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JP2007066764A - Membrane electrode assembly and fuel cell using the same - Google Patents

Membrane electrode assembly and fuel cell using the same Download PDF

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JP2007066764A
JP2007066764A JP2005252628A JP2005252628A JP2007066764A JP 2007066764 A JP2007066764 A JP 2007066764A JP 2005252628 A JP2005252628 A JP 2005252628A JP 2005252628 A JP2005252628 A JP 2005252628A JP 2007066764 A JP2007066764 A JP 2007066764A
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Japan
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monomer
electrode assembly
membrane electrode
group
membrane
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Application number
JP2005252628A
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Japanese (ja)
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Hiroshi Ogawa
弘志 小川
Toshihiro Takegawa
寿弘 竹川
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

【課題】 常温溶融塩が含浸された多孔質支持体からなる電解質膜を有する膜電極接合体、及び、前記膜電極接合体を用いた燃料電池に関して、発電性能に優れる膜電極接合体を提供する。
【解決手段】 電解質膜の両側に電極が配置されてなる膜電極接合体であって、 前記電解質膜が、カチオンおよびアニオンから構成される電解質材料と、多孔質支持体とを含む膜電極接合体である。前記電解質材料は、下記化学式(I)で示される常温溶融塩であって、

Figure 2007066764

(Xは17族元素のいずれかであり、yは正の実数を示し、1.0≦y≦2.3)前記多孔質体はポリテトラフルオロエチレン等のポリマー、またはAl等の無機多孔質体から選択される少なくとも一種である。
【選択図】 なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane made of a porous support impregnated with a room temperature molten salt, and a fuel cell using the membrane electrode assembly, and a membrane electrode assembly excellent in power generation performance. .
A membrane electrode assembly in which electrodes are arranged on both sides of an electrolyte membrane, wherein the electrolyte membrane includes an electrolyte material composed of a cation and an anion, and a porous support. It is. The electrolyte material is a room temperature molten salt represented by the following chemical formula (I):
Figure 2007066764

(X is one of group 17 elements, y represents a positive real number, 1.0 ≦ y ≦ 2.3) The porous body is a polymer such as polytetrafluoroethylene, Al 2 O 3 or the like. It is at least one selected from inorganic porous bodies.
[Selection figure] None

Description

本発明は、常温溶融塩が含浸された多孔質支持体からなる電解質膜を有する膜電極接合体、および、前記膜電極接合体を用いた燃料電池に関する。   The present invention relates to a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane made of a porous support impregnated with a room temperature molten salt, and a fuel cell using the membrane electrode assembly.

近年、エネルギー・環境問題を背景とした社会的要求や動向と呼応して、燃料電池が電気自動車用電源、定置型電源として注目されている。燃料電池は、電解質の種類や電極の種類等により種々のタイプに分類され、代表的なものとしてはアルカリ型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、固体高分子型がある。この中でも低温(通常100℃以下)で作動可能な固体高分子型燃料電池が注目を集め、近年自動車用低公害動力源としての開発・実用化が進んでいる。   In recent years, fuel cells have attracted attention as power sources for electric vehicles and stationary power sources in response to social demands and trends against the background of energy and environmental problems. Fuel cells are classified into various types depending on the type of electrolyte, the type of electrode, and the like, and representative types include alkaline type, phosphoric acid type, molten carbonate type, solid electrolyte type, and solid polymer type. Among them, a polymer electrolyte fuel cell that can operate at a low temperature (usually 100 ° C. or less) attracts attention, and in recent years, development and practical application as a low-pollution power source for automobiles is progressing.

固体高分子型燃料電池の構成は、一般的には、膜電極接合体(MEA)をセパレータで挟持した構造となっている。MEAは、電解質膜を一対の電極、すなわち燃料極および酸素極により挟持されてなるものである。電極は、電極触媒および固体高分子電解質を含み、外部から供給される反応ガスを拡散させるために多孔質構造を有する電極触媒層を少なくとも有する。   The polymer electrolyte fuel cell generally has a structure in which a membrane electrode assembly (MEA) is sandwiched between separators. In MEA, an electrolyte membrane is sandwiched between a pair of electrodes, that is, a fuel electrode and an oxygen electrode. The electrode includes an electrode catalyst and a solid polymer electrolyte, and has at least an electrode catalyst layer having a porous structure in order to diffuse a reaction gas supplied from the outside.

従来の高分子固体電解質型燃料電池の電解質膜には、一般にパーフルオロカーボンスルホン酸(PFSA)膜等が用いられているが、該PFSA膜は、膜内に含まれる水がプロトン伝導パスとなるため、乾燥状態や100℃以上または氷点下以下の作動条件では使用できない。このような乾燥状態でのプロトン伝導性を向上させるため、有機重合体にプロトン導電性付与剤を含有させて高温動作を達成する試み(特許文献1)、シリカ分散パーフルオロスルホン酸膜を使用する方法(特許文献2)、無機−有機複合膜を使用する方法(特許文献3)、リン酸ドープグラフト膜を使用する方法(特許文献4)等が行われている。   In general, a perfluorocarbon sulfonic acid (PFSA) membrane or the like is used as an electrolyte membrane of a conventional polymer electrolyte fuel cell, but water contained in the PFSA membrane serves as a proton conduction path. Cannot be used under dry conditions or operating conditions above 100 ° C or below freezing. In order to improve proton conductivity in such a dry state, an attempt is made to achieve high temperature operation by adding a proton conductivity imparting agent to an organic polymer (Patent Document 1), and a silica-dispersed perfluorosulfonic acid membrane is used. A method (Patent Document 2), a method using an inorganic-organic composite film (Patent Document 3), a method using a phosphate-doped graft film (Patent Document 4), and the like are performed.

一方、常温溶融塩を電解質としてを用いる試みも様々なデバイスで行われている。常温溶融塩は、(i)蒸気圧が全くないか、もしくはきわめて小さい、(ii)不燃、または難燃性である、(iii)イオン伝導性をもつ、(iv)水より分解電圧が高い、(v)水よりも液体温度領域が広い、などの電解質として優れた特性を持っている。これらの特性は、100℃以上の高温、無加湿運転が望まれる燃料電池用途に適しており、電池や電解などの電気化学デバイスに用いることができるものとして、特定組成のプロトン伝導体が開発されている。たとえばイオン性液体およびプロトン供与体からなり、該イオン性液体が4級アンモニウムおよびアニオンから成り、該プロトン供与体がブレンステッド酸であるプロトン伝導体があり、燃料電池用電解質として使用されている(特許文献5)。   On the other hand, various devices have also been tried using room temperature molten salts as electrolytes. A room temperature molten salt has (i) no or very low vapor pressure, (ii) non-flammability or flame retardant, (iii) ionic conductivity, (iv) higher decomposition voltage than water, (V) It has excellent characteristics as an electrolyte such as a liquid temperature range wider than that of water. These characteristics are suitable for fuel cell applications where high temperature of 100 ° C. or higher and non-humidified operation is desired, and proton conductors with specific compositions have been developed as those that can be used in electrochemical devices such as batteries and electrolysis. ing. For example, there is a proton conductor comprising an ionic liquid and a proton donor, the ionic liquid comprising a quaternary ammonium and an anion, and the proton donor being a Bronsted acid, which is used as an electrolyte for a fuel cell ( Patent Document 5).

該特許文献5における好ましいイオン性液体はEMITFSIであり、その構造を下記式に示す。   A preferred ionic liquid in Patent Document 5 is EMITFSI, and its structure is shown in the following formula.

Figure 2007066764
Figure 2007066764

また、該特許文献5で好適に使用されるプロトン供与体はHTfOであり、その構造を下記式に示す。   Moreover, the proton donor used suitably by this patent document 5 is HTfO, The structure is shown in a following formula.

Figure 2007066764
Figure 2007066764

上記特許文献5に示すイオン性液体とブレンステッド酸とを使用した系では、HTfOがプロトン供与体として作用しプロトンを伝導し、この際のプロトン伝導度は、室温で約10−2Scm−1、とされている。 In the system using the ionic liquid and Bronsted acid shown in Patent Document 5, HTfO acts as a proton donor and conducts protons, and the proton conductivity at this time is about 10 −2 Scm −1 at room temperature. It is said that.

これに対し、ブレンステッド酸などのプロトン供与体を加えない常温溶融塩においても、ある種の構造式を持つものに関してはプロトン伝導性が確認されている。たとえば、下記に示すN,N−HImTFSIは、プロトン伝導性が確認されている(非特許文献1)。   On the other hand, even in a room temperature molten salt to which a proton donor such as Bronsted acid is not added, proton conductivity has been confirmed for those having a certain structural formula. For example, proton conductivity has been confirmed for N, N-HImTFSI shown below (Non-Patent Document 1).

Figure 2007066764
Figure 2007066764

更に、下記に示すN,N−HImBFにおいても、プロトン伝導性が確認されている(非特許文献1)。 Furthermore, proton conductivity has also been confirmed in N, N-HImBF 4 shown below (Non-Patent Document 1).

Figure 2007066764
Figure 2007066764

上記常温溶融塩は、上記特許文献5のようにHTfOなどのプロトン供与体を含まず、かつ系内にプロトンを含まないにも関わらずプロトン伝導を起こすとされる。これらのプロトン伝導性の機構は、イミダゾリウムカチオンのNと結合しているHが自己解離能を有しプロトン伝導性を奏すると考えられ、上記中性常温溶融塩もプロトン伝導性は室温で約10−2Scm−1である。
特開2001−35509号公報 特開平6−111827号公報 特開2000−90946号公報 特開2001−213987号公報 特開2003−123791号公報 新エネルギー・産業技術総合開発機構 平成14年度産業技術研究助成事業研究成果報告書−無加湿条件下で作動する中温型燃料電池用複合電解質の開発
The room temperature molten salt does not contain a proton donor such as HTfO as in Patent Document 5 and does not contain a proton in the system, but is caused to conduct proton conduction. The mechanism of proton conductivity is considered to be that H bonded to N of the imidazolium cation has self-dissociation ability and exhibits proton conductivity. The neutral room temperature molten salt also has a proton conductivity of about room temperature. 10 −2 Scm −1 .
JP 2001-35509 A JP-A-6-1111827 JP 2000-90946 A JP 2001-213987 A JP 2003-123791 A New Energy and Industrial Technology Development Organization 2002 Industrial Technology Research Grants Research Results Report-Development of Composite Electrolytes for Medium Temperature Fuel Cells Operating under No Humidity Conditions

しかしながら、特許文献5に示すEMITFSIにHTfOを添加した系や、非特許文献1に示すN,N−HIm系常温溶融塩でのプロトン伝導度は、上記のごとく10−2Scm−1(室温)であり、得られる燃料電池が十分に高い発電性能を有していない恐れがある。 However, the proton conductivity in the system in which HTfO is added to EMITFSI shown in Patent Document 5 and the N, N-HIm-based room temperature molten salt shown in Non-Patent Document 1 is 10 −2 Scm −1 (room temperature) as described above. Therefore, the obtained fuel cell may not have sufficiently high power generation performance.

さらに、常温溶融塩を液体状態で燃料電池用電解質として使用した場合、得られる燃料電池の出力密度が小さいという問題があった。   Furthermore, when the room temperature molten salt is used in a liquid state as an electrolyte for a fuel cell, there is a problem that the output density of the obtained fuel cell is small.

そこで、本発明が目的とするところは、発電性能に優れる膜電極接合体を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a membrane electrode assembly having excellent power generation performance.

本発明者らは、常温溶融塩を電解質として用いた膜電極接合体について検討した結果、常温溶融塩を多孔質支持体に含浸させて用いることにより、得られる膜電極接合体の発電性能が向上することを見出した。   As a result of examining the membrane electrode assembly using a room temperature molten salt as an electrolyte, the present inventors have improved the power generation performance of the membrane electrode assembly obtained by impregnating the porous support with the room temperature molten salt. I found out.

すなわち、本発明は、電解質膜の両側に電極が配置されてなる膜電極接合体であって、
前記電解質膜が、カチオンおよびアニオンから構成される電解質材料と、多孔質支持体とを含む膜電極接合体により上記課題を解決する。
That is, the present invention is a membrane electrode assembly in which electrodes are arranged on both sides of an electrolyte membrane,
The above-mentioned problem is solved by a membrane / electrode assembly in which the electrolyte membrane includes an electrolyte material composed of a cation and an anion and a porous support.

本発明では、常温溶融塩を電解質膜として用いることにより、発電性能が大幅に向上された膜電極接合体を提供することが可能となる。   In the present invention, it is possible to provide a membrane / electrode assembly with greatly improved power generation performance by using a room temperature molten salt as an electrolyte membrane.

本発明の第一は、電解質膜の両側に電極が配置されてなる膜電極接合体であって、
前記電解質膜が、カチオンおよびアニオンから構成される電解質材料と、多孔質支持体とを含む膜電極接合体である。
The first of the present invention is a membrane electrode assembly in which electrodes are arranged on both sides of an electrolyte membrane,
The electrolyte membrane is a membrane / electrode assembly including an electrolyte material composed of a cation and an anion and a porous support.

本発明の膜電極接合体に用いられる電解質膜は、常温溶融塩の他に多孔質支持体を有する。これにより、常温溶融塩を自立した固定化膜として用いることが可能となり、膜電極接合体内で液体状態の電解質が移動することにより電極内の空孔が閉塞されるのを抑制するとともに、膜電極接合体の内容物の漏液を抑制することが可能となる。これにより、発電性能および信頼性に優れる膜電極接合体を提供することが可能となる。   The electrolyte membrane used for the membrane electrode assembly of the present invention has a porous support in addition to the room temperature molten salt. As a result, it becomes possible to use room temperature molten salt as a self-supporting immobilization membrane, and it is possible to prevent the pores in the electrode from being blocked by the movement of the electrolyte in the liquid state within the membrane electrode assembly, and It is possible to suppress leakage of the contents of the joined body. Thereby, it becomes possible to provide a membrane electrode assembly excellent in power generation performance and reliability.

さらに、膜電極接合体における電解質として常温溶融塩を用いているため、膜電極接合体の温度が120℃以上の高温であっても高い発電性能を維持することができる。膜電極接合体の高温化は、特に電極触媒の活性化過電圧の低減が期待できる。すなわち、高温化によって触媒活性が向上することにより、電極触媒の使用量が低減できる。そのため、従来のNafion(登録商標)などのパーフルオロカーボンスルホン酸膜と比較して、使用する高価な白金などの貴金属量の低減が可能となり、膜電極接合体のコストを抑制することが可能となる。   Furthermore, since the room temperature molten salt is used as the electrolyte in the membrane electrode assembly, high power generation performance can be maintained even when the temperature of the membrane electrode assembly is 120 ° C. or higher. The increase in the temperature of the membrane electrode assembly can be expected to reduce the activation overvoltage of the electrode catalyst. That is, the amount of electrode catalyst used can be reduced by improving the catalytic activity by increasing the temperature. Therefore, compared to a conventional perfluorocarbon sulfonic acid film such as Nafion (registered trademark), it is possible to reduce the amount of noble metal such as expensive platinum used, and to suppress the cost of the membrane electrode assembly. .

以下、本発明の膜電極接合体をより詳細に説明する。   Hereinafter, the membrane electrode assembly of the present invention will be described in more detail.

<電解質膜>
本発明の膜電極接合体に用いられる電解質膜は、上述した通り、カチオンおよびアニオンから構成される電解質材料と、多孔質支持体とを含む。
<Electrolyte membrane>
As described above, the electrolyte membrane used in the membrane electrode assembly of the present invention includes an electrolyte material composed of a cation and an anion, and a porous support.

前記電解質材料としては、常温溶融塩、炭化水素系電解質などが挙げられる。なかでも、電解質として優れた特性を有することから、常温溶融塩を用いることが好ましい。   Examples of the electrolyte material include room temperature molten salts and hydrocarbon electrolytes. Especially, since it has the characteristic outstanding as electrolyte, it is preferable to use normal temperature molten salt.

前記常温溶融塩は、好ましくは200℃以上の融点を有し、カチオンとアニオンとを含む。   The room temperature molten salt preferably has a melting point of 200 ° C. or higher and contains a cation and an anion.

本発明において、前記常温溶融塩としては、下記化学式(I)で示されるアニオンを含まないものを用いる。   In the present invention, as the room temperature molten salt, one not containing an anion represented by the following chemical formula (I) is used.

Figure 2007066764
Figure 2007066764

(Xは17族元素のいずれかであり、yは正の実数を示し、1.0≦y≦2.3)
以下に、本発明のイオン伝導体に用いられる常温溶融塩を構成するカチオンとアニオンについて具体例を挙げて詳細に説明する。なお、本発明においては、以下に示すカチオンとアニオンを適宜組合わせて用いることができる。
(X is any of group 17 elements, y represents a positive real number, 1.0 ≦ y ≦ 2.3)
Below, the cation and the anion which comprise the normal temperature molten salt used for the ionic conductor of this invention are demonstrated in detail, giving a specific example. In the present invention, the following cations and anions can be used in appropriate combinations.

上記カチオンの一種である分子性カチオンとしては、例えばイミダゾリウム誘導体カチオン、より具体的には次式(1)で表される一置換イミダゾリウム誘導体カチオン(Monosubstituted Imidazolium Derivatives Cation);   Examples of the molecular cation that is a kind of the cation include, for example, an imidazolium derivative cation, and more specifically, a monosubstituted imidazolium derivative cation represented by the following formula (1):

Figure 2007066764
Figure 2007066764

(式中のR11は、1価の有機基、好ましくは1価の炭化水素基、更に好ましくは炭素数1〜20のアルキル基又はアリールアルキル基を示す。)を挙げることができる。 (Wherein R 11 represents a monovalent organic group, preferably a monovalent hydrocarbon group, more preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or an arylalkyl group).

そして、炭化水素基の具体例としては、メチル基やブチル基などを挙げることができる。   Specific examples of the hydrocarbon group include a methyl group and a butyl group.

また、次式(2)で表される二置換イミダゾリウム誘導体カチオン(Disubstituted Imidazolium Derivatives Cation);   In addition, a disubstituted imidazolium derivative cation represented by the following formula (2) (Distributed Imidazol Derivatives Cation);

Figure 2007066764
Figure 2007066764

(式中のR21及びR22は同一でも異なっていてもよく、1価の有機基、好ましくは1価の炭化水素基、更に好ましくは炭素数1〜20のアルキル基又はアリールアルキル基を示す。)を挙げることができる。 (In the formula, R 21 and R 22 may be the same or different and each represents a monovalent organic group, preferably a monovalent hydrocarbon group, more preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or an arylalkyl group. .).

そして、R21及びR22としては、上述したR11と同様のものを任意に組合わせたものを挙げることができ、その他にエチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、ベンジル基、γ−フェニルプロピル基などを挙げることができる。 Examples of R 21 and R 22 include any combination of the same groups as those described above for R 11, and in addition, ethyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, decyl group, dodecyl group , Tetradecyl group, hexadecyl group, octadecyl group, benzyl group, γ-phenylpropyl group, and the like.

また、これらの基の代表的な組合せの具体例としては、R21がメチル基であり、R22がメチル基、エチル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、ベンジル基、γ−フェニルプロピル基であるものや、R21がエチル基であり、R22がブチル基であるものなどを挙げることができる。 As specific examples of typical combinations of these groups, R 21 is a methyl group, and R 22 is a methyl group, ethyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, decyl group, dodecyl group. , Tetradecyl group, hexadecyl group, octadecyl group, benzyl group, and γ-phenylpropyl group, and those in which R 21 is an ethyl group and R 22 is a butyl group.

更に、次式(3)で表される三置換イミダゾリウム誘導体カチオン(Trisubstituted Imidazolium Derivatives Cation);   Furthermore, a trisubstituted imidazolium derivative cation represented by the following formula (3) (Tristubulated Imidazol Derivatives Cation);

Figure 2007066764
Figure 2007066764

(式中のR31〜R33は同一でも異なっていてもよく、1価の有機基、好ましくは1価の炭化水素基、更に好ましくは炭素数1〜20のアルキル基又はアリールアルキル基を示す。)を挙げることができる。 (In the formula, R 31 to R 33 may be the same or different and each represents a monovalent organic group, preferably a monovalent hydrocarbon group, more preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or an arylalkyl group. .).

そして、R31〜R33としては、上述したR11と同様のものを任意に組合わせたものを挙げることができ、その他にエチル基、プロピル基、ヘキシル基、ヘキサデシル基などを挙げることができる。 Then, as the R 31 to R 33, there may be mentioned those obtained by arbitrarily combining the same as R 11 mentioned above, other ethyl group, a propyl group, a hexyl group, and the like hexadecyl .

また、これらの基の代表的な組合せの具体例としては、R31がエチル基であり、R32及びR33がメチル基であるもの、R31がプロピル基であり、R32及びR33がメチル基であるもの、R31がブチル基であり、R32及びR33がメチル基であるもの、R31がヘキシル基であり、R32及びR33がメチル基であるもの、R31がヘキサデシル基であり、R32及びR33がメチル基であるものなどを挙げることができる。 Specific examples of typical combinations of these groups include those in which R 31 is an ethyl group, R 32 and R 33 are methyl groups, R 31 is a propyl group, and R 32 and R 33 are A methyl group, R 31 is a butyl group, R 32 and R 33 are methyl groups, R 31 is a hexyl group, R 32 and R 33 are methyl groups, R 31 is hexadecyl And a group in which R 32 and R 33 are methyl groups.

また、次式(4)で表されるピリジニウム誘導体カチオン(Pyridinium Derivatives Cation);   Moreover, the pyridinium derivative cation (Pyridinium Derivatives Cation) represented by following formula (4);

Figure 2007066764
Figure 2007066764

(式中のR41〜R44は同一でも異なっていてもよく、水素原子又は1価の有機基、好ましくは1価の炭化水素基、更に好ましくは炭素数1〜20のアルキル基又はアリールアルキル基を示す。)を挙げることができる。 (In the formula, R 41 to R 44 may be the same or different, and are a hydrogen atom or a monovalent organic group, preferably a monovalent hydrocarbon group, more preferably a C 1-20 alkyl group or arylalkyl. Group).

そして、R41〜R44としては、上述したR11と同様のものを任意に組合わせたものを挙げることができ、その他に水素原子、エチル基、ヘキシル基、オクチル基などを挙げることができる。 Then, as the R 41 to R 44, there may be mentioned those obtained by arbitrarily combining the same as R 11 mentioned above, other a hydrogen atom, an ethyl group, a hexyl group, and octyl group .

また、これらの基の代表的な組合せの具体例としては、R41がエチル基であり、R42〜R44が水素原子であるもの、R41がブチル基であり、R42〜R44が水素原子であるものやR42及びR43が水素原子でありR44がメチル基であるもの、R42及びR44が水素原子でありR43がメチル基であるもの、R42及びR43がメチル基でありR44が水素原子であるもの、R42及びR44がメチル基でありR43が水素原子であるもの、R42及びR43が水素原子でありR44がエチル基であるもの、R41がヘキシル基であり、R42〜R44が水素原子であるものやR42及びR43が水素原子でありR44がメチル基であるもの、R42及びR44が水素原子でありR43がメチル基であるもの、R41がオクチル基であり、R42〜R44が水素原子であるものやR42及びR43が水素原子でありR44がメチル基であるもの、R42およびR44が水素原子でありR43がメチル基であるものなどを挙げることができる。 Specific examples of typical combinations of these groups include those in which R 41 is an ethyl group, R 42 to R 44 are hydrogen atoms, R 41 is a butyl group, and R 42 to R 44 are A hydrogen atom, R 42 and R 43 are hydrogen atoms and R 44 is a methyl group, R 42 and R 44 are hydrogen atoms and R 43 is a methyl group, R 42 and R 43 are A methyl group and R 44 is a hydrogen atom, R 42 and R 44 are methyl groups and R 43 is a hydrogen atom, R 42 and R 43 are hydrogen atoms and R 44 is an ethyl group , R 41 is a hexyl group, R 42 to R 44 are hydrogen atoms, R 42 and R 43 are hydrogen atoms and R 44 is a methyl group, R 42 and R 44 are hydrogen atoms R 43 is der methyl Things, R 41 is an octyl group, objects or R 42 and R 43 as R 42 to R 44 is a hydrogen atom is a hydrogen atom R 44 is a methyl group, R 42 and R 44 are hydrogen atoms And R43 is a methyl group.

更に、次式(5)で表されるピロリジニウム誘導体カチオン(Pyrrolidinium Derivatives Cation);   Further, a pyrrolidinium derivative cation represented by the following formula (5) (Pyrrolidinium Derivatives Cation);

Figure 2007066764
Figure 2007066764

(式中のR51及びR52は同一でも異なっていてもよく、1価の有機基、好ましくは1価の炭化水素基、更に好ましくは炭素数1〜20のアルキル基又はアリールアルキル基を示す。)を挙げることができる。 (In the formula, R 51 and R 52 may be the same or different and each represents a monovalent organic group, preferably a monovalent hydrocarbon group, more preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or an arylalkyl group. .).

そして、R51及びR52としては、上述したR11と同様のものを任意に組合わせたものを挙げることができ、その他にエチル基、プロピル基、ヘキシル基、オクチル基などを挙げることができる。 Examples of R 51 and R 52 include those obtained by arbitrarily combining the same as R 11 described above, and other examples include an ethyl group, a propyl group, a hexyl group, and an octyl group. .

また、これらの基の代表的な組合せの具体例としては、R51がメチル基であり、R52がメチル基であるものやエチル基であるもの、ブチル基であるもの、ヘキシル基であるもの、オクチル基であるもの、R51がエチル基であり、R52がブチル基であるもの、R51及びR52がプロピル基、ブチル基、ヘキシル基であるものなどを挙げることができる。 Specific examples of typical combinations of these groups include those in which R 51 is a methyl group, R 52 is a methyl group, an ethyl group, a butyl group, or a hexyl group. , An octyl group, R 51 is an ethyl group, R 52 is a butyl group, and R 51 and R 52 are a propyl group, a butyl group, and a hexyl group.

また、次式(6)で表されるアンモニウム誘導体カチオン(Ammonium Derivatives Cation);   Moreover, the ammonium derivative cation (Ammonium Derivatives Cation) represented by following formula (6);

Figure 2007066764
Figure 2007066764

(式中のR61〜R64は同一でも異なっていてもよく、1価の有機基、好ましくは1価の炭化水素基、更に好ましくは炭素数1〜20のアルキル基又はアリールアルキル基を示す。)を挙げることができる。 (In the formula, R 61 to R 64 may be the same or different and each represents a monovalent organic group, preferably a monovalent hydrocarbon group, more preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or an arylalkyl group. .).

そして、R61〜R64としては、上述したR11と同様のものを任意に組合わせたものを挙げることができ、その他にエチル基、オクチル基などを挙げることができる。 Then, as the R 61 to R 64, there may be mentioned those obtained by arbitrarily combining the same as R 11 mentioned above, other ethyl group, and octyl group.

また、これらの基の代表的な組合せの具体例としては、R61〜R64がメチル基であるものやエチル基であるもの、ブチル基であるもの、R61がメチル基であり、R62〜R64がオクチル基であるものなどを挙げることができる。 Specific examples of typical combinations of these groups include those in which R 61 to R 64 are a methyl group, an ethyl group, a butyl group, R 61 is a methyl group, and R 62 to R 64 can be exemplified such as an octyl group.

更に、次式(7)で表されるホスフォニウム誘導体カチオン(Phosphonium
Derivatives Cation);
Furthermore, a phosphonium derivative cation (Phosphonium) represented by the following formula (7):
Derivatives Cation);

Figure 2007066764
Figure 2007066764

(式中のR71〜R74は同一でも異なっていてもよく、1価の有機基、好ましくは1価の炭化水素基、更に好ましくは炭素数1〜20のアルキル基又はアリールアルキル基を示す。)を挙げることができる。 (In the formula, R 71 to R 74 may be the same or different and each represents a monovalent organic group, preferably a monovalent hydrocarbon group, more preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or an arylalkyl group. .).

そして、R71〜R74としては、上述したR11と同様のものを任意に組合わせたものを挙げることができ、その他にエチル基、イソブチル基、ヘキシル基、オクチル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、フェニル基、ベンジル基などを挙げることができる。 Then, as the R 71 to R 74, there may be mentioned those obtained by combining arbitrarily the same as R 11 mentioned above, other ethyl group, an isobutyl group, a hexyl group, an octyl group, a tetradecyl group, a hexadecyl group , Phenyl group, benzyl group and the like.

また、これらの基の代表的な組合せの具体例としては、R71がメチル基であり、R72〜R74がブチル基であるものやイソブチル基であるもの、R71がエチル基であり、R72〜R74がブチル基であるもの、R71〜R74がブチル基であるものやオクチル基であるもの、R71がテトラデシル基であり、R72〜R74がブチル基であるものやヘキシル基であるもの、R71がヘキサデシル基であり、R72〜R74がブチル基であるもの、R71がベンジル基であり、R72〜R74がフェニル基であるものなどを挙げることができる。 As specific examples of typical combinations of these groups, R 71 is a methyl group, R 72 to R 74 are butyl groups or isobutyl groups, R 71 is an ethyl group, R 72 to R 74 are butyl groups, R 71 to R 74 are butyl groups or octyl groups, R 71 is a tetradecyl group, and R 72 to R 74 are butyl groups, Examples thereof include a hexyl group, R 71 is a hexadecyl group, R 72 to R 74 are butyl groups, R 71 is a benzyl group, and R 72 to R 74 are phenyl groups. it can.

また、次式(8)で表されるグアニジウム誘導体カチオン(Guanidinium Derivatives Cation);   Further, a guanidinium derivative cation represented by the following formula (8) (Guanidinium Derivatives Cation);

Figure 2007066764
Figure 2007066764

(式中のR81〜R86は同一でも異なっていてもよく、水素原子又は1価の有機基、好ましくは1価の炭化水素基、更に好ましくは炭素数1〜20のアルキル基又はアリールアルキル基を示す。)を挙げることができる。 (In the formula, R 81 to R 86 may be the same or different and are each a hydrogen atom or a monovalent organic group, preferably a monovalent hydrocarbon group, more preferably a C 1-20 alkyl group or arylalkyl. Group).

そして、R81〜R86としては、上述したR11と同様のものを任意に組合わせたものを挙げることができ、その他に水素原子、エチル基、プロピル基、イソプロピル基などを挙げることができる。 Then, as the R 81 to R 86, there may be mentioned those obtained by arbitrarily combining the same as R 11 mentioned above, other a hydrogen atom, an ethyl group, a propyl group, and the like isopropyl .

また、これらの基の代表的な組合せの具体例としては、R81〜R86の全てが水素原子であるものやメチル基であるもの、R81がエチル基、R82〜R85がメチル基、R86が水素原子であるもの、R81がイソプロピル基、R82〜R85がメチル基、R86が水素原子であるもの、R81がプロピル基、R82〜R86がメチル基であるものなどを挙げることができる。 Specific examples of typical combinations of these groups include those in which all of R 81 to R 86 are hydrogen atoms or methyl groups, R 81 is an ethyl group, and R 82 to R 85 are methyl groups. , R 86 is a hydrogen atom, R 81 is an isopropyl group, R 82 to R 85 are methyl groups, R 86 is a hydrogen atom, R 81 is a propyl group, and R 82 to R 86 are methyl groups The thing etc. can be mentioned.

更に、次式(9)で表されるイソウロニウム誘導体カチオン(Isouronium Derivatives Cation);   Furthermore, an isouronium derivative cation (Isouronium Derivatives Cation) represented by the following formula (9);

Figure 2007066764
Figure 2007066764

(式中のR91〜R95は同一でも異なっていてもよく、水素原子又は1価の有機基、好ましくは1価の炭化水素基、更に好ましくは炭素数1〜20のアルキル基又はアリールアルキル基を示し、Aは酸素原子又は硫黄原子を示す。)を挙げることができる。 (In the formula, R 91 to R 95 may be the same or different, and are a hydrogen atom or a monovalent organic group, preferably a monovalent hydrocarbon group, more preferably a C 1-20 alkyl group or arylalkyl. And A 9 represents an oxygen atom or a sulfur atom.).

そして、R91〜R95としては、上述したR11と同様のものを任意に組み合わせたものを挙げることができ、その他に水素原子、エチル基などを挙げることができる。 Then, as the R 91 to R 95, there may be mentioned any combination of the the same as R 11 mentioned above, other a hydrogen atom, and the like ethyl.

また、これらの基の代表的な組合せの具体例としては、Aが酸素原子(O)であって、R91〜R95の全てがメチル基であるものやR91がエチル基、R92〜R95がメチル基であるもの、Aが硫黄原子(S)であって、R91がエチル基、R92〜R95がメチル基であるものなどを挙げることができる。 Specific examples of typical combinations of these groups include those in which A 9 is an oxygen atom (O) and all of R 91 to R 95 are methyl groups, R 91 is an ethyl group, R 92 those to R 95 is a methyl group, a 9 is a sulfur atom (S), and the like as R 91 is an ethyl group, R 92 to R 95 is a methyl group.

一方、アニオンの1種である分子性アニオンとしては、例えば次式(10)で表される硫酸エステルアニオン(Sulfates anion);   On the other hand, as a molecular anion which is a kind of anion, for example, sulfate anion represented by the following formula (10) (Sulfates anion);

Figure 2007066764
Figure 2007066764

(式中のR101は1価の有機基、好ましくは1価の炭化水素基、更に好ましくは炭素数1〜20のアルキル基又はアリールアルキル基を示す。)を挙げることができる。 (Wherein R 101 represents a monovalent organic group, preferably a monovalent hydrocarbon group, more preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or an arylalkyl group).

そして、R101としては、上述したR11と同様のものを挙げることができ、その他にエチル基、ヘキシル基、オクチル基などを挙げることができる。 Then, as R 101 may include the same as R 11 mentioned above, other ethyl group, a hexyl group, and octyl group.

また、代表的な具体例としては、R101がメチル基やエチル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基であるものなどを挙げることができる。 Further, typical examples include those in which R 101 is a methyl group, an ethyl group, a butyl group, a hexyl group, or an octyl group.

また、次式(11)で表されるスルホン酸エステルアニオン(Sulfonates anion);   Moreover, the sulfonate ester anion (Sulfonates anion) represented by following formula (11);

Figure 2007066764
Figure 2007066764

(式中のR111は1価の有機基、好ましくは1価の炭化水素基、更に好ましくは炭素数1〜20のアルキル基又はアリールアルキル基、更にはそのフッ素置換体を示す。)を挙げることができる。 (Wherein R 111 represents a monovalent organic group, preferably a monovalent hydrocarbon group, more preferably an alkyl group or arylalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and further a fluorine-substituted product thereof). be able to.

そして、代表的な具体例としては、R111がフッ素置換されたメチル基(トリフルオロメタンサルフォネートアニオンに相当)であるもの、更にはp−トリル基(p−トルエンスルホン酸アニオンに相当)であるものを挙げることができる。 As typical examples, R 111 is a fluorine-substituted methyl group (corresponding to a trifluoromethanesulfonate anion), and further a p-tolyl group (corresponding to a p-toluenesulfonic acid anion). Some can be mentioned.

更に、次式(12)〜(14)で表されるアミドアニオン(Amides Anion)又はイミドアニオン(Imides Anion);   Further, an amide anion or an imide anion represented by the following formulas (12) to (14);

Figure 2007066764
Figure 2007066764

を挙げることができる。 Can be mentioned.

なお、アミドアニオンやイミドアニオンについては必ずしもこれらに限定されるものではない。   The amide anion and imide anion are not necessarily limited to these.

また、次式(15)又は(16)で表されるメタンアニオン(Methanes Anion);   In addition, a methane anion represented by the following formula (15) or (16);

Figure 2007066764
Figure 2007066764

を挙げることができる。 Can be mentioned.

なお、メタンアニオンについても必ずしもこれらに限定されるものではない。   The methane anion is not necessarily limited to these.

また、次式(17)〜(22)で表されるホウ素含有化合物アニオン;   Moreover, the boron-containing compound anion represented by the following formulas (17) to (22);

Figure 2007066764
Figure 2007066764

Figure 2007066764
Figure 2007066764

を挙げることができる。 Can be mentioned.

なお、ホウ素含有化合物アニオンについても必ずしもこれらに限定されるものではない。   Note that the boron-containing compound anion is not necessarily limited thereto.

更に、次式(23)〜(29)で表されるリン含有化合物アニオン;   Furthermore, phosphorus-containing compound anions represented by the following formulas (23) to (29);

Figure 2007066764
Figure 2007066764

Figure 2007066764
Figure 2007066764

Figure 2007066764
Figure 2007066764

を挙げることができる。 Can be mentioned.

なお、リン含有化合物アニオンについても必ずしもこれらに限定されるものではない。   The phosphorus-containing compound anion is not necessarily limited to these.

更に、次式(30)又は(31)で表されるカルボン酸アニオン;   And a carboxylate anion represented by the following formula (30) or (31):

Figure 2007066764
Figure 2007066764

を挙げることができる。 Can be mentioned.

なお、カルボン酸アニオンについても必ずしもこれらに限定されるものではない。   The carboxylate anion is not necessarily limited to these.

更に、次式(32)又は(33)で表される金属元素含有アニオン;   And a metal element-containing anion represented by the following formula (32) or (33):

Figure 2007066764
Figure 2007066764

を挙げることができる。 Can be mentioned.

なお、金属元素含有アニオンについても必ずしもこれらに限定されるものではない。   The metal element-containing anion is not necessarily limited to these.

他方、分子性アニオンではないが、他のアニオン成分としてハロゲン化物アニオン(Halogenides Anion)であるフッ素アニオン[F]や塩素アニオン[Cl]、臭素アニオン[Br]、ヨウ素アニオン[I]を挙げることもできる。 On the other hand, is not a molecular anion, fluorine anion is a halide anion (Halogenides Anion) as another anionic component [F -] and chloride anion [Cl -], bromide [Br -], iodine anion [I -] Can also be mentioned.

本発明の常温溶融塩では、上述したカチオンおよびアニオンを組み合わせた、または、混合したものを含むのが好ましい。   The room temperature molten salt of the present invention preferably contains a combination or mixture of the above-described cation and anion.

本発明の膜電極接合体に用いられる電解質膜では、上述した常温溶融塩を多孔質支持体に含浸させて用いるのが好ましい。これにより、電解質膜の強度を向上させることができ、得られる膜電極接合体の信頼性をさらに向上させることが可能となる。   In the electrolyte membrane used for the membrane electrode assembly of the present invention, it is preferable to impregnate the porous support with the above-mentioned room temperature molten salt. Thereby, the strength of the electrolyte membrane can be improved, and the reliability of the obtained membrane electrode assembly can be further improved.

前記多孔質支持体の空隙率は、好ましくは5〜95%、より好ましくは30〜80%である。前記空隙率が、5%未満であると多孔質支持体への電解質の充填量が十分に得られずに膜電極接合体の発電性能が低下する恐れがあり、95%を超えると多孔質支持体によって電解質膜の強度を十分に向上させることができない恐れがある。   The porosity of the porous support is preferably 5 to 95%, more preferably 30 to 80%. If the porosity is less than 5%, the amount of electrolyte filling the porous support may not be sufficiently obtained, and the power generation performance of the membrane electrode assembly may be deteriorated. There is a possibility that the strength of the electrolyte membrane cannot be sufficiently improved by the body.

前記多孔質支持体の厚さは、好ましくは10μm〜200μm、より好ましくは20〜90μmである。前記厚さが、10μm未満であると多孔質支持体によって電解質膜の強度を十分に向上させることができない恐れがあり、200μmを超えるとプロトン伝導度が低下し、膜電極接合体として発電性能を低下させる恐れがある。   The thickness of the porous support is preferably 10 μm to 200 μm, more preferably 20 to 90 μm. If the thickness is less than 10 μm, the strength of the electrolyte membrane may not be sufficiently improved by the porous support. If the thickness exceeds 200 μm, the proton conductivity decreases, and the membrane electrode assembly has a power generation performance. There is a risk of lowering.

前記多孔質支持体として具体的には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、およびポリイミドよりなる群から選択される少なくとも一種からなるものが好ましく挙げられる。これらによれば、十分な強度を有する多孔質支持体が得られる。   Specifically, the porous support preferably includes at least one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene, polypropylene, polyamide, and polyimide. It is done. According to these, a porous support having sufficient strength can be obtained.

前記多孔質支持体として具体的には、上述したものの他にも、無機多孔質体が好ましく用いられる。無機多孔質体若しくは無機多孔質体を一部含んだものであれば、常温溶融塩を含む自立した電解質膜が得られる他、膜電極接合体の発電性能を向上させることが可能となる。   Specifically, an inorganic porous body is preferably used in addition to the above-mentioned porous support. If it contains an inorganic porous body or a part of the inorganic porous body, a self-supporting electrolyte membrane containing a room temperature molten salt can be obtained, and the power generation performance of the membrane electrode assembly can be improved.

前記無機多孔質体として具体的には、Al、SiO、TiO、およびZrOよりなる群から選択される少なくとも一種からなるものが好ましく挙げられる。 Specifically as the inorganic porous material, Al 2 O 3, SiO 2 , TiO 2, and consist of at least one selected from the group consisting of ZrO 2 are preferably exemplified.

前記電解質膜では、さらにポリマーを含むのが好ましい。すなわち、上述した常温溶融塩の他にさらにポリマーを多孔質支持体に含浸させて電解質膜として用いるのが好ましい。前記ポリマーによれば、常温溶融塩を多孔質支持体内により確実に固定することができ、膜電極接合体の信頼性、発電性能などを向上させることが可能となる。   The electrolyte membrane preferably further contains a polymer. That is, in addition to the above-mentioned room temperature molten salt, it is preferable to impregnate a porous support with a polymer and use it as an electrolyte membrane. According to the polymer, the room temperature molten salt can be reliably fixed in the porous support, and the reliability and power generation performance of the membrane electrode assembly can be improved.

かような電解質膜は、好ましくは、後述する本発明の膜電極接合体の製造方法に記載する通りであるが、常温溶融塩、前記ポリマーを構成し得るモノマー、および重合開始剤を含む溶液を多孔質支持体に含浸させた後に重合させることにより得られる。   Such an electrolyte membrane is preferably as described in the method for producing a membrane electrode assembly of the present invention to be described later, but includes a solution containing a room temperature molten salt, a monomer that can constitute the polymer, and a polymerization initiator. It is obtained by polymerizing after impregnating the porous support.

前記ポリマーとして、具体的には、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、およびポリフッ化ビニリデンよりなる群から選択される少なくとも1種のポリマー、および/または、アクリル酸系モノマー、メタクリル酸系モノマー、アクリルアミド系モノマー、アリル系モノマー、スチレン系モノマー、およびエポキシ系モノマーよりなる群から選択される少なくとも一種のモノマーの重合体が好ましく挙げられる。これらのポリマーおよび重合体は、一種の前記ポリマーまたは前記モノマーのみからなってもよく、二種以上の前記ポリマーおよび前記モノマーが混合されてなるものであってもよい。これらのポリマーおよび重合体によれば、前記常温溶融塩を重合し、膜としての固定化できるという効果が得られる。   As the polymer, specifically, at least one polymer selected from the group consisting of polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, and polyvinylidene fluoride, and / or an acrylic acid monomer, methacrylic monomer, Preferred is a polymer of at least one monomer selected from the group consisting of acid monomers, acrylamide monomers, allyl monomers, styrene monomers, and epoxy monomers. These polymers and polymers may be composed of only one kind of the polymer or the monomer, or may be a mixture of two or more kinds of the polymer and the monomer. According to these polymers and polymers, the effect that the room temperature molten salt can be polymerized and immobilized as a film can be obtained.

前記(メタ)アクリル酸系モノマーとしては、2−ヒドロキシルエチルメタクリレート、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、2−(メタ)アクリロイルエタンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルプロパンスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、(メタ)アクリルアミド、N−置換(メタ)アクリルアミド、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等のモノマーやその塩などが好ましく挙げられる。アクリルアミド系モノマーとしては、アクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド(DMAA)などが好ましく挙げられる。アリル系モノマーとしては、アリル、アリルアミン、トリアリルイソシアヌレートなどが好ましく挙げられる。スチレン系モノマーとしては、スチレン、メチルスチレン、トリフルオロスチレンなどが好ましく挙げられる。エポキシ系モノマーとしては、ビスフェノールフルオレンジグリシジルエーテル、ビスフェノキシエタノールフルオレンジグリシジルエーテルなどが好ましく挙げられる。さらに、親水性モノマーとして、2−ヒドロキシルエチルメタクリレートのほか、メタクリル酸(MCAA)、アクリル酸(AAC)、N−ビニル−2−ピロリドン(NVP)などが好ましく挙げられる。   Examples of the (meth) acrylic acid monomer include 2-hydroxylethyl methacrylate, (meth) acrylic acid, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, 2- (meth) acryloylethanesulfonic acid, 2- ( (Meth) acryloylpropanesulfonic acid, 2- (meth) acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid, vinylsulfonic acid, styrenesulfonic acid, (meth) acrylamide, N-substituted (meth) acrylamide, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate Monomers such as N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, N, N-diethylaminoethyl (meth) acrylate, N, N-diethylaminopropyl (meth) acrylate, N, N-dimethylaminopropyl (meth) acrylamide, I like the salt And the like properly. Preferred examples of the acrylamide monomer include acrylamide and N, N-dimethylacrylamide (DMAA). Preferable examples of the allylic monomer include allyl, allylamine, triallyl isocyanurate and the like. Preferred examples of the styrenic monomer include styrene, methyl styrene, and trifluorostyrene. Preferred examples of the epoxy monomer include bisphenol fluorenediglycidyl ether and bisphenoxyethanol fluorenediglycidyl ether. Furthermore, as a hydrophilic monomer, methacrylic acid (MCAA), acrylic acid (AAC), N-vinyl-2-pyrrolidone (NVP), etc. are preferably mentioned in addition to 2-hydroxyethyl methacrylate.

モノマーとしてアクリル酸塩を用いる場合には、常温溶融塩を安定して固定するなどの観点からアクリル酸のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、アミン塩から選ばれるアクリル酸の1価塩が好ましい。より好ましくはアクリル酸アルカリ金属塩であり、特に好ましくは、ナトリウム塩、リチウム塩、カリウム塩から選ばれるアクリル酸塩である。   When an acrylate is used as the monomer, a monovalent salt of acrylic acid selected from alkali metal salts, ammonium salts, and amine salts of acrylic acid is preferable from the viewpoint of stably fixing a room temperature molten salt. More preferred are alkali metal acrylates, and particularly preferred are acrylates selected from sodium salts, lithium salts, and potassium salts.

前記ポリマーとしては、2−ヒドロキシルエチルメタクリレート(HEMA)を主成分とする単量体成分の重合体が好ましく挙げられる。HEMAをモノマーとして用いてなるポリマーによれば、膜電極接合体において常温溶融塩を固定できるだけでなく、得られる膜電極接合体の発電性能をさらに向上させることが可能となる。発電性能を向上させる理由としては明らかではないが、酸素透過性の向上による活性化過電圧の低減等が考えられる。   As said polymer, the polymer of the monomer component which has 2-hydroxyl ethyl methacrylate (HEMA) as a main component is mentioned preferably. According to the polymer using HEMA as a monomer, not only can the room temperature molten salt be fixed in the membrane electrode assembly, but also the power generation performance of the obtained membrane electrode assembly can be further improved. Although the reason for improving the power generation performance is not clear, it is conceivable to reduce the activation overvoltage by improving the oxygen permeability.

HEMAを主成分とする単量体成分の重合体において、HEMAの含有量は、全ポリマー成分に対して、10重量%以上、好ましくは30〜60重量%とするのがよい。HEMAの含有量を前記範囲内とすることにより、HEMAによる優れた効果を発揮することができる。   In the polymer of monomer components mainly composed of HEMA, the content of HEMA is 10% by weight or more, preferably 30 to 60% by weight, based on all polymer components. By setting the content of HEMA within the above range, an excellent effect of HEMA can be exhibited.

本発明の膜電極接合体に用いられる電解質において、前記常温溶融塩のモルと、前記ポリマーを構成するモノマーの合計モル比と、の比(N=常温溶融塩/モノマー)は、好ましくは0.3≦N≦0.7、より好ましくは0.45≦N≦0.6である。前記モル比が、0.3未満であると水素移動度が極端に低下する恐れがあり、0.7以上であると重合が十分に進行しない恐れがある。   In the electrolyte used for the membrane electrode assembly of the present invention, the ratio of the mole of the room temperature molten salt to the total mole ratio of the monomers constituting the polymer (N = room temperature molten salt / monomer) is preferably 0.00. 3 ≦ N ≦ 0.7, more preferably 0.45 ≦ N ≦ 0.6. If the molar ratio is less than 0.3, the hydrogen mobility may be extremely lowered, and if it is 0.7 or more, the polymerization may not proceed sufficiently.


電解質膜の厚さは、得られる膜電極接合体の特性を考慮して適宜決定すればよいが、好ましくは10〜200μm、より好ましくは20〜90μmである。製膜時の強度や膜電極接合体作動時の耐久性の観点から10μm以上であることが好ましく、MEA作動時の出力特性の観点から200μm以下であることが好ましい。

The thickness of the electrolyte membrane may be appropriately determined in consideration of the characteristics of the obtained membrane electrode assembly, but is preferably 10 to 200 μm, more preferably 20 to 90 μm. It is preferably 10 μm or more from the viewpoint of strength during film formation and durability during operation of the membrane electrode assembly, and is preferably 200 μm or less from the viewpoint of output characteristics during MEA operation.

<電極>
本発明の膜電極接合体に用いられる電極は、上述したカチオンとアニオンとを含有する電解質材料と、電極触媒とを含む電極触媒層を少なくとも有する。
<Electrode>
The electrode used for the membrane electrode assembly of the present invention has at least an electrode catalyst layer containing the above-described electrolyte material containing a cation and an anion and an electrode catalyst.

前記電解質材料としては、電解質膜において上述したものと同様のものが用いられることから、ここでは詳細な説明を省略する。   Since the same electrolyte material as that described above in the electrolyte membrane is used as the electrolyte material, detailed description thereof is omitted here.

前記電極触媒は、固体高分子型燃料電池などの従来一般的な燃料電池に用いられている電極触媒であれば特に制限されずに用いることができる。前記電極触媒は、電極反応を促進させ得る触媒成分を少なくとも含む。   The electrode catalyst can be used without particular limitation as long as it is an electrode catalyst used in conventional general fuel cells such as a polymer electrolyte fuel cell. The electrode catalyst includes at least a catalyst component that can promote an electrode reaction.

カソード触媒層に用いられる触媒成分は、酸素の還元反応に触媒作用を有するものであれば特に制限はなく公知の触媒が同様にして使用できる。また、アノード触媒層に用いられる触媒成分もまた、水素の酸化反応に触媒作用を有するものであれば特に制限はなく公知の触媒が同様にして使用できる。具体的には、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム等の金属、及びそれらの合金等などから選択される。   The catalyst component used in the cathode catalyst layer is not particularly limited as long as it has a catalytic action for the oxygen reduction reaction, and a known catalyst can be used in the same manner. Further, the catalyst component used in the anode catalyst layer is not particularly limited as long as it has a catalytic action for the oxidation reaction of hydrogen, and a known catalyst can be used in the same manner. Specifically, it is selected from platinum, ruthenium, iridium, rhodium, palladium, osmium, tungsten, lead, iron, chromium, cobalt, nickel, manganese, vanadium, molybdenum, gallium, aluminum and the like, and alloys thereof. Is done.

触媒成分の形状や大きさは、特に制限されず公知の触媒成分と同様の形状及び大きさが使用できるが、触媒成分は、粒状であることが好ましい。この際、触媒粒子の平均粒子径は、小さいほど電気化学反応が進行する有効電極面積が増加するため触媒活性も高くなり好ましいが、実際には平均粒子径が小さすぎると却って触媒活性が低下する現象が見られる。従って、触媒粒子の平均粒子径は、1〜30nm、より好ましくは1.5〜20nm、さらにより好ましくは2〜10nm、特に好ましくは2〜5nmの粒状であることが好ましい。なお、本発明における「触媒粒子の平均粒径」は、X線回折における触媒成分の回折ピークの半値幅より求められる結晶子径あるいは透過型電子顕微鏡像より調べられる触媒成分の粒子径の平均値により測定することができる。   The shape and size of the catalyst component are not particularly limited, and the same shape and size as known catalyst components can be used, but the catalyst component is preferably granular. At this time, the smaller the average particle diameter of the catalyst particles, the higher the catalytic activity because the effective electrode area where the electrochemical reaction proceeds increases, which is preferable. However, in practice, if the average particle diameter is too small, the catalytic activity decreases. The phenomenon is seen. Accordingly, the average particle size of the catalyst particles is preferably 1 to 30 nm, more preferably 1.5 to 20 nm, even more preferably 2 to 10 nm, and particularly preferably 2 to 5 nm. The “average particle diameter of the catalyst particles” in the present invention is the average value of the particle diameter of the catalyst component determined from the crystallite diameter or transmission electron microscope image obtained from the half-value width of the diffraction peak of the catalyst component in X-ray diffraction. Can be measured.

前記電極触媒は、さらに導電性担体を含んでいてもよい。前記導電性担体に上述した触媒成分を担持させて用いることにより、触媒成分の分散性を向上させて、電極触媒の触媒活性を向上させることが可能となる。   The electrode catalyst may further contain a conductive carrier. By supporting the above-described catalyst component on the conductive carrier, it becomes possible to improve the dispersibility of the catalyst component and improve the catalytic activity of the electrode catalyst.

前記導電性担体としては、触媒成分を所望の分散状態で担持させるための比表面積を有し、集電体として十分な電子導電性を有しているものであればよく、主成分がカーボンであるのが好ましい。具体的には、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、活性炭、コークスなどからなるカーボン粒子が挙げられる。また、耐食性、撥水性に優れることから、前記カーボン粒子は黒鉛化されたものも好ましく用いられる。   The conductive carrier may have any specific surface area for supporting the catalyst component in a desired dispersed state and has sufficient electronic conductivity as a current collector. The main component is carbon. Preferably there is. Specifically, carbon particles such as carbon black such as ketjen black, channel black, furnace black and thermal black, activated carbon, coke and the like can be mentioned. Further, since the carbon particles are excellent in corrosion resistance and water repellency, graphitized particles are preferably used.

なお、本発明において「主成分がカーボンである」とは、主成分として炭素原子を含むことをいい、炭素原子のみからなる、実質的に炭素原子からなる、の双方を含む概念である。場合によっては、燃料電池の特性を向上させるために、炭素原子以外の元素が含まれていてもよい。なお、実質的に炭素原子からなるとは、2〜3質量%程度以下の不純物の混入が許容されることを意味する。   In the present invention, “the main component is carbon” refers to containing a carbon atom as a main component, and is a concept including both a carbon atom only and a substantially carbon atom. In some cases, elements other than carbon atoms may be included in order to improve the characteristics of the fuel cell. In addition, being substantially composed of carbon atoms means that mixing of impurities of about 2 to 3% by mass or less is allowed.

前記導電性担体の比表面積は、好ましくは20〜1600m/g、より好ましくは80〜1200m/gとするのがよい。前記比表面積が、20m/g未満であると前記導電性担体への触媒成分および電解質の分散性が低下して十分な発電性能が得られない恐れがあり、1600m/gを超えると触媒成分および電解質の有効利用率が却って低下する恐れがある。 The specific surface area of the conductive carrier is preferably 20 to 1600 m 2 / g, more preferably 80 to 1200 m 2 / g. If the specific surface area is less than 20 m 2 / g, the dispersibility of the catalyst component and the electrolyte on the conductive support may be reduced, and sufficient power generation performance may not be obtained. If the specific surface area exceeds 1600 m 2 / g, the catalyst The effective utilization rate of components and electrolytes may decrease.

また、前記導電性担体の大きさは、特に限定されないが、担持の容易さ、触媒利用率、電極触媒層の厚みを適切な範囲で制御するなどの観点からは、平均粒子径が5〜200nm、好ましくは10〜100nm程度とするのがよい。   Further, the size of the conductive carrier is not particularly limited, but from the viewpoint of controlling the ease of loading, the catalyst utilization, and the thickness of the electrode catalyst layer within an appropriate range, the average particle size is 5 to 200 nm. The thickness is preferably about 10 to 100 nm.

前記導電性担体に触媒成分が担持された電極触媒において、触媒成分の担持量は、電極触媒の全量に対して、好ましくは10〜80質量%、より好ましくは30〜70質量%とするのがよい。前記担持量が、80質量%を超えると、触媒成分の導電性担体上での分散度が下がり、担持量が増加するわりに発電性能の向上が小さく経済上での利点が低下する恐れがある。また、前記担持量が、10質量%未満であると、単位質量あたりの触媒活性が低下して所望の発電性能を得るために多量の電極触媒が必要となり好ましくない。なお、触媒成分の担持量は、誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)によって調べることができる。   In the electrode catalyst in which the catalyst component is supported on the conductive support, the supported amount of the catalyst component is preferably 10 to 80% by mass, more preferably 30 to 70% by mass with respect to the total amount of the electrode catalyst. Good. If the loading amount exceeds 80% by mass, the degree of dispersion of the catalyst component on the conductive support is lowered, and although the loading amount is increased, the improvement in power generation performance is small and the economic advantage may be lowered. On the other hand, if the loading amount is less than 10% by mass, the catalytic activity per unit mass is lowered, and a large amount of electrode catalyst is required to obtain the desired power generation performance, which is not preferable. The amount of the catalyst component supported can be examined by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP).

アノードおよびカソードに用いられる各触媒層において、電解質材料と電極触媒との混合質量比は、好ましくは1:0.01〜1:10、より好ましくは1:0.1〜1:5である。これにより十分な発電性能を有する膜電極接合体が得られる。   In each catalyst layer used for the anode and the cathode, the mixing mass ratio of the electrolyte material and the electrode catalyst is preferably 1: 0.01 to 1:10, more preferably 1: 0.1 to 1: 5. Thereby, a membrane electrode assembly having sufficient power generation performance can be obtained.

前記電極触媒層は、より好ましくは、前記電極触媒および前記電解質材料が、前記ポリマーにより固定されてなる。これにより、フィルム、注型品状、などの所望の形状を有し、独立して存在可能な電極を得ることができ、さらに、電極触媒層内の空孔を液状の常温溶融塩によって閉塞されることによる電極触媒層内の反応ガスの拡散性の低下を防止することができ、膜電極接合体の信頼性、発電性能を向上させることが可能となる。   More preferably, the electrode catalyst layer is formed by fixing the electrode catalyst and the electrolyte material with the polymer. As a result, an electrode having a desired shape such as a film, a cast product, and the like that can exist independently can be obtained, and the pores in the electrode catalyst layer are blocked by a liquid room temperature molten salt. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in the diffusibility of the reaction gas in the electrode catalyst layer, thereby improving the reliability and power generation performance of the membrane electrode assembly.

前記電解質材料および電極触媒が、ポリマーにより固定された電極触媒層は、後述する本発明の膜電極接合体の製造方法に記載する通りであるが、電極触媒、電解質材料、前記ポリマーを構成し得るモノマー、および重合開始剤を含む溶液を重合させることにより得られる。   The electrode catalyst layer in which the electrolyte material and the electrode catalyst are fixed by a polymer is as described in the method for producing a membrane electrode assembly of the present invention described later, and can constitute the electrode catalyst, the electrolyte material, and the polymer. It is obtained by polymerizing a solution containing a monomer and a polymerization initiator.

前記ポリマーとしては、電解質膜において多孔質支持体の空孔内に電解質材料とともに充填されうる上述したものと同様のものが用いられるため、ここでは詳細な説明を省略する。   As the polymer, since the same polymer as described above that can be filled together with the electrolyte material in the pores of the porous support in the electrolyte membrane is used, detailed description thereof is omitted here.

電極触媒層におけるポリマーの含有量としては、全成分に対して、好ましくは5〜80質量%、より好ましくは10〜40質量%とするのがよい。前記ポリマーの含有量が、5質量%未満であるとポリマーを添加したことによる効果が十分に得られない恐れがあり、80質量%を超えると電極触媒および電解質の含有量が低下して膜電極接合体の発電性能が低下する恐れがある。   The polymer content in the electrode catalyst layer is preferably 5 to 80% by mass, more preferably 10 to 40% by mass, based on all components. If the content of the polymer is less than 5% by mass, the effect of adding the polymer may not be sufficiently obtained. If the content exceeds 80% by mass, the content of the electrode catalyst and the electrolyte decreases, and the membrane electrode There is a possibility that the power generation performance of the joined body is lowered.

アノードおよびカソードにおける各触媒層の厚さは、好ましくは5〜100μm、より好ましくは10〜50μmとするのがよい。触媒層の厚さが、5μmを超えると反応ガスの拡散性が低下して発電性能が低下する恐れがあり、100μm未満であると十分な発電性能が得られない恐れがある。   The thickness of each catalyst layer in the anode and the cathode is preferably 5 to 100 μm, more preferably 10 to 50 μm. If the thickness of the catalyst layer exceeds 5 μm, the diffusibility of the reaction gas may decrease and power generation performance may decrease, and if it is less than 100 μm, sufficient power generation performance may not be obtained.

<ガス拡散層>
次に、アノードおよびカソードにおける各電極は、上述した電極触媒層の他にガス拡散層を有していてもよい。前記ガス拡散層は、電極触媒層の電解質膜が接する面とは反対の面に配置される。
<Gas diffusion layer>
Next, each electrode in the anode and the cathode may have a gas diffusion layer in addition to the above-described electrode catalyst layer. The gas diffusion layer is disposed on a surface opposite to the surface of the electrode catalyst layer that contacts the electrolyte membrane.

電極触媒層およびガス拡散層を有する電極において、電極触媒層はガス拡散層上に形成されてもよい他、ガス拡散層中の一部に電極触媒層が形成されていてもよい。後者の場合、後述するガス拡散基材の所望する部位に、電極触媒および電解質材料が含浸されたものなどが挙げられる。   In the electrode having the electrode catalyst layer and the gas diffusion layer, the electrode catalyst layer may be formed on the gas diffusion layer, or the electrode catalyst layer may be formed in a part of the gas diffusion layer. In the case of the latter, the thing which the electrode catalyst and the electrolyte material were impregnated in the site | part which the gas diffusion base material mentioned later mentions is mentioned.

前記ガス拡散層は、特に限定されず公知のものが同様にして使用でき、例えば、炭素製の織物、紙状抄紙体、フェルト、不織布といった導電性及び多孔質性を有するシート状のガス拡散基材からなるものなどが挙げられる。   The gas diffusion layer is not particularly limited, and known ones can be used in the same manner, for example, a sheet-like gas diffusion group having conductivity and porosity such as carbon woven fabric, paper-like paper body, felt, and non-woven fabric. The thing which consists of materials is mentioned.

前記ガス拡散基材の厚さは、得られるガス拡散層の特性を考慮して適宜決定すればよいが、30〜500μm程度とすればよい。厚さが、30μm未満であると十分な機械的強度などが得られない恐れがあり、500μmを超えるとガスや水などが透過する距離が長くなり望ましくない。   The thickness of the gas diffusion base material may be appropriately determined in consideration of the characteristics of the obtained gas diffusion layer, but may be about 30 to 500 μm. If the thickness is less than 30 μm, sufficient mechanical strength or the like may not be obtained, and if it exceeds 500 μm, the distance through which gas or water permeates is undesirably increased.

前記前記ガス拡散基材には、撥水性をより高めてフラッディング現象などを防ぐことを目的として、撥水剤を含んでいるのが好ましい。前記撥水剤としては、特に限定されないが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリヘキサフルオロプロピレン、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(FEP)などのフッ素系の高分子材料、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが挙げられる。   The gas diffusion base material preferably contains a water repellent for the purpose of further improving water repellency and preventing flooding. Although it does not specifically limit as said water repellent, Fluorine-type, such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyhexafluoropropylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), etc. Examples thereof include polymer materials, polypropylene, and polyethylene.

また、撥水性をより向上させるために、前記ガス拡散層は、前記ガス拡散基材上に撥水剤を含むカーボン粒子の集合体からなるカーボン粒子層を有するものであってもよい。   In order to further improve water repellency, the gas diffusion layer may have a carbon particle layer made of an aggregate of carbon particles containing a water repellent on the gas diffusion base material.

前記カーボン粒子としては、特に限定されず、カーボンブラック、黒鉛、膨張黒鉛などの従来一般的なものであればよい。なかでも、電子伝導性に優れ、比表面積が大きいことから、オイルファーネスブラック、チャネルブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラックが好ましく挙げられる。   The carbon particles are not particularly limited, and may be conventional ones such as carbon black, graphite, and expanded graphite. Of these, carbon blacks such as oil furnace black, channel black, lamp black, thermal black, and acetylene black are preferred because of their excellent electron conductivity and large specific surface area.

前記カーボン粒子層に用いられる撥水剤としては、前記ガス拡散基材に用いられる上述した撥水剤と同様のものが挙げられる。なかでも、撥水性、電極反応時の耐食性などに優れることから、フッ素系の高分子材料が好ましく用いられる。   Examples of the water repellent used for the carbon particle layer include the same water repellents as those described above used for the gas diffusion base material. Of these, fluorine-based polymer materials are preferably used because of their excellent water repellency and corrosion resistance during electrode reaction.

前記カーボン粒子層におけるカーボン粒子と、撥水剤との混合比は、カーボン粒子が多過ぎると期待するほど撥水性が得られない恐れがあり、撥水剤が多過ぎると十分な電子伝導性が得られない恐れがある。これらを考慮して、カーボン層におけるカーボン粒子と撥水剤との混合比は、質量比で、90:10〜40:60程度とするのがよい。   The mixing ratio between the carbon particles and the water repellent in the carbon particle layer may be insufficient to obtain water repellency as expected when there are too many carbon particles. If there are too many water repellents, sufficient electron conductivity may be obtained. There is a risk that it will not be obtained. Considering these, the mixing ratio of the carbon particles and the water repellent in the carbon layer is preferably about 90:10 to 40:60 in terms of mass ratio.

前記カーボン粒子層の厚さは、得られるガス拡散層の撥水性を考慮して適宜決定すればよいが、好ましくは10〜1000μm、より好ましくは50〜500μmとするのがよい。   The thickness of the carbon particle layer may be appropriately determined in consideration of the water repellency of the obtained gas diffusion layer, but is preferably 10 to 1000 μm, more preferably 50 to 500 μm.

本発明の第二は、上述した本発明の第一の膜電極接合体を用いた燃料電池である。本発明では、電解質膜として常温溶融塩を多孔質支持体に含浸させたものを用いるため、常温溶融塩を適用した燃料電池として大幅な発電性能の向上ができるとともに、安全性、信頼性が高く、触媒使用量の低減によるコスト削減などが可能な燃料電池を提供することが可能となる。   The second of the present invention is a fuel cell using the above-mentioned first membrane electrode assembly of the present invention. In the present invention, since an electrolyte membrane having a room temperature molten salt impregnated in a porous support is used, the power generation performance can be greatly improved as a fuel cell to which the room temperature molten salt is applied, and safety and reliability are high. In addition, it is possible to provide a fuel cell capable of reducing costs by reducing the amount of catalyst used.

前記燃料電池の燃料の種類としては、特に限定されず、上記した説明中では水素を例に挙げて説明したが、この他にも、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2級ブタノール、3級ブタノール、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチレングリコール、ジエチレングリコールを用いることができる。
なかでも高出力化が可能である点で、水素とメタノールが好ましく挙げられる。
The type of fuel of the fuel cell is not particularly limited, and in the above description, hydrogen has been described as an example, but in addition to this, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol Secondary butanol, tertiary butanol, dimethyl ether, diethyl ether, ethylene glycol, diethylene glycol can be used.
Of these, hydrogen and methanol are preferred because they can increase the output.

前記燃料電池は、定置用電源の他、搭載スペースが限定される自動車などの移動体用電源などとして有用である。なかでも、発電性能および信頼性に優れることから、自動車などの移動体用電源として用いられるのが特に好ましい。   The fuel cell is useful as a power source for a moving body such as an automobile having a limited mounting space in addition to a stationary power source. Especially, since it is excellent in electric power generation performance and reliability, it is especially preferable to be used as a power source for mobile bodies such as automobiles.

前記燃料電池の構成としては、特に限定されず、従来公知の技術を適宜利用すればよいが、一般的には膜電極接合体をセパレータで挟持した構造を有する。かような構造を有する燃料電池を、図1に示す。   The configuration of the fuel cell is not particularly limited, and a conventionally known technique may be appropriately used. Generally, the fuel cell has a structure in which a membrane electrode assembly is sandwiched between separators. A fuel cell having such a structure is shown in FIG.

図1は、本発明の燃料電池の模式断面図である。図1における燃料電池100は、電解質膜110の両側に、一対の電極、すなわち燃料極触媒層120aと燃料極ガス拡散層130aとを有する燃料極、および、酸素極触媒層120cと酸素極ガス拡散層130cとを有する酸素極が配置されてなる膜電極接合体140を、さらに二枚のセパレータ150で挟持された構造を有する。さらに、セパレータ150は、水素を含む燃料ガスまたは酸素を含む酸化剤ガスなどの外部から供給された反応ガスを燃料極触媒層120aまたは酸素極触媒層120cに供給させるためのガス流路151を有する。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a fuel cell of the present invention. The fuel cell 100 in FIG. 1 includes a fuel electrode having a pair of electrodes, that is, a fuel electrode catalyst layer 120a and a fuel electrode gas diffusion layer 130a on both sides of the electrolyte membrane 110, and an oxygen electrode catalyst layer 120c and oxygen electrode gas diffusion. A membrane electrode assembly 140 in which an oxygen electrode having a layer 130 c is disposed is further sandwiched between two separators 150. Further, the separator 150 has a gas flow path 151 for supplying a reaction gas supplied from the outside such as a fuel gas containing hydrogen or an oxidant gas containing oxygen to the fuel electrode catalyst layer 120a or the oxygen electrode catalyst layer 120c. .

前記セパレータとしては、緻密カーボングラファイト、炭素板等のカーボン製や、ステンレス等の金属製のものなど、従来公知のものであれば制限なく用いることができる。セパレータは、空気と燃料ガスとを分離する機能を有するものであり、それらの流路を確保するための流路溝が形成されてもよい。セパレータの厚さや大きさ、流路溝の形状などについては、特に限定されず、得られる燃料電池の出力特性などを考慮して適宜決定すればよい。   The separator can be used without limitation as long as it is conventionally known, such as those made of carbon such as dense carbon graphite and a carbon plate, and those made of metal such as stainless steel. The separator has a function of separating air and fuel gas, and a channel groove for securing the channel may be formed. The thickness and size of the separator, the shape of the flow channel, and the like are not particularly limited, and may be appropriately determined in consideration of the output characteristics of the obtained fuel cell.

さらに、燃料電池が所望する電圧等を得られるように、セパレータを介して膜電極接合体を複数積層して直列に繋いだスタックを形成してもよい。燃料電池の形状などは、特に限定されず、所望する電圧などの電池特性が得られるように適宜決定すればよい。   Furthermore, a stack in which a plurality of membrane electrode assemblies are stacked via a separator and connected in series may be formed so that the fuel cell can obtain a desired voltage or the like. The shape of the fuel cell is not particularly limited, and may be determined as appropriate so that desired battery characteristics such as voltage can be obtained.

本発明の第三は、本発明の第二の燃料電池を用いた燃料電池システムである。   A third aspect of the present invention is a fuel cell system using the second fuel cell of the present invention.

従来のNafion(登録商標)を電解質として使用した燃料電池では、特に膜電極接合体を積層してスタックを組んだ場合に、高電流密度化により発電効率が低下して放熱量が増加するため、80℃以下に燃料電池を冷却する必要がある。そのため、ラジエタ面積を従来の内燃機関の車両と比較して大きくする必要があった。しかし、本発明のように、常温溶融塩を電解質として使用する燃料電池では、120℃以上の高温での運転が可能である。そのため、ラジエタの大きさを従来の内燃機関の車両と同程度に小型化することが可能である。さらに、燃料電池内に供給する燃料ガスや酸化剤ガスを加湿する必要もないため、本発明の燃料電池システムでは加湿器も不要となる。従って、本発明によれば、簡素化、低コスト化、低容量化された燃料電池システムを提供することが可能となる。   In a fuel cell using conventional Nafion (registered trademark) as an electrolyte, especially when a stack is formed by stacking membrane electrode assemblies, the power generation efficiency decreases due to the high current density, and the heat dissipation increases. It is necessary to cool the fuel cell to 80 ° C. or lower. Therefore, it is necessary to increase the radiator area as compared with the conventional internal combustion engine vehicle. However, as in the present invention, a fuel cell using room temperature molten salt as an electrolyte can be operated at a high temperature of 120 ° C. or higher. Therefore, it is possible to reduce the size of the radiator to the same extent as that of a conventional internal combustion engine vehicle. Furthermore, since it is not necessary to humidify the fuel gas or oxidant gas supplied into the fuel cell, the fuel cell system of the present invention does not require a humidifier. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a fuel cell system that is simplified, reduced in cost, and reduced in capacity.


前記燃料電池システムの構成は、本発明の第二の燃料電池を用いること以外は、従来一般的な燃料電池システムと同様の構成を用いることができ、例えば、特開2005−50639号公報、特開2005−71748号公報、特開2004−234862号公報、特開2002−246054号公報などに記載の燃料電池システムなどが好ましく用いられる。この時、上述した通りであるが、加湿器を省略することが可能である。

The configuration of the fuel cell system can be the same as that of a conventional general fuel cell system except that the second fuel cell of the present invention is used. For example, JP 2005-50639 A, The fuel cell systems described in JP-A-2005-71748, JP-A-2004-234862, JP-A-2002-246054, and the like are preferably used. At this time, as described above, the humidifier can be omitted.

本発明の第四は、本発明の第一の膜電極接合体の製造方法である。   4th of this invention is a manufacturing method of the 1st membrane electrode assembly of this invention.

前記膜電極接合体の第一の製造方法は、重合開始剤と、モノマーと、カチオンおよびアニオンから構成される電解質材料とを含むモノマー溶液(A)を、多孔質支持体に含浸した後に重合させて電解質膜を得る工程と、
重合開始剤と、モノマーと、電極触媒とを含むモノマー溶液(B)を、支持体上に塗布した後に重合させて電極を得る工程と、
前記電解質膜と、前記電極と、を接合する工程と、を有する方法である。
The first production method of the membrane electrode assembly is a method in which a porous support is impregnated with a monomer solution (A) containing a polymerization initiator, a monomer, and an electrolyte material composed of a cation and an anion. And obtaining an electrolyte membrane,
A step in which a monomer solution (B) containing a polymerization initiator, a monomer, and an electrode catalyst is applied on a support and then polymerized to obtain an electrode;
Joining the electrolyte membrane and the electrode.

重合開始剤は、熱重合法、紫外線重合法、放射線重合法、電子線重合法などの重合方法や重合させるモノマーに応じて適宜選択する必要がある。例えば、過硫酸アンモニウム基、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩;過酸化水素;2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)2塩酸塩、アゾビス−2−メチルプロピオンアミジン塩酸塩、アゾイソブチロニトリルなどのアゾ化合物;ベンゾイルペルオキサイド(Benzoyl peroxide)、ラウロイルパーオキシド等のパーオキシド;クメンハイドロパーオキシド等のハイドロパーオキシド等が挙げられる。これらの重合開始剤は、単独でまたは2種以上の混合物の形態で用いることができる。この際、促進剤として亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、モール塩、ピロ重亜硫酸ナトリウム、ホルムアルデヒドナトリウムスルホキシレート、アスコルビン酸などの還元剤;エチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム、グリシンなどのアミン化合物;などの1種または2種以上を併用することもできる。   The polymerization initiator needs to be appropriately selected according to a polymerization method such as a thermal polymerization method, an ultraviolet polymerization method, a radiation polymerization method, and an electron beam polymerization method and a monomer to be polymerized. For example, persulfates such as ammonium persulfate group, sodium persulfate and potassium persulfate; hydrogen peroxide; 2,2′-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride, azobis-2-methylpropionamidine hydrochloride, azo Azo compounds such as isobutyronitrile; peroxides such as benzoyl peroxide and lauroyl peroxide; hydroperoxides such as cumene hydroperoxide and the like. These polymerization initiators can be used alone or in the form of a mixture of two or more. At this time, as a promoter, reducing agents such as sodium bisulfite, sodium sulfite, molle salt, sodium pyrobisulfite, formaldehyde sodium sulfoxylate, ascorbic acid; amine compounds such as ethylenediamine, sodium ethylenediaminetetraacetate, glycine; Species or two or more can be used in combination.

前記モノマー溶液(A)における重合開始剤の含有量は、特に制限されないが、モノマー溶液(A)に対して、0.05〜2.0質量%、好ましくは0.2〜0.8質量%とするのがよい。   The content of the polymerization initiator in the monomer solution (A) is not particularly limited, but is 0.05 to 2.0% by mass, preferably 0.2 to 0.8% by mass with respect to the monomer solution (A). It is good to do.

また、前記モノマー、前記電解質材料、および、前記多孔質支持体については、本発明の第一において記載した通りであるため、ここでは詳細な説明は省略する。   Further, the monomer, the electrolyte material, and the porous support are as described in the first aspect of the present invention, and thus detailed description thereof is omitted here.

前記モノマー溶液(A)における前記モノマーの含有量は、特に制限されないが、全ポリマー成分に対して、10重量%以上、好ましくは30〜60重量%とするのがよい。   The content of the monomer in the monomer solution (A) is not particularly limited, but is 10% by weight or more, preferably 30 to 60% by weight, based on the total polymer components.

前記モノマー溶液(A)における前記電解質材料の含有量は、特に制限されないが、モノマー溶液(A)に対して、10〜90質量%、好ましくは40〜70質量%とするのがよい。   Although content in particular of the said electrolyte material in the said monomer solution (A) is not restrict | limited, It is 10-90 mass% with respect to a monomer solution (A), Preferably it is good to set it as 40-70 mass%.

モノマー溶液(A)に用いられる溶媒としては、水;メチルアルコール、エチルアルコール、2−プロパノール等の低級アルコール;ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、n−ヘキサン等の芳香族あるいは脂肪族炭化水素;酢酸エチル等のエステル化合物;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン化合物;等が挙げられる。これらは一種単独で用いられてもよく、二種以上が混合されて用いられてもよい。   Solvents used for the monomer solution (A) include water; lower alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol and 2-propanol; aromatic or aliphatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, cyclohexane and n-hexane; acetic acid Ester compounds such as ethyl; ketone compounds such as acetone and methyl ethyl ketone; and the like. These may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for them.

前記モノマー溶液(A)の粘度は、製膜を容易に行ったり、後述する通り多孔質支持体に含浸させたりする観点からは、25〜50℃において、5〜100cP、好ましくは10〜40cPとするのがよい。   The viscosity of the monomer solution (A) is 5 to 100 cP, preferably 10 to 40 cP at 25 to 50 ° C. from the viewpoint of easily forming a film or impregnating a porous support as described later. It is good to do.

前記モノマー溶液(A)を多孔質支持体に含浸させるには、前記モノマー溶液(A)を多孔質支持体に塗布および含浸させる方法、前記モノマー溶液(A)に多孔質支持体を浸漬させる方法などが用いられる。   In order to impregnate the porous support with the monomer solution (A), a method of applying and impregnating the monomer solution (A) to the porous support, a method of immersing the porous support in the monomer solution (A) Etc. are used.

前記モノマー溶液(A)を多孔質支持体に塗布する方法としては、公知の方法でよく、例えばカーテンコーティング法、押し出しコーティング法、ロールコーティング法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、バーコーティング法、スプレーコーティング法、スライドコーティング法、印刷コーティング法等を用いることができる。   The monomer solution (A) may be applied to the porous support by a known method, for example, curtain coating method, extrusion coating method, roll coating method, spin coating method, dip coating method, bar coating method, spraying method. A coating method, a slide coating method, a printing coating method, or the like can be used.

次に、多孔質支持体に含浸させた前記モノマー溶液(A)の重合方法は、用いた重合開始剤の種類によって適宜決定され、熱、紫外線、放射線、電子線等によりモノマーを重合(架橋)させればよい。   Next, the polymerization method of the monomer solution (A) impregnated in the porous support is appropriately determined depending on the type of the polymerization initiator used, and the monomer is polymerized (crosslinked) with heat, ultraviolet rays, radiation, electron beam, or the like. You can do it.

本発明の方法では、常温溶融塩を電解質膜として固定化するためには、熱重合により前記モノマー溶液(A)を重合させるのが好ましい。熱重合は真空乾燥機などを用いることができるなど、従来公知の装置を用いることができる。熱重合の条件はモノマー溶液(A)に応じて決定されるが、モノマー溶液(A)を60〜150℃、特に80〜100℃に加熱するのがよい。前記モノマー溶液(A)の加熱温度が、60℃未満であると重合が進行しない恐れがあり、150℃を超えると急激に重合し、良質の電解質膜が得られない恐れがある。また、重合時間は、30〜1800分、特に300〜900分程度とすればよい。   In the method of the present invention, the monomer solution (A) is preferably polymerized by thermal polymerization in order to fix the room temperature molten salt as an electrolyte membrane. For the thermal polymerization, a conventionally known apparatus such as a vacuum dryer can be used. The conditions for thermal polymerization are determined according to the monomer solution (A), and the monomer solution (A) is preferably heated to 60 to 150 ° C., particularly 80 to 100 ° C. If the heating temperature of the monomer solution (A) is less than 60 ° C., the polymerization may not proceed, and if it exceeds 150 ° C., the polymerization may occur rapidly and a good quality electrolyte membrane may not be obtained. The polymerization time may be about 30 to 1800 minutes, particularly about 300 to 900 minutes.

次に、本発明の方法では重合開始剤と、モノマーと、電極触媒と、カチオンおよびアニオンから構成される電解質材料とを含むモノマー溶液(B)を、支持体上に塗布した後に重合させて電極を得る工程を行う。   Next, in the method of the present invention, a monomer solution (B) containing a polymerization initiator, a monomer, an electrode catalyst, and an electrolyte material composed of a cation and an anion is applied onto a support and then polymerized to form an electrode. The process of obtaining is performed.

前記モノマー溶液(B)に用いられる、前記重合開始剤、前記モノマー、前記電解質材料、および溶媒は、前記モノマー溶液(A)において記載したのと同様のものが用いられる。また、前記電極触媒については、本発明の第一において記載した通りである。   The polymerization initiator, the monomer, the electrolyte material, and the solvent used in the monomer solution (B) are the same as those described in the monomer solution (A). The electrode catalyst is as described in the first aspect of the present invention.

前記モノマー溶液(B)における前記重合開始剤の含有量は、特に制限されないが、モノマー溶液(B)に対して、0.05〜2質量%、好ましくは0.2〜0.8質量%とするのがよい。   The content of the polymerization initiator in the monomer solution (B) is not particularly limited, but is 0.05 to 2% by mass, preferably 0.2 to 0.8% by mass with respect to the monomer solution (B). It is good to do.

前記モノマー溶液(B)における前記モノマーの含有量は、特に制限されないが全ポリマー成分に対して、10重量%以上、好ましくは30〜60重量%とするのがよい。   The content of the monomer in the monomer solution (B) is not particularly limited, but is 10% by weight or more, preferably 30 to 60% by weight with respect to the total polymer components.

前記モノマー溶液(B)における前記電解質材料の含有量は、特に制限されないが、モノマー溶液(B)に対して、10〜90質量%、好ましくは40〜70質量%とするのがよい。   Although content in particular of the said electrolyte material in the said monomer solution (B) is not restrict | limited, It is 10-90 mass% with respect to a monomer solution (B), Preferably it is good to set it as 40-70 mass%.

前記モノマー溶液(B)における前記電極触媒の含有量は、特に制限されないが、モノマー溶液(B)に対して、5〜50質量%、好ましくは10〜40質量%とするのがよい。   The content of the electrode catalyst in the monomer solution (B) is not particularly limited, but is 5 to 50% by mass, preferably 10 to 40% by mass with respect to the monomer solution (B).

前記モノマー溶液(B)の粘度は、塗布を容易に行う観点からは、25〜50℃において、5〜100cP、好ましくは10〜40cPとするのがよい。   The viscosity of the monomer solution (B) is 5 to 100 cP, preferably 10 to 40 cP at 25 to 50 ° C. from the viewpoint of easy application.

前記モノマー溶液(B)は、流動性を有するうちに、平板状の支持体上に塗布するか、樹脂製のシャーレなどに入れるなど公知の方法を用いることにより、製膜するのが好ましい。   While the monomer solution (B) has fluidity, it is preferably formed into a film by using a known method such as coating on a flat support or putting it in a petri dish or the like.

前記モノマー溶液(B)を塗布する平板状支持体としては、製膜できるものであれば特に制限されないが、ガラス基板、金属基板、高分子フイルム、反射板等を挙げることができる。高分子フイルムの例としては、TAC(トリアセチルセルロース)等のセルロース系高分子フイルム、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)等のエステル系高分子フイルム、PTFE(ポリトリフルオロエチレン)等のフッ素系高分子フイルム、ポリイミドフイルム等が挙げられる。   The flat substrate on which the monomer solution (B) is applied is not particularly limited as long as it can be formed into a film, and examples thereof include a glass substrate, a metal substrate, a polymer film, and a reflector. Examples of the polymer film include cellulose polymer films such as TAC (triacetyl cellulose), ester polymer films such as PET (polyethylene terephthalate) and PEN (polyethylene naphthalate), PTFE (polytrifluoroethylene), and the like. And fluorinated polymer films, polyimide films and the like.

モノマー溶液(B)の平板状支持体への塗布方法については、モノマー溶液(A)において記載したものと同様のものが用いられる。   About the coating method of a monomer solution (B) to a flat support body, the thing similar to what was described in the monomer solution (A) is used.

また、前記モノマー溶液(B)を塗布する支持体としては、ガス拡散層を構成するシート状のガス拡散基材や、カーボン粒子層が形成された前記ガス拡散基材などを用いることもできる。   Moreover, as a support body which apply | coats the said monomer solution (B), the said sheet | seat-like gas diffusion base material which comprises a gas diffusion layer, the said gas diffusion base material in which the carbon particle layer was formed, etc. can also be used.

また、前記モノマー溶液(B)の重合方法は、用いた重合開始剤の種類によって適宜決定され、熱、紫外線、放射線、電子線等によりモノマーを重合(架橋)させればよい。   Moreover, the polymerization method of the monomer solution (B) is appropriately determined depending on the kind of the polymerization initiator used, and the monomer may be polymerized (crosslinked) with heat, ultraviolet rays, radiation, electron beam or the like.

本発明の方法では、常温溶融塩を電解質膜として固定化するためには、熱重合により前記モノマー溶液(B)を重合させるのが好ましい。熱重合は真空乾燥機などを用いることができるなど、従来公知の装置を用いることができる。熱重合の条件はモノマー溶液(B)に応じて決定されるが、モノマー溶液(B)を60〜150℃、特に80〜100℃に加熱するのがよい。前記モノマー溶液(B)の加熱温度が、60℃未満であると重合が進行しない恐れがあり、150℃を超えると急激に重合が進行し、良質の電解質膜が得られない恐れがある。また、重合時間は、30〜1800分、特に300〜900分程度とすればよい。   In the method of the present invention, the monomer solution (B) is preferably polymerized by thermal polymerization in order to fix the room temperature molten salt as an electrolyte membrane. For the thermal polymerization, a conventionally known apparatus such as a vacuum dryer can be used. The conditions for the thermal polymerization are determined according to the monomer solution (B), and the monomer solution (B) is preferably heated to 60 to 150 ° C, particularly 80 to 100 ° C. When the heating temperature of the monomer solution (B) is less than 60 ° C., the polymerization may not proceed, and when it exceeds 150 ° C., the polymerization proceeds rapidly and a good quality electrolyte membrane may not be obtained. The polymerization time may be about 30 to 1800 minutes, particularly about 300 to 900 minutes.

本発明の方法では、上述の通りにして作製した前記電解質膜と、前記電極と、を接合する工程では、特に制限されないが、電解質膜の両側に電極触媒層を配置した後、ホットププレスする方法などが好ましく用いられる。   In the method of the present invention, the step of joining the electrolyte membrane produced as described above and the electrode is not particularly limited. However, after the electrode catalyst layers are disposed on both sides of the electrolyte membrane, hot press is performed. A method or the like is preferably used.

前記ホットプレスは、特に制限されないが、好ましくは110〜170℃で、1〜5MPaのプレス圧力で、3〜10分、行うのがよい。   The hot pressing is not particularly limited, but is preferably performed at 110 to 170 ° C. and a pressing pressure of 1 to 5 MPa for 3 to 10 minutes.

電極触媒層を作成する際に用いた支持体がガス拡散層を構成するガス拡散基材以外であった場合には、前記ホットプレスを行った後に、平板状支持体などの支持体を剥離し、さらに電極触媒層の外側にガス拡散層を配置してもよい。   When the support used for preparing the electrode catalyst layer is other than the gas diffusion base material constituting the gas diffusion layer, after performing the hot pressing, the support such as the flat plate support is peeled off. Further, a gas diffusion layer may be disposed outside the electrode catalyst layer.

本発明の膜電極接合体の製造方法としては、上述した方法の他にも下記する方法も用いられる。   As a method for producing the membrane / electrode assembly of the present invention, the following method may be used in addition to the method described above.

前記膜電極接合体の第二の製造方法は、重合開始剤と、モノマーと、カチオンおよびアニオンから構成される電解質材料とを含むモノマー溶液(A)を、多孔質支持体に含浸する工程と、
重合開始剤と、モノマーと、電極触媒と、カチオンおよびアニオンから構成される電解質材料とを含むモノマー溶液(B)を、支持体上に塗布して、電極前駆体を得る工程と、
前記モノマー溶液(A)が含浸された多孔質支持体の両側に前記電極前駆体を配置した後、前記モノマー(A)および前記モノマー溶液(B)を重合させる工程と、を有する膜電極接合体の製造方法である。
The second production method of the membrane electrode assembly includes a step of impregnating a porous support with a monomer solution (A) containing a polymerization initiator, a monomer, and an electrolyte material composed of a cation and an anion;
Applying a monomer solution (B) containing a polymerization initiator, a monomer, an electrode catalyst, and an electrolyte material composed of a cation and an anion onto a support to obtain an electrode precursor;
A step of polymerizing the monomer (A) and the monomer solution (B) after disposing the electrode precursor on both sides of the porous support impregnated with the monomer solution (A). It is a manufacturing method.

前記方法において、モノマー溶液(A)、多孔質支持体、および前記モノマー溶液(A)を多孔質支持体に含浸させる方法については、本発明の第一の方法と同様にして行えばよい。   In the method, the monomer solution (A), the porous support, and the method of impregnating the monomer solution (A) into the porous support may be performed in the same manner as in the first method of the present invention.

前記電極触媒層前駆体を得る工程において、モノマー溶液(B)、および、モノマー溶液(B)を支持体上に塗布する方法は、上述した本発明の第一の方法と同様にして行えばよいため、詳細な説明は省略する。   In the step of obtaining the electrode catalyst layer precursor, the monomer solution (B) and the method of applying the monomer solution (B) on the support may be performed in the same manner as the first method of the present invention described above. Therefore, detailed description is omitted.

本発明の第二の方法では、前記モノマー溶液(A)が含浸された多孔質支持体の両側に前記電極触媒層前駆体を配置した後、前記モノマー溶液(A)および前記モノマー溶液(B)を重合させる。かような方法によれば、モノマーの重合工程および電極と電解質膜とを接合させる工程を一度に行うことができ、製造工程の簡略化が可能となる。   In the second method of the present invention, after the electrode catalyst layer precursor is disposed on both sides of the porous support impregnated with the monomer solution (A), the monomer solution (A) and the monomer solution (B) are arranged. Is polymerized. According to such a method, the monomer polymerization step and the step of joining the electrode and the electrolyte membrane can be performed at a time, and the manufacturing process can be simplified.

前記重合は、用いた重合開始剤の種類によって適宜決定され、熱、紫外線、放射線、電子線等により前記モノマー溶液(A)および前記モノマー溶液(B)に含まれるモノマーを重合(架橋)させればよい。   The polymerization is appropriately determined depending on the type of polymerization initiator used, and the monomers contained in the monomer solution (A) and the monomer solution (B) can be polymerized (crosslinked) by heat, ultraviolet rays, radiation, electron beams, or the like. That's fine.

本発明の方法では、常温溶融塩を電解質膜として固定化するためには、熱重合により前記モノマーを重合させるのが好ましい。熱重合は真空乾燥機などを用いることができるなど、従来公知の装置を用いることができる。熱重合の条件はモノマーに応じて決定されるが、電極触媒層前駆体および電解質膜の積層体を、60〜150℃、特に80〜150℃に加熱するのがよい。前記加熱温度が、60℃未満であると重合が進行しない恐れがあり、150℃を超えると急激に重合が進行し、良質の電解質膜が得られない恐れがある。また、重合時間は、30〜1800分、特に300〜900分程度とすればよい。   In the method of the present invention, in order to fix the room temperature molten salt as an electrolyte membrane, the monomer is preferably polymerized by thermal polymerization. For the thermal polymerization, a conventionally known apparatus such as a vacuum dryer can be used. The thermal polymerization conditions are determined according to the monomer, and the electrode catalyst layer precursor and the laminate of the electrolyte membrane are preferably heated to 60 to 150 ° C., particularly 80 to 150 ° C. If the heating temperature is less than 60 ° C., the polymerization may not proceed, and if it exceeds 150 ° C., the polymerization proceeds rapidly, and a good quality electrolyte membrane may not be obtained. The polymerization time may be about 30 to 1800 minutes, particularly about 300 to 900 minutes.

この時、加熱するとともに、前記積層体を1〜5MPa程度の圧力で加圧してもよい。   At this time, while heating, the said laminated body may be pressurized with the pressure of about 1-5 Mpa.

前記重合が終了した後は、電極触媒層前駆体を作製するのに用いた支持体を剥離することにより膜電極接合体が得られる。また、電極触媒層前駆体を作製するのに用いた支持体がガス拡散層を構成するガス拡散基材など以外であった場合には、前記重合が終了した後に、平板状支持体を剥離し、さらに電極触媒層の外側にガス拡散層を配置するのがよい。   After the polymerization is completed, the support used for preparing the electrode catalyst layer precursor is peeled off to obtain a membrane electrode assembly. Further, when the support used for preparing the electrode catalyst layer precursor is other than the gas diffusion base material constituting the gas diffusion layer, the plate-like support is peeled off after the polymerization is completed. Further, it is preferable to dispose a gas diffusion layer outside the electrode catalyst layer.

また、本発明の膜電極接合体の製造方法としては、下記する方法であってもよい。   Moreover, as a manufacturing method of the membrane electrode assembly of this invention, the following method may be sufficient.

前記膜電極接合体の第三の製造方法は、重合開始剤と、モノマーと、カチオンおよびアニオンから構成される電解質材料とを含むモノマー溶液(A)を、多孔質支持体に含浸する工程と、
前記モノマー溶液(A)を、電極触媒が担持されたガス拡散基材に含浸して、電極前駆体を得る工程と、
前記モノマー溶液(A)が含浸された多孔質支持体の両側に前記電極前駆体を配置した後、前記モノマー(A)を重合させる工程と、を有する膜電極接合体の製造方法である。
The third production method of the membrane electrode assembly includes impregnating a porous support with a monomer solution (A) containing a polymerization initiator, a monomer, and an electrolyte material composed of a cation and an anion;
Impregnating the monomer solution (A) into a gas diffusion substrate on which an electrode catalyst is supported to obtain an electrode precursor;
And a step of polymerizing the monomer (A) after disposing the electrode precursor on both sides of the porous support impregnated with the monomer solution (A).

前記方法において、重合開始剤、モノマー、ならびに、カチオンおよびアニオンから構成される電解質材料を含むモノマー溶液(A)を、多孔質支持体に含浸する工程については、上述した本発明の第一の方法と同様にして行えばよいため、詳細な説明は省略する。   In the method, the step of impregnating the porous support with the monomer solution (A) containing the polymerization initiator, the monomer, and the electrolyte material composed of the cation and the anion is the first method of the present invention described above. Therefore, detailed description is omitted.

本発明の第三の方法では、電極触媒が担持されたガス拡散基材の所定の部位にモノマー溶液(A)を含浸させることにより前記電極前駆体を得る。これにより、ガス拡散層の一部に電極触媒層が形成された電極が得られる。なお、電極触媒およびガス拡散基材としては本発明の第一において記載した通りである。   In the third method of the present invention, the electrode precursor is obtained by impregnating the monomer solution (A) in a predetermined portion of the gas diffusion substrate on which the electrode catalyst is supported. Thereby, an electrode having an electrode catalyst layer formed on a part of the gas diffusion layer is obtained. The electrode catalyst and the gas diffusion base material are as described in the first aspect of the present invention.

前記電極触媒が担持されたガス拡散基材において、電極触媒が担持される部位は、得られる電極の発電性能などを考慮して適宜決定すればよい。例えば、ガス拡散基材の電解質膜と接し得る面から、好ましくは5〜100μm、より好ましくは10〜50μm程度の範囲に電極触媒が担持されていればよい。   In the gas diffusion base material on which the electrode catalyst is supported, the portion where the electrode catalyst is supported may be appropriately determined in consideration of the power generation performance of the obtained electrode. For example, the electrode catalyst may be supported in a range of preferably about 5 to 100 μm, more preferably about 10 to 50 μm from the surface of the gas diffusion substrate that can come into contact with the electrolyte membrane.

前記電極触媒が担持されたガス拡散基材は、E−TEK社製のLT 140E−W、HT 140E−Wなどの市販品を用いてもよい。また、含浸法、液相還元担持法、蒸発乾固法、コロイド吸着法、噴霧熱分解法、逆ミセル(マイクロエマルジョン法)などの公知の方法など公知の方法を用いて、電極触媒が担持されたガス拡散基材を自ら作製してもよい。   Commercially available products such as LT 140E-W and HT 140E-W manufactured by E-TEK may be used as the gas diffusion base material on which the electrode catalyst is supported. In addition, the electrode catalyst is supported by a known method such as an impregnation method, a liquid phase reduction loading method, an evaporation to dryness method, a colloid adsorption method, a spray pyrolysis method, or a reverse micelle (microemulsion method). Alternatively, the gas diffusion base material may be produced by itself.

前記電極触媒が担持されたガス拡散基材において、電極触媒の担持量は、特に制限されないが、ガス拡散基材の単位面積1cmあたりの触媒成分の質量が、好ましくは0.1〜10mg、より好ましくは0.2〜5mgとすればよい。 In the gas diffusion substrate on which the electrode catalyst is supported, the amount of the electrode catalyst supported is not particularly limited, but the mass of the catalyst component per 1 cm 2 of the gas diffusion substrate is preferably 0.1 to 10 mg, More preferably, it may be 0.2 to 5 mg.

なお、「ガス拡散基材の単位面積」とは、ガス拡散基材の電解質膜と接し得る面の面積を意味する。従って、本発明において「単位面積当たりの触媒成分の質量」とは、触媒層に含まれる触媒成分量(mg)を、電解質膜上のガス拡散基材の面積(cm)で除した値とする。 The “unit area of the gas diffusion base material” means the area of the surface that can contact the electrolyte membrane of the gas diffusion base material. Therefore, in the present invention, the “mass of catalyst component per unit area” is a value obtained by dividing the amount of catalyst component (mg) contained in the catalyst layer by the area (cm 2 ) of the gas diffusion substrate on the electrolyte membrane. To do.

次に、前記電極触媒が担持されたガス拡散基材に、前記モノマー溶液(A)を含浸させることにより電極前駆体を得る。前記モノマー溶液(A)としては、上述した第一の方法において記載したものと同様のものが用いられる。   Next, an electrode precursor is obtained by impregnating the monomer solution (A) into a gas diffusion substrate on which the electrode catalyst is supported. As said monomer solution (A), the thing similar to what was described in the 1st method mentioned above is used.

電極前駆体において、前記モノマー溶液(A)を含浸させる部位は、特に制限されないが、前記電極触媒が担持されたガス拡散基材において少なくとも電極触媒が担持されている部位にまで前記モノマー溶液(A)が含浸されていればよい。また、前記電極触媒が担持されたガス拡散基材に前記モノマー溶液(A)を含浸させる方法としては、公知の塗布方法を用いて前記モノマー溶液(A)を前記ガス拡散基材に塗布および含浸させる方法のほか、前記ガス拡散基材の所定の部位を前記モノマー溶液(A)に浸漬させる方法などが用いられる。   In the electrode precursor, the part impregnated with the monomer solution (A) is not particularly limited, but the monomer solution (A) is at least part of the gas diffusion substrate on which the electrode catalyst is supported. ) May be impregnated. In addition, as a method for impregnating the monomer solution (A) into the gas diffusion substrate on which the electrode catalyst is supported, the monomer solution (A) is applied to and impregnated into the gas diffusion substrate using a known coating method. In addition to the method used, a method of immersing a predetermined portion of the gas diffusion base material in the monomer solution (A) is used.

上述の通りにして、モノマー溶液(A)が含浸された多孔質支持体および電極前駆体を得た後は、モノマー溶液(A)が含浸された多孔質支持体の両側に電極前駆体を配置して積層体を得た後、前記積層体に含まれる前記モノマー溶液(A)を重合させる。かような方法によれば、モノマーの重合工程および電極と電解質膜とを接合させる工程を一度に行うことができ、製造工程の簡略化が可能となる。   After obtaining the porous support and electrode precursor impregnated with the monomer solution (A) as described above, the electrode precursor is disposed on both sides of the porous support impregnated with the monomer solution (A). After obtaining a laminate, the monomer solution (A) contained in the laminate is polymerized. According to such a method, the monomer polymerization step and the step of joining the electrode and the electrolyte membrane can be performed at a time, and the manufacturing process can be simplified.

前記重合は、用いた重合開始剤の種類によって適宜決定され、熱、紫外線、放射線、電子線等により前記モノマー溶液(A)に含まれるモノマーを重合(架橋)させればよい。   The polymerization is appropriately determined depending on the type of the polymerization initiator used, and the monomer contained in the monomer solution (A) may be polymerized (crosslinked) with heat, ultraviolet rays, radiation, electron beam or the like.

本発明の方法では、常温溶融塩を電解質膜として固定化するためには、熱重合により前記モノマーを重合させるのが好ましい。熱重合は真空乾燥機などを用いることができるなど、従来公知の装置を用いることができる。熱重合の条件はモノマーに応じて決定されるが、電極前駆体および電解質膜の積層体を、60〜150℃、特に80〜150℃に加熱するのがよい。前記加熱温度が、60℃未満であると重合が進行しない恐れがあり、150℃を超えると急激に重合が進行し、良質の電解質膜が得られない恐れがある。また、重合時間は、30〜1800分、特に300〜900分程度とすればよい。   In the method of the present invention, in order to fix the room temperature molten salt as an electrolyte membrane, the monomer is preferably polymerized by thermal polymerization. For the thermal polymerization, a conventionally known apparatus such as a vacuum dryer can be used. The conditions for thermal polymerization are determined according to the monomer, and the electrode precursor and the laminate of the electrolyte membrane are preferably heated to 60 to 150 ° C., particularly 80 to 150 ° C. If the heating temperature is less than 60 ° C., the polymerization may not proceed, and if it exceeds 150 ° C., the polymerization proceeds rapidly, and a good quality electrolyte membrane may not be obtained. The polymerization time may be about 30 to 1800 minutes, particularly about 300 to 900 minutes.

この時、加熱するとともに、前記積層体を0.01〜5MPa程度の圧力で加圧してもよい。   At this time, while heating, the said laminated body may be pressurized with the pressure of about 0.01-5 Mpa.

以下に、実施例および比較例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these.

(実施例1)
常温溶融塩として1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート(EMIBF)と、2−ヒドロキシルエチルメタクリレート(HEMA)とを、質量比で、5:5で混合した後、重合開始剤としてベンゾイルペルオキサイドを前記混合液に対して0.5質量%混合した。得られた混合液(A)を、PTFE製多孔質支持体(厚さ30μm、空隙率63%、大きさ30mm×30mm)に塗布することにより含浸させた。
Example 1
After mixing 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4 ) and 2-hydroxylethyl methacrylate (HEMA) at a mass ratio of 5: 5 as a room temperature molten salt, benzoyl is used as a polymerization initiator. Peroxide was mixed at 0.5% by mass with respect to the mixed solution. The obtained mixed liquid (A) was impregnated by applying it to a PTFE porous support (thickness 30 μm, porosity 63%, size 30 mm × 30 mm).

次に、カーボンクロスからなる基材に電極触媒として白金を担持させたガス拡散基材(E−TEK社製 LT140E−W、厚さ400μm、Pt担持量5g/m)に前記混合液(A)を深さ約20μmの部位まで塗布することにより電極前駆体を得た。 Next, a gas diffusion base material (LT140E-W manufactured by E-TEK, thickness 400 μm, Pt support amount 5 g / m 2 ) in which platinum is supported as an electrode catalyst on a base material made of carbon cloth is mixed with the mixed solution (A ) Was applied up to a depth of about 20 μm to obtain an electrode precursor.

前記混合液(A)を含浸させたPTFE製多孔質支持体の両側に、電極前駆体を前記混合液(A)が塗布された面を内側にして配置し、得られた積層体を、0.05MPaで加圧しながら、80℃、24時間、加熱することにより、重合および接合して膜電極接合体を作製した。   The electrode precursor was placed on both sides of the PTFE porous support impregnated with the mixed solution (A) with the surface coated with the mixed solution (A) on the inside, and the resulting laminate was A membrane electrode assembly was produced by polymerization and bonding by heating at 80 ° C. for 24 hours while applying pressure at 0.05 MPa.

(比較例1)
1.膜電極接合体の作製
白金担持カーボン(田中貴金属工業株式会社製 TEC10E50E、白金含量46.5wt%)10g、固体高分子電解質溶液(DuPont社製 Nafion溶液DE520、電解質含量5wt%)90g、純水25g、2−プロパノール(和光純薬工業社製 特級試薬)10gを、20℃で保持するよう設定したウォーターバス中のガラス容器にて、ホモジナイザーを用いて3時間混合分散することで、触媒インクを調製した。
(Comparative Example 1)
1. Production of Membrane Electrode Assembly Platinum-supported carbon (TEC10E50E, Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd., TEC10E50E, platinum content 46.5 wt%) 10 g, solid polymer electrolyte solution (DuPont Nafion solution DE520, electrolyte content 5 wt%) 90 g, pure water 25 g Then, 10 g of 2-propanol (special grade reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was mixed and dispersed for 3 hours using a homogenizer in a glass container in a water bath set to be kept at 20 ° C. to prepare a catalyst ink. did.

カーボンペーパ(東レ株式会社製 TGP−H−060、厚さ200μm)を用い、これを100mm×100mm角に打ち抜き、ガス拡散層を構成する基材として用い、前記基材に前記触媒インクを塗布し、オーブン中で100℃、30分間乾燥させた。これにより、前記基材上に厚さ40μmの電極触媒層を得た。   Using carbon paper (TGP-H-060 manufactured by Toray Industries, Inc., thickness 200 μm), this is punched into a 100 mm × 100 mm square, used as a base material constituting a gas diffusion layer, and the catalyst ink is applied to the base material And dried in an oven at 100 ° C. for 30 minutes. As a result, an electrode catalyst layer having a thickness of 40 μm was obtained on the substrate.

次に、一辺100mmの正方形で厚さ30μmの高分子電解質膜(DuPont社製Nafion NR−112)を挟んで、先に作製した2枚の電極触媒層形成基材の電極触媒層形成側が対向するように重ねて、片側基材あたり3MPaの圧力で、130℃、10分間ホットプレスして膜電極接合体を得た。   Next, the electrode catalyst layer forming side of the two electrode catalyst layer forming substrates prepared above faces each other with a polymer electrolyte membrane (Nafion NR-112 manufactured by DuPont) having a square of 100 mm on a side and a thickness of 30 μm. Thus, the membrane electrode assembly was obtained by hot pressing at 130 ° C. for 10 minutes at a pressure of 3 MPa per base material.

(参考例1)
EMIBFのみを含む溶液状態の電解質の発電試験を行った。図2に示すように、中央に5cmの四角穴を有するスペーサーを置き、スペーサーの両側をPTFE製ガスケットと、実施例1で用いたのと同様の白金を塗布したガス拡散基材(E−TEK社製 LT140E−W、厚さ400μm、Pt担持量5g/m)で挟み、スペーサーの四角穴にEMIBFを注入して、これを膜電極接合体とした。
(Reference Example 1)
A power generation test was performed on an electrolyte in a solution state containing only EMIBF 4 . As shown in FIG. 2, a gas diffusion substrate (E--) in which a spacer having a square hole of 5 cm 2 is placed in the center, and both sides of the spacer are coated with a PTFE gasket and platinum similar to that used in Example 1. TE140, LT140E-W, thickness 400 μm, Pt carrying amount 5 g / m 2 ), and EMIBF 4 was injected into the square hole of the spacer to form a membrane electrode assembly.

(評価)
上記で作製した膜電極接合体の発電性能を、下記手順に従って評価した。
(Evaluation)
The power generation performance of the membrane electrode assembly produced above was evaluated according to the following procedure.

各膜電極接合体をグラファイト製セパレータで挟持し、さらに金メッキしたステンレス製集電板で挟持して、評価用単セルとした。   Each membrane / electrode assembly was sandwiched between graphite separators, and further sandwiched between gold-plated stainless steel current collector plates to form single cells for evaluation.

評価用単セルの、アノード側に燃料として水素を供給し、カソード側には酸化剤として酸素を供給した。両ガスともセル出口圧力は大気圧、無加湿とし、水素は25℃、空気は25℃、セル温度は25℃に設定し、水素流量は200ml/min、酸素流量は200ml/minとした。この条件下で発電試験を行った。結果を図3に示す。   In the evaluation unit cell, hydrogen was supplied as a fuel to the anode side, and oxygen was supplied as an oxidant to the cathode side. For both gases, the cell outlet pressure was atmospheric pressure and no humidification, hydrogen was set to 25 ° C., air was set to 25 ° C., cell temperature was set to 25 ° C., the hydrogen flow rate was 200 ml / min, and the oxygen flow rate was 200 ml / min. A power generation test was conducted under these conditions. The results are shown in FIG.

図3に示す結果から、本発明の膜電極接合体によれば、無加湿状態においても高いIV特性得られることがわかる。   From the results shown in FIG. 3, it can be seen that according to the membrane electrode assembly of the present invention, high IV characteristics can be obtained even in a non-humidified state.

本発明の膜電極接合体を用いた燃料電池の断面模式図を示す。The cross-sectional schematic diagram of the fuel cell using the membrane electrode assembly of this invention is shown. 参考例における燃料電池の斜視図を示す。The perspective view of the fuel cell in a reference example is shown. 実施例における膜電極接合体の評価結果を示すグラフである。It is a graph which shows the evaluation result of the membrane electrode assembly in an Example.

符号の説明Explanation of symbols

100…燃料電池、110…電解質膜、120a…燃料極触媒層、120c…酸素極触媒層、130a…燃料極側ガス拡散層、130c…酸素極側ガス拡散層、140…膜電極接合体、150…セパレータ、151…ガス供給路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Fuel cell, 110 ... Electrolyte membrane, 120a ... Fuel electrode catalyst layer, 120c ... Oxygen electrode catalyst layer, 130a ... Fuel electrode side gas diffusion layer, 130c ... Oxygen electrode side gas diffusion layer, 140 ... Membrane electrode assembly, 150 ... Separator, 151 ... Gas supply path.

Claims (16)

電解質膜の両側に電極が配置されてなる膜電極接合体であって、
前記電解質膜が、カチオンおよびアニオンから構成される電解質材料と、多孔質支持体とを含む膜電極接合体。
A membrane electrode assembly in which electrodes are arranged on both sides of an electrolyte membrane,
A membrane electrode assembly, wherein the electrolyte membrane includes an electrolyte material composed of a cation and an anion, and a porous support.
前記電解質材料が、常温溶融塩である請求項1に記載の膜電極接合体。   The membrane electrode assembly according to claim 1, wherein the electrolyte material is a room temperature molten salt. 前記常温溶融塩が、下記化学式(I)で示されるアニオンを含まない請求項1または2記載の膜電極接合体。
Figure 2007066764
(Xは17族元素のいずれかであり、yは正の実数を示し、1.0≦y≦2.3)
The membrane electrode assembly according to claim 1 or 2, wherein the room temperature molten salt does not contain an anion represented by the following chemical formula (I).
Figure 2007066764
(X is any of group 17 elements, y represents a positive real number, 1.0 ≦ y ≦ 2.3)
前記多孔質支持体の空隙率が、5〜95%である請求項1〜3のいずれかに記載の膜電極接合体。   The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 3, wherein the porosity of the porous support is 5 to 95%. 前記多孔質支持体の厚さが、10μm〜200μmである請求項1〜4のいずれかに記載の膜電極接合体。   The membrane electrode assembly according to claim 1, wherein the porous support has a thickness of 10 μm to 200 μm. 前記多孔質支持体は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、およびポリイミドよりなる群から選択される少なくとも一種からなる請求項1〜5のいずれかに記載の膜電極接合体。   The membrane electrode joint according to any one of claims 1 to 5, wherein the porous support is made of at least one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, polyamide, and polyimide. body. 前記多孔質支持体が、無機多孔質体である請求項1〜5のいずれかに記載の膜電極接合体。   The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 5, wherein the porous support is an inorganic porous body. 前記無機多孔質体が、Al、SiO、TiO、およびZrOよりなる群から選択される少なくとも一種からなる請求項7に記載の膜電極接合体。 The membrane electrode assembly according to claim 7, wherein the inorganic porous body is made of at least one selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , and ZrO 2 . 前記電解質膜は、ポリマーをさらに含む請求項1〜8のいずれかに記載の膜電極接合体。   The membrane electrode assembly according to claim 1, wherein the electrolyte membrane further contains a polymer. 前記ポリマーは、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、およびポリフッ化ビニリデンよりなる群から選択される少なくとも一種のポリマー、および/または、アクリル酸系モノマー、メタクリル酸系モノマー、アクリルアミド系モノマー、アリル系モノマー、スチレン系モノマー、およびエポキシ系モノマーよりなる群から選択される少なくとも一種のモノマーの重合体である請求項9に記載の膜電極接合体。   The polymer is at least one polymer selected from the group consisting of polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, and polyvinylidene fluoride, and / or acrylic acid monomer, methacrylic acid monomer, acrylamide type The membrane electrode assembly according to claim 9, which is a polymer of at least one monomer selected from the group consisting of a monomer, an allyl monomer, a styrene monomer, and an epoxy monomer. 前記ポリマーは、2−ヒドロキシルエチルメタクリレートを主成分とする単量体成分の重合体である請求項9に記載の膜電極接合体。   The membrane electrode assembly according to claim 9, wherein the polymer is a polymer of a monomer component having 2-hydroxylethyl methacrylate as a main component. 請求項1〜11のいずれかに記載の膜電極接合体を用いた燃料電池。   A fuel cell using the membrane electrode assembly according to claim 1. 請求項12に記載の燃料電池を用いた燃料電池システム。   A fuel cell system using the fuel cell according to claim 12. 請求項1〜11のいずれかに記載の膜電極接合体の製造方法であって、
重合開始剤と、モノマーと、カチオンおよびアニオンから構成される電解質材料とを含むモノマー溶液(A)を、多孔質支持体に含浸した後に重合させて電解質膜を得る工程と、
重合開始剤と、モノマーと、電極触媒と、カチオンおよびアニオンから構成される電解質材料とを含むモノマー溶液(B)を、支持体上に塗布した後に重合させて電極触媒層を得る工程と、
前記電解質膜と、前記電極触媒層と、を接合する工程と、を有する膜電極接合体の製造方法。
It is a manufacturing method of the membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 11,
A step of impregnating a porous support with a monomer solution (A) containing a polymerization initiator, a monomer, and an electrolyte material composed of a cation and an anion, followed by polymerization to obtain an electrolyte membrane;
Applying a monomer solution (B) containing a polymerization initiator, a monomer, an electrode catalyst, and an electrolyte material composed of a cation and an anion onto a support and then polymerizing the solution to obtain an electrode catalyst layer;
The manufacturing method of the membrane electrode assembly which has the process of joining the said electrolyte membrane and the said electrode catalyst layer.
請求項1〜11のいずれかに記載の膜電極接合体の製造方法であって、
重合開始剤と、モノマーと、カチオンおよびアニオンから構成される電解質材料とを含むモノマー溶液(A)を、多孔質支持体に含浸する工程と、
重合開始剤と、モノマーと、電極触媒と、カチオンおよびアニオンから構成される電解質材料とを含むモノマー溶液(B)を、支持体上に塗布して、電極触媒層前駆体を得る工程と、
前記モノマー溶液(A)が含浸された多孔質支持体の両側に前記電極触媒層前駆体を配置した後、前記モノマー(A)および前記モノマー溶液(B)を重合させる工程と、を有する膜電極接合体の製造方法。
It is a manufacturing method of the membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 11,
Impregnating a porous support with a monomer solution (A) containing a polymerization initiator, a monomer, and an electrolyte material composed of a cation and an anion;
Applying a monomer solution (B) containing a polymerization initiator, a monomer, an electrode catalyst, and an electrolyte material composed of a cation and an anion onto a support to obtain an electrode catalyst layer precursor;
A step of polymerizing the monomer (A) and the monomer solution (B) after disposing the electrode catalyst layer precursor on both sides of the porous support impregnated with the monomer solution (A). Manufacturing method of joined body.
請求項1〜11のいずれかに記載の膜電極接合体の製造方法であって、
重合開始剤と、モノマーと、カチオンおよびアニオンから構成される電解質材料とを含むモノマー溶液(A)を、多孔質支持体に含浸する工程と、
前記モノマー溶液(A)を、電極触媒が担持されたガス拡散基材に含浸して、電極前駆体を得る工程と、
前記モノマー溶液(A)が含浸された多孔質支持体の両側に前記電極前駆体を配置した後、前記モノマー(A)を重合させる工程と、を有する膜電極接合体の製造方法。
It is a manufacturing method of the membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 11,
Impregnating a porous support with a monomer solution (A) containing a polymerization initiator, a monomer, and an electrolyte material composed of a cation and an anion;
Impregnating the monomer solution (A) into a gas diffusion substrate on which an electrode catalyst is supported to obtain an electrode precursor;
And a step of polymerizing the monomer (A) after disposing the electrode precursor on both sides of the porous support impregnated with the monomer solution (A).
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