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公開番号2024066299
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-15
出願番号2022175793
出願日2022-11-01
発明の名称ナノシート積層体膜、燃料電池用固体電解質膜、水電解装置用固体電解質膜、燃料電池、水電解装置及び車両
出願人国立大学法人熊本大学
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 8/1016 20160101AFI20240508BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高出力の燃料電池を製造可能とする燃料電池用固体電解質膜を提供することである。
【解決手段】本発明の燃料電池用固体電解質膜は、ナノシート積層体膜10は、Si-Mg-Al-O系のモンモリロナイトからなり、Naの含有率が2at%以下であるナノシート1が複数積層された自立膜である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
Ｓｉ－Ｍｇ－Ａｌ－Ｏ系のモンモリロナイトからなり、Ｎａの含有率が２ａｔ％以下であるナノシートが複数積層された自立膜である、ナノシート積層体膜。
続きを表示（約 510 文字）【請求項２】
Ｃａの含有率が１ａｔ％以下である、請求項１に記載のナノシート積層体膜。
【請求項３】
Ｆｅの含有率が０ａｔ％以上５ａｔ％以下である、請求項１に記載のナノシート積層体膜。
【請求項４】
さらに、有機高分子からなる群から選択された１種以上を補強材として含む、請求項１に記載のナノシート積層体膜。
【請求項５】
前記補強材の含有量は、０重量％以上１０重量％以下である、請求項４に記載のナノシート積層体膜。
【請求項６】
請求項１～５のいずれか一項に記載のナノシート積層体膜からなる、燃料電池用固体電解質膜。
【請求項７】
請求項１～５のいずれか一項に記載のナノシート積層体膜からなる、水電解装置用固体電解質膜。
【請求項８】
請求項６に記載の燃料電池用固体電解質膜を備える、燃料電池。
【請求項９】
請求項７に記載の水電解装置用固体電解質膜を備える、水電解装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の燃料電池を駆動用電源として備える、車両。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノシート積層体膜、燃料電池用固体電解質膜、水電解装置用固体電解質膜、燃料電池、水電解装置及び車両に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料電極に供給された水素ガスが触媒電極で水素イオンと電子に分かれ、水素イオン（プロトン）が電解質中を移動し、電子が外部回路を通って空気極に移動して酸素と反応して水が生成され、このときに外部回路に移動する電子がエネルギーとして取り出されるものである。燃料電池の出力および安定性向上のために様々な電解質膜が検討されている。
【０００３】
例えば、高プロトン伝導性及び安定性を得るためにスルホン酸基を持つフッ素系ポリマーを固体電解質膜として用いる高分子電解質膜が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１５－８１３２０号公報
特開２０１８－１０６９５７号公報
【非特許文献】
【０００５】
J. Electrochem. Soc., 160 F1175 (2013)
Chem. Mater., 33,15, 6068 (2021)
K. Awaya, et al., Chem. Commun., 57,15, 6304 (2021)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
かかる高分子電解質膜には、１）水素透過による発電効率の低下、２）高分子の特徴から高温での使用制限、３）フッ素を使用していることによる環境へ影響、４）価格の問題、など解決しなければならない問題がある。
【０００７】
一方、無機材料からなるナノシート（以下、「無機ナノシート」という。）は原子層数層程度の厚みしか持たない２次元材料で、完全ガス遮蔽性、高機械的強度、高耐久性などの特徴を有する。また、無機ナノシートを積層させた無機ナノシート積層体は、層間に様々な物質を保持することができ、無機ナノシート層（ホスト層）と層間物質（ゲスト層）が連続的に相互作用することで、特異的な特徴が発現する。その特徴の中には、１）高ガス遮蔽性、２）高速プロトン伝導性、３）高機械的強度、４）高温耐久性、があり、これは上記のフッ素系ポリマー電解質の問題を解決できる可能性を秘めている。
【０００８】
非特許文献１に酸化グラフェン積層膜を固体電解質膜として適用した燃料電池について報告されている。この燃料電池では最大出力は１３ｍＷ／ｃｍ
２
であった。その後、２０２１年には、酸化グラフェン積層膜を固体電解質膜として適用した燃料電池の最大出力が６０ｍＷ／ｃｍ
２
を得たという報告がなされた。
【０００９】
一方、同じく２０２１年に、非特許文献２に酸窒化物ナノシートの積層膜を固体電解質膜として適用した燃料電池について報告されている。この燃料電池では最大出力は９ｍＷ／ｃｍ
２
であった。また、同じく２０２１年に、非特許文献３にシリケートナノシートの積層膜を固体電解質膜として適用した燃料電池について報告されている。この燃料電池では最大出力は６０μＷ／ｃｍ
２
であった。
【００１０】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、高出力の燃料電池を製造可能とするナノシート積層体膜、燃料電池用固体電解質膜、水電解装置用固体電解質膜、燃料電池、水電解装置及び車両を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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