JP5923291B2 - 伝導性作用基を有する化合物、その重合体、これを含んだ燃料電池用電極、これを含んだ燃料電池用電解質膜及びこれを採用した燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、伝導性作用基を有する化合物、その重合体、これを含んだ燃料電池用電極、これを含んだ電解質膜及びこれを採用した燃料電池に関する。

燃料電池は、化石エネルギーを代替することができる未来の清浄エネルギー源であって、出力密度及びエネルギー転換効率が高く、無公害自動車、家庭用発電システム、携帯用電子機器のような移動通信装備、医療機器、軍事用装備、宇宙事業用装備のような分野に幅広く使用可能である。

燃料電池は、カソード、アノード、及びそれらの間に介在する電解質膜を具備する。前記アノードには、燃料ガスが供給され、カソードには酸素が供給され、アノードでは燃料ガスの酸化反応が起こり、カソードでは酸素の還元反応が起こる。かようなカソード及びアノードの反応で生成する電子の移動によって電気を発生させ、熱と水分とを付随的に発生させる。

前記燃料電池の電極は、一般的に、カーボンブラックとポリテトラフルオロエチレンのような化合物からなる微細多孔性層（microporous layer）を具備する。
ところで、前述の電極は、伝導度特性が満足すべきレベルに達することができず、改善の余地が多い。

大韓民国公開特許公報２００９−００４５６５５号

本発明は、伝導性作用基を有する化合物、その重合体、その製造方法、これを含む燃料電池用電極、これを含む電解質膜、及びこれを採用した燃料電池を提供するものである。

本発明の一側面によって、下記化学式１で表示される化合物及び下記化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上；架橋性化合物；を含む組成物を提供する。

前記化学式１及び２で、Ｒ_１〜Ｒ_４は互いに独立して、水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルケニル基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルキニル基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環オキシ基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、またはシアノ基であり、Ｒ_６は、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルケニレン基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルキニレン基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリーレン基、−Ｃ（＝Ｏ）−、及び−ＳＯ_２−からなる群から選択され、Ｒ_５とＲ_５’とは互いに独立して、下記化学式３または４で表示される基、−Ｓ≡Ｎ及び−Ｃ≡ＣＨから選択される一つであり、
前記化学式３及び４で、Ｘ_１及びＸ_２は互いに独立して、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基、あるいは置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリーレン基であり、Ｒ_７及びＲ_８は互いに独立して、水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アミノ基、またはシアノ基であり、ｍとｎは互いに独立して、１〜３の整数である。

本発明の他の側面によって、前述の組成物の重合反応生成物である重合体が提供される。

本発明の他の側面によって、フェノール化合物（Ａ）：
ｐ−ホルムアルデヒド；及び
アミン化合物（Ｂ）：Ｒ_５ＮＨ_２またはＲ_５’ＮＨ_２
を、非プロトン性極性溶媒と有機溶媒との存在下で混合及び熱処理し、
下記化学式１で表示される化合物、または下記化学式２で表示される化合物を得る工程を含む製造方法であって、
下記化学式１で表示される化合物及び下記化学式２で表示される化合物：
から選択される一つ以上を含む組成物を得る、組成物の製造方法を提供する。

前記化学式１、化学式２、化合物（Ａ）及び化合物（Ｂ）で、Ｒ_１〜Ｒ_４は互いに独立して、水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルケニル基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルキニル基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環オキシ基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、またはシアノ基であり、Ｒ_６は、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルケニレン基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルキニレン基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリーレン基、−Ｃ（＝Ｏ）−、及び−ＳＯ_２−からなる群から選択され、Ｒ_５とＲ_５’とは互いに独立して、下記化学式３または４で表示される基、−Ｓ≡Ｎ及び−Ｃ≡ＣＨから選択される一つであり、
前記化学式３及び４で、Ｘ_１及びＸ_２は互いに独立して、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基、あるいは置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリーレン基であり、Ｒ_７及びＲ_８は互いに独立して、水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アミノ基、またはシアノ基であり、ｍとｎは互いに独立して、１〜３の整数である。

本発明の他の側面によって、下記化学式１で表示される化合物及び下記化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上を含む組成物を含有する燃料電池用電極が提供される。

前記化学式１及び２で、Ｒ_１〜Ｒ_４は互いに独立して、水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルケニル基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルキニル基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環オキシ基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、またはシアノ基であり、Ｒ_６は、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルケニレン基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルキニレン基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ ヘテロアリーレン基、−Ｃ（＝Ｏ）−、及び−ＳＯ_２−からなる群から選択され、Ｒ_５とＲ_５’とは互いに独立して、下記化学式３または４で表示される基、−Ｓ≡Ｎ及び−Ｃ≡ＣＨから選択される一つであり、
前記化学式３及び４で、Ｘ_１及びＸ_２は互いに独立して、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基、あるいは置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリーレン基であり、Ｒ_７及びＲ_８は互いに独立して、水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アミノ基、またはシアノ基であり、ｍとｎは互いに独立して、１〜３の整数である。

前述の組成物には、架橋性化合物がさらに含まれる。

本発明の他の側面によって、前記化学式１で表示される化合物及び下記化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上を含む組成物の重合反応生成物である重合体を含む燃料電池用電解質膜が提供される。

前記組成物には、架橋性化合物がさらに含まれうる。

本発明の他の側面によって、カソード、アノード及びそれらの間に介在された電解質膜を含み、前記カソード、アノード及び電解質膜から選択される一つ以上が、前述の化学式１で表示される化合物及び化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上を含む組成物の重合反応生成物である重合体を含有する燃料電池が提供される。

本発明による伝導性作用基を有する化合物及びその重合体は、耐化学性、耐熱性、及び耐酸性にすぐれ、これを含んだ燃料電池用電極は、電気伝導度が向上する。前述の電極を利用すれば、電流密度が向上した燃料電池を製造することができる。

図１は、合成例１によって製造した化学式９の化合物の核磁気共鳴（ＮＭＲ）スペクトルである。 図２は、実施例１、実施例３、実施例４、及び比較例１によって製造した微細多孔性層の伝導度を測定した結果を示したグラフである。 図３は、実施例３によって製造した微細多孔性層の電子走査顕微鏡（ＳＥＭ）分析写真である。 図４は、比較例１によって製造した微細多孔性層の電子走査顕微鏡（ＳＥＭ）分析写真である。 図５は、実施例１及び比較例１によって製造した燃料電池において、電流密度による電池電圧特性を示したグラフである。 図６は、実施例１、５及び比較例１によって製造した微細多孔性層の伝導度を測定した結果を示したグラフである。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施例について詳細に説明する。

下記化学式１で表示する化合物及び下記化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上と、架橋性化合物とを含む組成物を提供する。

前記化学式１及び２で、Ｒ_１〜Ｒ_４は互いに独立して、水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルケニル基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルキニル基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環オキシ基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、またはシアノ基であり、
Ｒ_６は、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルケニレン基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルキニレン基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリーレン基、−Ｃ（＝Ｏ）−、及び−ＳＯ_２−からなる群から選択され、
Ｒ_５およびＲ_５’は、伝導性作用基であって、互いに独立して、下記化学式３または４で表示される基、−Ｓ≡Ｎ及び−Ｃ≡ＣＨから選択される一つであり、
前記化学式３及び４で、Ｘ_１及びＸ_２は互いに独立して、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基、あるいは置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリーレン基であり、
Ｒ_７及びＲ_８は、互いに独立して、水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アミノ基、またはシアノ基であり、
ｍおよびｎは、互いに独立して、１〜３の整数である。

前記Ｒ_５およびＲ_５’は、互いに独立して、下記化学式５で表示される基であってよい。
前記化学式５で、ａは、１〜５の整数である。

前記組成物が、前記化学式１で表示される化合物と、前記化学式２で表示される化合物とをいずれも含む場合、前記化学式２で表示される化合物の含有量は、化学式１で表示される化合物１００重量部を基準として、０．１〜１００重量部である。

前記化学式３及び４で、ｍ，ｎが０である場合、（Ｒ_７）_ｍ及び（Ｒ_８）_ｎは、いずれも水素を示す。

前記化学式３及び４で、Ｘ_１及びＸ_２としては、例えば、メチレン基、エチレン基、フェニレン基などを挙げることができる。

また、前述の組成物の重合反応の結果として得られた生成物である重合体を提供する。

前記化学式１で表示される化合物、及び前記化学式２で表示される化合物は、基本的に、耐化学性、耐熱性、耐酸性を有しつつ、伝導性作用基の保有によって、伝導性特性を有している。

前記化学式１で表示される化合物及び化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上を含む組成物、及びこれによって形成された重合体は、燃料電池電極の形成に有用である。前記組成物には、架橋性化合物がさらに含まれうる。

前記組成物及びその重合体を利用すれば、微細多孔成層（microporous layer）内での各成分の分散性及び結合力が向上し、クラックが発生せず、均一な厚みを有する微細多孔性層を形成させることができる。かような微細多孔性層を利用すれば、伝導度特性にすぐれる電極を製造することができる。

前記化学式２で表示される化合物の例として、下記化学式６〜８で表示される化合物が挙げられる。

前記化学式６〜８で、Ｒ_７、Ｒ_７’及びＲ_７”は互いに独立して、水素、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル基、Ｃ_６−Ｃ_２０アリール基、Ｃ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、Ｃ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、Ｃ_４−Ｃ_２０炭素環基、Ｃ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、またはシアノ基であり、前記化学式６で、ａは、１〜５の整数である。

前記化合物は、下記化学式９〜１１及び化学式１９で表示される化合物から選択される一つを使用する。

前記架橋性化合物は、前記化学式１で表示される化合物および化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上と架橋可能である官能基を有している化合物であるならば、いずれも使用可能である。

前記架橋性化合物は、例えば、窒素含有芳香族化合物であるならば、いずれも使用可能であり、具体的には、五員環（five membered cycle）の窒素含有芳香族化合物、ポリピリミジンのような六員環（six membered cycle）の窒素含有芳香族化合物などが使用可能である。

前記架橋性化合物は、ポリアゾール系化合物、ポリオキサゾール及びポリイミドからなる群から選択される一つ以上である。

前記架橋性化合物として、ポリアゾール系化合物を用いる場合、最終的に得られる生成物は、前記化学式１で表示される化合物および化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上の重合体に、ポリアゾール系化合物がグラフト重合して得られたグラフト共重合体であることができる。

前記用語「化学式１で表示される化合物および化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上と、ポリアゾール系化合物との重合反応生成物」は、前述のグラフト共重合体構造を包含する意味を有するものとして用いる。

前記ポリアゾール系化合物は、高分子内の反復単位が、少なくとも１つの窒素元素を有するアリール環一つ以上を含む高分子を指す。

前記アリール環は、１〜３個の窒素原子を有する五員環または六員環が、他の環、例えば、他のアリール環またはヘテロアリール環に縮合されていてよい。これと関連して、前記窒素原子は、酸素原子、リン原子及び／または硫黄原子によって置換されていてよい。前記アリール環の代表的な例として、フェニル、ナフチル、ヘキサヒドロインジル、インダニルまたはテトラヒドロナフチルがある。

前記ポリアゾール系化合物は、反復単位内に、少なくとも１つのアミノ基を有していてよい。これと関連して、アミノ基は、アリール環の一部分、またはアリールユニットの置換基部分として、一次アミノ基、二次アミノ基または三次アミノ基として存在することができる。

前記用語「アミノ基」は、窒素原子が、少なくとも１つの炭素またはヘテロ原子に共有結合しているものを示す。アミノ基は、例えば、−ＮＨ_２であっても、置換された部分（substituted moiety）を含むものであってもよい。

前記用語「アミノ基」には、窒素が少なくとも１つの付加的なアルキル基に結合したアルキルアミノ基、窒素が、独立して選択される、少なくとも一つまたは二つのアリール基に結合した、「アリールアミノ基」及び「ジアリールアミノ基」が含まれる。

ポリアゾール系化合物及びこれを含有する高分子フィルムの製造方法は、ＵＳ２００５／２５６２９６号に公示されている。

前記ポリアゾール系化合物としては、下記化学式２１〜３４で表示されるアゾールユニットを含むポリアゾール系化合物が挙げられる。

前記化学式２１〜３４で、Ａｒ^０は、互いに同一であるか、あるいは異なって、単環または多環であるＣ_６−Ｃ_２０アリール基またはＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基であり、
Ａｒは、互いに同一であるか、あるいは異なって、それらそれぞれは、単環または多環であるＣ_６−Ｃ_２０アリール基またはＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基であり、
Ａｒ^１は、互いに同一であるか、あるいは異なって、それらそれぞれは、単環または多環であるＣ_６−Ｃ_２０アリール基またはＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基であり、
Ａｒ^２は、互いに同一であるか、あるいは異なって、それらそれぞれは、単環または多環であるＣ_６−Ｃ_２０アリール基またはＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基であり、
Ａｒ^３は、互いに同一であるか、あるいは異なって、単環または多環であるＣ_６−Ｃ_２０アリール基またはＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基であり、
Ａｒ^４は、互いに同一であるか、あるいは異なって、それらそれぞれは、単環または多環であるＣ_６−Ｃ_２０アリール基またはＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基であり、
Ａｒ^５は、互いに同一であるか、あるいは異なって、それらそれぞれは、単環または多環であるＣ_６−Ｃ_２０アリール基またはＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基であり、
Ａｒ^６は、互いに同一であるか、あるいは異なって、単環または多環であるＣ_６−Ｃ_２０アリール基またはＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基であり、
Ａｒ^７は、互いに同一であるか、あるいは異なって、単環または多環であるＣ_６−Ｃ_２０アリール基またはＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基であり、
Ａｒ^８は、互いに同一であるか、あるいは異なって、単環または多環であるＣ_６−Ｃ_２０アリール基またはＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基であり、
Ａｒ^９は、互いに同一であるか、あるいは異なって、単環または多環であるＣ_６−Ｃ_２０アリール基またはＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基であり、
Ａｒ^１０は、互いに同一であるか、あるいは異なって、単環または多環であるＣ_６−Ｃ_２０アリール基またはＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基であり、
Ａｒ^１１は、互いに同一であるか、あるいは異なって、単環または多環であるＣ_６−Ｃ_２０アリール基またはＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基であり、
Ｘ_３〜Ｘ_１１は、同一であるか、あるいは異なって、酸素、硫黄または−Ｎ（Ｒ’）であり、前記Ｒ’は、水素、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル基、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、またはＣ_６−Ｃ_２０アリール基であり、
Ｒ_９は、同一であるか、あるいは異なって、水素、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル基またはＣ_６−Ｃ_２０アリール基を示し、
ｎ_０、ｎ_４〜ｎ_１６及びｍ_２は互いに独立して、１０以上の整数であり、例えば、１００以上の整数であって、１００〜１００，０００である。

前記アリール基またはヘテロアリール基は、例えば、ベンゼン、ナフタレン、ビフェニル、ジフェニルエーテル、ジフェニルメタン、ジフェニルジメチルメタン、ビスフェノン、ジフェニルスルホン、キノリン、ピリジン、ビピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン、テトラジン、ピロール、ピラゾール、アントラセン、ベンゾピロール、ベンゾトリアゾール、ベンゾオキサチアゾール、ベンゾオキサジアゾール、ベンゾピリジン、ベンゾピラジン、ベンゾピリダジン、ベンゾピリミジン、ベンゾトリアジン、インドリジン、キノリジン、ピリドピリジン、イミダゾピリミジン、ピラジノピリミジン、カルバゾール、アジリジン、フェナジン、ベンゾキノリン、フェノキサジン、フェノチアジン、アクリジジン、ベンゾプテリジン、フェナントロリンまたはフェナントレンであり、それらは、置換基を有することができる。

前記Ａｒ^１，Ａｒ^４，Ａｒ^６，Ａｒ^７，Ａｒ^８，Ａｒ^９，Ａｒ^１０，Ａｒ^１１は、あらゆる可能な置換パターンを有することができる。例えば、フェニレンの場合、例えば、Ａｒ^１，Ａｒ^４，Ａｒ^６，Ａｒ^７，Ａｒ^８，Ａｒ^９，Ａｒ^１０及びＡｒ^１１は、オルトフェニレン、メタフェニレン、またはパラフェニレンである。

前記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、及びｔ−ブチル基のようなＣ_１−Ｃ_４単鎖アルキル基であり、前記アリール基は、例えば、フェニル基またはナフチル基である。

前記置換基としては、フッ素のようなハロゲン原子、アミノ基、ヒドロキシル基、またはメチル基，エチル基のような単鎖アルキル基である。

前記ポリアゾール系化合物の具体的な例としては、ポリイミダゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリキノキサリン、ポリチアジアゾール、ポリピリジン、ポリピリミジンまたはポリテトラザピレンを挙げることができる。

前記ポリアゾール系化合物は、前記化学式２１〜化学式３４で、少なくとも２個のユニットを含む共重合体またはブレンドであってよい。前記ポリアゾール系化合物は、化学式２１〜化学式３４で、少なくとも２個のユニットを含むブロック共重合体（ジブロック、トリブロック）、ランダム共重合体、周期共重合体（periodic copolymer）、または交互重合体（alternating polymer）であってよい。

前記化学式２１及び／または２２のユニットだけを含むポリアゾール系化合物が使われ得る。

前記ポリアゾール系化合物としては、下記化学式３５〜６１で表示される高分子を、例として挙げることができる。

前記化学式３５〜化学式６１で、ｌ、ｎ_１７〜ｎ_４３、及びｍ_３〜ｍ_７は、それぞれ１０以上の整数、例えば、１００以上の整数であり、ｚは、化学結合を示すか、あるいは（ＣＨ_２）_ｓ−、−Ｃ（＝Ｏ）−、−ＳＯ_２−、Ｃ（ＣＨ_３）_２−またはＣ（ＣＦ_３）_２−であり、ｓは、１〜５の整数である。

前記ポリアゾール系化合物としては、下記化学式１２のｍ−ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）または下記化学式１３のｐ−ＰＢＩを有する化合物を使用することができる。
前記化学式１２で、ｎ_１は、１０以上の整数であり、前記化学式１３で、ｎ_２は、１０以上の整数である。
前記化学式１２または１３で表示される高分子の数平均分子量は、１００万以下である。

前記ポリアゾール系化合物として、下記化学式１４で表示されるベンズイミダゾール系高分子を使用することも可能である。

前記化学式１４で、Ｒ_９及びＲ_１０は互いに独立して、水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ_３−Ｃ_２０ヘテロアリール基、あるいは置換または非置換のＣ_３−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基であり、あるいはＲ_９及びＲ_１０は互いに連結され、Ｃ_４−Ｃ_２０炭素環またはＣ_３−Ｃ_２０ヘテロ環を形成し、Ａｒ^１２は、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基、あるいは置換または非置換のＣ_３−Ｃ_２０ヘテロアリーレン基であり、Ｒ_１１〜Ｒ_１３は、それぞれ一置換または多置換の置換基を示し、水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ_３−Ｃ_２０ヘテロアリール基、あるいは置換または非置換のＣ_３−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基であり、ｍ_１は、０．０１〜１であり、ａ_１は、０または１であり、ｎ_３は、０〜０．９９であり、ｋは、１０〜２５０の数であり、Ｌは、連結基（linker）を示し、単に単結合を表すか、あるいは、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルケニレン基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アキニレン基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基、置換または非置換のＣ_５−Ｃ_２０へテロアリーレン基、−Ｃ（＝Ｏ）−、及び−ＳＯ_２−からなる群から選択される。

前記ベンズイミダゾール系高分子は、下記化学式１５または化学式１６で表示される化合物であってよい。
（化学式１５中、ｋ_１は、重合度であり、１０〜３００の数である。）
（化学式１６中、ｍ_８は、０．０１〜１である。）
一実施例によれば、１または０．１〜０．９であり、ｎ_４４は、０〜０．９９であり、例えば、０または０．１〜０．９であり、Ｋ_２は、１０〜２５０の数である。

前記化学式１で表示される化合物および化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上がポリアゾール系化合物と重合反応をする場合、架橋性化合物の含有量は、前記化学式１で表示される化合物及び化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上の合計１００重量部を基準として、５〜２１０重量部、例えば、４０〜２１０重量部であることが好ましい。架橋性化合物の含有量が、前記範囲である場合、プロトン伝導性にすぐれる。

以下、本発明の一具現例による化学式１で表示される化合物および化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上を含む組成物の製造方法について説明する。

まず、化学式１で表示される化合物及び／または化学式２で表示される化合物を合成する。
次に、必要によっては、前記過程によって得た化学式１で表示される化合物と化学式２で表示される化合物とを混合して、目的とする組成物を製造することができる。ここで、化学式２で表示される化合物の含有量は、前記化学式１で表示される化合物１００重量部を基準として、０．０１〜１００重量部である。

前述の化学式１または２で表示される化合物の製造方法について詳細に説明すれば、次の通りである。

フェノール化合物（Ａ）：
；
ｐ−ホルムアルデヒド；及び
アミン化合物（Ｂ）：Ｒ_５ＮＨ_２またはＲ_５’ＮＨ_２
を、混合及び熱処理する過程を経る。

上記化学式１及び２、化合物（Ａ）、（Ｂ）で、Ｒ_１〜Ｒ_４は互いに独立して、水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルケニル基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルキニル基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環オキシ基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、またはシアノ基であり、Ｒ_６は、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルケニレン基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルキニレン基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリーレン基、−Ｃ（＝Ｏ）−、及び−ＳＯ_２−からなる群から選択され、Ｒ_５およびＲ_５’は、互いに独立して、伝導性作用基であって、下記化学式３または４で表示される基、−Ｓ≡Ｎ及び−Ｃ≡ＣＨから選択される一つであり、

前記化学式３及び４で、Ｘ_１及びＸ_２は互いに独立して、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基、あるいは置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリーレン基であり、Ｒ_７及びＲ_８は互いに独立して、水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アミノ基、またはシアノ基であり、ｍおよびｎは互いに独立して、１〜３の整数である。

前記フェノール化合物（Ａ）、ｐ−ホルムアルデヒド及びアミン化合物（Ｂ）の混合の際に、非プロトン性極性溶媒及び有機溶媒を添加することができる。このように、非プロトン性極性溶媒及び有機溶媒を添加すれば、フェノール化合物（Ａ）、ｐ−ホルムアルデヒド及びアミン化合物（Ｂ）の混合が均一になされ、目的とする化学式１または化学式２で表示される化合物を高い収率で得ることができる。

前記フェノール化合物（Ａ）、ｐ−ホルムアルデヒド及びアミン化合物（Ｂ）の混合の際に、非プロトン性極性溶媒を用いない場合には、化学式１または２で表示される化合物を得ることが困難な場合がある。

前記非プロトン性極性溶媒の例としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、テトラメチレンスルホン、１，２−ジメチル−２−イミダゾリジノン、及びＮ−メチルホルムアミドからなる群から選択される一つ以上が挙げられる。

前記有機溶媒としては、１，４−ジオキサン、クロロホルム、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ベンゼン系溶媒、またはその混合物が挙げられる。
前記ベンゼン系溶媒としては、トルエン及びキシレンからなる群から選択される一つ以上が挙げられる。

本発明の一具現例によれば、前記有機溶媒としては、ベンゼン系溶媒を使用する。

前記非プロトン性極性溶媒と有機溶媒との混合体積比は、１：９〜９：１、例えば、１：５〜５：１、具体的には１：３であってよい。

前記フェノール化合物（Ａ）、ｐ−ホルムアルデヒド、及びアミン化合物（Ｂ）の混合の際に、ｐ−トルエンスルホン酸、五塩化リン（ＰＣｌ_５）、及び塩化ホスホリル（ＰＯＣｌ_３）からなる群から選択される一つ以上の触媒を添加してもよい。

前記触媒の含有量は、フェノール化合物（Ａ）１モルを基準として、１０^−６〜５×１０^−１モルであってよい。触媒の含有量が前記範囲であるとき、化学式１または２で表示される化合物の収率にすぐれる。

前記熱処理は、８０〜２５０℃で実施する。

ｐ−ホルムアルデヒドの含有量は、フェノール化合物（Ａ）１モルを基準として、２〜５モルであり、例えば、約４．４モルである。

前記アミン化合物（Ｂ）の含有量は、フェノール化合物（Ａ）１モルを基準として、１〜４モルであり、例えば、約２．２モルを使用する。

前記ｐ−ホルムアルデヒド及びアミン化合物（Ｂ）の含有量が前記範囲であるとき、目的とする化合物の収率にすぐれる。

前記化学式１または２で表示される化合物の重合体の製造方法について、一具現例を挙げてさらに詳細に説明するが、化学式２で表示される化合物のうち１つである化学式６の化合物の製造方法について、非制限的な例として説明する。

下記化学式６で表示される化合物は、下記反応式１に示すように、フェノール化合物（Ａ）、ｐ−ホルムアルデヒド、及びアミン化合物（Ｂ）の反応を介して製造可能である。ここで、前記反応条件は、非プロトン性極性溶媒と有機溶媒とを含む混合溶媒を使用する条件で進められる。
前記フェノール化合物（Ａ）、ｐ−ホルムアルデヒド、及びアミン化合物（Ｂ）の反応の際に、ｐ−トルエンスルホン酸、五塩化リン（ＰＣｌ_５）、及び塩化ホスホリル（ＰＯＣｌ_３）からなる群から選択される１つの触媒を添加することができる。
前記非プロトン性極性溶媒及び有機溶媒の種類及び含有量、並びに前記触媒の含有量は、前述した通りである。
前記反応温度は、８０〜２５０℃の範囲で実施される。具体的な反応温度は、置換基の種類によってさまざまである。
前記反応式１及び化学式６で、Ｒ_７、Ｒ_７’及びＲ_７”は互いに独立して、水素、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル基、Ｃ_６−Ｃ_２０アリール基、Ｃ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、Ｃ_４−Ｃ_２０炭素環基、Ｃ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アミノ基、またはシアノ基であり、ａは、１〜５の整数である。

前記反応式１で、ｐ−ホルムアルデヒドの含有量は、フェノール化合物（Ａ）１モルを基準として、２〜５モルであり、例えば、約４．４モルである。
前記アミン化合物（Ｂ）の含有量は、フェノール化合物（Ａ）１モルを基準として、１〜４モルであり、例えば、約２．２モルを使用する。
前記ｐ−ホルムアルデヒド及びアミン化合物（Ｂ）の含有量が前記範囲であるとき、化学式６の化合物の収率にすぐれる。

前記化学式１で表示される化合物は、化学式２で表示される化合物のうち１つである化学式６の化合物の合成方法と類似した方法によって合成することができる。

本発明の一具現例による重合体は、例えば、下記化学式１７で表示される化合物であってよい。化学式１７は、重合体の一部構造を示したものである。
（化学式１７中、ｎ_４４は、５〜２００の整数である。）

前記組成物及び／またはその重合体は、燃料電池用電極添加剤として有用である。

燃料電池用電極は、触媒層とガス拡散層（ＧＤＬ：gas diffusion layer）とを含む構造を有する。前記ガス拡散層と触媒層との間には、微細多孔性層がさらに備わっていてよい。前記微細多孔性層は、触媒層との接触抵抗を減らし、ガス透過及び副産物である水の排出を向上させる役割を担う。

本発明の一具現例による燃料電池用電極は、前記微細多孔性層と触媒層とから選択される一つ以上、例えば、微細多孔性層または触媒層に、前述の化学式１で表示される化合物、及び化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上を含む組成物、及び／または前記組成物の重合反応生成物である重合体を含む。

前述の化学式１で表示される化合物、及び化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上を含む組成物には、架橋性化合物がさらに含まれていてよい。

まず、前記燃料電池用電極が、触媒層、微細多孔性層、及びガス拡散層を具備した構造を有する場合の、燃料電池用電極の製造方法についてさらに詳細に説明する。もし燃料電池用電極が微細多孔性を具備しない場合には、ガス拡散層の上部に触媒層を直接形成することによって、製造可能である。

前記微細多孔性層は、導電性物質と、前記組成物及び／またはその重合体とを含む。

前記組成物及び／またはその重合体は、前記導電性物質１重量部を基準として、０．１〜０．５重量部である。前記組成物及び／またはその重合体が前記範囲であるとき、導電性物質を結合させ、電極層との接触抵抗が最小化される。

前記導電性物質としては、カーボンブラック、黒鉛、ガラス質炭素、活性木炭、炭素ファイバ、活性炭、炭素エアロゲルまたはそれらの混合物が挙げられる。

前記微細多孔性層の製造方法について述べれば、次の通りである。

まず、導電性物質を溶媒に分散または溶解させ、混合物Ａを準備する。前記溶媒としては、エチレングリコール、メタノール、エタノール、イソプロパノール、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミドなどを使用する。溶媒の含有量は、導電性物質１００重量部を基準として、２００〜５００重量部を使用し、溶媒の含有量が前記範囲であるとき、微細多孔性層の形成のための作業性にすぐれる。
これと別途に、化学式１で表示される化合物および化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上を溶媒に分散または溶解して、混合物Ｂを得る。
前記混合物Ｂの製造の際に、架橋性化合物をさらに添加してもよい。
前記溶媒としては、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）などを使用する。
そして、前記溶媒の含有量は、化学式１で表示される化合物および化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上１００重量部を基準として、１，０００〜２，０００重量部である。溶媒を前記範囲で用いると、微細多孔性層の形成の際の作業性が高められる。

前記混合物Ａと混合物Ｂとを混合し、これをガス拡散層上に塗布する。
前記塗布方法としては、非制限的な例として、バーコーティング、テープキャスティング、スクリーンプリンティングなどを挙げることができる。
前記ガス拡散層としては、多孔性炭素支持体を使用し、例として、カーボンペーパー、カーボンクロスなどを使用することができる。

次に、前記結果物に対して熱処理を選択的に実施し、微細多孔性層を形成させる。
前記熱処理温度は、２００〜２７０℃の範囲である。
前記過程によって形成された微細多孔性層は、厚みが３０〜８０ｎｍであり、電気抵抗は、１２〜１４Ωｃｍ^２／ｃｍである。

前記ガス拡散層としては、カーボンペーパー、カーボンクロスなどを利用する。
前記微細多孔性層の上部に触媒層を形成し、燃料電池用電極を完成する。

前記触媒層は、触媒を含む。
前記触媒としては、白金（Ｐｔ）単独；または金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、スズ、モリブデン、コバルト、クロムからなる群から選択される一種以上の金属と白金との合金あるいは混合物を使用するか、またはそれらの物質がカーボン系担体に担持された担持触媒を使用する。

前記電極の触媒層は、バインダーをさらに含むことができる。
前記バインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、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、及びポリウレタンからなる群から選択される一つ以上を挙げることができる。

本発明の一具現例によれば、前記バインダーとして、前記化学式１で表示される化合物と、前記化学式２で表示される化合物とから選択される一つ以上を含む組成物、及び／またはその重合体を利用することができる。

前記組成物には、架橋性化合物がさらに含まれていてよい。

このように、前記微細多孔性層と触媒層とが、前記化学式１で表示される化合物と、前記化学式２で表示される化合物とから選択される一つ以上の組成物、及び／またはその重合体をともに使用して形成されると、導電性物質の分散性が高まって拡散層を均一に製造することができ、導電性物質の結合力を高めることができるという利点がある。

前記バインダーの含有量は、触媒１重量部を基準として、０．００１〜０．５重量部、例えば、０．０１〜０．１重量部である。バインダーの含有量を前記範囲にすることによって、電極内の導電性物質の結合力を高め、電気伝導性の特性を改善することができる。

前述の燃料電池用電極触媒層は、この分野で公知の多様な方法を利用して製造することができ、その製造方法が特別に制限されるものではないが、例えば、次のような方法によって製造することができる。

まず、溶媒に触媒を分散させる。このとき、溶媒としては、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）などを使用し、その含有量は、触媒１重量部を基準として、１〜１０重量部である。

前記分散液に、前記化学式１で表示される化合物と、前述の化学式２で表示される化合物とから選択される一つ以上と溶媒とを含む混合物を、添加した後、撹拌し、コーティング液を得る。前記コーティング液には、一般的なバインダーをさらに添加することもできる。または、前記コーティング液に、ポリアゾール系化合物をさらに添加することもできる。

前記溶媒としては、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）などを使用し、前述の化学式１で表示される化合物と、前述の化学式２で表示される化合物とから選択される一つ以上の合計の含有量は、触媒１重量部を基準として、０．００１〜０．５重量部である。もし前述の化学式１で表示される化合物と、前述の化学式２で表示される化合物とから選択される一つ以上以外に、一般的なバインダーが共に使われる場合には、前述の化学式１で表示される化合物と、前述の化学式２で表示される化合物とから選択される一つ以上の含有量は、触媒１重量部を基準に、０．００１〜０．１重量部であってよい。
前記化学式１で表示される化合物及び前述の化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上の含有量が、前記範囲であるならば、電極の伝導度特性を改善することができる。

前記コーティング液を微細多孔性層の表面にコーティング及び乾燥させ、電極を完成する。もし電極が微細多孔性層を具備しない場合には、ガス拡散層の上部に、触媒層を直接形成させる。
前記コーティング法としては、特別に制限されるものではないが、ドクターブレードを利用したコーティング、バーコーティング、スクリーンプリンティングなどの方法を利用することができる。
前記コーティング液をコーティングした後で乾燥させる過程を経るが、溶媒を除去する過程として、２０〜１５０゜Ｃの温度範囲で実施する。そして、乾燥時間は、乾燥温度によって異なり、１０〜１２０分の範囲内で実施する。

電極触媒層の形成の際、前記コーティング液を微細多孔性層の表面やガス拡散層の上部に直接コーティングせずに、別途の支持体上にコーティング及び乾燥させ、これを支持体から剥離して触媒層を製造し、これを前記微細多孔性層またはガス拡散層の上部に位置させて電極を形成することも可能である。

前記組成物及び／またはその重合体を、電極触媒層の形成の際に使用する場合、燃料電池用電極触媒層は、前記組成物及び／またはその重合体を含む。

前記燃料電池用電極を利用して、燃料電池を製造する方法について説明する。

電解質膜は、燃料電池で一般的に使われる電解質膜であるならば、いずれも使用可能である。例えば、ポリベンズイミダゾール電解質膜、ポリベンゾオキサジン−ポリベンズイミダゾール共重合体電解質膜、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔質膜、フルオロスルホン酸系膜、スルホン系炭化水素膜、米国特許公開２００７０２７５２８５Ａ公報に記述された電解質膜などを使用することができる。

または、前記電極と同様に、前記化学式１の化合物と化学式２の化合物とから選択される一つ以上を含む組成物の重合反応生成物を含む電解質膜を使用することも可能である。

前記電解質膜を、プロトン伝導体にさらに含浸させる。
前記プロトン伝導体としては、ポリリン酸、亜リン酸（Ｈ_３ＰＯ_３）、オルトリン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）、ピロリン酸（Ｈ_４Ｐ_２０_７）、トリリン酸（Ｈ_５Ｐ_３Ｏ_１０）、メタリン酸またはその誘導体を例として挙げることができる。
前記プロトン伝導体の濃度は、例えば、８０〜９８重量％であり、具体的には、８０重量％、９０重量％、９５重量％、または９８重量％でありうる。

前記化学式１の化合物と化学式２の化合物とから選択される一つ以上の重合反応生成物を利用して電解質膜を製造する過程は、米国特許公開２００７０２７５２８５Ａ公報に記述された方法によって製造可能である。

化学式で用いる置換基の定義は、次の通りである。

化学式で使われる用語「アルキル」は、完全飽和された分枝型または非分枝型（直鎖すなわち線形）の炭化水素をいう。
前記「アルキル」の非制限的な例としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｎ−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、ｉｓｏ−アミル、ｎ−ヘキシル、３−メチルヘキシル、２，２−ジメチルペンチル、２，３−ジメチルペンチル、ｎ−ヘプチルなどを挙げることができる。
前記「アルキル」のうち一つ以上の水素原子は、ハロゲン原子、ハロゲン原子で置換されたＣ_１−Ｃ_２０アルキル基（例：ＣＣＦ_３、ＣＨＣＦ_２、ＣＨ_２Ｆ、ＣＣｌ_３など）、Ｃ_１−Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_２−Ｃ_２０アルコキシアルキル、ヒドロキシル基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、アミジノ基、ヒドラジン、ヒドラゾン、カルボキシル基やその塩、スルホニル基、スルファモイル（sulfamoyl）基、スルホン酸基やその塩、リン酸やその塩、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル基、Ｃ_２−Ｃ_２０アルケニル基、Ｃ_２−Ｃ_２０アルキニル基、Ｃ_１−Ｃ_２０ヘテロアルキル基、Ｃ_６−Ｃ_２０アリール基、Ｃ_６−Ｃ_２０アリールアルキル基、Ｃ_６−Ｃ_２０ヘテロアリール基、Ｃ_７−Ｃ_２０ヘテロアリールアルキル基、Ｃ_６−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、Ｃ_６−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシアルキル基、またはＣ_６−Ｃ_２０ヘテロアリールアルキル基で置換されうる。

用語「ハロゲン原子」は、フッ素、ブロム、塩素、ヨードなどを含む。
用語「ハロゲン原子で置換されたＣ_１−Ｃ_２０アルキル基」は、一つ以上のハロ基が置換されたＣ_１−Ｃ_２０アルキル基をいい、非制限的な例としては、モノハロアルキル、ジハロアルキルまたはパーハロアルキルを含有したポリハロアルキルを挙げることができる。
モノハロアルキルは、アルキル基内に１つのヨード、ブロム、塩素またはフッ素を有するアルキル基であり、ジハロアルキル及びポリハロアルキルは、２つ以上の同一または異なるハロ原子を有するアルキル基を示す。

化学式で使われる用語「アルコキシ」は、アルキル−Ｏ−を示し、前記アルキルは、前述の通りである。前記アルコキシの非制限的な例としては、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、２−プロポキシ、ブトキシ、tert−ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシなどがある。前記アルコキシ基のうち一つ以上の水素原子は、前述のアルキル基の場合と同じ置換基で置換可能である。

化学式で使われる用語「アルコキシアルキル」は、アルキル基が前述のアルコキシによって置換された場合をいう。前記アルコキシアルキルのうち一つ以上の水素原子は、前述のアルキル基の場合と同じ置換基で置換可能である。このように、前記用語「アルコキシアルキル」は、置換されたアルコキシアルキル部分を包含する意義を有する。

化学式で使われる用語「アルケニル」は、少なくとも１つの炭素−炭素二重結合を有する分枝型または非分枝型の炭化水素をいう。アルケニル基の非制限的な例としては、ビニル、アリル、ブテニル、イソプロペニル、イソブテニルなどを挙げることができ、前記アルケニルのうち一つ以上の水素原子は、前述のアルキル基の場合と同じ置換基で置換されうる。

化学式で使われる用語「アルキニル」は、少なくとも１つの炭素−炭素三重結合を有する分枝型または非分枝型の炭化水素をいう。前記「アルキニル」の非制限的な例としては、エチニル、ブチニル、イソブチニル、イソプロピニルなどを挙げることができる。
前記「アルキニル」のうち一つ以上の水素原子は、前述のアルキル基の場合と同じ置換基で置換されうる。

化学式で使われる用語「アリール」は、単独または組み合わせて使われ、一つ以上の環を含む芳香族炭化水素を意味する。
前記用語「アリール」は、芳香族環が一つ以上のシクロアルキル環に縮合した基も含む。
前記「アリール」の非制限的な例としては、フェニル、ナフチル、テトラヒドロナフチルなどがある。
また前記「アリール」のうち一つ以上の水素原子は、前述のアルキル基の場合と同じ置換基で置換されていてよい。

用語「アリールアルキル」は、アリールで置換されたアルキルを意味する。アリールアルキルの例としては、ベンジルまたはフェニル−ＣＨ_２ＣＨ_２−を挙げることができる。

化学式で使われる用語「アリールオキシ」は、Ｏ−アリールを意味し、アリールオキシ基の例としては、フェノキシなどがある。前記「アリールオキシ」のうち一つ以上の水素原子は、前述のアルキル基の場合と同じ置換基で置換可能である。

化学式で使われる用語「ヘテロアリール」基はＮ，Ｏ，ＰまたはＳから選択される一つ以上のヘテロ原子を含み、残りの環原子が炭素である単環（monocyclic）または二環（bicyclic）の芳香族有機基を意味する。前記ヘテロアリール基は、例えば１〜５個のヘテロ原子を含むことができ、５〜１０環員（ring member）を含むことができる。

前記ＳまたはＮは、酸化されて、さまざまな酸化状態を有することができる。

単環ヘテロアリール基としては、チエニル、フリル、ピロリル、イミダゾリル、ピラゾリル、チアゾリル、イソチアゾリル、１，２，３−オキサジアゾリル、１，２，４−オキサジアゾリル、１，２，５−オキサジアゾリル、１，３，４−オキサジアゾリル、１，２，３−チアジアゾリル、１，２，４−チアジアゾリル、１，２，５−チアジアゾリル、１，３，４−チアジアゾリル、イソチアゾール−３−イル、イソチアゾール−４−イル、イソチアゾール−５−イル、オキサゾール−２−イル、オキサゾール−４−イル、オキサゾール−５−イル、イソオキサゾール−３−イル、イソオキサゾール−４−イル、イソオキサゾール−５−イル、１，２，４−トリアゾール−３−イル、１，２，４−トリアゾール−５−イル、１，２，３−トリアゾール−４−イル、１，２，３−トリアゾール−５−イル、テトラゾリル、ピリド−２−イル、ピリド−３−イル、２−ピラジン−２−イル、ピラジン−４−イル、ピラジン−５−イル、２−ピリミジン−２−イル、４−ピリミジン−２−イル、または５−ピリミジン−２−イルを挙げることができる。

用語「ヘテロアリール」は、ヘテロ芳香族環が、一つ以上のアリール、脂環族（cyclyaliphatic）、またはヘテロ環に縮合している場合を含む。

二環ヘテロアリールの例としては、インドリル（indolyl）、イソインドリル（isoindolyl）、インダゾリル（indazolyl）、インドリジニル（indolizinyl）、プリニル（purinyl）、キノリジニル（quinolizinyl）、キノリニル（quinolinyl）、イソキノリニル（isoquinolinyl）、シノリニル（cinnolinyl）、フタラジニル（phthalazinyl）、ナフチリジニル（naphthyridinyl）、キナゾリニル（quinazolinyl）、キナキサリニル（quinaxalinyl）、フェナントリジニル（phenanthridinyl）、フェナントロリニル（phenathrolinyl）、フェナジニル（phenazinyl）、フェノチアジニル（phenothiazinyl）、フェノキサジニル（phenoxazinyl）、ベンズイソキノリニル（benzisoqinolinyl）、チエノ［２，３−ｂ］フラニル（thieno［２，３−ｂ］furanyl）、フロ［３，２−ｂ］−ピラニル（furo［３，２−ｂ］−pyranyl）、５Ｈ−ピリド［２，３−ｄ］−ｏ−オキサジニル（５Ｈ−pyrido［２，３−ｄ］−ｏ−oxazinyl）、１Ｈ−ピラゾロ［４，３−ｄ］−オキサゾリル（１Ｈ−pyrazolo［４，３−ｄ］−oxazolyl）、４Ｈ−イミダゾ［４，５−ｄ］チアゾリル（４Ｈ−imidazo［４，５−ｄ］thiazolyl）、ピラジノ［２，３−ｄ］ピリダジニル（pyrizino［２，３−ｄ］pyridazinyl）、イミダゾ［２，１−ｂ］チアゾリル（imidazo［２，１−ｂ］thiazolyl）、イミダゾ［１，２−ｂ］［１，２，４］トリajiニル（imidazo［１，２−ｂ］［１，２，４］triazinyl）、７−ベンゾ［ｂ］チエニル（７−benzo［ｂ］thienyl）、ベンゾオキサゾリル（benzoxazolyl）、ベンズイミダゾリル（benzimidazolyl）、ベンゾチアゾリル（benzothiazolyl）、ベンゾオキサピニル（benzoxapinyl）、ベンゾオキサジニル（benzoxazinyl）、１Ｈ−ピロロ［１，２−ｂ］［２］ベンズアザピニル（１Ｈ−pyrrolo［１，２−ｂ］［２］benzazapinyl）、ベンゾフリル（benzofuryl）、ベンゾチオフェニル（benzothiophenyl）、ベンゾトリアゾリル（benzotriazolyl）、ピロロ［２，３−ｂ］ピリジニル（pyrrolo［２，３−ｂ］pyridinyl）、ピロロ［３，２−ｃ］ピリジニル（pyrrolo［３，２−ｃ］pyridinyl）、ピロロ［３，２−ｂ］ピリジニル（pyrrolo［３，２−ｂ］pyridinyl）、イミダゾ［４，５−ｂ］ピリジニル（imidazo［４，５−ｂ］pyridinyl）、イミダゾ［４，５−ｃ］ピリジニル（imidazo［４，５−ｃ］pyridinyl）、ピラゾロ［４，３−ｄ］ピリジニル（pyrazolo［４，３−ｄ］pyridinyl）、ピラゾロ［４，３−ｃ］ピリジニル（pyrazolo［４，３−ｃ］pyridinyl）、ピラゾロ［３，４−ｃ］ピリジニル（pyrazolo［３，４−ｃ］pyridinyl）、ピラゾロ［３，４−ｄ］ピリジニル（pyrazolo［３，４−ｄ］pyridinyl）、ピラゾロ［３，４−ｂ］ピリジニル（pyrazolo［３，４−ｂ］pyridinyl）、イミダゾ［１，２−ａ］ピリジニル（imidazo［１，２−ａ］pyridinyl）、ピラゾロ［１，５−ａ］ピリジニル（pyrazolo［１，５−ａ］pyridinyl）、ピロロ［１，２−ｂ］ピリダジニル（pyrrolo［１，２−ｂ］pyridazinyl）、イミダゾ［１，２−ｃ］ピリミジニル（imidazo［１，２−ｃ］pyrimidinyl）、ピリド［３，２−ｄ］ピリミジニル（pyrido［３，２−ｄ］pyrimidinyl）、ピリド［４，３−ｄ］ピリミジニル（pyrido［４，３−ｄ］pyrimidinyl）、ピリド［３，４−ｄ］ピリミジニル（pyrido［３，４−ｄ］pyrimidinyl）、ピリド［２，３−ｄ］ピリミジニル（pyrido［２，３−ｄ］pyrimidinyl）、ピリド［２，３−ｂ］ピラジニル（pyrido［２，３−ｂ］pyrazinyl）、ピリド［３，４−ｂ］ピラジニル（pyrido［３，４−ｂ］pyrazinyl）、ピリミド［５，４−ｄ］ピリミジニル（pyrimido［５，４−ｄ］pyrimidinyl）、ピラジノ［２，３−ｂ］ピラジニル（pyrizino［２，３−ｂ］pyrazinyl）、またはピリミド［４，５−ｄ］ピリミジニル（pyrimido［４，５−ｄ］pyrimidinyl）を挙げることができる。

前記「ヘテロアリール」のうち一つ以上の水素原子は、前述のアルキル基の場合と同じ置換基で置換可能である。
用語「ヘテロアリールアルキル」は、ヘテロアリールで置換されたアルキルを意味する。
用語「ヘテロアリールオキシ」は、Ｏ−ヘテロアリール部分を有するものを意味する。前記ヘテロアリールオキシのうち一つ以上の水素原子は、前述のアルキル基の場合と同じ置換基で置換可能である。
用語「ヘテロアリールオキシアルキル」は、ヘテロアリールオキシで置換されたアルキルを意味する。前記ヘテロアリールオキシアルキルのうち一つ以上の水素原子は、前述のアルキル基の場合と同じ置換基で置換可能である。

化学式で使われる「炭素環」は、飽和または部分的に不飽和の非芳香族（non-aromatic）単環、二環、または三環の炭化水素基をいう。
前記単環炭化水素の例としては、シクロペンチル、シクロペンテニル、シクロヘキシル、シクロヘキセニルなどがある。
前記二環炭化水素の例としては、ボルニル（bornyl）、デカヒドロナフチル（decahydronaphthyl）、ビシクロ［２．１．１］ヘキシル（bicyclo［２．１．１］hexyl）、ビシクロ［２．２．１］ヘプチル（bicyclo［２．２．１］heptyl）、ビシクロ［２．２．１］ヘプテニル（bicyclo［２．２．１］heptenyl）、またはビシクロ［２．２．２］オクチル（bicyclo［２．２．２］octyl）が挙げられる。
前記三環炭化水素の例としては、アダマンチル（adamantyl）などが挙げられる。
前記「炭素環」のうち一つ以上の水素原子は、前述のアルキル基の場合と同じ置換基で置換可能である。

化学式で使われる「ヘテロ環」は、窒素、硫黄、リン、酸素のようなヘテロ原子を含有している５〜１０原子からなる環基を指し、具体的な例としては、ピリジルなどがあり、かようなヘテロ環基のうち一つ以上の水素原子は、前述のアルキル基の場合と同じ基で置換可能である。
用語「ヘテロ環オキシ」は、Ｏ−ヘテロ環を意味し、ヘテロ環オキシ基のうち一つ以上の水素原子は、前述のアルキル基の場合と同じ基で置換可能である。

用語「スルホニル」は、Ｒ”−ＳＯ_２−を意味し、Ｒ”は、水素、アルキル、アリール、ヘテロアリール、アリール−アルキル、ヘテロアリール−アルキル、アルコキシ、アリールオキシ、シクロアルキルまたはヘテロ環である。

用語「スルファモイル」は、Ｈ_２ＮＳ（Ｏ_２）−、アルキル−ＮＨＳ（Ｏ_２）−、（アルキル）_２ＮＳ（Ｏ_２）−アリール−ＮＨＳ（Ｏ_２）−、アルキル−（アリール）−ＮＳ（Ｏ_２）−、（アリール）_２ＮＳ（Ｏ）_２−、ヘテロアリール−ＮＨＳ（Ｏ_２）−、（アリール−アルキル）−ＮＨＳ（Ｏ_２）−、または（ヘテロアリール−アルキル）−ＮＨＳ（Ｏ_２）−を含む。
前記スルファモイルのうち一つ以上の水素原子は、前述のアルキル基の場合と同じ基で置換可能である。

前記用語「アミノ」は、窒素原子が少なくとも１つの炭素またはヘテロ原子に共有結合された構造を示す。アミノ基は、例えば、−ＮＨ_２であっても、置換された部分（substituted moiety）を含むものであってもよい。
前記用語「アミノ」は、窒素が少なくとも１つの付加的なアルキル基に結合したアルキルアミノ、窒素が少なくとも一つまたは二つ以上が、独立して選択されるアリール基に結合された「アリールアミノ」基及び「ジアリールアミノ」基を含む。

用語「アルキレン」、「アルケニレン」、「アルキニレン」、「アリーレン」及び「ヘテロアリーレン」は、それぞれ一価の「アルキル」，「アルケニル」，「アルキニル」，「アリール」及び「ヘテロアリール」が、二価の基（divalent group）に変更されたことを除いては、同一に定義される。
前記「アルキレン」、「アルケニレン」、「アルキニレン」、「アリーレン」及び「ヘテロアリーレン」のうち一つ以上の水素原子は、前述のアルキル基の場合と同じ基で置換可能である。

前記燃料電池は、電気伝導度特性が改善された電極を具備し、電流密度のようなセル性能が改善される。かような燃料電池は、高温無加湿条件で有用である。

以下、下記実施例を挙げて説明するが、下記実施例にのみ限定されることを意味するものではない。

合成例１：化学式９の化合物の製造
ｐ−ホルムアルデヒド４．４モル及び２−チオフェン−メチルアミン２．２モルを、トルエン１２０ｍｌ、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド４０ｍｌと混合し、ここに触媒量のｐ−トルエンスルホン酸を加え、これに対して８０℃で１時間反応を行い、ここにビスフェノール−Ｓ １モルを入れ、１２０℃で２時間反応させ、粗生成物（crude product）を得た。
前記粗生成物に対して、１Ｎ ＮａＯＨ水溶液で２回、蒸溜水で１回洗浄する過程を順次に実施した後、これを硫酸マグネシウムを利用して乾燥させた。次に、前記結果物を濾過してから溶媒を除去し真空乾燥し、化学式９で表示される化合物を８０％の収率で収得した。
前記過程によって得た化合物は、図１のＮＭＲ（nuclear magnetic resonance）スペクトルによってその構造を確認した。

合成例２：化学式１９の化合物の製造
２−チオフェン−メチルアミン及びビスフェノール−Ｓの代わりに、下記化学式１８で表示される４−（チオフェン−３−イル）アニリン及びフェノールをそれぞれ使用したことを除いては、合成例１と同一に実施し、化学式１９の化合物を製造した。

合成例３：化学式１０の化合物の製造
２−チオフェン−メチルアミンの代わりに、下記化学式２０で表示される４−（チオフェン−２−イル）アニリンを添加することを除いては、合成例１と同一に実施し、化学式１０の化合物を製造した。

製造例１：組成物の製造
合成例１によって得た化学式９の化合物６５重量部と化学式１２の化合物３５重量部とを混合して組成物を得た。

実施例１：燃料電池用電極及びこれを利用した燃料電池の製造
カーボンブラック１ｇをエチレングリコール４ｇと混合した後、これを、化学式９で表示される化合物０．２ｇをＮ−メチルピロリドン０．８ｇと混合した溶液と混合させた。
前記混合物に対して、５重量％のポリテトラフルオロエチレンで処理された常用カーボンペーパー上にテープキャスティングを実施し、これを２５０℃で熱処理して微細多孔性層を形成させることによって、微細多孔性層が形成されたカーボンペーパーを製造した。
これと別途に、撹拌容器に、カーボンに４５重量％Ｐｔと５重量％のＣｏとが担持された触媒０．５ｇ及び溶媒Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）３ｇを加え、これをもって高速撹拌基を利用してスラリを作った。
次に、前記混合物に５重量％のフッ化ビニリデン−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン共重合体のＮＭＰ溶液を加え、フッ化ビニリデン−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン共重合体が０．０２６ｇになるように添加し、１０分間混合してカソード触媒層形成用スラリを製造した。
前記微細多孔性層の上部に、前記カソード触媒層形成用スラリをコーティングし、これを常温で１時間乾燥させ、８０℃で１時間乾燥させ、１２０℃で３０分乾燥させて１５０℃で１５分間乾燥させ、カソードを製造した。完成されたカソードでのＰｔの含有量は、１．５ｍｇ／ｃｍ^２値を有する。

アノードとしては、下記過程によって得た電極を利用した。
撹拌容器に、カーボンに３０重量％Ｐｔと１５重量％Ｒｕとが担持された触媒０．５ｇ及び溶媒ＮＭＰ ６ｇを加え、これを、高速撹拌基を利用して２分間撹拌した。次に、前記混合物に、ポリフッ化ビニリデン０．０５ｇをＮＭＰ １ｇに溶解させ溶液を加え、２分間さらに撹拌して、アノード触媒層形成用スラリを製造した。これをもって、前記微細多孔性層がコーティングされたカーボンペーパー上に、バーコータ（bar coater）でコーティングして製造した。完成されたアノードの白金ローディング量は、０．９ｍｇ／ｃｍ^２値を有する。
これと別途に、下記化学式６２で表示される化合物６５重量部及び化学式１２のポリベンズイミダゾール（ｍ−ＰＢＩ）３５重量部をブレンドした後、これに対して、８０〜２２０℃の範囲で硬化反応を実施した。
次に、前記結果物を、８５重量％リン酸で８０℃に４時間以上含浸して、電解質膜を形成した。ここで、リン酸の含有量は、電解質膜総重量１００重量部に対して、約５００重量部であった。

前記カソードとアノードとの間に前記電解質膜を介在させ、膜・電極接合体（ＭＥＡ）を製造した。ここで、前記カソードおよびアノードは、リン酸に含浸させることなしに使用した。
前記カソードとアノードとの間のガス透過を防止するために、主ガスケット用として２００μｍ厚のポリテトラフルオロエチレン膜と、サブガスケット用として２０μｍ厚のポリテトラフルオロエチレン膜とを、電極と電解質膜との界面に重ねて使用した。そして、ＭＥＡに加えられる圧力を、トルクレンチを使用して調節し、１，２，３Ｎ−ｍ Torqueまで段階的に上昇させつつ組み立てた。
温度１５０℃、電解質膜に対して加湿しない条件で、アノードに水素（流速：１００ｃｃｍ）、カソードに空気（２５０ｃｃｍ）を流通させて発電させ、電池特性の測定を行った。このとき、リン酸をドーピングした電解質を使用するので、経時的に燃料電池の性能が向上するので、作動電圧が最高点に達するまでエージングした後で最終評価する。そして、前記カソードとアノードとの面積は、２．８×２．８＝７．８４ｃｍ^２に固定し、カソード電極の厚みは約３９０μｍであり、アノード電極の厚みは約３９０μｍであった。

実施例２：燃料電池用電極及びこれを利用した燃料電池の製造
カーボンブラック１ｇをエチレングリコール４ｇと混合させた後、これを、ポリテトラフルオロエチレン０．２ｇをＮ−メチルピロリドン０．８ｇと混合した溶液と混合させた。
前記混合物をもって、５重量％のポリテトラフルオロエチレンで処理された常用カーボンペーパー上にテープキャスティングを実施し、これを２５０℃で熱処理して微細多孔性層を形成し、微細多孔性層が形成されたカーボンペーパーを製造した。
これと別途に、撹拌容器に、カーボンに４５ｗｔ％のＰｔ、５ｗｔ％のＣｏが担持された触媒０．５ｇ及び溶媒ＮＭＰ ３ｇを加え、これをもって高速撹拌基を利用してスラリを作った。
次に、前記混合物に、化学式９で表示される化合物のＮＭＰ溶液を加え、化学式９で表示される化合物が０．０２５ｇになるように添加し、１０分間混合してカソード触媒層形成用スラリを製造した。
前記微細多孔性層の上部に、前記カソード触媒層形成用スラリをコーティングし、これを常温で１時間乾燥させ、８０℃で１時間乾燥させ、１２０℃で３０分乾燥させて１５０℃で１５分間乾燥させ、カソードを製造した。完成されたカソードでのＰｔの含有量は、１．５ｍｇ／ｃｍ^２値を有する。

アノードとしては、下記過程によって得た電極を利用した。
撹拌容器に、カーボンに３０重量％Ｐｔと１５ｗｔ％Ｒｕとが担持された触媒０．５ｇ及び溶媒ＮＭＰ ６ｇを加え、これを、高速撹拌基を利用して２分間撹拌した。
次に、前記混合物に、ポリフッ化ビニリデン０．０５ｇをＮＭＰ １ｇに溶解させ溶液を加え、２分間さらに撹拌し、アノード触媒層形成用スラリを製造した。これをもって、前記微細多孔性層がコーティングされたカーボンペーパー上に、バーコータでコーティングして製造した。完成されたアノードの白金ローディング量は、０．９ｍｇ／ｃｍ^２値を有する。

これと別途に、下記化学式６２で表示される化合物６５重量部、及び化学式１２のポリベンズイミダゾール（ｍ−ＰＢＩ）３５重量部をフレンドさせた後、これをもって８０〜２２０℃の範囲で硬化反応を実施した。
次に、これを８５重量％リン酸に８０℃にて４時間以上含浸させ、電解質膜を形成した。ここで、リン酸の含有量は、電解質膜総重量１００重量部に対して、約５００重量部であった。

前記カソードとアノードとの間に、前記電解質膜を介在させてＭＥＡを製造した。ここで、前記カソードおよびアノードは、リン酸に含浸させることなしに使用した。
前記カソードとアノードとの間のガス透過を防止するために、主ガスケット用として２００μｍ厚のポリテトラフルオロエチレン膜と、サブガスケット用として２０μｍ厚のポリテトラフルオロエチレン膜とを、電極と電解質膜との界面に重ねて使用した。そして、ＭＥＡに加えられる圧力は、トルクレンチを使用して調節し、１，２，３Ｎ−ｍ Torqueまで段階的に上昇させつつ組み立てた。
温度１５０℃、電解質膜に対して加湿しない条件で、アノードに水素（流速：１００ｃｃｍ）、カソードに空気（２５０ｃｃｍ）を流通させて発電させ、電池特性の測定を行った。このとき、リン酸をドーピングした電解質を使用するので、経時的に燃料電池の性能が向上するので、作動電圧が最高点に達するまでエージングさせた後で最終評価する。そして、前記カソードとアノードとの面積は、２．８×２．８＝７．８４ｃｍ^２に固定し、カソード電極の厚みは約３９０μｍであり、アノード電極の厚みは約３９０μｍであった。

実施例３：燃料電池用電極及びこれを利用した燃料電池の製造
微細多孔性層の形成時、化学式９で表示される化合物の含有量を０．３ｇに変化させたことを除いては、実施例１と同一に実施し、燃料電池用電極及び燃料電池を製造した。

実施例４：燃料電池用電極及びこれを利用した燃料電池の製造
微細多孔性層の形成時、化学式９で表示される化合物の含有量を０．４ｇに変化させたことを除いては、実施例１と同一に実施し、燃料電池用電極及び燃料電池を製造した。

実施例５：燃料電池用電極及びこれを利用した燃料電池の製造
カソード及びアノードの製造時、５重量％のポリテトラフルオロエチレンで処理された常用カーボンペーパーの代わりに、下記過程によって得たガス拡散層を使用したことを除いては、実施例１と同一に実施し、燃料電池用電極及び燃料電池を製造した。
化学式９で表示される化合物として、Ｎ−メチルピロリドンを溶解して得た８重量％の化学式９化合物のＮＭＰ溶液を準備し、ここをカーボンペーパー（Toray−０６０ plain）にディップコーティング（dip-coating）し、これを２５０℃で硬化してガス拡散層を準備した。
これと別途に、ここに、カーボンブラック１ｇ及びエチレングリコール４ｇを混合させた後、これを、化学式９で表示される化合物０．２ｇをＮ−メチルピロリドン０．８ｇと混合させた溶液と混合した。
前記混合物をもって、前記ガス拡散層上にテープキャスティングを実施し、これを２５０℃で熱処理して、微細多孔性層を形成した。

比較例１：燃料電池用電極及びこれを利用した燃料電池の製造
微細多孔性層の形成時、化学式９で表示される化合物０．２ｇの代わりに、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）０．３ｇを使用したことを除いては、実施例１と同じ方法によって実施し、燃料電池用電極及び燃料電池を製造した。

比較例２：燃料電池用電極及びこれを利用した燃料電池の製造
カソード触媒層の形成時、化学式９で表示される化合物０．０２５ｇの代わりに、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）０．３ｇを使用したことを除いては、実施例２と同じ方法によって実施し、燃料電池用電極及び燃料電池を製造した。

前記実施例１，３，４及び比較例１によって製造した微細多孔性層の伝導度を測定し、その結果を図２に示した。
図２を参照することによって、実施例１，３及び４の微細多孔性層は、比較例１の場合と比較して、伝導度特性が改善されるということが分かる。

前記実施例１及び比較例１によって製造した微細多孔性層を、電子走査顕微鏡（ＳＥＭ）を利用して分析し、その結果をそれぞれ図３及び図４に示した。
これを参照すれば、実施例３の微細多孔性層は、各成分が均一に分散された状態を示しているが、一方、比較例１の微細多孔性層は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の集塊（agglomerated）現象を観察することができる。

前記実施例１及び比較例１によって製造した燃料電池において、電流密度による電池電圧変化を調べ、その結果を図５に示した。
図５を参照すると、実施例１の燃料電池は、比較例１の場合と比較して、セル電圧特性が向上している。

前記実施例１，５及び比較例１によって製造した微細多孔性層の伝導度を測定し、その結果を図６に示した。
図６を参照すると、実施例１及び５の微細多孔性層の伝導度は、比較例１の場合に比べて向上している。

前記で望ましい実施例を参照して説明したが、当該技術分野の当業者は、特許請求の範囲に記載された思想及び領域から外れない範囲内で多様に修正及び変更させることができることを理解することができるであろう。

Claims (34)

1. 下記化学式１で表示される化合物及び下記化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上と、
   架橋性化合物と、を含む組成物：
   ［化学式１及び２中、Ｒ_１〜Ｒ_４は互いに独立して、水素、Ｃ _１−Ｃ_２０アルキル基、Ｃ _１−Ｃ_２０アルコキシ基、Ｃ _６−Ｃ_２０アリール基、Ｃ _６−Ｃ_２０アリールオキシ基、ヘテロアリール基、ヘテロアリールオキシ基、Ｃ _４−Ｃ_２０炭素環基、Ｃ _２−Ｃ_２０ヘテロ環基、またはハロゲン原子であり、
   Ｒ_６は、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基、−Ｃ（＝Ｏ）−、または−ＳＯ_２−であり、
   Ｒ_５及びＲ_５’は、互いに独立して、下記化学式３で表示される基であり、
   化学式３中、
   Ｘ _１ は、非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基であり、
   Ｒ _７ は水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、またはシアノ基であり、
   ｍは、１〜３の整数である。］。
2. 前記Ｒ_５およびＲ_５’が、互いに独立して、下記化学式５で表示される基のうちから選択されることを特徴とする、請求項１に記載の組成物：
   （化学式５中、ａは、１〜５の整数である）。
3. 前記化学式２の化合物が、下記化学式６〜８で表示される化合物のうちから選択されることを特徴とする、請求項１に記載の組成物：
   （化学式６〜８中、Ｒ_７、Ｒ_７’及びＲ_７”は、互いに独立して、水素、Ｃ_１−Ｃ_２０アルキル基、Ｃ_６−Ｃ_２０アリール基、Ｃ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、Ｃ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、Ｃ_４−Ｃ_２０炭素環基、Ｃ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、またはシアノ基であり、
   ａは、１〜５の整数である）。
4. 前記化学式２で表示される化合物が、下記化学式９〜１１及び化学式１９で表示される化合物のうち選択されることを特徴とする、請求項１に記載の組成物。
   
5. 前記架橋性化合物は、ポリアゾール系化合物、ポリイミド及びポリオキサゾールからなる群から選択される一つ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の組成物。
6. 前記架橋性化合物の含有量は、前記化学式１で表示される化合物及び化学式２で表示される化合物の合計の１００重量部を基準として、５〜２１０重量部であることを特徴とする、請求項１に記載の組成物。
7. 前記架橋性化合物が、下記化学式１２〜１４で表示される化合物から選択される一つ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の組成物：
   （化学式１２中、ｎ１は１０以上の整数である）；
   （化学式１３中、ｎ２は１０以上の整数である）；
   （化学式１４中、Ｒ_９及びＲ_１０は互いに独立して、水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ_３−Ｃ_２０ヘテロアリール基、あるいは置換または非置換のＣ_３−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基であり、あるいはＲ_９及びＲ_１０は互いに連結され、Ｃ_４−Ｃ_２０炭素環またはＣ_３−Ｃ_２０ヘテロ環を形成し、
   Ａｒ^１２は、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基または置換または非置換のＣ_３−Ｃ_２０ヘテロアリーレン基であり、
   Ｒ_１１〜Ｒ_１３は、それぞれ一置換または多置換の置換基を示し、水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリールオキシ基、置換または非置換のＣ_３−Ｃ_２０ヘテロアリール基、および置換または非置換のＣ_３−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基からなる群から選択され、
   Ｌは、連結基を示し、
   ｍ１は、０．０１〜１であり、
   ａ_１は、０または１であり、
   ｎ_３は、０〜０．９９であり、
   ｋは、１０〜２５０の数である）。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の組成物の重合反応生成物である重合体。
9. 下記化学式１で表示される化合物及び下記化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上を含む組成物を得る組成物の製造方法であって、
   フェノール化合物（Ａ）：
   ；
   ｐ−ホルムアルデヒド；及び
   アミン化合物（Ｂ）：Ｒ_５ＮＨ_２またはＲ_５’ＮＨ_２
   を、非プロトン性極性溶媒および有機溶媒の存在下で混合及び熱処理し、
   下記化学式１で表示される化合物または下記化学式２で表示される化合物を得る工程を含む製造方法：
   ［化学式１及び２中、Ｒ_１〜Ｒ_４は互いに独立して、水素、Ｃ _１−Ｃ_２０アルキル基、Ｃ _１−Ｃ_２０アルコキシ基、Ｃ _６−Ｃ_２０アリール基、Ｃ _６−Ｃ_２０アリールオキシ基、ヘテロアリール基、ヘテロアリールオキシ基、Ｃ _４−Ｃ_２０炭素環基、Ｃ _２−Ｃ_２０ヘテロ環基、またはハロゲン原子であり、
   Ｒ_６は、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基、−Ｃ（＝Ｏ）−、または−ＳＯ_２−であり、
   Ｒ_５及びＲ_５’は、互いに独立して、下記化学式３で表示される基であり、
   化学式３中、
   Ｘ _１ は、非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基であり、
   Ｒ _７ は水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、またはシアノ基であり、
   ｍは、１〜３の整数である。］。
10. 前記非プロトン性極性溶媒と有機溶媒との混合体積比は、１：９〜９：１であることを特徴とする、請求項９に記載の組成物の製造方法。
11. 前記非プロトン性極性溶媒が、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、テトラメチレンスルホン、１，２−ジメチル−２−イミダゾリジノン及びＮ−メチルホルムアミドからなる群から選択される一つ以上であることを特徴とする、請求項９に記載の組成物の製造方法。
12. 前記有機溶媒が、１，４−ジオキサン、クロロホルム、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ベンゼン系溶媒、またはこれらの混合物であることを特徴とする、請求項９に記載の組成物の製造方法。
13. 前記有機溶媒が、ベンゼン、トルエン、及びキシレンからなる群から選択される一つ以上のベンゼン系溶媒であることを特徴とする、請求項９に記載の組成物の製造方法。
14. 前記フェノール化合物（Ａ）、ｐ−ホルムアルデヒド、及びアミン化合物（Ｂ）を混合する際に、ｐ−トルエンスルホン酸、五塩化リン（ＰＣｌ_５）、及び塩化ホスホリル（ＰＯＣｌ_３）からなる群から選択される一つ以上の触媒をさらに添加することを特徴とする、請求項９に記載の組成物の製造方法。
15. 前記熱処理を、８０〜２５０℃で実施することを特徴とする、請求項９に記載の組成物の製造方法。
16. 下記化学式１で表示される化合物及び下記化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上を含む組成物を含有する燃料電池用電極：
    ［化学式１及び２中、Ｒ_１〜Ｒ_４は互いに独立して、水素、Ｃ _１−Ｃ_２０アルキル基、Ｃ _１−Ｃ_２０アルコキシ基、Ｃ _６−Ｃ_２０アリール基、Ｃ _６−Ｃ_２０アリールオキシ基、ヘテロアリール基、ヘテロアリールオキシ基、Ｃ _４−Ｃ_２０炭素環基、Ｃ _２−Ｃ_２０ヘテロ環基、またはハロゲン原子であり、
    Ｒ_６は、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基、−Ｃ（＝Ｏ）−、または−ＳＯ_２−であり、
    Ｒ_５及びＲ_５’は、互いに独立して、下記化学式３で表示される基であり、
    化学式３中、
    Ｘ _１ は、非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基であり、
    Ｒ _７ は水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、またはシアノ基であり、
    ｍは、１〜３の整数である。］。
17. 架橋性化合物をさらに含むことを特徴とする、請求項１６に記載の燃料電池用電極。
18. 前記架橋性化合物が、ポリアゾール系化合物、ポリイミド、及びポリオキサゾールからなる群から選択される一つ以上であることを特徴とする、請求項１７に記載の燃料電池用電極。
19. 前記架橋性化合物の含有量が、前記化学式１で表示される化合物及び化学式２で表示される化合物の合計の１００重量部を基準として、５〜２１０重量部であることを特徴とする、請求項１７に記載の燃料電池用電極。
20. 下記化学式１で表示される化合物及び下記化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上を含む組成物の重合反応生成物である重合体を含有する燃料電池用電極：
    ［化学式１及び２中、Ｒ_１〜Ｒ_４は互いに独立して、水素、Ｃ _１−Ｃ_２０アルキル基、Ｃ _１−Ｃ_２０アルコキシ基、Ｃ _６−Ｃ_２０アリール基、Ｃ _６−Ｃ_２０アリールオキシ基、ヘテロアリール基、ヘテロアリールオキシ基、Ｃ _４−Ｃ_２０炭素環基、Ｃ _２−Ｃ_２０ヘテロ環基、またはハロゲン原子であり、
    Ｒ_６は、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基、−Ｃ（＝Ｏ）−、または−ＳＯ_２−であり、
    Ｒ_５及びＲ_５’は、互いに独立して、下記化学式３で表示される基であり、
    化学式３中、
    Ｘ _１ は、非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基であり、
    Ｒ _７ は水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、またはシアノ基であり、
    ｍは、１〜３の整数である。］。
21. 前記電極が、ガス拡散層及び微細多孔性層から選択される１層以上と触媒層とを含み、
    前記重合体が、前記ガス拡散層及び微細多孔性層から選択される１層以上；前記触媒層；または前記ガス拡散層及び微細多孔性層から選択される一層以上と前記触媒層との両方に含まれることを特徴とする、請求項２０に記載の燃料電池用電極。
22. 前記微細多孔性層が導電性物質を含み、
    前記微細多孔性層中の重合体の含有量が、導電性物質１重量部に対して、０．１〜０．５重量部であることを特徴とする、請求項２１に記載の燃料電池用電極。
23. 前記微細多孔性層の電気抵抗が、１２〜１４Ωｃｍ^２／ｃｍであることを特徴とする請求項２１に記載の燃料電池用電極。
24. 前記触媒層が触媒を含み、
    前記触媒層中の重合体の含有量が、触媒１重量部を基準として、０．００１〜０．５重量部であることを特徴とする、請求項２１に記載の燃料電池用電極。
25. 前記電極が、ガス拡散層、微細多孔性層、及び触媒層を含み、
    前記重合体が、前記ガス拡散層及び微細多孔性層に含まれることを特徴とする請求項２０に記載の燃料電池用電極。
26. 架橋性化合物をさらに含むことを特徴とする、請求項２０に記載の燃料電池用電極。
27. 前記架橋性化合物が、ポリアゾール系化合物、ポリイミド、及びポリオキサゾールからなる群から選択される一つ以上であることを特徴とする、請求項２６に記載の燃料電池用電極。
28. 下記化学式１で表示される化合物及び下記化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上を含む組成物の重合反応生成物である重合体を含有する燃料電池用電解質膜：
    ［化学式１及び２中、Ｒ_１〜Ｒ_４は互いに独立して、水素、Ｃ _１−Ｃ_２０アルキル基、Ｃ _１−Ｃ_２０アルコキシ基、Ｃ _６−Ｃ_２０アリール基、Ｃ _６−Ｃ_２０アリールオキシ基、ヘテロアリール基、ヘテロアリールオキシ基、Ｃ _４−Ｃ_２０炭素環基、Ｃ _２−Ｃ_２０ヘテロ環基、またはハロゲン原子であり、
    Ｒ_６は、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基、−Ｃ（＝Ｏ）−、または−ＳＯ_２−であり、
    Ｒ_５及びＲ_５’は、互いに独立して、下記化学式３で表示される基であり、
    化学式３中、
    Ｘ _１ は、非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基であり、
    Ｒ _７ は水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、またはシアノ基であり、
    ｍは、１〜３の整数である。］。
29. 架橋性化合物をさらに含むことを特徴とする、請求項２８に記載の燃料電池用電解質膜。
30. 前記架橋性化合物が、ポリアゾール系化合物、ポリイミド、及びポリオキサゾールからなる群から選択される一つ以上であることを特徴とする、請求項２９に記載の燃料電池用電解質膜。
31. カソード、アノード、及びそれらの間に介在する電解質膜を含み、
    前記カソード、アノード、及び電解質膜から選択される一つ以上が、下記化学式１で表示される化合物及び下記化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上を含む組成物を含む、燃料電池：
    ［化学式１及び２中、Ｒ_１〜Ｒ_４は互いに独立して、水素、Ｃ _１−Ｃ_２０アルキル基、Ｃ _１−Ｃ_２０アルコキシ基、Ｃ _６−Ｃ_２０アリール基、Ｃ _６−Ｃ_２０アリールオキシ基、ヘテロアリール基、ヘテロアリールオキシ基、Ｃ _４−Ｃ_２０炭素環基、Ｃ _２−Ｃ_２０ヘテロ環基、またはハロゲン原子であり、
    Ｒ_６は、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基、−Ｃ（＝Ｏ）−、または−ＳＯ_２−であり、
    Ｒ_５及びＲ_５’は、互いに独立して、下記化学式３で表示される基であり、
    化学式３中、
    Ｘ _１ は、非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基であり、
    Ｒ _７ は水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、またはシアノ基であり、
    ｍは、１〜３の整数である。］。
32. ポリアゾール系化合物、ポリイミド、及びポリオキサゾールからなる群から選択される一つ以上の架橋性化合物をさらに含むことを特徴とする、請求項３１に記載の燃料電池。
33. カソード、アノード、及びそれらの間に介在する電解質膜を含み、
    前記カソード、アノード、及び電解質膜から選択される一つ以上が、下記化学式１で表示される化合物及び下記化学式２で表示される化合物から選択される一つ以上を含む組成物の重合反応生成物である重合体を含む、燃料電池：
    ［化学式１及び２中、Ｒ_１〜Ｒ_４は互いに独立して、水素、Ｃ _１−Ｃ_２０アルキル基、Ｃ _１−Ｃ_２０アルコキシ基、Ｃ _６−Ｃ_２０アリール基、Ｃ _６−Ｃ_２０アリールオキシ基、ヘテロアリール基、ヘテロアリールオキシ基、Ｃ _４−Ｃ_２０炭素環基、Ｃ _２−Ｃ_２０ヘテロ環基、またはハロゲン原子であり、
    Ｒ_６は、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基、−Ｃ（＝Ｏ）−、または−ＳＯ_２−であり、
    Ｒ_５及びＲ_５’は、互いに独立して、下記化学式３で表示される基であり、
    化学式３中、
    Ｘ _１ は、非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキレン基または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリーレン基であり、
    Ｒ _７ は水素、置換または非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換または非置換のＣ_６−Ｃ_２０アリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリール基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロアリールオキシ基、置換または非置換のＣ_４−Ｃ_２０炭素環基、置換または非置換のＣ_２−Ｃ_２０ヘテロ環基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、またはシアノ基であり、
    ｍは、１〜３の整数である。］。
34. ポリアゾール系化合物、ポリイミド、及びポリオキサゾールからなる群から選択される一つ以上の架橋性化合物をさらに含むことを特徴とする、請求項３３に記載の燃料電池。