JPH08180891A - 常温型燃料電池用薄膜電解質及び常温型燃料電池 - Google Patents
常温型燃料電池用薄膜電解質及び常温型燃料電池Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 出力密度の高い常温型燃料電池用の薄膜電解
質を提供する。 【解決手段】 常温型燃料電池用薄膜電解質は、リン酸
又は硫酸及び有機溶媒を含む電解質溶液を親水基を有す
る高分子多孔質膜の空孔中に含浸してなる。
質を提供する。 【解決手段】 常温型燃料電池用薄膜電解質は、リン酸
又は硫酸及び有機溶媒を含む電解質溶液を親水基を有す
る高分子多孔質膜の空孔中に含浸してなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は常温型燃料電池用薄
膜電解質、特に固体高分子型燃料電池用の新規高分子薄
膜電解質とこれを用いた常温型燃料電池に関する。
膜電解質、特に固体高分子型燃料電池用の新規高分子薄
膜電解質とこれを用いた常温型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】常温型燃料電池用の固体高分子電解質と
してデュポン社のナフィオン（登録商標）に代表される
フッ素樹脂系イオン交換膜が知られている。このような
イオン交換膜を用いた燃料電池は、１００℃以下の低温
において、燃料極では H2 → 2H + + 2e- 、空気極では
O2+ 4H+ + 4e- → 2H2O の反応が進むことによって作動
する。このように低温で作動する（常温型の）固体高分
子型燃料電池は、一般に出力密度が高く、装置の作製が
容易であり小型軽量化が図れるなどの特徴を有し、車載
用途や小規模コジェネレーションへの応用が期待されて
いる。
してデュポン社のナフィオン（登録商標）に代表される
フッ素樹脂系イオン交換膜が知られている。このような
イオン交換膜を用いた燃料電池は、１００℃以下の低温
において、燃料極では H2 → 2H + + 2e- 、空気極では
O2+ 4H+ + 4e- → 2H2O の反応が進むことによって作動
する。このように低温で作動する（常温型の）固体高分
子型燃料電池は、一般に出力密度が高く、装置の作製が
容易であり小型軽量化が図れるなどの特徴を有し、車載
用途や小規模コジェネレーションへの応用が期待されて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ナフィオン（登録商標）に代表されるフッ素樹脂系イオ
ン交換膜にはガスのクロスリークが大きいという本質的
な欠点があるため、膜厚を通常１００〜１８０μｍにす
る必要がある。膜が厚いほど、出力密度の増大と共に電
解質オーム損による発熱も大きくなるため、セルの温度
管理が難しくなり、エネルギーロスも大きくなるといっ
た問題が生じる。
ナフィオン（登録商標）に代表されるフッ素樹脂系イオ
ン交換膜にはガスのクロスリークが大きいという本質的
な欠点があるため、膜厚を通常１００〜１８０μｍにす
る必要がある。膜が厚いほど、出力密度の増大と共に電
解質オーム損による発熱も大きくなるため、セルの温度
管理が難しくなり、エネルギーロスも大きくなるといっ
た問題が生じる。
【０００４】また、フッ素樹脂系イオン交換膜の製造に
は多段階工程が必要であるため製造コストが非常に高い
という欠点がある。さらに、フッ素樹脂系イオン交換膜
は、膜中に水分が含まれていなければイオン導電体とし
て機能しないため、水蒸気による加湿（水分管理）を施
す必要がある。
は多段階工程が必要であるため製造コストが非常に高い
という欠点がある。さらに、フッ素樹脂系イオン交換膜
は、膜中に水分が含まれていなければイオン導電体とし
て機能しないため、水蒸気による加湿（水分管理）を施
す必要がある。
【０００５】本出願人は、上記の如き課題を解決するた
め、先の特願平６−２２１６０６号明細書において、リ
ン酸及び有機溶媒を含む電解質溶液を高分子多孔質膜の
空孔中に含浸してなる常温型燃料電池用薄膜電解質を開
示している。しかしながら、この薄膜電解質は、その高
分子多孔質膜自体の撥水性が高いため、電解質溶液の含
浸前に多孔質膜表面に界面活性剤を塗布する必要があっ
た。
め、先の特願平６−２２１６０６号明細書において、リ
ン酸及び有機溶媒を含む電解質溶液を高分子多孔質膜の
空孔中に含浸してなる常温型燃料電池用薄膜電解質を開
示している。しかしながら、この薄膜電解質は、その高
分子多孔質膜自体の撥水性が高いため、電解質溶液の含
浸前に多孔質膜表面に界面活性剤を塗布する必要があっ
た。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の如き課
題を解決するために、 （１）リン酸又は硫酸を含む電解質溶液を親水基を有す
る高分子多孔質膜の空孔中に含浸してなる常温型燃料電
池用薄膜電解質 を提供する。さらに、本発明は、 （２）（１）項記載の薄膜電解質を用いた常温型燃料電
池 をも提供する。
題を解決するために、 （１）リン酸又は硫酸を含む電解質溶液を親水基を有す
る高分子多孔質膜の空孔中に含浸してなる常温型燃料電
池用薄膜電解質 を提供する。さらに、本発明は、 （２）（１）項記載の薄膜電解質を用いた常温型燃料電
池 をも提供する。
【０００７】本発明の好ましい実施態様を以下に項分け
して列挙する。 （３）親水基がカルボキシル基、水酸基及びエポキシ基
から成る群より選ばれた少なくとも１種であることを特
徴とする（１）項記載の常温型燃料電池用薄膜電解質。 （４）親水基がグラフト処理によって高分子多孔質膜に
導入されたことを特徴とする（１）項又は（３）項記載
の常温型燃料電池用薄膜電解質。
して列挙する。 （３）親水基がカルボキシル基、水酸基及びエポキシ基
から成る群より選ばれた少なくとも１種であることを特
徴とする（１）項記載の常温型燃料電池用薄膜電解質。 （４）親水基がグラフト処理によって高分子多孔質膜に
導入されたことを特徴とする（１）項又は（３）項記載
の常温型燃料電池用薄膜電解質。
【０００８】（５）多孔質膜の膜厚が０．１μｍ〜５０
μｍ、空孔率が４０％〜９０％、破断強度が２００ｋｇ
／ｃｍ2 以上及び平均貫通孔径が０．００１μｍ〜０．
７μｍであることを特徴とする（１）項、（３）項又は
（４）項記載の常温型燃料電池用薄膜電解質。
μｍ、空孔率が４０％〜９０％、破断強度が２００ｋｇ
／ｃｍ2 以上及び平均貫通孔径が０．００１μｍ〜０．
７μｍであることを特徴とする（１）項、（３）項又は
（４）項記載の常温型燃料電池用薄膜電解質。
【０００９】（６）有機溶媒が、芳香族エーテル、芳香
族アルコール、脂肪族エーテル及び脂肪族アルコール並
びにこれらの２種以上を組み合わせた混合物の中から選
ばれることを特徴とする、（１）項及び（３）〜（５）
項のいずれか一項に記載の常温型燃料電池用薄膜電解
質。 （７）有機溶媒が、ベンゾニトリル、シアン化ベンジ
ル、１−フェニル−１−シクロプロパンカルボニトリ
ル、ＤＬ−２−フェニルブチロニトリル、４−フェニル
ブチロニトリル、２，２−ジフェニルプロピオニトリ
ル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、ポリプ
ロピレングリコールジメチルエーテル、２−フェニルエ
タノール及び２−フェノキシエタノール並びにこれらの
２種以上を組み合わせた混合物の中から選ばれることを
特徴とする、（６）項記載の常温型燃料電池用薄膜電解
質。
族アルコール、脂肪族エーテル及び脂肪族アルコール並
びにこれらの２種以上を組み合わせた混合物の中から選
ばれることを特徴とする、（１）項及び（３）〜（５）
項のいずれか一項に記載の常温型燃料電池用薄膜電解
質。 （７）有機溶媒が、ベンゾニトリル、シアン化ベンジ
ル、１−フェニル−１−シクロプロパンカルボニトリ
ル、ＤＬ−２−フェニルブチロニトリル、４−フェニル
ブチロニトリル、２，２−ジフェニルプロピオニトリ
ル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、ポリプ
ロピレングリコールジメチルエーテル、２−フェニルエ
タノール及び２−フェノキシエタノール並びにこれらの
２種以上を組み合わせた混合物の中から選ばれることを
特徴とする、（６）項記載の常温型燃料電池用薄膜電解
質。
【００１０】（８）リン酸又は硫酸と任意に含まれる有
機溶媒との合計重量に対する有機溶媒の重量が０〜３０
重量％、好ましくは５〜３０重量％であることを特徴と
する、（１）項及び（３）〜（７）項のいずれか一項に
記載の常温型燃料電池用薄膜電解質。 （９）（３）〜（８）項のいずれか一項に記載の薄膜電
解質を用いた常温型燃料電池。
機溶媒との合計重量に対する有機溶媒の重量が０〜３０
重量％、好ましくは５〜３０重量％であることを特徴と
する、（１）項及び（３）〜（７）項のいずれか一項に
記載の常温型燃料電池用薄膜電解質。 （９）（３）〜（８）項のいずれか一項に記載の薄膜電
解質を用いた常温型燃料電池。
【００１１】上記のような構成をとることにより、本発
明の薄膜電解質は、電解質溶液の含浸前に高分子多孔質
膜表面に界面活性剤を塗布しなくても製作することがで
き、その結果、これを常温型燃料電池の電解質として使
用した場合に、従来のフッ素樹脂系イオン交換膜にまつ
わる上記の欠点が克服された上、それを上回る高い出力
密度が達成された。
明の薄膜電解質は、電解質溶液の含浸前に高分子多孔質
膜表面に界面活性剤を塗布しなくても製作することがで
き、その結果、これを常温型燃料電池の電解質として使
用した場合に、従来のフッ素樹脂系イオン交換膜にまつ
わる上記の欠点が克服された上、それを上回る高い出力
密度が達成された。
【００１２】本発明の薄膜電解質に用いられる親水基を
有する多孔質膜には、膜厚０．１μｍ〜５０μｍ、空孔
率４０％〜９０％、破断強度２００ｋｇ／ｃｍ2 以上及
び平均貫通孔径０．００１μｍ〜０．７μｍを示すもの
が好ましく用いられる。
有する多孔質膜には、膜厚０．１μｍ〜５０μｍ、空孔
率４０％〜９０％、破断強度２００ｋｇ／ｃｍ2 以上及
び平均貫通孔径０．００１μｍ〜０．７μｍを示すもの
が好ましく用いられる。
【００１３】本発明による多孔質膜の厚さは一般に０．
１μｍ〜５０μｍであり、好ましくは１μｍ〜２５μｍ
である。厚さが０．１μｍ未満では支持体としての機械
的強度の低下及び取扱性の面から実用に供することが難
しい。一方、５０μｍを越える場合には実効抵抗を抑え
るという観点から好ましくない。
１μｍ〜５０μｍであり、好ましくは１μｍ〜２５μｍ
である。厚さが０．１μｍ未満では支持体としての機械
的強度の低下及び取扱性の面から実用に供することが難
しい。一方、５０μｍを越える場合には実効抵抗を抑え
るという観点から好ましくない。
【００１４】本発明による多孔質膜の空孔率は４０％〜
９０％とするのがよく、好ましくは６０％〜９０％の範
囲である。空孔率が４０％未満では薄膜電解質としての
イオン導電性が不十分となり、一方９０％を越えると支
持体としての機械的強度が小さくなり実用に供すること
が難しい。
９０％とするのがよく、好ましくは６０％〜９０％の範
囲である。空孔率が４０％未満では薄膜電解質としての
イオン導電性が不十分となり、一方９０％を越えると支
持体としての機械的強度が小さくなり実用に供すること
が難しい。
【００１５】多孔質膜の平均貫通孔径は、空孔中に電解
質溶液を固定化できればよいが、一般に０．００１μｍ
〜０．７μｍである。好ましい平均貫通孔径は多孔質膜
の材質や孔の形状にもよる。親水基を有する多孔質膜の
破断強度は一般に２００ｋｇ／ｃｍ2 以上、より好まし
くは５００ｋｇ／ｃｍ2 以上を有することにより支持体
としての実用化に好適である。本発明に用いる多孔質膜
は特開昭６０−２４２０３５号公報等に記載されている
方法により製造することができるが、特に超高分子量成
分を含む高分子を有機溶媒に加熱溶解し、この溶液をダ
イから押出して冷却することによりゲル状物を成形す
る。このゲル状成形物を延伸、溶媒除去し多孔質膜を得
ることができる。
質溶液を固定化できればよいが、一般に０．００１μｍ
〜０．７μｍである。好ましい平均貫通孔径は多孔質膜
の材質や孔の形状にもよる。親水基を有する多孔質膜の
破断強度は一般に２００ｋｇ／ｃｍ2 以上、より好まし
くは５００ｋｇ／ｃｍ2 以上を有することにより支持体
としての実用化に好適である。本発明に用いる多孔質膜
は特開昭６０−２４２０３５号公報等に記載されている
方法により製造することができるが、特に超高分子量成
分を含む高分子を有機溶媒に加熱溶解し、この溶液をダ
イから押出して冷却することによりゲル状物を成形す
る。このゲル状成形物を延伸、溶媒除去し多孔質膜を得
ることができる。
【００１６】本発明に用いる親水基を有する多孔質膜
は、電解質溶液の支持体としての機能を持ち、機械的強
度の優れた高分子材料を含む。化学的・電気化学的安定
性の観点から、例えば、ポリオレフィン、ポリテトラフ
ルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンを用いることが
できるが、本発明の多孔構造の設計や薄膜化と機械的強
度の両立の容易さの観点から好適な高分子材料の一例
は、特に重量平均分子量が５×１０5 以上のポリオレフ
ィンである。その他好適な高分子材料の例として、ポリ
カーボネート、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポ
リアセタール、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオ
ロエチレン、等が挙げられる。
は、電解質溶液の支持体としての機能を持ち、機械的強
度の優れた高分子材料を含む。化学的・電気化学的安定
性の観点から、例えば、ポリオレフィン、ポリテトラフ
ルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンを用いることが
できるが、本発明の多孔構造の設計や薄膜化と機械的強
度の両立の容易さの観点から好適な高分子材料の一例
は、特に重量平均分子量が５×１０5 以上のポリオレフ
ィンである。その他好適な高分子材料の例として、ポリ
カーボネート、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポ
リアセタール、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオ
ロエチレン、等が挙げられる。
【００１７】本発明に用いられる多孔質膜は親水基を有
する。この親水基はカルボキシル基、水酸基及びエポキ
シ基の中から選ばれることが好ましい。親水基の導入方
法には、多孔質膜の製膜前として、上記のような高分
子材料の重合時又は重合後に、親水基を付与できるモノ
マー（以降、親水性付与モノマーと称する）又はそのオ
リゴマーを共重合させる方法、及び該高分子材料に親
水性付与モノマーの重合体又は共重合体をブレンドする
方法が挙げられ、また多孔質膜の製膜後として、多孔
質膜に親水性付与モノマー又はそのオリゴマーをグラフ
ト化する方法、が挙げられる。
する。この親水基はカルボキシル基、水酸基及びエポキ
シ基の中から選ばれることが好ましい。親水基の導入方
法には、多孔質膜の製膜前として、上記のような高分
子材料の重合時又は重合後に、親水基を付与できるモノ
マー（以降、親水性付与モノマーと称する）又はそのオ
リゴマーを共重合させる方法、及び該高分子材料に親
水性付与モノマーの重合体又は共重合体をブレンドする
方法が挙げられ、また多孔質膜の製膜後として、多孔
質膜に親水性付与モノマー又はそのオリゴマーをグラフ
ト化する方法、が挙げられる。
【００１８】親水性付与モノマーの好ましい例として、
アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、等の不飽
和カルボン酸もしくはその誘導体、又はグリシジルアク
リレート、グリシジルメタクリレート、下式：
アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、等の不飽
和カルボン酸もしくはその誘導体、又はグリシジルアク
リレート、グリシジルメタクリレート、下式：
【００１９】
【化１】
【００２０】で示されるグリシジル化合物（ＡＸＥ）、
等の不飽和グリシジル化合物、が挙げられる。しかしな
がら、これらに限定されるわけではない。
等の不飽和グリシジル化合物、が挙げられる。しかしな
がら、これらに限定されるわけではない。
【００２１】高分子材料の重合時に親水性付与モノマー
等を共重合させる方法で得られる共重合体は、グラフト
共重合体、ランダム共重合体、ブロック共重合体のいず
れであってもよい。本発明において好ましい共重合体の
例として、エチレン／アクリル酸系ランダム共重合体及
びエチレン／グリシジルメタクリレート系ランダム共重
合体が挙げられる。これらの共重合体は、溶融ラジカル
重合法をはじめとする重合技術分野において周知の方法
により当業者であれば容易に製造することができる。
等を共重合させる方法で得られる共重合体は、グラフト
共重合体、ランダム共重合体、ブロック共重合体のいず
れであってもよい。本発明において好ましい共重合体の
例として、エチレン／アクリル酸系ランダム共重合体及
びエチレン／グリシジルメタクリレート系ランダム共重
合体が挙げられる。これらの共重合体は、溶融ラジカル
重合法をはじめとする重合技術分野において周知の方法
により当業者であれば容易に製造することができる。
【００２２】多孔質膜の製膜前に親水基を導入する好ま
しい方法として、上記のような高分子材料の重合後に親
水性付与モノマーを溶融混練法または溶液法でグラフト
化する方法が挙げられる。溶融混練法では、高分子材料
と親水性付与モノマー、及び必要に応じて触媒を用い、
これら成分を押出機や二軸混練機等に投入し、１５０〜
３００℃程度の温度に加熱して溶融しながら０．１〜２
０分程度混練する。また、溶液法の場合には、キシレン
等の有機溶剤に高分子材料と親水性付与モノマーを溶解
し、９０〜２００℃程度の温度で０．１〜１００時間攪
拌する。本発明において好ましいグラフト共重合体の例
として、アクリル酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸
変性ポリエチレン及びＡＸＥ変性ポリエチレンが挙げら
れる。
しい方法として、上記のような高分子材料の重合後に親
水性付与モノマーを溶融混練法または溶液法でグラフト
化する方法が挙げられる。溶融混練法では、高分子材料
と親水性付与モノマー、及び必要に応じて触媒を用い、
これら成分を押出機や二軸混練機等に投入し、１５０〜
３００℃程度の温度に加熱して溶融しながら０．１〜２
０分程度混練する。また、溶液法の場合には、キシレン
等の有機溶剤に高分子材料と親水性付与モノマーを溶解
し、９０〜２００℃程度の温度で０．１〜１００時間攪
拌する。本発明において好ましいグラフト共重合体の例
として、アクリル酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸
変性ポリエチレン及びＡＸＥ変性ポリエチレンが挙げら
れる。
【００２３】本発明の多孔質膜には、高分子材料に親水
性付与モノマーの重合体又は共重合体をブレンドする方
法によっても親水基を導入することができる。ブレンド
は、一般的な従来公知の溶融混練法によって達成するこ
とができる。すなわち、高分子材料、親水性付与モノマ
ーの重合体又は共重合体及び必要に応じて相溶化剤等の
添加剤を同時に或いは適当な順序でバッチ式混練機や、
バンバリーミキサー、ブラベンダー、混練ロール、一軸
押出機、二軸押出機等の混練機に投入して適当な温度で
混練する。このようなポリマーブレンド法における各種
工程変数は、使用する材料や混練機などに依存するが、
当業者であれば容易に設定することができる。
性付与モノマーの重合体又は共重合体をブレンドする方
法によっても親水基を導入することができる。ブレンド
は、一般的な従来公知の溶融混練法によって達成するこ
とができる。すなわち、高分子材料、親水性付与モノマ
ーの重合体又は共重合体及び必要に応じて相溶化剤等の
添加剤を同時に或いは適当な順序でバッチ式混練機や、
バンバリーミキサー、ブラベンダー、混練ロール、一軸
押出機、二軸押出機等の混練機に投入して適当な温度で
混練する。このようなポリマーブレンド法における各種
工程変数は、使用する材料や混練機などに依存するが、
当業者であれば容易に設定することができる。
【００２４】上記のように高分子材料に親水基を導入し
た後、前述の多孔質膜製法により先に規定した膜厚、空
孔率、破断強度及び平均貫通孔径を示す多孔質膜を作製
する。このように親水基を導入してから製膜する場合に
は、これらの親水性付与モノマーを膜に対して５〜３０
重量％、好ましくは１０〜１５重量％導入する。親水性
付与モノマーが５重量％以下では多孔質膜に十分な濡れ
性を付与することができず、反対に、３０重量％以上で
は多孔質膜の化学的・物理的・電気化学的安定性が劣化
する。
た後、前述の多孔質膜製法により先に規定した膜厚、空
孔率、破断強度及び平均貫通孔径を示す多孔質膜を作製
する。このように親水基を導入してから製膜する場合に
は、これらの親水性付与モノマーを膜に対して５〜３０
重量％、好ましくは１０〜１５重量％導入する。親水性
付与モノマーが５重量％以下では多孔質膜に十分な濡れ
性を付与することができず、反対に、３０重量％以上で
は多孔質膜の化学的・物理的・電気化学的安定性が劣化
する。
【００２５】先にも述べたように、親水基の導入は、上
記のような高分子材料の多孔質膜を作製した後に、適当
な表面改質法によって行うこともできる。有用な表面改
質法は、多孔質膜に電離放射線、プラズマを照射してか
ら上記のような親水性付与モノマー又はそのオリゴマー
を反応させてグラフト化する方法（以降、グラフト処理
と称する）である。製膜後の表面改質法は、多孔質膜の
濡れ性に寄与する膜表面（ここでいう表面とは、主に多
孔質膜の空孔における界面をいう）に親水基をより多く
導入できるため、上記の製膜前に導入する場合に比べ親
水性付与モノマーの導入量を少なくして膜強度を低下さ
せない点で好ましい。本発明において特に好ましい表面
改質法は、多孔質膜をアクリル酸でグラフト処理する方
法である。本発明で用いる多孔質膜のグラフト化方法と
して電離放射線を照射する方法が好ましく用いられる。
電離放射線としてはα線、β線（電子線）、γ線等を用
いることができるが特に電子線が好ましい。電子線によ
るグラフト重合は、基材に予め電離放射線を照射し、活
性点を生成させた後、モノマーを接触させる前照射法、
および基材とモノマーとを接触共存下で電離放射線を照
射する同時照射法があるが、本発明ではいずれの方法を
も用いることができる。照射は、加速電圧１５０〜５，
０００ｋｅＶ、好ましくは２００〜５００ｋｅＶで、空
気雰囲気下または不活性ガス（窒素、アルゴン等）雰囲
気下にて行なわれる。照射線量としては、５〜５００ｋ
Ｇｙ、好ましくは５〜１００ｋＧｙ程度が適当である。
５ｋＧｙ未満ではグラフトが十分に行なわれず、５００
ｋＧｙを超えると基材の劣化が著しくなるので好ましく
ない。前照射法および同時照射法のいずれにおいても、
基材とモノマーとの接触はモノマー液に基材を浸漬して
直接処理する方法、モノマーを溶媒に溶かした溶液に基
材を浸漬する方法、あるいは気化させたモノマーで基材
を直接処理する方法により行なうことができる。いずれ
の方法においても、モノマー溶液を不活性ガス（窒素、
アルゴン等）によりバブリングさせた状態でモノマーに
接触させるのが好ましい。本発明において好ましく用い
られるアクリル酸モノマー溶液は以下のようにして調製
される。なお、溶媒としては水の他、アルコール類や二
塩化エチレン等の有機溶媒が使用できる。すなわち、溶
媒として蒸留水を用い、これに所定量のモール塩を添加
し溶解させた後、アクリル酸を加え溶解させる。酸性の
環境下で添加することにより沈澱物の発生および事前重
合が抑制される。アクリル酸モノマー水溶液の濃度は
０．１〜１０ｍｏｌ／ｌが好ましい。０．１ｍｏｌ／ｌ
未満であるとグラフト反応が十分に行なわれず、１０ｍ
ｏｌ／ｌを超えるとホモポリマーが多量に生成されるた
め反応効率が低下する。モノマー濃度を調節することに
よりグラフト率を調整することができる。
記のような高分子材料の多孔質膜を作製した後に、適当
な表面改質法によって行うこともできる。有用な表面改
質法は、多孔質膜に電離放射線、プラズマを照射してか
ら上記のような親水性付与モノマー又はそのオリゴマー
を反応させてグラフト化する方法（以降、グラフト処理
と称する）である。製膜後の表面改質法は、多孔質膜の
濡れ性に寄与する膜表面（ここでいう表面とは、主に多
孔質膜の空孔における界面をいう）に親水基をより多く
導入できるため、上記の製膜前に導入する場合に比べ親
水性付与モノマーの導入量を少なくして膜強度を低下さ
せない点で好ましい。本発明において特に好ましい表面
改質法は、多孔質膜をアクリル酸でグラフト処理する方
法である。本発明で用いる多孔質膜のグラフト化方法と
して電離放射線を照射する方法が好ましく用いられる。
電離放射線としてはα線、β線（電子線）、γ線等を用
いることができるが特に電子線が好ましい。電子線によ
るグラフト重合は、基材に予め電離放射線を照射し、活
性点を生成させた後、モノマーを接触させる前照射法、
および基材とモノマーとを接触共存下で電離放射線を照
射する同時照射法があるが、本発明ではいずれの方法を
も用いることができる。照射は、加速電圧１５０〜５，
０００ｋｅＶ、好ましくは２００〜５００ｋｅＶで、空
気雰囲気下または不活性ガス（窒素、アルゴン等）雰囲
気下にて行なわれる。照射線量としては、５〜５００ｋ
Ｇｙ、好ましくは５〜１００ｋＧｙ程度が適当である。
５ｋＧｙ未満ではグラフトが十分に行なわれず、５００
ｋＧｙを超えると基材の劣化が著しくなるので好ましく
ない。前照射法および同時照射法のいずれにおいても、
基材とモノマーとの接触はモノマー液に基材を浸漬して
直接処理する方法、モノマーを溶媒に溶かした溶液に基
材を浸漬する方法、あるいは気化させたモノマーで基材
を直接処理する方法により行なうことができる。いずれ
の方法においても、モノマー溶液を不活性ガス（窒素、
アルゴン等）によりバブリングさせた状態でモノマーに
接触させるのが好ましい。本発明において好ましく用い
られるアクリル酸モノマー溶液は以下のようにして調製
される。なお、溶媒としては水の他、アルコール類や二
塩化エチレン等の有機溶媒が使用できる。すなわち、溶
媒として蒸留水を用い、これに所定量のモール塩を添加
し溶解させた後、アクリル酸を加え溶解させる。酸性の
環境下で添加することにより沈澱物の発生および事前重
合が抑制される。アクリル酸モノマー水溶液の濃度は
０．１〜１０ｍｏｌ／ｌが好ましい。０．１ｍｏｌ／ｌ
未満であるとグラフト反応が十分に行なわれず、１０ｍ
ｏｌ／ｌを超えるとホモポリマーが多量に生成されるた
め反応効率が低下する。モノマー濃度を調節することに
よりグラフト率を調整することができる。
【００２６】グラフト化反応は、浸漬法による場合は、
１０〜６０℃で５〜６０分間程度、気化モノマーとの接
触による場合は、２０〜６０℃で反応モノマーの蒸気圧
下で１〜６０分間程度かけて行なうことが好ましい。い
ずれも下限値未満であると、グラフト化が不十分であ
り、上限値を超えるとエネルギーコストが過大となった
り作業効率が悪くなる等の問題を生じる。グラフト率は
３〜４０重量％程度が好ましい。３重量％未満であると
十分に機能が発揮されず、４０重量％を超えると本発明
の性能の向上は認められずエネルギーコストが過大とな
る。
１０〜６０℃で５〜６０分間程度、気化モノマーとの接
触による場合は、２０〜６０℃で反応モノマーの蒸気圧
下で１〜６０分間程度かけて行なうことが好ましい。い
ずれも下限値未満であると、グラフト化が不十分であ
り、上限値を超えるとエネルギーコストが過大となった
り作業効率が悪くなる等の問題を生じる。グラフト率は
３〜４０重量％程度が好ましい。３重量％未満であると
十分に機能が発揮されず、４０重量％を超えると本発明
の性能の向上は認められずエネルギーコストが過大とな
る。
【００２７】このように多孔質膜の製膜後に親水基を導
入する場合には、親水性付与モノマーを膜に対して２重
量％以上導入する。親水性付与モノマーが２重量％未満
では表面改質の効果が少なく、多孔質膜に十分な濡れ性
を付与することができない。親水性付与モノマーの導入
量の上限は特に限定されず、導入後に電解質溶液を充填
するための十分な空孔が多孔質膜に残ればよい。この導
入後の空孔率は電解質膜としての特性上４０％以上であ
ることが好ましい。親水性付与モノマーの導入量は、通
常、膜に対して２〜１６重量％とするのが好ましい。
入する場合には、親水性付与モノマーを膜に対して２重
量％以上導入する。親水性付与モノマーが２重量％未満
では表面改質の効果が少なく、多孔質膜に十分な濡れ性
を付与することができない。親水性付与モノマーの導入
量の上限は特に限定されず、導入後に電解質溶液を充填
するための十分な空孔が多孔質膜に残ればよい。この導
入後の空孔率は電解質膜としての特性上４０％以上であ
ることが好ましい。親水性付与モノマーの導入量は、通
常、膜に対して２〜１６重量％とするのが好ましい。
【００２８】本発明の薄膜電解質用の電解質溶液にはリ
ン酸又は硫酸を用いる。リン酸又は硫酸を用いることに
より常温型燃料電池が可能にされる。リン酸又は硫酸が
水分を多量に含むと電解質溶液のイオン伝導度が低下す
るため水分はできるだけ少ないことが望ましいが、一般
に市販されている８５％リン酸水溶液又は９８％硫酸水
溶液を使用することができる。しかしながら、より多く
の水分が含まれる場合を排除するわけではない。
ン酸又は硫酸を用いる。リン酸又は硫酸を用いることに
より常温型燃料電池が可能にされる。リン酸又は硫酸が
水分を多量に含むと電解質溶液のイオン伝導度が低下す
るため水分はできるだけ少ないことが望ましいが、一般
に市販されている８５％リン酸水溶液又は９８％硫酸水
溶液を使用することができる。しかしながら、より多く
の水分が含まれる場合を排除するわけではない。
【００２９】電解質溶液の任意成分として用いられる有
機溶媒は、リン酸又は硫酸を高分子多孔質膜の空孔中に
含浸させるために有効であり、リン酸又は硫酸（水溶
液）と相溶性があり且つ高分子多孔質膜に対して濡れ性
があるものから選択される。また本発明による常温型燃
料電池の作動温度（約８０〜１５０℃）において低い蒸
気圧を示すものがよい。
機溶媒は、リン酸又は硫酸を高分子多孔質膜の空孔中に
含浸させるために有効であり、リン酸又は硫酸（水溶
液）と相溶性があり且つ高分子多孔質膜に対して濡れ性
があるものから選択される。また本発明による常温型燃
料電池の作動温度（約８０〜１５０℃）において低い蒸
気圧を示すものがよい。
【００３０】使用可能な有機溶媒の例として、芳香族エ
ーテル、芳香族アルコール、脂肪族エーテル及び脂肪族
アルコール、とりわけベンゾニトリル、シアン化ベンジ
ル、１−フェニル−１−シクロプロパンカルボニトリ
ル、ＤＬ−２−フェニルブチロニトリル、４−フェニル
ブチロニトリル、２，２−ジフェニルプロピオニトリ
ル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、ポリプ
ロピレングリコールジメチルエーテル、２−フェニルエ
タノール及び２−フェノキシエタノール並びにこれらの
２種以上を組み合わせた混合物、等が挙げられるが、こ
れらに限定はされない。有機溶媒の沸点は約２００℃以
上であることが好ましい。
ーテル、芳香族アルコール、脂肪族エーテル及び脂肪族
アルコール、とりわけベンゾニトリル、シアン化ベンジ
ル、１−フェニル−１−シクロプロパンカルボニトリ
ル、ＤＬ−２−フェニルブチロニトリル、４−フェニル
ブチロニトリル、２，２−ジフェニルプロピオニトリ
ル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、ポリプ
ロピレングリコールジメチルエーテル、２−フェニルエ
タノール及び２−フェノキシエタノール並びにこれらの
２種以上を組み合わせた混合物、等が挙げられるが、こ
れらに限定はされない。有機溶媒の沸点は約２００℃以
上であることが好ましい。
【００３１】電解質溶液における有機溶媒の好適な比率
は、グラフト処理後の多孔質膜の表面物性（濡れ性）に
よるが、リン酸又は硫酸（水溶液としての水分を含む）
と有機溶媒との合計重量に対して約５０重量％以下、好
ましくは３０重量％以下、より好ましくは５〜３０重量
％、場合により１０〜３０重量％である。有機溶媒が少
ないとリン酸又は硫酸を高分子多孔質膜の空孔中に含浸
させることが困難である。一方、有機溶媒が多過ぎると
薄膜電解質のイオン導電性が低下する。
は、グラフト処理後の多孔質膜の表面物性（濡れ性）に
よるが、リン酸又は硫酸（水溶液としての水分を含む）
と有機溶媒との合計重量に対して約５０重量％以下、好
ましくは３０重量％以下、より好ましくは５〜３０重量
％、場合により１０〜３０重量％である。有機溶媒が少
ないとリン酸又は硫酸を高分子多孔質膜の空孔中に含浸
させることが困難である。一方、有機溶媒が多過ぎると
薄膜電解質のイオン導電性が低下する。
【００３２】本発明の薄膜電解質は、上記のような親水
基を有する高分子多孔質膜にリン酸又は硫酸及び有機溶
媒を含む電解質溶液を含浸させることによって製造され
る。高分子多孔質膜の空孔中に電解質溶液を含浸させる
方法については、本出願人が特開平１−１５８０５１号
公報及び同２−２９１６０７号公報等に既に開示してい
るので、詳しくはこれらを参照されたい。電解質溶液の
表面張力が高い場合には、必要に応じて多孔質膜を１０
4 パスカル以下に真空引きすることによって溶液を含浸
させてもよい。グラフト処理後の多孔質膜の表面物性に
よるが、一般に表面張力が７０ダイン／ｃｍ以上の電解
質溶液の場合には真空引きした方が含浸させ易い。
基を有する高分子多孔質膜にリン酸又は硫酸及び有機溶
媒を含む電解質溶液を含浸させることによって製造され
る。高分子多孔質膜の空孔中に電解質溶液を含浸させる
方法については、本出願人が特開平１−１５８０５１号
公報及び同２−２９１６０７号公報等に既に開示してい
るので、詳しくはこれらを参照されたい。電解質溶液の
表面張力が高い場合には、必要に応じて多孔質膜を１０
4 パスカル以下に真空引きすることによって溶液を含浸
させてもよい。グラフト処理後の多孔質膜の表面物性に
よるが、一般に表面張力が７０ダイン／ｃｍ以上の電解
質溶液の場合には真空引きした方が含浸させ易い。
【００３３】本発明の薄膜電解質は、全体として固体と
して取り扱うことができ、液漏れの心配がなく、しかも
含浸した電解質溶液を用いるのでイオン導電性に優れ、
また薄膜化が可能である、等の特徴を有する。
して取り扱うことができ、液漏れの心配がなく、しかも
含浸した電解質溶液を用いるのでイオン導電性に優れ、
また薄膜化が可能である、等の特徴を有する。
【００３４】本発明は、上記の薄膜電解質を用いた常温
型燃料電池をも提供する。電解質以外の電極やその他の
構造は、フッ素樹脂系イオン交換膜を電解質に用いた従
来の常温型燃料電池において知られているものを採用す
ることができる。本発明による常温型燃料電池は約８０
℃〜１５０℃の温度で好適に作動する。作動温度が約８
０℃より低いと電解質としてのイオン導電性が低くなり
実用に供することが難しく、一方、約１５０℃より高い
と、リン酸又は硫酸の酸度が上がり膜が腐食される。好
ましい作動温度範囲は約８０℃〜１００℃である。
型燃料電池をも提供する。電解質以外の電極やその他の
構造は、フッ素樹脂系イオン交換膜を電解質に用いた従
来の常温型燃料電池において知られているものを採用す
ることができる。本発明による常温型燃料電池は約８０
℃〜１５０℃の温度で好適に作動する。作動温度が約８
０℃より低いと電解質としてのイオン導電性が低くなり
実用に供することが難しく、一方、約１５０℃より高い
と、リン酸又は硫酸の酸度が上がり膜が腐食される。好
ましい作動温度範囲は約８０℃〜１００℃である。
【００３５】図１〜図３を参照して、本発明の常温型燃
料電池本体の典型的な構成例を説明する。
料電池本体の典型的な構成例を説明する。
【００３６】図１に、本発明の薄膜電解質に用いられる
多孔質膜１の一例を模式的に示す。多孔質膜１は一般に
二軸延伸法で作製され、内部に空孔２を有する。図１で
は、空孔２を模式的に示したが、実際には、空孔２が規
則的な配置や形状を取る必要はない。
多孔質膜１の一例を模式的に示す。多孔質膜１は一般に
二軸延伸法で作製され、内部に空孔２を有する。図１で
は、空孔２を模式的に示したが、実際には、空孔２が規
則的な配置や形状を取る必要はない。
【００３７】図２に、図１の如き多孔質膜１の空孔２に
電解質溶液４を含浸させて作製した薄膜電解質３の一例
を模式的に示す。電解質溶液４は空孔２の内部に固定さ
れるので、薄膜電解質３は全体的に固体として取り扱う
ことができる。図２でも、空孔２の断面が規則的な配置
や形状を取る必要はない。
電解質溶液４を含浸させて作製した薄膜電解質３の一例
を模式的に示す。電解質溶液４は空孔２の内部に固定さ
れるので、薄膜電解質３は全体的に固体として取り扱う
ことができる。図２でも、空孔２の断面が規則的な配置
や形状を取る必要はない。
【００３８】図３は、図２の如き薄膜電解質３を用いた
常温型燃料電池本体の一例を示すものである。電解質溶
液を含浸させた１層以上の高分子多孔質膜からなる薄膜
電解質３を一対の電極５の間に挟持し、その両側に、テ
フロン製ガスケット７で囲まれている集電材６を配置す
る。この集成体を、水素供給口１０及び水素排ガス口１
１を有する封止部材１５と、酸素供給口１２及び酸素排
ガス口１３を有する封止部材１６との間に封入する。封
入部材１５、１６の内側には、集電材６を支持するため
の支持部材１４が設けられている。集電材６には、例え
ば白金を被覆したチタン基材が用いられる。封入部材１
５、１６には、例えばステンレスが用いられる。電極間
の起電力によって得られる電流を取り出すため、封入部
材１５にはアノード端子８（水素供給側）が、また封入
部材１６にはカソード端子９（酸素供給側）がそれぞれ
設けられている。
常温型燃料電池本体の一例を示すものである。電解質溶
液を含浸させた１層以上の高分子多孔質膜からなる薄膜
電解質３を一対の電極５の間に挟持し、その両側に、テ
フロン製ガスケット７で囲まれている集電材６を配置す
る。この集成体を、水素供給口１０及び水素排ガス口１
１を有する封止部材１５と、酸素供給口１２及び酸素排
ガス口１３を有する封止部材１６との間に封入する。封
入部材１５、１６の内側には、集電材６を支持するため
の支持部材１４が設けられている。集電材６には、例え
ば白金を被覆したチタン基材が用いられる。封入部材１
５、１６には、例えばステンレスが用いられる。電極間
の起電力によって得られる電流を取り出すため、封入部
材１５にはアノード端子８（水素供給側）が、また封入
部材１６にはカソード端子９（酸素供給側）がそれぞれ
設けられている。
【００３９】図３の如き燃料電池本体を、これを作動温
度（８０℃〜１５０℃）に保つための恒温槽（図示な
し）の中に配置し、水素供給口１０に水素燃料を、そし
て酸素供給口１２に酸素を供給すると、前記の H2 → 2
H + + 2e- （アノード側）及びO2+ 4H+ + 4e- → 2H2O
（カソード側）の反応が起こり、その際アノード端子
８、カソード端子９間に起電力が発生する。
度（８０℃〜１５０℃）に保つための恒温槽（図示な
し）の中に配置し、水素供給口１０に水素燃料を、そし
て酸素供給口１２に酸素を供給すると、前記の H2 → 2
H + + 2e- （アノード側）及びO2+ 4H+ + 4e- → 2H2O
（カソード側）の反応が起こり、その際アノード端子
８、カソード端子９間に起電力が発生する。
【００４０】
【実施例】重量平均分子量２×１０6 、膜厚２５μｍ、
空孔率４１％、平均貫通孔径０．０２μｍのポリエチレ
ン微多孔膜（東燃化学（株）製）を空気中で加速電圧２
５０ｋｅＶ、照射線量２５０ｋＧｙで電子線を照射し、
反応温度４０℃で１０％アクリル酸水溶液に窒素バブリ
ング下に３０分間浸漬させた。その後蒸留水で洗浄、真
空乾燥を施し、アクリル酸グラフト率が１０％の親水化
膜を得た。グラフト処理後の多孔質膜に、ジプロピレン
グリコールジエチルエーテル１０重量％とリン酸（８５
％水溶液）９０重量％とを含む電解質溶液を含浸して薄
膜電解質を製作した。
空孔率４１％、平均貫通孔径０．０２μｍのポリエチレ
ン微多孔膜（東燃化学（株）製）を空気中で加速電圧２
５０ｋｅＶ、照射線量２５０ｋＧｙで電子線を照射し、
反応温度４０℃で１０％アクリル酸水溶液に窒素バブリ
ング下に３０分間浸漬させた。その後蒸留水で洗浄、真
空乾燥を施し、アクリル酸グラフト率が１０％の親水化
膜を得た。グラフト処理後の多孔質膜に、ジプロピレン
グリコールジエチルエーテル１０重量％とリン酸（８５
％水溶液）９０重量％とを含む電解質溶液を含浸して薄
膜電解質を製作した。
【００４１】この薄膜電解質を２枚重ね（電解質の全体
厚５０μｍ）、図３に示したような燃料電池本体を組み
立てた。燃料電池本体の電極５は、グラッシーカーボン
又はカーボンクロスからなる集電体に白金を０．３５ｍ
ｇ／ｃｍ2 担持させて製作した。
厚５０μｍ）、図３に示したような燃料電池本体を組み
立てた。燃料電池本体の電極５は、グラッシーカーボン
又はカーボンクロスからなる集電体に白金を０．３５ｍ
ｇ／ｃｍ2 担持させて製作した。
【００４２】この燃料電池本体にガス圧力１ｋｇ／ｃｍ
2 の酸素ガスを６０ｍｌ／分、水素ガスを６０ｍｌ／分
の流速で供給し、８０℃で発電させた。
2 の酸素ガスを６０ｍｌ／分、水素ガスを６０ｍｌ／分
の流速で供給し、８０℃で発電させた。
【００４３】その結果、出力密度０．４２Ｗ／ｃｍ2 が
得られた。なお、上記実施例の燃料電池本体において厚
さ２５μｍの薄膜電解質を１枚で使用して同様に発電さ
せた場合にも同等の出力密度が得られた。
得られた。なお、上記実施例の燃料電池本体において厚
さ２５μｍの薄膜電解質を１枚で使用して同様に発電さ
せた場合にも同等の出力密度が得られた。
【００４４】比較例として、薄膜電解質３を厚さ１２５
μｍのナフィオン（登録商標）膜に置き換えて８０℃の
飽和水蒸気による加湿を施したこと以外は実施例と同じ
条件の実験を行った。また、上記実施例の多孔質膜を用
いてグラフト処理を施すことなく界面活性処理した以外
は実施例と同じ条件の実験も行った。
μｍのナフィオン（登録商標）膜に置き換えて８０℃の
飽和水蒸気による加湿を施したこと以外は実施例と同じ
条件の実験を行った。また、上記実施例の多孔質膜を用
いてグラフト処理を施すことなく界面活性処理した以外
は実施例と同じ条件の実験も行った。
【００４５】本発明と比較例の燃料電池の発電性能を比
較したグラフを図４及び図５に示す。図４から明らかな
ように、本発明による薄膜電解質を用いた燃料電池は、
フッ素樹脂系イオン交換膜ナフィオン（登録商標）によ
る従来の燃料電池よりも有意に高い出力密度を示した。
また、図５から明らかなように、親水基を含まない多孔
質膜を用いた薄膜電解質による燃料電池と比較して、グ
ラフト処理で親水基を導入した多孔質膜を用いた薄膜電
解質による燃料電池は、その出力密度が約２倍に向上し
た。また、上記実施例と同様にして、但し、電解質溶液
としてジプロピレングリコールジエチルエーテル（ＥＰ
Ｈ）８重量％とリン酸（８５％水溶液９２重量％とを含
むものを含浸した実施例２、さらに、電解質溶液として
ジプロピレングリコールジエチルエーテルを含まず、リ
ン酸溶液（８５％水溶液）だけを含浸した実施例３を実
施した。そして、図４と同様に燃料電池の発電性能を評
価した。結果を図６に示す。
較したグラフを図４及び図５に示す。図４から明らかな
ように、本発明による薄膜電解質を用いた燃料電池は、
フッ素樹脂系イオン交換膜ナフィオン（登録商標）によ
る従来の燃料電池よりも有意に高い出力密度を示した。
また、図５から明らかなように、親水基を含まない多孔
質膜を用いた薄膜電解質による燃料電池と比較して、グ
ラフト処理で親水基を導入した多孔質膜を用いた薄膜電
解質による燃料電池は、その出力密度が約２倍に向上し
た。また、上記実施例と同様にして、但し、電解質溶液
としてジプロピレングリコールジエチルエーテル（ＥＰ
Ｈ）８重量％とリン酸（８５％水溶液９２重量％とを含
むものを含浸した実施例２、さらに、電解質溶液として
ジプロピレングリコールジエチルエーテルを含まず、リ
ン酸溶液（８５％水溶液）だけを含浸した実施例３を実
施した。そして、図４と同様に燃料電池の発電性能を評
価した。結果を図６に示す。
【００４６】
【発明の効果】本発明による常温型燃料電池用薄膜電解
質は、高分子多孔質膜に親水基を導入したことにより、
従来必要であった電解質溶液含浸時の界面活性剤の使用
が不要になる上、フッ素樹脂系イオン交換膜よりも高い
常温発電性能を示す。
質は、高分子多孔質膜に親水基を導入したことにより、
従来必要であった電解質溶液含浸時の界面活性剤の使用
が不要になる上、フッ素樹脂系イオン交換膜よりも高い
常温発電性能を示す。
【図１】本発明の薄膜電解質用多孔質膜を模式的に示す
斜視図である。
斜視図である。
【図２】本発明の薄膜電解質を模式的に示す縦断面図で
ある。
ある。
【図３】本発明の燃料電池本体の構成例を示す展開斜視
図である。
図である。
【図４】本発明と比較例の燃料電池の発電性能を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図５】本発明と比較例の燃料電池の発電性能を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図６】他の実施例の燃料電池の発電性能を示すグラフ
である。
である。
１…多孔質膜 ２…空孔 ３…薄膜電解質 ４…電解質溶液 ５…電極 ６…集電材 ７…ガスケット ８…アノード端子 ９…カソード端子 １０…水素供給口 １１…水素排ガス口 １２…酸素供給口 １３…酸素排ガス口 １４…支持部材 １５、１６…封止部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 開米 教充 埼玉県入間郡大井町西鶴ヶ岡１丁目３番１ 号 東燃株式会社総合研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 リン酸又は硫酸を含む電解質溶液を親水
基を有する高分子多孔質膜の空孔中に含浸してなる常温
型燃料電池用薄膜電解質。 - 【請求項２】 請求項１記載の薄膜電解質を用いた常温
型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7220390A JPH08180891A (ja) | 1994-10-27 | 1995-08-29 | 常温型燃料電池用薄膜電解質及び常温型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26391694 | 1994-10-27 | ||
| JP6-263916 | 1994-10-27 | ||
| JP7220390A JPH08180891A (ja) | 1994-10-27 | 1995-08-29 | 常温型燃料電池用薄膜電解質及び常温型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08180891A true JPH08180891A (ja) | 1996-07-12 |
Family
ID=26523692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7220390A Pending JPH08180891A (ja) | 1994-10-27 | 1995-08-29 | 常温型燃料電池用薄膜電解質及び常温型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08180891A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001229936A (ja) * | 2000-02-16 | 2001-08-24 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 電解質膜およびその製造方法 |
| US6667128B2 (en) * | 2000-06-01 | 2003-12-23 | Idatech, Llc | Fuel cells and fuel cell systems containing non-aqueous electrolytes |
| JP2004501492A (ja) * | 2000-05-08 | 2004-01-15 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
| WO2004079844A1 (ja) * | 2003-03-06 | 2004-09-16 | Toray Industries, Inc. | 高分子電解質材料、高分子電解質部品、膜電極複合体および高分子電解質型燃料電池 |
| KR100622722B1 (ko) * | 2004-12-21 | 2006-09-19 | 현대자동차주식회사 | 폴리이미드 계열의 다공성 고분자 전해질 조성물 및 이의 제조방법 |
| JP2008016287A (ja) * | 2006-07-05 | 2008-01-24 | Nissan Motor Co Ltd | イオン伝導性電解質膜、これを用いたエネルギーデバイス及び燃料電池セル |
| JP2009146900A (ja) * | 2007-12-17 | 2009-07-02 | Commiss Energ Atom | フラットアセンブリ及び簡易シールを備えた燃料電池 |
| US8137852B2 (en) | 2004-11-09 | 2012-03-20 | Ube Industries, Ltd. | Liquid electrolyte |
| US8455141B2 (en) | 2003-06-25 | 2013-06-04 | Toray Industries, Inc. | Polymer electrolyte as well as polymer electrolyte membrane, membrane electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell using the same |
| JP2013520779A (ja) * | 2010-02-26 | 2013-06-06 | ジョンソン、マッセイ、フュエル、セルズ、リミテッド | メンブラン |
-
1995
- 1995-08-29 JP JP7220390A patent/JPH08180891A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001229936A (ja) * | 2000-02-16 | 2001-08-24 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 電解質膜およびその製造方法 |
| JP2004501492A (ja) * | 2000-05-08 | 2004-01-15 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
| US6667128B2 (en) * | 2000-06-01 | 2003-12-23 | Idatech, Llc | Fuel cells and fuel cell systems containing non-aqueous electrolytes |
| US7258946B2 (en) | 2000-06-01 | 2007-08-21 | Idatech, Llc | Fuel cells and fuel cell systems containing non-aqueous electrolytes |
| WO2004079844A1 (ja) * | 2003-03-06 | 2004-09-16 | Toray Industries, Inc. | 高分子電解質材料、高分子電解質部品、膜電極複合体および高分子電解質型燃料電池 |
| US7713449B2 (en) | 2003-03-06 | 2010-05-11 | Toray Industries, Inc. | Polymer electrolytic material, polymer electrolytic part, membrane electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell |
| US8455141B2 (en) | 2003-06-25 | 2013-06-04 | Toray Industries, Inc. | Polymer electrolyte as well as polymer electrolyte membrane, membrane electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell using the same |
| US8137852B2 (en) | 2004-11-09 | 2012-03-20 | Ube Industries, Ltd. | Liquid electrolyte |
| KR100622722B1 (ko) * | 2004-12-21 | 2006-09-19 | 현대자동차주식회사 | 폴리이미드 계열의 다공성 고분자 전해질 조성물 및 이의 제조방법 |
| JP2008016287A (ja) * | 2006-07-05 | 2008-01-24 | Nissan Motor Co Ltd | イオン伝導性電解質膜、これを用いたエネルギーデバイス及び燃料電池セル |
| JP2009146900A (ja) * | 2007-12-17 | 2009-07-02 | Commiss Energ Atom | フラットアセンブリ及び簡易シールを備えた燃料電池 |
| JP2013520779A (ja) * | 2010-02-26 | 2013-06-06 | ジョンソン、マッセイ、フュエル、セルズ、リミテッド | メンブラン |
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