电解质膜、电解装置和氧化还原液流电池的制作方法

本发明涉及电解质膜、电解装置和氧化还原液流电池。

背景技术：

1、电解质膜可应用于各种用途，进行了各种研究。例如，专利文献1中公开了包含具有离子交换基团的含氟聚合物和织布的电解质膜，并示出：通过确定织布的开口率、织布的旦尼尔数、以及电解质膜的膜厚与含氟聚合物的离子交换容量的关系，从而在应用于水电解装置时能够降低电解电压。

2、现有技术文献

3、专利文献

4、专利文献1：国际公开第2020/162511号

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、在制造包含电解质和织布的电解质膜时，为了将附着于织布的异物去除，有时实施对织布的表面进行刷洗等的清洁处理。

3、本发明人等发现：将包含实施了上述清洁处理的织布的电解质膜在具有阳极和阴极的电池单元内长时间施加电压而使用时，有时电解质膜产生针孔。

4、需要说明的是，针孔是指孔已经贯穿的缺陷，若产生针孔，则在如下方面存在问题：例如在电解、电池用途中被电解质膜隔开的阳极/阴极或者正极/负极的物质移动量增加，或者，以此为起点而发生破损或短路。

5、本发明是鉴于上述课题而进行的，其课题在于，提供在具有阳极和阴极的电池单元内长时间施加电压而使用时不易产生针孔的电解质膜、以及包含其的电解装置和氧化还原液流电池。

6、用于解决问题的方案

7、本发明人等针对上述课题进行了深入研究，结果发现：在包含具有离子交换基团的含氟聚合物以及由丝a和与其大致正交的丝b构成的织布的电解质膜中，如果丝a与丝b的交点部的丝a的长径比yaca2/yaca1超过1，且大于丝b彼此的中间地点的丝a的长径比yaa2/yaa1，进而，丝a与丝b的交点部的丝b的长径比yacb2/yacb1超过1，且大于丝a彼此的中间地点的丝b的长径比yab2/yab1，则能够得到期望的效果，由此完成了本发明。

8、即，本发明人等发现：通过以下的构成能够解决上述课题。

9、[1]一种电解质膜，其包含具有离子交换基团的含氟聚合物和织布，

10、前述织布由沿着一个方向延伸的丝a和沿着与丝a大致正交的方向延伸的丝b构成，

11、前述丝a和前述丝b均由不在碱性水溶液中溶出的材料形成，

12、针对以在前述电解质膜中通过前述丝b的中心位置的方式沿着前述电解质膜的厚度方向进行切割时的10个不同部位的截面，分别测定前述丝a在前述电解质膜的厚度方向上的最大长度yca1、以及测定了前述最大长度yca1的前述丝a在与前述电解质膜的厚度方向正交的方向上的最大长度yca2，计算对所得10个部位的前述最大长度yca1进行算术平均而得到的平均最大长度yaca1与对所得10个部位的前述最大长度yca2进行算术平均而得到的平均最大长度yaca2的长径比yaca2/yaca1，

13、针对在与前述电解质膜中的前述丝b的延伸方向平行的方向且前述丝b彼此的中间地点沿着前述电解质膜的厚度方向进行切割时的10个不同部位的截面，分别测定前述丝a在前述电解质膜的厚度方向上的最大长度ya1、以及测定了前述最大长度ya1的前述丝a在与前述电解质膜的厚度方向正交的方向上的最大长度ya2，计算对所得10个部位的前述最大长度ya1进行算术平均而得到的平均最大长度yaa1与对所得10个部位的前述最大长度ya2进行算术平均而得到的平均最大长度yaa2的长径比yaa2/yaa1时，

14、前述长径比yaca2/yaca1超过1且大于前述长径比yaa2/yaa1，

15、进而，针对以在前述电解质膜中通过前述丝a的中心位置的方式沿着前述电解质膜的厚度方向进行切割时的10个不同部位的截面，分别测定前述丝b在前述电解质膜的厚度方向上的最大长度ycb1、以及测定了前述最大长度ycb1的前述丝b在与前述电解质膜的厚度方向正交的方向上的最大长度ycb2，计算对所得10个部位的前述最大长度ycb1进行算术平均而得到的平均最大长度yacb1与对所得10个部位的前述最大长度ycb2进行算术平均而得到的平均最大长度yacb2的长径比yacb2/yacb1，

16、针对在与前述电解质膜中的前述丝a的延伸方向平行的方向且前述丝a彼此的中间地点沿着前述电解质膜的厚度方向进行切割时的10个不同部位的截面，分别测定前述丝b在前述电解质膜的厚度方向上的最大长度yb1、以及测定了前述最大长度yb1的前述丝b在与前述电解质膜的厚度方向正交的方向上的最大长度yb2，计算对所得10个部位的前述最大长度yb1进行算术平均而得到的平均最大长度yab1与对所得10个部位的前述最大长度yb2进行算术平均而得到的平均最大长度yab2的长径比yab2/yab1时，

17、前述长径比yacb2/yacb1超过1且大于前述长径比yab2/yab1。

18、[2]根据[1]所述的电解质膜，其中，前述长径比yaca2/yaca1和前述长径比yacb2/yacb1均为1.2以上。

19、[3]根据[1]或[2]所述的电解质膜，其中，前述长径比yaa2/yaa1和前述长径比yab2/yab1均为0.8～3.5。

20、[4]根据[1]～[3]中任一项所述的电解质膜，其中，前述长径比yaca2/yaca1相对于前述长径比yaa2/yaa1之比、以及前述长径比yacb2/yacb1相对于前述长径比yab2/yab1之比均为1.2以上。

21、[5]根据[1]～[4]中任一项所述的电解质膜，其中，前述丝a的旦尼尔数和前述丝b的旦尼尔数均为15～50。

22、[6]根据[1]～[5]中任一项所述的电解质膜，其中，前述丝a和前述丝b各自独立地由选自由聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚醚醚酮和聚苯硫醚组成的组中的材料构成。

23、[7]根据[1]～[6]中任一项所述的电解质膜，其中，前述丝a和前述丝b的密度均为70～150根/英寸。

24、[8]根据[1]～[7]中任一项所述的电解质膜，其中，前述离子交换基团为磺酸型官能团。

25、[9]根据[1]～[8]中任一项所述的电解质膜，其中，前述含氟聚合物包含基于含氟烯烃的单元以及具有磺酸型官能团和氟原子的单元。

26、[10]根据[9]所述的电解质膜，其中，前述含氟烯烃为在分子中具有1个以上氟原子且碳原子数为2～3的氟烯烃。

27、[11]根据[9]或[10]所述的电解质膜，其中，前述具有磺酸型官能团和氟原子的单元为式(1)所示的单元。

28、式(1)-[cf2-cf(-l-(so3m)n)]-

29、l为任选包含醚性氧原子的n+1价的全氟烃基，m为氢原子、碱金属或季铵阳离子，n为1或2。

30、[12]根据[1]～[11]中任一项所述的电解质膜，其中，前述织布为经加热加压的织布。

31、[13]根据[1]～[12]中任一项所述的电解质膜，其中，前述含氟聚合物的离子交换容量为0.90毫当量/克干燥树脂以上。

32、[14]一种电解装置，其包含[1]～[13]中任一项所述的电解质膜。

33、[15]一种氧化还原液流电池，其包含[1]～[13]中任一项所述的电解质膜。

34、发明的效果

35、根据本发明，可提供在具有阳极和阴极的电池单元内长时间施加电压而使用时不易产生针孔的电解质膜、以及包含其的电解装置和氧化还原液流电池。