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イオン液体を用いたカチオン伝導媒体およびイオン液体中のカチオン伝導度向上方法

国内特許コード P08A013927
整理番号 KP04-094
掲載日 2008年10月31日
出願番号 特願2005-147137
公開番号 特開2006-324144
登録番号 特許第5140822号
出願日 平成17年5月19日(2005.5.19)
公開日 平成18年11月30日(2006.11.30)
登録日 平成24年11月30日(2012.11.30)
発明者
  • 水畑 穣
  • 出来 成人
出願人
  • 国立大学法人神戸大学
発明の名称 イオン液体を用いたカチオン伝導媒体およびイオン液体中のカチオン伝導度向上方法
発明の概要 【課題】 イオン液体中のカチオン伝導度を向上させる方法、およびイオン液体を用いたカチオン伝導性媒体を提供する。
【解決手段】 イオン液体に、表面電荷が電荷ゼロ点換算においてpH5~13であり、かつ比表面積が0.3~50m/gである無機酸化物粉体を含有させる。無機酸化物粉体は、好ましくは、酸化アルミニウム、酸化チタンまたは酸化ジルコンであり、イオン液体は、好ましくは脂肪族4級アンモニウムイオンとフッ素系有機アニオンとの組み合わせである。
従来技術、競合技術の概要


イオン性物質でありながら常温で液体であるというイオン液体は、不揮発性、不燃性、及び比較的高いイオン伝導性を有することから、二次電池、燃料電池等の電気化学デバイス用の新たな電解質材料として注目されている。
電気化学デバイスにおいては、目的とする反応のために、特定のイオン伝導のみが要求され、そのイオン移動度の増大が必要となる。



例えば、リチウムイオン電池は、リチウム塩を溶解させた電解液において、リチウムイオン伝導を生じさせ、反応させるものであり、イオン液体は、不揮発性、不燃性の電解質として期待されている。
しかし、イオン液体にリチウムイオンを添加した場合、リチウムはそのイオン半径が小さいことから、リチウムイオンとアニオンとは強い静電的相互作用を示す。その結果、系の粘性が増大し、粘性抵抗によるイオン伝導の低下が起こり電気伝導度は低下する。このような現象もあり、イオン液体のリチウムイオン伝導度は、リチウムイオン電池の電解質用途には不十分であり、リチウムイオン電池においては、イオン液体のリチウムイオンの伝導性を向上させる方法の開発が望まれている。



また、燃料電池は、燃料極から空気極へ電解質を通してプロトンを伝導させ、反応させるものであり、イオン液体は、不揮発性であって熱安定性が高く、そして加湿する必要のない電解質として期待されている。
しかし、通常のイオン液体のプロトン伝導度は、燃料電池用途に要求されるレベルに達しておらず、従って、燃料電池においては、プロトン伝導度の高いイオン液体の開発が望まれている。



特許文献1には、物質透過性の担体からなり、空隙にイオン液体を有するカチオン伝導性またはプロトン伝導性膜が開示されている。当該膜の空隙には、有機イオン伝導性材料または無機イオン伝導性材料が存在していてもよいとされており、無機イオン伝導性材料としては無機酸化物も例示されている。しかし、無機イオン伝導性材料としては、スルホン酸等が志向されており、無機酸化物は単なる例示に過ぎず、無機イオン伝導性材料の具体的な態様及び具体的な作用についての記載はない。また、実施例は膜の製造例のみで、カチオン伝導性またはプロトン伝導性についての効果は不明である。
【特許文献1】
特表2004-515351号公報

産業上の利用分野


本発明は、イオン液体および無機酸化物粉体を含有するカチオン伝導媒体、並びにイオン液体中のカチオン伝導度向上に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
イオン液体および無機酸化物粉体を含有し、
当該無機酸化物粉体の表面電荷が電荷ゼロ点換算においてpH5~13であり、比表面積が0.3~50m2/gであって、
かつイオン液体の含有量が10~30体積%であることを特徴とする、カチオン伝導媒体。

【請求項2】
無機酸化物粉体が、酸化アルミニウム、酸化チタンおよび酸化ジルコニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項に記載のカチオン伝導媒体。

【請求項3】
イオン液体が、式(I)で表されるカチオンとフッ素系有機アニオンとの組み合わせである、請求項1又は2に記載のカチオン伝導媒体。
【化1】


(式中、R1~R4は、同一または異なって、それぞれ飽和脂肪族基を表すか、あるいは、R3およびR4は、結合する窒素原子と一緒になって脂肪族へテロ環を形成してもよい。ただし、R1~R4の炭素数の和は6以上である。)

【請求項4】
プロトンイオン伝導性又はリチウムイオン伝導性である請求項1~のいずれかに記載のカチオン伝導媒体。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 登録
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