JP5825005B2 - Polymer electrolyte, polymer electrolyte membrane, fuel cell, and ionic material - Google Patents

Polymer electrolyte, polymer electrolyte membrane, fuel cell, and ionic material Download PDF

Info

Publication number
JP5825005B2
JP5825005B2 JP2011205773A JP2011205773A JP5825005B2 JP 5825005 B2 JP5825005 B2 JP 5825005B2 JP 2011205773 A JP2011205773 A JP 2011205773A JP 2011205773 A JP2011205773 A JP 2011205773A JP 5825005 B2 JP5825005 B2 JP 5825005B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polymer electrolyte
mol
fuel cell
polymer
electrolyte membrane
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
Application number
JP2011205773A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013067692A (en
Inventor
正宏 阿部
正宏 阿部
雅史 太田
雅史 太田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toppan Inc
Original Assignee
Toppan Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toppan Inc filed Critical Toppan Inc
Priority to JP2011205773A priority Critical patent/JP5825005B2/en
Publication of JP2013067692A publication Critical patent/JP2013067692A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5825005B2 publication Critical patent/JP5825005B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

本発明は、高分子電解質、高分子電解質膜、燃料電池、及びイオン性材料に関し、例えば耐久性に優れ、低加湿特性に優れた高分子電解質に好適なものである。   The present invention relates to a polymer electrolyte, a polymer electrolyte membrane, a fuel cell, and an ionic material, and is suitable for, for example, a polymer electrolyte having excellent durability and excellent low humidification characteristics.

固体高分子形燃料電池(以下、PEFC)は、環境負荷ガスの放出を削減できる動力源として、燃料電池自動車、定置用コジェネレーション、携帯電話の電源として研究開発が進められている。PEFCでは、電池内でのプロトンの伝導が起こることによって発電反応が進行する。PEFCにおけるプロトン伝導には水の存在は必須であり、それゆえPEFCの発電反応を進行させるためには加湿器が必要となる。燃料電池を車両などに適用する場合、車載性の観点からは加湿は小さいことが望まれるため、低加湿下でもプロトン伝導が良好に行われる電解質が求められている。ナフィオン(登録商標、デュポン社製)、アシプレックス(登録商標、旭化成株式会社製)に代表されるフッ素系樹脂電解質は、低加湿下におけるプロトン伝導性に優れており、PEFCに汎用されている材料である。   The polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as PEFC) is being researched and developed as a power source that can reduce the release of environmentally hazardous gases as a power source for fuel cell vehicles, stationary cogeneration, and mobile phones. In PEFC, a power generation reaction proceeds by conduction of protons in the battery. The presence of water is indispensable for proton conduction in PEFC. Therefore, a humidifier is required to advance the power generation reaction of PEFC. When a fuel cell is applied to a vehicle or the like, since it is desired that the humidification is small from the viewpoint of in-vehicle performance, an electrolyte that can perform proton conduction well even under low humidification is required. Fluorine resin electrolytes typified by Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont) and Aciplex (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei) are excellent in proton conductivity under low humidification and are widely used in PEFC It is.

しかしながら、フッ素系樹脂電解質は、フッ素からなる高分子材料であるため、リサイクル製という面で問題を有する。燃料電池自動車の普及を考えた場合、リサイクルできるかどうかという問題は重要であり、リサイクルができない材料の環境への負荷は無視することができない。更に、フッ素系樹脂電解質を単独で電解質膜として適用した場合、耐久性の点で問題がある。従って、フッ素系樹脂電解質の代替材料の必要性が高まってきている。   However, since the fluororesin electrolyte is a polymer material made of fluorine, there is a problem in terms of recycling. Considering the widespread use of fuel cell vehicles, the question of whether or not it can be recycled is important, and the environmental impact of materials that cannot be recycled cannot be ignored. Furthermore, when a fluorine resin electrolyte is applied alone as an electrolyte membrane, there is a problem in terms of durability. Therefore, the need for an alternative material for the fluororesin electrolyte is increasing.

この代替材料として炭化水素系電解質の開発が近年行われてきている。炭化水素系材料は、一般的にフッ素系樹脂電解質よりも耐久性に優れ、フッ素系樹脂電解質の代替として期待される。炭化水素系電解質を用いて、低加湿で高いプロトン伝導性を有するために、例えば下記特許文献1では、液晶骨格を有する材料を用いてスルホン酸基のネットワークを形成させ、低加湿で高いプロトン伝導性を発現させることが記載されている。   In recent years, hydrocarbon-based electrolytes have been developed as an alternative material. Hydrocarbon materials are generally more durable than fluororesin electrolytes and are expected to replace fluororesin electrolytes. In order to have high proton conductivity with low humidification using a hydrocarbon-based electrolyte, for example, in Patent Document 1 below, a sulfonic acid group network is formed using a material having a liquid crystal skeleton, and high proton conductivity with low humidification. It is described that sex is expressed.

特開2003−55337号公報JP 2003-55337 A

しかしながら、前記特許文献1に記載されるスルホン酸型液晶モノマー材料を高分子量化したスルホン化液晶ポリマー材料は、側鎖のメソゲンがビフェニルであり、ビフェニルはオルソ位の水素原子同士が電子反発を起こし、2つの環がねじれるためにメソゲン同士のスタッキングが不安定になる。それに伴い、酸基のネットワーク形成が阻害され、より高いプロトン伝導度が達成できなくなることが懸念される。また、主鎖がメタクリル基、若しくはアクリル骨格のため、薄膜化による性能向上が望みにくい。
本発明の目的は、上記問題を解決するものであって、側鎖のメソゲンのスタッキングを促進させ、また薄膜化を可能とするため主鎖に剛直な骨格を用いることでプロトン伝導度の優れた高分子電解質、高分子電解質膜、燃料電池、及びイオン性材料を提供することである。
However, in the sulfonated liquid crystal polymer material obtained by increasing the molecular weight of the sulfonic acid type liquid crystal monomer material described in Patent Document 1, the mesogen of the side chain is biphenyl, and hydrogen atoms in the ortho position cause electron repulsion between the ortho-positioned hydrogen atoms. Since the two rings are twisted, stacking between mesogens becomes unstable. Along with this, there is a concern that formation of a network of acid groups is hindered and higher proton conductivity cannot be achieved. In addition, since the main chain is a methacryl group or an acrylic skeleton, it is difficult to expect an improvement in performance by thinning.
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and promotes stacking of mesogens in the side chain, and has an excellent proton conductivity by using a rigid skeleton in the main chain to enable thinning. It is to provide a polymer electrolyte, a polymer electrolyte membrane, a fuel cell, and an ionic material.

本発明者等は、上記目的を達成するべく鋭意研究を行った結果、側鎖のメソゲンを2,2’−ビピリジン骨格に変更し、主鎖をフェニレン骨格に変更した高分子電解質膜材料に着目した。
本発明のうち請求項1に記載の高分子電解質は、下記1式で表される高分子単位を有することを特徴とする高分子電解質である。但し、A1、A2はアルキレン基−(CH2m−であり、mは1以上の整数であり、Bはプロトン酸基であり、nは10〜10000の整数である。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have focused on a polymer electrolyte membrane material in which the side chain mesogen is changed to a 2,2′-bipyridine skeleton and the main chain is changed to a phenylene skeleton. did.
The polymer electrolyte according to claim 1 of the present invention is a polymer electrolyte characterized by having a polymer unit represented by the following formula 1. However, A 1, A 2 is an alkylene group - (CH 2) m - and is, m is an integer of 1 or more, B is a protonic acid group, n is an integer of 10 to 10,000.

Figure 0005825005
Figure 0005825005

また、本発明のうち請求項2に記載の高分子電解質は、前記プロトン酸基Bが、スルホン酸基、又はホスホン酸基であることを特徴とする請求項1に記載の高分子電解質である。
また、本発明のうち請求項3に記載の高分子電解質膜は、請求項1又は2に記載の高分子電解質を用いることを特徴とする高分子電解質膜である。
The polymer electrolyte according to claim 2 of the present invention is the polymer electrolyte according to claim 1, wherein the protonic acid group B is a sulfonic acid group or a phosphonic acid group. .
The polymer electrolyte membrane according to claim 3 of the present invention is a polymer electrolyte membrane using the polymer electrolyte according to claim 1 or 2.

また、本発明のうち請求項4に記載の燃料電池は、請求項1又は2に記載の高分子電解質及び請求項3に記載の高分子電解質膜の何れか一方又は双方を用いることを特徴とする燃料電池である。
また、本発明のうち請求項5に記載のイオン性材料は、下記2式で表されるポリマー化可能な基を有することを特徴とするイオン性材料である。但し、A1、A2はアルキレン基−(CH2m−であり、mは1以上の整数であり、Bはプロトン酸基であり、 1 2は夫々独立して塩素原子、臭気原子、又はヨウ素原子の何れかである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell comprising either or both of the polymer electrolyte according to the first or second aspect and the polymer electrolyte membrane according to the third aspect. The fuel cell.
Moreover, the ionic material according to claim 5 of the present invention is an ionic material characterized by having a group capable of being polymerized represented by the following two formulas. However, A 1, A 2 is an alkylene group - (CH 2) m - and is, m is an integer of 1 or more, B is a protonic acid group, a chlorine atom X 1, X 2 are independently a , An odor atom, or an iodine atom.

Figure 0005825005
Figure 0005825005

本発明のうち請求項1に記載の発明は、前記1式で表される高分子単位を有することを特徴とし、高いプロトン伝導度を有し、且つ薄膜化が可能で、高い発電性能を有する高分子電解質を提供できるという顕著な効果を奏する。
本発明のうち請求項2に記載の発明は、前記プロトン酸基Bが、スルホン酸基、又はホスホン酸基であることを特徴とする高分子電解質であり、プロトンの解離を促進させ、プロトン伝導度を向上することができるという顕著な効果を奏する。
The invention according to claim 1 of the present invention is characterized by having the polymer unit represented by the above-mentioned formula 1, has high proton conductivity, can be thinned, and has high power generation performance. There is a remarkable effect that a polymer electrolyte can be provided.
The invention according to claim 2 of the present invention is a polymer electrolyte characterized in that the protonic acid group B is a sulfonic acid group or a phosphonic acid group, promotes dissociation of protons, and conducts protons. There is a remarkable effect that the degree can be improved.

本発明のうち請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の高分子電解質から構成されることを特徴とする高分子電解質膜であり、高いプロトン伝導度、発電性能を兼ね備えた高分子電解質膜を提供することができるという顕著な効果を奏する。
本発明のうち請求項4に記載の発明は、請求項1又は2に記載の高分子電解質及び請求項3に記載の高分子電解質膜の何れか一方又は双方を用いることを特徴とする燃料電池であり、高い発電性能を備えた燃料電池を提供することができるという顕著な効果を奏する。
The invention according to claim 3 of the present invention is a polymer electrolyte membrane comprising the polymer electrolyte according to claim 1 or 2, and has high proton conductivity and power generation performance. There is a remarkable effect that a polymer electrolyte membrane can be provided.
Among the present inventions, the invention according to claim 4 uses either one or both of the polymer electrolyte according to claim 1 or 2 and the polymer electrolyte membrane according to claim 3. The fuel cell having high power generation performance can be provided.

ベンゼン環のπスタック概念図である。It is a pi stack conceptual diagram of a benzene ring. ビフェニルの構造図である。FIG. 2 is a structural diagram of biphenyl. 2,2’−ビピリジンの構造図である。FIG. 2 is a structural diagram of 2,2′-bipyridine. 本発明の高分子電解質膜の両面に電極触媒層を形成した膜電極結合体の断面図である。It is sectional drawing of the membrane electrode assembly which formed the electrode catalyst layer on both surfaces of the polymer electrolyte membrane of this invention. 図4の膜電極接合体を装着した燃料電池の単セルの構成を示す分解図である。It is an exploded view which shows the structure of the single cell of the fuel cell equipped with the membrane electrode assembly of FIG.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図4は、本発明の高分子電解質膜1の両面の夫々に空気極側電極触媒層2及び燃料極側電極触媒層3を形成した膜電極接合体12の断面図である。図5は、図4の膜電極接合体12を装着した燃料電池の単セル11の分解図であり、図中の符号4は空気極側ガス拡散層、符号5は燃料極側ガス拡散層、符号6は空気極、符号7は燃料極、符号8はガス流路、符号9は冷却水流路、符号10はセパレータである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a membrane electrode assembly 12 in which the air electrode side electrode catalyst layer 2 and the fuel electrode side electrode catalyst layer 3 are formed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane 1 of the present invention. FIG. 5 is an exploded view of the unit cell 11 of the fuel cell equipped with the membrane electrode assembly 12 of FIG. 4, in which 4 is an air electrode side gas diffusion layer, 5 is a fuel electrode side gas diffusion layer, Reference numeral 6 denotes an air electrode, reference numeral 7 denotes a fuel electrode, reference numeral 8 denotes a gas flow path, reference numeral 9 denotes a cooling water flow path, and reference numeral 10 denotes a separator.

以下に、本発明のイオン伝導性高分子及びそれを用いた膜電極結合体について説明する。なお、本発明は、以下に記載する各実施形態の限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて設計の変更などの変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
芳香族化合物は、一般的に芳香環上に非局在化したπ電子同士が相互作用することで、図1に示すように、芳香環の面と面を重ね合わせるように分子間でのスタック(πスタック)を形成することが知られている。この図では、上下のベンゼン環の炭素原子同士が互いに重なり合う配座の例を示している。液晶分子のメソゲンは、このスタックの形成を利用し、秩序構造を形成している。即ち、液晶分子が集合体を形成する上では、スタックの形成の促進が重要である。
Below, the ion conductive polymer of this invention and a membrane electrode assembly using the same are demonstrated. The present invention is not limited to each embodiment described below, and modifications such as design changes can be added based on the knowledge of those skilled in the art, and such modifications have been added. Embodiments can also be included in the scope of the present invention.
As shown in FIG. 1, the aromatic compound is generally stacked between molecules so that the surfaces of the aromatic ring overlap with each other as the π electrons delocalized on the aromatic ring interact with each other. It is known to form (π stack). This figure shows an example of a conformation in which the carbon atoms of the upper and lower benzene rings overlap each other. The mesogen of the liquid crystal molecule uses this stack formation to form an ordered structure. That is, in order to form an aggregate of liquid crystal molecules, promotion of stack formation is important.

本発明では、連結基を介してメソゲンにプロトン酸基が結合しており、メソゲンのネットワークが直接プロトンのネットワークになりうる。従って、メソゲンのスタックの形成を更に促進することで、分子内のプロトンの輸送を効率よく行うことができ、プロトン伝導度を向上することができる。
通常、メソゲンとして用いられることが多いビフェニルは、図2に示すように、ベンゼン環同士が結合している炭素の隣(オルソ位)の炭素に結合した水素同士が電子反発を起こし、隣り合う環同士が約50°ねじれることが知られている。よりスタックを形成しやすくするためには、このねじれを解消してやる必要がある。
In the present invention, a protonic acid group is bonded to a mesogen via a linking group, and the mesogen network can directly be a proton network. Therefore, by further promoting the formation of the mesogen stack, the protons in the molecule can be transported efficiently, and the proton conductivity can be improved.
In general, biphenyl often used as a mesogen has an electron repulsion caused by hydrogen bonding to carbon adjacent to (ortho position) the carbon to which the benzene rings are bonded, as shown in FIG. It is known that they twist about 50 degrees. In order to make it easier to form a stack, it is necessary to eliminate this twist.

本発明の高分子電解質は、メソゲンのビフェニルを2,2’−ビピリジンに変更している。2,2’−ビピリジンは、図3に示すように、ビフェニルのオルソ位の水素をそれぞれの環から1つずつなくした構造をしており、ビフェニルのような水素同士の電子反発を起こすことがないため、隣り合う環同士のねじれは殆ど起こらず、環同士はほぼ同一平面上にある。加えて、ピリジン環の窒素原子が隣の環のオルソ位の水素と水素結合を形成し、このねじれのない平面的な構造を安定化させることができる。   In the polymer electrolyte of the present invention, mesogenic biphenyl is changed to 2,2'-bipyridine. As shown in FIG. 3, 2,2′-bipyridine has a structure in which the hydrogen at the ortho position of biphenyl is eliminated from each ring one by one, and can cause electron repulsion between hydrogens like biphenyl. Therefore, the twisting of adjacent rings hardly occurs, and the rings are almost on the same plane. In addition, the nitrogen atom of the pyridine ring forms a hydrogen bond with the hydrogen at the ortho position of the adjacent ring, and this planar structure without twist can be stabilized.

以下に、本発明の燃料電池の薄膜化可能で耐久性に優れた高分子電解質膜の製造方法について説明する。なお、本発明は、以下に記載する各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて設計の変更などの変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうるものである。   Below, the manufacturing method of the polymer electrolyte membrane which can make the fuel cell of this invention thin film and was excellent in durability is demonstrated. The present invention is not limited to the embodiments described below, and modifications such as design changes can be added based on the knowledge of those skilled in the art, and such modifications have been added. Embodiments can also be included in the scope of the present invention.

[化合物の合成]
前記2式中のA1、A2、Bは、前記1式で定義されたものと同義であり、X1及びX2は夫々独立して塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子の何れかである。X1及びX2は同一であっても、異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。
前記2式のモノマー製造方法は特に限定されないが、例えばA1がエチレン基−(CH22−、A2がプロピレン基−(CH23−、及びBがスルホン酸基である場合、以下のようにして合成できる。まず、4,4’ジヒドロキシ−2,2’−ビピリジンを用意し(合成はJournal of Medicinal Chemistry, 44, 1396(2001)を参照)、これと無機塩基及びプロパンスルトンを反応させることにより、下記3式を得ることができる。
[Synthesis of compounds]
A 1 , A 2 and B in the formula 2 are the same as those defined in the formula 1, and X 1 and X 2 are each independently any one of a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom. is there. X 1 and X 2 may be the same or different, but are preferably the same.
For example, when A 1 is an ethylene group — (CH 2 ) 2 —, A 2 is a propylene group — (CH 2 ) 3 —, and B is a sulfonic acid group, It can be synthesized as follows. First, 4,4′dihydroxy-2,2′-bipyridine was prepared (see Journal of Medicinal Chemistry, 44, 1396 (2001) for synthesis), and this was reacted with an inorganic base and propane sultone to produce the following 3 The formula can be obtained.

Figure 0005825005
Figure 0005825005

この際の反応条件は、特に限定されるものではないが、反応温度は25〜80℃が好ましい。反応時間は10〜48時間で行うのが好ましい。反応は、大気雰囲気下でも窒素雰囲気下でも問題ない。反応溶媒としては、良溶媒であることが望ましく、より好ましくは、アルコール系溶媒であることが望ましい。アルコール系溶媒としては、例えばエタノール、メタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノールが挙げられる。   The reaction conditions at this time are not particularly limited, but the reaction temperature is preferably 25 to 80 ° C. The reaction time is preferably 10 to 48 hours. There is no problem in the reaction in an air atmosphere or a nitrogen atmosphere. The reaction solvent is preferably a good solvent, more preferably an alcohol solvent. Examples of the alcohol solvent include ethanol, methanol, 1-propanol, 2-propanol, and 1-butanol.

塩基としては、強塩基であることが望ましく、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられる。塩基の量は4,4’−ジヒドロキシ−2,2’−ビピリジン100モル%に対して、50〜100モル%であることが好ましく、70〜90モル%であることがより好ましい。
次に、下記4式で示される化合物を用意する。ここで、Xは夫々塩基原子、臭素原子、又はヨウ素原子の何れかである。
The base is preferably a strong base, and examples thereof include sodium hydroxide and potassium hydroxide. The amount of the base is preferably 50 to 100 mol% and more preferably 70 to 90 mol% with respect to 100 mol% of 4,4'-dihydroxy-2,2'-bipyridine.
Next, a compound represented by the following formula 4 is prepared. Here, each X is a base atom, a bromine atom, or an iodine atom.

Figure 0005825005
Figure 0005825005

前記3式で示される化合物を無機塩基で処理し、前記4式に示される化合物を反応させることで、下記5式に示されるモノマー化合物を得ることができる。   A monomer compound represented by the following formula (5) can be obtained by treating the compound represented by the formula (3) with an inorganic base and reacting the compound represented by the formula (4).

Figure 0005825005
Figure 0005825005

この際の反応条件は、特に限定されるものではないが、反応温度は25〜80℃が好ましい。反応時間は10〜48時間で行うのが好ましい。反応は、大気雰囲気下でも窒素雰囲気下でも問題ない。反応溶媒としては、良溶媒であることが望ましく、より好ましくは、極性の高い溶媒であることが望ましい。極性の高い溶媒としては、例えばジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドンなどが挙げられる。   The reaction conditions at this time are not particularly limited, but the reaction temperature is preferably 25 to 80 ° C. The reaction time is preferably 10 to 48 hours. There is no problem in the reaction in an air atmosphere or a nitrogen atmosphere. The reaction solvent is preferably a good solvent, more preferably a highly polar solvent. Examples of the highly polar solvent include dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone and the like.

塩基としては、強塩基であることが望ましく、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられる。塩基の量は前記4式に示される化合物100モル%に対して、50〜100モル%であることが好ましく、80〜100モル%であることがより好ましい。
このモノマーの重合は、特に限定されるものではないが、特定の触媒の存在下に反応させることが好ましい。この際使用される触媒は、遷移金属化合物を含む触媒系であり、この触媒系としては、配位子成分、配位子が配位された遷移金属錯体、及び還元剤を必須成分とし、更に、重合速度を上げるために塩を添加してもよい。
The base is preferably a strong base, and examples thereof include sodium hydroxide and potassium hydroxide. The amount of the base is preferably 50 to 100 mol% and more preferably 80 to 100 mol% with respect to 100 mol% of the compound represented by the above formula 4.
The polymerization of this monomer is not particularly limited, but it is preferable to react in the presence of a specific catalyst. The catalyst used in this case is a catalyst system containing a transition metal compound. This catalyst system includes a ligand component, a transition metal complex coordinated with a ligand, and a reducing agent as essential components. A salt may be added to increase the polymerization rate.

配位子成分としては、トリフェニルホスフィン、2,2’−ビピリジン、1,5−シクロオクタジェン、又は1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパンなどが挙げられる。これらのうち、トリフェニルホスフィン、2,2’−ビピリジンが好ましい。前記配位子成分である化合物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。配位子成分は、前記モノマー100モル%に対して、1〜100モル%であることが好ましく、1〜20モル%であることがより好ましい。   Examples of the ligand component include triphenylphosphine, 2,2′-bipyridine, 1,5-cyclooctagene, 1,3-bis (diphenylphosphino) propane, and the like. Of these, triphenylphosphine and 2,2'-bipyridine are preferred. The compound which is the said ligand component may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. The ligand component is preferably 1 to 100 mol% and more preferably 1 to 20 mol% with respect to 100 mol% of the monomer.

配位子が配位された遷移金属錯体としては、例えば塩化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、臭化ニッケルビル(トリフェニルホスフィン)、ヨウ化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、硝酸ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、塩化ニッケル(2,2’−ビピリジン)、臭化ニッケル(2,2’−ビピリジン)、ビス(1,5−シクロオクタジェン)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスフィン)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスファイト)ニッケル、又はテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウムなどが挙げられる。これらのうち、塩化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、塩化ニッケル(2,2’−ビピリジン)が好ましい。遷移金属錯体は、前記モノマー100モル%に対して、1〜100モル%であることが好ましく、1〜20モル%であることがより好ましい。   Examples of transition metal complexes in which a ligand is coordinated include nickel chloride bis (triphenylphosphine), nickel bromide building (triphenylphosphine), nickel iodide bis (triphenylphosphine), and nickel nitrate bis (triphenyl). Phosphine), nickel chloride (2,2′-bipyridine), nickel bromide (2,2′-bipyridine), bis (1,5-cyclooctagene) nickel, tetrakis (triphenylphosphine) nickel, tetrakis (triphenyl) Phosphite) nickel, tetrakis (triphenylphosphine) palladium and the like. Of these, nickel chloride bis (triphenylphosphine) and nickel chloride (2,2'-bipyridine) are preferred. The transition metal complex is preferably 1 to 100 mol% and more preferably 1 to 20 mol% with respect to 100 mol% of the monomer.

前記触媒系に使用することができる還元剤としては、例えば鉄、亜鉛、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、ナトリウム、又はカルシウムなどが挙げられる。これらのうち、亜鉛、マグネシウム、マンガンが好ましい。これらの還元剤は、有機酸などの酸に接触させることにより、より活性化して用いることができる。還元剤は、前記モノマー100モル%に対して、1〜100モル%であることが好ましく、10〜30モル%であることがより好ましい。   Examples of the reducing agent that can be used in the catalyst system include iron, zinc, manganese, aluminum, magnesium, sodium, and calcium. Of these, zinc, magnesium and manganese are preferred. These reducing agents can be used after being more activated by bringing them into contact with an acid such as an organic acid. The reducing agent is preferably 1 to 100 mol% and more preferably 10 to 30 mol% with respect to 100 mol% of the monomer.

また、前記触媒系において使用できる塩としては、フッ化ナトリウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、硫酸ナトリウムなどのナトリウム化合物;フッ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、ヨウ化カリウム、硫酸カリウムなどのカリウム化合物;フッ化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウム、硫酸テトラエチルアンモニウムなどのアンモニウム化合物が挙げられる。これらのうち、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、臭化カリウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウムが好ましい。塩は、前記モノマー100モル%に対して、1〜100モル%であることが好ましく、10〜30モル%であることがより好ましい。   Examples of salts that can be used in the catalyst system include sodium compounds such as sodium fluoride, sodium chloride, sodium bromide, sodium iodide, and sodium sulfate; potassium fluoride, potassium chloride, potassium bromide, potassium iodide, sulfuric acid Examples include potassium compounds such as potassium; ammonium compounds such as tetraethylammonium fluoride, tetraethylammonium chloride, tetraethylammonium bromide, tetraethylammonium iodide, and tetraethylammonium sulfate. Of these, sodium bromide, sodium iodide, potassium bromide, tetraethylammonium bromide, and tetraethylammonium iodide are preferred. The salt is preferably 1 to 100 mol% and more preferably 10 to 30 mol% with respect to 100 mol% of the monomer.

また、重合の際に用いられる触媒としては、例えばテトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルイミダゾリジノンなどが挙げられる。これらのうち、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルイミダゾリジノンが好ましい。これらの重合溶媒は、十分に乾燥してか用いることが好ましい。   Examples of the catalyst used in the polymerization include tetrahydrofuran, cyclohexanone, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone, N, N- Examples thereof include dimethyl imidazolidinone. Of these, tetrahydrofuran, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and N, N-dimethylimidazolidinone are preferred. These polymerization solvents are preferably used after sufficiently dried.

重合の際の重合温度及び重合時間は、特に限定されるものではなく、分子量、重合の濃度などによって適宜設定すればよい。例えば、重量平均分子量が10〜50万の重合体を得ることを目的とする場合、反応効率の点から、重合温度が好ましくは25〜80℃、より好ましくは40〜70℃、重合時間が好ましくは8〜40時間、より好ましくは16〜32時間で重合が行われる。重合の際の重合圧力は、特に限定されず、加圧下、常圧(大気圧)下、減圧下の何れかでよく、場合により適宜設定すればよいが、常圧下であることが好ましい。   The polymerization temperature and polymerization time during the polymerization are not particularly limited, and may be set as appropriate depending on the molecular weight, the polymerization concentration, and the like. For example, when it is intended to obtain a polymer having a weight average molecular weight of 100 to 500,000, the polymerization temperature is preferably 25 to 80 ° C., more preferably 40 to 70 ° C., and the polymerization time is preferable from the viewpoint of reaction efficiency. Is carried out in 8 to 40 hours, more preferably 16 to 32 hours. The polymerization pressure at the time of polymerization is not particularly limited, and may be any of under pressure, normal pressure (atmospheric pressure), and reduced pressure, and may be appropriately set according to circumstances, but is preferably under normal pressure.

このようにして得られた高分子電解質を用いて高分子電解質膜を製造する方法としては、特に限定されないが、例えば、本発明のポリフェニレン系電解質を溶剤に溶解して溶液とした後、キャスティングにより、基材上に塗布し、フィルム状に形成する方法や、所定のギャップに制御されたアプリケータを用いて塗工、成膜する方法、ダイコータを用いて成膜する方法などが挙げられる。   A method for producing a polymer electrolyte membrane using the polymer electrolyte thus obtained is not particularly limited. For example, the polyphenylene electrolyte of the present invention is dissolved in a solvent to form a solution, and then cast. Examples thereof include a method of coating on a substrate and forming it into a film, a method of applying and forming a film using an applicator controlled to a predetermined gap, and a method of forming a film using a die coater.

成膜にあたっては粘度を10〜10000Pa・sとすることが好ましく、10〜1000Pa・sとすることがより好ましい。この粘度範囲内であると、溶剤の残留量が少なく、また溶液を乾燥する際に多量の気泡が発生する確率が低いことと、レベリング効果により厚みのむらが低減できるため、安定したプロトン伝導性が確保される。
この際の電解質濃度は、分子量にもよるが、通常、2.5〜50質量%、好ましくは7〜25質量%である。この濃度範囲内であれば、成膜性に優れる。
In film formation, the viscosity is preferably 10 to 10000 Pa · s, and more preferably 10 to 1000 Pa · s. When the viscosity is within this range, the residual amount of solvent is small, and the probability that a large amount of bubbles are generated when the solution is dried is low, and the unevenness in thickness can be reduced by the leveling effect, so that stable proton conductivity is achieved. Secured.
The electrolyte concentration at this time is usually 2.5 to 50% by mass, preferably 7 to 25% by mass, although it depends on the molecular weight. Within this concentration range, the film formability is excellent.

また、この際に用いられる溶媒としては、例えばN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、γ−ブチルラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチル尿素、ジメチルイミダゾリジノンなどの非プロトン系極性溶剤、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、iso−プロピルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコールなどのアルコール系溶媒及びアセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶媒などが挙げられる。これらの溶媒は、単独で用いてもよく、或いは2種以上混合させてもよい。また、これらの溶媒に水を添加したものを用いてもよい。   Examples of the solvent used at this time include N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, γ-butyllactone, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, dimethylurea, dimethylimidazolidinone, and the like. Aprotic polar solvents, alcohol solvents such as methanol, ethanol, propyl alcohol, iso-propyl alcohol, sec-butyl alcohol, tert-butyl alcohol, and ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, and cyclohexanone. These solvents may be used alone or in combination of two or more. Moreover, you may use what added water to these solvents.

粘度を調整したポリマー溶液は、例えば、基材にキャストされる。キャストする基材としては、金属材料、ガラス、セラミックス、プラスチックなどが挙げられる。基材の形状は特に限定されるものではない。
基材上に形成されたフィルムは、好ましくは25〜140℃、0.1〜24時間、加熱することにより、高分子電解質膜を得ることができる。
実施例及び比較例について示す。以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
The polymer solution whose viscosity is adjusted is cast onto a substrate, for example. Examples of the base material to be cast include metal materials, glass, ceramics, and plastics. The shape of the substrate is not particularly limited.
The film formed on the substrate is preferably heated at 25 to 140 ° C. for 0.1 to 24 hours to obtain a polymer electrolyte membrane.
Examples and comparative examples will be described. EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to this.

[3式の合成]
窒素雰囲気下、4,4’−ジヒドロキシ−2,2’−ビピリジン94g(0.5mol)、プロパンスルトンを61g(0.5mol)及び水酸化ナトリウム16g(0.4mol)、メタノールを200ml加え、48時間攪拌した。その後、ジエチルエーテルで再沈殿させ、濾過した。濾過物をメタノールで洗い込み、前記3式を得た。
[6式の合成]
窒素雰囲気下、前記3式166g(0.5mol)、2−(2,5−ジクロロフェニル)−1−ブロモエタン127g(0.5mol)及び水酸化ナトリウム20g(0.5mol)、ジメチルスルホキシドを200ml加え、48時間攪拌した。その後、メタノールで再沈殿させ、濾過した。濾過物をメタノールで洗い込み、下記6式を得た。
[Composition of Formula 3]
Under a nitrogen atmosphere, 94 g (0.5 mol) of 4,4′-dihydroxy-2,2′-bipyridine, 61 g (0.5 mol) of propane sultone, 16 g (0.4 mol) of sodium hydroxide, and 200 ml of methanol were added. Stir for hours. Then, it reprecipitated with diethyl ether and filtered. The filtrate was washed with methanol to obtain the above three formulas.
[Synthesis of Formula 6]
Under a nitrogen atmosphere, 166 g (0.5 mol) of the above formula 3, 127 g (0.5 mol) of 2- (2,5-dichlorophenyl) -1-bromoethane, 20 g (0.5 mol) of sodium hydroxide, and 200 ml of dimethyl sulfoxide were added, Stir for 48 hours. Then, it reprecipitated with methanol and filtered. The filtrate was washed with methanol to obtain the following six formulas.

Figure 0005825005
Figure 0005825005

[実施例1]
[7式の合成]
窒素雰囲気下、前記6式7.6g(15mmol)、トリフェニルホスフィン1.5g(5.6mmol)、ヨウ化ナトリウム0.3g(2mmol)、亜鉛1.3g(20mmol)、ビス(トリフェニルホスフィン)ニッケル(II)ジクロリド0.31g(0.48mmol)を加え、溶媒として20mlのジメチルホルムアミドを加え、60℃で24時間攪拌した。反応物をメタノールで再沈し、固体を濾別した後、濃塩酸でプロトンフォームした。更に純水で濾液のpHが7になるまで洗浄した後、固体を減圧乾燥し、下記7式を得た。
[Example 1]
[Synthesis of Formula 7]
Under a nitrogen atmosphere, 7.6 g (15 mmol) of the above formula 6, 1.5 g (5.6 mmol) of triphenylphosphine, 0.3 g (2 mmol) of sodium iodide, 1.3 g (20 mmol) of zinc, bis (triphenylphosphine) Nickel (II) dichloride 0.31 g (0.48 mmol) was added, 20 ml of dimethylformamide was added as a solvent, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 24 hours. The reaction product was reprecipitated with methanol, the solid was filtered off, and then proton-foamed with concentrated hydrochloric acid. Further, after washing with pure water until the pH of the filtrate reached 7, the solid was dried under reduced pressure to obtain the following formula 7.

Figure 0005825005
Figure 0005825005

以下、本発明を比較例により詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[9−ブロモ−1−デセンの合成]
500mlの三角フラスコにベンゼン100ml及びピリジン1.0gを加え、9−デセン−1−オール25g(0.16mol)を溶解した。次に、三臭化リン43.2g(0.16mol)を溶解させたベンゼン溶液100mlを氷冷下でゆっくりと滴下した後、室温で18時間攪拌した。その後、反応液を氷水中に注ぎ、ジエチルエーテル300mlで抽出した。ここで得たエーテル−ベンゼン混合液は無水硫酸ナトリウムで一晩脱水した。吸引濾過により硫酸ナトリウムを除き、エーテル−ベンゼンを減圧除去し、残渣を減圧蒸留して目的物9−ブロモ−1−デセンを得た。
Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail by a comparative example, this invention is not limited to these.
[Synthesis of 9-bromo-1-decene]
To a 500 ml Erlenmeyer flask, 100 ml of benzene and 1.0 g of pyridine were added to dissolve 25 g (0.16 mol) of 9-decene-1-ol. Next, 100 ml of a benzene solution in which 43.2 g (0.16 mol) of phosphorus tribromide was dissolved was slowly added dropwise under ice cooling, followed by stirring at room temperature for 18 hours. Thereafter, the reaction solution was poured into ice water and extracted with 300 ml of diethyl ether. The ether-benzene mixed solution obtained here was dehydrated overnight with anhydrous sodium sulfate. Sodium sulfate was removed by suction filtration, ether-benzene was removed under reduced pressure, and the residue was distilled under reduced pressure to obtain the desired product 9-bromo-1-decene.

[4−(9−デセニルオキシフェニル)フェノールの合成]
水酸化ナトリウム3.40g(0.08mol)を100mlのエタノールに溶解させた。この溶液を、4,4’−ビフェノール14.9g(0.08mol)を溶解させた100mlエタノールに少量ずつ加え、エタノールを減圧除去した。残渣を150mlジメチルホルムアミドに窒素気流下で加温して溶解させた(A液)。前述のようにして調整した9−ブロモ−1−デセン15.8g(0.072mol)、フェノチアジン0.1gを30mlのDMFに溶解させた(B液)。窒素雰囲気下でよく撹拌しながら、A液にB液を30分程度かけて加え、40℃で24時間反応させた。反応終了後、反応液を冷却し、300mlの10%冷却塩酸で洗浄した後、300mlのエーテルで抽出し、次いで100mlの冷蒸留水で洗浄した。エーテル層は無水硫酸ナトリウムで一晩脱水する。残渣に300mlのヘキサンを加え、濾過により沈殿物を得る。次いで200mlのベンゼンを加え、ベンゼン可溶部分を、ベンゼンを用いたカラムクロマトグラフィーで精製して4−(9−デセニルオキシフェニル)フェノールを得た。
[Synthesis of 4- (9-decenyloxyphenyl) phenol]
3.40 g (0.08 mol) of sodium hydroxide was dissolved in 100 ml of ethanol. This solution was added little by little to 100 ml ethanol in which 14.9 g (0.08 mol) of 4,4′-biphenol was dissolved, and ethanol was removed under reduced pressure. The residue was dissolved in 150 ml dimethylformamide by heating under a nitrogen stream (solution A). 15.8 g (0.072 mol) of 9-bromo-1-decene prepared as described above and 0.1 g of phenothiazine were dissolved in 30 ml of DMF (solution B). Liquid B was added to liquid A over about 30 minutes while stirring well in a nitrogen atmosphere, and reacted at 40 ° C. for 24 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was cooled, washed with 300 ml of 10% cold hydrochloric acid, extracted with 300 ml of ether, and then washed with 100 ml of cold distilled water. The ether layer is dehydrated with anhydrous sodium sulfate overnight. 300 ml of hexane is added to the residue and a precipitate is obtained by filtration. Next, 200 ml of benzene was added, and the benzene-soluble portion was purified by column chromatography using benzene to obtain 4- (9-decenyloxyphenyl) phenol.

[3−[6−(9−デセニルオキシ)ビフェニルオキシ]プロピルスルホン酸の合成]
ジメチルホルムアミド30ml中に重合禁止剤フェノチアジン0.05gを溶解させた。そこへ、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]−7−ウンデンセン(DBU)1.22g(0.008mol)と4−(9−デセニルオキシフェニル)フェノール0.65g(0.002mol)、3−ブロモプロパンスルホン酸ナトリウム1.8g(0.008mol)を溶解させ、窒素雰囲気下、50℃で48時間撹拌した。反応終了後、溶媒を濃縮し、ジエチルエーテルを加え、濾過することにより沈殿を得た。次に、沈殿を蒸留水でよく洗浄した。次に、洗浄後の沈殿を6mol/LのHCl中で24時間撹拌後、遠心分離機により沈殿を得て、この沈殿をジエチルエーテルで洗浄後、乾燥して3−[6−(9−デセニルオキシ)ビフェニルオキシ]プロピルスルホン酸を得た。
[Synthesis of 3- [6- (9-decenyloxy) biphenyloxy] propylsulfonic acid]
In 30 ml of dimethylformamide, 0.05 g of a polymerization inhibitor phenothiazine was dissolved. There, 1,8-diazabicyclo [5,4,0] -7-undencene (DBU) 1.22 g (0.008 mol) and 4- (9-decenyloxyphenyl) phenol 0.65 g (0.002 mol) ), 1.8 g (0.008 mol) of sodium 3-bromopropanesulfonate was dissolved and stirred at 50 ° C. for 48 hours under a nitrogen atmosphere. After completion of the reaction, the solvent was concentrated, diethyl ether was added and filtered to obtain a precipitate. Next, the precipitate was washed well with distilled water. Next, the washed precipitate was stirred in 6 mol / L HCl for 24 hours, and then a precipitate was obtained by a centrifuge. The precipitate was washed with diethyl ether, dried, and then dried with 3- [6- (9-decenyloxy]. ) Biphenyloxy] propylsulfonic acid was obtained.

[比較例1]
[3−[6−(9−デセニルオキシ)ビフェニルオキシ]プロピルスルホン酸の高分子量化]
窒素雰囲気下、3−[6−(9−デセニルオキシ)ビフェニルオキシ]プロプルスルホン酸を488mg(1mmol)、開始剤であるAIBNを6.6mg(0.04mmol)加え、ジメチルスルホキシドを4.8ml加えた。その後、60℃で60時間熱重合して高分子量化させた。その後、アセトンで再沈殿させ、ポリマーを得た。
[Comparative Example 1]
[Molecularization of 3- [6- (9-decenyloxy) biphenyloxy] propylsulfonic acid]
Under a nitrogen atmosphere, 488 mg (1 mmol) of 3- [6- (9-decenyloxy) biphenyloxy] propylsulfonic acid, 6.6 mg (0.04 mmol) of AIBN as an initiator, and 4.8 ml of dimethyl sulfoxide were added. It was. Then, it polymerized by heat polymerization at 60 ° C. for 60 hours. Thereafter, reprecipitation was performed with acetone to obtain a polymer.

[ポリマーの製膜]
前記7式、3−[6−(9−デセニルオキシ)ビフェニルオキシ]プロピルスルホン酸ポリマーをジメチルスルホキシドに溶解させ、ガラスにキャストし、45℃で12時間、80℃で12時間、80℃で1時間真空乾燥させることで、膜を得た。
[薄膜化]
前記7式で表わされるポリマー膜は、3−[6−(9−デセニルオキシ)ビフェニルオキシ]プロピルスルホン酸ポリマーから得られる膜に比較して、薄膜化しても膜電極接合体が作製できる機械強度を有していた。
[Polymer film formation]
The formula 7, 3- [6- (9-decenyloxy) biphenyloxy] propyl sulfonic acid polymer is dissolved in dimethyl sulfoxide, cast into glass, 12 hours at 45 ° C., 12 hours at 80 ° C., 1 hour at 80 ° C. A film was obtained by vacuum drying.
[Thinning]
The polymer film represented by the above formula 7 has a mechanical strength that can produce a membrane electrode assembly even when it is thinned, compared with a film obtained from 3- [6- (9-decenyloxy) biphenyloxy] propylsulfonic acid polymer. Had.

[プロトン伝導度の測定]
解質膜の交流抵抗は、10mm幅の短冊状のプロトン伝導膜試料の表面に、白金線を押し当て、恒温恒湿装置中に試料を保持し、白金線間の交流インピーダンス測定から求めた。すなわち、温度80℃、相対湿度30%の環境下でインピーダンスを測定した。実施例1のプロトン伝導度は、比較例1と比べて大きく向上した。
[Measurement of proton conductivity]
The AC resistance of the denatured membrane was determined from the measurement of AC impedance between platinum wires by pressing a platinum wire against the surface of a strip-shaped proton conducting membrane sample having a width of 10 mm and holding the sample in a constant temperature and humidity device. That is, the impedance was measured in an environment at a temperature of 80 ° C. and a relative humidity of 30%. The proton conductivity of Example 1 was greatly improved as compared with Comparative Example 1.

本発明は、電気自動車、燃料電池自動車などの自動車、ノートパソコン、携帯電話、携帯情報端末などのモバイル機器、家庭用発電装置などの発電源として用いられる固体高分子形燃料電池を構成する高分子電解質膜として利用できる。   The present invention relates to a polymer constituting a polymer electrolyte fuel cell used as a power generation source for automobiles such as electric vehicles and fuel cell vehicles, mobile devices such as notebook computers, mobile phones and personal digital assistants, and household power generators. It can be used as an electrolyte membrane.

1 高分子電解質
2 空気極側電極触媒層
3 燃料極側電極触媒層
4 空気極側ガス拡散層
5 燃料極側ガス拡散層
6 空気極
7 燃料極
8 ガス流路
9 冷却水流路
10 セパレータ
11 単セル
12 膜電極結合体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polymer electrolyte 2 Air electrode side electrode catalyst layer 3 Fuel electrode side electrode catalyst layer 4 Air electrode side gas diffusion layer 5 Fuel electrode side gas diffusion layer 6 Air electrode 7 Fuel electrode 8 Gas flow path 9 Cooling water flow path 10 Separator 11 Single Cell 12 Membrane electrode assembly

Claims (5)

下記1式で表される高分子単位を有することを特徴とする高分子電解質。但し、A1、A2はアルキレン基−(CH2m−であり、mは1以上の整数であり、Bはプロトン酸基であり、nは10〜10000の整数である。
Figure 0005825005
A polymer electrolyte comprising a polymer unit represented by the following formula 1. However, A 1, A 2 is an alkylene group - (CH 2) m - and is, m is an integer of 1 or more, B is a protonic acid group, n is an integer of 10 to 10,000.
Figure 0005825005
前記プロトン酸基Bが、スルホン酸基、又はホスホン酸基であることを特徴とする請求項1に記載の高分子電解質。   The polymer electrolyte according to claim 1, wherein the protonic acid group B is a sulfonic acid group or a phosphonic acid group. 請求項1又は2に記載の高分子電解質を用いることを特徴とする高分子電解質膜。   A polymer electrolyte membrane using the polymer electrolyte according to claim 1. 請求項1又は2に記載の高分子電解質及び請求項3に記載の高分子電解質膜の何れか一方又は双方を用いることを特徴とする燃料電池。   A fuel cell using one or both of the polymer electrolyte according to claim 1 and the polymer electrolyte membrane according to claim 3. 下記2式で表されるポリマー化可能な基を有することを特徴とするイオン性材料。但し、A1、A2はアルキレン基−(CH2m−であり、mは1以上の整数であり、Bはプロトン酸基であり、 1 2は夫々独立して塩素原子、臭気原子、又はヨウ素原子の何れかである。
Figure 0005825005
An ionic material having a group capable of being polymerized represented by the following two formulas. However, A 1, A 2 is an alkylene group - (CH 2) m - and is, m is an integer of 1 or more, B is a protonic acid group, a chlorine atom X 1, X 2 are independently a , An odor atom, or an iodine atom.
Figure 0005825005
JP2011205773A 2011-09-21 2011-09-21 Polymer electrolyte, polymer electrolyte membrane, fuel cell, and ionic material Expired - Fee Related JP5825005B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011205773A JP5825005B2 (en) 2011-09-21 2011-09-21 Polymer electrolyte, polymer electrolyte membrane, fuel cell, and ionic material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011205773A JP5825005B2 (en) 2011-09-21 2011-09-21 Polymer electrolyte, polymer electrolyte membrane, fuel cell, and ionic material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013067692A JP2013067692A (en) 2013-04-18
JP5825005B2 true JP5825005B2 (en) 2015-12-02

Family

ID=48473766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011205773A Expired - Fee Related JP5825005B2 (en) 2011-09-21 2011-09-21 Polymer electrolyte, polymer electrolyte membrane, fuel cell, and ionic material

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5825005B2 (en)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007109472A (en) * 2005-10-12 2007-04-26 Jsr Corp Membrane electrode assembly for fuel cell
JPWO2008143179A1 (en) * 2007-05-18 2010-08-05 Jsr株式会社 Novel aromatic compound and polyarylene copolymer having a nitrogen-containing heterocycle containing a sulfonic acid group in the side chain
JP5648250B2 (en) * 2007-11-21 2015-01-07 国立大学法人東京工業大学 Polymer organic compounds and organic compounds having sulfonated nitrogen-containing heterocycles, methods for producing them, ion exchangers, electrolyte membranes, pharmaceuticals, catalysts, membrane electrode assemblies, fuel cells using them
JP2011090908A (en) * 2009-10-22 2011-05-06 Jsr Corp Electrode electrolyte for solid polymer electrolyte fuel cell, and electrode varnish, electrode paste and membrane electrode assembly using the same
JP5458320B2 (en) * 2009-12-11 2014-04-02 国立大学法人東京工業大学 Novel organic compound, novel polymer organic compound and polymer electrolyte, polymer electrolyte membrane, membrane electrode assembly, fuel cell using the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013067692A (en) 2013-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5472267B2 (en) Nitrogen-containing aromatic compound, method for producing the same, polymer, and proton conducting membrane
US7727652B2 (en) Membrane electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell therewith
KR101210514B1 (en) Sulfonated Bis(phenylsulfonyl)-1,1'-Biphenyl Compounds and Their Manufacturing Methods
JP5533533B2 (en) Ionic materials with polyelectrolytes and polymerisable groups
JP4976919B2 (en) Membrane-electrode structure for polymer electrolyte fuel cell
JP2006032181A (en) Film/electrode structure for polymer electrolyte fuel cell, and polymer electrolyte fuel cell
JP2010031231A (en) New aromatic compound and polyarylene-based copolymer having nitrogen-containing aromatic ring
JP5352128B2 (en) Membrane-electrode structure for polymer electrolyte fuel cell
JP5919891B2 (en) Polymer electrolyte, polymer electrolyte membrane, polymer electrolyte fuel cell, and ionic material having polymerizable group
JP5825005B2 (en) Polymer electrolyte, polymer electrolyte membrane, fuel cell, and ionic material
JP5884360B2 (en) Polymer electrolyte, polymer electrolyte membrane and solid polymer fuel cell using the same
JP5915052B2 (en) Polymer electrolyte, polymer electrolyte membrane and solid polymer fuel cell using the same
JP5884361B2 (en) Polymer electrolyte, polymer electrolyte membrane and solid polymer fuel cell using the same
JP5350974B2 (en) Membrane-electrode structure for polymer electrolyte fuel cell
JP2003327674A (en) Novel phosphorus-containing aromatic dihalogeno compound, polyarylene polymer, sulfonated polyarylene polymer, their production methods, and proton conductive membrane
JP5512488B2 (en) Membrane-electrode structure for polymer electrolyte fuel cell
JPWO2006048942A1 (en) Sulfonated polymers and solid polymer electrolytes with nitrile-type hydrophobic blocks
JP5900042B2 (en) Polymer electrolyte, polymer electrolyte membrane, polymer electrolyte fuel cell and ionic material
JP6202422B2 (en) Method for producing polymer electrolyte
JP5625717B2 (en) Proton transport material and polymer membrane comprising the same
JP2010010007A (en) Membrane-electrode structure for solid polymer fuel cell
JP2008147001A (en) Polymer electrolyte
JP2006172861A (en) Membrane-electrode assembly for fuel cell
JP5682920B2 (en) Proton conducting polymer and method for producing the same
JP5562129B2 (en) Membrane-electrode structure for polymer electrolyte fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140821

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150612

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150623

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150818

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: 20150915

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150928

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5825005

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees