[发明专利]固体高分子电解质膜及固体高分子型燃料电池用膜电极接合体

说明书

技术领域

本发明涉及固体高分子电解质膜及固体高分子型燃料电池用膜电极接合 体。

背景技术

近年，要求固体高分子型燃料电池可在以汽车用途为中心的更高温下且更 低加湿环境下的运转。因此，作为膜电极接合体的固体高分子电解质膜及催化 剂层所含的质子传导性聚合物，要求其是在低加湿环境下显现出高导电性的材 料。

为使质子传导性聚合物的导电性提高，可增加离子性基团。

但是，增加离子性基团会使质子传导性聚合物的含水率提高。如果用于固 体高分子电解质膜的质子传导性聚合物的含水率过高，则质子传导性聚合物发 生膨润，固体高分子电解质膜的体积增大。其结果是，固体高分子电解质膜的 膜强度下降，长期运转时的耐久性可能会下降。

作为固体高分子电解质膜的材料，从化学耐久性的角度考虑，通常使用含 氟聚合物。作为该聚合物，已知例如下述聚合物。

(1)四氟乙烯和CF₂＝CF-(OCF₂CFX¹)_m-O_q-(CF₂)_n-A(X¹为氟原子或三氟甲 基，m为0～3的整数，n为1～12的整数，q为0或1，A为磺酸型官能团) 的共聚物(专利文献1)。

(2)以-[CF₂-CF₂]_k-[CF₂-CF(-O(CF₂)₂-SO₃H]₁-表示的共聚物(非专利文献1)。

为了维持低加湿环境下的高导电性，(1)的聚合物变成含水率非常高的聚 合物，这样长期运转时的固体高分子电解质膜的耐久性可能会下降。

(2)的聚合物的导电性不够，且如果为了提高导电性而提高聚合物的离子 交换容量，则含水率变得过高，长期运转时的固体高分子电解质膜的耐久性可 能会下降。

专利文献1：日本专利特开平6-260185号公报

非专利文献1：池田正纪等，第54届高分子讨论会预稿集，Polymer Preprints，Japan，2005年，第54卷，第2号，p.4521-4522

发明的揭示

本发明提供高温、低加湿环境下可长期稳定地显现高发电性能的固体高分 子型燃料电池用膜电极接合体及可获得该膜电极接合体的固体高分子电解质 膜。

本发明的固体高分子电解质膜的特征在于，含有在温度为80℃且相对湿 度为40％的气氛下的电导率为0.07S/cm以上且含水率不足150质量％的质子 传导性聚合物。

较好的是所述质子传导性聚合物为含氟聚合物，从耐久性的角度考虑，特 好的是全氟聚合物。

较好的是所述含氟聚合物包含具有下式(α)表示的基团的重复单元，

其中，Q¹为可具有醚性氧原子的全氟亚烷基，Q²为单键或可具有醚性氧 原子的全氟亚烷基，R^f1为可具有醚性氧原子的全氟烷基，X为氧原子、氮原 子或碳原子，a在X为氧原子时为0，在X为氮原子时为1，在X为碳原子时 为2，Y为氟原子或1价全氟有机基团。

本发明的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体具备阳极、阴极和被配置 在所述阳极和所述阴极间的所述固体高分子电解质膜，所述阳极具有催化剂 层，所述阴极具有催化剂层。

较好的是本发明的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体被用于通过向 所述阴极供给相对湿度40％以下的空气来进行发电的固体高分子型燃料电池。

较好的是该固体高分子型燃料电池通过将所述膜电极接合体的温度维持 在90℃以上来进行发电。

本发明的固体高分子型燃料电池的运转方法是具有本发明的固体高分子 型燃料电池用膜电极接合体的固体高分子型燃料电池的运转方法，该运转方法 的特征在于，通过向所述阴极供给相对湿度40％以下的空气，并且将所述膜电 极接合体的温度维持在90℃以上来进行发电。

利用本发明的固体高分子电解质膜，可获得高温、低加湿环境下可长期稳 定地显现高发电性能的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体。