本發明涉及固體高分子電解質膜、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：

1、從電能轉氣，即，將剩余的電力轉換為氣體進行儲藏及利用的方面出發，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膜。

3、現有技術文獻

4、專利文獻

5、專利文獻1：國際公開第2022/050363號

技術實現思路

1、發明要解決的問題

2、近年，要求水電解裝置的進一步的性能提高，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，在陰極產生的氫氣通過固體高分子電解質膜移動到陽極側。若發生氫氣的穿透，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膜能夠抑制在體系內產生的氫氣的透過，即為低氣體透過性。

3、另外，將固體高分子電解質膜應用于水電解裝置時，有時固體高分子電解質膜中的含氟聚合物因運轉時在體系內產生的化合物(例如，過氧化氫)而分解。因此，要求化學耐久性優異的固體高分子電解質膜。

4、本發明人等對專利文獻1中所記載那樣的具有固體高分子電解質膜的水電解裝置進行了評價，結果發現在固體高分子電解質膜的低氣體透過性及化學耐久性中的至少一者有改善的余地。

5、本發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耐久性優異的固體高分子電解質膜、膜電極接合體、膜電極接合體的制造方法及水電解裝置的提供。

6、用于解決問題的方案

7、本發明人等對上述課題進行了深入研究，結果發現，使用包含具有離子交換基團的含氟聚合物、含鉑物、鈰離子及其鹽中的至少一者、以及織布的固體高分子電解質膜時，可得到期望的效果，從而完成了本發明。

8、即，發明人等發現，通過以下的構成能夠解決上述課題。

9、[1]一種固體高分子電解質膜，其特征在于，包含：具有離子交換基團的含氟聚合物、含鉑物、鈰和織布，上述鈰以離子及鹽中的至少一者的狀態存在于前述固體高分子電解質膜中。

10、[2]根據[1]所述的固體高分子電解質膜，其中，上述含鉑物及上述鈰偏重存在于上述固體高分子電解質膜的一個表面側。

11、[3]根據[1]或[2]所述的固體高分子電解質膜，其中，上述含氟聚合物的離子交換容量為0.90～2.00毫當量/克干燥樹脂。

12、[4]根據[1]～[3]中任一項所述的固體高分子電解質膜，其中，上述含鉑物負載于載體。

13、[5]根據[1]～[4]中任一項所述的固體高分子電解質膜，其中，上述含氟聚合物具有的上述離子交換基團為磺酸型官能團。

14、[6]根據[1]～[5]中任一項所述的固體高分子電解質膜，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。

15、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各自獨立地為氫原子、堿金屬或季銨陽離子。

16、[7]根據[1]～[6]中任一項所述的固體高分子電解質膜，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成。

17、[8]根據[1]～[7]中任一項所述的固體高分子電解質膜，其中，上述固體高分子電解質膜包含第1電解質層和第2電解質層，

18、所述第1電解質層包含上述含鉑物及上述鈰，

19、所述第2電解質層的上述含鉑物及上述鈰的濃度比上述第1電解質層低、或者不含上述含鉑物及上述鈰。

20、[9]根據[1]～[8]中任一項所述的固體高分子電解質膜，其中，上述固體高分子電解質膜的厚度為80μm以上，并且上述鈰的物質的量相對于上述含氟聚合物的離子交換基團的物質的量的比例為0.24mol％以上。

21、[10]一種膜電極接合體，其特征在于，包含：

22、[1]～[9]中任一項所述的固體高分子電解質膜；

23、配置于上述固體高分子電解質膜的一面側的陰極催化劑層、和

24、配置于上述固體高分子電解質膜的另一面側的陽極催化劑層。

25、[11]一種水電解裝置，其特征在于，具有：

26、[10]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及陽極催化劑層側連接；以及

28、水供給部，其向上述陽極催化劑層側供給水。

29、[12]一種膜電極接合體的制造方法，所述膜電極接合體包含：[1]～[9]中任一項所述的固體高分子電解質膜、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膜的一面側形成上述陰極催化劑層，在上述固體高分子電解質膜的另一面側形成上述陽極催化劑層。

30、發明的效果

31、根據本發明，能夠提供低氣體透過性及化學耐久性優異的固體高分子電解質膜、膜電極接合體、膜電極接合體的制造方法及水電解裝置。

技術特征：

1.一種固體高分子電解質膜，其特征在于，包含：具有離子交換基團的含氟聚合物、含鉑物、鈰和織布，

2.根據權利要求1所述的固體高分子電解質膜，其中，所述含鉑物及所述鈰偏重存在于所述固體高分子電解質膜的一個表面側。

3.根據權利要求1所述的固體高分子電解質膜，其中，所述含氟聚合物的離子交換容量為0.90～2.00毫當量/克干燥樹脂。

4.根據權利要求1所述的固體高分子電解質膜，其中，所述含鉑物負載于載體。

5.根據權利要求1所述的固體高分子電解質膜，其中，所述含氟聚合物具有的所述離子交換基團為磺酸型官能團。

6.根據權利要求1所述的固體高分子電解質膜，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，

7.根據權利要求1所述的固體高分子電解質膜，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成。

8.根據權利要求1所述的固體高分子電解質膜，其中，所述固體高分子電解質膜包含第1電解質層和第2電解質層，

9.根據權利要求1所述的固體高分子電解質膜，其中，所述固體高分子電解質膜的厚度為80μm以上，并且所述鈰的物質的量相對于所述含氟聚合物的離子交換基團的物質的量的比例為0.24mol％以上。

10.一種膜電極接合體，其特征在于，包含：

11.一種水電解裝置，其特征在于，具有：

12.一種膜電極接合體的制造方法，所述膜電極接合體包含：權利要求1～9中任一項所述的固體高分子電解質膜、陰極催化劑層和陽極催化劑層，

技術總結
本發明的課題在于，提供低氣體透過性及化學耐久性優異的固體高分子電解質膜、膜電極接合體、膜電極接合體的制造方法及水電解裝置。本發明的固體高分子電解質膜為下述固體高分子電解質膜，其包含：具有離子交換基團的含氟聚合物、含鉑物、鈰和織布，鈰以離子及鹽中的至少一者的狀態存在于固體高分子電解質膜中。

技術研發人員：早部慎太朗,奧山匠,角倉康介
受保護的技術使用者：AGC株式會社
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28