[发明专利]全氟聚合物、液体组合物、固体高分子电解质膜、膜电极接合体及固体高分子型燃料电池

说明书

提供能够制造导电性及高温环境下的机械强度优异的电解质膜的全氟聚合物、以及使用其得到的液体组合物、固体高分子电解质膜、膜电极接合体及固体高分子型燃料电池。本发明的全氟聚合物包含全氟单体单元且实质上不含具有氟原子以外的卤素原子的单元、实质上不含具有环结构的单元，所述全氟聚合物具有酸型的磺酸基，全氟单体单元包含选自由全氟乙烯基醚单元及全氟烯丙基醚单元组成的组中的至少1种单元A，所述全氟聚合物的离子交换容量为1.4～2.5毫当量/克干燥树脂，所述全氟聚合物的120℃下的储能模量为60MPa以上。

技术领域

本发明涉及全氟聚合物、液体组合物、固体高分子电解质膜、膜电极接合体及固体高分子型燃料电池。

背景技术

固体高分子型燃料电池例如具有将膜电极接合体夹持于2个分隔件间而形成电池单元并将多个电池单元堆叠而成的结构。膜电极接合体包含：具有催化剂层的阳极及阴极、和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例如是将具有酸型的磺酸基的聚合物制成膜状而得的。

专利文献1中，作为具有酸型的磺酸基的聚合物，公开了具有下式所示的单元(式中，Z表示氢原子等。)的全氟聚合物。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2017/221840号

发明内容

发明要解决的问题

近年来，从提高固体高分子型燃料电池的发电效率的方面出发，要求导电性高的固体高分子电解质膜。

另外，固体高分子型燃料电池由于在高温(例如，120℃)下进行运转，因此要求在高温环境下机械强度也优异的固体高分子电解质膜。

本发明人等对使用专利文献1中记载的具有上述单元的全氟聚合物而得到的电解质膜进行了评价，结果发现，虽然导电性优异，但高温环境下的机械强度有改善的余地。

本发明鉴于上述实际情况，其课题在于，提供能够制造导电性及高温环境下的机械强度优异的电解质膜的全氟聚合物、以及使用其得到的液体组合物、固体高分子电解质膜、膜电极接合体及固体高分子型燃料电池。

用于解决问题的方案

本发明人等对上述课题进行了深入研究，结果发现，使用下述全氟聚合物时，能够制造导电性及高温环境下的机械强度优异的电解质膜，从而完成了本发明，所述全氟聚合物包含规定的重复单元、离子交换容量处于规定范围内、且120℃下的储能模量为60MPa以上。

即，本发明人等发现，通过以下的构成能够解决上述课题。

[1]一种全氟聚合物，其特征在于，包含全氟单体单元且实质上不含具有氟原子以外的卤素原子的单元、实质上不含具有环结构的单元，所述全氟聚合物具有酸型的磺酸基，上述全氟单体单元包含选自由全氟乙烯基醚单元及全氟烯丙基醚单元组成的组中的至少1种单元A，所述全氟聚合物的离子交换容量为1.4～2.5毫当量/克干燥树脂，所述全氟聚合物的120℃下的储能模量为60MPa以上。

[2]根据[1]所述的全氟聚合物，其离子交换容量为1.91～2.50毫当量/克干燥树脂。

[3]根据[1]或[2]所述的全氟聚合物，其在温度80℃及相对湿度10％的条件下的氢气透过系数为2.5×10^-9cm³·cm/(s·cm²·cmHg)以下。

[4]根据[1]～[3]中任一项所述的全氟聚合物，其是将前述酸型的磺酸基呈前体基团形式的前体聚合物的前述前体基团转化为前述酸型的磺酸基而得到的全氟聚合物，

前述前体聚合物的容量流速值为220℃以上。