JP2020113367A - プロトン伝導体および燃料電池 - Google Patents
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Abstract
Description
(カソード極側) 2H++1/2O2+2e-→H2O
この際、アノード極120では、水素が触媒反応によって、電子(e-)とプロトン(H+)に電離され、プロトン(H+)は電解質膜130を移動する。一方、カソード極110では、アノード極120側から移動してきたプロトン(H+)、外部から流通してきた電子、および空気中の酸素(O2)が反応して、水が生成される。
プロトン伝導体の原料として、リン酸二水素アルミニウム(Al(H2PO4)3)とニ水素リン酸−ジエチルメチルアンモニウム塩([dema][H2PO4])をモル比1:1で用いた。これらのプロトン伝導体の原料と、溶媒としての水をナスフラスコに入れて混合し、室温で12時間撹拌した。その後、エバポレータで水を除去し、ゲル状のプロトン伝導体を得た。実施例1のプロトン伝導体では、Al3+に4個のH2PO4 -と2個のH2Oが化学結合している。
実施例1のプロトン伝導体を120℃で真空乾燥した。その後、オルトリン酸(H3SO4)をAlに対して2当量加え、Ar雰囲気下で乳鉢で10分間混合した。これにより、ゲル状のプロトン伝導体を得た。実施例2のプロトン伝導体では、実施例1のプロトン伝導体における2個のH2OがH3PO4で置換され、Al3+に4個のH2PO4 -と2個のH3PO4が化学結合している。
プロトン伝導体の原料として、リン酸二水素アルミニウムとニ水素リン酸−エチルメチルイミダゾリウム塩をモル比1:1で用いた。これらのプロトン伝導体の原料と、溶媒としての水をナスフラスコに入れて混合し、室温で12時間撹拌した。その後、エバポレータで水を除去し、ゲル状のプロトン伝導体を得た。実施例3のプロトン伝導体では、Al3+に4個のH2PO4 -と2個のH2Oが化学結合している。
実施例3のプロトン伝導体を120℃で真空乾燥した。その後、オルトリン酸をAlに対して2当量加え、Ar雰囲気下で乳鉢で10分間混合した。これにより、ゲル状のプロトン伝導体を得た。実施例4のプロトン伝導体では、実施例3のプロトン伝導体における2個のH2OがH3PO4で置換され、Al3+に4個のH2PO4 -と2個のH3PO4が化学結合している。
プロトン伝導体の原料として、リン酸二水素バリウム(Ba(H2PO4)2)とニ水素リン酸−ジエチルメチルアンモニウム塩をモル比1:1で用いた。これらのプロトン伝導体の原料と、溶媒としての水をナスフラスコに入れて混合し、室温で12時間撹拌した。その後、エバポレータで水を除去し、ゲル状のプロトン伝導体を得た。実施例5のプロトン伝導体では、Ba2+に3個のH2PO4 -と3個のH2Oが化学結合している。
実施例5のプロトン伝導体を120℃で真空乾燥した。その後、オルトリン酸をBaに対して3当量加え、Ar雰囲気下で乳鉢で10分間混合した。これにより、ゲル状のプロトン伝導体を得た。実施例6のプロトン伝導体では、実施例5のプロトン伝導体における3個のH2OがH3PO4で置換され、Ba2+に3個のH2PO4 -と3個のH3PO4が化学結合している。
プロトン伝導体の原料として、リン酸二水素ランタン(La(H2PO4)3)とニ水素リン酸−ジエチルメチルアンモニウム塩をモル比1:1で用いた。これらのプロトン伝導体の原料と、溶媒としての水をナスフラスコに入れて混合し、室温で12時間撹拌した。その後、エバポレータで水を除去し、ゲル状のプロトン伝導体を得た。実施例7のプロトン伝導体では、Laの配位数が6の場合はLa3+に4個のH2PO4 -と2個のH2Oが化学結合しており、Laの配位数が12の場合はLa3+に4個のH2PO4 -と8個のH2Oが化学結合している。
実施例7のプロトン伝導体を120℃で真空乾燥した。その後、オルトリン酸をLaに対して8当量加え、Ar雰囲気下で乳鉢で10分間混合した。これにより、ゲル状のプロトン伝導体を得た。なお、実施例8では、配位数が12のLaを考慮して、オルトリン酸の添加量をLaに対して8当量としている。
150℃に加熱したオルトリン酸にポリベンゾイミダゾール(PBI)を2時間含浸させてプロトン伝導体の原料を得た。このプロトン伝導体の原料と、溶媒としての水をナスフラスコに入れて混合した。これにより、PBIにリン酸がドープされたプロトン伝導体を得た。比較例のプロトン伝導体は固体状である。
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
120 アノード極
130 電解質膜
Claims (6)
- アニオン性分子と、カチオン性有機分子とを含んで構成されるプロトン伝導体であって、
前記アニオン性分子はアニオン性金属錯体分子であるプロトン伝導体。 - 前記アニオン性金属錯体分子は、金属イオンとオキソ酸イオンとの化学結合を少なくとも1つ含んでいる請求項1に記載のプロトン伝導体。
- 前記オキソ酸イオンを構成するオキソ酸はリン酸である請求項2に記載のプロトン伝導体。
- 前記金属イオンを構成する金属として、Al、Ga、Cs、Ba、K、Ca、Na、Mg、Zr、Ti、La及びPrのうち少なくとも1つを含んでいる請求項2または3に記載のプロトン伝導体。
- 前記カチオン性有機分子として、アンモニウムカチオン、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ホスホニウムカチオンのうち少なくとも1つを含んでいる請求項1ないし4のいずれか1つに記載のプロトン伝導体。
- 請求項1ないし5のいずれか1つに記載のプロトン伝導体を電解質膜(130)として備える燃料電池。
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