[發明專利]電解質材料、液狀組合物以及固體高分子型燃料電池用膜電極接合體

在審

• 申請號: 201480022746.0
• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN105144448A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 齋藤貢;木村了;下平哲司
• 申請（專利權）人: 旭硝子株式會社
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;C08F214/26;C08F224/00;C08F234/02;H01B1/06;H01B13/00;H01M8/10
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 劉多益;金明花

技術領域

本發明涉及電解質材料、含有該電解質材料的液狀組合物、以及在催化劑層以及固體高分子電解質膜的至少一方中包含該電解質材料的固體高分子型燃料電池用膜電極接合體。

背景技術

作為固體高分子型燃料電池用膜電極接合體(以下，也簡稱為膜電極接合體。)的催化劑層中包含的電解質材料，提出了下述的聚合物。

(1)將包含來源于具有-SO₂F基以及二氧戊環的全氟單體的單元，和來源于不具有-SO₂F基、具有二氧戊環的全氟單體的單元，和來源于四氟乙烯(以下，也記為TFE。)的單元的聚合物的-SO₂F基轉換為離子交換基(-SO₃^-H⁺基等)的聚合物(專利文獻1)。

具備包含(1)的聚合物的催化劑層的膜電極接合體的發電特性優異，但由于(1)的聚合物的含水率高，因此在高加濕條件下容易產生水淹，發電特性容易下降。

此外，包含(1)的聚合物的固體高分子電解質膜由于(1)的聚合物的含水率高，因此與干燥狀態的尺寸相比，膨潤時的尺寸變化大。因此，在反復膨潤和干燥的情況下，有時固體高分子電解質膜發生斷裂。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：國際公開第2011/013577號

發明內容

發明所要解決的技術問題

本發明提供：可得到催化劑層的水淹或固體高分子電解質膜的斷裂難以發生、發電特性優異的膜電極接合體的電解質材料；不論是否由包含來源于具有二氧戊環的全氟單體的單元的聚合物構成、可制造將含水率抑制在低水平的電解質材料的制造方法；催化劑層的水淹以及固體高分子電解質膜的斷裂的一方或兩者難以發生、在催化劑層包含本發明的電解質材料的情況下發電特性優異的膜電極接合體；以及適于催化劑層或固體高分子電解質膜的形成的液狀組合物。

解決技術問題所采用的技術方案

本發明將以下的構成作為技術內容。

(1)一種電解質材料，其特征在于，由將下述聚合物(F)的-SO₂F基轉換為離子交換基的聚合物(H)構成，其離子交換容量為0.9～1.3毫當量/g干燥樹脂，用下述方法測定的含水率為20～100％。

聚合物(F)：

具有選自來源于下式(ma1)所表示的化合物的單元(A1)以及來源于下式(ma2)所表示的化合物的單元(A2)的至少1種單元(A)、和選自來源于下式(mb1)所表示的化合物的單元(B1)以及來源于下式(mb2)所表示的化合物的單元(B2)的至少1種單元(B)，且

具有選自來源于下式(ma1)所表示的化合物的單元(A1)以及來源于下式(mb1)所表示的化合物的單元(B1)的至少1種單元的共聚物。

[化1]

其中，R¹¹是碳數1～10的全氟亞烷基或在碳數2～10的全氟亞烷基的碳-碳鍵間具有醚鍵性氧原子的基團，

R¹²、R¹³、R¹⁵～R¹⁸分別獨立地是氟原子、碳數1～10的全氟烷基或在碳數2～10的全氟烷基的碳-碳鍵間具有醚鍵性氧原子的基團，

R¹⁴是氟原子、碳數1～10的全氟烷基、在碳數2～10的全氟烷基的碳-碳鍵間具有醚鍵性氧原子的基團或-R¹¹SO₂F基，

R²¹是碳數1～10的全氟亞烷基或在碳數2～10的全氟亞烷基的碳-碳鍵間具有醚鍵性氧原子的基團，

R²²是氟原子、碳數1～10的全氟烷基、在碳數2～10的全氟烷基的碳-碳鍵間具有醚鍵性氧原子的基團或-R²¹SO₂F基，

R²³、R²⁴分別獨立地是氟原子、碳數1～10的全氟烷基或在碳數2～10的全氟烷基的碳-碳鍵間具有醚鍵性氧原子的基團。

含水率的測定方法：將聚合物(H)的膜在80℃的溫水中浸漬16小時后，連同溫水和膜一起冷卻至室溫；將膜從水中取出，拭去表面上附著的水滴，立刻測定膜的含水時的質量W1。將膜放入手套箱中，在流動著干燥氮氣的氣氛中放置24小時以上，使膜干燥。在手套箱中測定膜的干燥質量W2。根據下式(1)求出含水率。

含水率(％)＝(W1-W2)/W2×100···(1)