(57)【要約】【課題】  高分子電解質型燃料電池に使用される電解質膜において、クロスオーバーによる漏洩電流を抑制することができ、過酷な条件に於いても劣化を抑制すること。【解決手段】  ７０〜９９．９重量％の高分子電解質と、０．１〜３０重量％の無機層状化合物との２成分を少なくとも含むナノコンポジット高分子電解質、ナノコンポジット高分子電解質から得られた電解質膜、その製造方法、およびかかるナノコンポジット高分子電解質を用いた燃料電池セルを提供する。【選択図】        図１
2005267856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
７０〜９９．９重量％の高分子電解質と、０．１〜３０重量％の無機層状化合物との２成分を少なくとも含むナノコンポジット高分子電解質。
【請求項２】
前記高分子電解質の高分子主鎖がフッ素系高分子または炭化水素系高分子から選択され、高分子側鎖がプロトン酸基を含む請求項１に記載のナノコンポジット高分子電解質。
【請求項３】
前記無機層状化合物が、タルク、フッ素雲母、スメクタイト、ベントナイト、ヘクトライトおよびサポナイトからなる群より選択される少なくとも１種を含む、請求項１または２に記載のナノコンポジット高分子電解質。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のナノコンポジット高分子電解質を成膜して得られるナノコンポジット高分子電解質膜。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載のナノコンポジット高分子電解質を、無機層状化合物を含まない高分子電解質膜の少なくとも一方の面に塗布することにより得られるナノコンポジット高分子電解質膜。
【請求項６】
０．１〜１０重量部の無機層状化合物を、３〜５０重量％の高分子電解質溶液１００重量部に対して分散するステップと、
該溶液をキャストするか、または該溶液を多孔質基材に含浸するステップと、
該溶液の溶媒を蒸発させるステップと
を含んでなる、ナノコンポジット高分子電解質膜の製造方法。
【請求項７】
０．１〜１０重量部の無機層状化合物を、３〜５０重量％の高分子電解質溶液１００重量部に対して分散するステップと、
無機層状化合物を含まない高分子電解質膜の少なくとも一方の面に、該溶液を塗布するステップと、
該溶液の溶媒を蒸発させるステップと
を含んでなる、ナノコンポジット高分子電解質膜の製造方法。
【請求項８】
７０〜９９．９重量％の高分子電解質と、０．１〜３０重量％の無機層状化合物とを、溶媒を用いることなく混練するステップと、
混練物を膜状に押し出すステップと
を含んでなる、ナノコンポジット高分子電解質膜の製造方法。
【請求項９】
請求項４または５に記載のナノコンポジット高分子電解質膜の両面に、白金を含む触媒を担持したカーボンと高分子電解質の溶液をコーティングして得られる電極から構成される高分子電解質型燃料電池。
【請求項１０】
請求項４または５に記載のナノコンポジット高分子電解質膜の両面に、表面に白金を含む触媒を担持したカーボンと高分子電解質の溶液をコーティングしたガス拡散層を配してなる高分子電解質型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノコンポジット高分子電解質に関する。本発明は、特には、燃料のクロスオーバーの遮蔽性と耐久性に優れたナノコンポジット高分子電解質と、ナノコンポジット高分子電解質膜の製造方法およびそれを用いた高分子電解質型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質型燃料電池は、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する原理故、小型でも高い発電効率が得られることや、内燃機関に比べて稼動部分が無い故、静粛であり、水素と酸素を反応させて水が生成する反応を利用する故、排気ガスがクリーンであるなどの優れた特長を有する。このため、次世代の分散電源や自動車用電源として期待され、精力的に研究開発が進められている。
【０００３】
このような燃料電池に使用される高分子電解質として、従来から、パーフルオロスルホン酸系高分子膜が一般に用いられている。パーフルオロスルホン酸系高分子膜は疎水性のポリテトラフルオロエチレン骨格と、親水性のフルオロエーテルスルホン酸側鎖とを有しており、両者がミクロ相分離構造を形成して、含水時に親水性ドメイン中をプロトンが伝導すると理解されている。
【０００４】
パーフルオロスルホン酸系高分子膜を用いた燃料電池は優れた特性を示すが、わずかながら水素や酸素が膜中を拡散し、膜を介して反対側の極へ移動する、いわゆるクロスオーバーによる損失がある。水素や酸素のクロスオーバーを抑制する手法として、膜厚を厚くしたり、イオン交換基濃度を下げて含水率を低くしたりするなどの方法が考えられてきた。しかし、これらの方法では電解質膜による抵抗損失が大きくなり、燃料電池の出力が低下する問題がある。
【０００５】
パーフルオロスルホン酸系高分子膜を用いた燃料電池はまた、優れた耐久性を示すが、長時間の運転ではわずかながら膜が次第に劣化する問題がある。長期的に膜が劣化するメカニズムについては未だ十分に解明されていないが、一因として水素や酸素のクロスオーバーによって触媒層で生じる過酸化水素やラジカルなどの酸化力の強い物質による影響が考えられる。高分子膜に用いられる電解質膜の燃料遮蔽性を改善することにより、長期的な耐久性は改善されると期待される。
【０００６】
いっぽう、メタノールを燃料として直接供給するタイプの燃料電池は、小型で高いエネルギー密度が期待でき、分散電源や携帯用電源として精力的に研究開発が進められている。しかし、パーフルオロスルホン酸系高分子膜は水を十分に含まないとプロトン伝導性を発揮しないことから、ダイレクトメタノール型の燃料電池に用いようとすると、燃料のメタノールが親水性ドメイン中に溶解して空気極へ移動する、いわゆるクロスオーバーの問題が生じる。これに対して、従来から、炭化水素系の高分子電解質を用いてメタノールのクロスオーバーを抑制する方法が提案されている。このような炭化水素系の高分子電解質膜は優れた燃料遮蔽性を有するものの、耐酸化性が低く、長期間の使用に耐えられないという問題がある。
【０００７】
特許文献１には、触媒層が、触媒粒子と、高分子電解質と、層状珪酸塩粒子とからなる高分子電解質型燃料電池により、電極触媒層が優れた自己加湿機能を有し、燃料電池を低加湿運転することができる技術が開示されている。しかし、特許文献１に記載された技術では、電解質膜自体の特性を向上させることはできず、燃料のクロスオーバーによる問題があった。
【特許文献１】特開２００２−２１６７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らは主に高分子電解質型燃料電池に使用される高分子電解質に関して、燃料の水素やメタノールおよび酸化剤の酸素のクロスオーバーを抑制することを課題とし、それを実現させる為のナノコンポジット高分子電解質とその製造方法およびこれらを用いた燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明はナノコンポジット高分子電解質であって、７０〜９９．９重量％の高分子電解質と、０．１〜３０重量％の無機層状化合物との２成分を少なくとも含む。本発明において、「ナノコンポジット高分子電解質」とは、少なくとも無機層状化合物を含んでいる高分子電解質をいう。また、本発明において、「高分子電解質」というときは、無機層状化合物を含んでいない高分子電解質を指すものとする。
【００１０】
前記高分子電解質の高分子主鎖がフッ素系高分子または炭化水素系高分子から選択され、高分子側鎖がプロトン酸基を含むことが好ましい。前記プロトン酸基としては、例えば、スルホン酸基、リン酸基、ホスホン酸基を挙げることができ、前記高分子主鎖としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリベンズイミダゾールを挙げることができる。
【００１１】
前記無機層状化合物とは、一般に、層状粘度鉱物やクレイなどと呼ばれる層状の結晶構造を有する化合物であり、層間に水や有機化合物を挿入することができる特性を有する無機化合物をいう。無機層状化合物としては、タルク、フッ素雲母、スメクタイト、ベントナイト、ヘクトライトおよびサポナイトからなる群より選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００１２】
本発明はまた、ナノコンポジット高分子電解質膜であって、上述のいずれかに記載のナノコンポジット高分子電解質を成膜して得られるものである。あるいは、ナノコンポジット高分子電解質膜であって、上述のいずれかに記載のナノコンポジット高分子電解質を、無機層状化合物を含まない高分子電解質膜の少なくとも一方の面に塗布することにより得られるものである。ここで、「ナノコンポジット高分子電解質膜」とは、少なくとも無機層状化合物を含んでいるナノコンポジット高分子電解質を用いて成膜された膜をいう。また、本発明において、「高分子電解質膜」というときは、無機層状化合物を含んでいない、従来型の電解質膜を指すものとする。
【００１３】
本発明はさらにまた、ナノコンポジット高分子電解質膜の製造方法であって、０．１〜１０重量部の無機層状化合物を、３〜５０重量％の高分子電解質溶液１００重量部に対して分散するステップと、該溶液をキャストするか、または該溶液を多孔質基材に含浸するステップと、該溶液の溶媒を蒸発させるステップとを含んでなる。「キャストする」とは、高分子電解質溶液の溶媒に溶解しない材質（例えば、ガラス、金属、離型紙など）の板の上に該溶液を塗布することをいう。
【００１４】
また、本発明はナノコンポジット高分子電解質膜の製造方法であって、０．１〜１０重量部の無機層状化合物を、３〜５０重量％の高分子電解質溶液１００重量部に対して分散するステップと、該溶液を高分子電解質膜の少なくとも一方の面に塗布するステップと、該溶液の溶媒を蒸発させるステップとを含んでなる。ここでいう「高分子電解質膜」とは、無機層状化合物を含まない高分子電解質膜をいい、特には市販のイオン交換樹脂膜などが挙げられる。より具体的には、ナフィオン（商品名）、フレミオン（商品名）、アシプレックス（商品名）などが挙げられる。
【００１５】
本発明はナノコンポジット高分子電解質膜の製造方法であって、７０〜９９．９重量％の高分子電解質と、０．１〜３０重量％の無機層状化合物とを、溶媒を用いずに混練するステップと、混練物を膜状に押し出すステップを含む。
【００１６】
さらには、本発明は高分子電解質型燃料電池であって、上記いずれかに記載のナノコンポジット高分子電解質の両面に、白金を含む触媒を担持したカーボンと高分子電解質の溶液をコーティングした電極を使用するものである。
【００１７】
本発明は高分子電解質型燃料電池であって、上記いずれかに記載のナノコンポジット高分子電解質の両面に、表面に白金を含む触媒を担持したカーボンと高分子電解質の溶液をコーティングしたガス拡散層を配するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のナノコンポジット高分子電解質から得られる高分子電解質膜は、高分子電解質型燃料電池に用いると、クロスオーバーによる膜の劣化を抑制することができ、過酷な条件に於いても高分子電解質膜を長期間使用することができる。また、本発明のナノコンポジット高分子電解質膜の製造方法によれば、簡単にかつ低コストで、クロスオーバーの抑制が可能で耐久性の高い高分子電解質膜を得ることができる。このため本発明のナノコンポジット高分子電解質膜とその製造方法および燃料電池は産業的に価値が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
高分子電解質型燃料電池に用いられる高分子電解質膜の主な特性としては、高いプロトン伝導性、燃料遮蔽性、電気化学的安定性、耐酸化性などが挙げられる。代表的な高分子電解質膜であるナフィオン（商品名）などのパーフルオロスルホン酸系高分子では、十分に含水した膜中のスルホン酸基を繋ぐ親水性ドメイン中をプロトンがホッピングにより伝導すると考えられている。これに対して、水素ガスや酸素ガスは膜中を各分子が溶解・拡散機構により透過すると考えられる。そこで、プロトン伝導経路となる親水性ドメインを維持しながら、水素や酸素を通さない遮蔽物を配合することにより分子の拡散を抑制することが出来れば、膜の抵抗増大を抑えながら、燃料遮蔽性を改善することができると考えられる。
【００２０】
燃料としてメタノールなどの水溶液を用いる高分子電解質型燃料電池では、クロスオーバーによる損失が大きな問題となるが、同様にプロトン伝導経路となる親水性ドメインを維持しながら、メタノールや酸素を通さない遮蔽物を配合して分子の拡散を抑制することにより、効果的にクロスオーバーの問題が解決できると考えられる。本発明者らはプロトン伝導性を維持しながら分子の拡散を抑制する遮蔽物について鋭意検討した結果、ナノサイズの無機層状化合物が適することを見出し、本発明に至った。
【００２１】
また従来の高分子電解質膜の少なくとも一方の面に本発明のナノコンポジット高分子電解質を塗布することによっても本発明の効果が引き出せることを見出した。これらのようにして作成したナノコンポジット高分子電解質膜を用いて、従来の方法で燃料電池を組み立て、その性能を調べたところ、優れた発電特性が引き出せることを確認し、本発明は完成するに至った。
【００２２】
本発明は、一実施の形態によれば、高分子電解質と、無機層状化合物との２成分を少なくとも含むナノコンポジット高分子電解質である。無機層状化合物を高分子電解質中に分散させることによるナノコンポジット高分子電解質は、プロトン伝導性を維持しながら燃料遮蔽性が改善されるという利点を有する。
【００２３】
ナノコンポジット高分子電解質に用いられる高分子電解質は、高分子主鎖がフッ素系高分子または炭化水素系高分子から選択され、高分子側鎖がプロトン酸基を含む。プロトン酸基としては、例えば、スルホン酸基、リン酸基、ホスホン酸基を挙げることができ、前記高分子主鎖としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリベンズイミダゾールを挙げることができるが、これらには限定されない。
【００２４】
特には、高分子電解質としては、パーフルオロスルホン酸系高分子が好ましい。この種のパーフルオロスルホン酸系高分子としては、ナフィオン（商品名）、フレミオン（商品名）、アシプレックス（商品名）などが挙げられる。これらの他に、部分的にフッ素化された高分子電解質や炭化水素系高分子電解質も本発明の高分子電解質として用いることができる。
【００２５】
ナノコンポジット高分子電解質全体に対する高分子電解質の配合量としては、７０重量％以上、９９．９重量％以下の範囲が好ましく、９０重量％以上、９９重量％以下の範囲がより好ましい。高分子電解質の配合量が７０重量％より少ないとプロトン伝導性が悪化することがあり、逆に高分子電解質の配合量が９９．９重量％より多いとクロスオーバーを抑制する効果が失われることがあるからである。
【００２６】
無機層状化合物としては、天然の粘土鉱物から精製されたものや合成されたものがあり、粒径が０．０１μｍから５０μｍのものを用いることができる。具体的な無機層状化合物としては、タルク、フッ素雲母、スメクタイト、ベントナイト、ヘクトライト、サポナイト、パーミキュライト、ハロイサイト、セリサイト、モンモリロナイト、ペイデルライト、ノントロナイト、スチーブンサイト、テニオライト、セクメタイトなどが挙げられるが、これらには限定されない。
【００２７】
ナノコンポジット高分子電解質全体に対する無機層状化合物の配合量としては、０．１重量％以上、３０重量％以下の範囲が好ましく、０．５重量％以上、１０重量％以下の範囲がより好ましい。１重量％以上、５重量％以下の範囲が特に好ましい。無機層状化合物の配合量が０．１重量％よりも少ないと十分なクロスオーバーを抑制する効果が失われることがあり、無機層状化合物の配合量が３０重量％よりも多いとプロトン伝導性が悪化することがあるためである。
【００２８】
無機層状化合物は、平均粒径が５０μｍ以下のものが好ましく、１０μｍ以下のものがより好ましい。無機層状化合物の平均粒径が５０μｍよりも大きいと、５μｍ以下に分散することが困難になるためである。無機層状化合物が、高分子電解質中に５μｍ以下に分散されていることが好ましい。無機層状化合物の高分子電解質中の分散が５μｍよりも大きいと、十分なクロスオーバー抑制効果が得られなかったり、プロトン伝導性に優れた薄い膜が得られなくなったりする可能性があるためである。
【００２９】
本発明のナノコンポジット高分子電解質には、高分子電解質と、無機層状化合物との２成分に加え、膜の機械的強度を向上させるテフロン（登録商標）の多孔質材料や強化繊維など、あるいは膜の保湿性を向上させるシリカゲルやチタニアなどをさらに含んでもよい。
【００３０】
このようなナノコンポジット高分子電解質は、高分子電解質と、無機層状化合物とを溶媒を用いて、または溶融混練することによって分散して得ることができる。
【００３１】
本発明は、別の実施形態によれば、上記ナノコンポジット高分子電解質から得られるナノコンポジット高分子電解質膜である。本発明のナノコンポジット高分子電解質膜を、その製造方法の観点から説明する。
【００３２】
溶媒を用いて高分子電解質と、無機層状化合物とを分散することによる方法では、水やアルコールなどの溶媒に高分子電解質と無機層状化合物を分散させホモミキサーにかけて均一な溶液を調製する。０．１〜１０重量部の無機層状化合物を、３〜５０重量％の高分子電解質溶液１００重量部に対して分散することが好ましい。そして、この溶液をキャストして溶媒を除去することにより、容易にナノコンポジット高分子電解質膜を得ることができる。溶液をキャストした後に、１００〜１５０℃で、１〜３０分にわたって加熱する処理を実施することが好ましい。溶媒を除去することに加え、加熱することで電解質膜の安定性を増加させることができるからである。このとき、膜厚は、１０μｍ〜２００μｍとすることが好ましい。
【００３３】
また、調製した上記溶液を、多孔質基材に含浸することによってナノコンポジット高分子電解質膜を得ることもできる。このとき、多孔質基材としては、テフロン（登録商標）、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾールなどを用いることができるが、これらには限定されない。このように溶液をキャストし、上記のように加熱して得られたナノコンポジット高分子電解質膜は、機械的強度に優れ、より耐久性が高められるといった利点がある。
【００３４】
また市販の高分子電解質膜に上記の溶液をキャストし、上記のように加熱することによっても、ナノコンポジット高分子電解質膜を得ることができる。市販の高分子電解質膜としては、ナフィオン（商品名）、フレミオン（商品名）、アシプレックス（商品名）などを使用することができる。このとき、市販の高分子電解質膜の片面のみにナノコンポジット高分子電解質溶液を塗布してもよく、市販の高分子電解質膜の両面にナノコンポジット高分子電解質溶液を塗布してもよい。塗布する厚さは、プロトン伝導性を損なわない範囲で、クロスオーバーの抑制効果が得られる適正な厚さを検討して決定することができる。市販の高分子電解質膜にナノコンポジット高分子電解質を塗布して得られたナノコンポジット高分子電解質膜は、簡便に入手できる基材を利用してクロスオーバーの抑制効果を付与できるといった利点がある。
【００３５】
溶融混練する方法では、高分子電解質またはその前駆体を、それらの溶融温度以上に加熱し、無機層状化合物を投入してバンバリーミキサーや溶融押し出し機などの装置により膜状に成形してナノコンポジット高分子電解質膜を得ることができる。溶融混練して得られたナノコンポジット高分子電解質膜は、溶媒を用いる方法と比較して、大量生産に適した利点がある。
【００３６】
本発明は、さらに別の実施形態によれば、上記ナノコンポジット高分子電解質膜を用いる高分子電解質型燃料電池である。本実施形態による高分子電解質型燃料電池セルの概念的な断面図を図１に示す。高分子電解質型燃料電池は、ナノコンポジット高分子電解質膜１と、その両面にそれぞれ配置されたアノード触媒層２およびカソード触媒層３と、アノード・ガス拡散層４と、カソード・ガス拡散層５と、アノード・セパレーター６と、カソード・セパレーター７とから構成される。アノード・セパレーター６と、カソード・セパレーター７には、それぞれ、燃料と空気の流路６１、７１が構成されている。ナノコンポジット高分子電解質膜１は、プロトン伝導経路となる親水性ドメインを維持しながら、水素や酸素を通さないため、図示した燃料電池セルでは、アノード触媒層２からカソード触媒層３へ、水素や燃料メタノールのクロスオーバーを抑制するとともに、カソード触媒層３からアノード触媒層２へ、酸素のクロスオーバーを抑制することができる。
【００３７】
このような高分子電解質型燃料電池の製造方法としては、ナノコンポジット高分子電解質膜１の両面に、白金を含む触媒を担持したカーボンを高分子電解質溶液に分散したインキを塗付し、溶媒を除去することにより、触媒層２、３が付着した燃料電池用の高分子膜電極接合体を得る方法がある。また、カーボンペーパーやカーボンクロスなどのガス拡散層４、５の表面に、白金を含む触媒を担持したカーボンを高分子電解質溶液に分散したインキを塗付し、溶媒を除去することにより、電極触媒層２、３付きのガス拡散層４、５を得ることができる。この電極触媒層２、３付きのガス拡散層４、５とナノコンポジット高分子電解質膜１とを接合することにより、ガス拡散層４、５付きの高分子膜電極接合体を得ることができる。このようにして得られた高分子膜電極接合体やガス拡散層付き高分子膜電極接合体を、ガス流路を配したセパレーター６、７で挟むことで燃料電池セルが得られ、このセルを積層することにより、燃料電池を組み立てることができる。
【実施例】
【００３８】
［実施例１］
高分子電解質溶液としてナフィオン液（デュポン社製）に、無機層状化合物としてフッ素雲母（コープケミカル社製）を高分子電解質１００重量部に対して無機層状化合物が３重量部となるように配合し、ホモミキサーにかけて混合した。配合前のフッ素雲母の平均粒径は、５〜７μｍであり、混合後は０．５〜１μｍで分散していた。混合した溶液をガラス板上にアプリケーターを用いてキャストし、ドラフト内で１日間風乾し、１２０℃のオーブンで５分間熱処理した。その後に、水に浸漬してガラス板から外してナノコンポジット高分子電解質膜１を得た。得られたナノコンポジット高分子電解質膜１は、５５μｍの厚さを有するものであった。
【００３９】
［実施例２］
実施例１と同じ配合で高分子電解質溶液に無機層状化合物を分散したナノコンポジット高分子電解質溶液を調製した。吸着プレート上に、無機層状化合物を含まない市販のナフィオン膜（デュポン社製、厚さ５１μｍ、１０ｃｍｘ１０ｃｍ）を貼り、スクリーン印刷法によりナノコンポジット高分子電解質溶液をナフィオン膜上に厚さ１０μｍとなるように塗付した。これをドラフト内で１日風乾した後に、１２０℃のオーブンで５分間熱処理し、吸着プレートから外してナノコンポジット高分子電解質膜１を得た。
【００４０】
［実施例３］
白金の担持されたカーボン粉末にナフィオン溶液を加えてスラリーを調製した。スラリー中において、白金、カーボン粉末、ナフィオンは、それぞれ、重量比が１：１：２となるように含まれていた。実施例１で作成したナノコンポジット高分子電解質膜１の両面に単位面積当たりの白金量が０．５ｍｇ／ｃｍ2となるようにスラリーを塗付し、乾燥して高分子膜電極接合体を得た。
【００４１】
［実施例４］
実施例３と同様にして、実施例２で作製したナノコンポジット高分子電解質膜１を用いて高分子膜電極接合体を作製した。
【００４２】
［実施例５］
実施例３と同様にして得られたスラリーを、撥水化処理したカーボンペーパー（東レ社製）の片面に単位面積当たりの白金量が０．５ｍｇ／ｃｍ2となるようにスラリーを塗付し、乾燥して、電極触媒層２、３付きのガス拡散層４、５で挟み、１３０℃で３分間熱プレスして、ガス拡散層付きの高分子膜電極接合体を作製した。
【００４３】
［実施例６］
実施例５と同様にして電極触媒層２、３付きのガス拡散層４、５を作製し、実施例２で作製したナノコンポジット高分子電解質膜１を用いてガス拡散層４、５付きの高分子膜電極接合体を作製した。
【００４４】
［比較例１］
無機層状化合物を含まない市販のナフィオン膜（デュポン社製、厚さ５１μｍ、１０ｃｍｘ１０ｃｍ）を用いて、実施例３と同様にして、高分子膜電極接合体を作製した。
【００４５】
［実験例］
実施例３から実施例６、および比較例１で得られた高分子膜電極接合体を用いて燃料電池を組み立てた。膜の一方に水素ガスを、もう一方に窒素を、夫々加湿器を通して導入し、燃料電池から排出される窒素ガス中の水素濃度をガスクロマトグラフィーで分析し、流量からガス透過係数を算出した。８０℃飽和加湿に於ける水素透過係数を表１に示す。
【表１】
2005267856.tif 000003
【００４６】
膜の一方に水素ガスを、もう一方に空気を、夫々加湿器を通して導入し、電極間の抵抗を変えて電流と電圧を夫々測定した。電流密度０．１５Ａ／ｃｍ2に於ける電圧を表２に示す。
【表２】
2005267856.tif 000004
【００４７】
膜の一方に水素ガスを、もう一方に空気を、夫々加湿器を通して導入し、セル温度９０℃、加湿器温度５０℃の条件で、電流密度０．１５Ａ／ｃｍ2の発電を１時間、ガスを流したままで発電停止を３０分間のサイクルを８０回繰り返した。初期のセル電圧に対する８０回後のセル電圧の低下量を表３に示す。
【表３】
2005267856.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の活用例として、高分子電解質型燃料電池の電解質膜として用いることができる。その他にも、コンデンサ素子、エレクトロクロミック素子などの電解質膜に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、本発明のナノコンポジット高分子電解質膜を用いて組み立てた燃料電池セル単位を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  ナノコンポジット高分子電解質膜
２  アノード触媒層
３  カソード触媒層
４  アノード・ガス拡散層
５  カソード・ガス拡散層
６  アノード・セパレーター
７  カソード・セパレーター
【図１】
2005267856.tif 000006