[发明专利]包含氧碳分子的电解质及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及包含氧碳(oxocarbon)分子的电解质及其用途。

背景技术

已知以方形酸为代表的氧碳分子由于氧碳基中的氢离解的状态共振而成为稳定的结构，因此酸度高(Oxocarbons，45页(Edited by RobertWest)、Academic Press(1980)、(ISBN：0-12-744580-3)(Journalof the American Chemical Society，95，8703(1973))。

另一方面，已知含有磺酸基的聚合物作为聚合物电解质型燃料电池等的聚合物电解质有用。例如，提出了以Nafion(杜邦公司的注册商标)为代表的氟类聚合物、在聚醚酮类中引入了磺酸基的聚合物(美国专利5438082号)、在聚醚砜类中引入了磺酸基的聚合物(J.Membrane Science，83，211(1993))、在聚酰亚胺类中引入了磺酸基的聚合物(日本特开2003-277501号公报)、在聚亚苯类中引入了磺酸基的聚合物(美国专利5403675号)等作为聚合物电解质型燃料电池等的聚合物电解质。

发明内容  但是，氢离子非离解状态的生成热与离解状态的生成热之差与质子传导性的关系还不知道。

本发明人等对制造包含满足着眼于生成热差的某特定式的氧碳分子的电解质，进行了各种研究，结果发现，包含这样的氧碳分子的电解质作为使用氢气等气体燃料或甲醇、二甲醚等液体燃料的固体聚合物型燃料电池的质子传导膜用材料、即聚合物电解质用的材料有用，同时，发现比以往的电解质显示出更高的质子传导性，从而完成了本发明。

即，本发明涉及：

[1]一种电解质，其包含氧碳分子，该氧碳分子当设基于分子轨道法在分子结构稳定的状态下计算的氢离子非离解状态的生成热为E₁(kcal/mol)、分子中离解能最低的氢离子离解状态的生成热为E₂(kcal/mol)时，以ΔE＝E₂-E₁(kcal/mol)定义的生成热差ΔE为ΔE＜-70(kcal/mol)的范围。

另外，本发明涉及：

[2]如上述[1]所述的电解质，其中氢离子非离解状态的氧碳分子以游离酸形式表示时以下式(1)表示，

式中，X¹、X²分别独立地表示-O-、-S-或-NR-；Z表示-CO-、-C(S)-、-C(NR’)-、可以具有取代基的亚烷基或可以具有取代基的亚芳基；R、R’分别独立地表示氢原子、可以具有取代基的碳原子数1至6的烷基或可以具有取代基的碳原子数6至10的芳基；n表示重复的个数，表示0至10的整数；n个Z相互可以相同也可以不同；A表示一价基团。

[3]如上述[1]至[2]中任一项所述的电解质，其中分子中离解能最低的氢离子离解的状态由下式(2)表示，

式中，X¹、X²、Z、n、A表示与前述相同的含义。

[4]如上述[1]至[3]中任一项所述的电解质，其中，包含生成热差ΔE为ΔE＜-75(kcal/mol)的范围的氧碳分子。

[5]如上述[1]至[4]中任一项所述的电解质，其中，Z为-CO-、-C(S)-或-C(NH)-。

[6]如上述[1]至[5]中任一项所述的电解质，其中，X¹和X²为-O-，Z为-CO-，n为0至2的整数。

[7]一种聚合物电解质，其含有上述[1]至[6]中任一项所述的电解质作为有效成分。

[8]一种聚合物电解质膜，其含有上述[7]所述的聚合物电解质。

[9]一种电池，其含有上述[7]所述的聚合物电解质或上述[8]所述的聚合物电解质膜的至少一个。

[10]一种燃料电池，其含有上述[7]所述的聚合物电解质或上述[8]所述的聚合物电解质膜的至少一个。

具体实施方式

以下，详细说明本发明。

本发明的电解质的特征在于包含氧碳分子，其中该氧碳分子当设基于分子轨道法在分子结构稳定的状态下计算的氢离子非离解状态的生成热为E₁(kcal/mol)、分子中离解能最低的氢离子离解状态的生成热为E₂(kcal/mol)时，以ΔE＝E₂-E₁(kcal/mol)定义的生成热差ΔE为ΔE＜-70(kcal/mol)的范围。