JPH1079257A - Ion exchange membrane - Google Patents

Ion exchange membrane

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JPH1079257A
JPH1079257A JP8232948A JP23294896A JPH1079257A JP H1079257 A JPH1079257 A JP H1079257A JP 8232948 A JP8232948 A JP 8232948A JP 23294896 A JP23294896 A JP 23294896A JP H1079257 A JPH1079257 A JP H1079257A
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JP
Japan
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ion exchange
membrane
polymer
polymer membrane
exchange membrane
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JP8232948A
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Takashi Yoshiyama
隆士 吉山
Takashi Ueda
隆 上田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain lowering of membrane strength and improve output by sandwiching by a first polymer membrane a second polymer membrane having its ion exchange greater than of the first membrane. SOLUTION: An ion exchange membrane 1 is a first polymer membrane 1a having a predetermined ion exchange quantity, and a second polymer membrane 1b having its ion exchange quantity greater than the first film is sandwich. With such a structure, an internal side has its higher ion exchange quantity than a surface side (electrode side), that is, the electrode side ion exchange quantity is restrained less than the internal side, therefore, on the electrode side, swelling due to humidifying is reduced, membrane strength is prevented from being lowered, and a function as a barrier membrane can be maintained. On the other hand, on the internal side, sufficient water content quantity can be kept, and a high output capacity can be given. The ion exchange quantity is preferably 0.8 to 1.2mg equivalence (dry equivalence) in a membrane 1a and preferably 1.2 to 2.4mg equivalence (dry equivalence) in a membrane 1b.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、イオン交換膜に関
し、特に、固体高分子電解質燃料電池の電解質に適用す
ると有効なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion exchange membrane, and is particularly effective when applied to an electrolyte of a solid polymer electrolyte fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体高分子電解質燃料電池は、負極と正
極との間にプロトンを移動させるイオン交換膜(固体高
分子電解質)を有しており、燃料ガスである水素が負極
に供給される一方、酸化剤ガスである酸素や空気が正極
に供給されることにより、負極および正極で以下に示す
ような反応を生じる。
2. Description of the Related Art A solid polymer electrolyte fuel cell has an ion exchange membrane (solid polymer electrolyte) for transferring protons between a negative electrode and a positive electrode, and hydrogen as a fuel gas is supplied to the negative electrode. On the other hand, when the oxidant gas, oxygen or air, is supplied to the positive electrode, the following reactions occur in the negative electrode and the positive electrode.

【0003】[0003]

【化1】 2H2 →4H+ +4e- ・・・負極 O2 +4H+ +4e- → 2H2 O ・・・正極## STR1 ## 2H 2 → 4H + + 4e - ··· anode O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O ··· positive

【0004】すなわち、負極において、水素がプロトン
と電子とに解離し、当該プロトンがイオン交換膜を通っ
て正極へ流れると共に、当該電子が外部の負荷回路を通
って正極に流れることにより、正極において、酸素が上
記プロトンおよび上記電子と反応して、水が生成するの
である。この反応の際に、上記電子が上記回路を流れる
ことにより、電気エネルギが得られる仕組みとなってい
る。
That is, in the negative electrode, hydrogen is dissociated into protons and electrons, and the protons flow to the positive electrode through the ion exchange membrane, and the electrons flow to the positive electrode through an external load circuit. Oxygen reacts with the protons and the electrons to produce water. In this reaction, the electrons flow through the circuit to generate electric energy.

【0005】このようなイオン交換膜においては、電気
抵抗が小さいこと、水分の移動が早いこと、保水率が高
いこと、水素や酸素を供給できるガス透過性を有するこ
となどが要求されると共に、化学的安定性や物理的強度
なども要求される。このため、このようなイオン交換膜
には、カチオン交換性を有するポリスチレンスルホネー
ト、ポリビニルスルホネート、パーフルオロスルホネー
トなどが適用される。このうち、パーフルオロスルホネ
ートは、化学的に特に安定しているため、現在、主に用
いられている(例えば、デュポン社製 ナフィオン(商
品名))。
[0005] Such an ion exchange membrane is required to have a low electric resistance, a fast movement of moisture, a high water retention rate, a gas permeability capable of supplying hydrogen and oxygen, and the like. Also required are chemical stability and physical strength. Therefore, polystyrene sulfonate, polyvinyl sulfonate, perfluorosulfonate, or the like having cation exchange properties is applied to such an ion exchange membrane. Among them, perfluorosulfonate is currently mainly used because it is particularly stable chemically (for example, Nafion (trade name) manufactured by DuPont).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】前述したようなイオン
交換膜においては、燃料電池の高性能化の要求から、出
力性能の向上が検討されている。そこで、前述したよう
なパーフルオロスルホネートなどのようなフッ素系のイ
オン交換膜においては、側鎖のスルホン酸基がイオン伝
導性を有することから、側鎖のスルホン酸基を多くして
プロトン伝導性を高くすることにより、出力性能を向上
させることが考えられている。しかしながら、側鎖のス
ルホン酸基を多くしたイオン交換膜を燃料電池に適用す
ると、加湿に伴う膨潤が大きく、膜強度が低下してしま
うので、隔膜としての機能が低下して、発電自体が困難
となってしまう。
In the above-mentioned ion exchange membrane, improvement in output performance has been studied in view of a demand for higher performance of a fuel cell. Therefore, in a fluorine-based ion-exchange membrane such as perfluorosulfonate as described above, since the sulfonic acid groups in the side chains have ion conductivity, the sulfonic acid groups in the side chains are increased to increase the proton conductivity. It has been considered that the output performance is improved by increasing the value. However, when an ion exchange membrane having a large number of side chain sulfonic acid groups is applied to a fuel cell, the swelling due to humidification is large, and the membrane strength is reduced. Will be.

【0007】また、前述したようなイオン交換膜は、湿
潤状態でなければ高いプロトン伝導性を発現することが
できないため、加湿した燃料ガスの水分により、湿潤状
態が維持されるようになっている。このようにして上記
イオン交換膜を加湿すると、水分が内部側で不足しやす
く、電極側で過剰になりやすいため、燃料電池の負荷変
動に即応することができず、速やかなスタートアップが
困難であった。
Further, since the above-mentioned ion exchange membrane cannot exhibit high proton conductivity unless it is in a wet state, the wet state is maintained by the moisture of the humidified fuel gas. . When the ion exchange membrane is humidified in this manner, moisture tends to be insufficient on the inner side and excessive on the electrode side, so that it is not possible to immediately respond to a change in load of the fuel cell, and it is difficult to quickly start up. Was.

【0008】このようなことから、本発明は、加湿に伴
う膨潤による膜強度の低下を抑えながらも出力を向上さ
せると共に、内部側での含水量を増大させることができ
るイオン交換膜を提供すことを目的とした。
In view of the above, the present invention provides an ion exchange membrane capable of improving the output while increasing the water content inside while suppressing the decrease in membrane strength due to swelling due to humidification. It was aimed at.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、本発明によるイオン交換膜は、所定のイオン交
換容量を有する第一高分子膜で当該第一高分子膜よりも
大きいイオン交換容量を有する第二高分子膜を挟んでな
ることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, an ion exchange membrane according to the present invention comprises a first polymer membrane having a predetermined ion exchange capacity and a larger ion exchange membrane than the first polymer membrane. It is characterized by being sandwiched by a second polymer film having a capacity.

【0010】上述したイオン交換膜においては、前記第
一高分子膜のイオン交換容量が乾燥重量で1gあたり
0.8ミリ当量以上1.2ミリ当量未満であり、前記第
二高分子膜のイオン交換容量が乾燥重量で1gあたり
1.2ミリ当量以上2.4ミリ当量以下であることを特
徴とする。
In the above-mentioned ion exchange membrane, the ion exchange capacity of the first polymer membrane is not less than 0.8 meq. The exchange capacity is 1.2 to 2.4 meq / g dry weight.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明によるイオン交換膜の実施
の形態を図1を用いて説明する。なお、図1は、その概
略構造図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an ion exchange membrane according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic structural diagram.

【0012】図1において、1はイオン交換膜、1aは
第一高分子膜、1bは第二高分子膜である。図1に示す
ように、イオン交換膜1は、所定のイオン交換容量を有
する第一高分子膜1aで当該第一高分子膜1aよりも大
きいイオン交換容量を有する第二高分子膜1bを挟んだ
ものである。
In FIG. 1, 1 is an ion exchange membrane, 1a is a first polymer membrane, and 1b is a second polymer membrane. As shown in FIG. 1, the ion exchange membrane 1 sandwiches a second polymer membrane 1b having a larger ion exchange capacity than the first polymer membrane 1a with a first polymer membrane 1a having a predetermined ion exchange capacity. It is.

【0013】このようなイオン交換膜1によれば、表面
側(電極側)よりも内部側の方がイオン交換容量が高
い、言い換えれば、内部側よりも電極側のイオン交換容
量を少なく抑えたので、電極側においては、加湿に伴う
膨潤を抑えて膜強度の低下を防止し、隔膜としての機能
を維持することができる一方、内部側においては、十分
な含水量を保つことができると共に高出力能力を発揮す
ることができる。
According to such an ion exchange membrane 1, the ion exchange capacity is higher on the inner side than on the front side (electrode side). In other words, the ion exchange capacity on the electrode side is smaller than that on the inner side. Therefore, on the electrode side, swelling due to humidification can be suppressed to prevent a decrease in membrane strength, and the function as a diaphragm can be maintained, while on the inner side, a sufficient water content can be maintained and high Output capability can be demonstrated.

【0014】上述したようなイオン交換膜1は、以下の
ようにして製造することができる。酸フルオライドを有
する鎖状サルトンと、ヘキサフルオロプロペンオキサイ
ドとを反応させた後、熱分解してオレフィン化すること
により官能基モノマを合成し、テトラフルオロエチレ
ン、ヘキサフルオロプロペン、クロロトリフルオロエチ
レンなどのようなフッ素系オレフィンと上記官能基モノ
マとを共重合させることにより原料高分子が得られる。
The ion exchange membrane 1 as described above can be manufactured as follows. After reacting a chain sultone having acid fluoride with hexafluoropropene oxide, a functional group monomer is synthesized by thermal decomposition and olefination, and tetrafluoroethylene, hexafluoropropene, chlorotrifluoroethylene, etc. A starting polymer can be obtained by copolymerizing such a fluorine-based olefin with the above functional group monomer.

【0015】上記原料高分子の分子量は、特に限定され
ることがないものの、約10000〜100000程度
であると好ましい。なぜなら、分子量が10000より
も小さいと、膜にした場合に強度不足となってしまい、
分子量が100000よりも大きいと、成形加工時の加
熱溶融が困難となってしまうからである。
The molecular weight of the raw material polymer is not particularly limited, but is preferably about 10,000 to 100,000. Because, when the molecular weight is smaller than 10,000, the strength becomes insufficient when formed into a film,
If the molecular weight is larger than 100,000, it becomes difficult to heat and melt during molding.

【0016】上述したようにして得られた原料高分子
を、押し出し成形法や、溶剤に1〜10wt%程度溶解し
てプレート上にローラで均一に塗布した後に乾燥させる
キャスト法などでフィルム化し、これに加水分解等の各
種の後処理を施すことにより、上述した高分子膜が得ら
れる。なお、上記フィルムの厚さは約1〜200μm程
度である。
The raw material polymer obtained as described above is formed into a film by an extrusion molding method, a casting method of dissolving about 1 to 10% by weight in a solvent, uniformly applying the solution on a plate with a roller, and then drying. By subjecting this to various post-treatments such as hydrolysis, the above-mentioned polymer film is obtained. In addition, the thickness of the film is about 1 to 200 μm.

【0017】上記高分子膜のイオン交換容量は、官能基
モノマとフッ素系オレフィンとの投入量を変えることに
より調整することができる。高分子膜のイオン交換容量
としては、乾燥重量で1gあたり0.8〜2.4ミリ当
量(以下、特に明示しない限り、乾燥重量で1gあたり
の数値で表す)であると好ましい。なぜなら、イオン交
換容量が0.8ミリ当量よりも小さいと、プロトン伝導
性が小さすぎてしまい、イオン交換容量が2.4ミリ当
量よりも大きいと、高分子膜の製造が困難となってしま
うからである。
The ion exchange capacity of the polymer membrane can be adjusted by changing the input amounts of the functional group monomer and the fluoroolefin. The ion exchange capacity of the polymer membrane is preferably 0.8 to 2.4 milliequivalents per gram of dry weight (hereinafter, expressed in numerical values per gram of dry weight unless otherwise specified). When the ion exchange capacity is smaller than 0.8 meq, the proton conductivity is too small, and when the ion exchange capacity is larger than 2.4 meq, it becomes difficult to produce a polymer membrane. Because.

【0018】上述したようにして製造した高分子膜のう
ち、イオン交換容量の小さい方でイオン交換容量の大き
い方を挟み、すなわち、第一高分子膜1aで第二高分子
膜1bを挟み、約200〜300℃、約100〜200
kg/cm2 の条件でプレスすることにより、上述した
イオン交換膜1を得ることができる。ここで、第一高分
子膜1aのイオン交換容量の上限値が1.2ミリ当量未
満であり、第二高分子膜1bのイオン交換容量の下限値
が1.2ミリ当量以上であると好ましい。なぜなら、イ
オン交換容量が1.2ミリ当量未満であると、必要とす
る強度(引張強さで200kg/cm2 以上)を得るこ
とができ、イオン交換容量が1.2ミリ当量以上である
と、十分な含水量を保つことができると共に出力能力の
向上を図ることができるからである。
Among the polymer membranes manufactured as described above, the one having the smaller ion exchange capacity sandwiches the one having the larger ion exchange capacity, that is, the first polymer membrane 1a sandwiches the second polymer membrane 1b. About 200-300 ° C, about 100-200
By pressing under the condition of kg / cm 2 , the above-described ion exchange membrane 1 can be obtained. Here, it is preferable that the upper limit of the ion exchange capacity of the first polymer membrane 1a is less than 1.2 meq, and the lower limit of the ion exchange capacity of the second polymer membrane 1b is 1.2 meq or more. . This is because if the ion exchange capacity is less than 1.2 meq, the required strength (200 kg / cm 2 or more in tensile strength) can be obtained, and if the ion exchange capacity is 1.2 meq or more. This is because a sufficient water content can be maintained and the output capability can be improved.

【0019】[0019]

【実施例】本発明によるイオン交換膜の効果を確認する
ため、以下のようにな比較実験を行った。
EXAMPLES In order to confirm the effects of the ion exchange membrane according to the present invention, the following comparative experiments were conducted.

【0020】[原料高分子の製造] <原料高分子A>官能基を有するモノマ(CF2 =CF
OCF2 CF(CF3 )OCF2 CF2SO2 F)10
gを脱酸素水50ml中に投入し、アンモニウムパーフ
ルオロオクタノエイト(C7 15COONH4 )0.5
gを加えて乳化した後、ステンレス製のオートクレーブ
(内容積300ml)に投入し、ペルオキソ二硫酸アン
モニウム((NH4 2 4 6 )0.2gを加え、テ
トラフルオロエチレンガス(CF2 =CF2 )を10k
gf/cm2 まで吹き込んで8時間反応させることによ
り、原料高分子Aを得た。
[Production of raw material polymer] <Raw material polymer A> A monomer having a functional group (CF 2 CFCF)
OCF 2 CF (CF 3) OCF 2 CF 2 SO 2 F) 10
g of ammonium perfluorooctanoate (C 7 F 15 COONH 4 )
g, and emulsified. Then, the mixture was put into a stainless steel autoclave (internal volume: 300 ml), 0.2 g of ammonium peroxodisulfate ((NH 4 ) 2 S 4 O 6 ) was added, and tetrafluoroethylene gas (CF 2 = CF) was added. 2 ) 10k
By blowing to gf / cm 2 and reacting for 8 hours, a starting polymer A was obtained.

【0021】<原料高分子B>テトラフルオロエチレン
ガスの吹き込み圧をゲージ圧で7.5kgf/cm2
変更した以外は上述した原料高分子Aと同様に合成する
ことにより、原料高分子Bを得た。
<Raw material polymer B> The raw material polymer B was synthesized in the same manner as the above-mentioned raw material polymer A except that the blowing pressure of the tetrafluoroethylene gas was changed to 7.5 kgf / cm 2 in gauge pressure. Obtained.

【0022】<原料高分子C>テトラフルオロエチレン
ガスの吹き込み圧をゲージ圧で5kgf/cm2 に変更
した以外は上述した原料高分子Aと同様に合成すること
により、原料高分子Cを得た。
<Raw Material Polymer C> A raw material polymer C was obtained by synthesizing in the same manner as the above-mentioned raw material polymer A, except that the blowing pressure of the tetrafluoroethylene gas was changed to a gauge pressure of 5 kgf / cm 2 . .

【0023】<原料高分子D>テトラフルオロエチレン
ガスの吹き込み圧をゲージ圧で2.5kgf/cm2
変更した以外は上述した原料高分子Aと同様に合成する
ことにより、原料高分子Dを得た。
<Raw Material Polymer D> The raw material polymer D was synthesized in the same manner as the above-mentioned raw material polymer A except that the blowing pressure of the tetrafluoroethylene gas was changed to a gauge pressure of 2.5 kgf / cm 2. Obtained.

【0024】[高分子膜の製造] <高分子膜A>原料高分子Aをイソプロパノールに溶解
し、平滑なガラス板上にコーティングして乾燥させてフ
ィルム化したら、これを60℃の25wt%水酸化ナトリ
ウム溶液中で8時間かけて加水分解した後、60℃の2
5wt%硫酸溶液中で8時間かけてプロトン型の高分子膜
Aを製造した。この高分子膜Aは、厚さが45μm、イ
オン交換容量が0.92ミリ当量、含水率が25wt%で
あった。
[Production of polymer film] <Polymer film A> The raw material polymer A is dissolved in isopropanol, coated on a smooth glass plate and dried to form a film. After hydrolysis in sodium oxide solution for 8 hours,
A proton type polymer membrane A was produced in a 5 wt% sulfuric acid solution for 8 hours. This polymer membrane A had a thickness of 45 μm, an ion exchange capacity of 0.92 meq, and a water content of 25 wt%.

【0025】<高分子膜B>原料高分子Bを用いて、上
記高分子膜Aと同様な方法により、プロトン型の高分子
膜Bを製造した。この高分子膜Bは、厚さが53μm、
イオン交換容量が1.18ミリ当量、含水率が30wt%
であった。
<Polymer Membrane B> A proton-type polymer membrane B was produced using the starting polymer B in the same manner as in the polymer membrane A. This polymer film B has a thickness of 53 μm,
1.18 meq ion exchange capacity, 30wt% water content
Met.

【0026】<高分子膜C>原料高分子Cを用いて、上
記高分子膜Aと同様な方法により、プロトン型の高分子
膜Cを製造した。この高分子膜Cは、厚さが46μm、
イオン交換容量が1.67ミリ当量、含水率が38wt%
であった。
<Polymer Membrane C> A proton-type polymer membrane C was produced using the starting polymer C in the same manner as in the polymer membrane A. This polymer film C has a thickness of 46 μm,
1.67 meq ion exchange capacity, 38wt% water content
Met.

【0027】<高分子膜D>原料高分子Dを用いて、上
記高分子膜Aと同様な方法により、プロトン型の高分子
膜Dを製造した。この高分子膜Cは、厚さが50μm、
イオン交換容量が2.35ミリ当量、含水率が45wt%
であった。
<Polymer Membrane D> A proton-type polymer membrane D was produced using the starting polymer D in the same manner as the polymer membrane A. This polymer film C has a thickness of 50 μm,
2.35 meq ion exchange capacity, 45wt% water content
Met.

【0028】[イオン交換膜の製造] <イオン交換膜α>高分子膜Bで高分子膜Dを挟み、加
熱プレスすることにより、イオン交換膜αを得た。、す
なわち、イオン交換膜αは、高分子膜Bが第一高分子膜
に適用され、高分子膜Dが第二高分子膜に適用されたも
のである。このイオン交換膜αは、厚さが130μmで
あった。
[Manufacture of Ion Exchange Membrane] <Ion Exchange Membrane α> An ion exchange membrane α was obtained by sandwiching the polymer membrane D with the polymer membrane B and heating and pressing. That is, the ion exchange membrane α is obtained by applying the polymer membrane B to the first polymer membrane and applying the polymer membrane D to the second polymer membrane. This ion exchange membrane α had a thickness of 130 μm.

【0029】<イオン交換膜β>高分子膜Aで高分子膜
Dを挟み、加熱プレスすることにより、イオン交換膜β
を得た。、すなわち、イオン交換膜βは、高分子膜Aが
第一高分子膜に適用され、高分子膜Dが第二高分子膜に
適用されたものである。このイオン交換膜βは、厚さが
135μmであった。
<Ion Exchange Membrane β> The polymer membrane D is sandwiched between the polymer membranes A, and is heated and pressed to obtain the ion exchange membrane β.
I got In other words, the ion exchange membrane β is obtained by applying the polymer membrane A to the first polymer membrane and applying the polymer membrane D to the second polymer membrane. The thickness of the ion exchange membrane β was 135 μm.

【0030】<イオン交換膜γ>高分子膜Aで高分子膜
Cを挟み、加熱プレスすることにより、イオン交換膜γ
を得た。、すなわち、イオン交換膜γは、高分子膜Aが
第一高分子膜に適用され、高分子膜Cが第二高分子膜に
適用されたものである。このイオン交換膜γは、厚さが
135μmであった。
<Ion-exchange membrane γ> The polymer membrane A is sandwiched between the polymer membranes A, and is heated and pressed to obtain the ion-exchange membrane γ.
I got That is, the ion exchange membrane γ is obtained by applying the polymer membrane A to the first polymer membrane and applying the polymer membrane C to the second polymer membrane. This ion exchange membrane γ had a thickness of 135 μm.

【0031】<イオン交換膜δ>高分子膜Aで高分子膜
Dを挟み、加熱プレスすることにより、イオン交換膜δ
を得た。、すなわち、イオン交換膜δは、高分子膜Aが
第一高分子膜に適用され、高分子膜Dが第二高分子膜に
適用されたものである。このイオン交換膜δは、厚さが
125μmであった。
<Ion Exchange Membrane δ> An ion exchange membrane δ is formed by sandwiching the polymer membrane D between the polymer membranes A and hot pressing.
I got That is, the ion exchange membrane δ is obtained by applying the polymer membrane A to the first polymer membrane and applying the polymer membrane D to the second polymer membrane. This ion exchange membrane δ had a thickness of 125 μm.

【0032】<イオン交換膜ε>市販されているイオン
交換膜(デュポン社製 ナフィオン117)をそのまま
用いた。このイオン交換膜εは、厚さが175μm、イ
オン交換容量が0.9ミリ当量、含水率が27wt%であ
った。
<Ion exchange membrane ε> A commercially available ion exchange membrane (Nafion 117 manufactured by DuPont) was used as it was. This ion exchange membrane ε had a thickness of 175 μm, an ion exchange capacity of 0.9 meq, and a water content of 27 wt%.

【0033】[イオン交換容量の測定]上記各イオン交
換膜α〜εを80℃の1N塩酸中で8時間放置して完全
にプロトン型にしたら、十分に水洗し、0.1N水酸化
ナトリウム溶液中に24時間放置した後、当該溶液から
イオン交換膜α〜εを取り出し、当該溶液中の水酸化ナ
トリウムの量を0.1N塩酸で滴定することにより、各
イオン交換膜α〜εのイオン交換容量を測定した。その
結果を表1に示す。
[Measurement of ion-exchange capacity] Each of the above-mentioned ion-exchange membranes α to ε was completely left in a 1N hydrochloric acid at 80 ° C. for 8 hours to be completely protonated, and then sufficiently washed with a 0.1N sodium hydroxide solution. After leaving for 24 hours in the solution, the ion-exchange membranes α to ε are taken out of the solution, and the amount of sodium hydroxide in the solution is titrated with 0.1 N hydrochloric acid, whereby the ion-exchange membranes α to ε The capacity was measured. Table 1 shows the results.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】表1からわかるように、イオン交換膜α〜
δは、イオン交換膜εよりも大きいイオン交換容量を示
した。
As can be seen from Table 1, the ion exchange membranes α to
δ indicates an ion exchange capacity larger than that of the ion exchange membrane ε.

【0036】[含水率の測定]上記各イオン交換膜α〜
εから2cm×2cmの大きさのサンプルを切り取り、
100℃で8時間真空乾燥した後、重量Xを測定する。
次に、これらサンプルを100℃の脱イオン水中で1時
間煮沸した後、25℃の脱イオン水中に30分浸漬した
ら、サンプルを取り出し、表面に付着している水分を拭
き取って重量Yを測定した。このようにして求めた重量
X,Yから、下記に示す式(1)に基づいて、含水率を
算出した。その結果を表2に示す。
[Measurement of Water Content] Each of the above ion exchange membranes α to
Cut a sample of 2cm x 2cm from ε,
After vacuum drying at 100 ° C. for 8 hours, the weight X is measured.
Next, these samples were boiled in deionized water at 100 ° C. for 1 hour and then immersed in deionized water at 25 ° C. for 30 minutes. The samples were taken out, and the water adhering to the surface was wiped off to measure the weight Y. . From the weights X and Y thus determined, the water content was calculated based on the following equation (1). Table 2 shows the results.

【0037】[0037]

【数1】 W(%)={(Y−X)/X}×100 ・・・(1) ただし、Wは含水率である。W (%) = {(Y−X) / X} × 100 (1) where W is a water content.

【0038】[0038]

【表2】 [Table 2]

【0039】表2からわかるように、イオン交換膜α〜
δは、イオン交換膜εよりも大きい含水率を示した。
As can be seen from Table 2, the ion exchange membranes α to
δ showed a higher water content than the ion exchange membrane ε.

【0040】[発電特性の測定]上記各イオン交換膜α
〜εを正極および負極で挟み、200℃、50kg/c
2 の条件でプレス接合し、これを用いて図2に示すよ
うな燃料電池の単セルを製作した。図2において、2は
負極、3は正極である。負極2および正極3は、白金触
媒を担持した炭素微粉末に高分子化合物が添加されてそ
れぞれ製作されている。なお、白金触媒量は、0.5m
g/cm2 とした。このような燃料電池の負極側に加湿
した水素を供給し、正極側に空気を供給し、セル温度を
40℃として電圧−電流特性を計測した。その結果を図
3に示す。
[Measurement of Power Generation Characteristics] Each ion exchange membrane α
~ Ε sandwiched between the positive and negative electrodes, 200 ° C, 50kg / c
Press bonding was performed under the conditions of m 2 , and a single cell of a fuel cell as shown in FIG. 2 was manufactured using this. In FIG. 2, reference numeral 2 denotes a negative electrode, and 3 denotes a positive electrode. The negative electrode 2 and the positive electrode 3 are each manufactured by adding a polymer compound to fine carbon powder supporting a platinum catalyst. The amount of the platinum catalyst was 0.5 m
g / cm 2 . Humidified hydrogen was supplied to the negative electrode side of such a fuel cell, air was supplied to the positive electrode side, and the voltage-current characteristics were measured at a cell temperature of 40 ° C. The result is shown in FIG.

【0041】図3からわかるように、イオン交換膜α〜
δは、イオン交換膜εよりも優れた発電特性を示した。
As can be seen from FIG. 3, the ion exchange membranes α to
δ showed more excellent power generation characteristics than the ion exchange membrane ε.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明のイオン交換膜によれば、加湿に
伴う膨潤を抑えながらも出力を向上させることができる
ので、膜強度の低下を抑えて、隔膜としての機能低下を
防止しながらも燃料電池の高性能化を図ることができ
る。また、内部側での含水量を増大させることができる
ので、燃料電池の負荷変動に即応することができ、速や
かにスタートアップすることができる。
According to the ion exchange membrane of the present invention, the output can be improved while suppressing the swelling due to humidification. Therefore, the decrease in membrane strength is suppressed, and the function as a diaphragm is prevented from being reduced. The performance of the fuel cell can be improved. Further, since the water content on the internal side can be increased, it is possible to immediately respond to a change in the load of the fuel cell and start up quickly.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるイオン交換膜の実施の形態の概略
構造図である。
FIG. 1 is a schematic structural diagram of an embodiment of an ion exchange membrane according to the present invention.

【図2】確認試験で用いた燃料電池の概略構成図であ
る。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a fuel cell used in a confirmation test.

【図3】各イオン交換膜を適用した燃料電池の電圧−電
流特性を表すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing voltage-current characteristics of a fuel cell to which each ion exchange membrane is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 イオン交換膜 1a 第一高分子膜 1b 第二高分子膜 2 負極 3 正極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion exchange membrane 1a First polymer membrane 1b Second polymer membrane 2 Negative electrode 3 Positive electrode

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定のイオン交換容量を有する第一高分
子膜で当該第一高分子膜よりも大きいイオン交換容量を
有する第二高分子膜を挟んでなることを特徴とするイオ
ン交換膜。
1. An ion exchange membrane comprising a first polymer membrane having a predetermined ion exchange capacity and a second polymer membrane having an ion exchange capacity larger than the first polymer membrane.
【請求項2】 前記第一高分子膜のイオン交換容量が乾
燥重量で1gあたり0.8ミリ当量以上1.2ミリ当量
未満であり、前記第二高分子膜のイオン交換容量が乾燥
重量で1gあたり1.2ミリ当量以上2.4ミリ当量以
下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。
2. The ion exchange capacity of the first polymer membrane is at least 0.8 meq / g and less than 1.2 meq / g dry weight, and the ion exchange capacity of the second polymer membrane is dry weight. The ion exchange membrane according to claim 1, wherein the amount is 1.2 to 2.4 meq / g.
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