JP2002198067A

JP2002198067A - 高温作動型固体高分子複合電解質膜、膜／電極接合体及び燃料電池

Info

Publication number: JP2002198067A
Application number: JP2000393073A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Kamo; 友一加茂; Masashi Yamaga; 賢史山賀; Tetsuichi Kudo; 徹一工藤; Masaru Miyayama; 勝宮山; Itaru Honma; 格本間; Takako Toda; 貴子戸田
Original assignee: Hitachi Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; University of Tokyo NUC
Current assignee: Hitachi Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; University of Tokyo NUC
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2000-12-25
Publication date: 2002-07-12

Abstract

(57)【要約】【課題】耐久性に優れた低コストな高温作動型固体高分
子複合電解質膜の提供。【解決手段】プロトンキャリアとして酸化タングステン
や酸化モリブデンの水和物に代表される金属酸化物水和
物と、膜を形成するマトリックス材料として有機高分
子、あるいは、有機分子と無機分子をナノレベルで化学
修飾した耐熱性高分子膜とを複合して電解質膜を形成す
ることで目的とするフッ素系電解質膜と同等以上、もし
くは、実用上十分な耐久性を有し、１６０℃程度の高温
領域でも十分に高いイオン導電性を有する実用レベルの
プロトン導電性を示す無機高分子と有機高分子の複合電
解質膜にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電解質膜及びそれを
用いた燃料電池、さらには、これら燃料電池を用いた装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体高分子電解質は、高分子鎖中にスル
ホン酸基等の電解質基を有する固体高分子材料である。
これは、特定のイオンと強固に結合したり、陽イオンま
たは陰イオンを選択的に透過する性質を有している。こ
れにより、粒子、繊維あるいは膜状に成形し、電気透
析、拡散透析、電池隔膜などの各種の用途に利用されて
いる。

【０００３】このような固体高分子電解質を用いた固体
高分子電解質型燃料電池は、プロトン伝導性の固体高分
子電解質膜の両面に一対の電極を設け、メタン、メタノ
ールなどの低分子の炭化水素を改質して得られる水素ガ
スを、燃料ガスとして一方の電極（燃料極）へ供給す
る。また、酸素ガスあるいは空気は、酸化剤として他方
の電極（空気極）へ供給される。

【０００４】燃料極に供給された水素ガスは、燃料極で
電気化学的にプロトンを生成し、電子を放出する。生成
したプロトンは電解質膜内を移動して、空気極で供給さ
れた空気中の酸素及び電子と反応して水を生成する。こ
の時、燃料極側には電子が生成され、空気極側には電子
を消費する状態にあり、外部負荷回路を接続すると電力
が得られる。

【０００５】また、水電解は、固体高分子電解質膜を用
いて水を電気分解することにより水素と酸素を製造する
方法である。

【０００６】プロトン導電性の固体高分子電解質膜とし
ては、ＤｕＰｏｎｔ社、Ｄｏｗ社、旭化成社、旭硝子社
などから提案されているパーフルオロカーボンスルホン
酸膜に代表されるフッ素系電解質膜がある。これは化学
的安定性に優れていることから、過酷な条件下で使用さ
れる燃料電池や水電解のための電解質膜として使用され
ている。

【０００７】また、食塩電解は、固体高分子電解質膜を
用いて塩化ナトリウム水溶液を電気分解することによ
り、水酸化ナトリウムと塩素と水素を製造する方法であ
る。

【０００８】これによれば、固体高分子電解質膜は塩素
と高温，高濃度の水酸化ナトリウム水溶液に曝されるの
で、これらの水溶液に対する耐久性に乏しい炭化水素系
電解質膜は使用できない。そのため、食塩電解用の固体
高分子電解質膜には、一般に塩素及び高温，高濃度の水
酸化ナトリウム水溶液に対して耐久性があり、さらに発
生するイオンの逆拡散を防ぐために、表面に部分的にカ
ルボン酸基を導入したパーフルオロスルホン酸膜が用い
られている。

【０００９】ところで、パーフルオロスルホン酸膜に代
表されるフッ素系電解質は、Ｃ−Ｆ結合を有しているた
めに化学的安定性が非常に高く、前記の燃料電池、水電
解用あるいは食塩電解用の固体高分子電解質膜として、
また、ハロゲン化水素酸電解用の固体高分子電解質膜と
しても用いられることもある。さらにプロトン伝導性を
利用して、湿度センサ、ガスセンサ、酸素濃縮器等にも
広く応用されているものである。

【００１０】しかしながら、フッ素系電解質は製造工程
が複雑で、非常に高価であるため、宇宙用あるいは軍事
用の固体高分子型燃料電池等の特殊な用途に用いられる
だけであり、低価格が要求される自動車用等の低公害動
力源としての固体高分子型燃料電池、民生用小型分散電
源、携帯用電源等への応用を困難なものとしていた。

【００１１】また、フッ素系電解質膜は、スルフォン酸
基をイオンキャリアとしているために水和力は比較的弱
く、水の沸点以上の温度環境下で、かつ、飽和水蒸気圧
以下では電解質膜の乾燥が起こり抵抗が上昇する。その
ために燃料電池の作動温度は１００℃以下、好ましくは
８０℃以下に限定されている。

【００１２】このようなことは、燃料電池発電システム
を実現する上で大きな制約となっている。即ち、作動温
度が８０℃以下では、原燃料を水蒸気改質や部分酸化法
で水素を製造する際、発生する一酸化炭素を除去するス
テップが必要となる。また、電池の排熱のレベルが低い
ために、熱電併給システムにおいては、十分な熱利用が
できないなどの問題がある。

【００１３】そこで、フッ素系電解質膜と同等以上の耐
酸化劣化特性を有し、しかも低コストで製造可能な固体
高分子電解質膜を得るために、従来から種々の試みがな
されている。

【００１４】例えば、特開平９−１０２３２２号公報に
は、炭化フッ素系ビニルモノマと炭化水素系ビニルモノ
マとの共重合によって作られた主鎖と、スルホン酸基を
有する炭化水素系側鎖とから構成されるスルホン酸型ポ
リスチレン−グラフト−エチレンテトラフルオロエチレ
ン（ＥＴＦＥ）共重合体膜が提案されている。

【００１５】このＥＴＦＥ共重合体膜は安価であり、燃
料電池用の固体高分子電解質膜として十分な強度を有
し、しかもスルホン酸基導入量を増やすことによって、
導電率を向上させることが可能とされている。

【００１６】しかしながら、スルホン酸型ポリスチレン
−グラフト−ＥＴＦＥ膜は、炭化フッ素系ビニルモノマ
と炭化水素系ビニルモノマとの共重合によって作られた
主鎖部分の耐酸化劣化特性は高いが、スルホン酸基を導
入した側鎖部分は酸化劣化を受け易い炭化水素系高分子
である。従って、これを燃料電池に用いた場合には、膜
全体の耐酸化劣化特性が不十分であり、耐久性に乏しい
と云う問題がある。

【００１７】また、米国特許第４，０１２，３０３号及
び米国特許第４，６０５，６８５号には、炭化フッ素系
ビニルモノマと炭化水素系ビニルモノマとの共重合によ
って作られた膜に、α，β，β−トリフルオロスチレン
をグラフト重合させ、これにスルホン酸基を導入したス
ルホン酸型ポリ（トリフルオロスチレン）−グラフト−
ＥＴＦＥ膜が提案されている。

【００１８】これは、前記のスルホン酸基を導入したポ
リスチレンの化学的安定性を高めるために、主鎖を構成
しているスチレンの代わりに部分的にフッ素化したα，
β，β−トリフルオロスチレンを用いたものである。

【００１９】しかしながら、側鎖部分の原料となるα，
β，β−トリフルオロスチレンは合成が困難なため、燃
料電池用の固体高分子電解質膜としては、前記のナフィ
オンの場合と同様に高いコストとなると云う問題があ
る。また、α，β，β−トリフルオロスチレンは、重合
反応性が低いためグラフト側鎖として導入できる量が少
なく、得られる膜の導電率が低いと云う問題がある。

【００２０】また、上記の膜は硝子転移点が比較的低
く、スルフォン酸基がイオン伝導サイトであるので、１
００℃を超えるような水蒸気圧の高い環境では相対湿度
が低下すると、膜のイオン導電性が大幅に低下する。こ
のために高温領域で作動するデバイスには本質的に使用
できないと云う問題があった。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、フッ素系電解質膜と同等以上、もしくは、
実用上十分な耐久性を有する電解質膜の提供にある。

【００２２】また、低コストで、１００℃程度の高温領
域でも十分に高いイオン導電性を有する実用レベルのプ
ロトン導電性を示す電解質膜の提供にある。特に、プロ
トン導電性を示す無機高分子と有機高分子との複合電解
質膜の提供にある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明は、プロトン導電性を有する金属酸化物水和物と有
機高分子とでプロトン導電性複合電解質膜を構成したも
のである。

【００２４】また、金属酸化物水和物は、酸化タングス
テン水和物（ＷＯ₃・ｎＨ₂Ｏ）、または、酸化モリブデ
ン水和物（ＭｏＯ₃・ｎＨ₂Ｏ）を主成分として構成した
ものである。

【００２５】プロトン導電性を有する酸化タングステン
水和物（ＷＯ₃・ｎＨ₂Ｏ）または酸化モリブデン水和物
（ＭｏＯ₃・ｎＨ₂Ｏ）を主成分として成る膜成分は、エ
チレンオキサイド／プロピレンオキサイドモノマに分
散，混合し、光重合で高分子化して成膜したものであ
る。

【００２６】また、プロトン導電性複合電解質膜は、高
分子電解質膜と上記高分子電解質膜に接合されるガス電
極とで構成される固体高分子型燃料電池用膜／電極接合
体としたものである。

【００２７】固体高分子型燃料電池用膜／電極接合体
は、高分子電解質膜とこの高分子電解質膜の両側に、カ
ソード電極及びアノード電極からなる一対のガス拡散電
極が配置され、このガス拡散電極を挟むようにガス不透
過性の一対のセパレータが設置され、さらに、固体高分
子電解質膜及びセパレータに挟まれて、ガス電極の外周
部に接するように一対のシール材を配置したものであ
る。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明は燃料電池、水電解、湿度
センサ、ガスセンサ等に用いられるプロトンイオン導電
性電解質膜に好適な耐酸化性に優れ、低コストで高耐久
性の得られる複合無機高分子電解質、それを用いた高耐
久性固体無機高分子電解質膜及びそれを用いた燃料電池
に関するものである。

【００２９】本発明者らはプロトン導電性無機高分子材
料に着目し、これと耐熱性有機高分子材料を複合した電
解質膜の研究を行った結果、プロトンキャリアとして、
酸化タングステンや酸化モリブデンの水和物に代表され
る金属酸化物水和物と、膜を形成するマトリックス材料
として、耐熱性に優れたエチレンオキサイド／プロピレ
ンオキサイドモノマを混合，分散して電解質膜を得た。

【００３０】上記の電解質膜によって、前記のフッ素系
電解質膜と同等以上、もしくは、実用上十分な耐劣化特
性を有し、かつ、低コストで製造可能な高耐久性固体高
分子電解質膜を提供できる。

【００３１】更に、これは１００℃以上、例えば、１６
０℃程度の高温領域でも十分に高いイオン導電性を有す
る実用レベルのプロトン導電性を示す無機高分子と有機
高分子の複合電解質膜を実現した。本発明の実施の態様
は、以下の通りである。

【００３２】プロトンキャリアであるタングステン酸化
物やモリブデン酸化物の水和物は、水溶性を有する金属
酸化物であればよく、特に、タングステン酸ナトリウム
塩やモリブデン酸ナトリウム塩は好ましい原料と云え
る。

【００３３】これらの水溶液を塩酸などの酸性水溶液に
冷却しながら滴下し、得られる固形物を弱酸性水溶液で
洗浄し、ろ過後乾燥することによって合成される。

【００３４】これを膜に形成するに当っては、例えば、
エチレンオキサイド／プロピレンオキサイドモノマに、
上記の金属酸化物水和物粉末を十分に解砕したものを混
合，分散し、これに光重合開始剤を添加して膜状にキャ
ステイングする。そして、紫外線等の輻射線で照射し
て、マトリックスの重合を進めることにより金属酸化物
水和物を分散したポリエチレンオキサイド／プロピレン
オキサイド高分子膜が得られる。

【００３５】本発明で用いられる高分子電解質を燃料電
池用として使用する際には、一般的には、膜の状態で使
用されるが、これに限定されるものではない。例えば、
筒状で用いることも可能である。即ち、上記のプロトン
キャリアとなる無機酸化物水和物と高分子マトリックス
材の分散混合物を、直接、膜状にキャステイングする方
法、あるいは、その分散混合物を多孔質芯材、織布ある
いは不織布に含浸キャステイングするなどの方法をとる
ことができる。特に、芯材を用いる方法は、芯材に高強
度のものを用いることで、得られる膜を薄くできること
から電解質膜の実行抵抗を小さくする上で有利である。

【００３６】この高分子電解質膜の厚さは、特に、制限
はないが１０〜２００μｍが好ましい。実用上３０〜１
００μｍがより好ましい。実用に耐え得る膜の強度を得
るには１０μｍよりも厚い方が好ましく、膜抵抗の低
減、つまり発電性能の向上のためには２００μｍより薄
い方が好ましい。膜厚は、溶液濃度あるいは基板上への
塗布厚みにより制御できる。

【００３７】また、本発明の電解質を製造する際に、通
常の高分子に使用される可塑剤、安定剤、離型剤等の添
加剤を本発明の目的に反しない範囲内で使用できる。

【００３８】燃料用電池として用いる際の膜／電極接合
体に使用されるガス拡散電極は、触媒金属の微粒子を担
持した導電材を、電解質膜上に塗布または予め膜状に成
形した電極層を貼り合わすなどにより構成される。これ
には、必要に応じて撥水剤や結着剤が含まれていてもよ
い。

【００３９】また、触媒を担持していない導電材と、撥
水剤や結着剤とからなる層が、触媒層の外側に形成され
ていてもよい。

【００４０】このガス拡散電極に使用される触媒金属と
しては、水素の酸化反応および酸素の還元反応を促進す
る金属であればいずれのものでもよい。例えば、白金、
金、銀、パラジウム、イリジウム、ロジウム、ルテニウ
ム、鉄、コバルト、ニッケル、クロム、タングステン、
マンガン、バナジウム、あるいは、それらの合金が挙げ
られる。

【００４１】このような触媒の中で、特にカソードでは
白金が、アノードでは白金とルテニウムの二元系が多く
の場合用いられる。触媒となる金属の粒径は、通常は１
０〜３００オングストロームである。触媒の担持量は、
電極が成形された状態で、例えば、０．０１〜１０ｍｇ
／ｃｍ²とする。

【００４２】導電材としては、電子導伝性物質であれば
いずれのものでもよく、例えば、各種金属や炭素材料な
どが挙げられる。炭素材料には、例えば、ファーネスブ
ラック、チャンネルブラック、および、アセチレンブラ
ック等のカーボンブラック、活性炭、黒鉛等が挙げられ
る。これらは単独あるいは混合して使用される。

【００４３】撥水剤としては、例えば、フッ素化カーボ
ン等が使用される。

【００４４】触媒層を形成するバインダとしては、本発
明の電解質マトリックス高分子をそのまま用いることが
好ましいが、他の各種樹脂を用いても差し支えない。そ
の場合は撥水性を有する含フッ素樹脂が好ましく、特
に、耐熱性、耐酸化性の優れたものがより好ましく、例
えば、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエ
チレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合
体、および、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロ
プロピレン共重合体等が挙げられる。

【００４５】燃料用電池として用いる際の電解質膜と電
極接合法についても、特に、制限はなく、公知の方法を
適用することは可能である。

【００４６】膜／電極接合体の製法として、例えば、白
金触媒紛をポリテトラフルオロエチレン懸濁液と混ぜ、
カーボンペーパーに塗布し、熱処理して触媒層を形成す
る。次いで、電解質膜と同一の電解質溶液を触媒層に塗
布，含浸し、電解質膜とホットプレスで一体化する方法
がある。

【００４７】この他、本発明による電解質膜の溶液を、
予め、白金触媒紛にコーテイングしたものを電解質膜に
塗布する方法、本発明による電解質膜の溶液と触媒とを
ペースト化して電解質膜に塗布する方法、電解質膜に電
極を無電解めっきする方法、電解質膜に白金族の金属錯
イオンを吸着させた後、還元する方法等がある。

【００４８】固体高分子型燃料電池は、以上のように形
成された電解質膜とガス拡散電極との接合体の外側に、
燃料流路と酸化剤流路を形成した溝付きの集電体とし、
燃料配流板と酸化剤配流板とを配したものを単セルとし
ている。図１にこの構成の概略を示す。

【００４９】このような複数個の単セルを冷却板等を介
して積層することによりスタックが構成される。

【００５０】燃料電池は、高い温度で作動させる方が電
極の触媒活性が上がり電極過電圧が減少し、電極の一酸
化炭素による被毒も少ないので、望ましい。しかし、電
解質膜は水分が無いと機能しないため、水分管理が可能
な温度で作動させる必要がある。

【００５１】本発明による電解質は従来の電解質膜に比
較して保水性が高く、燃料電池の作動温度の好ましい温
度範囲は室温〜１６０℃の温度範囲を可能にしている。

【００５２】

【実施例】本発明を実施例によりさらに詳しく説明す
る。なお、燃料電池単セル出力性能評価は次の様にして
行った。

【００５３】電極を接合した電解質を評価セルに組み込
み、燃料電池出力性能を評価した。反応ガスには、水素
／酸素を用い、共に１気圧の圧力にて７０℃の水バブラ
ーを通して加湿した後、評価セルに供給した。

【００５４】ガス流量は、水素６０ｍｌ／ｍｉｎ、酸素
４０ｍｌ／ｍｉｎ、セル温度７０℃とした。電池出力性
能は、Ｈ２０１Ｂ充放電装置（北斗電工社製）により評
価した。

【００５５】タングステン酸化物水和物の合成ガラス容器に４５０ｍｌの３Ｎ塩酸水溶液をとり、これ
を５℃に攪拌，冷却しておく。一方、１Ｍタングステン
酸ナトリウムＮａ₂ＷＯ₄水溶液５０ｍｌを用意し、これ
をマイクロチューブポンプを用いて上記塩酸水溶液に滴
下する。混合液温度が急激に上昇することのないように
滴下速度を調整して冷却する。

【００５６】生成した沈殿物は、０．１Ｎ塩酸水溶液２
５０ｍｌと水でよく洗浄してこれをろ過する。得られた
固形物をデシケ−タを用いて乾燥した。乾燥後、この試
料の一部を化学分析したところタングステン酸化物水和
物Ｈ₂ＷＯ₄・ｎＨ₂Ｏ（ｎ＝１．０３）と同定された。

【００５７】電解質膜の作製前記で得た生成物を１５重量％の濃度になるようにエ
チレンオキサイド／プロピレンオキサイドが８０／２０
で混合されたモノマに分散，混合した。この溶液に光重
合開始剤としてアゾビスシクロヘキサンカルボニトリル
を０．３重量％添加してガラス上にキャステイングし、
紫外線ランプで光照射し、膜厚４２μｍの電解質膜を作
成した。得られた膜のイオン導電率は測定温度８０℃、
相対湿度８０％の条件下で０．０２Ｓ／ｃｍ、１５０
℃，相対湿度６０％の条件下で０．０８Ｓ／ｃｍであっ
た。

【００５８】飽和水蒸気圧条件下でのイオン導伝率の温
度依存性を図２に、各温度におけるイオン導伝率の水蒸
気分圧依存性を図３に示す。これらの結果から、１６０
℃までの高温域で高い導電性を示すと共に、１００℃を
超える温度域で相対湿度が６０％でも十分に高いイオン
伝導性を持つことが分かった。

【００５９】膜／電極接合体の作製４０重量％の白金担持カーボンに、前記の５重量％濃
度のジメチルホルムアミド−シクロヘキサノン−メチル
エチルケトン混合溶液を、白金触媒と高分子電解質との
重量比が２：１となるように添加し、均一に分散させて
ペーストを調製した。このペーストを前記で得られた
電解質膜の両側に塗布した後、乾燥して白金担持量０．
５ｍｇ／ｃｍ²の膜／電極接合対を作製した。

【００６０】膜／電極接合体の両側に予めＰＴＦＥで撥
水化処理した薄いカーボンペーパーのパッキング材（支
持集電体）を密着させて、その両側から極室分離と電極
へのガス供給通路の役割を兼ねた導電性のセパレータ
（バイポーラプレート）からなる固体高分子型燃料電池
単セルを作製した。

【００６１】これを運転温度９０℃、燃料極質入り口相
対湿度８０％、電流密度１５０ｍＡ／ｃｍ²の条件で性
能評価試験を行った結果０．６１Ｖの電圧が得られた。

【００６２】評価試験後の電池を解体して観測した結
果、膜／電極接合体は、シール部となった周辺に一部変
形は見られたが外観に特に変化はなく、イオン伝導抵抗
にも変化は見られなかった。

【００６３】次に、５重量％濃度のジメチルホルムアミ
ド−シクロヘキサノン−メチルエチルケトン混合溶液
を、白金触媒と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ーストを調製した。

【００６４】このペーストを前記で得られた電解質膜
の両側に塗布した後、乾燥して白金担持量０．５ｍｇ／
ｃｍ²の膜／電極接合体を作製した。

【００６５】膜／電極接合体の両側に予めＰＴＦＥで撥
水化処理した薄いカーボンペーパーのパッキング材（支
持集電体）を密着させ、その両側から極室分離と電極へ
のガス供給通路の役割を兼ねた導電性のセパレータ（バ
イポーラプレート）からなる固体高分子型燃料電池単セ
ルを作製した。

【００６６】このセルを運転温度９０℃、燃料極質入り
口相対湿度８０％、電流密度１５０ｍＡ／ｃｍ²の条件
で性能評価試験を行った結果０．６１Ｖの電圧が得られ
た。

【００６７】評価試験後の電池を解体して観測した結
果、膜／電極接合体は、シール部となった周辺に一部変
形は見られたが外観に特に変化はなく、イオン伝導抵抗
にも変化は見られなかった。

【００６８】

【発明の効果】本発明に係るプロトン導電性を有する金
属酸化物水和物と有機高分子の複合電解質膜は、パーフ
ロロスルホン酸膜に代表されるふっ素系電解質膜より低
コストで、高温でも十分高いイオン導電性を有する電解
質膜である。

【００６９】上記膜を用いた膜／電極接合体、並びに、
燃料電池は実用上十分な安定性を示し、低コストな電池
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体高分子型積層燃料電池のセルノ構
成を示す模式斜視図である。

【図２】本発明の電解質膜の飽和水蒸気圧でのイオン導
伝率の温度依存性を示すグラフである。

【図３】本発明の電解質膜の各温度におけるイオン導伝
率の相対湿度依存性を示すグラフである。

【符号の説明】

１，２…セパレータ、３…カソード側集電板、４…アノ
ード側集電板、５…電解質膜、６…カソードガス硫路、
７…アノードガス硫路。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０８Ｌ 101/00 Ｃ０８Ｌ 101/00 Ｈ０１Ｂ 1/06 Ｈ０１Ｂ 1/06 Ａ 1/12 1/12 ＺＨ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 (74)上記１名の復代理人 100068504 弁理士小川勝男（外１名） (72)発明者加茂友一茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者山賀賢史茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者工藤徹一東京都港区六本木７丁目22番４号 (72)発明者宮山勝東京都港区六本木７丁目22番４号 (72)発明者本間格茨城県つくば市梅園１丁目１番４工業技術院電子技術総合研究所内 (72)発明者戸田貴子茨城県つくば市梅園１丁目１番４工業技術院電子技術総合研究所内Ｆターム(参考） 4J002 CH021 DE096 GQ02 4J005 AA04 BB01 5G301 CA30 CD01 5H026 AA06 CX04 EE11 EE18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プロトン導電性を有する金属酸化物水和
物と有機高分子とで構成されることを特徴とするプロト
ン導電性複合電解質膜。
【請求項２】前記金属酸化物水和物が酸化タングステ
ン水和物（ＷＯ₃・ｎＨ₂Ｏ）または酸化モリブデン水和
物（ＭｏＯ₃・ｎＨ₂Ｏ）を主成分として構成された請求
項１に記載のプロトン導電性複合電解質膜。
【請求項３】プロトン導電性を有する酸化タングステ
ン水和物（ＷＯ₃・ｎＨ₂Ｏ）または酸化モリブデン水和
物（ＭｏＯ₃・ｎＨ₂Ｏ）を主成分とする成分をエチレン
オキサイド／プロピレンオキサイドモノマに分散，混合
し、光重合法で高分子化し成膜したことを特徴とするプ
ロトン導電性複合電解質膜。
【請求項４】高分子電解質膜とこの高分子電解質膜に
接合されるガス電極とで構成される固体高分子型燃料電
池用膜／電極接合体において、該高分子電解質膜が請求
項１，２または３のプロトン導電性複合電解質膜である
ことを特徴とする固体高分子型燃料電池用膜／電極接合
体。
【請求項５】高分子電解質膜とこの高分子電解質膜に
接合されるガス電極とで構成される固体高分子型燃料電
池用膜／電極接合体において、前記高分子電解質膜が請
求項１〜３のいずれかに記載のプロトン導電性複合電解
質膜であり、該電解質膜にガス電極が接合され構成され
ることを特徴とする固体高分子型燃料電池用膜／電極接
合体。
【請求項６】固体高分子電解質膜と、該膜の両側にカ
ソード電極及びアノード電極からなる一対のガス拡散電
極が配置され、該ガス拡散電極を挟むようにガス不透過
性の一対のセパレータが設置されており、さらに、前記
固体高分子電解質膜及び前記セパレータに挟まれ、か
つ、前記ガス拡散電極の外周部に接するようにして一対
のシール材が配置された固体高分子型燃料電池におい
て、前記固体高分子電解質膜とこの両側にカソード電極及び
アノード電極からなる一対のガス拡散電極が固体高分子
型燃料電池用膜／電極接合体であることを特徴とする固
体高分子型燃料電池。
【請求項７】固体高分子型燃料電池用膜／電極接合体
が固体高分子電解質膜と、該膜の両側に配置されたカソ
ード電極及びアノード電極からなる一対のガス拡散電極
であって、上記固体高分子電解質膜とこの両側にカソー
ド電極及びアノード電極からなる一対のガス拡散電極が
配置され、該ガス拡散電極を挟むようにガス不透過性の
一対のセパレータが設置されており、さらに、前記固体
高分子電解質膜及び前記セパレータに挟まれ、前記ガス
拡散電極の外周部に接するよう一対のシール材を配置し
たことを特徴とする固体高分子型燃料電池。