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プロトン伝導体及びプロトン伝導体の製造方法 新技術説明会

国内特許コード P10A015483
掲載日 2010年6月4日
出願番号 特願2008-100251
公開番号 特開2009-252582
登録番号 特許第4932774号
出願日 平成20年4月8日(2008.4.8)
公開日 平成21年10月29日(2009.10.29)
登録日 平成24年2月24日(2012.2.24)
発明者
  • 福岡 宏
  • 窪田 雄之
出願人
  • 国立大学法人広島大学
発明の名称 プロトン伝導体及びプロトン伝導体の製造方法 新技術説明会
発明の概要 【課題】安価に製造可能で100~350℃の中温度領域で高いプロトン伝導度を有するプロトン伝導体を提供する。
【解決手段】本発明に係るプロトン伝導体は、一般式H(ここで、Mは金属、a,b,c,dは自然数)で示される非晶質又は非晶質を主体とする遷移金属リン酸水素塩を主成分とするプロトン伝導体であり、特に100~350℃の中温度領域で高いプロトン伝導度を示す。さらに水蒸気処理を行うことにより、バインダーを使用することなく粒界のないガラス状のプロトン伝導体で得ることが可能であり、このような粒界のないガラス状のプロトン伝導体は、更に高いプロトン伝導度を有する。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要


次世代エネルギー貯蔵システムとしての燃料電池の開発において、安定で高性能な電解質材料の開発が非常に大きな比重を占めている。既にこれまでに500℃以上の高温や、100℃以下の低温で高いプロトン伝導度を有する電解質材料が開発されている。100℃以下の温度で使用される電解質材料としては、固体高分子形燃料電池に使用されるフッ素樹脂系イオン交換膜がよく知られている。500℃以上の高温で使用される固体電解質としては、BaCe0.80.23-aのようなプロベスカイト型金属酸化物が500℃よりも高い温度で高いイオン伝導度を示す。しかしながら、最もエネルギー効率が高く、想定される使用環境に近い100~350℃の中温度領域で高いプロトン伝導度を示す固体電解質材料は、まだほとんどなく、現在高性能な固体電解質材料の開発が精力的に続けられている。



例えば100℃以上の乾燥雰囲気中においても高いプロトン伝導性を示すプロトン伝導性材料として、ホスホシリケートゲル又はシリカゲルにリン酸金属塩を添加したプロトン伝導性組成物(例えば特許文献1参照)、結晶性リン酸金属塩をメカニカルミリングにより処理して結晶性の一部を乱すと共にフリーのリン酸を生成させることによってプロトン伝導度を向上させたリン酸金属塩を主成分とするプロトン伝導性材料(例えば特許文献2参照)などのリン酸塩系の材料が開発されている。
【特許文献1】
特開2004-55181号公報
【特許文献2】
特許3916139号公報

産業上の利用分野


本発明は、燃料電池の電解質などに利用可能なプロトン伝導体に関し、特に100~350℃の中温度領域で高いプロトン伝導度を示すリン酸塩系のプロトン伝導体に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
一般式(1)で示される非晶質又は非晶質を主体とする遷移金属リン酸水素塩を主成分とするプロトン伝導体であり、
前記リン酸水素塩が、トリポリリン酸水素塩、ピロリン酸水素塩又は縮合リン酸水素塩であり、前記遷移金属が、ルテニウム又はクロムであることを特徴とするプロトン伝導体。
・・・(1)
(ここで、Mは金属、a,b,c,dは自然数)

【請求項2】
前記遷移金属に代え、前記遷移金属が、ルテニウムとクロム及び/又は鉄であることを特徴とする請求項に記載のプロトン伝導体。

【請求項3】
粒界のないガラス状の材料からなることを特徴とする請求項1又は請求項に記載のプロトン伝導体。

【請求項4】
請求項1又は請求項2に記載のプロトン伝導体の製造方法であって、
水と遷移金属原料とリン酸とを混合、加熱し、脱水、縮合反応により前記プロトン伝導体を得る製造工程を含み、
前記遷移金属原料は、遷移金属の硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩又はハロゲン化塩であり、
前記リン酸は、オルトリン酸、ピロリン酸又は縮合リン酸であり、
前記遷移金属とリンとの割合が、モル比で1:2~1:4であることを特徴とするプロトン伝導体の製造方法。

【請求項5】
請求項3に記載のプロトン伝導体の製造方法であって、
晶質又は非晶質を主体とする遷移金属リン酸水素塩を主成分とする材料を粉砕した後、粉砕物をバインダーを使用することなく成形し所定の形状を有する成形物を得る第一工程と、
前記成形物の形状を維持した状態で水分を加える第二工程と、
第二工程後の水分を含む成形物を乾燥させる第三工程と、
を含むことを特徴とするプロトン伝導体の製造方法。

【請求項6】
さらに前記第三工程の後、当該プロトン伝導体を使用する温度と同一又は略同一の温度で焼成する第四工程を含むことを特徴とする請求項に記載のプロトン伝導体の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2008100251thum.jpg
出願権利状態 登録


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