JPH0629032A - 高分子電解質膜及びその製造法 - Google Patents
高分子電解質膜及びその製造法Info
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- JPH0629032A JPH0629032A JP4180977A JP18097792A JPH0629032A JP H0629032 A JPH0629032 A JP H0629032A JP 4180977 A JP4180977 A JP 4180977A JP 18097792 A JP18097792 A JP 18097792A JP H0629032 A JPH0629032 A JP H0629032A
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- ion exchange
- exchange resin
- high polymer
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
(57)【要約】
【構成】 延伸により作製された高分子多孔膜と該多孔
膜の少なくとも孔内に含有されたイオン交換樹脂とから
なる高分子電解質膜。 【効果】高分子電解質膜を取り付けた装置の運転中に生
じるイオン交換樹脂の膨潤、収縮の繰り返しに起因する
高分子電解質膜の破損を防止し、高分子電解質膜の寿
命、ひいてはそれを取り付けた固体高分子燃料電池や水
電解装置などの寿命が延びる。
膜の少なくとも孔内に含有されたイオン交換樹脂とから
なる高分子電解質膜。 【効果】高分子電解質膜を取り付けた装置の運転中に生
じるイオン交換樹脂の膨潤、収縮の繰り返しに起因する
高分子電解質膜の破損を防止し、高分子電解質膜の寿
命、ひいてはそれを取り付けた固体高分子燃料電池や水
電解装置などの寿命が延びる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子型燃料電
池、水電解装置などに用いる高分子電解質膜であって、
装置の運転状況の繰り返し変化に対する破損のない高分
子電解質膜及びその製造法に関する。
池、水電解装置などに用いる高分子電解質膜であって、
装置の運転状況の繰り返し変化に対する破損のない高分
子電解質膜及びその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池及び水電解装置な
どに用いる高分子電解質膜は、エネルギー効率の改善が
求められており、そのためには高分子電解質膜の膜抵抗
を低減する必要があり、そこで膜厚の減少が図られてい
る。しかし、膜厚が薄くなると必然的に強度が低下する
ので、電解質膜を固体高分子型燃料電池や水電解装置に
組み込む際に破れたり、組み込んだ後に膜の両側の圧力
差によって膜が破裂したり、膜周辺の封止部分が裂けた
りすることがある。
どに用いる高分子電解質膜は、エネルギー効率の改善が
求められており、そのためには高分子電解質膜の膜抵抗
を低減する必要があり、そこで膜厚の減少が図られてい
る。しかし、膜厚が薄くなると必然的に強度が低下する
ので、電解質膜を固体高分子型燃料電池や水電解装置に
組み込む際に破れたり、組み込んだ後に膜の両側の圧力
差によって膜が破裂したり、膜周辺の封止部分が裂けた
りすることがある。
【０００３】このような損傷を防ぐため、高分子電解質
膜及びその製造技術として特公平１−５７６９３号は、
イオン交換樹脂を繊布に埋め込む方法を提案している。
膜及びその製造技術として特公平１−５７６９３号は、
イオン交換樹脂を繊布に埋め込む方法を提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の織布などを補強
材として用いた高分子電解質膜は、織布の繊維とイオン
交換樹脂との界面にはがれが生じることがあり、その結
果、イオン交換樹脂の脱落によって高分子電解質膜に穴
があいてしまうなどの問題があった。
材として用いた高分子電解質膜は、織布の繊維とイオン
交換樹脂との界面にはがれが生じることがあり、その結
果、イオン交換樹脂の脱落によって高分子電解質膜に穴
があいてしまうなどの問題があった。
【０００５】その原因は以下の様に考えられる。イオン
交換樹脂は水分の含有量の変化により膨潤及び収縮を起
こす。一方、高分子電解質膜の補強材として用いられる
織布は、このイオン交換樹脂の膨潤、収縮に対して、こ
れを抑制する働きをし、織布の繊維とイオン交換樹脂の
界面に応力が加わる。従って、水電解装置および固体高
分子型燃料電池などのように、運転状況（出力など）が
繰り返し変動する装置内では、上記応力の繰り返し発生
により、界面に剥離が生ずるものと考えられる。
交換樹脂は水分の含有量の変化により膨潤及び収縮を起
こす。一方、高分子電解質膜の補強材として用いられる
織布は、このイオン交換樹脂の膨潤、収縮に対して、こ
れを抑制する働きをし、織布の繊維とイオン交換樹脂の
界面に応力が加わる。従って、水電解装置および固体高
分子型燃料電池などのように、運転状況（出力など）が
繰り返し変動する装置内では、上記応力の繰り返し発生
により、界面に剥離が生ずるものと考えられる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、たとえイ
オン交換樹脂の含水量の変化が繰り返し生じても破損し
ない高分子電解質膜を開発すべく検討を続けた結果、本
発明を完成するに至った。本発明の要旨は、延伸により
作製された高分子多孔膜と該多孔膜の少なくとも孔内に
含有されたイオン交換樹脂とからなる高分子電解質膜、
および延伸により作製された高分子多孔膜にイオン交換
樹脂の溶液を含浸させ、次いで溶媒を除去することを特
徴とする高分子電解質膜の製造方法にある。
オン交換樹脂の含水量の変化が繰り返し生じても破損し
ない高分子電解質膜を開発すべく検討を続けた結果、本
発明を完成するに至った。本発明の要旨は、延伸により
作製された高分子多孔膜と該多孔膜の少なくとも孔内に
含有されたイオン交換樹脂とからなる高分子電解質膜、
および延伸により作製された高分子多孔膜にイオン交換
樹脂の溶液を含浸させ、次いで溶媒を除去することを特
徴とする高分子電解質膜の製造方法にある。
【０００７】本発明において用いる高分子多孔膜は以下
の様にして作製されたものである。フッ素樹脂（たとえ
ば、ポリテトラフルオロエチレンなど）またはその他の
樹脂（たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレンなど）
を特公昭４２−１３５６０号や特公昭５１−１８９９１
号の様に結晶融点以下の温度で少なくとも一軸方向に延
伸し、次いで延伸状態のまま結晶融点以上に加熱するこ
とにより３次元の網目構造の、本発明で用いる高分子多
孔質とする。本発明の高分子電解質膜に用いる多孔質膜
の好ましい膜厚は、１０〜２００μm、好ましい平均孔
径は、０.１〜１０μm、好ましい気孔率は、５０〜９５
％である。
の様にして作製されたものである。フッ素樹脂（たとえ
ば、ポリテトラフルオロエチレンなど）またはその他の
樹脂（たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレンなど）
を特公昭４２−１３５６０号や特公昭５１−１８９９１
号の様に結晶融点以下の温度で少なくとも一軸方向に延
伸し、次いで延伸状態のまま結晶融点以上に加熱するこ
とにより３次元の網目構造の、本発明で用いる高分子多
孔質とする。本発明の高分子電解質膜に用いる多孔質膜
の好ましい膜厚は、１０〜２００μm、好ましい平均孔
径は、０.１〜１０μm、好ましい気孔率は、５０〜９５
％である。
【０００８】
【作用】延伸により作製された高分子多孔膜と該多孔膜
の少なくとも孔内に含有されたイオン交換樹脂とからな
る高分子電解質膜は、装置運転中の運転状況の繰り返し
変化などに起因して生じる高分子電解質膜の破損を防ぐ
ことができる。その理由は、必ずしも明らかでないが以
下の通りであると考えられる。
の少なくとも孔内に含有されたイオン交換樹脂とからな
る高分子電解質膜は、装置運転中の運転状況の繰り返し
変化などに起因して生じる高分子電解質膜の破損を防ぐ
ことができる。その理由は、必ずしも明らかでないが以
下の通りであると考えられる。
【０００９】延伸により作製された高分子多孔膜は、３
次元的な網目構造を有するため、どの方向に対しても伸
縮性がある。従って延伸により作製された高分子多孔膜
と該多孔膜の少なくとも孔内に含有されたイオン交換樹
脂とからなる高分子電解質膜は、イオン交換樹脂の膨
潤、収縮に応じて伸縮するので、イオン交換樹脂と高分
子多孔膜の界面でのはがれが生じにくくなり、高分子電
解質膜の破損が防止される。
次元的な網目構造を有するため、どの方向に対しても伸
縮性がある。従って延伸により作製された高分子多孔膜
と該多孔膜の少なくとも孔内に含有されたイオン交換樹
脂とからなる高分子電解質膜は、イオン交換樹脂の膨
潤、収縮に応じて伸縮するので、イオン交換樹脂と高分
子多孔膜の界面でのはがれが生じにくくなり、高分子電
解質膜の破損が防止される。
【００１０】また、２軸延伸により作製した多孔膜を用
いると、３次元的な網目構造がさらに発達しているた
め、２軸延伸により作製された高分子多孔膜と該多孔膜
の少なくとも孔内に含有されたイオン交換樹脂とからな
る高分子多孔膜はイオン交換樹脂の膨潤、収縮に応じて
より大きく伸縮するから、イオン交換樹脂と高分子多孔
膜の界面でのはがれが一層生じくくなり、高分子電解質
膜の破損を防止する効果が増大する。
いると、３次元的な網目構造がさらに発達しているた
め、２軸延伸により作製された高分子多孔膜と該多孔膜
の少なくとも孔内に含有されたイオン交換樹脂とからな
る高分子多孔膜はイオン交換樹脂の膨潤、収縮に応じて
より大きく伸縮するから、イオン交換樹脂と高分子多孔
膜の界面でのはがれが一層生じくくなり、高分子電解質
膜の破損を防止する効果が増大する。
【００１１】本発明の高分子電解膜は、好ましくはイオ
ン交換樹脂の溶液を高分子多孔膜に含浸させ、その後乾
燥させ、イオン交換樹脂を高分子多孔膜に定着させて製
造する。溶剤は、イオン交換樹脂の種類に応じて選択す
ればよく、たとえば実施例で使用したパーフルオロカー
ボンスルホン酸の場合、イソプロパノールなどの溶剤が
好ましく用いられる。
ン交換樹脂の溶液を高分子多孔膜に含浸させ、その後乾
燥させ、イオン交換樹脂を高分子多孔膜に定着させて製
造する。溶剤は、イオン交換樹脂の種類に応じて選択す
ればよく、たとえば実施例で使用したパーフルオロカー
ボンスルホン酸の場合、イソプロパノールなどの溶剤が
好ましく用いられる。
【００１２】溶剤中のイオン交換樹脂の濃度は、通常１
〜５％である。あまり濃度が低いと、必要な量のイオン
交換樹脂を高分子多孔質膜に含有させるのに、含浸、乾
燥工程を繰り返さなければならず、一方濃度が高すぎる
と、溶液の粘度が高くなって、含浸操作が面倒になり、
あるいは、多孔質膜の内部まで溶液が十分浸透しない。
〜５％である。あまり濃度が低いと、必要な量のイオン
交換樹脂を高分子多孔質膜に含有させるのに、含浸、乾
燥工程を繰り返さなければならず、一方濃度が高すぎる
と、溶液の粘度が高くなって、含浸操作が面倒になり、
あるいは、多孔質膜の内部まで溶液が十分浸透しない。
【００１３】乾燥温度も溶剤の種類に応じて適宜選択す
ればよく、必要なら減圧で乾燥してもよい。
ればよく、必要なら減圧で乾燥してもよい。
【００１４】乾燥後の高分子多孔質膜中のイオン交換樹
脂の量は、多孔質膜１ｇ当たり１〜１００ｇ、好ましく
は１０〜４０ｇである。
脂の量は、多孔質膜１ｇ当たり１〜１００ｇ、好ましく
は１０〜４０ｇである。
【００１５】
【実施例】実施例１ (Ｉ)ポリテトラフルオロエチレンを延伸して作製した多
孔膜（平均孔径１μm、膜厚５０μm、多孔率９０％）
に、パーフルオロカーボンスルホン酸［ナフィオン（Ｎ
afion、登録商標）、デュポン（ＤuＰont）社］のイソ
プロピルアルコール５重量％溶液（アルドリッチ・ケミ
カル（Ａldrich Ｃhemical）社）を含浸させ、６０℃で
乾燥させた。(II)この後、１４０℃で５分間、膜を熱処
理した。ピンホールがなくなるまで(Ｉ)と(II)の操作を
繰り返した（５回）。
孔膜（平均孔径１μm、膜厚５０μm、多孔率９０％）
に、パーフルオロカーボンスルホン酸［ナフィオン（Ｎ
afion、登録商標）、デュポン（ＤuＰont）社］のイソ
プロピルアルコール５重量％溶液（アルドリッチ・ケミ
カル（Ａldrich Ｃhemical）社）を含浸させ、６０℃で
乾燥させた。(II)この後、１４０℃で５分間、膜を熱処
理した。ピンホールがなくなるまで(Ｉ)と(II)の操作を
繰り返した（５回）。
【００１６】次に、この膜を１Ｎ硫酸中に６０〜７０℃
で１時間浸漬した後、６０〜７０℃で純水中に１時間浸
漬して、イオン交換樹脂の側鎖の末端基を−ＳＯ3Ｈに
変換した。
で１時間浸漬した後、６０〜７０℃で純水中に１時間浸
漬して、イオン交換樹脂の側鎖の末端基を−ＳＯ3Ｈに
変換した。
【００１７】比較例１ 補強用織布として、２００デニールのポリテトラフロロ
エチレンマルチフィラメントを横糸とし、２００デニー
ルのポリテトラフロロエチレンマルチフィラメントを縦
糸として２５メッシュに絡み織りしたものを用いた。こ
の補強用織布に、(Ｉ)５重量％のナフィオン溶液（アル
ドリッチ・ケミカル社製）を含浸させ、６０℃で乾燥さ
せた。(II)この後、１４０℃で５分間熱処理した。ピン
ホールがなくなるまで(Ｉ)と(II)の操作を、膜厚が５０
μmになるまで繰り返した（５回）。ピンホールは見ら
れなかった。
エチレンマルチフィラメントを横糸とし、２００デニー
ルのポリテトラフロロエチレンマルチフィラメントを縦
糸として２５メッシュに絡み織りしたものを用いた。こ
の補強用織布に、(Ｉ)５重量％のナフィオン溶液（アル
ドリッチ・ケミカル社製）を含浸させ、６０℃で乾燥さ
せた。(II)この後、１４０℃で５分間熱処理した。ピン
ホールがなくなるまで(Ｉ)と(II)の操作を、膜厚が５０
μmになるまで繰り返した（５回）。ピンホールは見ら
れなかった。
【００１８】次に、この膜を１Ｎ硫酸中に６０〜７０℃
で１時間浸漬した後、６０〜７０℃で純水中に１時間浸
漬し、イオン交換樹脂の側鎖の末端基を−ＳＯ3Ｈに変
換した。
で１時間浸漬した後、６０〜７０℃で純水中に１時間浸
漬し、イオン交換樹脂の側鎖の末端基を−ＳＯ3Ｈに変
換した。
【００１９】実施例１及び比較例１で得られた膜それぞ
れを、「膨潤サイクルテスト」に付した。その結果、実
施例１ではテスト後ピンホールは見られなかったが、比
較例１の膜では２０％にピンホールが発生した。
れを、「膨潤サイクルテスト」に付した。その結果、実
施例１ではテスト後ピンホールは見られなかったが、比
較例１の膜では２０％にピンホールが発生した。
【００２０】「膨潤サイクルテスト」は以下のように行
う。高分子電解質膜を直径６cmの円形に切り、外周部
（直径５cm）のところにＯ−リングを乗せ、ドーナツ状
押え具で上下から挟み、押え具の６箇所をボルト／ナッ
トで固定し、９０℃の純水中に５分間浸漬した後に取り
出し、１００℃で５分間乾燥させる。この浸漬乾燥工程
をを１０回繰り返した後、イオン交換樹脂の脱落による
穴の有無を目視により観察し、かつ膜の一方の面より加
圧した場合の他方の面への空気のもれの有無を観察し
て、ピンホールの有無を評価する。
う。高分子電解質膜を直径６cmの円形に切り、外周部
（直径５cm）のところにＯ−リングを乗せ、ドーナツ状
押え具で上下から挟み、押え具の６箇所をボルト／ナッ
トで固定し、９０℃の純水中に５分間浸漬した後に取り
出し、１００℃で５分間乾燥させる。この浸漬乾燥工程
をを１０回繰り返した後、イオン交換樹脂の脱落による
穴の有無を目視により観察し、かつ膜の一方の面より加
圧した場合の他方の面への空気のもれの有無を観察し
て、ピンホールの有無を評価する。
【００２１】
【発明の効果】本発明の高分子電解質膜は、それを取り
付けた装置の運転中に生じるイオン交換樹脂の膨潤、収
縮の繰り返しに起因する高分子電解質膜の破損を防止す
る効果がある。従って、固体高分子型燃料電池や水電解
装置などの分野で利用すると効果的である。
付けた装置の運転中に生じるイオン交換樹脂の膨潤、収
縮の繰り返しに起因する高分子電解質膜の破損を防止す
る効果がある。従って、固体高分子型燃料電池や水電解
装置などの分野で利用すると効果的である。
Claims (2)
- 【請求項１】 延伸により作製された高分子多孔膜と該
多孔膜の少なくとも孔内に含有されたイオン交換樹脂と
からなる高分子電解質膜。 - 【請求項２】 延伸により作製された高分子多孔膜にイ
オン交換樹脂の溶液を含浸させ、次いで溶媒を除去する
ことを特徴とする高分子電解質膜の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4180977A JPH0629032A (ja) | 1992-07-08 | 1992-07-08 | 高分子電解質膜及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4180977A JPH0629032A (ja) | 1992-07-08 | 1992-07-08 | 高分子電解質膜及びその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0629032A true JPH0629032A (ja) | 1994-02-04 |
Family
ID=16092592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4180977A Pending JPH0629032A (ja) | 1992-07-08 | 1992-07-08 | 高分子電解質膜及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0629032A (ja) |
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