含有质子供给性基团的质子传导膜和燃料电池制造技术

本发明专利技术提供一种即使在低湿或无水的环境下也显示高的质子传导率的质子传导膜。一种质子传导膜，包含交联聚合物和增塑剂，交联聚合物含有具有质子供给性基团的重复单元，该具有质子供给性基团的重复单元为构成交联聚合物的重复单元的10mol％以上，增塑剂的至少60质量％为pKa2.5以下的质子供给性化合物，且该质子传导膜在20℃以上且125℃以下的温度范围为粘弹性固体。粘弹性固体。粘弹性固体。

【技术实现步骤摘要】
含有质子供给性基团的质子传导膜和燃料电池


[0001]本公开涉及含有质子供给性基团的质子传导膜和使用该质子传导膜的燃料电池。

技术介绍

[0002]以往，作为燃料电池用的电解质材料中使用的质子传导膜，例如已知有Nafion(注册商标，以下相同)等全氟磺酸树脂膜。然而，为了以这样的全氟磺酸树脂膜实现高的质子传导率，水的存在是不可或缺的。因此，具备这样的全氟磺酸树脂膜的燃料电池需要将使用温度限制为小于水的沸点。
[0003]因此，开发了能够在低湿或无水的环境下使用的质子传导膜。
[0004]例如，在专利文献1中公开了一种质子传导膜，其包含交联聚合物和增塑剂，上述交联聚合物具有构成上述交联聚合物的重复单元的10mol％以上的质子接受性基团，上述增塑剂包含pKa2.5以下的质子供给性化合物，且在50℃以上且120℃以下的温度范围为粘弹性固体。
[0005]另外，在专利文献2中公开了一种质子传导性高分子膜，其包含具有苯并咪唑单元的含有磺酸基的聚唑，以及通过包括特定工序的工艺而得到。
[0006]另外，在专利文献3中公开了一种固体高分子电解质膜，其包含交联聚合物和增塑剂，上述交联聚合物和增塑剂中的至少一者具有质子释放性基团。
[0007]另外，在专利文献4中公开了一种固体高分子电解质膜，其是作为固体高分子型燃料电池的电解质膜使用的固体高分子电解质膜，其是对具有酸性或碱性部位的主聚合物的除主聚合物的酸性或碱性部位以外的部位导入大量能够与主聚合物一起形成酸/碱复合结构的副聚合物而成的。
>[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1：日本特开2019－135715号公报
[0011]专利文献2：日本特开2011－080075号公报
[0012]专利文献3：日本特开2018－190647号公报
[0013]专利文献4：日本特开2001－236973号公报

技术实现思路

[0014]然而，以往的能够在低湿或无水的环境下使用的质子传导膜的质子传导率依然存在改善的余地。
[0015]本公开想要改善上述情况，其目的在于提供一种即使在低湿或无水的环境下也显示高的质子传导率的质子传导膜。
[0016]实现上述目的的本公开如下。
[0017]〈方式1〉
[0018]一种质子传导膜，包含交联聚合物和增塑剂，
[0019]上述交联聚合物含有具有质子供给性基团的重复单元，该具有质子供给性基团的重复单元为构成上述交联聚合物的重复单元的10mol％以上，
[0020]上述增塑剂的至少60质量％为pKa2.5以下的质子供给性化合物，且
[0021]在20℃以上且125℃以下的温度范围为粘弹性固体。
[0022]〈方式2〉
[0023]根据方式1所述的质子传导膜，其中，上述增塑剂的至少80质量％为上述质子供给性化合物。
[0024]〈方式3〉
[0025]根据方式1或2所述的质子传导膜，其中，上述具有质子供给性基团的重复单元为构成上述交联聚合物的重复单元的50mol％以上。
[0026]〈方式4〉
[0027]根据方式1～3中任一项所述的质子传导膜，其中，上述增塑剂相对于上述具有质子供给性基团的重复单元的摩尔比(增塑剂/具有质子供给性基团的重复单元)为0.4～8.0。
[0028]〈方式5〉
[0029]根据方式1～4中任一项所述的质子传导膜，其中，将上述交联聚合物和上述增塑剂的合计设为100质量份时，上述增塑剂的含量为20质量份以上且90质量份以下。
[0030]〈方式6〉
[0031]根据方式1～5中任一项所述的质子传导膜，其中，上述增塑剂相对于上述具有质子供给性基团的重复单元的摩尔比(增塑剂/具有质子供给性基团的重复单元)为1.0～8.0。
[0032]〈方式7〉
[0033]根据方式1～6中任一项所述的质子传导膜，其中，将上述交联聚合物和上述增塑剂的合计设为100质量份时，上述增塑剂的含量为50质量份以上且90质量份以下。
[0034]〈方式8〉
[0035]根据方式1～7中任一项所述的质子传导膜，其中，上述质子供给性化合物为选自硫酸和磷酸中的1种以上。
[0036]〈方式9〉
[0037]根据方式1～8中任一项所述的质子传导膜，其中，上述质子供给性基团为选自磺酸基、膦酸基和羧酸基中的至少1种。
[0038]〈方式10〉
[0039]根据方式1～9中任一项所述的质子传导膜，上述交联聚合物为上述具有质子供给性基团的乙烯基系单体即第1单体与交联性乙烯基单体即第2单体的共聚物。
[0040]〈方式11〉
[0041]根据方式1～10中任一项所述的质子传导膜，其中，质子传导率在50℃为0.00048S/cm以上。
[0042]〈方式12〉
[0043]一种燃料电池，具有方式1～11中任一项所述的质子传导膜。
[0044]本公开的质子传导膜即使在低湿或无水的环境下也能够显示高的质子传导率。
[0045]因此，本公开的质子传导膜特别适合作为燃料电池的质子传导膜使用。
附图说明
[0046]图1是用于说明本公开的质子传导膜发挥功能的机制的概略图。
[0047]图2是实施例1的质子传导膜的照片。
[0048]图3是表示实施例1和比较例1～3的质子传导膜的质子传导率的图。
[0049]图4是表示实施例1～3和比较例4～5的质子传导膜的质子传导率的图。
[0050]图5是表示实施例1、4和5以及比较例1的质子传导膜的质子传导率的图。
具体实施方式
[0051]以下，对本公开的实施方式进行详述。应予说明，本公开并不限定于以下的实施方式，可以在专利技术主旨的范围内进行各种变形而实施。
[0052]《质子传导膜》
[0053]本公开的质子传导膜包含交联聚合物和增塑剂，
[0054]交联聚合物含有具有质子供给性基团的重复单元，该具有质子供给性基团的重复单元为构成交联聚合物的重复单元的10mol％以上，
[0055]增塑剂的至少60质量％为pKa2.5以下的质子供给性化合物，且
[0056]在20℃以上且125℃以下的温度范围为粘弹性固体。
[0057]以下，使用图1对本公开的质子传导膜发挥功能的机制进行说明。但是，以下说明的机制并不限定本公开。
[0058]图1是用于说明本公开的质子传导膜发挥功能的机制的概略图。
[0059]如图1所示，本公开的质子传导膜包含交联聚合物和增塑剂。这里，交联聚合物含有具有质子供给性基团的重复单元，在交联点交联而形成交联结构。应予说明，在图1中，增塑剂表示为“质子供给性化合物”。另外，该“质子供给性化合物”表示为质子供给性的2元酸，但并不限定于该方式。
[0060]为了提高质子传导膜的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子传导膜，包含交联聚合物和增塑剂，所述交联聚合物含有具有质子供给性基团的重复单元，该具有质子供给性基团的重复单元为构成所述交联聚合物的重复单元的10mol％以上，所述增塑剂的至少60质量％为pKa2.5以下的质子供给性化合物，且所述质子传导膜在20℃以上且125℃以下的温度范围为粘弹性固体。2.根据权利要求1所述的质子传导膜，其中，所述增塑剂的至少80质量％为所述质子供给性化合物。3.根据权利要求1或2所述的质子传导膜，其中，所述具有质子供给性基团的重复单元为构成所述交联聚合物的重复单元的50mol％以上。4.根据权利要求1～3中任一项所述的质子传导膜，其中，所述增塑剂与所述具有质子供给性基团的重复单元的摩尔比即增塑剂/具有质子供给性基团的重复单元为0.4～8.0。5.根据权利要求1～4中任一项所述的质子传导膜，其中，将所述交联聚合物和所述增塑剂的合计设为100质量份时，所述增塑剂的含量为20质量份以上且90质量份以下。6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村直树，安藤雅树，野吕笃史，梶田贵都，佐藤克海，
申请(专利权)人：国立大学法人东海国立大学机构，
类型：发明
国别省市：