JPH11273695A

JPH11273695A - 固体高分子電解質型メタノール燃料電池

Info

Publication number: JPH11273695A
Application number: JP10070846A
Authority: JP
Inventors: Masaru Yoshitake; 優吉武; Ichiro Terada; 一郎寺田; Yasuhiro Kokukyo; 康弘国狭
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1998-03-19
Publication date: 1999-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】高出力の固体高分子電解質型メタノール燃料電
池を提供する。【解決手段】−Ｘ−Ａｒ−Ｙ−（Ｘ及びＹはそれぞれ独
立に−Ｏ−又は−Ｓ−、Ａｒは式１で表される基）で表
される繰り返し単位を有する重合体にアニオン交換基が
導入されてなる重合体を電解質として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電解質としてアニ
オン交換膜を用いる固体高分子電解質型メタノール燃料
電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】メタノールを燃料として使用するメタノ
ール燃料電池は、燃料が取り扱いやすく、安価であるこ
とから家庭用や産業用の比較的小出力規模の電源として
期待されている。メタノール燃料電池の理論出力電圧
は、水素を燃料とする燃料電池とほぼ同じ１．２Ｖ（２
５℃）であり、原理的には同様の性能が期待できる。し
かし、従来よりメタノールの陽極酸化反応については数
多くの研究がなされているが、いまだ充分な性能は得ら
れていない。

【０００３】この理由としては、充分な活性を有するメ
タノールの酸化触媒が見いだされていないこと、通常電
解質として用いられるイオン交換膜はメタノールの透過
性が非常に高いため、メタノールの利用効率が低く、か
つメタノール極の対極である空気極に到達したメタノー
ルが空気極表面で反応するため過電圧が増大し、出力電
圧が低下することなどが挙げられる。

【０００４】上記の問題を解決する方法として、スルホ
ン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体膜を用いた
電極−膜接合体を用い、反応温度を１００℃以上に設定
し、メタノール極、空気極の反応速度を上げるととも
に、メタノールを気相で供給し膜のメタノール極側のメ
タノール濃度を下げる方法が報告されているが、この方
法でも充分な性能は得られていなかった。

【０００５】また、電解質であるイオン交換膜がカチオ
ン交換膜である場合は、供給したメタノールがメタノー
ル極で反応せず、電解質を通ってそのまま空気極に達す
る、いわゆるクロスリーク現象によるメタノールのクロ
スリーク量の増大、及び空気極が酸性雰囲気であること
による過電圧の増大の問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、メタ
ノール透過性の低いイオン交換膜を使用することによ
り、高出力のメタノール燃料電池を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、固体高分子電
解質であるイオン交換膜の一方の面にメタノール極が接
合され、他方の面に空気極が接合されてなる固体高分子
電解質型メタノール燃料電池であって、上記イオン交換
膜が、−Ｘ−Ａｒ−Ｙ−（Ｘ及びＹはそれぞれ独立に−
Ｏ−又は−Ｓ−。Ａｒは式１、式２又は式３で表される
基。）で表される繰り返し単位を有する重合体にアニオ
ン交換基が導入されてなる重合体からなることを特徴と
する固体高分子電解質型メタノール燃料電池を提供す
る。

【０００８】

【化３】

【０００９】ただし、式１、式２及び式３において、Ｗ
は単結合、−Ｏ−、−Ｓ−又は−ＣＲ⁶ Ｒ⁷ −（Ｒ⁶ 及
びＲ⁷ はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数１〜６のア
ルキル基。）。Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ 、Ｒ⁴ 及びＲ⁵ はそれ
ぞれ独立に炭素数１〜８のアルキル基。ａは０〜３の整
数。ｂ＋ｃは０〜７の整数。ｄ＋ｅは０〜５の整数。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の固体高分子電解質型メタ
ノール燃料電池を構成する電解質は、−Ｘ−Ａｒ−Ｙ−
（Ｘ及びＹはそれぞれ独立に−Ｏ−又は−Ｓ−。Ａｒは
式１、式２又は式３で表される基。）で表される繰り返
し単位を有する重合体（以下、重合体Ａという）にアニ
オン交換基が導入されてなる重合体からなるイオン交換
膜である。このイオン交換膜は、機械的強度、耐熱性等
に優れる点で好ましい。

【００１１】重合体Ａにおいて、−ＳＯ₂ −等の電子吸
引性の官能基と結合していない芳香族環の含有率は、重
合体Ａの全ての芳香族環中で１０モル％以上、特には２
０〜５０モル％であるのが好ましい。なお、本明細書中
において、芳香族環とは、ベンゼン環や、ナフタレン環
のような縮合ベンゼン環のことをいう。上記電子吸引性
の官能基と結合していない芳香族環の含有率が１０モル
％より小さいと、アニオン交換基の前駆体の基であるク
ロロメチル基等が芳香族環に導入されにくいため、イオ
ン交換容量の高い重合体が得られにくくなる。

【００１２】また、重合体Ａとしては、芳香族ポリスル
ホン、芳香族ポリエーテル、芳香族ポリイミド、芳香族
ポリエーテルイミドなどの重合体が挙げられるが、特に
は式４で示される重合体が好ましい。

【００１３】

【化４】

【００１４】ただし、式４において、Ｘ及びＹはそれぞ
れ独立に−Ｏ−又は−Ｓ−。Ａｒは式１、式２又は式３
で表される基。Ｚは−ＳＯ₂ −、−Ｏ−又は−Ｓ−。Ｒ
⁸ 、Ｒ⁹ 、Ｒ¹⁰、Ｒ¹¹はそれぞれ独立に炭素数１〜８の
アルキル基。ｆ、ｇ、ｈ、ｉはそれぞれ独立に０〜４の
整数。ｍ、ｎはそれぞれ独立に２〜２００の整数。ｍ／
ｎは０．１〜１００。

【００１５】式４で表される重合体としては、ポリフェ
ニレンオキシド／ポリエーテルスルホン共重合体、ポリ
フェニレンスルフィド／ポリエーテルスルホン共重合
体、ポリアリールエーテルスルホン／ポリエーテルスル
ホン共重合体、ポリアリールエーテルスルホン／ポリチ
オエーテルスルホン共重合体などの芳香族系ブロック共
重合体が挙げられる。これらのブロック共重合体は、特
開平１−２１５３４８、特開平２−２４５０３５及び特
開平２−２４８４３４に記載の方法により得られる。

【００１６】上記芳香族系ブロック共重合体において
は、クロロメチル基が、導入されやすいセグメントに局
所的に導入されることから、アニオン交換基も局所的に
配される。よって、イオン交換容量が増大しても、クロ
ロメチル基が導入されにくいセグメントにおける共重合
体の強度は損なわれないので、イオン交換膜全体として
の強度は低下せず好ましい。

【００１７】本発明におけるイオン交換膜を構成する重
合体は、架橋構造を有することが好ましい。架橋構造を
有する部位は、イオン交換膜の少なくとも一部に存在す
ればよいが、メタノールの透過をより防止するために
は、前記部位はイオン交換膜中に層状に存在するのが好
ましい。架橋構造を有する部位が存在する層の厚さが、
１μｍ以上である場合は特に好ましい。

【００１８】本発明におけるイオン交換膜のイオン交換
容量は、０．８〜４．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂、特には
０．９〜２．８ミリ当量／ｇ乾燥樹脂であるのが好まし
い。イオン交換容量が０．８ミリ当量／ｇ乾燥樹脂より
小さいと膜抵抗が高くなり、４．５ミリ当量／ｇ乾燥樹
脂より大きいと膜強度が著しく低下する。

【００１９】イオン交換膜の厚さは、１０〜１００μ
ｍ、特には３０〜８０μｍが好ましい。膜厚が１０μｍ
より薄いとメタノールの透過を充分に阻止できず、クロ
スリーク量が大きくなり好ましくない。また、厚さが１
００μｍより厚いと膜抵抗が高くなるので好ましくな
い。なお、イオン交換膜は、好ましくは補強布で補強し
て用いられるが、その場合は補強布の厚さも含めたイオ
ン交換膜の全厚さが上記範囲であるのが好ましい。

【００２０】本発明におけるイオン交換膜を得る方法と
しては、以下の方法が挙げられる。（１）重合体Ａをクロロメチル化後、溶液化して流延
し、膜状にした後アミノ化する方法。（２）重合体Ａをクロロメチル化後、溶液化し、アミノ
化した後流延し、膜状に成形する方法。本発明では、好ましくはアミノ化してアニオン交換基を
導入するとともに架橋を行うので、一般的にはアミノ化
前に成形を行う（１）の方法が使用される。

【００２１】クロロメチル化は、重合体Ａとクロロメチ
ル化剤を反応させることにより行われるが、クロロメチ
ル化剤としては、（クロロメトキシ）メタン、１，４−
ビス（クロロメトキシ）ブタン、１−クロロメトキシ−
４−クロロブタン、ホルムアルデヒド−塩化水素、パラ
ホルムアルデヒド−塩化水素等が使用できる。このよう
にして得られた重合体Ａのクロロメチル化物を、アミン
化合物と反応させてアミノ化することにより、アニオン
交換基が導入されるとともに、架橋が行われる。

【００２２】上記アミン化合物としては、モノアミンが
使用でき、具体的には、アンモニアの他、メチルアミ
ン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン等の
モノアルキルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン
等のジアルキルアミン、アニリン、Ｎ−メチルアニリン
等の芳香族アミン、ピロリジン、ピペラジン、モルホリ
ン等の複素環アミン、又はエタノールアミン、ジエタノ
ールアミン等のアルコールアミンが挙げられる。これら
のアミン化合物は、１つのクロロメチル基と反応して活
性水素を１個失い、次いで４級化されるか、又は残りの
活性水素が別のクロロメチル基と反応し重合体Ａを架橋
する。

【００２３】しかし、上記のモノアミンを用いた場合
は、充分に架橋されないおそれがあるため、好ましくは
アミン化合物として、１分子中に２個以上のアミノ基を
有するポリアミン化合物が用いられる。上記ポリアミン
化合物としては、具体的には、ｍ−フェニレンジアミ
ン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、１−メチルイ
ミダゾール、Ｎ，Ｎ’−ジメチルピペラジン、１，４−
ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン、ジエチレント
リアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンヘ
プタミン等のポリエチレンイミン、ヘキサメチレンテト
ラミン等、芳香族環を有するポリアミン化合物、複素環
を有するポリアミン化合物又は環状のポリアミン化合物
が挙げられる。

【００２４】また、ポリアミン化合物のなかでも、アル
キレン鎖（直鎖構造又は分岐構造のどちらでもよい）の
両末端にアミノ基を有するジアミノアルカンは、クロロ
メチル基を有する芳香族系重合体との反応において、よ
り架橋しやすいことから特に好ましい。上記ジアミノア
ルカンとしては、具体的には、ジアミノメタン、１，２
−ジアミノエタン、１，３−ジアミノプロパン、１，４
−ジアミノブタン、１，５−ジアミノペンタン、１，６
−ジアミノヘキサン、１，７−ジアミノヘプタン、１，
８−ジアミノオクタン、１，９−ジアミノノナン、１，
１０−ジアミノデカン等、両末端に１級アミンを有する
化合物が挙げられる。

【００２５】また、両末端に２級又は３級アミンを有す
るジアミノアルカンも使用でき、具体的には３−（メチ
ルアミノ）プロピルアミン、３，３−ビス（メチルアミ
ノ）プロピルアミン、３，３−ビス（エチルアミノ）プ
ロピルアミン、３，３ビス（ブチルアミノ）プロピルア
ミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，２−ジ
アミノエタン、Ｎ−（２−アミノエチル）エタノールア
ミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，３−ジ
アミノプロパン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−
１，６−ジアミノヘキサン等が挙げられる。

【００２６】また、本発明におけるイオン交換膜の別の
好ましい製造方法として、以下の方法も用いられる。（３）重合体Ａのクロロメチル化後、少量の３級モノア
ミンと反応させてクロロメチル基を含有する部分的にア
ミノ化された重合体を成形した後、ポリアミンと反応さ
せる方法。上記の３級モノアミンとしては、トリメチルアミンやト
リエチルアミン、トリブチルアミン等のトリアルキルア
ミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルベンジルアミン等の芳香族３級
アミン、トリエタノールアミン等の３級アルコールアミ
ンが用いられる。

【００２７】本発明の固体高分子電解質型メタノール燃
料電池を構成するメタノール極及び空気極は、通常の既
知の手法にしたがって製造できる。たとえば、メタノー
ル極又は空気極としての活性を付与する触媒を、ポリテ
トラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの疎水性樹脂結
着材で保持し、多孔質体のシート状のガス拡散電極とす
ることが好ましい。また、ガス拡散電極を構成する材料
の分散混合液を噴霧、塗布、ろ過する方法によっても製
造できる。

【００２８】電極用の触媒としては公知のものを使用で
きる。たとえば、メタノール極用の触媒としては白金触
媒、白金−ルテニウム合金や白金−スズ合金などの合金
触媒、又はこれらの触媒の微粒子をカーボンなどの担体
上に分散担持させた担持触媒などが挙げられる。空気極
用の触媒は、メタノール極と同様の白金触媒、白金合金
系触媒、担持触媒などが用いられる。

【００２９】ガス拡散電極とイオン交換膜との接合体の
製造方法としては、イオン交換膜上にガス拡散電極を直
接形成する方法、ＰＴＦＥフィルムなどの基材上に一旦
ガス拡散電極を層状に形成した後にこれをイオン交換膜
に転写する方法、ガス拡散電極とイオン交換膜とをホッ
トプレスする方法、接着液により密着して形成させる方
法など種々の方法を適用できる。

【００３０】

【作用】従来のイオン交換膜においてメタノールの透過
性が高い理由は明らかではないが、通常使われているパ
ーフルオロカーボンスルホン酸膜は膨潤しやすく、メタ
ノールと水との相互作用でさらに膨潤しやすくなるこ
と、また、プロトンがメタノール極側から空気極側へ移
動するとき、プロトン１原子あたり数分子の水が伴う
が、この水の移動に伴いメタノールも移動すると考えら
れる。

【００３１】一方、本発明におけるイオン交換膜はアニ
オン交換膜であり、通電時には空気極側からメタノール
極側に向かってアニオンが移動するため、メタノールの
移動が起こらないと考えられる。また、本発明における
イオン交換膜は、耐熱性に優れるので高温で使用でき、
メタノール極及び空気極の反応速度を上げることができ
る。また、メタノールを気相で供給することにより、膜
のアノード側のメタノール濃度を下げることができ、メ
タノールの透過が低減すると考えられる。

【００３２】

【実施例】［例１］特開昭６１−１６８６２９に記載さ
れた合成法と同様にして、４，４’−ジフェノール０．
３６モルとジクロロジフェニルスルホン０．３９６モル
とを反応させ、芳香族ポリスルホンの繰り返し単位から
なる前駆体０．３６モルを合成し、次いで該前駆体０．
３６モルとジクロロジフェニルスルホン０．３２４モル
と硫化ナトリウム０．３７８モルとを反応させ、式５で
表される芳香族ポリスルホン−ポリチオエーテルスルホ
ン共重合体（以下、共重合体ａという）２２０ｇを得
た。なお、式５においてｐ／ｑ＝１／１であり、共重合
体ａの固有粘度は０．５０であった。また、電子吸引性
基である−ＳＯ₂ −と結合していない芳香族環の含有率
は、共重合体ａの全芳香族環中で３３モル％であった。

【００３３】

【化５】

【００３４】次に、共重合体ａの７５ｇを１，１，２，
２−テトラクロロエタン１リットルに溶解した後、（ク
ロロメトキシ）メタン４００ｇ及び無水塩化スズ４．５
ｇを添加し、１１０℃にて４時間クロロメチル化反応を
行った。次いで、メタノール５リットルにて反応生成物
を沈殿させ、該反応生成物を洗浄し、クロロメチル化共
重合体（以下、共重合体ｂという）８５ｇを得た。共重
合体ｂにおけるクロロメチル基の導入率は、１繰り返し
単位あたり約１．９個であり、このクロロメチル基をす
べてトリメチルアミンでアミノ化したところ、イオン交
換容量は２．２ミリ当量／ｇ乾燥樹脂であった。

【００３５】共重合体ｂの５０ｇをＮ，Ｎ−ジメチルホ
ルムアミド２８３ｇに溶解して１５重量％溶液を調製し
た。この溶液を０℃にて撹拌しながら、１モル／リット
ルのトリメチルアミンのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド
溶液５０ｍｌをゆっくり滴下した後、２−メトキシエタ
ノール１０ｇを添加した。

【００３６】このようにして得られた溶液を６０℃、２
時間でキャスト製膜し、厚さ５０μｍの膜を得た。次い
で、上記膜を１モル／リットルのＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−
テトラメチル−１，３−ジアミノプロパンのメタノール
溶液に、５０℃にて４時間浸漬し、架橋されたアニオン
交換膜を得た。得られたアニオン交換膜のイオン交換容
量は２．４ミリ当量／ｇ乾燥樹脂であった。

【００３７】［例２］キャスト製膜して得られた膜を
Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，３−ジアミノ
プロパンのメタノール溶液に浸漬する代わりに、Ｎ，
Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，６−ジアミノヘキ
サンのメタノールに５０℃にて０．５時間浸漬し、１モ
ル／リットルのトリメチルアミンのメタノール溶液に４
時間浸漬した以外は例１と同様にして、架橋されたアニ
オン交換膜を得た。得られたアニオン交換膜のイオン交
換容量は２．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂であった。

【００３８】［例３］ポリエーテルイミドの共重合体
（日本ＧＥプラスチック社製品名：ウルテム５００１）
５８ｇを１，１，２，２−テトラクロロエタン７９０ｍ
ｌに溶解した後、（クロロメトキシ）メタン３１０ｇ、
無水塩化スズ３．５ｇを添加し、１１０℃にて４時間ク
ロロメチル化反応を行った。次いで、メタノール４リッ
トルにて反応生成物を沈殿させ、該反応生成物を洗浄
し、クロロメチル化共重合体（以下、共重合体ｃとい
う）５６ｇを得た。共重合体ｃにおけるクロロメチル基
の導入率は、１繰り返し単位に約１．９個であり、この
クロロメチル基をすべてトリメチルアミンでアミノ化し
たところ、イオン交換容量は２．４ミリ当量／ｇ乾燥樹
脂であった。

【００３９】共重合体ｃを１，１，２，２−テトラクロ
ロエタン９０ｇに溶解して１０重量％溶液を調製した。
この溶液を０℃にて撹拌しながら、１モル／リットルの
トリメチルアミンのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液
の１０ｍｌをゆっくり滴下した後、２−メトキシエタノ
ール２ｇを添加した。イオン交換容量が０．９ミリ当量
／ｇの溶液を７８ｍｌ得た。

【００４０】このようにして得られた溶液を６０℃、２
時間でキャスト製膜し、厚さ５０μｍの膜を得た。次い
で、上記膜を１モル／リットルのＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−
テトラメチル−１，３−ジアミノプロパンのメタノール
溶液に、５０℃にて４時間浸漬し、架橋されたアニオン
交換膜を得た。得られたアニオン交換膜のイオン交換容
量は２．６ミリ当量／ｇ乾燥樹脂であった。

【００４１】［例４］ポリスルホンの共重合体（アモコ
社製品名：ユーデルＰ−１７００）５０ｇを１，１，
２，２−テトラクロロエタン５２０ｍｌに溶解した後、
（クロロメトキシ）メタン２３５ｇ、無水塩化スズ４．
５ｇを添加して、窒素パージしながら温度５０℃にて
０．５時間クロロメチル化反応を行った。次いで、メタ
ノール４リットルにて反応生成物を沈殿させ、該反応生
成物を洗浄し、クロロメチル化共重合体（以下、共重合
体ｄという）５３ｇを得た。共重合体ｄにおけるクロロ
メチル基の導入率は、１繰り返し単位に約０．９個であ
り、このクロロメチル基をすべてトリメチルアミンでア
ミノ化したところ、イオン交換容量は１．７ミリ当量／
ｇ樹脂であった。

【００４２】共重合体ｄの１５ｇをＮ，Ｎ−ジメチルホ
ルムアミド８５ｇに溶解して１５重量％溶液を調製し
た。この溶液を０℃にて撹拌しながら、１モル／リット
ルのトリメチルアミンのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド
溶液の１４ｍｌをゆっくり滴下した後、２−メトキシエ
タノール２ｇを添加し、イオン交換容量が０．９ミリ当
量／ｇの溶液を１２０ｍｌ得た。

【００４３】このようにして得られた溶液を６０℃、２
時間でキャスト製膜し、厚さ５０μｍの膜を得た。次い
で、上記膜を１モル／リットルのＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−
テトラメチル−１，２−ジアミノエタンのメタノール溶
液に、５０℃にて４時間浸漬し、架橋されたアニオン交
換膜を得た。得られたアニオン交換膜のイオン交換容量
は１．８ミリ当量／ｇ乾燥樹脂であった。

【００４４】［例５（比較例）］（クロロメチル）スチ
レン８０ｇ、ジビニルベンゼン２０ｇ、ニトリルゴム５
ｇを撹拌、混合し、重合開始剤であるベンゾイルパーオ
キシドを添加したモノマーシロップ溶液を織布に含浸さ
せた後、７０℃で６時間及び９０℃で３時間重合させ
た。次いで、１モル／リットルのトリメチルアミンのメ
タノール溶液に６０℃にて１６時間浸漬し、強塩基型ア
ニオン交換基を有する共重合体からなる厚さ６０μｍの
アニオン交換膜を得た。得られたアニオン交換膜のイオ
ン交換容量は２．０ミリ当量／ｇであった。

【００４５】［例６（比較例）］電解質として、パーフ
ルオロカーボンスルホン酸型イオン交換膜（デュポン社
製品名：ナフィオン１１７）を用いた。

【００４６】［評価］電解質としては、例１〜例５で作
製したアニオン交換膜を使用した。芳香族ポリエーテル
スルホンと芳香族ポリチオエーテルスルホンの共重合体
のクロロメチル化物をアミノ化して得られるアニオン交
換樹脂を用意し、白金−ルテニウム合金触媒がこのアニ
オン交換樹脂で分散、被覆されたガス拡散電極を作成し
てメタノール極とした。メタノール極のガス拡散電極の
電極有効面積は１０ｃｍ² 、このガス拡散電極中の白金
量は見かけ表面積あたり２ｍｇ／ｃｍ² とした。また、
白金触媒が上記アニオン交換樹脂で分散、被覆されたガ
ス拡散電極を作成して空気極とした。空気極のガス拡散
電極の電極有効面積は１０ｃｍ² 、このガス拡散電極中
の白金量は見かけ表面積あたり１ｍｇ／ｃｍ² とした。

【００４７】ホットプレス法にて上記アニオン交換膜、
メタノール極、及び空気極を接合し、電極−膜の接合体
を作成した。また、電解質として、例６のカチオン交換
膜を使用し、メタノール極及び空気極に用いた触媒をナ
フィオン１１７と同組成のカチオン交換樹脂にて被覆し
たものとした以外は、上記製法と同様にして、電極−膜
の接合体を作製した。

【００４８】得られた上記接合体を、それぞれ一対のリ
ブ付きセパレータの間に挟んで、燃料電池セルを組み立
てた。酸化剤ガスである空気を１３０℃に保持した加湿
器を介して燃料電池セルに供給し、燃料ガスである２０
重量％のメタノール水溶液を１４０℃に保持した気化室
を介してガス化させて燃料電池セルに供給し、３気圧、
セル温度１３０℃にて発電試験を実施した。表１に電流
密度１００ｍＡ／ｃｍ² での出力電圧を示す。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、電解質であるイオン交
換膜におけるメタノールのクロスリーク量を低減でき、
メタノール燃料電池の出力電圧を向上させうる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体高分子電解質であるイオン交換膜の一
方の面にメタノール極が接合され、他方の面に空気極が
接合されてなる固体高分子電解質型メタノール燃料電池
であって、上記イオン交換膜が、−Ｘ−Ａｒ−Ｙ−（Ｘ
及びＹはそれぞれ独立に−Ｏ−又は−Ｓ−。Ａｒは式
１、式２又は式３で表される基。）で表される繰り返し
単位を有する重合体に、アニオン交換基が導入されてな
る重合体からなることを特徴とする固体高分子電解質型
メタノール燃料電池。【化１】ただし、式１、式２及び式３において、Ｗは単結合、−
Ｏ−、−Ｓ−又は−ＣＲ⁶ Ｒ⁷ −（Ｒ⁶ 及びＲ⁷ はそれ
ぞれ独立に水素原子又は炭素数１〜６のアルキル
基。）。Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ 、Ｒ⁴ 及びＲ⁵ はそれぞれ独
立に炭素数１〜８のアルキル基。ａは０〜３の整数。ｂ
＋ｃは０〜７の整数。ｄ＋ｅは０〜５の整数。
【請求項２】上記イオン交換膜のイオン交換容量が０．
８〜４．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂である請求項１記載の
固体高分子電解質型メタノール燃料電池。
【請求項３】上記アニオン交換基が導入されてなる重合
体が架橋構造を有する請求項１又は２記載の固体高分子
電解質型メタノール燃料電池。
【請求項４】上記アニオン交換基が導入されてなる重合
体が、１分子中に２個以上のアミノ基を有するポリアミ
ン化合物により架橋されてなる請求項１又は２記載の固
体高分子電解質型メタノール燃料電池。
【請求項５】上記イオン交換膜が、式４で表される重合
体にアニオン交換基が導入されてなる重合体からなる請
求項１、２、３又は４記載の固体高分子電解質型メタノ
ール燃料電池。【化２】ただし、式４において、Ｘ及びＹはそれぞれ独立に−Ｏ
−又は−Ｓ−。Ａｒは式１、式２又は式３で表される
基。Ｚは−ＳＯ₂ −、−Ｏ−又は−Ｓ−。Ｒ⁸ 、Ｒ⁹ 、
Ｒ¹⁰、Ｒ¹¹はそれぞれ独立に炭素数１〜８のアルキル
基。ｆ、ｇ、ｈ、ｉはそれぞれ独立に０〜４の整数。
ｍ、ｎはそれぞれ独立に２〜２００の整数。ｍ／ｎは
０．１〜１００。