JP2015028850A - 複合膜及びその製造方法 - Google Patents
複合膜及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015028850A JP2015028850A JP2013157396A JP2013157396A JP2015028850A JP 2015028850 A JP2015028850 A JP 2015028850A JP 2013157396 A JP2013157396 A JP 2013157396A JP 2013157396 A JP2013157396 A JP 2013157396A JP 2015028850 A JP2015028850 A JP 2015028850A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- group
- composite membrane
- fine fiber
- polymer
- proton
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 90
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 73
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 86
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 73
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 51
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 36
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims abstract description 7
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 claims description 50
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 20
- 239000011800 void material Substances 0.000 claims description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 3
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 abstract description 22
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 abstract description 13
- 239000010408 film Substances 0.000 description 64
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 51
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 44
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 34
- 229920002480 polybenzimidazole Polymers 0.000 description 31
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 239000004693 Polybenzimidazole Substances 0.000 description 30
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 27
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 25
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 23
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 15
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 15
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 14
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical group C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910005965 SO 2 Inorganic materials 0.000 description 11
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 125000001624 naphthyl group Chemical group 0.000 description 11
- IMQLKJBTEOYOSI-GPIVLXJGSA-N Inositol-hexakisphosphate Chemical compound OP(O)(=O)O[C@H]1[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](OP(O)(O)=O)[C@H](OP(O)(O)=O)[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H]1OP(O)(O)=O IMQLKJBTEOYOSI-GPIVLXJGSA-N 0.000 description 10
- IMQLKJBTEOYOSI-UHFFFAOYSA-N Phytic acid Natural products OP(O)(=O)OC1C(OP(O)(O)=O)C(OP(O)(O)=O)C(OP(O)(O)=O)C(OP(O)(O)=O)C1OP(O)(O)=O IMQLKJBTEOYOSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 10
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 10
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 10
- 235000002949 phytic acid Nutrition 0.000 description 10
- 239000000467 phytic acid Substances 0.000 description 10
- 229940068041 phytic acid Drugs 0.000 description 10
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 9
- 150000004984 aromatic diamines Chemical class 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 238000005227 gel permeation chromatography Methods 0.000 description 9
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 8
- 125000000623 heterocyclic group Chemical group 0.000 description 8
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 8
- AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M lithium bromide Chemical compound [Li+].[Br-] AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 8
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 7
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 7
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 7
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- YTVNOVQHSGMMOV-UHFFFAOYSA-N naphthalenetetracarboxylic dianhydride Chemical compound C1=CC(C(=O)OC2=O)=C3C2=CC=C2C(=O)OC(=O)C1=C32 YTVNOVQHSGMMOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229920000137 polyphosphoric acid Polymers 0.000 description 6
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 5
- 0 CCC(C)(CC)*1=CCCCC1 Chemical compound CCC(C)(CC)*1=CCCCC1 0.000 description 4
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 4
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 4
- 125000001309 chloro group Chemical group Cl* 0.000 description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 4
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 4
- RLSSMJSEOOYNOY-UHFFFAOYSA-N m-cresol Chemical compound CC1=CC=CC(O)=C1 RLSSMJSEOOYNOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 4
- HSTOKWSFWGCZMH-UHFFFAOYSA-N 3,3'-diaminobenzidine Chemical compound C1=C(N)C(N)=CC=C1C1=CC=C(N)C(N)=C1 HSTOKWSFWGCZMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GTDPSWPPOUPBNX-UHFFFAOYSA-N ac1mqpva Chemical compound CC12C(=O)OC(=O)C1(C)C1(C)C2(C)C(=O)OC1=O GTDPSWPPOUPBNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 3
- 229920000578 graft copolymer Polymers 0.000 description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 150000002790 naphthalenes Chemical group 0.000 description 3
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 3
- -1 polyphenylene Polymers 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000000425 proton nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 3
- WVDRSXGPQWNUBN-UHFFFAOYSA-N 4-(4-carboxyphenoxy)benzoic acid Chemical compound C1=CC(C(=O)O)=CC=C1OC1=CC=C(C(O)=O)C=C1 WVDRSXGPQWNUBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VAANUEHPYNAMQR-UHFFFAOYSA-N 5-amino-2-(4-aminophenyl)cyclohexa-2,4-diene-1,1-disulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C1(S(O)(=O)=O)CC(N)=CC=C1C1=CC=C(N)C=C1 VAANUEHPYNAMQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical group [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical group [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical group O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 2
- 125000005907 alkyl ester group Chemical group 0.000 description 2
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical group 0.000 description 2
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1 WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000002843 carboxylic acid group Chemical group 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 150000004985 diamines Chemical class 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 125000003709 fluoroalkyl group Chemical group 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 description 2
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005575 poly(amic acid) Polymers 0.000 description 2
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003440 styrenes Chemical class 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 2
- NLVXSWCKKBEXTG-UHFFFAOYSA-N vinylsulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C=C NLVXSWCKKBEXTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000006664 (C1-C3) perfluoroalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- HIXDQWDOVZUNNA-UHFFFAOYSA-N 2-(3,4-dimethoxyphenyl)-5-hydroxy-7-methoxychromen-4-one Chemical compound C=1C(OC)=CC(O)=C(C(C=2)=O)C=1OC=2C1=CC=C(OC)C(OC)=C1 HIXDQWDOVZUNNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CRLGCNXKBJGMDX-UHFFFAOYSA-N 3-[2-amino-5-[4-amino-3-(3-sulfopropoxy)phenyl]phenoxy]propane-1-sulfonic acid Chemical compound C1=C(OCCCS(O)(=O)=O)C(N)=CC=C1C1=CC=C(N)C(OCCCS(O)(=O)=O)=C1 CRLGCNXKBJGMDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PAFLOTMERXTOEE-UHFFFAOYSA-N 4,8-disulfonylnaphthalene-2,6-dicarboxylic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC(=S(=O)=O)C2=CC(C(=O)O)=CC(=S(=O)=O)C2=C1 PAFLOTMERXTOEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DVGXDSPMPDANGA-UHFFFAOYSA-N 4-(9h-fluoren-1-yl)aniline Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1C1=CC=CC2=C1CC1=CC=CC=C12 DVGXDSPMPDANGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HLBLWEWZXPIGSM-UHFFFAOYSA-N 4-Aminophenyl ether Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1OC1=CC=C(N)C=C1 HLBLWEWZXPIGSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UVNVXSJORJWNRB-UHFFFAOYSA-N 4-[5-amino-2-[4-amino-2-(4-sulfophenyl)phenyl]phenyl]benzenesulfonic acid Chemical compound S(=O)(=O)(O)C1=CC=C(C=C1)C1=C(C=CC(=C1)N)C1=C(C=C(N)C=C1)C1=CC=C(C=C1)S(=O)(=O)O UVNVXSJORJWNRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005711 Benzoic acid Substances 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical group [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MLQYBXSTZOXACR-UHFFFAOYSA-N Cc(cc1)ccc1Oc1cc(OC)cc(Oc2ccc(C)cc2)c1 Chemical compound Cc(cc1)ccc1Oc1cc(OC)cc(Oc2ccc(C)cc2)c1 MLQYBXSTZOXACR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical group [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINVTLPETSFOLR-UHFFFAOYSA-N NC1=CC=C(C=C1)C1=C(C=CC=2C3=CC=C(C=C3CC12)S(=O)(=O)O)S(=O)(=O)O Chemical compound NC1=CC=C(C=C1)C1=C(C=CC=2C3=CC=C(C=C3CC12)S(=O)(=O)O)S(=O)(=O)O NINVTLPETSFOLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 241000018242 Obba <basidiomycete fungus> Species 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 1
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 1
- 229920000292 Polyquinoline Polymers 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical group [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical group 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 235000010233 benzoic acid Nutrition 0.000 description 1
- VCCBEIPGXKNHFW-UHFFFAOYSA-N biphenyl-4,4'-diol Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1C1=CC=C(O)C=C1 VCCBEIPGXKNHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000484 butyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 description 1
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 description 1
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 125000003983 fluorenyl group Chemical group C1(=CC=CC=2C3=CC=CC=C3CC12)* 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 125000004051 hexyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002641 lithium Chemical group 0.000 description 1
- 239000005267 main chain polymer Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- YZMHQCWXYHARLS-UHFFFAOYSA-N naphthalene-1,2-disulfonic acid Chemical compound C1=CC=CC2=C(S(O)(=O)=O)C(S(=O)(=O)O)=CC=C21 YZMHQCWXYHARLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 125000001147 pentyl group Chemical group C(CCCC)* 0.000 description 1
- 125000005010 perfluoroalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 description 1
- 229920000412 polyarylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002577 polybenzoxazole Polymers 0.000 description 1
- 229920006380 polyphenylene oxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MIROPXUFDXCYLG-UHFFFAOYSA-N pyridine-2,5-diamine Chemical compound NC1=CC=C(N)N=C1 MIROPXUFDXCYLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005604 random copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000013557 residual solvent Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000005266 side chain polymer Substances 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 125000004436 sodium atom Chemical group 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- PWEBUXCTKOWPCW-UHFFFAOYSA-N squaric acid Chemical compound OC1=C(O)C(=O)C1=O PWEBUXCTKOWPCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- 125000002348 vinylic group Chemical group 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
Description
固体高分子型燃料電池における電解質膜として高分子電解質膜が提案されており、その例としてはナフィオン(登録商標)に代表されるフッ素系電解質がある。しかし、これらのフッ素系電解質は、80℃を超えるような高温や、水が凍ってしまうような低温での発電性能が悪い、また、フッ素を使用するために高コストである、などの問題がある。
このような膜は、−20℃程度の低温から120℃程度の高温まで広い温度範囲で高いイオン伝導性を示し、膜中に水分が少ない低加湿条件下でもイオン伝導性に優れるという特徴がある。
しかし、近年、高分子電解質膜は、無加湿で高いイオン伝導性が求められ、膜抵抗を下げる目的から、膜厚が下げられる傾向にある。前記のブレンド膜は、主鎖に剛直な構造を持っていることから、高い機械強度を示すが、脆いために薄膜化すると取扱いが困難になるという問題がある。また、膜厚が薄くなることによってガスの透過性が高まり、過酸化水素が大量に発生するため、酸化安定性が悪く、長期的に安定な膜ではなかった。
要するに、従来提案されている複合膜では、現在要求されているほどに膜厚を薄くした場合に十分なイオン電導性(プロトン伝導性)とガスバリア性とを両立させることが困難であり、20μm以下に薄膜化した場合にも十分なイオン電導性(プロトン伝導性)とガスバリア性とを有する複合膜の開発が要望されているのが現状である。
すなわち、本発明は以下の各発明を提供するものである。
1.微細ファイバー、前記微細ファイバーと接触した状態で存在するマトリクスポリマー、及び前記微細ファイバーにドープされたプロトン伝達物質を具備し、
前記プロトン伝達物質が、酸置換基を2個以上有する酸性物質であり、
前記微細ファイバーは前記プロトン伝達物質の酸置換基と反応可能な官能基を有するポリマーからなることを特徴とする複合膜。
2.前記微細ファイバーは不織布形態で存在しており、
前記微細ファイバーが前記マトリクスポリマーと接触する前における空隙率が50〜90%であることを特徴とする、1記載の複合膜。
3.前記微細ファイバーの繊維径が500nm以下であることを特徴とする、1又は2に記載の複合膜。
4.厚さが1〜20μmであり、
前記プロトン伝達物質の存在割合が、複合膜全体中1〜20質量%であることを特徴とする、1〜3のいずれか一項に記載の複合膜。
5.微細ファイバーを含む不織布を形成する工程、
前記不織布を構成する微細ファイバーにプロトン伝達物質をドープする工程、及び
前記ドープ後の不織布の空隙にマトリクスポリマーを充填して、微細ファイバーとマトリクスポリマーとを接触させる工程、
を具備する複合膜の製造方法であり、
前記プロトン伝達物質が、酸置換基を2個以上有する酸性物質であり、
前記微細ファイバーは前記プロトン伝達物質の酸置換基と反応可能な官能基を有するポリマーからなることを特徴とする、複合膜の製造方法。
本発明の複合膜は、微細ファイバー、前記微細ファイバーと接触した状態で存在するマトリクスポリマー、及び前記微細ファイバーにドープされたプロトン伝達物質を具備し、
前記プロトン伝達物質が特定の物質であり、前記微細ファイバーは特定のポリマーからなることを特徴とする。
以下、まず構成成分から説明する。
(プロトン伝達物質)
前記プロトン伝達物質は、本発明の複合膜を高分子電解質膜として使用した場合にプロトンを伝導して電解質膜としての主たる機能を発揮するための物質であり、前記プロトン伝達物質としての特定の物質は、酸置換基を2個以上有する酸性物質である。
ここで酸置換基としては、リン酸基、スルホン酸基、カルボン酸基、硝酸基、ビニル性カルボン酸基等を挙げることができる。
前記酸性物質としては、ポリリン酸、フィチン酸、ナフタレンジスルホン酸、シュウ酸、スクアリン酸等が挙げられる。これらの中でもフィチン酸は分子量が大きく、また、後述の微細ファイバーとの酸塩基相互作用によって拡散しにくく、更には、比較的水への溶解性が低く、水の存在下において、溶出しにくいため、好適である。
前記微細ファイバーは前記プロトン伝達物質の酸置換基と反応可能な官能基を有するポリマーからなるファイバーである。ここで「反応」とは共有結合を形成する反応だけでなく、水素結合やイオン結合を形成する反応も含まれる。
前記のプロトン伝達物質の酸置換基と反応可能な官能基としては、−NH2基、>NH基、>N−基、=N−基等を挙げることができる。
前記ポリマーとしては以下に構造式を示すポリベンズイミダゾール、ポリベンズオキサゾール、ポリベンズチオアゾール、ポリインドール、ポリキノリン等を挙げることができる。
これらの中でもポリベンズイミダゾールは化学的安定性、機械的特性に優れ、複合膜の機械的強度や耐熱性を向上させることができ、複合膜の薄膜化に寄与できるため好適である。
Yは、少なくとも1つの芳香環を有する2価の基であり、例えば、水酸基、アルキル基、スルホン酸基などの置換基により置換されていてもよい、ベンゼン環、ナフタレン環などの芳香族環、ピリジン環などの窒素含有複素環、2個のベンゼン環が直接結合、−O−、−CO−、−SO2−などで連結されているベンゼン環などを含む2価の基が挙げられ、
nは好ましくは2〜5000、さらに好ましくは100〜500の整数を示す。)
前記PBIの具体例としては以下の化合物を挙げることができる。
また、同様の理由から、微細ファイバーは連続繊維であるのが好ましい。
このようなファイバーの製造方法については後述する。
前記マトリクスポリマーとしては、複合膜を形成した場合に膜強度を向上させることができ、プロトン伝導性にも優れたポリマーが好ましく、下記に示すスルホン化ポリイミド(SPI)、下記に示すスルホン化ポリアリーレンエーテル(SPAE)、下記に示すスルホン化ポリベンズイミダゾール(SPBI)、下記に示すスルホン化ポリフェニレン(SPP)、下記に示すスルホン化ポリフェニレンオキシド(SPPO)、下記に示すポリフェニレンスルフィド(SPPS)、下記に示すスルホン化ポリスチレンおよびその共重合体(SPSt)、下記に示すポリビニルスルホン酸およびその共重合体(PVS)、Nafion(登録商標)に代表されるフッ素系電解質ポリマー等を用いることができる。また、使用に際しては単独または混合物として用いることができる。
前記の芳香族カルボン酸二無水物としては、例えば、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,2’−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ビスフチル−1,1’,8,8’−テトラカルボン酸二無水物が好ましいものとして挙げられる。前記のスルホン化芳香族ジアミンとしては、主鎖がスルホン酸基により修飾された主鎖型モノマーと、側鎖にスルホン酸基が修飾した側鎖型のモノマーとが挙げられる。スルホン化芳香族ジアミンの好ましい例としては、例えば、2,2−ベンジジンジスルホン酸、4,4’−ジアミノフェニルエーテルジスルホン酸、3,3’−ビス(3−スルホプロポキシ)ベンジジン、9,9’−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン−2,7−ジスルホン酸、2,2’−ビス(4−スルホフェニル)ベンジジンなどが挙げられる。前記の非スルホン化芳香族ジアミンの好ましい例としては、例えば、4,4’−ヘキサフルオロイソプロピリデンビス(p−フェニレンオキシ)ジアミン、2,2−ジアミノジフェニルヘキサフルオロプロパン、9,9’−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、2,5−ジアミノピリジンが挙げられる。非スルホン化芳香族ジアミンモノマーを用いることで、膜安定性や酸保持能を付与することができる。
スルホン化芳香族ジアミンモノマー及び非スルホン化芳香族ジアミンモノマーを組み合わせて用いることで、スルホン化共重合ポリイミドが得られるが、共重合体はランダム共重合体でもブロック共重合体であってもよい。
共重合の際のスルホン化ジアミンモノマー(n)と非スルホン化芳香族ジアミンモノマー(m)との比率n/mは、30/70〜100/0であることが好ましい。n/mが30/70未満では複合膜のプロトン伝導性が低く、好適な複合膜を得ることが難しくなる。高いプロトン伝導性を得るためには、n/mが70/30〜100/0であることが望ましい。
スルホン化ポリイミドの質量平均分子量(Mw)は、1.0×104〜1.0×106であることが製膜性の観点から好ましく、数平均分子量(Mn)に対する質量平均分子量(Mw)の比Mw/Mnは、1〜5であることが強度の点で好ましい。
また、前記SPIとしては、以下に示すブロック構造を有するものを用いることもできる。
前記基Aにおけるスルホン酸基は、芳香族基に直接置換されたものでもよいし、例えば−O(CH2)−基、−C6H4−(フェニル)基、−O−C6H4−基等を介して側鎖に導入されたものでもよい。芳香族基は、ベンゼン環、ナフタレン環などが単独で用いられてもよいが、2個以上の環が直接結合あるいは−O−、−SO2−、−C(CF3)2−基などを介して結合されたものでもよい。
基Aの例としては、例えば、下記の基が好ましいものとして挙げられる。
前記式(2)の基Rとしては、前記式(1)の基Aと同様の基が好ましいものとして挙げられる。基Aと基Rとは同じであっても、異なるものであってもよい。具体的には以下の基が好ましい。
IEC(イオン交換容量)=スルホン酸基当量×グラフト率/(主鎖単位分子量−(側鎖分子量×グラフト率)より
グラフト率(%)={(主鎖単位分子量×IEC)/[スルホン酸基当量−(側鎖分子量×IEC)]}×100
<GPCによる分子量の測定方法>
微量のLiBr(10mM)を添加したジメチルホルムアミド(以下「DMF」という。)を用い、合成したグラフトポリマーの分子量をポリスチレン換算で測定する。サンプル溶液は1mg/mlの濃度でポリマーを臭化リチウム添加DMFに溶解させて作製する。
前記SPAEとしては以下の重合体を挙げることができる。
X,Yの芳香環中に少なくとも一つのスルホン酸基を有し、nは好ましくは2〜5000、より好ましくは100〜500の整数を示す。)
また、スルホン酸基を局所的に導入可能な下記のようなブロック構造を有する重合体を用いることもできる。
X1は、少なくとも1つの芳香環を有する2価の基であり、例えば、水酸基、アルキル基、スルホン酸基などの置換基により置換されていてもよい、ベンゼン環、ナフタレン環などの芳香族環、ピリジン環などの窒素含有複素環、2個のベンゼン環が直接結合、−O−、−CO−、−SO2−、−S−、−CH2−、−C(CH3)2―、―C(CF3)2−などで連結されているベンゼン環などを含む2価の基が挙げられ、
式中Y1も、少なくとも1つの芳香環を有する2価の基であり、例えば、水酸基、アルキル基、スルホン酸基などの置換基により置換されていてもよい、ベンゼン環、ナフタレン環などの芳香族環、ピリジン環などの窒素含有複素環、2個のベンゼン環が直接結合、−O−、−CO−、−SO2−、−S−、−CH2−、−C(CH3)2―、―C(CF3)2−などで連結されているベンゼン環などを含む2価の基が挙げられ、
X1,Y1の芳香環中に少なくとも一つのスルホン酸基、望ましくはを多数、例えば2〜4個のスルホン酸基を有し、aは好ましくは1〜500、さらに好ましくは4〜50の整数を示す。)
(式中bで表される繰り返し単位は疎水部であり、
X2は、少なくとも1つの芳香環を有する2価の基であり、例えば、アルキル基、フルオロアルキル基などの置換基により置換されていてもよい、ベンゼン環、ナフタレン環などの芳香族環、ピリジン環などの窒素含有複素環、2個のベンゼン環が直接結合、−O−、−CO−、−SO2−、−S−、−CH2−、−C(CH3)2―、―C(CF3)2−などで連結されているベンゼン環などを含む2価の基が挙げられ、
式中Y2も、少なくとも1つの芳香環を有する2価の基であり、例えば、アルキル基、フルオロアルキル基などの置換基により置換されていてもよい、ベンゼン環、ナフタレン環などの芳香族環、ピリジン環などの窒素含有複素環、2個のベンゼン環が直接結合、−O−、−CO−、−SO2−、−S−、−CH2−、−C(CH3)2―、―C(CF3)2−などで連結されているベンゼン環などを含む2価の基が挙げられ、
X1,Y1の芳香環中にスルホン酸基は含まず、bは好ましくは1〜500、より好ましくは4〜50の整数を示す。)
また、nは好ましくは1〜1000、より好ましくは1〜100の整数を示す。)
さらに、スルホン酸基を局所的に導入可能な下記のようなグラフト構造を有する重合体を用いることもできる。
X1、Y1、X2、Y2、X3、Y3の芳香環中に少なくとも一つのスルホン酸基を有し、a、b、cはそれぞれ1〜500の整数を示す。
なお、a、bで表される繰り返し単位は前述のブロック構造を有しても構わない。)
さらに具体的には以下の重合体を用いることができる。
前記SPAEは、たとえばスルホン化ポリ(アリーレンエーテルスルホン)(SPAES)であれば以下のようにして得ることができる。
すなわち、窒素雰囲気下、N,N-ジメチルアセトアミド等の重合溶媒と共沸剤(トルエンなど)を用い、4,4‘−ビスフルオロフェニルスルホン‐3,3‘−ジスルホン酸ナトリウム、4,4‘−ビスフルオロフェニルスルホン、4,4’−ビフェノール及び炭酸カリウムを加え、100℃以上の温度で1〜10時間攪拌し、その後さらに温度を上げて1〜10時間攪拌して得ることができる。
前記SPBIとしては下記の構造を有する重合体等を挙げることができる。
Yは、少なくとも1つの芳香環を有する2価の基であり、スルホン酸基を少なくとも一つ置換された、ベンゼン環、ナフタレン環などの芳香族環、ピリジン環などの窒素含有複素環、2個のベンゼン環が直接結合、−O−、−CO−、−SO2−などで連結されているベンゼン環などを含む2価の基が挙げられ、
nは好ましくは2〜5000、さらに好ましくは100〜500の整数を示す。)
前記SPBIは、たとえばジスルホン化ポリ(ベンズイミダゾール)であれば以下のようにして得ることができる。
すなわち、窒素雰囲気下、ポリリン酸を溶媒および縮合剤として用い、3,3‘−ジアミノベンジジン、4,8−ジスルホニル−2,6−ナフタレンジカルボン酸を加え、80℃以上の温度で1〜2時間攪拌、その後さらに温度を上げて200℃で8〜10時間攪拌し、水中に滴下後、沈殿物を10重量%の水酸化カリウム水溶液で洗浄、回収することで得ることができる。
前記SPPとしては以下に示す重合体等を挙げることができる。
前記SPPSとしては以下に示す重合体等を挙げることができる。
nは1〜5000の整数を示す。)
具体的には以下の重合体を挙げることができる。
前記SPStとしては以下の重合体等を挙げることができる。
前記PVSとしては以下の重合体等を挙げることができる。
フッ素系電解質ポリマーとは、少なくとも1つの繰り返し単位内にフッ素原子を有する電解質ポリマーであり、具体的には、次の一般式で表される構造単位を有するパーフルオロカーボン高分子化合物を挙げることができる。
X4はCOOZ、SO3Z、PO3Z2又はPO3HZであり、Zは水素原子、リチウム原子、ナトリウム原子もしくはカリウム原子等のアルカリ金属原子;カルシウム原子もしくはマグネシウム原子等のアルカリ土類金属原子又はアミン類(NH4、NH3R1、NH2R1R2、NHR1R2R3、NR1R2R3R4)であり、R1、R2、R3およびR4は、それぞれ独立してアルキル基およびアレーン基からなる群から選択される。X4がPO3Z2である場合、Zは同じでも異なっていても良い。なお、前記アルキル基として、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等を挙げることができ、置換されていてもよい。アレーン基も置換されていてもよい。
なお、R1およびR2は、それぞれ独立してハロゲン原子、炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基およびフルオロクロロアルキル基からなる群から選択され、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子およびヨウ素原子を挙げることができ、フッ素原子または塩素原子であるのが好ましい。
また、aおよびgは0≦a<1、0<g≦1、a+g=1をみたす数であり、bは0〜8の整数であり、cは0または1であり、更に、d、eおよびfは、それぞれ独立して0〜6の整数である(ただし、d、eおよびfは同時に0ではない)。
このような構造単位を有するフッ素系電解質ポリマーとして、以下の構造を有するNafion(登録商標)を例示することができる。
mは、2以上の整数を、nは、2を示す。
本発明の複合膜には、上述の各成分の他に本発明の趣旨を損なわない範囲で種々添加剤を添加することができる。例えば複合膜の機械特性を向上させるためにシリカ粒子などの無機粒子を含んでいてもよい。無機粒子の粒子径は1nm〜1μmであるのが膜の均一性を保つために好ましく、100nm以下であるのがより好ましく、20nm以下であるのが更に好ましい。
(全体構成)
本発明の複合膜の厚さは1〜20μmであるのが、近年要求されている厚さを満足する点で好ましく、より好ましくは3〜10μmである。
本発明の複合膜について図1を参照して説明すると、本発明の複合膜1においては、微細ファイバー2が、各微細ファイバーが絡合された不織布形態で存在しており、プロトン伝達物質4が微細ファイバー2に接触するようにして存在している。そして微細ファイバー2の間隔を埋めると共に複合膜の外形を形成するようにマトリクスポリマー3が設けられており、本実施形態においては微細ファイバー2からなる不織布の表裏両面外方にマトリクスポリマーのみからなるポリマー層が形成されている。本発明の複合膜においては、上述のようにプロトン伝達物質4が2つ以上の酸性基を有し、微細ファイバー2が該酸性基と反応可能な置換基を有しているのでプロトン伝達物質4は微細ファイバー2と反応して微細ファイバー2に結合した状態となるだけではなく、微細ファイバー2と2箇所以上で結合して一種の橋懸け構造を形成する。
このような橋懸け構造を形成することにより、従来のものよりも膜厚を薄くしても強固な不織布構造を形成することができ、しかも微細ファイバーとプロトン伝達物質が結合した状態であるためプロトンの伝達性能の面でも有利である。
前記微細ファイバーが形成している不織布形態において前記マトリクスポリマーと接触する前における空隙率が50〜90%であるのが、プロトン伝導性と複合膜とした際の膜強度やガスバリア性の点で好ましい。特に上述した繊維径の微細ファイバーをこの範囲の空隙率で不織布化したものを用いることが、本発明の所望の効果を発揮する点で好ましい。空隙率の測定については後述する。
ここで、前記マトリクスポリマーと接触する前における空隙率とは、後述する製造方法において説明するように、まず微細ファイバーにより不織布を製造し、その後得られた不織布にマトリクスポリマーを投入して不織布をマトリクスポリマーの溶液に浸漬させると共に所望の形状に成形するが、この溶液に浸漬する前の不織布の状態における各微細ファイバー間に存在する空間の割合である。すなわち、空隙率は不織布に外接する仮想立体の体積に対する、前記空間の割合であり、(前記空間の合計体積/仮想立体の体積)×100で表される。
前記プロトン伝達物質との存在割合は、両者が上述のような構造をとることから前記プロトン伝達物質の存在量を多くしなくても十分なプロトン伝達性能が出るため、本発明の複合膜全体中1〜20質量%であるのがより好ましく、2〜10質量%であるのがさらに好ましく、3〜7質量%であるのが最も好ましい。1質量%未満であるとイオン伝導度が不十分となる場合があり、20質量%を超えるとプロトン伝達物質が経時的に溶出する場合があるので、前記範囲内とするのが好ましい。
このように、プロトン伝達物質の存在量が少ないと、複合膜表面への染み出しも非常に少ない。そのため、例えば、燃料電池用の高分子電解質膜として使用した場合には、触媒の被毒が生じにくく、この点でも有利である。
また、前記マトリクスポリマーの存在割合は、前記空隙率で存在する微細ファイバー間に存在する空隙を埋めて複合膜の外形を形成する程度の量あれば十分であるが、好ましくは前記微細ファイバーとの合計量を100とした場合、40〜95質量部である。
次に本発明の複合膜の製造方法について説明する。
本発明の製造方法は、好ましくは前記の本発明の複合膜を製造する方法であって、図2に示すように、
前記微細ファイバーを含む不織布を形成する工程(図2のA)、
前記不織布を構成する微細ファイバーにプロトン伝達物質をドープする工程(図2のB)、及び
前記ドープ後の不織布の空隙にマトリクスポリマーを充填して、微細ファイバーとマトリクスポリマーを接触させる工程(図2のC)、を行うことにより実施できる。
更に説明する。
不織布を形成する工程は、前記微細ファイバーの原料ポリマーを溶媒に溶解してなる紡糸液を吐出機10を用いて捕集体30上に吐出する等して形成することができる。
吐出機を用いた微細ファイバーの不織布の製造については、例えば、特開2003−73964号公報、特開2004−238749号公報、特開2005−194675号公報に開示されている。以下、特開2005−194675号公報に開示の製造装置を用いた例示に準じて説明する。
前記溶媒としては例えば、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)が挙げられ、原料ポリマー濃度は、1〜30質量%であることが好ましく、5〜20質量%であることがより好ましい。紡糸液の粘度は、100〜10000mPa・sであることが好ましく、500〜5000mPa・sであることがより好ましい。
前記の装置を用いると、紡糸液はノズル11から捕集体30に向けて押し出されるとともに、アースされた捕集体30と電圧印加装置によって印加されたノズル11との間の電界による延伸作用を受け、繊維化しながら捕集体30へ向かって飛翔する(いわゆる静電紡糸法である)。そして、この飛翔した繊維は直接、捕集体30上に集積し、不織布を形成する。なお、紡糸液は、例えば、シリンジポンプ、チューブポンプ、ディスペンサ等によりタンク12からノズル11に供給される。この他、紡糸に際して用いられる装置の詳細については特開2012−238590号公報0047〜0056の記載が適宜適用される。
ここで得られる不織布の厚みは10μm以下であるのが複合膜全体の厚さを低減する観点から好ましく、5μm以下であるのがさらに好ましい。なお、不織布の厚さが前記範囲内にない場合、ホットプレスなどにより加圧して、微細ファイバーの密度を高め、薄膜化することができる。
ついで得られた不織布にプロトン伝達物質をドープする。このように本発明においてはこのドープする工程をマトリクスと接触させる工程の前に行うことが特徴である。これにより必要なプロトン伝達物質は前記微細ファイバーに吸着(反応による吸着を含む)させつつ、余分なプロトン伝達物質は除去することができ、薄膜化とガスバリア性および高伝導度(とくにガスバリア性)との両立を達成することができる。
ドープは、図2のBに示すように、得られた不織布を任意の容器40に入れ、容器40に別の注入容器50からプロトン伝達物質含有溶液を注入し、プロトン伝達物質含有溶液に浸漬することにより行うことができる。
プロトン伝達物質含有溶液のプロトン伝達物質の濃度は5〜95質量%、好ましくは10〜85質量%とするのが好ましい。浸漬条件は、温度5〜80℃、1秒〜3時間とすることができるが、プロトン伝達物質をドープできれば良く、温度、時間は特に限定されない。
そして、浸漬終了後、余分なプロトン伝達物質を除去するために洗浄を行うのが好ましい。特に上述の本発明の複合膜においては、上述のようにプロトン伝達物質が微細ファイバーに結合するので結合していない余分なプロトン伝達物質は除去した方が膜強度やガスバリア性の観点、更には、フリーなプロトン伝達物質が極めて少ないため、水分存在下においてもプロトン伝達物質の溶出が生じにくく、例えば、燃料電池用の高分子電解質膜として使用した場合には、触媒の被毒が生じないという観点から好ましく、また、除去しても結合しているプロトン伝達物質により十分なプロトン伝達性を発揮するので問題がない。洗浄は水などの洗浄液を用いて温度5〜80℃、1秒〜20時間行うことができるが、余分なプロトン伝達物質を除去できれば良く、温度、時間は特に限定されない。
洗浄後、温度50〜250℃、1秒〜15時間乾燥させるのが好ましいが、微細ファイバーを乾燥できれば良く、温度、時間は特に限定されない。
本工程において用いることができるプロトン伝達物質は、酸性基を2つ以上有する酸性物質であり、具体的には上述の本発明の複合膜の説明において列挙した酸性物質を挙げることができる。
プロトン伝達物質のドープ量は、ドープ前後の不織布の質量変化を測定することで算出することができる。
この工程では前工程で得られた前記ドープ後の不織布を容器40’に入れ、容器40’に別の注入容器50’からマトリクスポリマーの溶液を投入し、この溶液に前記不織布を浸漬することにより行う。
前記マトリクスポリマー溶液に用いられる溶剤としては、用いるマトリクスポリマーにより任意であるが、水、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)が挙げられ、アルコール類を併用してもよい。また、前記溶液におけるマトリクスポリマーの濃度は、2〜20質量%とするのが好ましい。
浸漬させた状態とした後、溶媒を蒸発させることにより本発明の複合膜を得ることができる。溶媒の蒸発は、例えば、温度50〜250℃、1秒〜20時間処理することにより行うことができるが、複合膜を乾燥できれば良く、温度、時間は特に限定されない。
また、ポリマーを安定化させるためにマトリクスポリマーをいったん塩とした後前記溶液として処理することもできるがこの場合には前記の蒸発処理終了後に得られた複合膜を酸処理することが好ましい。
酸処理に用いられる酸としては塩酸水溶液、エタノール/塩酸混合溶液、エタノール/硝酸混合溶液等を用いることができる。酸処理の終了後 温度50〜250℃、1秒〜20時間乾燥処理を行うことができるが、複合膜を乾燥できれば良く、温度、時間は特に限定されない。
本発明の複合膜は、正極と負極との間に挟持させて用いられる、固体高分子型燃料電池の高分子電解質膜として使用することができ、上述のように薄膜であり、且つ負極で発生したプロトンを正極に安定的に電導させることができる。
このような高分子電解質には低膜抵抗性(膜抵抗(Ω・cm2)=膜厚(cm)/プロトン伝導度(s/cm):s=1/Ω)が要求されるが、本発明の複合膜は要求値(高温度域低加湿下において<0.025Ω・cm2)に近い優れた低膜抵抗性を示す。
また、ガスバリア性が高いこと、すなわち低ガス透過流量であることが好ましく、具体的には、QO2:35℃、0%RH下で、70×10-9 (cm3(STP)/(cm2 ・sec・kPa))以下であるのが好ましい。この他、膜安定性(化学的、機械的、熱的)が高いことも好ましい。
本発明の複合膜が、従来の複合膜に比して、より薄膜としても高い低膜抵抗性を有し、しかもガスバリア性も高い、バランスのとれた複合膜であることの理由は定かではないが、以下のような理由が考えられる。
微細ファイバーの構成ポリマーとプロトン伝達物質とが反応可能であり、且つプロトン伝達物質が2つ以上の酸性基を有し、大部分のプロトン伝達物質が微細ファイバーの表面に存在して微細ファイバー同士を連結するように存在する。そのため、微細ファイバー間が広がりにくく、また、プロトンが分散することなく微細ファイバーを伝って移動できるため、膜厚方向にも、プロトン伝達性能が向上していると考えられる。更に、微細ファイバーが存在することによって、複合膜の強度やガスバリア性が向上されると考えられる。
このように構成された本発明の複合膜は、上述の各性能バランスに優れるという効果を奏するのみではなく、フリーな酸性物質が存在せず、燃料電池セルにおける酸性物質による白金触媒への被毒がないため特性低下を大幅に抑制できる。
窒素雰囲気下、重合溶媒にポリリン酸(PPA)を用い、3,3’−ジアミノベンジジン(DAB)2.27g(10.6mmol)、4,4’−オキシビス安息香酸(OBBA)2.73g(10.6mmol)を量り取り、3質量%溶液となるようにポリリン酸(PPA)を加えて、攪拌しながら徐々に温度を上げていき、140℃で12時間攪拌し、ポリベンズイミダゾールを合成した。得られたポリマー溶液をイオン交換水に注ぎ再沈した後、水酸化ナトリウム溶液で中和し、洗浄した。吸引ろ過によりポリベンズイミダゾールを回収し、24時間自然乾燥させた後、100℃で真空乾燥した。
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて、ポリベンズイミダゾールの分子量を測定した。なお、GPC溶媒として微量の臭化リチウム(10mmol/L)を添加したジメチルホルムアミド(DMF)を用い、キャリアを用いて調整した1mg/mLのポリベンズイミダゾール溶液よりポリスチレン換算の分子量を測定した。その結果、Mwが1.5×105であり、Mw/Mnは3.0であった。
ジメチルスルホキシド(DMSO)に合成例1のポリベンズイミダゾールを加えたバイアル瓶を窒素で満たし、一晩攪拌し、8質量%となるように溶解させ、ポリベンズイミダゾール溶液を調製した。エレクトロスピニング装置7100−E0003(Fuence社製)のコレクター部位にガラス皿を設置し、エレクトロスピニング装置に、ポリベンズイミダゾール溶液が充填されたシリンジをセットして、ポリベンズイミダゾール溶液の放出量を0.12mL/時として、エレクトロスピニングを行った。シリンジとコレクターの距離を10cmとし、シリンジに20kvの電圧を印加した。これにより、連続したPBIナノファイバーが絡合したPBIナノファイバー不織布をガラス皿上に積層した。また、得られたPBIナノファイバーは一部アルミホイル上に積層させ80℃で6時間真空乾燥させた後、走査型電子顕微鏡(SEM)によって観察した。SEM画像の結果から均一なナノファイバーが作製できたことを確認し、そのファイバー径は約100nmであった。
空隙率は、微細ファイバー不織布を3cm角に切り出し、110℃で12時間真空乾燥後の質量(W)と膜厚計により測定した膜厚から算出した見かけの体積(V)、PBIの比重(1.24g/cm3)を用いて、下記の式より算出した。
空隙率(%)=(1−W/1.24V)×100
算出された空隙率は、78%程度であった。
また、膜厚は電磁式デジタル膜厚計[商品名「LE−300」、(株)ケット科学研究所社製)]を用い、30箇所以上、常法に従って測定し、その平均値をもって膜厚とした。
窒素雰囲気下、重合溶媒にm−クレゾールを用い、2,2−ベンジジンジスルホン酸(BDSA)3.94g(11.4mmol)と後述の1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物(NTDA)の2.4倍等量のトリエチルアミンを加え、80℃で1時間攪拌し、NTDAの28倍等量のm−クレゾールに溶解させた。NTDA3.06g(11.4mmol)を加え、120℃で24時間攪拌し、ポリアミック酸のトリエチルアミン塩を合成した。さらにNTDAの1.12倍等量の安息香酸1.56g(12.8mmol)及びトリエチルアミンを加え、化学イミド化反応を180℃で24時間行い、スルホン化ポリイミドのトリエチルアミン塩(以下、スルホン化ポリイミド塩という)を合成した。なお、合成したスルホン化ポリイミド塩は酢酸エチルに注ぎ再沈した後、洗浄して回収した。回収したスルホン化ポリイミド塩は24時間自然乾燥させた後、150℃で真空乾燥し、溶媒を完全に除去した。
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて、スルホン化ポリイミド塩の分子量を測定した。なお、GPC溶媒として微量の臭化リチウム(10mmol/L)を添加したDMFを用い、キャリアを用いて調整した1mg/mLのスルホン化ポリイミド塩溶液よりポリスチレン換算の分子量を測定した。その結果、Mwが3.0×105であり、Mw/Mnは2.4であった。
PBIナノファイバー不織布とSPIの質量比は10/90とした。
合成例2で得られたPBIナノファイバー不織布の乾燥質量(W1)を測定し(W1=0.00463g)、ガラス皿の上に積層させ50質量%のフィチン酸水溶液に浸漬した。室温で1時間浸漬後、フィチン酸を除去し、蒸留水で数回洗浄後、蒸留水中に室温で1晩浸漬した。蒸留水を除去後、80℃で15時間真空乾燥し、乾燥直後のナノファイバー不織布質量(W2)を測定した(W2=0.00876g)。
フィチン酸ドープ量を前述した含浸操作における膜質量変化から下式により算出した。
フィチン酸ドープ量(質量%)=(W2−W1)/(W1)×100
得られた微細ファイバー不織布を、ホットプレス機を用いて125℃、2MPaで5分間圧縮し、低空隙率を有する微細ファイバー不織布を作製した。圧縮前に空隙率78%を有していた微細ファイバー不織布は、圧縮により空隙率58%まで低下した。その際、膜厚は15μm程度から5μm程度へと低下した。
その後合成例3に従って合成したSPI塩0.0417gをDMSO1mlに溶解させ、さらにメタノール4mLを添加してSPI溶液(濃度8.34g/リットル)を得た。ついで、フィチン酸ドープPBIナノファイバー不織布を積層させたガラス皿上にSPI溶液をキャストし、110℃まで加熱した後、徐々に減圧し溶媒を蒸発させた。その後、110℃で12時間真空乾燥させることでキャスト膜を得た。
得られたキャスト膜をエタノールに浸漬させて不純物と残存溶媒を除去した後、イオン交換水に浸漬させてエタノールを除去した。
複合膜中フィチン酸含有量(質量%)=(W2−W1)/(W3)×100
作製したフィチン酸ドープPBIナノファイバー不織布/SPI複合膜のフィチン酸含有量は6.96質量%で、SPIのナノファイバーとの合計量100に対するSPI量は91.6質量部であった。
また、作製したフィチン酸ドープPBIナノファイバー不織布/SPI複合膜の膜厚は9μm程度であり、図1に示すように不織布の表裏両面にマトリクス層が形成されてなる複合膜が得られたと考えられる。
ヤング率(GPa)
各膜を1×4cmの短冊状に切り出し、小型卓上試験機(島津製作所製EZ―Test)を用いて約250℃、約30%RH雰囲気下で引張試験を行い、応力―ひずみ曲線をプロットし、その初期の傾きからヤング率(弾性率)を算出した。
膜厚(μm)
膜厚計[商品名「LE−300」((株)ケット科学研究所社製)]を用いて測定し、各膜を30箇所以上測定し、その平均値を膜厚として採用した。
酸素透過流量(QO2:35℃、0%RH下)
各膜を1.5cm角に切り出し、酸素透過率測定装置[K−315−H(理化精機製)]を用いて35℃乾燥条件、1気圧の差圧を用いて酸素透過測定を行い、低圧側の圧力の経時変化から酸素透過流量を算出した。
膜抵抗(Ω・cm2)
各膜を1×4cmの短冊状に切り出してPTFE板上に置き、2本の白金電極を電極間距離1cmになるように設置し、窓のついたPTFE板で挟み込むことで、膜抵抗測定用試料を準備した。試料を恒温恒湿器にセットし、目的の温度、湿度下で(80℃−30%RH)で一定時間保持した。LCRメーター(日置電機製3532−50)を用いて50〜500kHzの範囲で交流インピーダンス測定を行い、そのプロットからインピーダンス値を算出した。インピーダンス値、電極間距離、膜断面積を用いて膜抵抗を算出した。
比較対象としてNafion(登録商標)の膜を用いた。単なる市販のNafion117(登録商標)を、比較例1とし、膜厚を薄くするために、内面積50cm2のシャーレに5質量%のNafion溶液(Aldrich製、Nafion比重d=1.25g/cm3)を2.5mlキャストして得たNafion膜を比較例2とした。
比較例1及び2の膜について実施例1と同様の試験を行った。その結果を表1に示す。
表1に示すように、比較例1の膜は膜厚が180μmであった。また、比較例2の膜は膜厚20μm(膜厚は計算上の数値)であった。
これらのNafionからなる膜はガスバリア性(酸素透過流量、比較例1については測定せず)や膜抵抗にも優れたものではなかった。このことから、本発明の複合膜がバランスのとれたものであることがわかる。
Claims (5)
- 微細ファイバー、前記微細ファイバーと接触した状態で存在するマトリクスポリマー、及び前記微細ファイバーにドープされたプロトン伝達物質を具備し、
前記プロトン伝達物質が、酸置換基を2個以上有する酸性物質であり、
前記微細ファイバーは前記プロトン伝達物質の酸置換基と反応可能な官能基を有するポリマーからなることを特徴とする複合膜。
- 前記微細ファイバーは不織布形態で存在しており、
前記微細ファイバーが前記マトリクスポリマーと接触する前における空隙率が50〜90%であることを特徴とする、請求項1記載の複合膜。
- 前記微細ファイバーの繊維径が500nm以下であることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の複合膜。
- 厚さが1〜20μmであり、
前記プロトン伝達物質の存在割合が、複合膜全体中1〜20質量%であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の複合膜。
- 微細ファイバーを含む不織布を形成する工程、
前記不織布を構成する微細ファイバーにプロトン伝達物質をドープする工程、及び
前記ドープ後の不織布の空隙にマトリクスポリマーを充填して、微細ファイバーとマトリクスポリマーとを接触させる工程、
を具備する複合膜の製造方法であり、
前記プロトン伝達物質が、酸置換基を2個以上有する酸性物質であり、
前記微細ファイバーは前記プロトン伝達物質の酸置換基と反応可能な官能基を有するポリマーからなることを特徴とする、複合膜の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013157396A JP6150228B2 (ja) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | 複合膜及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013157396A JP6150228B2 (ja) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | 複合膜及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015028850A true JP2015028850A (ja) | 2015-02-12 |
JP6150228B2 JP6150228B2 (ja) | 2017-06-21 |
Family
ID=52492457
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013157396A Active JP6150228B2 (ja) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | 複合膜及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6150228B2 (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017216187A (ja) * | 2016-06-01 | 2017-12-07 | 公立大学法人首都大学東京 | 複合ナノファイバーおよび該ナノファイバーを含む電解質膜 |
JP2018010726A (ja) * | 2016-07-11 | 2018-01-18 | ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | イオン伝導体ナノ粒子凝集体およびイオン伝導体ナノ粒子を含む複合材料 |
WO2018038049A1 (ja) * | 2016-08-23 | 2018-03-01 | 公立大学法人首都大学東京 | 表面修飾ナノファイバー、電解質膜、電解質膜の製造方法、膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池 |
JP2019173208A (ja) * | 2018-03-28 | 2019-10-10 | 旭化成株式会社 | 複合ナノファイバー不織布及びその製造方法 |
JP2020070505A (ja) * | 2018-10-30 | 2020-05-07 | 日本バイリーン株式会社 | 繊維シートおよび複合膜 |
JP2020070533A (ja) * | 2018-10-31 | 2020-05-07 | 日本バイリーン株式会社 | 繊維シートおよび複合膜 |
JP2020084379A (ja) * | 2018-11-27 | 2020-06-04 | 日本バイリーン株式会社 | 繊維シートおよび複合膜 |
WO2021054252A1 (ja) | 2019-09-20 | 2021-03-25 | 東レ株式会社 | 複合高分子電解質膜、触媒層付電解質膜、膜電極複合体および固体高分子形燃料電池 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006073495A (ja) * | 2004-08-02 | 2006-03-16 | Japan Exlan Co Ltd | ポリアクリロニトリル多孔質膜にリン酸基含有不飽和単量体(組成物)を含浸させ、(共)重合してなる固体高分子電解質複合膜及びその用途 |
JP2011068872A (ja) * | 2009-08-26 | 2011-04-07 | Tokyo Metropolitan Univ | リン酸ドープ電解質膜およびその製造方法並びにそれを含む燃料電池 |
JP2012238590A (ja) * | 2011-04-28 | 2012-12-06 | Japan Vilene Co Ltd | 複合膜およびその製造方法 |
-
2013
- 2013-07-30 JP JP2013157396A patent/JP6150228B2/ja active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006073495A (ja) * | 2004-08-02 | 2006-03-16 | Japan Exlan Co Ltd | ポリアクリロニトリル多孔質膜にリン酸基含有不飽和単量体(組成物)を含浸させ、(共)重合してなる固体高分子電解質複合膜及びその用途 |
JP2011068872A (ja) * | 2009-08-26 | 2011-04-07 | Tokyo Metropolitan Univ | リン酸ドープ電解質膜およびその製造方法並びにそれを含む燃料電池 |
JP2012238590A (ja) * | 2011-04-28 | 2012-12-06 | Japan Vilene Co Ltd | 複合膜およびその製造方法 |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017216187A (ja) * | 2016-06-01 | 2017-12-07 | 公立大学法人首都大学東京 | 複合ナノファイバーおよび該ナノファイバーを含む電解質膜 |
JP2018010726A (ja) * | 2016-07-11 | 2018-01-18 | ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | イオン伝導体ナノ粒子凝集体およびイオン伝導体ナノ粒子を含む複合材料 |
WO2018038049A1 (ja) * | 2016-08-23 | 2018-03-01 | 公立大学法人首都大学東京 | 表面修飾ナノファイバー、電解質膜、電解質膜の製造方法、膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池 |
JP2018031082A (ja) * | 2016-08-23 | 2018-03-01 | 公立大学法人首都大学東京 | 表面修飾ナノファイバー、電解質膜、電解質膜の製造方法、膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池 |
CN109642388A (zh) * | 2016-08-23 | 2019-04-16 | 公立大学法人首都大学东京 | 表面修饰纳米纤维、电解质膜、电解质膜的制造方法、膜电极接合体及固体高分子型燃料电池 |
EP3505677A4 (en) * | 2016-08-23 | 2020-02-26 | Tokyo Metropolitan University | SURFACE-MODIFIED NANO FIBERS, ELECTROLYTE MEMBRANE, METHOD FOR PRODUCING AN ELECTROLYTE MEMBRANE, MEMBRANE ELECTRODE ARRANGEMENT AND SOLID POLYMER FUEL CELL |
CN109642388B (zh) * | 2016-08-23 | 2022-07-08 | 公立大学法人首都大学东京 | 表面修饰纳米纤维、电解质膜、电解质膜的制造方法、膜电极接合体及固体高分子型燃料电池 |
JP7061908B2 (ja) | 2018-03-28 | 2022-05-02 | 旭化成株式会社 | 複合ナノファイバー不織布及びその製造方法 |
JP2019173208A (ja) * | 2018-03-28 | 2019-10-10 | 旭化成株式会社 | 複合ナノファイバー不織布及びその製造方法 |
JP2020070505A (ja) * | 2018-10-30 | 2020-05-07 | 日本バイリーン株式会社 | 繊維シートおよび複合膜 |
JP7313130B2 (ja) | 2018-10-30 | 2023-07-24 | 日本バイリーン株式会社 | 繊維シートおよび複合膜 |
JP2020070533A (ja) * | 2018-10-31 | 2020-05-07 | 日本バイリーン株式会社 | 繊維シートおよび複合膜 |
JP7179647B2 (ja) | 2018-10-31 | 2022-11-29 | 日本バイリーン株式会社 | 繊維シートおよび複合膜 |
JP2020084379A (ja) * | 2018-11-27 | 2020-06-04 | 日本バイリーン株式会社 | 繊維シートおよび複合膜 |
KR20220066047A (ko) | 2019-09-20 | 2022-05-23 | 도레이 카부시키가이샤 | 복합 고분자 전해질막, 촉매층을 갖는 전해질막, 막전극 복합체 및 고체 고분자형 연료 전지 |
WO2021054252A1 (ja) | 2019-09-20 | 2021-03-25 | 東レ株式会社 | 複合高分子電解質膜、触媒層付電解質膜、膜電極複合体および固体高分子形燃料電池 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6150228B2 (ja) | 2017-06-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6150228B2 (ja) | 複合膜及びその製造方法 | |
JP5867828B2 (ja) | 複合膜およびその製造方法 | |
JP6767034B2 (ja) | 複合ナノファイバーおよび該ナノファイバーを含む電解質膜 | |
Yang et al. | Evaluation of membrane preparation method on the performance of alkaline polymer electrolyte: Comparison between poly (vinyl alcohol)/chitosan blended membrane and poly (vinyl alcohol)/chitosan electrospun nanofiber composite membranes | |
CN109755613B (zh) | 一种三维骨架与磺化芳香族聚合物复合质子交换膜及其制备方法 | |
US10003096B2 (en) | Polymer electrolyte membrane, membrane-electrode assembly comprising the same and fuel cell comprising the same | |
WO2017141878A1 (ja) | 複合高分子電解質膜およびそれを用いた膜電極複合体、固体高分子型燃料電池 | |
JP5791732B2 (ja) | 高分子電解質及びその製造方法 | |
JP2013503436A (ja) | 燃料電池用の高分子電解質膜及びその製造方法 | |
KR102295383B1 (ko) | 고분자 전해질 막, 막 전극 접합체 및 고체 고분자형 연료 전지 | |
KR20150086384A (ko) | 불소계 고분자 전해질 막 | |
Ito et al. | Sulfonated polyimide nanofiber framework: Evaluation of intrinsic proton conductivity and application to composite membranes for fuel cells | |
KR20210071810A (ko) | 신규 폴리플루오렌계 중합체 이오노머, 음이온교환막 및 이의 제조방법 | |
KR20110073109A (ko) | 강도가 개선된 다공성 지지체, 그를 이용한 강화 복합전해질 막, 그 막을 구비한 막-전극 어셈블리 및 연료전지 | |
Xu et al. | Facile strategy for preparing a novel reinforced blend membrane with high cycling stability for vanadium redox flow batteries | |
Ibaraki et al. | Fast surface proton conduction on acid-doped polymer nanofibers in polymer electrolyte composite membranes | |
JP2009243031A (ja) | ナノファイバー、電解質膜、膜電極接合体及び燃料電池 | |
Wang et al. | Synthesized Geminal-imidazolium-type ionic liquids applying for PVA-FP/[DimL][OH] anion exchange membranes for fuel cells | |
WO2018038049A1 (ja) | 表面修飾ナノファイバー、電解質膜、電解質膜の製造方法、膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池 | |
JP5189394B2 (ja) | 高分子電解質膜 | |
Li et al. | Highly hydrophilic polybenzimidazole/Zirconia composite separator with reduced gas crossover for alkaline water electrolysis | |
Huang et al. | Fabrication and properties of graphene oxide/sulfonated polyethersulfone layer-by-layer assembled polyester fiber composite proton exchange membranes | |
JP7292711B2 (ja) | ナノファイバー、電解質膜、及び固体高分子形燃料電池 | |
JP2013077554A (ja) | 積層高分子電解質膜およびその製造方法 | |
Liu et al. | Preparation and characterization of the PVDF-based composite membrane for direct methanol fuel cells |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130812 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160712 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20160715 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170419 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170502 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170419 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170515 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6150228 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |