[发明专利]阴离子交换膜、具有该阴离子交换膜的电化学元件和电化学装置

说明书

技术领域

本发明涉及阴离子交换膜、具有该阴离子交换膜的电化学元件和电化学装置。

背景技术

作为通过化学反应而获取电能或者投入电能而使化学反应进行的电化学装置，已知各种电池、氢生成装置等。作为一种电化学装置的固体聚合物型燃料电池(PEFC)为使用了聚合物电解质膜作为离子交换部的燃料电池。PEFC作为燃料电池具有能够在低温下运行并且输出功率密度高等优点，因此对于将来的普及寄予很大期待。到目前为止，PEFC一般为使用了交换氢离子的阳离子交换膜的阳离子交换型PEFC，但是由于能够在不使用昂贵且资源量有限的铂作为催化剂的情况下进行发电等理由，近年来，可以见到使用了阴离子交换膜的阴离子交换型PEFC的报道。对于阴离子交换型PEFC而言，可以使用醇、肼等液体燃料(碱性液体燃料)，例如在使用肼作为燃料的情况下为液体燃料且在发电原理上不产生CO₂等成为一大优点。

作为具体的阴离子交换型聚合物电解质膜，已知具有接枝链的阴离子交换膜(例如专利文献1)。一般而言，阴离子交换膜具有阴离子交换基团(具有阴离子导电能力的官能团)经由亚甲基与苯基键合的结构(例如，苄基三烷基铵结构)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2010-516853号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在阴离子交换型PEFC等阴离子交换型电化学装置中，利用通过阴极的氧化还原反应而产生的阴离子(OH^-)的移动，电化学装置内部的环境成为碱性。因此，对于用于这样的电化学装置中的聚合物电解质膜，要求其在碱性环境下不容易分解。

然而，不能说具有苄基三烷基铵结构的阴离子交换型聚合物电解质膜是化学稳定的。例如，苄基三甲基铵结构在碱性环境下容易脱去三烷基胺或甲基。因此，具有苄基三甲基铵结构的阴离子交换膜所包含的离子交换基团在碱性环境下容易减少。

本发明的目的在于提供一种具有良好的化学耐久性、具体而言、耐碱性的阴离子交换型聚合物电解质膜。

用于解决问题的手段

本发明提供一种阴离子交换膜，其具有基体和接枝链，所述基体由超高分子量聚烯烃薄膜构成，所述接枝链具有以下的式(1)所示的构成单元。

在此，L₁～L₅相互独立地为氢原子、碳原子数1～4的烷基、碳原子数1～4的烷醇基、式(2-1)所示的结构或式(2-2)所示的结构，

L₁～L₅中的至少一个为式(2-1)所示的结构或式(2-2)所示的结构，

L₆表示氢原子、甲基或乙基，

R₁～R₃、R₁₁～R₁₃和R₂₁～R₂₃相互独立地表示碳原子数1～8的烷基或碳原子数1～8的烷醇基，

M₁、M₁₁和M₂₁相互独立地表示碳原子数3～8的直链烃链，

所述烃链可以具有与构成所述烃链的碳原子键合的氢原子的取代基，

所述取代基表示选自由卤素原子和碳原子数1～5的烷基构成的组中的至少一种基团，

Z₁、Z₁₁和Z₂₁相互独立地表示氮原子或磷原子，

Z₂表示与1个氢原子键合的氮原子、氧原子或硫原子，

Z₁₂表示氮原子。

在另一方面，本发明提供一种具有本发明的阴离子交换膜的电化学元件。

在又一方面，本发明提供一种具有本发明的电化学元件的电化学装置。

发明效果

根据本发明，能够提供即使在碱性环境下使用时离子导电性也不容易劣化的阴离子交换型聚合物电解质膜(阴离子交换膜)。另外，根据本发明，能够得到利用了这样的阴离子交换膜的特性的电化学元件。此外，根据本发明，能够提供利用了这样的电化学元件的特性的电化学装置。

附图说明

图1为示意性地表示作为本发明的电化学元件的优选例的膜-电极接合体(MEA)的一例的剖视图。

图2为示意性地表示作为本发明的电化学装置的优选例的PEFC的一例的剖视图。