专利名称：高分子电解质、交联高分子电解质、高分子电解质膜及其用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及高分子电解质、交联高分子电解质、高分子电解质膜及其用途。
背景技术：
高分子电解质用于固体高分子型燃料电池的高分子电解质膜。固体高分子型燃料 电池(以下简称为“燃料电池”)作为新一代能源之一，在电子仪器产业或汽车产业等领域 中有望获得较大发展。其中，以甲醇为燃料的直接甲醇型燃料电池(以下简称为“DMFC”) 可实现小型化，因此作为个人计算机或便携仪器的电源等用途受到关注。DMFC是以甲醇水溶液作为燃料供给燃料极。此时，发生电化学氧化，生成质子和电 子。该质子在高分子电解质膜内向供给氧的空气极一侧移动。而在燃料极生成的电子经由 与电池连接的负载，流向空气极，在空气极，氧与质子和电子反应生成水。因此，对于高分子 电解质膜，人们迫切需求质子传导性优异的膜。另外，在燃料极和空气极之间的高分子电解 质膜如果对甲醇的阻挡性(甲醇阻挡性)低，则发生甲醇透过该高分子电解质膜向空气极 移动的甲醇渗透(以下称为“MC0”)的现象。这样发生MC0，则有发电性能降低或甲醇由空 气极泄漏，电池本身受损伤的问题。因此，作为在直接甲醇型燃料电池中使用的高分子电解 质膜，人们迫切希望甲醇阻挡性优异的膜。固体高分子型燃料电池中使用的高分子电解质膜主要使用以Nafion(杜邦公司 的注册商标)为代表的全氟系高分子电解质膜。近年来，高性能烃系高分子电解质膜的开 发日益活跃，使甲醇阻挡性提高的烃系交联高分子电解质膜的应用得到研究。例如有人提 出一种交联高分子电解质膜，该高分子电解质膜含有通过使高分子电解质膜中的磺酸基之 间脱硫酸缩合来进行交联的高分子电解质(例如日本特表2000-501223号公报)。
发明内容
但是，通常甲醇阻挡性与质子传导性互相排斥。上述全氟系高分子电解质膜的质 子传导性比较优异，但是在甲醇阻挡性方面不足。另外，上述交联高分子电解质膜中，甲醇 阻挡性优异，但是质子传导性不足。因此，人们迫切希望同时实现高质子传导性和甲醇阻挡 性的高分子电解质膜。本发明的目的是提供可应用于同时实现高质子传导性和甲醇阻挡性的高分子电 解质膜的高分子电解质、以及交联高分子电解质、该高分子电解质膜及其用途。本发明人为实现上述目的进行了深入地研究，结果完成了本发明。S卩，本发明提供下述[1]_[5]的高分子电解质。[1]高分子电解质，其特征在于在分子内含有下式(1)所示的重复单元，并且分子内含有离子交换基团。
权利要求
1.高分子电解质，其特征在于在分子内含有下式(1)所示的重复单元，并且分子内含 有离子交换基团，
2.权利要求1的高分子电解质，其中，上式(1)所示的重复单元是下式( 所示的重复 单元，
3.权利要求1或2的高分子电解质，其中，上述高分子电解质是具有0.1-20%质量上 式(1)所示的重复单元的高分子电解质。
4.权利要求1-3中任一项的高分子电解质，该高分子电解质含有上式(1)所示的重复 单元、具有离子交换基团的重复单元和不具有离子交换基团的重复单元。
5.权利要求4的高分子电解质，其中，上述上式(1)所示的重复单元、上述具有离子交 换基团的重复单元和上述不具有离子交换基团的重复单元的键合方式是无规。
6.高分子电解质，其特征在于该高分子电解质是含有具离子交换基团的链段和实质 上不具有离子交换基团的链段的嵌段共聚物，上述具离子交换基团的链段具有交联性的取 代基。
7.权利要求6的高分子电解质，其中，上述具离子交换基团的链段的主链具有芳族基团。
8.权利要求6或7的高分子电解质，其中，上述交联性的取代基是热交联性的取代基。
9.权利要求8的高分子电解质，其中，上述热交联性的取代基是下式(Al)所示的取代基，
10.权利要求6-9中任一项的高分子电解质，其中，上述具离子交换基团的链段含有下 式(Ia)所示的重复单元，
11.权利要求10的高分子电解质，其中，上式(Ia)所示的重复单元是下式(Ib)所示的重复单元，
12.权利要求10的高分子电解质，其中，上式(Ia)所示的重复单元是下式(Ic)所示的重复单元，式中，
13.权利要求10-12中任一项的高分子电解质，其中，上述高分子电解质是具有 0. 1-20%质量上式(Ia)所示的重复单元的高分子电解质。
14.权利要求10-13中任一项的高分子电解质，其中，上述具离子交换基团的链段具有 上式(Ia)所示的重复单元和下式(7)所示的重复单元，
15.权利要求6-14中任一项的高分子电解质，其中，上述实质上不具有离子交换基团的链段含有下式(8)所示的重复单元，式中，Ar5是可具有取代基的芳族基，X3表示直接键或2价基团。
16.交联高分子电解质，该交联高分子电解质是将权利要求1-15中任一项的高分子电 解质以50-300°C的温度进行热处理，或者用1000-30000mJ/cm2的照射线量进行光处理，使 其交联而成。
17.交联高分子电解质，该交联高分子电解质是将权利要求1-15中任一项的高分子电 解质以50-300°C的温度进行热处理，使其交联而成。
18.权利要求16或17的交联高分子电解质，其中，设交联高分子电解质的离子交 换容量为A(meq/g)、使该交联高分子电解质交联之前的高分子电解质的离子交换容量为 B(meq/g)时，满足以下数式(1’ )和数式(2’ )的关系，0.8 ≤ A/B(1，)
19.高分子电解质膜，该高分子电解质膜含有权利要求1-15中任一项的高分子电解质 和/或权利要求16-18中任一项的交联高分子电解质。
20.催化剂组合物，该催化剂组合物含有权利要求1-15中任一项的高分子电解质和/ 或权利要求16-18中任一项的交联高分子电解质和催化剂物质。
21.膜-电极组件，该膜-电极组件具备权利要求19的高分子电解质膜和/或由权利 要求20的催化剂组合物得到的催化剂层。
22.燃料电池，该燃料电池具备一对隔板和配置在该一对隔板之间的膜-电极组件，其 中该膜-电极组件是权利要求21的膜-电极组件。
全文摘要
本发明提供高分子电解质、交联高分子电解质、高分子电解质膜及其用途。高分子电解质是在分子内含有下式(1)所示的重复单元，并且分子内含有离子交换基团，式中，Ar是可具有取代基的芳族基，R1是氢原子或有机基团，X是直接键或2价基团，n表示1-3的整数，n为2以上时，多个R1互相可以相同或不同。
文档编号H01B1/06GK102047345SQ200980120629
公开日2011年5月4日 申请日期2009年6月1日 优先权日2008年6月5日
发明者山田贵司, 长谷川博彦 申请人:住友化学株式会社