JP2002042832A - Electrochemical device and its manufacturing method - Google Patents

Electrochemical device and its manufacturing method

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JP2002042832A JP2000229658A JP2000229658A JP2002042832A JP 2002042832 A JP2002042832 A JP 2002042832A JP 2000229658 A JP2000229658 A JP 2000229658A JP 2000229658 A JP2000229658 A JP 2000229658A JP 2002042832 A JP2002042832 A JP 2002042832A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical device with lightened weight, simplified and miniaturized as a whole body by using fullerene derivative as a proton conductor to a fuel cell using gaseous hydrogen as a fuel and to provide its manufacturing method. SOLUTION: This electrochemical device is so constituted that the proton conductor part 1 composed of the fullerene derivative is disposed by sandwiched between a first electrode 2 which has a structure substantially not transmitting the hydrogen in its gaseous state, and a second electrode, in a frame comprising a housing outer frame 5a and a housing inner frame 5b, and the first electrode 2 is closely contacted with a partitioning plate 6. The gaseous hydrogen 12 introduced to the first electrode 2 side is thus fed from a feed port 7 to the first electrode 2 without being in contact with the proton transmission part, the hydrogen becomes a proton in the first electrode 2, moves to the second electrode 3, and is reacted with the air 13 introduced to the second electrode 3 side so as to generate power. This constitution can eliminate any necessity of applying gas non-permeability to a proton transmission part 1, and dispense with a humidifier, so as to thin the proton transmission part and to lighten, simplify, and miniaturize the device.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水素から電気エネ
ルギーを得るのに好適な電気化学デバイス及びその製造
方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrochemical device suitable for obtaining electric energy from hydrogen and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、水素は直接燃焼によって熱エネル
ギーを得たり、電気化学的な手法によって電気エネルギ
ーを得ることができる化学エネルギー源であり、特に後
者の手法はいわゆる燃料電池と呼ばれるシステムによっ
て実現される。
2. Description of the Related Art Conventionally, hydrogen has been a chemical energy source capable of obtaining thermal energy by direct combustion or obtaining electrical energy by an electrochemical method. The latter method is particularly realized by a so-called fuel cell system. Is done.

【0003】燃料電池は、水素ガスをプロトンと電子に
分ける電極と、酸素とプロトンと電子から水ができる電
極という2つの電極をもち、それらがある種のイオン伝
導体によって接続された構造を有している。イオン伝導
体には種々のものがあり、それらによって燃料電池はい
くつかのタイプに分けられる。
[0003] A fuel cell has two electrodes, an electrode for separating hydrogen gas into protons and electrons, and an electrode for generating water from oxygen, protons, and electrons, and has a structure in which they are connected by a certain ionic conductor. are doing. There are various types of ionic conductors, according to which fuel cells are divided into several types.

【0004】即ち、800℃〜1000℃程度の高温で
作動し、セラミックス酸素イオン伝導体を用いるSOF
C(固体電解質型燃料電池)、炭酸溶融塩を電解質とし
て用いるMCFC(溶融炭酸塩型燃料電池)、リン酸を
用いるPAFC(リン酸型燃料電池)、アルカリ水溶液
を用いるAFC(アルカリ燃料電池)、及び高分子固体
電解質を用いるPEFC(固体高分子型燃料電池)等で
ある。特に最後のPEFCは、作動温度が他のものより
比較的低い80℃であることなどから、電気自動車用電
源や家庭用電源といった用途で実用化するため盛んに研
究開発が行われている。
That is, an SOF operating at a high temperature of about 800 ° C. to 1000 ° C. and using a ceramic oxygen ion conductor
C (solid electrolyte fuel cell), MCFC (molten carbonate fuel cell) using molten carbonate as electrolyte, PAFC (phosphoric acid fuel cell) using phosphoric acid, AFC (alkali fuel cell) using alkaline aqueous solution, And a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) using a polymer solid electrolyte. Particularly, the last PEFC has been actively researched and developed to be put to practical use in electric power sources for electric vehicles and home power sources because its operating temperature is 80 ° C., which is relatively lower than that of others.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料電池の
概念は非常に古くから知られていたにも関わらず、現在
に至っても実用化されたものは非常に少なく、大型発電
用のテストプラントや研究開発用のシステム、あるいは
宇宙開発用や軍事用などの特殊用途に限られている。
Although the concept of a fuel cell has been known for a long time, very few fuel cells have been put to practical use at the present time. It is limited to research and development systems or special applications such as space exploration and military use.

【0006】この原因は、上記した種々のイオン伝導体
が多くの問題点を持っているからである。SOFCやM
CFCが持つ問題点として、その作動温度が高いため大
型装置としての使用に限られたり、耐熱、腐蝕などに耐
える材料を用いなくてはならないため、非常にコストが
高くなる等が挙げられる。
This is because the various ionic conductors described above have many problems. SOFC and M
The problems with CFCs include that the operating temperature is high, so that it is limited to use as a large-sized device, and that a material that is resistant to heat, corrosion, and the like must be used, resulting in a very high cost.

【0007】また、MCFCやPAFC、AFCなどは
伝導体が液体(液状)であるため、漏洩防止などの技術
が必要であり、水素や酸素のガスを透過する電極を用い
ていることとの両立の問題が大きい。
[0007] In addition, since the conductor of MCFC, PAFC, AFC, etc. is a liquid (liquid), a technique for preventing leakage is required, and it is compatible with the use of an electrode permeable to hydrogen or oxygen gas. Is a big problem.

【0008】これらの中ではPEFCは非常に優れたも
のであり、作動温度も低く固体状のイオン電解質を用い
るため、事実上液漏れなどの心配もない。しかしなが
ら、PEFCに用いる代表的な材料である、Dupon
t社のNafion(R)を始めとして材料のコストが
非常に高いという問題がある。
[0008] Among these, PEFC is very excellent, and since the operating temperature is low and a solid ionic electrolyte is used, there is virtually no fear of liquid leakage or the like. However, Dupont, a typical material used for PEFC,
There is a problem that the material cost is very high, including Nafion (R) of Company t.

【0009】また、固体電解質とはいうものの、実際に
は十分に水蒸気を含ませて加湿した状態でないと十分な
イオン伝導性を示さないという性質があるため、加湿装
置や水の循環システム、それらのコントロール部などが
必要となり、更に膜厚を厚くしてガスの透過を防いでい
るためシステム全体は大きく、かつコストもかかる。
Further, although it is a solid electrolyte, it has a property of not exhibiting sufficient ionic conductivity unless it is in a humidified state with sufficient water vapor contained therein. Since the control section is required, and the film thickness is further increased to prevent gas permeation, the entire system is large and costly.

【0010】また室温での作動も不可能ではないが、十
分なパフォーマンスは得られず、80℃程度に加熱して
やる必要がある。これは十分な加湿を行うためでもあ
る。そのため、スタートアップに数時間を要する場合も
多い。
[0010] Although operation at room temperature is not impossible, sufficient performance cannot be obtained, and it is necessary to heat to about 80 ° C. This is also for sufficient humidification. As a result, startups often take several hours.

【0011】[0011]

【発明に至る経過】このような中、これまでに本発明者
らはこのような固体高分子電解質のもつ問題点を解決
し、燃料電池をより実用的なものにすることができる新
しいプロトン伝導体を見出しており、それを用いた燃料
電池について特願平11−20438号:平成12年7
月19日出願及び特願2000−058116号:平成
12年3月3日出願(以下、先願と称する。)により提
案している。
Under such circumstances, the present inventors have solved a problem of such a solid polymer electrolyte, and have developed a new proton conductor which can make a fuel cell more practical. And Japanese Patent Application No. 11-20438 for a fuel cell using the same.
Filed on March 19, and Japanese Patent Application No. 2000-058116, which has been proposed by filing on March 3, 2000 (hereinafter, referred to as a prior application).

【0012】先願のプロトン伝導体は、フラーレンと呼
ばれる籠状の構造をもった炭素材料に複数のプロトン解
離性置換基を導入し、それらを凝集させることによって
その中をプロトンが単独で移動する、すなわち加湿等の
処理を行わなくともプロトンが移動できる材料である。
The proton conductor of the prior application introduces a plurality of proton dissociable substituents into a carbon material having a cage-like structure called fullerene, and the protons move alone in the carbon material by aggregating them. That is, it is a material to which protons can move without performing a treatment such as humidification.

【0013】ただし、このようにプロトン伝導体自体は
非常に優れた発明であるが、それを用いたデバイスにつ
いては旧来の燃料電池を用いているために、燃料電池の
もつ本質的な問題点については未だ解決していない次の
1〜3のような部分も多い。
[0013] However, although the proton conductor itself is a very excellent invention as described above, since a device using the proton conductor uses a conventional fuel cell, the essential problems of the fuel cell are considered. There are many parts that have not yet been resolved, such as the following 1-3.

【0014】即ち、 1.燃料電池が水素ガスなどのガスを反応物質としてい
るために、空孔率が高く比較的厚いガス電極を用いる必
要があり、かつ反応電極にはガス、電子伝導体(即ち集
電体)及びイオン(プロトン)伝導体の3相が一体とな
る3相界面を作らねばならず、燃料電池の製造方法を複
雑なものにしている。 2.水素ガスは非常に小さな隙間でも透過していく性質
があるため、水素側の電極と酸素側の電極の間にある固
体電解質には高いガス非透過性が求められる。 3.ガス、あるいは加湿のための水分が外部から直接電
解質へと侵入する形態になっているため、ガスや水分が
他のガスや塵芥、イオンなどで汚染されている場合、そ
れらも一緒に電解質へと侵入することになり、電解質の
性能を急激に劣化させる原因となりうる。
That is, 1. Since the fuel cell uses a gas such as hydrogen gas as a reactant, it is necessary to use a relatively thick gas electrode having a high porosity and a gas, an electron conductor (that is, a current collector) and an ion A three-phase interface must be created in which the three phases of the (proton) conductor are integrated, which complicates the manufacturing method of the fuel cell. 2. Since hydrogen gas has the property of permeating even a very small gap, a solid electrolyte between the hydrogen-side electrode and the oxygen-side electrode is required to have high gas non-permeability. 3. Since the gas or moisture for humidification enters the electrolyte directly from the outside, if the gas or moisture is contaminated with other gases, dust, ions, etc., they are also transferred to the electrolyte together. This may cause penetration, which may cause rapid deterioration of the performance of the electrolyte.

【0015】そこで本発明の目的は、上記の事情に鑑
み、先願の特長を保持しつつ、フラーレン誘導体を用い
て、更に改善された電気化学デバイス及びその製造方法
を提供することにある。
In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a further improved electrochemical device using a fullerene derivative while maintaining the features of the prior application, and a method of manufacturing the same.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、水素が
電子とプロトンへ解離する第1電極と、還元種が電子と
プロトンを受取って酸化種へと変化する第2電極とを有
し、前記第1電極と前記第2電極との間にプロトン伝導
体が存在し、前記第1電極が、少なくとも水素をガス状
態で実質的に透過しない構造となっていることを特徴と
する、電気化学デバイス(以下、本発明の第1の電気化
学デバイスと称する。)に係るものである。
That is, the present invention has a first electrode in which hydrogen dissociates into electrons and protons, and a second electrode in which reducing species receive electrons and protons and change to oxidizing species. Wherein a proton conductor is present between the first electrode and the second electrode, and the first electrode has a structure that does not substantially transmit at least hydrogen in a gaseous state. The present invention relates to a chemical device (hereinafter, referred to as a first electrochemical device of the present invention).

【0017】本発明の第1の電気化学デバイスによれ
ば、第1電極が少なくとも水素をガス状態で実質的に透
過しない構造となっているので、プロトン伝導体である
固体電解質に直接水素が接触することがない。従って、
プロトン伝導体にガス不透過性を付与する必要がないた
め、プロトン伝導体の膜質に対する物理的制約が緩和さ
れて薄膜化が可能になり、より高負荷での発電が可能と
なる。しかも、先願と同様のプロトン伝導体を使用する
ことにより、加湿なしでプロトン伝導性があるため加湿
装置が必要でなく、先願のメリットを保持しつつ、デバ
イス全体を軽量化すると共に、構造を簡素化し更に小型
化することができる。
According to the first electrochemical device of the present invention, since the first electrode has a structure that does not substantially transmit at least hydrogen in a gaseous state, hydrogen directly contacts the solid electrolyte which is a proton conductor. Never do. Therefore,
Since it is not necessary to impart gas impermeability to the proton conductor, physical restrictions on the film quality of the proton conductor are relaxed, the film thickness can be reduced, and power generation with a higher load can be performed. In addition, by using the same proton conductor as in the prior application, there is no need for a humidifier because of the proton conductivity without humidification. Can be simplified and further miniaturized.

【0018】また、本発明は、水素が電子とプロトンへ
解離する第1電極と、還元種が電子とプロトンを受取っ
て酸化種へと変化する第2電極とを有し、前記第1電極
と前記第2電極との間にプロトン伝導体が存在し、前記
第1電極とは反対側の面、或いは前記第1電極と前記第
2電極との間に、少なくとも水素をガス状態で実質的に
透過しない構造を有する遮断層が設けられていることを
特徴とする、電気化学デバイス(以下、本発明の第2の
電気化学デバイスと称する。)に係るものである。な
お、この本発明の第2の電気化学デバイスの前記遮断層
は、前記した本発明の第1の電気化学デバイスに付加す
ることもできる。
Further, the present invention has a first electrode in which hydrogen dissociates into electrons and protons, and a second electrode in which reducing species receives electrons and protons and changes to oxidizing species, and the first electrode has A proton conductor is present between the second electrode and the surface opposite to the first electrode, or at least between the first electrode and the second electrode. The present invention relates to an electrochemical device (hereinafter, referred to as a second electrochemical device of the present invention), which is provided with a barrier layer having a structure that does not transmit light. The barrier layer of the second electrochemical device of the present invention can be added to the above-mentioned first electrochemical device of the present invention.

【0019】本発明の第2の電気化学デバイスによれ
ば、第1電極とは反対側の面、或いは第1電極と第2電
極との間に、少なくとも水素をガス状態で実質的に透過
しない構造の遮断層が設けられているので、プロトン伝
導体である固体電解質に直接水素が接触することがない
ため、上記した第1の電気化学デバイスとほぼ同様の性
能及び効果を有するほか、第1電極をより薄層化しても
差支えなく、この分だけ膜厚を小さくすることができ
る。
According to the second electrochemical device of the present invention, at least hydrogen does not substantially permeate in a gaseous state on the surface opposite to the first electrode or between the first electrode and the second electrode. Since the blocking layer having the structure is provided, hydrogen does not come into direct contact with the solid electrolyte which is a proton conductor, so that it has almost the same performance and effect as the first electrochemical device described above, The electrode can be made thinner, and the thickness can be reduced accordingly.

【0020】また本発明は、水素が電子とプロトンへ解
離する第1電極と、還元種が電子とプロトンを受取って
酸化種へ変化する第2電極とを有し、前記第1電極と前
記第2電極との間にプロトン伝導体が存在する電気化学
デバイスを製造するに際し、水素ガス供給口を有するハ
ウジング部材の前記水素ガス供給口側、或いは前記第1
電極と前記第2電極との間に、少なくとも水素をガス状
態で実質的に透過しない構造を有する前記第1電極又は
遮断層を形成する工程と、前記プロトン伝導体を前記第
1電極上に、又は前記遮断層上に設けた前記第1電極上
に形成する工程と、前記プロトン伝導体層上に前記第2
電極を形成する工程とを有することを特徴とする、電気
化学デバイスの製造方法(以下、本発明の製造方法と称
する。)に係るものである。
Further, the present invention has a first electrode in which hydrogen dissociates into electrons and protons, and a second electrode in which the reducing species receives electrons and protons and changes to oxidizing species, and the first electrode and the second electrode When manufacturing an electrochemical device in which a proton conductor exists between two electrodes, the hydrogen gas supply port side of a housing member having a hydrogen gas supply port, or the first electrode.
Forming between the electrode and the second electrode the first electrode or a blocking layer having a structure that does not substantially transmit at least hydrogen in a gaseous state; and forming the proton conductor on the first electrode, Or forming on the first electrode provided on the blocking layer, and forming the second electrode on the proton conductor layer.
And a method of manufacturing an electrochemical device (hereinafter, referred to as a manufacturing method of the present invention).

【0021】本発明の製造方法によれば、上記した本発
明の第1及び第2の電気化学デバイス構造を形成する工
程を有するので、各部の機能を損うことなく製造が可能
な、再現性の良い製造方法を提供することができる。
According to the manufacturing method of the present invention, since the method includes the steps of forming the above-described first and second electrochemical device structures of the present invention, reproducibility can be achieved without impairing the function of each part. Can be provided.

【0022】ここにおいて、上記構成における電気化学
デバイスの起電力はガス透過率と密接な関係があり、後
述するようにガス透過率が10%以上となると起電圧は
端子開放状態で0.8V以下となり、デバイス性能にと
って不都合であることから、第2電極上の水素分圧を1
0%以内に抑えて起電圧を0.8V以上とすることが望
ましい。このことから、上記の「水素をガス状態で実質
的に透過しない構造」とは、第1電極から第2電極へ水
素が透過したとしてもそのガス透過率を10%以下にす
る、という概念である。
Here, the electromotive force of the electrochemical device having the above configuration is closely related to the gas permeability. As will be described later, when the gas permeability becomes 10% or more, the electromotive voltage becomes 0.8 V or less when the terminals are open. Since this is inconvenient for device performance, the hydrogen partial pressure on the second electrode is set to 1
It is desirable that the electromotive voltage be 0.8 V or higher while being suppressed to within 0%. From this, the above “structure that does not substantially transmit hydrogen in a gaseous state” is a concept that, even if hydrogen is transmitted from the first electrode to the second electrode, the gas permeability is set to 10% or less. is there.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を説明するが、
以下の説明において、第1又は第2の電気化学デバイス
とことわり書きのない場合は、上記した両発明並びに製
造方法に共通する事柄を示すものとする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments will be described below.
In the following description, if there is no description of the first or second electrochemical device, the matters common to both the inventions and the manufacturing method described above are shown.

【0024】第1の電気化学デバイスは、前記第1電極
を、水素及び水蒸気をガス状態で前記プロトン伝導体側
へ実質的に透過しない物質で構成するのが望ましい。
In the first electrochemical device, it is preferable that the first electrode is made of a substance that does not substantially transmit hydrogen and water vapor in a gaseous state to the proton conductor side.

【0025】また、第2の電気化学デバイスは、前記第
1電極の前記プロトン伝導体とは反対側の面、或いは前
記第1電極と前記第2電極との間に、少なくとも水素を
ガス状態で実質的に透過しない構造を有する遮断層を設
けるのが望ましい。なお、この遮断層を上記した第1の
電気化学デバイスに設けることもできる。
In the second electrochemical device, at least hydrogen is supplied in a gaseous state between a surface of the first electrode opposite to the proton conductor or between the first electrode and the second electrode. It is desirable to provide a barrier layer having a structure that is substantially impermeable. In addition, this barrier layer can be provided in the above-mentioned first electrochemical device.

【0026】この場合、前記第1電極及び前記遮断層
が、前記第2電極側での水素分圧が10%以下となるよ
うな水素ガス透過防止能を有するのが望ましい。
In this case, it is desirable that the first electrode and the blocking layer have a hydrogen gas permeation preventing ability such that the hydrogen partial pressure on the second electrode side is 10% or less.

【0027】即ち、このエネルギーデバイスの起電力
は、第2電極付近の水素分圧に非常に大きく影響をうけ
る。水素が第2電極へ侵入する場合は、この水素が第2
電極上で酸素と反応して見かけの酸素分圧を低下させた
り、あるいは第2電極上で水素の反応が生じるため、第
2電極はいわゆる混成電位を示すこととなり、デバイス
の起電力はその分低下することになる。
That is, the electromotive force of this energy device is greatly affected by the hydrogen partial pressure near the second electrode. When hydrogen enters the second electrode, the hydrogen
The reaction with oxygen on the electrode lowers the apparent oxygen partial pressure, or the reaction of hydrogen on the second electrode causes the second electrode to exhibit a so-called hybrid potential, and the electromotive force of the device is reduced by that much. Will decrease.

【0028】デバイスの起電力は、ネルンストの式によ
り表されるが、上記の混成電位の発生等の効果を定式化
することは必ずしも容易ではない。しかしながら、大凡
の電圧についてわれわれはネルンストの定理等を活用し
て推測することができる。
Although the electromotive force of a device is expressed by the Nernst equation, it is not always easy to formulate the effects such as the generation of the above-mentioned mixed potential. However, we can estimate the approximate voltage by utilizing Nernst's theorem and the like.

【0029】つまり、このデバイスの開放状態での起電
圧が0.8Vを下回るようであると事実上多くの目的に
とって使用は困難となってくる。したがって、起電力
(圧)が0.8Vとなる時の第2電極上の水素分圧を算
出すると、大凡10%程度となる。よって、ガスの透過
率としては10%以内が条件となる。
That is, if the electromotive voltage in the open state of this device is lower than 0.8 V, it becomes practically difficult to use it for many purposes. Therefore, when the hydrogen partial pressure on the second electrode when the electromotive force (pressure) becomes 0.8 V is calculated, it is about 10%. Therefore, the gas transmittance must be within 10%.

【0030】ただし、更に電圧が1V以上となる3%以
下が好ましいし、より好ましくは1%以下である。
However, the voltage is preferably 3% or less at which the voltage becomes 1 V or more, and more preferably 1% or less.

【0031】そして前記第1電極及び前記遮断層を、水
素を原子状或いはプロトンとして吸収可能な物質で構成
するのが望ましい。
It is desirable that the first electrode and the blocking layer are made of a substance capable of absorbing hydrogen as atoms or protons.

【0032】更に、前記第1電極及び前記遮断層を、水
素吸蔵金属或いは水素吸蔵合金またはこれを含む物質で
構成するのが望ましい。
Further, it is preferable that the first electrode and the blocking layer are made of a hydrogen storage metal, a hydrogen storage alloy, or a substance containing the same.

【0033】そして、本発明は、前記プロトン伝導体
が、フラーレン分子を構成する炭素原子にプロトン解離
性の基を導入してなるフラーレン誘導体を主成分として
含ませるのが望ましい。
In the present invention, the proton conductor desirably contains, as a main component, a fullerene derivative obtained by introducing a proton-dissociable group into a carbon atom constituting a fullerene molecule.

【0034】ここにおいて、「プロトン解離性の基」と
は、電離によりプロトンが離脱し得る基、を意味する概
念である。
Here, the term "proton dissociable group" is a concept meaning a group from which a proton can be eliminated by ionization.

【0035】更に、前記第1電極側がハウジング部材で
覆われ、このハウジング部材に、前記第1電極側へ水素
ガスを供給する水素ガス供給口を設けるのが望ましい。
Further, it is desirable that the first electrode side is covered with a housing member, and the housing member is provided with a hydrogen gas supply port for supplying hydrogen gas to the first electrode side.

【0036】これにより燃料電池として構成することが
できると共に、空気電池として構成することができる。
Thus, the fuel cell can be configured as a fuel cell and can be configured as an air cell.

【0037】以下、本発明の実施の形態を更に具体的に
説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described more specifically.

【0038】本実施の形態において、プロトン解離性の
基の導入対象となる母体としてのフラーレン分子は、球
状クラスター分子であれば特に限定しないが、通常はC
36、C60(図6(A)参照)、C70(図6(B)参
照)、C76、C78、C80、C82、C84などから選ばれる
フラーレン分子の単体、もしくはこれらの2種以上の混
合物が好ましく用いられる。
In the present embodiment, the parent fullerene molecule into which the proton-dissociative group is introduced is not particularly limited as long as it is a spherical cluster molecule.
36, C60 (see FIG. 6 (A)), C70 (see FIG. 6 (B)), C76, C78, C80, C82, C84, etc., or a mixture of two or more of these fullerene molecules is preferable. Used.

【0039】これらのフラーレン分子は、1985年に
炭素のレーザアブレーションによるクラスタービームの
質量分析スペクトル中に発見された(Kroto, H.W.; Hea
th,J.R.; O'Brien, S.C.; Curl, R. F.; Smalley, R.
E. Nature 1985.318,162.)。実際にその製造方法が確立
されるのは更に5 年後のことで、1990年に炭素電極
のアーク放電法による製造法が見出され、それ以来、フ
ラーレンは炭素系半導体材料等として注目されてきた。
These fullerene molecules were discovered in 1985 in the mass spectrometry spectrum of a cluster beam by laser ablation of carbon (Kroto, HW; Hea
th, JR; O'Brien, SC; Curl, RF; Smalley, R.
E. Nature 1985.318,162.). It is only five years later that the manufacturing method is actually established. In 1990, a manufacturing method of a carbon electrode by an arc discharge method was discovered, and since then fullerene has been attracting attention as a carbon-based semiconductor material. Was.

【0040】本発明者はこのフラーレン分子の誘導体に
つき、そのプロトン伝導性を種々検討した結果、フラー
レンの構成炭素原子に水酸基を導入して得られるポリ水
酸化フラーレンは、乾燥状態でも、常温域を挟む広い温
度範囲、即ち、水の凝固点や、沸点を超えた温度範囲
(少なくとも160℃〜−40℃)で高いプロトン伝導
性を示すことを見出すことができた。そして、このプロ
トン伝導性は水酸基に替えて硫酸水素エステル基をフラ
ーレンの構成炭素原子に導入したときに、より顕著にな
ることが知見できた。
The present inventor has conducted various studies on the proton conductivity of this fullerene molecule derivative. As a result, the polyhydroxylated fullerene obtained by introducing a hydroxyl group into a carbon atom constituting the fullerene molecule can be used at room temperature even in a dry state. It was found that the polymer exhibits high proton conductivity in a wide temperature range, that is, in the freezing point of water and in a temperature range exceeding the boiling point (at least 160 ° C. to −40 ° C.). Then, it was found that this proton conductivity becomes more remarkable when a hydrogen sulfate ester group is introduced into a carbon atom constituting fullerene instead of a hydroxyl group.

【0041】さらに詳述すると、ポリ水酸化フラーレン
は、図4に示す如く、フラーレンに複数の水酸基を付加
した構造を持ったものの総称であり、通称「フラレノー
ル(Fullerenol)」と呼ばれている。当然の事ながら、
水酸基の数やその分子内配置などには幾つかのバリエー
ションも可能である。フラレノールは1992年にChia
ngらによって最初に合成例が報告された(Chiang, L.
Y.;Swirczewski,J.w.;Hsu, C.S.; Chowdhury, S.K.; Ca
meron, S.; Creegan, K.J. Chem. Soc, Chem. Commun.1
992,1791) 。以来、一定量以上の水酸基を導入したフラ
レノールは、特に水溶性である特徴が注目され、主にバ
イオ関連の技術分野で研究されてきた。
More specifically, as shown in FIG. 4, polyhydroxylated fullerene is a general term for a substance having a structure in which a plurality of hydroxyl groups are added to fullerene, and is generally called "fullerenol". Naturally,
Some variations are possible for the number of hydroxyl groups and the arrangement in the molecule. Fullerenol was Chia in 1992
ng et al. first reported a synthetic example (Chiang, L.
Y.; Swirczewski, Jw; Hsu, CS; Chowdhury, SK; Ca
meron, S .; Creegan, KJ Chem. Soc, Chem. Commun. 1
992,1791). Since then, fullerenol, in which a certain amount or more of hydroxyl groups have been introduced, has been particularly noted for its water-soluble properties, and has been studied mainly in the field of biotechnology.

【0042】本発明者は、そうしたフラレノールを図5
(A)に概略図示するように凝集体とし、近接し合った
フラレノール分子(図中、○はフラーレン分子を示
す。)の水酸基同士に相互作用が生じるようにしたとこ
ろ、この凝集体はマクロな集合体として高いプロトン伝
導特性(換言すれば、フラレノール分子のフェノール性
水酸基からのH+ の解離性)を発揮することを初めて知
見することができた。
The present inventor has shown such fullerenol in FIG.
As shown schematically in (A), an aggregate is formed, and an interaction is caused between hydroxyl groups of adjacent fullerenol molecules (in the figure, は indicates a fullerene molecule). It has been found for the first time that the aggregate exhibits high proton conductivity (in other words, dissociation of H + from the phenolic hydroxyl group of the fullerenol molecule).

【0043】本発明の目的はフラレノール以外にたとえ
ば複数の−OSO3H基をもつフラーレンの凝集体をプ
ロトン伝導体として用いることによっても達成される。
OH基がOSO3H基と置き換わった図5(B)に示す
ようなポリ水酸化フラーレン、すなわち硫酸水素エステ
ル化フラレノールは、やはりChiangらによって1994
年に報告されている(Chiang. L. Y.; Wang, L.Y.; Swi
rczewski, J.W.; Soled, S.; Cameron, S.J. Org. Che
m. 1994,59,3960) 。硫酸水素エステル化されたフラー
レンには、一つの分子内にOSO3H基のみを含むもの
もあるし、あるいはこの基と水酸基をそれぞれ複数、も
たせることも可能である。
The object of the present invention can also be achieved by using, for example, a fullerene aggregate having a plurality of —OSO 3 H groups as a proton conductor in addition to fullerenol.
Polyhydroxy fullerenes as shown in FIG. 5 (B), in which the OH groups have been replaced by OSO 3 H groups, ie, hydrogen sulfated esterified fullerenol, are also disclosed by Chiang et al. In 1994.
(Chiang. LY; Wang, LY; Swi
rczewski, JW; Soled, S .; Cameron, SJ Org. Che
m. 1994,59,3960). Some hydrogen sulfate-esterified fullerenes contain only an OSO 3 H group in one molecule, or a plurality of this group and a plurality of hydroxyl groups can be provided.

【0044】上述したフラーレン誘導体を多数凝集させ
た時、それがバルクとして示すプロトン伝導性は、分子
内に元々含まれる大量の水酸基やOSO3H基に由来す
るプロトンが移動に直接関わるため、雰囲気から水蒸気
分子などを起源とする水素、プロトンを取り込む必要は
なく、また、外部からの水分の補給、とりわけ外気より
水分等を吸収する必要もなく、雰囲気に対する制約はな
い。また、これらの誘導体分子の基体となっているフラ
ーレンはとくに求電子性の性質を持ち、このことが酸性
度の高いOSO3H基のみならず、水酸基等においても
水素イオンの電離の促進に大きく寄与してると考えられ
る。これが、本発明に用いるプロトン伝導体が優れたプ
ロトン伝導性を示す理由の一つである。
When a large number of the fullerene derivatives described above are aggregated, the proton conductivity of the aggregates as a bulk is determined by the fact that a large amount of protons originally contained in the molecule and originating from the OSO 3 H group are directly involved in the transfer. There is no need to take in hydrogen and protons originating from water vapor molecules and the like, and there is no need to replenish moisture from the outside, in particular, to absorb moisture from outside air, and there is no restriction on the atmosphere. In addition, fullerene, which is a substrate of these derivative molecules, has an electrophilic property, which is a significant factor in promoting ionization of hydrogen ions not only in highly acidic OSO 3 H groups but also in hydroxyl groups and the like. It is considered to have contributed. This is one of the reasons why the proton conductor used in the present invention exhibits excellent proton conductivity.

【0045】さらに、一つのフラーレン分子中にかなり
多くの水酸基およびOSO3H基等を導入することがで
きるため、伝導の関与するプロトンの伝導体体積あたり
の数密度が非常に多くなる。これが、このプロトン伝導
体が実効的な伝導率を発揮するもう一つの理由である。
Furthermore, since a large number of hydroxyl groups and OSO 3 H groups can be introduced into one fullerene molecule, the number density of protons involved in conduction per conductor volume becomes very large. This is another reason why the proton conductor exhibits an effective conductivity.

【0046】このプロトン伝導体は、その殆どがフラー
レンの炭素原子で構成されているため、重量が軽く、変
質もし難く、また汚染物質も含まれていない。フラーレ
ンの製造コストも急激に低下しつつある。更に、資源
的、環境的、経済的にみてフラーレンは他のどの材料に
もまして、理想に近い炭素系材料であると考えられる。
Since most of the proton conductor is composed of carbon atoms of fullerene, it is light in weight, hardly deteriorates, and contains no contaminants. The production cost of fullerenes is also rapidly decreasing. In addition, fullerene is considered to be a near ideal carbon-based material over all other materials in terms of resources, environment and economy.

【0047】更に本発明者の研究によれば、プロトン解
離性の基は、前述した水酸基やOSO3H基に限定する
必要はないのである。
Further, according to the study of the present inventors, the proton dissociable group does not need to be limited to the above-mentioned hydroxyl group or OSO 3 H group.

【0048】即ち、この解離性の基は式−XHで表わさ
れ、Xは2価の結合手を有する任意の原子もしくは原子
団であればよい。更には、この基は式−OH又は−YO
Hで表わされ、Yは2価の結合手を有する任意の原子も
しくは原子団であればよい。
That is, this dissociable group is represented by the formula -XH, and X may be any atom or atomic group having a divalent bond. Furthermore, this group has the formula -OH or -YO
It is represented by H, and Y may be any atom or atomic group having a divalent bond.

【0049】具体的には、前記プロトン解離性の基とし
ては、前記−OH、−OSO3H以外に−COOH、−
SO3H、−OPO(OH)2のいずれかが好ましい。
[0049] Specifically, examples of the proton dissociative group, the -OH, -COOH besides -OSO 3 H, -
Either SO 3 H or —OPO (OH) 2 is preferable.

【0050】更に、本実施の形態では、フラーレン分子
を構成する炭素原子に、前記プロトン解離性の基ととも
に、電子吸引基、たとえば、ニトロ基、カルボニル基、
カルボキシル基、ニトリル基、ハロゲン化アルキル基、
ハロゲン原子(フッ素、塩素など)などが導入されてい
ることが好ましい。
Further, in the present embodiment, an electron-withdrawing group such as a nitro group, a carbonyl group,
Carboxyl group, nitrile group, alkyl halide group,
It is preferable that a halogen atom (such as fluorine and chlorine) is introduced.

【0051】但し、本実施の形態では、フラーレン分子
に導入する前記プロトン解離性の基の数は、フラーレン
分子を構成する炭素数の範囲内で任意でよいが、望まし
くは5個以上とするのがよい。なお、フラーレンのπ電
子性を残し、有効な電子吸引性を出すためには、上記基
の数は、フラーレンを構成する炭素数の半分以下が好ま
しい。
In the present embodiment, the number of the proton-dissociable groups introduced into the fullerene molecule may be any number within the range of the number of carbon atoms constituting the fullerene molecule, but is preferably 5 or more. Is good. The number of the above groups is preferably not more than half the number of carbon atoms constituting fullerene in order to maintain the π-electron property of fullerene and to exhibit an effective electron-withdrawing property.

【0052】本実施の形態のプロトン伝導体に用いる前
記フラーレン誘導体を合成するには、後述の具体例に明
らかなように、前記フラーレン分子の粉末に対し、たと
えば酸処理や加水分解等の公知の処理を適宜組み合わせ
て施すことにより、フラーレン分子の構成炭素原子に所
望のプロトン解離性の基を導入すればよい。
In order to synthesize the fullerene derivative used in the proton conductor of the present embodiment, as will be apparent from the specific examples described below, the fullerene molecule powder is prepared by a known method such as acid treatment or hydrolysis. By appropriately combining the treatments, a desired proton-dissociable group may be introduced into the constituent carbon atoms of the fullerene molecule.

【0053】本実施の形態では、こうして得られたフラ
ーレン誘導体の粉末を所望の形状、たとえばペレットに
加圧成形することができる。この際、バインダーは不必
要であり、このことは、プロトンの伝導性を高める上で
もプロトン伝導体の軽量化を達成する上でも有効であ
る。
In the present embodiment, the powder of the fullerene derivative thus obtained can be formed into a desired shape, for example, into a pellet. At this time, a binder is not necessary, which is effective in increasing proton conductivity and achieving reduction in weight of the proton conductor.

【0054】この第1のプロトン伝導体は、各種の電気
化学デバイスに好適に使用できる。すなわち、第1極
と、第2極と、これらの両極間に挟持されたプロトン伝
導体とからなる基本的構造体において、そのプロトン伝
導体に上記のプロトン伝導体を好ましく適用することが
できる。
The first proton conductor can be suitably used for various electrochemical devices. That is, in the basic structure including the first electrode, the second electrode, and the proton conductor sandwiched between these two electrodes, the proton conductor described above can be preferably applied to the proton conductor.

【0055】更に具体的に言うと、第1極及び/又は第
2極が、ガス電極である電気化学デバイスとか、第1極
及び/又は第2極に活物質性電極を用いる電気化学デバ
イスなどに対し、上記のプロトン伝導体を好ましく適用
することが可能である。
More specifically, an electrochemical device in which the first and / or second electrode is a gas electrode, an electrochemical device in which an active material electrode is used as the first and / or second electrode, etc. On the other hand, the proton conductor described above can be preferably applied.

【0056】以下、上記した本実施の形態のプロトン伝
導体を、燃料電池に適用した例について、説明する。
Hereinafter, an example in which the above-described proton conductor of the present embodiment is applied to a fuel cell will be described.

【0057】その燃料電池のプロトン伝導は図3の模式
図に示すようになり、プロトン伝導部1は第1極(たと
えば水素極)2と第2極(たとえば酸素極)3との間に
挟持され、解離したプロトンは図示矢印方向に沿って第
1極2側から第2極3側へと移動する。
The proton conduction of the fuel cell is as shown in the schematic diagram of FIG. 3, and the proton conducting portion 1 is sandwiched between a first electrode (for example, hydrogen electrode) 2 and a second electrode (for example, oxygen electrode) 3. The dissociated protons move from the first pole 2 side to the second pole 3 side in the direction of the arrow shown in the figure.

【0058】図1は本実施の形態のプロトン伝導体を用
いた第1の電気化学デバイスである燃料電池15を示す
ものである。
FIG. 1 shows a fuel cell 15 which is a first electrochemical device using the proton conductor of the present embodiment.

【0059】この燃料電池15は、プロトン解離性(電
荷分離能)のある例えば白金からなる厚さ1μmの第1
電極2と、白金触媒が担持されたカーボンからなる厚さ
50μmの第2電極3との間に、フラレノールなどのフ
ラーレン誘導体からなる例えば厚さ0.5μmのプロト
ン伝導部1が挟持され、第1電極2がハウジング外枠5
a内の仕切り板6に密着している。
The fuel cell 15 is made of, for example, platinum having a proton dissociating property (charge separating ability) and having a thickness of 1 μm.
A 0.5 μm-thick, for example, 0.5 μm-thick proton conducting portion 1 made of a fullerene derivative such as fullerenol is sandwiched between the electrode 2 and a 50 μm-thick second electrode 3 made of carbon carrying a platinum catalyst. Electrode 2 is housing outer frame 5
It is in close contact with the partition plate 6 in a.

【0060】ハウジング外枠5aと仕切り板6との間に
は流路10aが形成され、ハウジング外枠5aに設けた
導入管8から流路10aに導入される水素ガス12が、
仕切り板6に設けた供給口7から第1電極2に供給さ
れ、排出口(図示省略)から排出される。また、第2電
極3とハウジング内枠5bとの間にも流路10bが形成
され、空気13の導入口9a及び排気口9bが設けられ
ている。
A flow path 10a is formed between the housing outer frame 5a and the partition plate 6, and hydrogen gas 12 introduced into the flow path 10a from the introduction pipe 8 provided in the housing outer frame 5a is
It is supplied to the first electrode 2 from a supply port 7 provided in the partition plate 6 and discharged from a discharge port (not shown). A flow path 10b is also formed between the second electrode 3 and the housing inner frame 5b, and an air inlet 9a and an air outlet 9b for the air 13 are provided.

【0061】したがって、第2電極(正極)3は大気に
直接触れており、大気中の酸素を取り込めるようになっ
ており、プロトン伝導部1の一方の面を覆っている第1
電極(負極)2は、水素ガス導入管8によって流路10
a内ヘ導入される水素12に直接触れる。また、図示省
略したが第1電極2と第2電極3には、それぞれリード
線が接続されており、それによって発生する電気を取り
出せるようになっている。
Therefore, the second electrode (positive electrode) 3 is in direct contact with the atmosphere, is capable of taking in oxygen in the atmosphere, and has the first surface covering one surface of the proton conducting portion 1.
The electrode (negative electrode) 2 is connected to a flow path 10 by a hydrogen gas introduction pipe 8.
directly touches hydrogen 12 introduced into a. Although not shown, a lead wire is connected to each of the first electrode 2 and the second electrode 3 so that electricity generated thereby can be taken out.

【0062】この燃料電池15の使用時には、負極2側
では導入口8から水素が供給され、燃料(H2)12が
流路10aを通過する間に仕切り板6の供給口7から第
1電極2へ供給される。そして、供給された燃料
(H2)が第1電極2によって解離され、この解離によ
って第1電極2でプロトンを発生し、このプロトンはプ
ロトン伝導体部1で発生したプロトンとともに正極3側
へ移動し、そこで導入口9aから流路10bに供給され
て排気口9bへ向かう酸素(空気)13と反応し、これ
により所望の起電力が取り出される。
When the fuel cell 15 is used, hydrogen is supplied from the inlet 8 on the negative electrode 2 side, and the fuel (H 2 ) 12 is supplied from the supply port 7 of the partition plate 6 to the first electrode while passing through the flow path 10a. 2. Then, the supplied fuel (H 2 ) is dissociated by the first electrode 2, and protons are generated at the first electrode 2 by the dissociation, and the protons move toward the positive electrode 3 together with the protons generated at the proton conductor 1. Then, it reacts with oxygen (air) 13 supplied from the introduction port 9a to the flow path 10b toward the exhaust port 9b, thereby extracting a desired electromotive force.

【0063】かかる構成の燃料電池は、プロトン伝導部
1でプロトンが解離しつつ、負極2側から供給されるプ
ロトンが正極3側へ移動するので、プロトンの伝導率が
高い特徴がある。従って、加湿装置等は不必要となるの
で、システムの簡略化、軽量化を図ることができる。従
って、燃料電池全体を従来の数10〜数100μmから
1μm以下にすることができる。
The fuel cell having such a structure is characterized in that protons supplied from the negative electrode 2 move to the positive electrode 3 while the protons are dissociated in the proton conducting portion 1, so that the proton conductivity is high. Therefore, since a humidifying device or the like is not required, the system can be simplified and reduced in weight. Therefore, the entire fuel cell can be reduced from several tens to several hundreds μm to 1 μm or less.

【0064】上記した如く、本実施の形態の最大の特徴
は、プロトン伝導体である固体電解質と、反応活物質で
ある水素ガスとが直接接触しない形で供給される構造と
なっていることである。この点で、旧来の燃料電池とは
全く異なった発想のエネルギーデバイスであり、水素が
電子とプロトンへ解離する第1電極2が水素および水蒸
気をガス状態で透過しない構造をもつことにより実現で
きる。
As described above, the most significant feature of this embodiment is that the solid electrolyte, which is a proton conductor, and the hydrogen gas, which is a reaction active material, are supplied in such a manner that they are not in direct contact with each other. is there. In this respect, the energy device is an energy device completely different from the conventional fuel cell, and can be realized by the structure in which the first electrode 2 in which hydrogen dissociates into electrons and protons does not transmit hydrogen and water vapor in a gaseous state.

【0065】そして、このタイプの電極としては、水素
を原子状あるいはプロトンとして吸収することが可能な
物質から構成され、例えば水素吸蔵金属や水素吸蔵合金
及び白金の薄膜等を用いることができる。もちろん、水
素を原子状あるいはプロトンとして吸収することが可能
な物質で、かつ水素を電子とプロトンへ解離できる機能
を持った材料であれば金属や合金に限定されるものでは
ない。そして、これらの物質が水素ガスと電解質との間
に存在することにより、水素ガスが直接電解質に触れな
い状態を実現できる。
The electrode of this type is made of a substance capable of absorbing hydrogen as atoms or protons. For example, a thin film of a hydrogen storage metal, a hydrogen storage alloy, and platinum can be used. Of course, the material is not limited to metals and alloys as long as the material is capable of absorbing hydrogen as atoms or protons and has a function of dissociating hydrogen into electrons and protons. In addition, since these substances are present between the hydrogen gas and the electrolyte, a state in which the hydrogen gas does not directly contact the electrolyte can be realized.

【0066】なお、従来の固体高分子電解質では、使用
中に加湿を行う必要があるため、通常は水素ガスをキャ
リアガスとして十分な水蒸気を電解質へ供給する方式が
とられる。したがって従来の固体高分子電解質を用いる
場合には、本実施の形態のような構造にすることは加湿
を妨げてしまうため適切でない。しかし、本実施の形態
によるプロトン伝導性電解質を用いることによってこの
ような構造が可能となった。
In the conventional solid polymer electrolyte, it is necessary to perform humidification during use. Therefore, a method of supplying a sufficient amount of water vapor to the electrolyte using hydrogen gas as a carrier gas is usually employed. Therefore, when a conventional solid polymer electrolyte is used, it is not appropriate to adopt a structure as in this embodiment because humidification is prevented. However, such a structure is made possible by using the proton conductive electrolyte according to the present embodiment.

【0067】また、図2に示すように、第1電極2のプ
ロトン伝導部1とは反対の面、或いは図13〜図15に
示すように、第1電極2と第2電極3との間に、水素ガ
スおよび水蒸気をガス状態で透過しない構造をもつ遮断
層4を新たに形成することによっても実現できる。
Further, as shown in FIG. 2, the surface of the first electrode 2 opposite to the proton conducting portion 1 or between the first electrode 2 and the second electrode 3 as shown in FIGS. In addition, it can also be realized by newly forming a blocking layer 4 having a structure that does not allow hydrogen gas and water vapor to pass through in a gaseous state.

【0068】即ち図2は、本実施の形態のプロトン伝導
体を用いた第2の電気化学デバイスである燃料電池16
を示すものである。図示の如く、この燃料電池16はハ
ウジング外枠5aの仕切り板6と、薄く形成された例え
ば厚さ1μmの第1電極2A(電荷分離能のある白金の
微粉で形成してもよく、また多孔質であってもよい。)
との間に、例えばランタンとニッケルの合金からなる厚
さ1μmの水素ガス遮断層4が設けられている。この遮
断層4は、水素を吸蔵はするがプロトン伝導体の側へは
透過させず、仕切り板6に密着して配されている、とい
う構成以外は図1に示した燃料電池15と同様に形成さ
れている。
That is, FIG. 2 shows a fuel cell 16 which is a second electrochemical device using the proton conductor of the present embodiment.
It shows. As shown in the figure, the fuel cell 16 includes a partition plate 6 of a housing outer frame 5a and a thinly formed first electrode 2A having a thickness of, for example, 1 μm (which may be formed of fine powder of platinum having charge separation ability, Quality.)
Is provided with a 1 μm-thick hydrogen gas blocking layer 4 made of, for example, an alloy of lanthanum and nickel. This blocking layer 4 is similar to the fuel cell 15 shown in FIG. 1 except that it absorbs hydrogen but does not allow it to permeate to the proton conductor side, and is arranged in close contact with the partition plate 6. Is formed.

【0069】従って、この燃料電池16の使用時には、
遮断層4側では導入口8から水素が供給され、燃料(H
2)12が流路10aを通過する間に仕切り板6の供給
口7から遮断層4へ供給される。従って水素吸蔵合金で
ある遮断層4が水素を吸収し、吸収された水素が遮断層
4に隣接する第1電極2Aによって解離され、解離によ
って第1電極2Aでプロトンを発生し、このプロトンは
プロトン伝導部1で発生したプロトンとともに正極3側
へ移動し、そこで導入口9aから流路10bに供給され
て排気口9bへ向かう酸素(空気)13と反応し、これ
により所望の起電力が取り出される。
Therefore, when the fuel cell 16 is used,
On the blocking layer 4 side, hydrogen is supplied from the inlet 8 and the fuel (H
2 ) While 12 passes through the flow path 10a, it is supplied from the supply port 7 of the partition plate 6 to the blocking layer 4. Therefore, the barrier layer 4 which is a hydrogen storage alloy absorbs hydrogen, and the absorbed hydrogen is dissociated by the first electrode 2A adjacent to the barrier layer 4, and protons are generated at the first electrode 2A by the dissociation. The protons move to the positive electrode 3 side together with the protons generated in the conduction part 1, and react with oxygen (air) 13 supplied from the inlet 9 a to the flow path 10 b toward the outlet 9 b, thereby extracting a desired electromotive force. .

【0070】上記の如く、この燃料電池16が図1に示
す燃料電池15と異なる点は、水素の電離を行う第1電
極2Aと、水素ガス12の遮断を担う遮断層4が別の材
料からなり、遮断層4は、電極としての役割は持ってい
ないが、水素を原子状あるいはプロトンとして吸収する
ことが可能な物質から構成されていることである。した
がって、例えば水素吸蔵金属や水素吸蔵合金などが好ま
しく用いられるが、水素を原子状あるいはプロトンとし
て吸収することが可能な物質であれば金属や合金に限定
されるものではない。
As described above, this fuel cell 16 is different from the fuel cell 15 shown in FIG. 1 in that the first electrode 2A for ionizing hydrogen and the blocking layer 4 for blocking the hydrogen gas 12 are made of different materials. In other words, the blocking layer 4 does not have a role as an electrode, but is made of a substance capable of absorbing hydrogen as atoms or protons. Therefore, for example, a hydrogen storage metal or a hydrogen storage alloy is preferably used, but is not limited to a metal or an alloy as long as it is a substance capable of absorbing hydrogen as atoms or as protons.

【0071】また、このように水素を原子状あるいはプ
ロトンとして吸収可能な物質の部分は、非常に薄い層に
形成する場合もあり、その場合は、活物質としての水素
は上記のように水素ガスとして外部から供給するのが良
い。
The portion of the substance capable of absorbing hydrogen as an atom or as a proton may be formed in a very thin layer. In this case, hydrogen as an active material is replaced with hydrogen gas as described above. It is good to supply from outside.

【0072】或いは、遮断層4がある程度の体積を持
ち、そこを水素活物質の蓄積場所として使うこともでき
る。この場合は、その部分がデバイスとしてのエネルギ
ー容量を決定することになるが、発電部分と蓄積部分が
一体化されたデバイスとすることができ、デバイス全体
としての小型化も実現することができる。
Alternatively, the blocking layer 4 may have a certain volume and be used as a storage location for the hydrogen active material. In this case, the portion determines the energy capacity of the device. However, the device can be a device in which the power generation portion and the storage portion are integrated, and the size of the entire device can be reduced.

【0073】また、この第2の電気化学デバイスは、上
記と同様な材料を用いて図13〜図15のように構成
し、上記と同様に機能させることができる。
The second electrochemical device is constructed as shown in FIGS. 13 to 15 using the same materials as described above, and can function in the same manner as described above.

【0074】即ち、図13は、第1電極側から第1電極
2A、遮断層4、プロトン伝導部1、第2電極3の順に
形成された構造であり、図14は、同様に第1電極2
A、プロトン伝導部1A、遮断層4、プロトン伝導部1
A’、第2電極3の順に形成された構造であり、図15
は、同様に第1電極2A、プロトン伝導部1、遮断層
4、第2電極3の順に形成された構造である。
That is, FIG. 13 shows a structure in which the first electrode 2A, the blocking layer 4, the proton conducting portion 1, and the second electrode 3 are formed in this order from the first electrode side, and FIG. 2
A, proton conducting portion 1A, blocking layer 4, proton conducting portion 1
A 'and the second electrode 3 are formed in this order.
Has a structure in which a first electrode 2A, a proton conducting portion 1, a blocking layer 4, and a second electrode 3 are similarly formed in this order.

【0075】上記した如く、本実施の形態のフラーレン
誘導体からなるプロトン伝導体は、バインダーを使わな
いでプロトン伝導体を形成したが、バインダーを併用す
ることもできる。これにより、本実施の形態のプロトン
伝導体とほぼ同様の効果(高プロトン伝導性)を発揮で
きると共に、フラーレン誘導体単独の場合と異なり、成
膜性が良いため、高強度な薄膜に形成できる。
As described above, the proton conductor made of the fullerene derivative of the present embodiment forms a proton conductor without using a binder, but a binder can be used in combination. Thereby, almost the same effect (high proton conductivity) as that of the proton conductor of the present embodiment can be exhibited, and unlike the case of using the fullerene derivative alone, the film can be formed into a high-strength thin film because it has good film-forming properties.

【0076】例えば、図10に示す水素−空気電池は、
バインダーを併用した薄膜状のプロトン伝導体20を中
に挟んで、水素吸蔵合金等の水素吸蔵材料からなる水素
極21と空気極22とが対向配置され、これらの外側
を、テフロン(登録商標)板24aと、多数の孔25を
設けたテフロン板24bとで挟み込み、全体をボルト2
6a、26b及びナット27a、27bにより固定した
ものであり、各極から外部に水素極リード28a、空気
極リード28bが取出されている。
For example, the hydrogen-air battery shown in FIG.
A hydrogen electrode 21 made of a hydrogen storage material such as a hydrogen storage alloy and an air electrode 22 are opposed to each other with a thin-film proton conductor 20 using a binder interposed therebetween. Plate 24a and a Teflon plate 24b provided with a large number of holes 25, and the whole is bolt 2
6a, 26b and nuts 27a, 27b, and a hydrogen electrode lead 28a and an air electrode lead 28b are taken out of each electrode.

【0077】既述したように、本発明がフラーレン誘導
体をプロトン伝導体として使用しているため、ナフィオ
ンをプロトン伝導体として使用する場合に比べて電解質
を大幅に薄膜化できる。
As described above, since the present invention uses the fullerene derivative as the proton conductor, the electrolyte can be made much thinner than when Nafion is used as the proton conductor.

【0078】ナフィオンは現状では180μm程度の膜
厚のものがもっとも多く使用されているが、試験的に研
究されているものでは、最小で30−20μm程度のも
のもあると報告されている。ただし、これ以上の薄膜化
は事実上困難であると思われる。これは、ナフィオンが
ガス透過を自身で防がなくてはならないからである。
At present, Nafion is most often used with a thickness of about 180 μm, but it has been reported that there is a minimum thickness of about 30-20 μm in those studied experimentally. However, further thinning seems to be practically difficult. This is because Nafion has to prevent gas permeation by itself.

【0079】しかし、本実施の形態のエネルギーデバイ
スにおいては、第1電極2又は遮断層4がガスを遮断す
るため、電解質層がガスを遮断する必要性は必ずしもな
い。
However, in the energy device of the present embodiment, since the first electrode 2 or the blocking layer 4 blocks gas, it is not always necessary for the electrolyte layer to block gas.

【0080】薄膜化の限界としては、第1電極2と第2
電極3が接触しない程度の薄さでよいため、膜の種類や
作製方法にも依存するが、0.1μmや0.01μmレ
ベルも可能である。
As a limit of thinning, the first electrode 2 and the second electrode 2
Since it may be as thin as the electrode 3 does not contact, it may be as low as 0.1 μm or 0.01 μm, depending on the type of film and the manufacturing method.

【0081】即ち、本実施の形態に用いているフラレノ
ール系の電解質は、分子の集合体であるから、理論的な
極限として分子1つの大きさまで薄膜化することも可能
である。その場合、0.001μm程度、およそ1nm
のレベルが可能となる。
That is, since the fullerenol-based electrolyte used in the present embodiment is an aggregate of molecules, it can be made as thin as one molecule as a theoretical limit. In that case, about 0.001 μm, about 1 nm
Levels are possible.

【0082】このように電解質を薄膜化できるため、本
実施の形態の電気化学デバイスは電解質による抵抗が非
常に小さくなり、電圧の上昇及び出力の向上を達成で
き、また、素子全体の厚さを低減することができ、デバ
イスの小型化が実現できる。
As described above, since the electrolyte can be made thinner, the electrochemical device of the present embodiment has a very small resistance due to the electrolyte, can achieve an increase in voltage and an improvement in output, and can have a reduced thickness of the whole element. The size of the device can be reduced.

【0083】以下、本実施の形態に用いたプロトン伝導
体としてのフラレノール系の固体電解質について具体的
に説明する。
Hereinafter, a fullerenol-based solid electrolyte as a proton conductor used in the present embodiment will be specifically described.

【0084】<ポリ水酸化フラーレンの合成>この合成
は、文献(Chieng,L.Y.;Wang,L.Y.;Swirczewski.J.W.;S
oled, S.;Cameron, S.J.Org.Chem.1994,59,3960)を参考
にしておこなった。C70を約15%含むC60/C70フラ
ーレン混合物の粉末2gを発煙硫酸30ml中に投じ、
窒素雰囲気中で60℃に保ちながら3日間攪拌した。得
られた反応物を、氷浴内で冷やした無水ジエチルエーテ
ル中に少しずつ投下し、その沈殿物を遠心分離で分別
し、さらにジエチルエーテルで3回、およびジエチルエ
ーテルとアセトニトリルの2:1混合液で2回洗浄した
あと、40℃にて減圧中で乾燥させた。さらに、この乾
燥物を60mlのイオン交換水中に入れ、85℃で窒素
によるバブリングを行いながら10時間攪拌した。反応
生成物は遠心分離によって沈殿物を分離し、この沈殿物
をさらに純水で数回洗浄し、遠心分離を繰り返した後
に、40℃で減圧乾燥した。このようにして得られた茶
色の粉末のFT−IR測定を行ったところ、上記文献に
示されているC60(OH)12のIRスペクトルとほぼ一
致し、この粉末が目的物質であるポリ水酸化フラーレン
と確認された。
<Synthesis of Polyhydroxylated Fullerene> This synthesis is described in the literature (Chieng, LY; Wang, LY; Swirczewski. JW; S
oled, S .; Cameron, SJOrg. Chem. 1994, 59, 3960). The powder 2g charged into oleum 30ml of a C 70 C 60 / C 70 fullerene mixture containing about 15%
The mixture was stirred in a nitrogen atmosphere at 60 ° C. for 3 days. The obtained reaction product is dropped little by little into anhydrous diethyl ether cooled in an ice bath, and the precipitate is separated by centrifugation, further three times with diethyl ether, and a 2: 1 mixture of diethyl ether and acetonitrile. After washing twice with the liquid, it was dried at 40 ° C. under reduced pressure. Further, the dried product was placed in 60 ml of ion-exchanged water and stirred at 85 ° C. for 10 hours while bubbling with nitrogen. A precipitate was separated from the reaction product by centrifugation, and the precipitate was further washed with pure water several times, and after repeating centrifugation, dried under reduced pressure at 40 ° C. FT-IR measurement of the brown powder obtained in this manner showed an almost identical IR spectrum of C 60 (OH) 12 shown in the above-mentioned literature, and this powder was found to be the target substance polywater. Identified as fullerene oxide.

【0085】<ポリ水酸化フラーレン凝集ペレットの製
造>次に、このポリ水酸化フラーレンの粉末90mgを
とり、直径15mmの円形ペレット状になるように一方
方向へのプレスを行った。この時のプレス圧は約5トン
/cm2であった。その結果、このポリ水酸化フラーレ
ンの粉末は、バインダー樹脂等を一切含まないにも関わ
らず成形性に優れており、容易にペレット化することが
できた。そのペレットは厚みが約300ミクロンで、こ
れを例1のペレットとする。
<Production of Aggregated Pellets of Poly (hydroxylated fullerene)> Next, 90 mg of the powder of the poly (hydroxylated fullerene) was pressed in one direction so as to form a circular pellet having a diameter of 15 mm. The pressing pressure at this time was about 5 tons / cm 2 . As a result, the polyhydroxylated fullerene powder was excellent in moldability despite not containing any binder resin and the like, and could be easily pelletized. The pellet has a thickness of about 300 microns and is referred to as the pellet of Example 1.

【0086】<ポリ水酸化フラーレン硫酸水素エステル
(全エステル化)の合成1>これも、同様に前記の文献
を参考にしておこなった。ポリ水酸化フラーレンの粉末
1gを60mlの発煙硫酸中に投下し、室温にて窒素雰
囲気下で3日間攪拌した。得られた反応物を、氷浴内で
冷やした無水ジエチルエーテル中に少しずつ投下し、そ
の沈殿物を遠心分離で分別し、さらにジエチルエーテル
で3回、およびジエチルエーテルとアセトニトリルの
2:1混合液で2回洗浄した後、40℃にて減圧下で乾
燥させた。このようにして得られた粉末のTF−IR測
定を行ったところ、前記文献中に示されている、すべて
の水酸基が硫酸水素エステル化されたもののIRスペク
トルとほぼ一致し、この粉末が目的物質であると、確認
できた。
<Synthesis 1 of Polyhydroxylated Fullerene Hydrogen Sulfate (Total Esterification)> This was also performed with reference to the above-mentioned literature. 1 g of polyhydroxylated fullerene powder was dropped into 60 ml of fuming sulfuric acid and stirred at room temperature under a nitrogen atmosphere for 3 days. The obtained reaction product is dropped little by little into anhydrous diethyl ether cooled in an ice bath, and the precipitate is separated by centrifugation, further three times with diethyl ether, and a 2: 1 mixture of diethyl ether and acetonitrile. After washing twice with the liquid, it was dried at 40 ° C. under reduced pressure. The powder thus obtained was subjected to TF-IR measurement. The IR spectrum of all the hydroxyl groups converted to hydrogen sulfate was almost the same as that shown in the above-mentioned literature, indicating that the powder was the target substance. Was confirmed.

【0087】<ポリ水酸化フラーレン硫酸水素エステル
凝集ペレットの製造1>このポリ水酸化フラーレン硫酸
水素エステルの粉末70mgをとり、直径15mmの円
形ペレット状になるように一方方向へのプレスを行っ
た。この時のプレス圧は約5トン/cm2であった。そ
の結果、この粉末はバインダー樹脂等を一切含まないに
も関わらず、成形性に優れており、容易にペレット化す
ることができた。このペレットは厚みが約300ミクロ
ンで、これを例2のペレットとする。
<Production 1 of Aggregated Pellets of Hydrogen Sulfuric Acid Polyester Fullerene Hydroxide> 70 mg of the powder of hydrogenated polysulfuric acid fullerene was pressed in one direction so as to form a circular pellet having a diameter of 15 mm. The pressing pressure at this time was about 5 tons / cm 2 . As a result, although this powder did not contain any binder resin or the like, it was excellent in moldability and could be easily pelletized. This pellet has a thickness of about 300 microns and is referred to as the pellet of Example 2.

【0088】<ポリ水酸化フラーレン硫酸水素エステル
(部分エステル化)の合成2>C70を約15%含むC60
/C70フラーレン混合物の粉末2gを発煙硫酸30ml
中に投じ、窒素の雰囲気中にて、60℃に保ちながら3
日間攪拌した。得られた反応物を、氷浴内で冷やしたジ
エチルエーテル中に少しずつ投下した。ただし、この場
合のジエチルエーテルは脱水処理を行っていないものを
用いた。得られた沈殿物を遠心分離で分別し、さらにジ
エチルエーテルで3回、およびジエチルエーテルとアセ
トニトリルの2:1混合液で2回洗浄した後、40℃に
て減圧下で乾燥させた。このようにして得られた粉末の
FT−IR測定を行ったところ、前記文献に示されてい
る、部分的に水酸基とOSO3H基を含むフラーレン誘
導体のIRスペクトルとほぼ一致し、この粉末が目的物
質であると、確認できた。
<Synthesis 2 of Polyhydroxylated Fullerene Hydrogen Sulfate (Partial Esterification)> C 60 containing about 15% of C 70
/ C 70 fullerene mixture powder 2g and fuming sulfuric acid 30ml
While maintaining the temperature at 60 ° C in a nitrogen atmosphere.
Stirred for days. The resulting reaction was dropped little by little into diethyl ether cooled in an ice bath. However, in this case, diethyl ether which had not been subjected to dehydration treatment was used. The obtained precipitate was separated by centrifugation, further washed three times with diethyl ether and twice with a 2: 1 mixture of diethyl ether and acetonitrile, and dried at 40 ° C. under reduced pressure. FT-IR measurement of the thus obtained powder showed that the IR spectrum of the fullerene derivative partially containing a hydroxyl group and an OSO 3 H group almost coincided with the IR spectrum shown in the above-mentioned literature. It was confirmed that it was the target substance.

【0089】<ポリ水酸化フラーレン硫酸水素エステル
凝集ペレットの製造2>この、一部が硫酸水素エステル
化されたポリ水酸化フラーレンの粉末80mgをとり、
直径15mmの円形ペレット状になるように一方方向へ
のプレスを行った。この時のプレス圧は約5トン/cm
2であった。その結果、この粉末はバインダー樹脂等を
一切含まないにも関わらず成形性に優れており、容易に
ペレット化することができた。このペレットは厚みが約
300ミクロンで、これを例3のペレットとする。
<Production 2 of Aggregated Pellets of Poly (hydroxylated fullerene hydrogen sulfate)> 80 mg of partially hydrosulfated poly (fullerene hydroxide) powder was taken, and
Pressing was performed in one direction so as to form a circular pellet having a diameter of 15 mm. Press pressure at this time is about 5 tons / cm
Was 2 . As a result, although this powder did not contain any binder resin or the like, it was excellent in moldability and could be easily pelletized. This pellet has a thickness of about 300 microns and is referred to as the pellet of Example 3.

【0090】<フラーレン凝集ペレットの製造>比較の
ため、前記例で合成原料に用いたフラーレンの粉末90
mgをとり、直径16mmの円形ペレット状になるよう
に一方方向へのプレスを行った。この時のプレス圧は約
5トン/cm2であった。その結果、この粉末はバイン
ダー樹脂等を一切含まないにも関わらず成形性に比較的
すぐれており、割合容易にペレット化することができ
た。このペレットは厚みが約300ミクロンで、これを
比較ペレットとする。
<Production of Fullerene Aggregated Pellets> For comparison, fullerene powder 90 used as a raw material for synthesis in the above example was used.
mg, and pressed in one direction to form a circular pellet having a diameter of 16 mm. The pressing pressure at this time was about 5 tons / cm 2 . As a result, although this powder did not contain any binder resin or the like, it was relatively excellent in moldability and could be easily pelletized. This pellet has a thickness of about 300 microns and is used as a comparative pellet.

【0091】<各例で得たペレットのプロトン伝導率測
定>例1〜3のペレット、および比較ペレットの伝導率
を測定するために、まず、ペレットと等しい直径15m
mのアルミニウム板でそれぞれのペレットの両側を挟
み、これに7MHzから0.01Hzまでの交流電圧
(振幅0.1V)を印加し、各周波数における複素イン
ピーダンスを測定した。測定は、乾燥雰囲気下で行っ
た。
<Measurement of Proton Conductivity of Pellets Obtained in Each Example> In order to measure the conductivities of the pellets of Examples 1 to 3 and the comparative pellets, first, the diameter of the pellet was 15 m, which was equal to the diameter of the pellet.
An AC voltage (amplitude: 0.1 V) from 7 MHz to 0.01 Hz was applied to both sides of each pellet with an aluminum plate having a length of m, and the complex impedance at each frequency was measured. The measurement was performed under a dry atmosphere.

【0092】インピーダンス測定に関し、上記ペレット
からなるプロトン伝導体のプロトン伝導部1は、電気的
には、図7(A)に示すような等価回路を構成してお
り、抵抗4と容量5の並列回路で表されるプロトン伝導
部1も含めて第1極2と第2極3との間にそれぞれ容量
6と6’とを形成している。なお、容量5はプロトンが
移動するときの遅延効果(高周波のときの位相遅れ)を
表し、抵抗4はプロトンの動き易さのパラメータを表
す。
Regarding the impedance measurement, the proton conducting portion 1 of the proton conductor made of the pellet electrically forms an equivalent circuit as shown in FIG. Capacitors 6 and 6 'are formed between the first pole 2 and the second pole 3 including the proton conducting portion 1 represented by a circuit. The capacitance 5 represents a delay effect when the proton moves (phase lag at a high frequency), and the resistance 4 represents a parameter of the ease of movement of the proton.

【0093】ここで、測定インピーダンスZは、Z=R
e(Z)+i・Im(Z)で表され、上記等価回路で示
されるプロトン伝導部の周波数依存性を調べた。
Here, the measured impedance Z is Z = R
The frequency dependence of the proton conducting portion represented by e (Z) + i · Im (Z) and represented by the above equivalent circuit was examined.

【0094】なお、図7(B)はプロトン解離性のない
通常のフラーレン分子を用いた場合(比較例)の等価回
路である。
FIG. 7B is an equivalent circuit when a normal fullerene molecule having no proton dissociation property is used (comparative example).

【0095】図8に、例1のペレットおよび比較ペレッ
トについてのインピーダンス測定結果を示す。
FIG. 8 shows the results of impedance measurement of the pellet of Example 1 and the comparative pellet.

【0096】これによれば、比較ペレットにおいては、
複素インピーダンスの周波数特性はおおよそキャパシタ
ー単独の挙動と同様であり、フラーレン自体の凝集体に
ついては荷電粒子(電子、イオンなど)の伝導挙動は一
切観測されなかった。それに比べて例1の場合は、高周
波数部分に偏平ではあるが、非常にきれいな単一の半円
状円弧を見ることができる。これは、ペレット内部にお
いてなんらかの荷電粒子の伝導挙動が存在していること
を示している。さらに、低周波数領域においては、イン
ピーダンスの虚数部分の急激な上昇が観測される。これ
は、徐々に直流電圧に近づくにつれてアルミ電極との間
で荷電粒子のブロッキングが生じていることを示してお
り、当然、アルミ電極側における荷電粒子は電子である
から、ペレット内部の荷電粒子は電子やホールではな
く、それ以外の荷電粒子、すなわちイオンであることが
わかる。用いたフラレノールの構成から、この荷電粒子
はプロトン以外には考えられない。
According to this, in the comparative pellet,
The frequency characteristic of the complex impedance was almost the same as the behavior of the capacitor alone, and no conduction behavior of charged particles (electrons, ions, etc.) was observed in the aggregate of fullerene itself. On the other hand, in the case of Example 1, it is possible to see a single semicircular arc that is flat in the high-frequency portion but very clear. This indicates that some charged particle conduction behavior exists inside the pellet. Furthermore, in the low frequency region, a sharp rise in the imaginary part of the impedance is observed. This indicates that the charged particles are blocking between the aluminum electrode as the voltage gradually approaches the DC voltage, and naturally the charged particles on the aluminum electrode side are electrons. It is understood that the charged particles are not electrons or holes but other charged particles, that is, ions. Due to the configuration of the fullerenol used, this charged particle cannot be considered other than protons.

【0097】高周波数側に見られる円弧のX軸切片か
ら、この荷電粒子の伝導率を求めることができ、例1の
ペレットにおいては、おおよそ5×10-6S/cmと計
算される。更に、例2および例3のペレットについても
同様の測定を行ったところ、例1の場合と全体の形状に
ついては同様なインピーダンスの周波数特性となった。
ただし、円弧部分のX切片から求められる伝導率は表1
に示すようにそれぞれ異なる値となった。
The conductivity of the charged particles can be determined from the X-axis intercept of the arc seen on the high frequency side, and is calculated to be approximately 5 × 10 −6 S / cm in the pellet of Example 1. Furthermore, when the same measurement was performed for the pellets of Examples 2 and 3, the frequency characteristics of the impedance were similar to those of Example 1 for the overall shape.
However, the conductivity obtained from the X-intercept of the arc is shown in Table 1.
As shown in FIG.

【0098】[0098]

【表1】表1 各例におけるプロトン伝導体ペレットの
伝導率(25℃)
Table 1 Conductivity of proton conductor pellets in each example (25 ° C)

【0099】このように、水酸基がOSO3H基に置き
換わるとペレット中の伝導率は大きくなる傾向を示して
いる。これは、水酸基よりもOSO3H基の方が水素の
電離が起こり易いことによるものである。そして、水酸
基、OSO3H基のどちらの場合も、または双方が混在
する場合においても、この種のフラーレン誘導体の凝集
体は、乾燥雰囲気中において、室温でプロトン伝導が可
能であることを見出すことができた。
As described above, when the hydroxyl group is replaced by the OSO 3 H group, the conductivity in the pellet tends to increase. This is because hydrogenation of an OSO 3 H group is more likely to occur than a hydroxyl group. Further, the present inventors have found that this type of fullerene derivative aggregate can conduct protons at room temperature in a dry atmosphere, in both cases of a hydroxyl group and an OSO 3 H group, or in a case where both are mixed. Was completed.

【0100】次に、例1のペレットを用い、上記の複素
インピーダンス測定を160℃から−40℃までの温度
範囲で行い、その時の高周波側の円弧から求めた伝導率
の温度依存性を調べた。結果をアレニウス型のプロット
として示したのが図9である。このように、160℃か
ら−40℃において伝導率が鋭く直線的に変化している
ことがわかる。つまり、同図はこの温度範囲において単
一のイオン伝導機構が進行可能であることを示してい
る。すなわち、本発明のプロトン伝導体は、室温を含む
広い温度範囲、特に160℃といった高温や−40℃と
いった低温においても伝導が可能である。
Next, using the pellet of Example 1, the above-described complex impedance measurement was performed in a temperature range from 160 ° C. to −40 ° C., and the temperature dependence of the conductivity obtained from the high-frequency arc at that time was examined. . FIG. 9 shows the results as an Arrhenius type plot. Thus, it can be seen that the conductivity changes sharply and linearly from 160 ° C. to −40 ° C. That is, the figure shows that a single ion conduction mechanism can proceed in this temperature range. That is, the proton conductor of the present invention can conduct electricity in a wide temperature range including room temperature, particularly in a high temperature of 160 ° C. and a low temperature of −40 ° C.

【0101】[0101]

【実施例】上記した実施の形態に基づき、本発明の燃料
電池を次の製造方法により作製した。
EXAMPLES Based on the above embodiment, the fuel cell of the present invention was manufactured by the following manufacturing method.

【0102】図1は、実施例1による燃料電池15を示
す断面図である。即ち、ハウジング外枠5aに導入管8
及び仕切り板6を組み合せた後に、仕切り板6の供給口
7を含む面に白金をスパッタして厚さ1μmの第1電極
2を形成し、その上にフラレノール誘導体系の固体電解
質1を厚さ0.5μmに塗布し、更にその上に第2の電
極3として白金触媒付ガス電極を厚さ50μmに設け、
これにハウジング内枠5bを結合した。第1電極2の上
記厚みは、その水素ガス透過防止能を発揮できるように
決められている。
FIG. 1 is a sectional view showing a fuel cell 15 according to the first embodiment. That is, the introduction pipe 8 is attached to the housing outer frame 5a.
After the combination of the partition plate 6 and the partition plate 6, platinum is sputtered on the surface including the supply port 7 of the partition plate 6 to form the first electrode 2 having a thickness of 1 μm, and the fullerenol derivative-based solid electrolyte 1 is formed thereon. 0.5 μm, and further provided thereon a platinum-catalyzed gas electrode having a thickness of 50 μm as a second electrode 3,
The housing inner frame 5b was connected to this. The thickness of the first electrode 2 is determined so as to exert its hydrogen gas permeation preventing ability.

【0103】この燃料電池15に水素ガス12を水素ガ
ス導入管8を通して供給したところ、開放電圧で大凡1
Vの発電を確認した。また、負荷を替えたときの発電の
負荷特性を測定した。
When hydrogen gas 12 was supplied to the fuel cell 15 through the hydrogen gas introducing pipe 8, the open-circuit voltage was approximately 1%.
V generation was confirmed. In addition, the load characteristics of power generation when the load was changed were measured.

【0104】その結果を図11に示す。即ち、電流が増
加しても電圧の低下が少なく、良好な発電を行うことが
できた。
FIG. 11 shows the result. That is, even if the current increased, the voltage did not decrease much, and good power generation could be performed.

【0105】図2は、実施例2による他の燃料電池16
を示す断面図である。即ち、ハウジング外枠5aに導入
管8及び仕切り板6を組み合せた後に、仕切り板6の供
給口7を含む面にランタン−ニッケル合金の2元金属ス
パッタにより、厚さ1μmのガス遮断層4を形成し、そ
の上に厚さ1μmの白金の超薄膜を成膜して第1電極2
Aを形成し、その上にフラレノール誘導体系の固体電解
質1を塗布し、更にその上に厚さ50μmの第2電極3
として白金触媒付ガス電極を設け、これにハウジング内
枠5bを結合した。この実施例では、遮断層4を設ける
ために、第1電極2Aの厚みは実施例1のものより小さ
くてすむ。
FIG. 2 shows another fuel cell 16 according to the second embodiment.
FIG. That is, after combining the introduction pipe 8 and the partition plate 6 with the housing outer frame 5a, the 1 μm thick gas barrier layer 4 is formed on the surface of the partition plate 6 including the supply port 7 by binary metal sputtering of a lanthanum-nickel alloy. And an ultra-thin platinum thin film having a thickness of 1 μm is formed thereon.
A, a fullerenol derivative-based solid electrolyte 1 is applied thereon, and a 50 μm thick second electrode 3 is further applied thereon.
Was provided with a gas electrode provided with a platinum catalyst, and the housing inner frame 5b was connected to the gas electrode. In this embodiment, since the blocking layer 4 is provided, the thickness of the first electrode 2A can be smaller than that of the first embodiment.

【0106】この燃料電池16に水素ガス12を水素ガ
ス導入管8を通して供給したところ、開放電圧で大凡1
Vの発電を確認した。また、負荷を替えたときの発電の
負荷特性を測定した。
When hydrogen gas 12 was supplied to the fuel cell 16 through the hydrogen gas introduction pipe 8, the open-circuit voltage was approximately 1%.
V generation was confirmed. In addition, the load characteristics of power generation when the load was changed were measured.

【0107】その結果を図12に示す。即ち、この場合
も、電流が増加しても電圧の低下は少なく、図1の燃料
電池15とほぼ同様に、良好な発電を行うことができ
た。
FIG. 12 shows the result. That is, also in this case, even if the current increased, the voltage did not decrease much, and good power generation could be performed almost in the same manner as the fuel cell 15 of FIG.

【0108】本実施例によれば、燃料電池15、16の
いずれも、ガス電極をもつ燃料電池等に比して簡単な構
造であり、作製も容易であり、特に真空蒸着やスパッタ
といった手法を用いることができるため、仕切り板6の
供給口7の領域を含め、更に供給口7の機能を損うこと
なく第1電極2又は遮断層4を形成でき、たとえ大面積
であっても容易に作製することができる。
According to the present embodiment, each of the fuel cells 15 and 16 has a simple structure and is easy to manufacture as compared with a fuel cell or the like having a gas electrode. Since it can be used, the first electrode 2 or the blocking layer 4 can be formed without impairing the function of the supply port 7 including the area of the supply port 7 of the partition plate 6, and even if the area is large, it can be easily formed. Can be made.

【0109】また、ガス電極特有の厚みも必要なく、非
常に薄いデバイスの作製が可能となる。更に、固体電解
質にガス不透過性を付与する必要がないため、固体電解
質膜に対する物理的な制約が緩和され、これまでナフィ
オン等をプロトン伝導体として用いる場合は不可能だっ
たレベルの薄膜化が可能であり、この薄膜化によりこれ
まで以上の高負荷での発電が可能である。従って、本実
施例においては、先願のプロトン伝導体が非常に有効に
作用することが実証され、これによって、従来の問題点
であった、燃料電池製造の難しさや、固体電解質への非
透過性の要求及び電解質の汚染等を解消することができ
る。
Further, a device unique in thickness is not required, and a very thin device can be manufactured. Furthermore, since it is not necessary to impart gas impermeability to the solid electrolyte, physical restrictions on the solid electrolyte membrane are relaxed, and a thinner film that has not been possible when using Nafion or the like as a proton conductor has been achieved. It is possible to generate electric power at a higher load than ever before by making the film thinner. Therefore, in the present example, it was demonstrated that the proton conductor of the prior application works very effectively, and this makes it difficult to manufacture a fuel cell, which is a problem of the related art, and impermeability to a solid electrolyte. Requirements and electrolyte contamination can be eliminated.

【0110】上記した実施の形態及び実施例は本発明の
技術的思想に基づいて種々に変形が可能である。
The above embodiments and examples can be variously modified based on the technical idea of the present invention.

【0111】例えば、プロトン伝導体はプロトンの伝導
性があれば、フラーレン誘導体に限らず他の材料を使用
することができる。また、多孔質の材料からなる第1電
極の孔のサイズを通常より小さくして、ガスがより透過
し難くすることもできる。
For example, as long as the proton conductor has proton conductivity, other materials can be used in addition to the fullerene derivative. Further, the size of the holes of the first electrode made of a porous material can be made smaller than usual, so that the gas can be made more difficult to permeate.

【0112】また、上記した実施の形態及び実施例の燃
料電池は、構造、形状及び材料等も上記した実施の形態
及び実施例に限らず、適宜に形成することができる。
Further, the structure, shape, material, and the like of the fuel cells of the above-described embodiments and examples can be appropriately formed without being limited to the above-described embodiments and examples.

【0113】[0113]

【発明の作用効果】以上に明らかなように、本発明の第
1の電気化学デバイスは、第1電極が少なくとも水素を
ガス状態で実質的に透過しない構造となっているので、
プロトン伝導体に直接水素が接触する割合が極めて小さ
いか或いはゼロである。従って、プロトン伝導体にガス
不透過性を付与する必要がないため、プロトン伝導体の
膜質に対する物理的制約が緩和されて薄膜化が可能にな
り、より高負荷での発電が可能となる。しかも、先願と
同様のプロトン伝導体を使用することにより、加湿なし
でプロトン伝導性があるため加湿装置が必要でなく、先
願のメリットを保持しつつ、デバイス全体を軽量化する
と共に、構造を簡素化し更に小型化することができる。
As is apparent from the above, the first electrochemical device of the present invention has a structure in which the first electrode does not substantially transmit at least hydrogen in a gaseous state.
The rate of direct hydrogen contact with the proton conductor is very small or zero. Therefore, since it is not necessary to impart gas impermeability to the proton conductor, physical restrictions on the film quality of the proton conductor are relaxed, the film thickness can be reduced, and power generation with a higher load can be performed. In addition, by using the same proton conductor as in the prior application, there is no need for a humidifier because of the proton conductivity without humidification. Can be simplified and further miniaturized.

【0114】また、本発明の第2の電気化学デバイス
は、第1電極のプロトン伝導体とは反対側の面、或いは
第1電極と第2電極との間に、少なくとも水素をガス状
態で実質的に透過しない構造の遮断層が設けられている
ので、プロトン伝導体に直接水素が接触することが著し
く抑制されるため、上記した第1の電気化学デバイスと
ほぼ同様の性能及び効果を発揮することができるほか、
第1電極をより薄層化しても水素ガス透過防止能が遮断
層によって発揮されるために電極の薄膜化が可能とな
る。
Further, in the second electrochemical device of the present invention, at least hydrogen is substantially converted into a gaseous state on the surface of the first electrode opposite to the proton conductor or between the first electrode and the second electrode. Since the blocking layer having a structure that does not allow the proton conductor to pass through is provided, the direct contact of hydrogen with the proton conductor is significantly suppressed, so that the same performance and effects as those of the first electrochemical device described above are exhibited. In addition to being able to
Even if the first electrode is made thinner, the function of preventing hydrogen gas permeation is exerted by the blocking layer, so that the electrode can be made thinner.

【0115】また、本発明の製造方法は、上記した本発
明の第1及び第2の電気化学デバイス構造を形成する工
程を有するので、各部の機能を損うことなく製造が可能
な、再現性の良い製造方法を提供することができる。
Since the manufacturing method of the present invention includes the steps of forming the above-described first and second electrochemical device structures of the present invention, reproducibility can be achieved without impairing the function of each part. Can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例による第1の燃料電池を示す断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a first fuel cell according to an embodiment of the present invention.

【図2】同、第2の燃料電池を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a second fuel cell.

【図3】同、実施例に用いたプロトン伝導体の一例を示
す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a proton conductor used in the example.

【図4】同、実施例に用いたフラーレン誘導体の一例で
あるポリ水酸化フラーレンの構造図である。
FIG. 4 is a structural diagram of polyhydroxylated fullerene which is an example of a fullerene derivative used in Examples.

【図5】同、実施例に用いたフラーレン誘導体の例を示
す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a fullerene derivative used in Examples.

【図6】フラーレン分子の構造図である。FIG. 6 is a structural diagram of a fullerene molecule.

【図7】同、等価回路を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an equivalent circuit of the same.

【図8】同、フラーレン誘導体又はフラーレンペレット
の複素インピーダンスの測定結果を示す図である。
FIG. 8 is a view showing a measurement result of a complex impedance of a fullerene derivative or a fullerene pellet.

【図9】同、フラーレン誘導体ペレットのプロトン伝導
率の温度依存性を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the temperature dependence of the proton conductivity of the fullerene derivative pellet.

【図10】本発明の一実施の形態を示す水素−空気電池
の構造図である。
FIG. 10 is a structural diagram of a hydrogen-air battery showing one embodiment of the present invention.

【図11】同、実施例による第1の燃料電池の発電特性
を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing power generation characteristics of the first fuel cell according to the example.

【図12】同、実施例による第2の燃料電池の発電特性
を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing the power generation characteristics of a second fuel cell according to the example.

【図13】同、第2の燃料電池の変形例を示す断面図で
ある。
FIG. 13 is a sectional view showing a modified example of the second fuel cell.

【図14】同、第2の燃料電池の他の変形例を示す断面
図である。
FIG. 14 is a sectional view showing another modified example of the second fuel cell.

【図15】同、第2の燃料電池の更に他の変形例を示す
断面図である。
FIG. 15 is a sectional view showing still another modified example of the second fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、1A、1A’、20…プロトン伝導部、2、2A…
第1電極(負極)、3…第2電極(正極)、4…遮断
層、5a…ハウジング外枠、5b…ハウジング内枠、6
…仕切り板、7…供給口、8…導入管、9a…導入口、
9b…排気口、10a、10b…流路、12、H2…水
素(燃料)、13、O…空気(酸素)、15、16…燃
料電池、21…水素極、22…空気極、24a、24b
…テフロン板、25…空気孔、26a、26b…ボル
ト、27a、27b…ナット、28a…空気極リード、
28b…水素極リード
1, 1A, 1A ', 20 ... proton conducting part, 2, 2A ...
First electrode (negative electrode), 3 second electrode (positive electrode), 4 blocking layer, 5a outer housing frame, 5b inner housing frame, 6
... Partition plate, 7 ... Supply port, 8 ... Introduction pipe, 9a ... Introduction port,
9b: exhaust port, 10a, 10b: flow path, 12, H 2 : hydrogen (fuel), 13, O: air (oxygen), 15, 16: fuel cell, 21: hydrogen electrode, 22: air electrode, 24a, 24b
... Teflon plate, 25 ... air hole, 26a, 26b ... bolt, 27a, 27b ... nut, 28a ... air electrode lead,
28b: hydrogen electrode lead

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 8/10 H01M 8/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01M 8/10 H01M 8/10

Claims (34)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水素が電子とプロトンへ解離する第1電
極と、還元種が電子とプロトンを受取って酸化種へと変
化する第2電極とを有し、前記第1電極と前記第2電極
との間にプロトン伝導体が存在し、前記第1電極が、少
なくとも水素をガス状態で実質的に透過しない構造とな
っていることを特徴とする、電気化学デバイス。
A first electrode configured to dissociate hydrogen into electrons and protons; and a second electrode configured to receive reduced electrons from the electrons and protons and convert them into oxidized species. The first electrode and the second electrode Wherein the first electrode has a structure in which at least hydrogen does not substantially permeate in a gaseous state.
【請求項2】 前記第1電極が、水素及び水蒸気をガス
状態で前記プロトン伝導体側へ実質的に透過しない物質
で構成されている、請求項1に記載した電気化学デバイ
ス。
2. The electrochemical device according to claim 1, wherein the first electrode is made of a substance that does not substantially transmit hydrogen and water vapor in a gaseous state toward the proton conductor.
【請求項3】 前記第1電極が、前記第2電極側での水
素分圧が10%以下となるような水素ガス透過防止能を
有している、請求項1に記載した電気化学デバイス。
3. The electrochemical device according to claim 1, wherein the first electrode has a hydrogen gas permeation preventing ability such that a hydrogen partial pressure on the second electrode side is 10% or less.
【請求項4】 前記第1電極が、水素を原子状或いはプ
ロトンとして吸収可能な物質で構成されている、請求項
1に記載した電気化学デバイス。
4. The electrochemical device according to claim 1, wherein the first electrode is made of a substance capable of absorbing hydrogen as atoms or protons.
【請求項5】 前記第1電極が、水素吸蔵金属或いは水
素吸蔵合金またはこれを含む物質で構成されている、請
求項1に記載した電気化学デバイス。
5. The electrochemical device according to claim 1, wherein the first electrode is made of a hydrogen storage metal, a hydrogen storage alloy, or a substance containing the same.
【請求項6】 前記第1電極の前記プロトン伝導体とは
反対側の面、或いは前記第1電極と前記第2電極との間
に、少なくとも水素をガス状態で実質的に透過しない構
造を有する遮断層が設けられている、請求項1に記載し
た電気化学デバイス。
6. A structure that does not substantially transmit at least hydrogen in a gaseous state at a surface of the first electrode opposite to the proton conductor or between the first electrode and the second electrode. The electrochemical device according to claim 1, wherein a barrier layer is provided.
【請求項7】 前記遮断層が、水素を原子状或いはプロ
トンとして吸収可能な物質で構成されている、請求項6
に記載した電気化学デバイス。
7. The barrier layer according to claim 6, wherein the barrier layer is made of a substance capable of absorbing hydrogen as atoms or protons.
The electrochemical device described in 1 above.
【請求項8】 前記遮断層が、水素吸蔵金属或いは水素
吸蔵合金またはこれを含む物質で構成されている、請求
項6に記載した電気化学デバイス。
8. The electrochemical device according to claim 6, wherein the barrier layer is made of a hydrogen storage metal, a hydrogen storage alloy, or a substance containing the same.
【請求項9】 前記プロトン伝導体が、フラーレン分子
を構成する炭素原子にプロトン解離性の基を導入してな
るフラーレン誘導体を主成分として含む、請求項1に記
載した電気化学デバイス。
9. The electrochemical device according to claim 1, wherein the proton conductor contains, as a main component, a fullerene derivative obtained by introducing a proton-dissociable group into a carbon atom constituting a fullerene molecule.
【請求項10】 前記プロトン解離性の基が、−OH、
−OSO3H、−COOH、−SO3H、−OPO(O
H)3のいずれかより選ばれる基である、請求項9に記
載した電気化学デバイス。
10. The method according to claim 10, wherein the proton-dissociable group is —OH,
-OSO 3 H, -COOH, -SO 3 H, -OPO (O
The electrochemical device according to claim 9, which is a group selected from any of H) 3 .
【請求項11】 前記フラーレン分子が、球状炭素クラ
スター分子Cm(m=36、60、70、78、82、
84等)である、請求項9に記載した電気化学デバイ
ス。
11. The fullerene molecule is a spherical carbon cluster molecule Cm (m = 36, 60, 70, 78, 82,
84 etc.).
【請求項12】 前記第1電極側がハウジング部材で覆
われ、このハウジング部材に、前記第1電極側へ水素ガ
スを供給する水素ガス供給口が設けられている、請求項
1に記載した電気化学デバイス。
12. The electrochemical device according to claim 1, wherein the first electrode side is covered with a housing member, and the housing member is provided with a hydrogen gas supply port for supplying hydrogen gas to the first electrode side. device.
【請求項13】 燃料電池として構成されている、請求
項1に記載した電気化学デバイス。
13. The electrochemical device according to claim 1, configured as a fuel cell.
【請求項14】 水素が電子とプロトンへ解離する第1
電極と、還元種が電子とプロトンを受取って酸化種へと
変化する第2電極とを有し、前記第1電極と前記第2電
極との間にプロトン伝導体が存在し、前記第1電極の前
記プロトン伝導体とは反対側の面、或いは前記第1電極
と前記第2電極との間に、少なくとも水素をガス状態で
実質的に透過しない構造を有する遮断層が設けられてい
ることを特徴とする、電気化学デバイス。
14. The first hydrogen dissociation into electrons and protons.
An electrode, and a second electrode in which the reduced species receives electrons and protons and changes to an oxidized species, wherein a proton conductor is present between the first electrode and the second electrode; That the surface opposite to the proton conductor or between the first electrode and the second electrode is provided with a blocking layer having a structure that does not substantially transmit at least hydrogen in a gaseous state. An electrochemical device, characterized by:
【請求項15】 前記遮断層が、水素及び水蒸気をガス
状態で前記プロトン伝導体側へ実質的に透過しない物質
で構成されている、請求項14に記載した電気化学デバ
イス。
15. The electrochemical device according to claim 14, wherein the barrier layer is made of a substance that does not substantially transmit hydrogen and water vapor in a gaseous state to the proton conductor side.
【請求項16】 前記遮断層が、前記第2電極側での水
素分圧が10%以下となるような水素ガス透過防止能を
有している、請求項14に記載した電気化学デバイス。
16. The electrochemical device according to claim 14, wherein the blocking layer has a hydrogen gas permeation preventing ability such that a hydrogen partial pressure on the second electrode side is 10% or less.
【請求項17】 前記遮断層が、水素を原子状或いはプ
ロトンとして吸収可能な物質で構成されている、請求項
14に記載した電気化学デバイス。
17. The electrochemical device according to claim 14, wherein the blocking layer is made of a substance capable of absorbing hydrogen as atoms or protons.
【請求項18】 前記遮断層が、水素吸蔵金属或いは水
素吸蔵合金またはこれを含む物質で構成されている、請
求項14に記載した電気化学デバイス。
18. The electrochemical device according to claim 14, wherein the barrier layer is made of a hydrogen storage metal, a hydrogen storage alloy, or a substance containing the same.
【請求項19】 前記プロトン伝導体が、フラーレン分
子を構成する炭素原子にプロトン解離性の基を導入して
なるフラーレン誘導体を主成分として含む、請求項14
に記載した電気化学デバイス。
19. The proton conductor according to claim 14, wherein the proton conductor contains, as a main component, a fullerene derivative obtained by introducing a proton-dissociable group into a carbon atom constituting a fullerene molecule.
The electrochemical device described in 1 above.
【請求項20】 前記プロトン解離性の基が、−OH、
−OSO3H、−COOH、−SO3H、−OPO(O
H)3のいずれかより選ばれる基である、請求項19に
記載した電気化学デバイス。
20. The proton-dissociable group is -OH,
-OSO 3 H, -COOH, -SO 3 H, -OPO (O
20. The electrochemical device according to claim 19, which is a group selected from any of H) 3 .
【請求項21】 前記フラーレン分子が、球状炭素クラ
スター分子Cm(m=36、60、70、78、82、
84等)である、請求項19に記載した電気化学デバイ
ス。
21. The fullerene molecule is a spherical carbon cluster molecule Cm (m = 36, 60, 70, 78, 82,
84 etc.).
【請求項22】 前記遮断層側がハウジング部材で覆わ
れ、このハウジング部材に、前記遮断層側へ水素ガスを
供給する水素ガス供給口が設けられている、請求項14
に記載した電気化学デバイス。
22. The barrier layer side is covered with a housing member, and the housing member is provided with a hydrogen gas supply port for supplying hydrogen gas to the barrier layer side.
The electrochemical device described in 1 above.
【請求項23】 燃料電池として構成されている、請求
項14に記載した電気化学デバイス。
23. The electrochemical device according to claim 14, configured as a fuel cell.
【請求項24】 空気電池として構成されている、請求
項14に記載した電気化学デバイス。
24. The electrochemical device according to claim 14, configured as an air cell.
【請求項25】 水素が電子とプロトンへ解離する第1
電極と、還元種が電子とプロトンを受取って酸化種へと
変化する第2電極とを有し、前記第1電極と前記第2電
極との間にプロトン伝導体が存在する電気化学デバイス
を製造するに際し、 水素ガス供給口を有するハウジング部材の前記水素ガス
供給口側、或いは前記第1電極と前記第2電極との間
に、少なくとも水素をガス状態で実質的に透過しない構
造を有する前記第1電極又は遮断層を形成する工程と、 前記プロトン伝導体を前記第1電極上に、又は前記遮断
層上に設けた前記第1電極上に形成する工程と、 前記プロトン伝導体層上に前記第2電極を形成する工程
とを有することを特徴とする、電気化学デバイスの製造
方法。
25. The first wherein hydrogen dissociates into electrons and protons.
Manufacturing an electrochemical device having an electrode and a second electrode in which a reducing species receives an electron and a proton to change to an oxidizing species, wherein a proton conductor exists between the first electrode and the second electrode. In doing so, at least the hydrogen gas supply port side of the housing member having a hydrogen gas supply port or between the first electrode and the second electrode has a structure that does not substantially transmit at least hydrogen in a gaseous state. Forming one electrode or a blocking layer; forming the proton conductor on the first electrode or on the first electrode provided on the blocking layer; and forming the proton conductor on the proton conductor layer. Forming a second electrode.
【請求項26】 前記第1電極又は前記遮断層を、水素
及び水蒸気をガス状態で前記プロトン伝導体側へ実質的
に透過しない物質で構成する、請求項25に記載した電
気化学デバイスの製造方法。
26. The method for manufacturing an electrochemical device according to claim 25, wherein the first electrode or the blocking layer is made of a substance that does not substantially transmit hydrogen and water vapor in a gaseous state to the proton conductor side.
【請求項27】 前記第1電極又は遮断層に前記第2電
極側での水素分圧が10%以下となるような水素ガス透
過防止能を有せしめる、請求項25に記載した電気化学
デバイスの製造方法。
27. The electrochemical device according to claim 25, wherein the first electrode or the blocking layer has an ability to prevent hydrogen gas permeation such that the hydrogen partial pressure on the second electrode side is 10% or less. Production method.
【請求項28】 前記第1電極又は遮断層を、水素を原
子状或いはプロトンとして吸収可能な物質で構成する、
請求項25に記載した電気化学デバイスの製造方法。
28. The first electrode or the blocking layer is composed of a substance capable of absorbing hydrogen as atoms or protons.
A method for manufacturing the electrochemical device according to claim 25.
【請求項29】 前記第1電極又は遮断層を、水素吸蔵
金属或いは水素吸蔵合金またはこれを含む物質で構成す
る、請求項25に記載した電気化学デバイスの製造方
法。
29. The method according to claim 25, wherein the first electrode or the blocking layer is made of a hydrogen storage metal, a hydrogen storage alloy, or a substance containing the same.
【請求項30】 前記プロトン伝導体に、フラーレン分
子を構成する炭素原子にプロトン解離性の基を導入して
なるフラーレン誘導体を主成分として含める、請求項2
5に記載した電気化学デバイスの製造方法。
30. A fullerene derivative obtained by introducing a proton-dissociable group into a carbon atom constituting a fullerene molecule as a main component in the proton conductor.
5. The method for producing an electrochemical device according to 5.
【請求項31】 前記プロトン解離性の基に、−OH、
−OSO3H、−COOH、−SO3H、−OPO(O
H)3のいずれかより選ばれる基を用いる、請求項30
に記載した電気化学デバイスの製造方法。
31. The proton-dissociable group includes —OH,
-OSO 3 H, -COOH, -SO 3 H, -OPO (O
H) A group selected from any one of 3 ) is used.
3. The method for producing an electrochemical device described in 1. above.
【請求項32】 前記フラーレン分子に、球状炭素クラ
スター分子Cm(m=36、60、70、78、82、
84等)を用いる、請求項30に記載した電気化学デバ
イスの製造方法。
32. A spherical carbon cluster molecule Cm (m = 36, 60, 70, 78, 82,
84). The method for producing an electrochemical device according to claim 30, wherein the method comprises the steps of:
【請求項33】 燃料電池として構成する、請求項25
に記載した電気化学デバイスの製造方法。
33. A fuel cell comprising a fuel cell.
3. The method for producing an electrochemical device described in 1. above.
【請求項34】 空気電池として構成する、請求項25
に記載した電気化学デバイスの製造方法。
34. An air battery configured as an air battery.
3. The method for producing an electrochemical device described in 1. above.
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