[发明专利]凝胶状电解质的分散液的制造方法

说明书

凝胶状电解质的分散液的制造方法，包括：水含量降低工序，其中将电解质的水性分散液在50℃以下的温度下浓缩，将该电解质的浓缩物中的水含量降低至基于该电解质的浓缩物的总质量为5质量％以下；和醇添加工序，其中将醇添加至在所述水含量降低工序中获得的电解质的浓缩物中以形成凝胶状电解质的分散液。

技术领域

本发明涉及一种凝胶状电解质的分散液的制造方法。

背景技术

燃料电池是通过使氢气和氧气电化学反应来获得电力的发电系统。原则上，发电产生的唯一产物是水。因此，燃料电池作为给全球环境产生小负荷的清洁发电系统受到关注。根据电解质的种类，将燃料电池分类为固体聚合物型、磷酸型、熔融碳酸盐型和固体氧化物型。

固体聚合物型燃料电池使用质子传导性的离子可交换性固体聚合物电解质膜作为电解质。膜电极组件(MEA)是固体聚合物型燃料电池的基本单元，具有其中两组电极催化剂层粘结至离子可交换性固体聚合物电解质膜的上表面和下表面的结构。在其中用作离子可交换性固体聚合物电解质膜的材料的电解质是凝胶状电解质的分散液的情况下，可以制作膜电极组件而不用必须使用用于粘结电极催化剂层的辅助材料。因为这个原因，凝胶状电解质在制作固体聚合物型燃料电池中是有用的。

日本专利申请公开号2005-174587(JP2005-174587A)公开了通过将酸和对所述酸膨胀的聚合化合物混合而形成的凝胶电解质。JP2005-174587A描述了所述聚合化合物是部分甲基化的聚苯并咪唑，其中特定聚苯并咪唑结构的取代基R的至少一部分由甲基组成。

PCT国际公开号WO 2013/031060公开了用于形成催化剂电极的催化剂油墨的制造方法，其包括通过将作为催化剂负载导电性粒子的催化剂负载粒子分散在溶剂中来生成催化剂分散液的工序，通过将离聚物和挥发性溶剂混合来制备凝胶体的工序，和通过将所述催化剂分散液和所述凝胶体搅拌和混合来制备催化剂油墨的工序。所述离聚物是离子传导性聚合物，其也用作电解质膜的材料。PCT国际公开号WO2013/031060描述了全氟磺酸聚合物如Nafion(注册商标)等可用作离聚物。此外，PCT国际公开号WO 2013/031060描述了用在通过将离聚物和挥发性溶剂混合来制备凝胶体的工序中的离聚物可以优选具有500g/mol～900g/mol的离子交换当量(EW)值，混合溶液中醇的重量比率可以优选为5重量％～20重量％，并且加热温度可以优选为在60℃～90℃的范围内。

日本专利申请公开号2010-129409(JP2010-129409A)公开了包含设置有膜电极组件的电动部的燃料电池，所述膜电极组件包含燃料电极、空气电极和夹在所述燃料电极与所述空气电极之间以便接触所述燃料电极的催化剂层和所述空气电极的催化剂层的电解质膜，其中燃料电极的气体扩散层包含由具有亲水性的亲水导电性粒子填充的导电性多孔基材。JP2010-129409A描述了所述电解质膜由质子传导性材料组成。此外，JP2010-129409A描述了，由于从空气电极通过电解质膜供给的水被燃料电极保持是重要的，所以通过酸处理等对包括电解质膜的各个元件进行亲水化。

PCT国际公开号WO 2011/083842公开了聚合物电解质溶液的制造方法，其包括制备其中将具有有亲水性官能团的侧链的聚合物电解质溶于溶剂中的前溶液的前溶液制备工序，和通过至少将水降低至10％以下的浓度来从前溶液获得聚合物电解质溶液的溶液制备工序。PCT国际公开号WO 2011/083842描述了水的去除可以在水浴中进行。此外，PCT国际公开号WO 2011/083842描述了可以将仲醇和叔醇中的至少一种用作溶剂。

如上文所描述的，以提供用于制造固体聚合物型燃料电池的凝胶状电解质为目的，开发了不同手段。然而，在如JP2005-174587A和PCT国际公开号WO 2013/031060的技术中，存在如下问题：要凝胶化的电解质限于具有特定结构和/或特定物理特性(例如EW值)的电解质。此外，在PCT国际公开号WO 2011/083842的技术中，可以提高粘度。然而，存在凝胶化可能不充分进行的问题。

发明内容