專利名稱：電解質(zhì)材料、液狀組合物及固體高分子型燃料電池用膜電極接合體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體高分子型燃料電池用電解質(zhì)材料、含該電解質(zhì)材料的液狀組合物及催化劑層中包含該電解質(zhì)材料的固體高分子型燃料電池用膜電極接合體。
背景技術(shù)：
作為固體高分子型燃料電池用膜電極接合體的催化劑層中包含的電解質(zhì)材料，一般已知下述聚合物(1)。(1)具備基于下式(m3)表示的化合物的重復(fù)單元和基于四氟乙烯(以下記為 TFE)的重復(fù)單元的聚合物的-SO2F基轉(zhuǎn)換為磺酸基(-SO3H基)而得的聚合物。CF2 = CF (OCF2CFZ) m0p (CF2) nS02F— (m3)式中，Z為氟原子或三氟甲基，m為0 3的整數(shù)，ρ為0或l，n為1 12，m+p > O0為了燃料電池系統(tǒng)的簡化及低成本化，要求固體高分子型燃料電池能夠在反應(yīng)氣體(燃料氣體及氧化劑氣體)的相對濕度低的低加濕、甚至是無加濕條件下運行。但是，由于聚合物(1)的質(zhì)子傳導(dǎo)性低，因此將聚合物(1)用于催化劑層的電解質(zhì)材料的固體高分子型燃料電池在低加濕、甚至是無加濕條件下的發(fā)電特性(輸出電壓等) 低。作為質(zhì)子傳導(dǎo)性高的電解質(zhì)材料，提出了下述聚合物(2)。(2)將具有基于含2個-SO2F基的全氟單體的重復(fù)單元和基于TFE的重復(fù)單元的聚合物的-SO2F基轉(zhuǎn)換為磺酸基(-SO3H基)而得的聚合物(專利文獻1)。但是，即使是將聚合物( 用于催化劑層的電解質(zhì)材料的固體高分子型燃料電池，其低加濕、甚至是無加濕條件下的發(fā)電特性(輸出電壓等)仍然不夠充分。現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1 國際公開第2007/013533號文本發(fā)明的揭示發(fā)明需要解決的課題本發(fā)明提供在低加濕、無加濕條件及高加濕條件的任一種條件下發(fā)電特性都很好的膜電極接合體，適合于該膜電極接合體中的催化劑層的電解質(zhì)材料，以及適用于該膜電極接合體中的催化劑層的形成的液狀組合物。用于解決課題的方法本發(fā)明的電解質(zhì)材料的特征在于，由將下述聚合物(F)的前體基團轉(zhuǎn)換為離子交換基而得的聚合物(H)形成，該聚合物(H)的離子交換容量為1. 3 2. 3毫當量/克干燥樹脂。聚合物(F)是具有基于含下式(gl)表示的前體基團的全氟單體的重復(fù)單元(A)和基于含五元環(huán)的全氟單體或可通過環(huán)化聚合形成五元環(huán)的全氟單體的重復(fù)單元(B)、密度在2. 03g/cm3以下的聚合物，[化1]
權(quán)利要求
1.一種電解質(zhì)材料，其特征在于，由將下述聚合物(F)的前體基團轉(zhuǎn)換為離子交換基而得的聚合物(H)形成，該聚合物(H)的離子交換容量為1. 3 2. 3毫當量/克干燥樹脂，聚合物(F)是具有基于含下式(gl)表示的前體基團的全氟單體的重復(fù)單元(A)和基于含五元環(huán)的全氟單體或可通過環(huán)化聚合形成五元環(huán)的全氟單體的重復(fù)單元(B)、密度在 2. 03g/cm3以下的聚合物，
2.如權(quán)利要求1所述的電解質(zhì)材料，其特征在于，所述重復(fù)單元(A)的前體基團轉(zhuǎn)換為離子交換基而得的重復(fù)單元的至少1種為下式(ul)表示的重復(fù)單元，[化2]
3.如權(quán)利要求1或2所述的電解質(zhì)材料，其特征在于，Q1及Q2分別獨立地為可具有醚結(jié)合性氧原子的碳數(shù)1 6的全氟亞烷基。
4.如權(quán)利要求3所述的電解質(zhì)材料，其特征在于，Q1及Q2的至少一方為具有醚結(jié)合性氧原子的碳數(shù)1 6的全氟亞烷基。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項所述的電解質(zhì)材料，其特征在于，重復(fù)單元(B)的至少1 種為下式(u21)表示的重復(fù)單元，
6.如權(quán)利要求5所述的電解質(zhì)材料，其特征在于，所述R13及R14為氟原子。
7.如權(quán)利要求5或6所述的電解質(zhì)材料，其特征在于，所述式(u21)表示的重復(fù)單元的至少1種為下式(U21-1)表示的重復(fù)單元。[化4]
8.如權(quán)利要求1 4中任一項所述的電解質(zhì)材料，其特征在于，所述重復(fù)單元⑶的至少1種為下式(112 表示的重復(fù)單元，[化5]
9.如權(quán)利要求8所述的電解質(zhì)材料，其特征在于，所述式(u22)表示的重復(fù)單元的至少 1種為下式(U22-1)表示的重復(fù)單元。[化6]
10.如權(quán)利要求1 4中任一項所述的電解質(zhì)材料，其特征在于，所述重復(fù)單元⑶的至少ι種為下式(U24)表示的重復(fù)單元，[化7]
11.如權(quán)利要求10所述的電解質(zhì)材料，其特征在于，所述式(u24)表示的重復(fù)單元的至少1種為下式(M4-1)表示的重復(fù)單元。[化8]
12.如權(quán)利要求1 11中任一項所述的電解質(zhì)材料，其特征在于，所述聚合物(F)還具有基于四氟乙烯的重復(fù)單元。
13.一種液狀組合物，其特征在于，包含分散介質(zhì)和被分散于該分散介質(zhì)的權(quán)利要求 1 12中任一項所述的電解質(zhì)材料，所述分散介質(zhì)包含具有羥基的有機溶劑。
14.固體高分子型膜電極接合體，包括具備含質(zhì)子傳導(dǎo)性聚合物的催化劑層的陽極、具備含質(zhì)子傳導(dǎo)性聚合物的催化劑層的陰極和配置于所述陽極與所述陰極之間的固體高分子電解質(zhì)膜，其特征在于，所述陰極及所述陽極的至少一方的催化劑層所包含的質(zhì)子傳導(dǎo)性聚合物為權(quán)利要求1 12中任一項所述的電解質(zhì)材料。
全文摘要
本發(fā)明提供在低加濕、無加濕條件及高加濕條件的任一種條件下發(fā)電特性都很好的膜電極接合體及適合于該膜電極接合體的催化劑層的電解質(zhì)材料。使用由將聚合物(F)的前體基團轉(zhuǎn)換為離子交換基而得的聚合物(H)形成的離子交換容量為1.3～2.3毫當量/克干燥樹脂的電解質(zhì)材料。該聚合物(F)具有含下式(g1)表示的前體基團的重復(fù)單元(A)和基于含五元環(huán)的全氟單體的重復(fù)單元(B)，其密度在2.03g/cm3以下，[化1]式中，Q1、Q2為具有醚結(jié)合性氧原子的全氟亞烷基等，Y為F等。
文檔編號C25B9/10GK102471412SQ20108003446
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者下平哲司, 齋藤貢, 本村了, 渡壁淳 申請人:旭硝子株式會社