JP4437663B2 - Proton conducting polymer electrolyte, proton conducting polymer electrolyte membrane and membrane-electrode assembly, and solid polymer fuel cell - Google Patents

Proton conducting polymer electrolyte, proton conducting polymer electrolyte membrane and membrane-electrode assembly, and solid polymer fuel cell Download PDF

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Description

本発明は、プロトン伝導性高分子電解質、プロトン伝導性高分子電解質膜及び膜−電極接合体、並びに固体高分子形燃料電池に関する。   The present invention relates to a proton conductive polymer electrolyte, a proton conductive polymer electrolyte membrane and a membrane-electrode assembly, and a solid polymer fuel cell.

スルホン酸基などのプロトン伝導性置換基を含有する高分子化合物は、固体高分子形燃料電池、湿度センサー、ガスサンサー、エレクトクロミック表示素子などの電気化学素子の原料として使用される。これらの中でも、固体高分子形燃料電池は、新エネルギー技術の柱の一つとして期待されている。プロトン伝導性置換基を有する高分子化合物からなる電解質膜を使用する固体高分子形燃料電池は、低温における作動、小型軽量化が可能などの特徴から、自動車などの移動体、家庭用コージェネレーションシステム、および民生用小型携帯機器などへの適用が検討されている。特に、メタノールを直接燃料に使用する直接メタノール形燃料電池は、単純な構造と燃料供給やメンテナンスの容易さ、さらには高エネルギー密度などの特徴を有し、リチウムイオン二次電池代替として、携帯電話やノート型パソコンなどの民生用小型携帯機器への応用が期待されている。   Polymer compounds containing proton conductive substituents such as sulfonic acid groups are used as raw materials for electrochemical devices such as solid polymer fuel cells, humidity sensors, gas sensors, and electrochromic display devices. Among these, the polymer electrolyte fuel cell is expected as one of the pillars of new energy technology. A polymer electrolyte fuel cell that uses an electrolyte membrane made of a polymer compound having a proton-conducting substituent can be operated at low temperatures and can be reduced in size and weight. , And application to small portable devices for consumer use. In particular, direct methanol fuel cells that use methanol directly as fuel have a simple structure, ease of fuel supply and maintenance, and high energy density. It is expected to be applied to consumer portable devices such as laptop computers and notebook computers.

固体高分子形燃料電池に使用されるプロトン伝導性電解質膜としては、ナフィオン(Nafion)(登録商標)に代表されるパーフルオロカーボンスルホン酸膜が広く検討されている。パーフルオロカーボンスルホン酸膜は、高いプロトン伝導度を有し、耐酸性、耐酸化性などの化学的安定性に優れている。しかしながら、使用原料が高く、複雑な製造工程を経るため、非常に高価であるという欠点がある。さらに、メタノールなどの水素含有液体などの透過(クロスオーバーともいう)が大きく、いわゆる化学ショート反応が起こる。これにより、カソード電位、燃料効率、セル特性などの低下が生じ、直接メタノール形燃料電池の電解質膜として用いるのが困難である。また、未発電時にもクロスオーバーによる燃料の消失が懸念される。   As a proton conductive electrolyte membrane used in a polymer electrolyte fuel cell, a perfluorocarbon sulfonic acid membrane represented by Nafion (registered trademark) has been widely studied. The perfluorocarbon sulfonic acid membrane has high proton conductivity and excellent chemical stability such as acid resistance and oxidation resistance. However, since the raw materials used are high and the manufacturing process is complicated, there is a disadvantage that it is very expensive. Furthermore, permeation (also referred to as crossover) of a hydrogen-containing liquid such as methanol is large, and a so-called chemical short reaction occurs. As a result, the cathode potential, fuel efficiency, cell characteristics and the like are lowered, and it is difficult to directly use as an electrolyte membrane of a methanol fuel cell. Moreover, there is a concern that fuel may be lost due to crossover even when power is not generated.

このような背景から、プロトン伝導性高分子電解質膜として、種々のものが提案されている。   Against this background, various proton-conductive polymer electrolyte membranes have been proposed.

例えば、特許文献1には、非プロトン性極性溶媒に可溶なスルホン酸基含有ポリフェニレンサルファイドが提案されている。これはポリフェニレンサルファイドのクロロスルホン酸均一溶液化でスルホン酸基を導入するにより、非プロトン性極性溶媒への溶解性が付与でき、容易にフィルムに加工できることが開示されている。しかし、ここに開示されている方法では、燃料電池の燃料として検討されているメタノールへの溶解性も同時に付与される恐れがあり、その使用範囲が著しく制約されるものである。また、溶媒およびスルホン化剤としてクロロスルホン酸を使用するため、スルホン酸基導入量の制御困難となったり、ポリフェニレンサルファイドの劣化を引き起こす恐れがある。さらに、反応時や樹脂回収時、さらには洗浄時に多量の酸廃液を排出する。また、メタノールなどの水素含有液体などの透過(クロスオーバーともいう)の抑制効果については、言及されていない。   For example, Patent Document 1 proposes a sulfonic acid group-containing polyphenylene sulfide that is soluble in an aprotic polar solvent. It is disclosed that by introducing a sulfonic acid group in a solution of polyphenylene sulfide in a chlorosulfonic acid homogeneous solution, solubility in an aprotic polar solvent can be imparted and the film can be easily processed into a film. However, in the method disclosed herein, there is a possibility that solubility in methanol, which is considered as a fuel for fuel cells, may be imparted at the same time, and the range of use thereof is significantly limited. Further, since chlorosulfonic acid is used as a solvent and a sulfonating agent, it may be difficult to control the amount of sulfonic acid group introduced, or the polyphenylene sulfide may be deteriorated. Further, a large amount of acid waste liquid is discharged during reaction, resin recovery, and washing. Further, there is no mention of the effect of suppressing permeation (also referred to as crossover) of a hydrogen-containing liquid such as methanol.

また、特許文献2には、スルホン酸基含有ポリフェニレンサルファイドからなるプロトン伝導性高分子膜の製造方法などについて開示されている。この方法に従えば、溶媒不溶性のスルホン酸基含有ポリフェニレンサルファイドからなる電解質膜が得られるが、メタノールなどの水素含有液体などの透過(クロスオーバーともいう)の抑制効果については、言及されていない。   Patent Document 2 discloses a method for producing a proton conductive polymer membrane made of sulfonic acid group-containing polyphenylene sulfide. According to this method, an electrolyte membrane composed of a solvent-insoluble sulfonic acid group-containing polyphenylene sulfide can be obtained, but there is no mention of the effect of suppressing permeation (also referred to as crossover) of a hydrogen-containing liquid such as methanol.

例えば、特許文献3には、高分子の多孔質支持体に、電解質モノマーを充填して、高分子量化する高分子電解質膜について開示されている。燃料として使用するメタノールや水に対する膨潤を多孔質支持体によって抑制するため、それらの透過(クロスオーバー)が抑制されるとされている。しかしながら、その製造工程が複雑であるため、製造コストの面で課題があるとされている。また、充分なプロトン伝導性を発現させるためには、電解質部分のプロトン伝導性置換基の含有量を高く設定する必要があり、この部分での耐久性や、電解質と支持体界面の耐久性に懸念がある。   For example, Patent Document 3 discloses a polymer electrolyte membrane in which a polymer porous support is filled with an electrolyte monomer to increase the molecular weight. In order to suppress swelling with respect to methanol and water used as fuel by the porous support, it is said that permeation (crossover) thereof is suppressed. However, since the manufacturing process is complicated, there is a problem in terms of manufacturing cost. In addition, in order to develop sufficient proton conductivity, it is necessary to set the content of the proton conductive substituent in the electrolyte part to be high, and durability in this part and durability of the electrolyte / support interface are required. There are concerns.

また、特許文献4には、スルホン酸基を有する含フッ素重合体とフィブリル状のフルオロカーボン重合体からなる電解質膜について開示されている。これらは、電解質膜の耐久性が改善されるとされているが、メタノールなどの水素含有液体などの透過(クロスオーバーともいう)の抑制効果については、言及されていない。
特表平11−510198号公報 国際公開第02/062896号パンフレット 再公表WO00/54531号公報 特開2003−51320号公報
Patent Document 4 discloses an electrolyte membrane comprising a fluorinated polymer having a sulfonic acid group and a fibrillar fluorocarbon polymer. These are said to improve the durability of the electrolyte membrane, but do not mention the effect of suppressing permeation (also referred to as crossover) of a hydrogen-containing liquid such as methanol.
Japanese National Patent Publication No. 11-510198 International Publication No. 02/062896 Pamphlet Republished WO00 / 54531 JP 2003-51220 A

本発明の目的は、上記問題を鑑みてなされたものであり、固体高分子形燃料電池や直接メタノール形燃料電池の構成材料として有用な、優れたプロトン伝導性かつ高いメタノール遮断性を有するプロトン伝導性高分子電解質及びそれからなるプロトン伝導性高分子電解質膜を提供することである。   The object of the present invention has been made in view of the above problems, and is useful as a constituent material of a polymer electrolyte fuel cell or a direct methanol fuel cell, and has excellent proton conductivity and high proton barrier property. It is to provide a conductive polymer electrolyte and a proton conductive polymer electrolyte membrane comprising the same.

すなわち本発明のプロトン伝導性高分子電解質は、プロトン伝導性置換基を含有する芳香族高分子化合物と非芳香族高分子化合物からなり、優れたプロトン伝導性かつ高いメタノール遮断性を有する。   That is, the proton conductive polymer electrolyte of the present invention comprises an aromatic polymer compound containing a proton conductive substituent and a non-aromatic polymer compound, and has excellent proton conductivity and high methanol blocking properties.

このとき、前記プロトン伝導性高分子電解質中の非芳香族高分子化合物含有量が、0.01〜30重量%であると、特に、優れたプロトン伝導性及び高いメタノール遮断性が両立するので好ましい。   At this time, it is preferable that the content of the non-aromatic polymer compound in the proton conductive polymer electrolyte is 0.01 to 30% by weight because particularly excellent proton conductivity and high methanol blocking properties are compatible. .

また、前記芳香族高分子化合物が、ポリフェニレンサルファイドであると、化学的・熱的安定性が高く、プロトン伝導性置換基の導入がし易いので高いプロトン伝導性、さらにプロトン伝導性高分子電解質膜とした場合には高いメタノール遮断性を有する膜となるので、好ましい。   Further, when the aromatic polymer compound is polyphenylene sulfide, the chemical and thermal stability is high, and proton conductive substituents can be easily introduced, so that high proton conductivity, and further proton conductive polymer electrolyte membrane. In this case, it is preferable because the film has a high methanol barrier property.

さらに、前記非芳香族高分子化合物が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオライドからなる群から選択される少なくとも1種であると、化学的・熱的安定性、加工性、芳香族高分子化合物との混合性が優れているので、また、安価に工業的に入手可能なので好ましい。   Furthermore, when the non-aromatic polymer compound is at least one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, and polyvinyl fluoride, chemical and thermal stability, It is preferable because it is excellent in processability and miscibility with an aromatic polymer compound and is industrially available at a low cost.

また、前記非芳香族高分子化合物は、前記芳香族高分子化合物との混合および/または混練時の剪断力により繊維化することが好ましく、より高いメタノール遮断性及び耐久性を有するプロトン伝導性高分子電解質となる。特に化学的安定性が高いこと、繊維化しやすい点から、繊維化したポリテトラフルオロエチレンが好ましい。   Further, the non-aromatic polymer compound is preferably fiberized by a shearing force during mixing and / or kneading with the aromatic polymer compound, and has higher proton conductivity and higher methanol barrier properties and durability. It becomes a molecular electrolyte. In particular, fiberized polytetrafluoroethylene is preferred because of its high chemical stability and easy fiberization.

前記プロトン伝導性置換基は、プロトン伝導性置換基の導入のし易さや得られるプロトン伝導性高分子電解質のプロトン伝導性などの点から、スルホン酸基であることが好ましい。   The proton conductive substituent is preferably a sulfonic acid group from the viewpoint of ease of introduction of the proton conductive substituent and proton conductivity of the resulting proton conductive polymer electrolyte.

本発明のプロトン伝導性高分子電解質は膜として形成することが容易であり、通常プロトン伝導性高分子電解質膜として使用される。   The proton conductive polymer electrolyte of the present invention can be easily formed as a membrane, and is usually used as a proton conductive polymer electrolyte membrane.

また本発明のプロトン伝導性高分子電解質膜は、膜−電極接合体として使用される。そして、本発明の膜−電極接合体は、主として、固体高分子形燃料電池に、特に、直接メタノール形燃料電池に好ましく使用される。   The proton conductive polymer electrolyte membrane of the present invention is used as a membrane-electrode assembly. The membrane-electrode assembly of the present invention is preferably used mainly for solid polymer fuel cells, particularly for direct methanol fuel cells.

本発明によれば、優れたプロトン伝導性と高いメタノール遮断性を有し、固体高分子形燃料電池や直接メタノール形燃料電池の構成材料として有用な、プロトン伝導性高分子電解質およびそれからなるプロトン伝導性高分子電解質膜を得ることができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a proton conductive polymer electrolyte having excellent proton conductivity and high methanol barrier property, and useful as a constituent material of a solid polymer fuel cell or a direct methanol fuel cell, and a proton conductivity comprising the same A conductive polymer electrolyte membrane can be obtained.

本発明のプロトン伝導性高分子電解質は、プロトン伝導性置換基を含有する芳香族高分子化合物と非芳香族高分子化合物とからなる。   The proton conductive polymer electrolyte of the present invention comprises an aromatic polymer compound containing a proton conductive substituent and a non-aromatic polymer compound.

本発明のプロトン伝導性高分子電解質に使用される芳香族高分子化合物としては、例えば、ポリアリールエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリスルホン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルホキシド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリベンズイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、スチレン−(エチレン−ブチレン)スチレン共重合体、スチレン−(ポリイソブチレン)−スチレン共重合体、ポリ1,4−ビフェニレンエーテルエーテルスルホン、ポリアリーレンエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、シアン酸エステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、などが例示できる。特に、化学的・熱的安定性や、プロトン伝導性置換基の導入のし易さ、得られるプロトン伝導性高分子電解質のプロトン伝導性、さらに前記プロトン伝導性高分子電解質からなるプロトン伝導性高分子電解質膜のメタノール遮断性、などを考慮すると、ポリフェニレンサルファイドであることが好ましい。前記ポリフェニレンサルファイドは、具体的には、下記式(1)で表される繰り返し構造単位からなるものである。   Examples of the aromatic polymer compound used in the proton conductive polymer electrolyte of the present invention include polyaryl ether sulfone, polyether ether sulfone, polyether ketone, polyether ketone ketone, polysulfone, polyparaphenylene, and polyphenylene oxide. , Polyphenylene sulfoxide, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene sulfone, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polybenzothiazole, polystyrene, syndiotactic polystyrene, styrene- (ethylene-butylene) styrene copolymer, styrene- (polyisobutylene) -styrene Copolymer, poly 1,4-biphenylene ether ether sulfone, polyarylene ether sulfone, polyimide, polyether imide, shear Ester resin, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, or the like can be exemplified. In particular, chemical and thermal stability, ease of introduction of proton-conductive substituents, proton conductivity of the resulting proton-conductive polymer electrolyte, and high proton conductivity of the proton-conductive polymer electrolyte. In view of the methanol barrier property of the molecular electrolyte membrane, polyphenylene sulfide is preferable. Specifically, the polyphenylene sulfide is composed of a repeating structural unit represented by the following formula (1).

−[Ar−S]n− (1)
[式中、Arは下記式(2)〜(4)で表される2価の芳香族単位、nは1以上の整数]
-[Ar-S] n- (1)
[Wherein Ar is a divalent aromatic unit represented by the following formulas (2) to (4), and n is an integer of 1 or more]

Figure 0004437663
また前記Arの一部に、必要に応じて下記(1)〜(3)の構造単位を含有してもよい。
(1)芳香族単位の水素原子の一部がアルキル基、フェニル基、アルコキシル基、ニトロ基およびハロゲン基からなる群から選択される少なくとも1つの置換基で置換されたもの。
(2)3官能フェニルスルフィド単位。
(3)架橋または分岐単位。
Figure 0004437663
Moreover, you may contain the structural unit of following (1)-(3) in a part of said Ar as needed.
(1) A part of hydrogen atoms of an aromatic unit is substituted with at least one substituent selected from the group consisting of an alkyl group, a phenyl group, an alkoxyl group, a nitro group and a halogen group.
(2) Trifunctional phenyl sulfide unit.
(3) Cross-linked or branched units.

これにより、プロトン伝導性高分子電解質の必要特性である、プロトン伝導性、化学的・熱的安定性、ハンドリング性、生産性などに加え、前記高分子電解質からなる高分子電解質膜のメタノール遮断性が優れ、好ましい。   As a result, in addition to proton conductivity, chemical and thermal stability, handling properties, productivity, etc., which are necessary properties of proton conducting polymer electrolytes, methanol blocking properties of polymer electrolyte membranes composed of the above polymer electrolytes Is excellent and preferable.

本発明における非芳香族高分子化合物とは、その構造単位に芳香族単位を有さないものを指し、高分子電解質膜とした場合に、プロトン伝導性置換基を含有しない構造単位を構成する。このような非芳香族高分子化合物としては、例えば、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレンなどのポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−1−ブテン、ポリイソブチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオライドなどが列挙できる。これらは単独または2種以上混合して用いてもよいし、あらゆる比率のランダムあるいはブロック共重合体を用いてもよい。特に、これらの中でも、化学的・熱的安定性、加工性、芳香族高分子化合物との混合性、工業的入手の容易さ、価格、などを考慮すると、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオライドからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。   The non-aromatic polymer compound in the present invention refers to a compound that does not have an aromatic unit in its structural unit, and constitutes a structural unit that does not contain a proton conductive substituent when a polymer electrolyte membrane is formed. Examples of such non-aromatic polymer compounds include polyethylene such as high-density polyethylene, low-density polyethylene, and linear low-density polyethylene, polypropylene, poly-1-butene, polyisobutylene, polytetrafluoroethylene, and polyvinylidene fluoride. Ride, polyvinyl fluoride, etc. can be listed. These may be used alone or in admixture of two or more, or random or block copolymers of any ratio may be used. In particular, among these, considering chemical and thermal stability, processability, miscibility with aromatic polymer compounds, industrial availability, price, etc., polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, It is preferably at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride and polyvinyl fluoride.

また、本発明において、前記非芳香族高分子化合物は、前記芳香族高分子化合物との混合および/または混練時の剪断力により繊維化することが好ましく、繊維化したポリテトラフルオロエチレンがより好ましい。具体的には、芳香族高分子化合物のパウダーと非芳香族高分子化合物のパウダーを予めヘンシェルミキサーなどを用いたパウダー混合法によって、マスターバッチを作製する際に前記非芳香族高分子化合物を繊維化し、所定の混合比になるように芳香族高分子化合物と溶融混合する方法などを適用することができる。また、芳香族高分子化合物と非芳香族高分子化合物を溶融押出法により混練する際の剪断力により、前記非芳香族高分子化合物を繊維化させる方法なども適用することができる。   In the present invention, the non-aromatic polymer compound is preferably fiberized by shearing force during mixing and / or kneading with the aromatic polymer compound, and more preferably fiberized polytetrafluoroethylene. . Specifically, the non-aromatic polymer compound is mixed with a non-aromatic polymer compound powder and a non-aromatic polymer compound powder by a powder mixing method using a Henschel mixer in advance. For example, a method of melt-mixing with an aromatic polymer compound so as to obtain a predetermined mixing ratio can be applied. In addition, a method of making the non-aromatic polymer compound into a fiber by a shearing force when kneading the aromatic polymer compound and the non-aromatic polymer compound by a melt extrusion method can also be applied.

本発明で使用する非芳香族高分子化合物は、剪断力を加えることにより繊維化される非芳香族高分子化合物であれば特に限定されるものではない。例えば、乳化重合法などにより得られる高分子量のポリテトラフルオロエチレンの乳化分散体を凝集させて製造したパウダー、懸濁重合法などにより得られる高分子量のポリテトラフルオロエチレンから製造したパウダーなどがあげられる。特に、前記ポリテトラフルオロエチレンの中でも、乳化重合法などにより得られる高分子量のポリテトラフルオロエチレンの乳化分散体を凝集させて製造したパウダーが、剪断力により繊維化されやすく、好ましい。   The non-aromatic polymer compound used in the present invention is not particularly limited as long as it is a non-aromatic polymer compound that is made into a fiber by applying a shearing force. Examples include powders produced by agglomerating emulsion dispersions of high molecular weight polytetrafluoroethylene obtained by emulsion polymerization methods, powders produced from high molecular weight polytetrafluoroethylene obtained by suspension polymerization methods, etc. It is done. In particular, among the polytetrafluoroethylene, a powder produced by agglomerating an emulsified dispersion of a high molecular weight polytetrafluoroethylene obtained by an emulsion polymerization method is preferable because it is easily fiberized by shearing force.

本発明のプロトン伝導性高分子電解質において、前記プロトン伝導性高分子電解質中の非芳香族高分子化合物含有量は、0.01〜30重量部であることが好ましい。非芳香族高分子化合物含有量が、前記範囲よりも小さい場合は、非芳香族高分子化合物の含有効果が不明確となる恐れがある。一方、非芳香族高分子化合物含有量が、前記範囲よりも大きい場合は、プロトン伝導度が発現しにくくなる恐れがある。また、芳香族高分子化合物中のプロトン伝導性置換基の含有量を高く設定する必要が生じ、プロトン伝導性高分子電解質の耐久性が低下する恐れがある。   In the proton conductive polymer electrolyte of the present invention, the content of the non-aromatic polymer compound in the proton conductive polymer electrolyte is preferably 0.01 to 30 parts by weight. When the content of the non-aromatic polymer compound is smaller than the above range, the content effect of the non-aromatic polymer compound may be unclear. On the other hand, when the content of the non-aromatic polymer compound is larger than the above range, the proton conductivity may be difficult to express. In addition, it is necessary to set the content of the proton-conductive substituent in the aromatic polymer compound high, and the durability of the proton-conductive polymer electrolyte may be reduced.

本発明のプロトン伝導性高分子電解質に含有されるプロトン伝導性置換基としては、含水状態でプロトンを解離するものであれば使用可能である。例えば、スルホン酸基、リン酸基、カルボン酸基、フェノール性水酸基などが例示でき、特にプロトン伝導性置換基の導入のし易さや得られるプロトン伝導性高分子電解質のプロトン伝導性などを考慮すると、スルホン酸基であることが好ましい。前記プロトン伝導性置換基の含有量に由来するプロトン伝導性高分子電解質のイオン交換容量は、好ましくは0.3ミリ当量/g以上であり、より好ましくは0.5ミリ当量/g以上であり、さらに好ましくは1.0ミリ当量/g以上である。イオン交換容量が、0.3ミリ当量/gよりも低い場合には、所望のプロトン伝導度を発現しない恐れがあり、好ましくない。   The proton conductive substituent contained in the proton conductive polymer electrolyte of the present invention can be used as long as it dissociates protons in a water-containing state. For example, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxylic acid group, a phenolic hydroxyl group, etc. can be exemplified. In particular, considering the ease of introduction of a proton conductive substituent and the proton conductivity of the resulting proton conductive polymer electrolyte, etc. A sulfonic acid group is preferred. The ion exchange capacity of the proton conductive polymer electrolyte derived from the content of the proton conductive substituent is preferably 0.3 meq / g or more, more preferably 0.5 meq / g or more. More preferably, it is 1.0 meq / g or more. If the ion exchange capacity is lower than 0.3 meq / g, the desired proton conductivity may not be exhibited, which is not preferable.

本発明のプロトン伝導性高分子電解質は、優れたプロトン伝導性や高い耐久性を有し、固体高分子形燃料電池や直接メタノール形燃料電池などの構成材料として有用である。具体的には、カーボンペーパーやカーボンクロスなどの導電性多孔質材料からなる拡散電極上に、触媒層を形成するための構成材料として有用である。カーボンブラックや活性炭、カーボンナノホーンなどの導電性高比表面積の担体上に、白金や白金−ルテニウムなどの貴金属触媒を担持し、それらを拡散電極上に固定化し、触媒層を形成するための材料に好適である。   The proton conductive polymer electrolyte of the present invention has excellent proton conductivity and high durability, and is useful as a constituent material for solid polymer fuel cells and direct methanol fuel cells. Specifically, it is useful as a constituent material for forming a catalyst layer on a diffusion electrode made of a conductive porous material such as carbon paper or carbon cloth. As a material for forming a catalyst layer, a noble metal catalyst such as platinum or platinum-ruthenium is supported on a conductive high specific surface area carrier such as carbon black, activated carbon, or carbon nanohorn, and is immobilized on a diffusion electrode. Is preferred.

また、前記高分子電解質を膜状に加工すれば、優れたプロトン伝導性や高いメタノール遮断性、さらに高い耐久性を有するプロトン伝導性高分子電解質膜を得ることができ、好ましい。これらは、前記特性を有するため、固体高分子形燃料電池や直接メタノール形燃料電池などのプロトン伝導性高分子電解質膜として有用である。具体的には、上述のプロトン伝導性高分子電解質が溶媒溶解性を有する場合には、溶液キャスト法などにより、膜状に加工し、プロトン伝導性高分子電解質膜とすることができる。また、前記プロトン伝導性高分子電解質が熱可塑性であり、プロトン伝導性置換基が劣化する温度以下で溶融可能な場合は、熱プレス成形法や溶融押し出し法などにより、膜状に加工し、プロトン伝導性高分子電解質膜とすることができる。   Further, if the polymer electrolyte is processed into a membrane, a proton conductive polymer electrolyte membrane having excellent proton conductivity, high methanol blocking property, and higher durability can be obtained, which is preferable. Since these have the above-mentioned properties, they are useful as proton conductive polymer electrolyte membranes for solid polymer fuel cells and direct methanol fuel cells. Specifically, when the proton conductive polymer electrolyte described above has solvent solubility, it can be processed into a membrane by a solution casting method or the like to obtain a proton conductive polymer electrolyte membrane. Further, when the proton conductive polymer electrolyte is thermoplastic and can be melted at a temperature lower than the temperature at which the proton conductive substituent is deteriorated, the proton conductive polymer electrolyte is processed into a film by a hot press molding method, a melt extrusion method, or the like. A conductive polymer electrolyte membrane can be obtained.

一方、使用する構成材料に由来して、前記プロトン伝導性高分子電解質が溶媒溶解性も熱可塑性も示さない場合は、芳香族高分子化合物と非芳香族高分子化合物とからなる高分子フィルムを製造した後、スルホン酸基などのプロトン伝導性置換基を導入することが好ましい。具体的には、前記高分子フィルムをスルホン化剤などのプロトン伝導性置換基導入剤と接触させることに、芳香族高分子化合物中の芳香族単位にプロトン伝導性置換基を導入することができる。以下に、プロトン伝導性置換基として、スルホン酸基を導入する場合について、さらに詳しく説明する。   On the other hand, when the proton conductive polymer electrolyte is derived from the constituent material to be used and does not exhibit solvent solubility or thermoplasticity, a polymer film composed of an aromatic polymer compound and a non-aromatic polymer compound is used. It is preferable to introduce a proton conductive substituent such as a sulfonic acid group after the production. Specifically, the proton conductive substituent can be introduced into the aromatic unit in the aromatic polymer compound by bringing the polymer film into contact with a proton conductive substituent introducing agent such as a sulfonating agent. . Hereinafter, the case of introducing a sulfonic acid group as a proton conductive substituent will be described in more detail.

前記高分子フィルムは、ポリフェニレンサルファイドなどの芳香族高分子化合物と、ポリテトラフルオロエチレンなどの非芳香族高分子化合物から溶融押出法により、これらを含有する樹脂組成物を得た後、汎用のTダイ法などにより、高分子フィルムを得ることができる。このとき、前述したように、樹脂組成物を得る過程において、芳香族高分子化合物と非芳香族高分子化合物を混合および/または混練する際の剪断力により、非芳香族高分子化合物が繊維化できる。次いで、前記高分子フィルムとスルホン化剤を必要に応じて溶媒中で接触させることにより、前記高分子フィルム中の芳香族高分子化合物の芳香族単位にスルホン酸基を導入することができる。   The polymer film is obtained by obtaining a resin composition containing these from an aromatic polymer compound such as polyphenylene sulfide and a non-aromatic polymer compound such as polytetrafluoroethylene by a melt extrusion method. A polymer film can be obtained by a die method or the like. At this time, as described above, in the process of obtaining the resin composition, the non-aromatic polymer compound is fibrillated by the shearing force when the aromatic polymer compound and the non-aromatic polymer compound are mixed and / or kneaded. it can. Subsequently, a sulfonic acid group can be introduce | transduced into the aromatic unit of the aromatic polymer compound in the said polymer film by making the said polymer film and a sulfonating agent contact in a solvent as needed.

ここで、スルホン化剤としては、クロロスルホン酸、発煙硫酸、三酸化硫黄、三酸化硫黄−トリエチルフォスフェート、濃硫酸、トリメチルシリルクロロサルフェート、トリメチルベンゼンスルホン酸などの公知のスルホン化剤などが使用できる。工業的入手の容易さ、スルホン酸基の導入の容易さや得られるプロトン伝導性高分子膜の特性を考慮すると、クロロスルホン酸、発煙硫酸、三酸化硫黄、濃硫酸からなる群から選択させる少なくとも1種であることことが好ましい。特に、スルホン酸基の導入の容易さや得られた膜の特性、工業的入手の容易さなどから、クロロスルホン酸を使用するのがより好ましい。ここで、スルホン化剤の使用量としては、前記高分子フィルムに含まれる芳香族高分子化合物中の芳香族単位に対して、0.5〜30当量、さらには0.5〜15当量であるのが好ましい。スルホン化剤の使用量が、0.5当量よりも少ない場合には、スルホン酸基の導入量が少なくなったり、導入に要する時間が長くなるなどの傾向がある。一方、30当量を超える場合には、高分子フィルムが化学的に劣化し、得られる高分子電解質膜の機械的強度が低下し、ハンドリングが困難となったり、スルホン酸基の導入量が多くなりすぎて、メタノール遮断性が低下するなど、かえって高分子電解質膜の実用的な特性が損なわれる傾向がある。   Here, as the sulfonating agent, known sulfonating agents such as chlorosulfonic acid, fuming sulfuric acid, sulfur trioxide, sulfur trioxide-triethyl phosphate, concentrated sulfuric acid, trimethylsilyl chlorosulfate, and trimethylbenzenesulfonic acid can be used. . In view of industrial availability, ease of introduction of sulfonic acid groups and characteristics of the resulting proton conducting polymer membrane, at least one selected from the group consisting of chlorosulfonic acid, fuming sulfuric acid, sulfur trioxide, and concentrated sulfuric acid. Preferably it is a seed. In particular, chlorosulfonic acid is more preferably used from the viewpoint of easy introduction of sulfonic acid groups, characteristics of the obtained membrane, industrial availability, and the like. Here, the amount of the sulfonating agent used is 0.5 to 30 equivalents, more preferably 0.5 to 15 equivalents, with respect to the aromatic units in the aromatic polymer compound contained in the polymer film. Is preferred. When the amount of the sulfonating agent used is less than 0.5 equivalent, the amount of sulfonic acid group introduced tends to decrease, or the time required for introduction tends to increase. On the other hand, when it exceeds 30 equivalents, the polymer film is chemically deteriorated, the mechanical strength of the resulting polymer electrolyte membrane is lowered, handling becomes difficult, and the amount of sulfonic acid groups introduced increases. However, the practical properties of the polymer electrolyte membrane tend to be impaired, for example, the methanol barrier property is lowered.

また、反応系を適正化することによって、フリーデル−クラフツ反応にしたがって、塩化アルミニウムなどの触媒存在下で、プロパンサルトンや1,4−ブタンサルトンなどの環状含硫黄化合物と芳香族高分子化合物中の芳香族単位を接触させて、スルホプロピル基やスルホブチル基などのスルホン酸基を含む置換基を導入する方法なども使用することができる。   In addition, by optimizing the reaction system, according to the Friedel-Crafts reaction, in the presence of a catalyst such as aluminum chloride, cyclic sulfur-containing compounds such as propane sultone and 1,4-butane sultone and aromatic polymer compounds A method of introducing a substituent containing a sulfonic acid group such as a sulfopropyl group or a sulfobutyl group by bringing the aromatic unit into contact with each other can also be used.

前記溶媒としては、スルホン化剤と混合可能であり、スルホン化反応を阻害するものでなければよい。とくに、スルホン化剤との混合のし易さやスルホン酸基の導入のし易さなどを考慮するとハロゲン化炭化水素系溶媒であることが好ましい。前記ハロゲン化炭化水素系溶媒としては、種々のものが使用可能であり、例えば、1,1,2,2−テトラクロロエタン、1,1,1,2−テトラクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタン、1,2−ジクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロメタン、クロロホルム、1−クロロプロパン、1−ブロモプロパン、1−ヨードプロパン、1−クロロブタン、2−クロロブタン、1,4−ジクロロブタン、1−クロロ−2−メチルプロパン、1−ブロモブタン、2−ブロモブタン、1−ブロモ−2−メチルプロパン、1−ヨードブタン、2−ヨードブタン、1−ヨード−2−メチルプロパン、1−クロロペンタン、1−ブロモペンタン、1−ヨードペンタン、1−クロロヘキサン、1−ブロモヘキサン、1−ヨードヘキサン、クロロシクロヘキサン、ブロモシクロヘキサン、ヨードシクロヘキサンなどが列挙できる。特に使用する溶媒の扱いやすさ、工業的入手の容易さ、などを考慮すると、炭素数3以上のハロゲン化物を使用するのが好ましく、1−クロロブタンであることがより好ましい。   The solvent may be any solvent that can be mixed with a sulfonating agent and does not inhibit the sulfonation reaction. In particular, in view of ease of mixing with a sulfonating agent and ease of introduction of a sulfonic acid group, a halogenated hydrocarbon solvent is preferable. As the halogenated hydrocarbon solvent, various solvents can be used. For example, 1,1,2,2-tetrachloroethane, 1,1,1,2-tetrachloroethane, 1,1,1-trichloroethane 1,2-dichloroethane, trichloroethylene, tetrachloroethylene, dichloromethane, chloroform, 1-chloropropane, 1-bromopropane, 1-iodopropane, 1-chlorobutane, 2-chlorobutane, 1,4-dichlorobutane, 1-chloro-2- Methylpropane, 1-bromobutane, 2-bromobutane, 1-bromo-2-methylpropane, 1-iodobutane, 2-iodobutane, 1-iodo-2-methylpropane, 1-chloropentane, 1-bromopentane, 1-iodo Pentane, 1-chlorohexane, 1-bromohexane, 1-iodine Dohekisan, chloro cyclohexane, bromo cyclohexane, iodo cyclohexane enumerable. In particular, considering the ease of handling of the solvent to be used, industrial availability, etc., it is preferable to use a halide having 3 or more carbon atoms, more preferably 1-chlorobutane.

前記スルホン化剤と前記溶媒とからなる混合溶液におけるスルホン化剤の濃度は、スルホン酸基の目標とする導入量や反応条件(温度・時間)を勘案して適宜設定すればよい。具体的には、0.1〜10重量%であることが好ましく、より好ましい範囲は、0.2〜5重量%である。0.1重量%より低いと、所望のスルホン酸基が導入できなかったり、導入するのに時間がかかりすぎたりする傾向がある。一方、10重量%をこえるとスルホン酸基の導入が不均一となったり、得られた高分子電解膜の機械的特性が損なわれる傾向がある。   The concentration of the sulfonating agent in the mixed solution composed of the sulfonating agent and the solvent may be appropriately set in consideration of the target introduction amount of sulfonic acid groups and reaction conditions (temperature / time). Specifically, it is preferably 0.1 to 10% by weight, and a more preferable range is 0.2 to 5% by weight. If it is lower than 0.1% by weight, the desired sulfonic acid group tends not to be introduced or it takes too much time to introduce. On the other hand, when the content exceeds 10% by weight, the introduction of sulfonic acid groups tends to be non-uniform or the mechanical properties of the resulting polymer electrolyte membrane tend to be impaired.

また、接触させる際の反応温度、反応時間についてはとくに限定はないが、0〜100℃、さらには10〜30℃、0.5時間以上、さらには2〜100時間の範囲で設定するのが好ましい。反応温度が、0℃より低い場合は、設備上冷却等の措置が必要になるとともに、反応に必要以上の時間がかかる傾向があり、100℃をこえると反応が過度に進行したり、副反応を生じたりして、膜の特性を低下させる傾向がある。反応温度がスルホン化剤や溶媒の沸点よりも高い場合には、別途付帯設備が必要なるため、溶媒の沸点以下の温度で実施するのが好ましい。また、反応時間が、0.5時間より短い場合は、スルホン化剤と高分子化合物中の芳香族単位との接触が不充分となり、所望のスルホン酸基が導入しにくくなる傾向があり、反応時間が100時間をこえる場合は、生産性が著しく低下する傾向を示すとともに、膜特性の大きな向上は期待できなくなる傾向がある。実際には、使用するスルホン化剤や溶媒などの反応系、目標とする生産量などを考慮して、所望の特性を有する高分子電解質膜を効率的に製造することができるように設定すればよい。   The reaction temperature and reaction time for contacting are not particularly limited, but are set within the range of 0 to 100 ° C., further 10 to 30 ° C., 0.5 hour or more, and further 2 to 100 hours. preferable. When the reaction temperature is lower than 0 ° C, measures such as cooling on the equipment are necessary, and the reaction tends to take more time than necessary. When the reaction temperature exceeds 100 ° C, the reaction proceeds excessively or side reactions occur. Or the like, and the film characteristics tend to be deteriorated. When the reaction temperature is higher than the boiling point of the sulfonating agent or the solvent, additional equipment is required, and therefore, the reaction is preferably carried out at a temperature not higher than the boiling point of the solvent. In addition, when the reaction time is shorter than 0.5 hours, the contact between the sulfonating agent and the aromatic unit in the polymer compound becomes insufficient, and the desired sulfonic acid group tends to be difficult to be introduced. When the time exceeds 100 hours, productivity tends to be remarkably lowered, and a great improvement in film properties tends not to be expected. In actuality, if the setting is made so that a polymer electrolyte membrane having desired characteristics can be efficiently produced in consideration of a reaction system such as a sulfonating agent and a solvent to be used and a target production amount. Good.

上記のスルホン酸基の導入工程の後、未反応のスルホン化剤や溶媒の除去を行うため、水洗することが好ましい。このとき、スルホン酸基の導入工程後の高分子電解質膜を回収することなく、連続的に水洗を行い、適切な条件で乾燥を実施し、高分子電解質膜を得ることが好ましい。また、水洗の代わりに、水酸化ナトリウム水溶液などで中和洗浄した後、酸処理を行って、高分子電解質膜を得ても良い。   It is preferable to wash with water in order to remove the unreacted sulfonating agent and the solvent after the step of introducing the sulfonic acid group. At this time, it is preferable that the polymer electrolyte membrane is obtained by continuously washing with water and drying under appropriate conditions without recovering the polymer electrolyte membrane after the sulfonic acid group introduction step. Further, instead of washing with water, the polymer electrolyte membrane may be obtained by performing neutralization washing with a sodium hydroxide aqueous solution or the like and then performing acid treatment.

また、前記方法による高分子電解質膜の製造方法は、連続的に実施してもよい。すなわち、被処理物である芳香族高分子化合物と非芳香族高分子からなる高分子フィルムを連続的にスルホン化剤との反応槽に供給し、さらに必要に応じて、洗浄工程や乾燥工程を連続的に実施してもよく、途中過程において、高分子電解質膜の精製や回収を実施する必要はない。この方法によって、生産性が向上する。   Moreover, you may implement the manufacturing method of the polymer electrolyte membrane by the said method continuously. That is, a polymer film composed of an aromatic polymer compound and a non-aromatic polymer, which is an object to be treated, is continuously supplied to a reaction vessel with a sulfonating agent, and a washing process and a drying process are further performed as necessary. It may be carried out continuously, and it is not necessary to purify or collect the polymer electrolyte membrane in the middle of the process. This method improves productivity.

前記方法は、高分子フィルムを反応槽内でスルホン化剤と接触させることによって、フィルム(膜)形状のままスルホン酸基を導入することができる。したがって、従来の均一反応系で高分子化合物にスルホン酸基を導入した後、膜形状に加工する方法と比較して、反応物の回収・精製・乾燥などの工程、溶媒へのスルホン酸基含有高分子化合物の溶解や支持体への塗布、溶媒除去などの工程が省略できるため好ましい。さらに、フィルムを連続供給するため、その生産性は著しく向上する。   In the above method, sulfonic acid groups can be introduced in the form of a film (membrane) by bringing the polymer film into contact with a sulfonating agent in a reaction vessel. Therefore, after introducing sulfonic acid groups into the polymer compound in the conventional homogeneous reaction system, compared to the method of processing into a membrane shape, the process of recovery / purification / drying of reactants, sulfonic acid group inclusion in the solvent It is preferable because steps such as dissolution of the polymer compound, application to the support, and solvent removal can be omitted. Furthermore, since the film is continuously supplied, the productivity is remarkably improved.

また、反応槽に浸漬したフィルムに付着および/または包含されたスルホン化剤を除去・洗浄することを連続的に実施することにより、スルホン化剤による周辺機器の腐食の防止やフィルムのハンドリング性が改善する。除去・洗浄の条件は、使用するスルホン化剤や高分子フィルムの構造を考慮して適宜設定すればよいが、水洗により、残存したスルホン化剤を不活性化したり、アルカリを使用して中和処理してもよい。   In addition, by continuously removing and washing the sulfonating agent attached to and / or contained in the film immersed in the reaction vessel, it is possible to prevent corrosion of peripheral equipment by the sulfonating agent and to handle the film. Improve. The conditions for removal / washing may be set as appropriate in consideration of the sulfonating agent used and the structure of the polymer film, but the remaining sulfonating agent is inactivated by washing with water or neutralized using alkali. It may be processed.

さらに、得られた高分子電解質膜を連続して乾燥することによって、高分子電解質膜を実際に使用可能な形態で回収することができる。乾燥条件は、使用する高分子フィルムの種類や得られる高分子電解質膜の特性を考慮して適宜設定すればよい。スルホン酸基が強い親水性を示すため、洗浄過程において、含水して著しく膨潤している恐れがある。そのため、乾燥時に収縮し、皺や脹れなどの凹凸が生じる恐れがある。したがって、乾燥時には高分子電解質膜の面方向に適度なテンションをかけて乾燥することが好ましい。また、急激な乾燥を抑制するため、湿度の調節下で徐々に乾燥してもよい。   Furthermore, by continuously drying the obtained polymer electrolyte membrane, the polymer electrolyte membrane can be recovered in a practically usable form. What is necessary is just to set drying conditions suitably in consideration of the kind of polymer film to be used and the characteristic of the polymer electrolyte membrane obtained. Since the sulfonic acid group has strong hydrophilicity, it may be swelled with water during the washing process. Therefore, it shrinks at the time of drying, and there is a possibility that irregularities such as wrinkles and swelling occur. Therefore, at the time of drying, it is preferable to dry by applying an appropriate tension in the surface direction of the polymer electrolyte membrane. Moreover, in order to suppress rapid drying, you may dry gradually under adjustment of humidity.

使用するスルホン化剤やスルホン化の反応条件によっては、例えば、前記芳香族高分子化合物として、ポリフェニレンサルファイドを使用した場合、高分子フィルム中のスルフィド単位(−S−)がスルホキシド単位(−SO−)やスルホン単位(−SO2−)に酸化されたり、また、スルホキシド単位(−SO−)がスルホン単位(−SO2−)に酸化されたり、また、フェニレン単位の水素が−Clなどの置換基で置換される副反応が生じる可能性がある。しかし、得られた高分子電解質膜の特性を著しく低下させるものでなけば、前記副反応の結果生じた構造単位が含まれていても構わない。 Depending on the sulfonating agent used and the reaction conditions for sulfonation, for example, when polyphenylene sulfide is used as the aromatic polymer compound, the sulfide unit (—S—) in the polymer film may be converted to a sulfoxide unit (—SO—). ) Or a sulfone unit (—SO 2 —), a sulfoxide unit (—SO—) is oxidized to a sulfone unit (—SO 2 —), or hydrogen of a phenylene unit is substituted with —Cl or the like. Side reactions that are substituted with groups can occur. However, as long as the properties of the obtained polymer electrolyte membrane are not significantly reduced, a structural unit resulting from the side reaction may be included.

さらに、前記方法で得られた高分子電解質膜に、γ線、電子線およびイオンビームからなる群から選択される少なくとも1種の放射線を照射することが好ましく、その照射量は10〜1000kGyであることが好ましい。   Furthermore, it is preferable to irradiate the polymer electrolyte membrane obtained by the above method with at least one kind of radiation selected from the group consisting of γ rays, electron beams and ion beams, and the irradiation amount is 10 to 1000 kGy. It is preferable.

また、前記高分子電解質膜は、可塑剤、酸化防止剤、帯電防止剤、抗菌剤、滑剤、表面活性剤、各種フィラーなどの添加剤を適量含有させてもよい。   The polymer electrolyte membrane may contain an appropriate amount of additives such as a plasticizer, an antioxidant, an antistatic agent, an antibacterial agent, a lubricant, a surfactant, and various fillers.

つぎに、本発明の膜−電極接合体について、一例として、図面を引用して説明する。図1は、本発明の高分子電解質膜を使用した固体高分子形燃料電池(直接メタノール形燃料電池)の要部断面図である。これは、高分子電解質膜1と、1の両側に必要に応じて結着剤層2,3が形成され、さらにその外側に触媒層4,5、拡散層6,7をそれぞれ有する触媒担持ガス拡散電極8,9が配置され、膜−電極接合体10が構成される。触媒担持ガス拡散電極8,9としては、市販の触媒担持ガス拡散電極(米国E−TEK社製、など)を用いる方法が例示できるが、これに限定されるものではない。   Next, the membrane-electrode assembly of the present invention will be described with reference to the drawings as an example. FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part of a solid polymer fuel cell (direct methanol fuel cell) using the polymer electrolyte membrane of the present invention. This is a catalyst-supporting gas in which the binder layers 2 and 3 are formed on both sides of the polymer electrolyte membrane 1 and 1 as necessary, and the catalyst layers 4 and 5 and the diffusion layers 6 and 7 are provided on the outer sides thereof. Diffusion electrodes 8 and 9 are arranged to form a membrane-electrode assembly 10. Examples of the catalyst-carrying gas diffusion electrodes 8 and 9 include a method using a commercially available catalyst-carrying gas diffusion electrode (manufactured by E-TEK, Inc., USA), but are not limited thereto.

本発明において、高分子電解質膜1は、前記の本発明の高分子電解質膜が使用される。   In the present invention, the polymer electrolyte membrane 1 is the polymer electrolyte membrane of the present invention described above.

結着剤層2,3は、同一または異なっていてもよく、必要の応じて形成されてもよく、また、形成されなくてもよい。一般的には、ナフィオンに代表されるパーフルオロカーボンスルホン酸系高分子化合物や、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリイミドなど溶媒溶解性の公知のプロトン伝導性高分子化合物が使用される。これらは、高分子電解質膜1と触媒層4.5を接合(接着)するために使用される。これらの材料に対しては、その異種材料に対する接合性に加え、高分子電解質膜と同様に、プロトン伝導性や化学的安定性などが要求される。   The binder layers 2 and 3 may be the same or different, and may be formed as necessary, or may not be formed. In general, perfluorocarbon sulfonic acid-based polymer compounds represented by Nafion, known proton-conducting polymer compounds with solvent solubility such as sulfonated polyetheretherketone, sulfonated polyethersulfone, and sulfonated polyimide are used. used. These are used for joining (adhering) the polymer electrolyte membrane 1 and the catalyst layer 4.5. These materials are required to have proton conductivity, chemical stability, and the like in the same manner as the polymer electrolyte membrane, in addition to the bonding properties to the different materials.

触媒層4,5は、同一または異なっていてもよく、片側には使用する燃料(水素やメタノールなど)の酸化能を有する触媒が使用される。もう一方には、使用する酸化剤(酸素や空気など)の還元能を有する触媒が使用される。具体的には、カーボンブラック、活性炭,カーボンナノホーン,カーボンナノチューブなどの高表面積の導電性材料に、白金などの貴金属触媒が担持されたものが使用される。燃料に純水素以外のものを使用する場合には、触媒の被毒を抑制するため、白金の代わりに、白金とルテニウムからなる複合あるいは合金触媒などが使用される。   The catalyst layers 4 and 5 may be the same or different, and a catalyst having the ability to oxidize the fuel (hydrogen, methanol, etc.) to be used is used on one side. On the other hand, a catalyst having the reducing ability of the oxidizing agent (oxygen, air, etc.) used is used. Specifically, a material in which a noble metal catalyst such as platinum is supported on a conductive material having a high surface area such as carbon black, activated carbon, carbon nanohorn, or carbon nanotube is used. When a fuel other than pure hydrogen is used, a composite or alloy catalyst made of platinum and ruthenium is used instead of platinum in order to suppress poisoning of the catalyst.

拡散層6,7は、同一または異なっていてもよく、カーボンペーパーやカーボンクロスなどの多孔質の導電性材料が使用される。これらは供給される水分や電気化学反応によって生成した水で、気孔が塞がれるのを抑制するため、必要に応じて、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系化合物で撥水処理を施してもよい。一般的には、これらの拡散層6,7上に、前記触媒層4,5がナフィオンに代表されるパーフルオロカーボンスルホン酸系高分子化合物や、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリイミドなど溶媒溶解性の公知のプロトン伝導性高分子化合物をバインダーとして形成され、触媒担持ガス拡散電極8,9が調製され使用される。   The diffusion layers 6 and 7 may be the same or different, and a porous conductive material such as carbon paper or carbon cloth is used. These are supplied water or water generated by an electrochemical reaction and may be subjected to water repellent treatment with a fluorine-based compound such as polytetrafluoroethylene as necessary in order to prevent pores from being blocked. . Generally, on these diffusion layers 6 and 7, the catalyst layers 4 and 5 are perfluorocarbon sulfonic acid polymer compounds represented by Nafion, sulfonated polyetheretherketone, sulfonated polyethersulfone, The catalyst-supported gas diffusion electrodes 8 and 9 are prepared and used by using a known proton-conductive polymer compound having a solvent solubility such as sulfonated polyimide as a binder.

本発明の膜−電極接合体10において、触媒層4,5の少なくとも一方は、白金およびルテニウム触媒からなることが好ましい。本発明においては、高分子電解質膜1として、メタノール遮断性の高い材料を使用するため、一方の触媒層4で未反応のメタノールが、高分子電解質膜1を透過して、もう一方の触媒層5の触媒を被毒するのを抑制することができ、好ましい。   In the membrane-electrode assembly 10 of the present invention, at least one of the catalyst layers 4 and 5 is preferably made of platinum and a ruthenium catalyst. In the present invention, since a material having a high methanol barrier property is used as the polymer electrolyte membrane 1, unreacted methanol in one catalyst layer 4 permeates the polymer electrolyte membrane 1, and the other catalyst layer. It is possible to suppress poisoning of the catalyst No. 5, which is preferable.

本発明の膜−電極接合体10の製造方法は、公知あるいは任意の方法が選択可能である。一例をあげると、触媒担持ガス拡散電極8,9の触媒層4,5上に、結着剤2,3の構成材料の有機溶媒溶液を塗布した後、溶媒を除去し、高分子電解質膜1の両面に配置する。その後、ホットプレス機やロールプレス機などのプレス機を使用して、一般的には120〜250℃程度のプレス温度でホットプレスし、膜−電極接合体10を調製することができる。また必要に応じて、結着剤2,3を使用せずに、膜−電極接合体10を調製しても構わない。前記膜−電極接合体10の外側に配置されたセパレーター11,12に形成された燃料ガスまたは液体、並びに、酸化剤を送り込む流路13,14、より、本発明の固体高分子形燃料電池(直接メタノール形燃料電池)15は構成される。セパレーター11,12は、導電性および化学的安定性、燃料や酸化剤の遮断性を有するカーボングラファイトや金属のプレートが使用される。また、これらは、必要に応じて、撥水処理や耐食処理が施されていてもよい。セパレーター11,13の表面には、燃料ガスまたは液体、並びに、酸化剤を送り込む流路13,14が形成される。燃料ガスまたは液体として、水素を主たる成分とするガスやメタノールを主たる成分とするガスまたは液体を一方の流路13に供給し、酸化剤として、酸素を含むガス(酸素あるいは空気)をもう一方の流路14にそれぞれ供給することにより、本発明の固体高分子形燃料電池は作動する。このとき燃料としてメタノールを使用する場合には、直接メタノール形燃料電池となる。   The manufacturing method of the membrane-electrode assembly 10 of the present invention can be selected from known or arbitrary methods. As an example, after applying an organic solvent solution of the constituent materials of the binders 2 and 3 onto the catalyst layers 4 and 5 of the catalyst-carrying gas diffusion electrodes 8 and 9, the solvent is removed and the polymer electrolyte membrane 1 is removed. Place on both sides. Thereafter, using a press machine such as a hot press machine or a roll press machine, the membrane-electrode assembly 10 can be prepared by hot pressing generally at a press temperature of about 120 to 250 ° C. If necessary, the membrane-electrode assembly 10 may be prepared without using the binders 2 and 3. From the fuel gas or liquid formed in the separators 11 and 12 disposed outside the membrane-electrode assembly 10 and the flow paths 13 and 14 for feeding the oxidant, the polymer electrolyte fuel cell of the present invention ( A direct methanol fuel cell) 15 is configured. The separators 11 and 12 are made of carbon graphite or metal plate having electrical conductivity and chemical stability, and fuel and oxidant blocking properties. Further, these may be subjected to water repellent treatment or corrosion resistance treatment as necessary. On the surfaces of the separators 11 and 13, flow paths 13 and 14 for feeding the fuel gas or liquid and the oxidant are formed. A gas containing hydrogen as a main component or a gas or liquid containing methanol as a main component is supplied to one channel 13 as a fuel gas or liquid, and a gas containing oxygen (oxygen or air) as the oxidant is supplied to the other channel. The polymer electrolyte fuel cell of the present invention operates by supplying each to the flow path 14. At this time, when methanol is used as the fuel, a direct methanol fuel cell is obtained.

本発明の固体高分子形燃料電池(直接メタノール形燃料電池)を単独で、あるいは複数積層して、スタックを形成し、使用することや、それらを組み込んだ燃料電池システムとすることもできる。   The polymer electrolyte fuel cell (direct methanol fuel cell) of the present invention can be used alone or in a stack to form a stack, or a fuel cell system incorporating them.

さらに、本発明のプロトン伝導性高分子電解質膜を使用した直接メタノール形燃料電池について、一例として、図面を引用して説明する。   Furthermore, a direct methanol fuel cell using the proton conductive polymer electrolyte membrane of the present invention will be described with reference to the drawings as an example.

図2は、本発明の直接メタノール形燃料電池の要部断面図である。膜−電極接合体10は、燃料(メタノールあるいはメタノール水溶液)を充填および供給する機能を有する燃料(メタノールあるいはメタノール水溶液)タンク16の両側に必要数が平面状に配置される。さらにその外側には、酸化剤流路17が形成された支持体18が配置され、これらに狭持されることによって、直接メタノール形燃料電池のセル、スタックが構成される。   FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part of the direct methanol fuel cell of the present invention. The required number of membrane-electrode assemblies 10 are arranged in a plane on both sides of a fuel (methanol or methanol aqueous solution) tank 16 having a function of filling and supplying fuel (methanol or methanol aqueous solution). Further, a support 18 having an oxidant flow path 17 formed thereon is disposed on the outside thereof, and a cell and a stack of a direct methanol fuel cell are configured by being sandwiched between them.

前記の例以外にも、本発明の高分子電解質膜および膜−電極接合体は、特開2001−313046号公報、特開2001−313047号公報、特開2001−93551号公報、特開2001−93558号公報、特開2001−93561号公報、特開2001−102069号公報、特開2001−102070号公報、特開2001−283888号公報、特開2000−268835号公報、特開2000−268836号公報、特開2001−283892号公報などで公知になっている直接メタノール形燃料電池の高分子電解質膜や膜−電極接合体として、使用可能である。   In addition to the above examples, the polymer electrolyte membrane and membrane-electrode assembly of the present invention are disclosed in JP 2001-313046 A, JP 2001-313047 A, JP 2001-93551 A, and JP 2001-2001 A. 93,558, JP-A 2001-93561, JP-A 2001-102069, JP-A 2001-102070, JP-A 2001-283888, JP-A 2000-268835, JP-A 2000-268836 It can be used as a polymer electrolyte membrane or membrane-electrode assembly of a direct methanol fuel cell, which is publicly known in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-283892.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更可能である。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited at all by these Examples, In the range which does not change the summary, it can change suitably.

(実施例1)
<芳香族高分子化合物と非芳香族高分子化合物とからなる高分子フィルムの調製>
芳香族高分子化合物と非芳香族高分子化合物とからなる樹脂組成物として、ポリフェニレンサルファイドとポリテトラフルオロエチレンからなる樹脂組成物(大日本インキ工業株式会社製、DIC−PPS ZL−130、ポリテトラフルオロエチレン含有量:30重量%)を使用した。
Example 1
<Preparation of polymer film comprising aromatic polymer compound and non-aromatic polymer compound>
As a resin composition comprising an aromatic polymer compound and a non-aromatic polymer compound, a resin composition comprising polyphenylene sulfide and polytetrafluoroethylene (Dainippon Ink Industries, Ltd., DIC-PPS ZL-130, polytetrafluoroethylene) Fluoroethylene content: 30% by weight) was used.

前記樹脂組成物を、プレス温度:300℃、プレス圧力:50kgf/cm2、プレス時間:5分の条件で熱プレス成形し、芳香族高分子化合物と非芳香族高分子化合物とからなる高分子フィルムを得た。
<プロトン伝導性高分子電解質膜の調製>
ガラス容器に、1−クロロブタン267g、クロロスルホン酸3.3gを秤量し、クロロスルホン酸溶液を調製した。前記高分子フィルムを0.88g秤量し、クロロスルホン酸溶液に浸漬し、室温で20時間、放置した(クロロスルホン酸添加量は、ポリフェニレンサルファイドの芳香族単位に対して5当量)。室温で20時間放置後に、高分子フィルムを回収し、イオン交換水で中性になるまで洗浄した。
A polymer comprising an aromatic polymer compound and a non-aromatic polymer compound obtained by hot press molding the resin composition under the conditions of a press temperature: 300 ° C., a press pressure: 50 kgf / cm 2 , and a press time: 5 minutes. A film was obtained.
<Preparation of proton conductive polymer electrolyte membrane>
In a glass container, 267 g of 1-chlorobutane and 3.3 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a chlorosulfonic acid solution. 0.88 g of the polymer film was weighed, immersed in a chlorosulfonic acid solution, and allowed to stand at room temperature for 20 hours (the amount of chlorosulfonic acid added was 5 equivalents relative to the aromatic unit of polyphenylene sulfide). After standing at room temperature for 20 hours, the polymer film was recovered and washed with ion-exchanged water until neutral.

洗浄後の高分子フィルムを23℃に調温した恒温恒湿器内で、相対湿度98%、80%、60%および50%の湿度調節下で、それぞれ30分間放置してフィルムを乾燥し、本発明のプロトン伝導性高分子電解質膜を得た。   The polymer film after washing was dried in a constant temperature and humidity chamber adjusted to 23 ° C. for 30 minutes under humidity control of relative humidity 98%, 80%, 60% and 50%, A proton conducting polymer electrolyte membrane of the present invention was obtained.

<イオン交換容量の測定方法>
プロトン伝導性高分子電解質膜(約10mm×40mm)を25℃での塩化ナトリウム飽和水溶液20mLに浸漬し、ウォーターバス中で60℃、3時間反応させた。25℃まで冷却し、次いで膜をイオン交換水で充分に洗浄し、塩化ナトリウム飽和水溶液および洗浄水をすべて回収した。この回収した溶液に、指示薬としてフェノールフタレイン溶液加え、0.01Nの水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定し、イオン交換容量を算出した。
<Measurement method of ion exchange capacity>
A proton conductive polymer electrolyte membrane (about 10 mm × 40 mm) was immersed in 20 mL of a saturated aqueous sodium chloride solution at 25 ° C., and reacted in a water bath at 60 ° C. for 3 hours. After cooling to 25 ° C., the membrane was thoroughly washed with ion exchanged water, and all of the saturated aqueous sodium chloride solution and the washing water were collected. To this recovered solution, a phenolphthalein solution was added as an indicator, and neutralization titration with a 0.01N sodium hydroxide aqueous solution was performed to calculate the ion exchange capacity.

結果を表1に示す。   The results are shown in Table 1.

<プロトン伝導度の測定方法>
イオン交換水中に保管した高分子電解質膜(約10mm×40mm)を取り出し、膜表面の水をろ紙で拭き取った。2極非密閉系のテフロン(登録商標)製のセルに膜を設置し、さらに白金電極を電極間距離30mmとなるように、膜表面(同一側)に設置した。23℃での膜抵抗を、交流インピーダンス法(周波数:42Hz〜5MHz、印可電圧:0.2V)により測定し、プロトン伝導度を算出した。
<Measurement method of proton conductivity>
A polymer electrolyte membrane (about 10 mm × 40 mm) stored in ion-exchanged water was taken out, and water on the membrane surface was wiped off with a filter paper. The membrane was installed in a cell made of Teflon (registered trademark) in a bipolar non-sealing system, and a platinum electrode was further installed on the membrane surface (on the same side) so that the distance between the electrodes was 30 mm. The membrane resistance at 23 ° C. was measured by an AC impedance method (frequency: 42 Hz to 5 MHz, applied voltage: 0.2 V), and proton conductivity was calculated.

結果を表1に示す。   The results are shown in Table 1.

<メタノール遮断性の測定方法>
25℃の環境下で、ビードレックス社製膜透過実験装置を使用した。高分子電解質膜でイオン交換水と所定濃度のメタノール水溶液を隔離し、所定時間経過後にイオン交換水側に透過したメタノールを含む溶液を採取し、ガスクロマトグラフで透過したメタノール量を定量した。この定量結果から、メタノール透過速度を求め、メタノール透過係数およびメタノール遮断係数を算出した。メタノール透過係数およびメタノール遮断係数は、以下の数式1及び数式2にしたがって算出した。
<Measurement method of methanol barrier properties>
In an environment of 25 ° C., a membrane transmission experiment apparatus manufactured by Beadrex was used. Ion exchange water and a methanol aqueous solution having a predetermined concentration were separated by a polymer electrolyte membrane, a solution containing methanol permeated to the ion exchange water side after a lapse of a predetermined time was collected, and the amount of methanol permeated by gas chromatography was quantified. From this quantification result, the methanol permeation rate was determined, and the methanol permeation coefficient and the methanol cutoff coefficient were calculated. The methanol permeability coefficient and the methanol cutoff coefficient were calculated according to the following formulas 1 and 2.

結果を表1に示す。   The results are shown in Table 1.

Figure 0004437663
Figure 0004437663

Figure 0004437663
(実施例2)
1−クロロブタン量を237g、クロロスルホン酸量を3.6g、高分子フィルム量を0.78gとした以外は、実施例1と同様にしてプロトン伝導性高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、ポリフェニレンサルファイドの芳香族単位に対して6当量)。
Figure 0004437663
(Example 2)
A proton conductive polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of 1-chlorobutane was 237 g, the amount of chlorosulfonic acid was 3.6 g, and the amount of polymer film was 0.78 g (chlorosulfonic acid The addition amount is 6 equivalents with respect to the aromatic unit of polyphenylene sulfide).

結果を表1に示す。   The results are shown in Table 1.

(実施例3)
1−クロロブタン量を259g、クロロスルホン酸量を5.2g、高分子フィルム量を0.85gとした以外は、実施例1と同様にしてプロトン伝導性高分子電解質膜を得た(クロロスルホン酸添加量は、ポリフェニレンサルファイドの芳香族単位に対して8当量)。
Example 3
A proton conductive polymer electrolyte membrane was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of 1-chlorobutane was 259 g, the amount of chlorosulfonic acid was 5.2 g, and the amount of the polymer film was 0.85 g (chlorosulfonic acid The addition amount is 8 equivalents with respect to the aromatic unit of polyphenylene sulfide).

結果を表1に示す。   The results are shown in Table 1.

(比較例1)
プロトン伝導性高分子電解質膜として、非炭化水素系高分子電解質膜であるデュポン社製ナフィオン(登録商標)115を使用した以外は、実施例1と同様にした。
(Comparative Example 1)
The same procedure as in Example 1 was performed except that Nafion (registered trademark) 115 manufactured by DuPont, which is a non-hydrocarbon polymer electrolyte membrane, was used as the proton conductive polymer electrolyte membrane.

結果を表1に示す。   The results are shown in Table 1.

(比較例2)
プロトン伝導性高分子電解質膜を下記の方法に従って調製した以外は、実施例1と同様にした。
<プロトン伝導性高分子電解質膜の調製>
ガラス容器に、ジクロロメタン431g、クロロスルホン酸2.2gを秤量し、クロロスルホン酸溶液を調製した。高分子フィルムとして、ポリフェニレンサルファイドフィルム(東レ(株)製、商品名:トレリナ、厚さ:50μm)を1.0g秤量し、クロロスルホン酸溶液に浸漬し、室温で20時間、放置した(クロロスルホン酸添加量は、ポリフェニレンサルファイドの芳香族単位に対して2当量)。室温で20時間放置後に、高分子フィルムを回収し、イオン交換水で中性になるまで洗浄した。
(Comparative Example 2)
A proton conducting polymer electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that it was prepared according to the following method.
<Preparation of proton conductive polymer electrolyte membrane>
In a glass container, 431 g of dichloromethane and 2.2 g of chlorosulfonic acid were weighed to prepare a chlorosulfonic acid solution. As a polymer film, 1.0 g of polyphenylene sulfide film (trade name: Torelina, thickness: 50 μm, manufactured by Toray Industries, Inc.) was weighed, immersed in a chlorosulfonic acid solution, and left at room temperature for 20 hours (chlorosulfone). The acid addition amount is 2 equivalents with respect to the aromatic unit of polyphenylene sulfide). After standing at room temperature for 20 hours, the polymer film was recovered and washed with ion-exchanged water until neutral.

洗浄後の高分子フィルムを23℃に調温した恒温恒湿器内で、相対湿度98%、80%、60%および50%の湿度調節下で、それぞれ30分間放置してフィルムを乾燥し、プロトン伝導性高分子電解質膜を得た。   The polymer film after washing was dried in a constant temperature and humidity chamber adjusted to 23 ° C. for 30 minutes under humidity control of relative humidity 98%, 80%, 60% and 50%, A proton conducting polymer electrolyte membrane was obtained.

Figure 0004437663
表1の実施例1〜3と比較例1,2との比較から、本発明のプロトン伝導性高分子電解質膜は、従来のプロトン伝導性高分子電解質膜と同オーダーのプロトン伝導度を有し、プロトン伝導性高分子電解質膜として有用であることが明らかとなった。
Figure 0004437663
From comparison between Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 in Table 1, the proton conductive polymer electrolyte membrane of the present invention has proton conductivity in the same order as that of the conventional proton conductive polymer electrolyte membrane. This proved useful as a proton conductive polymer electrolyte membrane.

表1の実施例1〜3と比較例1,2との比較から、本発明のプロトン伝導性高分子電解質膜は、従来のプロトン伝導性高分子電解質膜よりもメタノール透過係数が低く、高いメタノール遮断係数を示すことが明らかとなり、直接メタノール形燃料電池用の高分子電解質膜として有用であることが示された。   From comparison between Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 in Table 1, the proton conductive polymer electrolyte membrane of the present invention has a lower methanol permeability coefficient and higher methanol than the conventional proton conductive polymer electrolyte membrane. It became clear that it showed a cutoff coefficient, and it was shown that it is useful as a polymer electrolyte membrane for direct methanol fuel cells.

本発明の固体高分子形燃料電池(直接メタノール形燃料電池)の要部断面図Cross-sectional view of the main part of the polymer electrolyte fuel cell (direct methanol fuel cell) of the present invention 本発明の直接メタノール形燃料電池の要部断面図Cross-sectional view of essential parts of the direct methanol fuel cell of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1 高分子電解質膜
2,3 結着剤
4,5 触媒層
6,7 拡散層
8,9 触媒担持ガス拡散電極
10 膜−電極接合体
11,12 セパレーター
13 燃料流路
14 酸化剤流路
15 固体高分子形燃料電池(直接メタノール形燃料電池)
16 燃料タンク
17 酸化剤流路
18 支持体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polymer electrolyte membrane 2,3 Binder 4,5 Catalyst layer 6,7 Diffusion layer 8,9 Catalyst carrying | support gas diffusion electrode 10 Membrane-electrode assembly 11,12 Separator 13 Fuel flow path 14 Oxidant flow path 15 Solid Polymer fuel cell (direct methanol fuel cell)
16 Fuel tank 17 Oxidant flow path 18 Support

Claims (8)

(1)芳香族高分子化合物と、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−1−ブテン、ポリイソブチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオライドから選択される少なくとも一種の非芳香族高分子化合物とを含有する樹脂組成物を成形して高分子フィルムを製造する工程、および
(2)高分子フィルムをプロトン伝導性置換基導入剤と接触させて、芳香族高分子化合物中の芳香族単位にプロトン伝導性置換基を導入する工程、
を含む、
プロトン伝導性高分子電解質膜の製造方法。
(1) an aromatic polymer compound and at least one non-aromatic polymer compound selected from polyethylene, polypropylene, poly-1-butene, polyisobutylene, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, and polyvinyl fluoride ; A step of forming a polymer composition by molding a resin composition containing a hydrogen atom, and (2) contacting the polymer film with a proton conductive substituent-introducing agent to form protons on the aromatic units in the aromatic polymer compound. step you introducing conductivity substituent,
including,
A method for producing a proton conductive polymer electrolyte membrane.
前記高分子フィルムが熱プレス成形法または溶融押し出し法により成形される、
請求項1に記載のプロトン伝導性高分子電解質膜の製造方法。
The polymer film is molded by a hot press molding method or a melt extrusion method,
The method for producing a proton conductive polymer electrolyte membrane according to claim 1.
プロトン伝導性高分子電解質中の非芳香族高分子化合物含有量が、0.01〜30重量%であることを特徴とする請求項1または2に記載のプロトン伝導性高分子電解質膜の製造方法。 The method for producing a proton conductive polymer electrolyte membrane according to claim 1 or 2, wherein the content of the non-aromatic polymer compound in the proton conductive polymer electrolyte is 0.01 to 30% by weight. . 前記芳香族高分子化合物が、ポリフェニレンサルファイドであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のプロトン伝導性高分子電解質膜の製造方法。 The method for producing a proton conductive polymer electrolyte membrane according to any one of claims 1 to 3, wherein the aromatic polymer compound is polyphenylene sulfide. 前記非芳香族高分子化合物が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオライドからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のプロトン伝導性高分子電解質膜の製造方法。 The non-aromatic polymer compound is at least one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, and polyvinyl fluoride. A method for producing a proton conductive polymer electrolyte membrane according to claim 1. 前記非芳香族高分子化合物が、前記芳香族高分子化合物との混合および/または混練時の剪断力により繊維化したことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のプロトン伝導性高分子電解質膜の製造方法。 6. The proton-conductive polymer according to claim 1, wherein the non-aromatic polymer compound is fiberized by a shearing force during mixing and / or kneading with the aromatic polymer compound. A method for producing a molecular electrolyte membrane. 前記非芳香族高分子化合物が、繊維化したポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のプロトン伝導性高分子電解質膜の製造方法。 The method for producing a proton conductive polymer electrolyte membrane according to any one of claims 1 to 6, wherein the non-aromatic polymer compound is fiberized polytetrafluoroethylene. 前記プロトン伝導性置換基が、スルホン酸基であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のプロトン伝導性高分子電解質膜の製造方法。 The method for producing a proton conductive polymer electrolyte membrane according to claim 1, wherein the proton conductive substituent is a sulfonic acid group.
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