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イオン交換膜及び電池並びにその製造方法 UPDATE

国内特許コード P170013948
整理番号 (S2015-1988-N67)
掲載日 2017年3月29日
出願番号 特願2015-157669
公開番号 特開2017-037762
出願日 平成27年8月7日(2015.8.7)
公開日 平成29年2月16日(2017.2.16)
発明者
  • 有田 稔彦
  • 増原 陽人
  • 松井 淳
  • 志藤 慶治
出願人
  • 国立大学法人東北大学
  • 国立大学法人山形大学
発明の名称 イオン交換膜及び電池並びにその製造方法 UPDATE
発明の概要 【課題】本発明は、Nafion(登録商標)等の従来のイオン交換膜と比較して、大幅に低い酸性度を備えるイオン交換膜、及び該イオン交換膜を含む電池を提供することを目的とする。また、本発明は、イオン交換膜の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】無機粒子と、酸性官能基を有する第1モノマー単位を含む親水性の第1ブロックと第2モノマー単位を含む疎水性の第2ブロックとを含む、ブロックコポリマーとを含み、無機粒子は、その表面の少なくとも一部において、第1ブロックが無機粒子の表面上に第1被覆層を形成し、第2ブロックが第1被覆層上に第2被覆層を形成するように、ブロックコポリマーで被覆されている、有機無機複合粒子を複数含むことを特徴とする、イオン交換膜、及び該イオン交換膜を含む電池、並びに該イオン交換膜の製造方法。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


昨今、盛んに取り上げられるエネルギー問題と環境問題とは、地下資源の乏しい日本においてはより深刻な問題となっており、持続可能なクリーンエネルギーの開発が自動車分野等の様々な分野において盛んに行われている。



特に水素を利用してエネルギーを生み出す装置として燃料電池が知られている。燃料電池は、発電効率がガソリンエンジンやその他の発電技術と比較して高く、また、製造コストや安全面におけるメリットも大きい、魅力的な発電装置である。



燃料電池の中でも特に、固体高分子形燃料電池(PEFC)は、エネルギー密度が高い、低温でも作動する、小型化が可能であるといった利点から、燃料電池車用、家庭用コジェネレーション用、小型電源・携帯用電源用として、世界中から注目を集めている。燃料電池は、環境面に関しても、発電に使用する原料は水素ガスであり、排出物は水であるため、環境への悪影響が少ないため、非常にエコな発電装置であると言える。



現在、固体高分子形燃料電池の分野においては、パーフルオロカーボン材料を含むプロトン交換膜であるNafion(登録商標)が広く用いられている(例えば、特許文献1、2参照)。このようなパーフルオロカーボン系のプロトン交換膜は、高いプロトン伝導性に加えて、優れた耐久性や化学的安定性を備えている。

産業上の利用分野


本発明は、低い酸性度を備えるイオン交換膜、及び該イオン交換膜を含む電池、並びにその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
無機粒子と、
酸性官能基を有する第1モノマー単位を含む親水性の第1ブロックと第2モノマー単位を含む疎水性の第2ブロックとを含む、ブロックコポリマーと
を含み、
前記無機粒子は、その表面の少なくとも一部において、前記第1ブロックが前記無機粒子の表面上に第1被覆層を形成し、前記第2ブロックが前記第1被覆層上に第2被覆層を形成するように、前記ブロックコポリマーで被覆されている、
有機無機複合粒子
を複数含むことを特徴とする、イオン交換膜。

【請求項2】
隣接する前記有機無機複合粒子間において前記第1被覆層どうしが接触して、複数の前記第1被覆層からなる連続第1被覆層が形成されている、請求項1に記載のイオン交換膜。

【請求項3】
前記連続第1被覆層が前記イオン交換膜に亘って延びる、請求項2に記載のイオン交換膜。

【請求項4】
バインダーを更に含む、請求項1~3のいずれか一項に記載のイオン交換膜。

【請求項5】
前記酸性官能基は、カルボキシル基、ホスホン酸基、スルホン酸基、リン酸基、ホウ酸基、硝酸基からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1~4のいずれか一項に記載のイオン交換膜。

【請求項6】
前記無機粒子は、金属酸化物、金属窒化物、これらの焼結体(セラミックス)からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1~5のいずれか一項に記載のイオン交換膜。

【請求項7】
前記第1モノマーは、アクリル酸、メタクリル酸、ビニルホスホン酸、スチレンスルホン酸からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1~6のいずれか一項に記載のイオン交換膜。

【請求項8】
前記第2モノマーは、芳香族ビニル、オレフィン、ジエン、酢酸アルケニル、アルキル(メタ)アクリレート、アルキルアクリルアミド、及びこれらをフッ素置換した含フッ素モノマーからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1~7のいずれか一項に記載のイオン交換膜。

【請求項9】
プロトン伝導度が、1~1×10-6S/cmである、請求項1~8のいずれか一項に記載のイオン交換膜。

【請求項10】
請求項1~9のいずれか一項に記載のイオン交換膜を含むことを特徴とする、電池。

【請求項11】
請求項1~9のいずれか一項に記載のイオン交換膜を含むことを特徴とする、燃料電池。

【請求項12】
複数の前記有機無機複合粒子を集合させることを特徴とする、イオン交換膜の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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