JP2006016297A - 改質された無機物,複合電解質膜,及び燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 無機物と、無機物と結合されているスルホン酸系又はカルボン酸系の陽イオン交換体含む有機化合物からなる改質された無機物であって、該無機物を水素イオン伝導性の高分子マトリックス中に分散した複合電解質膜を燃料電池の電解質膜とする。
【選択図】図2
Description
以下に,本発明の第1の実施形態にかかる改質された無機物について説明する。
界面活性剤として3−メルカプトプロピルトリメチルシラン,そしてアルミナ前駆体としてアルミニウムトリ−二次−ブトキシドを使用した。3−メルカプトプロピルトリメチルシラン5gとアルミニウムトリ−二次−ブトキシド10gとを混合して,均一した溶液となるようにした。この溶液に蒸溜水20gを徐々に添加した。この溶液を攪拌し続けて,ゲル状態の反応混合物を得た。この反応混合物をテフロン(登録商標)(ポリ四フッ化エチレン)オートクレーブに入れた後,100℃で24時間水熱合成した。
実施例1で製造された改質されたアルミナについてXRD分析を実施し,その結果((C)で表示されている)を図2に示した。図2は,米国サイテック社のベーム石についてのXRDパターン((A)で表示されている)と,実施例1で得た酸化された沈殿物についてのXRDパターン((B)で表示されている)とを共に示している。
界面活性剤として3−メルカプトプロピルトリメチルシラン,そしてアルミナ粉末としてサイテック社のベーム石を使用した。3−メルカプトプロピルトリメチルシラン5g,ベーム石10g及び蒸溜水20gを混合して,均一した分散液となるようにした。このように得た反応混合物をテフロン(登録商標)オートクレーブに入れた後,100℃で24時間水熱合成した。
図3は,実施例2で製造された改質されたアルミナについてのXPS分析結果である。図3において,−SHの結合エネルギーに該当するピークが表れておらず,−SO3Hの結合エネルギーに該当するピークが表れている。
本実施例3では,充填剤として実施例1で得た改質されたアルミナ,そして水素イオン伝導性のポリマーとしてナフィオン(デュポン社の過フッ化スルホン酸系のポリマー5重量%水の分散液)を使用した。実施例1の改質されたアルミナ0.03gとナフィオン水の分散液20gとをよく混合した後,テフロン(登録商標)オートクレーブに投入した後,90℃の温度及び80psiの圧力で24時間還流させた。このように得た組成物を型に入れた後,130℃のオーブンで4時間加熱することによって,複合電解質膜を製造した。この複合電解質膜の厚さは,150μmであった。
本実施例4では,電解質膜として実施例3の複合電解質膜を採用した燃料電池を製造した。本実施例の燃料電池に採用されたアノードには,PtRu合金触媒が使われ,カソードには,Pt触媒が使われた。アノード,カソード及び実施例2の複合電解質膜を,120℃の温度で5MPaの圧力で接合させてMEAを製造した。
比較例として,改質されていないアルミナファイバを充填剤として使用した複合電解質膜を採用した燃料電池を製作した。
実施例4及び比較例の燃料電池のアノードとカソードに,それぞれ燃料供給用の分離板と酸化剤供給用の分離板とを付着させた後,単位電池性能を測定した。作動条件は,次の通りである。燃料として8重量%メタノール水溶液3ml/min,酸化剤として空気50ml/min,作動温度50℃。実施例4及び比較例の燃料電池の性能を図4に示した。
20 アノード
21 アノード触媒層
22 アノード拡散層
30 カソード
31 カソード触媒層
32 カソード拡散層
40,50 分離板
Claims (16)
- 無機物と;
前記無機物と結合されている陽イオン交換体と;
を含むことを特徴とする,改質された無機物。 - 前記陽イオン交換体は,スルホン酸系の陽イオン交換体であることを特徴とする,請求項1に記載の改質された無機物。
- 前記スルホン酸系の陽イオン交換体は,少なくとも一つの−SO3X基を有する有機化合物であり,
前記Xは,水素またはアルカリ金属であることを特徴とする,請求項2に記載の改質された無機物。 - 前記スルホン酸系の陽イオン交換体は,少なくとも1つの−SO3X基及び少なくとも一つの水素結合性の部位を有する有機化合物であり,
前記Xは,水素またはアルカリ金属であることを特徴とする,請求項2に記載の改質された無機物。 - 前記陽イオン交換体は,カルボン酸系の陽イオン交換体であることを特徴とする,請求項1に記載の改質された無機物。
- 前記カルボン酸系の陽イオン交換体は,少なくとも一つの−COOX基を有する有機化合物であり,
前記Xは,水素またはアルカリ金属であることを特徴とする,請求項5に記載の改質された無機物。 - 前記カルボン酸系の陽イオン交換体は,少なくとも一つの−COOX基及び少なくとも一つの水素結合性の部位を有する有機化合物であり,
前記Xは,水素またはアルカリ金属であることを特徴とする,請求項5に記載の改質された無機物。 - 1mmol/g〜3mmol/gのイオン交換容量を有することを特徴とする,請求項1〜7のいずれかに記載の改質された無機物。
- 20nm〜200nmの平均粒径を有することを特徴とする,請求項1〜8のいずれかに記載の改質された無機物。
- 前記無機物は,酸化物系列の無機化合物であることを特徴とする,請求項1〜9のいずれかに記載の改質された無機物。
- −SHを有する界面活性剤,無機物前駆体及び水を含有する混合物を水熱合成して沈殿物を生成する工程と;
前記沈殿物を酸化剤で酸化する工程と;
前記酸化された沈殿物をスルホン化する工程と;
を含むことを特徴とする,改質された無機物の製造方法。 - −SHを有する界面活性剤,無機物及び水を含有する混合物を水熱合成する工程と;
前記水熱合成工程を経た無機物をスルホン化する工程と;
を含むことを特徴とする,改質された無機物の製造方法。 - カルボキシル基を有する界面活性剤,無機物前駆体及び水を含有する混合物を水熱合成して沈殿物を生成する工程と;
前記沈殿物を酸化剤で酸化する工程と;
を含むことを特徴とする,改質された無機物の製造方法。 - カルボキシル基を有する界面活性剤,無機物及び水を含有する混合物を水熱合成する工程を含むことを特徴とする,改質された無機物の製造方法。
- 水素イオン伝導性の高分子マトリックスと;
前記水素イオン伝導性の高分子マトリックス中に分散されている,請求項1〜10のうちいずれかに記載の改質された無機物と;
を含むことを特徴とする,複合電解質膜。 - カソードと,アノードと,電解質膜とを備える燃料電池において:
前記電解質膜が,請求項15に記載の複合電解質膜であることを特徴とする,燃料電池。
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