本發(fā)明涉及固體高分子電解質(zhì)膜、膜電極接合體、膜電極接合體的制造方法及水電解裝置。

背景技術(shù)：

1、從電能轉(zhuǎn)氣，即，將剩余的電力轉(zhuǎn)換為氣體進(jìn)行儲(chǔ)藏及利用的方面出發(fā)，正在研究固體高分子型水電解裝置(pem型水電解裝置)的利用。

2、例如，專利文獻(xiàn)1中公開了一種具有下述膜電極接合體的固體高分子型水電解裝置，所述膜電極接合體包含：具有催化劑層的陽極及陰極；以及配置于陽極與陰極之間的固體高分子電解質(zhì)膜。

3、現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

4、專利文獻(xiàn)

5、專利文獻(xiàn)1：國際公開第2022/050363號(hào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明要解決的問題

2、近年，要求水電解裝置的進(jìn)一步的性能提高，具體而言，要求氫氣的穿透(crossover)的減少。此處，氫氣的穿透是指在水電解裝置中，在陰極產(chǎn)生的氫氣通過固體高分子電解質(zhì)膜移動(dòng)到陽極側(cè)。若發(fā)生氫氣的穿透，則有氫氣的回收效率降低的問題。因此，要求固體高分子電解質(zhì)膜能夠抑制在體系內(nèi)產(chǎn)生的氫氣的透過，即為低氣體透過性。

3、另外，將固體高分子電解質(zhì)膜應(yīng)用于水電解裝置時(shí)，有時(shí)固體高分子電解質(zhì)膜中的含氟聚合物因運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在體系內(nèi)產(chǎn)生的化合物(例如，過氧化氫)而分解。因此，要求化學(xué)耐久性優(yōu)異的固體高分子電解質(zhì)膜。

4、本發(fā)明人等對(duì)專利文獻(xiàn)1中所記載那樣的具有固體高分子電解質(zhì)膜的水電解裝置進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在固體高分子電解質(zhì)膜的低氣體透過性及化學(xué)耐久性中的至少一者有改善的余地。

5、本發(fā)明是鑒于上述問題而作成的，其課題在于，提供低氣體透過性及化學(xué)耐久性優(yōu)異的固體高分子電解質(zhì)膜、膜電極接合體、膜電極接合體的制造方法及水電解裝置。

6、用于解決問題的方案

7、本發(fā)明人等對(duì)上述課題進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用包含具有離子交換基團(tuán)的含氟聚合物、含鉑物、鈰氧化物和織布的固體高分子電解質(zhì)膜時(shí)，可得到期望的效果，從而完成了本發(fā)明。

8、即，發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，通過以下的構(gòu)成，能夠解決上述課題。

9、[1]一種固體高分子電解質(zhì)膜，其特征在于，包含；具有離子交換基團(tuán)的含氟聚合物、含鉑物、鈰氧化物和織布。

10、[2]根據(jù)[1]所述的固體高分子電解質(zhì)膜，其中，上述含氟聚合物的離子交換容量為0.90～2.00毫當(dāng)量/克干燥樹脂。

11、[3]根據(jù)[1]或[2]所述的固體高分子電解質(zhì)膜，其中，平均1cm2上述固體高分子電解質(zhì)膜中的鈰氧化物的質(zhì)量為0.010mg/cm2以上。

12、[4]根據(jù)[1]～[3]中任一項(xiàng)所述的固體高分子電解質(zhì)膜，其中，平均1cm2上述固體高分子電解質(zhì)膜中的鈰氧化物的質(zhì)量為0.132mg/cm2以上。

13、[5]根據(jù)[1]～[4]中任一項(xiàng)所述的固體高分子電解質(zhì)膜，其中，平均1cm2上述固體高分子電解質(zhì)膜中的含鉑物的質(zhì)量為0.030mg/cm2以上，

14、平均1cm2上述固體高分子電解質(zhì)膜中的鈰氧化物的質(zhì)量為0.132mg/cm2以上。

15、[6]根據(jù)[1]～[5]中任一項(xiàng)所述的固體高分子電解質(zhì)膜，其中，上述含鉑物偏重存在于上述固體高分子電解質(zhì)膜的一個(gè)表面?zhèn)取?/p>

16、[7]根據(jù)[1]～[6]中任一項(xiàng)所述的固體高分子電解質(zhì)膜，其中，上述含鉑物負(fù)載于載體。

17、[8]根據(jù)[1]～[7]中任一項(xiàng)所述的固體高分子電解質(zhì)膜，其中，上述含氟聚合物具有的上述離子交換基團(tuán)為磺酸型官能團(tuán)。

18、[9]根據(jù)[1]～[8]中任一項(xiàng)所述的固體高分子電解質(zhì)膜，其中，上述含氟聚合物包含選自由式(1-3)所示的單元及式(1-4)所示的單元組成的組中的至少1種單元。

19、在后述的式(1-3)及式(1-4)中，rf1為任選在碳原子間包含氧原子的全氟亞烷基，rf2為單鍵或任選在碳原子間包含氧原子的全氟亞烷基，rf3為單鍵或任選在碳原子間包含氧原子的全氟亞烷基，r為0或1，m為0或1，m各自獨(dú)立地為氫原子、堿金屬或季銨陽離子。

20、[10]根據(jù)[1]～[9]中任一項(xiàng)所述的固體高分子電解質(zhì)膜，其中，上述織布由選自由聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚醚醚酮及聚苯硫醚組成的組中的材料構(gòu)成。

21、[11]一種膜電極接合體，其特征在于，其包含：

22、[1]～[10]中任一項(xiàng)所述的固體高分子電解質(zhì)膜、

23、配置于上述固體高分子電解質(zhì)膜的一面?zhèn)鹊年帢O催化劑層、和

24、配置于上述固體高分子電解質(zhì)膜的另一面?zhèn)鹊年枠O催化劑層。

25、[12]一種水電解裝置，其特征在于，具有：

26、[11]所述的膜電極接合體；

27、電力供給部，其與上述膜電極接合體中的陰極催化劑層側(cè)及陽極催化劑層側(cè)連接；以及

28、水供給部，其向上述陽極催化劑層側(cè)供給水。

29、[13]一種膜電極接合體的制造方法，所述膜電極接合體包含[1]～[10]中任一項(xiàng)所述的固體高分子電解質(zhì)膜、陰極催化劑層和陽極催化劑層，所述制造方法中，在上述固體高分子電解質(zhì)膜的一面?zhèn)刃纬缮鲜鲫帢O催化劑層，在上述固體高分子電解質(zhì)膜的另一面?zhèn)刃纬缮鲜鲫枠O催化劑層。

30、發(fā)明的效果

31、根據(jù)本發(fā)明，能夠提供低氣體透過性及化學(xué)耐久性優(yōu)異的固體高分子電解質(zhì)膜、膜電極接合體、膜電極接合體的制造方法及水電解裝置。

技術(shù)特征：

1.一種固體高分子電解質(zhì)膜，其特征在于，包含：具有離子交換基團(tuán)的含氟聚合物、含鉑物、鈰氧化物和織布。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體高分子電解質(zhì)膜，其中，所述含氟聚合物的離子交換容量為0.90～2.00毫當(dāng)量/克干燥樹脂。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體高分子電解質(zhì)膜，其中，平均1cm2所述固體高分子電解質(zhì)膜中的鈰氧化物的質(zhì)量為0.010mg/cm2以上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體高分子電解質(zhì)膜，其中，平均1cm2所述固體高分子電解質(zhì)膜中的鈰氧化物的質(zhì)量為0.132mg/cm2以上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體高分子電解質(zhì)膜，其中，平均1cm2所述固體高分子電解質(zhì)膜中的含鉑物的質(zhì)量為0.030mg/cm2以上，

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體高分子電解質(zhì)膜，其中，所述含鉑物偏重存在于所述固體高分子電解質(zhì)膜的一個(gè)表面?zhèn)取?/p>

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體高分子電解質(zhì)膜，其中，所述含鉑物負(fù)載于載體。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體高分子電解質(zhì)膜，其中，所述含氟聚合物具有的所述離子交換基團(tuán)為磺酸型官能團(tuán)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體高分子電解質(zhì)膜，其中，所述含氟聚合物包含選自由式(1-3)所示的單元及式(1-4)所示的單元組成的組中的至少1種單元，

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體高分子電解質(zhì)膜，其中，所述織布由選自由聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚醚醚酮及聚苯硫醚組成的組中的材料構(gòu)成。

11.一種膜電極接合體，其特征在于，其包含：

12.一種水電解裝置，其特征在于，具有：

13.一種膜電極接合體的制造方法，所述膜電極接合體包含權(quán)利要求1～10中任一項(xiàng)所述的固體高分子電解質(zhì)膜、陰極催化劑層和陽極催化劑層，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明的課題在于，提供低氣體透過性及化學(xué)耐久性優(yōu)異的固體高分子電解質(zhì)膜、膜電極接合體、膜電極接合體的制造方法及水電解裝置。本發(fā)明的固體高分子電解質(zhì)膜包含：具有離子交換基團(tuán)的含氟聚合物、含鉑物、鈰氧化物和織布。

技術(shù)研發(fā)人員：早部慎太朗,奧山匠,角倉康介
受保護(hù)的技術(shù)使用者：AGC株式會(huì)社
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24