JP4843928B2 - 固体高分子電解質膜、固体高分子型燃料電池用膜電極接合体及び固体高分子電解質膜の製造方法 - Google Patents
固体高分子電解質膜、固体高分子型燃料電池用膜電極接合体及び固体高分子電解質膜の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4843928B2 JP4843928B2 JP2004304813A JP2004304813A JP4843928B2 JP 4843928 B2 JP4843928 B2 JP 4843928B2 JP 2004304813 A JP2004304813 A JP 2004304813A JP 2004304813 A JP2004304813 A JP 2004304813A JP 4843928 B2 JP4843928 B2 JP 4843928B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ion exchange
- exchange resin
- polymer electrolyte
- electrolyte membrane
- layer
- 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
Images
Classifications
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
また、充填層は固体高分子電解質膜中に2枚以上重ねて存在させてもよい。この場合当該2枚以上の充填層は同じでも異なっていてもよく、隣接して重なっていてもイオン交換樹脂からなる層を介して重なっていてもよい。
[膜の作製]
厚さ25μmのパーフルオロアルコキシエチレン重合体からなるフィルム(商品名:トヨフロンPFA、東レ社製)に、ドリル加工によってφ500μmの貫通孔(1個あたりの平均断面積約0.196mm2)を、中心間距離が580μmになるように、中心部の約100mm角に千鳥配列で約34800個開孔させ、約120mm角の多孔シート1を作製した。この多孔シート1の開口率は68%である。
測定する膜を幅5mm、全長75mmの短冊状の大きさのサンプルとし、標線間距離25mm、チャック間距離50mmとなるようにし、試験速度50mm/分にて引張試験を行い、得られた変位と荷重のチャートから初期の10%の歪の傾きを求め、その傾きから引張弾性率を求める。
測定する膜を25℃、RH50%の状態で24時間放置した後、中心部を50mm角に切り出し、その後90℃の温水に16時間浸漬する。次いでこの膜の各辺(互いに直行する辺1及び辺2)の寸法を測定し、温水浸漬前に対する寸法の変化率を算出する。なお、膜サンプルにおいてどちらの辺を辺1とするかは任意に決める。
まず、以下のとおり触媒層を作製する。すなわち、分散液aと、白金をカーボン上に55質量%担持させた担持触媒とを、エタノールと水の混合分散媒(質量比で1:1)に分散させ、固形分濃度14質量%の触媒分散液を得て、これをシリコーン系離型剤で表面を処理した厚さ100μmのPETフィルム上にダイコート法で塗工し、80℃で乾燥して厚さ10μm、白金担持量が約0.4mg/cm2の触媒層を形成する。
テトラフルオロエチレンに基づく繰り返し単位とCF2=CF−OCF2CF(CF3)O(CF2)2SO2Fに基づく繰り返し単位とからなる共重合体粉末(イオン交換容量1.1ミリ当量/グラム乾燥樹脂)9730gとPTFE粉末(商品名:フルオンCD−1、旭硝子社製)270gとを混合し、2軸押出し成形によりペレット9500gを得る。この成形によりPTFE粉末は少なくとも一部がフィブリル化する。このペレットを、溶液全体の質量の30%のジメチルスルホオキシドと15%の水酸化カリウムとを含む水溶液中で加水分解し、1モル/Lの塩酸に室温で16時間浸漬して上記共重合体粉末を酸型(スルホン酸基)に変換し、水洗、乾燥する。これをエタノールに分散させることにより、固形分濃度10%(質量比)の分散液bが得られる。
厚さ12μmのポリフェニレンスルフィドフィルム(商品名:トレリナ3030−12、東レ社製)に、ドリル加工によってφ500μmの貫通孔(1個あたりの平均断面積約0.196mm2)を、中心部の約100mm角に中心間距離が580μmになるように千鳥配列で約34800個開孔させた外形約120mm角の多孔シート2を作製した。この多孔シート2の開口率は68%である。
この膜Dについて例1と同様に引張弾性率及び寸法変化率の測定を行うと、表1に示す結果となる。また、膜Dを用いて例1と同様に膜電極接合体を作製し、例1と同様に電池特性を測定すると表2に示す結果となる。
厚さ12μm、100mm角のポリフェニレンスルフィドフィルム(商品名:トレリナ3030−12、東レ社製)の中心部にドリル加工によってφ300μmの貫通孔(1個あたりの平均断面積約0.07mm2)を中心間距離が350μmになるように千鳥配列で24048個開孔させて多孔シート3を作製した。このとき孔は上記フィルムの中心部分のみにくるようにして、開孔させた中心部分の面積は約25cm2(5cm×5cm)とした。この中心部分における開口率は67%である。
膜電極接合体を構成する膜Eは、額縁状の周辺部が孔の開いていないポリフェニレンスルフィドフィルムからなっているため、周辺部からの引裂き強度が大幅に向上し、形状安定性にも非常に優れ、ハンドリングも容易である。
テトラフルオロエチレンに基づく繰り返し単位とCF2=CF−OCF2CF(CF3)−OCF2CF2SO3Hに基づく繰り返し単位とからなる厚さ30μmのイオン交換膜(イオン交換容量:1.1ミリ当量/グラム乾燥樹脂、商品名:フレミオンSH−30、旭硝子社製)について、例1と同様の方法で引張弾性率及び寸法変化率の測定を行った。結果を表1に示す。また、この膜を用いて例1と同様の方法で膜電極接合体を作製し評価した。結果を表2に示す。
厚さ12μmのポリフェニレンスルフィドフィルム(商品名:トレリナ3030−12、東レ社製)に、ドリル加工によってφ300μmの貫通孔(1個あたりの平均断面積約0.07mm2)を、中心間距離が580μmになるように、千鳥配列で中心約100mm角に約95000個開孔させた外形約120mm角の多孔シート4を作製した。この多孔シート4の開口率は68%である。
厚さ12μmのポリフェニレンスルフィドフィルム(商品名:トレリナ3030−12、東レ社製)に、ドリル加工によってφ3mmの貫通孔(1個あたりの平均断面積約7mm2)を、中心間距離が3.5mmになるように、千鳥配列で中心約100mm角に約1020個開孔させた外形約120mm角の多孔シート5を作製する。この多孔シート5の開口率は68%である。
次に分散液aをダイコート法で総厚みが18μmになるように厚さ約100μmのETFEシートに塗工した後、乾燥炉を用いて120℃で30分で乾燥させる。
この膜Yについて例1と同様の方法で引張弾性率、寸法変化率の測定をする。また、例1と同様の方法で膜電極接合体を作製し、例1と同様の方法で電池特性を測定する。測定結果は表1及び表2に示す。なお、寸法変化は、膜Z全体にしわがあるために正確に測定することは困難である。
厚さ12μmのポリフェニレンスルフィドフィルム(商品名:トレリナ3030−12、東レ社製)に、ドリル加工によってφ300μmの貫通孔(1個あたりの平均断面積約0.07mm2)を、中心間距離が400μmになるように、千鳥配列で中心約100mm角に約72790個開孔させた外形約120mm角の多孔シート6を作製する。この多孔シート6の開口率は54%である。
次に分散液aをダイコート法で総厚みが18μmになるように厚さ約100μmのETFEシートに塗工した後、乾燥炉を用いて120℃で30分で乾燥させる。
2、2’ 触媒層
3、3’ ガス拡散層
4 ガスケット
5 セパレータ
6 膜・触媒層接合体
7 膜電極接合体
8 単セル
10、20、30 多孔シート
11、21 孔
201 第1の領域
202 第2の領域
22、22’、32、32’ 樹脂層
31 充填部
33 フィブリル含有層
34 補強層
Claims (14)
- 1個あたりの平均断面積が0.01〜6mm2で厚さ方向に対してほぼ平行である貫通孔が多数個形成されており、かつ該貫通孔に基づく開口率が60〜80%である多孔シートの前記貫通孔に、イオン交換樹脂が充填されている第1の層を1層以上有し、
該第1の層の少なくとも片面には、前記イオン交換樹脂と同じでも異なっていてもよいイオン交換樹脂のみからなる第2の層が形成されていることを特徴とする固体高分子電解質膜。 - 1個あたりの平均断面積が0.01〜6mm2で厚さ方向に対してほぼ平行である貫通孔が多数個形成されており、かつ該貫通孔に基づく開口率が60〜80%である領域1と、該領域1の外縁部であって前記領域1よりも開口率が低いか又は貫通孔を有しない領域2とからなる多孔シートの前記貫通孔に、イオン交換樹脂が充填されている第1の層を1層以上有し、
該第1の層の少なくとも片面には、前記イオン交換樹脂と同じでも異なっていてもよいイオン交換樹脂のみからなる第2の層が形成されていることを特徴とする固体高分子電解質膜。 - 前記第2の層が前記多孔シートの面積より小さく、前記領域1の面積より大きい請求項2記載の固体高分子電解質膜。
- 前記多孔シートは、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルアミド、ポリプロピレン又はポリエチレンからなる請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体高分子電解質膜。
- 前記多孔シートは、厚さが3〜50μmである請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体高分子電解質膜。
- 前記貫通孔に充填されるイオン交換樹脂は、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体高分子電解質膜。
- 前記貫通孔は、前記イオン交換樹脂と補強フィラーとにより充填され、該補強フィラーは、繊維径が0.01〜20μm、繊維長が1〜10mm、アスペクト比が5以上である短繊維状の補強フィラーである請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体高分子電解質膜。
- 前記第2の層には前記補強フィラーが含まれない請求項7に記載の固体高分子電解質膜。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の固体高分子電解質膜の両面に、触媒を含む触媒層が配置されたことを特徴とする固体高分子型燃料電池用膜電極接合体。
- 多孔シートにより補強された固体高分子電解質膜の製造方法であって、厚さ方向に対してほぼ平行で1個あたりの平均断面積が0.01〜6mm2である貫通孔が多数個形成されており、かつ前記貫通孔に基づく開口率が60〜80%である多孔シートに、イオン交換樹脂を含む塗工液を塗工することにより、前記貫通孔を前記イオン交換樹脂で充填して第1の層を形成し、該第1の層の少なくとも片面に、前記イオン交換樹脂と同じでも異なっていてもよいイオン交換樹脂のみからなる第2の層を形成することを特徴とする固体高分子電解質膜の製造方法。
- 多孔シートにより補強された固体高分子電解質膜の製造方法であって、厚さ方向に対してほぼ平行で1個あたりの平均断面積が0.01〜6mm2である貫通孔が多数個形成されており、かつ前記貫通孔に基づく開口率が60〜80%である多孔シートに、イオン交換樹脂からなる膜を重ねて熱プレスし、前記イオン交換樹脂を前記貫通孔に圧入して充填させて第1の層を形成すると共に、該第1の層の少なくとも片面に、前記イオン交換樹脂と同じでも異なっていてもよいイオン交換樹脂のみからなる第2の層を形成することを特徴とする固体高分子電解質膜の製造方法。
- 多孔シートにより補強された固体高分子電解質膜の製造方法であって、1個あたりの平均断面積が0.01〜6mm2で厚さ方向に対してほぼ平行である貫通孔が多数個形成されており、かつ前記貫通孔に基づく開口率が60〜80%である領域1と、前記領域1の外縁部であって前記領域1よりも開口率が低いか又は貫通孔を有しない領域2とからなる多孔シートに、イオン交換樹脂を含む塗工液を塗工することにより、前記貫通孔を前記イオン交換樹脂で充填して第1の層を形成すると共に、該第1の層の少なくとも片面に、前記イオン交換樹脂と同じでも異なっていてもよいイオン交換樹脂のみからなる第2の層を形成することを特徴とする固体高分子電解質膜の製造方法。
- 多孔シートにより補強された固体高分子電解質膜の製造方法であって、1個あたりの平均断面積が0.01〜6mm2で厚さ方向に対してほぼ平行である貫通孔が多数個形成されており、かつ前記貫通孔に基づく開口率が60〜80%である領域1と、前記領域1の外縁部であって前記領域1よりも開口率が低いか又は貫通孔を有しない領域2とからなる多孔シートに、イオン交換樹脂からなる膜を重ねて熱プレスし、前記イオン交換樹脂を前記貫通孔に圧入して充填させて第1の層を形成すると共に、該第1の層の少なくとも片面に、前記イオン交換樹脂と同じでも異なっていてもよいイオン交換樹脂のみからなる第2の層を形成することを特徴とする固体高分子電解質膜の製造方法。
- 前記多孔シートは、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルアミド、ポリプロピレン又はポリエチレンからなる請求項10〜13のいずれか1項に記載の固体高分子電解質膜の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004304813A JP4843928B2 (ja) | 2004-10-19 | 2004-10-19 | 固体高分子電解質膜、固体高分子型燃料電池用膜電極接合体及び固体高分子電解質膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004304813A JP4843928B2 (ja) | 2004-10-19 | 2004-10-19 | 固体高分子電解質膜、固体高分子型燃料電池用膜電極接合体及び固体高分子電解質膜の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006120368A JP2006120368A (ja) | 2006-05-11 |
JP4843928B2 true JP4843928B2 (ja) | 2011-12-21 |
Family
ID=36538081
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004304813A Expired - Fee Related JP4843928B2 (ja) | 2004-10-19 | 2004-10-19 | 固体高分子電解質膜、固体高分子型燃料電池用膜電極接合体及び固体高分子電解質膜の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4843928B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4650673B2 (ja) * | 2004-12-14 | 2011-03-16 | 東海カーボン株式会社 | 燃料電池用セパレータ材とその製造方法 |
US8431285B2 (en) * | 2006-11-03 | 2013-04-30 | GM Global Technology Operations LLC | Edge design for ePTFE-reinforced membranes for PEM fuel cells |
JP5135949B2 (ja) * | 2007-08-23 | 2013-02-06 | トヨタ自動車株式会社 | 積層多孔質電解質膜及び燃料電池用電極 |
JP5267792B2 (ja) * | 2008-11-05 | 2013-08-21 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池用電解質膜の製造方法 |
KR20110006122A (ko) * | 2009-07-13 | 2011-01-20 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 연료전지용 고분자 전해질막 및 그 제조방법 |
GB201003230D0 (en) * | 2010-02-26 | 2010-04-14 | Johnson Matthey Plc | Membrane |
JP5854046B2 (ja) | 2011-07-29 | 2016-02-09 | Jsr株式会社 | プロトン伝導性基を有する芳香族系共重合体およびその用途 |
WO2017012866A1 (en) * | 2015-07-23 | 2017-01-26 | Vito Nv | Patched semi-permeable membrane |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0888012A (ja) * | 1994-09-19 | 1996-04-02 | Toyota Motor Corp | 燃料電池およびその製造方法 |
US6248469B1 (en) * | 1997-08-29 | 2001-06-19 | Foster-Miller, Inc. | Composite solid polymer electrolyte membranes |
KR20030081400A (ko) * | 2001-01-26 | 2003-10-17 | 도레이 가부시끼가이샤 | 고분자 전해질막 및 그의 제조 방법 및 그것을 이용한고체 고분자형 연료 전지 |
JP3901457B2 (ja) * | 2001-02-06 | 2007-04-04 | ペルメレック電極株式会社 | 電極−膜接合体及びその製造方法 |
JP2003100318A (ja) * | 2001-09-26 | 2003-04-04 | Asahi Glass Co Ltd | 塗工膜の製造方法、該方法による塗工膜及び固体高分子型燃料電池の製造方法 |
JP3608565B2 (ja) * | 2002-04-17 | 2005-01-12 | 日本電気株式会社 | 燃料電池およびその製造方法 |
JP2004247123A (ja) * | 2003-02-13 | 2004-09-02 | Toray Ind Inc | 高分子電解質膜の製造方法、およびそれを用いた高分子型燃料電池 |
-
2004
- 2004-10-19 JP JP2004304813A patent/JP4843928B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006120368A (ja) | 2006-05-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4702053B2 (ja) | 固体高分子電解質膜、固体高分子型燃料電池用膜電極接合体及び固体高分子電解質膜の製造方法 | |
JP4699763B2 (ja) | 燃料電池膜電極アセンブリを接合およびシールする1工程方法 | |
JP5107050B2 (ja) | 固体高分子形燃料電池用膜電極接合体の製造方法 | |
JP5151063B2 (ja) | 燃料電池用電解質膜用多孔質材料、その製造方法、固体高分子型燃料電池用電解質膜、膜−電極接合体(mea)、及び燃料電池 | |
EP2539955B1 (en) | Membrane | |
WO2006025335A1 (ja) | 固体高分子形燃料電池用の膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池 | |
CA2342574A1 (en) | Electrolyte membrane for solid polymer type fuel cell and producing method thereof | |
KR101877753B1 (ko) | 연료전지용 복합 전해질막, 이를 포함하는 막-전극 접합체, 이를 포함하는 연료전지, 및 이들의 제조방법 | |
JP5397375B2 (ja) | 固体高分子形燃料電池用膜電極接合体 | |
JP2005216769A (ja) | 固体高分子電解質膜、その製造方法、及び固体高分子電解質膜を有する膜電極接合体 | |
KR20170115191A (ko) | 비대칭 밀도 구배를 가지는 연료전지용 복합 전해질막, 이의 제조방법, 이를 포함하는 막-전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지 | |
JP4843928B2 (ja) | 固体高分子電解質膜、固体高分子型燃料電池用膜電極接合体及び固体高分子電解質膜の製造方法 | |
JP2008135295A (ja) | 固体高分子形燃料電池用ガス拡散層要素、固体高分子形燃料電池およびその製造方法 | |
JP2007012424A (ja) | ガス拡散電極、膜−電極接合体とその製造方法、および固体高分子型燃料電池 | |
JP2005302526A (ja) | 固体高分子電解質膜及び固体高分子電解質膜を有する膜電極接合体 | |
JP2023501791A (ja) | 膜-電極アセンブリー、その製造方法、及びそれを含む燃料電池 | |
JP2019083113A (ja) | 電極触媒層、膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池 | |
JP4965833B2 (ja) | 固体高分子電解質膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池 | |
JP4400212B2 (ja) | 燃料電池用膜・電極接合体の製造方法 | |
JP2007250468A (ja) | 電解質膜 | |
JP7331253B2 (ja) | 高分子電解質膜、及びこれを含む膜-電極アセンブリー | |
JP2002158014A (ja) | 固体高分子型燃料電池用触媒層・膜接合体の製造方法 | |
JP5087216B2 (ja) | 固体高分子形燃料電池用膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池 | |
JP2006351491A (ja) | プロトン伝導性膜用補強材、および、これを用いた燃料電池 | |
JP6356436B2 (ja) | 電解質膜・電極構造体 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070918 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100818 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100824 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101008 |
|
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: 20110913 |
|
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: 20110926 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141021 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141021 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |