(57)【要約】【課題】電解質膜の性質を予測して、より高い電池性能を実現可能な電解質膜を設計する。【解決手段】燃料電池用電解質膜の設計方法は、ひとかたまりの原子団であるセグメントを複数種類選択する第１の工程（ステップＳ１００）と、複数種類のセグメントの配列のパターンを異ならせて、複数種類の高分子電解質を設定する第２の工程（ステップＳ１１０）と、設定した複数種類の高分子電解質の各々についてクラスター径を求める第３の工程（ステップＳ１２０）と、設定した複数種類の高分子電解質の各々について弾性率を求める第４の工程（ステップＳ１３０）と、クラスター径および弾性率に基づいて近似の放物線を求め、放物線上における弾性率の最小値とクラスター径との双方に基づいて、第２の工程で設定した複数種類の高分子電解質のうちの一つの配列パターンを、設計すべき電解質膜の配列パターンとして決定する第５の工程（ステップＳ１４０）と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用電解質膜の設計方法であって、
電解質膜を形成する高分子電解質の構成単位となるひとかたまりの原子団であるセグメントを複数種類選択する第１の工程と、
前記第１の工程で選択した複数種類のセグメントの配列のパターンを異ならせて、複数種類の高分子電解質を設定する第２の工程と、
前記第２の工程で設定した複数種類の高分子電解質の各々について、湿潤状態の高分子電解質における水の径であるクラスター径を求める第３の工程と、
前記第２の工程で設定した複数種類の高分子電解質の各々について、弾性率を求める第４の工程と、
前記第３工程で求めたクラスター径および前記第４工程で求めた弾性率に基づいて、近似の放物線を求め、前記放物線上における弾性率の最小値とクラスター径との双方に基づいて、前記第２の工程で設定した複数種類の高分子電解質のうちの一つの配列パターンを、設計すべき電解質膜の配列パターンとして決定する第５の工程と
を備える燃料電池用電解質膜の設計方法。
【請求項２】
請求項１記載の電解質膜の設計方法であって、
前記第３の工程および第４の工程は、シミュレーションにより、理論的に相分離構造を算出することによって、前記クラスター径あるいは前記弾性率を求める工程である
燃料電池用電解質膜の設計方法。
【請求項３】
請求項２記載の電解質膜の設計方法であって、
前記第２の工程は、前記第１の工程で選択した複数種類のセグメントを、２０〜３０個重合させた主鎖を備える複数種類の高分子電解質を設定する工程である
燃料電池用電解質膜の設計方法。
【請求項４】
請求項２または３記載の電解質膜の設計方法であって、
前記相分離構造の算出は、散逸分子動力学法等の高分子メソ構造の計算が行なえる手法により行う
燃料電池用電解質膜の設計方法。
【請求項５】
請求項２ないし４いずれか記載の電解質膜の設計方法であって、
前記第３の工程は、動径分布解析により前記クラスター径を求める工程である
燃料電池用電解質膜の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池用電解質膜の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、電解質層として、湿潤状態でプロトン伝導性を示す固体高分子電解質膜を備えている。このような燃料電池の性能を高めるために、電解質膜のプロトン伝導性の向上や、燃料電池の耐久性の向上が望まれていた。そのため、従来から、電解質膜を構成する高分子の弾性率やイオン交換量など、電解質膜のプロトン伝導性や耐久性に影響する具体的な数値を規定することによって、電解質膜のプロトン伝導性や耐久性の確保が図られてきた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４５５１２
【特許文献２】国際公開第０２／０９６９８３号
【特許文献３】特開平１１−３２９０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来は、新たな電解質膜を設計しようとする際には、所望の構成材料を用いて種々の電解質膜を作製し、作製した電解質膜を用いて実際に性能を評価する必要があった。すなわち、高分子電解質は、一般に、構成単位である複数種類のセグメント鎖を共重合させた重合体として構成されるが、上記構成単位であるセグメント鎖が重合する際の繰り返しのパターンによって、得られる電解質膜の性質が異なる。そのため、電解質膜に要求される耐熱性や耐久性に応じて構成単位であるセグメント鎖の種類を選択すると、選択したセグメント鎖を種々のパターンで重合させた高分子電解質から成る電解質膜を実際に作製して、評価を行う必要があった。
【０００５】
特に、燃料電池用電解質膜は、プロトン伝導性が高いことが要求されるが、プロトン伝導性が高い電解質膜ほど、一般に、湿潤時の膨潤率が高く、変形量が大きい。このように電解質膜の変形量が大きいと、燃料電池の発電を継続する際に、電解質膜に隣接する電極やガス拡散層との間の接触抵抗が次第に増大して、燃料電池の耐久性が不十分となる場合がある。そのため、電解質膜を評価する際には、電解質膜そのもののプロトン伝導性のほかに、燃料電池として組み立てたときの耐久性に対する影響などを総合的に判断する必要があった。しかしながら、このように重合パターンの異なる電解質膜ごとに実際に作製して評価を行なうには、多くの時間や手間を要するため、電解質膜を、より簡便に設計する方法が望まれていた。
【０００６】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、電解質膜の性質を予測して、より高い電池性能を実現可能な電解質膜を設計することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、燃料電池用電解質膜の設計方法であって、
電解質膜を形成する高分子電解質の構成単位となるひとかたまりの原子団であるセグメントを複数種類選択する第１の工程と、
前記第１の工程で選択した複数種類のセグメントの配列のパターンを異ならせて、複数種類の高分子電解質を設定する第２の工程と、
前記第２の工程で設定した複数種類の高分子電解質の各々について、湿潤状態の高分子電解質における水の径であるクラスター径を求める第３の工程と、
前記第２の工程で設定した複数種類の高分子電解質の各々について、弾性率を求める第４の工程と、
前記第３工程で求めたクラスター径および前記第４工程で求めた弾性率に基づいて、近似の放物線を求め、前記放物線上における弾性率の最小値とクラスター径との双方に基づいて、前記第２の工程で設定した複数種類の高分子電解質のうちの一つの配列パターンを、設計すべき電解質膜の配列パターンとして決定する第５の工程と
を備えることを要旨とする。
【０００８】
以上のように構成された本発明の燃料電池用電解質膜の設計方法によれば、第２の工程で設定した複数種類の高分子電解質について、クラスター径および弾性率を求め、求めたクラスター径および弾性率に基づいて近似の放物線をさらに求め、弾性率の最小値とクラスター径とに基づいて、設計すべき電解質の配列パターンを決定している。そのため、電解質膜の性能を抑制することなく、電解質膜に生じる応力を抑えて燃料電池の耐久性を向上可能となる電解質膜を設計することができる。このとき、弾性率の最小値とクラスター径との双方に基づいて配列パターンを決定するため、電解質膜で発生する応力、電解質膜におけるプロトン伝導性、電解質膜の機械的強度などを総合的に判断して、より望ましい物性を示す電解質膜を設計することができる。
【０００９】
本発明の電解質膜の設計方法において、前記第３の工程および第４の工程は、シミュレーションにより、理論的に相分離構造を算出することによって、前記クラスター径あるいは前記弾性率を求める工程であることとしても良い。このような構成とすれば、種々の電解質膜を実際に製造して、個々の電解質膜について性能を調べて比較検討することなく、望ましい物性を有する電解質膜を設計することが可能になる。なお、シミュレーションによりクラスター径を求める前記第３の工程は、動径分布解析により前記クラスター径を求める工程であることとしても良い。
【００１０】
このような本発明の燃料電池用電解質膜において、前記第２の工程は、前記第１の工程で選択した複数種類のセグメントを、２０〜３０個重合させた主鎖を備える複数種類の高分子電解質を設定する工程であることとしても良い。このような構成とすれば、シミュレーションを行う際の演算の負荷を許容範囲内に抑えつつ、高分子電解質の物性を解析する精度を確保することができる。
【００１１】
また、このような本発明の燃料電池用電解質膜の設計方法において、前記相分離構造の算出は、散逸分子動力学法等の高分子メソ構造の計算が行なえる手法により行なうこととしても良い。このような構成とすれば、演算の負荷を現実的な程度に抑えつつ、物性予測シミュレーションを行うことができる。
【００１２】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、本発明の燃料電池用電解質膜の設計方法により設計された電解質膜、あるいは、このような電解質膜を備える燃料電池などの形態で実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の実施例としての電解質膜の設計方法を示す工程図である。本実施例の電解質膜の設計方法は、高分子電解質を、ひとかたまりの原子団である複数のセグメントの重合体と考えて、上記複数種類のセグメントから成る複数の高分子電解質を設定した場合に、最も望ましい高分子電解質を決定するための方法である。すなわち、複数種類のセグメントが一定のパターンで配列された繰り返し構造として形成される高分子電解質を設計する際に、用いるセグメントの配列パターンとして、最適な状態により近いパターンを決定するための方法である。
【００１４】
このような電解質膜を設計する際には、まず、高分子電解質の構成単位となる複数種類のセグメントを選択する（ステップＳ１００）。選択するセグメントとしては、例えば、パーフルオロ構造を有するフッ素系のセグメントや、炭化水素系のセグメントとすることができる。選択するセグメントの少なくとも１種においてイオン交換基を有していれば良く、イオン交換基としては、例えば、スルホン酸基やリン酸基、あるいはカルボン酸基を用いることができる。本実施例において固体高分子電解質膜を設計する際には、フッ素系のセグメントのみを選択してフッ素系の電解質膜を設計することとしてもよいし、炭化水素系セグメントのみを選択して炭化水素系の電解質膜を設計しても良い。また、フッ素系のセグメントと炭化水素系のセグメントとを組み合わせた固体高分子電解質膜を設計することとしても良い。電解質膜に要求する性質、例えば耐熱性や耐酸性、また、プロトン伝導性や強度、あるいはコストなどに応じて、高分子電解質を構成するセグメントの種類を適宜選択すればよい。
【００１５】
炭化水素系のセグメントとしては、例えば、炭素数が３〜２００の、直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基、アリーレン基又はアラルキレン基を挙げることができる。また、ステップＳ１００で選択する各々のセグメントは、上記したようなフッ素系の基と炭化水素系の基とを組み合わせて成るものとしても良い。なお、上記したセグメントは、必ずしも、重合反応によって実際に高分子電解質を合成する際に用いる単量体（モノマ）である必要はない。上記セグメントは、既述したように、設計すべき高分子電解質の構成単位であるが、高分子電解質の性質を予測する後述する処理においては、高分子電解質の粗視化モデルの構成単位として用いられるものであり、重合反応の単位である必要はない。
【００１６】
ここで、高分子電解質の粗視化についてさらに説明する。本実施例の電解質膜の設計方法では、後述するように、設定した複数種類の高分子電解質について、物性を予測するためのシミュレーションを行なう。このような物性予測シミュレーションの方法としては、例えば、原子間ポテンシャルに基づく分子動力学法（ＭＤ）を用いる方法が知られている。しかしながら、高分子電解質のように分子量が大きな分子の集合体を扱う場合には、分子動力学法では計算量が膨大になるため、原子の集合体、あるいは、数個から数十個のモノマの集合体を一つの構成単位（セグメント）として高分子電解質を粗視化して、シミュレーションを行なう。粗視化によるシミュレーションの方法として、本実施例では、後述するように、散逸分子動力学法(ＤＰＤ: Dissipative Particle Dynamics)を用いているが、散逸分子動力学法と同様に高分子メソ構造の計算が行なえる手法であれば、他の方法を用いても良い。なお、高分子電解質を構成するセグメントを選択する際に、どのくらいの範囲の原子団、あるいは、いくつのモノマの集合体を単一のセグメントとするかについては、種々の変形が可能である。すなわち、高分子電解質を、より多くの種類の小さいセグメントの集合体と捉えてもよいし、より少ない種類の大きなセグメントの集合体と捕らえても良い。個々のセグメントを、より小さな原子団として設定するほど、シミュレーションを行う際の演算の負荷は増大するが、後述するクラスター径の算出などの精度が向上する。
【００１７】
ステップＳ１００において複数種類のセグメントを選択すると、次に、これら選択した複数種類のセグメントを重合させて成る高分子電解質として、セグメントの配列パターンの異なる複数の高分子電解質を設定する（ステップＳ１１０）。配列のパターンとしては、上記選択した複数種類のセグメントを、ブロック重合させるパターンとしてもよいし、グラフと重合させるパターンとしても良い。このステップＳ１１０で複数の配列パターンを設定する際には、後述する最適な配列パターンを決定する処理において、放物線近似によるフィッティングを行なうために、３種類以上のパターンを設定すればよい。なお、配列パターンの一つとして、ステップＳ１００で選択した複数種類のセグメントをランダムに配置したパターンを用いるならば、ステップＳ１１０においては、規則的な繰り返しから成る配列パターンとしては、２種類以上のパターンを設定すればよい。
【００１８】
ここで、高分子電解質を構成する個々の分子は、実際には、例えば１万〜１０万程度のきわめて大きな分子量を有している。そのため、たとえ上記のような疎視化を行なったとしても、動力学的な演算を行なうことは、演算の負荷を考えると現実的ではない。そのため、本実施例のステップＳ１１０では、規則的な繰り返しから成る配列パターンを有する分子として、実際の高分子電解質よりもはるかに小さい高分子電解質分子を設定している。ただし、配列パターンが同じであっても、全体の分子量が異なるほど、分子全体が示す性質が異なるようになるため、実際に製造する電解質膜を構成する分子よりも設定する分子が小さすぎると、選択した配列パターンを有することによる性質を充分に解析することができない。そのため、演算の負荷が許容できる範囲内で、高分子電解質の物性を解析する精度を確保するために、ステップＳ１１０で設定する高分子電解質は、例えば、２０〜３０個程度のセグメントを重合させた主鎖を有することとすればよい。なお、ステップＳ１１０において、複数種類の高分子電解質を設定する際には、各々の電解質を構成するセグメントの数（各々の電解質の分子量）は、同じ値に揃えることが望ましい。
【００１９】
図２は、ステップＳ１１０において複数の配列パターンを設定した様子を模式化して表わす説明図である。ここでは、ステップＳ１００において、イオン交換基を有する親水性セグメントＡ、疎水性セグメントＢという２種類のセグメントを選択した場合を示している。そして、図２では、これら２種類のセグメントＡ，Ｂがブロック重合された配列パターンとして、（Ａ4Ｂ4）3と、（Ａ3Ｂ3）4と、さらに、セグメントＡおよびＢがランダムに重合されたパターンと、の３種類の配列パターンを、それぞれ、配列Ａ、配列Ｂ、配列Ｃとして選択した様子を示している。なお、本実施例では、ステップＳ１００およびＳ１１０により、セグメントを所定のパターンで配列した複数種類の高分子電解質の１次構造を設定する処理は、Ｊ−ＯＣＴＡ（日本総研ソリューションズ）ポリマーモデラーを用いて行なっている。
【００２０】
次に、ステップＳ１１０で設定した複数の高分子電解質の各々について、クラスター径を求める（ステップＳ１２０）。高分子電解質は、一般に、フッ素系の骨格を有する等により比較的疎水性を示す部分と、スルホン酸基などのイオン交換基やエーテル結合を有する等により比較的親水性を示す部分とに分かれている。そのため、電解質膜が吸水する際には、吸収された水は、上記親水性を示す部分に引き寄せられ、スルホン酸基などのイオン交換基に取り囲まれてクラスター構造を形成し、電解質膜内部では、疎水性を示す部分と親水性を示す部分とが相分離する。クラスター径は、高分子電解質内でクラスター構造を形成する水の径であり、高分子電解質の構造と、高分子電解質の含水量によって、大きさが異なる。クラスター径が大きいほど、高分子電解質内部を水が動きやすく、高分子電解質のプロトン伝導性が向上する。
【００２１】
シミュレーションを行う際には、高分子電解質の含水量は任意の値に設定可能であるが、ステップＳ１２０でクラスター径を求める際には、高分子電解質の各々が湿潤状態のとき、例えば充分に吸水した満吸水状態に近い含水量を設定すればよく、例えば、含水量３０％とすれば良い。クラスター径を求めるには、まず、ステップＳ１１０で設定した複数の高分子電解質に対して散逸分子動力学法（ＤＰＤ）によるシミュレーションを行って、高分子電解質が含水してクラスターを作り安定した状態(満吸水状態)の構造（相分離構造）を計算により作成する。本実施例では、このような層分離構造の作成は、Ｊ−ＯＣＴＡ（日本総研ソリューションズ）のＣＯＧＮＡＣ／ＤＰＤを用いている。散逸分子動力学法によるシミュレーションを行なう際に用いたパラメータを、以下の表１に示す。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
このようにして得られた相分離構造について、動径分布解析を行ない、クラスター径を算出した。固体高分子においては、親水基であるイオン交換基が水を取り囲んでクラスターを形成するため、クラスター径の算出は、イオン交換基、たとえばスルホン酸基についての動径分布解析により求めた。具体的には、本実施例におけるクラスター径の算出では、クラスター径を、動径分布が初めて１．０よりも小さくなる箇所と定義している。
【００２４】
次に、ステップＳ１１０で設定した複数の高分子電解質の各々について、弾性率を求める（ステップＳ１３０）。このステップＳ１３０で求める弾性率は、具体的には、ヤング率あるいは体積弾性率とすれば良い。本実施例では、各高分子電解質の弾性率の算出は、ステップ１２０で作成した相分離構造をメッシュデータに変換して行っている。そして、セグメントＡに係るＡ成分と、セグメントＢに係るＢ成分と、水分子から成るＷ成分と、の各々に対して、弾性率を設定し、線形弾性体シミュレーションを行って、各々の高分子電解質について平均弾性率を算出している。本実施例では、このような弾性率の導出は、Ｊ−ＯＣＴＡ（日本総研ソリューションズ）のＭＵＦＦＩＮ／Ｅｌａｓｔｉｃａを用いている。
【００２５】
なお、上記Ａ成分およびＢ成分に対して設定する弾性率は、予測値を用いても良く、実測値を用いても良い。実測値を用いる場合には、Ａ成分についてはＡセグメントのみから成る高分子を合成すると共に、Ｂ成分についてはＢセグメントのみから成る高分子を合成し、合成した各々の高分子の弾性率を測定すればよい。各々の高分子の弾性率の測定は、例えば、粘弾性スペクトロメータ−ＤＶＡ−２００（ＩＴ計測制御社製）を用い、振動周波数１０Ｈｚ、ひずみ０．１％、環境温度８０℃、相対湿度８０％、静張力３０ｃＮにて測定して貯蔵弾性率を求め、さらにヤング率あるいは体積弾性率を導出すればよい。また、Ｗ成分に対して設定する弾性率は、０あるいは０に近いできるだけ小さい値を設定すれば良い。
【００２６】
ステップＳ１１０で設定した各々の高分子電解質について、クラスター径および弾性率を求めた後は、弾性率の最小値に基づいて配列パターンを選択することにより（ステップＳ１４０）、電解質膜の設計の工程を終了する。ステップＳ１４０において、弾性率の最小値に基づいて配列パターンを選択する際には、まず、各々の高分子電解質について求めたクラスター径および弾性率に係る数値を用いて、放物線近似によるフィッティングを行なう。図３は、既述した配列Ａ、配列Ｂ、配列Ｃのクラスター径および弾性率の値に基づいて、下に凸である放物線をフィッティングした一例を表す説明図である。高分子電解質は、構成単位であるセグメントの配列パターンを異ならせることによってクラスター径を変化させると、一定の値まではクラスター径が大きいほど弾性率が小さくなるが、この値を超えると、クラスター径が大きいほど弾性率が大きくなるという性質を有している。そのため、３点以上について、クラスター径と弾性率の組み合わせを求めると、下に凸な放物線をフィッティングすることが可能になる。このように、放物線をフィッティングすることにより、ステップＳ１１０で設定した複数種類の高分子電解質のうち、弾性率が、最小値に近い値を取る高分子電解質を選択することが可能になる。例えば、図３に示した例では、３種の高分子電解質のうち、配列Ｂを選択することにより、クラスター径を充分に確保することによるプロトン伝導性と、弾性率の低さとを、両立可能となる。
【００２７】
以上のように構成された本実施例の電解質膜の設計方法によれば、選択した複数種類のセグメントを所定の配列パターンで重合させて成る高分子電解質についてシミュレーションを行ない、クラスター径および弾性率を求め、放物線フィッティングを行なって、弾性率が最も小さくなる配列パターンを選択している。そのため、種々の電解質膜を実際に製造して個々の電解質膜について性能を検証することなく、電解質膜に生じる応力を抑えて燃料電池の耐久性を向上可能となる電解質膜を設計することが可能になる。
【００２８】
一般に、燃料電池においては、電解質膜と触媒電極とガス拡散層とが一体で形成されている。そのため、例えば燃料電池の発電を繰り返し行なうと、また、燃料電池の発電中に電解質膜の含水量が変動すると、主として電解質膜とガス拡散層の膨潤率の違いにより、電解質膜と、燃料電池内で電解質膜上に形成された触媒電極やガス拡散層と、の間で剪断応力が発生する。このような応力が繰り返し発生すると、触媒電極やガス拡散層が機械劣化を起こし、電解質膜との界面で接触抵抗が増大して、燃料電池の耐久性が低下する。ここで、応力は、弾性率と歪みの積で表されるものである。そのため、本実施例では、電解質膜の弾性率を小さくすることによって電解質膜で発生する応力を低減し、電解質膜と隣接部材との間に発生する剪断応力を抑制して、燃料電池の耐久性の向上を図っている。
【００２９】
上記したように応力は、弾性率と歪みとの積で表されるため、電解質膜における応力を低減するには、電解質膜における歪みを小さくしても良い。しかしながら、電解質膜における歪みは、電解質膜の吸水に伴って生じるため、電解質膜における歪みを小さくするには、電解質膜の吸水性を小さくする必要がある。具体的には、電解質膜を構成する高分子電解質におけるイオン交換基の割合を低下させる（高分子電解質におけるＥＷ値を大きくする）必要がある。しかしながら、電解質膜の吸水性を低下させるということは、電解質膜のプロトン伝導性を低下させることであり、かえって電解質膜の性能低下を引き起こしてしまう。本実施例の電解質膜の設計方法によれば、電解質膜におけるプロトン伝導性を犠牲にして電解質膜における歪みを抑えるのではなく、セグメントの配列パターンを最適化して弾性率を小さくすることによって応力を抑えている。そのため、電解質膜におけるイオン交換基の割合を低下させる必要が無く、応力抑制に伴うプロトン伝導性の低下を抑えることができる。
【００３０】
本実施例のステップＳ１４０において、実施例では、ステップＳ１１０で設定した高分子電解質のうち、弾性率の最小値に最も近い弾性率を示す高分子電解質を選択したが、異なる構成としても良い。例えば、複数種類の高分子電解質について求めたクラスター径と弾性率とから成るポイントを放物線フィッティングしたときに、弾性率の最小値に対応するポイントよりも小さなクラスター径を示す第１の電解質と、第１の電解質よりも弾性率は大きいものの、クラスター径も大きい第２の電解質と、があったとする。この場合には、弾性率がより小さい第１の電解質ではなく、弾性率は第１の電解質よりも大きくても、クラスター径の小さい第２の電解質に対応する配列パターンを選択しても良い。既述したように、弾性率が小さいほど発生する応力が小さくなるため、燃料電池の耐久性向上に資するが、クラスター径が大きいほどプロトン伝導性は向上する。また、クラスター径が大きいほど、電解質膜の機械的な強度は低下する。そのため、ステップＳ１４０では、放物線上における弾性率の最小値とクラスター径との双方に基づいて設計すべき電解質膜におけるセグメント配列パターンを決定することにより、応力、プロトン伝導性、機械的強度などを総合的に判断して、より望ましい物性を示す電解質膜を設計することができる。
【００３１】
なお、最終的に採用すべき電解質膜を決定する際には、ステップＳ１４０で決定した配列パターンを有する高分子電解質から成る電解質膜を製造し、その物性を確認することが望ましい。実際に製造した電解質膜のクラスター径を測定するには、例えば、上記製造した高分子電解質を、オスミウム（Ｏｓ）により染色し、ミクロトーム法により試料調整して、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察を行なう。ＴＥＭによる観察は、例えば、ＦＥ−ＴＥＭ（ＨＦー２０００、日立製作所製）を用いて、加速電圧２００ｋＶ、観察倍率１０万倍にて行なえばよい。得られたＴＥＭ像における、６５０ｎｍ2の領域を対象としたフーリエ変換を行ない、得られた楕円形画像の長径と短径の平均値より、クラスター径を算出できる。製造した電解質膜の弾性率の測定は、例えば、粘弾性スペクトロメータ−ＤＶＡ−２００（ＩＴ計測制御社製）を用い、振動周波数１０Ｈｚ、ひずみ０．１％、環境温度８０℃、相対湿度８０％、静張力３０ｃＮにて測定することができる。
【００３２】
ステップＳ１００で選択したフラグメントを種々の配列パターンで備える各高分子電解質について、その性能を予め予測することが困難であり、ステップＳ１１０において、より多くの種類の電解質を設定する必要がある場合であっても、実施例に示した処理を行うことにより、所望の性能を示す配列パターンを、実際に製造することなく容易に絞り込むことが可能になる。このような絞込みを行うことで、最終的に採用する電解質膜を決定する際に実際に電解質膜を製造して評価する場合であっても、製造および評価の負担を大きく軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例の電解質膜の設計方法を示す工程図である。
【図２】複数の配列パターンを設定した様子を模式化して表わす説明図である。
【図３】放物線をフィッティングした一例を表す説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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