JP2008053224A - 金属リン酸塩 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】M(ここで、Mは長周期型周期律表第4A族および第4B族の元素からなる群より選ばれる1種以上の元素である。)、PおよびOを含有する化合物であって、Mの一部をドーピング元素J(ここで、Jは長周期型周期律表第3A族、第3B族、第5A族および第5B族の元素からなる群より選ばれる1種以上の元素であり、少なくとも、B、Al、Ga、Sc、Yb、Y、La、Ce、Sb、Bi、V、TaおよびNbから選ばれる元素を含有する。)で置換されてなるプロトン伝導性の金属リン酸塩。
【選択図】なし
Description
すなわち、本発明は以下の発明を提供するものである。
<1>M(ここで、Mは長周期型周期律表第4A族および第4B族の元素からなる群より選ばれる1種以上の元素である。)、PおよびOを含有する化合物であって、Mの一部をドーピング元素J(ここで、Jは長周期型周期律表第3A族、第3B族、第5A族および第5B族の元素からなる群より選ばれる1種以上の元素であり、少なくとも、B、Al、Ga、Sc、Yb、Y、La、Ce、Sb、Bi、V、TaおよびNbから選ばれる元素を含有する。)で置換されてなるプロトン伝導性の金属リン酸塩。
<2>M(ここで、Mは前記と同じ意味を有する。)、PおよびOを含有する化合物が、実質的に以下の式(1)で表される前記<1>記載の金属リン酸塩。
MP2O7 (1)
<3>実質的に以下の式(2)で表される前記<1>または<2>記載の金属リン酸塩。
M1-xJxP2O7 (2)
(ここで、式(2)中のxは、0.001以上0.5以下の範囲の値であり、MおよびJは前記と同じ意味を有する。)
<4>JがB、Al、Ga、Sc、Yb、Y、La、Ce、Sb、Bi、V、TaおよびNbからなる群より選ばれる1種以上の元素である前記<1>〜<3>のいずれかに記載の金属リン酸塩。
<5>Jが少なくともAlを含有する前記<1>〜<4>のいずれかに記載の金属リン酸塩。
<6>JがAlである前記<1>〜<5>のいずれかに記載の金属リン酸塩。
<7>MがSn、Ti、Pb、ZrおよびHfからなる群より選ばれる1種以上の元素である前記<1>〜<6>のいずれかに記載の金属リン酸塩。
<8>MがSnである前記<1>〜<7>のいずれかに記載の金属リン酸塩。
<9>前記<1>〜<8>のいずれかに記載の金属リン酸塩とバインダーとを有するフィルム。
<10>前記バインダーがフッ素樹脂である前記<9>記載のフィルム。
<11>前記フッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレンである前記<10>記載のフィルム。
<12>前記<1>〜<8>のいずれかに記載の金属リン酸塩または前記<9>〜<11>のいずれかに記載のフィルムを固体電解質として有する燃料電池。
MP2O7 (1)
M1-xJxP2O7 (2)
(ここで、式(2)中のxは、0.001以上0.5以下の範囲の値であり、MおよびJは前記と同じ意味を有する。)
(a)Mを含有する化合物とJを含有する化合物とリン酸とを反応させ、反応物を得る工程。
(b)該反応物を熱処理する工程。
(金属リン酸塩の合成)
SnO2(和光純薬製)143.2g、Al2O3(和光純薬製αアルミナ)2.549g、H3PO4(和光純薬製、85%の濃リン酸水溶液)322.7gをビーカーに仕込み、マグネチックスターラーで攪拌しながらホットプレートで300℃に加熱した。加熱中粘度を調整する為に適宜イオン交換水を添加した。1時間加熱して得られた粘ちょうなペーストをアルミナ製ルツボに仕込み、電気炉中で1.5時間かけて650℃まで昇温し、2.5時間保持した後、1.5時間で室温まで冷却し、金属リン酸塩1を合成した。
得られた金属リン酸塩1をルツボから掻き出し、アルミナ製乳鉢で解砕した。得られた粉末を金型に充填し、一軸成型した後、CIP(冷間静水圧縮装置)で2t/cm2の圧力で成型し、ペレットを得た。
得られたペレットを白金箔電極で挟み、四端子伝導度測定装置を用いて、インピーダンススペクトルを周波数1MHz〜0.1Hz、電圧10mVの実験条件下で、温度を50℃から300℃まで変化させつつ測定した。該スペクトルから得られたプロトン伝導度の値を図1に示した。250℃におけるプロトン伝導度(Proton conductivity)は0.13Scm-1で、200℃におけるプロトン伝導度は0.11Scm-1であった。
仕込み原料をSnO2(和光純薬製)143.2g、Ga2O3(和光純薬製99.99%)4.686g、H3PO4(和光純薬製、85%の濃リン酸水溶液)322.7gとした以外は実施例1と同じ方法で金属リン酸塩2を合成し、ペレットを得て、プロトン伝導度を測定した。200℃における伝導度は0.23Scm-1であった。
仕込み原料をSnO2(和光純薬製)143.2g、Sc2O3(和光純薬製99.9%)3.448g、H3PO4(和光純薬製、85%の濃リン酸水溶液)322.7gとした以外は実施例1と同じ方法で金属リン酸塩3を合成し、ペレットを得て、プロトン伝導度を測定した。200℃におけるプロトン伝導度は0.17Scm-1であった。
仕込み原料をSnO2(和光純薬製)7.159g、Yb2O3(和光純薬製)0.497g、H3PO4(和光純薬製、85%の濃リン酸水溶液)16.141gとし、さらにイオン交換水80gをビーカーに仕込む以外は実施例1と同じ方法で金属リン酸塩4を合成し、ペレットを得て、プロトン伝導度を測定した。200℃におけるプロトン伝導度は0.21Scm-1であった。
仕込み原料をSnO2(和光純薬製)7.159g、Y2O3(和光純薬製)0.282g、H3PO4(和光純薬製、85%の濃リン酸水溶液)16.141gとし、さらにイオン交換水80gをビーカーに仕込む以外は実施例1と同じ方法で金属リン酸塩5を合成し、ペレットを得て、プロトン伝導度を測定した。200℃におけるプロトン伝導度は0.13Scm-1であった。
仕込み原料をSnO2(和光純薬製)5.27g、Nb2O5(和光純薬製)1.99g、H3PO4(和光純薬製、85%の濃リン酸水溶液)15.56gとし、さらにイオン交換水80gをビーカーに仕込み、アルミナ製ルツボの代わりにアルミナ製角サヤを使用する以外は実施例1と同じ方法で金属リン酸塩6を合成し、ペレットを得て、プロトン伝導度を測定した。200℃におけるプロトン伝導度は0.18Scm-1、250℃におけるプロトン伝導度は0.22Scm-1であった。
仕込み原料をSnO2(和光純薬製)6.78g、Nb2O5(和光純薬製)0.66gとした以外は実施例6と同じ方法で金属リン酸塩7を合成し、ペレットを得て、プロトン伝導度を測定した。200℃におけるプロトン伝導度は0.17Scm-1、250℃におけるプロトン伝導度は0.19Scm-1であった。
仕込み原料をSnO2(和光純薬製)3.76g、Nb2O5(和光純薬製)3.32gとした以外は実施例6と同じ方法で金属リン酸塩8を合成し、ペレットを得て、プロトン伝導度を測定した。200℃におけるプロトン伝導度は0.19Scm-1、250℃におけるプロトン伝導度は0.17Scm-1であった。
実施例1で合成した金属リン酸塩1の粉末を乳鉢にて粉砕し、1,8−ビストリエトキシシリルオクタン、3−トリヒドロキシシリル−1−プロパンスルホン酸30−35%水溶液を混合させたものを少量加える。さらにポリテトラフルオロエチレンの粉末を少量加えて一塊になるまで乳鉢を用いてよく練りこみ、それを真空パックしローラーを用いて圧延して、フィルムを得ることができる。得られるフィルムはプロトンを伝導する性質を示す。
仕込み原料をSnO2(和光純薬製)150.7g、H3PO4(和光純薬製、85%の濃リン酸水溶液)322.7gとした以外は実施例1と同じ方法で金属リン酸塩9を合成し、ペレットを得て、プロトン伝導度を測定した。200℃におけるプロトン伝導度は0.056Scm-1であった。その結果を図1に示した。
Claims (12)
- M(ここで、Mは長周期型周期律表第4A族および第4B族の元素からなる群より選ばれる1種以上の元素である。)、PおよびOを含有する化合物であって、Mの一部をドーピング元素J(ここで、Jは長周期型周期律表第3A族、第3B族、第5A族および第5B族の元素からなる群より選ばれる1種以上の元素であり、少なくとも、B、Al、Ga、Sc、Yb、Y、La、Ce、Sb、Bi、V、TaおよびNbから選ばれる元素を含有する。)で置換されてなるプロトン伝導性の金属リン酸塩。
- M(ここで、Mは前記と同じ意味を有する。)、PおよびOを含有する化合物が、実質的に以下の式(1)で表される請求項1記載の金属リン酸塩。
MP2O7 (1) - 実質的に以下の式(2)で表される請求項1または2記載の金属リン酸塩。
M1-xJxP2O7 (2)
(ここで、式(2)中のxは、0.001以上0.5以下の範囲の値であり、MおよびJは前記と同じ意味を有する。) - JがB、Al、Ga、Sc、Yb、Y、La、Ce、Sb、Bi、V、TaおよびNbからなる群より選ばれる1種以上の元素である請求項1〜3のいずれかに記載の金属リン酸塩。
- Jが少なくともAlを含有する請求項1〜4のいずれかに記載の金属リン酸塩。
- JがAlである請求項1〜5のいずれかに記載の金属リン酸塩。
- MがSn、Ti、Si、Ge、Pb、ZrおよびHfからなる群より選ばれる1種以上の元素である請求項1〜6のいずれかに記載の金属リン酸塩。
- MがSnである請求項1〜7のいずれかに記載の金属リン酸塩。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の金属リン酸塩とバインダーとを有するフィルム。
- バインダーがフッ素樹脂である請求項9記載のフィルム。
- フッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレンである請求項10記載のフィルム。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の金属リン酸塩または請求項9〜11のいずれかに記載のフィルムを固体電解質として有する燃料電池。
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