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プロトン伝導体 コモンズ 外国出願あり

国内特許コード P110004978
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2006-531328
登録番号 特許第4967127号
出願日 平成17年7月4日(2005.7.4)
登録日 平成24年4月13日(2012.4.13)
国際出願番号 JP2005012311
国際公開番号 WO2006022081
国際出願日 平成17年7月4日(2005.7.4)
国際公開日 平成18年3月2日(2006.3.2)
優先権データ
  • 特願2004-246557 (2004.8.26) JP
発明者
  • 大山 俊幸
  • 友井 正男
出願人
  • 国立大学法人横浜国立大学
発明の名称 プロトン伝導体 コモンズ 外国出願あり
発明の概要 【課題】 この発明は、燃料電池等の電解質等として用いることのできるイオン性液体とポリマーとの相溶体であるプロトン伝導体を提供する。
【解決手段】 ブレンステッド塩基及びブレンステッド酸から成りプロトンを有するヘテロ原子を少なくとも一つ有する塩とポリマーとの相溶体であって、該ポリマーが下式(化1)
【化1】



(式中、Rは水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。)で表されるマレイミド化合物、ビニル化合物及びジビニル化合物を共重合して形成されたポリマーであることを特徴とするプロトン伝導体である。
【選択図】 なし
従来技術、競合技術の概要


固体高分子型燃料電池(PEFC)は電気自動車用電源や小形コジェネレーションシステム用電源として研究開発が活発にすすめられている。このPEFCの電解質膜として、一般的にはパーフルオロスルホン酸系のイオン交換膜が使用されており、電解質に要求されるプロトン伝導性及び燃料ガスと酸化剤ガスを分離する機能は十分に水を含んだ状態で発現する。
しかし、PEFCに使用されているガス拡散電極では水が過剰になるとフラッディングにより電極反応が阻害されるため、供給ガスの湿度管理が重要な技術になっている。また常圧運転で湿度管理を適正に行うためには、運転温度を80℃以上とすることは困難である。そのため運転温度が環境温度と近くなり、冷却するためのシステムが複雑となり、排熱温度が低いため有効利用が困難であるという問題がある。



これまでに高温用電解質膜として、耐熱性の高いエンジニアリングプラスチックをスルホン化したものが検討されているが、その多くは含水状態でプロトン伝導性を発現するため、乾燥した高温では使用できない。また、空気極近傍の酸化性雰囲気での劣化により、十分な信頼性の炭化水素系電解質膜は開発されていない。
このような問題を解決するために、イミダゾール等の塩基化合物から成るプロトン伝導性イオン性液体が開発されている(特許文献1、非特許文献1)。このタイプのイオン性液体は、プロトン伝導のために水を必要とせず、そのため100℃以上の無加湿状態で使用できるため、高出力の燃料電池等の電解質膜として可能性の有る材料である。更にイオン性液体を安定化するために、イオン性液体中でビニルモノマーを重合させて固定化する方法が提案されている(非特許文献2)。



【特許文献1】
WO 03/083981
【非特許文献1】
Chem. Comm. 2003, 938-939
【非特許文献2】
Electrochimica Acta 45 (2000) 1265-1270

産業上の利用分野


この発明は、プロトン伝導性電解質材料に関し、より詳細には、燃料電池等の電解質として用いることのできるプロトン伝導性電解質材料に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ブレンステッド塩基及びブレンステッド酸から成りプロトンを有するヘテロ原子を少なくとも一つ有する塩とポリマーとの相溶体であって、該ポリマーが下式(化1)
【化1】


(式中、Rは水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。)で表されるマレイミド化合物、ビニル化合物及びジビニル化合物を共重合して形成されたポリマーであることを特徴とするプロトン伝導体。

【請求項2】
前記ビニル化合物が、CH=CR(式中、Rは上記Rとして挙げた基を表し、Rは水素原子又は炭素数が1~4のアルキル基を表す。)で表されるビニル化合物、CH=CRCONR(式中、R及びRはそれぞれ上記Rとして挙げた基を表し、Rは上記Rとして挙げた基を表す。)で表されるアクリルアミド系やメタクリルアミド系のビニル化合物、又はCH=CR(式中、RはCN又はハロゲン原子を表し、Rは上記Rとして挙げた基を表す。)で表されるアクリロニトリルやハロゲン化ビニルであり、前記ジビニル化合物が、CH=CH-R-CH=CH(式中、Rは置換基を有していてもよいアルキレン基又はアリーレン基を表す。)で表されるジビニル化合物である請求項1に記載のプロトン伝導体。

【請求項3】
前記塩及び前記ポリマーを構成するモノマーを溶媒に溶解させ、その後共重合させることにより形成された請求項1又は2に記載のプロトン伝導体。

【請求項4】
請求項1~3のいずれか一項に記載のプロトン伝導体を電解質として用いた固体高分子型燃料電池。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 登録
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