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JP2008147001A - Polymer electrolyte - Google Patents

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JP2008147001A
JP2008147001A JP2006332352A JP2006332352A JP2008147001A JP 2008147001 A JP2008147001 A JP 2008147001A JP 2006332352 A JP2006332352 A JP 2006332352A JP 2006332352 A JP2006332352 A JP 2006332352A JP 2008147001 A JP2008147001 A JP 2008147001A
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polymer electrolyte
polymer
represent
ion exchange
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Pending
Application number
JP2006332352A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Akizuki
健 秋月
Masahiro Rikukawa
政弘 陸川
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/31Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating aromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/312Non-condensed aromatic systems, e.g. benzene
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)
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Abstract

【課題】湿度や温度に依存することなく、優れたプロトン伝導性を示す炭化水素系電解質を提供する。
【解決手段】ポリフェニレン系高分子で、分子中に電子吸引性基、電子供与性基、スルホン化芳香族基を含む高分子単位を有し、イオン交換容量が2.8〜3.8meq/gであることを特徴とする高分子電解質。ポリフェニレン系高分子の側鎖に一定量のスルホン酸基を導入することにより、水に溶解することなくイオン交換容量が増大(プロトン伝導率が向上)される。
【選択図】図1
A hydrocarbon electrolyte exhibiting excellent proton conductivity without depending on humidity or temperature is provided.
A polyphenylene polymer having a polymer unit containing an electron-withdrawing group, an electron-donating group, and a sulfonated aromatic group in the molecule, and an ion exchange capacity of 2.8 to 3.8 meq / g. A polymer electrolyte characterized by being: By introducing a certain amount of the sulfonic acid group into the side chain of the polyphenylene polymer, the ion exchange capacity is increased (proton conductivity is improved) without dissolving in water.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は高分子電解質およびこれを用いた燃料電池に関する。   The present invention relates to a polymer electrolyte and a fuel cell using the same.

動力源からの環境負荷ガスの放出を削減できる動力源として、高分子電解質型燃料電池(PEFC)が注目されている。PEFCでは、電池内でプロトンの伝導が起こることによって発電反応が進行する。PEFCにおけるプロトン伝導には水の存在が必須であり、それ故PEFCの発電反応を進行させるためには加湿器が必要となる。車両などに燃料電池を適用する場合、車載性の観点からは加湿器は小さいことが望まれるため、低加湿下でもプロトン伝導が良好に行われる電解質が求められている。ナフィオン(登録商標、デュポン社製)、アシプレックス(登録商標、旭化成株式会社製)に代表されるフッ素系樹脂電解質は、低加湿度下におけるプロトン伝導性に優れており、PEFCにおいて汎用されている材料である。   A polymer electrolyte fuel cell (PEFC) has attracted attention as a power source that can reduce the release of environmentally hazardous gas from the power source. In PEFC, a power generation reaction proceeds by proton conduction in the battery. The presence of water is indispensable for proton conduction in PEFC, and therefore a humidifier is required to advance the power generation reaction of PEFC. When a fuel cell is applied to a vehicle or the like, since a humidifier is desired to be small from the viewpoint of in-vehicle performance, an electrolyte that can perform proton conduction well even under low humidification is required. Fluoropolymer electrolytes represented by Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont) and Aciplex (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei) have excellent proton conductivity under low humidity and are widely used in PEFC. Material.

しかしながら、フッ素系樹脂電解質は、フッ素からなる高分子材料であるため、リサイクル性という面で問題を有する。燃料電池自動車の普及を考えた場合、リサイクルできるかどうかという問題は重要であり、リサイクルができない材料の環境への負荷は無視することができない。さらに、フッ素系樹脂電解質を単独で電解質膜として適用した場合、高温耐久性の点で問題がある。したがって、フッ素系樹脂電解質の代替材料の必要性が高まってきている。   However, since the fluororesin electrolyte is a polymer material made of fluorine, it has a problem in terms of recyclability. Considering the widespread use of fuel cell vehicles, the question of whether or not it can be recycled is important, and the environmental impact of materials that cannot be recycled cannot be ignored. Furthermore, when a fluorine resin electrolyte is applied alone as an electrolyte membrane, there is a problem in terms of high temperature durability. Therefore, the need for an alternative material for the fluororesin electrolyte is increasing.

代替材料として炭化水素系電解質の開発が近年行われてきている。炭化水素系材料は、一般的にフッ素系樹脂電解質よりも高温耐久性に優れ、フッ素系樹脂電解質の代替として期待される。   In recent years, hydrocarbon-based electrolytes have been developed as an alternative material. Hydrocarbon materials generally have higher temperature durability than fluororesin electrolytes and are expected to replace fluororesin electrolytes.

炭化水素系電解質として、例えば、特許文献1〜3では、スルホン化エンジニアリングプラスチックが報告されている。前記スルホン化エンジニアリングプラスチックのプロトン伝導性は、高加湿条件下において、フッ素系樹脂電解質と同等のプロトン伝導性を示すものの、低加湿条件下のプロトン伝導性は著しく低下する。このような状況下、低加湿条件下であっても、プロトン伝導性に優れる電解質として、ポリフェニレン系の電解質材料が、特許文献4および5で報告されている。
特開平6−93114号公報 特開平9−245818号公報 特開平11−116679号公報 米国特許第5,403,675号明細書 特開2005−149810号公報
For example, Patent Documents 1 to 3 report sulfonated engineering plastics as hydrocarbon-based electrolytes. The proton conductivity of the sulfonated engineering plastic exhibits proton conductivity equivalent to that of the fluororesin electrolyte under high humidification conditions, but the proton conductivity under low humidification conditions is significantly reduced. Under such circumstances, Patent Documents 4 and 5 report polyphenylene-based electrolyte materials as electrolytes having excellent proton conductivity even under low humidification conditions.
JP-A-6-93114 JP-A-9-245818 Japanese Patent Laid-Open No. 11-116679 US Pat. No. 5,403,675 JP 2005-149810 A

例えば、特許文献4で報告されているスルホン化ポリ(4−フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)(PPBP)や特許文献5で報告されているポリフェニレン系ポリマーは他の炭化水素系電解質に比べて、低加湿下におけるプロトン伝導は著しく向上しているが、フッ素系樹脂電解質の低加湿下におけるプロトン伝導にはそれでも及ばない。したがって、本発明の目的は、湿度や温度に依存することなく、優れたプロトン伝導性を示す炭化水素系電解質を提供することにある。   For example, the sulfonated poly (4-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) (PPBP) reported in Patent Document 4 and the polyphenylene polymer reported in Patent Document 5 are compared to other hydrocarbon electrolytes. Although the proton conduction under low humidification is remarkably improved, the proton conduction under low humidification of the fluorine-based resin electrolyte is not enough. Accordingly, an object of the present invention is to provide a hydrocarbon electrolyte exhibiting excellent proton conductivity without depending on humidity and temperature.

本発明者らは、鋭意検討した結果、特定のイオン交換容量を有するポリフェニレン系高分子を用いることで上記課題が解決されうることを見出した。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problem can be solved by using a polyphenylene polymer having a specific ion exchange capacity.

すなわち、本発明は、下記化学式(1)で表される高分子単位を有し、イオン交換容量が2.8〜3.8meq/gであることを特徴とする高分子電解質;   That is, the present invention provides a polymer electrolyte having a polymer unit represented by the following chemical formula (1) and having an ion exchange capacity of 2.8 to 3.8 meq / g;

式中、Aは電子吸引性基を示し、BおよびBは電子供与性基を示し、ArおよびArは芳香族基を示し、kおよびmは0以上の数を示し(ただし、kおよびmは、同時に0になることはない)、xおよびyは0以上の整数を示す(ただし、xおよびyが同時に0になることはない);である。 In the formula, A represents an electron-withdrawing group, B 1 and B 2 represent an electron-donating group, Ar 1 and Ar 2 represent an aromatic group, and k and m represent a number of 0 or more (provided that k and m are not 0 at the same time), and x and y are integers of 0 or more (provided that x and y are not 0 at the same time);

本発明のポリフェニレン系高分子を燃料電池の電解質として適用した場合、湿度に依存することなく、優れたプロトン伝導性を発揮するため、動作環境適応性が要求される車両などに応用できる。また、本発明のポリフェニレン系高分子は、従来のフッ素樹脂電解質と比較して環境付加の低減を図ることができる。   When the polyphenylene polymer of the present invention is applied as an electrolyte of a fuel cell, it exhibits excellent proton conductivity without depending on humidity, and thus can be applied to vehicles and the like that require adaptability to the operating environment. In addition, the polyphenylene polymer of the present invention can reduce the environmental load as compared with conventional fluororesin electrolytes.

一般的に、炭素水素系電解質において、プロトン伝導を向上させるために、電解質のイオン交換容量を増大させようとする、すなわちスルホ基(スルホン酸基)の数を増やそうとすると、電解質が水に溶解してしまうという問題があった。また、PPBPにスルホ基を多数導入することは分子構造上、困難であった。本発明者らは、ポリフェニレン系高分子の主鎖近傍の耐水性に着目し、ポリフェニレン系高分子の側鎖に一定量のスルホン酸基を導入することにより、水に溶解することなくイオン交換容量の増大(プロトン伝導率の向上)が図れることを見出したものである。さらに、本発明者らは、ポリフェニレン系高分子のスルホ基量を一定範囲にすることで、低加湿下においても、プロトン伝導が著しく向上することを見出したものである。   Generally, in a carbon-hydrogen electrolyte, in order to improve proton conduction, if the ion exchange capacity of the electrolyte is increased, that is, if the number of sulfo groups (sulfonic acid groups) is increased, the electrolyte dissolves in water. There was a problem of doing. Moreover, it was difficult to introduce a large number of sulfo groups into PPBP because of the molecular structure. The present inventors paid attention to the water resistance in the vicinity of the main chain of the polyphenylene polymer, and introduced a certain amount of sulfonic acid group into the side chain of the polyphenylene polymer, thereby eliminating the ion exchange capacity without dissolving in water. The increase in proton conductivity (improvement of proton conductivity) was found. Further, the present inventors have found that proton conduction is remarkably improved even under low humidification by setting the amount of sulfo group of the polyphenylene polymer within a certain range.

本発明の高分子電解質は、下記化学式(1);   The polymer electrolyte of the present invention has the following chemical formula (1);

で表される高分子単位を有する。 It has a polymer unit represented by.

上記化学式(1)中、Aは電子吸引性基を示す。電子吸引性基としては、カルボニル基、スルホニル基、スルフィニル基、カルボン酸エステル基(−COO−)、アミド基、−(CF−(ここでlはl〜10の整数)、−C(CF−などが挙げられる。中でも、非フッ素系であることから、Aはカルボニル基、スルホニル基、スルフィニル基、カルボン酸エステル基(−COO−)、アミド基が好ましく、加水分解性耐性の高いことから、カルボニル基、スルホニル基であることがより好ましい。 In the chemical formula (1), A represents an electron withdrawing group. Examples of the electron withdrawing group include a carbonyl group, a sulfonyl group, a sulfinyl group, a carboxylate group (—COO—), an amide group, — (CF 2 ) 1 — (where l is an integer of 1 to 10), —C (CF 3 ) 2 — and the like can be mentioned. Among these, A is preferably a carbonyl group, a sulfonyl group, a sulfinyl group, a carboxylic acid ester group (—COO—) or an amide group, and since A is highly hydrolyzable, a carbonyl group, a sulfonyl group It is more preferable that

上記化学式(1)中、BおよびBはそれぞれ独立して電子供与性基を示す。BおよびBは同一であっても異なるものであってもよいが、BおよびBが同一の電子供与性基であることが好ましい。電子供与性基としては、メチレン基、エチレン基、イソプロピレン基などのアルキレン基、エーテル基、−S−、−CH=CH−、−C−C≡C―、または下記化学式(3)で示される基などが挙げられる。 In the chemical formula (1), B 1 and B 2 each independently represent an electron donating group. B 1 and B 2 may be the same or different, but it is preferable that B 1 and B 2 are the same electron donating group. Examples of the electron donating group include an alkylene group such as a methylene group, an ethylene group, and an isopropylene group, an ether group, —S—, —CH═CH—, —C—C≡C—, or the following chemical formula (3). And the like.

中でもラジカル種への化学的反応性のより低いエーテル基、−S−が好ましく、エーテル基であることがより好ましい。   Of these, an ether group having a lower chemical reactivity to radical species, -S-, is preferred, and an ether group is more preferred.

上記化学式(1)中、ArおよびArは、それぞれ独立して、芳香族基を示す。ArおよびArは同一であっても異なるものであってもよい。芳香族基としては、特に制限されるもではないが、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントリル基、ナフタセニル基、ピレニル基、またはビフェニレン基等の炭素数6〜16の芳香族炭化水素基;ベンゾフラニル基、イソベンゾフラニル基、またはカルバゾリル基等の芳香族複素環基等が挙げられる。中でも、スルホ基を効率よく導入するためには、芳香族炭化水素基が好ましく、フェニル基であることがより好ましい。 In the chemical formula (1), Ar 1 and Ar 2 each independently represent an aromatic group. Ar 1 and Ar 2 may be the same or different. The aromatic group is not particularly limited, but an aromatic hydrocarbon group having 6 to 16 carbon atoms such as a phenyl group, a naphthyl group, an anthracenyl group, a phenanthryl group, a naphthacenyl group, a pyrenyl group, or a biphenylene group; An aromatic heterocyclic group such as a benzofuranyl group, an isobenzofuranyl group, or a carbazolyl group, and the like can be given. Especially, in order to introduce | transduce a sulfo group efficiently, an aromatic hydrocarbon group is preferable and it is more preferable that it is a phenyl group.

上記化学式(1)中、kは0以上の数を示し、好ましくは1以上5以下、より好ましくは1以上3以下、最も好ましくは1を示す。mは0以上の数を示し、好ましくは1以上5以下、より好ましくは1以上3以下、最も好ましくは1を示す。なお、kおよびmが同時に0になることはない。また、k=0の場合は、末端が水素原子(すなわち−BH)である。 In the chemical formula (1), k represents a number of 0 or more, preferably 1 or more and 5 or less, more preferably 1 or more and 3 or less, and most preferably 1. m represents a number of 0 or more, preferably 1 or more and 5 or less, more preferably 1 or more and 3 or less, and most preferably 1. Note that k and m are not 0 at the same time. In the case of k = 0, end is a hydrogen atom (i.e. -B 2 H).

上記化学式(1)中、xおよびyはそれぞれ独立して0以上の整数を示す。なお、xおよびyが同時に0になることはない。xおよびyは、ポリフェニレン系高分子のスルホ基の導入量を規定するものであり、本願高分子電解質のイオン交換容量が2.8〜3.8meq/gとなるように設計される。したがって、高分子電解質のイオン交換容量が2.8〜3.8meq/gであれば、xおよびyは特に制限されるものではないが、以下の式(1)で表される各高分子単位のS値の平均値が好ましくは2.5以上3.8以下、より好ましくは2.9以上3.5以下となるようにxおよびyを決定することが好ましい。   In the chemical formula (1), x and y each independently represent an integer of 0 or more. Note that x and y are not 0 simultaneously. x and y define the introduction amount of the sulfo group of the polyphenylene polymer, and are designed so that the ion exchange capacity of the polymer electrolyte of the present application is 2.8 to 3.8 meq / g. Therefore, if the ion exchange capacity of the polymer electrolyte is 2.8 to 3.8 meq / g, x and y are not particularly limited, but each polymer unit represented by the following formula (1) It is preferable to determine x and y so that the average value of S values is preferably 2.5 or more and 3.8 or less, more preferably 2.9 or more and 3.5 or less.

ここで、MB1:B部位の分子量、MB2:B2部位の分子量、MAr1:Ar部位の分子量、MAr2:Ar2部位の分子量、Mso3H:SOHの分子量(=81.1)、Mn:下記化学式(4)で表される部位の分子量である。 Here, molecular weight of M B1 : B 1 site, molecular weight of M B2 : B 2 site, molecular weight of M Ar1 : Ar 1 site, molecular weight of M Ar2 : Ar 2 site, molecular weight of Mso 3H : SO 3 H (= 81 .1), Mn: molecular weight of the site represented by the following chemical formula (4).

S値が上記範囲にあることで、高分子電解質が主鎖以外の構造によらず、耐水溶解性を有するため、好ましい。   It is preferable for the S value to be in the above range because the polymer electrolyte has water solubility resistance regardless of the structure other than the main chain.

なお、本発明の高分子電解質を構成する高分子単位は、1種であっても2種以上であってもよいが、工業生産性の観点からは、1種であることが好ましい。   In addition, although the polymer unit which comprises the polymer electrolyte of this invention may be 1 type, or 2 or more types may be sufficient, it is preferable that it is 1 type from a viewpoint of industrial productivity.

本発明の高分子電解質は、上記高分子単位を好ましくは250以上、より好ましくは350以上、さらに好ましくは500以上有することが好ましい。重合度がこの範囲にあると、高分子電解質の製造が容易であり、また、スルホ基を高分子に導入する際、導入量の調整が行いやすいので好ましい。   The polymer electrolyte of the present invention preferably has the above polymer unit preferably 250 or more, more preferably 350 or more, and still more preferably 500 or more. When the degree of polymerization is within this range, it is preferable because the production of the polymer electrolyte is easy and the introduction amount can be easily adjusted when the sulfo group is introduced into the polymer.

本発明の高分子電解質は、イオン交換容量が2.8〜3.8meq/gであり、好ましくは2.8〜3.5meq/gであり、より好ましくは3.0〜3.3meq/gである。従来用いられているPPBPは、高加湿下でのプロトン伝導がフッ素系樹脂電解質と同等であるにも関わらず、低加湿下でのプロトン伝導はフッ素系樹脂電解質よりも劣るという問題があった。本発明者らはこの原因を検討した結果、従来のPPBPはイオン交換容量が2.7meq/g程度であり、このイオン交換容量の低さが、低加湿下でのプロトン伝導の低下の原因であると考え、本発明に至った。   The polymer electrolyte of the present invention has an ion exchange capacity of 2.8 to 3.8 meq / g, preferably 2.8 to 3.5 meq / g, more preferably 3.0 to 3.3 meq / g. It is. Conventionally used PPBP has a problem that proton conduction under low humidification is inferior to that of fluorine resin electrolyte even though proton conduction under high humidification is equivalent to that of fluorine resin electrolyte. As a result of studying this cause, the present inventors have found that the conventional PPBP has an ion exchange capacity of about 2.7 meq / g, and this low ion exchange capacity is a cause of a decrease in proton conduction under low humidification. As a result, the present invention was reached.

本発明において、イオン交換容量を2.8meq/g以上とすることで、低加湿下でのプロトン伝導が著しく向上する。また、フッ素系樹脂電解質と比較して、高温(通常130℃以上)であっても膜寸法を維持できることが、ポリフェニレン系電解質の特徴である。イオン交換容量が2.8〜3.8meq/gのポリフェニレン系電解質は、水の蒸発が始まる100℃以上であっても膜寸法を維持するばかりでなく、従来のポリフェニレン系電解質に比べて吸着水量、保持水量が大きく、高温下でのプロトン伝導に優れる。また、高分子電解質のイオン交換容量を3.8meq/g以下とすることで、耐水溶解に優れる。2.8〜3.8meq/gのイオン交換容量は、スルホ基の導入量を適宜調整することで得ることができる。   In the present invention, by setting the ion exchange capacity to 2.8 meq / g or more, proton conduction under low humidification is remarkably improved. Further, it is a feature of the polyphenylene electrolyte that the film size can be maintained even at a high temperature (usually 130 ° C. or higher) as compared with the fluorine resin electrolyte. The polyphenylene electrolyte having an ion exchange capacity of 2.8 to 3.8 meq / g not only maintains the membrane dimensions even at 100 ° C. or higher when water starts to evaporate, but also adsorbs more water than the conventional polyphenylene electrolyte. Has a large amount of retained water and is excellent in proton conduction at high temperatures. Moreover, it is excellent in water-resistant dissolution because the ion exchange capacity of the polymer electrolyte is 3.8 meq / g or less. An ion exchange capacity of 2.8 to 3.8 meq / g can be obtained by appropriately adjusting the amount of sulfo group introduced.

なお、イオン交換容量とは、高分子電解質膜1g当たりに存在するスルホ基のmol数を指し、具体的には、実施例に記載の方法により測定された値を本願では採用する。   The ion exchange capacity refers to the number of moles of sulfo groups present per 1 g of the polymer electrolyte membrane. Specifically, the value measured by the method described in the examples is adopted in the present application.

本発明の高分子電解質中、前記化学式(1)で表される高分子単位が全電解質100質量%に対して、50質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、100質量%であることがさらに好ましい。   In the polymer electrolyte of the present invention, the polymer unit represented by the chemical formula (1) is preferably 50% by mass or more, more preferably 80% by mass or more with respect to 100% by mass of the total electrolyte. More preferably, it is 100% by mass.

本発明の高分子電解質の重量平均分子量は、特に制限されるものではないが、未スルホン化化合物のGPC(ゲル浸透クラマトグラフ)による測定で重量平均分子量が10〜50万であることが好ましく、20〜50万であることがより好ましい。なお、重量平均分子量は以下の表に記載されたGPCの条件で算出されたものを採用するものとする。   The weight average molecular weight of the polymer electrolyte of the present invention is not particularly limited, but the weight average molecular weight is preferably from 100,000 to 500,000 as measured by GPC (gel permeation chromatograph) of an unsulfonated compound. More preferably, it is 200,000 to 500,000. In addition, the weight average molecular weight shall employ | adopt what was calculated on the conditions of GPC described in the following table | surfaces.

[製造方法]
本発明の高分子電解質の製造方法については、特に制限されず、従来公知の知見を適宜参照することにより、製造可能である。例えば、下記化合物(2)のモノマーを重合した後、スルホン化を行う製造方法が挙げられる。
[Production method]
The method for producing the polymer electrolyte of the present invention is not particularly limited, and can be produced by appropriately referring to conventionally known knowledge. For example, the manufacturing method which superposes | polymerizes after the monomer of the following compound (2) is mentioned.

なお、上記化学式(2)中、A、B、B、Ar、Ar、kおよびmは、上記化学式(1)で定義されたものと同義であり、XおよびXはそれぞれ独立して塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子のいずれかである。XおよびXは同一であっても、異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。 In the chemical formula (2), A, B 1 , B 2 , Ar 1 , Ar 2 , k, and m are the same as those defined in the chemical formula (1), and X 1 and X 2 are respectively Independently, it is either a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom. X 1 and X 2 may be the same or different, but are preferably the same.

化合物(2)のモノマーの製造方法は特に限定されないが、例えばAで表される電子吸引性基がカルボニル基である場合、以下のようにして合成できる。まず、下記化合物(A)を準備する。   Although the manufacturing method of the monomer of a compound (2) is not specifically limited, For example, when the electron withdrawing group represented by A is a carbonyl group, it can synthesize | combine as follows. First, the following compound (A) is prepared.

ここで、Aは化学式(1)で定義されたものと同義であり、X、XおよびXはそれぞれ独立して塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子のいずれかである。化合物(A)は単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。Aはカルボニル基、スルホニル基、スルフィニル基、カルボン酸エステル基(−COO−)、アミド基、−(CF−(ここでlはl〜10の整数)、−C(CF−であることが好ましく、カルボニル基、スルホニル基であることがより好ましい。反応効率の点からは、化合物(A)で表される化合物は2,5−ジクロロベンゾイルクロリドであることが好ましい。2,5−ジクロロベンゾイルクロリドは、例えば米国特許第5,403,675号公報に記載の方法で製造できる。 Here, A is synonymous with that defined in chemical formula (1), and X 1 , X 2 and X 3 are each independently any one of a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom. A compound (A) may be used independently and may use 2 or more types together. A is a carbonyl group, a sulfonyl group, a sulfinyl group, a carboxylic ester group (—COO—), an amide group, — (CF 2 ) 1 — (where l is an integer of 1 to 10), —C (CF 3 ) 2. -Is preferable, and a carbonyl group or a sulfonyl group is more preferable. From the viewpoint of reaction efficiency, the compound represented by the compound (A) is preferably 2,5-dichlorobenzoyl chloride. 2,5-dichlorobenzoyl chloride can be produced, for example, by the method described in US Pat. No. 5,403,675.

次に、化合物(A)と、下記化合物(B)とを反応させることによって化合物(2)を得ることができる。   Next, a compound (2) can be obtained by making a compound (A) and the following compound (B) react.

上記式中、B、B、Ar、Ar、kおよびmは、上記化学式(1)で定義されたものと同義である。この際の反応条件は、特に制限されるものではないが、反応温度が好ましくは25〜80℃、より好ましくは40〜70℃、反応時間が好ましくは8〜48時間、より好ましくは16〜32時間で反応が行われる。反応の際の圧力は、特に限定されず、加圧下、常圧(大気圧)下、または減圧下いずれかでよく、場合により適宜設定すればよいが、常圧下であることが好ましい。また、反応を行う雰囲気は特に限定されるものではないが、アルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。化合物(B)は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。反応効率および得られる高分子のプロトン伝導の観点から、化合物(B)で表される化合物は、1,4−ジフェノキシベンゼンであることが好ましい。 In the above formula, B 1 , B 2 , Ar 1 , Ar 2 , k and m are as defined in the above chemical formula (1). The reaction conditions in this case are not particularly limited, but the reaction temperature is preferably 25 to 80 ° C., more preferably 40 to 70 ° C., the reaction time is preferably 8 to 48 hours, and more preferably 16 to 32. Reaction takes place in time. The pressure during the reaction is not particularly limited, and may be any of under pressure, normal pressure (atmospheric pressure), or reduced pressure, and may be appropriately set depending on circumstances, but is preferably under normal pressure. The atmosphere in which the reaction is performed is not particularly limited, but it is preferably performed in an inert gas atmosphere such as argon gas or nitrogen gas. A compound (B) may be used independently and may use 2 or more types together. From the viewpoint of reaction efficiency and proton conduction of the resulting polymer, the compound represented by the compound (B) is preferably 1,4-diphenoxybenzene.

化合物(B)は、化合物(A)100モル%に対して、50〜100モル%であることが好ましく、80〜100モル%であることがより好ましい。   The compound (B) is preferably 50 to 100 mol% and more preferably 80 to 100 mol% with respect to 100 mol% of the compound (A).

また、この際用いられる触媒としては、ルイス酸触媒であれば良く、ルイス酸触媒の例としては、無水塩化アルミニウムが挙げられる。触媒は、化合物(A)100モル%に対して、100〜200モル%であることが好ましく、100〜150モル%であることがより好ましい。   The catalyst used at this time may be a Lewis acid catalyst, and an example of the Lewis acid catalyst is anhydrous aluminum chloride. The catalyst is preferably 100 to 200 mol%, more preferably 100 to 150 mol%, relative to 100 mol% of the compound (A).

かようにして得られたモノマーは、シクロヘキサンなどの溶媒を用いて再結晶化を行って精製することができる。   The monomer thus obtained can be purified by recrystallization using a solvent such as cyclohexane.

該モノマーの重合は、特に制限されるものではないが、特定の触媒の存在下に反応させることが好ましい。この際使用される触媒は、遷移金属化合物を含む触媒系であり、この触媒系としては、配位子成分、配位子が配位された遷移金属錯体(銅塩を含む)、および還元剤を必須成分とし、さらに、重合速度を上げるために塩を添加してもよい。   The polymerization of the monomer is not particularly limited, but it is preferable to react in the presence of a specific catalyst. The catalyst used in this case is a catalyst system containing a transition metal compound. The catalyst system includes a ligand component, a transition metal complex coordinated with a ligand (including a copper salt), and a reducing agent. May be added as an essential component, and a salt may be added to increase the polymerization rate.

配位子成分としては、トリフェニルホスフィン、2,2’−ビピリジン、1,5−シクロオクタジエン、または1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパンなどが挙げられる。これらのうち、トリフェニルホスフィン、2,2’−ビピリジンが好ましい。上記配位子成分である化合物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。配位子成分は、上記モノマー100モル%に対して、1〜100モル%であることが好ましく、1〜20モル%であることがより好ましい。   Examples of the ligand component include triphenylphosphine, 2,2′-bipyridine, 1,5-cyclooctadiene, 1,3-bis (diphenylphosphino) propane, and the like. Of these, triphenylphosphine and 2,2'-bipyridine are preferred. The compound which is the said ligand component may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. The ligand component is preferably 1 to 100 mol% and more preferably 1 to 20 mol% with respect to 100 mol% of the monomer.

配位子が配位された遷移金属錯体としては、例えば、塩化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、臭化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、ヨウ化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、硝酸ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、塩化ニッケル(2,2’−ビピリジン)、臭化ニッケル(2,2’−ビピリジン)、ヨウ化ニッケル(2,2’−ビピリジン)、硝酸ニッケル(2,2’−ビピリジン)、ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスフィン)ニッケル、テトラキス(トリフェニルホスファイト)ニッケル、またはテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウムなどが挙げられる。これらのうち、塩化ニッケルビス(トリフェニルホスフィン)、塩化ニッケル(2,2’−ビピリジン)が好ましい。遷移金属錯体は、上記モノマー100モル%に対して、1〜100モル%であることが好ましく、1〜20モル%であることがより好ましい。   Examples of transition metal complexes in which a ligand is coordinated include nickel chloride bis (triphenylphosphine), nickel bromide bis (triphenylphosphine), nickel iodide bis (triphenylphosphine), and nickel nitrate bis (tri Phenylphosphine), nickel chloride (2,2′-bipyridine), nickel bromide (2,2′-bipyridine), nickel iodide (2,2′-bipyridine), nickel nitrate (2,2′-bipyridine), Bis (1,5-cyclooctadiene) nickel, tetrakis (triphenylphosphine) nickel, tetrakis (triphenylphosphite) nickel, tetrakis (triphenylphosphine) palladium, or the like can be given. Of these, nickel chloride bis (triphenylphosphine) and nickel chloride (2,2'-bipyridine) are preferred. The transition metal complex is preferably 1 to 100 mol% and more preferably 1 to 20 mol% with respect to 100 mol% of the monomer.

上記触媒系に使用することができる還元剤としては、例えば、鉄、亜鉛、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、ナトリウム、またはカルシウムなどが挙げられる。これらのうち、亜鉛、マグネシウム、マンガンが好ましい。これらの還元剤は、有機酸などの酸に接触させることにより、より活性化して用いることができる。還元剤は、上記モノマー100モル%に対して、1〜100モル%であることが好ましく、10〜30モル%であることがより好ましい。   Examples of the reducing agent that can be used in the catalyst system include iron, zinc, manganese, aluminum, magnesium, sodium, and calcium. Of these, zinc, magnesium and manganese are preferred. These reducing agents can be used after being more activated by bringing them into contact with an acid such as an organic acid. The reducing agent is preferably 1 to 100 mol% and more preferably 10 to 30 mol% with respect to 100 mol% of the monomer.

また、上記触媒系において使用することのできる塩としては、フッ化ナトリウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、硫酸ナトリウムなどのナトリウム化合物;フッ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、ヨウ化カリウム、硫酸カリウムなどのカリウム化合物;フッ化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウム、硫酸テトラエチルアンモニウムなどのアンモニウム化合物などが挙げられる。これらのうち、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、臭化カリウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウムが好ましい。塩は、上記モノマー100モル%に対して、1〜100モル%であることが好ましく、10〜30モル%であることがより好ましい。   Examples of salts that can be used in the above catalyst system include sodium compounds such as sodium fluoride, sodium chloride, sodium bromide, sodium iodide, sodium sulfate; potassium fluoride, potassium chloride, potassium bromide, iodide. Examples include potassium compounds such as potassium and potassium sulfate; ammonium compounds such as tetraethylammonium fluoride, tetraethylammonium chloride, tetraethylammonium bromide, tetraethylammonium iodide, and tetraethylammonium sulfate. Of these, sodium bromide, sodium iodide, potassium bromide, tetraethylammonium bromide, and tetraethylammonium iodide are preferred. The salt is preferably 1 to 100 mol% and more preferably 10 to 30 mol% with respect to 100 mol% of the monomer.

また、該重合の際に用いられる溶媒としては、例えばテトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノンなどが挙げられる。これらのうち、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノンが好ましい。これらの重合溶媒は、十分に乾燥してから用いることが好ましい。   Examples of the solvent used in the polymerization include tetrahydrofuran, cyclohexanone, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone, N , N′-dimethylimidazolidinone and the like. Of these, tetrahydrofuran, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and N, N'-dimethylimidazolidinone are preferred. These polymerization solvents are preferably used after sufficiently dried.

重合の際の重合温度および重合時間は、特に限定されるものではなく、分子量、重合濃度等によって適宜設定すればよい。例えば、重量平均分子量が10〜50万の重合体を得ることを目的とする場合、反応効率の点から、重合温度が好ましくは25〜80℃、より好ましくは40〜70℃、重合時間が好ましくは8〜40時間、より好ましくは16〜32時間で重合が行われる。重合の際の重合圧力は、特に限定されず、加圧下、常圧(大気圧)下、減圧下いずれかでよく、場合により適宜設定すればよいが、常圧下であることが好ましい。   The polymerization temperature and polymerization time during the polymerization are not particularly limited, and may be appropriately set depending on the molecular weight, the polymerization concentration, and the like. For example, when it is intended to obtain a polymer having a weight average molecular weight of 100 to 500,000, the polymerization temperature is preferably 25 to 80 ° C., more preferably 40 to 70 ° C., and the polymerization time is preferable from the viewpoint of reaction efficiency. Is carried out in 8 to 40 hours, more preferably 16 to 32 hours. The polymerization pressure during the polymerization is not particularly limited, and may be any of under pressure, normal pressure (atmospheric pressure), or reduced pressure, and may be appropriately set depending on the case, but is preferably under normal pressure.

スルホン化を行う方法としては、重合体を硫酸、無水硫酸、発煙硫酸、クロルスルホン酸、または亜硫酸ナトリウムなどの公知のスルホン化剤を用いる方法、あるいはチオール化合物を経てこれを酸化する方法などを用いて、スルホン化を行うことができる。   As a method of sulfonation, a method using a known sulfonating agent such as sulfuric acid, sulfuric anhydride, fuming sulfuric acid, chlorosulfonic acid, or sodium sulfite, or a method of oxidizing the polymer through a thiol compound is used. Thus, sulfonation can be performed.

最終的に得られる高分子のイオン交換容量が2.8〜3.8meq/gであれば、スルホン化を行う条件は、特に制限されないが、温度が通常25〜80℃、好ましくは25〜40℃、時間が通常5〜100時間、好ましくは24〜60時間でスルホン化を行う。また、アルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。また、スルホン化を行う際には、溶媒を用いて行っても、無溶媒下で行ってもよい。さらに、用いられるスルホン化剤量は、スルホン化剤の反応性に応じて適宜調整することができる。例えば硫酸を用いる場合は、スルホ基を導入しようとするモノマー当量に対し10〜100モルの範囲で用いることが好ましい。この際のスルホン化剤の量は、後述する電解質樹脂のイオン交換容量に応じて調整される。   If the ion exchange capacity of the finally obtained polymer is 2.8 to 3.8 meq / g, the conditions for sulfonation are not particularly limited, but the temperature is usually 25 to 80 ° C., preferably 25 to 40. The sulfonation is carried out at a temperature of 5 ° C. for 5 to 100 hours, preferably 24 to 60 hours. Moreover, it is preferable to carry out in inert gas atmosphere, such as argon gas and nitrogen gas. Moreover, when performing sulfonation, you may carry out using a solvent or under absence of solvent. Furthermore, the amount of the sulfonating agent used can be appropriately adjusted according to the reactivity of the sulfonating agent. For example, when sulfuric acid is used, it is preferably used in a range of 10 to 100 moles relative to the monomer equivalent to which a sulfo group is to be introduced. The amount of the sulfonating agent at this time is adjusted according to the ion exchange capacity of the electrolyte resin described later.

かようにして得られた高分子電解質を用いて高分子電解質膜を製造する方法としては、特に限定されないが、例えば、本発明のポリフェニレン系電解質を溶剤に溶解して溶液とした後、キャスティングにより基体上に流延し、フィルム状に成形するキャスティング法などが挙げられる。   A method for producing a polymer electrolyte membrane using the polymer electrolyte thus obtained is not particularly limited. For example, the polyphenylene electrolyte of the present invention is dissolved in a solvent to form a solution, and then cast. The casting method etc. which cast on a base | substrate and shape | mold into a film form are mentioned.

製膜にあたっては粘度を10〜10000mPa・sとすることが好ましく、10〜1000mPa・sとすることがより好ましい。上記範囲内であると、溶剤の残留量が少なく、また溶液を乾燥する際に多量の気泡が発生する虞が低いことと、レベリング効果により厚みのむらが低減できるため、安定したプロトン伝導性が確保される。   In film formation, the viscosity is preferably 10 to 10000 mPa · s, more preferably 10 to 1000 mPa · s. Within the above range, the residual amount of solvent is small, and there is a low risk of generating a large amount of bubbles when the solution is dried, and the unevenness in thickness can be reduced due to the leveling effect, ensuring stable proton conductivity. Is done.

この際の電解質濃度は、分子量にもよるが、通常、2.5〜50質量%、好ましくは7〜25質量%である。上記範囲内であれば、製膜性に優れる。   The electrolyte concentration at this time is usually 2.5 to 50% by mass, preferably 7 to 25% by mass, although it depends on the molecular weight. If it is in the said range, it is excellent in film forming property.

また、この際に用いられる溶媒としては、たとえば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチル尿素、ジメチルイミダゾリジノンなどの非プロトン系極性溶剤、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、iso−プロピルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコールなどのアルコール系溶媒およびアセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶媒などが挙げられる。これらの溶媒は、単独で用いてもよく、あるいは2種以上混合させてもよい。またこれらの溶媒に水を添加したものを用いてもよい。これらの混合物のうち、幅広い組成範囲で溶液粘度を下げる効果があることから、メタノールと非プロトン系極性溶媒との混合物が好ましい。   Examples of the solvent used in this case include N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, γ-butyrolactone, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, dimethylurea, dimethylimidazolidinone and the like. Aprotic polar solvents, alcohol solvents such as methanol, ethanol, propyl alcohol, iso-propyl alcohol, sec-butyl alcohol, tert-butyl alcohol, and ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, and cyclohexanone. These solvents may be used alone or in combination of two or more. Moreover, you may use what added water to these solvents. Among these mixtures, a mixture of methanol and an aprotic polar solvent is preferable because it has an effect of reducing the solution viscosity in a wide composition range.

粘度を調整したポリマー溶液は基材に流延される。流延する基材としては、アルミニウム、スチール、ニッケルなどの金属材料、ガラス、セラミックス、プラスチックなどが挙げられる。基材の形状は特に限定されるものではなく、板状、円盤状、フィルム状、金属箔状、プール状、波板状、管状など所望の形状を使用できる。また基材は、静置されていても、等速度あるいは加速度下にて直進、並進、回転、振幅等の運動を行っていてもよい。   The polymer solution whose viscosity is adjusted is cast onto a substrate. Examples of the substrate to be cast include metal materials such as aluminum, steel, and nickel, glass, ceramics, and plastics. The shape of the substrate is not particularly limited, and a desired shape such as a plate shape, a disk shape, a film shape, a metal foil shape, a pool shape, a corrugated plate shape, a tubular shape, or the like can be used. Further, the base material may be left standing or may be moved in a straight line, translation, rotation, amplitude, or the like at a constant speed or acceleration.

ポリマー溶液が流延される基材表面の温度分布は、樹脂進行方向の垂直成分における最高温度と最低温度との差が30℃以内であることが好ましく、20℃以内であることがより好ましい。基材表面の温度分布が大きすぎると、ポリマー溶液の乾燥速度が相違するので、乾燥速度が大きい部分にポリマーが凝集してしまう場合がある。このために膜厚が非連続的に不均一となる虞がある。   In the temperature distribution on the surface of the substrate on which the polymer solution is cast, the difference between the maximum temperature and the minimum temperature in the vertical component in the resin traveling direction is preferably within 30 ° C, more preferably within 20 ° C. If the temperature distribution on the surface of the substrate is too large, the drying speed of the polymer solution is different, so that the polymer may aggregate at a portion where the drying speed is high. For this reason, there exists a possibility that a film thickness may become non-continuously nonuniform.

基板上に成形されたフィルムは、好ましくは25〜140℃、0.1〜24時間、加熱乾燥することにより、高分子電解質膜を得ることができる。   The film formed on the substrate is preferably heated and dried at 25 to 140 ° C. for 0.1 to 24 hours to obtain a polymer electrolyte membrane.

本発明の高分子電解質、高分子電解質膜は、燃料電池に用いることができる。この場合、電気エネルギー損失の顕著な低減を達成できる。   The polymer electrolyte and polymer electrolyte membrane of the present invention can be used for fuel cells. In this case, a significant reduction in electrical energy loss can be achieved.

特に、本発明の高分子電解質は、触媒成分および触媒成分を担持する導電性担体を含む触媒層に含まれる電解質として用いることができる。この場合、本発明の高分子電解質は、触媒成分100質量%に対して、触媒層中、好ましくは25〜100質量%、より好ましくは35〜85質量%含まれる。また、本発明の高分子電解質と組み合わせて用いることも可能である。上記触媒成分および触媒成分を担持する導電性担体は、従来公知のものを使用することができる。   In particular, the polymer electrolyte of the present invention can be used as an electrolyte contained in a catalyst layer including a catalyst component and a conductive carrier that supports the catalyst component. In this case, the polymer electrolyte of the present invention is contained in the catalyst layer in an amount of preferably 25 to 100% by mass, more preferably 35 to 85% by mass with respect to 100% by mass of the catalyst component. Further, it can be used in combination with the polymer electrolyte of the present invention. A conventionally well-known thing can be used for the electroconductive support | carrier which carry | supports the said catalyst component and catalyst component.

燃料電池を構成するその他の部材については、燃料電池の分野において従来公知の構成がそのまま、または適宜改良されて採用されうる。適用用途としては、PEFCが挙げられる。PEFCを構成する構成材料として本発明の高分子電解質および/または高分子電解質膜を用いた場合の電流−電圧出力過程において、従来のフッ素系樹脂電解質よりも高い出力密度を示す効果が得られる。PEFCの構成としては、セパレータ、ガス拡散層、カソード触媒層、電解質膜、アノード触媒層、ガス拡散層、およびセパレータが、この順序で配置された構成が挙げられる。ただし、PEFCにおける基本的な構成は上記に限定されるわけではなく、他の構成を有するPEFCにも、本発明を適用することが可能である。   As for other members constituting the fuel cell, a conventionally known configuration in the field of the fuel cell can be employed as it is or after being appropriately modified. An example of the application is PEFC. In the current-voltage output process when the polymer electrolyte and / or polymer electrolyte membrane of the present invention is used as a constituent material constituting the PEFC, an effect showing a higher output density than that of a conventional fluororesin electrolyte is obtained. The PEFC has a configuration in which a separator, a gas diffusion layer, a cathode catalyst layer, an electrolyte membrane, an anode catalyst layer, a gas diffusion layer, and a separator are arranged in this order. However, the basic configuration of the PEFC is not limited to the above, and the present invention can also be applied to PEFCs having other configurations.

本発明の燃料電池の製造方法は特に制限されず、燃料電池の分野において従来公知の知見を適宜参照することにより製造可能である。   The method for producing the fuel cell of the present invention is not particularly limited, and can be produced by appropriately referring to conventionally known knowledge in the field of fuel cells.

燃料電池の燃料の種類としては、特に限定されず、例えば、水素、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2級ブタノール、3級ブタノール、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチレングリコール、ジエチレングリコールなどを用いることができる。なかでも高出力化が可能である点で、水素とメタノールとが好ましく挙げられる。   The type of fuel for the fuel cell is not particularly limited. For example, hydrogen, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, secondary butanol, tertiary butanol, dimethyl ether, diethyl ether, ethylene glycol, Diethylene glycol or the like can be used. Of these, hydrogen and methanol are preferred because they can increase the output.

さらに、燃料電池が所望する電圧等を得られるように、セパレータを介して膜電極接合体を複数積層して直列に繋いだスタックを形成してもよい。燃料電池の形状などは、特に限定されず、所望する電圧などの電池特性が得られるように適宜決定すればよい。   Furthermore, a stack in which a plurality of membrane electrode assemblies are stacked via a separator and connected in series may be formed so that the fuel cell can obtain a desired voltage or the like. The shape of the fuel cell is not particularly limited, and may be determined as appropriate so that desired battery characteristics such as voltage can be obtained.

該燃料電池の適用用途は特に限定されるものではないが、車両に適用することが好ましい。本願発明の高分子電解質は、低加湿下でのプロトン伝導性に優れることから、加湿器の小型化が実現可能となり、車載性の点から、車両に該燃料電池を適用した場合、特に有利である。   The application application of the fuel cell is not particularly limited, but it is preferably applied to a vehicle. Since the polymer electrolyte of the present invention is excellent in proton conductivity under low humidification, it is possible to reduce the size of the humidifier, which is particularly advantageous when the fuel cell is applied to a vehicle from the viewpoint of in-vehicle use. is there.

以下、実施例を用いて、より具体的に本発明を説明する。なお、本発明が下記実施例に限定されることはない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. In addition, this invention is not limited to the following Example.

(実施例1)スルホン化ポリ(4−(4−フェノキシ)−フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)の合成および製膜
(1)2,5−ジクロロベンゾイルクロリドの合成:窒素雰囲気下、2,5−ジクロロ安息香酸87.3g、塩化チオニル271.8gおよびジメチルホルムアミド3mlを加え、45℃で4時間加熱攪拌することにより、2,5−ジクロロベンゾイルクロリドを得た。
(Example 1) Synthesis and film formation of sulfonated poly (4- (4-phenoxy) -phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) (1) Synthesis of 2,5-dichlorobenzoyl chloride: By adding 87.3 g of 5-dichlorobenzoic acid, 271.8 g of thionyl chloride and 3 ml of dimethylformamide and stirring with heating at 45 ° C. for 4 hours, 2,5-dichlorobenzoyl chloride was obtained.

(2)2,5−ジクロロ−4−(4−フェノキシ)−フェノキシベンゾフェノンの合成:(1)で得られた2,5−ジクロロベンゾイルクロリド7.54g、1,4−ジフェノキシベンゼン13.4g、1,2−ジクロロエタン100mlおよび塩化アルミニウム5.9gを加え、窒素雰囲気下、1時間攪拌を行った。この反応溶液の有機成分を抽出により回収し、シクロヘキサンを用いて再結晶化を行った。乾燥後、2,5−ジクロロ−4−(4−フェノキシ)−フェノキシベンゾフェノンを得た。   (2) Synthesis of 2,5-dichloro-4- (4-phenoxy) -phenoxybenzophenone: 7.54 g of 2,5-dichlorobenzoyl chloride obtained in (1), 13.4 g of 1,4-diphenoxybenzene 1,2-dichloroethane (100 ml) and aluminum chloride (5.9 g) were added, and the mixture was stirred for 1 hour in a nitrogen atmosphere. The organic component of the reaction solution was recovered by extraction and recrystallized using cyclohexane. After drying, 2,5-dichloro-4- (4-phenoxy) -phenoxybenzophenone was obtained.

(3)ポリ(4−(4−フェノキシ)−フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)の合成:(2)で得られた2,5−ジクロロ−4’−フェノキシベンゾフェノン16gにトリフェニルホスフィン4.7g、ビス(トリフェニルホスフィン)ニッケル(II)ジクロリド0.98g、ヨウ化ナトリウム0.90g、亜鉛5.85gおよびN−メチル−2−ピロリドン55mlを加え、50〜80℃で24時間攪拌を行った。この反応溶液を1,2−ジクロロエタン中に混合・溶解し、塩酸溶液中で触媒を除去した。この後、ジクロロエタンへの溶解、濾過、乾燥の過程を繰り返し行った。これにより、重量平均分子量262,000、数平均分子量78,000のポリ(4−(4−フェノキシ)−フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)を得た。(重合度n=509)
(4)(3)で得られたポリ(4−(4−フェノキシ)−フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)10gに硫酸100mlを加え、室温、窒素雰囲気下72時間攪拌した。攪拌終了後、精製水中に加え、pHが7になるまで酸除去を繰り返し行った。得られた化合物をN−メチル−2−ピロリドンへの溶解、濾過、乾燥を繰り返し行うことによって、未スルホン化物の除去を行った。これにより、スルホン化ポリ(4−(4−フェノキシ)−フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)を得た。下記測定方法によるイオン交換容量は、3.3meq/gであった。
(3) Synthesis of poly (4- (4-phenoxy) -phenoxybenzoyl-1,4-phenylene): 16 g of 2,5-dichloro-4′-phenoxybenzophenone obtained in (2) and triphenylphosphine 4. 7 g, 0.98 g of bis (triphenylphosphine) nickel (II) dichloride, 0.90 g of sodium iodide, 5.85 g of zinc and 55 ml of N-methyl-2-pyrrolidone were added, and the mixture was stirred at 50 to 80 ° C. for 24 hours. It was. This reaction solution was mixed and dissolved in 1,2-dichloroethane, and the catalyst was removed in a hydrochloric acid solution. Thereafter, dissolution in dichloroethane, filtration and drying were repeated. As a result, poly (4- (4-phenoxy) -phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) having a weight average molecular weight of 262,000 and a number average molecular weight of 78,000 was obtained. (Degree of polymerization n = 509)
(4) 100 ml of sulfuric acid was added to 10 g of poly (4- (4-phenoxy) -phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) obtained in (3), and the mixture was stirred at room temperature for 72 hours under a nitrogen atmosphere. After completion of the stirring, the solution was added to purified water and acid removal was repeated until the pH reached 7. Unsulfonated product was removed by repeatedly dissolving the obtained compound in N-methyl-2-pyrrolidone, filtering, and drying. As a result, sulfonated poly (4- (4-phenoxy) -phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) was obtained. The ion exchange capacity by the following measurement method was 3.3 meq / g.

(5)得られたスルホン化ポリ(4−(4−フェノキシ)フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)5gをジメチルスルホキシド50mlに溶解した。該ポリマー溶液をキャスト板(ガラス基板)に所定面積流延した後、80℃で480分加熱乾燥しながら溶媒を徐々に除去し、キャスト板から剥離させることによって厚さ42μmの高分子電解質膜を得た。このようにして得られた高分子電解質膜をさらに酸洗浄、酸除去し、乾燥した。   (5) 5 g of the resulting sulfonated poly (4- (4-phenoxy) phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) was dissolved in 50 ml of dimethyl sulfoxide. After casting the polymer solution onto a cast plate (glass substrate) for a predetermined area, the solvent is gradually removed while heating and drying at 80 ° C. for 480 minutes, and the polymer electrolyte membrane having a thickness of 42 μm is formed by peeling off the cast plate. Obtained. The polymer electrolyte membrane thus obtained was further subjected to acid washing, acid removal and drying.

(実施例2)
ポリ(4−(4−フェノキシ)−フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)10gに硫酸100mlを加え、室温、窒素雰囲気下48時間攪拌したこと以外は、実施例1と同様に行った。下記測定方法によるイオン交換容量は、2.9meq/gであった。
(Example 2)
The same procedure as in Example 1 was performed except that 100 ml of sulfuric acid was added to 10 g of poly (4- (4-phenoxy) -phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) and the mixture was stirred at room temperature in a nitrogen atmosphere for 48 hours. The ion exchange capacity by the following measurement method was 2.9 meq / g.

(実施例3)
実施例1(4)で得られたスルホン化ポリ(4−(4−フェノキシ)フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)5gをエタノール250mlに溶解し、白金担持カーボン(白金担持率50%)5gと混合した。該混合液1gを実施例4で得られた高分子電解質膜(10cm×10cm)に塗布し、120℃240分加熱乾燥することにより膜電極接合体を作製した。
(Example 3)
5 g of sulfonated poly (4- (4-phenoxy) phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) obtained in Example 1 (4) was dissolved in 250 ml of ethanol, and 5 g of platinum-supported carbon (platinum support ratio 50%) Mixed. 1 g of the mixed solution was applied to the polymer electrolyte membrane (10 cm × 10 cm) obtained in Example 4, and heated and dried at 120 ° C. for 240 minutes to prepare a membrane electrode assembly.

(比較例1)スルホン化ポリ(4−フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)の合成および製膜
(1)2,5−ジクロロベンゾイルクロリドの合成:実施例1と同様の方法で、2,5−ジクロロベンゾイルクロリドを得た。
(Comparative Example 1) Synthesis and film formation of sulfonated poly (4-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) (1) Synthesis of 2,5-dichlorobenzoyl chloride: -Dichlorobenzoyl chloride was obtained.

(2)2,5−ジクロロ−4’−フェノキシベンゾフェノンの合成:(1)で得られた2,5−ジクロロベンゾイルクロリド86.1g、フェニルエーテル104.9g、1,2−ジクロロエタン270ml、および塩化アルミニウム71.2gを加え、窒素雰囲気下、1時間攪拌を行った。この反応溶液の有機成分を抽出により回収し、シクロヘキサンを用いて再結晶化を行った。乾燥後、2,5−ジクロロ−4’−フェノキシベンゾフェノンを得た。   (2) Synthesis of 2,5-dichloro-4′-phenoxybenzophenone: 86.1 g of 2,5-dichlorobenzoyl chloride obtained in (1), 104.9 g of phenyl ether, 270 ml of 1,2-dichloroethane, and chloride 71.2 g of aluminum was added and stirred for 1 hour in a nitrogen atmosphere. The organic component of the reaction solution was recovered by extraction and recrystallized using cyclohexane. After drying, 2,5-dichloro-4'-phenoxybenzophenone was obtained.

(3)ポリ(4−フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)の合成
(2)で得られた2,5−ジクロロ−4’−フェノキシベンゾフェノン15gにトリフェニルホスフィン4.5g、ビス(トリフェニルホスフィン)ニッケル(II)ジクロリド0.94g、ヨウ化ナトリウム0.88g、亜鉛5.77gおよびN−メチルピロリドン55mlを加え、50〜80℃で24時間攪拌を行った。この反応溶液を1,2−ジクロロエタン中に混合・溶解し、塩酸溶液中で触媒を除去した。この後、ジクロロエタンへの溶解、濾過、乾燥の過程を繰り返し行った。これにより、重量平均分子量310,000、数平均分子量88,000のポリ(4−フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)(PPBP)を得た。
(3) Synthesis of poly (4-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) To 15 g of 2,5-dichloro-4′-phenoxybenzophenone obtained in (2), 4.5 g of triphenylphosphine and bis (triphenylphosphine) ) 0.94 g of nickel (II) dichloride, 0.88 g of sodium iodide, 5.77 g of zinc and 55 ml of N-methylpyrrolidone were added, and the mixture was stirred at 50 to 80 ° C. for 24 hours. This reaction solution was mixed and dissolved in 1,2-dichloroethane, and the catalyst was removed in a hydrochloric acid solution. Thereafter, dissolution in dichloroethane, filtration and drying were repeated. As a result, poly (4-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) (PPBP) having a weight average molecular weight of 310,000 and a number average molecular weight of 88,000 was obtained.

(4)(3)で得られたポリ(4−フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)10.2gに硫酸150mlを加え、室温、窒素雰囲気下で48時間攪拌した。攪拌終了後、精製水中に加え、pHが7になるまで酸除去を繰り返し行った。得られた化合物をN−メチルピロリドンへの溶解、濾過、乾燥を繰り返し行うことによって、未スルホン化物の除去を行った。これにより、スルホン化ポリ(4−フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)を得た。下記測定方法によるイオン交換容量は、2.6meq/gであった。   (4) 150 ml of sulfuric acid was added to 10.2 g of the poly (4-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) obtained in (3), and the mixture was stirred at room temperature in a nitrogen atmosphere for 48 hours. After completion of the stirring, the solution was added to purified water and acid removal was repeated until the pH reached 7. Unsulphonated product was removed by repeatedly dissolving the obtained compound in N-methylpyrrolidone, filtering, and drying. As a result, sulfonated poly (4-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) was obtained. The ion exchange capacity by the following measurement method was 2.6 meq / g.

(5)得られたスルホン化ポリ(4−フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)5
gをジメチルスルホキシド50mlに溶解した。該ポリマー溶液をキャスト板に所定面積流延した後、80℃で480分加熱乾燥しながら溶媒を徐々に除去し、キャスト板から剥離させることによって厚さ42μmのキャスト膜を得た。このようにして得られたキャスト膜をさらに酸洗浄、酸除去し、乾燥した。
(5) The resulting sulfonated poly (4-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) 5
g was dissolved in 50 ml of dimethyl sulfoxide. The polymer solution was cast onto a cast plate in a predetermined area, and then the solvent was gradually removed while drying by heating at 80 ° C. for 480 minutes, and the cast film having a thickness of 42 μm was obtained by peeling off from the cast plate. The cast film thus obtained was further washed with acid, removed from acid, and dried.

(比較例2)
ポリ(4−(4−フェノキシ)−フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)10gに硫酸100mlを加え、室温、窒素雰囲気下24時間攪拌したこと以外は、実施例1と同様に行った。下記測定方法によるイオン交換容量は、2.6meq/gであった。
(Comparative Example 2)
The same procedure as in Example 1 was carried out except that 100 ml of sulfuric acid was added to 10 g of poly (4- (4-phenoxy) -phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) and stirred for 24 hours at room temperature in a nitrogen atmosphere. The ion exchange capacity by the following measurement method was 2.6 meq / g.

(比較例3)
比較例3として、ナフィオン(登録商標)NRE212(デュポン株式会社製)を用いた。下記測
定方法によるイオン交換容量は、0.94meq/gであった。
(Comparative Example 3)
As Comparative Example 3, Nafion (registered trademark) NRE212 (manufactured by DuPont) was used. The ion exchange capacity by the following measurement method was 0.94 meq / g.

(比較例4)
ポリ(4−(4−フェノキシ)−フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)10gに硫酸100mlを加え、室温、窒素雰囲気下168時間攪拌したこと以外は、実施例1と同様に行った。下記測定方法によるイオン交換容量は、3.9meq/gであった。
(Comparative Example 4)
The same procedure as in Example 1 was carried out except that 100 ml of sulfuric acid was added to 10 g of poly (4- (4-phenoxy) -phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) and stirred for 168 hours at room temperature in a nitrogen atmosphere. The ion exchange capacity by the following measuring method was 3.9 meq / g.

(比較例5)
比較例1(4)で得られたスルホン化ポリ(4−フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)5gをエタノール250mlに溶解し、白金担持カーボン(白金担持率50%)5gと混合した。該混合液1gを比較例2で得られた高分子電解質膜(10cm×10cm)に塗布し、130℃20分加熱乾燥することにより膜電極接合体を作製した。
(Comparative Example 5)
5 g of the sulfonated poly (4-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) obtained in Comparative Example 1 (4) was dissolved in 250 ml of ethanol and mixed with 5 g of platinum-supported carbon (platinum support ratio 50%). 1 g of the mixed solution was applied to the polymer electrolyte membrane (10 cm × 10 cm) obtained in Comparative Example 2 and dried by heating at 130 ° C. for 20 minutes to produce a membrane electrode assembly.

(イオン交換容量の測定方法)
以下の方法で各実施例および比較例で得られた高分子電解質のイオン交換容量を測定した。各高分子電解質膜(5cm×5cm)を1M塩酸水溶液中で48時間攪拌する。この後、膜を取り出し、水洗する。この後、精製水中で48時間攪拌する。この際、水を12時間ごとに交換する。次いで、膜を取り出し、80℃で48時間乾燥させる。乾燥重量(乾燥重量Ag)を測定する。この後、1M塩化ナトリウム水溶液25mLと0.01M水酸化ナトリウム水溶液20mLとの混合溶液中で100時間撹拌した。この溶液10mLをホールピペットで正確に量り取り、0.01M塩酸水溶液でPH=7を終点とし、滴定を行った(滴下量BmL)。同様に、ブランクとして1M塩化ナトリウム水溶液25mLと0.01M水酸化ナトリウム水溶液20mLとの混合溶液10mLについて、0.01M塩酸水溶液を用い、PH=7を終点とし、滴定した(滴下量CmL)。以下の式よりイオン交換容量を算出した。
(Measurement method of ion exchange capacity)
The ion exchange capacity of the polymer electrolyte obtained in each example and comparative example was measured by the following method. Each polymer electrolyte membrane (5 cm × 5 cm) is stirred in 1M hydrochloric acid aqueous solution for 48 hours. Thereafter, the membrane is taken out and washed with water. This is followed by stirring in purified water for 48 hours. At this time, the water is changed every 12 hours. The membrane is then removed and dried at 80 ° C. for 48 hours. The dry weight (dry weight Ag) is measured. Then, it stirred for 100 hours in the mixed solution of 25 mL of 1M sodium chloride aqueous solution, and 20 mL of 0.01M sodium hydroxide aqueous solution. 10 mL of this solution was accurately weighed with a whole pipette, and titrated with a 0.01 M hydrochloric acid aqueous solution, with PH = 7 as the end point (drop amount BmL). Similarly, 10 mL of a mixed solution of 25 mL of 1 M sodium chloride aqueous solution and 20 mL of 0.01 M sodium hydroxide aqueous solution as a blank was titrated using a 0.01 M hydrochloric acid aqueous solution, with PH = 7 as the end point (drop amount CmL). The ion exchange capacity was calculated from the following equation.

(評価例1:耐熱水性の評価)
各高分子電解質膜(5cm×5cm)を、80℃水中に浸漬し、一晩加熱攪拌した。加熱攪拌前後の膜重量を測定した。結果を表2に示す。
(評価例2:各相対湿度下における導電率測定)
各高分子電解質膜(3cm×3cm)を、80℃、各相対湿度下に静置し、各膜の導電率を測定した。結果を表2および図1に示す。
(Evaluation Example 1: Evaluation of hot water resistance)
Each polymer electrolyte membrane (5 cm × 5 cm) was immersed in water at 80 ° C. and heated and stirred overnight. The membrane weight before and after heating and stirring was measured. The results are shown in Table 2.
(Evaluation Example 2: Conductivity measurement under each relative humidity)
Each polymer electrolyte membrane (3 cm × 3 cm) was allowed to stand at 80 ° C. and each relative humidity, and the conductivity of each membrane was measured. The results are shown in Table 2 and FIG.

以上の結果より、本発明の高分子電解質は水に溶解しにくく、耐熱水性を示すことが分かった。また、本発明の高分子電解質は、高加湿下のみならず、低加湿下であってもフッ素系樹脂電解質と同程度のプロトン伝導率であることが示された。   From the above results, it was found that the polymer electrolyte of the present invention hardly dissolves in water and exhibits hot water resistance. Moreover, it was shown that the polymer electrolyte of the present invention has a proton conductivity comparable to that of a fluororesin electrolyte not only under high humidification but also under low humidification.

(評価例3:発電特性評価1)
各実施例、比較例で得られた高分子電解質膜(10cm×10cm)を白金担持カーボン付ガス拡散層(Johnson Matthey PLC製:白金担持量0.40mg/cm)で挟み込み、ホットプレスで圧着することにより、膜電極接合体を作製した。この膜電極接合体を用いて、セル温度80℃、相対湿度95%および30%下において、発電試験を行った。発電試験は、セルのアノード側に加湿水素、カソード側に加湿酸素を流し、発電させたときの電流および電圧を測定した。結果を図2(相対湿度95%)および図3(相対湿度30%)に示す。
(Evaluation Example 3: Power Generation Characteristic Evaluation 1)
The polymer electrolyte membranes (10 cm × 10 cm) obtained in each Example and Comparative Example were sandwiched between platinum-supported carbon gas diffusion layers (manufactured by Johnson Matthey PLC: platinum-supported amount 0.40 mg / cm 2 ) and pressure-bonded with a hot press. As a result, a membrane electrode assembly was produced. Using this membrane / electrode assembly, a power generation test was conducted at a cell temperature of 80 ° C. and a relative humidity of 95% and 30%. In the power generation test, humidified hydrogen was allowed to flow on the anode side of the cell and humidified oxygen was allowed to flow on the cathode side, and current and voltage were measured when power was generated. The results are shown in FIG. 2 (relative humidity 95%) and FIG. 3 (relative humidity 30%).

図2および図3より、本発明の高分子電解質膜を燃料電池に適用すると、低加湿下、高加湿下双方において優れた電池性能を有することが示された。同電流密度下における電圧を比較した場合、実施例1および2は高加湿下では比較例1と同程度または比較例1よりも電圧が高く、低加湿下では比較例3と同程度または比較例1よりも電圧が高い。電圧が高いと、抵抗ロス分が小さくなるため、出力密度が増加するという有利な効果があり、この点でも本発明の高分子電解質膜は優れた効果を有することが示された。   2 and 3 show that when the polymer electrolyte membrane of the present invention is applied to a fuel cell, it has excellent battery performance both under low humidification and under high humidification. When comparing the voltages under the same current density, Examples 1 and 2 have the same voltage as Comparative Example 1 or higher than Comparative Example 1 under high humidification, and the same or Comparative Example as Comparative Example 3 under low humidification. The voltage is higher than 1. When the voltage is high, the resistance loss is reduced, so that there is an advantageous effect that the output density is increased. Also in this respect, it was shown that the polymer electrolyte membrane of the present invention has an excellent effect.

(評価例4:発電特性評価2)
実施例3および比較例5の電極接合体を用いて、セル温度90℃、相対湿度50%下において、発電試験を行った。発電試験は、上記発電性能評価1で行ったものと同様に行った。結果を図4に示す。
(Evaluation Example 4: Power Generation Characteristic Evaluation 2)
Using the electrode assemblies of Example 3 and Comparative Example 5, a power generation test was performed at a cell temperature of 90 ° C. and a relative humidity of 50%. The power generation test was performed in the same manner as the power generation performance evaluation 1 described above. The results are shown in FIG.

この場合も、本発明の高分子電解質膜は優れた発電性能を有することが示された。   Also in this case, it was shown that the polymer electrolyte membrane of the present invention has excellent power generation performance.

実施例および比較例の各相対湿度下での導電率を示す図である。It is a figure which shows the electrical conductivity under each relative humidity of an Example and a comparative example. 実施例および比較例の発電性能(相対湿度95%、温度80℃)を示す図である。It is a figure which shows the electric power generation performance (relative humidity 95%, temperature 80 degreeC) of an Example and a comparative example. 実施例および比較例の発電性能(相対湿度30%、温度80℃)を示す図である。It is a figure which shows the electric power generation performance (relative humidity 30%, temperature 80 degreeC) of an Example and a comparative example. 実施例および比較例の発電性能(相対湿度50%、温度90℃)を示す図である。It is a figure which shows the electric power generation performance (relative humidity 50%, temperature 90 degreeC) of an Example and a comparative example.

Claims (8)

下記化学式(1)で表される高分子単位を有し、イオン交換容量が2.8〜3.8meq/gであることを特徴とする高分子電解質;
式中、Aは電子吸引性基を示し、BおよびBは電子供与性基を示し、ArおよびArは芳香族基を示し、kおよびmは0以上の数を示し(ただし、kおよびmは、同時に0になることはない)、xおよびyは0以上の数を示す(ただし、xおよびyが同時に0になることはない)。
A polymer electrolyte having a polymer unit represented by the following chemical formula (1) and having an ion exchange capacity of 2.8 to 3.8 meq / g;
In the formula, A represents an electron-withdrawing group, B 1 and B 2 represent an electron-donating group, Ar 1 and Ar 2 represent an aromatic group, and k and m represent a number of 0 or more (provided that k and m are not 0 at the same time), and x and y are numbers greater than or equal to 0 (however, x and y are not 0 at the same time).
前記化学式(1)中、前記Aがカルボニル基である請求項1に記載の高分子電解質。   The polymer electrolyte according to claim 1, wherein in the chemical formula (1), the A is a carbonyl group. 前記化学式(1)中、前記BおよびBがエーテル基である請求項1または2に記載の高分子電解質。 The polymer electrolyte according to claim 1 or 2, wherein in the chemical formula (1), the B 1 and B 2 are ether groups. 前記化学式(1)で表される高分子単位が、スルホン化(4−(4−フェノキシ)フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)である請求項1〜3のいずれか1項に記載の高分子電解質。   The polymer according to any one of claims 1 to 3, wherein the polymer unit represented by the chemical formula (1) is sulfonated (4- (4-phenoxy) phenoxybenzoyl-1,4-phenylene). Electrolytes. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の高分子電解質を用いることを特徴とする高分子電解質膜。   A polymer electrolyte membrane according to any one of claims 1 to 4, wherein the polymer electrolyte membrane is used. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の高分子電解質および請求項5に記載の高分子電解質膜のいずれか一方または両方を用いることを特徴とする燃料電池。   A fuel cell using one or both of the polymer electrolyte according to any one of claims 1 to 4 and the polymer electrolyte membrane according to claim 5. 請求項6に記載の燃料電池を搭載した車両。   A vehicle equipped with the fuel cell according to claim 6. 下記化合物(A);
式中、Aは電子吸引性基を示し、X、XおよびXはそれぞれ独立して塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子のいずれかを示す;
と、下記化合物(B);
式中、BおよびBは電子供与性基を示し、ArおよびArは芳香族基を示し、kおよびmは0以上の数を示す(ただしkおよびmが同時に0になることはない);
とを、触媒存在下、25〜80℃で反応させることを特徴とする、下記化合物(2)の製造方法;
式中、A、B、B、Ar、Ar、m、X、およびXは上記化合物(A)および化合物(B)で定義されたものと同義である。
The following compound (A);
In the formula, A represents an electron-withdrawing group, and X 1 , X 2, and X 3 each independently represent any one of a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom;
And the following compound (B);
In the formula, B 1 and B 2 represent an electron donating group, Ar 1 and Ar 2 represent an aromatic group, k and m represent a number of 0 or more (provided that k and m are simultaneously 0) Absent);
In the presence of a catalyst at 25 to 80 ° C., a process for producing the following compound (2):
In the formula, A, B 1 , B 2 , Ar 1 , Ar 2 , m, X 1 , and X 2 have the same definitions as those defined for the compound (A) and the compound (B).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011046233A1 (en) * 2009-10-16 2011-04-21 住友化学株式会社 Polymer electrolyte membrane, membrane-electrode assembly, and solid polymer fuel cell
JP2013187139A (en) * 2012-03-09 2013-09-19 Toppan Printing Co Ltd Polymer electrolyte, polymer electrolyte membrane, solid polymer fuel cell, and ionic material

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011046233A1 (en) * 2009-10-16 2011-04-21 住友化学株式会社 Polymer electrolyte membrane, membrane-electrode assembly, and solid polymer fuel cell
CN102640338A (en) * 2009-10-16 2012-08-15 住友化学株式会社 polymer electrolyte membrane, membrane-electrode assembly, and solid polymer fuel cell
JP2013187139A (en) * 2012-03-09 2013-09-19 Toppan Printing Co Ltd Polymer electrolyte, polymer electrolyte membrane, solid polymer fuel cell, and ionic material

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