本发明专利技术涉及一种特别适用于以高浓度甲醇作为燃料来使用的燃料电池时，可赋予优异发电特性的质子交换膜。本发明专利技术的芳香族烃类质子交换膜，其离子交换容量在０．６～１．３ｍｅｑ／ｇ的范围内。此外，对４０℃、３０质量％的甲醇水溶液的面积膨胀率在２至３０％的范围内。优选为磺酸基是直接键合于包含在该芳香族烃类质子交换膜中的芳香族烃类聚合物的芳香环。此外，优选为该芳香族烃类聚合物为聚亚芳基醚类聚合物。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】芳香族烃类质子交换膜及使用它的直接甲醇型燃料电池
本专利技术涉及适合用作以高浓度甲醇水溶液作为燃料来使用的直接甲醇型燃料电池用的高分子电解质膜的芳香族烃类质子交换膜，及使用它的直接甲醇型燃料电池。
技术介绍
直接甲醇型燃料电池是以使用甲醇为燃料来发电的形式的固体高分子型燃料电池，且在笔记型个人计算机、PDA(个人数字助理)或可携式电话等的电源的应用正被寄予期望。直接甲醇型燃料电池的构成是以在质子交换膜的两面接合一对电极的所谓的膜电极组(MEA)的结构体为中心所构成，且对一电极供应甲醇水溶液，对另一电极则供应空气等的氧化性气体，由此即可使其作为电池而发生作用。甲醇水溶液的浓度愈浓，则能量密度将变得愈高，因此可实现长时间运转或燃料槽的小型化，适合于实务应用。作为取代液体电解质而以高分子固体电解质用作为离子导体的电化学装置的一实例，即可使用于水电解槽和燃料电池的高分子膜，是作为阳离子交换膜在具有质子传导率，同时还必须是在化学、热、电化学及力学上充分稳定。因此，通常是使用可长期使用的主要以美国杜邦公司制造的“Nafion(注册商标)”为代表例的全氟碳磺酸膜。然而，对于以甲醇为燃料的燃料电池而言，若使用Nafion(注册商标)膜时，则有甲醇将渗透Nafion(注册商标)膜而流入空气极侧的“甲醇渗透”问题显著，存在电池性能降低的问题。再者，膜的成本偏高也被指出是确立燃料电池技术的障碍。因此，通常是以最小限度的抑制甲醇渗透为目的而使用低浓度的甲醇水溶液。因此能量密度低，并且燃料槽将变大而构成实用化的障碍。-->作为为克服如上所述缺点的方法之一，已进行开发甲醇渗透少的膜，已进行各种例如如下的研究：在含有非氟类芳香族环的聚合物导入磺酸基的芳香族烃类高分子电解质膜，或在烃类的含有芳香族环的聚合物导入磺酸基的高分子质子交换膜。若考虑到耐热性或化学稳定性时，则作为聚合物骨架优选为在主链骨架具有芳香环结构者，且以在聚芳撑醚(polyarylene ether)、聚芳撑基(polyarylene)、聚酰亚胺等的聚合物导入磺酸基者已为众所皆知。此外，芳香族聚芳撑醚酮类或芳香族聚芳撑醚砜类等的芳香族聚芳撑醚化合物也可视为具有潜在性的结构，例如已有聚芳基醚砜加以磺化者〔例如，参阅膜科学期刊(Journal of Membrane Science)(荷兰)第83册、第211至220页(1993年)(非专利文献1)〕；将聚醚醚酮加以磺化者〔例如，参阅日本特开平第6-93114号公报(专利技术专利文献1)〕；及磺化聚苯乙烯等的报告。然而，因该等聚合物的通过磺化反应所导入在芳香环上的磺酸基通常却有容易因热而脱离的倾向，为改善此问题的方法，已有通过使用在吸电性芳香环上导入磺酸基的单体来进行聚合的高热稳定性的磺化聚芳基醚砜类化合物(参阅例如美国专利技术专利申请案公开第2002/0091225号说明书(专利文献2))；或磺化聚亚芳基醚类化合物(参阅日本特开第2004-244437号公报(专利文献3))的报告。通过使用经磺化的单体的聚合来获得直接磺化聚合物的方法，是已例如：专利文献2、国际公开第2003/095509号小册(专利文献4)、国际公开第2004/033534号小册(专利文献5)、国际公开第2004/086584号小册(专利文献6)。一般而言，由该等聚合物所构成的质子交换膜，将显示甲醇渗透性比全氟碳磺酸膜更小的值，视为对于直接甲醇型燃料电池是一种有希望的材料。对于例如全氟碳磺酸膜这样的高甲醇渗透性的膜而言，若不使用经稀释的甲醇水溶液，则不易发挥发电性能，但是若能使用高浓度者时，则可期望系统加以小型化，以制得使用性-->能更高者。芳香族烃类高分子膜虽然具有会显示优于全氟碳磺酸膜的发电特性的倾向，但是一般而言，质子传导性和甲醇阻挡性是具有相互抵制的特性，因此，若以质子传导特性为优先时，则将因甲醇渗透性增高而容易导致发电特性降低；而若以甲醇阻挡特性为优先时，则将因膜电阻增高而容易导致发电特性降低。因此，在芳香族烃类高分子膜方面，若使用将重点放在质子传导性的膜时，则在提高燃料甲醇水溶液浓度时，则从燃料极向对极的甲醇渗透一定会增加，以致迄今为止仍然无法实现充分的发电特性。将如上述的质子交换膜应用在直接甲醇型燃料电池的实例，已有由维吉尼亚州技术学院及州立大学的化学和材料研究所的J.E.McGrath等人提出已获得具有比较良好的质子传导性和初期发电特性的燃料电池的报告。然而，用于直接甲醇型燃料电池的甲醇浓度是在此种情形时，却也是属浓度稀薄者，因此并未解决上述问题。考虑其原因之一，无非是甲醇浓度一旦增高，质子交换膜即容易膨润，以致电极剥落的缘故。专利文献1：日本特开平第6-93114号公报专利文献2：美国专利技术专利申请案公开第2002/0091225号说明书专利文献3：日本特开第2004-244437号公报专利文献4：国际公开第2003/095509号小册专利文献5：国际公开第2004/033534号小册专利文献6：国际公开第2004/086584号小册非专利文献1：膜科学期刊(荷兰)第83册、第211至220页(1993年)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种芳香族烃类质子交换膜、及使用它的直接甲醇型燃料电池，该芳香族烃类质子交换膜以浓度为25质量％以上的高浓度甲醇水溶液作为燃料来使用时，能提供良好电池性能。-->本专利技术的专利技术人经累积专心研究结果发现：在芳香族烃类的质子交换聚合物中，若使用具有特定的面积膨胀率的质子交换膜时，则可提供一种可将高浓度甲醇水溶液用作为燃料的直接甲醇型燃料电池。亦即，本专利技术是一种芳香族烃类质子交换膜，其是在使用浓度25质量％以上的甲醇水溶液作为燃料的直接甲醇型燃料电池中使用的，含有芳香族烃类聚合物的芳香族烃类质子交换膜，且对于40℃、30质量％的甲醇水溶液的面积膨胀率在2至30％的范围内。此外，本专利技术是一种芳香族烃类质子交换膜，其是在使用浓度25质量％以上的甲醇水溶液作为燃料的直接甲醇型燃料电池中使用的，含有芳香族烃类聚合物的芳香族烃类质子交换膜，且离子交换容量在0.6至1.3meq/g的范围内。再者，本专利技术是一种芳香族烃类质子交换膜，其是在使用浓度25质量％以上的甲醇水溶液作为燃料的直接甲醇型燃料电池中使用的，含有芳香族烃类聚合物的芳香族烃类质子交换膜，对于40℃、30质量％的甲醇水溶液的面积膨胀率在2至30％的范围内，且离子交换容量在0.6至1.3meq/g的范围内。此外，本专利技术是一种磺酸基是直接键合于芳香环上的芳香族烃类质子交换膜。此外，本专利技术是一种芳香族烃类质子交换膜，其中，芳香族烃类聚合物为聚亚芳基醚类聚合物。再者，本专利技术是一种芳香族烃类质子交换膜，其中，芳香族烃类聚合物含有以下述通式(1)和/或通式(2)所代表的构成成份：-->式中，Y是代表磺基或酮基，X是代表H或一价的阳离子。Ar’、Ar”是代表也可含有取代基的二价芳香族基。此外，本专利技术是一种会显示在80℃的水中所测得的质子传导率的值在25℃的水中所测得的值的3倍以上的值的芳香族烃类质子交换膜。此外，本专利技术是一种平均膜厚在5微米至35微米的范围内的芳香族烃类质子交换膜。再者，本专利技术是一种使用上述芳香族烃类质子交换膜的直接甲醇型燃料电池。再者本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种芳香族烃类质子交换膜，用于以浓度２５质量％以上的甲醇水溶液用作燃料的直接甲醇型燃料电池，其是含有芳香族烃类聚合物的芳香族烃类质子交换膜，且对于４０℃、３０质量％的甲醇水溶液的面积膨胀率在２～３０％的范围内。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-11-10 326325/2004;JP 2004-11-10 326324/2001.一种芳香族烃类质子交换膜，用于以浓度25质量％以上的甲醇水溶液用作燃料的直接甲醇型燃料电池，其是含有芳香族烃类聚合物的芳香族烃类质子交换膜，且对于40℃、30质量％的甲醇水溶液的面积膨胀率在2～30％的范围内。2.一种芳香族烃类质子交换膜，用于以浓度25质量％以上的甲醇水溶液用作燃料的直接甲醇型燃料电池，其是含有芳香族烃类聚合物的芳香族烃类质子交换膜，且离子交换容量在0.6～1.3meq/g的范围内。3.如权利要求1所述的芳香族烃类质子交换膜，其中，离子交换容量在0.6～1.3meq/g的范围内。4.如权利要求1至3中任一项所述的芳香族烃类质子交换膜，...
【专利技术属性】
技术研发人员：山下全广，坂口佳充，北村幸太，
申请(专利权)人：东洋纺织株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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