JP4868745B2 - 電解質膜の製造方法、電解質膜、燃料電池及び電子機器 - Google Patents
電解質膜の製造方法、電解質膜、燃料電池及び電子機器 Download PDFInfo
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Description
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の電解質膜の製造方法において、前記非イオン性共重合体及び前記リン酸基を有するモノマーを重合することにより得られる樹脂の少なくとも一方を架橋する工程をさらに有することを特徴とする。
請求項3に記載の発明によれば、燃料のクロスオーバーのさらに少ない電解質膜を得ることができる。
カソード反応:2H++1/2O2+2e−→H2O
全反応:H2+1/2O2→H2O
さらに、燃料として、メタノール及びエタノールを用いた場合のアノード反応は、以下のようになる。
C2H5OH+3H2O→12H++12e−+2CO2
上記の反応が進行するのは、燃料と、電子を発生、伝搬する電極触媒と、プロトンを伝搬する電解質の三相の界面であり、アノードで発生したプロトンは、電解質膜を伝搬してカソードに達することで反応が進行する。このとき、電解質膜中を燃料であるメタノールやエタノールが透過して、カソードに燃料が達するクロスオーバーが起こると、カソードでもアノードと同様の反応が起こり、燃料電池の起電力が低下する。
CH3OH+H2O→6H++6e−+CO2
C2H5OH+3H2O→12H++12e−+2CO2
に示すように、水分子がそれぞれ1分子及び3分子必要であるが、このことを加味しても液体燃料が優れることは明らかである。
多孔質膜として、膜厚50μmの多孔質ポリプロピレン(空孔率45%、細孔径250×75nm)を用いた。ジメチルホルムアミド10gに、フッ化ビニリデン90重量%以上、クロロフルオロエチレン約4重量%、t−ブチルパーオキシアリルカーボネート約3重量%を含有するモノマーを共重合することにより得られるグラフト共重合体1.3gとアシッドホスホキシクロロプロピルメタクリレート0.88g、アゾビスイソブチロニトリル0.018gの混合溶液を、多孔質ポリプロピレンに含浸させ、充填を行った後、重合し、電解質膜Aを作製した。
(実施例2)
ジメチルホルムアミド10gに、フッ化ビニリデン90重量%以上、クロロフルオロエチレン約4重量%、t−ブチルパーオキシアリルカーボネート約3重量%を含有するモノマーを共重合することにより得られるグラフト共重合体1.3gとアシッドホスホキシエチルメタクリレート0.88g、アゾビスイソブチロニトリル0.018gの混合溶液を、実施例1と同様の多孔質ポリプロピレンに含浸させ、充填を行った後、重合し、電解質膜Bを作製した。
(実施例3)
メチルエチルケトン10gに、フッ化ビニリデン40重量%、フッ化イソプロピレン11重量%及びテトラフッ化エチレン49重量%を含有するモノマーを共重合することにより得られる共重合体1.3gとアシッドホスホキシクロロプロピルメタクリレート0.88g、アゾビスイソブチロニトリル0.018gの混合溶液を、実施例1と同様の多孔質ポリプロピレンに含浸させ、充填を行った後、重合し、電解質膜Cを作製した。
(実施例4)
ジメチルホルムアミド10gと、フッ化ビニリデン90重量%以上、クロロフルオロエチレン約4重量%、t−ブチルパーオキシアリルカーボネート約3重量%を含有するモノマーを共重合することにより得られるグラフト共重合体1.3gと、アシッドホスホキシクロロプロピルメタクリレート0.88gと、アゾビスイソブチロニトリル0.018gを混合した溶液を、実施例1と同様の多孔質ポリプロピレンに含浸させ、充填を行った後、重合した。さらに、放射線を照射することにより、グラフト共重合体を架橋し、電解質膜Dを作製した。
(実施例5)
ジメチルホルムアミド10gと、フッ化ビニリデン90重量%以上、クロロフルオロエチレン約4重量%、t−ブチルパーオキシアリルカーボネート約3重量%を含有するモノマーを共重合することにより得られるグラフト共重合体1.3gと、アシッドホスホキシクロロプロピルメタクリレート0.88gと、2,5−ジメチル−2,5−ジブチルパーオキシ−3−ヘキシン0.018gを混合した溶液を、実施例1と同様の多孔質ポリプロピレンに含浸させ、充填を行った後、重合し、電解質膜Eを作製した。
(比較例1)
ジメチルホルムアミド10gと、アシッドホスホキシクロロプロピルメタクリレート0.88gと、アゾビスイソブチロニトリル0.018gを混合した溶液を、実施例1と同様の多孔質ポリプロピレンに含浸させ、充填を行った後、重合した。
(比較例2)
ジメチルホルムアミド10gと、ポリフッ化ビニリデン1.3gと、アシッドホスホキシエチルメタクリレート0.88gと、アゾビスイソブチロニトリル0.018gを混合した溶液を、実施例1と同様の多孔質ポリプロピレンに含浸させ、充填を行った後、重合した。
(比較例3)
ジメチルホルムアミド10gと、フッ化ビニリデン90重量%以上、クロロフルオロエチレン約4重量%、t−ブチルパーオキシアリルカーボネート約3重量%を含有するモノマーを共重合することにより得られるグラフト共重合体1.3gと、アシッドホスホキシクロロプロピルメタクリレート0.88gと、アゾビスイソブチロニトリル0.018gを混合し、重合した。得られた重合液を、離型性プラスチック上に塗布し、乾燥することにより、電解質膜Fを作製した。
(評価方法及び評価結果)
電解質膜のイオン伝導度として、イオン交換水中で1時間煮沸処理を行った電解質膜のインピーダンスを測定した。測定結果を表1に示す。なお、比較例1及び2においては、インピーダンスは測定できなった。
12 アノード
13 カソード
14 セパレータ
21 電源部
22 CPU
23 ROM
24 RAM
25 バス
26 HDD
27 表示装置
28 入力装置
29 記録媒体
30 データ読取装置
31 燃料電池
41 液体燃料カートリッジ
42 混合器
43、55 バルブ
44 液体燃料ポンプ
45 濃度センサー
46 気液分離器
47、51 温度センサー
48、52 冷却素子
49 熱交換器
50 空気ポンプ
53 水分凝縮器
54 水タンク
56 制御回路
57 DCDCコンバーター
58 端子
Claims (8)
- 非イオン性共重合体と、リン酸基を有するモノマーを含有する液体を多孔質膜に含浸させる工程と、
前記リン酸基を有するモノマーを重合する工程を有し、
前記非イオン性共重合体は、フッ素系樹脂であることを特徴とする電解質膜の製造方法。 - 前記非イオン性共重合体は、グラフト重合体であることを特徴とする請求項1に記載の電解質膜の製造方法。
- 前記非イオン性共重合体及び前記リン酸基を有するモノマーを重合することにより得られる樹脂の少なくとも一方を架橋する工程をさらに有することを特徴とする請求項1又は2に記載の電解質膜の製造方法。
- 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電解質膜の製造方法を用いて製造されていることを特徴とする電解質膜。
- 請求項4に記載の電解質膜を有することを特徴とする燃料電池。
- アルコールを含有する燃料を用いて発電することを特徴とする請求項5に記載の燃料電池。
- 前記アルコールは、エタノールであることを特徴とする請求項6に記載の燃料電池。
- 請求項5乃至7のいずれか一項に記載の燃料電池を有することを特徴とする電子機器。
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