TW550849B - Proton conductor and electrochemical device using the same - Google Patents

Description

(-1) (-1)550849 Λ» ί t Λ : ' j.SJfc.li<i%3.C. -Γ 广一，.-« C^'.-.Λ — . ： ι . 1... ... . -- . ^ar >->*ι·' · - ' Λι» 1 » ·,»-. ~,ii.. ·-3-*^· * *·· . — *··->«-- * — (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 發明之技術領域 本發明係有關使用碳群之新穎質子傳導體者，再者是有 關使用相關質子傳導體之電氣化學裝置者，例如燃料電 池。 先前技術 燃料電池由於其高效率性及清淨之理由，成為受注目的 次世代環境型電能產生裝置，目前各方都非常積極開發。 在上述燃料電池中，依所使用質子傳導體種類，可以將 燃料電池本體區分，此是，由於使用溫度或使用條件與質 子傳導體之性質有很大之關係，如此，由於使用質子傳導 體的特性對電池性能有很大之影響，所以提高質子傳導體 之性能成為提高燃料電池性能之重要關键。 一般，在常溫到不足100 °c之溫度範圍中，是使用由固 體高分子薄膜所做成之質子傳導性高分子膜。具體的說， 為全氟磺酸樹脂之代表例子有杜邦公司製，商品名為 Nafion，及可耳公司之商品名CORE膜等，目前正進行此等 之改良。或是在此等全氟磺酸樹脂以外，近年，在學會或 論文中，也有關於碳化氫系之高分子傳導膜的報告。 上述質子傳導性高分子膜中，由膜中取出水分，自橫酸 基放出質子可以很容易移動，此時，依膜之種類不同有最 適之含水量，但大概在高分子膜之20 %左右較多，在此等 高分子膜中磺酸基每~1 000克以含有約1莫爾來計算時，相 對於1莫爾之磺酸約200 g之水，即成為含有約1 〇莫爾之水 550849 (〇) 分子。如此利用大量所含之水分子，即所謂之藉由媒體傳 導機構實現高質子傳導率，同時，媒體傳導機構是，指為 解離之質子在水分子中結合氫後，與水分子共同移動之傳 導機構，如同為了將水分子當做載物般使用。 然而，在由如上述般之媒體傳導機構進行質子傳導之質 子傳導性高分子膜，由曝曬包圍氣雾之乾燥狀態或成為溫 度對膜中之水分量有很大之影響，例如，在乾燥包圍氣雰 中，高分子膜中之水分量會減少，為此膜之質子傳導度會 急速減少掉，同樣的，因溫度上昇膜中之水分量也會蒸氣 壓上昇而減少，由加濕不補給水分量會抑制質子傳導性有 減少傾向。如此，利用上述媒體傳導機構進行質子移動之 質子傳導性高分子膜，水分量減少時，水分子之移動變得 困難，因質子傳導性大幅下降，雖然有必要補給水分量， 但此事由於質子傳導性高分子膜之使用方法有困難，而變 得妨礙實用化。 本發明是有鑑於以往相關之實情而提案解決者，其目的 是提供在不需補給水分下，即使在乾燥包圍氣雾或高溫領 域下也可以使用，可以提供大幅提高質子傳導率之新穎質 子傳導體。又，本發明之目的是提供密緻的、玻璃遮斷性 優之質子傳導體，再者，本發明之目的是提供不受包圍氣 雰影響能發揮優異性能之電氣化學裝置。 發明所欲解決之課題： 為了達成上述目的」本發明人經長期銳意之研究，其結 果發現，導入各種酸官能基之碳群、尤其芙或碳奈米管等 550849 ⑴ 具有特異分子構造之碳群即使在乾燥狀態下都顯示有質 子傳導性、再者藉由加入促進質子解離物質能大幅提高質 子傳導率。 即，本發明質子傳導體之特徵是具有，可能有放出質子 官能基之碳群、與含具有可成為質子受容部之部位物質者 ，或是其特徵是具有，可能有放出質子官能基之物質、與 含具有可成為質子受容部之部位碳群。又，本發明之電氣 化學裝置是備有，第1極及第2極，與此等電極間所挾持之 質子傳導體，上述質子傳導體之特徵是，可能有放出質子 官能基之碳群、與含具有可成為質子受容部之部位物質者 ，若是成為備有，第1極及第2極，與此等電極間挾持有質 子傳導體，上述質子傳導體之特徵是，可能有放出質子官 能基之物質、與含具有可成為質子受容部部位之碳群。 可能有放出質子官能基之碳群（有質子解離能之碳群） ，即在乾燥狀態下也能解離質子，在含有常溫之廣溫度區 (例如160 °C〜-40 °C之範圍）能發揮高傳導性，另一方面得 到做為質子受容部部位之物質，是促進質子之解離，質子 受容部（-0-等）擁有非共有電子對，在此與質子之間很容 易做成與氫結合，例如質子即使電離對全體能源也安定。 在本發明中，具有可成為質子受容部部位之物質，只要 促進質子之解離，質子傳導性高分子膜中與擔負媒體傳導 機構之水分子的任務不同，質子移動上述物質並不隨著其 移動，仍安定存在。在__質子傳導性高分子膜中，為了上述 媒體傳導機構能圓滑進行，常常有必要供給充分量之水， 550849 (2) 但在本發明之質子傳導體中，只要添加足夠促進質子解離 就可以，因沒有必要過剩之水分量，所以不要補充水分。 由有可放出質子之官能基物質，與具有可成為質子受容 部部位之碳群所構成之情形也同樣，在此場合，具有可成 為質子受容部部位之碳群是擔任促進解離質子，及擔任質 子傳導之任務。尤其將兩者做成碳群衍生物的話，依構造 可以緻密地配置此等成分，而實現質子傳導體之緻密化， 及圓滑之質子供給，能提高質子傳導性或提高氣體遮蔽 性。 又，本發明之電氣化學裝是，在第1極、與第2極之間做 成矩形，因將上述般之質子傳導體挾持，將到目前為止之 質子傳導性高分子膜是與做為質子移動媒體之燃料電池 不同，不要加.濕裝置等，能實現系統小型化、簡易化。 圖式說明（元件符號說明） 圖1是顯示做為母體碳群的各種例子之模式圖。 圖2是顯示碳群之其它例子（部分芙構造）之模式圖。 圖3(a)、（b)是顯示碳群之其它例子（管狀碳質）之模式 圖。 圖4是顯示碳群之其它例子（鑽石構造）之模式圖。 圖5是顯示碳群之其它例子（群與群相互間結合者）之模 式圖。 圖6是顯示在質子傳導體中質子傳導的樣子之模式圖。 圖7是燃料電池之概略構成圖。 圖8是表示水分添加量與傳導率之關係特性圖。 (3) 550849 發明之實施形態： 以下’為一面參照圖面，一面詳述有關適於本發明之質 子傳導體及電氣化學裝置。 本發明足質子傳導體，基本上是，以導入可放出質子 (H ) &能基（質子解離性之基）之碳群為主成分者。在相關 質子傳導體中，介入質子解離性之質子移動，發現離子傳 導性。在做為母體之碳群，雖可以使用任意物質，但在質 子解離性導人後’離子傳導性需要比電子傳導性更大。 上述碳群通常是，由幾個到數百個原子（碳）結合或凝聚 所形成t集合體，由此凝聚（集合）體在提高質子傳導性之 同寺充刀保持化學性質後膜強度成為很強，能容易形成 層，此時，不管碳·碳間結合之種類，又，也可以不是只 有100%碳所構成者，可得到混有其它原子者。有關之破 群有各種物質，例如可列舉如‘、〜、等所代表之芙、 或炎構造中至少在一邱八1女1 邵刀具有開放末端者，管狀碳質（所 謂的碳奈米管）等。芙戎碏太伞 ^ 夫次碳奈未f又SP2結合，是為了在一 部分含有SP3結合之要辛， 罟素不具有電子傳導性者較多，以 做為質子傳導體之母體較佳。 圖1表示’集合多個碳原子成球體或長球，或是有盘此 類似之關閉面構造的各種碳 〃 ..,FI ”矣- u 鮮。上述芙是屬於此類。相對 於此，圖2疋表不此等球構造 一 ^ 邵分焚損之各種碳群。 在此情形，其特徵是在構造中 、 r有開放末端點，如此之構造 體，由弧放電之製造芙過程φ 中發現有很多副產物。第3圈 是，表示管狀碳群。在管拈# 罘3圖 砰在$狀碳群中，直徑為數nm以下， -10- (4) (4)550849 代表的是被稱為卜2nm之後奈米管（cnt)者，血 請以上（巨大者，其直徑也有達至"㈣，被：直後在數 纖維（CNF)者，又，尤其在cnt中有，由單展件為聲奈米 奈米管（SWCNTK參考圖3(a)) ^ , P所成單髮硬 八t 5 _ ju))，與由2層以聚合 表噗 多層壁碳奈米管（MWCNT)(參考圖3(b)_ _。同心圓之 大部分的碳原子做成SP3結合時，成為如圖4所^ i噗群之 石構造的各種簇群。圖5是顯示群與群相互間具有鑽 情形，即使如此之構造體也可以適用於做為上°^公之各種 另一方面，在上述碳群所導入做為可放出、母體。 能基（質子解離性基）者，可列舉如，有選自 ）之言 -PO(OH)2、-S02NHS02-、-S02NH2、-CO〇H所組成诠、S〇3H、 〜殊君羊中 種做為質子放出部位之官能基，例如·Α4〇^ 芝少1 -a-so2nh so2-r0(r〇是-CF3或-cH3)、-A_s〇2NH2、A 1 H)r 中，A是 0、R、O-R、R-O、中任一種， C〇〇H[其 ^ CXH (i ^ 20、40)所示伸烷基部分]所示官能基。/ ^ 可以-A，-S03H、-A’-PO(〇H)2、-A，.s〇2NHS〇2 0 3曰也 ^ -CF, 或-CH3)、-A，-S02NH2、-A’-COOH[其中，八，是尺、〇 r，、R, 〇 R，-0_R”、0_R，-〇中任一種，R,、R”是 c F Η μ < 、 κ 疋 W yliz(l S χ $ 2〇、i

Sy$40、0‘z‘39)所示氟化埽基部分]所示官能基。 又，也可以將上述可放出質子之官能基，同時，是電子 吸引基、例如，硝基、羰基、羧基、醛基、烷氧羰基、氰 化基、齒烷基、磺基、齒原子（氟、氯等）等導入碳群中， 具體的說，有-N02、，CN、-F、.d、-C〇〇H、 c〇〇R，、_CH〇 、-COR’、-CF3、-S03CF3等（在此R，表示烷基）。如此與電 550849 (5) 子吸引基併存時，為了此電子吸引效果，自上述可放出質 子之官能基變得很容易解離質子，經由此等官能基變得容 易移動。 在碳群導入上述官能基之數是，可以為構成碳群之碳數 範圍内之任意數，以期望在5個以上者為宜。同時，例如 芙之情形，芙之7Γ電子性殘留著，為了顯示有效之電子吸 引性，上述官能基之數，是以構成芙之碳數的一半以下為 宜。 在碳群導入上述可放出質子之官能基，例如，首先由碳 系電極之弧放電來合成碳群，接著，以酸處理此碳群（使 用硫酸等），再進行加水分解等處理，或是進行適當之磺 化或磷酸酯化等就可以。依此，可以容易得到目的生成物 之碳群衍生物（有可放出質子之官能基的碳群）。 例如，凝聚多數在碳群之芙中導入上述官能基成芙衍生 物時，此等做為主體或芙衍生物之集合體所顯示之質子傳 導性，是在分子内原來所含之大量官能基（例如0S03H基） 中因與來源之質子移動有直接關係之故，沒有必要由包圍 氣' 雾將水蒸氣分子等做為起源之氫氣、質子拿進去，由外 部之水分補給，總之沒必要由外氣吸收水分等，對包圍氣 雾沒有限制，一個芙分子中為了可以導入很多相關之官能 基，與傳導相關之質子，每個傳導體之單位體積的數密度 成為非常多，此為，發現本發明之質子傳導體有實效之傳 導率的一個理由。 ___ 又，做為此等衍生物分子之母體的芙，尤其需要具有求 -12- 550849 ⑹ 電予性之性質，此事是被認為 么匕 電離有很大關係。質子之傳導2邊基中對促進氫離子之 大之關係’但在笑衍生物 疋與所介入之導入基有很 \呢％中，山 ，也含有經由外部傳導之 由乂为子之求電子姓 月匕1 生 ^ aL· 子導體有優異質子傳導性、 11為’顯示本發明之質 相關質子傳導體，在此幾乎是，由。

故’重量輕，也很難變質，又2 ’，由芙之碳原子所構成之 質子傳導特性有不良影塑土、比較清淨，所以不會含有對 本也持續急激下降，從；：：=’再者，芙之製造成 它種種觀點來看，芙是比其衣兄的、經濟的、再有其 材料。 < 任何材料接近理想之碳系 如以上般，有可放出質子〜么 t δέ ^ ^ ^ ^ 官能基之碳群是，由其自^ 肀I g此基又咼空間密度構 月 (例如芙）的電子性質等來解 胃，或做為母體之碳力 貝寺；解離質子，因為可以實現各位

間客易跳動之構造，即使方 J 、 再i P使在乾燥狀態下也能實現質子之^

導’但’質子傳導率只有如此並不足夠，而期望加以改良 在此，本發明人，經過各種思考結果，在此所定量之新i 分，具體的，將藉由加入具有可成為質子受容部之部位物 質當做第2成分，來促進質子之解離，則發現上述材料中 之傳導質子密度會有大幅之增加，質子傳導率有大幅提 昇0 做為相關之具有可成為質子受容部之部位物質者，是以 含有將N、0、S、P等原予做為上述部位之構成元素之化 合物，含有-0-、R2-C〇-R3、R2-CCK〇…_0-C0-0·、 -13- 550849

⑺ -S-、-NH-、-NR2-、-Si-(其中，任一個之R2及R3是表示碳 化氫鏈）等之部位當做質子受容部之化合物者為適宜。此 擁具有可成為質子受容部之部位物質，是有促進質子解離 機能的話就可以，不要媒體機能，因此也可以是某種程度 之大分子，或聚合物等。

做為具體之物質者，首先，做為含有-0-之物質者，可 以列舉如水、聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、聚環氧丁烷、聚 環二苯醚、矽氧烷類、環狀醚類等。做為含有-OH之物質 者，可以列舉如乙二醇、丙二醇、聚乙烯醇、聚晞丙醇、 聚丙醇、聚紛、聚苯乙晞醇等。做為含有-S-之物質者可 以列舉如，二甲基亞颯、聚乙基硫醚、聚丙基硫醚、聚丁 基硫醚、聚脂苯基硫醚、環硫醚類等。做為含有-NH-之物 質者，可以列舉如，N-甲基吡咯酮、二甲基甲醯胺、二甲 基乙醯胺、聚乙基亞胺、聚丙基亞胺、聚丁基亞胺、聚苯 並咪唑類等。做為含有- 0-C0-0-之物質者，可以列舉如， 碳酸乙酯、碳酸丙酯、聚碳酸乙酯、聚碳酸丙酯、聚碳酸 丁酯等，當然並不限定此等而已。 做為上述具有可成為質子受容部之部位物質者，可以藉 由使用由水降低蒸氣壓者，可以由水在高溫區使用等，可 以得到各種優點，然而，做為上述物質者，是以具有某種 程度高沸點者為宜，在此，所要求之沸點是，依在何種環 境所使用之質子傳導體來決定，例如使用室溫的話是在室 溫以上（例如在室溫區_使用水有可能使用者）、在1 〇〇 °C附 近用的話則成為此之上，沸點為下降使用溫度時，質子傳 -14· 550849 ⑻ 導體中不可能保持上述物質。也考慮到安定性時，上述沸 點是比使用溫度高很多的溫度，例如以設定增加5 0 °C程度 者為宜。 如上述般具有可成為質子受容部的部位物質之適當混 入量是，與可放出質子之官能基數有密切關係，實際上， 上述官能基之數N;相對於得到成為質子受容部的部位數 N2之比率（Nz/N!)為0.5〜3，在上述有可放出質子官能基之 碳群，混入上述具有可成為質子受容部的部位物質時能顯 著發揮效果。上述比率若不足0.5時，在上述物質中有來 源得到成為質子受容部的部位數成為所謂的上述官能基 數不足一半之數，則官能基不能充分地解離質子，材料（有 可放出質子之官能基的碳群）變得不能充分發揮原本應有 的質子傳導性，相反的，上述比率超過3以上時，相對於 材料全體官能基的密度或是減少，或是氣體之遮斷性下 降，開始出現不好之影響。最為有效的是，上述官能基數 與得到成為質子受容部的部位數變得相同時，在上述有可 放出質子官能基之碳群中，混入有上述得到成為質子受容 部的部位物質。 以上為本發明之基本構造，但與上述相反的，也可以由 有可放出質子官能基之物質，與具有可成為質子受容部的 部位碳群所組成者，尤其，兩者之母體以芙做為代表之碳 群則會有效果的。若由有可放出質子官能基之碳群（芙衍 生物），與具有可成為質子受容部的部位碳群（芙衍生物） 所組成的話，質子解離源之第2成分也有同樣之分子構造 550849 (9) ，成為有球形之形狀，藉由混入相關第2成分，成為可能 在構造上各成分配置更細密，可以達成質子傳導體的細密 及圓滑之質子供應，此結果，可以得到提高質子傳導性或 提高氣體遮斷性之效果。 上述質子傳導體是，以原來所期望之形狀，可以進行例 如在顆粒或薄膜上加壓成形，或由過濾成形。此時，不需 要粘著劑，此事，即使提高質子傳導性，也能有效達成質 子傳導體之輕量化，尤其，使用做為第2成分之高分子材 料之情形，也有此粘著劑之機能效果，可以賦與良好之成 膜性、成形性，勿論如何，可以加入做為粘著劑之第3成 分’做為第3成分使用之可能高分子材料者，只要可以對 質子傳導性不會阻礙’有成膜性者，就無特別之限制。通 ^是使用不具有電子傳導性，有良好之安定性者。具體之 例子可以列舉聚氟化乙烯、聚氟化偏乙烯等。 上述本發明之質子傳導體，是可以使用在各種電氣化學 即，在弟1極、第2極、與此兩極間所挟持之質子 4春 4S- 4致 η 且叮構成之基本構造體中，可以使用此質子傳導體做 為上迷質子傳導體，具體的說，第1極或第2極為有氣體電 極之電翕@ 礼化學裝置，在第1極或第2極中使用活物質性電極 之電氣化學裝置等。 : 知上述^子傳導體適當使用在燃料電池之例子加 1說j。燃料電池之質子傳導機構如圖ό所顯示之模式 、傳導部1疋被挾持在第1極（例如氫氣極）2與第2 極(例如氧氣極)3之間’解離之質子(Η。是沿著圖面箭印 -16· 550849

(ίο) 万向自第1極2側向第2極3側移動。 在圖7是’使用本發明質子傳導體之燃料電池的一個例 子’此燃料電池具有將觸媒2&及3&分別以密著又分散相互 相對之負極（燃料極或氫極）2及正極（氧氣極）3，在此兩極 1挟持著質子傳導部〗，上述負極2有端子8、正極3是有端 子9，自此等端子8、9取出起始電力，使用時，在負極2 例自導入口 1 2供應氫氣，由排出口 1 3 (也有沒設計此者） 排出’燃料（HO 14通過通路15期間產生質子，此質子是在 貝子傳導部丨產生之質子之同時向正極3側移動，在此自導 入口 16供應通路 力排軋口 18與氧氣（空氣）19反應，耩由 此放進所期望之起始電力。 相關構成之坎料兩、义 卜 、計i池’是在質子傳導部1解離質子，接 著，自負極2側供麻夕所7 … 貝子因向正極3側移動之故，所以有 質子之傳導率高之牿 <狩徵，因此，成為因不需要供應水之加 濕裝置等，所以可以銪 以間化系統，可望輕量化。 實施例 以下，有關本發明 、 月 < 具體實施例，以實驗結果為基礎來 說明。 實施例1 將2 gl C60芙粉末投入3〇 w發煙硫酸中’在氮氣包圍氣 雾中’保持在6〇t檀拌3天，將所得反應物於冰浴内冷卻 ，並一點一點投入一 一乙醚中，但是，在此情形是使用沒 脫水處理過之二乙_，k / ' 所得沉澱物以離心分離分開，再以 二乙醚洗3次，及用一 7 』一乙醚與乙腈為2 :丨之混合液 -17- 550849

Οι) 次後，在40 °C下減壓乾燥，如此所得之粉末進行FT-IR測 定時，與文獻（Chiang，L.Y. ; Wang，L.Y. ; Swirczewski 丄 W.; Soled，S. ·，Cameron，S·，J. Org· Chem· 1994，59，3960)所示，部 分含有氫氧基與0S03H基之芙衍生物之IR光譜幾乎一致 ，此粉末可以確定為目的物質，所合成之芙衍生物是 C60(〇SO3H)6 (OH)6 0

上述粉末乾燥後，將所定量之水當做第2成分混入，用 乳体好好混合，秤取加入此水之粉末8 〇 m g，做成直徑15 mm之圓型顆粒狀進行對一個方向之擠壓。此時之擠壓壓 力约為5 ton/cm2。此結果，此粉末是不含粘著樹脂也沒有 關係，成形性優異，可以容易顆粒化。 使用成形之顆粒，藉由交流阻抗法測定傳導率，測定時 ’首先’在與顆粒相等直徑1 5 mm之鋁板挾住各各顆粒之 兩側，在此從7 MHz加壓到〇.01 Hz之交流電壓（振幅〇 ，在各頻率中測定雜質阻抗，測定是在乾燥包圍氣雾下， 在室溫中進行。

測足成形顆粒之阻抗時，在高頻率部分為扁平，但可 看到非常整齊之單一半圓狀圓弧。此表示在顆粒之内部 在著荷電粒子之傳導活動，再者，觀察到在低頻率區域 ，阻抗之虛線部分急激上昇。此表示慢慢在直流電壓附 ，與所連接之金電極間荷電粒予產生塊狀，當然，在 極側因肖電粒〒有電子之故，已知顆粒内部之荷電粒予 是電子或孔洞，此之I之荷電粒子，即為離子。由= 伕侖醇構造，不認為此荷電粒子是在質子以外。 -18- 550849 (12) 4由在上述高頻率側所見到之圓弧X軸切片，可以求得此 何電粒子f奸；、、 , 、貝卞）之傳導率，圖8表示，第2成分之水添加量 與傳導·幸^ ρΏ ' 關係，從此圖8可知，水添加量為1 5重量％ :傳導率幾乎達到最大值，之後，益沒有變化，另一方 在比2 〇重量％多之添加量時，材料軟化很難形成良好 ' 事在製做膜時就會發生問題，被認為在氣體遮 斷f生方面也會產生問題，因此，水之添加量是以設定在2 0 重I %以下[即’官能基數N!對得到成為質子受容部之部 位數N2《比率（K/N!)是在3以下]較佳。 實施例2 分子量約600之低分子量聚環氧乙烷（pE〇)是粘性高之 液體’將此與做為質子供應源之C6g{(CH2)4S〇3H}6，在pE〇 中含有-Ο-之數’與中s〇3H之數的比率成 為1 : 1混合，混合物是有泥狀形態，將此做成薄片狀，測 定其傳導率。 此時’為了放出原來所含微量之水分而保持在1 〇〇， 測定在此溫度之傳導率時，成為1·2 X 1〇·33/〇πι之傳導率， 此等，不是水，而是ΡΕΟ之-CK位置成為質子之電離孔洞， 將此認為跳躍位置，質子為傳導者，又，做為沒有使用水 之系統其疋有非常南之傳導率’此ΡΕ〇之含有率為上述之 比是1 : 1時非常低，質子發生源之材料含有率很多也被認 為是來源者’因此，第2成分之ρεο在非常低含有率中也 有效果’被#忍為是具一有南質子傳導性者。 實施例3 •19- 550849 (13) 將分子量約10000之聚乙烯醇（PVA)水溶液，與做為質子 供應源之C60{(CH2)4SO3H}6水溶液，在pVA中所含數 與’ C60{(CH2)4SO3H}6中S03H數之比成為1: 1下混合，此 以鑄模法製膜，保持其在1 0 〇 °c，測定在此溫度下之傳導 率時，成為4·3 X 10·3 S/cm之傳導率，此不是水，PVA之-OH 位置成為質子之電離孔洞，將此認為是做成跳躍位置之質 子傳導者，又，做為沒使用水系者是有非常高之傳導率， 此PVA含有率為上述之比為1 : i時非常低，質子發生源之 材料含有率多也被認為是來源，因此，第2成分之PVA在 非常低含有率中也是有效果，被認為是具有高質子傳導 性。 發明之效果： 由以上說明可知，依本發明的話，可以提供不用補給水 分量，在乾燥氣雰包圍中或高溫區域也可以使用，而且質 子傳導率優。又，依本發明的話，可以提供細密遮斷性優 之質子傳導體，再者，依本發明的話，可以提供不受包圍 氣零影響能發揮優異性能之電氣化學裝置，例如燃料電池 者0 -20-

Claims (1)

1. 550849 拾、申請專利範圍 1 . 一種質子傳導體，其特徵係包含具有可放出質子之官 能基的碳群，與具有可成為質子受容部部位之物質。 2 .如申請專利範圍第1項之質子傳導體，其中之碳群是 芙。 3 .如申請專利範圍第1項之質子傳導體，其中之可放出質

   子之官能基，具有-S03H、-P〇（OH)2、-S02NHS02-、 -S02NH2、-COOH中之至少1種做為質子放出部位。 4.如申請專利範圍第3項之質子傳導體，其中可放出質子 之官能基，具有選自-A-SOsH、-A-PO(OH)2、-A-S02NHS02 是-CF3 或-CH3)、-A-S02NH2、-A-COOH[其中，A 是〇、R、O-R、R-O、O-R-O中任一種，R是 CxHy(lSxS 20、2Sy$40)所示伸烷基部分]中之至少1種者。 5 .如申請專利範圍第3項之質子傳導體，其中可放出質子

   之官能基，具有選自-A’-S03H、-A，-PO(OH)2、-A，-so2nhso2-r0(r〇是-CF3或-CH3)、-A、S02NH2、-A，-COOH [其中，A’是 R’、O-R’、R’-O、R’-〇-Rn、〇-R’-〇中任一種 ，R’、R，’是 CxFyHz(l Sx$20、l$y$40、0SzS39)所 示氟化伸烷基部分]中之至少1種者。 6 ·如申請專利範圍第1項之質子傳導體，其中可成為質子 受容部之部位是含有選自N、S、0、P中至少1種做為構 成元素者。 7 ·如申請專利範圍第6項之質子傳導體，其中可成為質子 550849

   受容部之部位，係選自-Ο-、R2-CO-R3、R2-C0-0-、 -O-CO-O·、-〇H、-S-、-NH-、-NR2-、-Si-(其中，任一個 之R2及R3是表示烴鏈）中之1種者。 8 .如申請專利範圍第1項之質子傳導體，其中具有可成為 質子受容部之部位物質是水。 9. 如申請專利範圍第1項之質子傳導體，其中具有可成為 質子受容部之部位的物質，是以聚環氧乙烷為主體之 高分子。 10. 如申請專利範圍第1項之質子傳導體，其中具有可成為 質子受容部之部位的物質，是1價以上之醇類、或是其 之高分子量體。 11. 如申請專利範圍第1項之質子傳導體，其中係以上述可 放出質子之官能基的數川與上述可成為質子受容部之 部位數N2的比率N2/ Ni成為0.5〜3之方式，使上述碳群 ，與具有可成為質子受容部之部位的物質所混合者。 12. —種質子傳導體，其特徵係包含具有可放出質子之官 能基的物質，與具有可成為質子受容部部位之碳群。 13. 如申請專利範圍第1 2項之質子傳導體，其中碳群是 芙。 14. 如申請專利範圍第1 2項之質子傳導體，其中可放出質 子之官能基，具有選自-S03H、-PO(OH)2、-S02NH so2-、-S02NH2、-COOH中之至少1種做為質子放出部位。 15. 如申請專利範圍第-1 4項之質子傳導體，其中可放出質 子之官能基，具有選自· A-S03H、- A-PO(OH)2、- A- 550849

   SO2NHSO2-R0(R0 是-CF3 或-CH3)、-A-S02NH2、-A-COOH [其中，A是 O、R、O-R、R-0、O-R-O中任一種，尺是 CxHy (l$xS20、2$yS40)所示伸烷基部分]中之至少1種 者。 16. 如申請專利範圍第1 4項之質子傳導體，其中可放出質 子之官能基，具有選自-A’-S03H、-A、PO(OH)2、

   -a，-so2nhso2-r0(r0 是-CF3 或-ch3) 、 -a,-so2nh2 ' -A，-COOH[其中，A，是 R，、O-R，、R，-〇、R，-0-R，’、0-Rf-0 中任一種，11’、11”是（：3)^2(1$又$20、1$7$40、0$ zS 39)所示氟化伸烷基部分]中之至少1種者。 17. 如申請專利範圍第1 2項之質子傳導體，其中可成為質 子受容部之部位，含有選自N、S、0、P中至少1種做為 構成元素者。

   18. 如申請專利範圍第1 7項之質子傳導體，其中可成為質 子受容部之部位，是選自-〇-、R2-CO-R3、R2-C0-0-、 -0-C0-0-、-OH、-S-、-NH·、-NR2-、-Si-(其中，任一者 中，R2及R3是表示烴鏈）之1種者。 19. 如申請專利範圍第1 2項之質子傳導體，其中係以上述 可放出質子之官能基的數Ni，與上述可成為質子受容 部之部位數N2的比率N2/ 成為0.5〜3之方式，使上述 具有可放出質子的官能基之物質，與上述碳群所混合 者。 20·如申請專利範圍第-1 2項之質子傳導體，其中具有可放 出質子的官能基之物質是，具有可放出質子的官能基 550849

   之碳群。 21. —種電化學裝置，其特徵係備有第1極及第2極，與此 等電極間挾持之質子傳導體； 上述之質子傳導體包含具有可放出質子之官能基的 碳群，與可成為質子受容部之物質。 22. 如申請專利範圍第2 1項之電氣化學裝置，其係燃料電 池。 _ 23. —種電化學裝置，其特徵係備有第1極及第2極，與此 等電極間挾持之質子傳導體； 上述之質子傳導體包含具有可放出質子之官能基的 物質，與具有可成為質子受容部部位之碳群。 24·如申請專利範圍第2 3項之電化學裝置，其係燃料電 池0