(57)【要約】【課題】アルカリ水溶液を沸騰もしくは飛散させることなく、アルカリ水溶液と電解質膜前駆体との反応時間を短縮することができる。【解決手段】電解質膜の製造方法であって、特定の波長の光を吸収する電解質膜前駆体と、前記特定の波長の光を吸収しないアルカリ水溶液を準備する準備工程と、前記電解質膜前駆体を前記アルカリ水溶液に浸漬させる浸漬工程と、前記アルカリ水溶液に浸漬している前記電解質膜前駆体に、前記特定の波長の光を照射する照射工程と、を備える電解質膜の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の製造方法であって、
特定の波長の光を吸収する電解質膜前駆体と、前記特定の波長の光を吸収しないアルカリ水溶液を準備する準備工程と、
前記電解質膜前駆体を前記アルカリ水溶液に浸漬させる浸漬工程と、
前記アルカリ水溶液に浸漬している前記電解質膜前駆体に、前記特定の波長の光を照射する照射工程と、を備える電解質膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質膜の製造方法には、電解質膜前駆体を加水分解して生成する方法が知られている。電解質膜前駆体の加水分解の工程には、電解質膜前駆体をアルカリ水溶液に浸漬させる工程を含むものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１０３０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、電解質膜前駆体の加水分解の工程に、電解質膜前駆体をアルカリ水溶液に浸漬させる工程を含む電解質膜の製造方法について記載されている。このような電解質膜の製造方法では、温度が高いほど電解質膜前駆体とアルカリ水溶液との反応時間を短縮できる。しかし、アルカリ水溶液の温度を高くすると、アルカリ水溶液が沸騰もしくは飛散する場合があるという課題があった。このため、アルカリ水溶液を沸騰もしくは飛散させることなく、電解質膜前駆体とアルカリ水溶液との反応時間を短縮することが可能な技術が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本発明の一形態によれば、電解質膜の製造方法が提供される。この電解質膜の製造方法は、特定の波長の光を吸収する電解質膜前駆体と、前記特定の波長の光を吸収しないアルカリ水溶液を準備する準備工程と、前記電解質膜前駆体を前記アルカリ水溶液に浸漬させる浸漬工程と、前記アルカリ水溶液に浸漬している前記電解質膜前駆体に、前記特定の波長の光を照射する照射工程と、を備える。この形態によれば、特定の波長を有する光は、電解質膜前駆体に吸収され、アルカリ水溶液には吸収されない。このため、電解質膜前駆体を昇温させることによって、アルカリ水溶液を沸騰もしくは飛散させることなく、電解質膜前駆体とアルカリ水溶液との反応時間を短縮することができる。また、特定の波長の光を照射して電解質膜前駆体が昇温されたことによって、電解質膜前駆体の周辺におけるアルカリ水溶液が昇温された場合でも、電解質膜前駆体の周辺から離れた位置にあるアルカリ水溶液に熱が拡散されることから、アルカリ水溶液の沸騰もしくは飛散を防止することができる。
【０００７】
本発明の形態は、電解質膜の製造方法に限るものではなく、例えば、燃料電池用電解質膜、その燃料電池用電解質膜を備えた燃料電池、その燃料電池を備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両などの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態における製造装置を示す説明図である。
【図２】参考例の製造装置の説明図である。
【図３】膜温度と反応終了時間の関係についての試験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の実施形態における製造装置１００を示す説明図である。製造装置１００は、電解質膜を製造する工程のうち、電解質膜前駆体１１０を水溶液である水酸化ナトリウム１２２に浸漬させることによって電解質膜前駆体１１０と水酸化ナトリウム１２２とを反応させる工程を担う装置である。電解質膜前駆体１１０と水酸化ナトリウム１２２との反応時間は、温度が高いほど短縮される。
【００１０】
製造装置１００は、処理槽１２０と、照射部１３０とを備える。
【００１１】
処理槽１２０は、製造装置１００の搬送部（図示しない）によって矢印方向に搬送されている電解質膜前駆体１１０を処理する。本実施形態では、処理槽１２０は、水酸化ナトリウム１２２を貯蔵した槽であり、搬送されている電解質膜前駆体１１０を水酸化ナトリウム１２２に浸漬する処理を行う。本実施形態で用いられる水酸化ナトリウム１２２は、質量パーセント濃度４０％である。
【００１２】
本実施形態における水酸化ナトリウム１２２は、６．８μｍの波長の光を吸収しない。本実施形態では、「６．８μｍの波長の光を吸収しない」とは、水酸化ナトリウム１２２に対して６．８μｍの波長の光が照射された場合、６．８μｍの波長の光の透過率が１％未満のことである。
【００１３】
照射部１３０は、処理槽１２０より重力方向上側に配される。照射部１３０は、搬送部によって処理槽１２０内を搬送されている電解質膜前駆体１１０に向けて光を照射する。照射部１３０は、電解質膜前駆体１１０には吸収され、水酸化ナトリウム１２２には吸収されない波長の光を照射する。本実施形態では、照射部１３０は、６．８μｍの波長の光を照射する。本実施形態で用いられる電解質膜前駆体１１０は、６．８μｍの波長の光を吸収する。本実施形態では、電解質膜前駆体１１０は、照射部１３０から６．８μｍの波長の光を照射されることによって、摂氏１８０度近傍まで昇温される。
【００１４】
以上説明した実施形態によれば、６．８μｍの波長の光は、電解質膜前駆体１１０に吸収され、水酸化ナトリウム１２２には吸収されない。このため、６．８μｍの波長の光によって、水酸化ナトリウム１２２をほとんど昇温させることなく、電解質膜前駆体１１０を昇温させることができる。よって、水酸化ナトリウム１２２を沸騰もしくは飛散させることなく、電解質膜前駆体１１０と水酸化ナトリウム１２２との反応時間を短縮することができる。
【００１５】
また、６．８μｍの波長の光を照射して電解質膜前駆体１１０が昇温されたことによって、電解質膜前駆体１１０の周辺における水酸化ナトリウム１２２が昇温された場合でも、電解質膜前駆体１１０の周辺から離れた位置にある水酸化ナトリウム１２２に熱が拡散されることから、水酸化ナトリウム１２２の沸騰もしくは飛散を防止することができる。
【００１６】
Ｂ．参考例：
図２は、参考例の製造装置２００の説明図である。製造装置２００は、処理槽２２０を備える。処理槽２２０は、製造装置２００の搬送部２２５によって矢印方向に搬送されている電解質膜前駆体１１０を処理する。処理槽２２０は、製造装置１００と同様の水酸化ナトリウム１２２を貯蔵した槽であり、搬送されている電解質膜前駆体１１０を水酸化ナトリウム１２２に浸漬する処理を行う。搬送部２２５は、ローラー状の部材であって、電解質膜前駆体１１０を搬送する。図２において、搬送部２２５は、その一部に符号を付されている。
【００１７】
製造装置２００では、電解質膜前駆体１１０と水酸化ナトリウム１２２との反応時間を短縮するために、水酸化ナトリウム１２２の温度を摂氏６０度に設定している。水酸化ナトリウム１２２の温度が摂氏６０度より高くなると、水酸化ナトリウム１２２が沸騰もしくは飛散する場合があるため、水酸化ナトリウム１２２の温度を摂氏６０度より高くできないという課題があった。
【００１８】
このため、製造装置２００を用いた場合、電解質膜前駆体１１０を摂氏１８０度近傍まで昇温することができる製造装置１００を用いた場合と比べて、電解質膜前駆体１１０と水酸化ナトリウム１２２との反応に長い時間を要する。そこで、処理槽２２０は、処理槽１２０と比べて容積を大きくすることで電解質膜前駆体１１０が処理槽２２０内を搬送される時間を長くすることによって、電解質膜前駆体１１０が水酸化ナトリウム１２２に浸漬される時間を長くしている。また、製造装置２００では、処理槽１２０と比べて容積が大きい処理槽２２０に貯蔵された水酸化ナトリウム１２２を加温するために、大型のヒーターが必要であるという課題もあった。
【００１９】
Ｃ．試験結果：
図３は、膜温度と反応終了時間の関係についての試験結果を示すグラフである。図３の横軸は、製造装置１００および製造装置２００をそれぞれ用いて電解質膜前駆体１１０と水酸化ナトリウム１２２とを反応させたときにおける電解質膜前駆体１１０の温度である膜温度の値をとる。図３の縦軸は、製造装置１００および製造装置２００をそれぞれ用いて電解質膜前駆体１１０と水酸化ナトリウム１２２とを反応させた場合における反応の終了時間の値をとる。
【００２０】
図３におけるプロット点ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６は、製造装置１００を用いた試験１から得られた結果によるものである。試験１では、（手順１）摂氏６０度の水酸化ナトリウム（質量パーセント濃度４０％）を満たした処理槽１２０に、熱電対を張り付けた電解質膜前駆体１１０を連続的に浸漬させるとともに、その処理槽１２０内を搬送されている電解質膜前駆体１１０に向けて照射部１３０から６．８μｍの波長の光を照射させることによって、電解質膜前駆体１１０をあらかじめ定められた温度（摂氏６０度〜１８０度）まで昇温させた。（手順２）次に、処理槽１２０による処理を受けた電解質膜前駆体１１０を純水により洗浄し、乾燥させた。（手順３）そして、フーリエ変換赤外分光分析（ＦＴ−ＩＲ）を用いて、６．８μｍの波長の光に対する吸収帯がなくなったことを根拠として、電解質膜前駆体１１０と水酸化ナトリウム１２２との反応が完了したと判断した。
【００２１】
図３におけるプロット点ｂは、製造装置２００を用いた試験２から得られた結果によるものである。試験２では、摂氏６０度の水酸化ナトリウム（質量パーセント濃度４０％）を満たした処理槽２２０に、熱電対を張り付けた電解質膜前駆体１１０を連続的に浸漬させた。以降の手順は、試験１の（手順２）（手順３）と同様である。
【００２２】
なお、試験２において、水酸化ナトリウム（質量パーセント濃度４０％）の温度が摂氏６０度より高くなると、水酸化ナトリウム（質量パーセント濃度４０％）が沸騰もしくは飛散する可能性があるため、摂氏６０度より高い温度で試験を行うことはできなかった。
【００２３】
図３におけるプロット点ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６およびｂ１により、電解質膜前駆体１１０には吸収され、水酸化ナトリウム１２２には吸収されない６．８μｍの波長の光は、電解質膜前駆体１１０の膜温度を上げることによって、電解質膜前駆体１１０と水酸化ナトリウム１２２との反応時間を短縮できることが明らかとなった。
【００２４】
Ｄ．変形例：
上記実施形態の製造装置１００では、製造装置１００の搬送部は、電解質膜前駆体１１０を搬送していたが、本発明はこれに限られない。例えば、製造装置１００の搬送部は、電解質膜前駆体１１０の搬送を補助するバックシートを電解質膜前駆体１１０に積層して搬送してもよい。この場合、照射部１３０から照射される光の波長は、電解質膜前駆体１１０に吸収され、水酸化ナトリウム１２２およびバックシートには吸収されない波長である。
【００２５】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１００…製造装置
１１０…電解質膜前駆体
１２０…処理槽
１２２…水酸化ナトリウム
１３０…照射部
２００…製造装置
２２０…処理槽
ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６…プロット点
ｂ１…プロット点
【図１】
2017050144.tif 000003
【図２】
2017050144.tif 000004
【図３】
2017050144.tif 000005