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公開番号2025100998
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-07
出願番号2023217509
出願日2023-12-25
発明の名称電解質膜及びそれを用いた水電解装置
出願人日本化薬株式会社
代理人
主分類C08G 61/02 20060101AFI20250630BHJP(有機高分子化合物;その製造または化学的加工;それに基づく組成物)
要約【課題】
本発明は、溶解性に優れ、すなわち成膜性が良好であって、かつ優れたアルカリ耐久性を有する電解質膜を実現することを課題とする。そして当該電解質膜はアニオン交換膜型水電解法に特に優れ、効率的に水素を発生させることを可能にするものである。
【解決手段】
Mw(重量平均分子量)について、下記式(数1)を満たすポリマーを用いた電解質膜。

【数1】
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特許請求の範囲【請求項１】
Ｍｗ（重量平均分子量）について、下記式（数１）を満たすポリマーを用いた電解質膜。
TIFF
2025100998000030.tif
11
153
続きを表示（約 880 文字）【請求項２】
Ｍｗ／Ｍｎ（分子量分布指数）が下記式（数２）を満たすポリマーを用いた請求項１に記載の電解質膜。
TIFF
2025100998000031.tif
11
153
【請求項３】
Ｍｎ（数平均分子量）について、下記式（数３）を満たすポリマーを用いた請求項１又は２に記載の電解質膜。
TIFF
2025100998000032.tif
11
153
【請求項４】
細孔フィリング構造を有する請求項１又は２に記載の電解質膜。
【請求項５】
前記ポリマーは下記式（化１）で表される構造を有する請求項１又は２に記載の電解質膜。
TIFF
2025100998000033.tif
21
153
ただし、
Ａｒ
１
は、イオン交換基を有する芳香族基、又はイオン交換基を有する芳香環が単結合を介して連結した基であって、複数あるＡｒ
１
は同一であっても異なっていてもよく、
Ａｒ
２
は、イオン交換基を有しない芳香族基、もしくは、イオン交換基を有しない２以上の芳香族環が、単結合又はスピロ原子を介して連結した基であって、複数あるＡｒ
２
は同一であっても異なっていてもよく、
Ａｒ
１
が有する芳香環と、Ａｒ
２
が有する芳香環とは、単結合を介して連結する。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の電解質膜に触媒を被覆した触媒被覆型電解質膜。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の水電解用電解質膜。
【請求項８】
請求項１又は２に記載のアニオン交換型水電解用電解質膜。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の電解質膜を用いた水電解装置。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載の電解質膜を用いた水素の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜性及びアルカリ耐久性に優れたポリマーを用いた電解質膜に関する。より詳細には、アニオン交換膜型水電解法に特に優れた電解質膜を提供するものである。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池、固体アルカリ燃料電池などの各種燃料電池や、水電解等の各種電解技術には、電解質膜が用いられている。当該電解質膜は、イオン伝導性に優れるとともに、長期的な使用に耐えうる耐久性が求められる。
【０００３】
水電解の中でも、アニオン交換膜型水電解法（ＡＥＭＷＥ法）は、カチオン交換膜型水電解法やアルカリ水電解法に代わる技術として、提案され、近年注目を集めている。これは陽極室と陰極室とを隔てる膜としてアニオン交換膜（ＡＥＭ）が用いられ、陽極室には陽極液として純水またはアルカリ性の水溶液が供給される。陰極室には極液として純水または純水またはアルカリ性の水溶液を供給してもよいが、陰極室に極液を供給しないドライカソード型の電解槽とすることも可能である。このドライカソード型の場合、水がアニオン交換膜を通じて陽極室から陰極室に浸透することにより陰極室に水が供給され、陰極室において陰極反応により水から水素ガスとともに水酸化物イオンが発生する。
【０００４】
このＡＥＭＷＥ用の電解質膜として、特許文献１では、膨潤耐性が高く、イオン交換基を高密度に集積したプロトン伝導度の高い電解質膜用のプロトン伝導性材料として、特定の親水部と、特定の疎水部とを有し、前記親水部及び前記疎水部の少なくとも一方に特定の環式化合物を含む繰り返し単位を有するプロトン伝導性材料を開示している。当該プロトン伝導性材料は、エーテル結合を介して親水部と疎水部が結合された構造を有する。
【０００５】
特許文献２において、化学的な耐久性に優れ、且つ、溶媒への溶解性にも優れた電解質膜用のアニオン伝導性ポリマーとして、イオン官能基を有する２価の芳香族基と、スピロビフルオレン骨格とが交互に繰り返された構造を有するポリマーを開示している。
【０００６】
特許文献３に化学的な耐久性及びイオン電導性に優れた電解質膜用のアニオン伝導性ポリマー及びそれを用いた電解質膜に関する報告がされている。しかしながら、記載のアニオン伝導性ポリマーは、環境負荷の高いハロゲン系溶媒を用いるため製造には適さない製法で作られており、より生産性に優れた電解質膜用の材料の製造法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１６－４４２４２４号公報
特開２０１８－１３５４８７号公報
特開２０２１－４２３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み、電解質膜、特にアニオン交換膜型水電解法に有用である電解質膜を提案するものである。具体的には、成膜性及びアルカリ耐久性に優れた電解質膜の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは鋭意検討の結果、特定のＭｗ（重量平均分子量）を有するポリマーが上記課題を解決できることを見出した。
即ち、本発明は、以下１）～１０）に関するものである。
１）
Ｍｗ（重量平均分子量）について、下記式（数１）を満たすポリマーを用いた電解質膜。
TIFF
2025100998000001.tif
11
153
２）
Ｍｗ／Ｍｎ（分子量分布指数）が下記式（数２）を満たすポリマーを用いた上記１）に記載の電解質膜。
TIFF
2025100998000002.tif
11
153
３）
Ｍｎ（数平均分子量）について、下記式（数３）を満たすポリマーを用いた上記１）又は２）に記載の電解質膜。
TIFF
2025100998000003.tif
11
153
４）
細孔フィリング構造を有する上記１）乃至３）のいずれか一項に記載の電解質膜。
５）
前記ポリマーは下記式（化１）で表される構造を有する上記１）乃至４）のいずれか一項に記載の電解質膜。
TIFF
2025100998000004.tif
21
153
ただし、
Ａｒ
１
は、イオン交換基を有する芳香族基、又はイオン交換基を有する芳香環が単結合を介して連結した基であって、複数あるＡｒ
１
は同一であっても異なっていてもよく、
Ａｒ
２
は、イオン交換基を有しない芳香族基、もしくは、イオン交換基を有しない２以上の芳香族環が、単結合又はスピロ原子を介して連結した基であって、複数あるＡｒ
２
は同一であっても異なっていてもよく、
Ａｒ
１
が有する芳香環と、Ａｒ
２
が有する芳香環とは、単結合を介して連結する。
６）
上記１）乃至５）のいずれか一項に記載の電解質膜に触媒を被覆した触媒被覆型電解質膜。
７）
上記１）乃至６）のいずれか一項に記載の水電解用電解質膜。
８）
上記１）乃至７）のいずれか一項に記載のアニオン交換型水電解用電解質膜。
９）
上記１）乃至８）のいずれか一項に記載の電解質膜を用いた水電解装置。
１０）
上記１）乃至８）のいずれか一項に記載の電解質膜を用いた水素の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、溶解性に優れ、すなわち成膜性が良好であって、かつ優れたアルカリ耐久性を有する電解質膜を実現することができる。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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