膜电极接合体、固体高分子电解质膜、水电解装置和电解氢化装置制造方法及图纸

提供一种膜电极接合体、固体高分子电解质膜、水电解装置和电解氢化装置，其在应用于水电解装置或电解氢化装置时，即便在电流密度上升的情况下也能够减小电解电压的上升幅度。本发明专利技术的膜电极接合体包含：具有催化剂层的阳极、具有催化剂层的阴极、以及配置在阳极与阴极之间的固体高分子电解质膜，固体高分子电解质膜包含具有离子交换基团的含氟聚合物和织布，织布的开口率为50％以上，由固体高分子电解质膜的平均最大膜厚TA

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】膜电极接合体、固体高分子电解质膜、水电解装置和电解氢化装置


[0001]本专利技术涉及膜电极接合体、固体高分子电解质膜、水电解装置和电解氢化装置。

技术介绍

[0002]包含固体高分子电解质膜的膜电极接合体可应用于各种用途，并进行了多种研究。例如，膜电极接合体被应用于固体高分子型水电解装置(专利文献1)。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1：国际公开第2020/162511号

技术实现思路

[0006]专利技术要解决的问题
[0007]膜电极接合体除了被用于水电解装置之外，有时也被用于甲苯等的电解氢化装置。近年来，寻求进一步提高这些装置的性能，具体而言，寻求降低电解电压。
[0008]本专利技术人等进行专利文献1中记载的具有膜电极接合体的水电解装置的评价时发现：在电流密度上升时，电解电压的上升幅度有时变大，存在改善的余地。
[0009]本专利技术是鉴于上述实际情况而进行的，其课题在于，提供膜电极接合体、固体高分子电解质膜、水电解装置和电解氢化装置，其在应用于水电解装置或电解氢化装置时，即便在电流密度上升的情况下也能够减小电解电压的上升幅度。
[0010]用于解决问题的方案
[0011]本专利技术人等针对上述课题进行了深入研究，结果发现：在包含固体高分子电解质膜的膜电极接合体中，如果固体高分子电解质膜包含规定开口率的织布，且由固体高分子电解质膜的平均最大膜厚TA
AVE
和平均最小膜厚TB
AVE
算出的比例TA
AVE
/TB
AVE
为规定值以上，则能够得到期望的效果，从而完成了本专利技术。
[0012]即，本专利技术人等发现：通过以下的构成能够解决上述课题。
[0013][1]一种膜电极接合体，其包含：具有催化剂层的阳极、具有催化剂层的阴极、以及配置在上述阳极与上述阴极之间的固体高分子电解质膜，
[0014]上述固体高分子电解质膜包含具有离子交换基团的含氟聚合物和织布，
[0015]上述织布由沿着一个方向延伸的丝A和沿着与丝A大致正交的方向延伸的丝B构成，
[0016]上述织布的开口率为50％以上，
[0017]针对在与上述固体高分子电解质膜中的上述丝A的延伸方向平行的方向且上述丝A彼此的中间地点将上述固体高分子电解质膜切断时的10个不同部位的截面，分别测定上述固体高分子电解质膜的最大膜厚TA和最小膜厚TB，
[0018]进而，针对在与上述固体高分子电解质膜中的上述丝B的延伸方向平行的方向且
上述丝B彼此的中间地点将上述固体高分子电解质膜切断时的10个不同部位的截面，分别测定上述固体高分子电解质膜的最大膜厚TA和最小膜厚TB，
[0019]将所得20个TA加以算术平均而得到的平均最大膜厚TA
AVE
相对于将所得20个TB加以算术平均而得到的平均最小膜厚TB
AVE
的比例TA
AVE
/TB
AVE
为1.20以上。
[0020][2]根据[1]所述的膜电极接合体，其中，上述含氟聚合物的离子交换容量为0.90～2.00毫当量/克干燥树脂。
[0021][3]根据[1]或[2]所述的膜电极接合体，其中，上述丝A的旦尼尔数和上述丝B的旦尼尔数各自独立地为15～50。
[0022][4]根据[1]～[3]中任一项所述的膜电极接合体，其中，上述比例TA
AVE
/TB
AVE
为1.95以上。
[0023][5]根据[1]～[4]中任一项所述的膜电极接合体，其中，上述丝A和上述丝B各自独立地由选自由聚四氟乙烯、四氟乙烯
‑
全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚醚醚酮和聚苯硫醚组成的组中的至少1种材料构成。
[0024][6]根据[1]～[5]中任一项所述的膜电极接合体，其中，上述丝A和上述丝B的密度各自独立地为70～150根/英寸。
[0025][7]根据[1]～[6]中任一项所述的膜电极接合体，其中，上述离子交换基团为磺酸型官能团。
[0026][8]根据[1]～[7]中任一项所述的膜电极接合体，其中，上述含氟聚合物包含基于含氟烯烃的单元以及具有磺酸型官能团和氟原子的单元。
[0027][9]根据[8]所述的膜电极接合体，其中，上述含氟烯烃为分子中具有1个以上氟原子的碳原子数为2～3的氟烯烃。
[0028][10]根据[8]或[9]所述的膜电极接合体，其中，上述具有磺酸型官能团和氟原子的单元为下述式(1)所示的单元。
[0029]式(1)
‑
[CF2‑
CF(
‑
L
‑
(SO3M)
n
)]‑
[0030](式(1)中，L为任选包含醚性氧原子的n+1价的全氟烃基，M为氢原子、碱金属或季铵阳离子，n为1或2，n为2时，多个M任选相同或不同。)
[0031][11]一种水电解装置，其包含[1]～[10]中任一项所述的膜电极接合体。
[0032][12]一种电解氢化装置，其包含[1]～[10]中任一项所述的膜电极接合体。
[0033][13]一种固体高分子电解质膜，其包含具有离子交换基团的含氟聚合物和织布，
[0034]上述织布由沿着一个方向延伸的丝A和沿着与丝A大致正交的方向延伸的丝B构成，
[0035]上述织布的开口率为50％以上，
[0036]针对在与上述固体高分子电解质膜中的上述丝A的延伸方向平行的方向且上述丝A彼此的中间地点将上述固体高分子电解质膜切断时的10个不同部位的截面，分别测定上述固体高分子电解质膜的最大膜厚TA和最小膜厚TB，
[0037]进而，针对在与上述固体高分子电解质膜中的上述丝B的延伸方向平行的方向且上述丝B彼此的中间地点将上述固体高分子电解质膜切断时的10个不同部位的截面，分别测定上述固体高分子电解质膜的最大膜厚TA和最小膜厚TB，
[0038]将所得20个TA加以算术平均而得到的平均最大膜厚TA
AVE
相对于将所得20个TB加
以算术平均而得到的平均最小膜厚TB
AVE
的比例TA
AVE
/TB
AVE
为1.20以上。
[0039][14]根据[13]所述的固体高分子电解质膜，其中，上述含氟聚合物的离子交换容量为0.90～2.00毫当量/克干燥树脂。
[0040][15]根据[13]或[14]所述的固体高分子电解质膜，其中，上述比例TA
AVE
/TB
AVE
为1.95以上。
[0041][16]根据[13]～[15]中任一项所述的固体高分子电解质膜，其用于膜电极接合体。
[0042]专利技术的效果
[0043]根据本专利技术，可提供膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种膜电极接合体，其包含：具有催化剂层的阳极、具有催化剂层的阴极、以及配置在所述阳极与所述阴极之间的固体高分子电解质膜，所述固体高分子电解质膜包含具有离子交换基团的含氟聚合物和织布，所述织布由沿着一个方向延伸的丝A和沿着与丝A大致正交的方向延伸的丝B构成，所述织布的开口率为50％以上，针对在与所述固体高分子电解质膜中的所述丝A的延伸方向平行的方向且所述丝A彼此的中间地点将所述固体高分子电解质膜切断时的10个不同部位的截面，分别测定所述固体高分子电解质膜的最大膜厚TA和最小膜厚TB，进而，针对在与所述固体高分子电解质膜中的所述丝B的延伸方向平行的方向且所述丝B彼此的中间地点将所述固体高分子电解质膜切断时的10个不同部位的截面，分别测定所述固体高分子电解质膜的最大膜厚TA和最小膜厚TB，将所得20个TA加以算术平均而得到的平均最大膜厚TA
AVE
相对于将所得20个TB加以算术平均而得到的平均最小膜厚TB
AVE
的比例TA
AVE
/TB
AVE
为1.20以上。2.根据权利要求1所述的膜电极接合体，其中，所述含氟聚合物的离子交换容量为0.90～2.00毫当量/克干燥树脂。3.根据权利要求1或2所述的膜电极接合体，其中，所述丝A的旦尼尔数和所述丝B的旦尼尔数各自独立地为15～50。4.根据权利要求1～3中任一项所述的膜电极接合体，其中，所述比例TA
AVE
/TB
AVE
为1.95以上。5.根据权利要求1～4中任一项所述的膜电极接合体，其中，所述丝A和所述丝B各自独立地由选自由聚四氟乙烯、四氟乙烯
‑
全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚醚醚酮和聚苯硫醚组成的组中的至少1种材料构成。6.根据权利要求1～5中任一项所述的膜电极接合体，其中，所述丝A和所述丝B的密度各自独立地为70～150根/英寸。7.根据权利要求1～6中任一项所述的膜电极接合体，其中，所述离子交换基团为磺酸型官能团。8.根据权利要求1～7中任一项所述的膜电极接合体，其中，所述含氟聚合物包含基于含氟烯烃的单元以及具有磺酸型官能团和氟原子的单元。9.根据权利要求8所述的膜电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：早部慎太朗，角仓康介，西尾拓久央，
申请(专利权)人：AGC株式会社，
类型：发明
国别省市：