膜电极接合体制造技术

本发明专利技术提供能够抑制催化剂层的裂纹的膜电极接合体

【技术实现步骤摘要】
膜电极接合体
[0001]本申请是申请日为
2020
年3月
12
日
、
申请号为
202080020464.2、
专利技术名称为“膜电极接合体”的申请的分案申请
。


[0002]本专利技术涉及膜电极接合体
。

技术介绍

[0003]已知固体高分子燃料电池具有的膜电极接合体具有：具有催化剂层的阳极，所述催化剂层包含质子传导性聚合物；具有催化剂层的阴极，所述催化剂层包含质子传导性聚合物；和配置在上述阳极与上述阴极之间的固体高分子电解质膜
。
[0004]专利文献1公开了将包含具有环状醚结构的单元的质子传导性聚合物用于阳极或阴极的催化剂层的方法
。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1：国际公开第
2016/104380
号

技术实现思路

[0008]专利技术要解决的问题
[0009]近年来，固体高分子燃料电池有被长期使用的情况，因此对于其中包含的膜电极接合体，要求耐久性的进一步提高
。
[0010]本专利技术人发现，像专利文献1所记载的那样，将包含具有环状醚结构的单元的质子传导性聚合物用于催化剂层时，有时会产生催化剂层的裂纹
。
[0011]鉴于上述实际情况，本专利技术的课题在于提供：能够抑制催化剂层的裂纹的膜电极接合体
。
[0012]用于解决问题的方案
>[0013]本专利技术人等对上述课题进行深入研究，结果发现：阳极及阴极中的至少一者的催化剂层中包含的质子传导性聚合物具有包含环状醚结构的单元
、
且具有磺酸型官能团时，若使用含有包含含氟聚合物的多孔体和具有磺酸型官能团的含氟聚合物的固体高分子电解质膜，则可以抑制催化剂层的裂纹，从而完成了本专利技术
。
[0014]即，专利技术人等发现，通过以下的构成可以解决上述课题
。
[0015][1]一种膜电极接合体，其特征在于，具有：具有催化剂层的阳极，所述催化剂层包含质子传导性聚合物及催化剂；具有催化剂层的阴极，所述催化剂层包含质子传导性聚合物及催化剂；和配置在前述阳极与前述阴极之间的固体高分子电解质膜，
[0016]前述阳极及前述阴极中的至少一者的前述催化剂层中包含的前述质子传导性聚合物为具有包含环状醚结构的单元
、
且具有磺酸型官能团的聚合物
(H)
，
[0017]前述固体高分子电解质膜含有：包含含氟聚合物的多孔体
、
和具有磺酸型官能团
的含氟聚合物
(S)。
[0018][2]根据
[1]所述的膜电极接合体，其中，前述包含环状醚结构的单元包含：选自由下述式
(u12)
所示的单元及下述式
(u22)
所示的单元组成的组中的至少1种单元
。
[0019][3]根据
[1]或
[2]所述的膜电极接合体，其中，相对于前述聚合物
(H)
包含的全部单元，前述包含环状醚结构的单元的含量为
30
摩尔％以上
。
[0020][4]根据
[1]～
[3]中任一项所述的膜电极接合体，其中，前述聚合物
(H)
的离子交换容量为
0.9
～
1.8
毫当量
/g
干燥树脂
。
[0021][5]根据
[1]～
[4]中任一项所述的膜电极接合体，其中，前体聚合物
(H)
的
TQ
值为
200
～
300℃
，所述前体聚合物
(H)
是前述聚合物
(H)
中的磺酸型官能团为能够转换成磺酸型基团的基团的聚合物
。
[0022]TQ
值：使用长度
1mm、
内径
1mm
的喷嘴，在
2.94MPa
的挤出压力的条件下进行前述前体聚合物
(H)
的熔融挤出时的挤出量为
100mm3/
秒的温度
。
[0023][6]根据
[1]～
[5]中任一项所述的膜电极接合体，其中，前述含氟聚合物
(S)
具有：选自由下述式
(u31)
所示的单元
、
下述式
(u32)
所示的单元及下述式
(u41)
所示的单元组成的组中的至少1种单元
。
[0024][7]根据
[1]～
[6]中任一项所述的膜电极接合体，其中，前述含氟聚合物
(S)
的离子交换容量为
0.9
～
2.5
毫当量
/g
干燥树脂
。
[0025][8]根据
[1]～
[7]中任一项所述的膜电极接合体，其中，前体聚合物
(S)
的
TQ
值为
200
～
350℃
，所述前体聚合物
(S)
是前述含氟聚合物
(S)
中的磺酸型官能团为能够转换成磺酸型基团的基团的聚合物
。
[0026]TQ
值：使用长度
1mm、
内径
1mm
的喷嘴，在
2.94MPa
的挤出压力的条件下进行前述前体聚合物
(S)
的熔融挤出时的挤出量为
100mm3/
秒的温度
。
[0027][9]根据
[1]～
[8]中任一项所述的膜电极接合体，其中，前述多孔体的形式为织布
、
无纺布
、
发泡体或薄膜
。
[0028][10]根据
[1]～
[9]中任一项所述的膜电极接合体，其中，前述多孔体中包含的含氟聚合物为选自由聚四氟乙烯
、
四氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物及四氟乙烯
‑
全氟
(
烷基乙烯基醚
)
共聚物组成的组中的至少1种
。
[0029][11]根据
[1]～
[10]中任一项所述的膜电极接合体，其中，前述多孔体的平均孔径为
0.01
～
500
μ
m。
[0030][12]根据
[1]～
[11]中任一项所述的膜电极接合体，其中，前述多孔体的平均厚度为1～
300
μ
m。
[0031][13]根据
[1]～
[12]中任一项所述的膜电极接合体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种膜电极接合体，其特征在于，具有：具有催化剂层的阳极，所述催化剂层包含质子传导性聚合物及催化剂；具有催化剂层的阴极，所述催化剂层包含质子传导性聚合物及催化剂；和配置在所述阳极与所述阴极之间的固体高分子电解质膜，所述阳极及所述阴极中的至少一者的所述催化剂层中包含的所述质子传导性聚合物为具有包含环状醚结构的单元
、
且具有磺酸型官能团的聚合物
(H)
，所述固体高分子电解质膜包含：仅包含含氟聚合物的多孔体
、
和具有磺酸型官能团的含氟聚合物
(S)
，所述聚合物
(S)
具有基于全氟单体的单元和
/
或基于四氟乙烯
(TFE)
的单元，相对于聚合物
(S)
包含的全部单元，基于全氟单体的单元的含量为5～
40
摩尔％，基于四氟乙烯的单元的含量为
50
～
90
摩尔％
。2.
根据权利要求1所述的膜电极接合体，其中，所述包含环状醚结构的单元包含选自由式
(u12)
所示的单元及式
(u22)
所示的单元组成的组中的至少一种单元，式
(u12)
中，
R
21
为碳数1～6的全氟亚烷基或在碳
‑
碳键间具有醚键性氧原子的碳数2～6的全氟亚烷基，
R
22
为氟原子
、
碳数1～6的全氟烷基
、
在碳
‑
碳键间具有醚键性氧原子的碳数2～6的全氟烷基或
‑
R
21
(SO2X(SO2R
f
)
a
)
‑
M
+
所示的基团，
M
+
为
H
+
、1
价的金属阳离子或1个以上氢原子任选被烃基取代的铵离子，
R
f
为任选具有醚键性氧原子的直链或支链的全氟烷基，
X
为氧原子
、
氮原子或碳原子，
X
为氧原子时
a
＝0，
X
为氮原子时
a
＝1，
X
为碳原子时
a
＝2，式
(u22)
中，
s
为0或1，
R
51
及
R
52
分别独立地为氟原子
、
碳数1～5的全氟烷基或在
s
为0时，
R
51
及
R
52
为彼此连接而形成的螺环，
R
53
及
R
54
分别独立地为氟原子或碳数1～5的全氟烷基，
R
55
为氟原子
、
碳数1～5的全氟烷基或碳数1～5的全氟烷氧基
。3.
根据权利要求1或2所述的膜电极接合体，其中，相对于所述聚合物
(H)
包含的全部单元，所述包含环状醚结构的单元的含量为
30
摩尔％以上
。4.
根据权利要求1或2所述的膜电极接合体，其中，所述聚合物
(H)
的离子交换容量为
0.9
～
1.8
毫当量
/g
干燥树脂
。5.
根据权利要求1或2所述的膜电极接合体，其中，所述含氟聚合物
(S)
具有选自由式
(u31)
所示的单元
、
式
(u32)
所示的...

【专利技术属性】
技术研发人员：斋藤贡，
申请(专利权)人：AGC，
类型：发明
国别省市：