JP2007018995A - ELECTROLYTE MEMBRANE, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, AND MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY FOR SOLID POLYMER FUEL CELL - Google Patents
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Abstract
【課題】厚さが薄くても強度が高く、含水時の寸法安定性に優れ、抵抗の低い電解質膜、当該電解質膜の製造方法、及び当該電解質膜を有することにより、出力が高く耐久性に優れる固体高分子型燃料電池用膜電極接合体の提供。
【解決手段】イオン交換樹脂を主成分とする、フッ素樹脂の連続繊維からなり繊維間の交点の少なくとも一部が固定化された不織布で補強された電解質膜であって、片面又は両面の最外層として、前記イオン交換樹脂と同じでも異なっていてもよいイオン交換樹脂からなる補強されない層を有することを特徴とする電解質膜。不織布はメルトブローン法により製造される。
【選択図】なし
Disclosed is an electrolyte membrane that has high strength even when it is thin, has excellent dimensional stability when containing water, has low resistance, a method for manufacturing the electrolyte membrane, and the electrolyte membrane. Providing an excellent membrane electrode assembly for a polymer electrolyte fuel cell.
An electrolyte membrane comprising a continuous fiber of fluororesin, the main component of which is an ion exchange resin, reinforced with a nonwoven fabric in which at least a part of the intersections between the fibers is fixed, the outermost layer on one or both sides An electrolyte membrane comprising an unreinforced layer made of an ion exchange resin that may be the same as or different from the ion exchange resin. Nonwoven fabrics are manufactured by the melt blown method.
[Selection figure] None
Description
本発明は、不織布で補強された電解質膜、その製造方法及び当該電解質膜を有する固体高分子型燃料電池用膜電極接合体に関する。 The present invention relates to an electrolyte membrane reinforced with a nonwoven fabric, a method for producing the same, and a membrane electrode assembly for a polymer electrolyte fuel cell having the electrolyte membrane.
近年、プロトン伝導性の高分子膜を電解質として用いる固体高分子型燃料電池の研究が進んでいる。固体高分子型燃料電池は、低温で作動し、出力密度が高く、小型化できるという特徴を有し、車載用電源等の用途に対し有望視されている。 In recent years, research on solid polymer fuel cells using proton-conducting polymer membranes as electrolytes has progressed. Solid polymer fuel cells operate at low temperatures, have high output density and can be miniaturized, and are promising for applications such as in-vehicle power supplies.
固体高分子型燃料電池用の電解質膜には、通常厚さ20〜200μmのプロトン伝導性イオン交換膜が用いられ、特にスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体(以下、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体という。)からなる陽イオン交換膜が基本特性に優れるため広く検討されている。 As the electrolyte membrane for a polymer electrolyte fuel cell, a proton conductive ion exchange membrane having a thickness of 20 to 200 μm is usually used. In particular, a perfluorocarbon polymer having a sulfonic acid group (hereinafter referred to as a sulfonic acid type perfluorocarbon polymer). The cation exchange membrane consisting of) is widely studied because of its excellent basic properties.
上記陽イオン交換膜の電気抵抗を低減する方法としては、スルホン酸基濃度の増加と膜厚の低減がある。しかし、スルホン酸基濃度が著しく増加すると膜の機械的強度が低下したり、燃料電池の長期運転において膜がクリープしやすくなり、燃料電池の耐久性が低下する等の問題が生じる。一方、膜厚を低減すると膜の機械的強度が低下し、膜をガス拡散電極と接合させて膜電極接合体を作製する場合に、加工しにくくなったり取扱いにくくなる等の問題が生じる。 Methods for reducing the electrical resistance of the cation exchange membrane include increasing the sulfonic acid group concentration and reducing the film thickness. However, when the concentration of the sulfonic acid group is remarkably increased, the mechanical strength of the membrane is lowered, and the membrane is likely to creep during the long-term operation of the fuel cell, resulting in a decrease in the durability of the fuel cell. On the other hand, when the film thickness is reduced, the mechanical strength of the film is lowered, and when a membrane electrode assembly is produced by joining the membrane to the gas diffusion electrode, problems such as difficulty in processing and handling are caused.
また、上記の電解質膜は含水時に膜の長さ方向に寸法が増大しやすく、様々な弊害を生じやすい。例えば、膜電極接合体を燃料電池セルに組込んで運転を行うと、反応により生成した水や燃料ガスとともに供給される水蒸気等により膜が膨潤し、膜の寸法が増大する。通常、膜と電極は接合しているので電極も膜の寸法変化に追従する。膜電極接合体は通常ガスの流路として溝が形成されたセパレータ等で拘束されているため、膜の寸法増大分は「しわ」となる。そして、そのしわがセパレータの溝を埋めてガスの流れを阻害することがある。 In addition, the above electrolyte membrane tends to increase in dimension in the length direction of the membrane when it contains water, and various problems are likely to occur. For example, when the membrane electrode assembly is assembled in a fuel cell and operated, the membrane swells due to water generated by the reaction, water vapor supplied together with the fuel gas, etc., and the size of the membrane increases. Usually, since the membrane and the electrode are joined, the electrode follows the dimensional change of the membrane. Since the membrane electrode assembly is usually restrained by a separator or the like in which grooves are formed as gas flow paths, the increase in the dimension of the membrane becomes “wrinkles”. And the wrinkle may fill the groove of the separator and obstruct the gas flow.
上記の問題を解決する方法として、ポリテトラフルオロエチレン(以下、PTFEという。)からなる多孔質体にスルホン酸型パーフルオロカーボン重合体を含浸する方法が提案されている(特許文献1)。しかしPTFEの多孔質体はその材質に由来し比較的軟質であるために補強効果が十分でなく、上記課題を解決するに至っていない。また、ポリオレフィンからなる多孔質体にイオン交換樹脂を充填する方法も提案されているが(特許文献2)、化学的な耐久性が不十分であり、長期的な安定性に問題があった。 As a method for solving the above problem, a method of impregnating a porous body made of polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as PTFE) with a sulfonic acid type perfluorocarbon polymer has been proposed (Patent Document 1). However, since the porous body of PTFE is derived from the material and is relatively soft, the reinforcing effect is not sufficient, and the above problems have not been solved. Moreover, although the method of filling the porous body which consists of polyolefin with the ion exchange resin is also proposed (patent document 2), the chemical durability was insufficient and there existed a problem in long-term stability.
また、他の補強方法としてフッ素樹脂系繊維を用いる方法が提案されている。フィブリル状フルオロカーボン重合体の補強材で補強された陽イオン交換膜の作製方法(特許文献3)、フッ素樹脂の短繊維によって補強された高分子膜の作製方法(特許文献4)がある。これらの最終的な製品においては、補強材自身は特に積極的な絡み合いや結合を有していないため、補強効率が低く、比較的多量の補強材を含有させる必要があった。その場合、電解質膜の賦形が困難になるとともに、膜抵抗の上昇を招くことがあった。 In addition, a method using a fluororesin fiber has been proposed as another reinforcing method. There are a method for producing a cation exchange membrane reinforced with a reinforcing material of fibrillar fluorocarbon polymer (Patent Document 3) and a method for producing a polymer membrane reinforced with short fibers of a fluororesin (Patent Document 4). In these final products, the reinforcing material itself has no particularly positive entanglement or bonding, so that the reinforcing efficiency is low and a relatively large amount of reinforcing material needs to be contained. In this case, it is difficult to shape the electrolyte membrane, and the membrane resistance may be increased.
また、特許文献5では、長さ15mm以下の不連続な短繊維であるフッ素繊維同士間がビスコース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等の結着剤で結合されたフッ素繊維シートにより補強された固体高分子型燃料電池用電解質膜が提案されている。これらの結着剤は燃料電池用電解質膜にとって不純物であり、結着剤の残留は燃料電池の耐久性能を大きく損なう。また、該提案では繊維径15μmという比較的大きな繊維径のものが用いられており、繊維間の十分な結着を実現するためには、補強体は繊維径の数倍以上の厚みとなることを要し、容易に膜抵抗の上昇を招くものと考えられる。また、不連続短繊維を抄紙法などの方法によって加工する方法においては、極端な極細繊維では事実上ハンドリングが難しいという薄膜化における課題も生じる。 In Patent Document 5, a solid fiber reinforced with a fluorine fiber sheet in which the discontinuous short fibers having a length of 15 mm or less are bonded together with a binder such as viscose, carboxymethyl cellulose, or polyvinyl alcohol. An electrolyte membrane for a molecular fuel cell has been proposed. These binders are impurities for the fuel cell electrolyte membrane, and the residual binder significantly impairs the durability of the fuel cell. Further, in this proposal, a fiber having a relatively large fiber diameter of 15 μm is used, and in order to realize sufficient binding between the fibers, the reinforcing body has a thickness several times the fiber diameter or more. Therefore, it is considered that the film resistance is easily increased. Further, in the method of processing discontinuous short fibers by a method such as a papermaking method, there is a problem in thinning that it is practically difficult to handle with extremely fine fibers.
そこで本発明は、厚さが薄くても強度が高く、含水時の寸法安定性に優れ、抵抗の低い電解質膜を提供することを目的とする。さらにこのような電解質膜を有することにより、出力が高く耐久性に優れる固体高分子型燃料電池用膜電極接合体を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrolyte membrane having a high strength even when the thickness is small, an excellent dimensional stability when containing water, and a low resistance. It is another object of the present invention to provide a membrane electrode assembly for a polymer electrolyte fuel cell that has such an electrolyte membrane and has high output and excellent durability.
本発明は、イオン交換樹脂を主成分とする、フッ素樹脂の連続繊維からなり繊維間の交点の少なくとも一部が固定化された不織布で補強された電解質膜であって、片面又は両面の最外層として、前記イオン交換樹脂と同じでも異なっていてもよいイオン交換樹脂からなる補強されない層を有することを特徴とする電解質膜を提供する。 The present invention is an electrolyte membrane reinforced with a non-woven fabric composed of continuous fibers of a fluororesin, the main component of which is an ion exchange resin, in which at least a part of the intersections between the fibers is fixed, and the outermost layer on one or both sides The present invention provides an electrolyte membrane comprising an unreinforced layer made of an ion exchange resin that may be the same as or different from the ion exchange resin.
本発明における不織布は、連続繊維からなることにより、繊維同士の充分な絡み合いが形成され、力学的欠陥と成り得る繊維端部の数が著しく少ない。また、繊維間の交点の少なくとも一部が固定化されているため、弾性率が高い。よって、この不織布によって補強された電解質膜は、機械的強度に優れる。 Since the nonwoven fabric in the present invention is composed of continuous fibers, sufficient entanglement between the fibers is formed, and the number of fiber ends that can be mechanical defects is extremely small. Moreover, since at least a part of the intersections between the fibers is fixed, the elastic modulus is high. Therefore, the electrolyte membrane reinforced by this nonwoven fabric is excellent in mechanical strength.
本発明の電解質膜は、片面又は両面の最外層として、前記イオン交換樹脂と同じでも異なっていてもよいイオン交換樹脂からなる補強されない層を有する。これにより、本発明の電解質膜を固体高分子型燃料電池用の高分子電解質膜として使用するとき、電解質膜と電極の接合部における抵抗を低下させることができる。 The electrolyte membrane of the present invention has an unreinforced layer made of an ion exchange resin that may be the same as or different from the ion exchange resin as the outermost layer on one or both sides. Thereby, when the electrolyte membrane of the present invention is used as a polymer electrolyte membrane for a polymer electrolyte fuel cell, the resistance at the junction between the electrolyte membrane and the electrode can be reduced.
また本発明は、上記の電解質膜の製造方法であって、溶融成形可能なフッ素樹脂を溶融状態で紡糸ノズルより吐出し、紡糸ノズル近傍に配設された気体放出ノズルから放出される気体によって延伸、紡糸することにより連続繊維を得て、不織布を形成することを特徴とする電解質膜の製造方法を提供する。 The present invention is also a method for producing the above electrolyte membrane, in which a melt-moldable fluororesin is discharged from a spinning nozzle in a molten state, and stretched by a gas released from a gas discharge nozzle disposed in the vicinity of the spinning nozzle. The present invention provides a method for producing an electrolyte membrane, wherein continuous fibers are obtained by spinning to form a nonwoven fabric.
本発明の製造方法では、不織布を構成する繊維を非常に細くすることができ、補強による電解質膜の抵抗の上昇を抑えられるため、燃料電池用の電解質膜の補強材として最適な不織布を形成することができる。 In the production method of the present invention, the fibers constituting the nonwoven fabric can be made very thin, and an increase in the resistance of the electrolyte membrane due to reinforcement can be suppressed. Therefore, an optimum nonwoven fabric is formed as a reinforcing material for the electrolyte membrane for fuel cells. be able to.
連続繊維を吸着機能を有する面上に捕集して不織布を形成し、次いで熱プレスする、又は、溶媒可溶性含フッ素重合体からなる結着剤を含む溶液を塗布することにより、繊維間の交点を結着することが好ましい。 By collecting continuous fibers on a surface having an adsorption function to form a non-woven fabric and then hot pressing, or by applying a solution containing a binder composed of a solvent-soluble fluoropolymer, an intersection between the fibers It is preferable to bind.
また本発明は、触媒とイオン交換樹脂とを含む触媒層を有するカソード及びアノードと、該カソードと該アノードとの間に配置される高分子電解質膜と、を備える固体高分子型燃料電池用膜電極接合体において、前記高分子電解質膜が上記の電解質膜からなることを特徴とする固体高分子型燃料電池用膜電極接合体を提供する。 The present invention also provides a membrane for a polymer electrolyte fuel cell comprising a cathode and an anode having a catalyst layer containing a catalyst and an ion exchange resin, and a polymer electrolyte membrane disposed between the cathode and the anode. In the electrode assembly, a membrane electrode assembly for a polymer electrolyte fuel cell is provided, wherein the polymer electrolyte membrane comprises the above electrolyte membrane.
本発明の電解質膜は、フッ素樹脂の連続繊維からなる不織布で補強されているため、補強による抵抗の上昇が少なく、また膜厚が薄くても充分に高い強度を有する。さらに含水時の寸法安定性に優れているので、この電解質膜を有する固体高分子型燃料電池は、長期間運転しても安定した高出力が得られる。 Since the electrolyte membrane of the present invention is reinforced with a nonwoven fabric made of continuous fibers of fluororesin, there is little increase in resistance due to reinforcement, and it has sufficiently high strength even when the film thickness is thin. Furthermore, since the dimensional stability when containing water is excellent, the polymer electrolyte fuel cell having this electrolyte membrane can obtain a stable high output even if it is operated for a long period of time.
本発明における不織布は、フッ素樹脂の連続繊維からなる。本発明における連続繊維とは、アスペクト比10000以上を有することを意味する。繊維長は20mm以上であることが望ましい。 The nonwoven fabric in this invention consists of a continuous fiber of a fluororesin. The continuous fiber in the present invention means having an aspect ratio of 10,000 or more. The fiber length is desirably 20 mm or more.
連続繊維の繊維径(直径)は0.01〜13μmであることが好ましい。連続繊維の繊維径は細いほど、プロトン移動が円滑に行われるため、補強による抵抗の上昇を抑えることができる。また、繊維径が細いと、同一膜厚における繊維間の交点を増すことができるため、不織布の強度を増強でき、電解質膜の寸法安定性を向上しうる。一方、繊維径が細すぎると、繊維1本あたりの引張強度が弱くなり、ハンドリングの点で実用上使用することが困難となる。繊維径は0.01〜5μmであることがより好ましく、0.01〜3μmであることが特に好ましい。 The fiber diameter (diameter) of the continuous fiber is preferably 0.01 to 13 μm. As the fiber diameter of the continuous fiber is thinner, proton transfer is performed more smoothly, so that an increase in resistance due to reinforcement can be suppressed. In addition, when the fiber diameter is small, the number of intersections between fibers at the same film thickness can be increased, so that the strength of the nonwoven fabric can be increased and the dimensional stability of the electrolyte membrane can be improved. On the other hand, if the fiber diameter is too thin, the tensile strength per fiber becomes weak, making it difficult to use practically in terms of handling. The fiber diameter is more preferably from 0.01 to 5 μm, particularly preferably from 0.01 to 3 μm.
本発明において、不織布を構成するフッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン等のパーフルオロオレフィン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)等のモノマーに基づくモノマー単位を一種以上含む単独重合体又は共重合体が好ましい。 In the present invention, the fluororesin constituting the nonwoven fabric is a single resin containing one or more monomer units based on monomers such as perfluoroolefins such as tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene, chlorotrifluoroethylene, and perfluoro (alkyl vinyl ether). A blend or copolymer is preferred.
具体的には、テトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体(PFA)、エチレン/テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、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)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン/クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリビニリデンフルオライド重合体(PVdF)、ポリビニルフルオライド重合体(PVF)等、これらのポリマーを構成するモノマー単位複数からなる共重合体、これらのポリマーのブレンド物等が挙げられる。 Specifically, tetrafluoroethylene / perfluoro (alkyl vinyl ether) copolymer (PFA), ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), polychloro From monomer units constituting these polymers such as trifluoroethylene (PCTFE), ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyvinylidene fluoride polymer (PVdF), polyvinyl fluoride polymer (PVF), etc. And a blend of these polymers.
これらのフッ素樹脂の中でも、ETFE、PFA、FEP、PVDF等の溶融成形可能なフッ素樹脂が好ましく、特にPFA、ETFEは機械的強度、成形性に優れており好ましい。ETFEとしては、テトラフルオロエチレン(以下、TFEという)に基づくモノマー単位/エチレンに基づくモノマー単位のモル比が70/30〜30/70が好ましく、さらには65/35〜40/60が好ましい。 Among these fluororesins, melt-moldable fluororesins such as ETFE, PFA, FEP, and PVDF are preferable, and PFA and ETFE are particularly preferable because of excellent mechanical strength and moldability. As ETFE, the molar ratio of monomer units based on tetrafluoroethylene (hereinafter referred to as TFE) / monomer units based on ethylene is preferably 70/30 to 30/70, and more preferably 65/35 to 40/60.
上述のETFE、PFA、FEP、PVDFは、少量のコモノマーに基づくモノマー単位を含んでいてもよい。該コモノマーとしては、CF2=CFCl等のフルオロエチレン類(TFEを除く);CF2=CFCF3、CF2=CHCF3等のフルオロプロピレン類;CF3CF2CF2CF2CH=CH2、CF3CF2CF2CF2CF=CH2等の炭素数が2〜12のパーフルオロアルキル基を有するフルオロエチレン類;Rf(OCFXCF2)kOCF=CF2(式中、Rfは炭素数1〜6のパーフルオロアルキル基、Xはフッ素原子又はトリフルオロメチル基、kは0〜5の整数である。)等のパーフルオロビニルエーテル類;CH3OC(=O)CF2CF2CF2OCF=CF2やFSO2CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF=CF2等の、容易にカルボン酸基やスルホン酸基に変換可能な基を有するパーフルオロビニルエーテル類;プロピレン等のC3オレフィン、ブチレンやイソブチレン等のC4オレフィン等の、エチレンを除くオレフィン類等が挙げられる。ETFEのコモノマーとしては、CF3CF2CF2CF2CH=CH2が、PFAのコモノマーとしては、CF3CF2OCF=CF2、CF3CF2CF2OCF=CF2、CF3CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF=CF2が特に好ましい。
The above-mentioned ETFE, PFA, FEP, PVDF may contain monomer units based on a small amount of comonomer. As the comonomers, (excluding TFE)
上記コモノマーに基づくモノマー単位を含有する場合は、その含有割合は、通常ETFE、PFA、FEP、PVDFのモノマー単位全体に対して、30mol%以下が好ましく、0.1〜15mol%がより好ましく、0.2〜10mol%がさらに好ましい。 When the monomer unit based on the comonomer is contained, the content ratio is usually preferably 30 mol% or less, more preferably 0.1 to 15 mol%, based on the whole monomer units of ETFE, PFA, FEP, and PVDF. More preferably, it is 2 to 10 mol%.
溶融成形可能なフッ素樹脂のメルトフローレート(MFR)としては、PFAの場合はASTM D3307によるMFRが40〜300g/10分が好ましい。極細繊維を成形する場合、紡糸ダイの圧力損失が低い方が生産性が向上するため、60g/10分以上がより好ましい。また、MFRが大きいと得られる繊維の強度が低下するため、150g/10分以下がより好ましい。ETFEの場合はASTM D3159によるMFR=40g/10分以上が好ましい。 As the melt flow rate (MFR) of the melt-moldable fluororesin, in the case of PFA, the MFR according to ASTM D3307 is preferably 40 to 300 g / 10 min. When forming ultrafine fibers, the lower the pressure loss of the spinning die, the better the productivity, so 60 g / 10 min or more is more preferable. Moreover, since the intensity | strength of the fiber obtained when MFR is large falls, 150 g / 10min or less is more preferable. In the case of ETFE, MFR according to ASTM D3159 = 40 g / 10 min or more is preferable.
本発明における不織布に対しては、放射線照射、プラズマ照射及び金属ナトリウムによる化学処理からなる群から選ばれる1種以上の処理を行うことが好ましい。これらの処理を行うことにより、繊維表面に−COOH基、−OH基、−COF基等の極性基が導入され、マトリックスとなるイオン交換樹脂と補強材となる不織布との界面の密着性を高めることができ、その結果補強効果を上げられる。 The nonwoven fabric in the present invention is preferably subjected to at least one treatment selected from the group consisting of irradiation with radiation, plasma irradiation and chemical treatment with metallic sodium. By performing these treatments, polar groups such as —COOH groups, —OH groups, and —COF groups are introduced on the fiber surface, and the adhesion at the interface between the ion exchange resin as a matrix and the nonwoven fabric as a reinforcing material is improved. As a result, the reinforcing effect can be increased.
フッ素樹脂がPFA、ETFE等の溶融成形可能なフッ素樹脂である場合の不織布の製造方法としては、メルトブローン法を採用することが好ましい。樹脂から繊維を形成した後、それを原料として布状に不織布化する他の不織布製造法に比べ、該メルトブローン法は、繊維の形成と布状物の形成をほぼ同時に実施できることから生産性が高い。また、不織布を構成する繊維を非常に細くすることができ、補強による電解質膜の抵抗の上昇を抑えられるため、特に燃料電池用の電解質膜の補強材として最適な不織布を形成することができる。 As a method for producing a nonwoven fabric when the fluororesin is a melt-moldable fluororesin such as PFA or ETFE, it is preferable to employ a melt blown method. Compared to other nonwoven fabric manufacturing methods in which fibers are formed from a resin and then made into a nonwoven fabric using the raw material as a raw material, the melt blown method is highly productive because it can form fibers and fabrics almost simultaneously. . Moreover, since the fiber which comprises a nonwoven fabric can be made very thin and the raise of the resistance of the electrolyte membrane by reinforcement can be suppressed, the nonwoven fabric most suitable as a reinforcing material of the electrolyte membrane for fuel cells can be formed especially.
図1は、メルトブローン不織布製造装置で用いられるノズル断面の一形態を示す断面図である。メルトブローン法においては、溶融成形可能なフッ素樹脂1を溶融状態で紡糸ノズルの吐出孔3より吐出し、紡糸ノズル近傍に配設された気体放出ノズルの吐出孔4から放出される気体2によって延伸、紡糸することにより連続繊維を得ることができる。その連続繊維を吸着機能を有する面上に捕集して、不織布を形成することができる。
Drawing 1 is a sectional view showing one form of a nozzle section used with a melt blown nonwoven fabric manufacturing device. In the melt blown method, the melt-moldable fluororesin 1 is discharged from the discharge hole 3 of the spinning nozzle in a molten state and stretched by the
吸着機能を有する面とは、例えば、通気性を有するフィルム状基材の片側を減圧状態に維持することにより、吐出されてくる極細繊維を布状に形成することができる装置をさす。通気性を有するフィルム状基材としては、特に制限はないがメッシュ、布、多孔体などが挙げられ、材質についても特に制限はないが、フッ素樹脂の不織布化においては、その溶融温度の高さから、金属を材質としたメッシュが望ましい。 The surface having an adsorption function refers to a device that can form discharged ultrafine fibers in a cloth shape by maintaining one side of a film-like substrate having air permeability in a reduced pressure state, for example. The film-like base material having air permeability is not particularly limited, and examples thereof include meshes, cloths, porous bodies, etc., and the material is not particularly limited. Therefore, a mesh made of metal is desirable.
吸着機能としては、紡糸された連続繊維を布状物の形態で充分に吸着維持することが可能な吸着能力を有することが望まれる。よって吸着機能を有する面は、その表面から1cm以内の距離において0.1m/秒以上の風速を有することが好ましい。また、吸着を保持する面の目開きがあまり大きいと、繊維自体がメッシュ内部にひきこまれ、剥がせなくなる、もしくは、平滑性が失われるおそれがある。そのため、メッシュの目開きは好ましくは2mm以下であり、より好ましくは0.15mm以下、さらに好ましくは0.06mm以下、特に好ましくは0.03mm以下である。 As an adsorption function, it is desired to have an adsorption ability capable of sufficiently adsorbing and maintaining the spun continuous fiber in the form of a cloth. Therefore, it is preferable that the surface having the adsorption function has a wind speed of 0.1 m / second or more at a distance within 1 cm from the surface. In addition, if the surface holding the adsorption is too large, the fibers themselves are drawn inside the mesh and cannot be peeled off or the smoothness may be lost. Therefore, the mesh opening is preferably 2 mm or less, more preferably 0.15 mm or less, still more preferably 0.06 mm or less, and particularly preferably 0.03 mm or less.
通気性を有するフィルム状基材が可とう性を有する場合は、それを連続的に回転させ得るコンベアーに載せることで、吸着機能を有した捕集用コンベアーとして使用できる。例えば、フィルム状基材をロール状に巻き取ったものを連続的に繰り出し、その片面上に不織布を形成し、分離し、巻き取る等の方法も可能となり、製造手法をより簡素化し得る。 When the film-like base material having air permeability has flexibility, it can be used as a collection conveyor having an adsorption function by placing it on a conveyor that can be continuously rotated. For example, it is possible to continuously roll out a film-like base material in a roll shape, form a non-woven fabric on one side, separate and wind up, and simplify the manufacturing method.
得られる不織布の嵩密度は、使用する樹脂の硬さや熱的な性質により左右される。メルトブローン法では、一般に低粘度の樹脂を用いることによって、繊維同士の交点が一部融着した不織布を直接得ることができる。また、場合によっては、上記融着が起こらず、綿状の不織布前駆体様のものが得られるが、吸着機能を有する捕集用コンベアーに捕集し、そのまま加圧圧着することにより所定の嵩密度を有する不織布を得ることができる。 The bulk density of the resulting nonwoven fabric depends on the hardness and thermal properties of the resin used. In the melt blown method, it is generally possible to directly obtain a nonwoven fabric in which the intersections of fibers are partially fused by using a low-viscosity resin. Further, in some cases, the above-mentioned fusion does not occur and a cotton-like non-woven fabric precursor-like material is obtained, but it is collected by a collecting conveyor having an adsorption function and directly pressed and pressed to obtain a predetermined volume. A non-woven fabric having a density can be obtained.
上述の不織布を形成する製法では、繊維間の交点が固定化されていない場合は、巻き取り等の操作やハンドリングが困難である。繊維間の交点の少なくとも一部が固定化されているとき、不織布単体として弾性率、強度を発現できる。その結果、不織布自体に自立性が発現し、ハンドリング性が向上し、不織布を有する電解質膜の製造が容易となる。繊維間の交点の少なくとも一部が固定化された態様としては、上述のように、[1]連続繊維を捕集して不織布が形成された時点で繊維同士が融着している場合、[2]不織布を熱プレスすることにより繊維同士を融着させた場合、に加え、[3]不織布に溶媒可溶性含フッ素重合体からなる結着剤を含む溶液を塗布することにより、繊維間の交点を結着させた場合、等が挙げられる。 In the manufacturing method for forming the above-described nonwoven fabric, when the intersections between the fibers are not fixed, operations such as winding and handling are difficult. When at least some of the intersections between the fibers are fixed, the elastic modulus and strength can be expressed as a nonwoven fabric alone. As a result, the nonwoven fabric itself is self-supporting, handling properties are improved, and an electrolyte membrane having the nonwoven fabric can be easily manufactured. As an aspect in which at least a part of the intersections between the fibers is fixed, as described above, [1] When the fibers are fused at the time when the continuous fibers are collected and the nonwoven fabric is formed, 2] In addition to the case where the fibers are fused with each other by hot pressing the nonwoven fabric, in addition to [3] the intersection between the fibers by applying a solution containing a solvent-soluble fluoropolymer to the nonwoven fabric. And the like may be mentioned.
上記[2]の態様における熱プレスは、繊維が溶融変形せず、かつ融着性を有する温度範囲で行うことが望ましい。繊維を構成するフッ素樹脂の熱物性に依存するが、結晶性のフッ素樹脂の場合、(融点−50℃)〜融点の温度範囲が望ましく、(融点−20℃)〜融点の温度範囲がより望ましい。非晶性のフッ素樹脂の場合は、(ガラス転移温度−50℃)〜ガラス点移転点の温度範囲が望ましく、(ガラス転移温度−20℃)〜ガラス点移転点の温度範囲がより望ましい。また、熱プレス時の圧力は上述の温度条件にもよるが、一般的には0.5〜10MPaの圧力範囲で成形すれば、繊維に大きな変形を生じずに融着することができる。 The hot pressing in the above aspect [2] is desirably performed in a temperature range in which the fibers are not melted and deformed and have fusion properties. Depending on the thermophysical properties of the fluororesin constituting the fiber, in the case of a crystalline fluororesin, the temperature range from (melting point−50 ° C.) to the melting point is desirable, and the temperature range from (melting point−20 ° C.) to the melting point is more desirable. . In the case of an amorphous fluororesin, the temperature range from (glass transition temperature −50 ° C.) to the glass point transition point is desirable, and the temperature range from (glass transition temperature −20 ° C.) to the glass point transition point is more desirable. Moreover, although the pressure at the time of hot press depends on the above-mentioned temperature condition, generally, if the molding is performed in a pressure range of 0.5 to 10 MPa, the fibers can be fused without causing a large deformation.
上記[3]の態様において、繊維間の交点の結着に用いられる溶媒可溶性含フッ素重合体とは、これを溶解できる溶媒が存在する含フッ素重合体をいい、室温で0.1%以上の濃度の溶液として存在しうるものをいう。なお、本明細書でいう溶液には、微視的には含フッ素重合体が分散又は膨潤状態で存在するが巨視的には溶液状に認められる液も含めるものとする。 In the above aspect [3], the solvent-soluble fluoropolymer used for binding the intersections between fibers refers to a fluoropolymer in which a solvent capable of dissolving the fluoropolymer exists, and is 0.1% or more at room temperature. It can be present as a concentrated solution. In addition, the solution referred to in this specification includes a liquid in which the fluoropolymer is present in a dispersed or swollen state but is macroscopically recognized as a solution.
上記結着剤は含フッ素重合体からなるため、燃料電池の使用環境において化学的耐久性に優れる。含フッ素重合体の炭素原子に結合する水素はすべてフッ素原子に置換された重合体であることが好ましい。また、結着剤で結着された不織布の弾性率、強度が向上することから、溶媒可溶性含フッ素重合体の弾性率は高いほうが好ましい。含フッ素重合体は、室温で105Pa以上の弾性率を有することが好ましく、室温で108Pa以上の弾性率を有することがより好ましい。このことはガラス転移温度でみると、含フッ素重合体のガラス転移温度が室温以上であることを意味しており、工業的な室温の範囲と考えられる40℃以上のガラス転移点をもつことが好ましい。 Since the binder is made of a fluorine-containing polymer, it is excellent in chemical durability in the environment where the fuel cell is used. The hydrogen bonded to the carbon atom of the fluorinated polymer is preferably a polymer substituted with all fluorine atoms. Moreover, since the elasticity modulus and intensity | strength of the nonwoven fabric bound with the binder improve, the one where the elasticity modulus of a solvent soluble fluoropolymer is higher is preferable. The fluoropolymer preferably has an elastic modulus of 10 5 Pa or higher at room temperature, and more preferably has an elastic modulus of 10 8 Pa or higher at room temperature. This means that the glass transition temperature of the fluoropolymer is room temperature or higher in terms of the glass transition temperature, and it has a glass transition point of 40 ° C. or higher which is considered to be an industrial room temperature range. preferable.
結着剤を構成する溶媒可溶性含フッ素重合体の好ましい例としては、下記の[i]〜[iii]の重合体が挙げられる。
[i]分子内にイオン交換基又はその前駆体基を有する含フッ素重合体
イオン交換基としては、スルホン酸基(−SO3H)、スルホンイミド基(−SO2NHSO2Rf、Rfはパーフルオロアルキル基)等が挙げられる。またイオン交換基の前駆体となる基としては、−SO2F基等が挙げられる。特に、イオン交換基を有する含フッ素重合体は電解質となり、不織布の開口率を下げることなく、電解質膜の抵抗上昇を招かないことから好ましい。イオン交換基を有する含フッ素重合体は電解質膜を構成するイオン交換樹脂と同じでも異なってもよい。
Preferable examples of the solvent-soluble fluorine-containing polymer constituting the binder include the following polymers [i] to [iii].
[I] Fluoropolymer having an ion exchange group or a precursor group thereof in the molecule Examples of the ion exchange group include a sulfonic acid group (—SO 3 H) and a sulfonimide group (—SO 2 NHSO 2 R f , R f). Is a perfluoroalkyl group). Examples of the group that serves as a precursor of the ion exchange group include a —SO 2 F group. In particular, a fluorine-containing polymer having an ion exchange group is preferable because it becomes an electrolyte and does not cause an increase in resistance of the electrolyte membrane without lowering the opening ratio of the nonwoven fabric. The fluorine-containing polymer having an ion exchange group may be the same as or different from the ion exchange resin constituting the electrolyte membrane.
分子内にイオン交換基又はその前駆体基を有し、主鎖に脂肪族構造を有するフルオロカーボン重合体の例としては、CF2=CF−(OCF2CFX)m−Op−(CF2)n−SO2Fで表されるパーフルオロ化合物(式中、Xはフッ素原子又はトリフルオロメチル基であり、mは0〜3の整数、nは0〜12の整数、pは0又は1であり、n=0の場合はp=0かつm=1〜3である。)に基づく繰り返し単位とテトラフルオロエチレンに基づく繰り返し単位とを含む共重合体や、該重合体を加水分解及び酸型化処理して得られる、−SO2F基を−SO3H基に変換した重合体が好ましい。このうち、−SO2F基を有する含フッ素重合体は、アサヒクリンAK−225(旭硝子社製)等の代替フロン系溶剤に可溶であり、−SO3H基を有する含フッ素重合体は、エタノールに可溶であることが一般に知られている。
As an example of a fluorocarbon polymer having an ion exchange group or its precursor group in the molecule and an aliphatic structure in the main chain, CF 2 = CF— (OCF 2 CFX) m —O p — (CF 2 ) n -SO 2 perfluoro compound represented by F (wherein, X is a fluorine atom or a trifluoromethyl group, m is an integer of from 0 to 3, n represents 0 to 12 integer, p is 0 or 1 And in the case of n = 0, p = 0 and m = 1-3.) A copolymer containing a repeating unit based on tetrafluoroethylene and a repeating unit based on tetrafluoroethylene, and hydrolyzing and acid-forming the polymer A polymer obtained by converting a —SO 2 F group into a —SO 3 H group is preferred. Among these, fluorine-containing polymer having -
[ii]イオン交換基を実質上有しない、主鎖に脂肪族環構造を有する含フッ素重合体
かかる含フッ素重合体は、その分子構造に起因する分子のねじれにより結晶化しにくく、フッ素系溶剤に可溶である。主鎖に脂肪族環構造を有する含フッ素重合体の例としては、下記式(a)、(b)、(c)のいずれかで表される繰り返し単位を含む重合体が挙げられる。該重合体は、例えば、パーフルオロベンゼン、トリフルオロエタン、パーフルオロ(2−ブチルテトラヒドロフラン)、フロリナートFC−77(3M社製)等に溶解可能である。
[Ii] Fluoropolymer having substantially no ion-exchange group and having an aliphatic ring structure in the main chain Such a fluoropolymer is difficult to crystallize due to molecular twisting due to its molecular structure, It is soluble. Examples of the fluorine-containing polymer having an aliphatic ring structure in the main chain include a polymer containing a repeating unit represented by any of the following formulas (a), (b), and (c). The polymer can be dissolved in, for example, perfluorobenzene, trifluoroethane, perfluoro (2-butyltetrahydrofuran), Fluorinert FC-77 (manufactured by 3M).
[iii]イオン交換基を実質上有しないフルオロオレフィン系の含フッ素重合体
かかる含フッ素重合体としては、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン/フッ化ビニリデン共重合体や、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレンからなる群から選ばれるフルオロオレフィンの少なくとも1種のモノマーに基づく繰り返し単位と、ビニルエーテル、ビニルエステル、アリルエーテル、アリルエステル、イソプロペニルエーテル、イソプロペニルエステル、メタクリルエーテル、メタクリルエステル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルからなる群から選ばれる少なくとも1種のモノマーに基づく繰り返し単位との共重合体が例示される。
これらの含フッ素重合体は、ケトン類、エステル類、クロロエタン類、ベンゼン誘導体等に可溶である。
[Iii] Fluoroolefin-based fluorinated polymer having substantially no ion-exchange group Examples of the fluorinated polymer include tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene / vinylidene fluoride copolymer, tetrafluoroethylene, and hexafluoropropylene. , A repeating unit based on at least one monomer of a fluoroolefin selected from the group consisting of vinylidene fluoride and chlorotrifluoroethylene, vinyl ether, vinyl ester, allyl ether, allyl ester, isopropenyl ether, isopropenyl ester, methacryl ether And a copolymer with a repeating unit based on at least one monomer selected from the group consisting of methacrylic ester, acrylic ester and methacrylic ester.
These fluoropolymers are soluble in ketones, esters, chloroethanes, benzene derivatives and the like.
結着剤を含む溶液の溶媒としては、吸着機能を有する面上で乾燥、固化することが望ましいことから、沸点150℃以下のものを含むことが好ましく、さらに沸点が100℃以下のものを含むことが好ましい。不織布の繊維間の交点の結着を早期に確実にするためには上記の沸点をもった溶剤を好ましくは全溶剤のうち全質量の75%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上含むことが好ましい。 The solvent of the solution containing the binder is preferably one having a boiling point of 150 ° C. or lower because it is desirable to dry and solidify on the surface having the adsorption function, and further includes one having a boiling point of 100 ° C. or lower. It is preferable. In order to ensure early binding of the intersections between the fibers of the nonwoven fabric, the solvent having the above boiling point is preferably 75% or more, more preferably 95% or more, more preferably 98% or more of the total mass of all the solvents. % Or more is preferable.
結着剤を含む溶液は、スプレーコート法により塗布することが好ましい。スプレーコート法により結着剤を含む溶液を噴霧状態にし、不織布を吸着機能を有する面に吸着させたまま保持しながら、結着剤を含む溶液の噴霧状態の中をくぐらせることにより、不織布の開口部分を塞ぐことなく、繊維に選択的に結着剤を塗布することができる。 The solution containing the binder is preferably applied by a spray coating method. The solution containing the binder is sprayed by the spray coating method, and the nonwoven fabric is passed through the sprayed state of the solution containing the binder while holding the nonwoven fabric adsorbed on the surface having the adsorption function. The binder can be selectively applied to the fiber without blocking the opening.
スプレーコート法は、小さな隙間から搬送ガスと塗布する溶液を同時に噴霧することを特徴とする塗工方法であるが、その噴霧状態は、特に塗布する溶液の粘度の影響を受ける。通常用いられるエアー噴霧方式のスプレーシステムでは、スプレーノズル先端でエアーから加わるせん断応力によって溶液を微細流滴へ変形させるため、溶液の粘度が低いほどより微細な流滴が得られることが知られている。また、エアー等の噴射媒体を用いないいわゆるエアレススプレーシステムにおいても、ノズル先端での溶液自身の噴射に伴うせん断応力によって微細化を行うため、粘度が低い方が好ましい。流滴が大きい場合、不織布の開口部分を結着剤が塞ぎやすくなる傾向にある。そのため、結着剤を含む溶液の粘度は、10Pa・s以下が好ましく、1Pa・s以下がより好ましく、0.1Pa・s以下が特に好ましい。 The spray coating method is a coating method in which a carrier gas and a solution to be applied are sprayed simultaneously through a small gap, and the spray state is particularly affected by the viscosity of the solution to be applied. It is known that the spray system of the commonly used air spray system deforms the solution into fine droplets due to the shear stress applied from the air at the tip of the spray nozzle, so that the lower the solution viscosity, the more fine droplets can be obtained. Yes. Further, in a so-called airless spray system that does not use an injection medium such as air, it is preferable that the viscosity be low because the microfabrication is performed by the shear stress accompanying the injection of the solution itself at the nozzle tip. When the droplets are large, the binder tends to block the opening of the nonwoven fabric. Therefore, the viscosity of the solution containing the binder is preferably 10 Pa · s or less, more preferably 1 Pa · s or less, and particularly preferably 0.1 Pa · s or less.
本発明において電解質膜の主成分であるイオン交換樹脂としては、陽イオン交換樹脂であればよく、炭化水素系重合体や部分フッ素化された炭化水素系重合体からなる陽イオン交換樹脂等が使用できる。燃料電池に使用する場合は、耐久性に優れるスルホン酸型パーフルオロカーボン重合体からなる陽イオン交換樹脂が好ましい。電解質膜中のイオン交換樹脂は、単一のイオン交換樹脂からなってもよいし、2種以上のイオン交換樹脂を混合したものであってもよい。 In the present invention, the ion exchange resin that is the main component of the electrolyte membrane may be a cation exchange resin, such as a cation exchange resin made of a hydrocarbon polymer or a partially fluorinated hydrocarbon polymer. it can. When used in a fuel cell, a cation exchange resin comprising a sulfonic acid type perfluorocarbon polymer having excellent durability is preferred. The ion exchange resin in the electrolyte membrane may consist of a single ion exchange resin or a mixture of two or more ion exchange resins.
スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体としては、従来より公知の重合体が広く採用される。例えば、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体は、末端がSO2Fである樹脂からなる前駆体を加水分解及び酸型化処理して得られる。なお、本明細書において、パーフルオロカーボン重合体は、エーテル結合性の酸素原子等を含んでいてもよい。 As the sulfonic acid type perfluorocarbon polymer, conventionally known polymers are widely used. For example, a sulfonic acid type perfluorocarbon polymer can be obtained by hydrolyzing and acidifying a precursor composed of a resin having a terminal SO 2 F. In the present specification, the perfluorocarbon polymer may contain an etheric oxygen atom or the like.
上記末端がSO2Fである樹脂からなる前駆体としては、CF2=CF−(OCF2CFX)m−Op−(CF2)n−SO2Fで表されるパーフルオロ化合物(式中、Xはフッ素原子又はトリフルオロメチル基であり、mは0〜3の整数、nは0〜12の整数、pは0又は1であり、n=0の場合はp=0かつm=1〜3である。)に基づくモノマー単位とテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンのようなパーフルオロオレフィン、クロロトリフルオロエチレン、又はパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)に基づくモノマー単位とを含む共重合体が好ましい。特に上記パーフルオロ化合物に基づくモノマー単位とテトラフルオロエチレンに基づくモノマー単位とを含む共重合体が特に好ましい。
Precursors which the terminal is made of a resin which is SO 2 F, CF 2 = CF- (
上記パーフルオロ化合物の好ましい例としては、以下のいずれかの式で表される化合物が挙げられる。ただし、下記式中、qは1〜8の整数、rは1〜8の整数、sは1〜8の整数、tは1〜5の整数を示す。
CF2=CFO(CF2)qSO2F
CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF2)rSO2F
CF2=CF(CF2)sSO2F
CF2=CF(OCF2CF(CF3))tO(CF2)2SO2F。
Preferable examples of the perfluoro compound include compounds represented by any of the following formulas. However, in the following formula, q is an integer of 1 to 8, r is an integer of 1 to 8, s is an integer of 1 to 8, and t is an integer of 1 to 5.
CF 2 = CFO (CF 2 ) q SO 2 F
CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) r SO 2 F
CF 2 = CF (CF 2 ) s SO 2 F
CF 2 = CF (OCF 2 CF (CF 3)) t O (CF 2) 2 SO 2 F.
また、パーフルオロカーボン重合体以外の重合体の陽イオン交換樹脂としては、例えば下記式(1)で表されるモノマー単位と下記式(2)で表されるモノマー単位とを含む重合体が挙げられる。ここで、P1はフェニルトリール基、ビフェニルトリール基、ナフタレントリール基、フェナントレントリール基、アントラセントリール基であり、P2はフェニレン基、ビフェニレン基、ナフチレン基、フェナントリレン基、アントラシレン基であり、A1は−SO3M2基(M2は水素原子又はアルカリ金属原子、以下同じ)、−COOM2基又は加水分解によりこれらの基に転換する基であり、B1、B2はそれぞれ独立に酸素原子、イオウ原子、スルホニル基又はイソプロピリデン基である。P1及びP2の構造異性は特に限定されず、P1及びP2の水素原子の1個以上がフッ素原子、塩素原子、臭素原子又は炭素数1〜3のアルキル基に置換されていてもよい。 Moreover, as a cation exchange resin of polymers other than a perfluorocarbon polymer, the polymer containing the monomer unit represented, for example by following formula (1), and the monomer unit represented by following formula (2) is mentioned. . Here, P 1 is a phenyltolyl group, a biphenyltolyl group, a naphthalene reel group, a phenanthrene reel group, and an anthracylene group, P 2 is a phenylene group, a biphenylene group, a naphthylene group, a phenanthrylene group, and an anthracylene group, and A 1 -SO 3 M 2 group (M 2 represents a hydrogen atom or an alkali metal atom, hereinafter the same), - COOM 2 group or by hydrolysis is a group convertible into these groups, B 1, B 2 are each independently An oxygen atom, a sulfur atom, a sulfonyl group or an isopropylidene group; Structural isomers of P 1 and P 2 is not particularly limited, one or more fluorine atoms of the hydrogen atom of the P 1 and P 2, a chlorine atom, be substituted by a bromine atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms Good.
本発明におけるイオン交換樹脂のイオン交換容量としては、燃料電池用の高分子電解質膜として使用する場合は0.5〜2.0ミリ当量/グラム乾燥樹脂、特に0.7〜1.6ミリ当量/グラム乾燥樹脂であることが好ましい。イオン交換容量が低すぎると抵抗が大きくなる。一方、イオン交換容量が高すぎると水に対する親和性が強すぎるため、発電時に電解質膜が溶解するおそれがある。 The ion exchange capacity of the ion exchange resin in the present invention is 0.5 to 2.0 meq / g dry resin, particularly 0.7 to 1.6 meq when used as a polymer electrolyte membrane for a fuel cell. / G dry resin is preferred. If the ion exchange capacity is too low, the resistance increases. On the other hand, if the ion exchange capacity is too high, the affinity for water is too strong, and thus the electrolyte membrane may be dissolved during power generation.
電解質膜の膜厚が厚すぎると、膜の抵抗が大きくなる。また、燃料電池の高分子電解質膜として使用する場合、薄いほうがカソード側で生成する生成水の逆拡散を起こし易く好ましい。一方、電解質膜の膜厚が薄すぎると力学的強度の発現が困難となり、ガス漏れ等の障害を起こし易くなる。よって本発明の電解質膜の膜厚は、上限は好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下、特に好ましくは30μm以下であり、下限は好ましくは5μm以上、より好ましくは20μm以上である。 If the thickness of the electrolyte membrane is too thick, the resistance of the membrane increases. Further, when used as a polymer electrolyte membrane of a fuel cell, a thinner one is preferable because it tends to cause reverse diffusion of generated water generated on the cathode side. On the other hand, if the thickness of the electrolyte membrane is too thin, it will be difficult to develop mechanical strength, and problems such as gas leakage will easily occur. Therefore, the upper limit of the thickness of the electrolyte membrane of the present invention is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, particularly preferably 30 μm or less, and the lower limit is preferably 5 μm or more, more preferably 20 μm or more.
また、上記の電解質膜の膜厚の観点から、不織布の厚さは好ましくは50μm以下、より好ましくは30μm以下、特に好ましくは20μm以下である。このときの不織布の目付け量としては、補強効果と膜抵抗低減の両立の観点から、5〜50g/m2(2.5〜25cc/m2)であることが好ましい。 From the viewpoint of the thickness of the electrolyte membrane, the thickness of the nonwoven fabric is preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less, and particularly preferably 20 μm or less. The basis weight of the nonwoven fabric at this time is preferably 5 to 50 g / m 2 (2.5 to 25 cc / m 2 ) from the viewpoint of achieving both a reinforcing effect and a reduction in membrane resistance.
不織布で補強されたイオン交換樹脂を主成分とする電解質膜を作製する方法としては、例えば、(1)不織布に、イオン交換樹脂の溶液又は分散液を塗工又は含浸させた後、乾燥し造膜するキャスト法、(2)不織布に、あらかじめ形成しておいたイオン交換樹脂の膜状物を加熱積層して一体化する方法等が挙げられる。この不織布とイオン交換樹脂との複合膜を延伸処理等によって強化してもよい。 Examples of a method for producing an electrolyte membrane mainly composed of an ion exchange resin reinforced with a non-woven fabric include (1) coating or impregnating a non-woven fabric with a solution or dispersion of an ion exchange resin, followed by drying and manufacturing. Examples thereof include a casting method for forming a film, and (2) a method in which an ion-exchange resin film-form formed in advance is laminated on a non-woven fabric by heat lamination. You may reinforce the composite film of this nonwoven fabric and ion exchange resin by an extending | stretching process etc.
電解質膜は、片面又は両面の最外層として、上述の不織布で補強されたイオン交換樹脂と同じでも異なっていてもよいイオン交換樹脂からなる補強されない層を有する。これにより、本発明の電解質膜を固体高分子型燃料電池用の高分子電解質膜として使用するとき、電解質膜と電極の接合部における抵抗を低下させることができる。上述のように不織布とイオン交換樹脂との複合膜を形成した時点で、その最外層としてイオン交換樹脂からなる補強されない層が形成されていることもある。また、複合膜の形成に続いて、該複合膜の表面にイオン交換樹脂の溶液又は分散液をコーティングしたり、イオン交換樹脂の単膜を積層したりすることによってもイオン交換樹脂からなる補強されない層を形成することができる。両面の最外層として、補強されない層を有することが好ましい。なお、イオン交換樹脂からなる補強されない層は、補強材以外の抵抗上昇を招かない成分を含んでいてもよい。 The electrolyte membrane has, as an outermost layer on one or both sides, an unreinforced layer made of an ion exchange resin that may be the same as or different from the above-described ion exchange resin reinforced with a nonwoven fabric. Thereby, when the electrolyte membrane of the present invention is used as a polymer electrolyte membrane for a polymer electrolyte fuel cell, the resistance at the junction between the electrolyte membrane and the electrode can be reduced. As described above, when the composite membrane of the nonwoven fabric and the ion exchange resin is formed, an unreinforced layer made of the ion exchange resin may be formed as the outermost layer. In addition, after the formation of the composite membrane, the surface of the composite membrane is not reinforced with an ion exchange resin by coating with a solution or dispersion of the ion exchange resin or by laminating a single membrane of the ion exchange resin. A layer can be formed. It is preferable to have an unreinforced layer as the outermost layer on both sides. The non-reinforced layer made of ion exchange resin may contain a component that does not cause an increase in resistance other than the reinforcing material.
前記補強されない層の厚みは、片側につき1〜20μmであることが好ましい。燃料電池の燃料ガスのバリアー性に優れ、かつ、膜抵抗を抑えることができるからである。より好ましくは2〜15μmであり、さらに好ましくは2〜10μmである。なお、本明細書において補強されない層の厚みは、光学顕微鏡、レーザー顕微鏡、SEM等の断面観察より測定することできる。補強されない層の厚みは、電解質膜表面と不織布の繊維との最短距離を意味する。 The thickness of the unreinforced layer is preferably 1 to 20 μm per side. This is because the fuel cell has excellent fuel gas barrier properties and membrane resistance can be suppressed. More preferably, it is 2-15 micrometers, More preferably, it is 2-10 micrometers. In addition, the thickness of the layer which is not reinforced in this specification can be measured by cross-sectional observations such as an optical microscope, a laser microscope, and an SEM. The thickness of the unreinforced layer means the shortest distance between the electrolyte membrane surface and the nonwoven fabric fibers.
本発明の電解質膜を固体高分子型燃料電池用の高分子電解質膜として使用するとき、プロトンの移動は不織布の繊維に遮蔽される。補強されない層の厚みが薄すぎると、電流が繊維を回避して迂回するための距離が大きくなり、不要な抵抗上昇の要因となり得る。特に補強されない層の厚みが繊維径の半分より小さい場合は、その抵抗上昇が著しい。補強されない層の厚みが連続繊維の繊維半径以上の値である場合には、電流の迂回距離が小さく済み、結果として抵抗の不要な上昇を避けられ好ましい。 When the electrolyte membrane of the present invention is used as a polymer electrolyte membrane for a polymer electrolyte fuel cell, proton movement is shielded by non-woven fibers. If the thickness of the layer that is not reinforced is too thin, the distance for the current to bypass the fiber and bypass it becomes large, which may cause an unnecessary increase in resistance. In particular, when the thickness of the unreinforced layer is smaller than half the fiber diameter, the resistance increase is significant. When the thickness of the layer that is not reinforced is equal to or greater than the fiber radius of the continuous fiber, it is preferable to reduce the current detour distance and consequently avoid unnecessary increase in resistance.
本発明の電解質膜は、固体高分子型燃料電池用膜電極接合体の高分子電解質膜として用いられる。固体高分子型燃料電池用膜電極接合体は、触媒とイオン交換樹脂とを含む触媒層を有するカソード及びアノードと、該カソードと該アノードとの間に配置される高分子電解質膜と、を備える。 The electrolyte membrane of the present invention is used as a polymer electrolyte membrane of a membrane electrode assembly for a polymer electrolyte fuel cell. A membrane electrode assembly for a polymer electrolyte fuel cell includes a cathode and an anode having a catalyst layer containing a catalyst and an ion exchange resin, and a polymer electrolyte membrane disposed between the cathode and the anode. .
固体高分子型燃料電池用膜電極接合体は通常の手法に従い、例えば以下のようにして得られる。まず、白金触媒又は白金合金触媒微粒子を担持させた導電性のカーボンブラック粉末と電解質材料とを含む液状組成物からなる均一な分散液を得て、以下のいずれかの方法でガス拡散電極を形成して膜電極接合体を得る。 The membrane / electrode assembly for a polymer electrolyte fuel cell can be obtained in the following manner, for example, according to an ordinary method. First, obtain a uniform dispersion composed of a liquid composition containing a conductive carbon black powder carrying platinum catalyst or platinum alloy catalyst fine particles and an electrolyte material, and form a gas diffusion electrode by one of the following methods: Thus, a membrane electrode assembly is obtained.
第1の方法は、電解質膜の両面に上記分散液を塗布し乾燥後、両面を2枚のカーボンクロス又はカーボンペーパーで密着する方法である。第2の方法は、上記分散液を2枚のカーボンクロス又はカーボンペーパー上に塗布乾燥後、分散液が塗布された面が電解質膜と密着するように、電解質膜の両面から挟みこむ方法である。第3の方法は、上記分散液を別途用意した基材フィルム上に塗布、乾燥して触媒層を形成した後、電解質膜の両面に電極層を転写し、さらに2枚のカーボンクロス又はカーボンペーパーで両面を密着する方法である。なお、ここでカーボンクロス又はカーボンペーパーは触媒を含む層により均一にガスを拡散させるためのガス拡散層としての機能と集電体としての機能を有するものである。 The first method is a method in which the dispersion liquid is applied to both surfaces of the electrolyte membrane, dried, and then both surfaces are adhered to each other with two carbon cloths or carbon paper. The second method is a method in which the dispersion liquid is applied and dried on two sheets of carbon cloth or carbon paper and then sandwiched from both surfaces of the electrolyte membrane so that the surface to which the dispersion solution is applied is in close contact with the electrolyte membrane. . The third method is to apply the above dispersion on a separately prepared substrate film and dry it to form a catalyst layer, then transfer the electrode layer to both sides of the electrolyte membrane, and then add two sheets of carbon cloth or carbon paper This is a method of sticking both sides together. Here, the carbon cloth or the carbon paper has a function as a gas diffusion layer and a function as a current collector for uniformly diffusing the gas by the layer containing the catalyst.
得られた膜電極接合体は、燃料ガス又は酸化剤ガスの通路となる溝が形成されセパレータの間に挟まれ、膜電極接合体のアノード側には水素ガスが供給され、カソード側には酸素又は空気が供給され固体高分子型燃料電池が得られる。 The obtained membrane electrode assembly is formed with a groove serving as a passage for fuel gas or oxidant gas, and is sandwiched between separators. Hydrogen gas is supplied to the anode side of the membrane electrode assembly, and oxygen is supplied to the cathode side. Or air is supplied and a polymer electrolyte fuel cell is obtained.
以下に、実施例及び比較例により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.
〔実施例1〕
メルトブローン不織布製造装置(日本ノズル社製)を用い、PFA(製品名:フルオンPFA P−61XP、旭硝子社製、MFR=40g/10分)を用い、ダイ温度330℃、延伸用ホットエアー温度360℃の条件で、吸引能力を有するコンベアー上に不織布を形成する。不織布を構成するフッ素樹脂は連続繊維であり、アスペクト比は最低10000以上である。不織布の2.6cm×2.6cmの面積を顕微鏡によって観察したところ、繊維長13mm以下のものは観察されない。次に、この不織布を熱プレスにより(290℃、10MPa)、圧密化する。紡糸された繊維の繊維径は10μm、不織布の厚みは20μm、目付け量は10g/m2(5cc/m2)となる。
[Example 1]
Using melt blown non-woven fabric manufacturing apparatus (manufactured by Nippon Nozzle Co., Ltd.), using PFA (product name: Full-on PFA P-61XP, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., MFR = 40 g / 10 min), die temperature 330 ° C., stretching hot air temperature 360 ° C. Under these conditions, a nonwoven fabric is formed on a conveyor having suction capability. The fluororesin constituting the nonwoven fabric is a continuous fiber, and the aspect ratio is at least 10,000. When the area of 2.6 cm × 2.6 cm of the nonwoven fabric was observed with a microscope, a fiber length of 13 mm or less was not observed. Next, the nonwoven fabric is consolidated by hot pressing (290 ° C., 10 MPa). The fiber diameter of the spun fiber is 10 μm, the thickness of the nonwoven fabric is 20 μm, and the basis weight is 10 g / m 2 (5 cc / m 2 ).
その後、不織布の縁を拘束した状態で、イオン交換容量が1.1ミリ当量/グラム乾燥樹脂であるCF2=CF2とCF2=CF−OC2FCF(CF3)−OCF2CF2SO3Hとの共重合体からなるイオン交換樹脂(以下、イオン交換樹脂(A)という)のエタノールを溶媒とする溶液(固形分濃度5質量%)に浸漬し、毎分100mmの速度で引き上げ、上記イオン交換樹脂(A)を不織布中に含浸させる。この浸漬、引き上げの操作を3回繰り返した後、拘束した状態で55℃で1時間乾燥し、複合膜を得る。 Thereafter, CF 2 = CF 2 and CF 2 = CF-OC 2 FCF (CF 3 ) -OCF 2 CF 2 SO, which are dry resins with an ion exchange capacity of 1.1 meq / g with the edges of the nonwoven fabric restrained. Immersion in a solution (solid content concentration of 5% by mass) of an ion exchange resin (hereinafter referred to as ion exchange resin (A)) composed of a copolymer with 3 H as a solvent, and pulling it up at a rate of 100 mm per minute, The nonwoven fabric is impregnated with the ion exchange resin (A). This dipping and lifting operation is repeated three times, and then dried at 55 ° C. for 1 hour in a restrained state to obtain a composite film.
一方、上記イオン交換樹脂(A)のエタノールを溶媒とする溶液をダイコートによりPETフィルム上に塗布し、140℃で1時間乾燥し、上記イオン交換樹脂(A)からなる厚み10μmの単膜1を得る。
上記複合膜の両側に上記単膜1を配し、熱プレス法(160℃、5Pa、15分)により電解質膜を得る。電解質膜について以下の方法で評価を行い、得られる結果を表1に示す。なお、レーザー顕微鏡による断面観察から、補強されない層の厚みは10μmである。
On the other hand, a solution of the above ion exchange resin (A) in ethanol as a solvent is applied on a PET film by die coating and dried at 140 ° C. for 1 hour to form a single membrane 1 made of the above ion exchange resin (A) having a thickness of 10 μm. obtain.
The single membrane 1 is disposed on both sides of the composite membrane, and an electrolyte membrane is obtained by hot pressing (160 ° C., 5 Pa, 15 minutes). The electrolyte membrane was evaluated by the following method, and the results obtained are shown in Table 1. In addition, the thickness of the layer which is not reinforced is 10 micrometers from cross-sectional observation with a laser microscope.
[引裂き強度の測定]
まず電解質膜からを幅100mm、長さ100mmの正方形の強度測定用サンプルを切り出す。サンプルの一方の端部から膜の中心部まで、50mmの切り込みをナイフでいれる。次に切り込み先端が引裂かれるようにそれぞれの端部を上下に別れさせて、引張り試験機の上下のチャッキングで掴み、毎分500mmの速度で引裂く。引裂きに要する力を電解質膜の厚さで除した値について、膜の縦方向、横方向両方につき測定し、その平均値を求め、引裂き強度とする。
[Measurement of tear strength]
First, a square strength measurement sample having a width of 100 mm and a length of 100 mm is cut out from the electrolyte membrane. A 50 mm incision is made with a knife from one end of the sample to the center of the membrane. Next, each end is separated up and down so that the cutting tip is torn, and is gripped by upper and lower chucking of a tensile tester, and is torn at a speed of 500 mm per minute. The value obtained by dividing the force required for tearing by the thickness of the electrolyte membrane is measured in both the longitudinal direction and the transverse direction of the membrane, and the average value is obtained to obtain the tear strength.
[含水時の寸法変化率測定]
電解質膜を200mm角に切り出し、温度25℃、湿度50%の雰囲気に16時間曝し、サンプルの縦と横の長さを測定する。次に、25℃のイオン交換水にサンプルを1時間浸漬した後、同様にして縦と横の長さを測定する。サンプルの縦方向の伸びと横方向の伸びの平均値を求め、寸法変化率とする。
[Measurement of dimensional change rate when water is contained]
The electrolyte membrane is cut into 200 mm squares, exposed to an atmosphere of temperature 25 ° C. and humidity 50% for 16 hours, and the length and width of the sample are measured. Next, after immersing a sample in 25 degreeC ion-exchange water for 1 hour, length and a horizontal length are measured similarly. The average value of the elongation in the longitudinal direction and the elongation in the lateral direction of the sample is determined and used as the dimensional change rate.
[燃料電池の作製及び評価]
燃料電池セルを以下のようにして組み立てる。まずイオン交換樹脂(A)をエタノールと水の混合溶媒(質量比で1:1)に投入し、還流機能を有したフラスコ内で60℃16時間撹拌して溶解し、固形分9%のポリマー溶液を得る。次に白金担持カーボンを水、エタノールの順で逐次添加することにより、エタノールと水の混合分散媒(質量比で1:1)に分散した触媒分散液(固形分9質量%)を得る。その後、ポリマー溶液と触媒分散液を11:3の質量比で混合し、塗工液を作製する。次にこの塗工液を電解質膜の両面にダイコート法で塗工し、乾燥して厚さ10μm、白金担持量0.5mg/cm2の触媒層を膜の両面に形成する。さらにその両外側にカーボンクロスをガス拡散層として配置することにより、膜電極接合体が得られる。この膜電極接合体の両外側にガス通路用の細溝をジグザグ状に切削加工したカーボン板製のセパレータ、さらにその外側にヒータを配置することにより、有効膜面積25cm2の固体高分子型燃料電池が組み立てられる。
[Production and evaluation of fuel cells]
The fuel cell is assembled as follows. First, the ion exchange resin (A) is charged into a mixed solvent of ethanol and water (mass ratio of 1: 1), dissolved in a flask having a reflux function by stirring at 60 ° C. for 16 hours, and a polymer having a solid content of 9%. Obtain a solution. Next, a platinum-supported carbon is sequentially added in the order of water and ethanol to obtain a catalyst dispersion liquid (solid content 9 mass%) dispersed in a mixed dispersion medium (mass ratio of 1: 1) of ethanol and water. Thereafter, the polymer solution and the catalyst dispersion are mixed at a mass ratio of 11: 3 to prepare a coating solution. Next, this coating solution is applied to both surfaces of the electrolyte membrane by a die coating method and dried to form a catalyst layer having a thickness of 10 μm and a platinum loading of 0.5 mg / cm 2 on both surfaces of the membrane. Furthermore, a membrane electrode assembly is obtained by disposing carbon cloth as a gas diffusion layer on both outer sides. A solid polymer fuel having an effective membrane area of 25 cm 2 by arranging a separator made of carbon plate in which gas channel narrow grooves are zigzag cut on both outer sides of the membrane electrode assembly and a heater on the outer side thereof. The battery is assembled.
燃料電池の温度を80℃に保ち、カソードに空気、アノードに水素をそれぞれ0.15MPaで供給する。電流密度0.1A/cm2、及び1A/cm2のときのセル電圧をそれぞれ測定する。結果は、表1に示すとおりとなる。 The temperature of the fuel cell is maintained at 80 ° C., and air is supplied to the cathode and hydrogen is supplied to the anode at 0.15 MPa, respectively. Current density 0.1 A / cm 2, and 1A / cm 2 of the cell voltage when measuring respectively. The results are as shown in Table 1.
〔実施例2〕
メルトブローン不織布製造装置を用い、実施例1と同様のPFAを用い、ダイ温度350℃、延伸用ホットエアー温度380℃の条件で、吸引能力を有するコンベアー上に不織布を形成する。次に、この不織布を熱プレスにより(290℃、10MPa)、圧密化する。紡糸された繊維の繊維径は5μm、不織布の厚みは20μm、目付け量は10g/m2(5cc/m2)である。その後、実施例1と同様の手法により電解質膜を作製し、同様の評価を行い、得られる結果を表1に示す。
[Example 2]
Using a melt blown nonwoven fabric manufacturing apparatus, a nonwoven fabric is formed on a conveyor having suction capability using the same PFA as in Example 1 under conditions of a die temperature of 350 ° C. and a stretching hot air temperature of 380 ° C. Next, the nonwoven fabric is consolidated by hot pressing (290 ° C., 10 MPa). The fiber diameter of the spun fiber is 5 μm, the thickness of the nonwoven fabric is 20 μm, and the basis weight is 10 g / m 2 (5 cc / m 2 ). Thereafter, an electrolyte membrane was prepared by the same method as in Example 1, the same evaluation was performed, and the results obtained are shown in Table 1.
〔実施例3〕
メルトブローン不織布製造装置を用い、実施例1と同様のPFAを用い、ダイ温度380℃、延伸用ホットエアー温度400℃の条件で、吸引能力を有するコンベアー上に不織布を形成する。次に、この不織布を熱プレスにより(290℃、10MPa)、圧密化する。紡糸された繊維の繊維径は0.5μm、不織布の厚みは20μm、目付け量は10g/m2(5cc/m2)である。その後、実施例1と同様の手法により電解質膜を作製し、同様の評価を行い、得られる結果を表1に示す。
Example 3
Using a melt blown nonwoven fabric manufacturing apparatus, a nonwoven fabric is formed on a conveyor having suction capability using the same PFA as in Example 1 under the conditions of a die temperature of 380 ° C. and a stretching hot air temperature of 400 ° C. Next, the nonwoven fabric is consolidated by hot pressing (290 ° C., 10 MPa). The fiber diameter of the spun fiber is 0.5 μm, the thickness of the nonwoven fabric is 20 μm, and the basis weight is 10 g / m 2 (5 cc / m 2 ). Thereafter, an electrolyte membrane was prepared by the same method as in Example 1, the same evaluation was performed, and the results obtained are shown in Table 1.
〔実施例4〕
メルトブローン不織布製造装置を用い、実施例1と同様のPFAを用い、ダイ温度330℃、延伸用ホットエアー温度360℃の条件で、吸引能力を有するコンベアー上に不織布を形成する。次に、この不織布を熱プレスにより(290℃、10MPa)、圧密化する。紡糸された繊維の繊維径は0.5μm、不織布の厚みは200μm、目付け量は100g/m2(50cc/m2)である。
Example 4
Using a melt blown nonwoven fabric manufacturing apparatus, a nonwoven fabric is formed on a conveyor having suction capability using the same PFA as in Example 1 under conditions of a die temperature of 330 ° C. and a stretching hot air temperature of 360 ° C. Next, the nonwoven fabric is consolidated by hot pressing (290 ° C., 10 MPa). The fiber diameter of the spun fiber is 0.5 μm, the thickness of the nonwoven fabric is 200 μm, and the basis weight is 100 g / m 2 (50 cc / m 2 ).
実施例1と同様に、この不織布に上記イオン交換樹脂(A)を含浸させたものを、面積比で10倍に相当するまで2軸延伸させ、繊維径0.05μm、厚み20μm、目付け量10g/m2(5cc/m2)の複合膜を作製する。その後、実施例1と同様の手法により電解質膜を作製し、同様の評価を行い、得られる結果を表1に示す。 As in Example 1, this nonwoven fabric impregnated with the ion exchange resin (A) was biaxially stretched until the area ratio was 10 times, and the fiber diameter was 0.05 μm, the thickness was 20 μm, and the basis weight was 10 g. / m 2 to prepare (5 cc / m 2) composite membrane. Thereafter, an electrolyte membrane was prepared by the same method as in Example 1, the same evaluation was performed, and the results obtained are shown in Table 1.
〔実施例5〕
メルトブローン不織布製造装置を用い、実施例1と同様のPFAを用い、ダイ温度330℃、延伸用ホットエアー温度330℃の条件で、吸引能力を有するコンベアー上に不織布を形成する。次に、この不織布を熱プレスにより(302℃、5MPa)、圧密化する。紡糸された繊維の繊維径は15μm、不織布の厚みは20μm、目付け量は10g/m2(5cc/m2)である。その後、実施例1と同様の手法により電解質膜を作製し、同様の評価を行い、得られる結果を表1に示す。
Example 5
Using a melt blown nonwoven fabric manufacturing apparatus, a nonwoven fabric is formed on a conveyor having a suction capability under the conditions of a die temperature of 330 ° C. and a stretching hot air temperature of 330 ° C. using the same PFA as in Example 1. Next, this nonwoven fabric is consolidated by hot pressing (302 ° C., 5 MPa). The fiber diameter of the spun fiber is 15 μm, the thickness of the nonwoven fabric is 20 μm, and the basis weight is 10 g / m 2 (5 cc / m 2 ). Thereafter, an electrolyte membrane was prepared by the same method as in Example 1, the same evaluation was performed, and the results obtained are shown in Table 1.
〔実施例6〕
メルトブローン不織布製造装置を用い、実施例1と同様のPFAを用い、ダイ温度330℃、延伸用ホットエアー温度260℃の条件で、吸引能力を有するコンベアー上に不織布を形成する。次に、この不織布を熱プレスにより(302℃、5MPa)、圧密化する。紡糸された繊維の繊維径は10μm、不織布の厚みは20μm、目付け量は10g/m2(5cc/m2)である。その後、イオン交換樹脂(A)からなる厚み5μmの単膜2を用いる他は実施例1と同様の手法により、電解質膜を作製する。同様の評価を行い、得られる結果を表1に示す。
Example 6
Using a melt-blown nonwoven fabric manufacturing apparatus, a nonwoven fabric is formed on a conveyor having a suction capability using the same PFA as in Example 1 under conditions of a die temperature of 330 ° C. and a stretching hot air temperature of 260 ° C. Next, this nonwoven fabric is consolidated by hot pressing (302 ° C., 5 MPa). The fiber diameter of the spun fiber is 10 μm, the thickness of the nonwoven fabric is 20 μm, and the basis weight is 10 g / m 2 (5 cc / m 2 ). Thereafter, an electrolyte membrane is produced in the same manner as in Example 1 except that the
〔実施例7〕
メルトブローン不織布製造装置を用い、実施例1と同様のPFAを用い、ダイ温度330℃、延伸用ホットエアー温度260℃の条件で、吸引能力を有するコンベアー上に不織布を形成する。次に、この不織布を熱プレスにより(302℃、5MPa)、圧密化する。紡糸された繊維の繊維径は10μm、不織布の厚みは20μm、目付け量は10g/m2(5cc/m2)である。
Example 7
Using a melt-blown nonwoven fabric manufacturing apparatus, a nonwoven fabric is formed on a conveyor having a suction capability using the same PFA as in Example 1 under conditions of a die temperature of 330 ° C. and a stretching hot air temperature of 260 ° C. Next, this nonwoven fabric is consolidated by hot pressing (302 ° C., 5 MPa). The fiber diameter of the spun fiber is 10 μm, the thickness of the nonwoven fabric is 20 μm, and the basis weight is 10 g / m 2 (5 cc / m 2 ).
一方、上記イオン交換樹脂(A)のエタノールを溶媒とする溶液をダイコートによりPETフィルム上に塗布し、140℃で1時間乾燥し、上記イオン交換樹脂(A)からなる厚み15μmの単膜3を得る。
上記不織布の両側に上記単膜3を配し、熱プレス法(165℃、5MPa、5分)により電解質膜を得る。同様の評価を行い、得られる結果を表1に示す。
On the other hand, a solution of the above ion exchange resin (A) in ethanol as a solvent is applied on a PET film by die coating and dried at 140 ° C. for 1 hour to form a single membrane 3 made of the above ion exchange resin (A) having a thickness of 15 μm. obtain.
The single membrane 3 is disposed on both sides of the nonwoven fabric, and an electrolyte membrane is obtained by a hot press method (165 ° C., 5 MPa, 5 minutes). The same evaluation was performed and the results obtained are shown in Table 1.
〔比較例1〕
汎用押出機にモノフィラメント用ダイを取りつけ、汎用の繊維引取機を用いて、実施例1と同様のPFAを、ダイ温度380℃で溶融成形することによりPFA繊維(断面径15μm)を得る。このPFA繊維を、繊維長1mmになるようにはさみで裁断し、イオン交換樹脂(A)のエタノールを溶媒とする溶液(固形分濃度9質量%)に混合し、短繊維を分散させた溶液を得る。次に、これを基材上に乾燥厚みが20μmとなるように塗布し、乾燥させ、複合膜を得る。その後、実施例1と同様の手法により電解質膜を作製し、同様の評価を行い、得られる結果を表2に示す。
[Comparative Example 1]
A monofilament die is attached to a general-purpose extruder, and PFA fibers (cross-sectional diameter of 15 μm) are obtained by melt-molding PFA similar to Example 1 at a die temperature of 380 ° C. using a general-purpose fiber take-up machine. This PFA fiber is cut with scissors so that the fiber length becomes 1 mm, mixed with a solution of ethanol of ion exchange resin (A) in a solvent (solid content concentration 9% by mass), and a solution in which short fibers are dispersed is obtained. obtain. Next, this is apply | coated so that dry thickness may be set to 20 micrometers on a base material, it is made to dry and a composite film is obtained. Thereafter, an electrolyte membrane was prepared by the same method as in Example 1, the same evaluation was performed, and the results obtained are shown in Table 2.
〔比較例2〕
実施例1と同様の手法で、複合膜を作製し、これに補強されない層を積層せず電解質膜を作製する。同様の評価を行い、得られる結果を表2に示す。
[Comparative Example 2]
A composite membrane is produced in the same manner as in Example 1, and an electrolyte membrane is produced without laminating a non-reinforced layer. The same evaluation was performed and the results obtained are shown in Table 2.
〔比較例3〕
上記イオン交換樹脂(A)のエタノールを溶媒とする溶液をダイコートによりPETフィルム上に塗布し、140℃で1時間乾燥し、上記イオン交換樹脂からなる厚み50μmの単膜4を得る。同様の評価を行い、得られる結果を表2に示す。
[Comparative Example 3]
A solution of the ion exchange resin (A) in ethanol as a solvent is applied onto a PET film by die coating and dried at 140 ° C. for 1 hour to obtain a
以下の実施例8〜10及び比較例4において、結着剤の物性及び不織布の物性を以下のように測定した。
[結着剤の弾性率、ガラス転移温度]
結着剤を構成する溶媒可溶性含フッ素重合体を熱プレスにより(温度200℃、圧力5MPa)、約200μmの厚みのフィルム状試験体を作成した。次に、このフィルム状試験体から5mm×35mmを切り出し、汎用の動的粘弾性測定装置DVA−200(アイティー計測制御(株)社製)を用いて、引張りモード、周波数1Hz、走査温度2℃/分で測定を行い、−50℃から150℃まで複素弾性率の測定を実施した。25℃における複素弾性率の値を求めた。また、複素弾性率が108Paをこえる温度領域と温度上昇によって107Paまで減少してくる領域の間における損失弾性率の最大点をもつ温度をガラス転移温度(Tg)とした。
In the following Examples 8 to 10 and Comparative Example 4, the physical properties of the binder and the physical properties of the nonwoven fabric were measured as follows.
[Elastic modulus of binder, glass transition temperature]
A film-like test body having a thickness of about 200 μm was prepared by hot-pressing the solvent-soluble fluoropolymer constituting the binder (temperature 200 ° C., pressure 5 MPa). Next, 5 mm × 35 mm is cut out from this film-like test body, and using a general-purpose dynamic viscoelasticity measuring device DVA-200 (made by IT Measurement Control Co., Ltd.), a tensile mode, a frequency of 1 Hz, a scanning temperature of 2 The measurement was carried out at a rate of C / min, and the complex elastic modulus was measured from -50C to 150C. The value of the complex elastic modulus at 25 ° C. was determined. Further, the glass transition temperature (Tg) was defined as the temperature having the maximum point of the loss elastic modulus between the temperature region where the complex elastic modulus exceeds 10 8 Pa and the region where the complex elastic modulus decreases to 10 7 Pa due to temperature rise.
[不織布の目付量、開口率、繊維直径]
不織布に粘着剤付きのPET製フィルムを押し付け、不織布を移しとり、その移しとった面積とその重量増加量とから不織布の目付量を測定した。また、断面顕微鏡写真から不織布の厚みと繊維の直径を測定した。開口率を次式により算出した。
開口率(%)=100−A×100/(B×C)
A:不織布を構成する材料のうち、電解質でない材料からなる部分の目付量(g/m2)
B:不織布を構成する材料のうち、電解質でない材料の密度(g/m3)
C:不織布の厚み(m)。
[Amount of nonwoven fabric, opening ratio, fiber diameter]
A PET film with an adhesive was pressed against the nonwoven fabric, the nonwoven fabric was transferred, and the basis weight of the nonwoven fabric was measured from the transferred area and the weight increase. Moreover, the thickness of the nonwoven fabric and the fiber diameter were measured from a cross-sectional micrograph. The aperture ratio was calculated by the following formula.
Opening ratio (%) = 100−A × 100 / (B × C)
A: The basis weight (g / m 2 ) of a portion made of a material that is not an electrolyte among materials constituting the nonwoven fabric
B: Density of non-electrolyte material (g / m 3 ) among materials constituting the nonwoven fabric
C: The thickness (m) of the nonwoven fabric.
[不織布の引張強度]
結着された不織布を形成後1時間以内に、幅10mm長さ70mmに裁断し、チャック間50mm、引張速度50mm/分で、引張り試験を実施し、引張強度を測定した。
[Tensile strength of nonwoven fabric]
Within 1 hour after formation of the bonded nonwoven fabric, it was cut into a width of 10 mm and a length of 70 mm, a tensile test was carried out at a chuck distance of 50 mm, and a tensile speed of 50 mm / min, and the tensile strength was measured.
〔実施例8〕
メルトブローン不織布製造装置を用い、実施例1と同様のPFAを用い、ダイ温度390℃、延伸用ホットエアー温度480℃の条件で、吸着能力を有する補集用コンベアー上に不織布を形成した。補集用コンベアーは目開き1mmのSUS系メッシュを帯状に有し、メッシュ表面から1cm以内において1m/secの風速を有していた。この繊維間の交点を固定化する前の不織布について開口率を測定したところ70%であった。
Example 8
Using a melt blown nonwoven fabric manufacturing apparatus, a nonwoven fabric was formed on a collecting conveyor having adsorption capability under the conditions of a die temperature of 390 ° C. and a stretching hot air temperature of 480 ° C. using the same PFA as in Example 1. The collecting conveyor had a 1 mm mesh SUS mesh in a band shape, and had a wind speed of 1 m / sec within 1 cm from the mesh surface. When the opening ratio of the nonwoven fabric before fixing the intersection between the fibers was measured, it was 70%.
次に結着剤を含む溶液として、サイトップの溶液(製品名:CTL−109S、旭硝子社製)をフロリナートFC−77(3M社製、沸点100℃)で希釈した濃度0.5%、粘度0.003Pa・s(25℃)の溶液を用意した。市販のハンディタイプの霧吹き器を用いて、不織布に該溶液を数回噴霧し、1分間放置し、溶媒を風乾した。その後、コンベアーの吸引をやめ、メッシュ上に形成された不織布を剥がしたところ、自立性のある不織布が得られた。この繊維間の交点を固定化した後の不織布の物性について評価した結果を表3に示した。 Next, as a solution containing a binder, a CYTOP solution (product name: CTL-109S, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) was diluted with Fluorinert FC-77 (manufactured by 3M, boiling point 100 ° C.), concentration 0.5%, viscosity A solution of 0.003 Pa · s (25 ° C.) was prepared. Using a commercially available handy type sprayer, the solution was sprayed several times on the nonwoven fabric, allowed to stand for 1 minute, and the solvent was air-dried. Thereafter, the suction of the conveyor was stopped and the nonwoven fabric formed on the mesh was peeled off. As a result, a self-supporting nonwoven fabric was obtained. Table 3 shows the results of evaluating the physical properties of the nonwoven fabric after fixing the intersections between the fibers.
不織布の縁をPTFEからなる四辺拘束枠を用いて保持した状態で、イオン交換樹脂(A)のエタノールを溶媒とする溶液(固形分濃度5質量%)に浸漬し、毎分100mmの速度で引き上げ、上記イオン交換樹脂(A)を不織布中に含浸させた。この浸漬、引き上げの操作を3回繰り返した後、拘束した状態で55℃で1時間乾燥し、複合膜を得た。
上記複合膜の両側に実施例6で用いた厚み5μmの単膜2を配し、熱プレス(160℃、5Pa、15分)により、電解質膜を得た。
In a state where the edge of the nonwoven fabric is held using a four-sided restraint frame made of PTFE, the nonwoven fabric is immersed in a solution (solid content concentration of 5% by mass) of ethanol of the ion exchange resin (A) and pulled up at a rate of 100 mm per minute. The nonwoven fabric was impregnated with the ion exchange resin (A). This dipping and lifting operation was repeated three times, and then dried at 55 ° C. for 1 hour in a restrained state to obtain a composite film.
The
[燃料電池の作製及び評価]
イオン交換樹脂(A)をエタノールと水の混合溶媒(質量比で1:1)に投入し、還流機能を有したフラスコ内で60℃16時間撹拌して溶解し、固形分9%のポリマー溶液を得た。次に白金担持カーボンを水、エタノールの順で逐次添加することにより、エタノールと水の混合分散媒(質量比で1:1)に分散した触媒分散液(固形分9質量%)を得た。その後、ポリマー溶液と触媒分散液を11:3の質量比で混合し、塗工液を作製した。次にこの塗工液を電解質膜の両面にダイコート法で塗工し、乾燥して厚さ10μm、白金担持量0.5mg/cm2の触媒層を膜の両面に形成した。さらにその両外側にカーボンクロスをガス拡散層として配置することにより、膜電極接合体が得られた。この膜電極接合体の両外側にガス通路用の細溝をジグザグ状に切削加工したカーボン板製のセパレータ、さらにその外側にヒータを配置することにより、有効膜面積25cm2の固体高分子型燃料電池を組み立てた。
燃料電池の温度を80℃に保ち、カソードに空気、アノードに水素をそれぞれ0.15MPaで供給し、電流密度0.1A/cm2、及び1A/cm2のときのセル電圧をそれぞれ測定した。結果は表3に示すとおりとなった。
[Production and evaluation of fuel cells]
The ion exchange resin (A) is charged into a mixed solvent of ethanol and water (mass ratio of 1: 1), dissolved in a flask having a reflux function by stirring at 60 ° C. for 16 hours, and a polymer solution having a solid content of 9%. Got. Next, platinum-supported carbon was sequentially added in the order of water and ethanol to obtain a catalyst dispersion liquid (solid content: 9% by mass) dispersed in a mixed dispersion medium (mass ratio of 1: 1) of ethanol and water. Thereafter, the polymer solution and the catalyst dispersion were mixed at a mass ratio of 11: 3 to prepare a coating solution. Next, this coating solution was applied to both surfaces of the electrolyte membrane by a die coating method and dried to form a catalyst layer having a thickness of 10 μm and a platinum carrying amount of 0.5 mg / cm 2 on both surfaces of the membrane. Furthermore, the membrane electrode assembly was obtained by disposing carbon cloth as a gas diffusion layer on both outer sides. A solid polymer fuel having an effective membrane area of 25 cm 2 by disposing a carbon plate separator in which gas channel narrow grooves are cut in a zigzag manner on both outer sides of the membrane electrode assembly, and a heater on the outer side. I assembled the battery.
Maintaining the temperature of the fuel cell 80 ° C., air, anode and hydrogen was supplied at each 0.15MPa to the cathode was measured current density 0.1 A / cm 2, and 1A / cm 2 of the cell voltage when each. The results are shown in Table 3.
〔実施例9〕
実施例8において結着剤を含む溶液として、CF2=CF2とCF2=CF−OC2FCF(CF3)−OCF2CF2SO2Fとの共重合体(−SO3H型に変換したときのイオン交換容量:1.1ミリ当量/グラム乾燥樹脂)を、アサヒクリンAK−225(旭硝子社製、沸点58℃)に58℃で16時間加熱して溶解させて得た、固形分0.5%、粘度0.01Pa・s(25℃)の溶液を使用したほかは、実施例8と同様にして不織布を作製した。実施例8と同様の評価を行い、その結果を表3に示した。
また、実施例8と同様にして電解質膜及び燃料電池を作製し、セル電圧を測定すると、表3に示す結果となる。
Example 9
As a solution containing a binder in Example 8, a copolymer of CF 2 ═CF 2 and CF 2 ═CF—OC 2 FCF (CF 3 ) —OCF 2 CF 2 SO 2 F (in the —SO 3 H type) The solid content obtained by dissolving ion exchange capacity at the time of conversion: 1.1 milliequivalent / gram dry resin) in Asahiklin AK-225 (Asahi Glass Co., Ltd., boiling point: 58 ° C.) by heating at 58 ° C. for 16 hours. A nonwoven fabric was produced in the same manner as in Example 8, except that a solution having a content of 0.5% and a viscosity of 0.01 Pa · s (25 ° C.) was used. The same evaluation as in Example 8 was performed, and the results are shown in Table 3.
Further, when an electrolyte membrane and a fuel cell were produced in the same manner as in Example 8 and the cell voltage was measured, the results shown in Table 3 were obtained.
〔実施例10〕
実施例8において結着剤を含む溶液として、CF2=CF2とCF2=CF−OC2FCF(CF3)−OCF2CF2SO3Hとの共重合体の溶液(製品名:FSS−1、旭硝子社製)をエタノール(沸点78℃)で希釈した濃度0.5%、粘度0.01Pa・s(25℃)の溶液を使用したほかは、実施例8と同様にして不織布を作製した。実施例8と同様の評価を行い、その結果を表3に示した。
また、実施例8と同様にして電解質膜及び燃料電池を作製し、セル電圧を測定すると、表3に示す結果となる。
Example 10
As a solution containing a binder in Example 8, CF 2 =
Further, when an electrolyte membrane and a fuel cell were produced in the same manner as in Example 8 and the cell voltage was measured, the results shown in Table 3 were obtained.
〔比較例4〕
実施例8と同様に補集用コンベアー上に不織布を形成し、繊維間の交点を固定化することなく、吸着を止めハンドリングしようとしたところ、繊維のほつれが一部で発生し、安定な自立補強体が得られなかった。実施例8と同様に引張り試験を行ったところ、10N/m未満の強度であった。
[Comparative Example 4]
In the same manner as in Example 8, a nonwoven fabric was formed on the collecting conveyor, and when it was attempted to stop and handle the adhering without fixing the intersections between the fibers, some fraying of the fibers occurred and stable self-supporting occurred. A reinforcement was not obtained. When a tensile test was conducted in the same manner as in Example 8, the strength was less than 10 N / m.
本発明によれば、補強に用いられる不織布を効率よく生産することができ、厚さが薄くても機械的強度が高く、含水時の寸法安定性に優れ、抵抗の低い電解質膜を得ることができる。そしてこの電解質膜を用いて得られた膜電極接合体は、ハンドリング性、安定性に優れており、高耐久性能を有する固体高分子型燃料電池が得られる。 According to the present invention, it is possible to efficiently produce a nonwoven fabric used for reinforcement, and it is possible to obtain an electrolyte membrane having high mechanical strength even when the thickness is thin, excellent dimensional stability when containing water, and low resistance. it can. And the membrane electrode assembly obtained using this electrolyte membrane is excellent in handling property and stability, and a polymer electrolyte fuel cell having high durability performance can be obtained.
1:フッ素樹脂
2:気体
3:紡糸ノズルの吐出孔
4:気体放出ノズルの吐出孔
1: Fluororesin 2: Gas 3: Discharge hole of spinning nozzle 4: Discharge hole of gas discharge nozzle
Claims (15)
In a membrane electrode assembly for a polymer electrolyte fuel cell, comprising: a cathode and an anode having a catalyst layer containing a catalyst and an ion exchange resin; and a polymer electrolyte membrane disposed between the cathode and the anode. The said polymer electrolyte membrane consists of the electrolyte membrane in any one of Claims 1-6, The membrane electrode assembly for polymer electrolyte fuel cells characterized by the above-mentioned.
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Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008243420A (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Asahi Glass Co Ltd | Fluorine-based nonwoven fabric manufacturing method, fluorine-based nonwoven fabric, solid polymer electrolyte membrane for polymer electrolyte fuel cell, and membrane electrode assembly |
| JP2008243419A (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Asahi Glass Co Ltd | Fluorine-based nonwoven fabric manufacturing method, fluorine-based nonwoven fabric, solid polymer electrolyte membrane for polymer electrolyte fuel cell, and membrane electrode assembly |
| JP2009230986A (en) * | 2008-03-21 | 2009-10-08 | Asahi Glass Co Ltd | Electrolyte membrane for solid polymer fuel cell, its manufacturing method, and membrane electrode assembly for solid polymer fuel cell |
| JP2009235657A (en) * | 2008-03-06 | 2009-10-15 | Asahi Glass Co Ltd | Nonwoven fabric made of ethylene/tetrafluoroethylene copolymer |
| JP2010095825A (en) * | 2008-10-17 | 2010-04-30 | Asahi Glass Co Ltd | Method for producing fiber and method for producing catalyst layer |
| JP2010135279A (en) * | 2008-10-28 | 2010-06-17 | Jsr Corp | Proton conducting membrane and manufacturing method for same, membrane-electrode junction, and solid polymer type fuel cell |
| WO2010098398A1 (en) * | 2009-02-26 | 2010-09-02 | 旭硝子株式会社 | Electrolyte membrane for solid polymer fuel cell and membrane electrode assembly for solid polymer fuel cell |
| JP2010196228A (en) * | 2009-02-27 | 2010-09-09 | Univ Of Yamanashi | Method for producing ultrafine filament, ultrafine filament, and nonwoven fabric |
| WO2011111367A1 (en) | 2010-03-08 | 2011-09-15 | 日本板硝子株式会社 | Reinforcing sheet for solid electrolyte membrane |
| JP2013503436A (en) * | 2009-08-25 | 2013-01-31 | コーロン インダストリーズ インク | POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE FOR FUEL CELL AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME |
| WO2013021553A1 (en) * | 2011-08-09 | 2013-02-14 | パナソニック株式会社 | Electrolyte membrane for solid polymer fuel cell, method for manufacturing same, and solid polymer fuel cell |
| US8394549B2 (en) | 2009-02-26 | 2013-03-12 | Asahi Glass Company, Limited | Nonwoven fabric and electrolyte membrane |
| JP2014505147A (en) * | 2011-01-26 | 2014-02-27 | エボニック デグサ ゲーエムベーハー | Thin macroporous polymer film |
| JP2016204807A (en) * | 2015-04-17 | 2016-12-08 | 紘邦 張本 | Melt blow cap and ultrafine fiber manufacturing equipment |
| JP2017008450A (en) * | 2015-06-23 | 2017-01-12 | 紘邦 張本 | Spinneret and ultrafine fiber production apparatus |
| KR20180057633A (en) | 2015-10-02 | 2018-05-30 | 도요보 가부시키가이샤 | Electret and Electret Filters |
| US10213716B2 (en) | 2014-04-04 | 2019-02-26 | Toyobo Co., Ltd. | Electret |
| US11342578B2 (en) | 2017-05-15 | 2022-05-24 | Lg Energy Solution, Ltd. | Method for manufacturing solid electrolyte membrane for all solid type battery and solid electrolyte membrane manufactured by the method |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003253010A (en) * | 2002-02-27 | 2003-09-10 | Sekisui Chem Co Ltd | Proton conductive membrane and method for producing the same |
| JP2003297394A (en) * | 2002-03-29 | 2003-10-17 | Masao Sudo | Electrolyte membrane for polymer electrolyte fuel cell and method for producing the same |
| WO2004011535A1 (en) * | 2002-07-26 | 2004-02-05 | Asahi Glass Company, Limited | Polymer film, process for producing the same, and united membrane electrode assembly for solid polymer type fuel cell |
| JP2004165047A (en) * | 2002-11-14 | 2004-06-10 | Sekisui Chem Co Ltd | Membrane electrode assembly and fuel cell using the same |
| JP2005078895A (en) * | 2003-08-29 | 2005-03-24 | Asahi Glass Co Ltd | Cation exchange membrane, production method thereof, and membrane electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell |
| JP2005222736A (en) * | 2004-02-03 | 2005-08-18 | Jsr Corp | POLYMER ELECTROLYTE COMPOSITE MEMBRANE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME |
-
2005
- 2005-10-28 JP JP2005314803A patent/JP4956961B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003253010A (en) * | 2002-02-27 | 2003-09-10 | Sekisui Chem Co Ltd | Proton conductive membrane and method for producing the same |
| JP2003297394A (en) * | 2002-03-29 | 2003-10-17 | Masao Sudo | Electrolyte membrane for polymer electrolyte fuel cell and method for producing the same |
| WO2004011535A1 (en) * | 2002-07-26 | 2004-02-05 | Asahi Glass Company, Limited | Polymer film, process for producing the same, and united membrane electrode assembly for solid polymer type fuel cell |
| JP2004165047A (en) * | 2002-11-14 | 2004-06-10 | Sekisui Chem Co Ltd | Membrane electrode assembly and fuel cell using the same |
| JP2005078895A (en) * | 2003-08-29 | 2005-03-24 | Asahi Glass Co Ltd | Cation exchange membrane, production method thereof, and membrane electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell |
| JP2005222736A (en) * | 2004-02-03 | 2005-08-18 | Jsr Corp | POLYMER ELECTROLYTE COMPOSITE MEMBRANE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME |
Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008243419A (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Asahi Glass Co Ltd | Fluorine-based nonwoven fabric manufacturing method, fluorine-based nonwoven fabric, solid polymer electrolyte membrane for polymer electrolyte fuel cell, and membrane electrode assembly |
| JP2008243420A (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Asahi Glass Co Ltd | Fluorine-based nonwoven fabric manufacturing method, fluorine-based nonwoven fabric, solid polymer electrolyte membrane for polymer electrolyte fuel cell, and membrane electrode assembly |
| JP2009235657A (en) * | 2008-03-06 | 2009-10-15 | Asahi Glass Co Ltd | Nonwoven fabric made of ethylene/tetrafluoroethylene copolymer |
| JP2009230986A (en) * | 2008-03-21 | 2009-10-08 | Asahi Glass Co Ltd | Electrolyte membrane for solid polymer fuel cell, its manufacturing method, and membrane electrode assembly for solid polymer fuel cell |
| US8349523B2 (en) | 2008-03-21 | 2013-01-08 | Asahi Glass Company, Limited | Electrolyte membrane for polymer electrolyte fuel cells, process for its production and membrane-electrode assembly for polymer electrolyte fuel cells |
| JP2010095825A (en) * | 2008-10-17 | 2010-04-30 | Asahi Glass Co Ltd | Method for producing fiber and method for producing catalyst layer |
| JP2010135279A (en) * | 2008-10-28 | 2010-06-17 | Jsr Corp | Proton conducting membrane and manufacturing method for same, membrane-electrode junction, and solid polymer type fuel cell |
| US8394549B2 (en) | 2009-02-26 | 2013-03-12 | Asahi Glass Company, Limited | Nonwoven fabric and electrolyte membrane |
| WO2010098398A1 (en) * | 2009-02-26 | 2010-09-02 | 旭硝子株式会社 | Electrolyte membrane for solid polymer fuel cell and membrane electrode assembly for solid polymer fuel cell |
| JP5505408B2 (en) * | 2009-02-26 | 2014-05-28 | 旭硝子株式会社 | Electrolyte membrane for polymer electrolyte fuel cell and membrane electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell |
| JP2010196228A (en) * | 2009-02-27 | 2010-09-09 | Univ Of Yamanashi | Method for producing ultrafine filament, ultrafine filament, and nonwoven fabric |
| JP2013503436A (en) * | 2009-08-25 | 2013-01-31 | コーロン インダストリーズ インク | POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE FOR FUEL CELL AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME |
| WO2011111367A1 (en) | 2010-03-08 | 2011-09-15 | 日本板硝子株式会社 | Reinforcing sheet for solid electrolyte membrane |
| JP2014505147A (en) * | 2011-01-26 | 2014-02-27 | エボニック デグサ ゲーエムベーハー | Thin macroporous polymer film |
| WO2013021553A1 (en) * | 2011-08-09 | 2013-02-14 | パナソニック株式会社 | Electrolyte membrane for solid polymer fuel cell, method for manufacturing same, and solid polymer fuel cell |
| US10256494B2 (en) | 2011-08-09 | 2019-04-09 | Panasonic Intellectual Property Management Co. Ltd. | Electrolyte membrane for solid polymer fuel cell, method for manufacturing same, and solid polymer fuel cell |
| US10213716B2 (en) | 2014-04-04 | 2019-02-26 | Toyobo Co., Ltd. | Electret |
| JP2016204807A (en) * | 2015-04-17 | 2016-12-08 | 紘邦 張本 | Melt blow cap and ultrafine fiber manufacturing equipment |
| JP2017008450A (en) * | 2015-06-23 | 2017-01-12 | 紘邦 張本 | Spinneret and ultrafine fiber production apparatus |
| KR20180057633A (en) | 2015-10-02 | 2018-05-30 | 도요보 가부시키가이샤 | Electret and Electret Filters |
| US10940415B2 (en) | 2015-10-02 | 2021-03-09 | Toyobo Co., Ltd. | Electret and electret filter |
| US11342578B2 (en) | 2017-05-15 | 2022-05-24 | Lg Energy Solution, Ltd. | Method for manufacturing solid electrolyte membrane for all solid type battery and solid electrolyte membrane manufactured by the method |
| US11908993B2 (en) | 2017-05-15 | 2024-02-20 | Lg Energy Solution, Ltd. | Method for manufacturing solid electrolyte membrane for all solid type battery and solid electrolyte membrane manufactured by the method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| JP2012018871A (en) | Manufacturing method of membrane electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell |
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