[发明专利]含稠环的高分子电解质及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及适用于要求耐水性的用途的含稠环高分子电解质。更具体而言，涉及作为固体高分子型燃料电池的部件优选的高分子电解质。

背景技术

高分子链中具有离子交换基的高分子电解质被用于离子交换膜、离子传导材料、传感器、微胶囊、吸水性材料等各种用途。但是，已知高分子电解质通过该离子交换基的水合而吸水溶胀或溶解于水性溶剂，在将高分子电解质例如以膜的形态进行使用的用途中，抑制由膜的溶胀或膜的部分溶解等导致的劣化(耐水性)非常重要。其中，作为适用于近年积极开发的固体高分子型燃料电池的离子传导膜，由于离子传导膜被暴露于高温·高湿状态，故而要求耐水性更优异的高分子电解质。

由上述观点考虑，为了提高离子传导膜的耐水性，开发了各种材料。作为提高耐水性的一种方法，可以举出使高分子电解质在分子间或分子内交联的方法。例如，在特表2000-501223号公报中，公开了使作为燃料电池用高分子电解质的离子交换基的磺酸基的一部分在高温处理中相互键合而交联的方法。但是，采用上述方法时高温处理的操作繁琐，在进行交联反应的同时还进行磺酸基的脱离，结果有离子传导性降低的倾向。另外，选择耐热性或机械强度较优异的高分子化合物，开发出向其中导入离子交换基构成的高分子电解质，提出了将聚醚酮磺化得到的高分子电解质(例如参见特表平11-502249号公报)、将聚酮磺化得到的高分子电解质(例如参见特开2001-342241号公报)。

发明内容

但是，向耐热性或机械强度优异的高分子化合物中导入离子交换基的高分子电解质如果增加该离子交换基导入量，则在高温下高分子电解质本身溶于水，有无法保持膜形态的倾向。如上所述，由于目前为止公开的高分子电解质的离子交换基(磺酸基)导入量和耐水性为相反的特性，所以在高离子交换基导入量的情况下，也迫切需要具有可以保持膜形态的左右的耐水性的高分子电解质。

本发明的目的在于提供耐水性高、具有高离子交换基导入量(离子传导性)、适用于固体高分子型燃料电池的离子传导膜的新型高分子电解质、及使用该高分子电解质构成的固体高分子型燃料电池。

本发明者等为了完成上述课题，对高分子电解质的结构单元进行了深入研究，结果发现将特定的结构单元导入高分子电解质时能够显著提高得到的高分子电解质的耐水性，完成了本发明。

即，本发明提供下述[1]所示的高分子电解质。

[1]以1～30重量％的重量分率具有下述通式(1)表示的结构单元的高分子电解质。

(式中，A环、B环分别独立地表示可以具有取代基的芳香族烃环或可以具有取代基的杂环，X¹、X²分别独立地表示-CO-、-SO-、-SO₂中的任一个。n、m分别独立地表示0、1或2，n+m为1以上。需要说明的是，n为2时，2个X¹可以相互相同，也可以不同。m为2时，2个X²可以相互相同，也可以不同。X表示直接连接或2价基团。)

另外，本发明的高分子电解质具有上述通式(1)表示的结构单元，但从进一步提高耐水性的观点考虑，优选下述[2]、[3]。

[2][1]所述的高分子电解质，其中，上述通式(1)表示的结构单元是作为A环、B环分别独立地具有作为取代基不具有离子交换基的芳香族烃环、或作为取代基不具有离子交换基的杂环的结构单元，进而具有含有离子交换基的结构单元作为其他结构单元。

[3]下述通式(5)表示的[1]或[2]所述的高分子电解质。

(式中，A环、B环、X¹、X²、X、n、m与上述通式(1)同义，p1、p2、q1是各结构单元的重量分率，p1+p2+q1＝100重量％。L¹表示具有离子交换基的结构单元，L²表示不具有离子交换基的结构单元。)

另外，本发明作为上述通式(1)表示的结构单元中更优选的实施方案提供下述[4]～[7]。

[4]上述[1]～[3]中的任一项所述的高分子电解质，在上述通式(1)中，具有X¹是-CO-、n＝1、m＝0的结构单元。

[5]上述[1]～[3]中的任一项所述的高分子电解质，上述通式(1)中，具有X¹、X²是-CO-、n＝1、m＝1的结构单元。