(57)【要約】【課題】ＤＭＦＣ用として好適なイオン伝導度が高く、メタノール透過性の低いプロトン伝導材料、及びそれを用いた燃料電池を提供する。【解決手段】本発明のプロトン伝導材料は、下記一般式（１）で表される構造を有する高分子化合物を含むことを特徴とする。【化１】2004158260.tif 000012（一般式（１）中、Ｌ１は連結基を表し、ｎは５〜１０００の整数を表す。）【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）で表される構造を有する高分子化合物を含むことを特徴とするプロトン伝導材料。
【化１】
2004158260.tif 000011
（一般式（１）中、Ｌ１は連結基を表し、ｎは５〜１０００の整数を表す。）
【請求項２】
請求項１に記載のプロトン伝導材料において、前記連結基が炭素数３以上のアルキレン基又はアリーレン基を含むことを特徴とするプロトン伝導材料。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のプロトン伝導材料において、前記連結基がメソゲンを含む原子団であることを特徴とするプロトン伝導材料。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のプロトン伝導材料を用いることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な架橋重合体及びそれを用いた燃料電池に関し、特にエネルギーデバイスや電気化学センサーに利用されるプロトン伝導材料及びそれを用いた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体高分子型燃料電池は地球環境にやさしいクリーンな発電装置として、家庭用電源、車載用電源等への実用化が期待されている。これらの固体高分子型燃料電池では水素と酸素を燃料として使用するものが主流となっている。また、最近では燃料として水素の代わりにメタノールを用いる直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）が提案され、リチウム２次電池に代わる携帯機器用高容量電池として期待され、活発に研究されている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池用電解質膜（プロトン伝導膜）の重要な機能は、正極触媒電極に供給される燃料（水素、メタノール水溶液等）と負極に供給される酸化剤ガス（酸素等）を物理的に絶縁すること、正極と負極を電気的に絶縁すること、及び正極上で生じるプロトンを負極に伝達することである。これらの機能を満たすためには、ある程度の機械的強度と高いプロトン伝導性が要求される。
【０００４】
固体高分子型燃料電池電解質膜には、一般的にナフィオン（ＮＡＦＩＯＮ：登録商標）に代表されるスルホン酸基含有パーフルオロカーボン重合体が用いられている。これらの電解質膜はイオン伝導度に優れ、機械的強度も比較的高いものであるが、以下のような改善すべき点がある。すなわち、これらの電解質膜では膜に含まれる水とスルホン酸基により生成したクラスターチャンネルの中で水を介してプロトンが伝導するため、イオン伝導度が電池使用環境の湿度による膜含水率に大きく依存する。固体高分子燃料電池は、ＣＯによる触媒電極の被毒低減と触媒電極の高活性化の観点から、１００〜１５０℃の温度領域で作動させるのが好ましい。しかし、このような中温度領域では電解質膜の含水率の低下とともにイオン伝導度が低下するため、期待した電池特性が得られないことが問題となっている。また、電解質膜の軟化点が１２０℃付近にあり、この温度域で作動させた場合には電解質膜の機械的強度も問題となる。一方、これらの電解質膜をＤＭＦＣに用いた場合には以下のような問題が生じる。すなわち、本質的に含水し易いこれらの膜は、燃料のメタノールに対するバリヤ性が低いため、正極に供給したメタノールが電解質膜を透過し負極に到達してしまう。これが原因となり電池出力が低下する、いわゆるメタノールクロスオーバー現象が大きな問題となっており、ＤＭＦＣ実用化のための解決すべき重要な課題の一つとなっている。
【０００５】
このような状況下、ナフィオンに代わるプロトン伝導材料を開発する機運が高まり、幾つかの有望な電解質材料が提案されている。例えば、無機プロトン伝導材料としては、特許文献１〜４、非特許文献１〜２等にプロトン伝導性ガラスが開示されている。これらは、テトラアルコキシシランを酸の存在下、ゾル−ゲル法により重合して得られるものであり、高温域での湿度依存性が小さいことが知られている。しかし、柔軟性が無く、極めて脆い材料であるため、大きな面積の膜を作製するのが困難であり、燃料電池用電解質としては適当でない。
【０００６】
有機材料としては、側鎖末端にリン酸基を含有する（メタ）アクリル酸エステル類を重合して得られるリン酸基含有共重合体（例えば、特許文献５参照。）、ポリアニリンを含有するプロトン伝導性ポリマー（例えば、特許文献６参照。）、スルホン酸基を有する脂肪族炭化水素重合体多孔質膜の空孔にプロトン酸を含有する多孔質膜（例えば、特許文献７参照。）、リン酸基、ホスホン酸基又はホスフィン酸基を側鎖に有するポリマーを多孔質膜の空孔内に担持するプロトン伝導性膜（例えば、特許文献８参照。）等が提案されている。しかしながら、ＤＭＦＣ用途に重要な特性であるメタノール透過性に関しては十分な記載がない。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２７２９３２号公報
【特許文献２】
特開２０００−２５６００７号公報
【特許文献３】
特開２０００−３５７５２４号公報
【特許文献４】
特開２００１−９３５４３号公報
【特許文献５】
特開２００１−１１４８３４号公報
【特許文献６】
特開２００１−１６０４０７号公報
【特許文献７】
特開２００１−２９４７０６号公報
【特許文献８】
特開２００２−８３５１４号公報
【非特許文献１】
「ジャーナル・オブ・フィジカル・ケミストリー  Ｂ（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｂ）」，  １９９９年，  第１０３巻，  ｐ．９４６８
【非特許文献２】
「フィジカル・レビュー  Ｂ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ）」，  １９９７年，  第５５巻，  ｐ．１２１０８
【非特許文献３】
第４版実験化学講座，  丸善出版株式会社，  第２２巻，  ｐ．３７１−３９２
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ＤＭＦＣ用として好適なメタノール透過性の低いプロトン伝導材料、及びそれを用いた燃料電池を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、主鎖にリン酸を含む高分子化合物を用いることにより、プロトン伝導性が高く、メタノール透過性が低い燃料電池用のプロトン伝導膜が得られることを発見し、本発明に想到した。
【００１０】
すなわち、本発明のプロトン伝導材料は、下記一般式（１）で表される構造を有する高分子化合物を含むことを特徴とする。
【化２】
2004158260.tif 000002
（一般式（１）中、Ｌ１は連結基を表し、ｎは５〜１０００の整数を表す。）
【００１１】
前記連結基は炭素数３以上のアルキレン基又はアリーレン基を含むのが好ましく、メソゲンを含む原子団であるのがさらに好ましい。かかるプロトン伝導材料を燃料電池のプロトン伝導膜として用いることにより高いプロトン伝導性と低いメタノール透過性を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
［１］  プロトン伝導材料
本発明のプロトン伝導材料は、下記一般式（１）で表される構造を有する高分子化合物を含む。
【化３】
2004158260.tif 000003
【００１３】
一般式（１）中、連結基Ｌ１はアルキレン基又はアリーレン基を含むのが好ましい。アルキレン基又はアリーレン基は連結基Ｌ２によってさらに連結されていても良い。この場合、Ｌ１は好ましくは−（Ｒ１−Ｌ２）ｍ−Ｒ１−で表される構造を有する（Ｒ１はアルキレン基又はアリーレン基を表す。）。
【００１４】
Ｒ１で表されるアルキレン基は炭素数３〜４０のアルキレン基が好ましく、炭素数３〜１０のアルキレン基がより好ましい。アルキレン基は、直鎖でも分岐があってもよく、さらに置換基を有していてもよい。アルキレン基の好ましい例としては、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基、デシレン基、ウンデシレン基等が挙げられ、ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基及びデシレン基がより好ましい。
【００１５】
Ｒ１で表されるアリーレン基は炭素数６〜４０のアリーレン基が好ましく、炭素数６〜２０のアリーレン基がより好ましい。アリーレン基はさらに置換基を有していてもよい。アリーレン基は、フェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基、ナフチレン基、キシリレン基等が好ましく、以下の基がより好ましい。
【００１６】
【化４】
2004158260.tif 000004
【００１７】
Ｌ２で表される連結基は、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ＝Ｎ−、−Ｎ（Ｏ）＝Ｎ−、−ＣＯＯ−、−ＣＯＳ−、−ＣＯＮＨ−、−ＣＯＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２ＮＨ−、−ＣＨ２−、−ＣＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、−（ＣＨ２）１〜３−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−、−（Ｃ≡Ｃ）１〜３−、これらの組合せ等が好ましく、−ＣＨ２−、−ＣＯ−、−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ＝Ｎ−、これらの組合せ等がより好ましい。これらの連結基の水素原子は置換基で置換されていてもよい。ｍは０〜２０の整数が好ましく、０〜１０の整数がより好ましい。
【００１８】
Ｌ１で表される連結基はメソゲンを含むのがより好ましい。メソゲンの好ましい例としては、Ｄｉｅｔｒｉｃｈ  Ｄｅｍｕｓ  及び  Ｈｏｒｓｔ  Ｚａｓｃｈｋｅによる  「Ｆｌｕｓｓｉｇｅ  Ｋｒｉｓｔａｌｌｅ  ｉｎ  Ｔａｂｅｌｌｅｎ  ＩＩ」，  １９８４年，  ｐ．７−１８に記載されているものが挙げられる。この場合、Ｌ１は−Ｒ２−Ｌ２−Ｒ３−で表される構造を有するのがさらに好ましい。Ｒ２及びＲ３はアルキレン基又はアリーレン基を表し、好ましい具体例は上記Ｒ１におけるアルキレン基又はアリーレン基の場合と同様である。Ｒ２及びＲ３は同じでも異なっていても良いが、少なくとも１つがアリーレン基であるのが好ましい。Ｌ２の好ましい具体例は上記の場合と同様である。
【００１９】
ｎは５〜１０００の整数を表し、１０〜１００の整数が好ましい。一般式（１）で表される構造を有する高分子化合物の分子量は、重合条件により任意であってよいが、数平均分子量が５００〜５００，０００が好ましく、１０００〜５０，０００がより好ましい。
【００２０】
以下に一般式（１）で表される構造を有する高分子化合物の具体例を挙げるがこれらに限定されるものではない。
【００２１】
【化５】
2004158260.tif 000005
【００２２】
【化６】
2004158260.tif 000006
【００２３】
【化７】
2004158260.tif 000007
【００２４】
［２］  プロトン伝導膜材料の合成法
本発明のプロトン伝導膜材料は、主鎖の構築にリン酸ハロゲン化物（又はリン酸と縮合剤とによる反応物）と、多価アルコールとの反応を利用して合成できる。リン酸ハロゲン化物としてはオキシ塩化リン、メチルホスホロジクロリデート等が好ましい。リン酸と共に使用する縮合剤としては非特許文献３に記載の縮合剤が好ましい。
【００２５】
反応には必要に応じて塩基を使用するのが好ましい。塩基としてはトリエチルアミン、トリプロビルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン等のアミン類、ピリジン、ピコリン、Ｎ−メチルモルホリン、キノリン等の含窒素ヘテロ環類、炭酸カリウム、炭酸セシウム、水酸化カリウム、リン酸ナトリウム等の無機塩基類等を用いるのが好ましい。
【００２６】
反応に用いる溶媒は、アプロティックであり、リン酸ハロゲン化物、縮合剤、又はリン酸と縮合剤との反応物と反応を起こさない溶媒が好ましい。好ましい溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物、３−メチル−２−オキサゾリジノン、Ｎ−メチルピロリドン等の複素環化合物、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の環状エーテル類、ジエチルエーテル、エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル等の鎖状エーテル類、アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル化合物、カルボン酸エステル、リン酸エステル、ホスホン酸エステル等のエステル類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等の非プロトン極性溶媒、トルエン、キシレン等の非極性溶媒、メチレンクロリド、エチレンクロリド等の塩素系溶媒等が挙げられる。中でも、アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル化合物、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の環状エーテル類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等の非プロトン極性溶媒等が特に好ましい。これらは単独で用いても２種以上を併用してもよい。全溶媒量は、前駆体化合物１ｇに対し好ましくは０．１〜１００  ｇ、より好ましくは１〜１０  ｇの範囲で任意に選択できる。反応温度で原料が完全に溶解する溶媒種及び量が好ましく、溶媒は使用前に乾燥しても良い。
【００２７】
反応温度は反応速度に関連し、原料の反応性に応じて選択することができる。好ましくは−２０〜１５０℃、より好ましくは−１０〜６０℃、さらに好ましくは０〜６０℃である。
【００２８】
材料の膜特性を向上させるため、必要に応じて添加剤を加えても良い。例えば、膜の強度を上げるため、架橋剤として機能する多価アルコール、多価フェノール等を使用しても良い。多価アルコールとしては、グリセロール、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン等が挙げられ、多価フェノールとしてはトリヒドロキシベンゼン類、１，１，１−トリ（４−ヒドロキシフェニル）エタン等が挙げられる。
【００２９】
添加剤を併用する場合、添加剤の量は一般式（１）で表される構造を有する高分子化合物に対して、１〜３００質量％が好ましく、２０〜５０質量％がより好ましい。
【００３０】
本発明のプロトン伝導材料を添加物として使用することもできる。添加される材料としては、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリフェニレン、ポリビニルエーテル、ポリビニルエステル、アクリル系ポリマー、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリフォスファート等が挙げられる。この場合、本発明のプロトン伝導材料は１〜７０質量％の範囲で用いるのが好ましく、２０〜５０質量％の範囲で用いるのが更に好ましい。
【００３１】
［３］  プロトン伝導材料の製膜法
本発明のプロトン伝導材料は、適当な溶媒に溶解し、支持体等に塗布して製膜するか、あるいはプロトン伝導膜材料を加熱し、軟らかくなった状態でスリットから押し出すことにより製膜することができる。プロトン伝導膜材料を溶媒に溶解して塗布する場合、溶媒としては上記の反応に用いることができる溶媒に加え、アルコール類、水、カルボン酸類等を使用できる。アルコール類としてはメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、メトキシプロパノール等が挙げられ、カルボン酸類としては蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が挙げられる。これらは単独で用いても２種以上を併用してもよい。溶媒量はプロトン伝導膜材料１ｇに対し、好ましくは０．１〜１００  ｇ、より好ましくは１〜１０  ｇの範囲で任意に選択できる。
【００３２】
材料の膜特性を向上させるため、必要に応じて添加剤を加えても良い。例えば、膜の強度を高めるために固体添加物を加えても良いし、膜の強度又は膜の柔軟性を高めるためにポリマーを加えても良い。固体添加物としてはシリカゲル微粉末、アルミナ微粉末、タングストリン酸、シリコタングステン酸等が挙げられ、ポリマーとしてはポリメチルメタクリレート、ポリスチレン等が挙げられる。
【００３３】
添加剤を併用する場合、添加剤の量は一般式（１）で表される構造を有する高分子化合物に対して、１〜３００質量％が好ましく、２０〜５０質量％がより好ましい。
【００３４】
得られた塗液を支持体上に塗布し、溶媒を蒸発させることによりプロトン伝導膜を得ることができる。支持体は特に限定されないが、好ましい例としては、ガラス基板、金属基板、高分子フイルム、反射板等が挙げられる。高分子フイルムとしては、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）等のセルロース系高分子フイルム、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等のエステル系高分子フイルム、ＰＴＦＥ（ポリトリフルオロエチレン）等のフッ素系高分子フイルム等が挙げられる。塗布方式としては、公知の方法、例えばカーテンコーティング法、押し出しコーティング法、ロールコーティング法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、バーコーティング法、スプレーコーティング法、スライドコーティング法、印刷コーティング法等を採用することができる。
【００３５】
細孔を有する基材上に塗液を塗布するか、基材を塗液に浸漬することにより、細孔内にプロトン伝導材料を満たした膜を形成することも可能である。細孔を有する基材の好ましい例としては、多孔性ポリプロピレン、多孔性ポリテトラフルオロエチレン、多孔性架橋型耐熱性ポリエチレン、多孔性ポリイミド膜等が挙げられる。
【００３６】
支持体より剥離して得られるプロトン伝導膜の厚さは、１０〜５００μｍが好ましく、２５〜１００μｍが特に好ましい。
【００３７】
プロトン伝導材料は熱履歴によってその性能が変化することがある。このため、得られたプロトン伝導膜を適宜、加熱処理して用いても良い。
【００３８】
［４］  燃料電池
本発明のプロトン伝導膜を用いた燃料電池について説明する。図１は燃料電池で使用する触媒電極接合体（以下「ＭＥＡ」と呼ぶ）を示す。ＭＥＡ１０はプロトン伝導膜１１と、それを挟んで対向するカソード側電極１２及びアノード側電極１３を有する。
【００３９】
アノード側電極１２とカソード側電極１３は、多孔質導電材料（例えばカーボンペーパー）１２ａ、１３ａと触媒層１２ｂ、１３ｂからなる。触媒層は、白金粒子等の触媒金属を担持したカーボン粒子（例えばケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ等）をプロトン伝導材料（例えばナフィオン等）に分散させた分散物からなる。触媒層１２ｂ、１３ｂをプロトン伝導膜１１に密着させるために、多孔質導電材料１２ａ、１３ａに触媒層１２ｂ、１３ｂを塗設したものをプロトン伝導膜１１にホットプレス法（好ましくは１２０〜１３０℃、２〜１００  ｋｇ／ｃｍ２）で圧着するか、適当な支持体に触媒層１２ｂ、１３ｂを塗設したものをプロトン伝導膜１１に転写しながら圧着した後、多孔質導電材料１２ａ、１３ａで挟み込む方法を一般に用いる。
【００４０】
図２は燃料電池単セルの一例を示す。燃料電池はＭＥＡ１０と、ＭＥＡ１０を挟持する一対のセパレータ２１、２２と、セパレータ２１、２２に取り付けられたステンレスネットからなる集電体１７及びパッキン１４とを有する。アノード極側のセパレータ２１にはアノード極側開口部１５が設けられ、カソード極側のセパレータ２２にはカソード極側開口部１６が設けられている。アノード極側開口部１５からは、水素、アルコール類（メタノール等）等のガス燃料又はアルコール水溶液等の液体燃料が供給され、カソード極側開口部１６からは、酸素ガス、空気等の酸化剤ガスが供給される。
【００４１】
【実施例】
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００４２】
合成例１
一般式（１）で表される構造を有する高分子化合物Ａ−４、Ａ−５、Ａ−１１及びＡ−２３を以下の通り合成した。
【００４３】
（１）  Ａ−４の合成
ピリジン２５ｍｌにメチルホスホロジクロリデート７．６ｇを室温でゆっくり滴下した。白色結晶が析出し、そのまま室温で０．５時間攪拌した。次に１，６−ヘキサンジオール６．０  ｇを反応液に滴下した。反応液は透明なゲル状となった。そのまま室温で４時間放置し、水１００  ｍｌを加えた後、反応液のｐＨがほぼ１になるまで塩酸を加えた。生成した沈殿の上澄み液をデカンテーションで除いた。残渣をメタノールに溶解し、新たな沈殿が生じなくなるまで水を加えて沈殿を生成させた。得られた沈殿を濾過、水洗、乾燥し、これにトルエン１００  ｍｌを加え、加熱還流下で共沸により脱水した。水分の蒸発が終了した後トルエンを減圧下で留去し、４．８  ｇの化合物Ａ−４（無色ガラス状固体）を得た。１Ｈ−ＮＭＲにより測定した重合度は約１４であった。
【００４４】
（２）  Ａ−５の合成
１，６−ヘキサンジオール６．０ｇの代わりに１，８−オクタンジオール７．４ｇを使用した以外、（１）とほぼ同様にして５．８  ｇの化合物Ａ−５（無色ガラス状固体）を得た。１Ｈ−ＮＭＲより測定した重合度は約１６であった。
【００４５】
（３）  Ａ−１１の合成
１，６−ヘキサンジオール６．０  ｇのかわりに４，４’−ジヒドロキシビフェニル９．５  ｇを最小量のアセトニトリルに溶解した溶液を使用し、メタノールの代わりにＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドを用いた以外、（１）とほぼ同様にして８．７ｇの化合物Ａ−１１（白色固体）を得た。１Ｈ−ＮＭＲより測定した重合度は約２０であった。
【００４６】
（４）  Ａ−２３の合成
ピリジン２０ｍｌにメチルホスホロジクロリデート５．０ｇを室温でゆっくり滴下した。白色結晶が析出し、そのまま室温で０．５時間攪拌した。次に４−ヒドロキシ−４’−（８−ヒドロキシオクチルオキシ）ビフェニル１０．０  ｇをＮ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド２０ｍｌに加熱溶解したものを反応液に滴下した。そのまま室温で４時間放置し、水約１００ｍｌを加えた後、反応液のｐＨがほぼ１になるまで塩酸を加えた。生成した沈殿を濾過し、得られた固体を希塩酸５０ｍｌ、次いで少量の水で洗浄し、減圧下で乾燥した。これにトルエン１００  ｍｌを加え、加熱還流下で共沸により脱水した。水分の蒸発が終了した後トルエンを減圧下で留去し、８．２  ｇの化合物Ａ−２３（微黄色固体）を得た。１Ｈ−ＮＭＲより測定した重合度は約１６であった。
【００４７】
実施例１
化合物Ａ−４  ４００  ｍｇにＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド５  ｍｌを加え、加熱溶解した。この溶液をテフロンシャーレ上に流し、真空下、５０℃で１時間加熱し、さらに１００℃で１時間加熱した。次いでテフロンシャーレから剥がし、厚さ約０．１  ｍｍのプロトン伝導膜（白色平板状固体）Ｂ−１を得た。化合物Ａ−４の代わりに化合物Ａ−５及びＡ−１１を使用し、同様にプロトン伝導膜（平板状固体）Ｂ−２及びＢ−３を得た。化合物Ａ−４の代わりに化合物Ａ−２３を使用し、同様にして得られた平板状固体にさらに１５０℃３分の加熱処理を行ってプロトン伝導膜Ｂ−４を得た。
【００４８】
実施例２
実施例１で得られたプロトン伝導膜Ｂ−１〜Ｂ−４とナフィオン１１７（デュポン社製）を直径１３  ｍｍの円形に打ち抜き、２枚のステンレス板で挟み、交流インピーダンス法により２５℃、相対湿度５５％の時のイオン伝導度を測定した。結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
2004158260.tif 000008
【００５０】
（結果）
本発明のプロトン伝導材料からなるプロトン伝導膜Ｂ−１〜Ｂ−４は、ナフィオン１１７には及ばないものの、比較的高いイオン伝導度を示すことがわかる。
【００５１】
比較例１
プロトン伝導膜の作製
窒素気流下、メチルエチルケトン２０  ｍｌを加熱還流した。これにユニケミカル（株）製ＰｈｏｓｍｅｒＭ  ５ｇ及びＡＩＢＮ１００  ｍｇをメチルエチルケトン１０  ｇに溶かした溶液を滴下した。滴下終了後、１晩加熱攪拌し、重合体溶液を得た。このものを１，２−ジクロロエタン中に注加し、デカンテーションにより上澄み液を除去した。得られた重合体をテトラヒドロフランに溶解し、約１０倍量の１，２−ジクロロエタン中に注加し、重合体を得た。この重合体を実施例１と同様に処理し、プロトン伝導膜Ｒ−１  （シート状固体）を得た。この膜は吸湿し易く、経時で表面が粘調になってしまうため燃料電池用の膜としては不適当なものであった。
【００５２】
【化８】
2004158260.tif 000009
【００５３】
実施例３
燃料電池の特性
（１）  触媒膜の作製
白金担持カーボン（ＶｕｌｃａｎＸＣ７２に白金５０ｗｔ％を担持）１．８  ｇとナフィオン溶液（５％アルコール水溶液）１５  ｇを混合し、超音波分散器により白金担持カーボンを３０分間分散させた。得られた分散物の平均粒子径は約５００  ｎｍであった。このようにして得られた分散物をカーボンペーパー（厚さ３５０μｍ）上に塗設し、乾燥した後、直径９ｍｍの円形に打ち抜いた。
【００５４】
（２）  ＭＥＡの作製
実施例１で作製したプロトン伝導膜（Ｂ−１，Ｂ−２，Ｂ−３，Ｂ−４）、及びナフィオン１１７の両面に、（１）で得られた触媒膜を、塗布面がプロトン伝導膜に接するように張り合わせ、５０℃、５０  ｋｇ／ｃｍ２でホットプレスし、ＭＥＡ−１〜ＭＥＡ−５を作製した。
【００５５】
（３）  燃料電池特性
（２）で得られたＭＥＡを図２に示す燃料電池にセットし、アノード側の開口部１５に５０質量％のメタノール水溶液を注入した。この時カソード側開口部１６は大気と接するようにした。アノード電極１２とカソード電極１３の間に、ガルバノスタットで４．５  ｍＡ／ｃｍ２の定電流を通電し、この時のセル電圧を測定した。結果を表２に示す。
【００５６】
【表２】
2004158260.tif 000010
【００５７】
（結果）
ナフィオン膜を用いたＭＥＡ−５により作製した電池Ｃ−５の初期電圧は高いものの、経時的に電圧が低下した。この経時的な電圧低下は、カソード電極側に供給された燃料のメタノールがナフィオン膜を通過してアノード電極側に漏れる、いわゆるメタノールクロスオーバー現象による。それに対し、本発明のプロトン伝導材料を用いたＭＥＡ−１〜４により作製した電池Ｃ−１〜４は電圧が安定していた。
【００５８】
【発明の効果】
上記の通り、本発明のプロトン伝導材料は、室温下でのイオン伝導度が比較的高く、メタノールクロスオーバーを低減することができる。そのため、直接メタノール型燃料電池のプロトン伝導膜に用いた場合には、従来のプロトン伝導膜より高い出力を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプロトン伝導材料を用いた触媒電極接合体（ＭＥＡ）を示す概略断面図である。
【図２】本発明の燃料電池の構造の一例を示す分解断面図である。
【符号の説明】
１０・・・触媒電極接合体（ＭＥＡ）
１１・・・プロトン伝導膜
１２・・・アノード電極
１２ａ・・・アノード極多孔質導電シート
１２ｂ・・・アノード極触媒層
１３・・・カソード電極
１３ａ・・・カソード極多孔質導電シート
１３ｂ・・・カソード極触媒層
１４・・・パッキン
１５・・・アノード極側開口部
１６・・・カソード極側開口部
１７・・・集電体
２１，２２・・・セパレータ
【図１】
2004158260.tif 000013
【図２】
2004158260.tif 000014