JP4294457B2 - プロトン伝導体組成物およびプロトン伝導膜 - Google Patents
プロトン伝導体組成物およびプロトン伝導膜 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4294457B2 JP4294457B2 JP2003411754A JP2003411754A JP4294457B2 JP 4294457 B2 JP4294457 B2 JP 4294457B2 JP 2003411754 A JP2003411754 A JP 2003411754A JP 2003411754 A JP2003411754 A JP 2003411754A JP 4294457 B2 JP4294457 B2 JP 4294457B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- group
- proton
- membrane
- sulfonic acid
- polyarylene
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 0 *c1ccc(*)c(*)c1 Chemical compound *c1ccc(*)c(*)c1 0.000 description 10
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N C1CCCCC1 Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SIWXRSVHUOVSLG-UHFFFAOYSA-N C=CC(CC1OCCC1)c1cc(OCc(cc2)ccc2N=O)ccc1C(C1)C1c(cc1)ccc1C(Cc(cc(C1C=C1)cc1)c1N)=O Chemical compound C=CC(CC1OCCC1)c1cc(OCc(cc2)ccc2N=O)ccc1C(C1)C1c(cc1)ccc1C(Cc(cc(C1C=C1)cc1)c1N)=O SIWXRSVHUOVSLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MPRAJBKYUVARIJ-UHFFFAOYSA-N Nc(cc1)cc([NH+](c(cc2)ccc2-c2ccccc2)[O-])c1N Chemical compound Nc(cc1)cc([NH+](c(cc2)ccc2-c2ccccc2)[O-])c1N MPRAJBKYUVARIJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HAAHUBMLTCESID-UHFFFAOYSA-N Nc(cc1)cc([NH+](c(cc2)ccc2Oc2ccccc2)[O-])c1N Chemical compound Nc(cc1)cc([NH+](c(cc2)ccc2Oc2ccccc2)[O-])c1N HAAHUBMLTCESID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VMMYKKFDMOIYRY-UHFFFAOYSA-N Nc(cc1)cc([NH+](c2cc3ccccc3cc2)[O-])c1N Chemical compound Nc(cc1)cc([NH+](c2cc3ccccc3cc2)[O-])c1N VMMYKKFDMOIYRY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N c1ccccc1 Chemical compound c1ccccc1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/20—Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
- C08J5/22—Films, membranes or diaphragms
- C08J5/2206—Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
- C08J5/2218—Synthetic macromolecular compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
- H01B1/12—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
- H01B1/122—Ionic conductors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
- H01M8/1025—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having only carbon and oxygen, e.g. polyethers, sulfonated polyetheretherketones [S-PEEK], sulfonated polysaccharides, sulfonated celluloses or sulfonated polyesters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
- H01M8/1027—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having carbon, oxygen and other atoms, e.g. sulfonated polyethersulfones [S-PES]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
- H01M8/103—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having nitrogen, e.g. sulfonated polybenzimidazoles [S-PBI], polybenzimidazoles with phosphoric acid, sulfonated polyamides [S-PA] or sulfonated polyphosphazenes [S-PPh]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
- H01M8/1032—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having sulfur, e.g. sulfonated-polyethersulfones [S-PES]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/1039—Polymeric electrolyte materials halogenated, e.g. sulfonated polyvinylidene fluorides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/1041—Polymer electrolyte composites, mixtures or blends
- H01M8/1046—Mixtures of at least one polymer and at least one additive
- H01M8/1051—Non-ion-conducting additives, e.g. stabilisers, SiO2 or ZrO2
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0082—Organic polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Polyethers (AREA)
- Other Resins Obtained By Reactions Not Involving Carbon-To-Carbon Unsaturated Bonds (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Description
(1) 非導電性のフィラー粒子と、スルホン酸基を有するポリアリーレンとからなることを特徴とするプロトン伝導体組成物。
(2) 上記スルホン酸基を有するポリアリーレンが、下記一般式(A)で表される構成単位および下記一般式(B)で表される構成単位を含むことを特徴とする(1)に記載のプロトン伝導体組成物。
し、nは0〜10の整数を示し、kは1〜4の整数を示す。)
(3) (1)または(2)のいずれかに記載のプロトン伝導体組成物からなることを特徴とするプロトン伝導膜。
(4) プロトン伝導膜中の非導電性のフィラー粒子の含有量が3〜50体積%であり、かつ該非導電性のフィラー粒子の粒径がプロトン伝導膜の厚さの3〜90%であることをと特徴とする(3)に記載のプロトン伝導膜。
本発明で用いられる非導電性のフィラーは、プロトン伝導膜が軟化した場合でも、その存在によりプロトン伝導膜の厚みを保持する機能を有する粒子であり、電極の短絡を防止するために非導電性である。このような機能を有する非導電性のフィラーとしては、シリカ、チタニア、アルミナ等の酸化物、ペロブスカイト、スピネル等の複合酸化物、石英、ケイ酸塩ガラス等のガラス、炭化チタン、炭化ケイ素等の炭化物、窒化ホウ素、窒化ケイ素等の窒化物、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ化樹脂等のプラスチック等などが挙げられる。これらは、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
伝導膜の厚さの3〜90%、好ましくは20〜70%であることが望ましい。非導電性フィラー粒子の大きさが上記範囲未満の場合は、電極の充分な短絡防止効果が得られないことがあり、上記範囲を超えると、プロトン伝導膜の均一性が低下し、非導電性フィラー粒子が膜を貫通して欠陥が生じやすくなる。なお、非導電性フィラー粒子の具体的な粒径としては、0.5〜50μm、好ましくは1〜30μmであることが望ましい。
本発明に用いられるスルホン酸基を有するポリアリーレンは、下記一般式(A)で表される構成単位と、下記一般式(B)で表される構成単位とを含む下記一般式(C)で表される重合体である。
−SO−、−CONH−、−COO−、−(CF2)l−(ここで、lは1〜10の整数である)、−C(CF3)2−などが挙げられる。
−(CH2)−、−C(CH3)2−、−O−、−S−、−CH=CH−、−C≡C―およ
び
ル基のm位の場合、0.06以上、p位の場合、0.01以上の値となる基をいう。
はフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナンチル基などが挙げられる。これらの基のうち、フェニル基、ナフチル基が好ましい。
スルホン酸基を有するポリアリーレンは、上記一般式(A)で表される構造単位となりうるスルホン酸エステル基を有するモノマーと、上記一般式(B)で表される構造単位となりうるオリゴマーとを共重合させ、スルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを製造し、このスルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを加水分解して、スルホン酸エステル基をスルホン酸基に変換することにより合成することができる。
ここで、Gはアルキル基、フッ素置換アルキル基またはアリール基を示す。)から選ばれる原子または基を示し、Y、Z、Ar、m、nおよびkは、それぞれ上記一般式(A)中のY、Z、Ar、m、nおよびkと同義である。
チル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、tert-ブチル基、iso-ブチル
基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ネオペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、シクロペンチルメチル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチル基、アダマンタンメチル基、2−エチルヘキシル基、ビシクロ[2.2.1]へプチル基、ビシクロ[2.2.1]へプチルメチル基、テトラヒドロフルフリル基、2−メチルブチル基、3,3−ジメチル−2,4−ジオキソランメチル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチルメチル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチルメチル基などの直鎖状炭化水素基、分岐状炭化水素基、脂環式炭化水素基、5員の複素環を有する炭化水素基などが挙げられる。これらの中では、n−ブチル基、ネオペンチル基、テトラヒドロフルフリル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチルメチル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチルメチル基が好ましく、特にネオペンチル基が好ましい。
には上記炭素原子数1〜20の炭化水素基などが挙げられる。これらの中では、n−ブチル基、ネオペンチル基、テトラヒドロフルフリル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチルメチル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチルメチル基が好ましく、特にネオペンチル基が好ましい。
置き換わり、かつ−CO−が−SO2−に置き換わった化合物なども挙げられる。
ることが、重合工程中の安定性に優れ、脱エステル化によるスルホン酸の生成に起因する重合阻害や架橋を引き起こさない点で好ましく、さらには、これらのエステル基は1級アルコール由来でβ位が4級炭素であることが好ましい。
−CO−が−SO2−に置き換わった化合物、上記化合物において塩素原子が臭素原子に
置き換わり、かつ−CO−が−SO2−に置き換わった化合物なども挙げられる。
ハロゲン原子または−OSO2G(ここで、Gはアルキル基、フッ素置換アルキル基また
はアリール基を示す。)で表される基を示す。Gが示すアルキル基としてはメチル基、エチル基などが挙げられ、フッ素置換アルキル基としてはトリフルオロメチル基などが挙げられ、アリール基としてはフェニル基、p−トリル基などが挙げられる。
ロロ安息香酸−4−クロロフェニル、ビス(4−クロロフェニル)スルホキシド、ビス(4−クロロフェニル)スルホン、2,6−ジクロロベンゾニトリル、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレンが挙げられる。これらの化合物において塩素原子が臭素原子またはヨウ素原子に置き換わった化合物、さらにこれらの化合物において4位に置換したハロゲン原子の少なくとも1つ以上が3位に置換した化合物などが挙げられる。
4'−ビス(4−クロロベンゾイル)ジフェニルエーテル、4,4'−ビス(4−クロロベ
ンゾイルアミノ)ジフェニルエーテル、4,4'−ビス(4−クロロフェニルスルホニル)ジフェニルエーテル、4,4'−ビス(4−クロロフェニル)ジフェニルエーテルジカルボキシレート、4,4'−ビス〔(4−クロロフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフル
オロプロピル〕ジフェニルエーテル、4,4'−ビス〔(4−クロロフェニル)テトラフルオロエチル〕ジフェニルエーテル、これらの化合物において塩素原子が臭素原子またはヨウ素原子に置き換わった化合物、さらにこれらの化合物において4位に置換したハロゲン原子が3位に置換した化合物、さらにこれらの化合物においてジフェニルエーテルの4位に置換した基の少なくとも1つが3位に置換した化合物などが挙げられる。
クロロベンゾイル)フェノキシ}フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロ
パン、ビス[4−{4−(4−クロロベンゾイル)フェノキシ}フェニル]スルホン、および下記式で表される化合物などが挙げられる。
(3−ニトロ−4−クロロフェニル)スルホン、2,6−ジクロロベンゾニトリル、2,6−ジフルオロベンゾニトリル、ヘキサフルオロベンゼン、デカフルオロビフェニル、2,
5−ジフルオロベンゾフェノン、1,3−ビス(4−クロロベンゾイル)ベンゼンなどを
反応させる。反応性から言えば、フッ素化合物が好ましいが、次の芳香族カップリング反応を考慮した場合、末端が塩素原子となるように芳香族求核置換反応を組み立てる必要がある。
また、特開平2−159号公報に記載のように求核置換反応と親電子置換反応を組み合わせて、目的の電子吸引性基および電子供与性基からなる屈曲性化合物を合成してもよい。
基とを組み合わせた化合物、具体的には2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ケト
ン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホンなどのビスフェノールのアルカリ
金属塩と、過剰の4,4−ジクロロベンゾフェノン、ビス(4−クロロフェニル)スルホンなどの活性芳香族ハロゲン化合物との置換反応を、N−メチル−2−ピロリドン、N,N
−ジメチルアセトアミド、スルホランなどの極性溶媒の存在下で前記単量体の合成手法に順次重合して得られる。
シクロオクタジエン、1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパンなどが挙げられる
。これらのうち、トリフェニルホスフィン、2,2'−ビピリジンが好ましい。上記配位子成分である化合物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
ロオクタジエン)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスフィン)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスファイト)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウムなどが挙げられる。これらのうち、塩化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、塩化ニッケル(2,2'−ビピリジン)が好ましい。
N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリド
ン、γ−ブチロラクトン、N,N'−ジメチルイミダゾリジノンなどが挙げられる。これらのうち、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N,N'−ジメチルイミダゾリジノンが好ましい。これらの重合溶媒は、十分に乾燥してから用いることが好ましい。
た、重合時間は、通常、0.5〜100時間、好ましくは1〜40時間である。
(1)少量の塩酸を含む過剰量の水またはアルコールに、上記スルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを投入し、5分間以上撹拌する方法
(2)トリフルオロ酢酸中で、上記スルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを80〜120℃程度の温度で5〜10時間程度反応させる方法
(3)スルホン酸エステル基を有するポリアリーレン中のスルホン酸エステル基(−SO3R)1モルに対して1〜3倍モルのリチウムブロマイドを含む溶液、例えばN−メチル
ピロリドンなどの溶液中で、上記ポリアリーレンを80〜150℃程度の温度で3〜10時間程度反応させた後、塩酸を添加する方法
などを挙げることができる。
−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート](商品名:IRGANOX 259
)、2,4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−3,5−トリアジン(商品名:IRGANOX 565)、ペンタエリスリチルーテトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート](商品名:IRGANOX 1010)、2,2−チオ−ジエチレンビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4
−ヒドロキシフェニル)プロピオネート](商品名:IRGANOX 1035)、オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート)(商品名:IRGANOX
1076)、N,N−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−t−ブチルー4−ヒドロキシ−ヒドロシンナマミド)(IRGAONOX 1098)、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン(商品名:IRGANOX 1330)、トリス−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−イソシアヌレイト(商品名:IRGANOX 3114)、3,9−ビス[2−〔3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチ
ルフェニル)プロピオニルオキシ〕−1,1−ジメチルエチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン(商品名:Sumilizer GA-80)などを挙げることができる。
本発明に係るプロトン伝導体組成物は、上述したような非導電性フィラーと、スルホン酸基を有するポリアリーレンとからなる。なお、上記非導電性フィラー粒子およびスルホン酸基を有するポリアリーレン以外に、硫酸、リン酸などの無機酸、カルボン酸を含む有機酸、適量の水などが含まれても良い。
本発明に係るプロトン伝導膜は、上記のプロトン伝導体組成物からなる。なお、本発明のプロトン伝導膜には、上記非導電性フィラー粒子およびスルホン酸基を有するポリアリーレン以外に、硫酸、リン酸などの無機酸、カルボン酸を含む有機酸、適量の水などが含まれても良い。
る。
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
得られたスルホン酸基を有する重合体の水洗水が中性になるまで洗浄し、フリーに残存している酸を除いて充分に水洗し、乾燥後、所定量を秤量し、THF/水の混合溶剤に溶解したフェノールフタレインを指示薬とし、NaOHの標準液を用いて滴定を行い、中和点からスルホン酸当量を求めた。
スルホン酸基を有しないポリアリーレン重量平均分子量は、溶剤としてテトラヒドロフラン(THF)を用い、GPCによって、ポリスチレン換算の分子量を求めた。スルホン酸基を有するポリアリーレンの分子量は、溶剤として臭化リチウムと燐酸を添加したN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を溶離液として用い、GPCによって、ポリスチレン換算の分子量を求めた。
得られた固体電解質フィルムを2枚の電極層(Pt担持量0.5mg/cm2)で挟み、80℃、5MPaで2分間の1次ホットプレスの後、160℃、4MPaで1分間の2次ホットプレスを行い、電極接合体を作製した。次に、作製した電極膜接合体を2枚のチタン製の集電体で挟み、さらにその外側にヒーターを配置し、有効面積25cm2の燃料電
池を組み立てた。
撹拌機、温度計、冷却管、Dean-Stark管、窒素導入の三方コックを取り付けた1Lの三つ口のフラスコに、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキ
サフルオロプロパン(ビスフェノールAF)67.3g(0.20モル)、4,4'−ジクロロベンゾフェノン(4,4'−DCBP)60.3g(0.24モル)、炭酸カリウム71.9g(0.52モル)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)300mL、ト
ルエン150mLをとり、オイルバス中、窒素雰囲気下で加熱し撹拌下130℃で反応させた。反応により生成する水をトルエンと共沸させ、Dean-Stark管で系外に除去しながら反応させると、約3時間で水の生成がほとんど認められなくなった。その後、反応温度を130℃から徐々に150℃まで上げながら大部分のトルエンを除去し、150℃で10時間反応を続けた後、4,4'−DCBP10.0g(0.040モル)を加え、さらに5時間反応させた。得られた反応液を放冷後、副生した無機化合物の沈殿物を濾過除去し、濾液を4Lのメタノール中に投入した。沈殿した生成物を濾別、回収して乾燥後、テトラヒドロフラン300mLに溶解した。これをメタノール4Lに投入して再沈殿させ、目的の化合物95g(収率85%)を得た。
ルホランなどに可溶で、Tg(ガラス転移温度)が110℃、熱分解温度が498℃であった。
撹拌機、温度計、冷却管、Dean-Stark管、窒素導入の三方コックを取り付けた1Lの三つ口のフラスコに、4−[4−(2,5−ジクロロベンゾイル)フェノキシ]ベンゼンス
ルホン酸neo-ペンチル(A−SO3 neo-Pe)39.58g(98.64ミリモル)、合成例1で得られたBCPAFオリゴマー(Mn=11,200)15.23g(1.36
ミリモル)、Ni(PPh3)2Cl2 1.67g(2.55ミリモル)、PPh3 10.49g(40ミリモル)、NaI 0.45g(3ミリモル)、亜鉛末 15.69g(240ミリモル)および乾燥NMP 390mLを窒素下で加えた。反応系を攪拌下に加熱
し(最終的には75℃まで加温)、3時間反応させた。重合反応液をTHF 250mL
で希釈し、30分攪拌し、セライトを濾過助剤に用いて濾過し、濾液を大過剰のメタノール1500mLに注いで凝固させた。凝固物を濾集、風乾し、さらにTHF/NMP(それぞれ200/300mL)に再溶解し、大過剰のメタノール1500mLで凝固析出させた。風乾後、加熱乾燥により目的の黄色繊維状のネオペンチル基で保護されたスルホン酸誘導体からなる共重合体(PolyAB-SO3neo-Pe)47.0g(収率99%)を得た。GPCによる分子量は、数平均分子量(Mn)が47,600、Mwが159,000であった。
した。反応系に、メタノール50mLと濃塩酸8mLとの混合物を一時に加えた。懸濁状態となりながら、温和の還流条件で10時間反応させた。蒸留装置を設置し、過剰のメタノールを溜去させ、淡緑色の透明溶液を得た。この溶液を大量の水/メタノール(1:1
重量比)中に注いで、ポリマーを凝固させた後、洗浄水のpHが6以上となるまで、イオン交換水でポリマーを洗浄した。こうして得られたポリマーのIRスペクトルおよびイオン交換容量の定量分析から、スルホン酸エステル基(−SO3Ra)は定量的にスルホン酸基(−SO3H)に転換していることがわかった。
合成例2で得られたスルホン酸を有するポリアリーレンから作製されたフィルムと、粒径5μmのチタニア粒子とを、体積比で80体積%:20体積%(フィルム:粒子)となるようにポリ瓶へ添加し、γーブチロラクトンを加え、ディスパーサーにより20分攪拌し、均一分散させた。
合成例2で得られたスルホン酸を有するポリアリーレン60gを1000ccのポリ瓶にとり、γーブチロラクトン340gを加え溶解させた。
Nafion(商品名、Dupont社製)の20.6%水−アルコール溶液(水:アルコール=20:60)(商品名、Dupont社製)から作製したフィルムと、粒径5μmのチタニア粒子とを、体積比で80体積%:20体積%(フィルム:粒子)となるようにポリ瓶へ添加し、エタノールを加え、ディスパーサーにより20分攪拌し、均一分散させた。
Claims (3)
- 非導電性のフィラー粒子と、下記一般式(A)で表される構成単位および下記一般式(B)で表される構成単位を含むポリアリーレンとからなることを特徴とするプロトン伝導体組成物。
−(lは1〜10の整数である)または−C(CF 3 ) 2 −を示し、Zは−(CH 2 )−、
−C(CH 3 ) 2 −、−O−、−S−、−CH=CH−、−C≡C―、
は0〜10の整数を示し、nは0を示し、kは1〜4の整数を示す。)
Wは−CO−、−SO 2 −、−SO−、−CONH−、−COO−、−(CF 2 ) l −(lは
1〜10の整数である)、−C(CF 3 ) 2 −または単結合を示し、
Tは−CO−、−SO 2 −、−SO−、−CONH−、−COO−、−(CF 2 ) l −(lは
1〜10の整数である)、−C(CF 3 ) 2 −、−(CH 2 )−、−C(CH 3 ) 2 −、−O
−、−S−、−CH=CH−、−C≡C―、
pは0または正の整数を示す。) - 請求項1に記載のプロトン伝導体組成物からなることを特徴とするプロトン伝導膜。
- 上記非導電性のフィラー粒子がプロトン伝導膜中に3〜50体積%の割合で含有されており、かつ該非導電性のフィラー粒子の粒径がプロトン伝導膜の厚さの3〜90%であることを特徴とする請求項2に記載のプロトン伝導膜。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003411754A JP4294457B2 (ja) | 2003-12-10 | 2003-12-10 | プロトン伝導体組成物およびプロトン伝導膜 |
US11/007,329 US20050130024A1 (en) | 2003-12-10 | 2004-12-09 | Proton conductive composition and proton conductive membrane |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003411754A JP4294457B2 (ja) | 2003-12-10 | 2003-12-10 | プロトン伝導体組成物およびプロトン伝導膜 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005171052A JP2005171052A (ja) | 2005-06-30 |
JP4294457B2 true JP4294457B2 (ja) | 2009-07-15 |
Family
ID=34650445
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003411754A Expired - Fee Related JP4294457B2 (ja) | 2003-12-10 | 2003-12-10 | プロトン伝導体組成物およびプロトン伝導膜 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20050130024A1 (ja) |
JP (1) | JP4294457B2 (ja) |
Families Citing this family (33)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006344438A (ja) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Honda Motor Co Ltd | 固体高分子型燃料電池用膜−電極構造体 |
WO2007010730A1 (ja) * | 2005-07-15 | 2007-01-25 | Jsr Corporation | 固体高分子型燃料電池用電極電解質 |
JP4830610B2 (ja) * | 2006-04-25 | 2011-12-07 | Jsr株式会社 | 芳香族化合物及びスルホン化ポリアリーレン系重合体 |
JP2008140779A (ja) * | 2006-11-09 | 2008-06-19 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 膜−電極接合体 |
JP2008293960A (ja) * | 2007-04-23 | 2008-12-04 | Canon Inc | 導電性部材とこれを用いたスペーサ、及び画像表示装置 |
US8030405B2 (en) * | 2008-05-09 | 2011-10-04 | GM Global Technology Operations LLC | Blended PEM's with elastomers for improved mechanical durability |
US7888433B2 (en) * | 2008-05-09 | 2011-02-15 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Sulfonated-polyperfluoro-cyclobutane-polyphenylene polymers for PEM fuel cell applications |
US8008404B2 (en) * | 2008-05-09 | 2011-08-30 | GM Global Technology Operations LLC | Composite membrane |
US7897692B2 (en) * | 2008-05-09 | 2011-03-01 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Sulfonated perfluorocyclobutane block copolymers and proton conductive polymer membranes |
US7897691B2 (en) * | 2008-05-09 | 2011-03-01 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Proton exchange membranes for fuel cell applications |
US7985805B2 (en) * | 2008-05-09 | 2011-07-26 | GM Global Technology Operations LLC | Polyelectrolyte membranes comprised of blends of PFSA and sulfonated PFCB polymers |
US7897693B2 (en) * | 2008-05-09 | 2011-03-01 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Proton conductive polymer electrolytes and fuel cells |
US8003732B2 (en) * | 2008-08-25 | 2011-08-23 | GM Global Technology Operations LLC | Gradient reinforced proton exchange membrane |
US7976730B2 (en) * | 2008-08-25 | 2011-07-12 | GM Global Technology Operations LLC | Blends of low equivalent molecular weight PFSA ionomers with Kynar 2751 |
US20110045381A1 (en) * | 2009-08-18 | 2011-02-24 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Hydrocarbon PEM Membranes with Perfluorosulfonic Acid Groups for Automotive Fuel Cells |
US8852823B2 (en) * | 2009-08-26 | 2014-10-07 | GM Global Technology Operations LLC | Sodium stannate additive to improve the durability of PEMS for H2/air fuel cells |
US8053530B2 (en) * | 2009-08-26 | 2011-11-08 | GM Global Technology Operations LLC | Polyelectrolyte membranes made of poly(perfluorocyclobutanes) with pendant perfluorosulfonic acid groups and blends with poly(vinylidene fluoride) |
US20110053009A1 (en) * | 2009-08-28 | 2011-03-03 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Customized water vapor transfer membrane layered structure |
US7972732B2 (en) * | 2009-08-28 | 2011-07-05 | GM Global Technology Operations LLC | Perfluorocyclobutane based water vapor transfer membranes with side chain perfluorosulfonic acid moieties |
US8058352B2 (en) * | 2009-08-28 | 2011-11-15 | GM Global Technology Operations LLC | Perfluorocyclobutane based water vapor transfer membranes |
US8354201B2 (en) * | 2009-08-28 | 2013-01-15 | GM Global Technology Operations LLC | Fuel cell with spatially non-homogeneous ionic membrane |
US20110053008A1 (en) * | 2009-08-28 | 2011-03-03 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Water vapor transfer membrane and paper integrated assembly |
US8048963B2 (en) * | 2009-08-31 | 2011-11-01 | GM Global Technology Operations LLC | Ion exchange membrane having lamellar morphology and process of making the same |
US8409765B2 (en) * | 2009-08-31 | 2013-04-02 | GM Global Technology Operations LLC | Co(II)tetramethoxyphenylporphyrin additive to PFSA PEMS for improved fuel cell durability |
US8252712B2 (en) * | 2009-11-13 | 2012-08-28 | GM Global Technology Operations LLC | Polymer dispersant addition to fuel cell electrode inks for improved manufacturability |
US20110159404A1 (en) * | 2009-12-29 | 2011-06-30 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Polyolefin Support to Prevent Dielectric Breakdown in PEMS |
US20110159405A1 (en) * | 2009-12-30 | 2011-06-30 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Hydrophilic Polyelectrolyte Membranes Containing Poly(Vinyl Acetate) and Poly(Vinyl Alcohol) |
US20110165497A1 (en) * | 2010-01-06 | 2011-07-07 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Method for Mitigating Fuel Cell Chemical Degradation |
US7989512B1 (en) | 2010-03-17 | 2011-08-02 | GM Global Technology Operations LLC | Polyelectrolyte membranes derived from soluble perfluorocyclobutane polymers with sulfonyl chloride groups |
US8735021B2 (en) | 2010-04-16 | 2014-05-27 | GM Global Technology Operations LLC | Cobalt(II) tetramethoxyphenylporphyrin (CoTMPP) ionomer stabilization to prevent electrode degradation |
US8044146B1 (en) | 2010-04-16 | 2011-10-25 | GM Global Technology Operations LLC | Combination of main-chain and side-chain sulfonation of PFCB-6F high-temperature fuel cell membranes |
US8609739B2 (en) | 2011-02-17 | 2013-12-17 | GM Global Technology Operations LLC | Poly(perfluorocyclobutane) ionomer with phosphonic acid groups for high temperature fuel cells |
JP7296933B2 (ja) * | 2020-12-28 | 2023-06-23 | プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社 | 蓋体および密閉型電池 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57172927A (en) * | 1981-03-20 | 1982-10-25 | Asahi Glass Co Ltd | Cation exchange membrane for electrolysis |
JP3975908B2 (ja) * | 2002-08-22 | 2007-09-12 | Jsr株式会社 | 新規な芳香族スルホン酸エステル誘導体、ポリアリーレン、スルホン酸基を有するポリアリーレンおよびその製造方法、ならびにプロトン伝導膜およびその製造方法 |
-
2003
- 2003-12-10 JP JP2003411754A patent/JP4294457B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-12-09 US US11/007,329 patent/US20050130024A1/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20050130024A1 (en) | 2005-06-16 |
JP2005171052A (ja) | 2005-06-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4294457B2 (ja) | プロトン伝導体組成物およびプロトン伝導膜 | |
JP4788136B2 (ja) | プロトン伝導膜およびその製造方法 | |
JP2005162772A (ja) | プロトン伝導体組成物およびプロトン伝導膜 | |
JP2005166557A (ja) | 高分子電解質複合膜およびその製造法、ならびにそれを用いた固体高分子型燃料電池 | |
JP5076273B2 (ja) | プロトン伝導膜 | |
JP2004196947A (ja) | 新規な芳香族スルホン酸エステル誘導体、ポリアリーレン、スルホン酸基を有するポリアリーレンおよびその製造方法、ならびに高分子固体電解質およびプロトン伝導膜 | |
JP2006032181A (ja) | 固体高分子型燃料電池用膜・電極構造体及び固体高分子型燃料電池 | |
JP2006032180A (ja) | 固体高分子型燃料電池用膜・電極構造体及び固体高分子型燃料電池 | |
JP4665396B2 (ja) | ミクロ相分離構造によりメタノール透過抑制が改良されたプロトン伝導膜 | |
US20050106469A1 (en) | Proton conductive composition and proton conductive membrane | |
JP2005197236A (ja) | 固体高分子型燃料電池およびそれに用いる膜・電極構造体 | |
JP2006096871A (ja) | プロトン伝導体組成物およびプロトン伝導性複合膜 | |
JP2005220193A (ja) | 重合体組成物およびプロトン伝導膜 | |
JP2005190675A (ja) | 固体高分子電解質膜および固体高分子電解質型燃料電池 | |
JP4077395B2 (ja) | プロトン伝導体組成物およびプロトン伝導膜 | |
JP2005336310A (ja) | プロトン酸基を有する重合体、高分子固体電解質およびプロトン伝導膜 | |
JP4290532B2 (ja) | プロトン伝導体組成物およびプロトン伝導膜 | |
JP2006172861A (ja) | 燃料電池用膜−電極接合体 | |
JP2005246800A (ja) | プロトン伝導性複合膜およびその製造方法 | |
JP2005216613A (ja) | 複合膜およびその製造方法 | |
JP2005232315A (ja) | 高分子電解質およびプロトン伝導膜 | |
JP2005248128A (ja) | ポリアリーレン組成物およびプロトン伝導膜 | |
JP2005239833A (ja) | スルホン酸基を有するポリアリーレンおよびそれからなるプロトン伝導膜ならびにスルホン酸基を有するポリアリーレンの製造方法 | |
JP2006335816A (ja) | プロトン伝導体組成物およびプロトン伝導性複合膜 | |
JP2005171027A (ja) | プロトン伝導膜の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050727 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070823 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080408 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080605 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081007 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081205 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090331 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090408 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120417 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4294457 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120417 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130417 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130417 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140417 Year of fee payment: 5 |
|
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 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |