[發(fā)明專利]聚合物、高分子電解質(zhì)以及使用所述物質(zhì)形成的燃料電池

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110230410.1
• 申請(qǐng)日: 2007-09-04
• 公開（公告）號(hào): CN102382285A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 小野寺徹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 住友化學(xué)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): C08G61/12
• 分類號(hào): C08G61/12;H01B1/12;B01J31/10;B01J31/08;H01M8/10
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 高旭軼

本發(fā)明申請(qǐng)是PCT專利申請(qǐng)PCT/JP2007/067551，申請(qǐng)日為2007年9月4日，發(fā)明名稱為“聚合物、高分子電解質(zhì)以及使用所述物質(zhì)形成的燃料電池”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)，母案進(jìn)入中國(guó)的申請(qǐng)?zhí)枮?00780041163.2。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高分子電解質(zhì)，尤其是適用于燃料電池用元件的聚合物。

背景技術(shù)

作為構(gòu)成原電池、蓄電池或固體高分子型燃料電池等電化學(xué)裝置隔膜的材料，使用具有質(zhì)子傳導(dǎo)性的高分子，即高分子電解質(zhì)。例如，以Nafion(ナフイオン，杜邦公司的注冊(cè)商標(biāo))為代表的高分子電解質(zhì)用作燃料電池用隔膜材料時(shí)發(fā)電特性優(yōu)異，因此過(guò)去主要使用此類高分子電解質(zhì)，所述高分子電解質(zhì)以側(cè)鏈具有作為超強(qiáng)酸的全氟烷基磺酸且主鏈為全氟烷烴的高分子為有效成分。但是，此類材料被指出存在價(jià)格非常昂貴，耐熱性低，膜強(qiáng)度低而若不進(jìn)行任何補(bǔ)強(qiáng)則不實(shí)用等問(wèn)題。

在這樣的情況下，能夠替代上述高分子電解質(zhì)的廉價(jià)且性能優(yōu)異的高分子電解質(zhì)的開發(fā)近年來(lái)逐漸活躍起來(lái)。

例如，提出了具有實(shí)質(zhì)上未導(dǎo)入磺酸基的鏈段及導(dǎo)入磺酸基的鏈段的嵌段共聚物，所述嵌段共聚物中，作為前者的鏈段由聚醚砜構(gòu)成，作為后者的鏈段以二苯基砜與具有磺酸基的雙酚的醚結(jié)合體為重復(fù)單元；公開了使用該嵌段共聚物作為質(zhì)子傳導(dǎo)膜時(shí)，由濕度造成的質(zhì)子傳導(dǎo)性的波動(dòng)(以下稱為“濕度依賴性”)小，可適用于燃料電池(例如，參照日本特開2003-031232號(hào)公報(bào))。

發(fā)明內(nèi)容

但是，上述日本特開2003-031232號(hào)公報(bào)中公開的嵌段共聚物的質(zhì)子傳導(dǎo)率的濕度依賴性未必足夠小，而且其在低濕度下的質(zhì)子傳導(dǎo)率本身也不能說(shuō)是充分的。

本發(fā)明的目的在于提供聚合物，該聚合物在用作電解質(zhì)膜時(shí)不僅具有高度的離子傳導(dǎo)率，而且其離子傳導(dǎo)性的濕度依賴性非常小。此外，本發(fā)明的目的還在于提供以該聚合物為有效成分的高分子電解質(zhì)、使用該高分子電解質(zhì)而形成的燃料電池用元件、使用該元件而形成的高分子電解質(zhì)型燃料電池。

本發(fā)明人等為了發(fā)現(xiàn)作為適用于燃料電池用離子傳導(dǎo)膜等的高分子電解質(zhì)而表現(xiàn)出更優(yōu)異性能的聚合物而進(jìn)行深入研究，結(jié)果完成了本發(fā)明。

即，本發(fā)明提供[1]聚合物，其特征在于，該聚合物具有下述通式(1a)所表示的結(jié)構(gòu)單元。

(式中，a1表示1以上的整數(shù)。Ar¹表示具有離子交換基團(tuán)的2價(jià)芳基，并任選具有離子交換基團(tuán)以外的取代基。Ar⁰表示任選具有取代基的2價(jià)芳基，當(dāng)a1為2以上時(shí)，多個(gè)Ar⁰彼此相同或不同。X表示2價(jià)吸電子基團(tuán)。)

由上述聚合物得到的高分子電解質(zhì)膜，其質(zhì)子傳導(dǎo)率的濕度依賴性小，是在燃料電池的用途方面非常有用的高分子電解質(zhì)膜。

另外，作為上述聚合物的優(yōu)選形態(tài)，本發(fā)明提供下述[2]。

[2]上述[1]中記載的聚合物，其中，該聚合物具有下述通式(1b)所表示的結(jié)構(gòu)單元和下述通式(1c)所表示的結(jié)構(gòu)單元。

(式中，Ar¹和X的含義與上述相同，2個(gè)Ar¹彼此相同或不同。)

(式中，Ar⁰的含義與上述相同。)

優(yōu)選上述通式(1a)所表示的結(jié)構(gòu)單元不僅在鄰接X(jué)的Ar¹具有離子交換基團(tuán)，而且在1個(gè)以上的全部Ar⁰上具有離子交換基團(tuán)，此外，更優(yōu)選由如上所述地具有離子交換基團(tuán)的芳基構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元結(jié)合形成鏈段。因此，提供以下[3]-[5]。

[3]上述[1]中記載的聚合物，其中，上述通式(1a)所表示的結(jié)構(gòu)單元為下述通式(1)所表示的結(jié)構(gòu)單元。

(式中，a表示2以上的整數(shù)。Ar¹和X的含義與上述相同，多個(gè)Ar¹彼此相同或不同。X表示2價(jià)吸電子基團(tuán)。)

[4]上述[3]中記載的聚合物，其中，該聚合物具有下述通式(2)所表示的鏈段。

(式中，Ar¹和X的含義與上述相同。f表示1以上的整數(shù)，2個(gè)f彼此相同或不同。多個(gè)Ar¹彼此相同或不同。m表示重復(fù)單元數(shù)。)

[5]上述[4]中記載的聚合物，其中，m為5以上的整數(shù)。

另外，本發(fā)明提供以下[6]-[8]作為涉及上述任一種聚合物的優(yōu)選實(shí)施方式。