JP2010238525A - High ion-conductive solid electrolyte and electrochemical system using this solid electrolyte - Google Patents

High ion-conductive solid electrolyte and electrochemical system using this solid electrolyte Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide high ion conductive solid electrolyte made of proton (hydrogen ion) or the like, especially at low cost, and showing high conductivity, a fuel cell as well as other electrochemical systems using this solid electrolyte. <P>SOLUTION: The high ion-conductive solid electrolyte, as a basis, comprises at least one or more inorganic compounds selected from silicic acid compound, tungstic acid compound, or zirconic acid compound, and a complex compound containing polyvinyl alcohol, and other constituents than polyvinyl alcohol having sulfonic acid group. Concretely, the structure includes an organic compound having a sulfonic acid group other than polyvinyl alcohol, and the organic compound having the sulfonic acid group is soluble in water. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、プロトン(水素イオン)等の高イオン伝導性固体電解質であって、特には低価格であり、高い伝導度を示し、かつ、水分を吸収した場合の膨潤が小さい高イオン伝導性固体電解質及び該固体電解質を使用した燃料電池その他の電気化学システムに関するものである。   The present invention is a high ion conductive solid electrolyte such as proton (hydrogen ion), and is particularly low in price, exhibits high conductivity, and has low swelling when absorbing moisture. The present invention relates to an electrolyte and a fuel cell or other electrochemical system using the solid electrolyte.

従来からプロトン伝導性固体電解質を使用した電気化学システムとして、燃料電池、除湿機或いは電気分解型水素生成装置などの電解装置が実用化されており、特に常温作動型プロトン伝導性固体電解質の用途は多岐に亘っている。例えば固体高分子型燃料電池は、下記の(1)式に示したように負極に供給される水素の電気化学的酸化反応、(2)式に示したように正極に供給される酸素の電気化学的還元反応及びその間の電解質中のプロトン移動からなる反応によって電流が流れ、電気エネルギーが取り出される。
→ 2H+2e …………………………(1)
1/2O+ 2H+2e → HO ………………(2)
Conventionally, as an electrochemical system using a proton conductive solid electrolyte, an electrolytic device such as a fuel cell, a dehumidifier, or an electrolysis-type hydrogen generator has been put into practical use. There are a wide variety. For example, the polymer electrolyte fuel cell has an electrochemical oxidation reaction of hydrogen supplied to the negative electrode as shown in the following formula (1), and an electric current of oxygen supplied to the positive electrode as shown in the formula (2). Electric current flows and electric energy is taken out by a reaction consisting of a chemical reduction reaction and a proton transfer in the electrolyte in the meantime.
H 2 → 2H + + 2e ………………………… (1)
1/2 O 2 + 2H + 2e → H 2 O (2)

負極に供給される燃料がメタノールである直接メタノール型燃料電池等の水素以外のものを燃料として用いる燃料電池もあるが、この場合でも燃料が負極で電気化学的に酸化されてプロトンを放出する反応は同様に行われており、プロトン伝導性固体電解質を利用して作動させることができる。   Some fuel cells use a fuel other than hydrogen, such as a direct methanol fuel cell, where the fuel supplied to the negative electrode is methanol, but in this case as well, the reaction in which the fuel is electrochemically oxidized at the negative electrode to release protons Is carried out in the same way and can be operated using a proton conducting solid electrolyte.

燃料電池で使用される電極では、反応速度を上げるために表面積の大きな粉末触媒が使用されており、さらに燃料、水、プロトン或いは水酸化物イオンといった反応に関与する物質が出会う反応場を広げるために、電極中にも固体電解質が添加される。即ち、固体電解質は電極間に配置して使用されるだけでなく、電極の中に入れる添加物としても使用される。   Electrodes used in fuel cells use a powder catalyst with a large surface area to increase the reaction rate, and further expand the reaction field where substances involved in the reaction such as fuel, water, protons or hydroxide ions meet. In addition, a solid electrolyte is also added to the electrode. That is, the solid electrolyte is used not only by being disposed between the electrodes, but also as an additive to be put into the electrodes.

電解装置としては例えば電気分解型水素生成装置が実用化されている。この電気分解型水素生成装置は、燃料電池における前記(1)式と(2)式の反応とは逆の反応で水素を生成するものであって、水と電力だけでオンサイトに純度の高い水素が得られるので、水素ボンベが不要になるという利点がある。また、固体電解質の利用によって電解質を含まない真水を導入するだけで容易に電気分解を行うことができる。製紙業の分野においても同様なシステムによって漂白用の過酸化水素を下記の(3)式を用いた電解法によりオンサイトに製造する試みがなされている(非特許文献1参照)。
+ HO+2e → HO + OH ……………(3)
As an electrolyzer, for example, an electrolysis-type hydrogen generator is put into practical use. This electrolysis-type hydrogen generator generates hydrogen by a reaction opposite to the reaction of the above formulas (1) and (2) in a fuel cell, and has high purity on-site only with water and electric power. Since hydrogen is obtained, there is an advantage that a hydrogen cylinder is unnecessary. Moreover, electrolysis can be easily performed simply by introducing fresh water not containing an electrolyte by using a solid electrolyte. In the field of paper industry, an attempt has been made to produce bleaching hydrogen peroxide on-site by an electrolytic method using the following formula (3) using a similar system (see Non-Patent Document 1).
O 2 + H 2 O + 2e → HO 2 + OH (3)

除湿機は燃料電池や水素生成装置と同様にプロトン伝導性固体電解質を正負両極で挟む構造であり、正負両極間に電圧を印加すると、正極では下記の(4)式の反応によって水が酸素とプロトンに分解され、固体電解質を通って負極に移動したプロトンが(5)式の反応によって再び空気中の酸素と結合して水に戻り、これらの反応の結果として正極側から負極側に水が移動したことによって正極側で除湿される。
O → 1/2O+2H+2e …………………(4)
1/2O+ 2H+2e → HO …………………(5)
The dehumidifier has a structure in which a proton-conducting solid electrolyte is sandwiched between positive and negative electrodes in the same manner as a fuel cell and hydrogen generator. When a voltage is applied between the positive and negative electrodes, Protons decomposed into protons and transferred to the negative electrode through the solid electrolyte are combined with oxygen in the air again by the reaction of the formula (5) and returned to water. As a result of these reactions, water is transferred from the positive electrode side to the negative electrode side. By moving, it is dehumidified on the positive electrode side.
H 2 O → 1 / 2O 2 + 2H + + 2e (4)
1/2 O 2 + 2H + 2e → H 2 O (5)

電気分解型水素生成装置と同様な動作原理によって水を分解して除湿することも可能であり、水分蒸発冷風機と組み合わせた空調機も提案されている(非特許文献2参照)。   Water can be decomposed and dehumidified by the same operating principle as the electrolysis-type hydrogen generator, and an air conditioner combined with a water evaporation cooler has also been proposed (see Non-Patent Document 2).

また、各種センサ、エレクトロクロミックデバイスなども本質的には上記と同様な動作原理に基づくシステムであり、正極,負極の異なる2種の酸化還元対間の電解質中をプロトンが移動することによって作動するので、プロトン伝導性固体電解質を用いることができる。現在ではこれらプロトン伝導性固体電解質を使用したシステムの実証研究も行われている。   In addition, various sensors, electrochromic devices, and the like are systems based on the same operating principle as described above, and operate by movement of protons in the electrolyte between two different types of redox pairs of positive and negative electrodes. Therefore, a proton conductive solid electrolyte can be used. Currently, empirical studies of systems using these proton-conducting solid electrolytes are also being conducted.

水素センサは、例えば上記(4)式,(5)式の反応において水素が導入された場合の水素濃度による電極電位の変化を利用することができる。更に電極電位の変化或いはイオン伝導度の変化を利用して湿度センサに応用することも可能である。   For example, the hydrogen sensor can use the change in electrode potential due to the hydrogen concentration when hydrogen is introduced in the reactions of the above formulas (4) and (5). Further, it can be applied to a humidity sensor by utilizing a change in electrode potential or a change in ion conductivity.

エレクトロクロミックデバイスは、例えば負極にWO等を用いて電場をかけると下記の(6)式の反応によって発色することを利用しており、表示デバイスや遮光ガラスへの用途が考えられている。このシステムも負極に対するプロトンの授受によって動作し、プロトン伝導性固体電解質が利用できる。
WO+xH+xe → HxWO(発色)………………(6)
An electrochromic device utilizes, for example, the fact that when an electric field is applied to the negative electrode using WO 3 or the like, it develops color by the reaction of the following formula (6), and is considered to be used for a display device or a light shielding glass. This system also operates by exchanging protons to the negative electrode, and a proton conductive solid electrolyte can be used.
WO 3 + xH + + xe → HxWO 3 (color development) ……………… (6)

その外にも原理的にプロトン伝導性固体電解質を利用して作動する電気化学システムとして電解水製造装置等が挙げられる。電解水は電解反応を行った水であり、還元側、酸化側で効能が異なるが、健康に良い作用,殺菌作用,洗浄作用,農作物の生育を促進する作用があり、飲料水,食品用水,洗浄水,農業用水などの様々な用途がある。電解反応は水が電解質を含むことで促進されるが、水に電解質を溶解させると、使用の際その電解質を除去する必要が生じる場合がある。固体電解質を使用した場合には電解質除去の手間が必要なくなる。   In addition, an electrolyzed water production apparatus and the like can be mentioned as an electrochemical system that operates using a proton conductive solid electrolyte in principle. Electrolyzed water is water that has undergone an electrolytic reaction, and has different effects on the reducing side and the oxidizing side, but has health-friendly effects, bactericidal action, cleaning action, and action to promote the growth of crops. There are various uses such as washing water and agricultural water. The electrolytic reaction is promoted by the fact that water contains an electrolyte. However, when the electrolyte is dissolved in water, it may be necessary to remove the electrolyte during use. When a solid electrolyte is used, there is no need to remove the electrolyte.

上記した燃料電池、電解装置、除湿機など既に実用化されている電気化学システムの多くは固体電解質として、デュポン社よりNafionの商品名称で販売されているパーフルオロスルホン酸系電解質膜が用いられている。   Most of the electrochemical systems that have already been put into practical use, such as the fuel cells, electrolyzers, and dehumidifiers described above, use a perfluorosulfonic acid electrolyte membrane sold under the product name Nafion by DuPont as a solid electrolyte. Yes.

また、別タイプの固体電解質膜として、スルホン酸基を有する化合物などプロトン伝導性のある化合物を多孔質基材に導入する固体電解質も開示されている。例えば、ポリオレフィンやポリイミドなどの多孔質膜基材の細孔にスルホン酸基を有する化合物などプロトン伝導性の化合物を充填する、所謂細孔フィリング電解質膜も提案されている(特許文献1〜3参照)。   As another type of solid electrolyte membrane, a solid electrolyte in which a proton conductive compound such as a compound having a sulfonic acid group is introduced into a porous substrate is also disclosed. For example, so-called pore filling electrolyte membranes in which pores of a porous membrane substrate such as polyolefin and polyimide are filled with a proton conductive compound such as a compound having a sulfonic acid group have also been proposed (see Patent Documents 1 to 3). ).

更に、基材となる高分子フィルムにガンマ線や電子線などの放射線を照射して官能性モノマーをグラフト結合し、それを化学変換してスルホン酸基を導入することによって作製される電解質膜も提案されている(特許文献4参照)。さらには、従来の主鎖骨格となるポリマーとして安価なポリビニルアルコールを採用し、それにスルホン酸基或いはカルボキシル基などの酸性基を持った高分子を混合し、これらを物理的或いは化学的に架橋したタイプの電解質も提案されている(特許文献5参照)。また、無機多孔体を基材とし、その球状孔内の表面にシランカップリング剤によりメルカプト基を導入した後、過酸化水素で酸化してメルカプト基をスルホン酸基としプロトン伝導性を付与したものも開示されている(特許文献6参照)。   We also propose an electrolyte membrane made by irradiating a polymer film as a base material with radiation such as gamma rays or electron beams, grafting functional monomers, and chemically converting them to introduce sulfonic acid groups. (See Patent Document 4). Furthermore, an inexpensive polyvinyl alcohol is used as a polymer that becomes a conventional main chain skeleton, and a polymer having an acidic group such as a sulfonic acid group or a carboxyl group is mixed with it, and these are physically or chemically crosslinked. A type of electrolyte has also been proposed (see Patent Document 5). In addition, an inorganic porous material is used as the base material, and a mercapto group is introduced into the surface of the spherical pore by a silane coupling agent, and then oxidized with hydrogen peroxide to give proton conductivity by converting the mercapto group to a sulfonic acid group. Is also disclosed (see Patent Document 6).

一方、本発明者はこれら有機高分子のみからなる電解質とは異なる、珪酸化合物とポリビニルアルコールからなる無機/有機複合化合物(特許文献7参照)、タングステン酸化合物又はモリブデン酸化合物とポリビニルアルコールからなる無機/有機複合化合物(特許文献8参照)、錫酸化合物とポリビニルアルコールからなる無機/有機複合化合物(特許文献9参照)、ジルコン酸化合物とポリビニルアルコールからなる無機/有機複合化合物(特許文献10,11参照)などの固体電解質を提供している。   On the other hand, the present inventor is different from an electrolyte composed only of these organic polymers, an inorganic / organic composite compound composed of a silicic acid compound and polyvinyl alcohol (see Patent Document 7), an inorganic composed of a tungstic acid compound or a molybdate compound and polyvinyl alcohol. / Organic composite compound (see Patent Document 8), inorganic / organic composite compound composed of stannic acid compound and polyvinyl alcohol (see Patent Document 9), inorganic / organic composite compound composed of zirconate compound and polyvinyl alcohol (Patent Documents 10 and 11) For example)).

これらの無機/有機複合化合物はポリビニルアルコール共存下で珪酸塩,タングステン酸塩,モリブデン酸塩,錫酸塩,ジルコニウム塩又はオキシジルコニウム塩を中和するという簡単で低コストの方法によって得ることができる。また、無機成分がジルコン酸化合物である複合化合物の場合には、ポリビニルアルコールの共存する溶液中でジルコニウム塩又はオキシジルコニウム塩を加熱によって加水分解した後に、溶媒を除去し、その後にアルカリに接触させることによって得られる(特許文献12参照)。   These inorganic / organic composite compounds can be obtained by a simple and low-cost method of neutralizing silicate, tungstate, molybdate, stannate, zirconium salt or oxyzirconium salt in the presence of polyvinyl alcohol. . In the case of a composite compound in which the inorganic component is a zirconate compound, the zirconium salt or oxyzirconium salt is hydrolyzed by heating in a solution in which polyvinyl alcohol coexists, and then the solvent is removed and then contacted with alkali. (See Patent Document 12).

更に、本発明者はプロトン電導性を高める方法として無機/有機複合化合物中のポリビニルアルコールの水酸基位置にスルホン酸基を導入することを開示している(特許文献13)。   Furthermore, the present inventor has disclosed that a sulfonic acid group is introduced into the hydroxyl group position of polyvinyl alcohol in the inorganic / organic composite compound as a method for enhancing proton conductivity (Patent Document 13).

特開2004−185973号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-1851973 特開2006−73235号公報JP 2006-73235 A 特開2002−083612号公報JP 2002-083612 A 特開2006−179301号公報JP 2006-179301 A 特開2007−273203号公報JP 2007-273203 A 特開2007−311297号公報JP 2007-311297 A 特開2003−007133公報JP 2003-007133 A 特開2003−138084公報JP 2003-138084 A 特開2003−208814号公報JP 2003-208814 A 特開2003−242832号公報JP 2003-242832 A 特開2004−146208号公報JP 2004-146208 A 特願2007−84374号公報Japanese Patent Application No. 2007-84374 特開2005−353422号公報JP 2005-353422 A

電気化学,69,No3,154−159(2001)Electrochemistry, 69, No. 3,154-159 (2001) 平成12年電気学会全国大会講演論文集,P3373(2000)2000 Annual Conference of the Institute of Electrical Engineers of Japan, P3373 (2000)

しかしながら、前記したパーフルオロスルホン酸系電解質膜は、主として製造工程の複雑さに起因して高価格であるという大きな問題がある。この点は固体電解質の量産効果によってある程度の低価格化が期待されるものの自ずと限界があり、安価な代替材の出現が希求されているのが現状である。パーフルオロスルホン酸系電解質膜の価格を下げるためにポリイミド,ポリエーテルエーテルケトンなどの炭化水素系エンジニアリングプラスチックを主鎖骨格としてプロトン伝導能のあるスルホン酸基を導入した所謂炭化水素系電解質膜も開発されているが、これら炭化水素系エンジニアリングプラスチックも決して安価ではなく、低価格化の効果は少ない。   However, the above-mentioned perfluorosulfonic acid electrolyte membrane has a big problem that it is expensive mainly due to the complexity of the manufacturing process. Although this point is expected to be reduced to some extent by the mass production effect of solid electrolytes, there is a limit to it naturally, and the present situation is that there is a demand for the appearance of inexpensive alternative materials. In order to reduce the price of perfluorosulfonic acid electrolyte membranes, so-called hydrocarbon electrolyte membranes with proton-conducting sulfonic acid groups introduced using hydrocarbon engineering plastics such as polyimide and polyetheretherketone as the main chain skeleton were also developed. However, these hydrocarbon engineering plastics are also not cheap and have little effect of lowering the price.

これらのパーフルオロスルホン酸系電解質膜、或いは炭化水素系電解質膜は、いずれもスルホン酸基を有することによってプロトン伝導性を持った単一の分子で構成されており、構成分子はプロトン伝導性,強度,化学的安定性、耐熱性など一種の分子であらゆる機能を満足する必要があるため、自ずから限られた高価な材料となってしまうのである。   These perfluorosulfonic acid electrolyte membranes or hydrocarbon electrolyte membranes are each composed of a single molecule having proton conductivity by having a sulfonic acid group. Since it is necessary to satisfy all functions with one kind of molecule such as strength, chemical stability, and heat resistance, it naturally becomes a limited and expensive material.

また、特許文献1〜3に示すような細孔フィリング膜は、多孔質基材のマクロな孔の中にスルホン酸基を持つ化合物などプロトン伝導性を持つ化合物を別途充填するため、充填後に十分固着しておかないと、固体電解質の主な使用環境である湿潤環境において、スルホン酸化合物が固体電解質外に流出してしまう問題を生じる。そこで、充填化合物の脱落を抑制するためには充填物どうしの重合或いは多孔質基材と充填物の結合のためにプラズマ,紫外線,電子線,ガンマ線などの照射等の固着する手段が各種採られているが、それらの方法では十分な固着が行えないばかりでなく、製造コストもかかってしまい、低コスト化を実現することができない。   Moreover, since the pore filling membrane as shown in Patent Documents 1 to 3 is separately filled with a compound having proton conductivity such as a compound having a sulfonic acid group in the macro pores of the porous substrate, it is sufficient after filling. If not fixed, a problem arises that the sulfonic acid compound flows out of the solid electrolyte in a wet environment, which is the main use environment of the solid electrolyte. Therefore, various means for fixing such as irradiation of plasma, ultraviolet rays, electron beams, gamma rays, etc. are employed for the polymerization of the fillers or the bonding between the porous substrate and the filler in order to suppress the dropping of the filler compound. However, these methods not only do not allow sufficient fixing, but also increase the manufacturing cost, and it is not possible to reduce the cost.

特許文献4に示す基材となる高分子フィルムにガンマ線や電子線などの放射線を照射して官能性モノマーをグラフト結合し、それをスルホン酸基に変換することによって作製する固体電解質も基材の高分子フィルムに安定な有機ポリマーを選択しているため、放射線照射が必要となり、放射線照射により製造コストがかかる。また、特許文献5に示すポリビニルアルコールを主鎖骨格とし、スルホン酸基など酸性基を有するポリマー導入後物理的、化学的方法で架橋されたタイプの固体電解質は、酸性基を有するポリマーが架橋されたポリビニルアルコール中に編み込まれたような状態で固定されるものであるため、必ずしも放射線照射によってスルホン酸基化合物を固着する必要はない。しかしながら、ポリビニルアルコールは電解質が主に使用される湿潤環境においては、吸水によって分子構造が疎な状態にあり、水溶性である酸性基ポリマーが徐々にポリビニルアルコール分子網から脱落しやすい。加えて、主鎖骨格をなすポリビニルアルコールはそのままでは熱的、化学的に安定ではなく、使用条件が極めて限られるという問題もある。更に、特許文献6に示す無機多孔体を基材とし、その球状孔内の表面にシランカップリング剤によりメルカプト基を導入し、それを酸化してスルホン酸基とした固体電解質は、基本骨格が無機多孔体であり、硬く脆い性質のため薄型化するのが難しい。   A solid electrolyte produced by irradiating a polymer film as a substrate shown in Patent Document 4 with radiation such as gamma rays or electron beams to graft a functional monomer and converting it to a sulfonic acid group is also a substrate. Since a stable organic polymer is selected for the polymer film, it is necessary to irradiate with radiation, and the production cost is increased due to the irradiation with radiation. In addition, solid electrolytes of the type having a main chain skeleton of polyvinyl alcohol shown in Patent Document 5 and cross-linked by a physical or chemical method after introduction of a polymer having an acidic group such as a sulfonic acid group are cross-linked by a polymer having an acidic group. Since it is fixed in a state of being knitted in polyvinyl alcohol, it is not always necessary to fix the sulfonic acid group compound by irradiation. However, polyvinyl alcohol has a sparse molecular structure due to water absorption in a wet environment in which an electrolyte is mainly used, and water-soluble acidic group polymers are likely to fall off the polyvinyl alcohol molecular network gradually. In addition, the polyvinyl alcohol having the main chain skeleton is not thermally and chemically stable as it is, and there is a problem that the use conditions are extremely limited. Further, a solid electrolyte having an inorganic porous material shown in Patent Document 6 as a base material, a mercapto group introduced into the surface of the spherical pore by a silane coupling agent, and oxidized to a sulfonic acid group has a basic skeleton. It is an inorganic porous material, and it is difficult to reduce the thickness due to its hard and brittle nature.

一方、本発明者の提供した特許文献7〜11に示す無機/有機複合化合物からなる固体電解質は、安価なポリビニルアルコールを簡単な方法で無機酸化物と分子レベルで複合化することにより、耐水性,耐熱性,化学的安定性を著しく向上させることができ、低価格であるにもかかわらず高性能な固体電解質を得ることができる。従って、これら無機/有機複合化合物からなる固体電解質は、従来の単一構成分子からなるパーフルオロスルホン酸系電解質膜や所謂炭化水素系膜、或いは細孔フィリング膜など基材にスルホン酸基を有する化合物等を導入したタイプの電解質の問題点を解決できる可能性を持っている。   On the other hand, the solid electrolyte composed of the inorganic / organic composite compounds shown in Patent Documents 7 to 11 provided by the present inventor is water resistant by complexing inexpensive polyvinyl alcohol with an inorganic oxide at a molecular level by a simple method. , Heat resistance and chemical stability can be remarkably improved, and a high-performance solid electrolyte can be obtained despite its low price. Accordingly, solid electrolytes composed of these inorganic / organic composite compounds have a sulfonic acid group on a base material such as a conventional perfluorosulfonic acid based electrolyte membrane made of a single constituent molecule, a so-called hydrocarbon membrane, or a pore filling membrane. It has the potential to solve the problems associated with electrolytes that incorporate compounds.

しかしながら、これら無機/有機複合化合物についても、さらなる課題として次のような解決すべき課題がある。これらの無機/有機複合化合物のうち、酸型のプロトン導電性固体電解質として最も好ましいのは無機化合物としてタングステン酸化合物を採用したものである。タングステン酸はそれ自身が高いプロトン伝導性を持つため、複合化合物としても高い伝導性が得られる。しかしながら、タングステン酸は資源的に必ずしも豊富でなく、産出国が限られるため安定供給に対する不安がある。また、タングステン酸はわずかながら水に対する溶解性を持っており、そのことが湿潤環境で使用する際に問題となる場合がある。これらの点から、本来プロトン伝導性を担うタングステン酸は複合化合物中に多く含まれるほど有利であるにもかかわらず、その量を十分多くできないという問題があり、従ってプロトン伝導度も限られたものとなってしまう問題がある。   However, these inorganic / organic composite compounds also have the following problems to be solved as further problems. Of these inorganic / organic composite compounds, the most preferable as the acid-type proton conductive solid electrolyte is a compound employing a tungstic acid compound as the inorganic compound. Since tungstic acid itself has high proton conductivity, high conductivity can be obtained as a composite compound. However, tungstic acid is not necessarily abundant in terms of resources, and there are concerns about a stable supply because the country of origin is limited. Further, tungstic acid has a slight solubility in water, which may cause a problem when used in a humid environment. In view of these points, there is a problem that the amount of tungstic acid originally responsible for proton conductivity is advantageous as it is contained in a complex compound, but the amount cannot be increased sufficiently, and therefore the proton conductivity is limited. There is a problem that becomes.

一方、資源的豊富さ、水に対する非溶解性、或いは価格の点から考慮すると、最も好ましいのは無機化合物として珪酸化合物を採用したものである。しかしながら、珪酸化合物そのものは、タングステン酸化合物に比してプロトン伝導性が乏しい。また、無機化合物としてジルコン酸化合物を採用したものも水に対する非溶解性の点では好ましいが、珪酸化合物と同様にタングステン酸化合物に比してプロトン伝導性に乏しいという問題がある。無機/有機複合化合物にスルホン酸基を導入する手段として、特許文献13に示す複合化合物中のポリビニルアルコールの水酸基位置にスルホン酸基を導入する手段は、ポリビニルアルコールの水酸基位置に導入(置換)し得るスルホン酸基はわずかな量に限られるため、その効果は小さい。   On the other hand, in view of resource abundance, insolubility in water, or price, the most preferable is to employ a silicate compound as an inorganic compound. However, the silicic acid compound itself has poor proton conductivity compared to the tungstic acid compound. In addition, an inorganic compound that employs a zirconate compound is preferable in terms of insolubility in water, but there is a problem in that proton conductivity is poor as compared with a tungstic acid compound as in the case of a silicic acid compound. As a means for introducing a sulfonic acid group into an inorganic / organic composite compound, a means for introducing a sulfonic acid group into a hydroxyl group position of polyvinyl alcohol in the composite compound shown in Patent Document 13 introduces (substitutes) into the hydroxyl position of polyvinyl alcohol. Since the amount of sulfonic acid groups obtained is limited to a small amount, the effect is small.

そこで本発明は上記の高イオン伝導性固体電解質が有している問題点を解決して、低価格であって、高い伝導度を示す高イオン伝導性固体電解質及び該固体電解質を使用した燃料電池その他の電気化学システムを提供することを目的としている。   Accordingly, the present invention solves the problems of the high ion conductive solid electrolyte and is low in cost and exhibits high conductivity, and a fuel cell using the solid electrolyte. It aims to provide other electrochemical systems.

本発明はその目的を達成するために、少なくとも珪酸化合物,タングステン酸化合物又はジルコン酸化合物から選択した1又は複数の無機化合物とポリビニルアルコールを含むとともに、ポリビニルアルコール以外の構成成分がスルホン酸基を持つ複合化合物からなる高イオン伝導性固体電解質を基本として提供する。具体的には、複合化合物が、ポリビニルアルコール以外のスルホン酸基を持つ有機化合物を含む構成、スルホン酸基を持つ有機化合物が水溶性である構成、スルホン酸基を持つ有機化合物が、ポリスチレンスルホン酸,2―アクリルアミド―2―メチル―1―プロパンスルホン酸又はポリ(2―アクリルアミド―2―メチル―1―プロパンスルホン酸)或いはそれらの誘導体である構成とする。   In order to achieve the object, the present invention includes at least one or more inorganic compounds selected from silicic acid compounds, tungstic acid compounds or zirconic acid compounds and polyvinyl alcohol, and components other than polyvinyl alcohol have sulfonic acid groups. A high ion conductive solid electrolyte composed of a composite compound is provided as a basis. Specifically, the composite compound includes an organic compound having a sulfonic acid group other than polyvinyl alcohol, the organic compound having a sulfonic acid group is water-soluble, and the organic compound having a sulfonic acid group is polystyrene sulfonic acid. , 2-acrylamide-2-methyl-1-propanesulfonic acid or poly (2-acrylamide-2-methyl-1-propanesulfonic acid) or a derivative thereof.

また、スルホン酸基を持つ有機化合物の含有量が複合化合物中のポリビニルアルコール成分に対する重量比で0.01以上、1以下とし、複合化合物がタングステン酸化合物を含むとともに、タングステン酸化合物中に含まれるWO重量のポリビニルアルコール重量に対する比が0.3以下とする。 Further, the content of the organic compound having a sulfonic acid group is 0.01 or more and 1 or less in a weight ratio with respect to the polyvinyl alcohol component in the composite compound, and the composite compound contains the tungstic acid compound and is contained in the tungstic acid compound. The ratio of WO 3 weight to polyvinyl alcohol weight is 0.3 or less.

そして、水を含む溶媒と、珪酸塩又はタングステン酸塩と、ポリビニルアルコールとが共存する原料溶液において、珪酸塩又はタングステン酸塩を酸によって中和した後に溶媒を除去するとともに、中和前又は中和後の原料溶液にスルホン酸基を持つ有機化合物又はその塩を導入することによって複合化合物を得る構成を提供する。   In the raw material solution in which a solvent containing water, silicate or tungstate, and polyvinyl alcohol coexist, the silicate or tungstate is neutralized with an acid and then the solvent is removed. Provided is a structure in which a composite compound is obtained by introducing an organic compound having a sulfonic acid group or a salt thereof into a raw material solution after reconstitution.

また、水を含む溶媒と、ジルコニウム塩又はオキシジルコニウム塩と、ポリビニルアルコールと、スルホン酸基を持つ有機化合物が共存する原料溶液から溶媒を除去し、その後にアルカリ,酸の順に接触させることによって複合化合物を得る構成を提供する。   Moreover, the solvent is removed from the raw material solution in which a solvent containing water, zirconium salt or oxyzirconium salt, polyvinyl alcohol, and an organic compound having a sulfonic acid group coexist, and then contacted in the order of alkali and acid. An arrangement for obtaining a compound is provided.

更に、水を含む溶媒と、ジルコニウム塩又はオキシジルコニウム塩とポリビニルアルコールが共存する原料溶液において、ジルコニウム塩又はオキシジルコニウム塩をアルカリで中和した後に溶媒を除去し、その後に酸に接触させるとともに、中和前又は中和後の原料溶液にスルホン酸基を持つ有機化合物又はその塩が導入されることによって複合化合物を得る構成を提供する。   Further, in a raw material solution in which a water-containing solvent and a zirconium salt or oxyzirconium salt and polyvinyl alcohol coexist, the solvent is removed after neutralizing the zirconium salt or oxyzirconium salt with an alkali, and then contacted with an acid. Provided is a structure for obtaining a composite compound by introducing an organic compound having a sulfonic acid group or a salt thereof into a raw material solution before or after neutralization.

また、無機化合物部にスルホン酸基が結合している構成、複合化合物中の無機化合物部のいずれかにメルカプト基を有する化合物を結合させ、その後メルカプト基を酸化してスルホン酸基に変えることによって無機化合物部にスルホン酸基を結合した複合化合物を得る構成、メルカプト基を有するシランカップリング剤を複合化合物と反応させることによってメルカプト基を有する化合物を複合化合物中の無機化合物部に結合させる構成、シランカップリング剤が、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン或いは3−メルカプトプロピルトリメトキシシランである構成を提供する。   In addition, a structure in which a sulfonic acid group is bonded to an inorganic compound part, a compound having a mercapto group is bonded to any of the inorganic compound parts in the composite compound, and then the mercapto group is oxidized to be converted into a sulfonic acid group. A structure for obtaining a composite compound in which a sulfonic acid group is bonded to an inorganic compound part, a structure for binding a compound having a mercapto group to an inorganic compound part in the composite compound by reacting a silane coupling agent having a mercapto group with the composite compound, A configuration is provided in which the silane coupling agent is 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane or 3-mercaptopropyltrimethoxysilane.

そして、上記した高イオン伝導性固体電解質に、該固体電解質によって隔てられた複数の電極を配する構成をとる高イオン伝導性固体電解質を使用した電気化学システム、高イオン伝導性固体電解質を電極中に含有していることを特徴とする電気化学システムを提供し、電気化学システムが、燃料電池,スチームポンプ,除湿機,空調機器,エレクトロクロミックデバイス,電解装置,湿度センサ,水素センサである構成、及び電解装置が電気分解型水素生成装置,電解過酸化水素製造装置,電解水製造装置である構成を提供する。   An electrochemical system using a high ion conductive solid electrolyte, in which a plurality of electrodes separated by the solid electrolyte are arranged on the high ion conductive solid electrolyte, and the high ion conductive solid electrolyte in the electrode An electrochemical system characterized in that the electrochemical system is a fuel cell, a steam pump, a dehumidifier, an air conditioner, an electrochromic device, an electrolyzer, a humidity sensor, a hydrogen sensor, And an electrolytic apparatus is an electrolysis-type hydrogen generator, an electrolytic hydrogen peroxide production apparatus, and an electrolytic water production apparatus.

以上記載した本発明によれば、少なくとも珪酸化合物,タングステン酸化合物又はジルコン酸化合物から選択した1又は複数の無機化合物とポリビニルアルコールを含む無機/有機複合化合物にポリビニルアルコール以外のスルホン酸基を持つ有機化合物を含有させるか、或いは無機/有機複合化合物の無機化合物部にスルホン酸基を結合させることによって、簡単で低コストな方法でスルホン酸基を導入することができるとともに、無機/有機複合化合物中にスルホン酸基を安定的に固着することができる。その結果、資源が豊富でなく、産出国が限られるために安定供給に不安があり、水に対する溶解性のあるタングステン酸化合物の使用量が少なくても、或いはタングステン酸化合物を含有していなくても、高いプロトン伝導性を持つ無機/有機複合化合物を得ることができて、低価格で伝導度の高い高性能な固体電解質を得ることができる。   According to the present invention described above, an organic compound having a sulfonic acid group other than polyvinyl alcohol in an inorganic / organic composite compound containing at least one or more inorganic compounds selected from silicic acid compounds, tungstic acid compounds or zirconic acid compounds and polyvinyl alcohol. A sulfonic acid group can be introduced by a simple and low-cost method by containing a compound or by bonding a sulfonic acid group to an inorganic compound part of an inorganic / organic composite compound. It is possible to stably fix the sulfonic acid group. As a result, there are concerns about stable supply due to lack of resources and limited production countries, and even if the amount of tungstic acid compounds that are soluble in water is small or they do not contain tungstic acid compounds. However, an inorganic / organic composite compound having high proton conductivity can be obtained, and a high-performance solid electrolyte having high conductivity at a low price can be obtained.

例えば、無機/有機複合化合物にスルホン酸基が導入されておらず、タングステン酸化合物の機能のみによって高いプロトン伝導性を持たせる場合、特許文献8の実施例が示すようにWO重量に換算したタングステン酸化合物重量(タングステン酸化合物の中に含まれるWO重量)のポリビニルアルコールに対する比が0.36以上であることが望ましいが、本発明のようにスルホン酸基が導入されている場合には0.3以下でも十分高い伝導度を得ることができる。 For example, when a sulfonic acid group is not introduced into the inorganic / organic composite compound and high proton conductivity is provided only by the function of the tungstic acid compound, it is converted to WO 3 weight as shown in the example of Patent Document 8. The ratio of the tungstic acid compound weight (WO 3 weight contained in the tungstic acid compound) to the polyvinyl alcohol is desirably 0.36 or more. However, when a sulfonic acid group is introduced as in the present invention, A sufficiently high conductivity can be obtained even at 0.3 or less.

本発明においては、無機/有機複合化合物を採用しているため、その原料溶液中に水溶性高分子の形のスルホン酸基化合物を添加しておくだけで、簡単にスルホン酸基化合物を導入でき、かつ、製造過程においてスルホン酸基化合物は複合化合物と自動的に分子レベルで絡み合っていく。そのため、複合化合物中の特に無機化合物の構造的緻密性の寄与によって最終的には簡単に脱落することのない程度にスルホン酸基を有する化合物を容易に、かつ、安定的に固着することができる。更に、本発明にかかる無機/有機複合化合物においては、特に無機化合物部分の構造が緻密で、分子運動に対する自由度も少ないため、導入されたスルホン酸基ポリマーはより強固に固着された状態となる。   In the present invention, since an inorganic / organic composite compound is employed, a sulfonic acid group compound can be easily introduced simply by adding a sulfonic acid group compound in the form of a water-soluble polymer to the raw material solution. In addition, in the production process, the sulfonic acid group compound is automatically entangled with the complex compound at the molecular level. Therefore, a compound having a sulfonic acid group can be easily and stably fixed to such an extent that it does not easily fall off due to the contribution of the structural density of the inorganic compound in the composite compound. . Furthermore, in the inorganic / organic composite compound according to the present invention, since the structure of the inorganic compound portion is particularly dense and the degree of freedom for molecular motion is small, the introduced sulfonic acid group polymer is more firmly fixed. .

また、本発明ではスルホン酸基を持つ有機化合物に無機酸化物と結合する官能基を導入することによっても複合化合物の無機部分にスルホン酸基化合物を容易に安定的に固着することもできる。そして、本発明にかかる無機/有機複合化合物には、珪酸化合物,タングステン酸化合物,ジルコン酸化合物など無機化合物の成分が含まれており、シランカップリング剤を強固に結合させてメルカプト基を導入することができる。更に、無機/有機複合化合物の場合には、無機多孔体と異なり有機ポリマーの柔軟性も兼ね備えており、薄型化も容易である。   In the present invention, the sulfonic acid group compound can be easily and stably fixed to the inorganic portion of the composite compound by introducing a functional group that binds to the inorganic oxide into the organic compound having the sulfonic acid group. The inorganic / organic composite compound according to the present invention contains components of inorganic compounds such as silicic acid compounds, tungstic acid compounds, zirconic acid compounds, and a mercapto group is introduced by firmly bonding a silane coupling agent. be able to. Furthermore, in the case of an inorganic / organic composite compound, unlike an inorganic porous body, it also has the flexibility of an organic polymer and can be easily reduced in thickness.

本発明では、無機/有機複合化合物にスルホン酸基を導入する方法として、スルホン酸基を持つ有機化合物をポリビニルアルコールとは別に導入するため、スルホン酸基密度を高くすることが可能である。   In the present invention, as a method for introducing a sulfonic acid group into an inorganic / organic composite compound, an organic compound having a sulfonic acid group is introduced separately from polyvinyl alcohol, so that the sulfonic acid group density can be increased.

スルホン酸基を有する化合物が導入される無機/有機複合化合物はもともと低価格であり、上記のとおりスルホン酸基を有する化合物を導入する方法も低コストであるため、本発明の固体電解質は低価格を維持することができる。また、スルホン酸基を有する化合物はプロトン伝導性を有しているため、それを導入することによって従来複合化合物のプロトン伝導性を担っていたタングステン酸の含有量を増加させることなく複合化合物の伝導度を向上させることができ、資源的に必ずしも豊富でなく、かつ産出国が限られるため安定供給に対する不安があり、水に対する溶解性もあるタングステン酸の含有量を抑制することが可能となる。   Since the inorganic / organic composite compound into which the compound having a sulfonic acid group is introduced is originally low in price, and the method for introducing the compound having a sulfonic acid group is also low in cost as described above, the solid electrolyte of the present invention is low in price. Can be maintained. In addition, since a compound having a sulfonic acid group has proton conductivity, by introducing it, the conductivity of the complex compound can be increased without increasing the content of tungstic acid that has been responsible for the proton conductivity of the complex compound. The degree of tungstic acid, which is not necessarily abundant in resources and has a limited supply country, is uneasy for stable supply, and is soluble in water, can be reduced.

そして、本発明にかかる高イオン伝導性固体電解質はプロトン伝導性であり、燃料電池,スチームポンプ,除湿機,空調機器,エレクトロクロミックデバイス,各種電解装置,湿度センサ,水素センサなどに使用可能である。   The high ion conductive solid electrolyte according to the present invention is proton conductive, and can be used for fuel cells, steam pumps, dehumidifiers, air conditioners, electrochromic devices, various electrolyzers, humidity sensors, hydrogen sensors, and the like. .

本発明にかかる高イオン伝導性固体電解質の製造工程の第1実施形態を概略的に示すシステム図。1 is a system diagram schematically showing a first embodiment of a manufacturing process of a high ion conductive solid electrolyte according to the present invention. 本発明にかかる高イオン伝導性固体電解質の製造工程の第2実施形態を概略的に示すシステム図。The system figure which shows schematically 2nd Embodiment of the manufacturing process of the high ion conductive solid electrolyte concerning this invention. 本発明にかかる高イオン伝導性固体電解質の製造工程の第3実施形態を概略的に示すシステム図。The system diagram which shows schematically 3rd Embodiment of the manufacturing process of the high ion conductive solid electrolyte concerning this invention.

以下本発明にかかる高イオン伝導性固体電解質及び該固体電解質を使用した電気化学システムの実施形態を説明する。本発明は、少なくとも珪酸化合物,タングステン酸化合物又はジルコン酸化合物から選択した1又は複数の無機化合物とポリビニルアルコールを含むとともに、ポリビニルアルコール以外の構成成分がスルホン酸基を持つ複合化合物からなる高イオン伝導性固体電解質を基本とする。   Embodiments of a high ion conductive solid electrolyte and an electrochemical system using the solid electrolyte according to the present invention will be described below. The present invention includes at least one inorganic compound selected from a silicic acid compound, a tungstic acid compound, or a zirconic acid compound and polyvinyl alcohol, and a high ionic conductivity comprising a composite compound in which components other than polyvinyl alcohol have sulfonic acid groups. Basic electrolyte.

本発明における固体電解質に含まれる複合化合物は、不可欠性分として珪酸化合物,タングステン酸化合物又はジルコン酸化合物を構成成分とする。珪酸とはSiOを基本単位とし、それがHOを含んでいる化合物であり、一般式SiO・xHOで表せるものであるが、本発明における珪酸化合物は、珪酸及びその誘導体、或いは珪酸を主体とした化合物全般のことを示す。タングステン酸とはWOを基本単位とし、それがHOを含んでいる化合物であり、一般式WO・xHOで表せるものであるが、本発明におけるタングステン酸化合物は、タングステン酸及びその誘導体、或いはタングステン酸を主体とした化合物全般のことを示す。ジルコン酸とはZrOを基本単位とし、それがHOを含んでいる化合物であり、一般式ZrO・xHOで表せるものであるが、本発明におけるジルコン酸化合物とは、ジルコン酸及びその誘導体、或いはジルコン酸を主体とした化合物全般のことを示す。 The complex compound contained in the solid electrolyte in the present invention contains a silicic acid compound, a tungstic acid compound or a zirconic acid compound as an essential component as an essential component. Silicic acid is a compound containing SiO 2 as a basic unit and containing H 2 O, and can be represented by the general formula SiO 2 xH 2 O. The silicic acid compound in the present invention is silicic acid and its derivatives, Or it shows the whole compound mainly composed of silicic acid. The tungstic acid and WO 3 as a basic unit, it is a compound which contains H 2 O, but those that can be represented by the general formula WO 3 · xH 2 O, tungstic acid compound in the present invention, and tungstic acid It refers to all of its derivatives or compounds mainly composed of tungstic acid. Zirconic acid is a compound containing ZrO 2 as a basic unit and containing H 2 O, and can be represented by the general formula ZrO 2 .xH 2 O. The zirconic acid compound in the present invention refers to zirconic acid. And its derivatives or all compounds mainly composed of zirconic acid.

よって、珪酸,タングステン酸,ジルコン酸の特性が損なわれない範囲で一部別の元素が置換されていてもよく、化学量論組成からのずれ、或いは添加物を加えることも許容される。例えば珪酸,タングステン酸,ジルコン酸の塩や水酸化物もSiO,WO,ZrOを基本単位としたものであり、塩や水酸化物を基本とした誘導体、或いはそれを主体とした化合物も本発明における珪酸化合物,タングステン酸化合物,ジルコン酸化合物に含まれる。 Therefore, a part of other elements may be substituted as long as the characteristics of silicic acid, tungstic acid and zirconic acid are not impaired, and deviation from the stoichiometric composition or addition of an additive is allowed. For example, salts and hydroxides of silicic acid, tungstic acid, zirconic acid are also based on SiO 2 , WO 3 , ZrO 2 , derivatives based on salts and hydroxides, or compounds based on them Are also included in the silicic acid compound, tungstic acid compound and zirconic acid compound in the present invention.

本発明における固体電解質に含まれる複合化合物は、不可欠成分としてポリビニルアルコールを構成成分とする。このポリビニルアルコールは完全なものである必要がなく、本質的にポリビニルアルコールとして機能するものであれば使用することができる。例えばヒドロキシル基の一部が他の基で置換されているもの、一部分に他のポリマーが共重合されているものもポリビニルアルコールとして機能することができる。また、本発明の反応過程でポリビニルアルコールを経由すれば同様な効果が得られるので、ポリビニルアルコールの原料となるポリ酢酸ビニルなどを出発原料とすることができる。   The composite compound contained in the solid electrolyte in the present invention contains polyvinyl alcohol as an indispensable component. This polyvinyl alcohol does not need to be complete, and can be used as long as it essentially functions as polyvinyl alcohol. For example, those in which part of the hydroxyl group is substituted with another group and those in which another polymer is partially copolymerized can function as polyvinyl alcohol. Moreover, since the same effect is acquired if it passes through polyvinyl alcohol in the reaction process of this invention, the polyvinyl acetate etc. which are the raw materials of polyvinyl alcohol can be used as a starting material.

ポリビニルアルコールは、その機能が十分発現する範囲であれば、他のポリマー、例えばポリエチレン,ポリプロピレン等のポリオレフィン系ポリマー、ポリアクリル酸系ポリマー、ポリエチレンオキシド,ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系ポリマー、ポリエチレンテレフタレート,ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン,ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系ポリマー、メチルセルロース等の糖鎖系ポリマー、ポリ酢酸ビニル系ポリマー、ポリスチレン系ポリマー、ポリカーボネート系ポリマー、エポキシ樹脂系ポリマー或いはその他の有機,無機添加物などを混合することもできる。   As long as the function of the polyvinyl alcohol is sufficiently expressed, other polymers such as polyolefin polymers such as polyethylene and polypropylene, polyacrylic acid polymers, polyether polymers such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, polyethylene terephthalate, Polyester polymers such as polybutylene terephthalate, fluorine polymers such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride, sugar chain polymers such as methylcellulose, polyvinyl acetate polymers, polystyrene polymers, polycarbonate polymers, epoxy resin polymers or Other organic and inorganic additives can also be mixed.

珪酸化合物,タングステン酸化合物又はジルコン酸化合物から選択した1又は複数の無機化合物とポリビニルアルコールとは無機/有機複合化合物を形成している。即ち、複合化合物中においてポリビニルアルコールとこれら無機化合物は分子レベルでお互いに絡み合い、ポリビニルアルコールの水酸基を介して両者は水素結合、脱水縮合によって強固に結びついている。複合化合物は化合物であってポリビニルアルコールと無機化合物との物理的な混合による混合物とは区別される。即ち、混合物と異なり複合化合物においては各構成成分の化学的性質は複合化後は必ずしも保持されない。例えば、本発明の場合、複合化合物の構成成分であるポリビニルアルコールは単独では水溶性(熱水溶解性)であるが、珪酸化合物,タングステン酸化合物又はジルコン酸化合物から選択した1又は複数の無機化合物との複合化合物形成後は熱水には基本的に溶解しない。   One or a plurality of inorganic compounds selected from a silicic acid compound, a tungstic acid compound, or a zirconic acid compound and polyvinyl alcohol form an inorganic / organic composite compound. That is, in the composite compound, polyvinyl alcohol and these inorganic compounds are entangled with each other at the molecular level, and both are firmly bonded by hydrogen bonding and dehydration condensation via the hydroxyl group of polyvinyl alcohol. The composite compound is a compound and is distinguished from a mixture obtained by physical mixing of polyvinyl alcohol and an inorganic compound. That is, unlike a mixture, in a compound compound, the chemical properties of each component are not necessarily retained after the compounding. For example, in the case of the present invention, polyvinyl alcohol which is a component of the composite compound is water-soluble (hot water soluble) alone, but one or more inorganic compounds selected from silicic acid compounds, tungstic acid compounds or zirconic acid compounds After the complex compound is formed, it is basically not dissolved in hot water.

複合化合物においてはポリビニルアルコールに対する無機化合物の量が少なすぎると十分な耐水性,耐熱性,耐酸化性或いは強度が得られない。一方、無機化合物が多すぎると柔軟性が損なわれ、脆性の点で問題が生じる。従って、複合化合物における無機化合物を、各基本単位であるSiO、WO、ZrOのみの重量に換算した場合に、その重量の総和のポリビニルアルコール重量に対する重量比が0.01〜1になるように制御するのが好ましい。また、複合化合物がタングステン酸化合物を含む場合は、タングステン酸化合物中に含まれるWO重量のポリビニルアルコール重量に対する比が0.3以下とすることができる。重量比が0.3以下であっても十分高い伝導度を得ることができるためである。即ち、本発明ではタングステン酸化合物の使用量を減らしても、或いはタングステン酸化合物を含有していなくても、高いプロトン伝導性を実現することができる。 In the composite compound, if the amount of the inorganic compound relative to the polyvinyl alcohol is too small, sufficient water resistance, heat resistance, oxidation resistance or strength cannot be obtained. On the other hand, when there are too many inorganic compounds, a softness | flexibility will be impaired and a problem will arise in a brittle point. Therefore, when the inorganic compound in the composite compound is converted into the weight of each basic unit of SiO 2 , WO 3 , and ZrO 2 , the weight ratio of the total weight to the polyvinyl alcohol weight becomes 0.01 to 1. It is preferable to control in such a manner. Moreover, when a composite compound contains a tungstic acid compound, the ratio with respect to the weight of polyvinyl alcohol of 3 weight of WO contained in a tungstic acid compound can be 0.3 or less. This is because a sufficiently high conductivity can be obtained even when the weight ratio is 0.3 or less. That is, in the present invention, high proton conductivity can be realized even if the amount of tungstic acid compound used is reduced or no tungstic acid compound is contained.

そして、本発明の特徴的構成として上記した複合化合物は、ポリビニルアルコール以外のスルホン酸基を持つ有機化合物を含有している。この場合、スルホン酸基を持つ有機化合物は複合化合物中に固定できるものであればどのようなものでもよい。スルホン酸基を持つ有機化合物は、同一分子内に複数のスルホン酸基を持っていてもいいし、複合化合物中にスルホン酸基を持つ有機化合物が複数種含まれていてもいい。   The composite compound described above as a characteristic configuration of the present invention contains an organic compound having a sulfonic acid group other than polyvinyl alcohol. In this case, the organic compound having a sulfonic acid group may be any as long as it can be fixed in the composite compound. The organic compound having a sulfonic acid group may have a plurality of sulfonic acid groups in the same molecule, or a composite compound may contain a plurality of organic compounds having a sulfonic acid group.

複合化合物中に安定的に固着するという点からは、スルホン酸基を持つ有機化合物は複合化合物との絡み合いが起こりやすいポリマーや複合化合物中の無機化合物と結合しやすい官能基を持っているものが好ましい。また、スルホン酸基を持つ有機化合物がポリマーである場合、そのポリマーが水溶性であると、複合化合物製造時に単に複合化合物の原料溶液に、そのポリマーを溶解させておくだけで、自動的に複合化合物と分子レベルで絡み合いが起こり、その結果複合化合物に安定的に固着させることができ有利である。ポリスチレンスルホン酸、2―アクリルアミド―2―メチル―1―プロパンスルホン酸又はポリ(2―アクリルアミド―2―メチル―1―プロパンスルホン酸)或いはそれらの誘導体などが好適な例として挙げられる。   From the viewpoint of being stably fixed in the composite compound, organic compounds having a sulfonic acid group have a polymer that easily entangles with the composite compound or a functional group that easily binds to an inorganic compound in the composite compound. preferable. In addition, when the organic compound having a sulfonic acid group is a polymer, if the polymer is water-soluble, it can be automatically combined by simply dissolving the polymer in the raw material solution of the composite compound when manufacturing the composite compound. It is advantageous that entanglement with the compound occurs at the molecular level, and as a result, the compound can be stably fixed. Preferred examples include polystyrene sulfonic acid, 2-acrylamide-2-methyl-1-propanesulfonic acid, poly (2-acrylamide-2-methyl-1-propanesulfonic acid), and derivatives thereof.

ポリスチレンスルホン酸、2―アクリルアミド―2―メチル―1―プロパンスルホン酸又はポリ(2―アクリルアミド―2―メチル―1―プロパンスルホン酸)を選択した場合、プロトン伝導に対する効果を得るにはその含有量が複合化合物中のポリビニルアルコール成分に対する重量比で0.01以上であることが好ましい。また、それらの含有量が多すぎると複合化合物の強度が低くなってしまうため、その含有量が複合化合物中のポリビニルアルコール成分に対する重量比で1以下であることが好ましい。   If polystyrene sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid or poly (2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid) is selected, its content is required to obtain an effect on proton conduction. Is preferably 0.01 or more by weight ratio to the polyvinyl alcohol component in the composite compound. Moreover, since the intensity | strength of a composite compound will become low when there is too much those content, it is preferable that the content is 1 or less by weight ratio with respect to the polyvinyl alcohol component in a composite compound.

スルホン酸基を持つ有機化合物を複合化合物中に安定的に固着するという観点からは、複合化合物中の無機化合物部にスルホン酸基が結合していること、即ち、スルホン酸基を持つ有機化合物が複合化合物中の無機化合物成分と化合(化学結合)していることが好ましい。既存の固体電解質では基材となるものが有機ポリマーであるため、スルホン酸基を持つ有機化合物を固着するために、プラズマ,紫外線,電子線,ガンマ線などの照射が必要となる。しかし、本発明のように無機/有機複合化合物を採用すれば、無機化合物部分にはスルホン酸基を持つ有機化合物を比較的簡単な方法で結合させることができる。例えばスルホン酸基を持つ有機化合物がカルボキシル基も持っていれば、無機化合物表面の水酸基との間で脱水縮合によって結合することができる。或いは、スルホン酸基を持つ有機化合物がアンモニウム基などカチオン性基を持っていれば、無機化合物の陰イオンとの間で結合することができる。   From the viewpoint of stably fixing an organic compound having a sulfonic acid group in a composite compound, the organic compound having a sulfonic acid group is bonded to the inorganic compound portion in the composite compound. It is preferably combined (chemically bonded) with the inorganic compound component in the composite compound. In existing solid electrolytes, the base material is an organic polymer. Therefore, irradiation with plasma, ultraviolet rays, electron beams, gamma rays, or the like is required to fix organic compounds having sulfonic acid groups. However, when an inorganic / organic composite compound is employed as in the present invention, an organic compound having a sulfonic acid group can be bonded to the inorganic compound portion by a relatively simple method. For example, if an organic compound having a sulfonic acid group also has a carboxyl group, it can be bonded to a hydroxyl group on the surface of the inorganic compound by dehydration condensation. Alternatively, when an organic compound having a sulfonic acid group has a cationic group such as an ammonium group, it can be bonded to an anion of an inorganic compound.

また、スルホン酸基を有する有機化合物を無機化合物成分に結合させる方法として、メルカプト基を有する化合物を複合化合物中の無機化合物成分に結合させておき、その後メルカプト基を酸化してスルホン酸基に変える方法もある。この場合、メルカプト基を有する化合物としてシランカップリング剤を使用することができる。即ち、メルカプト基を有するシランカップリング剤を加水分解し、生じたシラノール部分と複合化合物中の無機化合物表面の水酸基とが脱水縮合によって結合する。その後、メルカプト基を適当な酸化剤で酸化してスルホン酸基に変換する。メルカプト基を有するシランカップリング剤としては、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン或いは3−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどが好適に使用される。   In addition, as a method of bonding an organic compound having a sulfonic acid group to an inorganic compound component, a compound having a mercapto group is bonded to the inorganic compound component in the composite compound, and then the mercapto group is oxidized to be converted into a sulfonic acid group. There is also a method. In this case, a silane coupling agent can be used as the compound having a mercapto group. That is, the silane coupling agent having a mercapto group is hydrolyzed, and the resulting silanol portion and the hydroxyl group on the surface of the inorganic compound in the composite compound are bonded by dehydration condensation. Thereafter, the mercapto group is oxidized with a suitable oxidizing agent and converted to a sulfonic acid group. As the silane coupling agent having a mercapto group, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane or 3-mercaptopropyltrimethoxysilane is preferably used.

シランカップリング剤の加水分解は水中或いは酢酸水溶液等にシランカップリング剤を投入することによって行うことができ、その加水分解溶液を無機/有機複合化合物からなる固体電解質に接触させ、溶液を複合化合物内に吸収させることによって行える。メルカプト基をスルホン酸基に変換するための酸化剤としては例えば過酸化水素が用いられる。   Hydrolysis of the silane coupling agent can be performed by introducing the silane coupling agent into water or an acetic acid aqueous solution, and the hydrolyzed solution is brought into contact with a solid electrolyte composed of an inorganic / organic composite compound, and the solution is mixed with the composite compound. It can be done by absorbing it inside. As an oxidizing agent for converting a mercapto group into a sulfonic acid group, for example, hydrogen peroxide is used.

次に、本発明にかかる複合化合物の製造工程を説明する。図1は複合化合物の製造工程の第1実施形態を概略的に示すシステム図である。先ず、原料として、ステップ1で水を含む溶媒を、ステップ2で珪酸塩及び/又はタングステン酸塩を、ステップ3でポリビニルアルコールをそれぞれ準備し、ステップ4でこれらの原料を混合して、水を含む溶媒中で珪酸塩及び/又はタングステン酸塩とポリビニルアルコールが共存する原料溶液を得る。珪酸塩及び/又はタングステン酸塩は水に溶解するものであればどのような種類のものでもよく、陽イオンの種類、酸素や陽イオンの比率、含水率もどのようなものでもよい。生産上の実際的な時間範囲の中で原料溶液中の水を飛ばして固体電解質の製膜を効率的に行えるようにするためには、原料溶液は、ポリビニルアルコール濃度にして5重量%以上、より好ましくは10重量%以上であることが望ましい。   Next, the manufacturing process of the composite compound concerning this invention is demonstrated. FIG. 1 is a system diagram schematically showing a first embodiment of a manufacturing process of a complex compound. First, as a raw material, a solvent containing water is prepared in Step 1, silicate and / or tungstate is prepared in Step 2, polyvinyl alcohol is prepared in Step 3, these raw materials are mixed in Step 4, and water is added. A raw material solution in which silicate and / or tungstate and polyvinyl alcohol coexist is obtained in the solvent to be contained. Any kind of silicate and / or tungstate may be used as long as it dissolves in water, and any kind of cation, ratio of oxygen or cation, and water content may be used. In order to make it possible to efficiently form a solid electrolyte film by blowing off water in the raw material solution within a practical production time range, the raw material solution has a polyvinyl alcohol concentration of 5% by weight or more. More preferably, it is 10% by weight or more.

次に、ステップ5で原料溶液中の珪酸塩及び/又はタングステン酸塩を酸によって中和し、ステップ6で中和後の原料溶液を得る。その際中和前のステップ4に示す原料溶液又はステップ6に示す中和後の原料溶液にステップ7に示すスルホン酸基を持つ有機化合物又はその塩を原料溶液に導入する。その後ステップ8で溶媒を除去し、ステップ9で固体電解質となる複合化合物を得る。この得られた複合化合物は、ポリビニルアルコール以外のスルホン酸基を持つ有機化合物を含有している。   Next, in step 5, the silicate and / or tungstate in the raw material solution is neutralized with an acid, and in step 6, a neutralized raw material solution is obtained. At that time, the organic compound having a sulfonic acid group shown in Step 7 or a salt thereof is introduced into the raw material solution shown in Step 4 before neutralization or the raw material solution after neutralization shown in Step 6. Thereafter, the solvent is removed in step 8, and a composite compound that becomes a solid electrolyte is obtained in step 9. The obtained composite compound contains an organic compound having a sulfonic acid group other than polyvinyl alcohol.

図2は複合化合物の製造工程の第2実施形態を概略的に示すシステム図である。先ず、原料として、ステップ1で水を含む溶媒を、ステップ2でジルコニウム塩又はオキシジルコニウム塩を、ステップ3でポリビニルアルコールを、ステップ4でスルホン酸基を有する有機化合物をそれぞれ準備し、ステップ5でこれらの原料を混合して、水を含む溶媒中でジルコニウム塩又はオキシジルコニウム塩とポリビニルアルコールとスルホン酸基を有する有機化合物が共存する原料溶液を得る。ジルコニウム塩又はオキシジルコニウム塩は水に溶解するものであればどのような種類のものでもよく、陰イオンの種類、酸素や陰イオンの比率、含水率もどのようなものでもよい。   FIG. 2 is a system diagram schematically showing a second embodiment of the production process of the complex compound. First, as a raw material, a solvent containing water in Step 1, a zirconium salt or oxyzirconium salt in Step 2, a polyvinyl alcohol in Step 3, and an organic compound having a sulfonic acid group in Step 4 are prepared. These raw materials are mixed to obtain a raw material solution in which a zirconium salt or oxyzirconium salt, polyvinyl alcohol, and an organic compound having a sulfonic acid group coexist in a solvent containing water. Zirconium salt or oxyzirconium salt may be of any kind as long as it is soluble in water, and any kind of anion, ratio of oxygen or anion, and water content may be used.

次に、ステップ6で溶媒を除去し、ステップ7でアルカリに接触させ、更にステップ8で酸と接触させることによって、ステップ9で固体電解質となる複合化合物を得る。この得られた複合化合物は、ポリビニルアルコール以外のスルホン酸基を持つ有機化合物を含有している。   Next, the solvent is removed in Step 6, contacted with an alkali in Step 7, and further contacted with an acid in Step 8 to obtain a composite compound that becomes a solid electrolyte in Step 9. The obtained composite compound contains an organic compound having a sulfonic acid group other than polyvinyl alcohol.

図3は複合化合物の製造工程の第3実施形態を概略的に示すシステム図である。先ず、原料として、ステップ1で水を含む溶媒を、ステップ2でジルコニウム塩又はオキシジルコニウム塩を、ステップ3でポリビニルアルコールをそれぞれ準備し、ステップ4でこれらの原料を混合して、水を含む溶媒中でジルコニウム塩又はオキシジルコニウム塩とポリビニルアルコールが共存する原料溶液を得る。ジルコニウム塩又はオキシジルコニウム塩は水に溶解するものであればどのような種類のものでもよく、陰イオンの種類、酸素や陰イオンの比率、含水率もどのようなものでもよい。例えば塩化ジルコニウムなどのハロゲン化ジルコニウムやオキシ塩化ジルコニウムなどのオキシハロゲン化ジルコニウムなどが使用される。   FIG. 3 is a system diagram schematically showing a third embodiment of the production process of the composite compound. First, as a raw material, a solvent containing water is prepared in Step 1, a zirconium salt or an oxyzirconium salt is prepared in Step 2, polyvinyl alcohol is prepared in Step 3, and these raw materials are mixed in Step 4 to prepare a solvent containing water. A raw material solution in which zirconium salt or oxyzirconium salt and polyvinyl alcohol coexist is obtained. Zirconium salt or oxyzirconium salt may be of any kind as long as it is soluble in water, and any kind of anion, ratio of oxygen or anion, and water content may be used. For example, zirconium halides such as zirconium chloride and zirconium oxyhalides such as zirconium oxychloride are used.

次に、ステップ5で原料溶液中のジルコニウム塩又はオキシジルコニウム塩をアルカリによって中和し、ステップ6で中和後の原料溶液を得る。その際中和前のステップ4に示す原料溶液又はステップ6に示す中和後の原料溶液にステップ7に示すスルホン酸基を持つ有機化合物又はその塩を原料溶液又は中和後の溶液に導入し、その後ステップ8で溶媒を除去し、更にステップ9で酸に接触させることによってステップ10で固体電解質となる複合化合物を得る。この得られた複合化合物は、ポリビニルアルコール以外のスルホン酸基を持つ有機化合物を含有している。   Next, in step 5, the zirconium salt or oxyzirconium salt in the raw material solution is neutralized with alkali, and in step 6, the neutralized raw material solution is obtained. At that time, the organic compound having a sulfonic acid group or a salt thereof shown in Step 7 is introduced into the raw material solution shown in Step 4 before neutralization or the raw material solution after neutralization shown in Step 6 or the salt thereof. Thereafter, the solvent is removed in step 8 and further contacted with an acid in step 9 to obtain a composite compound that becomes a solid electrolyte in step 10. The obtained composite compound contains an organic compound having a sulfonic acid group other than polyvinyl alcohol.

本発明では水を含む溶媒及びポリビニルアルコール以外の原料として、ジルコン酸化合物と珪酸化合物及び/又はタングステン酸化合物の組み合わせも採用することができる。例えば、第1実施形態においては、ステップ5の酸による中和に際して、中和するための酸の中にジルコニウム塩又はオキシジルコニウム塩を含ませればよい。また、第2実施形態においては、ステップ7のアルカリに接触させる際に、接触させるアルカリに珪酸塩及び/又はタングステン酸塩を含ませればよい。更に、第3実施形態においては、ステップ5のアルカリによって中和する際に、中和するアルカリの中に珪酸塩及び/又はタングステン酸塩を含ませればよい。   In the present invention, a combination of a zirconic acid compound and a silicic acid compound and / or a tungstic acid compound can also be employed as a raw material other than a solvent containing water and polyvinyl alcohol. For example, in the first embodiment, at the time of neutralization with an acid in Step 5, a zirconium salt or an oxyzirconium salt may be included in the acid for neutralization. Moreover, in 2nd Embodiment, when making it contact with the alkali of step 7, what is necessary is just to contain a silicate and / or a tungstate in the alkali made to contact. Furthermore, in 3rd Embodiment, when neutralizing with the alkali of step 5, what is necessary is just to contain a silicate and / or a tungstate in the alkali to neutralize.

また、本発明は、水の存在する溶媒中で進行するため、上記した各製造工程において、溶媒中に水が存在していればよく、純粋な水だけの溶媒である必要はない。ただし、珪酸塩及び/又はタングステン酸塩、或いはジルコニウム塩又はオキシジルコニウム塩の溶解性、或いはポリビニルアルコールの溶解性から水が最も好ましい溶媒である。よって、ステップ1に示す本発明の構成要素として水を含む溶媒とは、水を含んで水と共存できる溶媒であればどのようなものであってもよい。敷衍すれば、本発明の溶媒としては、反応に関与する最低限の水があれば他の溶媒があっても起こり得るので、水とともに共存できる溶媒は数限りなくあり、これらが水とともに存在していてもよいのである。即ち、溶媒とは溶質である珪酸塩,タングステン酸塩,ジルコニウム塩,オキシジルコニウム塩及びポリビニルアルコール以外の原料溶液中の全ての成分のことであり、例えば砂糖が溶けていればそれも溶媒の一員となるので、実質的に水と共存し得る液体(溶解している固体も含めて)と認められるあらゆる物質が溶媒になり得る。   In addition, since the present invention proceeds in a solvent in which water is present, it is sufficient that water is present in the solvent in each of the manufacturing processes described above, and it is not necessary to be a pure water-only solvent. However, water is the most preferable solvent in view of solubility of silicate and / or tungstate, or zirconium salt or oxyzirconium salt, or solubility of polyvinyl alcohol. Therefore, the solvent containing water as a constituent element of the present invention shown in Step 1 may be any solvent that contains water and can coexist with water. As long as there is a minimum amount of water involved in the reaction, the solvent of the present invention can occur even if there is another solvent, so there are an unlimited number of solvents that can coexist with water, and these exist together with water. It may be. That is, the solvent means all components in the raw material solution other than the solute silicate, tungstate, zirconium salt, oxyzirconium salt and polyvinyl alcohol. For example, if sugar is dissolved, it is also a member of the solvent. Therefore, any substance that is recognized as a liquid (including dissolved solids) that can coexist with water can be a solvent.

上記した各製造工程において、中和に用いる酸又はアルカリの種類は、珪酸塩,タングステン酸塩,ジルコニウム塩又はオキシジルコニウム塩の中和が行えるものであればどのようなものでもよく、塩酸,硫酸,リン酸,水酸化ナトリウム,水酸化カリウム,水酸化リチウム,アンモニア,水酸化カルシウム,水酸化ストロンチウム,水酸化バリウム,炭酸塩等が使用可能である。   In each of the manufacturing processes described above, the type of acid or alkali used for neutralization may be any as long as it can neutralize silicate, tungstate, zirconium salt, or oxyzirconium salt. Phosphoric acid, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, ammonia, calcium hydroxide, strontium hydroxide, barium hydroxide, carbonate, etc. can be used.

また、第2実施形態において、溶媒除去後に接触させるアルカリは、ジルコニウム塩又はオキシジルコニウム塩の中和が行えるものであればどのようなものでもよく、水酸化ナトリウム,水酸化カリウム,水酸化リチウム,アンモニア,水酸化カルシウム,水酸化ストロンチウム,水酸化バリウム,炭酸塩等が使用可能である。これらは単独でも、複数混合した状態で使用してもよい。また、アルカリと接触させる方法としては、アルカリの溶液に浸漬するか、アルカリ溶液を複合化合物に塗布或いは噴霧するか、アルカリの蒸気に曝すなどの方法がある。   In the second embodiment, the alkali to be contacted after removing the solvent may be any one that can neutralize the zirconium salt or oxyzirconium salt, such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, Ammonia, calcium hydroxide, strontium hydroxide, barium hydroxide, carbonate, etc. can be used. These may be used alone or in a mixed state. In addition, as a method of contacting with an alkali, there are a method of immersing in an alkali solution, applying or spraying an alkali solution to a composite compound, or exposing to an alkali vapor.

第2実施形態及び第3実施形態において、溶媒除去後に接触させる酸は、いったんアルカリに接触させたことによって塩の形となったスルホン酸基を再び酸型に変えられるものであればどのようなものでもよく、塩酸,硫酸などが使用できる。また、酸と接触させる方法としては、酸の溶液に浸漬するか、酸溶液を複合化合物に塗布或いは噴霧するか、酸の蒸気に曝すなどの方法がある。   In the second embodiment and the third embodiment, the acid to be contacted after removing the solvent may be any acid as long as the sulfonic acid group that has been in the salt form once contacted with the alkali can be changed into the acid form again. It can be used, and hydrochloric acid, sulfuric acid, etc. can be used. In addition, as a method of contacting with an acid, there are a method of immersing in an acid solution, applying or spraying an acid solution to a complex compound, or exposing to an acid vapor.

そして、上記製造工程を経て製造された複合化合物からなる固体電解質はプロトン伝導性であることにより、従来のパーフルオロスルホン酸系イオン交換膜と同様に、高い伝導度を有する高イオン伝導性固体電解質として使用することができる。具体的には、高イオン伝導性固体電解質によって隔てられた複数の電極を配する構成とすることにより、或いは高イオン伝導性固体電解質を電極中に含有させることによって、燃料電池,スチームポンプ,除湿機,空調機器,エレクトロクロミックデバイス,電解装置,湿度センサ,水素センサ,電気分解型水素生成装置,電解過酸化水素製造装置,電解水製造装置に応用することができる。   The solid electrolyte made of the composite compound produced through the above production process is proton-conductive, so that it has a high conductivity like the conventional perfluorosulfonic acid ion exchange membrane. Can be used as Specifically, a fuel cell, a steam pump, a dehumidifier is formed by arranging a plurality of electrodes separated by a high ion conductive solid electrolyte or by containing a high ion conductive solid electrolyte in the electrode. It can be applied to machines, air conditioners, electrochromic devices, electrolyzers, humidity sensors, hydrogen sensors, electrolysis-type hydrogen generators, electrolytic hydrogen peroxide production devices, and electrolyzed water production devices.

以下に本発明にかかる高イオン伝導性固体電解質及び該固体電解質を使用した電気化学システムの具体的な実施例を説明する。なお、本願発明はこれら実施例の記載内容に限定されるものではない。   Specific examples of the high ion conductive solid electrolyte and the electrochemical system using the solid electrolyte according to the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited to the content of description of these Examples.

本発明にかかる高イオン伝導性固体電解質の電解質膜を作製するため、先ず重合度が3,100〜3,900でケン化度が86〜90%のポリビニルアルコール10重量%水溶液100ccにリン酸三ナトリウム(NaPO・12HO)0.7g、及び珪酸ナトリウム4.5重量%水溶液9gを加えて原料溶液とし、この原料溶液を撹拌しながら2.4M濃度の塩酸を16cc滴下して中和した。その後、分子量約75,000のポリスチレンスルホン酸の18%水溶液を8g加えて撹拌を続け、粘稠な原料溶液を作製した。この原料溶液を密閉容器内に入れ、真空ポンプで減圧することにより脱泡処理した後、マイクロメータを用いて台座とのギャップを調節できるブレードが装着されたコーティング装置(R K Print Coat Instruments Ltd.製 Kコントロールコータ202)の平滑な台座の上に敷いたポリエステルフィルム上に流延した。この時台座は80℃になるように制御しながら加熱した。原料溶液を台座の上に流延した後、すぐにギャップを0.4mmに調節したブレードを一定速度で原料溶液上を掃引して一定の厚みにならした。そのまま80℃で加熱しながら放置することによって水分を飛ばし、流動性がほぼ消失した段階で再度上から重ねて原料溶液を流延し、すぐに再びギャップを0.4mmに調節したブレードを一定速度で原料溶液上を掃引して一定の厚みにならした。その後、台座の温度を135℃まで引き上げ、その状態を保って1.5時間の加熱処理を行った。その後台座の上に生成した膜を剥離し、60℃〜70℃の熱水中で30分洗浄する操作を2回行った後、1重量%のテレフタルアルデヒドを含む1M濃度の塩酸水溶液に1.5時間浸漬し、60℃〜70℃熱水中で30分洗浄する操作を2回行った後、常温で乾燥させることにより、高イオン伝導性固体電解質の電解質膜を得た。 In order to produce an electrolyte membrane of a high ion conductive solid electrolyte according to the present invention, first, tribasic phosphate is added to 100 cc of a 10% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 3,100 to 3,900 and a saponification degree of 86 to 90%. Sodium (Na 3 PO 4 · 12H 2 O) 0.7 g and sodium silicate 4.5 wt% aqueous solution 9 g were added to prepare a raw material solution, and 16 cc of 2.4M hydrochloric acid was added dropwise while stirring the raw material solution. Neutralized. Thereafter, 8 g of an 18% aqueous solution of polystyrene sulfonic acid having a molecular weight of about 75,000 was added and stirring was continued to prepare a viscous raw material solution. This raw material solution is put in a sealed container, defoamed by reducing the pressure with a vacuum pump, and then coated with a blade that can adjust the gap with the base using a micrometer (manufactured by RK Print Coat Instruments Ltd. The film was cast on a polyester film laid on a smooth pedestal of K control coater 202). At this time, the pedestal was heated while being controlled to 80 ° C. After casting the raw material solution on the pedestal, a blade whose gap was adjusted to 0.4 mm was immediately swept over the raw material solution at a constant speed to obtain a constant thickness. When heated at 80 ° C, the water is blown away, and when the fluidity has almost disappeared, the raw material solution is cast again from the top, and the blade with the gap adjusted to 0.4 mm is immediately adjusted at a constant speed. The raw material solution was swept to obtain a constant thickness. Thereafter, the temperature of the pedestal was raised to 135 ° C., and the heat treatment was performed for 1.5 hours while maintaining the state. Thereafter, the film formed on the pedestal was peeled off, washed twice in hot water at 60 ° C. to 70 ° C. for 30 minutes, and then washed with 1M hydrochloric acid aqueous solution containing 1% by weight of terephthalaldehyde. After performing the operation of immersing for 5 hours and washing in hot water at 60 ° C. to 70 ° C. for 30 minutes twice, the membrane was dried at room temperature to obtain an electrolyte membrane of a high ion conductive solid electrolyte.

重合度が3,100〜3,900でケン化度が86〜90%のポリビニルアルコール10重量%水溶液100ccに、タングステン酸ナトリウム二水和物(NaWO・2HO)4.5g、及びリン酸三ナトリウム(NaPO・12HO)0.7gを加えて原料溶液とし、この原料溶液を撹拌しながら2.4M濃度の塩酸を14cc滴下して中和した。その後、分子量約75,000のポリスチレンスルホン酸の18%水溶液を8g加えて撹拌を続け、粘稠な原料溶液を作製した。この原料溶液を以下実施例1と同様の方法で製膜した。 To 100 cc of a 10% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 3,100 to 3,900 and a saponification degree of 86 to 90%, 4.5 g of sodium tungstate dihydrate (Na 2 WO 4 .2H 2 O), Then, 0.7 g of trisodium phosphate (Na 3 PO 4 · 12H 2 O) was added to obtain a raw material solution, and 14 cc of 2.4 M hydrochloric acid was added dropwise to neutralize the raw material solution while stirring. Thereafter, 8 g of an 18% aqueous solution of polystyrene sulfonic acid having a molecular weight of about 75,000 was added and stirring was continued to prepare a viscous raw material solution. A film of this raw material solution was formed in the same manner as in Example 1 below.

重合度が3,100〜3,900でケン化度が86〜90%のポリビニルアルコール10重量%水溶液100ccに、タングステン酸ナトリウム二水和物(NaWO・2HO)4.5g、リン酸三ナトリウム(NaPO・12HO)0.7g、及び珪酸ナトリウム4.5重量%水溶液8gを加えて原料溶液とし、この原料溶液を撹拌しながら2.4M濃度の塩酸を16cc滴下して中和した。その後、分子量約75,000のポリスチレンスルホン酸の18%水溶液を8g加えて撹拌を続け、粘稠な原料溶液を作製した。この原料溶液を以下実施例1と同様の方法で製膜した。 To 100 cc of a 10% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 3,100 to 3,900 and a saponification degree of 86 to 90%, 4.5 g of sodium tungstate dihydrate (Na 2 WO 4 .2H 2 O), 0.7 g of trisodium phosphate (Na 3 PO 4 · 12H 2 O) and 8 g of a sodium silicate 4.5 wt% aqueous solution were added to form a raw material solution. Neutralized by adding dropwise. Thereafter, 8 g of an 18% aqueous solution of polystyrene sulfonic acid having a molecular weight of about 75,000 was added and stirring was continued to prepare a viscous raw material solution. A film of this raw material solution was formed in the same manner as in Example 1 below.

重合度が3,100〜3,900でケン化度が86〜90%のポリビニルアルコール10重量%水溶液100ccに、分子量約1,000,000のポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩を1g、タングステン酸ナトリウム二水和物(NaWO・2HO)4.5g、リン酸三ナトリウム(NaPO・12HO)0.7g、及び珪酸ナトリウム4.5重量%水溶液8gを加えて原料溶液とし、この原料溶液を撹拌しながら2.4M濃度の塩酸を18cc滴下して中和し、粘稠な原料溶液を作製した。この原料溶液を以下実施例1と同様の方法で製膜した。なお、製膜時の中和工程、及びテレフタルアルデヒドを含む塩酸溶液に膜を浸漬する操作においてポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩は、スルホン酸基を持つポリスチレンスルホン酸に改変する。 1 g of polystyrene sulfonate sodium salt having a molecular weight of about 1,000,000 is added to 100 cc of a 10% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 3,100-3,900 and a saponification degree of 86-90%, and sodium tungstate dihydrate. Add 4.5 g of Japanese (Na 2 WO 4 · 2H 2 O), 0.7 g of trisodium phosphate (Na 3 PO 4 · 12H 2 O), and 8 g of 4.5% sodium silicate aqueous solution to make a raw material solution. While stirring this raw material solution, 18 cc of 2.4M concentration hydrochloric acid was added dropwise to neutralize it to prepare a viscous raw material solution. A film of this raw material solution was formed in the same manner as in Example 1 below. In addition, the polystyrene sulfonic acid sodium salt is modified to polystyrene sulfonic acid having a sulfonic acid group in the neutralization step during film formation and the operation of immersing the film in a hydrochloric acid solution containing terephthalaldehyde.

重合度が3,100〜3,900でケン化度が86〜90%のポリビニルアルコール10重量%水溶液100ccに、分子量約20,000のポリ(スチレンスルホン酸―マレイン酸)共重合体ナトリウム塩(スチレンスルホン酸とマレイン酸がモル比で3:1)の25重量%水溶液4g、タングステン酸ナトリウム二水和物(NaWO・2HO)4.5g、リン酸三ナトリウム(NaPO・12HO)0.7g、及び珪酸ナトリウム4.5重量%水溶液8gを加えて原料溶液とし、この原料溶液を撹拌しながら2.4M濃度の塩酸を18cc滴下して中和し、粘稠な原料溶液を作製した。この原料溶液を以下実施例1と同様の方法で製膜した。なお、製膜時の中和工程、及びテレフタルアルデヒドを含む塩酸溶液に膜を浸漬する操作においてポリ(スチレンスルホン酸―マレイン酸)共重合体ナトリウム塩は、スルホン酸基を持つポリ(スチレンスルホン酸―マレイン酸)共重合体に改変する。 Poly (styrene sulfonic acid-maleic acid) copolymer sodium salt having a molecular weight of about 20,000 in 100 cc of a 10% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 3,100-3,900 and a saponification degree of 86-90% ( 4 g of 25% by weight aqueous solution of styrene sulfonic acid and maleic acid in a molar ratio of 3: 1), sodium tungstate dihydrate (Na 2 WO 4 .2H 2 O) 4.5 g, trisodium phosphate (Na 3 PO) (4 · 12H 2 O) 0.7 g and sodium silicate 4.5% by weight aqueous solution 8 g were added to prepare a raw material solution. While stirring this raw material solution, 18 cc of 2.4 M hydrochloric acid was added dropwise to neutralize the solution. A thick raw material solution was prepared. A film of this raw material solution was formed in the same manner as in Example 1 below. Poly (styrenesulfonic acid-maleic acid) copolymer sodium salt is a poly (styrenesulfonic acid) having a sulfonic acid group in the neutralization step during film formation and the operation of immersing the film in a hydrochloric acid solution containing terephthalaldehyde. -Maleic acid) copolymer.

重合度が3,100〜3,900でケン化度が86〜90%のポリビニルアルコール10重量%水溶液100ccに、タングステン酸ナトリウム二水和物(NaWO・2HO)4.5g、リン酸三ナトリウム(NaPO・12HO)0.7g、及び珪酸ナトリウム4.5重量%水溶液8gを加えて原料溶液とし、この原料溶液を撹拌しながら2.4M濃度の塩酸を16cc滴下して中和した。その後、2―アクリルアミド―2―メチル―1―プロパンスルホン酸を1g加えて撹拌を続け、粘稠な原料溶液を作製した。この原料溶液を以下実施例1と同様の方法で製膜した。 To 100 cc of a 10% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 3,100 to 3,900 and a saponification degree of 86 to 90%, 4.5 g of sodium tungstate dihydrate (Na 2 WO 4 .2H 2 O), 0.7 g of trisodium phosphate (Na 3 PO 4 · 12H 2 O) and 8 g of a sodium silicate 4.5 wt% aqueous solution were added to form a raw material solution. Neutralized by adding dropwise. Thereafter, 1 g of 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid was added and stirring was continued to prepare a viscous raw material solution. A film of this raw material solution was formed in the same manner as in Example 1 below.

重合度が3,100〜3,900でケン化度が86〜90%のポリビニルアルコール10重量%水溶液100ccに、タングステン酸ナトリウム二水和物(NaWO・2HO)4.5g、リン酸三ナトリウム(NaPO・12HO)0.7g、及び珪酸ナトリウム4.5重量%水溶液8gを加えて原料溶液とし、この原料溶液を撹拌しながら2.4M濃度の塩酸を16cc滴下して中和した。その後、分子量約2,000,000のポリ(2―アクリルアミド―2―メチル―1―プロパンスルホン酸)の15%水溶液を3g加えて撹拌を続け、粘稠な原料溶液を作製した。この原料溶液を以下実施例1と同様の方法で製膜した。 To 100 cc of a 10% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 3,100 to 3,900 and a saponification degree of 86 to 90%, 4.5 g of sodium tungstate dihydrate (Na 2 WO 4 .2H 2 O), 0.7 g of trisodium phosphate (Na 3 PO 4 · 12H 2 O) and 8 g of a sodium silicate 4.5 wt% aqueous solution were added to form a raw material solution. Neutralized by adding dropwise. Thereafter, 3 g of a 15% aqueous solution of poly (2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid) having a molecular weight of about 2,000,000 was added and stirring was continued to prepare a viscous raw material solution. A film of this raw material solution was formed in the same manner as in Example 1 below.

本発明にかかる高イオン伝導性固体電解質の電解質膜を作製するため、先ず分子量146,000〜186,000でケン化度が約99%のポリビニルアルコール10重量%水溶液50ccにオキシ塩化ジルコニウム八水和物(ZrClO・8HO)3g、及び分子量約75,000のポリスチレンスルホン酸の18%水溶液4gを混合して撹拌しながら50℃で1時間加熱したものを原料溶液とした。この原料溶液を脱泡処理した後、マイクロメータを用いて台座とのギャップを調節できるブレードが装着されたコーティング装置(R K Print Coat Instruments Ltd.製 Kコントロールコータ202)の平滑な台座の上に敷いたポリエステルフィルム上に流延した。この時台座は50℃〜60℃になるように制御しながら加熱した。原料溶液を台座の上に流延した後、すぐにギャップを0.4mmに調節したブレードを一定速度で原料溶液上を掃引して一定の厚みにならした。そのまま50℃〜60℃で加熱しながら放置することによって水分を飛ばし、流動性がほぼ消失した段階で再度上から重ねて原料溶液を流延し、すぐに再びギャップを0.4mmに調節したブレードを一定速度で原料溶液上を掃引して一定の厚みにならした。その後、台座の温度を125℃〜130℃まで引き上げ、その状態を保って1.5時間の加熱処理を行った。その後台座の上に生成した膜を剥離し、1.67重量%のアンモニア水溶液に常温で2時間浸漬した後、60℃〜70℃の熱水中で30分洗浄する操作を2回行なった。さらに1.8Mの硫酸水溶液に常温で2時間浸漬し、60℃〜70℃の熱水中で30分洗浄する操作を2回行った後、常温で乾燥させて、高イオン伝導性固体電解質の電解質膜を得た。 In order to produce an electrolyte membrane of a high ion conductive solid electrolyte according to the present invention, first, zirconium oxychloride octahydrate is added to 50 cc of a 10% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol having a molecular weight of 146,000 to 186,000 and a saponification degree of about 99%. 3 g of the product (ZrCl 2 O · 8H 2 O) and 4 g of an 18% aqueous solution of polystyrenesulfonic acid having a molecular weight of about 75,000 were mixed and heated at 50 ° C. for 1 hour with stirring to obtain a raw material solution. After defoaming this raw material solution, it is laid on a smooth pedestal of a coating device (K Control Coater 202 manufactured by RK Print Coat Instruments Ltd.) equipped with a blade that can adjust the gap with the pedestal using a micrometer. The film was cast on a polyester film. At this time, the pedestal was heated while being controlled to be 50 ° C to 60 ° C. After casting the raw material solution on the pedestal, a blade whose gap was adjusted to 0.4 mm was immediately swept over the raw material solution at a constant speed to obtain a constant thickness. A blade that is heated while being heated at 50 ° C. to 60 ° C. to remove moisture, and when the fluidity has almost disappeared, the raw material solution is cast again from above, and the gap is immediately adjusted to 0.4 mm again. Was swept over the raw material solution at a constant speed to obtain a constant thickness. Thereafter, the temperature of the pedestal was raised to 125 ° C. to 130 ° C., and the heat treatment was performed for 1.5 hours while maintaining the state. Thereafter, the film formed on the pedestal was peeled off, immersed in an aqueous 1.67% by weight ammonia solution at room temperature for 2 hours, and then washed twice in hot water at 60 ° C. to 70 ° C. for 30 minutes. Further, after being immersed in a 1.8 M sulfuric acid aqueous solution for 2 hours at room temperature and washed twice in hot water at 60 ° C. to 70 ° C. for 30 minutes, it was dried at room temperature to obtain a high ion conductive solid electrolyte. An electrolyte membrane was obtained.

本発明にかかる高イオン伝導性固体電解質の電解質膜を作製するため、先ず分子量146,000〜186,000でケン化度が約99%のポリビニルアルコール10重量%水溶液50ccにオキシ塩化ジルコニウム八水和物(ZrClO・8HO)3g、及び2―アクリルアミド―2―メチル―1―プロパンスルホン酸を0.5g加えて撹拌しながら50℃で1時間加熱したものを原料溶液とした。この原料溶液を以下実施例8と同様の方法で製膜した。 In order to produce an electrolyte membrane of a high ion conductive solid electrolyte according to the present invention, first, zirconium oxychloride octahydrate is added to 50 cc of a 10% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol having a molecular weight of 146,000 to 186,000 and a saponification degree of about 99%. 3 g of the product (ZrCl 2 O.8H 2 O) and 0.5 g of 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid were added and heated at 50 ° C. for 1 hour with stirring to obtain a raw material solution. This raw material solution was formed into a film in the same manner as in Example 8 below.

重合度が3,100〜3,900でケン化度が86〜90%のポリビニルアルコール10重量%水溶液100ccにリン酸三ナトリウム(NaPO・12HO)0.7g、及び珪酸ナトリウム4.5重量%水溶液9gを加えて原料溶液とし、この原料溶液を撹拌しながら2.4M濃度の塩酸を16cc滴下して中和し、粘稠な原料溶液を作製した。この原料溶液を以下実施例1と同様の方法で製膜した。シランカップリング剤の3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン(信越化学製KBM−802)1.2gを水40ccに添加してよく撹拌し、その中に上記の電解質膜を常温で浸漬した。3時間浸漬した後、そのままオーブン中110℃で1時間加熱し、60℃〜70℃の熱水中で30分洗浄する操作を2回行った後、メルカプト基を酸化してスルホン酸基にするために40℃〜50℃の3%の過酸化水素水に2時間浸漬した。60℃〜70℃の熱水中で30分洗浄する操作を2回行った後、1.2M濃度の塩酸に2時間浸漬し、また60℃〜70℃熱水中で30分洗浄する操作を2回行い、常温で乾燥した。 100 g of a 10% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 3,100-3,900 and a saponification degree of 86-90%, 0.7 g of trisodium phosphate (Na 3 PO 4 · 12H 2 O), and sodium silicate 4 9 g of a 0.5 wt% aqueous solution was added to form a raw material solution, and 16 cc of 2.4M hydrochloric acid was added dropwise to neutralize the raw material solution while stirring to prepare a viscous raw material solution. A film of this raw material solution was formed in the same manner as in Example 1 below. A silane coupling agent, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane (KBM-802 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) (1.2 g) was added to 40 cc of water and stirred well, and the above electrolyte membrane was immersed therein at room temperature. After soaking for 3 hours, heat in an oven at 110 ° C. for 1 hour and wash in hot water at 60 ° C. to 70 ° C. for 30 minutes twice, then oxidize mercapto groups to sulfonic acid groups. Therefore, it was immersed in 3% hydrogen peroxide water at 40 ° C. to 50 ° C. for 2 hours. An operation of washing in hot water at 60 ° C. to 70 ° C. for 30 minutes twice, then immersing in 1.2 M hydrochloric acid for 2 hours, and washing in hot water at 60 ° C. to 70 ° C. for 30 minutes. Performed twice and dried at room temperature.

シランカップリング剤のメルカプトプロピルトリメトキシシラン(信越化学製KBM―803)1.2gを水40ccに添加してよく撹拌し、その中に実施例10と同じ電解質膜を常温で浸漬し、以下実施例10と同じ操作を行った。   Add 1.2 g of mercaptopropyltrimethoxysilane (KBM-803, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), a silane coupling agent, to 40 cc of water, stir well, and immerse the same electrolyte membrane in Example 10 at room temperature. The same operation as in Example 10 was performed.

[比較例1]→実施例1,10,11に対応
重合度が3,100〜3,900でケン化度が86〜90%のポリビニルアルコール10重量%水溶液100ccにリン酸三ナトリウム(NaPO・12HO)0.7g、及び珪酸ナトリウム4.5重量%水溶液9gを加えて原料溶液とし、この原料溶液を撹拌しながら2.4M濃度の塩酸を16cc滴下して中和し、粘稠な原料溶液を作製した。この原料溶液を以下実施例1と同様の方法で製膜した。
[Comparative Example 1] → Corresponding to Examples 1, 10 and 11 Trisodium phosphate (Na 3) was added to 100 cc of a 10% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 3,100 to 3,900 and a saponification degree of 86 to 90%. PO 4 · 12H 2 O) 0.7 g and sodium silicate 4.5 wt% aqueous solution 9 g were added to make a raw material solution, and while stirring this raw material solution, 16 cc of 2.4M concentration hydrochloric acid was added dropwise to neutralize, A viscous raw material solution was prepared. A film of this raw material solution was formed in the same manner as in Example 1 below.

[比較例2]→実施例2に対応
重合度が3,100〜3,900でケン化度が86〜90%のポリビニルアルコール10重量%水溶液100ccに、タングステン酸ナトリウム二水和物(NaWO・2HO)4.5g、及びリン酸三ナトリウム(NaPO・12HO)0.7gを加えて原料溶液とし、この原料溶液を撹拌しながら2.4M濃度の塩酸を14cc滴下して中和し、粘稠な原料溶液を作製した。この原料溶液を以下実施例1と同様の方法で製膜した。
[Comparative Example 2] → Corresponding to Example 2 Sodium tungstate dihydrate (Na 2) was added to 100 cc of a 10% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 3,100 to 3,900 and a saponification degree of 86 to 90%. WO 4 · 2H 2 O) 4.5g , and trisodium phosphate (added Na 3 PO 4 · 12H 2 O ) 0.7g a raw material solution, a hydrochloric acid 2.4M concentration while stirring the raw material solution 14 cc was dropped and neutralized to prepare a viscous raw material solution. A film of this raw material solution was formed in the same manner as in Example 1 below.

[比較例3]→実施例3〜7に対応
重合度が3,100〜3,900でケン化度が86〜90%のポリビニルアルコール10重量%水溶液100ccに、タングステン酸ナトリウム二水和物(NaWO・2HO)3g、リン酸三ナトリウム(NaPO・12HO)0.7g、及び珪酸ナトリウム4.5重量%水溶液8gを加えて原料溶液とし、この原料溶液を撹拌しながら2.4M濃度の塩酸を16cc滴下して中和し、粘稠な原料溶液を作製した。この原料溶液を以下実施例1と同様の方法で製膜した。
[Comparative Example 3] → Corresponding to Examples 3 to 7 To 100 cc of a 10 wt% aqueous solution of polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 3,100 to 3,900 and a saponification degree of 86 to 90%, sodium tungstate dihydrate ( 3 g of Na 2 WO 4 · 2H 2 O), 0.7 g of trisodium phosphate (Na 3 PO 4 · 12H 2 O), and 8 g of sodium silicate 4.5 wt% aqueous solution are added to form a raw material solution. While stirring, 16 cc of 2.4M hydrochloric acid was added dropwise to neutralize the solution to prepare a viscous raw material solution. A film of this raw material solution was formed in the same manner as in Example 1 below.

[比較例4]→実施例8,9に対応
本発明にかかる高イオン伝導性固体電解質の電解質膜を作製するため、先ず分子量146,000〜186,000でケン化度が約99%のポリビニルアルコール10重量%水溶液50ccにオキシ塩化ジルコニウム八水和物(ZrClO・8HO)3gを混合して撹拌しながら50℃で1時間加熱したものを原料溶液とした。この原料溶液を以下実施例8と同様の方法で製膜した。
[Comparative Example 4] → Corresponding to Examples 8 and 9 In order to produce an electrolyte membrane of a high ion conductive solid electrolyte according to the present invention, first, polyvinyl having a molecular weight of 146,000 to 186,000 and a saponification degree of about 99% 3 g of zirconium oxychloride octahydrate (ZrCl 2 O.8H 2 O) was mixed with 50 cc of an alcohol 10 wt% aqueous solution and heated at 50 ° C. for 1 hour with stirring to obtain a raw material solution. This raw material solution was formed into a film in the same manner as in Example 8 below.

作製した固体電解質のイオン伝導度の測定は以下の方法により行った。先ず固体電解質膜を幅15mm、長さ35mmの短冊状に切り抜き、幅10mmの白金板2枚を電解質膜の両端に設置し、それをポリテトラフルオロエチレン製治具で挟みこんだ。ポリテトラフルオロエチレン製治具は真ん中に1辺15mmの正方形の窓があり、電解質膜が常に外部環境と接することができるようになっている。白金板にLCRメータを使って電圧10mVの交流電圧を周波数50Hzから5MHzまで変えながら印加し、電流と位相角の応答を測定した。イオン伝導度は一般的に行われているようにCole−Coleプロットから求めた。なお、この測定は固体電解質を純水中に浸漬した状態で行い、恒温槽中で温度60℃に制御しながら行った。測定は純水に浸漬してから約30分後に行った。   The ion conductivity of the produced solid electrolyte was measured by the following method. First, the solid electrolyte membrane was cut into a strip shape having a width of 15 mm and a length of 35 mm, and two platinum plates having a width of 10 mm were placed at both ends of the electrolyte membrane, and sandwiched between polytetrafluoroethylene jigs. The polytetrafluoroethylene jig has a square window with a side of 15 mm in the middle so that the electrolyte membrane can always come into contact with the external environment. An AC voltage of 10 mV was applied to the platinum plate while changing the frequency from 50 Hz to 5 MHz using an LCR meter, and the response of current and phase angle was measured. The ionic conductivity was determined from the Cole-Cole plot as is generally done. This measurement was performed in a state where the solid electrolyte was immersed in pure water, and was performed while controlling the temperature at 60 ° C. in a thermostatic bath. The measurement was performed about 30 minutes after being immersed in pure water.

Figure 2010238525
Figure 2010238525

実施例1〜9に示すとおり、珪酸化合物,タングステン酸化合物,ジルコン酸化合物とポリビニルアルコールからなる複合化合物は、どの場合にもスルホン酸基を持つ有機化合物を含有させることで、スルホン酸基を持つ有機化合物を含まないもの(比較例1〜4)よりも高い伝導度を示す。このことから、複合化合物がポリビニルアルコール以外のスルホン酸基を持つ有機化合物を含有することによって、高い伝導度を実現することができることが判る。   As shown in Examples 1 to 9, a composite compound composed of a silicic acid compound, a tungstic acid compound, a zirconic acid compound and polyvinyl alcohol has a sulfonic acid group by containing an organic compound having a sulfonic acid group in any case. The conductivity is higher than those not containing the organic compound (Comparative Examples 1 to 4). From this, it can be seen that high conductivity can be realized when the composite compound contains an organic compound having a sulfonic acid group other than polyvinyl alcohol.

比較例2及び3に示すとおり、プロトン伝導性を持つタングステン酸を含む複合化合物であっても、WO換算のタングステン酸化合物含量が対ポリビニルアルコール重量比で0.3しかない場合はあまり高い伝導度は得られない。しかし、実施例2〜7のようにポリスチレンスルホン酸或いはその誘導体であるポリ(スチレンスルホン酸―マレイン酸)共重合体、2―アクリルアミド―2―メチル―1―プロパンスルホン酸或いはポリ(2―アクリルアミド―2―メチル―1―プロパンスルホン酸)を含有させることで、タングステン酸化合物量が少なくても高い伝導度が得られるようになる。この効果によって、資源的に必ずしも豊富でなく、かつ産出国が限られるため安定供給に対する不安があり、水に対する溶解性もあるタングステン酸化合物の含有量を少量に留めることが可能となる。 As shown in Comparative Examples 2 and 3, even in the case of a composite compound containing tungstic acid having proton conductivity, if the tungstic acid compound content in terms of WO 3 is only 0.3 by weight ratio to polyvinyl alcohol, the conductivity is too high. The degree is not obtained. However, as in Examples 2 to 7, polystyrene sulfonic acid or its derivative poly (styrene sulfonic acid-maleic acid) copolymer, 2-acrylamide-2-methyl-1-propanesulfonic acid or poly (2-acrylamide) By adding (-2-methyl-1-propanesulfonic acid), high conductivity can be obtained even if the amount of tungstic acid compound is small. This effect makes it possible to keep the content of the tungstic acid compound, which is not necessarily abundant in terms of resources and has a concern about stable supply because the country of production is limited, and also has solubility in water, to a small amount.

さらに、実施例1,8及び9に示すとおり、プロトン伝導機能を持つタングステン酸をまったく含まない珪酸化合物系或いはジルコン酸化合物系の複合化合物の場合であっても、スルホン酸基を持つ有機化合物を含有させることでかなり高い伝導度を得ることができる。実施例1〜9に示すとおり、スルホン酸基を持つ有機化合物の導入は原料溶液中にそれらの化合物を加えるだけで行なうことができ、操作は極めて簡単である。実施例1〜9の電解質膜はいずれも製造時、熱水中で繰り返し洗浄する工程を経ており、さらに伝導度測定も60℃の水中に30分間浸漬して行われているにもかかわらず高い伝導度が得られていることは、それらの複合化合物中でスルホン酸基を持つ有機化合物が水中に流出せず、しっかりと固着されていることを示している。原料溶液に混ぜ込んでおくだけの簡単な操作でスルホン酸基を持つ有機化合物を安定的に固着できるのは、無機/有機複合化合物を採用し、その複合化過程をうまく利用しているからである。   Furthermore, as shown in Examples 1, 8 and 9, even in the case of a silicic acid compound-based compound or a zirconic acid compound-based composite compound which does not contain any tungstic acid having a proton conduction function, an organic compound having a sulfonic acid group is used. By containing, a considerably high conductivity can be obtained. As shown in Examples 1 to 9, the introduction of an organic compound having a sulfonic acid group can be performed simply by adding these compounds to the raw material solution, and the operation is extremely simple. Each of the electrolyte membranes of Examples 1 to 9 has undergone a process of repeatedly washing in hot water at the time of manufacture, and the conductivity measurement is also high despite being immersed in water at 60 ° C. for 30 minutes. The obtained conductivity indicates that organic compounds having a sulfonic acid group do not flow out into water and are firmly fixed in these composite compounds. The reason why organic compounds with sulfonic acid groups can be stably fixed with a simple operation just by mixing them into the raw material solution is because they employ inorganic / organic composite compounds and make good use of their composite processes. is there.

シランカップリング剤を用いてスルホン酸基を持つ有機化合物を導入した実施例10及び11も、スルホン酸基を持つ有機化合物を導入していない比較例1よりも高いプロトン伝導度を示し、全くタングステン酸化合物を含んでいないにもかかわらずタングステン酸化合物を含む比較例2,3と同等或いはそれ以上の伝導度を示す。シランカップリング剤は加水分解反応によってシラノール基を生成するが、シラノールは複合化合物中の無機成分である珪酸化合物と同種の物質であり、安定した結合を作る。即ち、そのような無機化合物を含む無機/有機複合化合物を採用したことで、安定的にスルホン酸基を持つ有機化合物を固着することができる。また、無機/有機複合化合物を採用したことで従来の無機化合物のみの多孔体を基材としたものよりも柔軟性があり、薄い膜に加工しても割れにくい。   Examples 10 and 11 in which an organic compound having a sulfonic acid group was introduced using a silane coupling agent also showed higher proton conductivity than Comparative Example 1 in which an organic compound having a sulfonic acid group was not introduced, which was completely tungsten. Although it does not contain an acid compound, it exhibits a conductivity equal to or higher than those of Comparative Examples 2 and 3 containing a tungstic acid compound. A silane coupling agent generates a silanol group by a hydrolysis reaction, and silanol is a substance of the same kind as a silicic acid compound which is an inorganic component in a composite compound, and forms a stable bond. That is, by employing an inorganic / organic composite compound containing such an inorganic compound, an organic compound having a sulfonic acid group can be stably fixed. In addition, since the inorganic / organic composite compound is employed, it is more flexible than a conventional porous body made only of an inorganic compound, and it is difficult to break even when processed into a thin film.

以上記載した本発明によれば、少なくとも珪酸化合物,タングステン酸化合物又はジルコン酸化合物から選択した1又は複数の無機化合物とポリビニルアルコールを含む無機/有機複合化合物にポリビニルアルコール以外のスルホン酸基を持つ有機化合物を含有させるか、或いは無機/有機複合化合物の無機化合物部にスルホン酸基を結合させることによって、簡単で低コストな方法でスルホン酸基を導入することができるとともに、無機/有機複合化合物中にスルホン酸基を安定的に固着することができる。その結果、資源が豊富でなく、産出国が限られるために安定供給に不安があり、水に対する溶解性のあるタングステン酸化合物の使用量が少なくても、或いはタングステン酸化合物を含有していなくても、高いプロトン伝導性を持つ無機/有機複合化合物を得ることができて、低価格で伝導度の高い高性能な固体電解質を得ることができる。そして、該高イオン伝導性固体電解質を使用して燃料電池その他の電気化学システムを得ることができる。   According to the present invention described above, an organic compound having a sulfonic acid group other than polyvinyl alcohol in an inorganic / organic composite compound containing at least one or more inorganic compounds selected from silicic acid compounds, tungstic acid compounds or zirconic acid compounds and polyvinyl alcohol. A sulfonic acid group can be introduced by a simple and low-cost method by containing a compound or by bonding a sulfonic acid group to an inorganic compound part of an inorganic / organic composite compound. It is possible to stably fix the sulfonic acid group. As a result, there are concerns about stable supply due to lack of resources and limited production countries, and even if the amount of tungstic acid compounds that are soluble in water is small or they do not contain tungstic acid compounds. However, an inorganic / organic composite compound having high proton conductivity can be obtained, and a high-performance solid electrolyte having high conductivity at a low price can be obtained. A fuel cell or other electrochemical system can be obtained using the high ion conductive solid electrolyte.

Claims (17)

少なくとも珪酸化合物,タングステン酸化合物又はジルコン酸化合物から選択した1又は複数の無機化合物とポリビニルアルコールを含むとともに、ポリビニルアルコール以外の構成成分がスルホン酸基を持つ複合化合物からなることを特徴とする高イオン伝導性固体電解質。   A high ion comprising at least one inorganic compound selected from a silicic acid compound, a tungstic acid compound, or a zirconic acid compound and polyvinyl alcohol, and a component other than polyvinyl alcohol is a composite compound having a sulfonic acid group Conductive solid electrolyte. 複合化合物が、ポリビニルアルコール以外のスルホン酸基を持つ有機化合物を含む請求項1記載の高イオン伝導性固体電解質。   The high ion conductive solid electrolyte according to claim 1, wherein the composite compound contains an organic compound having a sulfonic acid group other than polyvinyl alcohol. スルホン酸基を持つ有機化合物が水溶性である請求項2記載の高イオン伝導性固体電解質。   The high ion conductive solid electrolyte according to claim 2, wherein the organic compound having a sulfonic acid group is water-soluble. スルホン酸基を持つ有機化合物が、ポリスチレンスルホン酸,2―アクリルアミド―2―メチル―1―プロパンスルホン酸又はポリ(2―アクリルアミド―2―メチル―1―プロパンスルホン酸)或いはそれらの誘導体である請求項2又は3記載の高イオン伝導性固体電解質。   The organic compound having a sulfonic acid group is polystyrene sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid, poly (2-acrylamide-2-methyl-1-propanesulfonic acid) or a derivative thereof. Item 4. The high ion conductive solid electrolyte according to Item 2 or 3. スルホン酸基を持つ有機化合物の含有量が複合化合物中のポリビニルアルコール成分に対する重量比で0.01以上、1以下である請求項2,3又は4記載の高イオン伝導性固体電解質。   The high ion conductive solid electrolyte according to claim 2, 3 or 4, wherein the content of the organic compound having a sulfonic acid group is 0.01 or more and 1 or less in a weight ratio with respect to the polyvinyl alcohol component in the composite compound. 複合化合物がタングステン酸化合物を含むとともに、タングステン酸化合物中に含まれるWO重量のポリビニルアルコール重量に対する比が0.3以下である請求項1,2,3,4又は5記載の高イオン伝導性固体電解質。 6. The high ion conductivity according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the composite compound contains a tungstic acid compound, and the ratio of the weight of WO 3 contained in the tungstic acid compound to the weight of polyvinyl alcohol is 0.3 or less. Solid electrolyte. 水を含む溶媒と、珪酸塩又はタングステン酸塩と、ポリビニルアルコールとが共存する原料溶液において、珪酸塩又はタングステン酸塩を酸によって中和した後に溶媒を除去するとともに、中和前又は中和後の原料溶液にスルホン酸基を持つ有機化合物又はその塩を導入することによって複合化合物を得る請求項1,2,3,4,5又は6記載の高イオン伝導性固体電解質。   In a raw material solution in which a solvent containing water, a silicate or tungstate, and polyvinyl alcohol coexist, the solvent is removed after neutralizing the silicate or tungstate with an acid, and before or after neutralization 7. The high ion conductive solid electrolyte according to claim 1, wherein a composite compound is obtained by introducing an organic compound having a sulfonic acid group or a salt thereof into the raw material solution. 水を含む溶媒と、ジルコニウム塩又はオキシジルコニウム塩と、ポリビニルアルコールと、スルホン酸基を持つ有機化合物が共存する原料溶液から溶媒を除去し、その後にアルカリ,酸の順に接触させることによって複合化合物を得る請求項1,2,3,4又は5記載の高イオン伝導性固体電解質。   The solvent is removed from the raw material solution in which a solvent containing water, a zirconium salt or an oxyzirconium salt, polyvinyl alcohol, and an organic compound having a sulfonic acid group coexist, and then contacted in the order of alkali and acid. The high ion conductive solid electrolyte according to claim 1, 2, 3, 4 or 5. 水を含む溶媒と、ジルコニウム塩又はオキシジルコニウム塩とポリビニルアルコールが共存する原料溶液において、ジルコニウム塩又はオキシジルコニウム塩をアルカリで中和した後に溶媒を除去し、その後に酸に接触させるとともに、中和前又は中和後の原料溶液にスルホン酸基を持つ有機化合物又はその塩が導入されることによって複合化合物を得る請求項1,2,3,4又は5記載の高イオン伝導性固体電解質。   In a raw material solution in which a water-containing solvent and a zirconium salt or oxyzirconium salt and polyvinyl alcohol coexist, after neutralizing the zirconium salt or oxyzirconium salt with an alkali, the solvent is removed, and then the acid is contacted and neutralized. The high ion conductive solid electrolyte according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein a composite compound is obtained by introducing an organic compound having a sulfonic acid group or a salt thereof into a raw material solution before or after neutralization. 無機化合物部にスルホン酸基が結合している請求項1,2,3,4,5,6,7,8又は9記載の高イオン伝導性固体電解質。   The high ion conductive solid electrolyte according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 or 9, wherein a sulfonic acid group is bonded to the inorganic compound part. 複合化合物中の無機化合物部のいずれかにメルカプト基を有する化合物を結合させ、その後メルカプト基を酸化してスルホン酸基に変えることによって無機化合物部にスルホン酸基を結合した複合化合物を得る請求項10記載の高イオン伝導性固体電解質。   A compound having a sulfonic acid group bonded to an inorganic compound part is obtained by binding a compound having a mercapto group to any one of the inorganic compound parts in the composite compound, and then oxidizing the mercapto group into a sulfonic acid group. 10. The high ion conductive solid electrolyte according to 10. メルカプト基を有するシランカップリング剤を複合化合物と反応させることによってメルカプト基を有する化合物を複合化合物中の無機化合物部に結合させる請求項11記載の高イオン伝導性固体電解質。   The high ion conductive solid electrolyte according to claim 11, wherein a compound having a mercapto group is bonded to an inorganic compound part in the composite compound by reacting a silane coupling agent having a mercapto group with the composite compound. シランカップリング剤が、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン或いは3−メルカプトプロピルトリメトキシシランである請求項12記載の高イオン伝導性固体電解質。   The high ion conductive solid electrolyte according to claim 12, wherein the silane coupling agent is 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane or 3-mercaptopropyltrimethoxysilane. 請求項1〜13のいずれかに記載の高イオン伝導性固体電解質に、該固体電解質によって隔てられた複数の電極を配する構成をとることを特徴とする高イオン伝導性固体電解質を使用した電気化学システム。   Electricity using a high ion conductive solid electrolyte, characterized in that the high ion conductive solid electrolyte according to any one of claims 1 to 13 is provided with a plurality of electrodes separated by the solid electrolyte. Chemical system. 請求項1〜13のいずれかに記載の高イオン伝導性固体電解質を電極中に含有していることを特徴とする高イオン伝導性固体電解質を使用した電気化学システム。   An electrochemical system using a high ion conductive solid electrolyte, wherein the high ion conductive solid electrolyte according to claim 1 is contained in an electrode. 電気化学システムが、燃料電池,スチームポンプ,除湿機,空調機器,エレクトロクロミックデバイス,電解装置,湿度センサ,水素センサである請求項15記載の高イオン伝導性固体電解質を使用した電気化学システム。   The electrochemical system using a high ion conductive solid electrolyte according to claim 15, wherein the electrochemical system is a fuel cell, a steam pump, a dehumidifier, an air conditioner, an electrochromic device, an electrolyzer, a humidity sensor, or a hydrogen sensor. 電解装置が電気分解型水素生成装置,電解過酸化水素製造装置,電解水製造装置である請求項16記載の高イオン伝導性固体電解質を使用した電気化学システム。   The electrochemical system using a high ion conductive solid electrolyte according to claim 16, wherein the electrolysis apparatus is an electrolysis-type hydrogen generator, an electrolytic hydrogen peroxide production apparatus, or an electrolyzed water production apparatus.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007271422A (en) * 2006-03-31 2007-10-18 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Humidity sensor
JP2014172936A (en) * 2013-03-06 2014-09-22 Nippon Kodoshi Corp Method for producing inorganic-organic composite compound
WO2016208486A1 (en) * 2015-06-24 2016-12-29 ユニチカ株式会社 Solid electrolyte reinforcement member and solid electrolyte film including reinforcement member
CN108306016A (en) * 2018-02-02 2018-07-20 哈尔滨工业大学 A method of cell positive material surface is modified using coupling agent
JP7042378B1 (en) 2021-06-07 2022-03-25 日本碍子株式会社 Electrolyte membrane for electrochemical cells

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108269986B (en) * 2018-01-25 2020-06-16 清陶(昆山)能源发展有限公司 Composite silane coupling agent ternary composite positive electrode material for solid-state battery and preparation method and application thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005339903A (en) * 2004-05-25 2005-12-08 Nippon Kodoshi Corp Solid electrolyte and electrochemical system using the solid electrolyte
WO2008114664A1 (en) * 2007-03-16 2008-09-25 Sekisui Chemical Co., Ltd. Membrane-electrode bonding agent, proton conducting membrane with bonding layer, membrane-electrode assembly, solid polymer fuel cell, and method for producing membrane-electrode assembly

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005339903A (en) * 2004-05-25 2005-12-08 Nippon Kodoshi Corp Solid electrolyte and electrochemical system using the solid electrolyte
WO2008114664A1 (en) * 2007-03-16 2008-09-25 Sekisui Chemical Co., Ltd. Membrane-electrode bonding agent, proton conducting membrane with bonding layer, membrane-electrode assembly, solid polymer fuel cell, and method for producing membrane-electrode assembly

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007271422A (en) * 2006-03-31 2007-10-18 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Humidity sensor
JP2014172936A (en) * 2013-03-06 2014-09-22 Nippon Kodoshi Corp Method for producing inorganic-organic composite compound
WO2016208486A1 (en) * 2015-06-24 2016-12-29 ユニチカ株式会社 Solid electrolyte reinforcement member and solid electrolyte film including reinforcement member
CN108306016A (en) * 2018-02-02 2018-07-20 哈尔滨工业大学 A method of cell positive material surface is modified using coupling agent
JP7042378B1 (en) 2021-06-07 2022-03-25 日本碍子株式会社 Electrolyte membrane for electrochemical cells
JP2022187234A (en) * 2021-06-07 2022-12-19 日本碍子株式会社 Electrolyte membrane for electrochemical cell

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