JP3481593B2 - Composite polymer electrolyte membrane and fuel cell using the same - Google Patents

Composite polymer electrolyte membrane and fuel cell using the same

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JP3481593B2
JP3481593B2 JP2001012489A JP2001012489A JP3481593B2 JP 3481593 B2 JP3481593 B2 JP 3481593B2 JP 2001012489 A JP2001012489 A JP 2001012489A JP 2001012489 A JP2001012489 A JP 2001012489A JP 3481593 B2 JP3481593 B2 JP 3481593B2
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/31Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating aromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/312Non-condensed aromatic systems, e.g. benzene
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は優れた発電性能を有
するとともに電極との密着性が良好で低コストの複合高
分子電解質膜、及びそれを用いた燃料電池に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a low cost composite polymer electrolyte membrane having excellent power generation performance, good adhesion to electrodes, and a fuel cell using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】石油資源の枯渇化と地球温暖化等の環境
問題の深刻化により、クリーンな電動機用電力源として
燃料電池が注目され、広範に開発されているとともに、
一部実用化もされている。特に燃料電池を自動車等に搭
載する場合には高分子電解質膜式の燃料電池を使用する
のが好ましいが、高分子電解質膜としてはナフィオンの
ようなパーフルオロアルキレンスルホン酸系高分子化合
物が広く利用されている。ナフィオンは優れた発電性能
及び耐薬品性を有するが、非常に高価であるという問題
がある。
2. Description of the Related Art Due to the depletion of petroleum resources and serious environmental problems such as global warming, fuel cells have attracted attention as a clean power source for electric motors and have been extensively developed.
Some have been put to practical use. It is preferable to use a polymer electrolyte membrane type fuel cell especially when the fuel cell is mounted in an automobile, etc., but as the polymer electrolyte membrane, a perfluoroalkylene sulfonic acid polymer compound such as Nafion is widely used. Has been done. Although Nafion has excellent power generation performance and chemical resistance, it is very expensive.

【0003】高分子電解質には上記パーフルオロアルキ
レンスルホン酸系ポリマーの他にスルホン化した非パー
フルオロ系炭化水素(例えばポリエーテルエーテルケト
ン)がある。スルホン化した非パーフルオロ系炭化水素
は出発原料が安く、合成コストも低いので、固体高分子
電解質型燃料電池用に安価な電解質膜が得られると期待
されている。しかし、スルホン化した非パーフルオロ系
炭化水素からなる高分子電解質は電極との密着性が低い
ために、高分子電解質/電極の接触抵抗が高くなり、発
電性能の高い燃料電池が得られない。
Polymer electrolytes include sulfonated non-perfluoro hydrocarbons (for example, polyether ether ketone) in addition to the above perfluoroalkylene sulfonic acid polymers. Since sulfonated non-perfluoro hydrocarbons are cheap starting materials and have low synthesis costs, it is expected that inexpensive electrolyte membranes can be obtained for polymer electrolyte fuel cells. However, since the polymer electrolyte composed of sulfonated non-perfluoro hydrocarbon has low adhesion to the electrode, the contact resistance between the polymer electrolyte and the electrode becomes high, and a fuel cell having high power generation performance cannot be obtained.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、優れた発電性能を有するとともに電極との密着性が
良好で低コストの複合高分子電解質膜、及びそれを用い
た燃料電池を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a low cost composite polymer electrolyte membrane having excellent power generation performance, good adhesion to electrodes, and a fuel cell using the same. That is.

【0005】[0005]

【課題を解決する手段】上記目的に鑑み鋭意研究の結
果、高分子電解質を2種以上のスルホン化した非パーフ
ルオロ系炭化水素の混合物により形成するとともに、少
なくともスルホン化ポリアリーレン系重合体を用いるこ
とにより、優れた発電性能を有するとともに電極との密
着性が良好で低コストの高分子電解質膜が得られること
を発見し、本発明に想到した。
As a result of earnest research in view of the above object, a polymer electrolyte is formed from a mixture of two or more sulfonated non-perfluoro hydrocarbons, and at least a sulfonated polyarylene polymer is used. As a result, it was discovered that a polymer electrolyte membrane having excellent power generation performance, good adhesion to electrodes, and low cost can be obtained, and the present invention was conceived.

【0006】 すなわち、本発明の複合高分子電解質膜
は、2種以上の非パーフルオロアルキレンスルホン酸系
高分子電解質を有し、少なくとも1種の非パーフルオロ
アルキレンスルホン酸系高分子電解質がスルホン化ポリ
アリーレン重合体からなり、前記スルホン化ポリアリー
レン重合体のポリマー骨格は下記一般式(1)
That is, the composite polymer electrolyte membrane of the present invention has two or more kinds of non-perfluoroalkylene sulfonic acid type polymer electrolytes, and at least one kind of non-perfluoroalkylene sulfonic acid type polymer electrolyte is sulfonated. Poly
Made of an arylene polymer, said sulfonated polyaryl
The polymer skeleton of the ren polymer has the following general formula (1)

【化学式5】 により表される構造単位及び下記一般式(2) [Chemical formula 5] And the following general formula (2)

【化学式6】 により表される構造単位(ただし、一般式(1)及び
(2)において、芳香族環のCの一部はNに置換されて
いても良く、A〜A12は―F、―CN、―CHO、
―COR、―CR=NR´、―OR、―SR、―SO
R、―OCOR、―COR、―NRR´、―N=CR
R´、―NRCOR´、―CONRR´及びRからなる
群から選ばれたものであって、同一でも異なっていても
良く、Xは―Z―、―Z―Ph―及び―Ph―Z―Ph
―からなる群から選ばれたものであり、R及びR´は水
素、アルキル基、置換アルキル基、アリール基、置換ア
リール基、ヘテロアリール基及び置換へテロアリール基
からなる群から選ばれた少なくとも1種であって、同一
でも異なっていても良く、Phは置換又は無置換のフェ
ニレン基を表し、Zは―O―、―S―、―NR、―O
(CO)―、―O(CO)―、―(CO)NH(C
O)―、―NR(CO)―、フタルイミド、ピロメリッ
トイミド、―CO―、―SO―、―SO―、―P
(O)R―、―CH―、―CF―及び―CRR´―
からなる群から選ばれた2価の基を表す。)の少なくと
も一方又は両方で構成されていることを特徴とする。
[Chemical formula 6] Structural unit represented by (provided that the general formula (1) and
In (2), part of C in the aromatic ring may be substituted with N, and A 1 to A 12 are —F, —CN, —CHO,
-COR, -CR = NR ', -OR, -SR, -SO 2
R, -OCOR, -CO 2 R, -NRR ', -N = CR
R ′, —NRCOR ′, —CONRR ′ and R, which may be the same or different, and X is —Z—, —Z—Ph— and —Ph—Z—Ph.
R and R ′ are at least one selected from the group consisting of hydrogen, an alkyl group, a substituted alkyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group. , Which may be the same or different, Ph represents a substituted or unsubstituted phenylene group, Z represents —O—, —S—, —NR, —O
(CO) -, - O ( CO 2) -, - (CO) NH (C
O)-, -NR (CO)-, phthalimide, pyromellitic imide, -CO-, -SO-, -SO 2- , -P
(O) R -, - CH 2 -, - CF 2 - and -CRR'-
Represents a divalent group selected from the group consisting of ) Less
Also, it is characterized in that it is configured by one or both .

【0007】 特に本発明の複合高分子電解質膜は、第
一及び第二の非パーフルオロアルキレンスルホン酸系高
分子電解質を含有する複合高分子電解質膜において、前
記第一の高分子電解質がスルホン化ポリアリーレン重合
体からなり、前記スルホン化ポリアリーレン重合体のポ
リマー骨格は下記一般式(1)
In particular, the composite polymer electrolyte membrane of the present invention is a composite polymer electrolyte membrane containing first and second non-perfluoroalkylene sulfonic acid polymer electrolytes, wherein the first polymer electrolyte is sulfonated. Polyarylene polymerization
The sulfonated polyarylene polymer
The rimer skeleton has the following general formula (1)

【化学式7】 により表される構造単位及び下記一般式(2) [Chemical formula 7] And the following general formula (2)

【化学式8】 により表される構造単位(ただし、一般式(1)及び
(2)において、芳香族環のCの一部はNに置換されて
いても良く、A〜A12は―F、―CN、―CHO、
―COR、―CR=NR´、―OR、―SR、―SO
R、―OCOR、―COR、―NRR´、―N=CR
R´、―NRCOR´、―CONRR´及びRからなる
群から選ばれたものであって、同一でも異なっていても
良く、Xは―Z―、―Z―Ph―及び―Ph―Z―Ph
―からなる群から選ばれたものであり、R及びR´は水
素、アルキル基、置換アルキル基、アリール基、置換ア
リール基、ヘテロアリール基及び置換へテロアリール基
からなる群から選ばれた少なくとも1種であって、同一
でも異なっていても良く、Phは置換又は無置換のフェ
ニレン基を表し、Zは―O―、―S―、―NR、―O
(CO)―、―O(CO)―、―(CO)NH(C
O)―、―NR(CO)―、フタルイミド、ピロメリッ
トイミド、―CO―、―SO―、―SO―、―P
(O)R―、―CH―、―CF―及び―CRR´―
からなる群から選ばれた2価の基を表す。)の少なくと
も一方又は両方で構成されており、前記第二の高分子電
解質がスルホン化ポリエーテル系重合体からなるのが好
ましい。複合高分子電解質膜におけるスルホン化ポリア
リーレン系重合体の含有量は全体の50〜95重量%で
あるのが好ましい。
[Chemical formula 8] Structural unit represented by (provided that the general formula (1) and
In (2), part of C in the aromatic ring may be substituted with N, and A 1 to A 12 are —F, —CN, —CHO,
-COR, -CR = NR ', -OR, -SR, -SO 2
R, -OCOR, -CO 2 R, -NRR ', -N = CR
R ′, —NRCOR ′, —CONRR ′ and R, which may be the same or different, and X is —Z—, —Z—Ph— and —Ph—Z—Ph.
And R and R ′ are at least one selected from the group consisting of hydrogen, an alkyl group, a substituted alkyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group. , Which may be the same or different, Ph represents a substituted or unsubstituted phenylene group, Z represents —O—, —S—, —NR, —O
(CO) -, - O ( CO 2) -, - (CO) NH (C
O)-, -NR (CO)-, phthalimide, pyromellitic imide, -CO-, -SO-, -SO 2- , -P
(O) R -, - CH 2 -, - CF 2 - and -CRR'-
Represents a divalent group selected from the group consisting of ) Less
Also it consists of one or both, the second polyelectrolyte is preferably composed of sulfonated polyether polymer. The content of the sulfonated polyarylene polymer in the composite polymer electrolyte membrane is preferably 50 to 95% by weight based on the whole.

【0008】また本発明の燃料電池は上記複合高分子電
解質膜を有することを特徴とする。
Further, the fuel cell of the present invention is characterized by having the above-mentioned composite polymer electrolyte membrane.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】[1] 複合高分子電解質膜 本発明の複合高分子電解質膜は、2種以上の非パーフル
オロアルキレンスルホン酸系高分子電解質の混合物から
なり、少なくとも1種の非パーフルオロアルキレンスル
ホン酸系高分子電解質がスルホン化ポリアリーレン系重
合体である。ここで、スルホン化ポリアリーレン系重合
体を第1の高分子電解質と呼び、その他の非パーフルオ
ロアルキレンスルホン酸系高分子電解質を第2の高分子
電解質と呼ぶ。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION [1] Composite Polymer Electrolyte Membrane The composite polymer electrolyte membrane of the present invention comprises a mixture of two or more non-perfluoroalkylenesulfonic acid-based polymer electrolytes, and contains at least one non-perfluoroalkylenesulfonic acid-based polymer electrolyte. The fluoroalkylene sulfonic acid-based polymer electrolyte is a sulfonated polyarylene-based polymer. Here, the sulfonated polyarylene polymer is referred to as a first polymer electrolyte, and the other non-perfluoroalkylenesulfonic acid polymer electrolytes are referred to as a second polymer electrolyte.

【0010】(A) スルホン化ポリアリーレン系重合体
(第1の高分子電解質) ポリアリーレン系重合体は下記一般式(1) 又は(2) によ
り表される構造単位を少なくとも一方又は両方含むもの
である。スルホン化ポリアリーレン系重合体は単独重合
体でも共重合体でも良い。
(A) Sulfonated polyarylene polymer (first polyelectrolyte) The polyarylene polymer contains at least one or both of the structural units represented by the following general formula (1) or (2). . The sulfonated polyarylene polymer may be a homopolymer or a copolymer.

【化1】 [Chemical 1]

【0011】上記一般式(1) 及び(2)、芳香族環のCの一
部はNに置換されていても良い。ここでA1〜A12は、-F、
-CN、-CHO、-COR、-CR=NR'、-OR、-SR、-SO2R、-OCOR、
-CO 2R、-NRR'、-N=CRR'、-NRCOR'、-CONRR'及びRからな
る群から選ばれたものであり、同一でも異なっていても
良い。R及びR'は、水素、アルキル基、置換アルキル
基、アリール基、置換アリール基、ヘテロアリール基及
び置換へテロアリール基からなる群から選ばれた少なく
とも1種であり、同一でも異なっていても良い。
One of the above general formulas (1) and (2), one of the aromatic ring C
Parts may be replaced with N. Where A1~ A12Is -F,
-CN, -CHO, -COR, -CR = NR ', -OR, -SR, -SO2R, -OCOR,
-CO 2R, -NRR ', -N = CRR', -NRCOR ', -CONRR' and R
Selected from the same group, whether they are the same or different
good. R and R ′ are hydrogen, an alkyl group and a substituted alkyl
Group, aryl group, substituted aryl group, heteroaryl group and
And at least one selected from the group consisting of substituted heteroaryl groups.
Both are one kind and may be the same or different.

【0012】-Rにより表されるアルキル基又は置換アル
キル基としては、例えばメチル、エチル、プロピル、n-
ブチル、t-ブチル、ドデカニル、トリフルオロメチル、
パーフルオロ-n-ブチル、2,2,2-トリフルオロエチル、
ベンジル、2-フェノキシエチル等が挙げられる。
Examples of the alkyl group or substituted alkyl group represented by -R include methyl, ethyl, propyl, n-
Butyl, t-butyl, dodecanyl, trifluoromethyl,
Perfluoro-n-butyl, 2,2,2-trifluoroethyl,
Benzyl, 2-phenoxyethyl and the like can be mentioned.

【0013】-Rにより表されるアリール基又は置換アリ
ール基としては、例えばフェニル、2-トリル、3-トリ
ル、4-トリル、ナフチル、ビフェニル、4-フェノキシフ
ェニル、4-フルオロフェニル、3-カルボメトキシフェニ
ル、4-カルボメトキシフェニル等が挙げられる。
Examples of the aryl group or substituted aryl group represented by -R include phenyl, 2-tolyl, 3-tolyl, 4-tolyl, naphthyl, biphenyl, 4-phenoxyphenyl, 4-fluorophenyl and 3-carbo. Methoxyphenyl, 4-carbomethoxyphenyl and the like can be mentioned.

【0014】-CORにより表されるケトン基としては、例
えばアセチル、プロピオニル、t-ブチルカルボニル、2-
エチルヘキシルカルボニル、フェニルカルボニル(ベン
ゾイル)、フェノキシフェニルカルボニル、1-ナフチル
カルボニル、2-ナフチルカルボニル、ニコチノイル、イ
ソニコチノイル、4-メチルフェニルカルボニル、2-フル
オロフェニルカルボニル、3-フルオロフェニルカルボニ
ル、4-フルオロフェニルカルボニル等が挙げられる。
Examples of the ketone group represented by -COR include acetyl, propionyl, t-butylcarbonyl and 2-
Ethylhexylcarbonyl, phenylcarbonyl (benzoyl), phenoxyphenylcarbonyl, 1-naphthylcarbonyl, 2-naphthylcarbonyl, nicotinoyl, isonicotinoyl, 4-methylphenylcarbonyl, 2-fluorophenylcarbonyl, 3-fluorophenylcarbonyl, 4-fluorophenylcarbonyl Etc.

【0015】-CR=NR'により表されるイミン基として
は、例えばフェニル-N-メチルイミノ、メチル-N-メチ
ルイミノ、フェニル-N-フェニルイミノ等が挙げられ
る。
Examples of the imine group represented by -CR = NR 'include phenyl-N-methylimino, methyl-N-methylimino, phenyl-N-phenylimino and the like.

【0016】-ORにより表されるアルコキシ基として
は、例えばメトキシ、エトキシ、2-メトキシエトキシ、
t-ブトキシ等が挙げられる。
Examples of the alkoxy group represented by —OR include methoxy, ethoxy, 2-methoxyethoxy,
Examples include t-butoxy and the like.

【0017】-ORにより表されるアリーロキシ基として
は、例えばフェノキシ、ナフトキシ、フェニルフェノキ
シ、4-メチルフェノキシエトキシ等が挙げられる。
Examples of the aryloxy group represented by -OR include phenoxy, naphthoxy, phenylphenoxy, 4-methylphenoxyethoxy and the like.

【0018】-SRにより表されるチオエーテル基として
は、例えばチオメチル、チオブチル、チオフェニル等が
挙げられる。
The thioether group represented by —SR includes, for example, thiomethyl, thiobutyl, thiophenyl and the like.

【0019】-SO2Rにより表されるスルホニル基として
は、例えばメチルスルホニル、エチルスルホニル、フェ
ニルスルホニル、トリルスルホニル等が挙げられる。
Examples of the sulfonyl group represented by —SO 2 R include methylsulfonyl, ethylsulfonyl, phenylsulfonyl, tolylsulfonyl and the like.

【0020】-OCORにより表されるエステル基として
は、例えばフェニルカルボキシ、4-フルオロフェニルカ
ルボキシ、2-エチルフェニルカルボキシ等が挙げられ
る。
Examples of the ester group represented by -OCOR include phenylcarboxy, 4-fluorophenylcarboxy, 2-ethylphenylcarboxy and the like.

【0021】-CO2Rにより表されるエステル基として
は、例えばメトキシカルボニル、ベンゾイロキシカルボ
ニル、フェノキシカルボニル、ナフチロキシカルボニ
ル、エチルカルボキシ等が挙げられる。
Examples of the ester group represented by —CO 2 R include methoxycarbonyl, benzoyloxycarbonyl, phenoxycarbonyl, naphthyloxycarbonyl, ethylcarboxy and the like.

【0022】-NRR'により表されるアミン基としては、
例えばアミノ、ジメチルアミノ、メチルアミノ、メチル
フェニルアミノ、フェニルアミノ等が挙げられる。
As the amine group represented by —NRR ′,
Examples thereof include amino, dimethylamino, methylamino, methylphenylamino, phenylamino and the like.

【0023】-N=CRR'により表されるイミン基として
は、例えばジメチルイミノ、メチルイミノ、フェニルイ
ミノ等が挙げられる。
Examples of the imine group represented by -N = CRR 'include dimethylimino, methylimino, phenylimino and the like.

【0024】-NRCOR'により表されるアミド基として
は、例えばN-アセチルアミノ、N-アセチルメチルアミ
ノ、N-ベンゾイルアミノ、N-ベンゾイルメチルアミノ等
が挙げられる。
Examples of the amide group represented by -NRCOR 'include N-acetylamino, N-acetylmethylamino, N-benzoylamino, N-benzoylmethylamino and the like.

【0025】-CONRR'により表されるアミド基として
は、例えばN,N-ジメチルアミノカルボニル、N-ブチルア
ミノカルボニル、N-フェニルアミノカルボニル、N,N-ジ
フェニルアミノカルボニル、N-フェニル-N-メチルアミ
ノカルボニル等が挙げられる。
Examples of the amide group represented by -CONRR 'include N, N-dimethylaminocarbonyl, N-butylaminocarbonyl, N-phenylaminocarbonyl, N, N-diphenylaminocarbonyl, N-phenyl-N- Methylaminocarbonyl and the like can be mentioned.

【0026】これらの中でも、アセチル、ベンゾイル、
カルボメトキシ、ホルミル、フェノキシ、フェノキシベ
ンゾイル、フェニル等が好ましく、特にフェノキシベン
ソイルが好ましい。
Among these, acetyl, benzoyl,
Carbomethoxy, formyl, phenoxy, phenoxybenzoyl, phenyl and the like are preferable, and phenoxybenzoyl is particularly preferable.

【0027】一般式(2)の構造単位中のXとしては、-Z
-,-Z-Ph-及び-Ph-Z-Ph-などが挙げられる。ここでZ
は、-O-,-S-,-NR,-O(CO)-,-O(CO2)-,-(CO)NH(CO)
-,-NR(CO)-,フタルイミド、ピロメリットイミド、-CO
-,-SO-,-SO2-,-P(O)R-,-CH2-,-CF2-及び-CRR'-か
らなる群から選ばれた2価の基である。ただしPhは置換
又は無置換のフェニレン基を表す。
X in the structural unit of the general formula (2) is -Z.
-, -Z-Ph-, -Ph-Z-Ph- and the like. Where Z
Is -O-, -S-, -NR, -O (CO)-, -O (CO 2 )-,-(CO) NH (CO)
-, -NR (CO)-, Phthalimide, Pyromellitimide, -CO
-, - SO -, - SO 2 -, - P (O) R -, - CH 2 -, - a and a divalent group selected from the group consisting of -CRR'- - CF 2. However, Ph represents a substituted or unsubstituted phenylene group.

【0028】Zとしては、例えば−オキシ-1,4-フェニレ
ン-2,2-イソプロピリデン-1,4-フェニレン−オキシカル
ボニル−等のビスフェノールA、ビスフェノールAF及び
他のビスフェノールから誘導されるものでも良い。また
−ヘキサフルオロイソプピリデン-2,2-ジイル、−イソ
プロピリデン-2,2-ジイル、2-フェニル-1,1,1-トリフル
オロエチリデン-2, 2'-ジイル等も挙げられる。
Examples of Z include those derived from bisphenol A such as -oxy-1,4-phenylene-2,2-isopropylidene-1,4-phenylene-oxycarbonyl-, bisphenol AF and other bisphenols. good. Further, -hexafluoroisopropylidene-2,2-diyl, -isopropylidene-2,2-diyl, 2-phenyl-1,1,1-trifluoroethylidene-2,2'-diyl and the like can be mentioned.

【0029】-Ph-Z-Ph-型のエステル及びアミドとして
は、例えば−(フェニレン-CONH-フェニレン-NHCO)−
フェニレン−,−(フェニレン-CONH-フェニレン)−、
−(フェニレン-COO-フェニレン-OCO)−フェニレン
−,−(フェニレン−カルボニル)−フェニレン−,−
(フェニレン−カルボニル−フェニレン−オキソ−フェ
ニレン−カルボニル−フェニレン−等が挙げられる。
Examples of -Ph-Z- Ph -type esters and amides include-(phenylene-CONH-phenylene-NHCO)-
Phenylene-,-(phenylene-CONH-phenylene)-,
-(Phenylene-COO-phenylene-OCO) -phenylene-,-(phenylene-carbonyl) -phenylene-,-
(Phenylene-carbonyl-phenylene-oxo-phenylene-carbonyl-phenylene- and the like.

【0030】またポリアミド、ポリアリーレート、ポリ
アリーレンオキシド、ポリカーボネート、ポリジメチル
シロキサン、ポリエステル、ポリエーテルケトン、ポリ
フェニレン、置換ポリフェニレン、ポリフェニレンスル
フィド、ポリスチレン等が挙げられる。
Further, polyamide, polyarylate, polyarylene oxide, polycarbonate, polydimethylsiloxane, polyester, polyetherketone, polyphenylene, substituted polyphenylene, polyphenylene sulfide, polystyrene and the like can be mentioned.

【0031】ポリアミドは、例えば1,4-ブタンジアミ
ン、1,6-ヘキサンジアミン、4,4'メチレンジアニリン、
1,3-フェニレンジアミン、1,4-フェニレンジアミン等の
ジアミンと、アジピン酸、イソフタル酸、テレフタル
酸、コハク酸等の二酸との通常の縮合により形成される
ものがある。
Polyamides include, for example, 1,4-butanediamine, 1,6-hexanediamine, 4,4'methylenedianiline,
Some are formed by the usual condensation of diamines such as 1,3-phenylenediamine and 1,4-phenylenediamine with diacids such as adipic acid, isophthalic acid, terephthalic acid and succinic acid.

【0032】ポリアリーレートは、例えばテレフタル酸
又はイソフタル酸とビスフェノールA(2,2'-イソプロピ
リデンジフェノール)、レソルシノール、ヒドロキノ
ン、4,4'-ジヒドロキシビフェニル等のようなジオール
とから形成されたものがある。
Polyarylates are formed, for example, from terephthalic acid or isophthalic acid and diols such as bisphenol A (2,2'-isopropylidenediphenol), resorcinol, hydroquinone, 4,4'-dihydroxybiphenyl and the like. There is something.

【0033】ポリアリーレンオキシドは、例えばポリ
(2,6-ジメチル-1,4-フェニレンオキシド)、ポリ(2,6
-ジフェニル-1,4-フェニレンオキシド)、ポリ(オキシ
-2,3,5,6-テトラフルオロフェニレン)、ポリ(オキシ-
2,6-ピリジンジイル)等がある。
Examples of the polyarylene oxide include poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) and poly (2,6).
-Diphenyl-1,4-phenylene oxide), poly (oxy
-2,3,5,6-tetrafluorophenylene), poly (oxy-
2,6-pyridinediyl) and the like.

【0034】ポリエステルとしては、例えばエチレング
リコール、1,6-ヘキサングリコール、ヒドロキノン、プ
ロピレングリコール、レソルシノール等のジオールと、
アジピン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸等
の二酸との通常の縮合反応により形成されるものがあ
る。
Examples of the polyester include diols such as ethylene glycol, 1,6-hexane glycol, hydroquinone, propylene glycol and resorcinol,
Some are formed by the usual condensation reaction with a diacid such as adipic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, succinic acid.

【0035】ポリエーテルケトンは、例えばポリ(オキ
シ1,4-フェニレン−オキシ-1,4-フェニレン−カルボニ
ル-1,4-フェニレン)、ポリエーテルエーテルケトン、
ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン等があ
る。このようなポリアリーレンの具体例として、下記一
般式により表される化合物が挙げられる。
The polyether ketone is, for example, poly (oxy 1,4-phenylene-oxy-1,4-phenylene-carbonyl-1,4-phenylene), polyether ether ketone,
There are polyether ketone, polyether ketone ketone and the like. Specific examples of such polyarylene include compounds represented by the following general formula.

【化2】 [Chemical 2]

【0036】上記の骨格で構成されるポリマーに必要に
応じてイオン交換機能を有する置換基を導入することに
より、高分子電解質としての機能を発揮させることがで
きる。特に上記ポリマーをスルホン化して用いるのが好
ましい。イオン交換樹脂としての機能が良好となるから
である。スルホン化の方法には特に限定がなく、モノマ
ーにスルホン酸基を導入し、その後重合することにより
スルホン酸基を有するポリマーを合成する方法、モノマ
ーを重合してポリマーとした後にスルホン酸基を導入す
る方法等がある。
By introducing a substituent having an ion-exchange function into the polymer having the above-mentioned skeleton, the function as a polymer electrolyte can be exerted. In particular, it is preferable to use the above polymer after sulfonation. This is because the function as an ion exchange resin is improved. The sulfonation method is not particularly limited, and a method of synthesizing a polymer having a sulfonic acid group by introducing a sulfonic acid group into a monomer and then polymerizing it, and introducing a sulfonic acid group after polymerizing a monomer into a polymer There are ways to do it.

【0037】スルホン化ポリアリーレン系重合体のイオ
ン交換容量(スルホン化の目安になる)は1.5〜3.0 meq
/gであるのが好ましい。イオン交換容量は中和滴定によ
り求める。イオン交換容量が1.5 meq/g未満であると、
イオン伝導率が不十分であり、また3.0 meq/g超である
と、機械的強度や耐熱分解性、高温・高湿耐性が不十分
である。
The ion exchange capacity of the sulfonated polyarylene polymer (which is a standard for sulfonation) is 1.5 to 3.0 meq.
It is preferably / g. The ion exchange capacity is determined by neutralization titration. If the ion exchange capacity is less than 1.5 meq / g,
If the ionic conductivity is insufficient, and if it exceeds 3.0 meq / g, the mechanical strength, thermal decomposition resistance, and high temperature / high humidity resistance are insufficient.

【0038】(B) 第2の高分子電解質 第2の高分子電解質は特に限定されないが、スルホン化
ポリエーテル系の高分子電解質が好ましい。これは、第
1の高分子電解質であるスルホン化ポリアリーレン系重
合体の構造が比較的剛直なものであり、その欠点を緩和
させる屈曲鋳性に富んだ構造をもつ高分子電解質を混合
することが望ましいからである。剛直性を緩和すること
により、密着性が向上する。
(B) Second Polymer Electrolyte The second polymer electrolyte is not particularly limited, but a sulfonated polyether polymer electrolyte is preferable. This is because the structure of the sulfonated polyarylene polymer, which is the first polyelectrolyte, is relatively rigid, and the polyelectrolyte having a structure with rich bending castability that alleviates the drawbacks is mixed. Is desirable. By relaxing the rigidity, the adhesion is improved.

【0039】ここでポリエーテル系高分子は、1つのフ
ェニレン基に対して0.5個以上の割合で主鎖に-O-、-S
-、-CO-、-CONH-、-COO-、-SO-及び-SO2-等を含有し、
第1の高分子電解質に比べてかなり屈曲性の高い構造を
有する高分子である。このような第2の高分子電解質と
して、例えば-Ph-O-,-Ph-O-Ph-CO,-Ph-O-Ph-O-Ph-CO
-,-Ph-O-Ph-CO-Ph-CO-,-Ph-O-Ph-O-Ph-CO-Ph-CO-,-P
h-O-Ph-CO-Ph-O-Ph-CO-Ph-CO-,-Ph-O-Ph-CO-Ph-CO-Ph-
O-Ph-CO-Ph-CO-,及び-Ph-Ph-O-Ph-CO-Ph-CO-等の繰り
返し単位を単独で又は組合せて含有する高分子化合物を
挙げることができる。また、-O-が-S-となっても良い。
これらの高分子化合物は、公知の製造方法により製造で
きる。
Here, the polyether polymer has a main chain of —O—, —S at a ratio of 0.5 or more per one phenylene group.
-, -CO-, -CONH-, -COO-, -SO- and -SO 2-, etc.,
It is a polymer having a structure that is considerably more flexible than the first polymer electrolyte. As such a second polymer electrolyte, for example, -Ph-O-, -Ph-O-Ph-CO, -Ph-O-Ph-O-Ph-CO
-, -Ph-O-Ph-CO-Ph-CO-, -Ph-O-Ph-O-Ph-CO-Ph-CO-, -P
hO-Ph-CO-Ph-O-Ph-CO-Ph-CO-, -Ph-O-Ph-CO-Ph-CO-Ph-
Examples thereof include polymer compounds containing repeating units such as O-Ph-CO-Ph-CO- and -Ph-Ph-O-Ph-CO-Ph-CO-, alone or in combination. Also, -O- may be -S-.
These polymer compounds can be produced by a known production method.

【0040】このようなポリエーテル系高分子化合物の
具体例としては、ポリエーテルエーテルケトン(PEE
K),ポリエーテルスルホン(PES),ポリスルホン(PS
F),ポリエーテルイミド(PEI),ポリフェニレンスル
フィド(PPS),ポリフェニレンオキシド(PPO)等が挙
げられる。特に好ましいのは、ポリフェニレンオキシ
ド、ポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルスル
ホンである。これらの高分子化合物は単独重合体でも共
重合体でも良い。
Specific examples of such polyether polymer compounds include polyether ether ketone (PEE
K), polyether sulfone (PES), polysulfone (PS
F), polyetherimide (PEI), polyphenylene sulfide (PPS), polyphenylene oxide (PPO) and the like. Particularly preferred are polyphenylene oxide, polyether ether ketone and polyether sulfone. These polymer compounds may be homopolymers or copolymers.

【0041】ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)は下記
一般式:
Polyether ether ketone (PEEK) has the general formula:

【化3】 により表される基本構造を有する。骨格を形成するベン
ゼン環はアルキル基等の置換基を有しても良い。
[Chemical 3] It has a basic structure represented by The benzene ring forming the skeleton may have a substituent such as an alkyl group.

【0042】ポリエーテル系重合体のスルホン化は、上
記第1の高分子電解質と同様に行うことができる。スル
ホン化ポリエーテル系重合体のイオン交換容量(スルホ
ン化の目安になる)は1.0〜2.5 meq/gであるのが好まし
い。イオン交換容量が1.0 meq/g未満であると、イオン
伝導率が不十分であり、また2.5 meq/g超であると、機
械的強度や耐熱分解性や高温・高湿耐性が不十分であ
る。ポリエーテルエーテルケトンのより好ましいイオン
交換容量は1.0〜2.0 meq/gである。
The sulfonation of the polyether polymer can be carried out in the same manner as the above-mentioned first polymer electrolyte. The ion exchange capacity of the sulfonated polyether polymer (which is a guide for sulfonation) is preferably 1.0 to 2.5 meq / g. If the ion exchange capacity is less than 1.0 meq / g, the ionic conductivity is insufficient, and if it exceeds 2.5 meq / g, the mechanical strength, thermal decomposition resistance and high temperature / humidity resistance are insufficient. . The more preferable ion exchange capacity of polyether ether ketone is 1.0 to 2.0 meq / g.

【0043】(C) 重量比 スルホン化ポリアリーレン系重合体(第1の高分子電解
質)とスルホン化ポリエーテル系重合体(第2の高分子
電解質)との重量比は50:50〜95:5であるのが好まし
い。重量比が50:50未満であると複合高分子電解質膜の
イオン伝導率が不十分であり、また熱安定性及び化学安
定性が劣る。一方、95:5超であるとスルホン化ポリア
リーレン系重合体自体の剛直性により複合高分子電解質
膜の柔軟性が不十分であり、また電極と電解膜との密着
性が劣る。より好ましい重量比は60:40〜95:5であ
り、特に70:30〜90:10である。
(C) Weight ratio The weight ratio of the sulfonated polyarylene polymer (first polymer electrolyte) to the sulfonated polyether polymer (second polymer electrolyte) is 50:50 to 95 :. It is preferably 5. When the weight ratio is less than 50:50, the ionic conductivity of the composite polymer electrolyte membrane is insufficient, and the thermal stability and chemical stability are poor. On the other hand, if it exceeds 95: 5, the flexibility of the composite polymer electrolyte membrane is insufficient due to the rigidity of the sulfonated polyarylene polymer itself, and the adhesion between the electrode and the electrolyte membrane is poor. A more preferable weight ratio is 60:40 to 95: 5, particularly 70:30 to 90:10.

【0044】[2] 複合高分子電解質膜の製造方法 (A) スルホン化ポリアリーレン系重合体の作製 ポリアリーレン系重合体を濃硫酸に溶解させ、反応させ
ることによりスルホン化する。得られたスルホン化ポリ
アリーレン系重合体をN-メチルピロドリン等の有機溶剤
に溶解し、均一溶液とする。
[2] Method for Producing Composite Polymer Electrolyte Membrane (A) Preparation of Sulfonated Polyarylene Polymer A polyarylene polymer is dissolved in concentrated sulfuric acid and reacted to be sulfonated. The obtained sulfonated polyarylene polymer is dissolved in an organic solvent such as N-methylpyrrodoline to obtain a uniform solution.

【0045】(B) スルホン化ポリエーテル系重合体の作
製 上記(A) と同様の方法によりポリエーテル系重合体のス
ルホン化を行った後、N-メチルピロドリン等の有機溶剤
に溶解し、均一な溶液とする。
(B) Preparation of Sulfonated Polyether Polymer After sulfonation of the polyether polymer by the same method as in the above (A), it is dissolved in an organic solvent such as N-methylpyrrodoline, Make a homogeneous solution.

【0046】(C) 製膜 スルホン化ポリアリーレン系重合体の溶液とスルホン化
ポリエーテルエーテルケトンの溶液とを上記固形分重量
比で均一に混合し、得られた均一溶液を平坦な型にキャ
ストし、乾燥する。
(C) Membrane formation A solution of a sulfonated polyarylene polymer and a solution of a sulfonated polyether ether ketone are uniformly mixed in the above solid content weight ratio, and the obtained homogeneous solution is cast into a flat mold. And dry.

【0047】[3] 電極構造体 燃料電池の各セルを構成する電極構造体は、上記複合高
分子電解質膜と、その両側の電極(空気極及び燃料極)
と、各電極を支持する拡散層とからなる。拡散層はカー
ボンペーパー等からなる支持層上にカーボンブラックの
スラリーを塗布することにより得られる。また電極は、
カーボンブラックに白金粒子を担持させてなる触媒粒子
をイオン伝導性バインダーと均一に混合し、得られた触
媒ペーストを拡散層上に塗布することにより得られる。
複合高分子電解質膜の両側に電極を内側にして拡散層を
配置した状態でホットプレスすることにより、一体的な
電極構造体を作製する。
[3] Electrode Structure The electrode structure that constitutes each cell of the fuel cell includes the above-mentioned composite polymer electrolyte membrane and electrodes on both sides thereof (air electrode and fuel electrode).
And a diffusion layer that supports each electrode. The diffusion layer is obtained by applying a slurry of carbon black on a support layer made of carbon paper or the like. The electrodes are
It can be obtained by uniformly mixing the catalyst particles in which platinum particles are supported on carbon black with the ion conductive binder, and applying the obtained catalyst paste on the diffusion layer.
An integrated electrode structure is produced by hot pressing with the diffusion layers arranged with the electrodes inside on both sides of the composite polymer electrolyte membrane.

【0048】[0048]

【実施例】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
The present invention will be described in more detail by the following examples, but the present invention is not limited thereto.

【0049】実施例1 (1) 高分子電解質膜の作製 下記構造式: Example 1 (1) Preparation of polymer electrolyte membrane The following structural formula:

【化4】 により表されるポリ(4'-フェノキシベンゾイル-1,4-フ
ェニレン)を濃硫酸によりイオン交換容量2.3 meq/gに
スルホン化した。得られたスルホン化ポリ(4'-フェノ
キシベンゾイル-1,4-フェニレン)をN-メチルピロドリ
ンに溶解した。また同様の方法でポリエーテルエーテル
ケトン(PEEK)を濃硫酸によりイオン交換容量1.8 meq/
gにスルホン化した。得られたスルホン化ポリエーテル
エーテルケトンをN-メチルピロドリンに溶解した。
[Chemical 4] Poly (4'-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) represented by the formula (3) was sulfonated with concentrated sulfuric acid to an ion exchange capacity of 2.3 meq / g. The obtained sulfonated poly (4′-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) was dissolved in N-methylpyrrodrine. In the same way, polyetheretherketone (PEEK) was added with concentrated sulfuric acid to obtain an ion exchange capacity of 1.8 meq /
Sulfonated to g. The obtained sulfonated polyether ether ketone was dissolved in N-methylpyrrodrine.

【0050】両溶液を、スルホン化ポリ(4'-フェノキ
シベンゾイル-1,4-フェニレン)/スルホン化ポリエー
テルエーテルケトンの固形分重量比が95:5となるよう
に混合し、高分子電解質溶液を作製した。この高分子電
解質溶液からキャスト法により50μmの乾燥膜厚の複合
高分子電解質膜を作製した。
Both solutions were mixed so that the solid content weight ratio of sulfonated poly (4'-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) / sulfonated polyether ether ketone was 95: 5, and the polymer electrolyte solution was mixed. Was produced. A composite polymer electrolyte membrane having a dry film thickness of 50 μm was produced from this polymer electrolyte solution by a casting method.

【0051】(2) 触媒ペーストの作製 カーボンブラック(ファーネスブラック)に白金粒子を
白金/カーボンの重量比が1:1になるように担持させ
て、触媒粒子とした。イオン伝導性バインダーとしてナ
フィオン(デュポン社製)を使用し、ナフィオンの溶液
中に触媒粒子を均一に混合し、触媒ペーストを作製し
た。触媒ペースト中の触媒粒子/ナフィオンの重量比は
8:5であった。
(2) Preparation of catalyst paste Platinum particles were supported on carbon black (furnace black) at a platinum / carbon weight ratio of 1: 1 to obtain catalyst particles. Nafion (manufactured by DuPont) was used as the ion conductive binder, and the catalyst particles were uniformly mixed in the solution of Nafion to prepare a catalyst paste. The catalyst particle / Nafion weight ratio in the catalyst paste was 8: 5.

【0052】(3) 拡散層の作製 重量比で4:6のカーボンブラック及びポリテトラフル
オロエチレン(PTFE)粒子をエチレングリコールに均一
に分散させてなるスラリーをカーボンペーパーの片面に
塗布し、乾燥させて下地層を形成し、カーボンペーパー
と下地層からなる拡散層を作製した。
(3) Preparation of Diffusion Layer Carbon black and polytetrafluoroethylene (PTFE) particles having a weight ratio of 4: 6 are uniformly dispersed in ethylene glycol, and a slurry is applied to one side of carbon paper and dried. An underlayer was formed by forming a diffusion layer composed of carbon paper and the underlayer.

【0053】(4) 電極の作製 拡散層の下地層上に、上記(2) で得た触媒ペーストを白
金量が0.5 mg/cm2となるようにスクリーン印刷し、60
℃、10分間の乾燥及び120℃の減圧乾燥を行って、空気
極及び燃料極を作製した。
(4) Preparation of electrode The catalyst paste obtained in (2) above was screen-printed on the underlayer of the diffusion layer so that the amount of platinum was 0.5 mg / cm 2, and 60
Drying was performed at 10 ° C for 10 minutes and vacuum drying at 120 ° C to prepare an air electrode and a fuel electrode.

【0054】(5) 電極構造体の作製 上記(1) で得た電解質膜を上記(4) で得た空気極及び燃
料極で挟み、80℃、5MPa、2分間の条件で一次ホット
プレスを行い、次いで160℃、4MPa、1分間の条件で二
次ホットプレスを行って、電極構造体を作製した。
(5) Preparation of Electrode Structure The electrolyte membrane obtained in (1) above is sandwiched between the air electrode and fuel electrode obtained in (4) above, and a primary hot press is performed at 80 ° C., 5 MPa for 2 minutes. Then, secondary hot pressing was performed under the conditions of 160 ° C., 4 MPa, and 1 minute to produce an electrode structure.

【0055】(6) 特性の評価 (a) Q値の測定 電極構造体の片側がpH1の硫酸水溶液と接触し、対極側
が窒素ガスと接触するセルを用いて、電圧を-0.5Vから
1Vまでスキャンし、プロトンの吸着側のピーク面積か
らQ値(電荷,C/cm2)を求めた。結果を表1に示す。
(6) Evaluation of characteristics (a) Measurement of Q value Using a cell in which one side of the electrode structure is in contact with a sulfuric acid aqueous solution having pH 1 and the counter side is in contact with nitrogen gas, the voltage is changed from -0.5V to 1V. Scanning was performed to determine the Q value (charge, C / cm 2 ) from the peak area on the adsorption side of protons. The results are shown in Table 1.

【0056】(b) 発電電位の測定 上記電極構造体を単セルとし、空気極に空気を使用する
とともに燃料極に純水素を使用して発電を行い、電流密
度0.2 A/cm2時のセル電位(V)を測定した。発電条件は両
極とも、圧力100 kPa、利用率50%、相対湿度50%、及
び温度85℃とした。結果を表1に示す。
(B) Measurement of power generation potential A cell having a current density of 0.2 A / cm 2 when the above electrode structure is used as a single cell, air is used as an air electrode and pure hydrogen is used as a fuel electrode to generate power. The potential (V) was measured. The power generation conditions for both electrodes were a pressure of 100 kPa, a utilization rate of 50%, a relative humidity of 50%, and a temperature of 85 ° C. The results are shown in Table 1.

【0057】(c) 耐熱水性の評価 上記電極構造体を95℃の熱水に200時間浸漬した後のイ
オン交換容量をA(meq/g)とし、初期イオン交換容量
をB(meq/g)としたとき、(A/B)×100(%)を耐熱
水性とする。得られた耐熱水性の結果を表1に示す。
(C) Evaluation of hot water resistance The ion exchange capacity after immersing the above electrode structure in hot water at 95 ° C. for 200 hours is A (meq / g), and the initial ion exchange capacity is B (meq / g). In this case, (A / B) × 100 (%) is defined as hot water resistance. The results of hot water resistance obtained are shown in Table 1.

【0058】実施例2 スルホン化ポリ(4'-フェノキシベンゾイル-1,4-フェニ
レン)/スルホン化ポリエーテルエーテルケトンの固形
分重量比を90:10とした以外実施例1と同様にして、複
合高分子電解質膜を作製し、評価した。結果を表1に示
す。
Example 2 A composite was prepared in the same manner as in Example 1 except that the solid content weight ratio of sulfonated poly (4'-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) / sulfonated polyether ether ketone was 90:10. A polymer electrolyte membrane was prepared and evaluated. The results are shown in Table 1.

【0059】実施例3 スルホン化ポリ(4'-フェノキシベンゾイル-1,4-フェニ
レン)/スルホン化ポリエーテルエーテルケトンの固形
分重量比を85:15とした以外実施例1と同様にして、複
合高分子電解質膜を作製し、評価した。結果を表1に示
す。
Example 3 A composite was prepared in the same manner as in Example 1 except that the solid content weight ratio of sulfonated poly (4'-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) / sulfonated polyether ether ketone was 85:15. A polymer electrolyte membrane was prepared and evaluated. The results are shown in Table 1.

【0060】実施例4 スルホン化ポリ(4'-フェノキシベンゾイル-1,4-フェニ
レン)/スルホン化ポリエーテルエーテルケトンの固形
分重量比を80:20とした以外実施例1と同様にして、複
合高分子電解質膜を作製し、評価した。結果を表1に示
す。
Example 4 A composite was prepared in the same manner as in Example 1 except that the solid content weight ratio of sulfonated poly (4'-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) / sulfonated polyether ether ketone was 80:20. A polymer electrolyte membrane was prepared and evaluated. The results are shown in Table 1.

【0061】実施例5 スルホン化ポリ(4'-フェノキシベンゾイル-1,4-フェニ
レン)/スルホン化ポリエーテルエーテルケトンの固形
分重量比を70:30とした以外実施例1と同様にして、複
合高分子電解質膜を作製し、評価した。結果を表1に示
す。
Example 5 A composite was prepared in the same manner as in Example 1 except that the solid content weight ratio of sulfonated poly (4'-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) / sulfonated polyether ether ketone was 70:30. A polymer electrolyte membrane was prepared and evaluated. The results are shown in Table 1.

【0062】実施例6 スルホン化ポリ(4'-フェノキシベンゾイル-1,4-フェニ
レン)/スルホン化ポリエーテルエーテルケトンの固形
分重量比を60:40とした以外実施例1と同様にして、複
合高分子電解質膜を作製し、評価した。結果を表1に示
す。
Example 6 A composite was prepared in the same manner as in Example 1 except that the solid content weight ratio of sulfonated poly (4'-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) / sulfonated polyether ether ketone was 60:40. A polymer electrolyte membrane was prepared and evaluated. The results are shown in Table 1.

【0063】比較例1 スルホン化ポリ(4'-フェノキシベンゾイル-1,4-フェニ
レン)のみを使用した以外実施例1と同様にして、高分
子電解質膜を作製し、評価した。結果を表1に示す。
Comparative Example 1 A polymer electrolyte membrane was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that only sulfonated poly (4′-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) was used. The results are shown in Table 1.

【0064】[0064]

【表1】 注:(1) スルホン化ポリ(4'-フェノキシベンゾイル-
1,4-フェニレン)/スルホン化ポリエーテルエーテルケ
トンの固体分重量比。
[Table 1] Note: (1) Sulfonated poly (4'-phenoxybenzoyl-
Solids weight ratio of 1,4-phenylene) / sulfonated polyetheretherketone.

【0065】表1から明らかなように、本発明の複合高
分子電解質膜は、優れた発電性能及びQ値を有するとと
もに、耐熱水性にも優れている。
As is clear from Table 1, the composite polymer electrolyte membrane of the present invention has excellent power generation performance and Q value as well as excellent hot water resistance.

【0066】[0066]

【発明の効果】本発明の複合高分子電解質膜は2種以上
の非パーフルオロアルキレンスルホン酸系高分子電解質
からなり、少なくとも1種の非パーフルオロアルキレン
スルホン酸系高分子電解質がスルホン化ポリアリーレン
系重合体であるので、優れた発電性能を有するとともに
耐熱水性も有する。また非フッ素系高分子電解質からな
るので、低コスト化を達成できる。
The composite polymer electrolyte membrane of the present invention comprises two or more kinds of non-perfluoroalkylene sulfonic acid type polymer electrolytes, and at least one kind of non-perfluoroalkylene sulfonic acid type polymer electrolyte is sulfonated polyarylene. Since it is a polymer, it has excellent power generation performance and hot water resistance. Further, since it is made of a non-fluorine-based polymer electrolyte, cost reduction can be achieved.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01M 8/02 H01M 8/02 P (72)発明者 金岡 長之 埼玉県和光市中央一丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 相馬 浩 埼玉県和光市中央一丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 齋藤 信広 埼玉県和光市中央一丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 後藤 幸平 東京都中央区築地二丁目11番24号 ジェ イエスアール株式会社内 (72)発明者 高橋 昌之 東京都中央区築地二丁目11番24号 ジェ イエスアール株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−21943(JP,A) 特表 平10−507574(JP,A) 国際公開00/024796(WO,A1) 国際公開00/027513(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 1/06 H01M 8/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01M 8/02 H01M 8/02 P (72) Inventor Nagayuki Kanaoka 1-4-1, Chuo, Wako, Saitama Honda Motor Co., Ltd. Inside the Research Institute (72) Hiroshi Soma 1-4-1 Chuo 1-chome, Wako City, Saitama Prefecture Inside the Honda R & D Co., Ltd. (72) Inventor Nobuhiro Saito 1-4-1 Chuo 1 Wako City, Saitama Prefecture (72) Inventor Kohei Goto 2-11-24 Tsukiji, Chuo-ku, Tokyo, JRS Co., Ltd. (72) Inventor Masayuki Takahashi 2-11-24 Tsukiji, Chuo-ku, Tokyo (JR) (56) ) Reference Japanese Patent Laid-Open No. 10-21943 (JP, A) Japanese Patent Publication No. 10-507574 (JP, A) International Publication 00/024796 (WO, A1) International Publication 00/027513 (WO, A1) (58) ) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01B 1/06 H01M 8/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 2種以上の非パーフルオロアルキレンス
ルホン酸系高分子電解質を有する複合高分子電解質膜に
おいて、少なくとも1種の非パーフルオロアルキレンス
ルホン酸系高分子電解質がスルホン化ポリアリーレン重
合体からなり、前記スルホン化ポリアリーレン重合体の
ポリマー骨格は下記一般式(1) 【化1】 により表される構造単位及び下記一般式(2) 【化2】 により表される構造単位(ただし、一般式(1)及び
(2)において、芳香族環のCの一部はNに置換されて
いても良く、A〜A12は―F、―CN、―CHO、
―COR、―CR=NR´、―OR、―SR、―SO
R、―OCOR、―COR、―NRR´、―N=CR
R´、―NRCOR´、―CONRR´及びRからなる
群から選ばれたものであって、同一でも異なっていても
良く、Xは―Z―、―Z―Ph―及び―Ph―Z―Ph
―からなる群から選ばれたものであり、R及びR´は水
素、アルキル基、置換アルキル基、アリール基、置換ア
リール基、ヘテロアリール基及び置換へテロアリール基
からなる群から選ばれた少なくとも1種であって、同一
でも異なっていても良く、Phは置換又は無置換のフェ
ニレン基を表し、Zは―O―、―S―、―NR、―O
(CO)―、―O(CO)―、―(CO)NH(C
O)―、―NR(CO)―、フタルイミド、ピロメリッ
トイミド、―CO―、―SO―、―SO―、―P
(O)R―、―CH―、―CF―及び―CRR´―
からなる群から選ばれた2価の基を表す。)の少なくと
も一方又は両方で構成されていることを特徴とする複合
高分子電解質膜。
1. In a composite polymer electrolyte membrane having two or more non-perfluoroalkylene sulfonic acid type polymer electrolytes, at least one non-perfluoroalkylene sulfonic acid type polymer electrolyte is a sulfonated polyarylene polymer.
Of the sulfonated polyarylene polymer
The polymer skeleton has the following general formula (1): And a structural unit represented by the following general formula (2) : Structural unit represented by (provided that the general formula (1) and
In (2), part of C in the aromatic ring may be substituted with N, and A 1 to A 12 are —F, —CN, —CHO,
-COR, -CR = NR ', -OR, -SR, -SO 2
R, -OCOR, -CO 2 R, -NRR ', -N = CR
R ′, —NRCOR ′, —CONRR ′ and R, which may be the same or different, and X is —Z—, —Z—Ph— and —Ph—Z—Ph.
And R and R ′ are at least one selected from the group consisting of hydrogen, an alkyl group, a substituted alkyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group. , Which may be the same or different, Ph represents a substituted or unsubstituted phenylene group, Z represents —O—, —S—, —NR, —O
(CO) -, - O ( CO 2) -, - (CO) NH (C
O)-, -NR (CO)-, phthalimide, pyromellitic imide, -CO-, -SO-, -SO 2- , -P
(O) R -, - CH 2 -, - CF 2 - and -CRR'-
Represents a divalent group selected from the group consisting of ) Less
A composite polymer electrolyte membrane comprising one or both .
【請求項2】 第一及び第二の非パーフルオロアルキレ
ンスルホン酸系高分子電解質を含有する複合高分子電解
質膜において、前記第一の高分子電解質がスルホン化ポ
リアリーレン重合体からなり、前記スルホン化ポリアリ
ーレン重合体のポリマー骨格は下記一般式(1) 【化3】 により表される構造単位及び下記一般式(2) 【化4】 により表される構造単位(ただし、一般式(1)及び
(2)において、芳香族環のCの一部はNに置換されて
いても良く、A〜A12は―F、―CN、―CHO、
―COR、―CR=NR´、―OR、―SR、―SO
R、―OCOR、―COR、―NRR´、―N=CR
R´、―NRCOR´、―CONRR´及びRからなる
群から選ばれたものであって、同一でも異なっていても
良く、Xは―Z―、―Z―Ph―及び―Ph―Z―Ph
―からなる群から選ばれたものであり、R及びR´は水
素、アルキル基、置換アルキル基、アリール基、置換ア
リール基、ヘテロアリール基及び置換へテロアリール基
からなる群から選ばれた少なくとも1種であって、同一
でも異なっていても良く、Phは置換又は無置換のフェ
ニレン基を表し、Zは―O―、―S―、―NR、―O
(CO)―、―O(CO)―、―(CO)NH(C
O)―、―NR(CO)―、フタルイミド、ピロメリッ
トイミド、―CO―、―SO―、―SO―、―P
(O)R―、―CH―、―CF―及び―CRR´―
からなる群から選ばれた2価の基を表す。)の少なくと
も一方又は両方で構成されており、前記第二の高分子電
解質がスルホン化ポリエーテル系重合体からなることを
特徴とする複合高分子電解質膜。
2. A composite polymer electrolyte membrane containing first and second non-perfluoroalkylene sulfonic acid polymer electrolytes, wherein the first polymer electrolyte is sulfonated.
Made of riaarylene polymer, said sulfonated polyary
The polymer skeleton of the ethylene polymer is represented by the following general formula (1): And a structural unit represented by the following general formula (2) : Structural unit represented by (provided that the general formula (1) and
In (2), part of C in the aromatic ring may be substituted with N, and A 1 to A 12 are —F, —CN, —CHO,
-COR, -CR = NR ', -OR, -SR, -SO 2
R, -OCOR, -CO 2 R, -NRR ', -N = CR
R ′, —NRCOR ′, —CONRR ′ and R, which may be the same or different, and X is —Z—, —Z—Ph— and —Ph—Z—Ph.
And R and R ′ are at least one selected from the group consisting of hydrogen, an alkyl group, a substituted alkyl group, an aryl group, a substituted aryl group, a heteroaryl group and a substituted heteroaryl group. , Which may be the same or different, Ph represents a substituted or unsubstituted phenylene group, Z represents —O—, —S—, —NR, —O
(CO) -, - O ( CO 2) -, - (CO) NH (C
O)-, -NR (CO)-, phthalimide, pyromellitic imide, -CO-, -SO-, -SO 2- , -P
(O) R -, - CH 2 -, - CF 2 - and -CRR'-
Represents a divalent group selected from the group consisting of ) Less
Also consists of one or both, the composite polymer electrolyte membrane wherein the second polymer electrolyte characterized by comprising the sulfonated polyether polymer.
【請求項3】 請求項1に記載の複合高分子電解質膜に
おいて、前記スルホン化ポリアリーレン系重合体の含有
量が全体の50〜95重量%であることを特徴とする複
合高分子電解質膜。
3. The composite polymer electrolyte membrane according to claim 1, wherein the content of the sulfonated polyarylene polymer is 50 to 95% by weight of the whole.
【請求項4】 請求項2に記載の複合高分子電解質膜に
おいて、前記スルホン化ポリアリーレン系重合体の含有
量が全体の50〜95重量%であることを特徴とする複
合高分子電解質膜。
4. The composite polymer electrolyte membrane according to claim 2, wherein the content of the sulfonated polyarylene polymer is 50 to 95% by weight based on the total weight of the composite polymer electrolyte membrane.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載の複合高
分子電解質膜を有することを特徴とする燃料電池。
5. A fuel cell comprising the composite polymer electrolyte membrane according to any one of claims 1 to 4.
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