质子传导性聚合物电解质膜、使用该电解质膜的膜-电极组件以及聚合物电解质型燃料电池.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102449829A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102449829A(43)申请公布日2012.05.09(21)申请号201080023217.4(51)Int.Cl.(22)申请日2010.05.21H01M8/02(2006.01)H01B1/06(2006.01)(30)优先权数据H01M8/10(2006.01)2009-1271782009.05.27JP(85)PCT申请进入国家阶段日2011.11.28(86)PCT申请的申请数据PCT/JP2010/0034532010.05.21(87)PCT申请的公布数据WO2010/137275JA2010.12.02(71)申请人日东电工株式会社地址日本大阪(72)发明人杉谷彻西井弘行岛津彰(74)专利代理机构中原信达知识产权代理有限责任公司11219代理人王海川穆德骏权利要求书1页说明书14页附图1页(54)发明名称质子传导性聚合物电解质膜、使用该电解质膜的膜-电极组件以及聚合物电解质型燃料电池(57)摘要本发明提供一种耐甲醇透过特性(甲醇阻断特性)优良的、聚酰亚胺类的质子传导性聚合物电解质膜。一种质子传导性聚合物电解质膜，其含有通过四元羧酸二酐与具有质子传导基团的第一芳香族二胺和不具有质子传导基团的第二芳香族二胺的缩聚而形成的聚酰亚胺树脂作为主要成分，所述第二芳香族二胺具有由三个以上的环构成的稠环骨架。该电解质膜适合聚合物电解质型燃料电池(PEFC)、特别是直接甲醇型燃料电池(DMFC)。CN102498ACCNN110244982902449852A权利要求书1/1页1.一种质子传导性聚合物电解质膜，其含有通过四元羧酸二酐与具有质子传导基团的第一芳香族二胺和不具有质子传导基团的第二芳香族二胺的缩聚而形成的聚酰亚胺树脂作为主要成分，所述第二芳香族二胺具有由三个以上的环构成的稠环骨架。2.如权利要求1所述的质子传导性聚合物电解质膜，其中，所述第二芳香族二胺具有两个氨基与所述稠环骨架直接结合的结构。3.如权利要求1所述的质子传导性聚合物电解质膜，其中，所述稠环骨架为9位的碳原子可以由氧原子、氮原子或硫原子置换的芴骨架。4.如权利要求3所述的质子传导性聚合物电解质膜，其中，所述芴骨架上直接结合有两个氨基。5.如权利要求1所述的质子传导性聚合物电解质膜，其中，所述稠环骨架具有邻迫位稠合环。6.如权利要求1所述的质子传导性聚合物电解质膜，其中，所述稠环骨架为菲啶骨架。7.如权利要求1所述的质子传导性聚合物电解质膜，其中，所述质子传导基团为磺酸基。8.如权利要求1所述的质子传导性聚合物电解质膜，其中，温度60℃下的甲醇透过率为0.025mmol/小时/cm以下。9.一种膜-电极组件，其具备聚合物电解质膜和以夹持所述电解质膜的方式配置的一对电极，所述电解质膜为权利要求1～8中任一项所述的质子传导性聚合物电解质膜。10.一种聚合物电解质型燃料电池，其具备聚合物电解质膜、以夹持所述电解质膜的方式配置的一对电极和以夹持所述一对电极的方式配置的一对隔膜，所述电解质膜为权利要求1～8中任一项所述的质子传导性聚合物电解质膜。11.如权利要求10所述的聚合物电解质型燃料电池，其为直接甲醇型燃料电池。2CCNN110244982902449852A说明书1/14页质子传导性聚合物电解质膜、使用该电解质膜的膜-电极组件以及聚合物电解质型燃料电池技术领域[0001]本发明涉及质子传导性聚合物电解质膜、使用该电解质膜的膜-电极组件以及聚合物电解质型燃料电池。背景技术[0002]近年来，作为下一代能源，燃料电池引起关注。特别是使用具有质子传导性的聚合物膜作为电解质的聚合物电解质型燃料电池(PEFC)，能量密度高，期待用于家用热电联合系统、便携设备用电源、汽车用电源等广泛的领域。对于PEFC的电解质膜，要求具有在燃料极与氧化极之间传导质子的电解质的功能、以及将供给到燃料极的燃料与供给到氧化极的氧化剂分离的隔板的功能。如果电解质和隔板的任意一项功能不充分，则燃料电池的发电效率下降。因此，期望质子传导性、电化学稳定性和机械强度优良，并且燃料和氧化剂的透过性低的聚合物电解质膜。[0003]目前，在PEFC的电解质膜中广泛使用具有磺酸基作为质子传导基团的全氟化碳磺酸(例如，杜邦公司制造的“Nafion”(注册商标))。全氟化碳磺酸膜的电化学稳定性优良。但是，作为原料的含氟树脂并非通用品，其合成过程也复杂，因此该膜的价格很高。电解质膜的价格高对于PEFC的实际应用会产生很大的障碍。作为PEFC的一种，有将含甲醇的溶液供给到燃料极的直接甲醇型燃料电池(DMFC)。DMFC的燃料供给性、便携性优良，因此今后的实际应用受到关注。但是，全氟化碳磺酸膜容易透过甲醇，