JP5078262B2 - 燃料電池用高分子電解質膜,その製造方法,及びこれを含む燃料電池システム - Google Patents
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Description
含湿布(厚さ50μm,ポリビニルアルコール処理された織布)上に5質量%の濃度のポリ(ペルフルオロスルホン酸)溶液(NafionTM solution 5質量%,DuPont)を塗布した後で乾燥して,含湿布の一面に5μmの厚さの水素イオン伝導性高分子膜を含み,内部が水素イオン伝導性高分子で満たされた燃料電池用高分子電解質膜を製造した。
含湿布(厚さ50μm,ポリビニルアルコール処理された織布)の一方の面に織布100質量部に対して10質量部の銀粒子をスプレー塗布して導電性処理を行い,導電性処理された面の反対面に5質量%の濃度のポリ(ペルフルオロスルホン酸)溶液(NafionTM solution 5質量%,DuPont)を塗布した後に乾燥して,含湿布の一方の面に5μmの厚さの水素イオン伝導性高分子膜を含み,内部が水素イオン伝導性高分子で満たされた燃料電池用高分子電解質膜を製造した。さらに,導電性処理された面がアノードと接するようにしたことを除いては,参考例1と同一の方法で燃料電池を製造した。
枠の中に5質量%の濃度のポリ(ペルフルオロスルホン酸)溶液(NafionTM solution 5質量%,DuPont)を注ぎ,その上に含湿布(厚さ50μm,ポリビニルアルコール処理された織布)を被せた後,不織布上に再び5質量%の濃度のポリ(ペルフルオロスルホン酸)溶液(NafionTM solution 5質量%,DuPont)を塗布した後に乾燥した。含湿布の両面に5μmの厚さの水素イオン伝導性高分子膜を含み,内部が前記水素イオン伝導性高分子で満たされた燃料電池用高分子電解質膜を製造したことを除いては,参考例1と同一の方法で燃料電池を製造した。
厚さが50μmのポリ(ペルフルオロスルホン酸)膜(NafionTM 112membrane,DuPont)上に5質量%の濃度のポリ(ペルフルオロスルホン酸)溶液(NafionTM solution 5質量%,DuPont)を塗布した後,その上に含湿布(厚さ50μm,ポリビニルアルコール処理された織布)を被せて乾燥して,含湿布の一方の面に水素イオン伝導性高分子膜が接着された燃料電池用高分子電解質膜を製造したことを除いては,参考例1と同一の方法で燃料電池を製造した。
厚さが50μmのポリ(ペルフルオロスルホン酸)膜(NafionTM 112membrane,DuPont)上に5質量%の濃度のポリ(ペルフルオロスルホン酸)溶液(NafionTM solution 5質量%,DuPont)を塗布した後,含湿布(厚さ50μm,ポリビニルアルコール処理された織布)を被せて,5質量%の濃度のポリ(ペルフルオロスルホン酸)溶液(NafionTM solution 5質量%,DuPont)を再び塗布した後に乾燥した。含湿布の一方の面には水素イオン伝導性高分子膜が接着され,他方の面には5μmの厚さの水素イオン伝導性高分子膜が形成され,内部が前記水素イオン伝導性高分子で満たされた燃料電池用高分子電解質膜を製造したことを除いては,参考例1と同一の方法で燃料電池を製造した。
厚さが50μmのポリ(ペルフルオロスルホン酸)膜(NafionTM 112membrane,DuPont)上に5質量%の濃度のポリ(ペルフルオロスルホン酸)溶液(NafionTM solution 5質量%,DuPont)を塗布した後,その上に含湿布(厚さ50μm,ポリビニルアルコール処理された織布)を被せて再び5質量%の濃度のポリ(ペルフルオロスルホン酸)溶液(NafionTM solution 5質量%,DuPont)を塗布して,その上に再び厚さが50μmのポリ(ペルフルオロスルホン酸)膜(NafionTM 112membrane,DuPont)を被せて乾燥した。含湿布の両面に水素イオン伝導性高分子膜が接着され,内部が水素イオン伝導性高分子で満たされた燃料電池用高分子電解質膜を製造したことを除いては,参考例1と同一の方法で燃料電池を製造した。
含湿布(厚さ50μm,ポリビニルアルコール処理された織布)100質量部に対して10質量部のSiO2を含む含湿布を使用したことを除いては,実施例2と同一の方法で燃料電池用高分子電解質膜及び燃料電池を製造した。
含湿布(厚さ50μm,ポリビニルアルコール処理された織布)100質量部に対して5質量部の白金触媒を含む含湿布を使用したことを除いては,参考例2と同一の方法で燃料電池用高分子電解質膜及び燃料電池を製造した。
含湿布(厚さ50μm,ポリビニルアルコール処理された織布)100質量部に対して5質量部のSiO2及び5質量部の白金触媒を含む含湿布を使用したことを除いては,実施例2と同一の方法で燃料電池用高分子電解質膜及び燃料電池を製造した。
厚さが170μmのポリ(ペルフルオロスルホン酸)膜(NafionTM 117membrane,DuPont)を燃料電池用高分子電解質膜として使用したことを除いては,実施例1と同一の方法で燃料電池を製造した。
101 高分子電解質膜
20,21,21´ 水素イオン伝導性高分子
23,23´ 水素イオン伝導性高分子溶液
200,200´ アノード,カソード
30 枠
300 膜−電極接合体
400 セパレータ
500 電気発生部
600 燃料供給部
700 酸化剤供給部
Claims (17)
- アルキン酸塩,及びキトサンからなる群から選択される1種以上の親水性化合物を含む織布,多孔性フィルム,または不織布である気孔度が60%以上の含湿布と,
前記含湿布の内部,側面,またはこれら全てに位置する水素イオン伝導性高分子と,
を含み,
前記含湿布は,ゼオライト,無機シリケート,TiO2,SiO2,及びRuO2からなる群から選択される1種以上の無機酸化物である含湿剤をさらに含むことを特徴とする,燃料電池用高分子電解質膜。 - 前記含湿布は,厚さが10〜200μm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。
- 前記含湿剤は,前記含湿布100質量部に対して1〜50質量部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。
- 前記含湿布は,i)ゼオライト,無機シリケート,TiO2,SiO2,及びRuO2からなる群から選択される1種以上の無機酸化物である含湿剤と,ii)電気伝導性があるナノ金属粒子及びナノカーボン粒子からなる群から選択される1種以上の電気伝導性ナノ粒子と,をさらに含むことを特徴とする,請求項1に記載の燃料電池用高分子電解質膜。
- 前記含湿剤は,前記含湿布100質量部に対して1〜50質量部含まれ,前記電気伝導性ナノ粒子は,前記含湿布100質量部に対して1〜15質量部含まれ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。
- 前記含湿布は,白金,ルテニウム,オスミウム,白金−ルテニウム合金,白金−オスミウム合金,白金−パラジウム合金,及び白金−M合金(M=Ga,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,及びZnからなる群から選択される1種以上の遷移金属)からなる群から選択される1種以上の燃料電池用触媒をさらに含むことを特徴とする,請求項1に記載の燃料電池用高分子電解質膜。
- 前記燃料電池用触媒は,前記含湿布100質量部に対して1〜20質量部含まれ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。
- 前記含湿布の側面に位置する前記水素イオン伝導性高分子は,各々厚さが50μm以下の膜に形成さ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。
- 前記水素イオン伝導性高分子は,ペルフルオロ系高分子,ベンズイミダゾール系高分子,ポリイミド系高分子,ポリエーテルイミド系高分子,ポリフェニレンスルフィド系高分子,ポリスルホン系高分子,ポリエーテルスルホン系高分子,ポリエーテルケトン系高分子,ポリエーテル−エーテルケトン系高分子,及びポリフェニルキノキサリン系高分子からなる群から選択される1種以上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。
- 前記水素イオン伝導性高分子は,ポリ(ペルフルオロスルホン酸),ポリ(ペルフルオロカルボン酸),スルホン酸基を含むテトラフルオロエチレンとフルオロビニルエーテルとの共重合体,ポリ(2,2´−(m−フェニレン)−5,5´−ビベンズイミダゾール)(poly(2,2´−(m−phenylene)−5,5´−bibenzimidazole)),及びポリ(2,5−ベンズイミダゾール)からなる群から選択される1種以上であることを特徴とする,請求項9に記載の燃料電池用高分子電解質膜。
- 前記燃料電池用高分子電解質膜は,厚さが10〜300μm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。
- 水素イオン伝導性高分子溶液を,アルキン酸塩,及びキトサンからなる群から選択される1種以上の親水性化合物を含む織布,多孔性フィルム,または不織布である気孔度が60%以上の含湿布の片面または両面に塗布する段階と,
前記水素イオン伝導性高分子溶液を乾燥させる段階と,
を含み,
前記含湿布は,ゼオライト,無機シリケート,TiO2,SiO2,及びRuO2からなる群から選択される1種以上の含湿剤をさらに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。 - 前記含湿布は,i)ゼオライト,無機シリケート,TiO2,SiO2,及びRuO2からなる群から選択される1種以上の無機酸化物である含湿剤と,ii)電気伝導性があるナノ金属粒子及びナノカーボン粒子からなる群から選択される1種以上の電気伝導性ナノ粒子と,をさらに含むことを特徴とする,請求項12に記載の燃料電池用高分子電解質膜の製造方法。
- 前記含湿布は,白金,ルテニウム,オスミウム,白金−ルテニウム合金,白金−オスミウム合金,白金−パラジウム合金,及び白金−M合金(M=Ga,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,及びZnからなる群から選択される1種以上の遷移金属)からなる群から選択される1種以上の燃料電池用触媒をさらに含むことを特徴とする,請求項12に記載の燃料電池用高分子電解質膜の製造方法。
- 前記水素イオン伝導性高分子溶液は,ペルフルオロ系高分子,ベンズイミダゾール系高分子,ポリイミド系高分子,ポリエーテルイミド系高分子,ポリフェニレンスルフィド系高分子,ポリスルホン系高分子,ポリエーテルスルホン系高分子,ポリエーテルケトン系高分子,ポリエーテル−エーテルケトン系高分子,及びポリフェニルキノキサリン系高分子からなる群から選択される1種以上の水素イオン伝導性高分子を含むことを特徴とする,請求項12に記載の燃料電池用高分子電解質膜の製造方法。
- 前記水素イオン伝導性高分子溶液の塗布後,乾燥前に,前記水素イオン伝導性高分子溶液が塗布された片面または両面に,ペルフルオロ系高分子,ベンズイミダゾール系高分子,ポリイミド系高分子,ポリエーテルイミド系高分子,ポリフェニレンスルフィド系高分子,ポリスルホン系高分子,ポリエーテルスルホン系高分子,ポリエーテルケトン系高分子,ポリエーテル−エーテルケトン系高分子,及びポリフェニルキノキサリン系高分子からなる群から選択される1種以上の水素イオン伝導性高分子を含む水素イオン伝導性高分子膜を接着する段階をさらに含むことを特徴とする,請求項12に記載の燃料電池用高分子電解質膜の製造方法。
- a)i)請求項1〜11のうちのいずれか一項による燃料電池用高分子電解質膜,前記燃料電池用高分子電解質膜の一方の面に配置されるカソード,及び前記燃料電池用高分子電解質膜の他方の面に配置されるアノードを含む膜−電極接合体と,ii)前記膜−電極接合体のカソード及びアノードに各々接して配置されるセパレータとを含む電気発生部と;
b)燃料供給部と;
c)酸化剤供給部と;
を含むことを特徴とする,燃料電池システム。
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