JP2018530100A5

JP2018530100A5 -

Info

Publication number: JP2018530100A5
Application number: JP2017566016A
Authority: JP
Filing date: 2016-06-09
Publication date: 2019-07-04

Description

本実施形態およびその利点のより完全な理解は、本開示の実施形態に関係する添付図面と併せて以下の記述を参照することにより得ることができる。
本発明は、例えば以下の項目を提供する。
（項目１）
乾燥した水−溶媒和ガラス／非晶質固体を形成する方法であって、前記ガラス／非晶質固体の水の溶媒和限度未満のまたはそれに等しい量で水を添加することにより、結晶質ナトリウムイオン（Ｎａ ^＋）もしくはリチウムイオン（Ｌｉ ^＋）電子絶縁体、または酸素（Ｏ）、水酸化物（ＯＨ）、および／または少なくとも１種のハロゲン化物に結合された少なくとも１つのＮａ ^＋またはＬｉ ^＋を含むその構成前駆体を、水−溶媒和ガラス／非晶質Ｎａ ^＋またはＬｉ ^＋イオン伝導性固体に変換することを含む、方法。
（項目２）
ガラス形成酸化物、硫化物、または水酸化物を添加すること、および加熱して揮発性構成成分を追い出すことをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記結晶質電子絶縁体またはその構成前駆体が、一般式Ａ _３−ｘＨ _ｘＯＸ（式中、０≦ｘ≦１であり、Ａは少なくとも１種のアルカリ金属であり、Ｘは少なくとも１種のハロゲン化物である）を有する材料を含む、項目１または項目２に記載の方法。
（項目４）
前記結晶質電子絶縁体またはその構成前駆体が、酸化物、水酸化物、および／または硫化物の少なくとも１種を含むガラス形成添加剤を含む、項目１から３のいずれか一項に記載の方法。
（項目５）
前記ガラス形成添加剤が、Ｂａ（ＯＨ） _２、Ｓｒ（ＯＨ） _２、Ｃａ（ＯＨ） _２、Ｍｇ（ＯＨ） _２、Ａｌ（ＯＨ） _３、またはＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ、Ｂ _２Ｏ _３、Ａｌ _２Ｏ _３、ＳｉＯ _２、Ｓ、および／またはＬｉ _２Ｓの少なくとも１種を含む、項目４に記載の方法。
（項目６）
前記添加剤が、酸化物、水酸化物、および／または硫化物の少なくとも２種を含む、項目４に記載の方法。
（項目７）
前記添加剤が、Ｂａ（ＯＨ） _２、Ｓｒ（ＯＨ） _２、Ｃａ（ＯＨ） _２、Ｍｇ（ＯＨ） _２、Ａｌ（ＯＨ） _３、またはＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ、Ｂ _２Ｏ _３、Ａｌ _２Ｏ _３、ＳｉＯ _２、Ｓ、および／またはＬｉ _２Ｓの少なくとも２種を含む、項目５に記載の方法。
（項目８）
前記乾燥した水−溶媒和ガラス／非晶質固体が、前記ガラス形成添加剤を２モルパーセント未満含む、項目４から７のいずれか一項に記載の方法。
（項目９）
前記添加剤が、前記水−溶媒和ガラス／非晶質固体のガラス転移温度Ｔ _ｇを調節する、項目４から８のいずれか一項に記載の方法。
（項目１０）
前記少なくとも１種のハロゲン化物が、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、および／またはヨウ素（Ｉ）を含む、項目１から９のいずれか一項に記載の方法。
（項目１１）
前記少なくとも１種のハロゲン化物の少なくとも一部が、ハロゲン化水素ガスとして前記水−溶媒和ガラス／非晶質固体から出て行く、項目１から１０のいずれか一項に記載の方法。
（項目１２）
前記水酸化物が反応して、気体状Ｈ _２Ｏとして前記水−溶媒和ガラス／非晶質固体から出て行くＨ _２Ｏを形成する、項目１から１１のいずれか一項に記載の方法。
（項目１３）
Ｈ ^＋伝導性の水−溶媒和電解質を形成する方法であって、水が、カチオンに配位してポリアニオンを形成する水酸化物（ＯＨ ⁻ ）アニオンに解離するように、かつ前記水が、酸性酸化物および前記ポリアニオンの枠組み内で可動性であるプロトン（Ｈ ^＋）にも解離するように、結晶質材料に水をその溶媒和限度未満のまたはそれに等しい量で添加することによって少なくとも１種の酸性ポリアニオンに結合された少なくとも１種のアルカリおよび／またはアルカリ土類カチオンを含む前記結晶質材料を、ガラス／非晶質固体に変換することを含む、方法。
（項目１４）
前記酸性ポリアニオンが、（ＳＯ _４） ^２− および／または（ＰＯ _４） ^３− を含む、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
水−溶媒和ガラス／非晶質固体を形成する方法であって、結晶質電子絶縁体の、水の溶媒和限度未満のまたはそれに等しい量で水を添加することにより、少なくとも１種の酸性ポリアニオンおよび少なくとも１種のカチオンを含む前記結晶質電子絶縁体を、水−溶媒和ガラス／非晶質プロトン（Ｈ ^＋）伝導性固体に変換することを含む、方法。
（項目１６）
前記少なくとも１種のカチオンが、少なくとも１種の安定な水酸化物ポリアニオンの形態で安定化される、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
前記少なくとも１種の酸性ポリアニオンが、ホスフェート（ＰＯ _４） ^３− ポリアニオンおよび／またはスルフェート（ＳＯ _４） ^２− ポリアニオンおよび／または（ＳｉＯ _４） ^４− ポリアニオンを含む、項目１５または項目１６に記載の方法。
（項目１８）
前記少なくとも１種のカチオンが、バリウム（Ｂａ ^２＋）イオン、カリウム（Ｋ ^＋）イオン、ルビジウム（Ｒｂ ^＋）イオン、および／またはセシウム（Ｃｓ ^＋）イオンを含む、項目１５から１７のいずれか一項に記載の方法。
（項目１９）
前記安定な水酸化物ポリアニオンが、（Ｂａ（ＯＨ） _ｘ） ^２−ｘ、（Ｋ（ＯＨ） _ｘ） ^１−ｘ、（Ｒｂ（ＯＨ） _ｘ） ^１−ｘ、および／または（Ｃｓ（ＯＨ） _ｘ） ^１−ｘを含む、項目１５から１８のいずれか一項に記載の方法。
（項目２０）
項目１から１９のいずれかに記載の方法から形成される、水−溶媒和ガラス／非晶質固体。
（項目２１）
項目１から１２のいずれかに記載の方法から形成された乾燥した水−溶媒和ガラス／非晶質固体を含むペーストまたはスラリーであって、有機液体、イオン性液体、および／またはポリマー中に前記水−溶媒和ガラス／非晶質固体の粒子を含む、ペーストまたはスラリー。
（項目２２）
塗装、ドクターブレード、蒸着または印刷によって広い表面領域に適用され得る、項目２１に記載のペーストまたはスラリー。
（項目２３）
項目２０に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体を含む電解質。
（項目２４）
項目２０に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体を含む誘電体。
（項目２５）
電解質または誘電体を形成する方法であって、項目２１に記載のペーストまたはスラリーを形成すること、前記ペーストまたはスラリーを表面に適用すること、ならびに有機液体、イオン性液体、および／またはポリマーを全体的にまたは部分的に蒸発させて、ガラス／非晶質電解質または誘電体を残すことを含む、方法。
（項目２６）
電解質または誘電体を形成する方法であって、項目２０に記載のペーストまたはスラリーを形成すること、前記ペーストまたはスラリーを表面に適用すること、および前記ペーストまたはスラリーを乾燥させないことを含む、方法。
（項目２７）
項目１２に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体、項目２１〜２２に記載のペーストまたはスラリーを含む、バッテリ。
（項目２８）
前記水−溶媒和ガラス／非晶質固体電解質に加え、液体電解質、ポリマー電解質、またはこれらの混合物をさらに含む項目２７に記載のバッテリであって、前記液体またはポリマー電解質が、前記バッテリ内で少なくとも１つの電極と接触する、バッテリ。
（項目２９）
電気エネルギーを貯蔵するためのセルであって、項目１２に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体、項目２１〜２２に記載のペーストまたはスラリーと共に、ファラデーおよび非ファラデー成分を含む、セル。
（項目３０）
項目１２に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体、項目２１〜２２に記載のペーストまたはスラリーを含む、キャパシタ。
（項目３１）
同じ金属または金属合金から形成された２つの電極をさらに含む、項目２０に記載のキャパシタ。
（項目３２）
２つの異なるフェルミエネルギーを有する２種の異なる金属または金属合金から形成された２つの電極をさらに含む、項目３０に記載のキャパシタ。
（項目３３）
項目２０に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体を含む、電解質またはセパレータを含む燃料電池。
（項目３４）
可逆的である、項目３３に記載の燃料電池。
（項目３５）
項目２０に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体を含む電解質またはセパレータを含む、電解セル。
（項目３６）
水から水素ガス（Ｈ _２）を生成する、項目３５に記載の電解セル。
（項目３７）
可逆的燃料電池と、
化学貯蔵床と
を含む電気化学デバイスであって、前記燃料電池が、項目２０に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体を含む、電気化学デバイス。
（項目３８）
項目１２に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体を含む、電子デバイス。
（項目３９）
項目２０に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体を含む、メモリ、トランジスタ、スイッチ、またはセンサを含む、項目３８に記載の電子デバイス。
（項目４０）
項目１２に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体の圧電効果を使用する、項目３８に記載の電子デバイス。
（項目４１）
項目１２に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体の焦電効果を使用する、項目３８に記載の電子デバイス。
（項目４２）
項目１２に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体により、固定温度で熱を電力に変換するデバイス。

Claims

乾燥した水−溶媒和ガラス／非晶質固体を形成する方法であって、
前記ガラス／非晶質固体の水の溶媒和限度未満のまたはそれに等しい量で水を添加することにより、結晶質ナトリウムイオン（Ｎａ^＋）もしくはリチウムイオン（Ｌｉ^＋）電子絶縁体、または酸素（Ｏ）、水酸化物（ＯＨ）、および／または少なくとも１種のハロゲン化物に結合された少なくとも１つのＮａ^＋またはＬｉ^＋を含むその構成前駆体を、水の溶媒和限度を有する水−溶媒和ガラス／非晶質Ｎａ^＋またはＬｉ^＋イオン伝導性固体に変換すること、
交流（ａｃ）または直流（ｄｃ）電場において前記水−溶媒和ガラス／非晶質Ｎａ ^＋またはＬｉ ^＋イオン伝導性固体を加熱して、前記水−溶媒和ガラス／非晶質Ｎａ ^＋またはＬｉ ^＋イオン伝導性固体中に存在する双極子を配向させること、および
前記水−溶媒和ガラス／非晶質Ｎａ ^＋またはＬｉ ^＋イオン伝導性固体中に存在する双極子が配向を維持するように、前記水−溶媒和ガラス／非晶質Ｎａ ^＋またはＬｉ ^＋イオン伝導性固体を室温に冷却すること
を含む、方法。
ガラス形成酸化物、硫化物、または水酸化物を添加すること、および加熱して揮発性構成成分を追い出すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記結晶質電子絶縁体またはその構成前駆体が、一般式Ａ_３−ｘＨ_ｘＯＸ（式中、０≦ｘ≦１であり、ＡはＮａ ^＋またはＬｉ ^＋であり、Ｘは少なくとも１種のハロゲン化物である）を有する材料を含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
前記結晶質電子絶縁体またはその構成前駆体が、酸化物、水酸化物、および／または硫化物の少なくとも１種を含むガラス形成添加剤を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
前記ガラス形成添加剤が、Ｂａ（ＯＨ）_２、Ｓｒ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ａｌ（ＯＨ）_３、またはＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＡｌＯ、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｓ、および／またはＬｉ_２Ｓの少なくとも１種を含む、請求項４に記載の方法。
前記添加剤が、酸化物、水酸化物、および／または硫化物の少なくとも２種を含む、請求項４に記載の方法。
前記添加剤が、Ｂａ（ＯＨ）_２、Ｓｒ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ａｌ（ＯＨ）_３、またはＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｓ、および／またはＬｉ_２Ｓの少なくとも２種を含む、請求項５に記載の方法。
前記乾燥した水−溶媒和ガラス／非晶質固体が、前記ガラス形成添加剤を２モルパーセント未満含む、請求項４から７のいずれか一項に記載の方法。
前記添加剤が、前記水−溶媒和ガラス／非晶質固体のガラス転移温度Ｔ_ｇを調節する、請求項４から８のいずれか一項に記載の方法。
前記少なくとも１種のハロゲン化物が、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、および／またはヨウ素（Ｉ）を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
前記少なくとも１種のハロゲン化物の少なくとも一部が、ハロゲン化水素ガスとして前記水−溶媒和ガラス／非晶質固体から出て行く、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
前記水酸化物が反応して、気体状Ｈ_２Ｏとして前記水−溶媒和ガラス／非晶質固体から出て行くＨ_２Ｏを形成する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
請求項１から１２のいずれかに記載の方法から形成される、水−溶媒和ガラス／非晶質固体。
請求項１３に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体を含む電解質。
請求項１３に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体を含む誘電体。
請求項１３に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体を含む、バッテリ。
前記水−溶媒和ガラス／非晶質固体電解質に加え、液体電解質、ポリマー電解質、またはこれらの混合物をさらに含む請求項１６に記載のバッテリであって、前記液体またはポリマー電解質が、前記バッテリ内で少なくとも１つの電極と接触する、バッテリ。
電気エネルギーを貯蔵するためのセルであって、請求項１３に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体と共に、ファラデーおよび非ファラデー成分を含む、セル。
請求項１３に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体を含む、キャパシタ。
請求項１３に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体を含む、電解質またはセパレータを含む燃料電池。
請求項１３に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体を含む電解質またはセパレータを含む、電解セル。
水から水素ガス（Ｈ_２）を生成する、請求項２１に記載の電解セル。
可逆的燃料電池と、
化学貯蔵床と
を含む電気化学デバイスであって、前記燃料電池が、請求項１３に記載の水−溶媒和ガラス／非晶質固体を含む、電気化学デバイス。
交流（ａｃ）または直流（ｄｃ）電場において前記水−溶媒和ガラス／非晶質Ｎａ ^＋またはＬｉ ^＋イオン伝導性固体を加熱する前に、前記水−溶媒和ガラス／非晶質Ｎａ ^＋またはＬｉ ^＋イオン伝導性固体を乾燥させるために前記水−溶媒和ガラス／非晶質Ｎａ ^＋またはＬｉ ^＋イオン伝導性固体を加熱することをさらに含む、請求項１〜５および８〜９のいずれか一項に記載の方法。
前記水−溶媒和ガラス／非晶質Ｎａ ^＋またはＬｉ ^＋イオン伝導性固体を乾燥させるために前記水−溶媒和ガラス／非晶質Ｎａ ^＋またはＬｉ ^＋イオン伝導性固体を加熱することが、少なくとも２３０℃の温度に加熱することを含む、請求項２４に記載の方法。
前記水−溶媒和ガラス／非晶質Ｎａ ^＋またはＬｉ ^＋イオン伝導性固体を加熱することが、５０℃と１３０℃の間の温度に加熱することを含む、請求項１〜５および８〜９のいずれか一項に記載の方法。
前記水−溶媒和ガラス／非晶質Ｎａ ^＋またはＬｉ ^＋イオン伝導性固体が、室温で、交流（ａｃ）または直流（ｄｃ）電場において加熱されないその他の点で同一の材料より高いカチオン伝導率を有する、請求項１〜５および８〜９のいずれか一項に記載の方法。