[發明專利]陰離子交換膜的制造方法、燃料電池用膜-電極接合體及燃料電池

無效

• 申請號: 201380038021.6
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN104488120A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 松田康壯;仲野武史;西井弘行
• 申請（專利權）人: 日東電工株式會社
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;C08J5/22;H01B13/00;H01M8/10;H01B1/06
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 王海川;穆德駿

技術領域

本發明涉及陰離子交換膜的制造方法。另外，本發明涉及具備通過該制造方法得到的陰離子交換膜的燃料電池用膜-電極接合體及燃料電池。

背景技術

聚合物電解質型燃料電池(PEFC)是使用聚合物電解質膜作為離子交換部的燃料電池。PEFC由于作為燃料電池能夠在低的溫度下運行并且功率密度高等優點，因此非常期待將來普及。到目前為止，普遍為使用交換氫離子的陽離子交換膜的陽離子交換型PEFC，但是由于能夠進行發電而不使用昂貴且資源量有限的鉑作為催化劑等理由，因此近年來，可以看到使用陰離子交換膜的陰離子交換型PEFC的報告。陰離子交換型PEFC可以使用廉價的各種賤金屬作為催化劑。另外，陰離子交換型PEFC存在如下巨大的優點：可以使用醇、肼等液體燃料(堿性液體燃料)，例如使用肼作為燃料時，雖然為液體燃料，但是根據發電原理不會產生CO₂。

在專利文獻1中，公開了一種陰離子交換膜和將該陰離子交換膜作為電解質的PEFC，所述陰離子交換膜通過在由含氟聚合物構成的基材上輻射接枝聚合含有陰離子交換基團或能夠引入陰離子交換基團的基團的單體而得到。

在專利文獻2中，公開了一種陰離子交換膜的制造方法，其包括：選擇烴聚合物薄膜的工序、使用單體對烴聚合物薄膜進行輻射接枝的工序、以及為了賦予離子傳導性而加入季銨化劑的工序，單體以單體/稀釋劑混合物的形態提出，稀釋劑包含醇和烴溶劑。

陰離子交換膜通常以在該膜的表面配置有催化劑層的膜-電極接合體(MEA：Membrane?Electrode?Assembly)的狀態用于PEFC。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2000-331693號公報

專利文獻2：日本特表2010-516853號公報

發明內容

發明所要解決的問題

對于PEFC的陰離子交換膜而言，與陽離子交換型PEFC的陽離子交換膜同樣地要求：在陽極-陰極間作為傳導離子(陰離子)的電解質起作用，并且作為將供給到陽極中的燃料和供給到陰極中的氧化劑分離的隔壁起作用。如果作為電解質及隔壁的功能不充分，則PEFC的發電效率降低。

作為電解質的功能通過高陰離子傳導性而提高。陰離子交換膜為接枝膜的情況下，其陰離子傳導性通過例如使帶有具有陰離子傳導能力的官能團的接枝鏈盡可能多地與基體鍵合(增大接枝率)而變高。但是，由于如果僅增大接枝率，則燃料透過性也與陰離子傳導性的提高成比例地增加，因此不一定導致PEFC的發電效率的上升。即，對于作為接枝膜的陰離子交換膜而言，高陰離子傳導性與低燃料透過性存在折衷(trade-off)關系。

本發明的目的在于提供一種陰離子交換膜的制造方法，可以制造作為接枝膜的、兼具高陰離子傳導性和低燃料透過性的陰離子交換膜。

用于解決問題的手段

本發明的陰離子交換膜的制造方法包括以下工序：對包含烴類聚合物的基體照射放射線，并對照射后的上述基體進行熱處理，由此在上述烴類聚合物間形成交聯結構的工序；對形成有上述交聯結構的基體進一步照射放射線，并在照射后的上述基體上接枝聚合具有能夠引入具有陰離子傳導能力的官能團的部位和碳-碳不飽和鍵的單體，從而形成上述單體聚合而得到的接枝鏈的工序；和在上述形成的接枝鏈中的上述部位引入具有陰離子傳導能力的上述官能團的工序。

本發明的燃料電池用膜-電極接合體(MEA)為具有陰離子交換膜、和配置在上述陰離子交換膜的表面的催化劑層的燃料電池用MEA，上述陰離子交換膜是通過上述本發明的陰離子交換膜的制造方法得到的陰離子交換膜。

本發明的燃料電池為具備具有陰離子交換膜的MEA的燃料電池(陰離子交換型PEFC)，上述MEA是上述本發明的燃料電池用MEA。

發明效果

根據本發明，可以制造兼具高陰離子傳導性和低燃料透過性的作為接枝膜的陰離子交換膜。

附圖說明

圖1是示出本發明的燃料電池用膜-電極接合體的一例的示意圖。

圖2是示出本發明的燃料電池的一例的示意圖。

具體實施方式