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膜電極接合体、燃料電池、及び電解質膜の製造方法 UPDATE

国内特許コード P130008628
整理番号 №1375
掲載日 2013年3月6日
出願番号 特願2012-246408
公開番号 特開2013-122915
登録番号 特許第6068939号
出願日 平成24年11月8日(2012.11.8)
公開日 平成25年6月20日(2013.6.20)
登録日 平成29年1月6日(2017.1.6)
優先権データ
  • 特願2011-244774 (2011.11.8) JP
発明者
  • 鷲尾 方一
  • 大島 明博
  • 土田 亮太
  • 巽 貴浩
  • 吉川 妙子
  • 坪倉 英裕
  • 平岩 郷志
出願人
  • 学校法人早稲田大学
  • 株式会社 エックスネット
発明の名称 膜電極接合体、燃料電池、及び電解質膜の製造方法 UPDATE
発明の概要 【課題】膨潤による変形を防止することができる電解質膜、これを用いた膜電極接合体と燃料電池、及び電解質膜の製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも固体高分子膜を基材とする膜本体11と、前記膜本体11に形成された、プロトンを電導するイオン交換基を含む親水部12と、疎水性材料で形成された疎水部13とを有することを特徴とする。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要


燃料電池は、水素と酸素を化学反応させて電気を発電する装置であり、エネルギー効率が高く、環境汚染物質をほとんど排出しないので、地球環境に配慮した新しい発電システムとして、さらなる普及が期待されている。燃料電池としては、燃料ガスが供給されるアノード電極と、酸化剤ガスが供給されるカソード電極と、各電極間に設けられ、アノード電極からカソード電極へプロトンを電導するイオン交換基を含む導電性高分子材料からなる電解質膜とを備えた燃料電池が開示されている(例えば、特許文献1)。なお、燃料及び酸化剤は、ガスに限らず液体で供給される場合もある。



上記特許文献1に係る燃料電池の場合、電解質膜はカソード電極側のイオン交換基の濃度がアノード電極側よりも高く設定されている。これにより、特許文献1に係る燃料電池は、フラッディングを抑制することができる、という効果が得られる。フラッディングとは、発電能力を高めようとすると、カソード電極側の水が過剰に生成され、結果的に発電性能が低下してしまう現象をいう。特許文献1に係る燃料電池は、カソード電極側に生成されプロトンの移動を阻害する自由水をカソード電極側のイオン交換基に結合水として取り込むことにより、プロトンの電導経路をより多く確保することができる。

産業上の利用分野


本発明は、電解質膜、膜電極接合体、燃料電池、及び電解質膜の製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
燃料が供給されるアノード電極と、
酸化剤としての酸素が無加湿で供給されるカソード電極と、
前記アノード電極と前記カソード電極間に設けられた電解質膜と
を備える燃料電池に用いられる膜電極接合体であって、
前記電解質膜において、
少なくとも固体高分子膜を基材とする膜本体を備え、
前記膜本体は、
プロトンを電導するイオン交換基を含む親水部と、疎水性材料で形成された疎水部とを有し、
前記親水部は、前記膜本体の前記アノード電極側表面から前記カソード電極側表面に連通して前記アノード電極側表面から前記カソード電極側表面に向かって先細形状に形成されている
ことを特徴とする膜電極接合体。

【請求項2】
燃料が供給されるアノード電極と、
酸化剤としての酸素が加湿して供給されるカソード電極と、
前記アノード電極と前記カソード電極間に設けられた電解質膜と
を備える燃料電池に用いられる膜電極接合体であって、
前記電解質膜において、
少なくとも固体高分子膜を基材とする膜本体を備え、
前記膜本体は、
プロトンを電導するイオン交換基を含む親水部と、疎水性材料で形成された疎水部とを有し、
前記親水部は、前記膜本体の前記カソード電極側表面から前記アノード電極側表面に連通して前記カソード電極側表面から前記アノード電極側表面に向かって先細形状に形成されている
ことを特徴とする膜電極接合体。

【請求項3】
前記疎水部は前記親水部を囲むように形成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の膜電極接合体

【請求項4】
前記疎水部は、格子状に形成されていることを特徴とする請求項記載の膜電極接合体

【請求項5】
前記膜本体の前記アノード電極側表面及び前記カソード電極側表面の少なくともいずれか一方の少なくとも疎水部の表面にイオン交換基を含む表面層が形成されていることを特徴とする請求項1~のいずれか1項に記載の膜電極接合体

【請求項6】
請求項1~5のいずれか1項に記載の膜電極接合体を備えたことを特徴とする燃料電池。

【請求項7】
燃料電池に用いられる電解質膜の製造方法において、
疎水性材料で形成された膜本体の一部に加速電圧90kV~200kVで電子ビームを照射する工程と、
前記膜本体の一側表面の少なくともいずれか一方の表面に加速電圧40kV~50kVで電子ビームを照射する工程と、
前記膜本体にスチレンモノマーをグラフト重合する工程と、
プロトンを電導するイオン交換基を導入する工程と
を備え、
前記イオン交換基を含む親水部を前記膜本体に形成することを特徴とする電解質膜の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2012246408thum.jpg
出願権利状態 登録
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