[发明专利]固体高分子电解质膜及其制造方法

说明书

本发明的固体高分子电解质膜的簇径为2.96～4.00nm、且换算穿刺强度为300gf/50μm以上。本发明的固体高分子电解质膜的电阻低、且机械强度优异。

技术领域

本发明涉及适用于固体高分子型燃料电池、氧化还原液流电池、水的电分解、钠电解等的固体高分子电解质膜及其制造方法。

背景技术

近年来，对质子传导性的固体高分子电解质膜的性能改进的需求增加，例如在燃料电池(固体高分子电解质型燃料电池)、氧化还原液流电池、水电解等领域进行了研究。关于这些用途中使用的固体高分子电解质膜，广泛研究了通常由具有磺酸基的全氟碳聚合物形成的离子交换膜。

作为燃料电池用的固体高分子电解质，有人提出了包含当量质量(EW)小于1200、具有101℃～155℃的Tg的聚合物或聚合物的共混物的固体高分子电解质膜(例如，参见专利文献1)。还有人提出了离子簇径为1.00～2.95nm的氧化还原液流二次电池用的固体高分子电解质膜(例如，参见专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2007-511047号公报

专利文献2：国际公开第2013/100079号

发明内容

发明所要解决的课题

从得到更高输出密度的电池的方面出发，专利文献1～2所述的固体高分子电解质膜的电阻未必能说足够低。

为了降低固体高分子电解质膜的电阻，考虑了降低每1当量离子交换基的干燥质量(当量质量：EW)、降低膜厚等方法，但EW的显著降低会产生膜的机械强度降低、或者在长期运转时膜容易蠕变而使耐久性降低等问题。

需要说明的是，对于质子来说，为了在固体高分子电解质膜中移动，必须是水合的，此时磺酸基形成缔合体(离子簇)。通过在该离子簇中吸入水分而形成离子传导通路，因而离子簇径越大，离子传导也好、即越能够降低电阻，但离子簇径越大，膜越容易发生溶胀，具有机械强度降低等问题，希望开发出电阻低、且机械强度高的固体高分子电解质膜。

从上述方面出发，专利文献1～2所述的固体高分子电解质膜还有改良的余地。

本发明是鉴于上述现有技术所具有的课题而进行的，其目的在于提供一种电阻低、且机械强度高的固体高分子电解质膜。

用于解决课题的手段

本发明人为了解决上述课题反复进行了深入研究，结果发现，利用离子簇径大、且机械强度高的固体高分子电解质膜能够从根本上解决上述的各种课题。即，本发明提供了以下的构成。

[1]

一种固体高分子电解质膜，其簇径为2.96～4.00nm、且换算穿刺强度为300gf/50μm以上。

[2]

如[1]中所述的固体高分子电解质膜，其离子传导率为0.10S/cm以上。

[3]

如[1]或[2]中所述的固体高分子电解质膜，其包含具有离子交换基、且单体结构不同的两种以上的氟系高分子电解质聚合物的混合物。

[4]

如[1]～[3]中任一项所述的固体高分子电解质膜，其当量质量(EW)为400～1000(g/eq)。

[5]

如[4]中所述的固体高分子电解质膜，其当量质量(EW)为700～1000(g/eq)。

[6]