JP7022178B2 - イオン交換膜、この製造方法、及びこれを含むエネルギー貯蔵装置 - Google Patents
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Description
多孔度(%)=(ナノウェブ内の空気体積/ナノウェブの全体の体積)×100
(実施例1-1)
濃度が12重量%であるポリアミック酸/THF紡糸溶液を30kVの電圧が印加された状態で電界紡糸した後、ポリアミック酸ナノウェブ前駆体を形成してから、350℃のオーブンで5時間の間熱処理して15μmの平均厚さを有するポリイミド多孔性支持体を製造した。この際、前記電界紡糸は、25℃にてスプレージェットノズルで30kVの電圧を印加した状態で行った。
イオン伝導体であるSPEEK(sulfonated polyetheretherketone)を有機溶媒であるDMAcに希釈させてエッチング溶液を製造した。このとき、前記エッチング溶液は、前記イオン伝導体を前記エッチング溶液の全体重量に対して3重量%で含んだ。
上記実施例1-2において、前記エッチング溶液でエッチング処理したことの代わりに、前記製造されたイオン交換膜について、ニップロールを通過させて物理的処理したことを除いては、前記実施例1-2と同様に行ってイオン交換膜を製造した。前記製造されたシリカコーティング層の表面には、前記シリカコーティング層の全体の厚さに対して5長さ%の微細凹凸が形成された。
上記実施例1-2において、前記有機溶媒でエッチング処理したことの代わりに、プラズマ処理法で前記シリカコーティング層の表面に幅100nm、間隔100nmであるストライプパターンを形成したことを除いては、前記実施例1-2と同様に行ってイオン交換膜を製造した。
上記実施例1-2において、前記有機溶媒でエッチング処理したことの代りに、10×10cm2サイズのイオン交換膜に対して、常温のチャンバで10ppmのフッ素ガスで60分間処理したことを除いては、前記実施例1-2と同様に行ってイオン交換膜を製造した。
濃度が12重量%であるポリアミック酸/THF紡糸溶液を30kVの電圧が印加された状態で電界紡糸した後、ポリアミック酸ナノウェブ前駆体を形成してから、350℃のオーブンで5時間の間熱処理して15μmの平均厚さを有するポリイミド多孔性支持体を製造した。この際、前記電界紡糸は、25℃にてスプレージェットノズルで30kVの電圧を印加した状態で行った。
上記実施例2-1において、前記エッチング溶液でエッチング処理したことの代わりに、前記製造されたイオン交換膜について、ニップロールを通過させて物理的処理したことを除いては、前記実施例2-1と同様に行ってイオン交換膜を製造した。前記製造されたイオン交換膜の表面には、前記イオン伝導体コーティング層の全体の厚さに対して5長さ%の微細凹凸が形成された。
上記実施例2-1において、前記有機溶媒でエッチング処理したことの代わりに、プラズマ処理方法で、前記イオン伝導体コーティング層の表面に幅100nm、間隔100nmであるストライプパターンを形成したことを除いては、上記実施例2-1と同様に行ってイオン交換膜を製造した。
上記実施例2-1において、前記有機溶媒でエッチング処理したことの代りに、10×10cm2サイズのイオン交換膜に対して、常温のチャンバで10ppmのフッ素ガスで60分間処理したことを除いては、上記実施例2-1と同様に行ってイオン交換膜を製造した。
上記実施例にて製造されたイオン交換膜の両面にPt/C電極を固定させ、95%RH、80℃で、厚さ方向(throughplane)の水素イオン伝導度を測定し、その結果を下記に表した。
上記実施例にて製造されたイオン交換膜の表面エネルギーを、水に対する接触角測定で評価し、その結果は、下記に示した。
Claims (10)
- イオン交換膜において、
多孔性支持体と、
前記多孔性支持体の少なくとも一つの表面上の第1コーティング層と、
前記第1コーティング層上の第2コーティング層と、
を含み、
前記多孔性支持体の空隙は、第1炭化水素系イオン伝導体で満たされており、
前記第1コーティング層は、第2炭化水素系イオン伝導体、及びシリカを含み、
前記第2コーティング層は、フッ素系イオン伝導体を含み、
前記第2コーティング層に接する、前記第1コーティング層の面に存在する前記第2炭化水素系イオン伝導体はフッ素置換基を含むことを特徴とするイオン交換膜。 - 前記多孔性支持体の空隙は、前記第1炭化水素系イオン伝導体とシリカとでもって満たされたことを特徴とする請求項1に記載のイオン交換膜。
- 前記第1コーティング層に含まれたシリカ100重量部に対して、
前記多孔性支持体の空隙内にあるシリカは10重量部以下であることを特徴とする請求項2に記載のイオン交換膜。 - 多孔性支持体と、
前記多孔性支持体の少なくとも一つの表面上の第1コーティング層と、
前記第1コーティング層上の第2コーティング層と、
を含み、
前記多孔性支持体の空隙は、第1炭化水素系イオン伝導体で満たされており、
前記第1コーティング層は、第2炭化水素系イオン伝導体を含み、
前記第2コーティング層は、フッ素系イオン伝導体を含み、
前記第1及び第2炭化水素系イオン伝導体は、主鎖がベンゼン環を含み、前記ベンゼン環にイオン交換基がついている炭化水素系高分子であり、
前記第2コーティング層に接する、前記第1コーティング層の面に存在する前記第2炭化水素系イオン伝導体のベンゼン環にフッ素が置換されたことを特徴とする請求項1に記載のイオン交換膜。 - 前記多孔性支持体は、炭化水素系多孔性支持体であることを特徴とする請求項1に記載のイオン交換膜。
- 多孔性支持体の空隙を炭化水素系イオン伝導体で満たす第1ステップと、
前記多孔性支持体の少なくとも一つの表面上に、炭化水素系イオン伝導体を含む第1コーティング層を形成する第2ステップと、
前記第1コーティング層の表面をフッ素ガスで処理する第3ステップと、
前記フッ素ガスで処理された、前記第1コーティング層の表面上に、フッ素系イオン伝導体を含む第2コーティング層を形成する第4ステップと
を含み、
前記第1コーティング層は、炭化水素系イオン伝導体と、シリカとを含む混合物でもって形成されることを特徴とするイオン交換膜の製造方法。 - 前記の第1及び第2ステップは、炭化水素系イオン伝導体と、シリカとを含む混合物を用いて、順次に、または同時に行われることを特徴とする請求項6に記載のイオン交換膜の製造方法。
- 請求項1~5のいずれかに記載のイオン交換膜を含むことを特徴とするエネルギー貯蔵装置。
- 前記エネルギー貯蔵装置は、燃料電池であることを特徴とする請求項8に記載のエネルギー貯蔵装置。
- 前記エネルギー貯蔵装置は、レドックスフロー電池(redox flowbattery)であることを特徴とする請求項8に記載のエネルギー貯蔵装置。
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