JP2012201723A - Ion gel with film and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion gel with film, which can form an electrolyte having a desired shape and dimension, or the like, and further can chemically or physically stabilize ion liquid.SOLUTION: The ion gel with film 10 includes a film 14 formed on the surface of a core 12 composed of ion gel. The core 12 (ion gel) is a compatible compound of a first polymer and ion liquid, which is formed by taking the ion liquid into the network of the first polymer. Meanwhile, the film 14 is formed from a reaction product (polymer) obtained by mutually reacting the first polymer contained in the core 12 and a second polymer.

Description

本発明は、イオン伝導性を示し、例えば、燃料電池に使用する電解質として好適な皮膜付イオンゲル及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an ion gel with a film that exhibits ion conductivity and is suitable as an electrolyte used in a fuel cell, for example, and a method for producing the same.

イオン液体は、例えば、プロトン(H+)やリチウムイオン(Li+)等の各種のイオンを伝導する特性を示す液体として知られている。さらに、その蒸気圧が測定下限値を下回るとともに、凝固温度が低い性質を併せ持つ。換言すれば、殆ど揮発せず、且つ寒冷地であっても固相に変化し難い。従って、広範囲の温度域にわたって優れたイオン伝導体となり得る。このため、イオン液体は、燃料電池、二次電池、キャパシタ、色素増感型太陽電池等の各種デバイスの好適な電解質となり得る。 The ionic liquid is known as a liquid exhibiting a property of conducting various ions such as proton (H + ) and lithium ion (Li + ). Furthermore, the vapor pressure is below the lower limit of measurement, and the coagulation temperature is low. In other words, it hardly volatilizes and hardly changes to a solid phase even in a cold region. Therefore, it can be an excellent ionic conductor over a wide temperature range. For this reason, an ionic liquid can become a suitable electrolyte of various devices, such as a fuel cell, a secondary battery, a capacitor, and a dye-sensitized solar cell.

しかしながら、電解質が液体である場合、上記したデバイスが何らかの理由で破損したり、デバイスに振動が加わることでシール機能が劣化したりしたときに電解質が漏洩してしまうことが懸念される。   However, when the electrolyte is a liquid, there is a concern that the above-described device may be damaged for some reason or the electrolyte may leak when the sealing function is deteriorated due to vibration applied to the device.

この懸念を払拭するには、非特許文献1に記載されているように、イオン液体をゲル化してイオンゲルとすることが有効であるとも考えられる。この場合、イオン液体は、高分子が形成するネットワークの中に取り込まれることで該高分子と相溶化し、これにより弾力性を示す固相(すなわち、イオンゲル)となる。このような固相のイオンゲルを電解質として採用した場合、仮にデバイスが破損したとしても、電解質が固相であるために漏洩することが回避される。   In order to dispel this concern, as described in Non-Patent Document 1, it is considered effective to gel the ionic liquid into an ionic gel. In this case, the ionic liquid is taken into the network formed by the polymer and becomes compatible with the polymer, thereby forming a solid phase (that is, an ionic gel) that exhibits elasticity. When such a solid-phase ion gel is employed as the electrolyte, even if the device is damaged, leakage due to the electrolyte being in the solid phase is avoided.

シロウ・セキ(Shiro Seki)ら著、「ジャーナル・オブ・フィジックスケミカルビー(J. Phys. Chem. B)」 2005年発行 第109巻第9号 第3886頁〜第3892頁Shiro Seki et al., “Journal of Physics Chem. B”, 2005, Vol. 109, No. 9, pp. 3886-3892.

非特許文献1の記載によれば、イオンゲルは、以下のようにして得られる。すなわち、先ず、高分子の原材料となるモノマー、架橋剤及び重合開始剤をイオン液体に溶解して重合用溶液を調製する。   According to the description of Non-Patent Document 1, the ionic gel is obtained as follows. That is, first, a monomer, a crosslinking agent, and a polymerization initiator, which are polymer raw materials, are dissolved in an ionic liquid to prepare a polymerization solution.

次に、この重合用溶液を型に注入し、その後、前記型内で前記モノマーを重合させる。この重合に伴って高分子が生成するとともに、該高分子のネットワークにイオン液体が取り込まれる。換言すれば、高分子とイオン液体が相溶化してイオンゲルとなる。   Next, this polymerization solution is poured into a mold, and then the monomer is polymerized in the mold. Along with this polymerization, a polymer is produced and an ionic liquid is taken into the polymer network. In other words, the polymer and the ionic liquid are compatibilized to form an ionic gel.

このことから諒解されるように、非特許文献1に開示された製造方法によれば、イオンゲルを、型(キャビティ)の形状に対応するバルク体として得ることができるのみである。すなわち、この製造方法には、イオンゲルを所望の形状として得ることができないという不具合が顕在化している。   As can be understood from this, according to the manufacturing method disclosed in Non-Patent Document 1, the ion gel can only be obtained as a bulk body corresponding to the shape of the mold (cavity). That is, this manufacturing method has a problem that the ion gel cannot be obtained in a desired shape.

また、ゲルは周知の通り弾力性が著しく大きく、このために可塑性に乏しい。従って、非特許文献1の記載に従って得られたイオンゲルに対してプレス成形を行うことで所望の形状に成形することもできない。さらに、イオンゲルを用いて射出成形を行うことも不可能である。   Further, as is well known, gels have extremely large elasticity, and therefore have poor plasticity. Therefore, the ion gel obtained according to the description of Non-Patent Document 1 cannot be formed into a desired shape by performing press molding. Furthermore, it is impossible to perform injection molding using ion gel.

以上のように、非特許文献1に開示された製造方法では、イオンゲルを、デバイスの形状・寸法に対応する適切な形状・寸法で得ることができないという不具合がある。   As described above, the manufacturing method disclosed in Non-Patent Document 1 has a problem that the ion gel cannot be obtained in an appropriate shape / dimension corresponding to the shape / dimension of the device.

さらに、プロトン伝導性を示すイオンゲルを燃料電池の電解質とした場合、イオン液体が燃料電池の外部に排出される懸念がある。すなわち、燃料電池では、発電反応によって電解質と電極との界面に水が生成する。一方、プロトン伝導性を示すイオン液体は概して親水性が大きく、このため、電解質に含まれるイオン液体が反応生成物である水に移動する可能性がある。水は燃料電池の外部に排出されるので、イオン液体が水に移動している場合、該イオン液体も同時に排出されることになる。   Furthermore, when an ion gel exhibiting proton conductivity is used as an electrolyte for a fuel cell, there is a concern that the ionic liquid may be discharged outside the fuel cell. That is, in the fuel cell, water is generated at the interface between the electrolyte and the electrode by a power generation reaction. On the other hand, the ionic liquid exhibiting proton conductivity is generally highly hydrophilic, and therefore, the ionic liquid contained in the electrolyte may move to water as a reaction product. Since water is discharged to the outside of the fuel cell, when the ionic liquid moves to the water, the ionic liquid is also discharged at the same time.

このような事態が発生すると、イオン伝導体であるイオン液体の量が減少するので、燃料電池の発電性能が低下してしまう。   When such a situation occurs, the amount of ionic liquid that is an ionic conductor is reduced, so that the power generation performance of the fuel cell is degraded.

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、所望の形状・寸法の電解質等を形成することが可能であり、しかも、イオン液体を化学的ないし物理的に安定化し得る皮膜付イオンゲル及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and can form an electrolyte having a desired shape and size, and can further stabilize an ionic liquid chemically or physically. And it aims at providing the manufacturing method.

前記の目的を達成するために、本発明は、高分子とイオン液体の相溶化合物からなるイオンゲルの表面に高分子からなる皮膜が形成され、且つ粒体である皮膜付イオンゲルであって、
前記皮膜は、前記イオンゲルに含まれる前記高分子と、別の高分子との反応生成物であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is an ion gel with a film in which a film made of a polymer is formed on the surface of an ion gel made of a compatible compound of a polymer and an ionic liquid, and is a granule,
The film is a reaction product of the polymer contained in the ion gel and another polymer.

このような構成においては、イオンゲルが皮膜によって遮蔽される。従って、イオンゲル中のイオン液体に対して親和性が高い物質と皮膜付イオンゲルが接触したとしても、イオン液体がイオンゲルから前記物質に移動すること、換言すれば、イオン液体が流失することが防止される。すなわち、皮膜がブロック作用を営み、これによりイオンゲルが物理的ないし化学的に安定する。   In such a configuration, the ion gel is shielded by the film. Therefore, even when a substance having a high affinity for the ionic liquid in the ionic gel and the ionic gel with a film come into contact, the ionic liquid is prevented from moving from the ionic gel to the substance, in other words, the ionic liquid is prevented from being washed away. The That is, the film performs a blocking action, whereby the ionic gel is physically and chemically stabilized.

しかも、粒体であるので可塑性に富む。このため、該皮膜付イオンゲルを、充填箇所の形状に対応した形状で充填することや、所望の形状の凝集体(ないし圧粉成形体)とすることが可能である。従って、例えば、燃料電池の電解質等、デバイスの形状に応じて皮膜付イオンゲルの凝集体(ないし圧粉成形体)の形状を設定することができる。   Moreover, since it is a granule, it is rich in plasticity. For this reason, it is possible to fill the ion gel with a film in a shape corresponding to the shape of the filling portion, or to obtain an aggregate (or compacted body) having a desired shape. Therefore, for example, the shape of the aggregate (or compacted body) of the ion gel with film can be set according to the shape of the device such as the electrolyte of the fuel cell.

皮膜付イオンゲルの粒径は1nm〜1mmの範囲内であることが好ましく、皮膜の厚みは0.1nm〜100nmであることが好ましい。なお、粒径は、走査型電子顕微鏡で二次元平面として視認される粒体(概ね楕円形状か真円形状)の長径と短径の平均値として定義される。   The particle size of the ion gel with film is preferably in the range of 1 nm to 1 mm, and the thickness of the film is preferably 0.1 nm to 100 nm. The particle diameter is defined as an average value of the major axis and the minor axis of a granule (substantially oval or perfect circle) visually recognized as a two-dimensional plane by a scanning electron microscope.

粒径が1nmよりも小さいと、イオンゲルの分子数が十分でなくなるのでイオン伝導度が低下する傾向がある。また、1mmを超えると、皮膜に破損が生じた際に該皮膜からイオンゲルが漏洩することを防止することが容易でなくなる。   When the particle size is smaller than 1 nm, the number of molecules of the ion gel becomes insufficient, and the ionic conductivity tends to decrease. On the other hand, when the thickness exceeds 1 mm, it is not easy to prevent the ion gel from leaking from the film when the film is damaged.

一方、皮膜の厚みが0.1nm未満であると、皮膜としての強度を確保することが容易ではない。また、100nmを超えると、イオン伝導に対する抵抗が大きくなる。   On the other hand, when the thickness of the film is less than 0.1 nm, it is not easy to ensure the strength as the film. On the other hand, if it exceeds 100 nm, the resistance to ionic conduction increases.

また、本発明は、高分子とイオン液体の相溶化合物からなるイオンゲルの表面に高分子からなる皮膜が形成され、且つ粒体である皮膜付イオンゲルの製造方法であって、
イオンゲルの原材料となるイオンゲル用モノマーと、イオン液体とを混合して第1混合溶液を調製する工程と、
前記イオン液体を添加した際に該イオン液体に対して相分離を起こす溶媒と、前記第1混合溶液とを混合することで第2混合溶液を調製するとともに、該第2混合溶液にエマルジョンを生成させる工程と、
前記エマルジョンに含まれる前記イオンゲル用モノマーを重合させて第1の高分子とするとともに、該第1の高分子と前記イオン液体を相溶化させて粒状のイオンゲルを得る工程と、
前記第1の高分子と相互反応を起こす第2の高分子を含む溶液を、前記イオンゲルを含む溶液と混合して第3混合溶液を調製する工程と、
前記イオンゲルに含まれる前記第1の高分子と、前記第3混合溶液中の前記第2の高分子とを反応させ、前記イオンゲルの表面に、反応生成物としての高分子からなる皮膜を形成して皮膜付イオンゲルを得る工程と、
を有することを特徴とする。
Further, the present invention is a method for producing an ion gel with a film in which a film made of a polymer is formed on the surface of an ion gel made of a compatible compound of a polymer and an ionic liquid, and is a granule,
A step of preparing a first mixed solution by mixing an ion gel monomer, which is a raw material of the ion gel, and an ionic liquid;
A second mixed solution is prepared by mixing a solvent that causes phase separation with respect to the ionic liquid when the ionic liquid is added and the first mixed solution, and an emulsion is generated in the second mixed solution. A process of
A step of polymerizing the monomer for ionic gel contained in the emulsion to form a first polymer, and compatibilizing the first polymer with the ionic liquid to obtain a granular ionic gel;
Mixing a solution containing a second polymer that interacts with the first polymer with a solution containing the ion gel to prepare a third mixed solution;
The first polymer contained in the ion gel is reacted with the second polymer in the third mixed solution to form a film made of a polymer as a reaction product on the surface of the ion gel. To obtain a coated ion gel,
It is characterized by having.

このような過程を経ることにより、上記した皮膜付イオンゲルを容易に得ることができる。   By going through such a process, the above-mentioned ion gel with a film can be easily obtained.

なお、エマルジョンを形成する工程、及びイオンゲル用モノマーを重合させる工程で前記第2混合溶液を冷却することが好ましい。エマルジョンは、高温下では比較的破壊され易いので、イオンゲルを粒体として得ることが容易でなくなるからである。   The second mixed solution is preferably cooled in the step of forming an emulsion and the step of polymerizing the monomer for ion gel. This is because an emulsion is relatively easily broken at high temperatures, and it becomes difficult to obtain an ionic gel as granules.

また、前記第2混合溶液を、界面活性剤を含むものとして調製することが好ましい。この界面活性剤の作用により、エマルジョンの形成が促進されるとともに、形成されたエマルジョンが破壊されることが阻害される。従って、微細なエマルジョン、ひいては微細なイオンゲルを得ることが容易となる。   Moreover, it is preferable to prepare the said 2nd mixed solution as what contains surfactant. By the action of this surfactant, the formation of the emulsion is promoted and the formed emulsion is prevented from being broken. Therefore, it becomes easy to obtain a fine emulsion and thus a fine ion gel.

いずれにおいても、皮膜付イオンゲルを、イオン液体内包粒体は、粒径が1nm〜1mmの範囲内であり、且つ皮膜の厚みが0.1nm〜100nmであるものとして得ることが好ましい。粒径や皮膜の厚みは、例えば、反応時間を適宜設定することで調節することができる。   In any case, it is preferable to obtain the ion gel with a coating as a ionic liquid encapsulant having a particle size in the range of 1 nm to 1 mm and a thickness of the coating of 0.1 nm to 100 nm. The particle size and the film thickness can be adjusted, for example, by appropriately setting the reaction time.

本発明によれば、第1の高分子とイオン液体との相溶物であるイオンゲルを皮膜で保護するようにしているので、イオンゲル、ひいては該イオンゲル中のイオン液体を物理的ないし化学的に安定化させることができる。従って、例えば、皮膜付イオンゲルが、イオン液体との親和性が高い物質に接触したときでも、イオン液体が流出することを防止することができる。このため、イオン伝導性が安定する。   According to the present invention, the ion gel, which is a compatible material of the first polymer and the ionic liquid, is protected by the film, so that the ionic gel, and hence the ionic liquid in the ionic gel, is physically or chemically stable. It can be made. Therefore, for example, it is possible to prevent the ionic liquid from flowing out even when the ionic gel with a film comes into contact with a substance having a high affinity with the ionic liquid. For this reason, ion conductivity is stabilized.

しかも、この皮膜付イオンゲルは微細な粒体であるので可塑性に富み、このため、所望の形状をなす充填物や凝集体(ないし圧粉成形体)とすることが可能である。従って、この皮膜付イオンゲルを用いて充填物、凝集体(ないし圧粉成形体)を作製することにより、例えば、燃料電池の電解質を所望の形状のものとして得ることが可能となる。   In addition, since the ion gel with a film is a fine granule, it is rich in plasticity. Therefore, it is possible to form a filler or agglomerate (or powder compact) having a desired shape. Therefore, by using this ion gel with a film to produce a filler or an aggregate (or compacted body), for example, the fuel cell electrolyte can be obtained in a desired shape.

本発明の実施の形態に係る皮膜付イオンゲルの模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the ion gel with a film | membrane which concerns on embodiment of this invention. 実施例1の皮膜付イオンゲルとなるイオンゲルの光学顕微鏡写真である。2 is an optical micrograph of an ion gel that is a film-coated ion gel of Example 1. FIG. 実施例2の皮膜付イオンゲルとなるイオンゲルの光学顕微鏡写真である。2 is an optical micrograph of an ion gel that is an ion gel with a film according to Example 2. FIG. 実施例3の皮膜付イオンゲルとなるイオンゲルの光学顕微鏡写真である。4 is an optical micrograph of an ion gel that is an ion gel with a film of Example 3. FIG.

以下、本発明に係る皮膜付イオンゲル及びその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the ion gel with a film and the method for producing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

先ず、皮膜付イオンゲルにつき、図1を参照して概略説明する。   First, an ion gel with a film will be schematically described with reference to FIG.

図1は、皮膜付イオンゲル10の模式的な断面図である。この皮膜付イオンゲル10は、イオンゲルからなるコア12が高分子からなる皮膜14で被覆されて構成される微細な粒体、換言すれば、微粒子である。なお、この場合、皮膜付イオンゲル10は概ね球体に近似される。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a coated ion gel 10. The ion gel 10 with a film is a fine granule formed by coating a core 12 made of an ion gel with a film 14 made of a polymer, in other words, a fine particle. In this case, the coated ion gel 10 is approximately approximate to a sphere.

図1においては、皮膜付イオンゲル10の直径に沿う断面を示している。上記したように、皮膜付イオンゲル10の粒径は、図1におけるD1とD2の平均値として示されるが、この場合、D1とD2は略同等である。   In FIG. 1, the cross section along the diameter of the ion gel 10 with a film | membrane is shown. As described above, the particle diameter of the ion gel 10 with a film is shown as an average value of D1 and D2 in FIG. 1, but in this case, D1 and D2 are substantially equal.

コア12をなすイオンゲルは、イオン液体と高分子との相溶化合物からなる。すなわち、イオン液体が高分子のネットワークに取り込まれて形成されたものである。   The ionic gel forming the core 12 is made of a compatible compound of an ionic liquid and a polymer. That is, the ionic liquid is formed by being taken into the polymer network.

皮膜付イオンゲル10を電解質として採用する場合、イオン液体としては、目的とするイオンを伝導することが可能な物質を選定すればよい。例えば、燃料電池の電解質とする場合、プロトンを伝導可能な物質を選定するようにする。具体的には、ジメチルエチルアミントリフルオロメタンスルホネート、ジエチルメチルアミンメタンスルホネート、ジエチルメチルアミンビス(トリフルオロメタン)スルホンイミド、ジメチルエチルアミンビス(トリフルオロメタン)スルホンイミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムメタンスルホネート等を挙げることができる。   When the ion gel with film 10 is employed as an electrolyte, a substance capable of conducting target ions may be selected as the ionic liquid. For example, when a fuel cell electrolyte is used, a substance capable of conducting protons is selected. Specifically, dimethylethylamine trifluoromethanesulfonate, diethylmethylamine methanesulfonate, diethylmethylamine bis (trifluoromethane) sulfonimide, dimethylethylamine bis (trifluoromethane) sulfonimide, 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trimethyl) Fluoromethylsulfonyl) imide, 1-ethyl-3-methylimidazolium methanesulfonate, and the like.

一方、高分子としては、使用されるイオン液体をそのネットワーク中に取り込んで相溶化合物を形成するとともに、反応性官能基を有するものが選定される。ここで、反応性官能基としては、塩を形成するものや、共有結合をなすものが例示される。この中、塩を形成するものには酸性基と塩基性基とが存在するが、酸性基の好適な例としては−COOH、−SO3H、−OP(OH)3等が挙げられ、塩基性基の好適な例としては−NH、−OH、−SH等が挙げられる。一方、共有結合をなす反応性官能基の好適な例としては、−NH、−C(=O)−R、−C=C−R、−C(=O)NH等が挙げられる。なお、Rは有機基を表す。 On the other hand, as the polymer, a polymer having a reactive functional group is selected while taking the ionic liquid to be used into the network to form a compatible compound. Here, examples of the reactive functional group include those that form a salt and those that form a covalent bond. Among these, an acid group and a basic group are present in those that form salts. Preferred examples of the acid group include —COOH, —SO 3 H, —OP (OH) 3, and the like. Preferable examples of the sex group include —NH, —OH, —SH and the like. On the other hand, preferred examples of the reactive functional group that forms a covalent bond include —NH, —C (═O) —R, —C═C—R, —C (═O) NH, and the like. R represents an organic group.

以上のような高分子としては、アクリル酸メチル、アクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸、アクリルアミド、アクリロニトリル、ヒドロキシエチルメタクリレート、酢酸ビニル等の重合性ビニルモノマーが重合したものや、下記に示すものが挙げられる。   Examples of such polymers include those obtained by polymerizing polymerizable vinyl monomers such as methyl acrylate, acrylic acid, methyl methacrylate, methacrylic acid, acrylamide, acrylonitrile, hydroxyethyl methacrylate, vinyl acetate, and those shown below. Can be mentioned.

Figure 2012201723
Figure 2012201723

Figure 2012201723
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Figure 2012201723
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皮膜14をなす高分子は、コア12をなすイオンゲルに含まれる高分子と、該高分子とは別の高分子の反応生成物である。以下、説明の便宜上、イオンゲルに含まれる高分子を「第1の高分子」、前記別の高分子を「第2の高分子」とも表記する。   The polymer forming the film 14 is a reaction product of a polymer contained in the ion gel forming the core 12 and a polymer different from the polymer. Hereinafter, for convenience of explanation, the polymer contained in the ion gel is also referred to as “first polymer”, and the other polymer is also referred to as “second polymer”.

第2の高分子としては、第1の高分子と相互反応を起こすものが選定される。すなわち、第1の高分子の反応性官能基と反応する反応性官能基を具備するものである。   As the second polymer, a polymer that interacts with the first polymer is selected. That is, it has a reactive functional group that reacts with the reactive functional group of the first polymer.

具体的には、第1の高分子の反応性官能基が酸性基である場合、第2の高分子としては、塩基性基を有する物質が選定される。その反対に、第1の高分子の反応性官能基が塩基性基である場合、第2の高分子としては、酸性基を有する物質が選定される。   Specifically, when the reactive functional group of the first polymer is an acidic group, a substance having a basic group is selected as the second polymer. On the other hand, when the reactive functional group of the first polymer is a basic group, a substance having an acidic group is selected as the second polymer.

また、第1の高分子の反応性官能基が−NHであるときには、第2の高分子としては、−NHとともに共有結合をなす−C(=O)−R、−C=C−R、又は−C(=O)NHを具備する物質が選定され、逆に、第1の高分子の反応性官能基が−C(=O)−R、−C=C−R、又は−C(=O)NHのいずれかであるときには、これらのいずれかとともに共有結合をなす−NHを具備する物質が選定される。   When the reactive functional group of the first polymer is —NH, the second polymer includes —C (═O) —R, —C═C—R, which forms a covalent bond with —NH, Alternatively, a substance having —C (═O) NH is selected, and conversely, the reactive functional group of the first polymer is —C (═O) —R, —C═C—R, or —C ( When ═O) NH, a substance having —NH which forms a covalent bond with any of these is selected.

皮膜14の厚みTは、0.1nm〜100nmであることが好ましい。厚みTが0.1nm未満であると、皮膜14としての強度を確保することが容易ではない。また、100nmを超えると、イオン伝導に対する抵抗が大きくなる。   The thickness T of the film 14 is preferably 0.1 nm to 100 nm. If the thickness T is less than 0.1 nm, it is not easy to ensure the strength as the coating 14. On the other hand, if it exceeds 100 nm, the resistance to ionic conduction increases.

以上のようなコア12及び皮膜14を有する皮膜付イオンゲル10の好適な粒径(D1とD2の平均値)は、1nm〜1mmの範囲内である。1nmよりも小さいと、コア12を構成するイオンゲルの分子数が十分でなくなり、イオン伝導度が低下する傾向がある。また、1mmを超えると、皮膜14に破損が生じた際にコア12が漏洩することを防止することが容易でなくなる。皮膜付イオンゲル10の一層好適な粒径は、10nm〜100μmである。   The suitable particle diameter (average value of D1 and D2) of the ion gel 10 with a film having the core 12 and the film 14 as described above is in the range of 1 nm to 1 mm. When it is smaller than 1 nm, the number of molecules of the ion gel constituting the core 12 is not sufficient, and the ionic conductivity tends to decrease. If the thickness exceeds 1 mm, it is not easy to prevent the core 12 from leaking when the coating 14 is damaged. A more preferable particle diameter of the ion gel 10 with a film is 10 nm to 100 μm.

このように構成された皮膜付イオンゲル10では、コア12(イオンゲル)が皮膜14によって保護される。従って、仮に、イオンゲル中のイオン液体に対して親和性が高い物質と皮膜付イオンゲル10が接触したとしても、イオン液体がイオンゲルから前記物質に移動することが阻止される。皮膜14がブロック作用を営むからである。   In the ion gel 10 with a film configured as described above, the core 12 (ion gel) is protected by the film 14. Therefore, even if a substance having high affinity for the ionic liquid in the ionic gel and the ion gel 10 with a film come into contact with each other, the ionic liquid is prevented from moving from the ionic gel to the substance. This is because the film 14 performs a blocking action.

すなわち、皮膜14を設けることにより、イオン液体を化学的ないし物理的に安定な状態に維持することが容易となる。このため、該皮膜付イオンゲル10を燃料電池の電解質とした場合、コア12に含まれるイオン液体が生成水に移動すること、ひいては生成水に同伴されて燃料電池の外部に排出されることを防止することができ、その結果、燃料電池の発電性能を維持することができる。   That is, the provision of the coating 14 makes it easy to maintain the ionic liquid in a chemically or physically stable state. For this reason, when the ion gel 10 with a film is used as an electrolyte of a fuel cell, the ionic liquid contained in the core 12 is prevented from moving to the generated water, and consequently, accompanying the generated water and being discharged outside the fuel cell. As a result, the power generation performance of the fuel cell can be maintained.

また、皮膜付イオンゲル10は、上記したように極めて微細な微粒子である。このため、充填箇所の形状に対応した形状で充填したり、所望の形状の凝集体(ないし圧粉成形体)とすることが可能である。従って、この皮膜付イオンゲル10から燃料電池の電解質を得ようとする場合には、例えば、予め所定形状として形成されたシール部材内に皮膜付イオンゲル10の微粒子を充填すればよい。   Moreover, the ion gel 10 with a film | membrane is a very fine microparticle as mentioned above. For this reason, it can fill with the shape corresponding to the shape of a filling location, or it can be set as the aggregate (or compacting body) of desired shape. Accordingly, when obtaining an electrolyte for a fuel cell from the ion gel 10 with a film, for example, fine particles of the ion gel 10 with a film may be filled in a sealing member formed in a predetermined shape in advance.

このように、本実施の形態によれば、デバイスに応じた所望の形状の電解質を得ることができる。しかも、この場合、電解質が皮膜14を有するので破損が生じ難く、仮に破損が生じた場合であってもコア12がゲルであるので皮膜14の外方に流出し難い。従って、イオン伝導体であるイオン液体が漏洩する懸念を払拭し得る。   Thus, according to this Embodiment, the electrolyte of the desired shape according to a device can be obtained. In addition, in this case, since the electrolyte has the coating 14, it is difficult for damage to occur, and even if the damage occurs, the core 12 is a gel, so that it does not easily flow out of the coating 14. Therefore, the concern that the ionic liquid that is the ionic conductor leaks can be eliminated.

次に、上記した皮膜付イオンゲル10の製造方法につき説明する。   Next, the manufacturing method of the above-mentioned ion gel 10 with a film | membrane is demonstrated.

はじめに、イオンゲルを得るためのイオン液体とイオンゲル用モノマーとを混合して第1混合溶液を調製する。第1混合溶液には、さらに、イオンゲル用モノマーの重合を促進するための重合開始剤又は架橋剤の少なくともいずれか一方を添加することもできる。   First, an ionic liquid for obtaining an ionic gel and an ionic gel monomer are mixed to prepare a first mixed solution. Furthermore, at least one of a polymerization initiator and a crosslinking agent for promoting the polymerization of the monomer for ion gel can be added to the first mixed solution.

イオン液体としては、上記したような物質を用いればよい。また、イオンゲル用モノマーとしては、アクリル酸メチル、アクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸、アクリルアミド、アクリロニトリル、ヒドロキシエチルメタクリレート、酢酸ビニル等の重合性ビニルモノマーや、下記に示すものを選定すればよい。   As the ionic liquid, a substance as described above may be used. Moreover, what is necessary is just to select polymerizable vinyl monomers, such as methyl acrylate, acrylic acid, methyl methacrylate, methacrylic acid, acrylamide, acrylonitrile, hydroxyethyl methacrylate, vinyl acetate, and the following, as an ion gel monomer.

Figure 2012201723
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この場合、重合開始剤としては、上記したイオンゲル用モノマーの重合を促進し且つイオン液体に対して可溶である物質が選定される。その好適な例としては、ラウロイルパーオキサイド、アゾビスイソブチロニトリル、2、2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミド)ジヒドロクロライド、過酸化ベンゾイル等、分解に伴ってラジカルを発生し得る物質が挙げられる。   In this case, as the polymerization initiator, a substance that promotes the polymerization of the monomer for ion gel and is soluble in the ionic liquid is selected. Preferable examples thereof include lauroyl peroxide, azobisisobutyronitrile, 2,2′-azobis (2-methylpropionamide) dihydrochloride, benzoyl peroxide, and the like that can generate radicals upon decomposition. Can be mentioned.

また、架橋剤としては、上記したイオンゲル用モノマーが重合することで形成されたネットワークを架橋することが可能であり、且つイオン液体に対して可溶である物質が選定される。その好適な例としては、N,N−メチレンビスアクリルアミド、エチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレンアミン、グルタルアルデヒド等が挙げられる。   Further, as the crosslinking agent, a substance that can crosslink the network formed by the polymerization of the above-mentioned monomer for ion gel and is soluble in the ionic liquid is selected. Preferable examples thereof include N, N-methylenebisacrylamide, ethylene glycol dimethacrylate, polyethyleneamine, glutaraldehyde and the like.

その一方で、イオン液体と混合した際に該イオン液体に対して相分離を起こす溶媒を用意する。この溶媒は、イオン液体と2相に分離するものであれば特に限定されるものではないが、イオン液体が上記した物質である場合、その好適な例としては、n−ヘキサン、n−ドデカン、トルエンや、水等が挙げられる。特に水の場合、安価であり且つ入手が極めて容易であるという利点がある。   On the other hand, a solvent that causes phase separation for the ionic liquid when mixed with the ionic liquid is prepared. The solvent is not particularly limited as long as it can be separated into two phases from the ionic liquid. When the ionic liquid is the above-mentioned substance, preferable examples thereof include n-hexane, n-dodecane, Examples include toluene and water. Especially in the case of water, there is an advantage that it is inexpensive and extremely easy to obtain.

なお、後述する理由から、この溶媒に対して界面活性剤を添加することが好ましい。イオン液体が疎水性であり且つ溶媒が水である場合、界面活性剤の好適な例としては、非イオン活性剤であり且つHLBの値が12以上のものが挙げられる。一方、イオン液体が親水性であり且つ溶媒が疎水性の有機溶媒である場合、HLBの値が6以下のものが好ましい。   In addition, it is preferable to add surfactant to this solvent for the reason mentioned later. When the ionic liquid is hydrophobic and the solvent is water, a suitable example of the surfactant is a nonionic surfactant having an HLB value of 12 or more. On the other hand, when the ionic liquid is hydrophilic and the solvent is a hydrophobic organic solvent, the HLB value is preferably 6 or less.

次に、この溶媒と、上記のようにして調製した第1混合溶液とを混合する。これにより、第2混合溶液が調製される。   Next, this solvent is mixed with the first mixed solution prepared as described above. Thereby, the second mixed solution is prepared.

この混合の際には、マグネチックスターラ、撹拌翼、ホモジナイザ又は超音波分散装置等を用い、強制的な機械的撹拌を行う。これにより、イオンゲル用モノマーとイオン液体とでエマルジョンが形成される。なお、前記溶媒に界面活性剤が添加されている場合、第2混合溶液は界面活性剤が添加されたものとして調製される。この場合、界面活性剤の作用によってエマルジョンの形成が促進されるとともに、形成されたエマルジョンが破壊されることが阻害される。すなわち、エマルジョンを微細形状に維持することが容易となる。   In this mixing, forcible mechanical stirring is performed using a magnetic stirrer, stirring blade, homogenizer, ultrasonic dispersion device, or the like. Thereby, an emulsion is formed with the monomer for ionic gel and the ionic liquid. In addition, when a surfactant is added to the solvent, the second mixed solution is prepared as a surfactant added. In this case, the formation of the emulsion is promoted by the action of the surfactant, and the formed emulsion is inhibited from being destroyed. That is, it becomes easy to maintain the emulsion in a fine shape.

第2混合溶液の温度が過度に高いと、エマルジョンが破壊され易くなる傾向がある。従って、第2混合溶液を収容した容器をオイルバスに浸漬する等して冷却を行い、第2混合溶液の温度を40℃以下に保つことが好ましい。   When the temperature of the second mixed solution is excessively high, the emulsion tends to be easily broken. Therefore, it is preferable to cool the container containing the second mixed solution by immersing it in an oil bath or the like so as to keep the temperature of the second mixed solution at 40 ° C. or lower.

この状態で放置すれば、エマルジョン中のイオンゲル用モノマーの重合が自発的に開始して進行する。又は、第2混合溶液の温度が上昇しない程度に紫外線を照射することで重合を開始させるようにしてもよい。第2混合溶液の温度が過度の上昇すると上記同様にエマルジョンが破壊される懸念があるので、この工程でも第2混合溶液を冷却することが一層好ましい。   If left in this state, the polymerization of the monomer for ion gel in the emulsion starts spontaneously and proceeds. Or you may make it start superposition | polymerization by irradiating an ultraviolet-ray to such an extent that the temperature of a 2nd mixed solution does not rise. If the temperature of the second mixed solution rises excessively, there is a concern that the emulsion may be destroyed as described above. Therefore, it is more preferable to cool the second mixed solution also in this step.

イオンゲル用モノマーの重合が進行すると、第1の高分子のネットワークが形成されるとともに、該ネットワーク中にイオン液体が取り込まれる。その結果、第1の高分子とイオン液体の相溶化合物であるイオンゲルが生成する。架橋剤が添加されている場合、第1の高分子は、架橋重合体として生成する。   As the polymerization of the monomer for ion gel proceeds, a first polymer network is formed, and an ionic liquid is taken into the network. As a result, an ion gel that is a compatible compound of the first polymer and the ionic liquid is generated. When the crosslinking agent is added, the first polymer is generated as a crosslinked polymer.

イオンゲルは、各エマルジョンがゲル化することで形成されたものであるので微細である。すなわち、粒径が1nm〜1mmの微粒子となる。なお、粒径は、例えば、反応時間を適宜設定することで調節することができる。   The ion gel is fine because it is formed by gelation of each emulsion. That is, it becomes a fine particle having a particle diameter of 1 nm to 1 mm. The particle size can be adjusted, for example, by appropriately setting the reaction time.

その一方で、皮膜14を形成する第2の高分子を含む溶液を調製する。このためには、例えば、第1混合溶液を調製する際に用いたイオン液体と同一のイオン液体や水、メタノール、N−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の有機溶媒に、第2の高分子を溶解すればよい。勿論、第2の高分子としては、第1の高分子の反応性官能基と相互反応する反応性官能基を具備するものが選定される。   On the other hand, a solution containing the second polymer that forms the film 14 is prepared. For this purpose, for example, an ionic liquid identical to the ionic liquid used in preparing the first mixed solution, or an organic such as water, methanol, N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, etc. The second polymer may be dissolved in the solvent. Of course, as the second polymer, one having a reactive functional group that interacts with the reactive functional group of the first polymer is selected.

次に、この溶液と、イオンゲルを含む前記第2混合溶液とを混合する。これにより第3混合溶液が調製される。   Next, this solution is mixed with the second mixed solution containing the ion gel. Thereby, a third mixed solution is prepared.

この状態で放置すれば、イオンゲルの表層近傍で、該イオンゲルに含まれる第1の高分子の反応性官能基と、第2の高分子の反応性官能基とが相互に反応し始める。その結果、イオンゲルの表面に、第1の高分子と第2の高分子との反応生成物である皮膜14が形成され、これにより、皮膜付イオンゲル10が得られるに至る。   If left in this state, the reactive functional group of the first polymer and the reactive functional group of the second polymer included in the ion gel begin to react with each other in the vicinity of the surface layer of the ion gel. As a result, a film 14 which is a reaction product of the first polymer and the second polymer is formed on the surface of the ion gel, and thereby the ion gel 10 with a film is obtained.

イオン液体であるジエチルメチルアミントリフルオロメタンスルホネートを0.5g(2.1mmol)秤量し、開閉栓付容器に貯留した。これに対し、0.25g(3.5mmol)のアクリル酸、0.012g(0.08mmol)のN,N−メチレンビスアクリルアミド、0.012g(0.07mmol)の2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)を溶解し、第1混合溶液を調製した。   0.5 g (2.1 mmol) of diethylmethylamine trifluoromethanesulfonate, which is an ionic liquid, was weighed and stored in a container with an open / close stopper. In contrast, 0.25 g (3.5 mmol) acrylic acid, 0.012 g (0.08 mmol) N, N-methylenebisacrylamide, 0.012 g (0.07 mmol) 2,2′-azobis (iso) Butyronitrile) was dissolved to prepare a first mixed solution.

この第1混合溶液を液体窒素によって凍結した後、開閉栓付容器内を真空ポンプにて減圧した。これを室温に戻すことにより、第1混合溶液を溶解した。この操作を3回繰り返すことにより、第1混合溶液及び開閉栓付容器内から酸素を除去した。さらに、開閉栓付容器内にArを充填した。   The first mixed solution was frozen with liquid nitrogen, and then the inside of the container with an open / close stopper was decompressed with a vacuum pump. By returning this to room temperature, the first mixed solution was dissolved. By repeating this operation three times, oxygen was removed from the first mixed solution and the inside of the container with an open / close stopper. Furthermore, Ar was filled in a container with an opening / closing stopper.

その一方で、別の開閉栓付容器に貯留した10mlのn−ドデカンに対し、ニッコールデカグリム5−ISV(日光ケミカルズ社製の非イオン界面活性剤の商品名、HLB=3.5)を0.5g溶解したものを調製した。これを「n−ドデカン分散媒」と表記する。   On the other hand, Nikkor Decagrim 5-ISV (trade name of nonionic surfactant manufactured by Nikko Chemicals Co., Ltd., HLB = 3.5) is set to 0 with respect to 10 ml of n-dodecane stored in another container with an open / close stopper. .5 g dissolved was prepared. This is expressed as “n-dodecane dispersion medium”.

このn−ドデカン分散媒を液体窒素によって凍結した後、開閉栓付容器内を真空ポンプにて減圧した。これを室温に戻すことにより、n−ドデカン分散媒を溶解した。この操作を3回繰り返すことにより、n−ドデカン分散媒及び開閉栓付容器内から酸素を除去した。さらに、開閉栓付容器内にArを充填した。   After this n-dodecane dispersion medium was frozen with liquid nitrogen, the inside of the container with an open / close stopper was decompressed with a vacuum pump. By returning this to room temperature, the n-dodecane dispersion medium was dissolved. By repeating this operation three times, oxygen was removed from the n-dodecane dispersion medium and the inside of the container with an opening / closing stopper. Furthermore, Ar was filled in a container with an opening / closing stopper.

以上により、アクリル酸が重合することを阻害する酸素を低減した。   As described above, oxygen that inhibits polymerization of acrylic acid was reduced.

次に、Ar雰囲気としたグローブボックス内において、前記n−ドデカン分散媒と前記第1混合溶液とを混合して第2混合溶液を調製するとともに、マグネチックスターラで60分間激しく撹拌することで、該第2混合溶液中にエマルジョンを分散させた。   Next, in the glove box having an Ar atmosphere, the n-dodecane dispersion medium and the first mixed solution are mixed to prepare a second mixed solution, and by vigorously stirring for 60 minutes with a magnetic stirrer, The emulsion was dispersed in the second mixed solution.

次に、第2混合溶液を5℃に保ちながら、該第2混合溶液に対し、紫外線ランプから波長365nmの紫外線を照射してアクリル酸を重合・架橋させた。これにより、イオン液体と、アクリル酸の架橋重合体とが相溶化したイオンゲルを生成物として得た。この生成物の断面の光学顕微鏡写真を図2に示す。   Next, while maintaining the second mixed solution at 5 ° C., the second mixed solution was irradiated with ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm from an ultraviolet lamp to polymerize and crosslink acrylic acid. Thereby, an ionic gel in which an ionic liquid and a crosslinked polymer of acrylic acid were compatibilized was obtained as a product. An optical micrograph of the cross section of this product is shown in FIG.

その一方で、1gのジエチルメチルアミントリフルオロメタンスルホネートに対し、分子量が約1200であるポリエチレンイミンを0.15g(3.5mmol)溶解した。これを「ポリエチレンイミン溶液」と表記する。   On the other hand, 0.15 g (3.5 mmol) of polyethyleneimine having a molecular weight of about 1200 was dissolved in 1 g of diethylmethylamine trifluoromethanesulfonate. This is referred to as a “polyethyleneimine solution”.

このポリエチレンイミン溶液と、前記第2混合溶液とを混合して第3混合溶液を調製した後、該第3混合溶液を室温にて24時間撹拌した。これにより、イオンゲルに含まれるアクリル酸の架橋重合体と、第3混合溶液中のポリエチレンイミンとが相互反応を起こし、イオンゲルの表面に皮膜が形成された。すなわち、皮膜付イオンゲルを得た。   After this polyethyleneimine solution and the second mixed solution were mixed to prepare a third mixed solution, the third mixed solution was stirred at room temperature for 24 hours. Thereby, the crosslinked polymer of acrylic acid contained in the ion gel and the polyethyleneimine in the third mixed solution caused an interaction, and a film was formed on the surface of the ion gel. That is, an ion gel with a film was obtained.

次に、遠心分離によって沈殿させた皮膜付イオンゲルをn−ドデカンで洗浄し、さらに、60℃で真空乾燥して乾式粉末とした。この乾式粉末を用い、水素雰囲気下において、120℃で直流四端子法でプロトン伝導度を測定したところ、2.4×10-2S/cmであった。 Next, the ion gel with a film precipitated by centrifugation was washed with n-dodecane, and further vacuum-dried at 60 ° C. to obtain a dry powder. When this dry powder was used and the proton conductivity was measured by a direct current four-terminal method at 120 ° C. in a hydrogen atmosphere, it was 2.4 × 10 −2 S / cm.

また、乾式粉末を蒸留水に浸漬して室温で12時間放置し、その後、遠心分離で蒸留水と分離して再度乾燥したところ、蒸留水に溶出することに伴う重量減少は5.6重量%であった。   Further, when the dry powder was immersed in distilled water and allowed to stand at room temperature for 12 hours, and then separated from distilled water by centrifugation and dried again, the weight loss accompanying elution in distilled water was 5.6% by weight. Met.

第1混合溶液におけるアクリル酸、N,N−メチレンビスアクリルアミド、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)の各溶解量を0.5g(6.9mmol)、0.025g(0.16mmol)、0.025g(0.15mmol)に設定するとともに、ポリエチレンイミン溶液におけるポリエチレンイミンの溶解量を0.3g(7mmol)としたことを除いては実施例1と同様にして、イオンゲルの表面に、アクリル酸の架橋重合体とポリエチレンイミンとの反応生成物からなる皮膜が形成された皮膜付イオンゲルを得た。皮膜が形成される前のイオンゲルの光学顕微鏡写真を図3に示す。   The dissolved amounts of acrylic acid, N, N-methylenebisacrylamide, and 2,2′-azobis (isobutyronitrile) in the first mixed solution were 0.5 g (6.9 mmol) and 0.025 g (0.16 mmol), respectively. , 0.025 g (0.15 mmol), and in the same manner as in Example 1 except that the amount of polyethyleneimine dissolved in the polyethyleneimine solution was 0.3 g (7 mmol), An ion gel with a film on which a film made of a reaction product of a crosslinked polymer of acrylic acid and polyethyleneimine was formed was obtained. An optical micrograph of the ion gel before the film is formed is shown in FIG.

そして、実施例1と同様にして得た乾式粉末を用い、水素雰囲気下において、120℃で直流四端子法でプロトン伝導度を測定したところ、1.2×10-2S/cmであった。また、乾式粉末を蒸留水に浸漬して室温で12時間放置し、その後、遠心分離で蒸留水と分離して再度乾燥したところ、蒸留水に溶出することに伴う重量減少は2.4重量%であった。 Then, using the dry powder obtained in the same manner as in Example 1, the proton conductivity was measured by the DC four-terminal method at 120 ° C. in a hydrogen atmosphere, and found to be 1.2 × 10 −2 S / cm. . Further, when the dry powder was immersed in distilled water and allowed to stand at room temperature for 12 hours, and then separated from distilled water by centrifugation and dried again, the weight loss accompanying elution in distilled water was 2.4% by weight. Met.

第1混合溶液におけるアクリル酸、N,N−メチレンビスアクリルアミド、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)の各溶解量を1g(13.9mmol)、0.05g(0.32mmol)、0.05g(0.3mmol)に設定するとともに、ポリエチレンイミン溶液におけるポリエチレンイミンの溶解量を0.6g(13.9mmol)としたことを除いては実施例1、2と同様にして、イオンゲルの表面に、アクリル酸の架橋重合体とポリエチレンイミンとの反応生成物からなる皮膜が形成された皮膜付イオンゲルを得た。皮膜が形成される前のイオンゲルの光学顕微鏡写真を図4に示す。   The dissolved amounts of acrylic acid, N, N-methylenebisacrylamide, and 2,2′-azobis (isobutyronitrile) in the first mixed solution were 1 g (13.9 mmol), 0.05 g (0.32 mmol), 0 .05 g (0.3 mmol) and the surface of the ion gel in the same manner as in Examples 1 and 2 except that the amount of polyethyleneimine dissolved in the polyethyleneimine solution was 0.6 g (13.9 mmol). In addition, a film-coated ion gel was obtained in which a film composed of a reaction product of a crosslinked polymer of acrylic acid and polyethyleneimine was formed. FIG. 4 shows an optical micrograph of the ion gel before the film is formed.

以降は実施例1、2と同様にして水素雰囲気下、120℃におけるプロトン伝導度を直流四端子法で測定したところ、6.4×10-4S/cmであった。また、蒸留水に溶出することに伴う重量減少は1.6重量%であった。 Thereafter, the proton conductivity at 120 ° C. was measured by the DC four-terminal method in a hydrogen atmosphere in the same manner as in Examples 1 and 2, and it was 6.4 × 10 −4 S / cm. Moreover, the weight reduction accompanying elution in distilled water was 1.6 weight%.

分子量が約10000のポリエチレンイミンの溶解量を0.15g(3.5mmol)としてポリエチレンイミン水溶液を調製したことを除いては実施例1〜3と同様にして、イオンゲルの表面に、アクリル酸の架橋重合体とポリエチレンイミンとの反応生成物からなる皮膜が形成された皮膜付イオンゲルの乾式粉末を得た。   In the same manner as in Examples 1 to 3, except that the polyethyleneimine aqueous solution was prepared by setting the amount of polyethyleneimine having a molecular weight of about 10,000 to 0.15 g (3.5 mmol), the surface of the ion gel was cross-linked with acrylic acid. A dry powder of an ion gel with a film on which a film made of a reaction product of a polymer and polyethyleneimine was formed was obtained.

この乾式粉末につき、水素雰囲気下、120℃におけるプロトン伝導度を直流四端子法で測定したところ、5.1×10-2S/cmであった。また、蒸留水に溶出することに伴う重量減少は3.3重量%であった。 With respect to this dry powder, proton conductivity at 120 ° C. was measured under a hydrogen atmosphere by a direct current four-terminal method, which was 5.1 × 10 −2 S / cm. Moreover, the weight loss accompanying elution in distilled water was 3.3% by weight.

分子量が約10000のポリエチレンイミンの溶解量を0.3g(7mmol)としてポリエチレンイミン水溶液を調製したことを除いては実施例4と同様にして、イオンゲルの表面に、アクリル酸の架橋重合体とポリエチレンイミンとの反応生成物からなる皮膜が形成された皮膜付イオンゲルの乾式粉末を得た。   In the same manner as in Example 4 except that a polyethyleneimine aqueous solution was prepared by setting the amount of polyethyleneimine having a molecular weight of about 10,000 to 0.3 g (7 mmol), an acrylic acid cross-linked polymer and polyethylene were formed on the surface of the ionic gel. A dry powder of an ion gel with a film on which a film made of a reaction product with imine was formed was obtained.

この乾式粉末につき、水素雰囲気下、120℃におけるプロトン伝導度を直流四端子法で測定したところ、1.5×10-2S/cmであった。また、蒸留水に溶出することに伴う重量減少は3.0重量%であった。 This dry powder was measured for proton conductivity at 120 ° C. in a hydrogen atmosphere by the direct current four-terminal method and found to be 1.5 × 10 −2 S / cm. Moreover, the weight reduction accompanying elution in distilled water was 3.0 weight%.

分子量が約10000のポリエチレンイミンの溶解量を0.6g(13.9mmol)としてポリエチレンイミン水溶液を調製したことを除いては実施例4、5と同様にして、イオンゲルの表面に、アクリル酸の架橋重合体とポリエチレンイミンとの反応生成物からなる皮膜が形成された皮膜付イオンゲルの乾式粉末を得た。   In the same manner as in Examples 4 and 5, except that a polyethyleneimine aqueous solution was prepared by setting the amount of polyethyleneimine having a molecular weight of about 10,000 to 0.6 g (13.9 mmol), crosslinking of acrylic acid was performed on the surface of the ion gel. A dry powder of an ion gel with a film on which a film made of a reaction product of a polymer and polyethyleneimine was formed was obtained.

この乾式粉末につき、水素雰囲気下、120℃におけるプロトン伝導度を直流四端子法で測定したところ、8.4×10-4S/cmであった。また、蒸留水に溶出することに伴う重量減少は2.7重量%であった。 With respect to this dry powder, the proton conductivity at 120 ° C. was measured in a hydrogen atmosphere by the direct current four-terminal method, and found to be 8.4 × 10 −4 S / cm. Moreover, the weight loss accompanying elution in distilled water was 2.7% by weight.

比較例Comparative example

比較のため、実施例1を行う最中に得られたイオンゲル(図2参照)を遠心分離によって前記第2混合溶液から分離した後、n−ドデカンで洗浄し、さらに、60℃で真空乾燥して乾式粉末とした。この乾式粉末を蒸留水に浸漬して室温で12時間放置し、その後、遠心分離で蒸留水と分離して再度乾燥したところ、蒸留水に溶出することに伴う重量減少は53.3重量%であり、実施例1〜6に比して極めて大きかった。   For comparison, the ionic gel (see FIG. 2) obtained during Example 1 was separated from the second mixed solution by centrifugation, washed with n-dodecane, and further vacuum dried at 60 ° C. To dry powder. When this dry powder was immersed in distilled water and allowed to stand at room temperature for 12 hours, and then separated from distilled water by centrifugation and dried again, the weight loss associated with elution in distilled water was 53.3% by weight. Yes, it was very large compared to Examples 1-6.

以上の結果から、皮膜付イオンゲル10とすることにより、イオン液体と親和性が高い物質と接触した場合においても、イオン液体を十分に保持し得ること、換言すれば、イオン液体が流出し難くなることが明らかである。   From the above results, it is possible to sufficiently retain the ionic liquid even when it comes into contact with a substance having a high affinity with the ionic liquid, that is, it is difficult for the ionic liquid to flow out. It is clear.

10…皮膜付イオンゲル 12…コア
14…皮膜
10 ... Ion gel with coating 12 ... Core 14 ... Coating

Claims (6)

高分子とイオン液体の相溶化合物からなるイオンゲルの表面に高分子からなる皮膜が形成され、且つ粒体である皮膜付イオンゲルであって、
前記皮膜は、前記イオンゲルに含まれる前記高分子と、別の高分子との反応生成物であることを特徴とする皮膜付イオンゲル。
A film made of a polymer is formed on the surface of an ion gel made of a compatible compound of a polymer and an ionic liquid, and is an ion gel with a film that is a granule,
The ion gel with a film, wherein the film is a reaction product of the polymer contained in the ion gel and another polymer.
請求項1記載の皮膜付イオンゲルにおいて、粒径が1nm〜1mmの範囲内であり、且つ前記皮膜の厚みが0.1nm〜100nmであることを特徴とする皮膜付イオンゲル。   The ion gel with a film according to claim 1, wherein the particle diameter is in the range of 1 nm to 1 mm, and the thickness of the film is 0.1 nm to 100 nm. 高分子とイオン液体の相溶化合物からなるイオンゲルの表面に高分子からなる皮膜が形成され、且つ粒体である皮膜付イオンゲルの製造方法であって、
イオンゲルの原材料となるイオンゲル用モノマーと、イオン液体とを混合して第1混合溶液を調製する工程と、
前記イオン液体を添加した際に該イオン液体に対して相分離を起こす溶媒と、前記第1混合溶液とを混合することで第2混合溶液を調製するとともに、該第2混合溶液にエマルジョンを生成させる工程と、
前記エマルジョンに含まれる前記イオンゲル用モノマーを重合させて第1の高分子とするとともに、該第1の高分子と前記イオン液体を相溶化させて粒状のイオンゲルを得る工程と、
前記第1の高分子と相互反応を起こす第2の高分子を含む溶液を、前記イオンゲルを含む溶液と混合して第3混合溶液を調製する工程と、
前記イオンゲルに含まれる前記第1の高分子と、前記第3混合溶液中の前記第2の高分子とを反応させ、前記イオンゲルの表面に、反応生成物としての高分子からなる皮膜を形成して皮膜付イオンゲルを得る工程と、
を有することを特徴とする皮膜付イオンゲルの製造方法。
A method for producing a film-coated ion gel, in which a film made of a polymer is formed on the surface of an ion gel made of a compatible compound of a polymer and an ionic liquid,
A step of preparing a first mixed solution by mixing an ion gel monomer, which is a raw material of the ion gel, and an ionic liquid;
A second mixed solution is prepared by mixing a solvent that causes phase separation with respect to the ionic liquid when the ionic liquid is added and the first mixed solution, and an emulsion is generated in the second mixed solution. A process of
A step of polymerizing the monomer for ionic gel contained in the emulsion to form a first polymer, and compatibilizing the first polymer with the ionic liquid to obtain a granular ionic gel;
Mixing a solution containing a second polymer that interacts with the first polymer with a solution containing the ion gel to prepare a third mixed solution;
The first polymer contained in the ion gel is reacted with the second polymer in the third mixed solution to form a film made of a polymer as a reaction product on the surface of the ion gel. To obtain a coated ion gel,
The manufacturing method of the ion gel with a film | membrane characterized by having.
請求項3記載の製造方法において、前記エマルジョンを形成する工程、及び前記イオンゲル用モノマーを重合させる工程で前記第2混合溶液を冷却することを特徴とする皮膜付イオンゲルの製造方法。   4. The method for producing a coated ion gel according to claim 3, wherein the second mixed solution is cooled in the step of forming the emulsion and the step of polymerizing the monomer for ion gel. 請求項3又は4記載の製造方法において、前記第2混合溶液を、界面活性剤を含むものとして調製することを特徴とする皮膜付イオンゲルの製造方法。   The method for producing a coated ion gel according to claim 3 or 4, wherein the second mixed solution is prepared as a surfactant. 請求項3〜5のいずれか1項に記載の製造方法において、粒径が1nm〜1mmの範囲内であり、且つ前記皮膜の厚みが0.1nm〜100nmであるものを得ることを特徴とする皮膜付イオンゲルの製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 3 to 5, wherein a particle diameter is in a range of 1 nm to 1 mm and a thickness of the film is 0.1 nm to 100 nm. Manufacturing method of ion gel with film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113174011A (en) * 2021-04-21 2021-07-27 同济大学 Ant nest-imitating hydrated ionic liquid gel platform and preparation method and application thereof

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