[发明专利]液态组合物、固体高分子电解质膜、催化剂层和膜电极接合体的制造方法

说明书

本发明提供能在较短时间内消除因粒子状的氢氧化铈(IV)引起的白浊的液态组合物的制造方法，以及能在较短时间内制造耐久性优异的固体高分子电解质膜、催化剂层和膜电极接合体的方法。液态组合物的制造方法为制造包含具有磺酸基的含氟聚合物、3价铈离子和水的液态组合物的方法，其中，向包含选自碳酸铈、氢氧化铈和氧化铈的至少一种铈化合物、具有磺酸基的含氟聚合物和水的液体(i)照射包含300～400nm的波长中至少一部分的波长的光，使上述液体表面的紫外线照度达到0.1mW/cm²以上，或者(ii)添加还原剂。

技术领域

本发明涉及液态组合物的制造方法、以及使用该液态组合物的固体高分子型燃料电池用的固体高分子电解质膜、催化剂层和膜电极接合体的制造方法。

背景技术

固体高分子型燃料电池是例如将膜电极接合体夹在2个间隔物之间而形成单元，对多个单元进行堆叠而得的电池。膜电极接合体包括具有催化剂层的阳极和阴极，以及配置在阳极和阴极之间的固体高分子电解质膜，固体高分子电解质膜和催化剂层包含具有磺酸基的含氟聚合物作为离子交换树脂。

固体高分子型燃料电池的阴极中的氧的还原反应经由过氧化氢而进行，所以在阴极中生成过氧化氢或过氧化物自由基。此外，在阳极中，氧分子从阴极透过固体高分子电解质膜，因此在阳极中有时也会生成过氧化氢或过氧化物自由基。已知在阴极及阳极生成的过氧化氢或过氧化物自由基会使固体高分子电解质膜及催化剂层中所含的具有磺酸基的含氟聚合物劣化。

作为为了形成对过氧化氢或过氧化物自由基具有耐久性的固体高分子电解质膜和催化剂层而使用的液态组合物，提出了以下的组合物。

液态组合物，其包含水、具有磺酸基的含氟聚合物、3价或4价的铈离子(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:国际公开第2005/124912号

发明内容

发明所要解决的技术问题

但是，液态组合物中的4价铈离子形成氢氧化铈(IV)(Ce(OH)₄)。氢氧化铈(IV)在水中的溶解性低，所以包含4价的铈离子的液态组合物因为粒子状的氢氧化铈(IV)而变得白浊。在使用包含粒子状的氢氧化铈(IV)的液态组合物来形成固体高分子电解质膜和催化剂层的情况下，固体高分子电解质膜和催化剂层的耐久性降低。

为了抑制由粒子状的氢氧化铈(IV)引起的液态组合物的白浊，只要使用3价的铈离子即可。但是，例如即使是碳酸铈(III)水合物，其一部分也会被空气中的氧氧化成4价。因此，在包含水、具有磺酸基的含氟聚合物的液体中添加碳酸铈(III)水合物之后，到氢氧化铈(IV)完全溶解为止需要持续搅拌100天以上。另外，在专利文献1的第[0055]段中记载了以下内容：在由乙醇(42质量％)、水(28质量％)和具有磺酸基的含氟聚合物(30质量％)构成的溶液100g中添加碳酸铈(III)水合物1g后，搅拌8小时，获得透明的液态组合物。但是，实际上，虽然得到了接近透明的液态组合物，但也会有微量的氢氧化铈(IV)未完全溶解。

此外，根据本发明人最近的研究，在实际的生产线的混合槽这样的遮光状态下，在包含水、具有磺酸基的含氟聚合物的液体中添加碳酸铈(III)水合物后，即使持续搅拌一个月，也判明氢氧化铈(IV)没有溶解。

本发明提供能在较短时间内消除因粒子状的氢氧化铈(IV)引起的白浊的液态组合物的制造方法，以及能在较短时间内制造耐久性优异的固体高分子电解质膜、催化剂层和膜电极接合体的方法。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明具有以下实施方式。