[发明专利]离子传导性复合电解质膜及使用其的燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及离子传导性复合电解质膜及使用其的燃料电池。

背景技术

由于将化学能转换为电能的燃料电池是有效的且不产生环境污染物，所以作为用于便携式信息装置、家用、车辆等的清洁电源，燃料电池已引起了注意，且已进行了燃料电池的开发。

存在多种类型的根据所用电解质的种类分类的燃料电池，且特别地，使用有机材料如甲醇或氢作为燃料的燃料电池已引起了注意。决定这种燃料电池的输出性能的重要构成要素包括电解质、电解质膜、催化剂膜以及通过将电解质膜夹在催化剂膜之间而形成的膜电极组件(MEA)。例如，已经开发了多种类型的电解质，由全氟磺酸基树脂制成的电解质为代表性实例，且认为其耐久性和性能优异。

所述燃料电池的重要构成要素不仅决定燃料电池的输出性能而且决定用于确保长期稳定运行的可靠性和耐久性，且所述重要构成要素还涉及其生产率，并对制造效率和生产成本发挥影响。已经报道了用于提高电解质膜的性能的各种方法。

将电解质膜用于形成膜电极组件(MEA)，且利用所述膜电极组件构造单元电池(单位电池，unit cell)；因此，将电解质膜用于其中将多个单元电池堆叠并相互串联连接的堆叠型燃料电池中，或者用于其中多个单元电池以平面形式排列并相互串联连接的平面堆叠型燃料电池。

已经报道了形成用于燃料电池中的电解质膜的许多方法(参考下列专利文献1至5)。

例如，在名称为“质子传导性复合物及其制造方法、以及电化学装置”的下列专利文献1中，描述了“一种质子传导性复合物，其通过混合包含质子解离性官能团的碳簇及对水和/或液体分子如醇分子的渗透具有抗性的聚合物材料而形成，并且以大于15质量％至95质量％以下的混合比(更具体地，以20质量％以上至90质量％以下的混合比)包含聚合物材料”。

应注意，使用富勒烯C₆₀的质子传导性聚合物是已知的(参考下列专利文献1和6)，且例如在下列专利文献7中描述了上述平面堆叠型燃料电池。

[引用列表]

[专利文献]

[专利文献1]日本未审查专利申请公开第2005-093417号(段落0022和0056至0072)

[专利文献2]日本未审查专利申请公开第2006-79944号(段落0017至0019、0028至0029和0034至0035)

[专利文献3]日本未审查专利申请公开第2007-257882号(段落0132至0137)

[专利文献4]日本未审查专利申请公开第2009-13377号(段落0031至0032)

[专利文献5]日本未审查专利申请公开第2009-43674号(段落0028至0030)

[专利文献6]日本未审查专利申请公开第2005-68124号(段落0087至0106)

[专利文献7]日本未审查专利申请公开第2008-108677号(段落0015至0049，图1至10)

发明内容

作为燃料电池的重要主要构成要素的电解质膜的性能决定燃料电池的输出性能以及长期稳定运行和耐久性，并涉及整个燃料电池的生产率，由此对制造效率和生产成本发挥影响；因此，除了高离子传导性之外，还需要高强度。因此，除了电解质之外，用于相互粘结(粘合)电解质以形成膜的粘合剂对电解质膜的性能发挥很大的影响，且还对整个燃料电池的生产率发挥影响。

已知PVdF为用于形成电解质膜的粘合剂的代表性实例；然而，在PVdF的分子量较低的情况下，电解质膜较脆，由此造成诸如在组装燃料电池的单元的步骤期间，或者在燃料电池的运行(发电)期间在电解质膜中打开的裂纹等的问题。

特别地，在其中利用膜电极组件(MEA)构造单元电池且形成燃料电池系统如其中将多个单元电池堆叠并相互串联连接的堆叠型燃料电池或者其中多个单元电池以平面形式排列并相互串联连接的平面堆叠型燃料电池的情况下，对电解质膜施加热或压力的步骤是不可避免的；因此，当电解质膜的强度不充分时，这种步骤在电解质膜中造成了断裂等，由此造成收率下降。

完成了本发明以解决上述问题，且本发明的目的是提供具有提高的强度而不损害离子传导性的离子传导性复合电解质膜以及使用其的燃料电池。