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プロトン伝導体および燃料電池 NEW 外国出願あり

国内特許コード P200016813
整理番号 5669
掲載日 2020年5月8日
出願番号 特願2017-039623
公開番号 特開2018-147628
出願日 平成29年3月2日(2017.3.2)
公開日 平成30年9月20日(2018.9.20)
発明者
  • 板倉 智也
  • 平松 秀彦
  • 北川 進
  • 堀毛 悟史
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 プロトン伝導体および燃料電池 NEW 外国出願あり
発明の概要 【課題】リン酸を含む構造体からなるプロトン伝導体において、イオン伝導性を向上させ、さらに構造の安定性を向上させる。
【解決手段】金属イオンと配位子が配位結合で連続的につながった配位高分子と、リン酸との複合体であり、リン酸は、金属イオンと配位結合しているリン酸と、金属イオンと配位結合していないリン酸とを含んでいる。金属イオンを構成する金属は、3価の遷移金属であることが望ましく、特にV、Cr、Mn、Feのいずれかが好適である。配位子は、金属イオンと配位結合する部分として、カルボシル基あるいはホスホン酸基を2以上有していることが望ましく、特にシュウ酸、アセチレンジカルボン酸、フマル酸、テレフタル酸、トリメシン酸、ピロメリット酸、1,4-ジカルボキシナフタレン、2,6-ジカルボキシナフタレンのいずれかが好適である。
【選択図】図2
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という条件で作動する燃料電池が望まれている。無加湿で燃料電池を作動させるためには、プロトン伝導体が重要な役割を果たす。リン酸は有望なプロトンキャリアであることから、リン酸を含むリン酸含有構造体がプロトン伝導体として好適であると考えられる。

リン酸含有構造体としては、リン酸と他の構成要素との化学結合で構造体を形成するもの(例えば、ホスホシリケートガラス、リン酸ガラス、金属リン酸塩)があるが、耐水性に課題があり、さらにイオン伝導性が低い。また、化学的に安定なマトリックス材にリン酸を導入することで、リン酸含有構造体を生成することが提案されている(例えば、非特許文献1、2)。このようなマトリックス材は、毛細管現象を利用できる細孔を有しており、プロトン伝導体の材料として有望である。

産業上の利用分野

本発明は、プロトン伝導体およびこれを用いた燃料電池に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
金属イオンと配位子が配位結合で連続的につながった配位高分子と、リン酸との複合体であり、
前記リン酸は、前記金属イオンと配位結合しているリン酸と、前記金属イオンと配位結合していないリン酸とを含んでいるプロトン伝導体。

【請求項2】
前記金属イオンを構成する金属は、3価の遷移金属である請求項1に記載のプロトン伝導体。

【請求項3】
前記金属イオンを構成する金属は、V、Cr、Mn、Feのいずれかである請求項2に記載のプロトン伝導体。

【請求項4】
前記配位子は、前記金属イオンと配位結合する部分として、カルボシル基あるいはホスホン酸基を2以上有している請求項1ないし3のいずれか1つに記載のプロトン伝導体。

【請求項5】
前記配位子は、シュウ酸、アセチレンジカルボン酸、フマル酸、テレフタル酸、トリメシン酸、ピロメリット酸、1,4-ジカルボキシナフタレン、2,6-ジカルボキシナフタレンのいずれかである請求項4に記載のプロトン伝導体。

【請求項6】
前記複合体は、前記金属イオンに対して4~5等量のリン酸を含んでいる請求項1ないし5のいずれか1つに記載のプロトン伝導体。

【請求項7】
請求項1ないし6のいずれか1つに記載のプロトン伝導体を電解質膜(130)として備える燃料電池。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2017039623thum.jpg
出願権利状態 公開
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