JP4433165B2 - カチオン伝導体およびこれを用いた電気化学デバイス - Google Patents
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ダゾール誘導体よりなる第1の化合物と、化10に示した構造を有する化合物、化11に示した構造を有する化合物および化12に示した構造を有する化合物からなる群のうち少なくとも1種の第2の化合物とを含有している。なお、長周期型周期表の1族の元素とは水素あるいはアルカリ金属である。
実施の形態において説明した混合物を作製した。その際、第1の化合物には、化21に示した2−フェニルイミダゾール(以下、「2PhIm」という)を用い、第2の化合物には、化26に示したペンタフルオロエタンスルホンイミド(以下、「HBETI」という)を用いた。その際、実施例1−1〜1−6で、2PhImとHBETIとの混合物中におけるモル比を2PhIm:HBETI=4:6, 5:5,6:4,7:3,8:2または9:1と変化させた。具体的には、HBETI1.524g(4.00mmol)に対して、2PhImを実施例1−1では0.3842g(2.66mmol)、実施例1−2では0.5763g(4.00mmol)、実施例1−3では0.8644g(6. 00mmol)、実施例1−4では1.345g(9.34mmol)、実施例1−5では2.305g(16.0mmol)、実施例1−6では5.187g(36.0mmol)の割合で混合した。この混合は、グローブボックス中において水分濃度10ppm以下のアルゴン(Ar)雰囲気下で、2PhImの融点(136℃)以上の150℃で5分間行った。なお、この操作は3回行った。このようにして得られた混合物は、2PhImとHBETIとのモル比が4:6, 6:4および7:3の実施例1−1、1−3、1−4は常温で液体状態であり、モル比が5:5,8:2および9:1の実施例1−2、1−5、1−6は固体状態であった。
第1の化合物として、4−フェニルイミダゾール(以下、「4PhIm」という)を用いたことを除き、実施例1−2,1−4と同様にして混合物を作製した。そののち、実施例1−2,1−4と同様にしてDSC測定により融点およびガラス転移温度を測定し、また、水への溶解性および交流インピーダンス測定によるイオン伝導度を調べた。結果を表2および図4に示す。なお、図4には実施例1−2,1−4の結果も併せて示す。
第1の化合物として、化17に示した2−イソプロピルイミダゾール(以下、「2−i−PrIm」という)、または化19に示した2−n−プロピルイミダゾール(以下、「2−n−PrIm」という)を用いたことを除き、実施例1−2,1−4と同様にして混合物を作製した。そののち、実施例1−2,1−4と同様にしてDSC測定により融点およびガラス転移温度を測定し、また、水への溶解性および交流インピーダンス測定によるイオン伝導度を調べた。結果を表3および図5に示す。なお、図5には代表例として、2−i−PrImあるいは2−n−PrImとHBETIとのモル比を7:3とした室温で液体状態である実施例3−1−2,3−2−2のイオン伝導度を、実施例1−4のイオン伝導度と共に示した。
第1の化合物として、化22に示した2−エチル−4−メチルイミダゾール(以下、「2−Et−4−MeIm」という)を用いたことを除き、実施例1−2,1−4と同様にして混合物を作製した。そののち、実施例1−2,1−4と同様にしてDSC測定により融点およびガラス転移温度を測定し、また、水への溶解性および交流インピーダンス測定によるイオン伝導度を調べた。結果を表4および図6に示す。なお、図6には代表例として、2−Et−4−MeImとHBETIとのモル比を7:3とした室温で液体状態である実施例4−1−2のイオン伝導度を、実施例1−4,3−1−2,3−2−2のイオン伝導と共に示した。
実施例1−3で作製した混合物に対して20質量%のメチルメタクリレートと、架橋剤としてのエチレングリコールジメタクリレートと、更にラジカル重合剤としてのアゾイソブチロニトリルとを添加して、重合させることによりゲル化した膜状のカチオン伝導体を作製した。得られたゲル化した膜状のカチオン伝導体について実施例1と同様にして交流インピーダンス測定によりイオン伝導度を測定した。図7に得られた結果を実施例1−3の結果と共に表す。図7から分かるように実施例5によれば、実施例1−3より低くなるものの、十分に高い伝導度が得られた。すなわち、高分子化合物を加えて膜状としても、十分な特性を得られることが分かった。
触媒である白金をカーボンブラックに担持させ、これをカーボンペーパーよりなる集電体に塗布して一対の電極を作製し、その間に実施例5で作製したカチオン伝導体を挟み込み、60℃の水素雰囲気下において、10mV、50mVおよび100mVの電圧を印可した。その結果を図8に示す。図8は時間の経過と流れる電流との関係を表したものである。図8からも分かるように、継続的に電流が流れており、カチオン伝導体をプロトンが伝導していることが確認できた。
Claims (15)
- 前記第1の化合物と前記第2の化合物との混合物は、非水溶性である、請求項1記載のカチオン伝導体。
- 前記第1の化合物と前記第2の化合物との混合比(第1の化合物:第2の化合物)は、モル比で4:6〜9:1である、請求項1記載のカチオン伝導体。
- 前記第1の化合物は、2−i−プロピルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−n−プロピルイミダゾール、2−ブチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾールまたは2−エチル−4−メチル−イミダゾールである、請求項1記載のカチオン誘導体。
- 更に、前記第1の化合物および前記第2の化合物を保持する保持体を含む、請求項1記載のカチオン伝導体。
- 前記保持体は、高分子化合物を含む、請求項5記載のカチオン伝導体。
- 更に、溶媒を含む、請求項5記載のカチオン伝導体。
- 前記第1の化合物と前記第2の化合物との混合物は、非水溶性である、請求項8記載の電気化学デバイス。
- 前記第1の化合物と前記第2の化合物との混合比(第1の化合物:第2の化合物)は、モル比で4:6〜9:1である、請求項8記載の電気化学デバイス。
- 前記第1の化合物は、2−i−プロピルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−n−プロピルイミダゾール、2−ブチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾールまたは2−エチル−4−メチル−イミダゾールである、請求項8記載の電気化学デバイス。
- 前記カチオン伝導体は、更に、前記第1の化合物および前記第2の化合物を保持する保持体を含む、請求項8記載の電気化学デバイス。
- 前記保持体は、高分子化合物を含む、請求項12記載の電気化学デバイス。
- 前記カチオン伝導体は、更に、溶媒を含む、請求項12記載の電気化学デバイス。
- 燃料電池である、請求項8記載の電気化学デバイス。
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