(57)【要約】【課題】安価でありながらプロトン伝導性に優れた燃料電池用電解質及びその製造方法を提供すること。【解決手段】ノニオン界面活性剤、イオン性界面活性剤、及び水を含有するゲル電解質、並びにイオン性界面活性剤、ノニオン界面活性剤、及び水を５０℃以上１５０℃以下で混合して、混合溶液を得る工程（１）、及び工程（１）で得た混合溶液を５０℃未満に冷却し、ゲル電解質を得る工程（２）を有するゲル電解質の製造方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノニオン界面活性剤、イオン性界面活性剤、及び水を含有するゲル電解質。
【請求項２】
前記ゲル電解質が、ヘキサゴナル構造、ラメラ構造からなる群から選ばれる少なくとも１種以上の構造を有する、請求項１に記載のゲル電解質。
【請求項３】
前記ゲル電解質中の水の含有量が、２０重量％以上６０重量％以下である、請求項１又は２に記載のゲル電解質。
【請求項４】
前記ゲル電解質中のノニオン界面活性剤の含有量が、１０重量％以上７０重量％以下である、請求項１〜３いずれか１項に記載のゲル電解質。
【請求項５】
前記ゲル電解質中のイオン性界面活性剤の含有量が、５重量％以上７０重量％以下である、請求項１〜４いずれか１項に記載のゲル電解質。
【請求項６】
前記ノニオン界面活性剤が、下記式（１）で表される化合物である、請求項１〜５いずれか１項に記載のゲル電解質。
ＲＯ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＨ    式（１）
（Ｒは炭素数６以上２２以下の炭化水素基であり、ｎはエチレンオキサイドの平均付加モル数を示し、３以上４０以下である。）
【請求項７】
前記イオン性界面活性剤が、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤からなる群から選ばれる少なくとも１種以上である請求項１〜６いずれか１項に記載のゲル電解質。
【請求項８】
前記イオン性界面活性剤が、アニオン界面活性剤である、請求項１〜７いずれか１項に記載のゲル電解質。
【請求項９】
前記イオン性界面活性剤が、リン酸エステルアニオン基を有するアニオン界面活性剤である、請求項１〜８いずれか１項に記載のゲル電解質。
【請求項１０】
前記アニオン界面活性剤の中和度が、４５モル％以上である、請求項７〜９いずれか１項に記載のゲル電解質。
【請求項１１】
前記ノニオン界面活性剤と前記イオン性界面活性剤の重量比（ノニオン界面活性剤／イオン性界面活性剤）が３０／７０〜９０／１０である、請求項１〜１０いずれか１項に記載のゲル電解質。
【請求項１２】
下記工程を有する、前記請求項１〜１１いずれか１項に記載のゲル電解質の製造方法。
工程（１）：イオン性界面活性剤、ノニオン界面活性剤、及び水を５０℃以上１５０℃以下で混合して、混合溶液を得る工程
工程（２）：工程（１）で得た混合溶液を５０℃未満に冷却し、ゲル電解質を得る工程
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に使用することが出来る電解質、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、酸化反応が起こる電極であるアノード、還元反応が起こる電極であるカソード、これら二つの電極間でイオンのみが流れる電解質、これら二つの電極間で電子のみが流れる導電体の４つの構成要素から成り、化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換し、その電気エネルギーを外部へと取り出すことが可能な装置である。
【０００３】
燃料電池はその電解質の種類によって分類されるが、中でも電解質にイオン伝導性高分子を用いた固体高分子型燃料電池（以下、ＰＥＦＣと称することがある）は、イオンが低温でも電解質中を移動することが出来るため、室温での作動も可能であり、起動するまでの時間も短く、さらに燃料電池全体を小型化出来るという特徴を有する。このためＰＥＦＣは携帯用電源、９０℃付近の高温では、家庭用コージェネレーション、電気自動車用電源等の用途に使用されている。
【０００４】
ＰＥＦＣのアノードでは、燃料である水素ガスが供給され、白金触媒等の作用により水素ガスはプロトンと電子に酸化される。生成したプロトンは、ＰＥＦＣの電解質である含水状態のプロトン伝導性高分子の中をカソードへと流れる。
【０００５】
また、電子は導電体へと流れ、さらに電気として外部回路に供給され、電気エネルギーとして利用された後、導電体を経てカソードに到達する。ＰＥＦＣのカソードでは、燃料である空気（酸素ガス含有）が供給され、白金触媒等の作用により酸素ガスは、電子と電解質を伝導してきたプロトンと共に反応して水へと還元される。
【０００６】
すなわち、燃料電池の電解質は、燃料電池の性能を左右する重要な材料であって、ＰＥＦＣから電気エネルギーを高い効率で外部へと取り出すためには、アノードで生じたプロトンが高い効率でカソードへと流れなければならない。従って、ＰＥＦＣの電解質のプロトン伝導性が高くなる程ＰＥＦＣの性能が向上する。
【０００７】
ＰＥＦＣに従来から使用されている電解質は、主にパーフルオロカーボンスルホン酸系のポリマーからなる樹脂（例えば、ナフィオン（登録商標  デュポン社製））が含水状態で用いられてきた。ところがこれらの電解質は、原料のパーフルオロカーボンスルホン酸モノマーの構造が複雑であり、その製造工程が多いため高価であり、またイオン導電性が不十分であるという問題があった。
【０００８】
上記問題を解決するために、新たなフッ素系、炭化水素系等、さまざまな種類の電解質の開発が進められている。
【０００９】
例えば、特許文献１には、特定の酸性基を有するポリマー溶液と特定の塩基性基を有するポリマー溶液とを混合して得られる固体高分子電解質が、高いイオン伝導性を保持しつつ、メタノール阻止性に優れることが開示されている。また、特許文献２では、プロトン酸基が、高分子主鎖構造から１原子以上のスペーサー構造により隔てられていることを特徴とするイオン伝導性高分子膜が、高いイオン伝導性を有し、かつ耐熱性に優れることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−３２７７０３号公報
【特許文献２】特開２００２−２８９２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１は、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマーを原料として用いており高価である。また、導電性についても十分ではない。特許文献２についても、ポリマーの合成工程が複雑であり高価である。導電性もナフィオンと同程度であるにすぎない。
【００１２】
本発明の目的は、原料が安価で製造が容易でありながらプロトン伝導性に優れた燃料電池用電解質及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願発明は、ノニオン界面活性剤、イオン性界面活性剤、及び水を含有するゲル電解質である。
【００１４】
さらに、本願発明は、下記工程を有するゲル電解質の製造方法である。
工程（１）：ノニオン界面活性剤、イオン性界面活性剤、及び水を５０℃以上１５０℃以下で混合して、混合溶液を得る工程
工程（２）：工程（１）で得た混合溶液を５０℃未満に冷却し、ゲル電解質を得る工程
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、プロトン伝導性に優れた燃料電池用電解質を提供することができる。当該理由は以下のように考えられる。すなわち、ノニオン界面活性剤は水とゲルを形成するが、このゲルの中で界面活性剤はラメラ構造、ヘキサゴナル構造等の規則的な構造上に配列している。このゲルに電荷を有する界面活性剤（イオン性界面活性剤）を導入すると、当該イオン性界面活性剤がノニオン界面活性剤の構造中に規則的に配列される。その結果、プロトンは規則的な界面活性剤親水基表面を水を介して移動（ホッピング）することが可能となり、良好なプロトン伝導パスが形成されると考えられる。
【００１６】
また、本願発明では、界面活性剤を混合、撹拌することにより電解質を製造しているため、従来の固体高分子型電解質よりも比較的安価に製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本実施形態におけるゲル電解質は、ノニオン界面活性剤、イオン性界面活性剤、及び水を含有する。なお、ゲルとは、固体と液体の中間の物質形態であり、その化学組成や結晶構造、分子内架橋構造等の種々の要因によって、粘性のある液体からかなり固い固体の状態までをとりうるものである。
【００１８】
［ノニオン界面活性剤］
上記ノニオン界面活性剤は、水とゲルを形成し、当該ゲルにおいてヘキサゴナル構造、ラメラ構造等の規則的な構造を形成する。
【００１９】
上記ノニオン界面活性剤としては、ポリエチレングリコール型ノニオン界面活性剤、多価アルコール型ノニオン界面活性剤、脂肪酸アルカノールアミド等が挙げられる。
【００２０】
上記ポリエチレングリコール型ノニオン界面活性剤の具体例としては、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビット脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレン（硬化）ヒマシ油、ポリオキシエチレンヤシ油脂肪酸モノエタノールアミド等が挙げられる。
【００２１】
上記多価アルコール型ノニオン界面活性剤の具体例としては、ショ糖脂肪酸エステル、グリセリンアルキルエーテル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリグリセリンアルキルエーテル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、アルキルグリコシド等が挙げられる。
【００２２】
上記脂肪酸アルカノールアミドの具体例としては、オレイン酸ジエタノールアミド、パーム核油脂肪酸ジエタノールアミド、ヤシ油脂肪酸ジエタノールアミド、ラウリン酸ジエタノールアミド等の脂肪酸ジエタノールアミド、ヤシ油脂肪酸モノエタノールアミド、ラウリン酸モノエタノールアミド等の脂肪酸モノエタノールアミド、ヤシ油脂肪酸モノイソプロパノールアミド、ラウリン酸モノイソプロパノールアミド等の脂肪酸モノイソプロパノールアミド、パーム核油脂肪酸メチルエタノールアミド、ヤシ油脂肪酸メチルエタノールアミド等の脂肪酸メチルエタノールアミド等が挙げられる。
【００２３】
上記ノニオン界面活性剤の疎水基である炭化水素基の炭素数、すなわち、脂肪酸やアルキル基の炭素数は、規則的な構造を有するゲルを形成する観点及びプロトン伝導性を向上させる観点から、好ましくは６以上、より好ましくは８以上、さらに好ましくは１０以上である。また、上記ノニオン界面活性剤の疎水基である炭化水素基の炭素数は、規則的な構造を有するゲルを形成する観点及びプロトン伝導性を向上させる観点から、好ましくは２２以下、より好ましくは２０以下、さらに好ましくは１８以下、よりさらに好ましくは１４以下である。これらの観点を総合すると、上記ノニオン界面活性剤の疎水基である炭化水素基の炭素数は、６以上２２以下が好ましく、８以上２０以下がより好ましく、１０以上１８以下がさらに好ましく、１０以上１４以下がよりさらに好ましい。
【００２４】
上記ノニオン界面活性剤の中でも、規則的な構造を有するゲルを形成する観点及びプロトン伝導性を向上させる観点からポリエチレングリコール型ノニオン界面活性剤が好ましい。また、当該ポリエチレングリコール型ノニオン界面活性剤の中でも、同様の理由でポリオキシエチレンアルキルエーテルが好ましい。
【００２５】
上記ポリオキシエチレンアルキルエーテルは、規則的な構造を有するゲルを形成する観点及びプロトン伝導性を向上させる観点から下記一般式（１）で表される構造を有することが好ましい。
ＲＯ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＨ  （１）
（式中、Ｒは炭化水素基であり、ｎはエチレンオキサイドの平均付加モル数を示す。）
【００２６】
上記一般式（１）の炭化水素基Ｒの炭素数は、規則的な構造を有するゲルを形成する観点及びプロトン伝導性を向上させる観点から、好ましくは６以上、より好ましくは８以上、さらに好ましくは１０以上である。また、上記ノニオン界面活性剤の炭化水素基Ｒの炭素数は、規則的な構造を有するゲルを形成する観点及びプロトン伝導性を向上させる観点から、好ましくは２２以下、より好ましくは２０以下、さらに好ましくは１８以下、よりさらに好ましくは１４以下である。これらの観点を総合すると、上記炭化水素基Ｒの炭素数は、６以上２２以下が好ましく、８以上２０以下がより好ましく、１０以上１８以下がさらに好ましく、１０以上１４以下がよりさらに好ましい。
【００２７】
上記一般式（１）の炭化水素基Ｒは、規則的な構造を有するゲルを形成する観点及びプロトン伝導性を向上させる観点から直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基が好ましく、直鎖のアルキル基又はアルケニル基がより好ましく、直鎖のアルキル基がさらに好ましい。
【００２８】
上記一般式（１）のエチレンオキサイドの平均付加モル数ｎは、規則的な構造を有するゲルを形成する観点及びプロトン伝導性を向上させる観点から、好ましくは３以上、より好ましくは４以上、さらに好ましくは５以上、よりさらに好ましくは６以上、よりさらに好ましくは７以上である。また、上記一般式（１）のエチレンオキサイドの平均付加モル数ｎは、規則的な構造を有するゲルを形成する観点及びプロトン伝導性を向上させる観点から、好ましくは４０以下、より好ましくは２５以下、さらに好ましくは１５以下、よりさらに好ましくは１３以下、よりさらに好ましくは１１以下である。これらの観点を総合すると、上記エチレンオキサイドの平均付加モル数ｎは、３以上４０以下が好ましく、４以上２５以下がより好ましく、５以上１５以下がさらに好ましく、６以上１３以下がよりさらに好ましく、７以上１１以下がよりさらに好ましい。
【００２９】
上記ノニオン界面活性剤は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３０】
［イオン性界面活性剤］
上記イオン性界面活性剤は、ノニオン界面活性剤が水と形成した規則的な構造を有するゲルにプロトン伝導性を発現させる。上記イオン性界面活性剤は、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤からなる群から選ばれる少なくとも１種以上である。上記イオン性界面活性剤は、疎水基である炭化水素基とイオン性の親水基とを有する。
【００３１】
［アニオン界面活性剤］
上記アニオン界面活性剤としては、カルボン酸塩型アニオン界面活性剤、硫酸エステル塩型アニオン界面活性剤、スルホン酸塩型アニオン界面活性剤、リン酸エステル塩型アニオン界面活性剤、アミノ酸塩型アニオン界面活性剤等が挙げられる。
【００３２】
上記カルボン酸塩型アニオン界面活性剤の具体例としては、高級脂肪酸塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル酢酸塩等が挙げられる。
【００３３】
上記硫酸エステル塩型アニオン界面活性剤の具体例としては、アルキル硫酸塩、アルケニル硫酸塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸塩、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル硫酸塩等が挙げられる。
【００３４】
上記スルホン酸塩型アニオン界面活性剤の具体例としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、スルホコハク酸アルキルエステル塩、ポリオキシアルキレンスルホコハク酸アルキルエステル塩、アルカンスルホン酸塩、アシルイセチオネート、アシルメチルタウレート等が挙げられる。
【００３５】
上記リン酸エステル塩型アニオン界面活性剤の具体例としては、アルキルリン酸塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸塩等が挙げられる。
【００３６】
上記アミノ酸塩型アニオン界面活性剤の具体例としては、アシルグルタミン酸塩、アラニン誘導体、グリシン誘導体、アルギニン誘導体等が挙げられる。
【００３７】
上記アニオン界面活性剤の中でも、プロトン伝導性を向上させる観点から、カルボン酸塩型アニオン界面活性剤、スルホン酸塩型アニオン界面活性剤、リン酸エステル塩型アニオン界面活性剤が好ましく、スルホン酸塩型アニオン界面活性剤、リン酸エステル塩型アニオン界面活性剤がより好ましく、リン酸エステル塩型アニオン界面活性剤がさらに好ましい。
【００３８】
上記リン酸エステル塩型アニオン界面活性剤の中でも、プロトン伝導性を向上させる観点から、脂肪族リン酸エステルであることが好ましく、モノアルキルリン酸エステル、ジアルキルリン酸エステルであることがより好ましく、モノアルキルリン酸エステルであることがさらに好ましい。
【００３９】
上記アニオン界面活性剤の疎水基である炭化水素基の炭素数は、プロトン伝導性を向上させる観点から、好ましくは６以上、より好ましくは８以上、さらに好ましくは１０以上である。また、上記アニオン界面活性剤の疎水基である炭化水素基の炭素数は、プロトン伝導性を向上させる観点から、好ましくは２２以下、より好ましくは２０以下、さらに好ましくは１８以下、よりさらに好ましくは１４以下である。これらの観点を総合すると、上記アニオン界面活性剤の疎水基である炭化水素基の炭素数は、６以上２２以下が好ましく、８以上２０以下がより好ましく、１０以上１８以下がさらに好ましく、１０以上１４以下がよりさらに好ましい。
【００４０】
上記アニオン界面活性剤の疎水基である炭化水素基は、規則的な構造を有するゲルを形成する観点から、直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基であり、好ましくは直鎖のアルキル基又はアルケニル基であり、より好ましくは直鎖のアルキル基である。
【００４１】
上記アニオン界面活性剤の中和剤としては、アルカリ金属の水酸化物、アンモニア、有機アミン等が挙げられるが、ゲル電解質の保存安定性及び熱安定性を向上させる観点からアルカリ金属の水酸化物が好ましい。
【００４２】
上記アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等が挙げられるが、コストの観点から水酸化ナトリウムがより好ましい。
【００４３】
上記アニオン界面活性剤の中和度は４５モル％以上であり、８０モル％以上が好ましく、１００モル％がより好ましい。ここで、中和度とは、中和剤のモル数をアニオン界面活性剤のアニオン性基のモル数で除したものである。
【００４４】
上記アニオン界面活性剤は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００４５】
［カチオン界面活性剤］
上記カチオン界面活性剤としては、４級アンモニウム塩型界面活性剤、アミン塩型界面活性剤等が挙げられる。
【００４６】
上記４級アンモニウム塩型界面活性剤の具体例としては、モノアルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルベンジルジメチルアンモニウム塩等が挙げられる。
【００４７】
上記アミン塩型界面活性剤の具体例としては、モノアルキルアミン塩、ジアルキルアミン塩、トリアルキルアミン塩等が挙げられる。
【００４８】
上記カチオン界面活性剤の中でも、プロトン伝導性を向上させる観点から４級アンモニウム塩型界面活性剤が好ましい。
【００４９】
上記４級アンモニウム塩型界面活性剤の中でも、アルキルベンジルジメチルアンモニウム塩が好ましく、炭素数８以上１８以下のアルキルベンジルジメチルアンモニウム塩がより好ましい。
【００５０】
上記カチオン界面活性剤の疎水基である炭化水素基の炭素数は、プロトン伝導性を向上させる観点から、好ましくは６以上、より好ましくは８以上である。また、上記カチオン界面活性剤の疎水基である炭化水素基の炭素数は、プロトン伝導性を向上させる観点から、好ましくは２２以下、より好ましくは２０以下、さらに好ましくは１８以下である。これらの観点を総合すると、上記カチオン界面活性剤の疎水基である炭化水素基の炭素数は、６以上２２以下が好ましく、８以上２０以下がより好ましく、８以上１８以下がさらに好ましい。なお、ジアルキルジメチルアンモニウム塩のように、２つ以上のアルキルを持つ場合、１つのアルキルが、上記の範囲であることが好ましい。
【００５１】
上記カチオン界面活性剤の疎水基である炭化水素基は、規則的な構造を有するゲルを形成する観点から、直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基が好ましく、直鎖のアルキル基又はアルケニル基がより好ましく、直鎖のアルキル基がさらに好ましい。
【００５２】
上記アミン塩型界面活性剤の中和度は、プロトン伝導性を向上させる観点から、４５モル％以上が好ましく、８０モル％以上がより好ましく、１００モル％がさらに好ましい。ここで、中和度とは、中和剤のモル数をアミン塩型界面活性剤のアミン基のモル数で除したものである。
【００５３】
上記カチオン界面活性剤の対イオンとしてはアルキル硫酸イオン、ハロゲン化物イオン等が挙げられるが、これらの中でも製造の容易さの観点からハロゲン化物イオンが好ましい。
【００５４】
上記ハロゲン化物イオンとしては、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン及びヨウ化物イオン等が挙げられるが、製造の容易さの観点から塩化物イオンがより好ましい。
【００５５】
上記カチオン界面活性剤は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００５６】
［両性界面活性剤］
上記両性界面活性剤としては、アルキルジメチルアミンオキシド、アルキルカルボキシベタイン、アルキルスルホベタイン、アミドアミノ酸塩が挙げられ、これらの中でもアルキルカルボキシベタインが好ましく、アルキルカルボキシベタインの中でもラウリルジメチルアミノ酢酸ベタインが好ましい。
【００５７】
上記両性界面活性剤の疎水基である炭化水素基の炭素数は、プロトン伝導性を向上させる観点から、好ましくは６以上、より好ましくは８以上、さらに好ましくは１０以上である。また、上記両性界面活性剤の疎水基である炭化水素基の炭素数は、プロトン伝導性を向上させる観点から、好ましくは２２以下、より好ましくは２０以下、さらに好ましくは１８以下、よりさらに好ましくは１４以下である。これらの観点を総合すると、上記両性界面活性剤の疎水基である炭化水素基の炭素数は、６以上２２以下が好ましく、８以上２０以下がより好ましく、１０以上１８以下がさらに好ましく、１０以上１４以下がよりさらに好ましい。
【００５８】
上記両性界面活性剤の疎水基である炭化水素基は、規則的な構造を有するゲルを形成する観点から、直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基が好ましく、直鎖のアルキル基又はアルケニル基がより好ましく、直鎖のアルキル基がさらに好ましい。
【００５９】
上記両性界面活性剤は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００６０】
［ゲル電解質の組成］
上記ノニオン界面活性剤が水と形成するゲルにおいて、上記ノニオン界面活性剤が規則的な構造を形成する条件は、ノニオン界面活性剤の種類、分子量、及び濃度、並びにイオン性界面活性剤の種類、分子量、濃度、及び中和度等によって適宜設定することができるが、本実施形態における一例を以下に示す。
【００６１】
［水の含有量］
上記ゲル電解質の水の含有量は、規則的な構造を有するゲルを形成する観点及びプロトン伝導性を向上させる観点から、２０重量％以上が好ましく、２５重量％以上がより好ましく、３０重量％以上であることがさらに好ましく、３５重量％以上であることがよりさらに好ましく、４０重量％以上であることがよりさらに好ましい。上記ゲル電解質の水の含有量は、規則的な構造を有するゲルを形成する観点及びプロトン伝導性を向上させる観点から、６０重量％以下が好ましく、５８重量％以下であることがより好ましく、５５重量％以下であることがさらに好ましく、５０重量％以下であることがよりさらに好ましい。これらの観点を総合すると、２０重量％以上６０重量％以下が好ましく、２５重量％以上６０重量％以下がより好ましく、３０重量％以上５８重量％以下がさらに好ましく、３５重量％以上５５重量％以下がよりさらに好ましく、４０重量％以上５０重量％以下がよりさらに好ましい。
【００６２】
［ノニオン界面活性剤の含有量］
上記ゲル電解質のノニオン界面活性剤の含有量は、規則的な構造を有するゲルを形成する観点及びプロトン伝導性を向上させる観点から、１０重量％以上が好ましく、２０重量％以上であることがより好ましく、３５重量％以上であることがさらに好ましく、４０重量％以上であることがよりさらに好ましい。また、上記ゲル電解質のノニオン界面活性剤の含有量は、規則的な構造を有するゲルを形成する観点及びプロトン伝導性を向上させる観点から、７０重量％以下が好ましく、５５重量％以下であることがより好ましく、４８重量％以下であることがさらに好ましく、４７重量％以下であることがよりさらに好ましく、４６％重量％以下であることがよりさらに好ましい。これらの観点を総合すると、１０重量％以上７０重量％以下が好ましく、２０重量％以上５５重量％以下がより好ましく、２０重量％以上４８重量％以下がさらに好ましく、２５重量％以上４８重量％以下がよりさらに好ましく、３５重量％以上４７重量％以下がよりさらに好ましく、４０重量％以上４６重量％以下がよりさらに好ましい。
【００６３】
［イオン性界面活性剤の含有量］
上記ゲル電解質のイオン性界面活性剤の含有量は、プロトン伝導性を向上させる観点から、５重量％以上が好ましく、６重量％以上であることがより好ましく、７重量％以上であることがさらに好ましく、９重量％以上であることがよりさらに好ましい。また、上記ゲル電解質のイオン性界面活性剤の含有量は、プロトン伝導性を向上させる観点から、７０重量％以下が好ましく、３５重量％以下であることがより好ましく、３０重量％以下であることがさらに好ましく、２６重量％以下であることがよりさらに好ましく、１５重量％以下であることがよりさらに好ましい。これらの観点を総合すると、５重量％以上７０重量％以下が好ましく、５重量％以上３５重量％以下がより好ましく、６重量％以上３５重量％以下がさらに好ましく、６重量％以上３０重量％以下がよりさらに好ましく、７重量％以上２６重量％以下がよりさらに好ましく、９重量％以上１５重量％以下がよりさらに好ましい。
【００６４】
［ノニオン界面活性剤とイオン性界面活性剤の重量比］
上記ゲル電解質に含まれるノニオン界面活性剤とイオン性界面活性剤の重量比（ノニオン界面活性剤／イオン性界面活性剤）は、プロトン伝導性を向上させる観点から、３０／７０〜９０／１０が好ましく、３５／６５〜８５／１５がより好ましく、４５／５５〜８５／１５がさらに好ましく、６０／４０〜８５／１５がよりさらに好ましく、７０／３０〜８５／１５がよりさらに好ましい。
【００６５】
［ゲル電解質のプロトン伝導度］
上記ゲル電解質のプロトン伝導度は、１．３５×１０−３Ｓ／ｃｍ以上が好ましく、２．０×１０−３Ｓ／ｃｍ以上がより好ましく、３．０×１０−３Ｓ／ｃｍ以上がさらに好ましく、４．０×１０−３Ｓ／ｃｍ以上がよりさらに好ましい。
【００６６】
［ゲル電解質の製造方法］
本実施形態におけるゲル電解質の製造方法は、下記工程（１）及び（２）を有する。
工程（１）：ノニオン界面活性剤、イオン性界面活性剤、及び水を５０〜１５０℃で混合して混合溶液を得る工程
工程（２）：工程（１）で得た混合溶液を５０℃未満に冷却し、ゲル電解質を得る工程
【００６７】
［工程（１）］
上記工程（１）において、ノニオン界面活性剤、イオン性界面活性剤、及び水を混合し撹拌する順序に特に限定はないが、当該混合及び撹拌は均一な溶液状態になるまで行うことが好ましく、溶液が透明になるまで行うことがより好ましい。
【００６８】
上記工程（１）の混合温度は、速やかに均一な混合溶液を得る観点及び界面活性剤の熱分解を抑制する観点から、５０〜１５０℃であり、６０〜１２０℃が好ましく、６５〜９０℃がより好ましい。
【００６９】
［工程（２）］
上記工程（２）において、ゲルを形成させる観点から、上記工程（１）で得た混合溶液を５０℃未満、好ましくは４０℃以下、より好ましくは３０℃以下で冷却する。なお、得られるゲルの保存安定性を向上させる観点から、上記工程（１）で得た混合溶液を０℃以上で冷却することが好ましい。
【実施例】
【００７０】
実施例、比較例に用いたノニオン界面活性剤を表１に示す。
【００７１】
【表１】
2013225402.tif 000002
【００７２】
実施例、比較例に用いたアニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤を表２に示す。
【００７３】
【表２】
2013225402.tif 000003
【００７４】
［実施例１］
７０℃に保温した４２．０重量部のイオン交換水に、水酸化ナトリウム（和光純薬社製）３．５重量部を添加し、撹拌しながら溶解させ、予め７０℃に加熱したノニオン界面活性剤Ａを４４．１重量部添加し撹拌した。ノニオン界面活性剤Ａが溶解したことを確認した後、アニオン界面活性剤ａを１０．４重量部添加し溶解させた。均一に溶解したことを確認した後、２５℃まで冷却しゲル化させ、実施例１のゲル電解質を得た。
【００７５】
［実施例２〜６、１２〜１９］
表３に示す所定量のノニオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、水酸化ナトリウム、及び水を用いて、実施例１と同様に行い、ゲル電解質を得た。
【００７６】
［実施例７］
予め７０℃で溶解させたノニオン界面活性剤Ｇ４４．１重量部に７０℃のイオン交換水４２．０重量部を添加し撹拌し、アニオン界面活性剤ａを１０．４重量部添加し撹拌した。ノニオン界面活性剤Ｇ、アニオン界面活性剤ａが均一に溶解したことを確認した後、水酸化ナトリウム（和光純薬社製）３．５重量部を添加し、撹拌しながらゲルを生成させた。均一なゲルとなったところで、２５℃まで冷却し、実施例７のゲル電解質を得た。
【００７７】
［実施例８］
８０℃のイオン交換水４２．０重量部に水酸化ナトリウム（和光純薬社製）３．５重量部を添加し、撹拌しながら溶解させた。次に、予め１００℃で溶解させたノニオン界面活性剤Ｈを４４．１重量部添加し撹拌した。ノニオン界面活性剤Ｈが溶解したことを確認した後、アニオン界面活性剤ａを１０．４重量部添加し、撹拌しながらゲルを生成させた。均一なゲルとなったところで、２５℃まで冷却し、実施例８のゲル電解質を得た。
【００７８】
［実施例９］
７０℃に保温したイオン交換水４２．８重量部に、水酸化ナトリウム（和光純薬社製）２．３重量部を添加し、撹拌しながら溶解させた。次に、予め７０℃に加熱したノニオン界面活性剤Ｂを４３．６重量部添加し撹拌した。ノニオン界面活性剤Ｂが溶解したことを確認した後、７０℃で溶解させたアニオン界面活性剤ｂを１１．３重量部添加し溶解させた。均一に溶解したことを確認した後、２５℃まで冷却しゲル化させ、実施例９のゲル電解質を得た。
【００７９】
［実施例１０］
７０℃に保温したイオン交換水４４．８重量部に、水酸化ナトリウム（和光純薬社製）１．３重量部を添加し、撹拌しながら溶解させた。次に、予め７０℃に加熱したノニオン界面活性剤Ｂを４２．８重量部添加し撹拌した。ノニオン界面活性剤Ｂが溶解したことを確認した後、アニオン界面活性剤ｃを１１．１重量部添加し溶解させた。均一に溶解したことを確認した後、２５℃まで冷却しゲル化させ、実施例１０のゲル電解質を得た。
【００８０】
［実施例１１］
７０℃に加熱したノニオン界面活性剤Ｃ３３．３重量部に、予め７０℃に加熱したカチオン界面活性剤ｄを６６．７重量部添加し撹拌した。均一に溶解したことを確認した後、２５℃まで冷却しゲル化させ、実施例１１のゲル電解質を得た。
【００８１】
［実施例２０］
７０℃に加熱したノニオン界面活性剤Ｂ５１．６重量部に、予め７０℃に加熱した両性界面活性剤ｅを４８．４重量部添加し、撹拌した。均一に溶解したことを確認した後、２５℃まで冷却しゲル化させ、ゲル電解質を得た。
【００８２】
［比較例１］
７０℃に保温したイオン交換水５５．９重量部に、予め７０℃に加熱したノニオン界面活性剤Ｂを４４．１重量部添加し撹拌した。ノニオン界面活性剤Ｂが溶解したことを確認した後、２５℃まで冷却しゲルを得た。
【００８３】
［比較例２］
７０℃に保温したイオン交換水３５．４重量部に、水酸化ナトリウム（和光純薬社製）１６．３重量部を添加し、撹拌しながら溶解させた。次に、アニオン界面活性剤ａを４８．３重量部添加し撹拌したが、アニオン界面活性剤ａはすべて溶けず、２５℃まで冷却してもゲルを生成しなかった。
【００８４】
［比較例３］
カチオン界面活性剤ｄをそのまま用いた。
【００８５】
［比較例４］
両性界面活性剤ｅを乾燥機（１１５℃）中で、固形分濃度が５０重量％になるまで水を蒸発させてゲルを得た。
【００８６】
［比較例５］
０．１３３ｍｍの厚さの市販品のナフィオン１１５（シグマアルドリッチ社製）を１６ｍｍ×１６ｍｍの大きさにカットし、２４時間イオン交換水に浸漬したものをゲル電解質膜とした。
【００８７】
各実施例等の配合を表３に示す。
【００８８】
【表３】
2013225402.tif 000004
【００８９】
［評価方法］
【００９０】
［プロトン伝導性の評価］
２５ｍｍ×２５ｍｍ、厚さ１ｍｍのグラッシーカーボン電極（ビー・エー・エス社製）上に、２２ｍｍ×２２ｍｍ、厚さ０．１７８ｍｍで、中心に１６ｍｍ×１６ｍｍ角の窓があいているポリプロピレン製のスペーサーを置き、窓部分に実施例１〜２０のゲル電解質、比較例１、３、４のゲルをそれぞれ充填した。その上からグラッシーカーボンをかぶせ、サンドイッチ構造にした。こうして得られた１６ｍｍ×１６ｍｍ×０．１７８ｍｍのゲル電解質等がはさまった電極に、電気化学インピーダンス測定装置（商品名ＮＦ５０２０  エヌエフ回路設計ブロック社製）を接続し、１０ｍＨｚ〜２０ｋＨｚの領域でインピーダンス測定を２５℃で行い、プロトン伝導性を電気伝導度にて測定した。得られた結果を表４に示す。値が大きいほど、プロトン伝導性が優れる。なお、比較例５は、ゲル電解質膜を２５ｍｍ×２５ｍｍ、厚さ１ｍｍのグラッシーカーボン電極にはさみ、２５℃でインピーダンス測定を行い、プロトン伝導性を電気伝導度にて測定した。
【００９１】
【表４】
2013225402.tif 000005
【００９２】
上記の結果より、本発明のゲル電解質はプロトン伝導性が優れていることが判る。
【００９３】
［ゲル電解質の構造の評価］
実施例１〜４、１２、１５、１７、及び１８のゲル電解質について、Ｘ線小角散乱測定装置（Ｎａｎｏ−Ｖｉｅｗｅｒ  リガク社製）を用いて、積算時間１０分、積算範囲０〜３６０°、測定範囲２θ＝０〜５．４°、測定温度２５℃、測定試料厚み１ｍｍの条件で、ゲル電解質の相状態を測定した。
【００９４】
【表５】
2013225402.tif 000006
【００９５】
表５の結果から、ヘキサゴナル構造又はラメラ構造を有するゲル電解質がプロトン伝導性に優れ、ヘキサゴナル構造のみからなるゲル電解質、ヘキサゴナル構造とラメラ構造のみからなるゲル電解質がさらにプロトン伝導性に優れていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明に係るゲル電解質は、燃料電池、キャパシター、電解セル等の電気化学素子に好適に利用することができる。