(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓｂ及びＡｓのいずれか１種以上の元素からなる少なくとも１つの中心元素と、前記中心元素に結合している少なくとも１つの有機共役基とを備えたアニオンと、
カチオンと、
前記カチオンを配位し得る塩基性分子と
を備え、
前記塩基性分子に含まれる前記カチオンを配位し得る基のモル数（ａ）に対する前記アニオンのモル数（ｂ）の比（＝ｂ／ａ比）は、１／１未満である電解質。
但し、前記アニオンとしてテトラキス（ペンタフルオロフェニル）ホウ酸アニオン（[Ｂ(Ｃ6Ｆ5)4]-）を含み、かつ、前記塩基性分子としてジエチルエーテルを含むものを除く。
【請求項２】
前記アニオンは、これを含む酸のＨａｍｍｅｔｔの酸度関数（−Ｈ0）が１１．９３以上のものからなる請求項１に記載の電解質。
【請求項３】
前記有機共役基は、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、イミダゾール基、ピリジン基、ビピリジル基、フラン基、オキサゾール基、ビニル基、及び、アセチレン基から選ばれるいずれか１以上を含む請求項１又は２に記載の電解質。
【請求項４】
前記アニオンは、（１）式で表されるテトラキス[３，５−ビス(トリフルオロメチル)−フェニル]ホウ酸（ＴＦＰＢ）アニオン、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸アニオン（[Ｂ(Ｃ6Ｆ5)4]-）、[(Ｆ5Ｃ6)3Ｂ(μ-Ｃ3Ｎ2Ｈ3)Ｂ(Ｃ6Ｆ5)3]-、[(Ｆ5Ｃ6)3Ｂ(μ-ＣＮ)Ｂ(Ｃ6Ｆ5)3]-、[(Ｆ5Ｃ6)3Ｂ(μ-ＮＨ2)Ｂ(Ｃ6Ｆ5)3]-、及び、[(Ｆ5Ｃ6)3Ａｌ(μ-Ｃ3Ｎ2Ｈ3)Ａｌ(Ｃ6Ｆ5)3]-から選ばれるいずれか１以上を含む請求項１から３までのいずれかに記載の電解質。
【化１】
0005093166.tif 000009
【請求項５】
前記塩基性分子は、分子量が１０００より大きい塩基性高分子を含む請求項１から４までのいずれかに記載の電解質。
【請求項６】
前記塩基性高分子は、ポリエーテル、ポリビニルイミダゾール、ポリビニルピリジン、ポリアニリン、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリアミン、ポリアクリルアミド、及び、ポリビニルフランから選ばれるいずれか１以上を含む請求項５に記載の電解質。
【請求項７】
前記ｂ／ａ比は、１／１０〜１／６００である請求項５又は６に記載の電解質。
【請求項８】
前記塩基性分子は、分子量が１０００以下である塩基性低分子を含む請求項１から４までのいずれかに記載の電解質。
【請求項９】
前記塩基性分子は、ジエチルエーテル、１−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジエチルメチルアミン、２-エタノールアミン、及び、４-メチルイミダゾールから選ばれるいずれか１以上を含む請求項８に記載の電解質。
【請求項１０】
前記ｂ／ａ比は、１／３〜１／２００である請求項９に記載の電解質。
【請求項１１】
前記塩基性分子は、分子量が１０００より大きい塩基性高分子と、分子量が１０００以下である塩基性低分子とを含む請求項１から４までのいずれかに記載の電解質。
【請求項１２】
前記塩基性高分子は、ポリエーテル、ポリビニルイミダゾール、ポリビニルピリジン、ポリアニリン、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリアミン、ポリアクリルアミド、及び、ポリビニルフランから選ばれるいずれか１以上を含み、
前記塩基性分子は、ジエチルエーテル、１−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジエチルメチルアミン、２-エタノールアミン、及び、４-メチルイミダゾールから選ばれるいずれか１以上を含む請求項１１に記載の電解質。
【請求項１３】
前記ｂ／ａ比は、１／３〜１／６００である請求項１２に記載の電解質。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれかに記載の電解質を、電解質膜及び／又は触媒層内電解質に用いた燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質及び燃料電池に関し、さらに詳しくは、無水又は低湿度下においても高いプロトン伝導性を示す電解質、並びに、このような電解質を電解質膜及び／又は触媒層内電解質に用いた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜の一面側にカソード電極、他面側にアノード電極が設けられた膜電極接合体（ＭＥＡ：  Membrane Electrode Assembly）を備え、ＭＥＡの両面を一対の伝導性セパレータで挟んだ単セルが複数枚積層された構造をしている。それぞれのセパレータには、反応ガスが通る流路が形成されている。カソード電極に対向するセパレータの流路には酸化剤ガス（空気）が供給され、アノード電極に対向するセパレータの流路には水素を含む燃料ガスが供給され、酸素と水素との電気化学反応により発電電流が取り出される。また、同時にカソード電極では水が生成され、生成した過剰な水は、セパレータの流路を通って外部に排出される。
【０００３】
この種の燃料電池に搭載される電解質膜は、乾燥するとイオン交換膜としての機能が低下するため、反応ガスを燃料電池に送り込む前に、加湿装置で加湿することが行われている。しかし、反応ガスを加湿するための加湿装置を設けると、水を加熱するためのヒータなどの熱源が必要であったり、また加湿時の温度を燃料電池の作動温度となるように厳密に制御する必要があるなど、システム構成が煩雑になる。よって、これらのシステムを排除できれば、電池としての効率を大きく向上できる。
【０００４】
一方、低加湿で高いプロトン伝導性を示す電解質膜として、低ＥＷ（当量重量：  Equivalent Weight）タイプの電解質膜が提案されている。しかしながら、低ＥＷタイプの電解質膜のほとんどは、含水率が大きく、水中では著しく膨潤してしまい、電池作動中に破れ易いという問題があった。
【０００５】
そこでこの問題を解決するために従来から、種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１には、一般式：ＨaＭbＱ・ｎＨ2Ｏ（但し、Ｈはプロトン、Ｍはカチオン、Ｑはフルオロボレート又はフルオロヘテロボレートアニオン、ｎは０．０１〜１０００、ａは０．０１〜２、ｂは０〜２。）で表されるプロトン伝導体が開示されている。
同文献には、Ｈ2Ｂ12Ｆ12・ｎＨ2Ｏは、温度１２０℃、相対湿度１４％の条件下で高い導電率（３５５ｍＳ／ｃｍ）を示す点が記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、細孔径５００ｎｍ、気孔率７４％のシリカ多孔膜の細孔表面にスルホン酸基を導入し、細孔内に２−エチルイミダゾリウムトリフレート（２ＥｔＨＩｍＴｆ）を含浸させたイオン伝導体が開示されている。
同文献には、スルホン酸基で表面修飾したシリカ多孔質膜にイオン液体を含浸させると、イオン液体単独よりもイオン伝導度が向上する点が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−０５４１７９号公報
【特許文献２】特開２００７−３１１３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
超強酸であるカルボラン酸を用いた電解質は、低湿度環境下において高い導電率を示すと言われている。しかしながら、カルボラン酸は、合成法が難しく、非常に高価である。
一方、イオン液体は、水素結合性を有し、酸基と塩基の間に水素結合が形成される。そのため、イオン液体を高分子化した場合には、到達可能なプロトン伝導度に限界があると考えられる。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、比較的合成が容易で、安価であり、しかも無水又は低湿度環境下でも高いプロトン伝導度を示す電解質及びこれを用いた燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明に係る電解質は、
Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓｂ及びＡｓのいずれか１種以上の元素からなる少なくとも１つの中心元素と、前記中心元素に結合している少なくとも１つの有機共役基とを備えたアニオンと、
カチオンと、
前記カチオンを配位し得る塩基性分子と
を備え、
前記塩基性分子に含まれる前記カチオンを配位し得る基のモル数（ａ）に対する前記アニオンのモル数（ｂ）の比（＝ｂ／ａ比）は、１／１未満である
ことを要旨とする。
但し、前記アニオンとしてテトラキス（ペンタフルオロフェニル）ホウ酸アニオン（[Ｂ(Ｃ6Ｆ5)4]-）を含み、かつ、前記塩基性分子としてジエチルエーテルを含むものを除く。
また、本発明に係る燃料電池は、本発明に係る電解質を、電解質膜及び／又は触媒層内電解質に用いたことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
少なくとも１つの有機共役基を持つアニオンと塩基性分子とを所定の比率で混合すると、相対的に高いプロトン伝導度を示す電解質が得られる。これは、π電子を持つ有機共役基を備えたアニオンを塩基性分子内に配することにより、有機共役基間でのプロトンの拡散移動（ホッピング）性が高められるためと考えられる。
特に、アニオンが超強酸性を有する場合には、電解質は、無水又は低湿度環境下においても高いプロトン伝導度を示す。これは、超強酸性を有するアニオンを用いることによって、無水又は低湿度下でもプロトンの放出が可能となるためである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１で得られた高分子電解質の1Ｈ−ＮＭＲスペクトルである。
【図２】図２（ａ）は、塩基性低分子を含む電解質のＨＴＦＰＢのモル分率とイオン伝導度との関係を示す図であり、図２（ｂ）は、その低イオン伝導度領域の拡大図である。
【図３】ポリエーテル（塩基性高分子）を含む電解質のプロトン数／酸素原子数とイオン伝導度との関係を示す図である。
【図４】ポリエーテル（塩基性高分子）を含む電解質のイオン伝導度の温度依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  電解質］
本発明に係る電解質は、アニオンと、カチオンと、塩基性分子とを備えている。
【００１４】
［１．１  アニオン］
アニオンは、少なくとも１つの中心元素と、中心元素に結合している少なくとも１つの有機共役基とを備えている。
【００１５】
「中心元素」とは、アニオン性を示す構造の中心に位置する元素をいう。「中心」は、必ずしも幾何学的な中心を意味しない。従って、アニオンは、１個の中心元素を含むものでも良く、あるいは、２個以上含むものでも良い。
中心元素としては、Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓｎ、Ａｓなどがある。アニオンには、これらのいずれか１種の元素が含まれていても良く、あるいは、２種以上が含まれていても良い。これらの中でも、Ｂ及びＡｌは、酸性度の高いアニオンが得られるので、中心元素として特に好適である。
【００１６】
「有機共役基」とは、芳香族性を持つ有機基、又は、二重結合若しくは三重結合の不飽和炭素結合を持つ有機基をいう。
有機共役基としては、
（１）フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基などの２以上の芳香族基が縮合した共役基、及び、これらの誘導体、
（２）イミダゾール基、ピリジン基、ビピリジル基などの窒素原子を含む共役基、及び、これらの誘導体、
（３）フラン基などの酸素原子を含む共役基、及び、これらの誘導体、
（４）ビニル基、アセチレン基、及び、これらの誘導体、
などがある。アニオンには、これらのいずれか１種の有機共役基が含まれていても良く、あるいは、２種以上が含まれていても良い。
また、中心元素には、上述した有機共役基のみが結合していても良く、あるいは、少なくとも１つの有機共役基に加えて、他の基が結合していても良い。他の基としては、具体的には、ハロゲン、アルキル基などがある。
【００１７】
上述した条件を満たすアニオンは、中心元素や有機共役基の種類、分子構造等に応じて、種々の酸性度を示す。無水又は低加湿下で高いプロトン伝導度を得るためには、アニオンは、これを含む酸のＨａｍｍｅｔｔの酸度関数（−Ｈ0）が１１．９３（１００％硫酸の数値）以上であるものが好ましい。
【００１８】
アニオンは、特に、
（ａ）  テトラキス[３，５−ビス(トリフルオロメチル)−フェニル]ホウ酸（ＴＦＰＢ）アニオン（（１）式参照）、
（ｂ）  テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸アニオン（[Ｂ(Ｃ6Ｆ5)4]-）、
（ｃ）  [(Ｆ5Ｃ6)3Ｂ(μ-Ｃ3Ｎ2Ｈ3)Ｂ(Ｃ6Ｆ5)3]-、
（ｄ）  [(Ｆ5Ｃ6)3Ｂ(μ-ＣＮ)Ｂ(Ｃ6Ｆ5)3]-、
（ｅ）  [(Ｆ5Ｃ6)3Ｂ(μ-ＮＨ2)Ｂ(Ｃ6Ｆ5)3]-、
（ｆ）  [(Ｆ5Ｃ6)3Ａｌ(μ-Ｃ3Ｎ2Ｈ3)Ａｌ(Ｃ6Ｆ5)3]-、
などが好ましい。高分子電解質には、これらのいずれか１種のアニオンが含まれていても良く、あるいは、２種以上が含まれていても良い。
【００１９】
【化１】
0005093166.tif 000002
【００２０】
［１．２  カチオン］
カチオンは、アニオン又は後述する塩基性分子に配位していると考えられる。電解質内部で電気化学的な反応が生じたときには、カチオンは、アニオン間、塩基性分子間、又は、アニオン−塩基性分子間を拡散移動（ホッピング）すると考えられる。
本発明において、カチオンの種類は、特に限定されるものではない。
カチオンとしては、具体的には、
（１）プロトン、
（２）リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属イオン、
（３）マグネシウム等のアルカリ土類金属イオン、
などがある。
【００２１】
［１．３  塩基性分子］
塩基性分子とは、カチオンを配位し得る基（広義の塩基）を備えた化合物をいう。
カチオンを配位しうる塩基としては、エーテル基（−Ｏ−）、イミダゾール基、ピリジン基、アニリン基、トリアゾール基、アミド基、アミン基、オキサゾール基、フラン基などがある。塩基性分子は、これらのいずれか１種の塩基を含むものでも良く、あるいは、２種以上を含むものでも良い。
【００２２】
塩基性分子は、分子量が１０００より大きい塩基性高分子であっても良く、あるいは、分子量が１０００以下である塩基性低分子であっても良い。
塩基性高分子としては、ポリエーテル、ポリビニルイミダゾール、ポリビニルピリジン、ポリアニリン、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリアミン、ポリアクリルアミド、ポリビニルフランなどがある。電解質には、これらのいずれか１種の塩基性高分子が含まれていても良く、あるいは、２種以上が含まれていても良い。
また、塩基性低分子としては、ジエチルエーテル、１−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジエチルメチルアミン、２-エタノールアミン、４-メチルイミダゾールなどがある。電解質には、これらのいずれか１種の塩基性低分子が含まれていても良く、あるいは、２種以上が含まれていても良い。
さらに、電解質には、１種又は２種以上の塩基性高分子と、１種又は２種以上の塩基性低分子が含まれていても良い。
【００２３】
［１．４  塩基性分子とアニオンの比率］
塩基性分子に含まれるカチオンを配位し得る基のモル数（ａ）に対する前記アニオンのモル数（ｂ）の比（＝ｂ／ａ比）は、１／１未満である。
一般に、塩基性分子中の塩基（例えば、ポリエーテルの場合は、酸素原子）に対してアニオンの含有量が多くなるほど、高いプロトン伝導度が得られる。一方、アニオンの含有量が過剰になり、ｂ／ａ比が１に近づくと、アニオンと塩基性分子の複合体の粘性が高くなり（運動性が低くなり）、かえってプロトン伝導度が低下する。
例えば、塩基性分子が塩基性高分子である場合、ｂ／ａ比は、１／１０〜１／６００が好ましい。ｂ／ａ比は、さらに好ましくは１／２０〜１／６００、さらに好ましくは１／２０〜１／１５０、さらに好ましくは１／５０〜１／１５０である。
また、例えば、塩基性分子が塩基性低分子である場合、ｂ／ａ比は、１／３〜１／２００が好ましい。ｂ／ａ比は、さらに好ましくは１／３〜１／１００、さらに好ましくは１／１０〜１／１００、さらに好ましくは１／２０〜１／１００である。
また、例えば、塩基性分子が塩基性低分子と塩基性高分子の混合物である場合、ｂ／ａ比は、１／３〜１／６００が好ましい。ｂ／ａ比は、さらに好ましくは１／３〜１／２００、さらに好ましくは１／１０〜１／２００、さらに好ましくは１／１０〜１／１００である。
【００２４】
［２．  電解質の製造方法］
上述した条件を満たすアニオンは、通常、低分子のエーテルなどのカチオンを配位できる化合物とイオン的に結合した状態（塩の状態）で存在する場合が多い。例えば、この塩と塩基性高分子とを適当な溶媒中で混合し、溶媒及び低分子の化合物を除去すると、塩基性高分子を含む電解質（高分子電解質）が得られる。
あるいは、アニオンとカチオンを配位できる低分子の化合物（塩基性低分子）とがイオン的に結合した塩に対して、塩基性低分子を過剰に加えると、塩基性低分子を含む電解質が得られる。
次の（ａ）式に、ＴＦＰＢジエチルエーテル塩とポリエーテル系高分子とを混合することにより得られる高分子電解質の合成反応式の一例を示す。
【００２５】
【化２】
0005093166.tif 000003
【００２６】
［３．  燃料電池］
本発明に係る電解質は、膜状に成形することができる。また、Ｐｔ担持カーボンのような触媒を分散させたインク中に、触媒層内電解質として本発明に係る電解質を添加し、適当な基板表面に塗布・乾燥させることにより、触媒層を作製することができる。さらに、このようにして得られた電解質膜及び／又は触媒層を用いて、燃料電池を作製することができる。
【００２７】
［４．  本発明に係る電解質及びその製造方法、並びに、燃料電池の作用］
少なくとも１つの有機共役基を持つアニオンと塩基性分子とを所定の比率で混合すると、相対的に高いプロトン伝導度を示す電解質が得られる。これは、π電子を持つ有機共役基を備えたアニオンを塩基性分子内に配することにより、有機共役基間でのプロトンの拡散移動（ホッピング）性が高められるためと考えられる。
特に、アニオンが超強酸性を有する場合には、電解質は、無水又は低湿度環境下においても高いプロトン伝導度を示す。これは、超強酸性を有するアニオンを用いることによって、無水又は低湿度下でもプロトンの放出が可能となるためである。
【実施例】
【００２８】
（実施例１）
［１．  試料の合成］
［１．１  ＴＦＰＢの合成］
スキーム１に従い、テトラキス[３，５−ビス(トリフルオロメチル)−フェニル]ホウ酸（ＴＦＰＢ）を合成した。
【００２９】
【化３】
0005093166.tif 000004
【００３０】
ジムロート冷却管、セプタムラバー、及び、滴下漏斗を取り付けた三口丸底フラスコに、削り状マグネシウム（１．０１ｇ、４１．５ｍｍｏｌ）とマグネティックスターラーを入れ、脱気下、ヒートガンで加熱し、系を乾燥させた。その後、Ａｒ置換を行い、Ａｒをふかしながらセプタムラバーを開け、ホウフッ化ナトリウム（０．７０ｇ、６．４ｍｍｏｌ）を入れた。再度、脱気・Ａｒ置換を行い、乾燥ジエチルエーテル（１５０ｍｌ）と、１，２−ジブロモエタン（０．４９ｍｌ、５．７ｍｍｏｌ）を加え、還流を開始した。
【００３１】
溶液が白濁するのを確認した後、乾燥ジエチルエーテル（５０ｍｌ）に溶かした３，５−ビス（トリフルオロメチル）ブロモベンゼン（１）（６．２ｍｌ、３６ｍｍｏｌ）を４０分間かけて滴下した。滴下するごとに溶液は、茶色に懸濁した。その後、還流を止め、室温で一晩攪拌した。反応を止めるため、炭酸ナトリウム（１６ｇ、１５１ｍｍｏｌ）を蒸留水（２００ｍｌ）で溶かした水溶液を加え、３０分間攪拌した。炭酸ナトリウムを加えると、すぐに白色沈殿が現れた。
【００３２】
生じた白色不溶物を濾別後、濾液を分液漏斗に移し、５０ｍｌのジエチルエーテルを加え、三度抽出を行った。エーテル相を回収し、無水硫酸ナトリウムにより乾燥、活性炭により脱色し、溶媒を減圧留去した。ベンゼン（２００ｍｌ）を加え、ディーンスターク装置で水を共沸により除去した。三時間後、淡黄色の沈殿が得られた。デカンテーションにより上澄みを除去し、ヘキサン２００ｍｌを加えて激しく攪拌した。沈殿物を濾別、乾燥した。収量２．８２ｇ（収率５０％）であった。
得られた生成物について、1Ｈ−ＮＭＲスペクトル測定により同定を行った。表１に、その結果を示す。
【００３３】
【表１】
0005093166.tif 000005
【００３４】
［１．２  ＴＦＰＢジエチルエーテル塩の合成］
スキーム２に従い、ＴＦＰＢジエチルエーテル塩（Ｈ(ＯＥt2)2Ｂ(Ｃ6Ｈ3(ＣＦ3)2)4）を合成した。
【００３５】
【化４】
0005093166.tif 000006
【００３６】
テトラキス[３，５−ビス(トリフルオロメチル)−フェニル]ホウ酸ナトリウム（２）（４．００ｇ、４．５１ｍｍｏｌ）の乾燥ジエチルエーテル（１００ｍｌ、９６０ｍｍｏｌ）溶液にモレキュラーシーブ（４Ａ）を加え、１２時間以上静置した。
セプタムラバー、濃硫酸（９８％、９．０ｍｌ）を入れた滴下漏斗、及び、三方コックを付けた三口フラスコに塩化ナトリウム（１０．００ｇ）を入れた。また、セプタムラバーと三方コックを付け、脱気アルゴン置換したナシ型フラスコに、化合物（２）のエーテル溶液を移した。硫酸を徐々に滴下して発生させた塩化水素を、塩化カルシウム管を通して乾燥させた後、ナシ型フラスコ内に導入した。攪拌しながら塩化水素でバブリングを続けると溶液が白濁し、氷浴下、静置すると白色沈殿が生じた。
【００３７】
上澄み液を、脱気アルゴン置換した二口ナスフラスコにメンブレンフィルターを通して入れた。乾燥ジエチルエーテル（２０ｍｌ）で沈殿物を二回洗浄し、その上澄み液も移し入れた。溶液が約１０ｍｌ以下になるまで、溶媒を減圧留去した。再びアルゴン置換し、−７８℃まで冷却、１時間静置すると淡黄色の固体が析出した。乾燥ヘキサン（２０ｍｌ）を加え、溶媒を減圧留去することにより、淡黄色固体が得られた。生成物は、アルゴンで満たし、冷凍保存した。収量３．９１ｇ（収率８５．６％）であった。
得られた生成物について、1Ｈ−ＮＭＲスペクトル測定及び元素分析により同定を行った。表２に、その結果を示す。
【００３８】
【表２】
0005093166.tif 000007
【００３９】
1Ｈ−ＮＭＲスペクトルと元素分析の結果、生成物は、微量のジエチルエーテルを余分に含んだ化合物（３）であることが示唆された。化合物（３）を用いれば、プロトン担体と混合し、ジエチルエーテルを減圧留去することにより、ＴＦＰＢを対アニオンとしたプロトン化が行えると考えられる。
【００４０】
［１．３  高分子電解質（ポリエーテル系超強酸−高分子複合体）の合成］
アルゴン下、ＴＦＰＢ塩とポリ（エチレングリコール）ジメチルエーテル（Ｍn〜５００（ｎ〜１０））とを、それぞれ、ジエチルエーテル（ｄｒｙ）に溶解させた後、これらを混合した。組成比は、ポリエーテル：ＴＦＰＢ＝１０：１（ポリマー中の酸素原子１０に対して、ＴＦＰＢ１）とした。
溶媒を減圧留去し、残存しているエーテルを除去するため、クロロホルム（ｄｒｙ）で５回ドライアップを繰り返した。重溶媒は、モレキュラーシーブで乾燥したものを使用した。次の（ｂ）式に、得られた高分子電解質の分子構造を示す。
【００４１】
【化５】
0005093166.tif 000008
【００４２】
［２．  試験方法及び結果］
得られた高分子電解質について、1Ｈ−ＮＭＲスペクトル測定を行った。図１に、その結果を示す。図１より、目的物が得られていることがわかる。
また、この高分子電解質の２５℃、相対湿度１０％でのプロトン拡散係数を測定したところ、プロトン拡散係数は５．９×１０-12ｍ2／ｓであった。
【００４３】
（比較例１）
ナフィオン（登録商標）１１２（デュポン社製）のプロトン拡散係数を測定した。その結果、２５℃、相対湿度１０％でのプロトン拡散係数は、４．３×１０-12ｍ2／ｓであった。
【００４４】
（実施例２）
［１．  試料の作製］
白金線を配した伝導度測定セル内で、ＴＦＰＢと蒸留乾燥した塩基性分子とを混合した。塩基性分子には、ジエチルエーテル、１−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジエチルメチルアミン、４−メチルイミダゾール、及び、２−エタノールアミンを用いた。
ＴＦＰＢとジエチルエーテルのモル比（＝ＴＦＰＢ／塩基のモル比）は、１／５、１／２０、１／５０、又は、１／１００とした。
ＴＦＰＢと１−プロピルアミンのモル比（＝ＴＦＰＢ／塩基のモル比）は、１／３．７、１／５、１／１０、１／２０、１／５０、又は、１／１００とした。
ＴＦＰＢとジエチルアミンのモル比（＝ＴＦＰＢ／塩基のモル比）は、１／３．４、１／５、１／１０、１／２０、１／５０、又は、１／１００とした。
ＴＦＰＢとジエチルメチルアミンのモル比（＝ＴＦＰＢ／塩基のモル比）は、１／１２、１／２０、１／５０、又は、１／１００とした。
ＴＦＰＢと２−エタノールアミンのモル比（＝ＴＦＰＢ／塩基のモル比）は、１／５．６、１／１０、１／２０、１／５０、又は、１／１００とした。
さらに、ＴＦＰＢと４−メチルイミダゾールのモル比（＝ＴＦＰＢ／塩基のモル比）は、１／５、１／１０、１／２０、１／５０、又は、１／１００とした。
【００４５】
［２．  試験方法］
交流インピーダンス測定（二端子法）を用いて、伝導度を測定した。測定温度は２５℃とした。また、測定周波数は１Ｈｚ〜１ＭＨｚとした。
【００４６】
［３．  結果］
図２に、塩基性低分子を含む電解質のＨＴＦＰＢのモル分率とイオン伝導度との関係を示す。なお、「ＨＴＦＰＢ」とは、ＴＦＰＢとプロトンのイオン対を表す。
図２より、
（１）塩基性低分子の種類によらず、ＨＴＦＰＢのモル分率（すなわち、ＴＦＰＢ／塩基のモル比）を最適化することによって、イオン伝導度は極大値を取る、
（２）ＴＦＰＢ／塩基のモル比（ｂ／ａ比）を１／３〜１／２００とすると、イオン伝導度は２．０×１０-4Ｓ／ｃｍを超える、
（３）ＴＦＰＢ／塩基のモル比（ｂ／ａ比）は、さらに好ましくは１／３〜１／１００、さらに好ましくは１／１０〜１／１００、さらに好ましくは１／２０〜１／１００である、
ことがわかる。
【００４７】
（実施例３）
［１．  試料の作製］
組成比を、ポリエーテル：ＴＦＰＢ＝１１：１、２０：１、５０：１、１００：１、又は、１５０：１とした以外は、実施例１の［１．３］と同様の手順に従い、複合体を得た。
［２．  試験方法］
この複合体を、白金線を配した伝導度測定セル内に入れ、交流インピーダンス法（二端子法）を用いて伝導度を測定した。測定温度は２５℃とした。また、測定周波数は、１Ｈｚ〜１ＭＨｚとした。
【００４８】
［３．  結果］
図３に、ポリエーテル（塩基性高分子）を含む電解質のプロトン数／酸素原子数とイオン伝導度との関係を示す。なお、プロトン数／酸素原子数は、アニオン／塩基のモル比（ｂ／ａ比）と同義である。
図３より、
（１）プロトン数／酸素原子数（すなわち、ＴＦＰＢ／塩基のモル比）を最適化することによって、イオン伝導度は極大値を取る、
（２）ＴＦＰＢ／塩基のモル比（ｂ／ａ比）を１／１０〜１／６００とすると、イオン伝導度は２．０×１０-5Ｓ／ｃｍを超える、
（３）ＴＦＰＢ／塩基のモル比（ｂ／ａ比）は、さらに好ましくは１／２０〜１／６００、さらに好ましくは１／２０〜１／１５０、さらに好ましくは１／５０〜１／１５０である、
ことがわかる。
【００４９】
図４に、ポリエーテル（塩基性高分子）を含む電解質のイオン伝導度の温度依存性を示す。図４より、高温になるほど伝導度は大きくなっており、１００℃以上でも伝導度の低下はなく、水に依存することのない伝導機構であることがわかる。
【００５０】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る電解質は、固体高分子型燃料電池、水電解装置、ハロゲン化水素酸電解装置、食塩電解装置、酸素及び／又は水素濃縮器、湿度センサ、ガスセンサ等の各種電気化学デバイスに用いられる電解質膜及び触媒層内電解質として用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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