JPH02198642A - イオン導伝体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電気化学反応を応用した機器に用いる、固
体イオン導伝体に関する。

〔従来の技術〕

電気化学反応を応用した機器とは、たとえば、１次電池
、２次電池、エレクトロクロミックデイスプレィ　（Ｅ
ＣＤ）　、燃料電池、イオンセンサー、ガスセンサー等
を指す。これらにおいては、従来、イオン導伝体として
、溶液やゲルを用いていた。そのため、液漏れ、溶媒の
蒸発が生じ、耐久性や信頼性に問題があった。この問題
を解決するために、固体のイオン導伝体を用いる、電気
化学反応を応用した機器の開発が進められている。

固体のイオン導伝体は、有機物、無機物とも知られてい
る。しかし、無機物は、いずれも、単結晶であるから、
無機物を用いてイオン導伝体を基板上や基板の電極上に
形成することは、界面の密着性が充分段れないことによ
り、問題が多い。有機物としては、いわゆるカチオン交
換樹脂に属するポリマーが用いられる。例えば、ポリエ
チレンスルホネート、ポリビニルスルホネート、パーフ
ルオロスルホネートポリマー、パーフルオロカルボキシ
レートポリマー等である。これらは溶媒に可溶であるた
め、溶液をキャスティングすることにより、基板上や電
極上に容易にイオン導伝体を形成することができる。

これらのポリマーのうち、パーフルオロスルホネートポ
リマーやその塩がイオン導伝体として多く用いられてい
る。その理由は、バーフルオロスルホネートポリマーが
、イオンの解離度が大きく、電気化学的に最も安定であ
るからである。

〔発明が解決しようとする課題〕

電気化学反応を応用した機器にイオン導伝体を用いる場
合には、イオン導伝性の高い方が望ましいことは言うま
でもない。さらに、湿度依存性の低いことが望ましい。

この発明は、パーフルオロスルホネートポリマーやその
塩をマトリックスとするイオン導伝体において、イオン
導伝性が高く、湿度依存性の低いものを提供することを
課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を達成するため、この発明は、パーフルオロス
ルホネートポリマーおよび／またはその塩をマトリック
スとするイオン導伝体において、ポリエチレングリコー
ルおよび／またはそのエーテルと、パーフルオロアルキ
ルスルホネートおよび／またはその塩が配合されている
ことを特徴とする。

この発明にかかるイオン導伝体は、パーフルオロスルホ
ネートポリマーおよび／またはその塩をマトリックスと
する。パーフルオロスルホネートポリマーは、ポリテト
ラフルオロエチレンよりなる主鎖と、スルホン基を有す
る側鎖とからなるものである。パーフルオロスルホネー
トポリマーとしては、たとえば、下式に示すものがある
。

（ＣＦｚ’）　　ｎ　　　ＣＦ　　（ＣＦｔ）　　ｎこ
こに、Ｒは、 Ｒ＝−（ｏ−ｃｐｚ　−ＣＦ）　ｍ　−０−ＣＦｚ　−
ＣＦＺ　−８Ｏ，−ＣＦ。

を表す。

パーフルオロスルホネートポリマーは、塩の形で用いら
れることもある。

ポリエチレングリコール（ポリエチレンオキサイド）は
エーテルの形で用いられることもある。

その配合量は、限定される訳ではないが、パーフルオロ
スルホネートポリマーおよび／またはその塩１００重量
部（以下「部」と略す）に対して、ポリエチレングリコ
ールおよび／またはそのエーテルを１５部以下とするこ
とが望ましい。これ以上に配合すると、キャスティング
時や乾燥時にクランクが生じる傾向があるからである。

パーフルオロアルキルスルホネートは塩の形で用いられ
ることもある。その配合量は、限定される訳ではないが
、パーフルオロスルホネートポリマーおよび／またはそ
の塩１００重量部（以下「部」と略す）に対して、パー
フルオロアルキルスルホネートおよび／またはその塩を
６部以下とすることが望ましい。これ以上に配合すると
、膜形成後１ケ月はどすると、膜表面に結晶が生じる傾
向があるからである。

成形は、キャスティング法等によって行う。パーフルオ
ロスルホネートポリマー系溶液からのキャスティング法
によるイオン導伝膜の製造は、たとえばプロトン導伝膜
を例に挙げると、以下のようにして行われてる。まず、
パーフルオロスルホネートポリマー溶液、たとえば、Ｎ
ａ塩溶液（市販の商品名「ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）
　、デュポン社製）等の溶液に、ポリエチレングリコー
ルおよび／またはそのエーテルとパーフルオロアルキル
スルホネートおよび／またはその塩を配合してなるもの
を基材上にキャスティングする。その後乾燥して得られ
た膜（フィルム）を、ＩＮ硫酸もしくはＩＮ塩酸等の無
機酸中に浸漬し、膜中のＮａ塩（ＳＯｓ　Ｎａ）を酸（
−３ｏ、　　Ｈ）に変える。このようにすると、プロト
ン導伝膜が出来上がる。

〔作　　　用〕

ポリエチレングリコールおよび／またはそのエーテルと
、パーフルオロアルキルスルホネートおよび／またはそ
の塩が配合されていると、イオン導伝体のインピーダン
スが低くなり、インピーダンスの湿度依存性が小さくな
る。

〔実　施　　例〕

以下に、この発明の具体的な実施例を二つ説明する。こ
の発明は、これらの実施例の形態に限定されるものでは
ない。

−実施例１．比較例１− デュポン社製のパーフルオロスルホネートポリマー（商
品名「ナフィオン」）の溶液を作製し、その溶媒を揮発
させて固体化した。この固形物をＬｉＣ１の５ｗｔ％水
溶液中に浸漬し、７０℃で３時間、イオン交換をした。

ＬｉＣ１水溶液を交換して再度イオン交換を行うことを
、合計３回繰り返した。つぎに、７０℃の蒸留水中に３
時間浸漬して洗浄することを、合計３回繰り返した。Ｌ
ｉにイオン交換されたパーフルオロスルホネートポリマ
ー固形物を乾燥して、重量比で１／１のｉｓ。

−プロパツールとｎ−プロパツールからなる混合溶媒に
、５ｗｔ％の濃度になるように溶解した。これに、テト
ラエチレングリコールジメチルエーテルとパーフルオロ
メタンスルホネートのＬｉ塩を、以下の重量比になるよ
うに混合した。

パーフルオロスルホネートポリマー固形物・・・１００ テトラエチレングリコールジメチルエーテル・・・　１
０ パーフルオロメタンスルホネートＬｉ塩・・・　　　　
４ この溶液を、電極を配した基板上にキャスティングし乾
燥することにより、フィルム状のイオン導伝体（実施例
１）を得た。

上記パーフルオロスルホネートポリマーＬｉＦのみを用
い、同様にして、フィルム状のイオン導伝体（比較例１
）を得た。

これらのフィルム状イオン導伝体を用いて第１図（ａｌ
、　（ｂ）に示す素子を作製し、それぞれのイオン導伝
体のインピーダンスを評価した。図中、１はガラス基板
、２は蒸着金電極、３はその上に配されたイオン導伝体
、４はその上に配された蒸着金電極、５，５はリード線
である。図中、数字は寸法を表し、その単位は鰭である
。２０℃、６０％Ｒ，Ｈ，で平衡に達したのち、周波数
１ｋＨｚ、印加電圧０．１Ｖで、実施例１のイオン導伝
体のインピーダンス力月、８　Ｘ　１０’　Ω・ｃｍで
あったのに対し、比較例１のイオン導伝体のインピーダ
ンスは２．４×１０′Ω・印であった。

つぎに、周波数１ｋＨｚ、印加電圧ｏ、　ｉ　ｖで、イ
ンピーダンスの湿度依存性を測定した。結果は下表のと
おりである。

この結果から、インピーダンスの湿度依存性が、この発
明により改善されたと考えられる。

一実施例２一 実施例１と同様にして、以下の重量比の溶液を、調整し
た。

パーフルオロスルホネートポリマーＬｉＦ・・・１００ ポリエチレングリコール（Ｍｗ＝　４．　　ＯＯＯ）・
・・　１０ パーフルオロブタンスルホネートＬｉｔｆｉ・・・　　
４ この溶液から、キャスティングにより薄膜を作成し、実
施例１と同様にして、インピーダンスを測定した。その
結果、２０“Ｃ２６０％Ｒ，Ｈ，の雰囲気下で、８．６
Ｘ１０’Ω・ｃｍのインピーダンスが得られた。

〔発明の効果〕

この発明にかかるイオン導伝体は、以上のように構成さ
れているため、インピーダンスが低減してイオン導伝性
が高く、インピーダンスの湿度依存性が低い。

【図面の簡単な説明】

第１図□はイオン導伝体のインピーダンスを測定するた
めの素子の構造を示し、図（ａｌは平面図、（ｂｌは側
面図である。 代理人　弁理士　　松　本　武　彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　パーフルオロスルホネートポリマーおよび／または
   その塩をマトリックスとするイオン導伝体において、ポ
   リエチレングリコールおよび／またはそのエーテルと、
   パーフルオロアルキルスルホネートおよび／またはその
   塩が配合されていることを特徴とするイオン導伝体。