JP7195950B2 - アニオン交換膜およびその製造方法 - Google Patents
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Description
図1において、燃料電池1は、燃料が直接供給されるアニオン交換形燃料電池である。
アニオン交換膜16は、アニオン交換樹脂からなる高分子膜17と、その高分子膜17内に分散するように担持されるAg2O(酸化銀(I))とを含有している。
燃料電池1には、燃料および空気(酸素)が、改質などを経由することなく、直接供給される。
(2) O2+2H2O+4e-→4OH (カソード電極)
(3) CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O (全体)
また、例えば、燃料としてヒドラジン(NH2NH2)を用いる場合には、電気化学反応は、アノード電極2において、燃料に水酸化物イオン(OH-)を直接反応させる一段反応と、燃料を、水素(H2)と窒素(N2)とに分解した後に、分解により生成した水素(H2)に水酸化物イオン(OH-)を反応させる二段反応との2種類の反応がある。
(5) O2+2H2O+4e-→4OH- (カソード電極)
(6) NH2NH2+O2→2H2O+N2 (全体)
また、二段反応は、次の反応式(7)~(10)で示される。
(8) H2+2OH-→2H2O+2e- (アノード電極)
(9) 1/2O2+H2O+2e-→2OH- (カソード電極)
(10)H2+1/2O2→H2O (全体)
さらに、例えば、燃料として水素ガス(H2)を用いる場合には、電気化学反応は、例えば、次の反応式(11)~(13)で示される。
(12)O2+2H2O+4e-→4OH- (カソード電極)
(13)2H2+O2→2H2O (全体)
これらの反応により、アノード電極2において燃料(CH3OH、N2H4、H2など)が消費され、カソード電極3において酸素(O2)および水(H2O)が消費されるとともに、アノード電極2において、水(H2O)が生成され、起電力(e-)が発生される。
上記のように燃料電池1を使用すると、例えば、アノード電極2に供給される燃料が反応することなく電解質層4を通過(透過)し、カソード電極3側に漏出(クロスリーク)する場合があり、漏出された燃料がアノード電極2において酸素と反応して、過酸化水素を発生させる場合がある。
(15) H2+O2→H2O2
そして、生成した過酸化水素が分解されると、・OH(ヒドロキシラジカル)、・OOH(ハイドロパーオキシラジカル)、・H(水素ラジカル)、・O2 -(スーパーオキシドアニオンラジカル)などのフリーラジカルが燃料電池1内に生成して、高分子膜17や、その他の部材(触媒など)の劣化を惹起する場合がある。
Agイオン濃度が800ppmとなるように硝酸銀(AgNO3)を水に溶解させ、銀イオンを含む水溶液を調整した。そこに、アニオン交換樹脂からなる高分子膜としてのA201(トクヤマ製)を浸漬し、ウォーターバスにて60℃で3時間保持した(第1浸漬工程)。
銀イオンを含む水溶液において、Agイオン濃度を変更した以外は、実施例1と同じ方法でアニオン交換膜を得た。
アニオン交換樹脂からなる高分子膜としてのA201(トクヤマ製)を、アニオン交換膜とした。
(1)Ag2Oの確認
実施例1のアニオン交換膜を、X線回折装置(RINT-2000、Rigaku製)により測定し、XRDチャートを得た。
得られたXRDチャートを図2に示す。
実施例1のアニオン交換膜を、その面方向と直交する方向において切断し、電界放出型走査電子顕微鏡(SU-8020、日立製)を用いて断面を撮影し、エネルギー分散型X線分光法によってAgの分散状態を確認した。
アニオン交換膜を、20mm×30mmに裁断し、サンプルを得た。
2 アノード電極
3 カソード電極
4 電解質層
15 膜電極接合体
16 アニオン交換膜
17 高分子膜
Claims (2)
- 燃料電池の膜電極接合体に備えられるアニオン交換膜であって、
アニオン交換樹脂からなる高分子膜と、前記高分子膜に分散されるAg2Oとを含有し、
高分子膜およびAg 2 Oの合計質量に対して、Ag 2 Oの割合が、0.0005質量%以上0.2質量%以下である
ことを特徴とする、アニオン交換膜。 - アニオン交換樹脂からなる高分子膜を、10ppm以上2000ppm以下の銀イオン濃度で銀イオンを含む水溶液に浸漬する第1浸漬工程と、
前記第1浸漬工程の後、前記高分子膜を、水酸化物イオンを含む水溶液に浸漬する第2浸漬工程と、
前記第2浸漬工程の後、前記高分子膜を乾燥させることにより、前記高分子膜中にAg2Oを形成させる乾燥工程と
を備えることを特徴とする、アニオン交換膜の製造方法。
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