固体高分子型水电解用膜电极接合体和水电解装置的制作方法

本发明涉及固体高分子型水电解用膜电极接合体和水电解装置。

背景技术：

1、从电能转气、即、将多余的电力转化成气体并贮藏和利用的观点出发，研究了固体高分子型水电解装置(pem型水电解装置)的利用。

2、例如，专利文献1中公开了一种固体高分子型水电解装置，其具有膜电极接合体，所述膜电极接合体包含具有催化剂层的阳极和阴极、以及配置在阳极与阴极之间的固体高分子电解质膜。

3、现有技术文献

4、专利文献

5、专利文献1：国际公开第2019/088299号

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、近年来，寻求进一步提高水电解装置的性能，具体而言，寻求能够降低电解电压。

3、本发明人针对专利文献1中记载的包含膜电极接合体的水电解装置进行评价时发现：其虽然能够实现低电解电压，但膜电极接合体中包含的含氟聚合物有时发生分解。

4、本发明是鉴于上述问题而进行的，其课题在于，提供能够实现低电解电压且能够抑制所包含的含氟聚合物分解的固体高分子型水电解用膜电极接合体和水电解装置。

5、用于解决问题的方案

6、本发明人等针对上述课题进行深入研究，结果发现：在具有阳极催化剂层、阴极催化剂层、以配置在阳极催化剂层与阴极催化剂层之间的固体高分子电解质膜的固体高分子型水电解用膜电极接合体中，如果从固体高分子型水电解用膜电极接合体的表面的法线方向观察时，在与阴极催化剂层重复的区域内包含铈离子，上述区域内的铈离子的物质的量与阴极催化剂层中包含的含氟聚合物中的离子交换基团的物质的量满足规定关系，则能够得到期望效果，从而完成了本发明。

7、即，本发明人等发现：通过下述构成而能够解决上述课题。

8、[1]一种固体高分子型水电解用膜电极接合体，其特征在于，其包含：

9、固体高分子电解质膜，其包含具有离子交换基团的含氟聚合物；

10、阴极催化剂层，其配置在上述固体高分子电解质膜的一面侧，且包含具有离子交换基团的含氟聚合物；以及

11、阳极催化剂层，其配置在上述固体高分子电解质膜的另一面侧，

12、从上述固体高分子型水电解用膜电极接合体的表面的法线方向进行观察时，在与上述阴极催化剂层重复的区域内包含铈离子，

13、所述固体高分子型水电解用膜电极接合体满足式(x)的关系。

14、(ace×3)/aieg_c≤0.90   式(x)

15、式(x)中，ace表示上述区域内包含的铈离子的物质的量(mol)，aieg_c表示上述阴极催化剂层中包含的上述含氟聚合物中的上述离子交换基团的物质的量(mol)。

16、[2]根据[1]所述的固体高分子型水电解用膜电极接合体，其中，上述固体高分子电解质膜中包含的上述含氟聚合物的离子交换容量为1.10毫当量/克干燥树脂以上。

17、[3]根据[1]或[2]所述的固体高分子型水电解用膜电极接合体，其中，上述固体高分子电解质膜中包含的上述含氟聚合物的含量相对于上述固体高分子电解质膜中的聚合物的总质量为80～100质量％。

18、[4]根据[1]～[3]中任一项所述的固体高分子型水电解用膜电极接合体，其中，上述铈离子包含在上述固体高分子电解质膜中。

19、[5]根据[1]～[4]中任一项所述的固体高分子型水电解用膜电极接合体，其中，上述铈离子包含在上述阴极催化剂层中。

20、[6]根据[1]～[5]中任一项所述的固体高分子型水电解用膜电极接合体，其中，上述固体高分子电解质膜中包含的上述含氟聚合物所具有的上述离子交换基团为磺酸型官能团。

21、[7]根据[1]～[6]中任一项所述的固体高分子型水电解用膜电极接合体，其中，上述固体高分子电解质膜中包含的上述含氟聚合物包含选自由后述式(1-3)所示的单元和后述式(1-4)所示的单元组成的组中的至少1种单元。

22、后述式(1-3)和式(1-4)中，rf1为任选在碳原子-碳原子之间包含氧原子的全氟亚烷基，rf2为单键或者任选在碳原子-碳原子之间包含氧原子的全氟亚烷基，rf3为单键或者任选在碳原子-碳原子之间包含氧原子的全氟亚烷基，r为0或1，m为0或1，m为氢原子、碱金属或季铵阳离子。

23、[8]根据[1]～[7]中任一项所述的固体高分子型水电解用膜电极接合体，其中，上述固体高分子电解质膜还包含加强材料。

24、[9]一种水电解装置，其特征在于，其具有：

25、[1]～[8]中任一项所述的固体高分子型水电解用膜电极接合体；

26、供电部，其与上述固体高分子型水电解用膜电极接合体中的阴极催化剂层侧和阳极催化剂层侧连接；以及

27、供水部，其向上述阳极催化剂层侧供给水。

28、发明的效果

29、根据本发明，可提供能够实现低电解电压且能够抑制所包含的含氟聚合物分解的固体高分子型水电解用膜电极接合体和水电解装置。

技术特征：

1.一种固体高分子型水电解用膜电极接合体，其特征在于，其包含：

2.根据权利要求1所述的固体高分子型水电解用膜电极接合体，其中，所述固体高分子电解质膜中包含的所述含氟聚合物的离子交换容量为1.10毫当量/克干燥树脂以上。

3.根据权利要求1或2所述的固体高分子型水电解用膜电极接合体，其中，所述固体高分子电解质膜中包含的所述含氟聚合物的含量相对于所述固体高分子电解质膜中的聚合物的总质量为80～100质量％。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的固体高分子型水电解用膜电极接合体，其中，所述铈离子包含在所述固体高分子电解质膜中。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的固体高分子型水电解用膜电极接合体，其中，所述铈离子包含在所述阴极催化剂层中。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的固体高分子型水电解用膜电极接合体，其中，所述固体高分子电解质膜中包含的所述含氟聚合物所具有的所述离子交换基团为磺酸型官能团。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的固体高分子型水电解用膜电极接合体，其中，所述固体高分子电解质膜中包含的所述含氟聚合物包含选自由式(1-3)所示的单元和式(1-4)所示的单元组成的组中的至少1种单元，

8.根据权利要求1～7中任一项所述的固体高分子型水电解用膜电极接合体，其中，所述固体高分子电解质膜还包含加强材料。

9.一种水电解装置，其特征在于，其具有：

技术总结提供能够实现低电解电压且能够抑制所包含的含氟聚合物分解的固体高分子型水电解用膜电极接合体和水电解装置。本发明的固体高分子型水电解用膜电极接合体包含：固体高分子电解质膜，其包含具有离子交换基团的含氟聚合物；阴极催化剂层，其配置在固体高分子电解质膜的一面侧，且包含具有离子交换基团的含氟聚合物；以及阳极催化剂层，其配置在固体高分子电解质膜的另一面侧，从固体高分子型水电解用膜电极接合体的表面的法线方向进行观察时，在与阴极催化剂层重复的区域内包含铈离子，所述固体高分子型水电解用膜电极接合体满足式(X)的关系。式(X)中，A<subgt;Ce</subgt;表示上述区域内包含的铈离子的物质的量，A<subgt;IEG_C</subgt;表示阴极催化剂层中包含的含氟聚合物中的离子交换基团的物质的量。(A<subgt;Ce</subgt;×3)/A<subgt;IEG_C</subgt;≤0.90式(X)。技术研发人员：奥山匠受保护的技术使用者：AGC株式会社技术研发日：技术公布日：2024/6/20