(57)【要約】【課題】無機イオン伝導体、その製造方法及びそれを採用した燃料電池を提供する。【解決手段】酸化数三価の金属元素、酸化数五価の金属元素、リン（Ｐ）及び酸素（Ｏ）を含む無機イオン伝導体、その製造方法、並びにそれを採用した燃料電池及び電気化学デバイスが提供される。  １つの態様では、無機イオン伝導体は下記化学式１で表示される。  ［化１］  Ａ０．５−ｘＢ０．５−ｙＰ２Ｏ７  前記化学式１で、Ａは、酸化数三価の金属元素であり、前記Ｂは、酸化数五価の金属元素であり、ｘは、０ないし０．４５の数であり、ｙは、０ないし０．４５の数である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化数三価の金属元素、酸化数五価の金属元素、リン（Ｐ）及び酸素（Ｏ）を含む無機イオン伝導体。
【請求項２】
前記無機イオン伝導体が、
立方体（cubic）または偽立方体（pseudo-cubic）の結晶構造を有することを特徴とする請求項１に記載の無機イオン伝導体。
【請求項３】
前記無機イオン伝導体が、
ＭＰ２Ｏ７（Ｍは、四価金属元素である）結晶相を有することを特徴とする請求項１または２に記載の無機イオン伝導体。
【請求項４】
前記無機イオン伝導体の、ＣｕＫ−α特性Ｘ線波長１．５４１Åに係わるブラッグ角２θの主ピークが１５ないし２５゜であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の無機イオン伝導体。
【請求項５】
前記酸化数三価の金属元素が、
アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ガリウム（Ｇａ）、イットリウム（Ｙ）、インジウム（Ｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジウム（Ｎｄ）及びサマリウム（Ｓｍ）からなる群から選択された一つ以上の元素であることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の無機イオン伝導体。
【請求項６】
前記酸化数五価の金属元素が、
アンチモン（Ｓｂ）、ニオビウム（Ｎｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、バナジウム（Ｖ）及びタンタル（Ｔａ）からなる群から選択された一つ以上の元素であることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の無機イオン伝導体。
【請求項７】
前記無機イオン伝導体が、
Ｉｎ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、ＳｂＩＩＩ０．５ＳｂＶ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ａｌ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｇａ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｙ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｂｉ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｇａ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｙ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｌａ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｎｄ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｓｍ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｇａ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ａｌ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｂｉ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｓｂ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｌａ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｓｍ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｙ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．４５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．４０Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．３５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．３Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．４５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．４Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．３５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．３Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４０Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３０Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．４５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．４０Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．３５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．３Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４０Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３０Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．４５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．４Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．３５Ｐ２Ｏ７またはＦｅ０．５Ｔａ０．３Ｐ２Ｏ７であることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の無機イオン伝導体。
【請求項８】
前記無機イオン伝導体が、
Ｆｅ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７またはＩｎ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７であることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の無機イオン伝導体。
【請求項９】
下記化学式１で表示される無機イオン伝導体：
［化学式１］
Ａ０．５−ｘＢ０．５−ｙＰ２Ｏ７
前記化学式１で、Ａは、酸化数三価の金属元素であり、
前記Ｂは、酸化数五価の金属元素であり、
ｘは、０ないし０．４５の数であり、
ｙは、０ないし０．４５の数である。
【請求項１０】
前記ｘは、０ないし０．２であることを特徴とする請求項９に記載の無機イオン伝導体。
【請求項１１】
ｙは、０ないし０．２であることを特徴とする請求項９または１０に記載の無機イオン伝導体。
【請求項１２】
前記酸化数三価の金属元素が、
アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ガリウム（Ｇａ）、イットリウム（Ｙ）、インジウム（Ｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジウム（Ｎｄ）及びサマリウム（Ｓｍ）からなる群から選択された一つ以上の元素であることを特徴とする請求項９から１１の何れか一項に記載の無機イオン伝導体。
【請求項１３】
前記酸化数五価の金属元素が、
アンチモン（Ｓｂ）、ニオビウム（Ｎｂ）及びタンタル（Ｔａ）からなる群から選択された一つ以上の元素であることを特徴とする請求項９から１２の何れか一項に記載の無機イオン伝導体。
【請求項１４】
前記無機イオン伝導体が、
Ｉｎ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、ＳｂＩＩＩ０．５ＳｂＶ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ａｌ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｇａ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｙ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｂｉ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｇａ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｙ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｌａ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｎｄ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｓｍ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｇａ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ａｌ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｂｉ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｓｂ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｌａ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｓｍ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｙ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．４５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．４０Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．３５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．３Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．４５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．４Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．３５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．３Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４０Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３０Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．４５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．４０Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．３５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．３Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４０Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３０Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．４５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．４Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．３５Ｐ２Ｏ７またはＦｅ０．５Ｔａ０．３Ｐ２Ｏ７であることを特徴とする請求項９から１３の何れか一項に記載の無機イオン伝導体。
【請求項１５】
前記無機イオン伝導体が、
立方体（cubic）または偽立方体（pseudo-cubic）の結晶構造を有することを特徴とする請求項９から１４の何れか一項に記載の無機イオン伝導体。
【請求項１６】
酸化数三価の金属元素前駆体、酸化数五価の金属元素前駆体及びリン前駆体を混合して混合物を得る段階と、
前記混合物を熱処理する段階と、を含み、酸化数三価の金属元素、酸化数五価の金属元素、リン（Ｐ）及び酸素（Ｏ）を含む無機イオン伝導体を得る無機イオン伝導体の製造方法。
【請求項１７】
前記リン前駆体が、
リン酸またはホスホン酸であることを特徴とする請求項１６に記載の無機イオン伝導体の製造方法。
【請求項１８】
前記熱処理が、
３００ないし１，２００℃でなされることを特徴とする請求項１６または１７に記載の無機イオン伝導体の製造方法。
【請求項１９】
酸化数三価の金属元素前駆体、酸化数五価の金属前駆体及びリン前駆体（phosphorous precursor）を混合して混合物を得る段階と、
前記混合物を熱処理する段階と、を含み、化学式１で表示される無機イオン伝導体を得る無機イオン伝導体の製造方法：
［化学式１］
Ａ０．５−ｘＢ０．５−ｙＰ２Ｏ７
前記化学式１で、Ａは、酸化数三価の金属元素であり、
前記Ｂは、酸化数五価の金属元素であり、
ｘは、０ないし０．４５の数であり、
ｙは、０ないし０．４５の数である。
【請求項２０】
前記熱処理が、
３００ないし１，２００℃でなされることを特徴とする請求項１９に記載の無機イオン伝導体の製造方法。
【請求項２１】
請求項１ないし請求項１５のうちいずれか１項に記載の無機イオン伝導体を含む燃料電池用電極。
【請求項２２】
請求項１ないし請求項１５のうちいずれか１項に記載の無機イオン伝導体からなる燃料電池用電解質膜。
【請求項２３】
請求項１ないし請求項１５のうちいずれか１項に記載の無機イオン伝導体を含む燃料電池。
【請求項２４】
請求項１ないし請求項１５のうちいずれか１項に記載の無機イオン伝導体を含む電気化学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機イオン伝導体、その製造方法及びそれを採用した燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、使用される電解質及び使用される燃料の種類によって、高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ：polymer electrolyte membrane fuel cell）、直接メタノール燃料供給型燃料電池（ＤＭＦＣ：direct methanol fuel cell）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）などの区分が可能である。
【０００３】
ＳＯＦＣは、電気効率が高く、また燃料ガスの純度に対する制約が少なく、多様な燃料を使用することができるという長所のために、分散電源として有望である。ところが、ＳＯＦＣは、高温で作動するので、高温環境で耐久性を維持することができる高価な材料を使用し、迅速なオン・オフを行うことが難しく、ポータブル電源用、自動車用などの多様な用途に適用することが難しい。従って、ＳＯＦＣを低温で運転するための研究が活発に進められている。
【０００４】
一方、低温で作動するものに比べて、１００℃以上の高温及び無加湿条件で作動するＰＥＭＦＣは、加湿装置を使用しないので、水管理などの制御が簡単であり、システムの信頼性が高いことが知られている。また、加湿装置が不用であり、高温作動を介して、燃料極での一酸化炭素（ＣＯ）被毒に対する耐性が高くなるので、改質器も単純化することができることから、高温無加湿システムへの関心が高まっている。
【０００５】
前述のように、ＳＯＦＣの作動温度を低温化させ、ＰＥＭＦＣの作動温度を高温化させようとする動きによって、中温域温度範囲で作動することができる燃料電池への関心が大きくなっている。
【０００６】
ところが、これまで開発された電解質膜は、前述の温度範囲で満足すべきレベルの伝導度を示すことができず、改善の余地が多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、伝導度が改善された無機イオン伝導体、その製造方法及びそれを採用して効率が改善された燃料電池を提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一側面によれば、酸化数三価の金属元素、酸化数五価の金属元素、リン（Ｐ）及び酸素（Ｏ）を含む無機イオン伝導体が提供される。
【０００９】
前記無機イオン伝導体が、立方体（cubic）または偽立方体（pseudo-cubic）の結晶構造を有してよい。
【００１０】
前記無機イオン伝導体が、ＭＰ２Ｏ７（Ｍは、四価金属元素である）結晶相を有してよい。
【００１１】
前記無機イオン伝導体のＣｕＫ−α特性Ｘ線波長１．５４１Åに係わるブラッグ角２θの主ピークが１５ないし２５゜であってよい。
【００１２】
前記酸化数三価の金属元素が、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ガリウム（Ｇａ）、イットリウム（Ｙ）、インジウム（Ｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジウム（Ｎｄ）及びサマリウム（Ｓｍ）からなる群から選択された一つ以上の元素であってよい。
【００１３】
前記酸化数五価の金属元素が、アンチモン（Ｓｂ）、ニオビウム（Ｎｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、バナジウム（Ｖ）及びタンタル（Ｔａ）からなる群から選択された一つ以上の元素であってよい。
【００１４】
前記無機イオン伝導体が、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、ＳｂＩＩＩ０．５ＳｂＶ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ａｌ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｇａ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｙ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｂｉ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｇａ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｙ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｌａ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｎｄ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｓｍ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｇａ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ａｌ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｂｉ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｓｂ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｌａ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｓｍ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｙ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．４５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．４０Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．３５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．３Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．４５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．４Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．３５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．３Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４０Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３０Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．４５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．４０Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．３５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．３Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４０Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３０Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．４５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．４Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．３５Ｐ２Ｏ７またはＦｅ０．５Ｔａ０．３Ｐ２Ｏ７であってよい。
【００１５】
前記無機イオン伝導体が、Ｆｅ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７またはＩｎ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７であってよい。
【００１６】
他の側面によれば、下記化学式１で表示される無機イオン伝導体が提供される。
［化学式１］
Ａ０．５−ｘＢ０．５−ｙＰ２Ｏ７
前記化学式１でＡは、酸化数三価の金属元素であり、前記Ｂは、酸化数五価の金属元素であり、ｘは、０ないし０．４５の数であり、ｙは、０ないし０．４５の数である。
【００１７】
前記ｘは、０ないし０．２であってよい。
【００１８】
前記ｙは、０ないし０．２であってよい。
【００１９】
前記酸化数三価の金属元素が、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ガリウム（Ｇａ）、イットリウム（Ｙ）、インジウム（Ｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジウム（Ｎｄ）及びサマリウム（Ｓｍ）からなる群から選択された一つ以上の元素であってよい。
【００２０】
前記酸化数五価の金属元素が、アンチモン（Ｓｂ）、ニオビウム（Ｎｂ）及びタンタル（Ｔａ）からなる群から選択された一つ以上の元素であってよい。
【００２１】
前記無機イオン伝導体が、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、ＳｂＩＩＩ０．５ＳｂＶ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ａｌ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｇａ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｙ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｂｉ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｇａ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｙ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｌａ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｎｄ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｓｍ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｇａ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ａｌ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｂｉ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｓｂ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｌａ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｓｍ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｙ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．４５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．４０Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．３５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．３Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．４５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．４Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．３５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．３Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４０Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３０Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．４５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．４０Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．３５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．３Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４０Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３０Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．４５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．４Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．３５Ｐ２Ｏ７またはＦｅ０．５Ｔａ０．３Ｐ２Ｏ７であってよい。
【００２２】
前記無機イオン伝導体が、立方体（cubic）または偽立方体（pseudo-cubic）の結晶構造を有してよい。
【００２３】
さらに他の側面によれば、酸化数三価の金属元素の前駆体、酸化数五価の金属元素の前駆体及びリン前駆体を混合して混合物を得る段階と、前記混合物を熱処理する段階と、を含む、酸化数三価の金属元素並びに酸化数五価の金属元素、リン（Ｐ）及び酸素（Ｏ）を含む無機イオン伝導体を得る無機イオン伝導体の製造方法が提供される。
【００２４】
前記リン前駆体が、リン酸またはホスホン酸であってよい。
【００２５】
前記熱処理が、３００ないし１，２００℃でなされてよい。
【００２６】
さらに他の側面によれば、酸化数三価の金属元素の前駆体、酸化数五価の金属元素の前駆体及びリン前駆体を混合して混合物を得る段階と、前記混合物を熱処理する段階と、を含む、化学式１で表示される無機イオン伝導体を得る無機イオン伝導体の製造方法が提供される。
［化学式１］
Ａ０．５−ｘＢ０．５−ｙＰ２Ｏ７
前記化学式１でＡは、酸化数三価の金属元素であり、前記Ｂは、酸化数五価の金属元素であり、ｘは、０ないし０．４５の数であり、ｙは、０ないし０．４５の数である。
【００２７】
前記熱処理が、３００ないし１，２００℃でなされてよい。
【００２８】
さらに他の側面によれば、前述の無機イオン伝導体を含んだ燃料電池用電極が提供される。
【００２９】
さらに他の側面によれば、前述の無機イオン伝導体からなる燃料電池用電解質膜が提供される。
【００３０】
さらに他の側面によれば、前述の無機イオン伝導体を含んだ燃料電池が提供される。
【００３１】
さらに他の側面によれば、前述の無機イオン伝導体を含んだ電気化学デバイスが提供される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、中温域温度範囲で伝導度が改善された無機イオン伝導体が提供される。前記無機イオン伝導体を利用すれば、効率が改善された燃料電池を製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】燃料電池の一具現例を示す分解斜視図である。
【図２】図１の燃料電池を構成する膜・電極接合体（ＭＥＡ）の断面模式図である。
【図３】実施例１，８，１４及び比較例１による無機イオン伝導体の伝導度を示すグラフである。
【図４】実施例１４〜１７，２１，２２及び比較例１による無機イオン伝導体の伝導度を示したグラフである。
【図５】実施例１〜３及び比較例１による無機イオン伝導体の伝導度を示したグラフである。
【図６】実施例８〜１０及び比較例１による無機イオン伝導体の伝導度を示したグラフである。
【図７】実施例１及び２３〜２６による無機イオン伝導体の伝導度を示したグラフである。
【図８】実施例８及び３１〜３３による無機イオン伝導体の伝導度を示したグラフである。
【図９】実施例１４及び３９〜４２による無機イオン伝導体の伝導度を示したグラフである。
【図１０】実施例１、実施例８及び実施例１４によって製造された無機イオン伝導体のＸ線回折分析結果を示したスペクトル図面である。
【図１１】ＳｎＰ２Ｏ７のＸ線回折分析結果を示した図面である。
【図１２】実施例４０による無機イオン伝導体を利用したセルのセルポテンシャル及び出力密度評価結果を示したグラフである。
【図１３】比較例２による無機イオン伝導体を利用したセルのセルポテンシャル及び出力密度評価結果を示したグラフである。
【図１４】実施例４０による無機イオン伝導体を利用したセルのセルポテンシャル及び出力密度評価結果を示したグラフである。
【図１５Ａ】実施例１，２３〜２６による無機イオン伝導体のＸ線回折分析結果を示したスペクトルである。
【図１５Ｂ】実施例８及び３３による無機イオン伝導体の昇温脱離（ＴＯＤ：temperature programmed desorption）テスト結果を示したグラフである。
【図１６】実施例１，２６〜２９による無機イオン伝導体のＸ線回折分析結果を示したスペクトルである。
【図１７】実施例８，３１〜３３による無機イオン伝導体のＸ線回折分析結果を示したスペクトルである。
【図１８】実施例８，３５〜３７による無機イオン伝導体のＸ線回折スペクトルを示した図面である。
【図１９】実施例１４，３９〜４２による無機イオン伝導体のＸ線回折スペクトルを示した図面である。
【図２０】実施例１４，４３〜４６による無機イオン伝導体のＸ線回折スペクトルを示した図面である。
【図２１】実施例２４，３２及び３３によって得た無機イオン伝導体を利用した水素濃淡電池の起電力特性を示したグラフである。
【図２２】実施例８によって得た無機イオン伝導体の１Ｈ質量・核磁気共鳴分析スペクトルである。
【図２３】実施例３３によって得た無機イオン伝導体の１Ｈ質量・核磁気共鳴分析スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
酸化数三価の金属元素並びに酸化数五価の金属元素、リン（Ｐ）及び酸素（Ｏ）を含む無機イオン伝導体が提供される。
【００３５】
酸化数三価の金属元素は、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ガリウム（Ｇａ）、イットリウム（Ｙ）、インジウム（Ｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）及びサマリウム（Ｓｍ）からなる群から選択された一つ以上の金属元素である。そして、酸化数五価の金属元素は、アンチモン（Ｓｂ）、ニオブ（Ｎｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、バナジウム（Ｖ）及びタンタル（Ｔａ）からなる群から選択された一つ以上の金属元素である。
【００３６】
リン（Ｐ）及び酸素（Ｏ）を含む無機イオン伝導体としては、オルトリン酸塩、ピロリン酸塩（pyrophosphate）などの化合物を挙げることができる。具体的には、無機イオン伝導体は、例えば、酸化数三価の金属元素並びに酸化数五価の金属元素を含むピロリン酸塩を挙げることができる。
【００３７】
ピロリン酸塩は、下記化学式２で表示される陰イオンを有する化合物をいう。
【００３８】
【化１】
2013191558.tif 000003
【００３９】
無機イオン伝導体は、立方体（cubic）または偽立方体（pseudo-cubic）結晶構造を有することができる。ここで、用語「偽立方体」は、立方体構造とほぼ類似した菱面体（rhombohedral）構造をいう。このような結晶構造は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）実験を介して得た格子面間距離を分析して確認可能である。
【００４０】
無機イオン伝導体は、金属酸化物（ＭＯ６）が面心立方構造を形成し、コーナーと面心部分とに位置し、リン酸基（Ｐ２Ｏ７）がコーナー（edge）領域に位置し、金属酸化物と結合する構造を有する。
【００４１】
前述の結晶構造は、例えば、ＭＰ２Ｏ７（Ｍは、四価金属元素を示す）の結晶相と同一であるか、あるいはそれと類似している。Ｍとしては、例えば、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）またはチタン（Ｔｉ）を挙げることができる。
【００４２】
無機イオン伝導体は、下記化学式１で表示される化合物を含む無機イオン伝導体であってもよい。
【００４３】
［化学式１］
Ａ０．５−ｘＢ０．５−ｙＰ２Ｏ７
【００４４】
化学式１でＡは、酸化数三価の金属元素であり、Ｂは、酸化数五価の金属元素であり、ｘは、０ないし０．４５の数であり、ｙは、０ないし０．４５の数である。
【００４５】
一具現例によれば、ｘは、０ないし０．２であり、ｙは、０ないし０．２である。
【００４６】
化学式１で酸化数三価の金属元素は、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ガリウム（Ｇａ）、イットリウム（Ｙ）、インジウム（Ｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）及びサマリウム（Ｓｍ）からなる群から選択された一つ以上の金属元素である。そして、酸化数五価の金属元素は、アンチモン（Ｓｂ）、ニオブ（Ｎｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、バナジウム（Ｖ）及びタンタル（Ｔａ）からなる群から選択された一つ以上の金属元素である。
【００４７】
無機イオン伝導体は、例えば、ＡＩＩＩ０．５−ｘＢＶ０．５Ｐ２Ｏ７、またはＡＩＩＩ０．５ＢＶ０．５−ｙＰ２Ｏ７（ｘは、０ないし０．４５の数であり、ｙは、０ないし０．４５の数である）の形態に合成され、酸化数三価の金属元素または酸化数五価の金属元素の電荷補償（charge compensation）によって、正電荷欠陥（cation defect）が生成され、これは、水蒸気との反応により、伝導体内にさらに多量の水素イオンを溶解させる。その結果、無機イオン伝導体のイオン伝導度に非常に優れる。
【００４８】
また、無機イオン伝導体は、化学式１に示されたように、酸化数三価の金属元素及び酸化数五価の金属元素の含量が、リン及び酸素に比べて化学量論組成を充足することができない構造を有している。このような構造によって、Ｓｎ０．９Ｉｎ０．１Ｐ２Ｏ７のように、スズ及びインジウムの含量が化学量論組成を充足する化合物の場合に比べ、化合物格子内欠陥がさらに多く生成され、これにより、化合物内に導入可能な水素イオン濃度がさらに上昇することにより、イオン伝導度がさらに向上する。
【００４９】
一方、無機イオン伝導体は、五価金属元素の種類によって、各伝導体のピーク伝導度を示す温度領域が異なる。従って、五価金属元素の種類を変化させれば、多様な温度範囲で、優秀な伝導度を示す無機イオン伝導体を提供することができる。例えば、無機イオン伝導体は、１００〜４００℃の温度範囲で、各温度区間に使用するのに適する伝導体を提供することができる。具体的には、酸化数五価の金属元素がＴａである場合には、中温領域（２００〜４００℃）で高い伝導特性を示す。そして酸化数五価の金属元素がＳｂまたはＮｂである場合には低温領域（１００〜２００℃）で、伝導度に非常にすぐれる。
【００５０】
無機イオン伝導体は、前述のように、ＭＰ２Ｏ７（Ｍは、酸化数四価の金属元素であり、例えば、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）またはチタン（Ｔｉ）である）結晶相と同一の結晶構造を有することができるが、このような結晶構造を有するとき、伝導度特性にさらに優れる。
【００５１】
ＭＰ２Ｏ７結晶相は、ＣｕＫ−アルファ特性Ｘ線波長１．５４１Åに係わるブラッグ角２θの主ピーク（main peak）が１５°ないし２５°で示される場合を指す。ここで、主ピークは、最大強度を示す回折ピークをいう。
【００５２】
無機イオン伝導体は、例えば、ＣｕＫ−アルファ特性Ｘ線波長１．５４１Åに係わるブラッグ角２θの主ピークが、ＳｎＰ２Ｏ７の結晶相に該当する位置領域に存在する場合、伝導度に非常に優れる。このような無機イオン伝導体としては、Ｆｅ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、またはＩｎ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７がある。
【００５３】
ＳｎＰ２Ｏ７の結晶相に該当する位置領域は、ＣｕＫ−アルファ特性Ｘ線波長１．５４１Åに係わるブラッグ角２θが１５°ないし２５°、または３０°ないし４０°である場合をいい、主ピークは、１５°ないし２５°で示される。
【００５４】
無機イオン伝導体の組成は、ＸＲＦ（Ｘ-ray fluorescence spectrometer）を介して確認することができる。
【００５５】
無機イオン伝導体は、例えば、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、ＳｂＩＩＩ０．５ＳｂＶ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ａｌ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｇａ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｙ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｂｉ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｇａ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｙ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｌａ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｎｄ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｓｍ０．５Ｎｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｇａ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ａｌ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｂｉ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｓｂ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｌａ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｓｍ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｙ０．５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．４５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．４０Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．３５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．３Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．４５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．４Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．３５Ｐ２Ｏ７、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．３Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４０Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３０Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．４５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．４０Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．３５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｓｂ０．３Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．４０Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３５Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．３０Ｔａ０．５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．４５Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．４Ｐ２Ｏ７、Ｆｅ０．５Ｔａ０．３５Ｐ２Ｏ７またはＦｅ０．５Ｔａ０．３Ｐ２Ｏ７である。
【００５６】
以下、酸化数三価の金属元素並びに酸化数五価の金属元素、リン（Ｐ）及び酸素（Ｏ）を含む無機イオン伝導体の製造方法について説明する。
【００５７】
まず、酸化数三価の金属元素（Ａ）の前駆体、酸化数五価の金属元素（Ｂ）の前駆体及びリン前駆体を混合して混合物を準備する。
【００５８】
混合物の製造時、溶媒を付加及び混合することができる。このように溶媒を使用すれば、混合物において、各構成成分の混合がさらに均一に行われる。
【００５９】
溶媒としては、蒸溜水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどを使用し、溶媒の含量は、酸化数三価の金属元素の前駆体１００重量部を基準にして、３００ないし８００重量部を使用する。
【００６０】
溶媒の含量がこの範囲であるとき、混合物の粘度が適切であり、無機イオン伝導体を容易に製造することができる。
【００６１】
混合物を撹拌する。この撹拌過程は、例えば、２００ないし３００℃で実施することができる。
【００６２】
撹拌過程が前述の温度範囲で行われれば、混合物を構成する成分の混合が均一に行われつつ、混合物から水を除去し、適切な粘度を維持することができる。このように組成物の適切な粘度が適切に制御されれば、後続過程の熱処理が、混合物の相分離なしに、効率的に進められる。
【００６３】
次に、混合物を３００ないし１，２００℃、例えば、４５０℃で熱処理し、これを所定サイズの粉末に粉砕し、無機イオン伝導体を得ることができる。
【００６４】
混合物の熱処理温度がこの範囲であるとき、構造変形なしに、イオン伝導度に優れる無機イオン伝導体を得ることができる。熱処理時間は、熱処理温度によって可変的であるが、一具現例によれば、１ないし５時間で行われる。
【００６５】
熱処理は、窒素のような不活性ガス雰囲気または空気雰囲気下で実施することができる。
【００６６】
酸化数三価の金属元素Ａの前駆体としては、Ａ酸化物、Ａ塩化物、Ａ水酸化物、Ａ窒化物などが可能であり、具体的には、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化鉄、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化イットリウム、酸化ビスマス、酸化ネオジム、酸化サマリウム、塩化インジウム、塩化アンチモン、塩化鉄、塩化アルミニウム、塩化ガリウム、塩化イットリウム、塩化ビスマス、塩化ネオジム、塩化サマリウム、水酸化インジウム、水酸化アンチモン、水酸化鉄、水酸化アルミニウム、水酸化ガリウム、水酸化イットリウム、水酸化ビスマス、水酸化ネオジム、水酸化サマリウム、硝酸インジウム、硝酸アンチモン、硝酸鉄、硝酸アルミニウム、硝酸ガリウム、硝酸イットリウム、硝酸ビスマス、硝酸ネオジムまたは硝酸サマリウムである。
【００６７】
酸化数五価の金属Ｂの前駆体としては、Ｂ酸化物、Ｂ塩化物、Ｂ水酸化物、Ｂ窒化物などが可能であり、具体的には、酸化アンチモン、酸化ニオブ、酸化タンタル、水酸化アンチモン、水酸化ニオブ、水酸化タンタル、塩化アンチモン、塩化ニオブ、塩化タンタル、硝酸アンチモン、硝酸ニオブ、硝酸タンタル、硝酸バナジウム、塩化バナジウム、硝酸ビスマスまたは塩化ビスマスである。
【００６８】
酸化数五価の金属元素の前駆体及び酸化数三価の金属元素の前駆体の含量は、目的とする無機イオン伝導体を得ることができるように適切に制御される。
【００６９】
リン前駆体としては、リン酸、ホスホン酸などを挙げることができる。
【００７０】
リン酸としては、８０ないし１００重量％のリン酸水溶液を使用し、リン酸の含量は、８５重量％のリン酸水溶液の使用時、酸化数三価の金属元素の前駆体１００重量部を基準にして、２００ないし３００重量部を使用する。リン酸の含量がこの範囲であるとき、熱処理時のリン酸損失を勘案し、目的とする無機イオン伝導体を容易に得ることができる。
【００７１】
粉末に粉砕するとき、粒子直径は、特別に制限されるものではないが、５０ないし５，０００ｎｍほどに調節する。
【００７２】
無機イオン伝導体は、粉末を加工、加圧成形し、成形体を得ることができる。成形体は、例えば、電解質として利用可能である。
【００７３】
加圧成形時、例えば、冷間等圧（ＣＩＰ：cold isostatic pressing）プレスを利用する。
【００７４】
一方、化学式１で表示される無機イオン伝導体は、リン前駆体として、リン酸を使用する条件を除けば、前述の酸化数三価金属元素並びに酸化数五価金属元素、リン（Ｐ）及び酸素（Ｏ）を含む無機イオン伝導体の製造方法と同一に実施すれば、製造可能である。
【００７５】
前述の製造方法によって得た無機イオン伝導体は、中温域（例えば、１００℃〜４００℃）、無加湿の条件下で高い伝導度を示す。
【００７６】
他の側面によって、前述の無機イオン伝導体を含む燃料電池用電極が提供される。
【００７７】
一具現例による燃料電池用電極は、前述の無機イオン伝導体；触媒とバインダとを含む触媒層；を具備する。
【００７８】
触媒としては、白金（Ｐｔ）単独、金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、スズ、モリブデン、コバルト、クロムからなる群で選択された一種以上の金属と白金との合金あるいは混合物を使用するか、あるいは触媒金属がカーボン系担体に担持された担持触媒であってもよい。例えば、白金（Ｐｔ）、白金コバルト（ＰｔＣｏ）及び白金ルテニウム（ＰｔＲｕ）からなる群から選択された一つ以上の触媒金属、あるいは触媒金属がカーボン系担体に担持された担持触媒を使用する。
【００７９】
バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン及びテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体からなる群から選択された一つ以上を使用し、バインダの含量は、触媒１重量部を基準にして、０．００１ないし０．５重量部である。バインダの含量がこの範囲である場合、触媒層の支持体に対する結着力に優れる。
【００８０】
さらに他の側面によって、無機イオン伝導体からなる燃料電池用電解質膜が提供される。
【００８１】
電解質膜及び／または電極を利用すれば、高性能及び高効率の燃料電池システムを具現することができる。また、低温ＳＯＦＣ（例えば、３００〜５００℃で作動するＳＯＦＣ）で、固体電解質として活用される。それ以外にも、無機イオン伝導体は、排気ガス浄化触媒運搬体などの電気化学デバイス、自動車部品素材などに利用可能である。
【００８２】
さらに他の側面によれば、前述の無機イオン伝導体を利用した燃料電池が提供される。
【００８３】
燃料電池は、前述の無機イオン伝導体を利用した成形体を電解質膜として使用し、カソードとアノードとの間に介在して形成され、中温及び無加湿の条件下で、セルポテンシャル及び出力密度特性にすぐれた燃料電池である。
【００８４】
燃料電池は、特にその用途が限定されるものではないが、例えば、固体酸化物燃料電池、水素イオン交換膜燃料電池などに使用される。
【００８５】
図１は、本発明の一具現例による燃料電池を示す分解斜視図であり、図２は、図１の燃料電池を構成する膜・電極接合体（ＭＥＡ）の断面模式図である。
【００８６】
図１に示す燃料電池１は、２個の単位セル１１が１対のホールダ１２，１２に挟持されて構成されている。単位セル１１は、膜・電極接合体１０と、膜・電極接合体１０の厚み方向の両側に配置されたバイポーラプレート２０，２０とから構成されている。バイポーラプレート２０，２０は、導電性を有する金属またはカーボンなどから構成されており、膜・電極接合体１０にそれぞれ接合されることにより、集電体として機能すると同時に、膜・電極接合体１０の触媒層に対して酸素及び燃料を供給する。
【００８７】
また、図１に示す燃料電池１は、単位セル１１の数が２個であるが、単位セルの数は２個に限定されるものではなく、燃料電池に要求される特性によって、数十ないし数百個ほどまで増やすこともできる。
【００８８】
膜・電極接合体１０は、図２に示すように、電解質膜１００と、電解質膜１００の厚み方向の両側に配置された触媒層１１０，１１０’と、触媒層１１０，１１０’にそれぞれ積層された第１ガス拡散層１２１，１２１’と、第１ガス拡散層１２１，１２１’にそれぞれ積層された第２ガス拡散層１２０，１２０’とから構成される。
【００８９】
電解質膜１００は、一具現例による無機イオン伝導体からなる電解質膜を採用する。
【００９０】
触媒層１１０，１１０’は、燃料極及び酸素極として機能するものであり、触媒及びバインダが含まれてそれぞれ構成されており、触媒の電気化学的な表面積を増大させることができる物質がさらに含まれる。
【００９１】
第１ガス拡散層１２１，１２１’及び第２ガス拡散層１２０，１２０’は、それぞれ、例えば、カーボンシート、カーボンペーパーなどから形成されており、バイポーラプレート２０，２０を介して供給された酸素及び燃料を触媒層１１０，１１０’の全面に拡散させる。
【００９２】
この膜・電極接合体１０を含む燃料電池１は、例えば、１５０ないし４００℃の温度で作動し、一方の触媒層側に、バイポーラプレート２０を介して、燃料として、例えば、水素が供給され、他方の触媒層側には、バイポーラプレート２０を介して、酸化剤として例えば、酸素が供給される。そして、一方の触媒層において、水素が酸化されてプロトンが生じ、このプロトンが電解質膜１００を伝導して他方の触媒層に逹し、他方の触媒層において、プロトンと酸素とが電気化学的に反応して水を生成すると同時に、電気エネルギーを発生させる。また、燃料として供給される水素は、炭化水素またはアルコールの改質によって生じた水素でもあり、また、酸化剤として供給される酸素は、空気に含まれる状態で供給されもする。
【００９３】
以下、下記実施例を挙げて説明するが、これらに限定されるということを意味するものではない。
【００９４】
実施例１：無機イオン伝導体の製造
化学式１の無機イオン伝導体（Ａ＝Ｉｎ、Ｂ＝Ｓｂ）を、下記過程を実施して製造した。
【００９５】
Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐのモル比を、０．５：０．５：２．０〜２．８になるように、Ｉｎ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ５、８５重量％Ｈ３ＰＯ４水溶液を混合し、ここに蒸溜水を付加して混合物を得て、混合物を約３００℃で撹拌して高粘度の混合ペーストを得た。
【００９６】
ペーストをセラミック・ルツボに移し、４５０℃で２．５時間熱処理した。
【００９７】
次に、前述の熱処理後に得られた塊を乳鉢で粉砕し、Ｉｎ０．５Ｓｂ０．５Ｐ２Ｏ７を粉末状態で得た。前述の熱処理中に、一部リン酸の損失量を考慮して、最終化学量論組成が下記表１の実施例１に示された無機イオン伝導体になるように、初期リン酸投入量を決定した。
【００９８】
実施例２〜２２：無機イオン伝導体の製造
下記表１のような組成を有する化学式１の無機イオン伝導体を得るために、下記表１に記載したＡ，Ｂ及びＰのモル比になるように、対応する前駆体をそれぞれ利用する点を除き、実施例１と同一の方法によって実施し、下記表１に示された無機イオン伝導体をそれぞれ粉末状態で得た。
【００９９】
【表１】
2013191558.tif 000004
【０１００】
実施例２３〜３０：無機イオン伝導体の製造
Ｉｎ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ５の含量をそれぞれ下記表２のようなＩｎ及びＳｂの組成を得ることができるように変化させたことを除き、実施例１と同一の方法によって実施し、無機イオン伝導体を製造した。
【０１０１】
【表２】
2013191558.tif 000005
【０１０２】
実施例３１〜３８：無機イオン伝導体の製造
Ｆｅ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５の含量をそれぞれ下記表３のようなＩｎ及びＳｂの組成を得ることができるように変化させたことを除き、実施例８と同一の方法によって実施し、無機イオン伝導体を製造した。
【０１０３】
【表３】
2013191558.tif 000006
【０１０４】
実施例３９〜４６：無機イオン伝導体の製造
Ｆｅ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５の含量をそれぞれ下記表４のようなＦｅ及びＴａの組成を得ることができるように変化させたことを除き、実施例８と同一の方法によって実施して、無機イオン伝導体を製造した。
【０１０５】
【表４】
2013191558.tif 000007
【０１０６】
比較例１：ＳｎＰ２Ｏ７の製造
ＳｎＯ２、Ｈ３ＰＯ４、蒸溜水を混合し、３００℃で撹拌し、混合物が粘度高いペースト状態になるまで維持した。
【０１０７】
ペーストをセラミック・ルツボに移し、６５０℃、２．５ｈ焼成熱処理を実施した。
【０１０８】
熱処理されたサンプルを乳鉢を利用して粉砕し、ＳｎＰ２Ｏ７粉末を製造した。
【０１０９】
比較例２：Ｓｎ０．９Ｉｎ０．１Ｐ２Ｏ７の製造
Ｓｎ、Ｉｎ、Ｐのモル比が０．９：０．１：２．０〜２．８になるように、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、８５重量％Ｈ３ＰＯ４水溶液を混合し、ここにイオン交換水を付加し、これを約２５０℃で撹拌して高粘度の混合ペーストを得た。このように得られたペーストを、６５０℃で２．５時間アルミナルツボ内で熱処理した。
【０１１０】
熱処理後、得られた塊を乳鉢で粉砕し、乳白色の粉末状態であるＳｎ０．９Ｉｎ０．１Ｐ２Ｏ７を得た。
【０１１１】
評価例１：伝導度の測定
１）五価金属の組成変化による伝導度変化
実施例及び比較例によって製造された無機イオン伝導体粉末を、加圧成形機とＣＩＰ（isostatic press process）を利用し、ペレット状（直径：約１２ｍｍ、厚み：約２ｍｍ）にした。
【０１１２】
ペレットの伝導度測定は、ペレットの両側に、金（Ａｕ）電極を使用してセルを製造し、このセルに対して、無加湿、空気（air）雰囲気でインピーダンスを測定して評価した。
【０１１３】
インピーダンス測定は、１０〜１０６Ｈｚ周波数範囲と、１０ｍＶ ＡＣ振幅（amplitude）とで実施した。
【０１１４】
伝導度の評価結果は、図３ないし図６に示されている通りである。
【０１１５】
図３は、実施例１，８，１４及び比較例１による無機イオン伝導体の伝導度グラフであり、図４は、実施例１４〜１６，１７，２１，２２及び比較例１による無機イオン伝導体の伝導度を示したグラフであり、図５は、実施例１〜３及び比較例１による無機イオン伝導体の伝導度を示したグラフであり、図６は、実施例８〜１０及び比較例１による無機イオン伝導体の伝導度を示したグラフである。
【０１１６】
図３及び図４を参照すれば、五価金属元素としてタンタルを使用する場合には、中温領域（２００〜４００℃）で高い伝導度を示し、図５及び図６を参照すれば、五価金属元素として、Ｓｂ及びＮｂを使用する場合には、低温領域（１００〜２００℃）で高い伝導度を示した。このように、五価金属元素の種類によって、高伝導度を示す温度領域が変化するという点が分かった。
【０１１７】
２）三価金属及び五価金属の組成変化による伝導度変化
実施例１，８，１４、２３〜２６，３１〜３３、３９〜４２による無機イオン伝導体粉末を、加圧成形機とＣＩＰとを利用してペレット状（直径：約１２ｍｍ、厚み：約２ｍｍ）にした。
【０１１８】
ペレットの伝導度測定は、ペレットの両側に、Ａｕ電極を使用してセルを製造し、このセルに対して、無加湿、空気雰囲気でインピーダンスを測定して評価した。
【０１１９】
インピーダンス測定は、１０〜１０６Ｈｚ周波数範囲と、１０ｍＶ ＡＣ振幅（amplitude）とで実施した。
【０１２０】
伝導度の評価結果は、図７ないし図９及び表５に示された通りである。図７は、実施例１，２３〜２６による無機イオン伝導体の伝導度を示したグラフであり、図８は、実施例８，３１〜３３による無機イオン伝導体の伝導度を示したグラフであり、図９は、実施例１４、３９〜４２による無機イオン伝導体の伝導度を示したグラフである。
【０１２１】
図７ないし図９及び表５を参照すれば、無機イオン伝導体の三価金属元素及び五価金属元素の混合比を変化させ、無機イオン伝導体の陽イオン欠陥（cation defect）を生成することにより、無機イオン伝導体の水素イオン濃度が上昇し、その結果、無機イオン伝導体の伝導度をさらに向上させることができるということが分かった。
【０１２２】
【表５】
2013191558.tif 000008
【０１２３】
評価例２：Ｘ線回折分析
１）実施例１，８及び１４による無機イオン伝導体と比較例１の無機イオン伝導体とのＸ線回折分析比較
実施例１、実施例８及び実施例１４によって製造された無機イオン伝導体のＸ線回折分析（ＭＰ−ＸＲＤ、Ｘｐｅｒｔ ＰＲＯ、Ｐｈｉｌｉｐｓ／Ｐｏｗｅｒ ３ｋＷ）を実施し、その結果を図１０に示した。図１１には、図１０のＸ線回折分析結果との比較のために、ＳｎＰ２Ｏ７のＸ線回折分析結果を示した。
【０１２４】
図１０を参照すれば、実施例１，８，１４による無機イオン伝導体は、ＣｕＫ−アルファ特性Ｘ線波長１．５４１Åに係わるブラッグ２θ角の主ピークが、図１１に示されたＳｎＰ２Ｏ７の結晶相に該当する位置領域に存在することが分かった。ＳｎＰ２Ｏ７の結晶相に該当する位置領域は、ＣｕＫ−アルファ特性Ｘ線波長１．５４１Åに係わるブラッグ２θ角が１５°ないし２５°、または３０°ないし４０°である場合をいう。
【０１２５】
前述のように、ＳｎＰ２Ｏ７の結晶相と非常に類似した結晶構造を有する実施例１，８及び１４による無機イオン伝導体は、図７ないし図９から分かるように、伝導度に非常にすぐれる。
【０１２６】
２）実施例１及び２３〜２６による無機イオン伝導体のＸ線回折分析比較及び実施例１及び２７〜３０による無機イオン伝導体のＸ線回折分析比較
実施例１，２３〜２６による無機イオン伝導体のＸ線回折分析（ＭＰ−ＸＲＤ、Ｘｐｅｒｔ ＰＲＯ、Ｐｈｉｌｉｐｓ／Ｐｏｗｅｒ ３ｋＷ、波長１．５４１ÅであるＣｕＫ−α  Ｘ−線）を実施し、図１５Ａに示した。
【０１２７】
図１５Ａを参照すれば、実施例１の無機イオン伝導体対比のインジウム（Ｉｎ）含量が変化した実施例２３〜２６の無機イオン伝導体は、実施例１の無機イオン伝導体の場合と比べ、ほぼ類似したＸＲＤパターンを示すということが分かった。
【０１２８】
また、実施例１，２６〜２９による無機イオン伝導体のＸ線回折分析（ＭＰ−ＸＲＤ、Ｘｐｅｒｔ ＰＲＯ、Ｐｈｉｌｉｐｓ／Ｐｏｗｅｒ ３ｋＷ）を実施し、図１６に示した。
【０１２９】
図１６を参照すれば、実施例１の無機イオン伝導体対比のアンチモン（Ｓｂ）含量が一定である実施例２６〜２９の無機イオン伝導体は、実施例１の無機イオン伝導体の場合と比べ、ほぼ類似したＸＲＤパターンを示すということが分かった。
【０１３０】
３）実施例８及び３１〜３３による無機イオン伝導体のＸ線回折分析比較及び実施例８及び３５〜３７による無機イオン伝導体のＸ線回折分析比較
実施例８，３１〜３３による無機イオン伝導体のＸ線回折分析（ＭＰ−ＸＲＤ、Ｘｐｅｒｔ ＰＲＯ、Ｐｈｉｌｉｐｓ／Ｐｏｗｅｒ ３ｋＷ）を実施し、図１７に示した。
【０１３１】
図１７を参照すれば、実施例８の無機イオン伝導体対比の鉄（Ｆｅ）含量が変化した実施例３１〜３３の無機イオン伝導体は、実施例８の無機イオン伝導体の場合と比べ、ほぼ類似したＸＲＤパターンを示すということが分かった。
【０１３２】
また、実施例８，３５，３６，３７による無機イオン伝導体のＸ線回折分析（ＭＰ−ＸＲＤ、Ｘｐｅｒｔ ＰＲＯ、Ｐｈｉｌｉｐｓ／Ｐｏｗｅｒ ３ｋＷ）を実施し、図１８に示した。
【０１３３】
図１８を参照すれば、実施例８の無機イオン伝導体対比のニオブ（Ｎｂ）含量が変化した実施例３５，３６，３７の無機イオン伝導体は、実施例８の無機イオン伝導体の場合と比べ、ほぼ類似したＸＲＤパターンを示すということが分かった。
【０１３４】
４）実施例１４及び３９〜４２による無機イオン伝導体のＸ線回折分析比較及び実施例１４及び４３〜４６による無機イオン伝導体のＸ線回折分析比較
実施例１４、３９〜４２による無機イオン伝導体のＸ線回折分析（ＭＰ−ＸＲＤ、Ｘｐｅｒｔ ＰＲＯ、Ｐｈｉｌｉｐｓ／Ｐｏｗｅｒ ３ｋＷ）を実施し、図１９に示した。
【０１３５】
図１９を参照すれば、実施例１４の無機イオン伝導体で、鉄の含量が変化した実施例３９〜４２の無機イオン伝導体は、実施例１４の無機イオン伝導体の場合と比べ、ほぼ類似したＸＲＤパターンを示すということが分かった。
【０１３６】
また、実施例１４，４３〜４６による無機イオン伝導体のＸ線回折分析（ＭＰ−ＸＲＤ、Ｘｐｅｒｔ ＰＲＯ、Ｐｈｉｌｉｐｓ／Ｐｏｗｅｒ ３ｋＷ）を実施し、図２０に示した。
【０１３７】
図２０を参照すれば、実施例１４の無機イオン伝導体で、タンタルの含量が変化した実施例４３〜４６の無機イオン伝導体は、実施例１４の無機イオン伝導体の場合と比べ、ほぼ類似したＸＲＤパターンを示すということが分かった。
【０１３８】
５）実施例３，６及び７による無機イオン伝導体のＸ線回折分析比較
実施例３，６，７による無機イオン伝導体のＸ線回折分析（ＭＰ−ＸＲＤ、Ｘｐｅｒｔ ＰＲＯ、Ｐｈｉｌｉｐｓ／Ｐｏｗｅｒ ３ｋＷ）を実施した。Ｘ線回折分析の結果、各無機イオン伝導体の結晶相を分析し、下記表６に示した。
【０１３９】
【表６】
2013191558.tif 000009
【０１４０】
６）実施例９〜１３による無機イオン伝導体のＸ線回折分析比較
実施例９〜１３による無機イオン伝導体のＸ線回折分析を実施した。Ｘ線回折分析の結果、各無機イオン伝導体の結晶相を分析し、下記表７に示した。
【０１４１】
【表７】
2013191558.tif 000010
【０１４２】
７）実施例１６〜２２による無機イオン伝導体のＸ線回折分析
実施例１６〜２２による無機イオン伝導体のＸ線回折分析（ＭＰ−ＸＲＤ、Ｘｐｅｒｔ ＰＲＯ、Ｐｈｉｌｉｐｓ／Ｐｏｗｅｒ ３ｋＷ）を実施した。Ｘ線回折分析の結果、各無機イオン伝導体の結晶相を分析し、下記表８に示した。
【０１４３】
【表８】
2013191558.tif 000011
【０１４４】
評価例３：セル性能
１）実施例４０及び比較例２による無機イオン伝導体を利用したセル性能測定
実施例４０及び比較例２による粉末を、１Ｘ１０３ｋｇ／ｃｍ２に加圧する条件で、加圧成形機とＣＩＰとを利用し、加圧成形体としてペレット状（直径：約１２ｍｍ、厚み：約１．０ｍｍ）にした。
【０１４５】
ペレットを電解質として使用し、このペレットの両側に、Ｐｔ／Ｃが塗布されたカーボンペーパー（ElectroChem製電極、２ｍｇＰｔ／ｃｍ２）を付着させてセルを製作した。
【０１４６】
セルを、２枚のＰｔメッシュ（mesh）集電体間に入れ、Ｐｔ mesh／セル／Ｐｔ mesh積層体を製作した。
【０１４７】
積層体を、上端、下端に位置したアルミナ管間に入れ、無機材シーラント（sealant）を塗布、乾燥させ、ガスシーリング（sealing）した。
【０１４８】
燃料電池性能評価のために、アノードとカソードとに、無加湿Ｈ２と無加湿空気とを、それぞれ約５０ｃｃｍ及び約１００ｃｃｍ供給し、電池の作動温度を、それぞれ１００℃、１５０℃、２００℃及び２５０℃に変化させつつ、電流密度によるセルポテンシャル及び出力密度を評価した。
【０１４９】
実施例４０及び比較例２による無機イオン伝導体を利用したセルのセルポテンシャル評価結果を、それぞれ図１２及び図１３に示した。
【０１５０】
図１２及び図１３を参照すれば、実施例４０の無機イオン伝導体を利用したセルは、比較例２の無機イオン伝導体を利用したセルと比べ、セル性能が改善するということが分かった。
【０１５１】
２）実施例４０の無機イオン伝導体を利用した電解質の厚み変化によるセル性能測定
実施例４０による無機イオン伝導体粉末を、１Ｘ１０３ｋｇ／ｃｍ２に加圧する条件で、加圧成形機とＣＩＰとを利用し、加圧成形体をペレット状にして電解質を準備した。ここで、ペレットは、直径約１２ｍｍ、厚みは、約０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７５ｍｍ及び１．０ｍｍに変化させて４個の試料を作った。
【０１５２】
ペレットを電解質として使用し、このペレットの両側にＰｔ／Ｃが塗布されたカーボンペーパー（ElectroChem製電極、２ｍｇＰｔ／ｃｍ２）を付着させてセルを製作した。
【０１５３】
セルを２枚のＰｔメッシュ（mesh）集電体間に入れ、Ｐｔ mesh／セル／Ｐｔ mesh積層体を製作した。
【０１５４】
積層体を、上端、下端に位置したアルミナ管間に入れ、無機材シーラント（sealant）を塗布、乾燥させ、ガスシーリング（sealing）した。
【０１５５】
燃料電池性能評価のために、アノードとカソードとに、無加湿Ｈ２と無加湿空気とを、それぞれ約５０ｃｃｍ及び約１００ｃｃｍ供給し、電池を２２５℃で、電流密度によるセルポテンセル及び出力密度を評価した。
【０１５６】
評価結果を、図１４に示した。
【０１５７】
図１４を参照すれば、セルで、電解質厚に係わりなく、セルポテンシャル及び出力密度にすぐれるということが分かり、電解質厚が約０．４ｍｍであるとき、出力密度及びセルポテンシャル特性に最もすぐれるということが分かった。
【０１５８】
評価例４：昇温脱離（ＴＰＤ：temperature programmed desorption）テスト
ＴＰＤテストは、試料を一定した速度で昇温させつつ、脱着されるガスの成分が分析する方法である。
【０１５９】
実施例８及び３３による無機イオン伝導体を乾燥させ、これに対して、５℃／分の昇温速度で温度を上げつつ、無機イオン伝導体の重量変化及びピーク強度を観察し、その結果を図１５Ｂに示した。
【０１６０】
図１５Ｂを参照すれば、実施例８及び３３の無機イオン伝導体を昇温させることにより、無機イオン伝導体から水が抜け出るということを観察することができた。このとき、生成された水は、無機イオン伝導体に流入された水素イオンから得られたものである。
【０１６１】
図１５Ｂを参照すれば、実施例３３の無機イオン伝導体は、実施例８の場合に比べ、ピーク強度が大きく示されるが、これにより、実施例３３の無機イオン伝導体は、実施例８の場合に比べ、流入した水素イオン濃度が上昇しているということが分かった。
【０１６２】
評価例５：セルの電気化学評価
Ｈ２濃淡電池（concentration cell）の評価は、実施例２４，３２，３３によって製造された無機イオン伝導体を利用して作ったペレットの両側に、Ｐｔ／Ｃ電極を使用し、両極チャンバに、Ｈ２の濃度を異ならせたガスを流して実施した。このようなセルの各温度範囲での起電力（electromotive force）を測定した。
【０１６３】
Ｈ２濃淡電池は、次のような方法によって製造した、
【０１６４】
実施例２４，３２及び３３によって得た粉末状態である無機イオン伝導体を乳鉢ですりつぶして粉砕した後、１Ｘ１０３ｋｇ／ｃｍ２に加圧し、ＳＩＰＯ加圧成形体として、直径１２ｍｍのペレットを製作した。
【０１６５】
ペレットの厚みは、約０．５ｍｍであった。
【０１６６】
ペレットを電解質として使用し、このペレットの両側に、Ｐｔ／Ｃが塗布されたカーボンペーパーを付着させてセルを製作した。
【０１６７】
セルを、２枚のＰｔメッシュ（mesh）集電体間に入れ、Ｐｔ mesh／セル／Ｐｔ mesh積層体を製作した。
【０１６８】
積層体を、上端、下端に位置したアルミナ管間に入れ、無機材シーラント（sealant）を塗布、乾燥させてガスシーリング（sealing）した。
【０１６９】
電池の性能評価のために、下記の電池式（battery system）のように、アノードとカソードとにＨ２の濃度を異ならせたガスを流した。
【０１７０】
１００ｖｏｌ％Ｈ２、Ｐｔ／Ｃ／／electrolyte／／Ｐｔ／Ｃ、１０ｖｏｌ％Ｈ２＋Ａｒ
【０１７１】
セル評価の結果を、図２１に示した。図２１において、理論値は、ネルンスト式（Ｎｅｒｎｓｔ’ｓ）で求められる起電力を示したものである。
【０１７２】
図２１を参照すれば、実施例２４，３２，３３による無機イオン伝導体を電解質として利用した水素濃淡電池は、理論値と同等な起電力を示すということが分かり、これにより、無機イオン伝導体が、純粋な水素イオン伝導性を示すということが分かった。
【０１７３】
評価例６：１Ｈ質量・核磁気共鳴分析（１Ｈ−mass ＮＭＲ：nuclear magnetic resonance）分析
実施例８及び実施例３３によって得た無機イオン伝導体を、１Ｈ質量・核磁気共鳴分析機を利用して評価し、その結果をそれぞれ図２２及び図２３に示した。
【０１７４】
１Ｈ質量・核磁気共鳴分析を介して、主ピークの半値幅を測定すれば、プロトン移動度を測定することができる。これについて敷衍説明すれば、半値幅が小さいほど、プロトン移動度が大きく、伝導度にさらに優れるということを示す。
【０１７５】
図２２は、実施例８の無機イオン伝導体の１Ｈ質量・核磁気共鳴分析結果を示したものであり、図２３は、実施例３３の無機イオン伝導体の１Ｈ質量・核磁気共鳴分析結果を示したものある。
【０１７６】
図２２及び図２３を互いに比較するとき、実施例３３の無機イオン伝導体のピークの半値幅が、実施例８の場合に比べて小さいので、実施例３３の無機イオン伝導体が、実施例８の場合と比べて、伝導度にさらにすぐれるということが分かる。
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
本発明の無機イオン伝導体、その製造方法及びそれを採用した燃料電池は、例えば、電源関連の技術分野に、効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【０１７８】
１    燃料電池
４    電解質膜
１０    膜・電極接合体
１１    単位セル    
１２    ホールダ
２０    バイポーラプレート
１００    電解質膜
１１０，１１０’    触媒層
１２０，１２０’    第２ガス拡散層
１２１，１２１’    第１ガス拡散層
【図１】
2013191558.tif 000012
【図２】
2013191558.tif 000013
【図３】
2013191558.tif 000014
【図４】
2013191558.tif 000015
【図５】
2013191558.tif 000016
【図６】
2013191558.tif 000017
【図７】
2013191558.tif 000018
【図８】
2013191558.tif 000019
【図９】
2013191558.tif 000020
【図１０】
2013191558.tif 000021
【図１１】
2013191558.tif 000022
【図１２】
2013191558.tif 000023
【図１３】
2013191558.tif 000024
【図１４】
2013191558.tif 000025
【図１５Ａ】
2013191558.tif 000026
【図１５Ｂ】
2013191558.tif 000027
【図１６】
2013191558.tif 000028
【図１７】
2013191558.tif 000029
【図１８】
2013191558.tif 000030
【図１９】
2013191558.tif 000031
【図２０】
2013191558.tif 000032
【図２１】
2013191558.tif 000033
【図２２】
2013191558.tif 000034
【図２３】
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