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公開番号2024142829
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-11
出願番号2023055178
出願日2023-03-30
発明の名称ポリマー、電解質材料、電解質膜、触媒層付き電解質膜、膜電極接合体、固体高分子形燃料電池及び固体高分子形水電解装置
出願人東ソー株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C08G 75/00 20060101AFI20241003BHJP(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】電解質として十分なプロトン伝導性を有するとともに、化学耐久性に優れるポリマーを提供すること。
【解決手段】下記式(1)で表される構造を有する、ポリマー。
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[式(1)中、A¹は、式(a1)で表される構成単位を、A²は、アリ-レン基が直鎖状に連結した構造単位を、L¹及びL²は、独立して、単結合又は-SO₂-を示す。]
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
下記式（１）で表される構造を有する、ポリマー。
TIFF
2024142829000030.tif
16
149
［式（１）中、
Ａ
１
は、下記式（ａ１）で表される構成単位を示し、
Ａ
２
は、下記式（ａ２）で表される構成単位を示し、
Ｌ
１
及びＬ
２
は、それぞれ独立して、単結合又は－ＳＯ
２
－を示し、
ｎは、１０～１００の数を示し、
＊は、結合手を示す。
複数のＡ
１
は、互いに同一であり、
複数のＡ
２
は、互いに同一であり、
複数のＬ
１
は、互いに同一でも異なっていてもよく、
複数のＬ
２
は、互いに同一でも異なっていてもよい。］
TIFF
2024142829000031.tif
42
149
［式（ａ１）中、
ＩＥｘＧは、イオン交換基を示し、
Ｌ
３
は、単結合又は－ＳＯ
２
－を示し、
ｘは、１～１０の整数を示し、
＊は、結合手を示す。
複数のＩＥｘＧは、互いに同一でも異なっていてもよく、
複数のＬ
３
は、互いに同一でも異なっていてもよい。］
TIFF
2024142829000032.tif
16
149
［式（ａ２）中、
Ａｒは、イオン交換基を有しないアリーレン基を示し、
Ｌ
４
は、単結合又は－ＳＯ
２
－を示し、
ｙは、２～２０の整数を示し、
＊は、結合手を示す。
複数のＡｒは、互いに同一でも異なっていてもよく、
複数のＬ
４
は、互いに同一でも異なっていてもよい。］
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記式（ａ１）で表される構成単位が、前記イオン交換基として、スルホン基、アルキルスルホン基及びスルホンイミド基からなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項１に記載のポリマー。
【請求項３】
前記式（ａ２）で表される構成単位が、前記アリーレン基として、フェニレン基、ナフチレン基及びフルオレン基からなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項１に記載のポリマー。
【請求項４】
数平均分子量が、２００００～３０００００である、請求項１に記載のポリマー。
【請求項５】
スルフィド基を有する重合体の酸化物であって、
前記重合体が、下記式（ｂ１）で表される化合物と下記式（ｂ２）で表される化合物との重合体である、ポリマー。
TIFF
2024142829000033.tif
42
149
［式（ｂ１）中、
ＩＥｘＧは、イオン交換基を示し、
Ｌ
５
は、単結合、－Ｓ－又は－ＳＯ
２
－を示し、
Ｘ
１ｂ
及びＸ
２ｂ
は、それぞれ独立して、ハロゲン原子を示し、
ｘは、１～１０の整数を示す。
複数のＩＥｘＧは、互いに同一でも異なっていてもよく、
複数のＬ
５
は、互いに同一でも異なっていてもよい。］
TIFF
2024142829000034.tif
16
149
［式（ｂ２）中、
Ａｒは、イオン交換基を有しないアリーレン基を示し、
Ｌ
６
は、単結合、－Ｓ－又は－ＳＯ
２
－を示し、
Ｚ
１ｂ
及びＺ
２ｂ
は、それぞれ独立して、チオール基、ハロゲン原子、ボロン酸基、アルキルボラン基又はボロン酸エステル基を示し、
ｙは、２～２０の整数を示す。
複数のＡｒは、互いに同一でも異なっていてもよく、
複数のＬ
６
は、互いに同一でも異なっていてもよい。］
【請求項６】
請求項１～５のいずれか一項に記載のポリマーを含有する、電解質材料。
【請求項７】
請求項１～５のいずれか一項に記載のポリマーを含有する、電解質膜。
【請求項８】
請求項７に記載の電解質膜と、該電解質膜の一方面上又は両面上に配置された触媒層と、を備える、触媒層付き電解質膜。
【請求項９】
請求項７に記載の電解質膜と、該電解質膜の一方面上又は両面上に配置された電極層と、を備える、膜電極接合体。
【請求項１０】
請求項９に記載の膜電極接合体を備える、固体高分子形燃料電池。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー、電解質材料、電解質膜、触媒層付き電解質膜、膜電極接合体、固体高分子形燃料電池及び固体高分子形水電解装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題を背景にエネルギー効率の高い新エネルギー技術として燃料電池が脚光を浴びている。なかでも電解質にポリマー（高分子）材料を用いた固体高分子形燃料電池は、最大電流密度が高く、しかも低温で作動することから、自動車等の移動用動力源や携帯電子機器等の小容量電源に適しており、特に注目されている。
【０００３】
固体高分子形燃料電池の電解質に使用されるポリマー（電解質ポリマー）としては、フッ素系ポリマーが知られている（例えば、特許文献１参照。）。フッ素系ポリマーは、高いプロトン伝導度及び優れた化学耐久性を有することから電解質用途で広く使用されているものの、コストが高く、環境負荷も大きいという問題がある。
【０００４】
このような理由から、フッ素を用いない電解質ポリマーの開発も進められている。例えば、特許文献２には、イオン性基を含有するセグメント（Ａ１）とイオン性基を含有しないセグメント（Ａ２）をそれぞれ１個以上含有するブロック共重合体からなる高分子電解質膜に関する発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開平１１－２０４１１９号公報
国際公開第２０１３－０３１６７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２に開示されるようなブロック共重合により得られる非フッ素系ポリマーは、必ずしも十分なプロトン伝導性を有しておらず、化学耐久性も十分ではなかった。
【０００７】
本発明の一側面は、電解質として十分なプロトン伝導性を有するとともに、化学耐久性に優れるポリマーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、いくつかの側面において、下記［１］～［１１］を提供する。
【０００９】
［１］
下記式（１）で表される構造を有する、ポリマー。
TIFF
2024142829000001.tif
16
149
［式（１）中、
Ａ
１
は、下記式（ａ１）で表される構成単位を示し、
Ａ
２
は、下記式（ａ２）で表される構成単位を示し、
Ｌ
１
及びＬ
２
は、それぞれ独立して、単結合又は－ＳＯ
２
－を示し、
ｎは、１０～１００の数を示し、
＊は、結合手を示す。
複数のＡ
１
は、互いに同一であり、
複数のＡ
２
は、互いに同一であり、
複数のＬ
１
は、互いに同一でも異なっていてもよく、
複数のＬ
２
は、互いに同一でも異なっていてもよい。］
TIFF
2024142829000002.tif
42
149
［式（ａ１）中、
ＩＥｘＧは、イオン交換基を示し、
Ｌ
３
は、単結合又は－ＳＯ
２
－を示し、
ｘは、１～１０の整数を示し、
＊は、結合手を示す。
複数のＩＥｘＧは、互いに同一でも異なっていてもよく、
複数のＬ
３
は、互いに同一でも異なっていてもよい。］
TIFF
2024142829000003.tif
16
149
［式（ａ２）中、
Ａｒは、イオン交換基を有しないアリーレン基を示し、
Ｌ
４
は、単結合又は－ＳＯ
２
－を示し、
ｙは、２～２０の整数を示し、
＊は、結合手を示す。
複数のＡｒは、互いに同一でも異なっていてもよく、
複数のＬ
４
は、互いに同一でも異なっていてもよい。］
【００１０】
［２］
前記式（ａ１）で表される構成単位が、前記イオン交換基として、スルホン基、アルキルスルホン基及びスルホンイミド基からなる群より選択される少なくとも一種を含む、［１］に記載のポリマー。
（【００１１】以降は省略されています）

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