JP5109238B2 - Manufacturing method of electrolyte membrane - Google Patents
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Description
本発明は固体高分子型燃料電池で用いられる電解質膜とその製造方法および該電解質膜を備えた膜電極接合体と燃料電池に関する。 The present invention relates to an electrolyte membrane used in a polymer electrolyte fuel cell, a production method thereof, a membrane electrode assembly including the electrolyte membrane, and a fuel cell.
燃料電池の1つとして固体高分子型燃料電池(PEFC)が知られている。固体高分子型燃料電池は、図9に示すように、膜電極接合体(MEA)5を主要な構成要素とし、それを燃料(水素)ガス流路および空気ガス流路を備えたセパレータ4,4で挟持して、単セルと呼ばれる1つの燃料電池6を形成している。膜電極接合体5は、イオン交換膜である電解質膜1の一方側にアノード側の電極(触媒層)2aと拡散層3aを積層し、他方の側にカソード側の電極(触媒層)2bと拡散層3bを積層した構造を有する。
A polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is known as one of the fuel cells. As shown in FIG. 9, the polymer electrolyte fuel cell includes a membrane electrode assembly (MEA) 5 as a main component, which is a separator 4 provided with a fuel (hydrogen) gas flow path and an air gas flow path. 4, one fuel cell 6 called a single cell is formed. The membrane electrode assembly 5 includes an anode side electrode (catalyst layer) 2a and a diffusion layer 3a laminated on one side of an electrolyte membrane 1 that is an ion exchange membrane, and a cathode side electrode (catalyst layer) 2b on the other side. The
固体高分子型燃料電池において用いられる電解質膜は通常10μmから200μm程度の厚さであり、十分な強度を有しないことから、触媒層や拡散層を積層して膜電極接合体とするときに慎重な作業が求められる。また、運転温度が高くなると、膜の弾性率が低下して破損しやすくなり、電池寿命を短縮させる恐れがある。 The electrolyte membrane used in the polymer electrolyte fuel cell is usually about 10 μm to 200 μm thick and does not have sufficient strength. Therefore, when the catalyst layer or the diffusion layer is laminated to form a membrane electrode assembly, be careful. Work is required. In addition, when the operating temperature is high, the elastic modulus of the film is lowered and is easily damaged, which may shorten the battery life.
そのために、電解質膜の強度を向上させるための方法が、特許文献1,2などに提案されている。特許文献1では、無機材料の微粒子を、電解質膜の中央部の濃度は高く、膜表面近傍の濃度は低くなるように、膜厚方向に濃度勾配をもって分散させることが記載されており、微粒子状の無機材料が高分子膜である電解質膜中に複合化して存在することによって、膜強度を向上させている。 Therefore, methods for improving the strength of the electrolyte membrane are proposed in Patent Documents 1 and 2 and the like. Patent Document 1 describes that fine particles of inorganic material are dispersed with a concentration gradient in the film thickness direction so that the concentration in the central portion of the electrolyte membrane is high and the concentration in the vicinity of the membrane surface is low. This inorganic material is present in a composite form in the electrolyte membrane, which is a polymer membrane, thereby improving the membrane strength.
特許文献2には、プロトン伝導性を有する有機珪素化合物の加水分解物マトリックス中に、平均粒子径が5〜500nmのシリカ粒子を分散させることによって、強度や耐熱性を向上させた固体高分子電解質膜が記載されている。 Patent Document 2 discloses a solid polymer electrolyte having improved strength and heat resistance by dispersing silica particles having an average particle diameter of 5 to 500 nm in a hydrolyzate matrix of an organosilicon compound having proton conductivity. A membrane is described.
上記のように、従来の電解質膜強度を向上させる手法は、膜の厚さ方向の全体にわたって何らかの微粒化された補強材を分散混合するようにしており、わずかとはいえ、イオン伝導性に悪影響を及ぼす恐れがある。 As described above, the conventional technique for improving the strength of the electrolyte membrane is to disperse and mix some kind of atomized reinforcing material throughout the thickness direction of the membrane, and although it is slight, it adversely affects the ionic conductivity. There is a risk of affecting.
本発明はそのような事情に鑑みてなされたものであり、電解質膜に固有のイオン伝導性を維持した状態で、物理的強度を向上させた電解質膜とその製造方法を提供することを目的とする。また、そのような電解質膜を備えた膜電極接合体および燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an electrolyte membrane having improved physical strength and a method for producing the same while maintaining the ionic conductivity inherent to the electrolyte membrane. To do. Moreover, it aims at providing the membrane electrode assembly and fuel cell provided with such an electrolyte membrane.
本発明者は、上記の課題を解決すべく多くの研究と実験とを行うことにより、樹脂フィルムやシートの表層部に微粒化した補強材を分散混合させると、いわゆるアンカー効果により樹脂フィルムやシートの物理的強度が向上することが知られているが、この手法を電解質膜を製造するときに適用する場合、電解質膜に固有のイオン伝導性をほぼ維持した状態で、強度を向上させることができることを知見した。 The present inventor conducted a lot of research and experiments to solve the above problems, and when the dispersed reinforcing material was dispersed and mixed in the surface layer portion of the resin film or sheet, the resin film or sheet was obtained by a so-called anchor effect. Although it is known that the physical strength of the electrolyte membrane is improved, when this technique is applied when manufacturing the electrolyte membrane, it is possible to improve the strength while substantially maintaining the ionic conductivity inherent in the electrolyte membrane. I found out that I can do it.
本発明は、上記の知見に基づくものであり、本発明による電解質膜は、固体高分子型燃料電池で用いられる電解質膜であって、電解質膜の表層部内部に微粒化された補強材が分散混合していることを特徴とする。 The present invention is based on the above findings, and the electrolyte membrane according to the present invention is an electrolyte membrane used in a polymer electrolyte fuel cell, in which the atomized reinforcing material is dispersed inside the surface layer portion of the electrolyte membrane. It is characterized by mixing.
上記本発明による電解質膜では、微粒化された補強材は膜の表層部内部にのみ存在し、内層部には実質的に存在していないので、当該電解質膜の持つイオン伝導性そのものは大きな影響を受けない。一方、表層部内部に分散混合している微粒化された補強材によって、いわゆるアンカー効果が生じるので、電解質膜の強度は向上する。 In the electrolyte membrane according to the present invention, since the atomized reinforcing material exists only in the surface layer portion of the membrane and does not substantially exist in the inner layer portion, the ionic conductivity itself of the electrolyte membrane has a great influence. Not receive. On the other hand, since the so-called anchor effect is generated by the atomized reinforcing material dispersed and mixed in the surface layer portion, the strength of the electrolyte membrane is improved.
なお、本発明による電解質膜において、「電解質膜の表層部」とは、微粒化された補強材が分散して存在することにより、アンカー効果による強度向上という物理現象が生じる範囲の電解質膜の表層部領域をいい、電解質膜の材料や補強材の粒子径などによって変化はするものの、電解質膜表面から数ミクロンの範囲、より好ましくは、1μm〜10μmは範囲である。また、分散量は、電解質膜の表層部に平均に分散混合した状態で、その30%程度以下を占める程度の量であることが好ましく、分散量が30%を超えると、電解質膜のイオン伝導性を低下させる恐れがある。好ましくは、20%〜25%の範囲であり、5%未満の場合には、十分なアンカー効果が得られない。 In the electrolyte membrane according to the present invention, the “surface layer portion of the electrolyte membrane” means the surface layer of the electrolyte membrane in a range in which a physical phenomenon of strength improvement by the anchor effect occurs due to the presence of the dispersed atomized reinforcing material. This is a partial region, which varies depending on the material of the electrolyte membrane and the particle diameter of the reinforcing material, but is in the range of several microns from the electrolyte membrane surface, more preferably in the range of 1 μm to 10 μm. Further, the dispersion amount is preferably an amount that occupies about 30% or less of the electrolyte membrane in the state of being dispersed and mixed on the surface layer on average, and when the dispersion amount exceeds 30%, the ionic conduction of the electrolyte membrane There is a risk of reducing the sex. Preferably, it is in the range of 20% to 25%, and when it is less than 5%, a sufficient anchor effect cannot be obtained.
本発明による電解質膜において、電解質膜を構成する電解質材料は、従来の固体高分子型燃料電池用膜電極接合体で用いられる電解質膜を構成する電解質材料をすべて用いることができる。ただし、後記するように、電解質ポリマーを溶剤に分散させた形のいわゆる溶剤型電解質材料(H型電解質材料)により電解質膜を作る場合と、電解質ポリマーの前駆体高分子からなる電解質材料(F型電解質材料)により電解質膜を作る場合とでは、製造方法が異なる。しかし、いずれによる場合も、補強材としては、非金属系材料であれば任意のものを用いることができる。好ましくは、アルミナ系(例えば、ベーマイト(AlO(OH))、シリカ(SiO2)系、アクリル樹脂系、シリコン樹脂系、などを挙げることができる。 In the electrolyte membrane according to the present invention, as the electrolyte material constituting the electrolyte membrane, all electrolyte materials constituting the electrolyte membrane used in the conventional membrane electrode assembly for a polymer electrolyte fuel cell can be used. However, as will be described later, when an electrolyte membrane is made from a so-called solvent-type electrolyte material (H-type electrolyte material) in which an electrolyte polymer is dispersed in a solvent, and an electrolyte material (F-type electrolyte) made of a precursor polymer of the electrolyte polymer The manufacturing method is different from the case where an electrolyte membrane is made depending on the material. However, in any case, any reinforcing material can be used as long as it is a nonmetallic material. Preferably, alumina (e.g., boehmite (AlO (OH)), silica (SiO 2) based, acrylic resin-based, silicone resin, and the like.
微粒化した補強材の大きさは、製造しようとする電解質膜の膜厚によっても異なるが、好ましくは、平均粒径が0.01μm以上10μm以下である。粒径0.01μm未満のものは十分なアンカー効果を発揮することができず、所望の強度向上効果が現れない。10μmを超えるものは、電解質膜の表層部にのみ当該補強材を分散混合することができず、内層部にまで補強材が存在することとなりがちであり、やはり十分なアンカー効果が発揮されないことが起こる。また、イオン交換性にも悪い影響を生じさせる。 The size of the atomized reinforcing material varies depending on the thickness of the electrolyte membrane to be manufactured, but preferably the average particle size is 0.01 μm or more and 10 μm or less. When the particle size is less than 0.01 μm, a sufficient anchor effect cannot be exhibited, and a desired strength improvement effect does not appear. When the thickness exceeds 10 μm, the reinforcing material cannot be dispersed and mixed only in the surface layer portion of the electrolyte membrane, and the reinforcing material tends to exist even in the inner layer portion, and the sufficient anchor effect may not be exhibited. Occur. It also has a negative effect on ion exchange properties.
本発明による電解質膜は、電解質膜の表裏面の双方に微粒化された補強材が分散混合している形態であってもよく、さらにその表裏面に異なった物性の電解質膜がさらに積層されている形態であってもよい。この場合、異なった物性とは、例えば、EW値(イオン交換基当量重量:equivalent weight)が挙げられる。また、電解質膜は、電解質材料の単独膜から構成したものでもよく、PTFE多孔質膜のような多孔質補強膜に電解質材料を含浸させた形態のものであってもよい。 The electrolyte membrane according to the present invention may have a form in which the atomized reinforcing material is dispersed and mixed on both the front and back surfaces of the electrolyte membrane, and further, electrolyte membranes having different physical properties are further laminated on the front and back surfaces. It may be a form. In this case, the different physical properties include, for example, an EW value (equivalent weight of ion exchange group). The electrolyte membrane may be composed of a single membrane of an electrolyte material, or may be in a form in which a porous reinforcing membrane such as a PTFE porous membrane is impregnated with an electrolyte material.
本発明は、上記の電解質膜を製造する方法も開示する。その一つは、固体高分子型燃料電池で用いられる電解質膜の製造方法であって、溶融状態にある電解質材料の表面に微粒化された補強材を噴射することにより、半電解質材料の表層部内部に微粒化された補強材を分散混合させる工程を少なくとも含むことを特徴とする。この方法では、例えばバブルジェット式の噴射ノズルなどを用いて微粒化された補強材を噴射するときに、微粒化された補強材に所要の運動エネルギーを与えることにより、補強材は半電解質材料の表層部内部に分散した状態で入り込む。この溶融状態にある電解質材料を、通常の電解質膜の場合と同様に、定着および冷却することにより、本発明による電解質膜が製造される。 The present invention also discloses a method for producing the above electrolyte membrane. One of them is a method for producing an electrolyte membrane used in a polymer electrolyte fuel cell, and a surface layer portion of a semi-electrolyte material is injected by injecting atomized reinforcing material onto the surface of the electrolyte material in a molten state. It includes at least a step of dispersing and mixing the atomized reinforcing material therein. In this method, for example, when the atomized reinforcing material is injected using a bubble jet type injection nozzle or the like, the reinforcing material is made of the semi-electrolyte material by giving a required kinetic energy to the atomized reinforcing material. It enters in a dispersed state inside the surface layer. The electrolyte membrane according to the present invention is manufactured by fixing and cooling the electrolyte material in a molten state in the same manner as in the case of a normal electrolyte membrane.
本発明による電解質膜の製造方法の他の態様は、固体高分子型燃料電池で用いられる電解質膜の製造方法であって、電解質膜の表面に微粒化された補強材を分散させる工程と、分散面を加熱加圧して補強材を電解質膜の表層部内部に分散混合させる工程とを少なくとも含むことを特徴とする。この方法では、従来法により製造された電解質膜を用いる。その表面に例えばブラストノズルなどを用いて微粒化された補強材を分散させ、ホットプレスなどで分散面を加熱加圧する。それにより、電解質膜の表層部は溶融し、分散された補強材は、電解質膜の表層部内部に入り込んで、分散混合した状態となる。 Another aspect of the method for producing an electrolyte membrane according to the present invention is a method for producing an electrolyte membrane used in a polymer electrolyte fuel cell, the step of dispersing the atomized reinforcing material on the surface of the electrolyte membrane, And a step of heating and pressing the surface to disperse and mix the reinforcing material inside the surface layer portion of the electrolyte membrane. In this method, an electrolyte membrane manufactured by a conventional method is used. For example, a blast nozzle or the like is used to disperse the atomized reinforcing material on the surface, and the dispersed surface is heated and pressurized by a hot press or the like. Thereby, the surface layer portion of the electrolyte membrane is melted, and the dispersed reinforcing material enters the inside of the surface layer portion of the electrolyte membrane and is in a dispersed and mixed state.
この製造方法による場合には、電解質材料が熱的に強いものであることが必要であり、好ましくは、電解質ポリマーの前駆体高分子からなる電解質材料(F型電解質材料)により作られた電解質膜が用いられ、前記のようにして補強材を分散混合した後に、定法によりプロトン伝導化のための加水分解を行うことにより、本発明による電解質膜が製造される。 In the case of this manufacturing method, it is necessary that the electrolyte material is thermally strong. Preferably, an electrolyte membrane made of an electrolyte material (F-type electrolyte material) made of a precursor polymer of an electrolyte polymer is used. After the reinforcing material is dispersed and mixed as described above, the electrolyte membrane according to the present invention is manufactured by performing hydrolysis for proton conduction by a conventional method.
本発明による電解質膜の製造方法の他の態様は、溶剤型の電解質材料を複数回キャスティングした後に乾燥処理をして固体高分子型燃料電池で用いられる電解質膜を製造する方法であり、表層部のキャスティング膜を構成する溶剤型の電解質材料として微粒化された補強材を分散している電解質材料を用いることを特徴とする。この方法による場合でも、表層部にのみ補強材が分散混合した本発明による電解質膜が製造されることは説明を要しない。 Another aspect of the method for producing an electrolyte membrane according to the present invention is a method for producing an electrolyte membrane for use in a polymer electrolyte fuel cell by casting a solvent-type electrolyte material a plurality of times and then performing a drying treatment. As a solvent-type electrolyte material constituting the casting film, an electrolyte material in which atomized reinforcing materials are dispersed is used. Even in this method, it is not necessary to explain that the electrolyte membrane according to the present invention in which the reinforcing material is dispersed and mixed only in the surface layer portion.
本発明により、電解質膜に固有のイオン伝導性を維持した状態で、物理的強度を向上させた電解質膜が得られる。また、本発明による電解質膜を備えた膜電極接合体を用いた燃料電池は、電解質膜の強度が向上していることから、安定した発電性能を長期にわたり維持することができる。 According to the present invention, an electrolyte membrane with improved physical strength can be obtained while maintaining the ionic conductivity inherent to the electrolyte membrane. Moreover, since the strength of the electrolyte membrane is improved, the fuel cell using the membrane electrode assembly provided with the electrolyte membrane according to the present invention can maintain stable power generation performance over a long period of time.
以下、図面を参照しながら、本発明を実施の形態に基づき説明する。図1〜図7は、本発明による異なった形態の電解質膜をその製造方法と共に説明する図であり、図8は本発明による補強手段を施した電解質膜と補強手段を施さない電解質膜との引張強度の比較の一例を示すグラフである。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments with reference to the drawings. FIG. 1 to FIG. 7 are diagrams for explaining electrolyte membranes of different forms according to the present invention together with the manufacturing method thereof, and FIG. 8 shows an electrolyte membrane with a reinforcing means according to the present invention and an electrolyte membrane without a reinforcing means. It is a graph which shows an example of the comparison of tensile strength.
図1に示す形態において、溶融状態にある従来知られた電解質材料10が押出ダイ20内に収容されており、定法によりフィルム状に押し出される。図1aに示すように、押出ダイ20の出口近傍には、微粒化した補強材Pを所要の運動エネルギーで噴射する噴射装置30が10mm以下の距離を置いて位置しており、押し出された溶融状態の電解質膜11の表裏面に微粒化した補強材Pを噴射する。噴射された微粒化した補強材Pは自己の持つ運動エネルギーによって電解質膜11の表層部内に入り込む。
In the form shown in FIG. 1, a conventionally known
この例において、微粒化した補強材Pとして、耐薬品性および耐熱性(300℃以上)のある平均粒径が10μm以下の樹脂補強粉体、より具体的には、アルミナ系粉体であるベーマイト(AlO(OH))を用いており、噴射装置30としては、バブルジェット式噴射ノズルを用いている。アルコールおよび水に拡散された微粒化した補強材Pは、ノズル先端の加熱部にてアルコールおよび水が加熱発泡することで、溶融状態の電解質膜11に向けて噴射され、表層部内に分散混合した状態となる。
In this example, the atomized reinforcing material P is a resin-reinforced powder having an average particle size of 10 μm or less having chemical resistance and heat resistance (300 ° C. or higher), more specifically, boehmite which is an alumina-based powder. (AlO (OH)) is used, and as the
表裏面の表層部に補強材Pを分散混合した電解質膜11は、その後、図1bに示すように、従来と同様にして定着・冷却ロール31を通過する。それにより、補強材Pは電解質膜11の表層部に定着し、図1cに示されるような電解質膜50となる。表裏面から数ミクロンの範囲s内に分散混合して定着した微粒化された補強材Pは、その領域sでアンカー効果を発揮し、電解質膜50の表裏面から数ミクロンの範囲を補強する。それにより、電解質膜50の強度が向上すると共に、内層部には補強材Pが存在しないために、電解質膜50そのもののイオン交換性能はそのまま維持される。
The
図2に示す電解質膜50Aは、上記のようにして製造した電解質膜50の表裏面に、EW値の異なる電解質膜51,51を配置し(図2a)、それを熱圧することによって一体化して(図2b)、複合膜構造を備えた電解質膜50Aとしている。なお、この場合に、加熱により電解質膜50および電解質膜51のイオン交換性能が劣化することが起こり得る。従って、このような加熱処理を後で行う場合には、電解質材料として、熱的に強い電解質ポリマーの前駆体高分子からなる電解質材料(F型電解質材料)を用いることが好ましい。複合化後に、プロトン伝導化のための加水分解処理(例えば、スルホニルフロライドの末端のSO2F→SO3Hに変換するなどの処理)を行い、電解質膜とする。
The
図3に示す形態では、前記のようにF型電解質材料を用いて作った電解質膜52の一方の表面に、ブラストノズル32内に収容した微粒化した補強材Pをエアーを利用してノズルより分散させて吹き付けている(図3a)。表面に飛散した微粒化した補強材Pが乗った電解質膜52を熱圧プレスの下型33の上に置き、130℃〜280℃程度に加熱した上型34でゆっくりと押し付ける(図3b)。加熱により膜表層部が次第に溶融し、表面に乗っていた補強材Pは電解質膜52の表層部内部に浸入して定着する(図3c)。冷却してプレスから取り出すことにより、一方の表層部に補強材Pが分散含浸した電解質膜50Bが得られる(図3d)。裏面側の表層部にも補強材Pを分散含浸させる場合には、電解質膜50Bを反転させて、同様の加工を繰り返す。
In the embodiment shown in FIG. 3, the atomized reinforcing material P accommodated in the
図4に示す形態では、前記したF型電解質材料を用いて作った電解質膜52の一方の面に、アルコールおよび水に分散させた補強材Paをコーティングし(図4a)、乾燥させてアルコールおよび水を飛ばすことにより、膜表面に補強材Pを付着させている(図4b)。図4bに示す電解質膜に対して、前記した図3bに示した以降の工程を行うことにより、同様な電解質膜50Bを得ることができる。
In the form shown in FIG. 4, a reinforcing material Pa dispersed in alcohol and water is coated on one surface of the
図5に示す電解質膜50Cは、図3dに示した形態の片面にのみ補強材Pを分散含浸させた電解質膜50Bの2枚を溶融結合して、表裏面双方の表層部に補強材Pを分散含浸させた電解質膜としている。
The
図6に示す電解質膜50Dは、多孔質補強膜40の表裏面に前記した電解質膜50Bを積層し、それを図3示したようなホットプレスを用いて、両面から加熱することにより電解質膜50Bを溶融状態とし、それを多孔質補強膜40内に含浸して電解質膜50Dとしている。この形態では、微粒化した補強材Pによるアンカー効果がもたらす表層部の強度向上に加えて、多孔質補強膜40による内層部の強度向上ももたらされる。なお、多孔質補強膜40には、従来から電解質膜で用いられているPTFE多孔質膜のような材料を適宜用いることができる。
The
図7に示す形態では、溶剤型の電解質材料10Aを用いて電解質膜を製造する場合の一例を示している。この場合には、製造過程で熱処理工程は含まれない。図7aに示すように、容器36内で、キャスティングした電解質溶液10Aを乾燥させる工程を複数回繰り返した後、電解質膜52の上に、溶剤を含んでいる電解質溶液中に補強材Pを分散させた電解質溶液53をキャスティングし(図7b)、それを乾燥させて溶剤を飛ばす(図7c)。それをキャスティング容器から取り出すことにより、一方の表層部内部に微粒化した補強材Pを分散含浸した電解質膜50E(図7d)が得られる。両面の表層部に補強材Pを分散含浸した電解質膜を得る場合には、図7dに示す形態の電解質膜50Eを反転させて、同じ工程を繰り返せばよい。
In the form shown in FIG. 7, an example in the case of manufacturing an electrolyte membrane using the solvent-
図8は、本発明の方法によって製造した粉体補強電解質膜(補強材としてベーマイト(AlO(OH))を使用)と、同じ電解質材料を用い表層部内部に微粒化した補強材を分散含浸させる工程を行わない以外は、同じ製造方法で製造した電解質膜(未補強電解質膜)に対して、同じ条件で引張強度を比較テストしたときの、結果を示している。テストは室温で行っている。図8のグラフに示すように、同じ変位(mm)に対する引張強度(N)は、本発明の方法により製造した粉体補強電解質膜が大きくなっており、膜強度が向上していることが示される。 FIG. 8 shows a powder-reinforced electrolyte membrane manufactured by the method of the present invention (boehmite (AlO (OH)) is used as a reinforcing material), and the same electrolytic material is used to disperse and impregnate the atomized reinforcing material inside the surface layer portion. The result when carrying out the comparative test of the tensile strength on the same conditions is shown with respect to the electrolyte membrane manufactured by the same manufacturing method (unreinforced electrolyte membrane) except not performing a process. The test is performed at room temperature. As shown in the graph of FIG. 8, the tensile strength (N) with respect to the same displacement (mm) indicates that the powder-reinforced electrolyte membrane produced by the method of the present invention is large and the membrane strength is improved. It is.
P…微粒化した補強材、s…電解質膜の表層部領域、10…電解質材料、11…溶融状態の電解質膜、20…押出ダイ、30…噴射装置(バブルジェット式噴射ノズル)、31…定着・冷却ロール、32…ブラストノズル、33…熱圧プレスの下型、34…熱圧プレスの上型、40…多孔質補強膜、50、50A、50B、50C、50D…電解質膜、51…EW値の異なる電解質膜 P: Atomized reinforcing material, s: Surface layer region of electrolyte membrane, 10 ... Electrolyte material, 11 ... Molten electrolyte membrane, 20 ... Extrusion die, 30 ... Injection device (bubble jet type injection nozzle), 31 ... Fixing -Cooling roll, 32 ... Blast nozzle, 33 ... Lower die of hot press, 34 ... Upper die of hot press, 40 ... Porous reinforcing membrane, 50, 50A, 50B, 50C, 50D ... Electrolyte membrane, 51 ... EW Electrolyte membranes with different values
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JP3385554B2 (en) * | 1992-09-25 | 2003-03-10 | 政廣 渡辺 | Polymer solid electrolyte composition and electrochemical cell using the composition |
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