JP2003217339A5 - - Google Patents

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Description

【００１１】
本発明のプロトン伝導ゲルは、リン原子にＯＨ基が結合してなるリン酸塩分子鎖からなる分散相と、該リン酸塩分子鎖の各ＯＨ基の周囲に存在する水からなる分散媒とを有することを特徴とする。
【００１９】
本発明のプロトン伝導ゲルは次の本発明のプロトン伝導ゲルの製造方法により製造され得る。この製造方法は、溶融法によりリン酸塩ガラスを得るガラス化工程と、該リン酸塩ガラスを粉砕したリン酸塩ガラス粉末と水とを反応させ、リン原子にＯＨ基が結合してなるリン酸塩分子鎖からなる分散相と、該リン酸塩分子鎖の各ＯＨ基の周囲に存在する水からなる分散媒とを有するプロトン伝導ゲルを得るゲル化工程とからなることを特徴とする。
【００２０】
本発明のプロトン伝導ゲルの製造方法では、まず、ガラス化工程として、溶融法によりリン酸塩ガラスを得る。例えば、正リン酸を加熱溶融し、これを急冷することによりリン酸ガラスを得る。また、リン酸塩ガラスがＣａ2+、Ｍｇ2+及びＺｎ2+の少なくとも１つ等の２価金属イオンを含有する場合は、例えば、正リン酸と炭酸カルシウムのような金属炭酸塩等とを混合し、加熱溶融し、これを急冷することによりリン酸塩ガラスを得る。
【００２１】
そして、ゲル化工程として、リン酸塩ガラスを粉砕したリン酸塩ガラス粉末と水とを反応させ、本発明のプロトン伝導ゲルを得る。例えば、上記リン酸ガラスを粉砕して粉末とし、この粉末と水とを反応させてプロトン伝導ゲルとすることができる。また、リン酸塩ガラスが２価金属イオンを含有する場合は、例えば、上記リン酸カルシウムガラスを粉砕して粉末とし、この粉末と水とを反応させてプロトン伝導ゲルとすることができる。リン酸塩ガラスと水とが接すると、リン酸塩ガラスはその表面から急速に加水分解を生じ、リン酸塩の長鎖の切断が起こり、結果としてリン酸塩グループが溶出する。この結果、プロトンの活量が増し、プロトンは、ガラス網目修飾イオンの配位部分の一部を切断し、リン酸塩分子鎖に結合する。これをきっかけに水素結合によりリン酸塩分子鎖に水分子が配位する結果、流動性のあるリン酸塩縮合体であるプロトン伝導ゲルが得られる。
【００３２】
また、本発明のプロトン伝導体の第２の製造方法は、溶融法によりリン酸塩ガラスを得るガラス化工程と、該リン酸塩ガラスを粉砕したリン酸塩ガラス粉末により成形体を得る成形工程と、該成形体を水と反応させ、リン原子にＯＨ基が結合してなるリン酸塩分子鎖からなる分散相と、該リン酸塩分子鎖の各ＯＨ基の周囲に存在する水からなる分散媒とを有するプロトン伝導体とする反応工程とからなることを特徴とする。この製造方法では、予め成形工程により成形体を得ておき、反応工程においてその成形体を水と反応させてプロトン伝導体とするため、成形体の取り扱いが容易であるという利点を有する。

Claims (15)

  1. リン原子にＯＨ基が結合してなるリン酸塩分子鎖からなる分散相と、該リン酸塩分子鎖の各ＯＨ基の周囲に存在する水からなる分散媒とを有することを特徴とするプロトン伝導ゲル。
  2. リン酸塩分子鎖は、２価金属イオンを含有することを特徴とする請求項１記載のプロトン伝導ゲル。
  3. ２価金属イオンは、Ｃａ2+、Ｍｇ2+及びＺｎ2+の少なくとも１つであることを特徴とする請求項２記載のプロトン伝導ゲル。
  4. リン酸塩分子鎖は、スルホン基を含有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のプロトン伝導ゲル。
  5. 分散相は、直鎖状構造のリン酸塩分子鎖を含有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のプロトン伝導ゲル。
  6. 分散相は、環状構造のリン酸塩分子鎖を含有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のプロトン伝導ゲル。
  7. リン酸塩分子鎖は、リン酸をＰ2Ｏ5換算で３０〜７５ｍｏｌ％の範囲内で含有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のプロトン伝導ゲル。
  8. リン酸塩分子鎖は、リン酸をＰ2Ｏ5換算で４０〜７０ｍｏｌ％の範囲内で含有していることを特徴とする請求項７記載のプロトン伝導ゲル。
  9. リン酸塩分子鎖は、リン酸をＰ2Ｏ5換算で５０〜６０ｍｏｌ％の範囲内で含有していることを特徴とする請求項８記載のプロトン伝導ゲル。
  10. 溶融法によりリン酸塩ガラスを得るガラス化工程と、
    該リン酸塩ガラスを粉砕したリン酸塩ガラス粉末と水とを反応させ、リン原子にＯＨ基が結合してなるリン酸塩分子鎖からなる分散相と、該リン酸塩分子鎖の各ＯＨ基の周囲に存在する水からなる分散媒とを有するプロトン伝導ゲルを得るゲル化工程とからなることを特徴とするプロトン伝導ゲルの製造方法。
  11. ゲル化工程において、プロトン伝導ゲルに他のプロトン伝導組成物も介在させることを特徴とする請求項１０記載のプロトン伝導ゲルの製造方法。
  12. 請求項１乃至９のいずれか１項記載のプロトン伝導ゲルと、他のプロトン伝導組成物とからなることを特徴とするプロトン伝導体。
  13. 請求項１０又は請求項１１記載のプロトン伝導ゲルを成形してプロトン伝導体とすることを特徴とするプロトン伝導体の製造方法。
  14. 溶融法によりリン酸塩ガラスを得るガラス化工程と、
    該リン酸塩ガラスを粉砕したリン酸塩ガラス粉末により成形体を得る成形工程と、
    該成形体を水と反応させ、リン原子にＯＨ基が結合してなるリン酸塩分子鎖からなる分散相と、該リン酸塩分子鎖の各ＯＨ基の周囲に存在する水からなる分散媒とを有するプロトン伝導体とする反応工程とからなることを特徴とするプロトン伝導体の製造方法。
  15. 成形工程において、成形体に他のプロトン伝導組成物も介在させることを特徴とする請求項１４記載のプロトン伝導体の製造方法。
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