[发明专利]电解质材料、其制造方法和其应用

说明书

提供质子电导率高、且耐热水性优异的电解质材料。一种电解质材料，其包含具有式u1所示的单元、和基于四氟乙烯的单元的聚合物H，聚合物H的当量重量EW为400～550g/当量，所述电解质材料浸渍于120℃的热水24小时时的质量减少率为15质量％以下。Q¹¹：任选具有醚性氧原子的全氟亚烷基、Q¹²：单键或任选具有醚性氧原子的全氟亚烷基、Y¹：氟原子等、s：0或1、R^f1：任选具有醚性氧原子的全氟烷基、X¹：氧原子等、a：X¹为氧原子的情况下，a为0；Z⁺：H⁺等。

技术领域

本发明涉及：电解质材料和其制造方法、包含电解质材料的液态组合物和固体高分子电解质膜、具备固体高分子电解质膜的膜电极接合体、具备膜电极接合体的固体高分子型燃料电池、以及电解质材料的前体和其制造方法。

背景技术

固体高分子型燃料电池例如如下得到：在2个分隔件之间夹持膜电极接合体而形成电池单元，并将多个电池单元堆叠而得到。膜电极接合体具备：具有催化剂层的阳极和阴极、以及配置于阳极与阴极之间的固体高分子电解质膜。固体高分子电解质膜是使包含具有离子交换基团的含氟聚合物的电解质材料形成膜状而成的。

固体高分子型燃料电池中的反应如下式所示。

阳极：H₂→2H⁺+2e^-

阴极：2H⁺+1/2O₂+2e^-→H₂O

因此，固体高分子电解质膜要求传导质子(H⁺)。

作为在低湿度下质子传导性也良好的电解质材料，提出了下述电解质材料。

(1)一种电解质材料，其具有：CF₂＝CF(CF₂)_k-O_l-(CF₂CFY¹-O)_n-(CFY²)_m-A¹(Y¹：F、Cl或全氟烷基、k：0～2、l：0或1、n：0～8、Y²：F或Cl、m：0～6、A¹：COOZ或SO₃Z、Z：氢原子、碱金属等。)所示的单元(α)；和，基于烯属氟单体的单元(β)，当量重量为250～700g/eq，温度：110℃、相对湿度：50％RH下的质子传导度为0.10S/cm以上，离子簇间距离为0.1～2.6nm(专利文献1)。

(1)的电解质材料中，为了充分提高质子传导性，需要增加具有离子交换基团的单元(α)，即，充分降低当量重量。然而，增加单元(α)的情况下，电解质材料变得容易溶解于水。固体高分子型燃料电池中进行发电时，固体高分子电解质膜被暴露于高温高湿的条件下，因此，对固体高分子电解质膜要求耐热水性。

作为具有耐热水性的电解质材料，提出了下述电解质材料。

(2)一种电解质材料，其是将前体水解而制造的，所述前体包含满足log₁₀MI≤〔(EW-850)/90〕+3、且当量重量(EW)为250～861g/eq、MI(g/10分钟)为3.8以下的CF₂＝CF₂与CF₂＝CFO(CF₂)₂-SO₂F的聚合物，基于水中8小时沸腾处理的质量减少以沸腾处理前的干燥质量基准计为5质量％以下(专利文献2)。

现有技术文献

专利文献