JP2019513164A - イオン交換膜、この製造方法、及びこれを含むエネルギー貯蔵装置 - Google Patents
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Abstract
Description
多孔度(%)=(ナノウェブ内の空気体積/ナノウェブの全体の体積)×100
ルを、負極電解質としてV(II)/V(III)レドックスカップルを使用する全バナジウム系レドックス電池;正極電解質としてハロゲンレドックスカップルを、負極電解質としてV(II)/V(III)レドックスカップルを使用するバナジウム系レドックス電池;正極電解質としてハロゲンレドックスカップルを、負極電解質としてスルファイドレドックスカップルを使用するポリスルファイドブロミンレドックス電池;または正極電解質としてハロゲンレドックスカップルを、負極電解質として亜鉛(Zn)レドックスカップルを使用する亜鉛−ブロミン(Zn−Br)レドックス電池でありうるが、本発明において前記レドックスフロー電池の種類が限定されない。
(実施例1−1)
濃度が12重量%であるポリアミック酸/THF紡糸溶液を30kVの電圧が印加された状態で電界紡糸した後、ポリアミック酸ナノウェブ前駆体を形成してから、350℃のオーブンで5時間の間熱処理して15μmの平均厚さを有するポリイミド多孔性支持体を製造した。この際、前記電界紡糸は、25℃にてスプレージェットノズルで30kVの電圧を印加した状態で行った。
イオン伝導体であるSPEEK(sulfonated polyetheretherketone)を有機溶媒であるDMAcに希釈させてエッチング溶液を製造した。このとき、前記エッチング溶液は、前記イオン伝導体を前記エッチング溶液の全体重量に対して3重量%で含んだ。
上記実施例1−2において、前記エッチング溶液でエッチング処理したことの代わりに、前記製造されたイオン交換膜について、ニップロールを通過させて物理的処理したことを除いては、前記実施例1−2と同様に行ってイオン交換膜を製造した。前記製造されたシリカコーティング層の表面には、前記シリカコーティング層の全体の厚さに対して5長さ%の微細凹凸が形成された。
上記実施例1−2において、前記有機溶媒でエッチング処理したことの代わりに、プラズマ処理法で前記シリカコーティング層の表面に幅100nm、間隔100nmであるストライプパターンを形成したことを除いては、前記実施例1−2と同様に行ってイオン交換膜を製造した。
上記実施例1−2において、前記有機溶媒でエッチング処理したことの代りに、10×10cm2サイズのイオン交換膜に対して、常温のチャンバで10ppmのフッ素ガスで60分間処理したことを除いては、前記実施例1−2と同様に行ってイオン交換膜を製造した。
濃度が12重量%であるポリアミック酸/THF紡糸溶液を30kVの電圧が印加された状態で電界紡糸した後、ポリアミック酸ナノウェブ前駆体を形成してから、350℃のオーブンで5時間の間熱処理して15μmの平均厚さを有するポリイミド多孔性支持体を製造した。この際、前記電界紡糸は、25℃にてスプレージェットノズルで30kVの電圧を印加した状態で行った。
上記実施例2−1において、前記エッチング溶液でエッチング処理したことの代わりに、前記製造されたイオン交換膜について、ニップロールを通過させて物理的処理したことを除いては、前記実施例2−1と同様に行ってイオン交換膜を製造した。前記製造されたイオン交換膜の表面には、前記イオン伝導体コーティング層の全体の厚さに対して5長さ%の微細凹凸が形成された。
上記実施例2−1において、前記有機溶媒でエッチング処理したことの代わりに、プラズマ処理方法で、前記イオン伝導体コーティング層の表面に幅100nm、間隔100nmであるストライプパターンを形成したことを除いては、上記実施例2−1と同様に行ってイオン交換膜を製造した。
上記実施例2−1において、前記有機溶媒でエッチング処理したことの代りに、10×10cm2サイズのイオン交換膜に対して、常温のチャンバで10ppmのフッ素ガスで60分間処理したことを除いては、上記実施例2−1と同様に行ってイオン交換膜を製造した。
上記実施例にて製造されたイオン交換膜の両面にPt/C電極を固定させ、95%RH、80℃で、厚さ方向(throughplane)の水素イオン伝導度を測定し、その結果を下記に表した。
上記実施例にて製造されたイオン交換膜の表面エネルギーを、水に対する接触角測定で評価し、その結果は、下記に示した。
Claims (26)
- 複数の空隙(pore)を含む多孔性支持体と、
前記多孔性支持体の空隙を満たしているイオン伝導体と、
前記多孔性支持体の表面に位置し、シリカ及びイオン伝導体を含むシリカコーティング層と、
を備えるイオン交換膜。 - 前記多孔性支持体の空隙は、前記イオン伝導体と混合されたシリカをさらに含む請求項1に記載のイオン交換膜。
- 前記シリカコーティング層に含まれたシリカ100重量部に対して、
前記多孔性支持体の空隙に含まれたシリカは10重量部以下である請求項2に記載のイオン交換膜。 - 前記シリカコーティング層の表面は、複数個の凹部が規則的または不規則的に形成されたパターンを含む請求項1に記載のイオン交換膜。
- 前記シリカコーティング層の表面は、微細凹凸が形成されて、表面粗さを有する請求項1に記載のイオン交換膜。
- 前記シリカコーティング層の表面は、フッ素ガスで処理された表面を含む請求項1に記載のイオン交換膜。
- 複数の空隙(pore)を含む多孔性支持体と、
前記多孔性支持体の空隙を満たしながら前記多孔性支持体表面にイオン伝導体コーティング層を形成するイオン伝導体と、
を備え、
前記イオン伝導体コーティング層の表面は、複数個の凹部が規則的または不規則的に形成されたパターンを含むイオン交換膜。 - 複数の空隙(pore)を含む多孔性支持体と、
前記多孔性支持体の空隙を満たしながら前記多孔性支持体表面にイオン伝導体コーティング層を形成するイオン伝導体と、
を備え、
前記イオン伝導体コーティング層の表面は、微細凹凸が形成されて、表面粗さを有するイオン交換膜。 - 前記微細凹凸のサイズは、イオン伝導体コーティング層の全体の厚さに対して0.1〜20長さ%である請求項8に記載のイオン交換膜。
- 複数の空隙(pore)を含む多孔性支持体と、
前記多孔性支持体の空隙を満たしつつ前記多孔性支持体表面にイオン伝導体コーティング層を形成するイオン伝導体と、
を備え、
前記イオン伝導体コーティング層は、フッ素ガスで処理された表面を含むイオン交換膜。 - 前記イオン伝導体は、主鎖がベンゼン環を含み、前記ベンゼン環にイオン交換基がついている炭化水素系高分子であり、
前記イオン伝導体コーティング層におけるフッ素ガスで処理された表面は、前記フッ素ガス処理によって、前記イオン伝導体の前記ベンゼン環にフッ素が置換された請求項10に記載のイオン交換膜。 - 前記イオン伝導体コーティング層におけるフッ素ガスで処理された表面上に、フッ素系イオン伝導体コーティング層をさらに備える請求項10に記載のイオン交換膜。
- 前記多孔性支持体は、炭化水素系多孔性支持体であり、
前記イオン伝導体は、炭化水素系イオン伝導体である請求項1、7、8、及び10のいずれかに記載のイオン交換膜。 - シリカ分散液とイオン伝導体とを混合してシリカ−イオン伝導体混合物を製造するステップと、
複数の空隙(pore)を含む多孔性支持体の表面に前記シリカ−イオン伝導体混合物をコーティングしてシリカコーティング層を形成するステップと、
を含むイオン交換膜の製造方法。 - 前記シリカコーティング層を形成するステップは、
前記シリカ−イオン伝導体混合物が前記多孔性支持体の空隙を満たしつつ前記多孔性支持体の表面に前記シリカコーティング層を形成させる請求項14に記載のイオン交換膜の製造方法。 - 前記シリカコーティング層を形成するステップは、
イオン伝導体で前記多孔性支持体の空隙を満たすステップと、
前記多孔性支持体の表面に前記シリカ−イオン伝導体混合物をコーティングして前記シリカコーティング層を形成させるステップと、
を含む請求項14に記載のイオン交換膜の製造方法。 - 前記シリカコーティング層を形成するステップの後に、シリカコーティング層の表面をエッチング処理するステップをさらに含む請求項14に記載のイオン交換膜の製造方法。
- 前記シリカコーティング層を形成するステップの後に、シリカコーティング層の表面をフッ素ガスで処理するステップをさらに含む請求項14に記載のイオン交換膜の製造方法。
- 複数の空隙(pore)を含む多孔性支持体の空隙をイオン伝導体で満たしつつ前記多孔性支持体の表面にイオン伝導体コーティング層を形成するステップと、
前記イオン伝導体コーティング層の表面をエッチング処理するステップと、
を含むイオン交換膜の製造方法。 - 前記エッチング処理は、有機溶媒を含むエッチング溶液、イオン伝導体を有機溶媒に希釈させたエッチング溶液、及びシリカ分散液からなる群より選ばれるいずれか1つのエッチング溶液を前記イオン伝導体コーティング層の表面に接触させて行われる請求項19に記載のイオン交換膜の製造方法。
- 前記エッチング処理は、レーザ照射、ポリッシング(polishing)、コロナ処理、及びプラズマ処理からなる群より選ばれるいずれか1つの物理的処理によってなされる請求項19に記載のイオン交換膜の製造方法。
- 複数の空隙(pore)を含む多孔性支持体の空隙をイオン伝導体で満たしつつ前記多孔性支持体の表面にイオン伝導体コーティング層を形成するステップと、
前記イオン伝導体コーティング層の表面をフッ素ガスで処理するステップと、
を含むイオン交換膜の製造方法。 - 前記フッ素ガス処理されたイオン伝導体コーティング層上にフッ素系イオン伝導体コーティング層を形成するステップをさらに含む請求項22に記載のイオン交換膜の製造方法。
- 請求項1、7、8、及び10のいずれかに記載のイオン交換膜を含むエネルギー貯蔵装置。
- 前記エネルギー貯蔵装置は、燃料電池である請求項24に記載のエネルギー貯蔵装置。
- 前記エネルギー貯蔵装置は、レドックスフロー電池(redox flowbattery)である請求項24に記載のエネルギー貯蔵装置。
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