JP4588035B2 - 燃料電池用高分子電解質膜とその製造方法、及び燃料電池 - Google Patents
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Description
ポリベンズイミダゾール(PBI)をジメチルアセトアミドに溶解して10質量%のPBI溶液を得た。PBI溶液100g当たりN,N−ジグリシジルアニリン0.5gをそれぞれ添加して常温で十分に攪拌させた。このように得られた混合溶液を支持体にコーティングした後、80℃で2時間、さらに130℃で2時間熱処理し、前記支持体から前記結果物を剥離して高分子電解質膜を得た。
N,N−ジグリシジルアニリンを1g使用したことを除いては、実施例1と同じ方法によって実施して高分子電解質膜を得た。
N,N−ジグリシジルアニリンを1.5g使用したことを除いては、実施例1と同じ方法によって実施して高分子電解質膜を得た。
N,N−ジグリシジルアニリンを2g使用したことを除いては、実施例1と同じ方法によって実施して高分子電解質膜を得た。
N,N−ジグリシジルアニリンを使用しないことを除いては、実施例1と同じ方法によって実施して高分子電解質膜を得た。
N,N−ジグリシジルアニリン0.5gの代わりに、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.56gを使用したことを除いては、実施例1と同じ方法によって実施して高分子電解質膜を得た。
ポリベンズイミダゾールをジメチルアセトアミドに溶解して10質量%のPBI溶液を得た。PBI溶液100g当たりN,N−ジグリシジルアニリン0.5gをそれぞれ添加して常温で十分に攪拌させた。このように得られた混合溶液を支持体にコーティングした後、80℃で2時間、さらに130℃で2時間熱処理し、前記支持体から前記結果物を剥離して高分子電解質膜を得た。この高分子電解質膜を80℃、85%のリン酸に含浸させた後、長さ6.35cm、幅3mmのドッグボーン状に試片を切断した。
N,N−ジグリシジルアニリンを使用しないことを除いては、実施例5と同じ方法によって実施して高分子電解質膜を得た。
電極用スラリーは、7g Pt/C、NMP 7g、PBI/NMP(N−メチルピロリドン)(10wt%溶液)3.5g、PVdF/NMP(5wt%溶液)3.5gをモルタルに入れて10分間混合して製造した。この混合溶液を22.0cm×7.0cmサイズの拡散層にドクターブレイドを使用してコーティングした後、常温1時間、80℃で1時間、さらに120℃で30分間で乾燥した後、最終的に150℃の真空オーブンで10分間乾燥した。
高分子電解質膜として比較例3によって得た高分子電解質膜を使用したことを除いては、実施例6と同じ方法によって実施して燃料電池を製作した。
Claims (13)
- ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミン、ポリアクリルアミド、スルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリフェニレンオキシド、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルイミド、ポリベンズイミダゾール及びポリイミダゾールからなる群から選択された一つ以上の親水性高分子と下記化学式1で表示される架橋剤との架橋反応結果物を含み、
前記架橋剤の含量は、前記親水性高分子の反復単位1モルを基準として0.01〜0.5モルであることを特徴とする、燃料電池用高分子電解質膜。
- 前記置換されたC6−C20のアリール基が、−N(R)(R’)(R及びR’は水素、C1−C10のアルキル基、またはグリシジル基である)、エポキシ基、ヒドロキシ基、リン酸基、スルホン酸基及びイミダゾール基が置換されたC6−C20のアリール基であり、
前記置換されたC2−C20のヘテロアリール基が、−N(R)(R’)(R及びR’は水素、C1−C10のアルキル基、またはグリシジル基である)、エポキシ基、エポキシ基含有アルキルアミノ基、ヒドロキシ基、リン酸基、スルホン酸基及びイミダゾール基が置換されたC2−C20のヘテロアリール基であることを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池用高分子電解質膜。 - 前記化学式1の架橋剤は、下記化学式2または3で表示される化合物であることを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池用高分子電解質膜。
- 酸がさらに含まれることを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池用高分子電解質膜。
- 前記酸は、硫酸、リン酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸からなる群から選択された一つ以上であり、
前記酸の含量は、前記親水性高分子100質量部を基準として100質量部から500質量部であることを特徴とする、請求項4に記載の燃料電池用高分子電解質膜。 - ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミン、ポリアクリルアミド、スルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリフェニレンオキシド、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルイミド、ポリベンズイミダゾール及びポリイミダゾールからなる群から選択された一つ以上の親水性高分子と、前記親水性高分子の反復単位1モルを基準として0.01〜0.5モルの含量の下記化学式1で表示される架橋剤と、溶媒とを混合して高分子電解質膜形成用組成物を得る工程と、
前記高分子電解質膜形成用の組成物を支持体上に塗布する工程と、
前記結果物を熱処理する工程と、
を含むことを特徴とする、燃料電池用高分子電解質膜の製造方法。
- 前記高分子電解質膜形成用組成物に酸をさらに付加することを特徴とする、請求項6に記載の燃料電池用高分子電解質膜の製造方法。
- 前記酸の含量は、親水性高分子100質量部を基準として100質量部から500質量部であることを特徴とする、請求項7に記載の燃料電池用高分子電解質膜の製造方法。
- 前記熱処理温度は、60℃から130℃であることを特徴とする、請求項6に記載の燃料電池用高分子電解質膜の製造方法。
- 前記熱処理は、60℃から100℃で実施する1次熱処理工程と、100℃から130℃で実施する2次熱処理工程と、を含むことを特徴とする、請求項6に記載の燃料電池用高分子電解質膜の製造方法。
- 前記架橋剤の含量は、前記親水性高分子の反復単位1モルを基準として0.01モルから0.5モルであることを特徴とする、請求項6に記載の燃料電池用高分子電解質膜の製造方法。
- 前記溶媒は、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドンからなる群から選択された一つ以上であり、
前記溶媒の含量は、親水性高分子100質量部を基準として100質量部から2000質量部であることを特徴とする、請求項6に記載の燃料電池用高分子電解質膜の製造方法。 - 請求項1から5のうち何れか1項に記載の燃料電池用高分子電解質膜を備えた燃料電池。
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