[發(fā)明專利]高分子電解質(zhì)膜

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980108328.2
• 申請日: 2009-03-10
• 公開（公告）號: CN101965660A
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 巖原大;川田武史;金坂將
• 申請（專利權(quán)）人: 住友化學(xué)株式會(huì)社
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01B1/06;H01M8/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 蔡曉菡;高旭軼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在固體高分子型燃料電池中使用的高分子電解質(zhì)膜和其制造方法。

背景技術(shù)

固體高分子型燃料電池(以下有時(shí)簡稱為“燃料電池”)是利用氫和氧的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電裝置，其作為下一代能量的一種，在電器產(chǎn)業(yè)或汽車產(chǎn)業(yè)等的領(lǐng)域受到人們很大的期待。

固體高分子型燃料電池基本上由2個(gè)催化電極、和夾在電極間的高分子電解質(zhì)膜構(gòu)成。作為燃料的氫在一個(gè)電極上離子化，該氫離子(質(zhì)子)在高分子電解質(zhì)膜中擴(kuò)散后，在另一個(gè)電極上與氧結(jié)合。此時(shí)如果用外部電路將2個(gè)電極連接，則電流流過，從而向外部電路供給電力。這里，高分子電解質(zhì)膜在使氫離子擴(kuò)散的同時(shí)，還擔(dān)負(fù)著將燃料氣體的氫和氧進(jìn)行物理性隔離而阻斷電子流動(dòng)的功能。

這種質(zhì)子傳導(dǎo)性優(yōu)異的高分子電解質(zhì)膜可以列舉包含全氟烷基磺酸聚合物的膜，市售品有ナフイオン(Nafion、デユポン社、注冊商標(biāo))。

包含全氟烷基磺酸聚合物的膜，可以通過將全氟烷基磺酸聚合物溶解于水、1-丙醇和2-丙醇的混合溶劑中而成的溶液涂布在玻璃板上，并在25℃使其干燥來制造(例如，參考日本特開平9-199144號公報(bào))。

在固體高分子型燃料電池中，作為燃料的氫與氧反應(yīng)并生成水，從而由生成的水使高分子電解質(zhì)膜澎潤，尺寸發(fā)生變化。當(dāng)該吸水線膨脹大時(shí)，形成破損的原因，因此人們需求吸水線膨脹小的高分子電解質(zhì)膜。

因此，在日本特開2006-185832號公報(bào)中，提出了下述高分子電解質(zhì)膜作為吸水線膨脹小的高分支電解質(zhì)膜，所述高分子電解質(zhì)膜包含全氟烷基磺酸聚合物和[2，2-(間亞苯基)-5，5’-雙苯并咪唑]的高分子電解質(zhì)，所述高分子電解質(zhì)膜的膜使用小角X射線衍射裝置測定的團(tuán)簇(cluster)尺寸為數(shù)nm，且團(tuán)簇各向異性指數(shù)為0.03～0.30(一般團(tuán)簇的尺寸為數(shù)nm至數(shù)10nm，當(dāng)在該范圍內(nèi)，將團(tuán)簇各向異性指數(shù)0.03～0.3換算成各向異性k時(shí)，為0.77～0.97)，但是該膜還不充分。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的在于提供質(zhì)子傳導(dǎo)性足夠高、且吸水線膨脹小的高分子電解質(zhì)膜。

本發(fā)明人為了解決上述課題，對于高分子電解質(zhì)膜的各向異性進(jìn)行了深入研究。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過使高分子電解質(zhì)膜的使用小角X射線散射測定的膜面方向的周期長度在一定的范圍，可以形成質(zhì)子傳導(dǎo)性優(yōu)異且吸水線膨脹小的高分子電解質(zhì)膜。另外，發(fā)現(xiàn)通過在將含有高分子電解質(zhì)膜的溶液進(jìn)行流延涂布后的干燥工序中，將溫度、濕度控制在一定的條件，可以制造本發(fā)明的高分子電解質(zhì)膜，從而完成了本發(fā)明。

即，本發(fā)明提供<1>～<9>。

<1>高分子電解質(zhì)膜，其特征在于，由式(1)定義的、使用小角X射線衍射裝置測定的膜面方向的周期長度L為52.0nm～64.9nm，

L＝λ₁/(2sin(2θ_i/2))????(1)

(其中，2θ_i表示膜面方向的散射角，λ₁表示測定膜面方向的散射角時(shí)的X射線的波長)。

<2>根據(jù)<1>所述的高分子電解質(zhì)膜，其中，由式(2)定義的、使用小角X射線衍射裝置測定的各向異性k為0.295～0.440，

k＝(2θ_i/λ₁)/(2θ_z/λ₂)????????(2)

(其中，2θ_i、2θ_z分別表示膜面方向和膜厚方向的散射角，λ₁、λ₂分別表示測定膜面方向和膜厚方向的散射角時(shí)的X射線的波長)。

<3>根據(jù)<1>或<2>所述的高分子電解質(zhì)膜，其含有具有離子交換性基團(tuán)的聚合物。

<4>根據(jù)<1>～<3>中任一項(xiàng)所述的高分子電解質(zhì)膜，其含有嵌段共聚物，該嵌段聚合物含有具有離子交換性基團(tuán)的嵌段和不具有離子交換性基團(tuán)的嵌段各至少1個(gè)以上。

<5>根據(jù)<1>～<4>中任一項(xiàng)所述的高分子電解質(zhì)膜，其含有嵌段共聚物，該嵌段聚合物含有在主鏈或側(cè)鏈上具有芳族基團(tuán)且具有離子交換性基團(tuán)的嵌段和在主鏈或側(cè)鏈上具有芳族基團(tuán)且不具有離子交換性基團(tuán)的嵌段各1個(gè)以上。