离子传导性组合物以及含有该组合物的离子传导膜、电极催化剂物质和燃料电池制造技术

本发明专利技术的目的在于提供在包含１００℃以上的中高温区域的广泛的温度范围内显示质子传导性的离子传导性组合物，以及使用该组合物形成的离子传导膜等复合离子传导材料。复合离子传导材料含有本发明专利技术的离子传导性组合物，该离子传导性组合物包含离子传导性高分子和离子传导性的无机固体材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及例如在燃料电池中使用的离子传导性组合物以及含有该组合物的离子传导膜、电极催化剂物质和燃料电池。
技术介绍
离子传导材料作为燃料电池、锂离子电池等的电解质使用。特别是燃料电池有望作为下一代替代内燃机的产品。特别是在汽车中，是可以将汽油发动机或柴油发动机排气问题全部解决的重要的技术。近年来，作为燃料电池的电解质(质子传导体)，人们对含有离子传导性高分子的离子传导材料进行了研究。离子传导性高分子可在比较低温的条件下下使用，但是如果不是含水状态则几乎不显示质子传导性，因此几乎在所有情况下仅限于在100℃以下的低温下使用，存在在超过100℃的中高温区域内几乎不显示离子传导性的问题。例如专利文献1中指出，以特定的重量比具有含磺酸基的嵌段和不含磺酸基的嵌段的芳族聚醚砜嵌段共聚物中，其质子传导率受湿度或温度的影响低，但是上述共聚物中，在中高温区域的质子传导率显著降低。 燃料电池中，如果离子传导材料可在中高温区域使用，则有燃料气体中的一氧化碳导致催化剂层中毒少的优点、或可有效地利用排热的优点。但是，以往公开的离子传导材料由于上述离子传导性高分子的问题，在可实际应用的广泛温度范围内几乎无法充分发挥离子传导性。 专利文献1日本特开2003-31232号公报(专利权利要求书，段落)
技术实现思路
专利技术所要解决的课题 本专利技术的目的在于提供在包含以往的离子传导材料中难以应用的中高温区域的广泛温度范围内显示质子传导性的离子传导性组合物、以及使用该组合物而形成的离子传导膜等的复合离子传导材料。 解决课题的方法 本专利技术人等通过深入研究，发现了可解决上述课题的离子传导性组合物，从而完成了本专利技术。即，本专利技术提供下述的离子传导性组合物。 离子传导性组合物，该组合物含有离子传导性高分子和离子传导性的无机固体材料。 本专利技术中，作为上述所涉及的离子传导性组合物的优选实施方案，提供下述的～。 的离子传导性组合物，其中，上述离子传导性的无机固体材料的含量较上述离子传导性高分子的含量高。 或的离子传导性组合物，其中，上述离子传导性的无机固体材料是金属磷酸盐。 的离子传导性组合物，其中，上述金属磷酸盐是对于具有选自长周期式元素周期表第IVA族和第IVB族元素的一种以上的金属元素M作为金属元素的磷酸盐，将该M的一部分用掺杂元素J(其中，J为选自长周期式元素周期表第IIIA族和第IIIB族元素的一种以上的元素)置换而形成的金属磷酸盐。 的离子传导性组合物，其中，上述具有金属元素M的磷酸盐是实质上由下述式(1)表示的磷酸盐MP2O7(1) (式(1)中，M表示选自长周期式元素周期表第IVA族和第IVB族元素的元素)。 或所述的离子传导性组合物，其中，上述金属磷酸盐是实质上由下述式(2)表示的金属磷酸盐 M1-xJxP2O7 (2) (式(2)中，x为0.001以上至0.3以下的范围的值，M和J与上述含义相同)。 ～中任一项所述的离子传导性组合物，其中，上述金属磷酸盐是含有选自In、B、Al、Ga、Sc、Yb和Y的一种以上元素作为掺杂元素J的金属磷酸盐。 ～中任一项所述的离子传导性组合物，其中，上述金属磷酸盐是含有Al作为掺杂元素J的金属磷酸盐。 ～中任一项所述的离子传导性组合物，其中，上述金属磷酸盐是掺杂元素J为Al的金属磷酸盐。 ～中任一项所述的离子传导性组合物，其中，上述金属磷酸盐的金属元素M为选自Sn、Ti、Si、Ge、Pb、Zr和Hf的一种以上。 ～中任一项所述的离子传导性组合物，其中，上述金属磷酸盐的金属元素M为Sn。 ～中任一项所述的离子传导性组合物，其中，该组合物是将粉末状的上述离子传导性高分子与粉末状的上述离子传导性的无机固体材料粉碎混合而成的。 ～中任一项所述的离子传导性组合物，该离子传导性组合物进一步含有氟树脂。 所述的离子传导性组合物，其中，上述氟树脂为聚四氟乙烯。 所述的离子传导性组合物，其中，上述氟树脂为聚偏氟乙烯。 ～中任一项所述的离子传导性组合物，其中，上述离子传导性高分子的玻璃化转变温度为90℃以上。 ～中任一项所述的离子传导性组合物，其中，上述离子传导性高分子是主链具有芳环的离子传导性高分子。 ～中任一项所述的离子传导性组合物，其中，上述离子传导性高分子是分别具有具离子交换基团的嵌段和实质上不具有离子交换基团的嵌段形成的嵌段共聚物。 所述的离子传导性组合物，其中，上述离子传导性高分子是含有下述式(3)所示的嵌段作为具有离子交换基团的嵌段的嵌段共聚物 (式(3)中，m表示5以上的整数)。 所述的离子传导性组合物，其中，上述离子传导性高分子的离子交换基团是碱性的离子交换基团。 所述的离子传导性组合物，其中，上述离子传导性高分子的离子交换基团是含氮原子的碱性的离子交换基团。 或所述的离子传导性组合物，其中，该组合物含有金属磷酸盐作为离子传导性的无机固体材料，且进一步含有磷酸。 本专利技术还提供使用上述任意一种离子传导性组合物而成的下述的～。 离子传导膜，该离子传导膜是由上述～中任一项所述的离子传导性组合物而得到的。 电极催化剂组合物，该电极催化剂组合物含有上述～中任一项所述的离子传导性组合物和催化剂物质。 膜电极组件，该膜电极组件含有上述所述的离子传导膜和/或由上述所述的电极催化剂组合物而得到的催化剂层。 燃料电池，该燃料电池含有上述所述的膜电极组件。 专利技术效果 使用本专利技术的离子传导性组合物而形成的复合离子传导材料可在广泛的温度范围内表现离子传导性。即，可以制成即使在中高温区域下、使用以往的离子传导性高分子而形成的离子传导材料几乎无法表现离子传导性的区域，也可以发挥离子传导性的优异效果的复合离子传导材料。另外，以其作为电解质的燃料电池可以降低催化剂层中所含的铂等贵金属催化剂的使用量，在工业上极为有用。 附图说明 图1是表示实施例1、比较例1的温度下的质子传导率(膜厚方向)的图表。 具体实施例方式 以下，对于本专利技术的优选实施方案进行详述。 本专利技术的离子传导性组合物含有至少一种离子传导性高分子和至少一种离子传导性的无机固体材料。其中，“无机固体材料”的定义是常温(25℃左右)下为固体状态的无机物质。优选的无机固体材料是离子传导性的陶瓷。该离子传导性陶瓷中可使用在中高温下的离子传导率、优选质子传导率高且稳定的材料。上述陶瓷可适当选择在该领域中公知的质子传导性的陶瓷使用。优选例如有金属磷酸盐、三氧化二钇稳定化氧化锆、铈土类陶瓷等。从常温下质子传导性更高的角度考虑，本专利技术人等发现金属磷酸盐特别适合。 <金属磷酸盐> 本专利技术人等发现在上述离子传导性的无机固体材料中，优选金属磷酸盐。其中，金属磷酸盐是指含有金属元素，以及亚磷酸离子、磷酸离子和多聚磷酸离子的任意一种，具有离子传导性，优选具有质子传导性。 进一步对优选的金属磷酸盐进行详细说明。金属磷酸盐优选为对于具有选自长周期式元素周期表第IVA族和第IVB族元素的一种以上金属元素M作为金属元素的磷酸盐，将该M的一部分用掺杂元素J(其中，J为选自长周期式元素周期表第IIIA族和第IIIB族元素的一种以上的元素)置换而形成的金属磷酸盐。 作为衍生适用于本专利技术的金属磷酸盐的上述磷酸盐可以是正磷酸盐、焦本文档来自技高网...

【技术保护点】
离子传导性组合物，其特征在于：该组合物含有离子传导性高分子和离子传导性的无机固体材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：町田洋一郎，岩崎克彦，田中利彦，日比野高士，吉村研，
申请(专利权)人：住友化学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]