JP2000516014A - 無機充填材含有膜および膜と電極のアセンブリおよびそれを利用した電気化学セル - Google Patents
無機充填材含有膜および膜と電極のアセンブリおよびそれを利用した電気化学セルInfo
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Abstract
Description
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. カチオン交換基を有するポリマーを含むカチオン交換膜であって、上記 ポリマー内に無機充填材が分散しておりそして上記膜の大部分において上記ポリ マーが実質的に金属触媒を含有していない膜。 2. 上記無機充填材が無機のプロトン伝導体である請求の範囲第1項の膜。 3. 上記無機のプロトン伝導体が粒子状の水和物および骨組状の水和物から 成る群から選択される請求の範囲第2項の膜。 4. 上記無機のプロトン伝導体が二酸化チタン、錫および水素モルデナイト 、ジルコニウムの酸化物および燐酸塩、およびそれらの混合物から成る群から選 択される請求の範囲第2項の膜。 5. 上記無機のプロトン伝導体が少なくとも約10-4S/cmの伝導率を示 す請求の範囲第2項の膜。 6. 上記無機充填材が上記膜の約2重量%から約30重量%を構成する請求 の範囲第1項の膜。 7. 上記無機充填材が上記膜の約5重量%から約25重量%を構成する請求 の範囲第1項の膜。 8. 上記ポリマーの上記カチオン交換基がスルホネート、カルボキシレート 、ホスホネート、イミド、スルホンイミドおよびスルホンアミドから成る群から 選択される請求の範囲第1項の膜。 9. 上記ポリマーが、スルホネートカチオン交換基を有していて高度にフッ 素置換されているポリマーである請求の範囲第1項の膜。 10. 上記ポリマーが、高度にフッ素置換されている炭素バックボーンを含 んでいて、式−(OCF2CFRf)a−OCF2CFR'fSO3X [式中、RfおよびR’fは、独立して、F、Clまたは炭素原子数が1から10 の完全フッ素置換アルキル基から選択され、a=0、1または2であり、そして Xは、H、アルカリ金属またはNH4である]で表される側鎖を有する請求の範 囲第9項の膜。 11. カチオン交換基を有するポリマーを含むカチオン交換膜であって、上 記ポリマー内に少なくとも約10-4S/cmの伝導率を示す無機のプロトン伝導 体が分散している膜。 12. カチオン交換基を有するポリマーのカチオン交換膜を含んでいてそれ の表面の少なくとも1つに電極が形成されている膜と電極のアセンブリであって 、上記膜の上記ポリマー内に少なくとも約10-4S/cmの伝導率を示す無機の プロトン伝導体が分散している膜と電極のアセンブリ。 13. 上記電極が、触媒活性を示す導電性粒子の層を含む請求の範囲第12 項の膜と電極のアセンブリ。 14. 上記ポリマーが上記膜の大部分において実質的に金属触媒を含有して いない請求の範囲第12項の膜と電極のアセンブリ。 15. カチオン交換基を有するポリマーのカチオン交換膜を含んでいてそれ の表面の少なくとも1つに電極が形成されている膜と電極のアセンブリであって 、上記電極が、触媒活性を示す導電性粒子とカチオン交換基を有する結合剤ポリ マーから作られた層を含んでいて、上記結合剤ポリマー内に無機充填材が分散し ている膜と電極のアセンブリ。 16. 上記膜の上記ポリマーが上記結合剤ポリマーと同じである請求の範囲 第15項の膜と電極のアセンブリ。 17. 上記膜の上記ポリマー内に無機充填材が分散している請求の 範囲第15項の膜と電極のアセンブリ。 18. 陽極区分室、陰極区分室、および上記陽極区分室と陰極区分室の間に 位置していて分離膜および電解質として働くカチオン交換膜を含む電気化学セル であって、上記カチオン交換膜が、カチオン交換基を有するポリマーを含んでい て、上記ポリマー内に、少なくとも約10-4S/cmの伝導率を示す無機のプロ トン伝導体が分散している電気化学セル。 19. 陽極が入っている陽極区分室、陰極が入っている陰極区分室、および 上記陽極区分室と陰極区分室の間に位置していて分離膜および電解質として働く 膜を含んでいて直接供給有機燃料で作動する燃料電池であって、上記膜が、カチ オン交換基を有するポリマーを含んでいてその中に無機充填材が分散している燃 料電池。 20. 上記無機充填材が無機のプロトン伝導体である請求の範囲第19項の 燃料電池。 21. 上記無機のプロトン伝導体が粒子状の水和物および骨組状の水和物か ら成る群から選択される請求の範囲第20項の燃料電池。 22. 上記無機のプロトン伝導体が二酸化チタン、錫および水素モルデナイ ト、ジルコニウムの酸化物および燐酸塩、およびそれらの混合物から成る群から 選択される請求の範囲第20項の燃料電池。 23. 上記無機のプロトン伝導体が少なくとも約10-4S/cmの伝導率を 示す請求の範囲第20項の燃料電池。 24. 上記膜の上記ポリマーが有する上記カチオン交換基がスルホネート、 カルボキシレート、ホスホネート、イミド、スルホンイミドおよびスルホンアミ ドから成る群から選択される請求の範囲第20項の燃 料電池。 25. 上記膜の上記ポリマーが、スルホネートカチオン交換基を有していて 高度にフッ素置換されているポリマーを含む請求の範囲第20項の燃料電池。 26. 上記膜の上記ポリマーが、高度にフッ素置換されている炭素バックボ ーンを含み、そして上記側鎖が、式−(OCF2CFRf)a−OCF2CFR'fS O3X[式中、RfおよびR’fは、独立して、F、Clまたは炭素原子数が1か ら10の完全フッ素置換アルキル基から選択され、a=0、1または2であり、 そしてXは、H、アルカリ金属またはNH4である]で表される請求の範囲第2 5項の燃料電池。 27. 上記陽極または上記陰極の少なくとも1つが、触媒活性を示す導電性 粒子の層で形成されていて、それが上記膜の表面に位置している請求の範囲第1 9項の燃料電池。 28. 該ポリマーが上記膜の大部分において実質的に金属触媒を含有してい ない請求の範囲第19項の燃料電池。 29. 上記有機燃料がメタノールである請求の範囲第19項の燃料電池。 30. 分散している無機充填材を含有するカチオン交換膜を製造する方法で あって、 カチオン交換基を有するポリマーの膜を成形し、そして 上記膜内に無機充填材をインサイチュー沈澱で分散させる、ことを含 む方法。 31. 上記無機充填材が二酸化チタンであり、そして上記膜内への上記分散 を、 式(RO)4Ti[式中、Rは炭素原子数が1から4のアルキル基で ある]で表される1種以上のチタンアルコキサイドを式R’OH[式中、R’は 炭素原子数が1から4のアルキル基である]で表される脂肪族アルコールに溶解 させた溶液に上記膜をこの膜が膨潤して膨張するに充分な温度で充分な時間浸漬 し、そして 該膜内の該チタンアルコキサイドに水による加水分解を受けさせるこ とで二酸化チタンを生じさせる、 ことで実施する請求の範囲第30項の方法。 32. 上記無機充填材が燐酸水素ジルコニウムであり、そして上記膜内への 上記分散を、 ジルコニウムのイオンが入っている水溶液に上記膜を上記溶液が上記 膜に浸透するに充分な温度で充分な時間浸漬し、 (PO4)3-イオンが入っている水溶液に上記膜をこの膜内に燐酸水 素ジルコニウムが生じるに充分な温度で充分な時間浸漬する、ことで実施する請 求の範囲第30項の方法。 33. 上記膜の上記ポリマーが有する上記カチオン交換基がスルホネート、 カルボキシレート、ホスホネート、イミド、スルホンイミドおよびスルホンアミ ドから成る群から選択される請求の範囲第30項の方法。 34. 上記膜の上記ポリマーが、スルホネートカチオン交換基を有していて 高度にフッ素置換されているポリマーを含む請求の範囲第30項の方法。 35. 上記膜の上記ポリマーが、高度にフッ素置換されている炭素バックボ ーンと式−(OCF2CFRf)a−OCF2CFR'fSO3X[式 中、RfおよびR’fは、独立して、F、Clまたは炭素原子数が1から10の完 全フッ素置換アルキル基から選択され、a=0、1または2であり、そしてXは 、H、アルカリ金属またはNH4である]で表される側鎖を含む請求の範囲第3 4項の方法。 36. 上記膜の大部分に金属触媒を実質的に含有させない請求の範囲第30 項の方法。
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