凝胶状电解质的分散液的制造方法技术

凝胶状电解质的分散液的制造方法，包括：水含量降低工序，其中将电解质的水性分散液在50℃以下的温度下浓缩，将该电解质的浓缩物中的水含量降低至基于该电解质的浓缩物的总质量为5质量％以下；和醇添加工序，其中将醇添加至在所述水含量降低工序中获得的电解质的浓缩物中以形成凝胶状电解质的分散液。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
燃料电池是通过使氢气和氧气电化学反应来获得电力的发电系统。原则上，发电 产生的唯一产物是水。因此，燃料电池作为给全球环境产生小负荷的清洁发电系统受到关 注。根据电解质的种类，将燃料电池分类为固体聚合物型、磷酸型、熔融碳酸盐型和固体氧 化物型。 固体聚合物型燃料电池使用质子传导性的离子可交换性固体聚合物电解质膜作 为电解质。膜电极组件（MEA)是固体聚合物型燃料电池的基本单元，具有其中两组电极催 化剂层粘结至离子可交换性固体聚合物电解质膜的上表面和下表面的结构。在其中用作离 子可交换性固体聚合物电解质膜的材料的电解质是凝胶状电解质的分散液的情况下，可以 制作膜电极组件而不用必须使用用于粘结电极催化剂层的辅助材料。因为这个原因，凝胶 状电解质在制作固体聚合物型燃料电池中是有用的。 日本专利申请公开号2005-174587 (JP2005-174587A)公开了通过将酸和对所述 酸膨胀的聚合化合物混合而形成的凝胶电解质。JP2005-174587A描述了所述聚合化合物 是部分甲基化的聚苯并咪唑，其中特定聚苯并咪唑结构的取代基R的至少一部分由甲基组 成。 PCT国际公开号WO 2013/031060公开了用于形成催化剂电极的催化剂油墨的制 造方法，其包括通过将作为催化剂负载导电性粒子的催化剂负载粒子分散在溶剂中来生成 催化剂分散液的工序，通过将离聚物和挥发性溶剂混合来制备凝胶体的工序，和通过将所 述催化剂分散液和所述凝胶体搅拌和混合来制备催化剂油墨的工序。所述离聚物是离子传 导性聚合物，其也用作电解质膜的材料。PCT国际公开号W02013/031060描述了全氟磺酸 聚合物如Nafion(注册商标）等可用作离聚物。此外，PCT国际公开号WO 2013/031060描 述了用在通过将离聚物和挥发性溶剂混合来制备凝胶体的工序中的离聚物可以优选具有 500g/mol~900g/mol的离子交换当量（EW)值，混合溶液中醇的重量比率可以优选为5重 量％~20重量％，并且加热温度可以优选为在60°C~90°C的范围内。 日本专利申请公开号2010-129409 (JP2010-129409A)公开了包含设置有膜电 极组件的电动部的燃料电池，所述膜电极组件包含燃料电极、空气电极和夹在所述燃料 电极与所述空气电极之间以便接触所述燃料电极的催化剂层和所述空气电极的催化剂 层的电解质膜，其中燃料电极的气体扩散层包含由具有亲水性的亲水导电性粒子填充的 导电性多孔基材。JP2010-129409A描述了所述电解质膜由质子传导性材料组成。此外， JP2010-129409A描述了，由于从空气电极通过电解质膜供给的水被燃料电极保持是重要 的，所以通过酸处理等对包括电解质膜的各个元件进行亲水化。 PCT国际公开号WO 2011/083842公开了聚合物电解质溶液的制造方法，其包括制 备其中将具有有亲水性官能团的侧链的聚合物电解质溶于溶剂中的前溶液的前溶液制备 工序，和通过至少将水降低至10 %以下的浓度来从前溶液获得聚合物电解质溶液的溶液制 备工序。PCT国际公开号WO 2011/083842描述了水的去除可以在水浴中进行。此外，PCT 国际公开号WO 2011/083842描述了可以将仲醇和叔醇中的至少一种用作溶剂。 如上文所描述的，以提供用于制造固体聚合物型燃料电池的凝胶状电解质为目 的，开发了不同手段。然而，在如JP2005-174587A和PCT国际公开号WO 2013/031060的技 术中，存在如下问题：要凝胶化的电解质限于具有特定结构和/或特定物理特性（例如EW 值）的电解质。此外，在PCT国际公开号WO 2011/083842的技术中，可以提高粘度。然而， 存在凝胶化可能不充分进行的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了容易且稳定地将不同电解质凝胶化的手段。 作为对用于解决上述问题的手段的各种研究的结果，本专利技术人发现通过如下可以 将电解质稳定地凝胶化：在低温下浓缩电解质的水性分散液，降低电解质的浓缩物中的水 含量，然后添加醇。本专利技术人在以上发现的基础上完成了本专利技术。 也就是说，本专利技术的要点如下。 (1)制造，包括：水含量降低工序，其中将电解 质的水性分散液在50°C以下的温度下浓缩，将该电解质的浓缩物中的水含量降低至基于该 电解质的浓缩物的总质量为5质量％以下；和醇添加工序，其中将醇添加至在所述水含量 降低工序中获得的电解质的浓缩物中以形成凝胶状电解质的分散液。 ⑵根据项目⑴所述的制造方法，其中在所述水含量降低工序中，对电解质的水 性分散液进行浓缩直至电解质的浓缩物中的电解质含量基于该电解质的浓缩物的总质量 变为20质量％以上。 (3)根据项目⑴或⑵所述的制造方法，其中在所述水含量降低工序中，将电解 质的水性分散液在处于〇°C~30°C范围内的温度下浓缩。 (4)根据项目（1)~（3)中任一项所述的制造方法，其中所述醇为一种或多种脂族 醇。 根据本专利技术，可以提供容易且稳定地将不同电解质凝胶化的手段。 其它问题、构成和效果将从以下的实施方式描述变得显而易见。【具体实施方式】 现在将详细描述本专利技术的优选实施方式。 〈1 :〉 本专利技术涉及。在本说明书中，术语"凝胶"、"凝 胶状"或"凝胶态"意味着含有聚合材料且具有液体流动性的溶液或分散液（以下也称作 "溶胶"）失去液体流动性，并因此（i)成为含有至少包含聚合材料和介质的两种以上成分 的凝聚性分散体系，（ii)显示具有固体特征的力学行为，并且（3)进入其中聚合材料和介 质在其整体上连续地散布的状态。这个定义在相关
是众所周知的（参见如Kunio Nakamura，"何种状态谓凝胶（What kind of state is a gel)"，化学和生物学（Chemistry and Biology)，第 36 卷，第 I 期，1998)。 在本说明书中，术语"凝胶状电解质的分散液"指的是如下电解质的分散液，其作 为分散液中电解质变为凝胶形状（以下也称作"凝胶化"）的结果，稳定地维持满足（i)~ (iii)全部要求的凝胶态。一般来说，如果在高温下对电解质的分散液进行热处理，可能有 该分散液变成凝聚性分散体系并且其粘度升高的情况。即使在这种情况下，如果电解质的 分散液没有显示具有固体特征的力学行为和/或如果电解质的分散液没有进入其中电解 质和介质在其整体上连续地散布的状态，则不确定电解质处于凝胶态。在其中电解质不处 于凝胶态的情况下，存在如下可能性：当将电解质应用于用在固体聚合物型燃料电池的膜 电极组件中的电极催化剂层和/或电解质膜的材料时，在干燥元件的过程期间生成裂缝。 此外，在其中电解质不处于凝胶态的情况下，变得难以调整电解质的分散液的粘度。因此， 当电解质应用于电极催化剂层和/或电解质膜的材料时，存在材料分布不均匀和生成风纹 或液滴的可能性。在这种情况下，存在所得固体聚合物型燃料电池的质量劣化发生的可能 性。出于这个原因，通过制造满足（i)~（iii)全部要求的凝胶状电解质的分散液，可以提 供用于制造高质量固体聚合物型燃料电池的材料。 例如通过视觉观察或基于物理试验对（i)~（iii)全部要求的满足进行确认，可 以确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种凝胶状电解质的分散液的制造方法，包括：水含量降低工序，其中将电解质的水性分散液在50℃以下的温度下浓缩，将该电解质的浓缩物中的水含量降低至基于该电解质的浓缩物的总质量为5质量％以下；和醇添加工序，其中将醇添加至在所述水含量降低工序中获得的电解质的浓缩物中以形成凝胶状电解质的分散液。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：远藤美登，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP