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電解質膜及びそれを用いた固体高分子型燃料電池

国内特許コード P110003281
整理番号 A152P46
掲載日 2011年6月17日
出願番号 特願2003-573727
登録番号 特許第5010799号
出願日 平成15年3月6日(2003.3.6)
登録日 平成24年6月8日(2012.6.8)
国際出願番号 JP2003002631
国際公開番号 WO2003075386
国際出願日 平成15年3月6日(2003.3.6)
国際公開日 平成15年9月12日(2003.9.12)
優先権データ
  • 特願2002-061916 (2002.3.7) JP
発明者
  • 山口 猛央
  • 山本 一成
  • 中尾 真一
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
  • 日東電工株式会社
発明の名称 電解質膜及びそれを用いた固体高分子型燃料電池
発明の概要 本発明は、メタノール透過阻止性に優れ、面積変化がないか又は低下したものであり、且つプロトン伝導性が優れた電解質膜、並びに該電解質を用いた燃料電池、特に固体高分子型燃料電池、より具体的には直接型メタノール固体高分子型燃料電池を開示する。具体的には、本発明は、多孔性基材の細孔にプロトン伝導性を有する第1ポリマーを充填してなる電解質膜であって、多孔性基材が、i)ポリオレフィン類からなる群から選ばれる少なくとも1種の第2ポリマーとii)そのポリマー内に二重結合を有する第3ポリマーとを有してなり、第2ポリマー同士が架橋されている架橋化第2ポリマーを含む電解質膜及び該電解質を用いた燃料電池を開示する。
従来技術、競合技術の概要


地球的な環境保護の動きが活発化するにつれて、いわゆる温暖化ガスやNOxの排出防止が強く叫ばれている。これらのガスの総排出量を削減するために、自動車用の燃料電池システムの実用化が非常に有効と考えられている。
固体高分子型燃料電池(PEFC、Polymer Electrolyte Fuel Cell)は、低温動作、高出力密度、発電反応で水しか生成されないという優れた特徴を有している。なかでも、メタノール燃料のPEFCは、ガソリンと同様に液体燃料として供給が可能なため、電気自動車用動力として有望であると考えられている。
固体高分子型燃料電池は、改質器を用いてメタノールを水素主成分のガスに変換する改質型と、改質器を用いずにメタノールを直接使用する直接型(DMFC、Direct Methanol Polymer Fuel Cell)の二つのタイプに区分される。直接型燃料電池は、改質器が不要であるため、1)軽量化が可能である。また、2)頻繁な起動・停止に耐えうる、3)負荷変動応答性も大幅に改善できる、4)触媒被毒も問題にならないなどの大きな利点があり、その実用化が期待されている。
しかしながら、メタノール燃料のPEFCの電解質として、i)メタノール透過阻止性(メタノールが電解質を透過しないこと);ii) 耐久性、より詳しくは高温(80℃以上)運転での耐熱性;iii) 起動・終了によって膜への液湿潤・乾燥に伴う面積変化がないか又は少ないこと;及びiv)プロトン伝導性;v)薄膜化;vi)化学的耐性などを有することが求められているが、これらの要件を十分に満たす電解質膜は存在しなかった。
また、ポータブル用のメタノール燃料PEFCという観点においては、i)メタノール透過阻止性が重要であり、且つ常温付近での運転が可能であることが重要となる一方、高温での耐久性は重要度が低くなる。

産業上の利用分野


本発明は一般的に燃料電池に関し、詳細には直接型メタノール固体高分子型燃料電池に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
多孔性基材の細孔にプロトン伝導性を有する第1ポリマーを充填してなる電解質膜であって、多孔性基材が、i) ポリオレフィン類からなる群から選ばれる少なくとも1種の第2ポリマーとii) そのポリマー内に二重結合を有する第3ポリマーとを有してなり、第2ポリマー同士が架橋されている架橋化第2ポリマーを含み、前記第3ポリマーが、脂肪族環状骨格を有する重合体及びポリブタジエンのうちの少なくとも1種である、上記電解質膜。

【請求項2】
前記第3ポリマーがポリノルボルネンである請求項記載の電解質膜。

【請求項3】
前記第2ポリマーがポリエチレンを有してなる請求項1又は2記載の電解質膜。

【請求項4】
前記第2ポリマーがポリエチレンであり且つ前記第3ポリマーがポリノルボルネンである請求項1~のいずれか1項記載の電解質膜。

【請求項5】
前記第1ポリマーが前記基材の細孔内表面にその一端を結合したポリマーである請求項1~のいずれか1項記載の電解質膜。

【請求項6】
前記基材の細孔に、プロトン伝導性を有する第4のポリマーをさらに充填してなる請求項5記載の電解質膜。

【請求項7】
請求項1~のいずれか1項記載の電解質膜を有する燃料電池。

【請求項8】
請求項1~のいずれか1項記載の電解質膜を有する固体高分子型燃料電池。

【請求項9】
請求項1~のいずれか1項記載の電解質膜を有する直接型メタノール固体高分子型燃料電池。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 資源循環・エネルギーミニマム型システム技術 領域
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