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プロトン伝導体、プロトン伝導体の製造方法、及び燃料電池 外国出願あり

国内特許コード P150012407
整理番号 3651
掲載日 2015年10月16日
出願番号 特願2013-039574
公開番号 特開2014-116276
登録番号 特許第6139177号
出願日 平成25年2月28日(2013.2.28)
公開日 平成26年6月26日(2014.6.26)
登録日 平成29年5月12日(2017.5.12)
優先権データ
  • 特願2012-093175 (2012.4.16) JP
  • 特願2012-250557 (2012.11.14) JP
発明者
  • 板倉 智也
  • 伊藤 みほ
  • 北川 進
  • 堀毛 悟史
  • 梅山 大樹
  • 犬飼 宗弘
出願人
  • 株式会社デンソー
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 プロトン伝導体、プロトン伝導体の製造方法、及び燃料電池 外国出願あり
発明の概要 【課題】高温下でも使用できるプロトン伝導体、その製造方法、及び燃料電池を提供すること。
【解決手段】金属イオン、オキソアニオン、及びプロトン配位性分子を含み、前記オキソアニオン及び/又は前記プロトン配位性分子が、前記金属イオンに配位して配位高分子を形成していることを特徴とするプロトン伝導体。前記オキソアニオンは、単量体であることが好ましい。前記オキソアニオンとしては、例えば、リン酸イオン、リン酸水素イオン、及びリン酸ニ水素イオンから成る群から選ばれる1種以上が挙げられる。前記プロトン配位性分子としては、例えば、イミダゾール、トリアゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、及びこれらの誘導体から成る群から選ばれる1種以上が挙げられる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


現在、固体高分子型燃料電池システムの低コスト化、システムの簡素化の観点で、100℃以上の作動温度でかつ無加湿、あるいは低加湿な条件で作動する電解質材料が望まれている。一方、従来の固体高分子型燃料電池は、パーフルオロカーボンスルホン酸に代表されるような、水を媒介としてイオン伝導を行う電解質を備えている。そのため100℃以上、無加湿又は低加湿の作動条件では、十分なイオン伝導を発揮できない。



高温においても電解質に含有する水分の蒸発を抑制できるものとして、ゾルゲル多孔質ガラス(特許文献1参照)、リン酸塩ハイドロゲル(特許文献2参照)等が知られている。

産業上の利用分野


本発明は、プロトン伝導体、プロトン伝導体の製造方法、及び燃料電池に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
金属イオン、オキソアニオン、及びプロトン配位性分子を含み、
前記オキソアニオン及び/又は前記プロトン配位性分子が、前記金属イオンに配位して配位高分子を形成していることを特徴とするプロトン伝導体。

【請求項2】
前記オキソアニオンが単量体であることを特徴とする請求項1に記載のプロトン伝導体。

【請求項3】
前記オキソアニオンが、リン酸イオン、リン酸水素イオン、及びリン酸ニ水素イオンから成る群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載のプロトン伝導体。

【請求項4】
前記プロトン配位性分子が、イミダゾール、トリアゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、及びこれらの誘導体から成る群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載のプロトン伝導体。

【請求項5】
前記プロトン配位性分子が、一般式R-NH2で表される第一級アミン、一般式R1(R2)-NHで表される第二級アミン、一般式R1(R2)(R3)-Nで表される第三級アミン、炭素直鎖ジアミン、飽和環状アミン、及び飽和環状ジアミンから成る群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載のプロトン伝導体。
(R、R1、R2、R3は、それぞれ独立に、アルキル基、アリール基、脂環式炭化水素基、及び複素環基のうちのいずれかを示す。)

【請求項6】
前記金属イオンが、コバルトイオン、銅イオン、亜鉛イオン、及びガリウムイオンから成る群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載のプロトン伝導体。

【請求項7】
さらに、金属酸化物、有機ポリマー、及びアルカリ金属イオンから成る群から選ばれる1種以上である添加材料を含むことを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載のプロトン伝導体。

【請求項8】
前記金属酸化物が、SiO2、TiO2、Al2O3、WO3、MoO3、ZrO2、及びV2O5から成る群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項7に記載のプロトン伝導体。

【請求項9】
前記有機ポリマーが酸性官能基を有することを特徴とする請求項7又は8に記載のプロトン伝導体。

【請求項10】
前記酸性官能基が、カルボキシル基、スルホン酸基、及びホスホン酸基のいずれかであることを特徴とする請求項9に記載のプロトン伝導体。

【請求項11】
前記アルカリ金属イオンが、Li、Na、K、Rb、及びCsから成る群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項7~10のいずれか1項に記載のプロトン伝導体。

【請求項12】
前記金属イオンを含む金属化合物、前記オキソアニオン、及び前記プロトン配位性分子を200℃以下の温度において混合することを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載のプロトン伝導体の製造方法。

【請求項13】
前記金属イオンを含む金属化合物、前記オキソアニオン、前記プロトン配位性分子、及び前記添加材料を200℃以下の温度において混合することを特徴とする請求項7~11のいずれか1項に記載のプロトン伝導体の製造方法。

【請求項14】
請求項1~11のいずれか1項に記載のプロトン伝導体から成る電解質を有する燃料電池(7)。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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