[发明专利]电解质溶液及其制造方法、连续溶解装置、电解质膜、电极催化剂层、膜电极接合体以及燃料电池

说明书

一种电解质溶液的制造方法，其包括下述工序：供给工序，将包含高分子电解质与溶剂的乳液连续地向溶解设备内供给；以及溶解工序，对上述溶解设备内进行加热，将上述高分子电解质连续地溶解在上述溶剂中，得到电解质溶液。

技术领域

本发明涉及电解质溶液及其制造方法、连续溶解装置、电解质膜、电极催化剂层、膜电极接合体以及燃料电池。

背景技术

近年来，固体高分子型燃料电池的需求增大。在固体高分子型燃料电池用膜的制造、电极的制造等中，使用具有磺酸型官能团(下文中也称为“H型”)的氟系高分子电解质(下文中也称为“氟系高分子电解质”)的溶液。

在这些电解质膜和电极中，为了提高燃料电池的输出特性，要求有耐热水溶解性。此外，还要求在短时间内制造高分散的电解质溶液。进而，从作为电解质膜和电极的材料的处理性的方面出发，优选高浓度的电解质溶液。

迄今为止的氟系电解质溶液的制造方法中，通常在高压釜之类的分批式密闭容器中，在高温高压下一边搅拌一边将氟系高分子电解质溶解在水/醇混合溶剂中。

例如，在专利文献1中公开了下述方法：在玻璃内筒的SUS304制高压釜中，磺酸型氟系高分子电解质的本体(バルク)按照固体成分重量约为5质量％在165℃、7小时的情况下溶解在水/乙醇混合溶剂中。

此外，在专利文献2中公开了通过在流路的角度方面想办法而在不会堵塞的情况下供给微米数量级的微粒分散液的方法。

在专利文献3中公开了对于含有电解质的溶液在从电解质的玻璃化转变点到300℃的温度进行热处理的方法。

在专利文献4中公开了使有机和无机成分悬浮在水中，使该水处于近临界或超临界状态，并且在该状态下使该水通过管型反应器的方法。

此外，作为H型氟系电解质溶液的代表物，可以举出Nafion注册商标DispersionSolution(美国DuPont社制造)、Aciplex注册商标-SS(旭化成イーマテリアルズ株式会社制造)等。但是，H型氟系高分子电解质在溶剂中的溶解性极低，因而目前为止提出了利用各种技术来制造电解质溶液的方法。

例如，在专利文献5中公开了在200℃以上的高温使用水或含有水非混合性有机溶剂的溶剂对H型和钠型(以下也称为“Na型”)氟系高分子电解质的本体进行溶解的方法。

此外，在专利文献6中公开了在200℃以上的高温将Na型氟系高分子电解质的本体在水中溶解的方法。进一步，在专利文献7中记载了将氟系高分子电解质的乳液加入到高压釜中，在50℃～250℃的条件下加热1小时～12小时，进行搅拌使其溶解的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-82748号公报

专利文献2：日本特开2005-319409号公报

专利文献3：日本特开2013-51051号公报

专利文献4：日本特开2002-210349号公报

专利文献5：日本特表2001-504872号公报

专利文献6：WO2009-125695A1号公报

专利文献7：WO2011-034179A1号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在专利文献1中，在使用分批式高压釜的磺酸型氟系高分子电解质的本体的溶解中，尽管是固体成分重量为约5质量％这样的低浓度，但要花费7小时的溶解时间，难以说为有效的溶解，生产率显著变差。