形物から可塑剤を抽出する工程(iv)と、を有することが好ましい。   The polyolefin microporous membrane in the present embodiment is obtained, for example, by the following production method. First, a mixture obtained by adding a plasticizer, an antioxidant and the like to a polyolefin composition is melt-kneaded. Thereafter, the obtained mixture is extruded, extracted, stretched, etc., and formed into a film, whereby a polyolefin microporous film is obtained. Moreover, you may add inorganic fine powder etc. further to the said mixture which consists of a polyolefin composition and an additive. A method for producing a polyolefin microporous membrane includes a step (i) of melt-kneading a polyolefin composition, a plasticizer and an antioxidant in a nitrogen atmosphere, and extruding the melt-kneaded product obtained through the step (i) to form a sheet. Step (ii) for forming into a sheet and cooling and solidifying; Step (iii) for obtaining a film-like formed product by stretching at least uniaxially the sheet-like cooling and solidified material obtained through Step (ii); And (iv) extracting a plasticizer from the molded product obtained through (iii).

上記酸化防止剤としては、1次酸化防止剤であるフェノール系酸化防止剤が好ましい。さらには、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、ペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート等が挙げられる。なお、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト、テトラキス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)−4,4−ビフェニレン−ジフォスフォナイト等のリン系酸化防止剤、ジラウリル−チオ−ジプロピオネート等のイオウ系酸化防止剤等の2次酸化防止剤を、必要に応じてフェノール系酸化防止剤と併用してもよい。   As said antioxidant, the phenolic antioxidant which is a primary antioxidant is preferable. Furthermore, 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol, pentaerythrityl-tetrakis- [3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate], octadecyl-3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate and the like. Phosphorus antioxidants such as tris (2,4-di-t-butylphenyl) phosphite, tetrakis (2,4-di-t-butylphenyl) -4,4-biphenylene-diphosphonite, A secondary antioxidant such as a sulfur-based antioxidant such as dilauryl-thio-dipropionate may be used in combination with a phenol-based antioxidant as necessary.

また、上記可塑剤とは、ポリオレフィン組成物と混合した際に、その融点以上において均一溶液を形成し得る不揮発性溶媒を指す。このような可塑剤としては、例えば、流動パラフィンやパラフィンワックス等の炭化水素類、ジ−2−エチルヘキシルフタレート、ジイソデシルフタレート、ジヘプチルフタレート等が挙げられる。これらの中では、炭化水素類が好ましい。   Moreover, the said plasticizer points out the non-volatile solvent which can form a uniform solution above the melting | fusing point, when it mixes with a polyolefin composition. Examples of such plasticizers include hydrocarbons such as liquid paraffin and paraffin wax, di-2-ethylhexyl phthalate, diisodecyl phthalate, and diheptyl phthalate. Of these, hydrocarbons are preferred.

上記工程(iii)においては、例えば、一軸延伸機による延伸や、同時二軸延伸機、逐次二軸延伸等による延伸により、膜状の成形物を得ることができる。本実施形態におけるポリオレフィン微多孔膜は、空隙率と機械的強度とのバランスの観点から、その延伸倍率が、面積倍率で7倍以上であることが好ましい。また、延伸温度は、100〜135℃であることが好ましく、110〜130℃であることがより好ましい。   In the step (iii), for example, a film-like molded product can be obtained by stretching by a uniaxial stretching machine, stretching by a simultaneous biaxial stretching machine, sequential biaxial stretching, or the like. The polyolefin microporous membrane in the present embodiment preferably has a draw ratio of 7 times or more in terms of area magnification from the viewpoint of the balance between porosity and mechanical strength. Moreover, it is preferable that extending | stretching temperature is 100-135 degreeC, and it is more preferable that it is 110-130 degreeC.

工程(iv)において、可塑剤を抽出する際に用いられる溶媒(抽出溶媒)としては、ポリエチレン及びポリプロピレンに対して貧溶媒であり、且つ、可塑剤に対しては良溶媒であり、沸点がポリオレフィン組成物の融点よりも低いものが好ましい。このような抽出溶媒としては、例えば、n−ヘキサンやシクロヘキサン等の炭化水素類、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン等のエーテル類、塩化メチレン、1,1,1−トリクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類に代表される有機溶媒が挙げられる。これらの抽出溶媒は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   In step (iv), the solvent used for extracting the plasticizer (extraction solvent) is a poor solvent for polyethylene and polypropylene, and a good solvent for the plasticizer, and has a boiling point of polyolefin. Those lower than the melting point of the composition are preferred. Examples of such an extraction solvent include hydrocarbons such as n-hexane and cyclohexane, alcohols such as methanol, ethanol and isopropanol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, ethers such as tetrahydrofuran, methylene chloride, 1, Examples thereof include organic solvents represented by halogenated hydrocarbons such as 1,1-trichloroethane. These extraction solvents are used alone or in combination of two or more.

工程(iv)では、上述の抽出溶媒に膜状の成形物を浸漬することにより、成形物内に含まれていた大部分の可塑剤を抽出し、その後、成形物を充分に乾燥させてポリオレフィン微多孔膜を得ることができる。この抽出により、ポリオレフィン微多孔膜中の可塑剤残量を1質量%未満とすることが、燃料電池運転時に高分子電解質から溶出される不純物を低減する観点から好ましい。   In step (iv), most of the plasticizer contained in the molded product is extracted by immersing the film-shaped molded product in the extraction solvent described above, and then the molded product is sufficiently dried to obtain polyolefin. A microporous membrane can be obtained. By this extraction, it is preferable that the residual amount of plasticizer in the polyolefin microporous membrane be less than 1% by mass from the viewpoint of reducing impurities eluted from the polymer electrolyte during fuel cell operation.

本実施形態におけるポリオレフィン微多孔膜は、収縮低減の観点から、熱固定処理がさらに施されることが好ましい。この熱固定処理を行うことにより、高温雰囲気下での微多孔膜の収縮を低減し、高分子電解質膜の寸法変化をより一層低減することができる。熱固定は、例えば、TDテンターにより、100〜135℃程度の温度範囲でTD方向の応力を緩和させることにより行われる。   The polyolefin microporous membrane in the present embodiment is preferably further subjected to heat setting treatment from the viewpoint of reducing shrinkage. By performing this heat setting treatment, the shrinkage of the microporous membrane under a high temperature atmosphere can be reduced, and the dimensional change of the polymer electrolyte membrane can be further reduced. The heat setting is performed, for example, by relaxing the stress in the TD direction in a temperature range of about 100 to 135 ° C. with a TD tenter.

また、本実施形態におけるポリオレフィン微多孔膜は、本発明の課題解決及び効果を損なわない範囲で、電子線照射、プラズマ照射、界面活性剤塗布、化学的改質等の表面処理が必要に応じて施されていてもよい。表面処理を施すことで微多孔膜の表面を親水化することができ、高分子電解質溶液の高充填性といった効果を奏するほか、高分子電解質膜の含水率を調整し得る。   In addition, the polyolefin microporous membrane in the present embodiment is subjected to surface treatment such as electron beam irradiation, plasma irradiation, surfactant coating, chemical modification, etc., as long as the problems and effects of the present invention are not impaired. It may be given. By performing the surface treatment, the surface of the microporous membrane can be hydrophilized, and in addition to the effect of high filling of the polymer electrolyte solution, the water content of the polymer electrolyte membrane can be adjusted.

[フッ素系高分子電解質膜]
本実施形態におけるフッ素系高分子電解質膜は、ポリオレフィン微多孔膜の空隙に、フッ素系高分子電解質が含浸されたものである。
[Fluoropolymer electrolyte membrane]
The fluorine-based polymer electrolyte membrane in the present embodiment is obtained by impregnating a fluorine-based polymer electrolyte into the voids of a polyolefin microporous membrane.

本実施形態における高分子電解質膜は、特定の孔径を有する空隙を含むポリオレフィン微多孔膜と、フッ素系高分子電解質とを組み合わせることにより、機械的強度に優れ、かつ、高いプロトン伝導度(以下、単に「伝導度」とも言う。)を有する。本実施形態における高分子電解質膜のプロトン伝導度は、固体高分子電解質膜としての性能を維持する観点から、0.1S/cm以上であり、0.11S/cmであることが好ましく、0.12S/cm以上であることがより好ましい。
高分子電解質膜の伝導度は、フッ素系高分子電解質のイオン交換容量、ポリオレフィン微多孔膜の孔径、空隙率、膜厚、高分子電解質溶液の溶媒種を制御することにより調整することができる。
The polymer electrolyte membrane in the present embodiment is excellent in mechanical strength by combining a polyolefin microporous membrane including voids having a specific pore size and a fluorine-based polymer electrolyte, and has a high proton conductivity (hereinafter, Simply referred to as “conductivity”). The proton conductivity of the polymer electrolyte membrane in the present embodiment is 0.1 S / cm or more, preferably 0.11 S / cm, from the viewpoint of maintaining the performance as a solid polymer electrolyte membrane. More preferably, it is 12 S / cm or more.
The conductivity of the polymer electrolyte membrane can be adjusted by controlling the ion exchange capacity of the fluorine-based polymer electrolyte, the pore diameter, porosity, film thickness, and solvent type of the polymer electrolyte solution of the polyolefin microporous membrane.

本実施形態におけるフッ素系高分子電解質膜の伝導度は、高分子膜水分量試験装置(日本ベル製、型番:MSB−AD−V−FC)を用いて以下のように測定される。
まず、高分子電解質膜を幅1cmx長さ3cmに切り出し、伝導度測定用セルに取り付ける。次に、伝導度測定用セルを試験装置のチャンバー内に取り付け、チャンバー内を90℃、1%RH未満の雰囲気になるよう調整し、高分子電解質膜への水分の影響を一旦取り除く。その後、イオン交換水を用いて生成した水蒸気を導入してチャンバー内を加湿し、90℃、50%RH雰囲気になるよう調整する。チャンバー内雰囲気が安定したことを確認後、高分子電解質膜の伝導度(S/cm)を測定する。
The conductivity of the fluorine-based polymer electrolyte membrane in the present embodiment is measured as follows using a polymer membrane water content test apparatus (manufactured by Nippon Bell, model number: MSB-AD-V-FC).
First, a polymer electrolyte membrane is cut into a width of 1 cm and a length of 3 cm and attached to a conductivity measuring cell. Next, the conductivity measuring cell is mounted in the chamber of the test apparatus, the inside of the chamber is adjusted to an atmosphere of 90 ° C. and less than 1% RH, and the influence of moisture on the polymer electrolyte membrane is once removed. Thereafter, water vapor generated using ion-exchanged water is introduced to humidify the inside of the chamber, and the atmosphere is adjusted to 90 ° C. and 50% RH. After confirming that the atmosphere in the chamber is stable, the conductivity (S / cm) of the polymer electrolyte membrane is measured.

高分子電解質膜には、上記高分子電解質及びポリオレフィン微多孔膜に加えて、耐久性を向上させる目的で、ポリアゾール化合物やチオエーテル化合物等の添加剤を含有してもよい。これらの添加剤は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   In addition to the polymer electrolyte and the polyolefin microporous membrane, the polymer electrolyte membrane may contain an additive such as a polyazole compound or a thioether compound for the purpose of improving durability. These additives are used singly or in combination of two or more.

(ポリアゾール化合物)
本実施形態におけるポリアゾール化合物としては、特に限定されず、例えば、ポリイミダゾール系化合物、ポリベンズイミダゾール系化合物、ポリベンゾビスイミダゾール系化合物、ポリベンゾオキサゾール系化合物、ポリオキサゾール系化合物、ポリチアゾール系化合物、ポリベンゾチアゾール系化合物等の環内に窒素原子を1個以上含む複素五員環を構成要素とする化合物の重合体が挙げられる。なお、上記複素五員環には、窒素原子以外に酸素原子、硫黄原子等を含むものであってもよい。
(Polyazole compound)
The polyazole compound in the present embodiment is not particularly limited. For example, a polyimidazole compound, a polybenzimidazole compound, a polybenzobisimidazole compound, a polybenzoxazole compound, a polyoxazole compound, a polythiazole compound, Examples thereof include a polymer of a compound having a hetero five-membered ring containing one or more nitrogen atoms in the ring, such as a polybenzothiazole compound. The hetero five-membered ring may contain an oxygen atom, a sulfur atom or the like in addition to the nitrogen atom.

上記複素五員環を構成要素とする化合物としては、耐熱性を得る観点から、p−フェニレン基、m−フェニレン基、ナフタレン基、ジフェニレンエーテル基、ジフェニレンスルホン基、ビフェニレン基、ターフェニル基、2,2−ビス(4−カルボキシフェニレン)へキサフルオロプロパン基に代表される2価の芳香族基が複素五員環と結合した化合物を用いることが好ましい。具体的には、ポリアゾール化合物として、ポリベンズイミダゾールが好ましく用いられる。   From the viewpoint of obtaining heat resistance, the compound having a hetero five-membered ring as a constituent element is p-phenylene group, m-phenylene group, naphthalene group, diphenylene ether group, diphenylene sulfone group, biphenylene group, terphenyl group. It is preferable to use a compound in which a divalent aromatic group represented by 2,2-bis (4-carboxyphenylene) hexafluoropropane group is bonded to a hetero five-membered ring. Specifically, polybenzimidazole is preferably used as the polyazole compound.

また、ポリアゾール化合物の分子量は、ゲルパーミエーションクラマトグラフィー(GPC)測定による重量平均分子量として、300〜500,000(ポリスチレン換算)であることが好ましい。ポリアゾール化合物の分子量が上記範囲であると、耐久性が向上する傾向にある。   Moreover, it is preferable that the molecular weight of a polyazole compound is 300-500,000 (polystyrene conversion) as a weight average molecular weight by a gel permeation chromatography (GPC) measurement. When the molecular weight of the polyazole compound is within the above range, durability tends to be improved.

また、ポリアゾール化合物は、下記の一般的な変性方法を用いて、イオン交換基が導入されたもの(変性ポリアゾール化合物)であってもよい。このような変性ポリアゾール化合物としては、ポリアゾール化合物に、アミノ基、四級アンモニウム基、カルボキシル基、スルホン酸基、ホスホン酸基からなる群より選ばれる1種以上の基を導入したものが挙げられる。なお、アニオン性のイオン交換基をポリアゾール化合物に導入することにより、高分子電解質膜全体のイオン交換容量を増加させることができ、その結果、燃料電池運転時により高い出力を得ることができる。上記変性ポリアゾール化合物のイオン交換容量は0.1〜3.5ミリ当量/gであることが好ましい。   In addition, the polyazole compound may be a compound in which an ion exchange group is introduced (modified polyazole compound) using the following general modification method. Examples of such modified polyazole compounds include those obtained by introducing one or more groups selected from the group consisting of amino groups, quaternary ammonium groups, carboxyl groups, sulfonic acid groups, and phosphonic acid groups into the polyazole compounds. In addition, by introducing an anionic ion exchange group into the polyazole compound, the ion exchange capacity of the entire polymer electrolyte membrane can be increased, and as a result, a higher output can be obtained during operation of the fuel cell. The ion exchange capacity of the modified polyazole compound is preferably 0.1 to 3.5 meq / g.

ポリアゾール化合物の変性方法としては、特に限定されないが、例えば、発煙硫酸、濃硫酸、無水硫酸及びその錯体、プロパンサルトン等のスルトン類、αープロモトルエンスルホン酸、クロロアルキルスルホン酸等を用いて、ポリアゾール化合物にイオン交換基を導入する方法や、ポリアゾール化合物のモノマー合成時にイオン交換基を含有させて重合する方法等が挙げられる。   The method for modifying the polyazole compound is not particularly limited. For example, fuming sulfuric acid, concentrated sulfuric acid, sulfuric anhydride and its complex, sultone such as propane sultone, α-promotoluenesulfonic acid, chloroalkylsulfonic acid and the like are used. And a method of introducing an ion exchange group into the polyazole compound, a method of polymerizing by containing an ion exchange group at the time of monomer synthesis of the polyazole compound, and the like.

また、ポリアゾール化合物は、耐久性の観点から、高分子電解質の相に島状に分散していることが好ましい。ここで、「島状に分散している」とは、染色処理を施さずに透過型電子顕微鏡(TEM)観察を行った場合に、高分子電解質の相の中にポリアゾール化合物を含む相が粒子状に分散した状態を意味する。このような状態で分散することは、ポリアゾール化合物を主体とする部分が高分子電解質を主体とする部分に均一に微分散していることを表している。   The polyazole compound is preferably dispersed in islands in the polymer electrolyte phase from the viewpoint of durability. Here, “dispersed in the shape of islands” means that a phase containing a polyazole compound in the phase of the polymer electrolyte is a particle when observed with a transmission electron microscope (TEM) without performing a staining treatment. It means a state dispersed in a shape. Dispersing in such a state indicates that the portion mainly composed of the polyazole compound is uniformly finely dispersed in the portion mainly composed of the polymer electrolyte.

さらに、高分子電解質とポリアゾール化合物とは、例えば、イオン結合して酸塩基のイオンコンプレックスを形成している状態であってもよく、共有結合している状態であってもよい。すなわち、例えば、高分子電解質がスルホン酸基を有し、ポリアゾール化合物がイミダゾール基、オキサゾール基、チアゾール基等の反応基を有する場合、高分子電解質中のスルホン酸基と、ポリアゾール化合物中の各反応基が有する窒素原子とが、イオン結合や共有結合により互いに結合していてもよい。   Furthermore, the polymer electrolyte and the polyazole compound may be, for example, in a state of being ionically bonded to form an acid-base ion complex or in a covalently bonded state. That is, for example, when the polymer electrolyte has a sulfonic acid group and the polyazole compound has a reactive group such as an imidazole group, an oxazole group, or a thiazole group, the sulfonic acid group in the polymer electrolyte and each reaction in the polyazole compound The nitrogen atom of the group may be bonded to each other by ionic bond or covalent bond.

なお、上記イオン結合や共有結合が存在するか否かについては、フーリエ変換赤外分光計(Fourier−Transform Infrared Spectrometer)(以下、「FT−IR」と言う。)を用いて確認することができる。例えば、高分子電解質としてパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂、ポリアゾール化合物としてポリ[2,2’(m−フェニレン)−5,5’−ベンゾイミダゾール](以下、「PBI」と言う。)を用いた場合、FT−IRによる測定を行うと、上記高分子電解質中のスルホン酸基とPBI中のイミダゾール基との化学結合に由来するシフトした吸収ピークが、1458cm−1付近、1567cm−1付近、1634cm−1付近に認められる。 Whether or not the ionic bond or the covalent bond exists can be confirmed using a Fourier-Transform Infrared Spectrometer (hereinafter referred to as “FT-IR”). . For example, when a perfluorocarbon sulfonic acid resin is used as the polymer electrolyte and poly [2,2 ′ (m-phenylene) -5,5′-benzimidazole] (hereinafter referred to as “PBI”) is used as the polyazole compound, When measured by FT-IR, the shifted absorption peaks derived from the chemical bond between the sulfonic acid group in the polymer electrolyte and the imidazole group in PBI are 1458 cm −1 , 1567 cm −1 , 1634 cm −1. It is recognized in the vicinity.

また、PBIを添加した高分子電解質膜を作製し、その膜について動的粘弾性試験を行うと、室温から200℃の昇温過程で得られる損失正接(Ta nδ)のピーク温度(Tg)が、PBIを添加しない高分子電解質膜と比較して高くなる。このようなTgの上昇は、高分子電解質膜の耐熱性の向上や機械強度の向上の観点から好ましい。   In addition, when a polymer electrolyte membrane to which PBI was added was prepared and a dynamic viscoelasticity test was performed on the membrane, the peak temperature (Tg) of the loss tangent (Tanδ) obtained in the temperature rising process from room temperature to 200 ° C. , It becomes higher than that of a polymer electrolyte membrane to which PBI is not added. Such an increase in Tg is preferable from the viewpoint of improving the heat resistance of the polymer electrolyte membrane and improving the mechanical strength.

ポリアゾール化合物の質量(Wd)に対する高分子電解質の質量(Wa)の比(Wa/Wd)は、60/40〜99.99/0.01であることが好ましく、70/30〜99.95/0.05であることがより好ましく、80/20〜99.9/0.1であることが更に好ましく、90/10〜99.5/0.5であることが特に好ましい。高分子電解質の質量の比を60以上とすることにより、イオン伝導性が良好となり、より優れた電池特性が実現され得る。一方、ポリアゾール化合物の質量の比を40以下とすることにより、成形された高分子電解質の高温低加湿条件下の電池運転における耐久性が向上し得る。   The ratio (Wa / Wd) of the mass (Wa) of the polymer electrolyte to the mass (Wd) of the polyazole compound is preferably 60/40 to 99.99 / 0.01, and preferably 70/30 to 99.95 / It is more preferably 0.05, more preferably 80/20 to 99.9 / 0.1, and particularly preferably 90/10 to 99.5 / 0.5. By setting the mass ratio of the polymer electrolyte to 60 or more, the ion conductivity is improved, and more excellent battery characteristics can be realized. On the other hand, by setting the mass ratio of the polyazole compound to 40 or less, the durability of the molded polymer electrolyte in battery operation under high-temperature and low-humidification conditions can be improved.

(チオエーテル化合物)
本実施形態におけるチオエーテル化合物とは、−(R−S)−(Sは硫黄原子、Rは炭化水素基、rは1以上の整数)の化学構造を有する化合物である。このような化学構造を有する化合物としては、具体的には、例えば、ジメチルチオエーテル、ジエチルチオエーテル、ジプロピルチオエーテル、メチルエチルチオエーテル、メチルブチルチオエーテルのようなジアルキルチオエーテル;テトラヒドロチオフエン、テトラヒドロアピランのような環状チオエーテル;メチルフエニルスルフィド、エチルフエニルスルフィド、ジフエニルスルフィド、ジベンジルスルフィドのような芳香族チオエーテル等が挙げられる。なお、ここで例示したものをチオエーテル化合物としてそのまま用いてもよく、例えばポリフエニレンスルフィド(PPS)のように、上記で例示したものを単量体として用いて得られる重合体をチオエーテル化合物として用いてもよい。
(Thioether compound)
The thioether compound in this embodiment is a compound having a chemical structure of — (R—S) r — (S is a sulfur atom, R is a hydrocarbon group, and r is an integer of 1 or more). Specific examples of the compound having such a chemical structure include dialkyl thioethers such as dimethyl thioether, diethyl thioether, dipropyl thioether, methyl ethyl thioether, and methyl butyl thioether; tetrahydrothiophene and tetrahydroapiran. And cyclic thioethers; aromatic thioethers such as methylphenyl sulfide, ethylphenyl sulfide, diphenyl sulfide, and dibenzyl sulfide. In addition, you may use what was illustrated here as a thioether compound as it is, for example, the polymer obtained by using what was illustrated above as a monomer like a polyphenylene sulfide (PPS) is used as a thioether compound. May be.

チオエーテル化合物は、耐久性の観点から、rが10以上の重合体(オリゴマー、ポリマー)であることが好ましく、rが1,000以上の重合体であることがより好ましい。特に好ましいチオエーテル化合物は、ポリフェニレンスルフィド(PPS)である。   From the viewpoint of durability, the thioether compound is preferably a polymer (oligomer or polymer) having r of 10 or more, and more preferably a polymer having r of 1,000 or more. A particularly preferred thioether compound is polyphenylene sulfide (PPS).

本実施形態において好適に用いられるポリフェニレンスルフィドは、パラフェニレンスルフィド骨格を好ましくは70モル%以上、より好ましくは90モル%以上有するポリフェニレンスルフィドである。   The polyphenylene sulfide suitably used in the present embodiment is a polyphenylene sulfide having a paraphenylene sulfide skeleton of preferably 70 mol% or more, more preferably 90 mol% or more.

上記ポリフェニレンスルフィドの製造方法としては、特に限定されないが、例えば、ハロゲン置換芳香族化合物(p−ジクロルベンゼン等)を硫黄及び炭酸ソーダの存在下で重合させる方法;極性溶媒中でハロゲン置換芳香族化合物を硫化ナトリウム若しくは硫化水素ナトリウムと水酸化ナトリウムの存在下で重合させる方法;極性溶媒中でハロゲン置換芳香族化合物を硫化水素と水酸化ナトリウム若しくはナトリウムアミノアルカノエートの存在下で重合させる方法;又は、p−クロルチオフェノールの自己縮合による方法等が挙げられる。上記の中でも、N−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒や、スルホラン等のスルホン系溶媒中で、硫化ナトリウムとp−ジクロルベンゼンとを反応させる方法が好適に用いられる。   The method for producing the polyphenylene sulfide is not particularly limited. For example, a method in which a halogen-substituted aromatic compound (p-dichlorobenzene or the like) is polymerized in the presence of sulfur and sodium carbonate; a halogen-substituted aromatic in a polar solvent; A method of polymerizing a compound in the presence of sodium sulfide or sodium hydrogen sulfide and sodium hydroxide; a method of polymerizing a halogen-substituted aromatic compound in a polar solvent in the presence of hydrogen sulfide and sodium hydroxide or sodium aminoalkanoate; or And a method by self-condensation of p-chlorothiophenol. Among these, a method of reacting sodium sulfide with p-dichlorobenzene in an amide solvent such as N-methylpyrrolidone or dimethylacetamide or a sulfone solvent such as sulfolane is preferably used.

また、ポリフェニレンスルフィドにおける−SX基(Sは硫黄原子、Xはアルカリ金属原子又は水素原子を示す。)の含有量は、10μmol/g〜10,000μmol/gであることが好ましく、より好ましくは15μmol/g〜10,000μmol/gであり、更に好ましくは20μmol/g〜10,000μmol/gである。−SX基の含有量が上記範囲にあるということは、反応活性点が多いことを意味する。−SX基の含有量が上記範囲を満たすポリフェニレンスルフィドを用いることで、本実施形態における高分子電解質との混和性が向上することに伴ってその分散性が向上し、その結果、成形された高分子電解質膜は、高温低加湿条件下において、より高い耐久性を示す傾向にある。   Further, the content of -SX group (S is a sulfur atom, X is an alkali metal atom or a hydrogen atom) in polyphenylene sulfide is preferably 10 μmol / g to 10,000 μmol / g, more preferably 15 μmol. / G to 10,000 μmol / g, more preferably 20 μmol / g to 10,000 μmol / g. That the content of the —SX group is in the above range means that there are many reaction active sites. By using polyphenylene sulfide having a content of -SX group satisfying the above range, the dispersibility is improved as the miscibility with the polymer electrolyte in the present embodiment is improved. Molecular electrolyte membranes tend to exhibit higher durability under high temperature and low humidification conditions.

また、チオエーテル化合物としては、末端に酸性官能基を導入したものも好適に用いることができる。導入する酸性官能基としては、スルホン酸基、リン酸基、カルボン酸基、マレイン酸基、無水マレイン酸基、フマル酸基、イタコン酸基、アクリル酸基、メタクリル酸基からなる群より選ばれる基が好ましく、中でもスルホン酸基が特に好ましい。   Moreover, as the thioether compound, those having an acidic functional group introduced at the terminal can be suitably used. The acidic functional group to be introduced is selected from the group consisting of sulfonic acid group, phosphoric acid group, carboxylic acid group, maleic acid group, maleic anhydride group, fumaric acid group, itaconic acid group, acrylic acid group, and methacrylic acid group. Group is preferred, and sulfonic acid group is particularly preferred among them.

なお、酸性官能基の導入方法としては特に限定されず、一般的な方法を用いることができる。例えば、スルホン酸基をチオエーテル化合物に導入する場合、無水硫酸、発煙硫酸等のスルホン化剤を用いて公知の条件で導入することができる。より具体的には、例えば、K.Hu,T.Xu,W.Yang,Y.Fu,JournaI of AppIied Polymer Science,VoI.91,や、E.Montoneri,JournaI of Polymer Science:PartA:PoIymer Chemistry,VoI.27,3043−3051(1989)に記載の条件で導入することができる。   In addition, it does not specifically limit as an introduction method of an acidic functional group, A general method can be used. For example, when a sulfonic acid group is introduced into a thioether compound, it can be introduced under known conditions using a sulfonating agent such as sulfuric anhydride or fuming sulfuric acid. More specifically, for example, K.K. Hu, T .; Xu, W .; Yang, Y. et al. Fu, JournalI of AppIied Polymer Science, VoI. 91, E.I. Montoneri, JournalI of Polymer Science: PartA: PoImer Chemistry, VoI. 27, 3043-3051 (1989).

また、導入した上記酸性官能基を、更に金属塩又はアミン塩に置換したものもチオエーテル化合物として好適に用いることができる。金属塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩、カルシウム塩等のアルカリ土類金属塩が好ましい。   Moreover, what substituted the said acidic functional group introduce | transduced into the metal salt or amine salt can also be used suitably as a thioether compound. As the metal salt, alkali metal salts such as sodium salt and potassium salt, and alkaline earth metal salts such as calcium salt are preferable.

さらに、チオエーテル化合物を粉末状で用いる場合、チオエーテル化合物の平均粒子径は、高分子電解質中での分散性が向上することで高寿命化等の効果を良好に実現させる観点から、0.01μm〜2.0μmであることが好ましく、0.01μm〜1.0μmであることがより好ましく、0.01μm〜0.5μmであることが更に好ましく、0.01μm〜0.1μmであることが特に好ましい。チオエーテル化合物の平均粒子径は、レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置(例えば、堀場製作所製、型番:LA−950)によって測定される値である。   Furthermore, when the thioether compound is used in a powder form, the average particle diameter of the thioether compound is 0.01 μm to from the viewpoint of favorably realizing an effect such as a long life by improving dispersibility in the polymer electrolyte. 2.0 μm is preferable, 0.01 μm to 1.0 μm is more preferable, 0.01 μm to 0.5 μm is further preferable, and 0.01 μm to 0.1 μm is particularly preferable. . The average particle size of the thioether compound is a value measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus (for example, model number: LA-950, manufactured by Horiba, Ltd.).

チオエーテル化合物を高分子電解質中に微分散させる方法としては、例えば、高分子電解質等との溶融混練時に高せん断を与えて粉砕及び微分散させる方法;後述の高分子電解質溶液を得た後、その溶液をろ過し粗大チオエーテル化合物粒子を除去し、ろ過後の溶液を用いる方法、等が挙げられる。溶融混練を行う場合に用いられるチオエーテル化合物の溶融粘度は、成形加工性の観点から、1〜10,000ポイズであることが好ましく、より好ましくは100〜10,000ポイズである。なお、溶融粘度は、フローテスターを用いて、300℃,荷重196N、L/D(L:オリフィス長、D:オリフィス内径)=10/1で6分間保持して得られる値である。   As a method of finely dispersing the thioether compound in the polymer electrolyte, for example, a method of pulverizing and finely dispersing by applying high shear during melt kneading with the polymer electrolyte or the like; Examples thereof include a method of filtering the solution to remove coarse thioether compound particles and using the solution after filtration. The melt viscosity of the thioether compound used for melt kneading is preferably 1 to 10,000 poise, more preferably 100 to 10,000 poise, from the viewpoint of moldability. The melt viscosity is a value obtained by holding for 6 minutes using a flow tester at 300 ° C., a load of 196 N, L / D (L: orifice length, D: orifice inner diameter) = 10/1.

チオエーテル化合物の質量(Wd)に対する高分子電解質の質量(Wa)の比(Wa/Wd)は、60/40〜99.99/0.01であることが好ましく、70/30〜99.95/0.05であることがより好ましく、80/20〜99.9/0.1であることが更に好ましく、90/10〜99.5/0.5であることが特に好ましい。高分子電解質の質量の比を60以上とすることにより、イオン伝導性が良好となり、より優れた電池特性が実現され得る。一方、チオエーテル化合物の質量の比を40以下とすることにより、成形された高分子電解質の高温低加湿条件下の電池運転における耐久性が向上し得る。   The ratio (Wa / Wd) of the mass (Wa) of the polymer electrolyte to the mass (Wd) of the thioether compound is preferably 60/40 to 99.99 / 0.01, and 70/30 to 99.95 / It is more preferably 0.05, more preferably 80/20 to 99.9 / 0.1, and particularly preferably 90/10 to 99.5 / 0.5. By setting the mass ratio of the polymer electrolyte to 60 or more, the ion conductivity is improved, and more excellent battery characteristics can be realized. On the other hand, by setting the mass ratio of the thioether compound to 40 or less, the durability of the molded polymer electrolyte in battery operation under high temperature and low humidification conditions can be improved.

また、チオエーテル化合物とポリアゾール化合物を併用する場合、チオエーテル化合物の質量(Wd)に対するポリアゾール化合物の質量(Wc)の比(Wc/Wd)は、1/99〜99/1であることが好ましい。化学的安定性と耐久性(分散性)とのバランスの観点から、Wc/Wdは5/95〜95/5であることがより好ましく、10/90〜90/10であることが更に好ましく、20/80〜80/20であることが特に好ましい。   Moreover, when using a thioether compound and a polyazole compound together, it is preferable that ratio (Wc / Wd) of the mass (Wc) of the polyazole compound with respect to the mass (Wd) of the thioether compound is 1/99 to 99/1. From the viewpoint of the balance between chemical stability and durability (dispersibility), Wc / Wd is more preferably 5/95 to 95/5, still more preferably 10/90 to 90/10, Particularly preferred is 20/80 to 80/20.

さらに、ポリアゾール化合物とチオエーテル化合物との合計質量が高分子電解質膜中に占める割合は、イオン伝導性と耐久性(分散性)とのバランスの観点から、0.01質量%〜50質量%であることが好ましい。上記合計質量は0.05質量%〜45質量%であることがより好ましく、0.1質量%〜40質量%であることが更に好ましく、0.2質量%〜35質量%であることが更により好ましく、0.3質量%〜30質量%であることが特に好ましい。   Furthermore, the proportion of the total mass of the polyazole compound and the thioether compound in the polymer electrolyte membrane is 0.01% by mass to 50% by mass from the viewpoint of the balance between ion conductivity and durability (dispersibility). It is preferable. The total mass is more preferably 0.05% by mass to 45% by mass, further preferably 0.1% by mass to 40% by mass, and further preferably 0.2% by mass to 35% by mass. It is more preferable that it is 0.3 mass%-30 mass%.

本実施形態において、高分子電解質膜の膜厚は、1μm〜500μmであることが好ましく、より好ましくは1μm〜250μm、更に好ましくは1μm〜100μm、特に好ましくは1μm〜50μmである。膜厚を上記範囲に調整することは、水素と酸素との直接反応のような不都合を低減し得る点、燃料電池製造時の取り扱いの際や燃料電池運転中に差圧・歪み等が生じても、膜の損傷等が発生し難いという点で好ましい。さらに、膜厚を上記範囲に調整することは、高分子電解質膜のイオン透過性を維持し、固体高分子電解質膜としての性能を維持する観点からも好ましい。   In the present embodiment, the thickness of the polymer electrolyte membrane is preferably 1 μm to 500 μm, more preferably 1 μm to 250 μm, still more preferably 1 μm to 100 μm, and particularly preferably 1 μm to 50 μm. Adjusting the film thickness to the above range can reduce inconveniences such as direct reaction between hydrogen and oxygen, resulting in differential pressure and distortion during handling during fuel cell production and during fuel cell operation. However, it is preferable in that the film is hardly damaged. Furthermore, adjusting the film thickness to the above range is preferable from the viewpoint of maintaining the ion permeability of the polymer electrolyte membrane and maintaining the performance as a solid polymer electrolyte membrane.

[高分子電解質膜の製造方法]
次に、本実施形態におけるフッ素系高分子電解質膜の製造方法について説明するが、以下の製造方法は一例であり、特に限定されるものではない。
本実施形態におけるフッ素系高分子電解質膜は、例えば、
下記一般式(4)で表される溶媒を含むフッ素系高分子電解質溶液を、孔径0.05〜0.5μmの空隙を有するポリオレフィン製微多孔膜に含浸する工程、
含浸したフッ素系高分子電解質溶液の溶媒を揮発させる工程、
を含むフッ素系高分子電解質膜の製造方法;
(OH) (4)
(式(4)中、qは3以上の整数、rは2q+2−sの整数、sは1以上の整数を示す。)
により得ることができる。
上記工程を含む製造方法により、ポリオレフィン微多孔膜の微細な空隙に、フッ素系高分子電解質が含浸されたフッ素系高分子電解質膜を得ることができる。
[Production method of polymer electrolyte membrane]
Next, although the manufacturing method of the fluorine-type polymer electrolyte membrane in this embodiment is demonstrated, the following manufacturing methods are examples and are not specifically limited.
The fluorine-based polymer electrolyte membrane in the present embodiment is, for example,
A step of impregnating a polyolefin microporous membrane having a void having a pore diameter of 0.05 to 0.5 μm with a fluorine-based polymer electrolyte solution containing a solvent represented by the following general formula (4):
Volatilizing the solvent of the impregnated fluoropolymer electrolyte solution,
A method for producing a fluorine-based polymer electrolyte membrane comprising:
C q H r (OH) s (4)
(In formula (4), q represents an integer of 3 or more, r represents an integer of 2q + 2-s, and s represents an integer of 1 or more.)
Can be obtained.
By the production method including the above-described steps, a fluorine-based polymer electrolyte membrane in which a minute gap of the polyolefin microporous membrane is impregnated with a fluorine-based polymer electrolyte can be obtained.

ポリオレフィン微多孔膜の空隙に高分子電解質を含浸する方法としては、特に限定されないが、例えば、後述する高分子電解質溶液を微多孔膜に塗工する方法や、微多孔膜に高分子電解質溶液を含浸させた後、乾燥する方法等が挙げられる。例えば、移動している又は静置されている細長いキャスティング基材(シート)上に高分子電解質溶液の被膜を形成し、その溶液上に細長い微多孔膜を接触させ、未完成な複合構造体を作製する。この未完成な複合構造体を熱風循環槽中等で乾燥させる。次に乾燥させた未完成な複合構造体の上に高分子電解質溶液の被膜をさらに形成させ、高分子電解質膜を作製する方法が挙げられる。高分子電解質溶液と微多孔膜の接触は、乾燥状態で行われても、未乾燥状態又は湿潤状態で行われてもよい。また、接触させる場合に、ゴムローラーで圧着させたり、微多孔膜のテンションをコントロールしながら行ってもよい。さらに、高分子電解質を含むシートを押し出し成形やキャスト成形等で予め成形しておき、このシートを微多孔膜と重ねて熱プレスすることにより充填してもよい。   The method of impregnating the polymer electrolyte in the voids of the polyolefin microporous membrane is not particularly limited. For example, a method of applying a polymer electrolyte solution described later to the microporous membrane, or a method of applying the polymer electrolyte solution to the microporous membrane. Examples of the method include a method of drying after impregnation. For example, a polyelectrolyte solution film is formed on a moving or stationary elongated casting substrate (sheet), an elongated microporous membrane is contacted on the solution, and an unfinished composite structure is formed. Make it. The incomplete composite structure is dried in a hot air circulation tank. Next, a method of forming a polymer electrolyte membrane by further forming a film of a polymer electrolyte solution on the dried incomplete composite structure can be mentioned. The contact between the polymer electrolyte solution and the microporous membrane may be performed in a dry state, in an undried state or in a wet state. Moreover, when making it contact, you may carry out pressure bonding with a rubber roller, or controlling the tension | tensile_strength of a microporous film. Further, a sheet containing a polymer electrolyte may be preliminarily formed by extrusion molding, cast molding, or the like, and this sheet may be filled by hot pressing with a microporous film.

さらに、高分子電解質膜の伝導性や機械的強度を向上する目的で、高分子電解質膜の少なくとも一方の主面上に、高分子電解質を含む層を1層以上積層してもよい。また、本実施形態における高分子電解質膜は、架橋剤や紫外線、電子線、放射線等を用いて、膜中に含まれる化合物同士を架橋してもよい。   Furthermore, for the purpose of improving the conductivity and mechanical strength of the polymer electrolyte membrane, one or more layers containing the polymer electrolyte may be laminated on at least one main surface of the polymer electrolyte membrane. Moreover, the polymer electrolyte membrane in this embodiment may bridge | crosslink the compounds contained in a film | membrane using a crosslinking agent, an ultraviolet-ray, an electron beam, a radiation.

本実施形態における高分子電解質膜は、さらに熱処理が施されることが好ましい。この熱処理により高分子電解質膜中のポリオレフィン微多孔膜と高分子電解質部分とが強固に接着され、その結果、機械的強度がより一層向上する傾向にある。この熱処理の温度は、好ましくは90℃〜230℃、より好ましくは100℃〜210℃、更に好ましくは110℃〜200℃,特に好ましくは120℃〜180℃である。熱処理の温度を上記範囲に調整することで、微多孔膜と電解質部分との間の密着力が向上する傾向にある。また、高分子電解質膜の高含水率や機械強度を維持する観点からも上記温度範囲は好適である。熱処理の時間は、熱処理の温度にもよるが、高耐久性を有する高分子電解質膜を得る観点から、好ましくは1分間〜3時間、より好ましくは5分間〜3時間、更に好ましくは10分間〜2時間、特に好ましくは10分間〜30分間である。   The polymer electrolyte membrane in the present embodiment is preferably further subjected to heat treatment. By this heat treatment, the polyolefin microporous membrane and the polymer electrolyte portion in the polymer electrolyte membrane are firmly bonded, and as a result, the mechanical strength tends to be further improved. The temperature of this heat treatment is preferably 90 ° C to 230 ° C, more preferably 100 ° C to 210 ° C, still more preferably 110 ° C to 200 ° C, and particularly preferably 120 ° C to 180 ° C. By adjusting the temperature of the heat treatment to the above range, the adhesion between the microporous membrane and the electrolyte portion tends to be improved. Moreover, the said temperature range is suitable also from a viewpoint of maintaining the high moisture content and mechanical strength of a polymer electrolyte membrane. Although the heat treatment time depends on the heat treatment temperature, it is preferably 1 minute to 3 hours, more preferably 5 minutes to 3 hours, and even more preferably 10 minutes to obtain a highly durable polymer electrolyte membrane. 2 hours, particularly preferably 10 minutes to 30 minutes.

(高分子電解質溶液)
ポリオレフィン微多孔膜の空隙に高分子電解質を充填する際に用いるフッ素系高分子電解質溶液とは、特定の溶媒と上記高分子電解質と、必要に応じてその他の添加剤とを含むものである。この高分子電解質溶液は、そのまま若しくはろ過、濃縮等の工程を経た後、ポリオレフィン製微多孔膜への充填液として用いられる。
(Polymer electrolyte solution)
The fluorine-based polymer electrolyte solution used for filling the voids of the polyolefin microporous membrane with a polymer electrolyte contains a specific solvent, the polymer electrolyte, and other additives as required. This polymer electrolyte solution is used as it is or after passing through steps such as filtration and concentration, and then used as a filling liquid for a polyolefin microporous membrane.

本実施形態における高分子電解質溶液は、下記一般式(4)で表される溶媒を少なくとも1種類含んでいる。
(OH)―(4)
(式(4)中、qは3以上の整数、rは2q+2−sの整数、sは1以上の整数を示す。)
The polymer electrolyte solution in this embodiment contains at least one solvent represented by the following general formula (4).
C q H r (OH) s - (4)
(In formula (4), q represents an integer of 3 or more, r represents an integer of 2q + 2-s, and s represents an integer of 1 or more.)

上記溶媒としては、例えば、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、3−ブタノール、プロパンジオール、ブタンジオールが挙げられる。中でも、ブタノール、1,3−プロパンジオールが特に好ましい。
炭素数3以上の溶媒を使用することにより、高分子電解質の分子鎖がほぐれ、高分子電解質の溶液中での分散性が増す。また炭素数3以上の親水性のアルコールを使用することにより、溶液中の水と膨潤した高分子電解質との親和性が保たれる。
Examples of the solvent include 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 3-butanol, propanediol, and butanediol. Of these, butanol and 1,3-propanediol are particularly preferable.
By using a solvent having 3 or more carbon atoms, the molecular chain of the polymer electrolyte is loosened, and the dispersibility of the polymer electrolyte in the solution is increased. Further, by using a hydrophilic alcohol having 3 or more carbon atoms, the affinity between the water in the solution and the swollen polymer electrolyte is maintained.

また、高分子電解質溶液に含まれる一般式(4)で表される溶媒の質量(We)に対する水の質量(Wf)の比(Wf/We)は、10/90〜90/10であることが好ましい。高分子電解質の化学的安定性の観点から、Wf/Weは20/80〜80/20であることがより好ましく、30/70〜70/30であることが更に好ましく、40/60〜60/40であることが特に好ましい。   Moreover, the ratio (Wf / We) of the mass (Wf) of water to the mass (We) of the solvent represented by the general formula (4) contained in the polymer electrolyte solution is 10/90 to 90/10. Is preferred. From the viewpoint of the chemical stability of the polymer electrolyte, Wf / We is more preferably 20/80 to 80/20, further preferably 30/70 to 70/30, and 40/60 to 60 / 40 is particularly preferred.

また、一般式(4)で表される溶媒として、単価アルコールと多価アルコールを組み合わせて用いる場合、単価アルコールの質量(Wg)に対する多価アルコールの質量(Wh)の比(Wh/Wg)は、1/99〜99/1であることが好ましい。高分子電解質の化学的安定性の観点から、Wh/Wgは5/95〜95/5であることがより好ましく、10/90〜90/10であることが更に好ましく、20/80〜80/20であることが特に好ましい。   Further, when a monohydric alcohol and a polyhydric alcohol are used in combination as the solvent represented by the general formula (4), the ratio (Wh / Wg) of the mass (Wh) of the polyhydric alcohol to the mass (Wg) of the monohydric alcohol is 1/99 to 99/1 is preferable. From the viewpoint of the chemical stability of the polymer electrolyte, Wh / Wg is more preferably 5/95 to 95/5, further preferably 10/90 to 90/10, and 20/80 to 80 /. 20 is particularly preferred.

本実施形態における高分子電解質溶液の製造方法について説明する。高分子電解質溶液の製造方法としては、含まれる溶媒を規定すること以外、特に限定されず、例えば、高分子電解質を溶媒に溶解又は分散させた溶液を得た後、必要に応じてその溶液に添加剤を分散させることにより得ることができる。または、まず、溶融押出し、延伸等の工程を経ることにより高分子電解質と添加剤とを混合し、その混合物を溶媒に溶解又は分散させることにより得ることができる。一般式(4)で表される溶媒はどの工程で加えてもよいが、高分子電解質を溶解又は分散させた後、塗工前に加えるのが好ましい。   The manufacturing method of the polymer electrolyte solution in this embodiment is demonstrated. The method for producing the polymer electrolyte solution is not particularly limited except that the solvent to be contained is defined. For example, after obtaining a solution in which the polymer electrolyte is dissolved or dispersed in the solvent, the solution is added to the solution as necessary. It can be obtained by dispersing the additive. Alternatively, it can be obtained by first mixing a polymer electrolyte and an additive through steps such as melt extrusion and stretching, and dissolving or dispersing the mixture in a solvent. Although the solvent represented by the general formula (4) may be added in any step, it is preferably added after the polymer electrolyte is dissolved or dispersed and before coating.

より具体的には、まず、高分子電解質の前駆体ポリマーからなる成形物を塩基性反応液体中に浸漬し、加水分解する。この加水分解処理により、上記高分子電解質の前駆体ポリマーは高分子電解質に変換される。次に、加水分解処理された上記成形物を温水等で十分に水洗し、その後、成形物に酸処理を施す。酸処理に用いられる酸は、特に限定されないが、塩酸、硫酸、硝酸等の鉱酸類やシュウ酸、酢酸、ギ酸、トリフルオロ酢酸等の有機酸類が好ましい。この酸処理によって、高分子電解質の前駆体ポリマーはプロトン化され、高分子電解質、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂が得られる。   More specifically, first, a molded product made of a polymer electrolyte precursor polymer is immersed in a basic reaction liquid and hydrolyzed. By this hydrolysis treatment, the precursor polymer of the polymer electrolyte is converted into a polymer electrolyte. Next, the hydrolyzed molded product is sufficiently washed with warm water or the like, and then the molded product is subjected to an acid treatment. The acid used for the acid treatment is not particularly limited, but mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid, and organic acids such as oxalic acid, acetic acid, formic acid and trifluoroacetic acid are preferred. By this acid treatment, the precursor polymer of the polymer electrolyte is protonated, and a polymer electrolyte, for example, a perfluorocarbon sulfonic acid resin is obtained.

上述のように酸処理された上記成形物(高分子電解質を含む成形物)は、上記高分子電解質を溶解又は懸濁させ得る溶媒(樹脂との親和性が良好な溶媒であり、一般式(4)で表される溶媒でなくてもよい。)に溶解又は懸濁される。高分子電解質を溶媒に溶解又は懸濁する方法としては、特に限定されず、例えば、上記溶媒中にそのまま高分子電解質を溶解又は分散させてもよいが、大気圧下又はオートクレープ等で密閉加圧した条件のもとで、0〜250℃の温度範囲で高分子電解質を溶媒に溶解又は分散するのが好ましい。特に、溶媒として水及びプロトン性有機溶媒を用いる場合、水とプロトン性有機溶媒との混合比は、溶解方法、溶解条件、高分子電解質の種類、総固形分濃度、溶解温度、攪拌速度等に応じて適宜選択できるが、水に対するプロトン性有機溶媒の質量の比は、水1に対してプロトン性有機溶媒0.1〜10であると好ましく、より好ましくは水1に対してプロトン性有機溶媒0.1〜1である。   The above-mentioned molded product (molded product containing a polymer electrolyte) treated with an acid as described above is a solvent (a solvent having a good affinity with a resin) that can dissolve or suspend the polymer electrolyte, and has a general formula ( The solvent may not be the solvent represented by 4). The method for dissolving or suspending the polymer electrolyte in the solvent is not particularly limited. For example, the polymer electrolyte may be dissolved or dispersed in the solvent as it is, but the polymer electrolyte is sealed under atmospheric pressure or autoclaving. It is preferable to dissolve or disperse the polymer electrolyte in a solvent in a temperature range of 0 to 250 ° C. under a pressed condition. In particular, when water and a protic organic solvent are used as the solvent, the mixing ratio of water and the protic organic solvent depends on the dissolution method, dissolution conditions, type of polymer electrolyte, total solid content concentration, dissolution temperature, stirring speed, etc. The ratio of the mass of the protic organic solvent with respect to water is preferably 0.1 to 10 with respect to water 1, and more preferably with respect to water 1. 0.1-1.

なお、高分子電解質溶液には、乳濁液(液体中に液体粒子がコロイド粒子又はそれよりも粗大な粒子として分散して乳状をなすもの)、懸濁液(液体中に固体粒子がコロイド粒子又は顕微鏡で見える程度の粒子として分散したもの)、コロイド状液体(巨大分子が分散した状態)、ミセル状液体(多数の小分子が分子間力で会合してできた親液コロイド分散系)等の1種又は2種以上が含まれる。   Polyelectrolyte solutions include emulsions (in which liquid particles are dispersed as colloidal particles or coarser particles to form a milky state), suspensions (solid particles in a liquid are colloidal particles) Or dispersed as particles that can be seen with a microscope), colloidal liquid (macromolecule dispersed state), micellar liquid (a lyophilic colloidal dispersion system formed by associating many small molecules with intermolecular force), etc. 1 type (s) or 2 or more types are included.

また、高分子電解質膜の成形方法や用途に応じて、高分子電解質溶液を濃縮したり、ろ過してもよい。高分子電解質溶液を塗工用溶液として用いる場合、高分子電解質溶液の固形分率は、高すぎると粘度が上昇して取り扱い難くなる傾向にあり、一方、低すぎると生産性が低下する傾向にあるため、0.5質量%〜50質量%の範囲に調整することが好ましい。   Further, the polymer electrolyte solution may be concentrated or filtered according to the molding method and use of the polymer electrolyte membrane. When the polymer electrolyte solution is used as a coating solution, if the solid content of the polymer electrolyte solution is too high, the viscosity tends to increase and it becomes difficult to handle, whereas if it is too low, the productivity tends to decrease. Therefore, it is preferable to adjust to the range of 0.5% by mass to 50% by mass.

濃縮の方法としては特に限定されないが、例えば、高分子電解質溶液を加熱し、溶媒を蒸発させる方法や、減圧濃縮する方法等が挙げられる。高分子電解質溶液をろ過する方法としては、特に限定されないが、例えば、フィルターを用いて、加圧ろ過する方法が代表的な方法として挙げられる。上記フィルターには、90%捕集粒子径が高分子電解質溶液に含まれる固体粒子の平均粒子径の10倍〜100倍の濾材を用いることが好ましい。この濾材の材質としては紙、金属等が挙げられる。特に濾材が紙の場合は、90%捕集粒子径が上記固体粒子の平均粒子径の10倍〜50倍であることが好ましい。金属製フィルターを用いる場合は、90%捕集粒子径が上記固体粒子の平均粒子径の50倍〜100倍であることが好ましい。当該90%捕集粒子径を平均粒子径の10倍以上に設定することは、送液するときに必要な圧力が高くなり過ぎることを抑制したり、フィルターが短期間で閉塞してしまうことを抑制し得る。一方、90%捕集粒子径を平均粒子径の100倍以下に設定することは、フィルムで異物の原因となるような粒子の凝集物や樹脂の未溶解物を良好に除去する観点から好ましい。   Although it does not specifically limit as a method of concentration, For example, the method of heating a polymer electrolyte solution and evaporating a solvent, the method of concentrate | evaporating under reduced pressure, etc. are mentioned. A method for filtering the polymer electrolyte solution is not particularly limited, and a typical method is, for example, a method of pressure filtration using a filter. It is preferable to use a filter medium having a 90% collection particle size of 10 to 100 times the average particle size of solid particles contained in the polymer electrolyte solution. Examples of the material of the filter medium include paper and metal. In particular, when the filter medium is paper, the 90% collection particle diameter is preferably 10 to 50 times the average particle diameter of the solid particles. In the case of using a metal filter, it is preferable that the 90% collection particle size is 50 to 100 times the average particle size of the solid particles. Setting the 90% collection particle size to 10 times or more of the average particle size suppresses that the pressure required for liquid feeding becomes too high or that the filter is blocked in a short period of time. Can be suppressed. On the other hand, setting the 90% collection particle size to 100 times or less of the average particle size is preferable from the viewpoint of satisfactorily removing particle agglomerates and resin undissolved materials that cause foreign matters on the film.

(膜電極接合体)
本実施形態におけるフッ素系高分子電解質膜は、膜電極接合体、及び固体高分子電解質型燃料電池の構成部材として用いることができる。高分子電解質膜の両面にアノード及びカソードの2種類の電極触媒層が接合したユニットは、膜電極接合体(以下、「MEA」と略称することがある。)と呼ばれる。電極触媒層の更に外側に一対のガス拡散層を対向するように接合したものについても、MEAと呼ばれる場合がある。本実施形態におけるMEAは、高分子電解質膜として本実施形態におけるフッ素系高分子電解質膜を採用すること以外は公知のMEAと同様の構成を有していればよい。
(Membrane electrode assembly)
The fluorine-based polymer electrolyte membrane in the present embodiment can be used as a constituent member of a membrane electrode assembly and a solid polymer electrolyte fuel cell. A unit in which two types of electrode catalyst layers of an anode and a cathode are bonded to both surfaces of a polymer electrolyte membrane is called a membrane electrode assembly (hereinafter sometimes abbreviated as “MEA”). A material in which a pair of gas diffusion layers are bonded to the outer side of the electrode catalyst layer so as to face each other may be referred to as MEA. The MEA in the present embodiment only needs to have the same configuration as a known MEA except that the polymer electrolyte membrane in the present embodiment is adopted as the polymer electrolyte membrane.

電極触媒層は、触媒金属の微粒子と、これを担持した導電剤とから構成され、必要に応じて撥水剤が含まれる。上記触媒金属としては、水素の酸化反応及び酸素の還元反応を促進する金属であればよく、白金、金、銀、パラジウム、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、鉄、コバルト、ニッケル、クロム、タングステン、マンガン、バナジウム、及びこれらの合金からなる群より選ばれる1種以上が挙げられる。上記の中では、特に白金が好ましい。   The electrode catalyst layer is composed of fine particles of a catalyst metal and a conductive agent supporting the catalyst metal, and a water repellent is included as necessary. The catalyst metal may be any metal that promotes the oxidation reaction of hydrogen and the reduction reaction of oxygen. Platinum, gold, silver, palladium, iridium, rhodium, ruthenium, iron, cobalt, nickel, chromium, tungsten, manganese, 1 type or more chosen from the group which consists of vanadium and these alloys is mentioned. Among the above, platinum is particularly preferable.

MEAの製造方法としては、本実施形態のフッ素系高分子電解質膜を用いて、公知の製造方法を採用することができ、例えば、以下のような方法が挙げられる。まず、電極用バインダーイオン交換樹脂をアルコールと水との混合溶液に溶解したものに、電極物質となる白金担持カーボンを分散させてペースト状にする。これをポリテトラフルオロエチレン(PTFE)シートに一定量塗布して乾燥させる。次に、PTFEシ一トの塗布面を向かい合わせにして、その間に高分子電解質膜を挟み込み、100℃〜200℃で熱プレスすることにより転写接合してMEAを得ることができる。電極用バインダーとしては、一般にイオン交換樹脂を溶媒(アルコールや水等)に溶解したものが用いられるが、耐久性の観点からは、本実施形態の高分子電解質溶液を電極用バインダーとして用いることが好ましい。   As a manufacturing method of MEA, a well-known manufacturing method can be employ | adopted using the fluorine-type polymer electrolyte membrane of this embodiment, For example, the following methods are mentioned. First, platinum-supported carbon serving as an electrode material is dispersed in a solution obtained by dissolving an electrode binder ion exchange resin in a mixed solution of alcohol and water to obtain a paste. A certain amount of this is applied to a polytetrafluoroethylene (PTFE) sheet and dried. Next, the application surface of PTFE sheet faces each other, a polymer electrolyte membrane is sandwiched between them, and heat-pressed at 100 ° C. to 200 ° C. to obtain a MEA by transfer bonding. As the electrode binder, generally, an ion exchange resin dissolved in a solvent (alcohol, water, etc.) is used. From the viewpoint of durability, the polymer electrolyte solution of the present embodiment may be used as the electrode binder. preferable.

(固体高分子電解質型燃料電池)
上述のようにして得られたMEA、場合によっては更に一対のガス拡散電極が電極触媒層の更に外側に対向した構造を有するMEAは、更にバイポーラプレートやパッキングプレート等の一般的な固体高分子電解質型燃料電池に用いられる構成成分と組み合わされて、固体高分子電解質型燃料電池を構成する。このような固体高分子電解質型燃料電池は、MEAとして上記のMEAを採用すること以外は公知のものと同様の構成を有していればよい。
(Solid polymer electrolyte fuel cell)
The MEA obtained as described above, and in some cases, a MEA having a structure in which a pair of gas diffusion electrodes are further opposed to the outer side of the electrode catalyst layer, is a common solid polymer electrolyte such as a bipolar plate or a packing plate. A solid polymer electrolyte fuel cell is configured in combination with components used in the fuel cell. Such a solid polymer electrolyte fuel cell may have the same configuration as that of the known one except that the above MEA is employed as the MEA.

バイポーラプレートとは、その表面に燃料や酸化剤等のガスを流すための溝を形成させたグラファイトと樹脂との複合材料、又は金属製のプレート等を意味する。バイポーラプレートは、電子を外部負荷回路へ伝達する機能の他、燃料や酸化剤を電極触媒近傍に供給する流路としての機能を有している。こうしたバイポーラプレートの間に上記MEAを挿入して複数積み重ねることにより、本実施形態における固体高分子電解質型燃料電池が製造される。   The bipolar plate means a composite material of graphite and resin having a groove for flowing a gas such as fuel or oxidant on its surface, or a metal plate. In addition to the function of transmitting electrons to an external load circuit, the bipolar plate has a function of a flow path for supplying fuel and oxidant to the vicinity of the electrode catalyst. A solid polymer electrolyte fuel cell according to this embodiment is manufactured by inserting a plurality of the MEAs between the bipolar plates and stacking them.

以上説明した本実施形態におけるフッ素系高分子電解質膜は、機械強度及び電気伝導性に優れており、固体高分子電解質型燃料電池用の電解質材料として好適である。   The fluorine-based polymer electrolyte membrane in the present embodiment described above is excellent in mechanical strength and electrical conductivity, and is suitable as an electrolyte material for a solid polymer electrolyte fuel cell.

なお、特に断りのない限り、上述した各種パラメータは、下記実施例における測定方法に準じて測定される。   Unless otherwise specified, the various parameters described above are measured according to the measurement methods in the following examples.

以下、実施例によりさらに本実施形態を具体的に説明するが、本実施形態はこれらの実施例のみに限定されるものではない。実施例等における各種物性の測定方法及び評価方法は次のとおりである。   Hereinafter, the present embodiment will be described more specifically by way of examples. However, the present embodiment is not limited to only these examples. Measurement methods and evaluation methods for various physical properties in Examples and the like are as follows.

(1)イオン交換容量
イオン交換基の対イオンがプロトンの状態となっている高分子電解質膜(片方の主面の面積がおよそ2〜200mのもの)を、25℃の飽和NaCl水溶液30mLに浸漬し、攪拌しながら30分間放置した。次いで、その飽和NaCl水溶液中のプロトンを、フェノールフタレインを指示薬として0.01N水酸化ナトリウム水溶液として中和滴定した。中和後にろ過して得られたイオン交換基の対イオンがナトリウムイオンの状態となっている高分子電解質膜を、純水ですすぎ、更に真空乾燥して秤量した。中和に要した水酸化ナトリウムの物質量をM(mmol)、イオン交換基の対イオンがナトリウムイオンの高分子電解質膜の質量をW(mg)とし、下記式により当量質量EW(g/当量)を求めた。
EW=(W/M)−22
更に、得られたEW値の逆数をとって1000倍することにより、イオン交換容量(ミリ当量/g)を算出した。
(1) Ion exchange capacity A polymer electrolyte membrane (with one main surface area of approximately 2 to 200 m 2 ) in a proton state of the counter ion of the ion exchange group is placed in 30 mL of a saturated NaCl aqueous solution at 25 ° C. It was immersed and left for 30 minutes with stirring. Subsequently, the proton in the saturated NaCl aqueous solution was neutralized and titrated as a 0.01N sodium hydroxide aqueous solution using phenolphthalein as an indicator. The polymer electrolyte membrane in which the counter ion of the ion exchange group obtained by filtration after neutralization was in the state of sodium ion was rinsed with pure water, further vacuum dried and weighed. The amount of sodium hydroxide required for neutralization is M (mmol), the mass of the polymer electrolyte membrane whose sodium ion is the counter ion of the ion exchange group is W (mg), and the equivalent mass EW (g / equivalent) )
EW = (W / M) −22
Furthermore, the ion exchange capacity (milli equivalent / g) was calculated by taking the inverse of the obtained EW value and multiplying it by 1000.

(2)膜厚
膜サンプルを23℃、50%RHの恒温恒湿の室内で1時間以上静置した後、膜厚計(東洋精機製作所製、製品名:B−1)を用いて膜厚を測定した。
(2) Film thickness After the film sample was allowed to stand for 1 hour or more in a room of constant temperature and humidity of 23 ° C. and 50% RH, the film thickness was measured using a film thickness meter (product name: B-1 manufactured by Toyo Seiki Seisakusho). Was measured.

(3)孔径
バブルポイント法によりパームポロメータ(Xonics製、製品名:Porometer 3G)を用いて平均細孔径を測定した。
(3) Pore size The average pore size was measured by a bubble point method using a palm porometer (product of Xonics, product name: Porometer 3G).

(4)空隙率
20cm角のサンプルをとり、その体積と質量から次式を用いて計算した。
空隙率(%)=(体積(cm)−質量(g)/ポリエチレンの密度)/体積(cm
(4) Porosity A 20 cm square sample was taken and calculated from its volume and mass using the following equation.
Porosity (%) = (volume (cm 3 ) −mass (g) / density of polyethylene) / volume (cm 3 )

(5)引張破断強度
膜サンプルを70mmx10mmの矩形膜に切り出し、JISK−7127に準拠して、縦方向(MD)及び幅方向(TD)の引張破断強度(kgf/cm)を測定した。
(5) Tensile strength at break The membrane sample was cut into a rectangular film of 70 mm × 10 mm, and the tensile strength at break (kgf / cm 2 ) in the machine direction (MD) and the width direction (TD) was measured according to JISK-7127.

(6)伝導度
高温水中(80℃、100%RH)下における高分子電解質膜の伝導度測定を、回路素子測定機(HIOKI製、型番:3522−50)を用いて行った。高分子電解質膜を幅1cm×長さ6cmに切り出し、80℃に調節した恒温槽中のイオン交換水に60分間浸漬した。その後、膜に直径0.5mmの電極線を1cmの等間隔で平行に6本配置し接触させて、アクリル板で挟み、80℃に調節した恒温槽中のイオン交換水に浸漬した。この状態で交流インピーダンス法(10kHz)による抵抗測定を行い、1cm、2cm、3cm、4cm、5cmの電極間距離における抵抗値を測定した。電極間距離における抵抗値について回帰直線を引き、その傾きを単位長さ当たりの抵抗値(Ω/cm)とした。この値から、下記式を用いて80℃における伝導度Z(S/cm)を求めた。
Z=1/膜厚(cm)/膜幅(cm)/単位長さ当たりの抵抗値(Ω/cm)
(6) Conductivity Conductivity measurement of the polymer electrolyte membrane in high-temperature water (80 ° C., 100% RH) was performed using a circuit element measuring machine (manufactured by HIOKI, model number: 3522-50). The polymer electrolyte membrane was cut into a width of 1 cm and a length of 6 cm and immersed in ion-exchanged water in a thermostatic bath adjusted to 80 ° C. for 60 minutes. Thereafter, six electrode wires having a diameter of 0.5 mm were arranged in parallel at equal intervals of 1 cm on the membrane, sandwiched between acrylic plates, and immersed in ion-exchanged water in a thermostatic chamber adjusted to 80 ° C. In this state, resistance was measured by the AC impedance method (10 kHz), and the resistance values at the interelectrode distances of 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, and 5 cm were measured. A regression line was drawn for the resistance value at the distance between the electrodes, and the slope was defined as the resistance value per unit length (Ω / cm). From this value, the conductivity Z (S / cm) at 80 ° C. was determined using the following formula.
Z = 1 / film thickness (cm) / film width (cm) / resistance per unit length (Ω / cm)

[実施例1]
(高分子電解質溶液の作製)
まず、高分子電解質の前駆体ポリマーである、テトラフルオロエチレン及びCF=CFO(CF−SOFから得られたパーフルオロスルホン酸樹脂の前駆体(加水分解及び酸処理後のEW:730g/当量、イオン交換容量1.3ミリ当量/g)ペレットを準備した。次に、その前駆体ペレットを、水酸化カリウム(15質量%)とメチルアルコール(50質量%)とを溶解した水溶液に、80℃で20時間接触させて、加水分解処理を行った。その後、ペレットを60℃の水中に5時間浸漬した。次いで、水中に浸漬した後のペレットを、60℃の2N塩酸水溶液に1時間浸漬させる処理を、毎回塩酸水溶液を新しいものに代えて、5回繰り返した。そして、塩酸水溶液に繰り返し浸漬させた後のペレットを、イオン交換水で水洗、乾燥した。これにより、高分子電解質であるパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂(PFSA)のペレットを得た。
[Example 1]
(Preparation of polymer electrolyte solution)
First, a precursor of perfluorosulfonic acid resin obtained from tetrafluoroethylene and CF 2 ═CFO (CF 2 ) 2 —SO 2 F, which is a polymer polymer precursor polymer (EW after hydrolysis and acid treatment) : 730 g / equivalent, ion exchange capacity 1.3 meq / g) pellets were prepared. Next, the precursor pellet was contacted with an aqueous solution in which potassium hydroxide (15% by mass) and methyl alcohol (50% by mass) were dissolved at 80 ° C. for 20 hours to perform a hydrolysis treatment. Then, the pellet was immersed in 60 degreeC water for 5 hours. Next, the treatment of immersing the pellets immersed in water in a 2N aqueous hydrochloric acid solution at 60 ° C. for 1 hour was repeated 5 times, each time replacing the aqueous hydrochloric acid solution with a new one. And the pellet after having been repeatedly immersed in hydrochloric acid aqueous solution was washed with ion-exchange water and dried. As a result, pellets of perfluorocarbon sulfonic acid resin (PFSA), which is a polymer electrolyte, were obtained.

このペレットを、エタノール水溶液(水:エタノール=50.0:50.0(質量比))と共に5Lオートクレープ中に入れて密閉し、翼で攪拌しながら160℃まで昇温して5時間保持した。その後、オートクレープを自然冷却して、固形分濃度5質量%の均一なパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂溶液を得た。この溶液を溶液1とした。   The pellet was placed in a 5 L autoclave together with an aqueous ethanol solution (water: ethanol = 50.0: 50.0 (mass ratio)), sealed, heated to 160 ° C. with stirring with a blade, and held for 5 hours. . Thereafter, the autoclave was naturally cooled to obtain a uniform perfluorocarbon sulfonic acid resin solution having a solid content concentration of 5% by mass. This solution was designated as Solution 1.

溶液1を湯浴温度80℃のロータリーエバポレーターにて、固形分濃度20質量%になるまで濃縮した後、1,3−プロパンジオールとブタノールを濃縮後の溶液1に含有する水の質量に対し、1,3−プロパンジオール/ブタノール/水=4/1/5の割合になるよう混合した。混合後のこの溶液を溶液2とした。   After concentrating the solution 1 on a rotary evaporator at a hot water bath temperature of 80 ° C. until the solid content concentration becomes 20% by mass, the mass of water contained in the solution 1 after concentration of 1,3-propanediol and butanol is The mixture was mixed so that 1,3-propanediol / butanol / water = 4/1/5. This solution after mixing was designated as Solution 2.

(ポリオレフィン微多孔膜の作製)
粘度平均分子量が100万の超高分子量ポリエチレン19.2質量%、粘度平均分子量が25万の高密度ポリエチレン12.8質量%、フタル酸ジオクチル(DOP)48質量%、微粉シリカ20質量%を混合造粒した後、先端にTダイを装着した二軸押出機にて溶融混練した後に押出し、両側から加熱したロールで圧延し、厚さ80μmのシート状に成形した。該成型物からDOP、微粉シリカを抽出除去し微多孔膜を作製した。該微多孔膜を110℃で、縦方向に4.5倍延伸した後、120℃で横方向に1.7倍延伸し、最後に129℃にて熱処理した。
(Production of polyolefin microporous membrane)
19.2% by mass of ultra high molecular weight polyethylene with a viscosity average molecular weight of 1 million, 12.8% by mass of high density polyethylene with a viscosity average molecular weight of 250,000, 48% by mass of dioctyl phthalate (DOP), and 20% by mass of fine silica After granulation, the mixture was melt-kneaded by a twin-screw extruder equipped with a T-die at the tip, extruded, rolled with rolls heated from both sides, and formed into a sheet having a thickness of 80 μm. DOP and fine silica were extracted and removed from the molded product to prepare a microporous membrane. The microporous membrane was stretched 4.5 times in the longitudinal direction at 110 ° C., then stretched 1.7 times in the transverse direction at 120 ° C., and finally heat treated at 129 ° C.

(高分子電解質膜の作製)
得られたポリオレフィン微多孔膜(膜厚:9μm、空隙の孔径:0.16μm)を、11cmx11cmのSUS製枠で固定した後、上記溶液2にポリオレフィン微多孔膜を浸漬して、ポリオレフィン微多孔膜の空隙に溶液2を含浸した。次いで、この溶液2が十分に含浸したポリオレフィン微多孔膜を120℃のオーブンで1時間熱処理し溶媒を揮発させることにより、高分子電解質膜を得た。高分子電解質膜の評価結果を表1に示す。
(Production of polymer electrolyte membrane)
The obtained polyolefin microporous membrane (film thickness: 9 μm, void pore size: 0.16 μm) was fixed with an 11 cm × 11 cm SUS frame, and the polyolefin microporous membrane was immersed in the solution 2 to obtain a polyolefin microporous membrane. The solution 2 was impregnated in the voids. Next, the polyolefin microporous membrane sufficiently impregnated with the solution 2 was heat-treated in an oven at 120 ° C. for 1 hour to evaporate the solvent, thereby obtaining a polymer electrolyte membrane. Table 1 shows the evaluation results of the polymer electrolyte membrane.

[比較例1]
(高分子電解質溶液の作製)
実施例1と同様にして、溶液1を調製した。
[Comparative Example 1]
(Preparation of polymer electrolyte solution)
Solution 1 was prepared in the same manner as Example 1.

(高分子電解質膜の作製)
ポリオレフィン微多孔膜(DSM Solutech社製、グレード:Solupor 3P07A、膜厚:18μm、空隙の孔径:0.6μm)を、11cmx11cmのSUS製枠で固定した後、上記溶液1にポリオレフィン微多孔膜を浸漬して、ポリオレフィン微多孔膜の空隙に溶液1を含浸した。次いで、この溶液1が十分に含浸したポリオレフィン微多孔膜を120℃のオーブンで1時間熱処理し溶媒を揮発させることにより、高分子電解質膜を得た。高分子電解質膜の評価結果を表1に示す。
(Production of polymer electrolyte membrane)
A polyolefin microporous membrane (manufactured by DSM Soltech, grade: Solupor 3P07A, film thickness: 18 μm, pore diameter of the gap: 0.6 μm) was fixed with an 11 cm × 11 cm SUS frame, and the polyolefin microporous membrane was immersed in the solution 1 Then, the solution 1 was impregnated into the voids of the polyolefin microporous membrane. Next, the polyolefin microporous membrane sufficiently impregnated with the solution 1 was heat-treated in an oven at 120 ° C. for 1 hour to volatilize the solvent, thereby obtaining a polymer electrolyte membrane. Table 1 shows the evaluation results of the polymer electrolyte membrane.

[比較例2]
溶液2を溶液1に変更したこと以外は実施例1と同様にして高分子電解質膜を得た。高分子電解質膜の評価結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
A polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Example 1 except that the solution 2 was changed to the solution 1. Table 1 shows the evaluation results of the polymer electrolyte membrane.

Figure 2014110232
Figure 2014110232

表1の結果から、本実施形態におけるフッ素系高分子電解質膜は、機械的強度とプロトン伝導性に優れていることが分かる。   From the results in Table 1, it can be seen that the fluorine-based polymer electrolyte membrane in the present embodiment is excellent in mechanical strength and proton conductivity.

本発明のフッ素系高分子電解質膜は、固体高分子型燃料電池用の電解質材料としての産業上利用可能性を有する。   The fluorine-based polymer electrolyte membrane of the present invention has industrial applicability as an electrolyte material for a polymer electrolyte fuel cell.

Claims (8)

孔径0.05〜0.5μmの空隙を有するポリオレフィン微多孔膜に、フッ素系高分子電解質が含浸されたフッ素系高分子電解質膜であって、
伝導度が0.1S/cm以上であるフッ素系高分子電解質膜。
A fluoropolymer electrolyte membrane obtained by impregnating a fluoropolymer electrolyte with a polyolefin microporous membrane having pores having a pore size of 0.05 to 0.5 μm,
A fluorine-based polymer electrolyte membrane having a conductivity of 0.1 S / cm or more.
前記フッ素系高分子電解質のイオン交換容量が0.5〜5.0ミリ当量/gである、請求項1記載のフッ素系高分子電解質膜。   The fluorine polymer electrolyte membrane according to claim 1, wherein the ion exchange capacity of the fluorine polymer electrolyte is 0.5 to 5.0 meq / g. ポリアゾール化合物を更に含有する、請求項1又は2記載のフッ素系高分子電解質膜。   The fluorine-based polymer electrolyte membrane according to claim 1 or 2, further comprising a polyazole compound. チオエーテル化合物を更に含有する、請求項1〜3のいずれか1項記載のフッ素系高分子電解質膜。   The fluorine-based polymer electrolyte membrane according to any one of claims 1 to 3, further comprising a thioether compound. 前記フッ素系高分子電解質は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位と、下記一般式(2)で表される繰り返し単位と、を含有する共重合体である、請求項1〜4のいずれか1項記載のフッ素系高分子電解質膜。
−(CFCF)− (1)
−(CF−CF(−O−(CFCFX)−O−(CF−SOH))− (2)
(式(2)中、Xはフッ素原子又は−CF基を示し、nは0〜1の整数、mは0〜12の整数、pは0又は1を示す。ただし、n及びmは同時に0にならない。)
The fluoropolymer electrolyte is a copolymer containing a repeating unit represented by the following general formula (1) and a repeating unit represented by the following general formula (2). The fluorine-based polymer electrolyte membrane according to any one of the above.
- (CF 2 CF 2) - (1)
- (CF 2 -CF (-O- ( CF 2 CFX) n -O p - (CF 2) m -SO 3 H)) - (2)
(In formula (2), X represents a fluorine atom or —CF 3 group, n represents an integer of 0 to 1, m represents an integer of 0 to 12, and p represents 0 or 1. However, n and m are simultaneously It will not be 0.)
下記一般式(4)で表される溶媒を含むフッ素系高分子電解質溶液を、孔径0.05〜0.5μmの空隙を有するポリオレフィン製微多孔膜に含浸する工程、
含浸したフッ素系高分子電解質溶液の溶媒を揮発させる工程、
を含むフッ素系高分子電解質膜の製造方法;
(OH) (4)
(式(4)中、qは3以上の整数、rは2q+2−sの整数、sは1以上の整数を示す。)
A step of impregnating a polyolefin microporous membrane having a void having a pore diameter of 0.05 to 0.5 μm with a fluorine-based polymer electrolyte solution containing a solvent represented by the following general formula (4):
Volatilizing the solvent of the impregnated fluoropolymer electrolyte solution,
A method for producing a fluorine-based polymer electrolyte membrane comprising:
C q H r (OH) s (4)
(In formula (4), q represents an integer of 3 or more, r represents an integer of 2q + 2-s, and s represents an integer of 1 or more.)
請求項1〜5のいずれか1項記載のフッ素系高分子電解質膜を含む膜電極接合体(MEA)。   The membrane electrode assembly (MEA) containing the fluorine-type polymer electrolyte membrane of any one of Claims 1-5. 請求項1〜5のいずれか1項記載のフッ素系高分子電解質膜を含む燃料電池。   A fuel cell comprising the fluorine-based polymer electrolyte membrane according to any one of claims 1 to 5.
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