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固体高分子電解質及びその製造方法 UPDATE

国内特許コード P05A006989
掲載日 2005年4月8日
出願番号 特願2003-128410
公開番号 特開2004-335231
登録番号 特許第3978493号
出願日 平成15年5月6日(2003.5.6)
公開日 平成16年11月25日(2004.11.25)
登録日 平成19年7月6日(2007.7.6)
発明者
  • 梅田 実
  • 山田 明文
出願人
  • 国立大学法人長岡技術科学大学
発明の名称 固体高分子電解質及びその製造方法 UPDATE
発明の概要 【課題】製造が容易で高イオン伝導率を有する固体高分子電解質を安価に提供すること。
【解決手段】本発明の固体高分子電解質は、酸性基を有する高分子と塩基性基を有する高分子とから形成されたポリイオンコンプレックスからなることを特徴とする。酸性基がスルホン酸基、カルボキシル基又はリン酸基であり、塩基性基が含窒素基である。塩基性基のモル当量に対する酸性基のモル当量の比が1.2~10であるか、又は酸性基のモル当量に対する塩基性基のモル当量の比が1.2~10である。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


固体高分子形電解質膜燃料電池(PEFC)は、小型で軽量な電源として大きく注目されている。とりわけ固体高分子電解質膜の研究はPEFCの発展において中心的な存在であり,多くの研究でパーフルオロ骨格の側鎖にスルホン酸基が結合したパーフルオロアルキルスルホン酸型高分子が用いられている。



しかしながら、パーフルオロアルキルスルホン酸型高分子の導電率は実質上の利用において十分に満足いくものではない。例えばパーフルオロアルキルスルホン酸型高分子を固体高分子形燃料電池の電解質膜として用いる場合、パーフルオロアルキルスルホン酸型高分子が電極触媒の活性点を隠蔽してしまうという欠点がある。またパーフルオロアルキルスルホン酸型高分子は、構造の複雑なフッ化炭素系の材料であるため、製造過程が複雑になるという欠点も有する。従ってパーフルオロアルキルスルホン酸型高分子の使用は固体高分子電解質膜のコストを増加させてしまう。そこで、フッ素系ポリマーを有しない化学構造で高い導電率を達成し得る固体高分子電解質膜が種々提案されている。例えば、ナフィオンとシリカとの混合物、固体酸、フラーレン誘導体などが提案されている。さらに、ポリマーブレンド技術が利用されている(非特許文献1及び2参照)。しかしブレンドした高分子のイオン伝導率はナフィオンのそれよりも高くない。



【非特許文献1】
R. W. Kopitzke, C. A. Linkous, H. R. Anderson and G. L. Nelson, J. Electrochem. Soc. 147, p.1677 (2000).
【非特許文献2】
L. Hong and N. Chen, J. Polym. Sci. Part B 38, p.1530 (2000).



従って本発明は、製造が容易で高イオン伝導率を有する固体高分子電解質を安価に提供することを目的とする。

産業上の利用分野


本発明は、高イオン伝導性を有する非フッ素系高分子からなる固体高分子電解質に関する。また本発明は該固体高分子電解質の製造方法及び該固体高分子電解質を用いた固体高分子形燃料電池に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
酸性基を有する高分子と塩基性基を有する高分子とから形成されたポリイオンコンプレックスからなり、
酸性基を有する高分子が、ポリスチレンスルホン酸であり、
塩基性基を有する高分子が、ポリエチレンイミンであり、
塩基性基のモル当量に対する酸性基のモル当量の比が1.2~10であるか、又は酸性基のモル当量に対する塩基性基のモル当量の比が1.2~10であることを特徴とする固体高分子電解質。

【請求項2】
酸性高分子及び塩基性高分子の重量平均分子量が1,000~1,000,000である請求項1記載の固体高分子電解質。

【請求項3】
厚みが5~300μmの膜であり、固体高分子形燃料電池の電解質膜として用いられる請求項1~3の何れかに記載の固体高分子電解質。

【請求項4】
請求項1記載の固体高分子電解質の製造方法であって、
酸性基を有する高分子中の該酸性基及び/又は塩基性基を有する高分子中の該塩基性基の一部をイオン交換し、次いで両者を混合してそれらの水溶液となし、該水溶液を塗工し塗膜を乾燥させてポリイオンコンプレックスの前駆体膜を形成し、該前駆体膜を酸又はアルカリで処理することによりポリイオンコンプレックスを得、
酸性基を有する高分子が、ポリスチレンスルホン酸であり、
塩基性基を有する高分子が、ポリエチレンイミンであることを特徴とする固体高分子電解質の製造方法
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2003128410thum.jpg
出願権利状態 登録
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