JP2000268834A - プロトン伝導型燃料電池 - Google Patents
プロトン伝導型燃料電池Info
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Fuel Cell (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】製造コストが安く、エネルギ−効率が高い上
に、セルの組み立てが容易で、その性能を長期間維持で
きる、新規なプロトン伝導型燃料電池を提供する。 【解決手段】固体高分子電解質として、側鎖が−Ｏ(Ｃ
Ｆ2)3ＳＯ3Ｈという構造を持つ、パ−フロロスルホン酸
膜を使用する。また、電極触媒被覆剤として、次のよう
な構造のイミド酸を有する架橋高分子電解質を使用す
る。 【化１】
に、セルの組み立てが容易で、その性能を長期間維持で
きる、新規なプロトン伝導型燃料電池を提供する。 【解決手段】固体高分子電解質として、側鎖が−Ｏ(Ｃ
Ｆ2)3ＳＯ3Ｈという構造を持つ、パ−フロロスルホン酸
膜を使用する。また、電極触媒被覆剤として、次のよう
な構造のイミド酸を有する架橋高分子電解質を使用す
る。 【化１】
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車用や家
庭向けの熱電併給用等に使用されるプロトン伝導型燃料
電池に関する。
庭向けの熱電併給用等に使用されるプロトン伝導型燃料
電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、プロトン伝導型燃料電池の性能を
支配する固体高分子電解質としては、一般式(３)で示さ
れるパ−フロロスルホン酸膜が用いられてきた。
支配する固体高分子電解質としては、一般式(３)で示さ
れるパ−フロロスルホン酸膜が用いられてきた。
【化３】 上記のパ−フロロスルホン酸膜の内、ｑ＝０のものはｑ
＝１のものよりイオン交換容量を大きくできるので、こ
れを使用したプロトン伝導型燃料電池は、内部電気抵抗
を下げ、エネルギ−効率を高くできることが、下記の文
献に開示されている。 (ａ)KEITH PRATER,"THE RENAISSANCE OF THE SOLID POL
YMER FUEL CELL"Jounal of Power Souces,29(1990)239-
250 (ｂ)EUROPIAN PATENT SPECIFICATION 0289869 B1
＝１のものよりイオン交換容量を大きくできるので、こ
れを使用したプロトン伝導型燃料電池は、内部電気抵抗
を下げ、エネルギ−効率を高くできることが、下記の文
献に開示されている。 (ａ)KEITH PRATER,"THE RENAISSANCE OF THE SOLID POL
YMER FUEL CELL"Jounal of Power Souces,29(1990)239-
250 (ｂ)EUROPIAN PATENT SPECIFICATION 0289869 B1
【０００３】プロトン伝導型燃料電池の性能を支配する
もう一つの要素として、電極触媒被覆剤があるが、この
目的には、(３)式で示されるパ−フロロスルホン酸重合
体の高イオン交換容量の部分を、(低級脂肪族アルコ−
ル＋水)の混合溶媒に分散させたものが通常用いられて
いる。これに対し、一般式(４)で示されるイミド酸基を
含有した架橋高分子電解質が、更にイオン交換容量を高
くでき、過電圧を低くできるものとして、特開平１１−
７９６９に開示されている。
もう一つの要素として、電極触媒被覆剤があるが、この
目的には、(３)式で示されるパ−フロロスルホン酸重合
体の高イオン交換容量の部分を、(低級脂肪族アルコ−
ル＋水)の混合溶媒に分散させたものが通常用いられて
いる。これに対し、一般式(４)で示されるイミド酸基を
含有した架橋高分子電解質が、更にイオン交換容量を高
くでき、過電圧を低くできるものとして、特開平１１−
７９６９に開示されている。
【化４】
【０００４】しかしながら、これらの従来技術には次の
ような欠点が存在している。 (ａ)上記の(３)式で、イオン交換容量を高くできる ｑ
＝０のパ−フロロスルホン酸膜は、テトラフロロエチレ
ンと(５)式で示されるパ−フロロビニルエ−テル単量体
を共重合し、成膜した後、加水分解して製造される。
ような欠点が存在している。 (ａ)上記の(３)式で、イオン交換容量を高くできる ｑ
＝０のパ−フロロスルホン酸膜は、テトラフロロエチレ
ンと(５)式で示されるパ−フロロビニルエ−テル単量体
を共重合し、成膜した後、加水分解して製造される。
【化５】ＣＦ2＝ＣＦＯ(ＣＦ2)2ＳＯ2Ｆ (５)
【０００５】U.S.P.4,358,412で開示されているよう
に、上記(５)式の単量体は、コストの高いクロロペンタ
フロロプロピレンオキサイドを用いて、次の反応により
製造される。
に、上記(５)式の単量体は、コストの高いクロロペンタ
フロロプロピレンオキサイドを用いて、次の反応により
製造される。
【化６】
【０００６】この反応において、コストの安いヘキサフ
ロロプロピレンオキサイドを使用すると、例えば、U.S.
P.3,560,568，U.S.P.4,329,435等に記載されているよう
に、パ−フロロビニルエ−テル単量体は得られず、ビニ
ル化段階で下記のように環状スルホンが生成してしま
う。
ロロプロピレンオキサイドを使用すると、例えば、U.S.
P.3,560,568，U.S.P.4,329,435等に記載されているよう
に、パ−フロロビニルエ−テル単量体は得られず、ビニ
ル化段階で下記のように環状スルホンが生成してしま
う。
【化７】 従って、上記(３)式で ｑ＝０のパ−フロロスルホン酸
膜は、製造段階でコストの高いクロロペンタフロロプロ
ピレンオキサイドを使用せざるを得ず、この膜を使用す
るプロトン伝導型燃料電池の製造コストも上昇する。
膜は、製造段階でコストの高いクロロペンタフロロプロ
ピレンオキサイドを使用せざるを得ず、この膜を使用す
るプロトン伝導型燃料電池の製造コストも上昇する。
【０００７】(ｂ)U.S.P.3,560,568 に記載されているよ
うに、上述した環化反応は単量体の製造段階のみでな
く、条件により下記のような機構で共重合時にも生じ
て、連鎖移動を起こすことがある。その結果、得られる
共重合体の分子量が充分でなく、パ−フロロスルホン酸
膜の機械的強度が低下して、これを使用するプロトン伝
導型燃料電池のセルの組み立てや性能を長期に維持する
ことが困難になる。こうした現象は、テトラフロロエチ
レンに対するパ−フロロビニ−ルエ−テル単量体の割合
が多い程起こりやすいので、(５)式の単量体を用いて、
機械的強度を保持しつつイオン交換容量を高くすること
には、限界がある。
うに、上述した環化反応は単量体の製造段階のみでな
く、条件により下記のような機構で共重合時にも生じ
て、連鎖移動を起こすことがある。その結果、得られる
共重合体の分子量が充分でなく、パ−フロロスルホン酸
膜の機械的強度が低下して、これを使用するプロトン伝
導型燃料電池のセルの組み立てや性能を長期に維持する
ことが困難になる。こうした現象は、テトラフロロエチ
レンに対するパ−フロロビニ−ルエ−テル単量体の割合
が多い程起こりやすいので、(５)式の単量体を用いて、
機械的強度を保持しつつイオン交換容量を高くすること
には、限界がある。
【化８】
【０００８】(ｃ)上記(４)式で示される架橋高分子電解
質は、イオン交換容量を(３)式のパ−フロロスルホン酸
膜よりはるかに大きくできる。しかしながら、特開平１
１−７９６９に記載されているように、該パ−フロロス
ルホン酸膜と同じ原料であるＦＳＯ2ＣＦ2 ＣＯＦを製
造に用いるので、下記のようにイミド酸基の構造が電子
吸引性のＣＦ2 を１単位しか含まず、Ｎ−Ｈの酸性があ
まり強くない。そのため、従来の方法に対する電気伝導
度の改善効果を大きくできないという欠点がある。
質は、イオン交換容量を(３)式のパ−フロロスルホン酸
膜よりはるかに大きくできる。しかしながら、特開平１
１−７９６９に記載されているように、該パ−フロロス
ルホン酸膜と同じ原料であるＦＳＯ2ＣＦ2 ＣＯＦを製
造に用いるので、下記のようにイミド酸基の構造が電子
吸引性のＣＦ2 を１単位しか含まず、Ｎ−Ｈの酸性があ
まり強くない。そのため、従来の方法に対する電気伝導
度の改善効果を大きくできないという欠点がある。
【化９】
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、製造コスト
が安い上に、エネルギ−効率が高く、セルの組み立てが
容易で、長期に渡りその性能を維持できる、プロトン伝
導型燃料電池を提供することを目的とする。
が安い上に、エネルギ−効率が高く、セルの組み立てが
容易で、長期に渡りその性能を維持できる、プロトン伝
導型燃料電池を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のプロトン伝導型燃料電池は、固体高分子電
解質として、(１)式に示される(Ａ)および(Ｂ)の繰り返
し単位で構成されたパ−フロロスルホン酸膜を用いてい
る。
に、本発明のプロトン伝導型燃料電池は、固体高分子電
解質として、(１)式に示される(Ａ)および(Ｂ)の繰り返
し単位で構成されたパ−フロロスルホン酸膜を用いてい
る。
【化１０】
【００１１】また、本発明のプロトン伝導型燃料電池の
電極触媒被覆剤として、一般式(２)式で示される架橋高
分子電解質であることが好ましい。
電極触媒被覆剤として、一般式(２)式で示される架橋高
分子電解質であることが好ましい。
【化１１】 本発明のプロトン伝導型燃料電池は、製造コストが安
く、エネルギー効率が高い上、セルの組立が容易で、性
能を長時間維持できる。また、電極触媒被服財をＣＦ2
の単位数が多いものを用いているために、過電圧を下げ
内部抵抗を低くすることが可能である。
く、エネルギー効率が高い上、セルの組立が容易で、性
能を長時間維持できる。また、電極触媒被服財をＣＦ2
の単位数が多いものを用いているために、過電圧を下げ
内部抵抗を低くすることが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明のプロトン伝導型燃料電池
は、固体高分子電解質が、(１)式で示される(Ａ)および
(Ｂ)の繰り返し単位で構成されたパ−フロロスルホン酸
膜である。
は、固体高分子電解質が、(１)式で示される(Ａ)および
(Ｂ)の繰り返し単位で構成されたパ−フロロスルホン酸
膜である。
【化１２】 ここで，繰り返し単位数の比(Ａ)／(Ｂ)は、一般に１．
５〜１０の範囲にあり、好ましくは２〜７，更に好まし
くは２．５〜６の範囲にある。イオン交換容量は次式で
表される。
５〜１０の範囲にあり、好ましくは２〜７，更に好まし
くは２．５〜６の範囲にある。イオン交換容量は次式で
表される。
【数１】イオン交換容量(ｍｅｑ／ｇ乾燥樹脂)＝1,000/
(100(A)/(B)+328)
(100(A)/(B)+328)
【００１３】また、この発明のプロトン伝導型燃料電池
においては、電極触媒被覆剤として一般式(２)で示され
る架橋高分子電解質が用いることが望ましい。
においては、電極触媒被覆剤として一般式(２)で示され
る架橋高分子電解質が用いることが望ましい。
【化１３】
【００１４】U.S.P.4,329,435 に記載されているよう
に、本発明で使用されるパーフロロスルホン酸膜は、テ
トラフロロエチレンと(６)式で示されるパーフロロビニ
ルエ−テル単量体を共重合し、１０〜３００μｍの厚さ
に成膜した後、加水分解して製造される。共重合に際し
て、クロロトリフロロエチレン，ヘキサフロロプロピレ
ン，パ−フロロアルキルビニルエ−テル等の第三モノマ
−を添加することも出来る。
に、本発明で使用されるパーフロロスルホン酸膜は、テ
トラフロロエチレンと(６)式で示されるパーフロロビニ
ルエ−テル単量体を共重合し、１０〜３００μｍの厚さ
に成膜した後、加水分解して製造される。共重合に際し
て、クロロトリフロロエチレン，ヘキサフロロプロピレ
ン，パ−フロロアルキルビニルエ−テル等の第三モノマ
−を添加することも出来る。
【化１４】ＣＦ2＝ＣＦＯ(ＣＦ2)3ＳＯ2Ｆ (６) 上記のパ−フロロビニルエ−テル単量体は、(５)式で示
される単量体よりもＣＦ２が１単位多いので、上述した
共重合時における環化反応は起こらず、機械的強度を保
ったまま高いイオン交換容量を実現でき、プロトン伝導
型燃料電池のエネルギ−効率の向上が計れる。また膜の
機械的強度が大きいので、セルの組み立てが容易で、長
期間に渡る性能の維持が可能である。
される単量体よりもＣＦ２が１単位多いので、上述した
共重合時における環化反応は起こらず、機械的強度を保
ったまま高いイオン交換容量を実現でき、プロトン伝導
型燃料電池のエネルギ−効率の向上が計れる。また膜の
機械的強度が大きいので、セルの組み立てが容易で、長
期間に渡る性能の維持が可能である。
【００１５】U.S.P.4,329,435 によれば、(６)式で示さ
れる上記のパ−フロロビニルエ−テル単量体は、次のよ
うな反応により製造される。
れる上記のパ−フロロビニルエ−テル単量体は、次のよ
うな反応により製造される。
【化１５】 上記のパ−フロロビニルエ−テル単量体の場合には、
(５)式で示される単量体より、ＣＦ2 が１単位多いの
で、コストの安いヘキサフロロプロピレンオキサイドを
用いても、ビニル化段階での環化反応は生じない。従っ
て、(１)式で示されるパ−フロロスルホン酸膜を、固体
高分子電解質として用いるプロトン伝導型燃料電池も、
製造コストが低くできる。
(５)式で示される単量体より、ＣＦ2 が１単位多いの
で、コストの安いヘキサフロロプロピレンオキサイドを
用いても、ビニル化段階での環化反応は生じない。従っ
て、(１)式で示されるパ−フロロスルホン酸膜を、固体
高分子電解質として用いるプロトン伝導型燃料電池も、
製造コストが低くできる。
【００１６】本発明において、(１)式で示される共重合
体の内、イオン交換容量が高過ぎて膜状に成型できない
部分を(低級脂肪族アルコ−ル＋水)に分散し、電極触媒
被覆剤として用いることが可能である。しかしながら、
式(２)に示される架橋高分子電解質の方が、はるかに高
いイオン交換容量が実現でき、電気伝導度を高めて過電
圧を小さくできるので好ましい。該架橋高分子電解質
は、上記のパ−フロロスルホン酸膜と同じ原料であるＦ
ＳＯ2ＣＦ2ＣＦ2ＣＯＦ又はＣｌＳＯ2ＣＦ2ＣＦ2ＳＯ2
Ｃｌから、特開平１１−７９６９に記載されているのと
同様な方法により、次のようにして製造される。Ｈ原子
の多価金属への置換は ２〜３０％である。
体の内、イオン交換容量が高過ぎて膜状に成型できない
部分を(低級脂肪族アルコ−ル＋水)に分散し、電極触媒
被覆剤として用いることが可能である。しかしながら、
式(２)に示される架橋高分子電解質の方が、はるかに高
いイオン交換容量が実現でき、電気伝導度を高めて過電
圧を小さくできるので好ましい。該架橋高分子電解質
は、上記のパ−フロロスルホン酸膜と同じ原料であるＦ
ＳＯ2ＣＦ2ＣＦ2ＣＯＦ又はＣｌＳＯ2ＣＦ2ＣＦ2ＳＯ2
Ｃｌから、特開平１１−７９６９に記載されているのと
同様な方法により、次のようにして製造される。Ｈ原子
の多価金属への置換は ２〜３０％である。
【化１６】
【００１７】上記の架橋高分子電解質は、(４)式の架橋
高分子電解質と比較した場合、下記のようにイミド酸基
の構造が電子吸引性のＣＦ2を２単位含むため、Ｎ−Ｈ
の酸強度が強く電気伝導度を大きくする効果が著しい。
高分子電解質と比較した場合、下記のようにイミド酸基
の構造が電子吸引性のＣＦ2を２単位含むため、Ｎ−Ｈ
の酸強度が強く電気伝導度を大きくする効果が著しい。
【化１７】
【００１８】本発明のプロトン伝導型燃料電池で使用す
る、固体高分子電解質と電極触媒被覆剤の共通の原料で
あるＦＳＯ2ＣＦ2ＣＦ2ＣＯＦは、下記のいずれかの方
法で製造される。 U.S.P.4,329,435 に記載の方法
る、固体高分子電解質と電極触媒被覆剤の共通の原料で
あるＦＳＯ2ＣＦ2ＣＦ2ＣＯＦは、下記のいずれかの方
法で製造される。 U.S.P.4,329,435 に記載の方法
【化１８】 Ｃ2Ｈ5ＳＮａ＋ＣＦ2ＣＦ2＋(ＣＨ3Ｏ)2ＣＯ ↓ Ｃ2Ｈ5ＳＣＦ2ＣＦ2ＣＯ2ＣＨ3 ↓ Ｃｌ2 ＣｌＳＣＦ2ＣＦ2ＣＯ2ＣＨ3 ↓ Ｃｌ2 ／Ｈ2 Ｏ ＣｌＳＯ2ＣＦ2ＣＦ2ＣＯ2ＣＨ3 ↓ ＮａＯＨ ＮａＳＯ3ＣＦ2ＣＦ2ＣＯ2Ｎａ ↓ ＰＣｌ5 ／ＰＯＣｌ3 ＣｌＳＯ2ＣＦ2ＣＦ2ＣＯＣｌ ↓ ＮａＦ／ｓｕｌｆｏｒａｎｅ ＦＳＯ2ＣＦ2ＣＦ2ＣＯＦ
【００１９】
【化１９】 ＳＯ2Ｑ2 ＋ ＣＦ2ＣＦ2 ＋ ＭＣＮ ↓ ＱＳＯ2ＣＦ2ＣＦ2ＣＮ ↓ Ｈ2ＳＯ4 or Ｈ3ＰＯ4 ＱＳＯ2ＣＦ2ＣＦ2ＣＯ2Ｈ ↓ ＳＦ4 ／ＭＦ ＦＳＯ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＯＦ (ここでＱはハロゲン，Ｍはアルカリ金属イオン)
【００２０】
【化２０】 ＡＳＯ2Ｍ＋ＣＦ2ＣＦ2 ＋Ｄ2ＣＯ ↓ ＡＳＯ2ＣＦ2ＣＦ2ＣＯＤ ↓ アルカリ加水分解後、酸添加 ＨＳＯ3ＣＦ2ＣＦ2ＣＯ2Ｈ ↓ ＳＦ4 ＦＳＯ2ＣＦ2ＣＦ2ＣＯＦ (ここでＡはＯＭ，Ｒ，ＮＲ2またはＮＨ2 ，ＲはＣ1 〜Ｃ5 のアルキル基または アリル基，Ｍは前記と同じ，ＤはハロゲンまたはＯＲ) なお、本発明で、固体高分子電解質として使用するパ−
フロロスルホン酸膜は、U.S.P.4,329,434 に記載されて
いるように、テトラフロロエチレンと（７）式で示され
るフッ素化ビニルエ−テルを共重合し、成膜した後、加
水分解して製造することも可能である。
フロロスルホン酸膜は、U.S.P.4,329,434 に記載されて
いるように、テトラフロロエチレンと（７）式で示され
るフッ素化ビニルエ−テルを共重合し、成膜した後、加
水分解して製造することも可能である。
【化２１】 ＣＦ2＝ＣＦＯ(ＣＦ2)3ＳＯ2Ｒ （７） （ここで，Ｒは前記と同じ）
【００２１】
【実施例】次に参考例および実施例を示し、本発明を更
に詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらに限定され
るものでは無い。 ＜参考例１＞U.S.P.4,329,435 の実施例１に従い、ＦＳ
Ｏ2ＣＦ2ＣＦ2ＣＯＦを合成した。この化合物を、U.S.
P.4,329,435 の実施例２に従い、ヘキサフロロプロピレ
ンオキサイドと反応させて、ＦＳＯ2(ＣＦ2)3ＯＣＦ(Ｃ
Ｆ3)ＣＯＦを得た。更に、U.S.P.4,329,435 の実施例３
に従って、該化合物を炭酸ナトリウム上で熱分解し、パ
−フロロビニルエ−テル単量体：ＦＳＯ2(ＣＦ2)3ＯＣ
Ｆ＝ＣＦ2を得た。
に詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらに限定され
るものでは無い。 ＜参考例１＞U.S.P.4,329,435 の実施例１に従い、ＦＳ
Ｏ2ＣＦ2ＣＦ2ＣＯＦを合成した。この化合物を、U.S.
P.4,329,435 の実施例２に従い、ヘキサフロロプロピレ
ンオキサイドと反応させて、ＦＳＯ2(ＣＦ2)3ＯＣＦ(Ｃ
Ｆ3)ＣＯＦを得た。更に、U.S.P.4,329,435 の実施例３
に従って、該化合物を炭酸ナトリウム上で熱分解し、パ
−フロロビニルエ−テル単量体：ＦＳＯ2(ＣＦ2)3ＯＣ
Ｆ＝ＣＦ2を得た。
【００２２】＜参考例２＞参考例１で合成したＦＳＯ
2(ＣＦ2 )3ＯＣＦ＝ＣＦ2 を、U.S.P.4,329,435 の実施
例４と同様な方法により、水を溶媒とし、触媒として過
硫酸アンモニウム−亜硫酸水素ナトリウムのレドックス
触媒，乳化剤としてパ−フロロオクタン酸アンモニウム
を用い、テトラフロロエチレンの圧力５気圧，重合温度
４０°Ｃの条件下で、テトラフロロエチレンと共重合さ
せた。得られた共重合体を、厚さ１００μｍの膜状物に
成型した後、アルカリで加水分解して、イオン交換容量
が１．２(ｍｅｑ／ｇ乾燥樹脂)のパ−フロロスルホン酸
膜を得た。
2(ＣＦ2 )3ＯＣＦ＝ＣＦ2 を、U.S.P.4,329,435 の実施
例４と同様な方法により、水を溶媒とし、触媒として過
硫酸アンモニウム−亜硫酸水素ナトリウムのレドックス
触媒，乳化剤としてパ−フロロオクタン酸アンモニウム
を用い、テトラフロロエチレンの圧力５気圧，重合温度
４０°Ｃの条件下で、テトラフロロエチレンと共重合さ
せた。得られた共重合体を、厚さ１００μｍの膜状物に
成型した後、アルカリで加水分解して、イオン交換容量
が１．２(ｍｅｑ／ｇ乾燥樹脂)のパ−フロロスルホン酸
膜を得た。
【００２３】＜参考例３＞参考例１で得られた ＦＳＯ
2ＣＦ2ＣＦ2ＣＯＦを、特開平１１−７９６９の実施例
１と同様な方法により、テトラヒドロフランを溶媒と
し、リチウムビス(トリメチルシリル)アミドと反応させ
高分子電解質を得た。この高分子電解質を硫酸でＨ型に
変え、更に酢酸マグネシウムと反応させて、イミド酸基
の約１０％の水素原子がマグネシウム原子に置換された
架橋高分子電解質を得た。
2ＣＦ2ＣＦ2ＣＯＦを、特開平１１−７９６９の実施例
１と同様な方法により、テトラヒドロフランを溶媒と
し、リチウムビス(トリメチルシリル)アミドと反応させ
高分子電解質を得た。この高分子電解質を硫酸でＨ型に
変え、更に酢酸マグネシウムと反応させて、イミド酸基
の約１０％の水素原子がマグネシウム原子に置換された
架橋高分子電解質を得た。
【００２４】＜実施例１＞４０重量％の白金触媒担持カ
−ボンに、参考例３で得られた架橋高分子電解質の５重
量％エタノ−ル溶液を、白金触媒と架橋高分子電解質と
の重量比が２：１となるように添加し、均一に分散させ
てペ−ストを調製した。このペ−ストを２００メッシュ
のスクリ−ンを用いて、ポリテトラフロロエチレンのシ
−ト上に塗布した後、１００°Ｃで乾燥して触媒シ−ト
を得た。２枚の触媒シ−トの触媒層を向かい合わせ、そ
の間に参考例２で得られたパ−フロロスルホン酸膜を塩
酸でＨ型にしてはさみ、１５０°Ｃ，圧力５０ｋｇ／ｃ
ｍ2 でホットプレスした後、両面のポリテトラフロロエ
チレンシ−トを剥がして、膜電極接合体を作製した。一
方、厚さ４００ミクロンのカ−ボンクロスを、ポリテト
ラフロロエチレンの分散液に浸漬した後、３４０°Ｃで
シンタリングを行い、触媒層支持体を作製した。これら
膜電極接合体と触媒層支持体を積層し、燃料電池単セル
評価装置に組み込み、燃料に水素ガス、酸化剤に空気を
用いて、常圧，セル温度７０°Ｃで単セル特性試験を行
ったところ、１．０ Ａ／ｃｍ2 の電流蜜度において、
セル出力電圧は０．７１Ｖであった。
−ボンに、参考例３で得られた架橋高分子電解質の５重
量％エタノ−ル溶液を、白金触媒と架橋高分子電解質と
の重量比が２：１となるように添加し、均一に分散させ
てペ−ストを調製した。このペ−ストを２００メッシュ
のスクリ−ンを用いて、ポリテトラフロロエチレンのシ
−ト上に塗布した後、１００°Ｃで乾燥して触媒シ−ト
を得た。２枚の触媒シ−トの触媒層を向かい合わせ、そ
の間に参考例２で得られたパ−フロロスルホン酸膜を塩
酸でＨ型にしてはさみ、１５０°Ｃ，圧力５０ｋｇ／ｃ
ｍ2 でホットプレスした後、両面のポリテトラフロロエ
チレンシ−トを剥がして、膜電極接合体を作製した。一
方、厚さ４００ミクロンのカ−ボンクロスを、ポリテト
ラフロロエチレンの分散液に浸漬した後、３４０°Ｃで
シンタリングを行い、触媒層支持体を作製した。これら
膜電極接合体と触媒層支持体を積層し、燃料電池単セル
評価装置に組み込み、燃料に水素ガス、酸化剤に空気を
用いて、常圧，セル温度７０°Ｃで単セル特性試験を行
ったところ、１．０ Ａ／ｃｍ2 の電流蜜度において、
セル出力電圧は０．７１Ｖであった。
【００２５】＜実施例２＞共重合条件を調整して、参考
例２よりもイオン交換容量の高い共重合体を得、(イソ
プロピルアルコ−ル＋水)の混合溶媒に分散した。これ
を架橋高分子電解質のエタノ−ル溶液の代わりに用い
て、実施例１と同様に操作し、触媒シ−トを作製した。
この触媒シ−トを用いて、実施例１と同様に評価セルを
組み立て、同じ条件で単セル評価を行ったところ、１．
０ Ａ／ｃｍ2 の電流密度において、セル出力電圧は
０．６５Ｖであった。
例２よりもイオン交換容量の高い共重合体を得、(イソ
プロピルアルコ−ル＋水)の混合溶媒に分散した。これ
を架橋高分子電解質のエタノ−ル溶液の代わりに用い
て、実施例１と同様に操作し、触媒シ−トを作製した。
この触媒シ−トを用いて、実施例１と同様に評価セルを
組み立て、同じ条件で単セル評価を行ったところ、１．
０ Ａ／ｃｍ2 の電流密度において、セル出力電圧は
０．６５Ｖであった。
【００２６】＜比較例１＞実施例１において、パ−フロ
ロスルホン酸膜として、イオン交換容量が０．９１(ｍ
ｅｑ／ｇ乾燥樹脂)で、厚みが１７５μｍのナフィオン
膜(ＤｕＰｏｎｔ社製)を用い、架橋高分子電解質の代わ
りに、ナフィオン重合体を(イソプロピルアルコ−ル＋
水)混合溶媒に分散させた溶液を用いて、同様の単セル
評価を行ったところ、１．０ Ａ／ｃｍ2 の電流密度に
おいて、セル出力電圧は０．４５Ｖであった。
ロスルホン酸膜として、イオン交換容量が０．９１(ｍ
ｅｑ／ｇ乾燥樹脂)で、厚みが１７５μｍのナフィオン
膜(ＤｕＰｏｎｔ社製)を用い、架橋高分子電解質の代わ
りに、ナフィオン重合体を(イソプロピルアルコ−ル＋
水)混合溶媒に分散させた溶液を用いて、同様の単セル
評価を行ったところ、１．０ Ａ／ｃｍ2 の電流密度に
おいて、セル出力電圧は０．４５Ｖであった。
【００２７】
【発明の効果】本発明のプロトン伝導型燃料電池は、側
鎖のＣＦ2の単位数が３という特定の値をとるパ−フロ
ロスルホン酸膜を固体高分子電解質として用いるため、
製造コストが安くエネルギ−効率が高い上、セルの組み
立てが容易で、その性能を長期間維持できる。また、電
極触媒被覆剤として用いる架橋高分子電解質は、イミド
酸の構造が２単位のＣＦ2を有するため、イミド酸の酸
強度が強く、過電圧を下げ内部電気抵抗を低くする効果
が大きい。
鎖のＣＦ2の単位数が３という特定の値をとるパ−フロ
ロスルホン酸膜を固体高分子電解質として用いるため、
製造コストが安くエネルギ−効率が高い上、セルの組み
立てが容易で、その性能を長期間維持できる。また、電
極触媒被覆剤として用いる架橋高分子電解質は、イミド
酸の構造が２単位のＣＦ2を有するため、イミド酸の酸
強度が強く、過電圧を下げ内部電気抵抗を低くする効果
が大きい。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F071 AA27 AA30 AA64 AA75 AA78 AE22 AH15 BC01 BC02 BC17 4J002 BD151 BP031 BQ001 EV176 EV236 GQ00 GQ02 5G301 CA30 CD01 5H026 AA06 BB04 CX05 EE19
Claims (2)
- 【請求項１】 固体高分子電解質が、(１)式に示され
る(Ａ)および(Ｂ)の繰り返し単位で構成されたパ−フロ
ロスルホン酸膜であるプロトン伝導型燃料電池 【化１】 - 【請求項２】 電極触媒被覆剤が、一般式(２)式で示
される架橋高分子電解質である請求項１記載のプロトン
伝導型燃料電池 【化２】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11067050A JP2000268834A (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | プロトン伝導型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11067050A JP2000268834A (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | プロトン伝導型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000268834A true JP2000268834A (ja) | 2000-09-29 |
Family
ID=13333639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11067050A Pending JP2000268834A (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | プロトン伝導型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000268834A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004004037A1 (ja) * | 2002-06-28 | 2004-01-08 | Sumitomo Chemical Company, Limited | 高分子積層膜、その製造方法およびその用途 |
| US7060738B2 (en) | 2003-12-11 | 2006-06-13 | 3M Innovative Properties Company | Polymer electrolytes crosslinked by ultraviolet radiation |
| US7060756B2 (en) | 2003-11-24 | 2006-06-13 | 3M Innovative Properties Company | Polymer electrolyte with aromatic sulfone crosslinking |
| US7071271B2 (en) | 2003-10-30 | 2006-07-04 | 3M Innovative Properties Company | Aqueous emulsion polymerization of functionalized fluoromonomers |
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| US7265162B2 (en) | 2003-11-13 | 2007-09-04 | 3M Innovative Properties Company | Bromine, chlorine or iodine functional polymer electrolytes crosslinked by e-beam |
| EP1667265A4 (en) * | 2003-09-17 | 2008-03-12 | Asahi Chemical Ind | MEMBRANE ELECTRODE MODULE FOR A SOLID FUEL FUEL CELL |
-
1999
- 1999-03-12 JP JP11067050A patent/JP2000268834A/ja active Pending
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| US7638220B2 (en) | 2002-06-28 | 2009-12-29 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Polymeric laminates, processes for producing the same, and use thereof |
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| US7514481B2 (en) | 2003-11-13 | 2009-04-07 | 3M Innovative Properties Company | Polymer electrolytes crosslinked by e-beam |
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| US8802793B2 (en) | 2003-11-24 | 2014-08-12 | 3M Innovative Properties Company | Polymer electrolyte with aromatic sulfone crosslinking |
| US7112614B2 (en) | 2003-12-08 | 2006-09-26 | 3M Innovative Properties Company | Crosslinked polymer |
| US7060738B2 (en) | 2003-12-11 | 2006-06-13 | 3M Innovative Properties Company | Polymer electrolytes crosslinked by ultraviolet radiation |
| US7326737B2 (en) | 2003-12-17 | 2008-02-05 | 3M Innovative Properties Company | Polymer electrolyte membranes crosslinked by direct fluorination |
| US7173067B2 (en) | 2003-12-17 | 2007-02-06 | 3M Innovative Properties Company | Polymer electrolyte membranes crosslinked by direct fluorination |
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