JP6000537B2 - Alkaline electrolyte and fuel cell provided with the electrolyte - Google Patents
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Description
本発明は、アルカリ電解質、および該アルカリ電解質を備える燃料電池に関する。 The present invention relates to an alkaline electrolyte and a fuel cell including the alkaline electrolyte.
アルカリ電解質形燃料電池(AFC:Alkaline Fuel Cell;以下、単に「AFC」と言うこともある。)は、水酸化物イオン伝導体を電解質として用いた燃料電池であり、発電効率が高く、100℃以下(例えば20℃〜100℃)で使用可能なため、宇宙用途(スペースシャトルへの搭載用)等に用いられている。また、白金(Pt)等高価な触媒材料が不要なため、次世代の発電装置としても研究が進められている。 An alkaline electrolyte fuel cell (AFC: Alkaline Fuel Cell; hereinafter may be simply referred to as “AFC”) is a fuel cell using a hydroxide ion conductor as an electrolyte, and has high power generation efficiency at 100 ° C. Since it can be used in the following (for example, 20 ° C. to 100 ° C.), it is used for space applications (for mounting on a space shuttle) and the like. In addition, since an expensive catalyst material such as platinum (Pt) is unnecessary, research is being conducted as a next-generation power generator.
AFCの構造は、電解質としての水酸化物イオン伝導体(典型的には、アルカリ性の水溶液をセパレータに含浸させた形態)を介して、カソード(空気極)とアノード(燃料極)とが対向して構成されている。そしてかかるAFCに電流を印加すると、カソードにおいて、酸素含有ガス(典型的には空気)中の酸素と、水(H2O)とが反応し、水酸化物イオン(OH−)となる。該水酸化物イオンは、カソードから電解質を介してアノードに供給される。そして該アノードにおいて、燃料ガス(典型的には水素)と反応して水を生成し、電子を放出することにより、発電が行われる。なお、AFCの発電効率は、一般的には、作動温度に依存し、温度が高くなるほど発電効率も高い傾向にある。 The structure of AFC is such that the cathode (air electrode) and the anode (fuel electrode) face each other through a hydroxide ion conductor (typically, a form in which a separator is impregnated with an alkaline aqueous solution) as an electrolyte. Configured. When a current is applied to the AFC, oxygen in an oxygen-containing gas (typically air) reacts with water (H 2 O) at the cathode to form hydroxide ions (OH − ). The hydroxide ions are supplied from the cathode through the electrolyte to the anode. At the anode, power is generated by reacting with a fuel gas (typically hydrogen) to produce water and releasing electrons. The power generation efficiency of AFC generally depends on the operating temperature, and the power generation efficiency tends to increase as the temperature increases.
ところで近年、AFCの電解質として、無機固体電解質が注目されている。該固体電解質は固体(典型的には膜状)であるため、作動温度を水の沸点以上(例えば100℃〜200℃。)に設定することができ、該電解質を用いた燃料電池では発電効率の更なる向上が期待できる。また、かかる固体電解質は液体を使用しないため、液漏れの心配がなく安全性の面でも優れている。無機固体電解質に関する従来技術としては、特許文献1および非特許文献1〜3が挙げられる。例えば、特許文献1には、粘土鉱物からなるアルカリ電解質が開示されている。即ち、該電解質は、陽イオン(典型的には、金属イオン)の水酸化物からなる層(以下、単に水酸化物層と言うこともある。)が積層され、その層間に陰イオンと水分子とを含む、層状複水酸化物(ハイドロタルサイトとも言う。)で構成されており、層間の陰イオンが移動することによってイオン伝導性を示す。
In recent years, inorganic solid electrolytes have attracted attention as electrolytes for AFC. Since the solid electrolyte is solid (typically in the form of a film), the operating temperature can be set to be equal to or higher than the boiling point of water (for example, 100 ° C. to 200 ° C.). In a fuel cell using the electrolyte, power generation efficiency Further improvement can be expected. Further, since such a solid electrolyte does not use a liquid, there is no fear of liquid leakage and is excellent in terms of safety. As a prior art regarding an inorganic solid electrolyte, there are
しかし、上記特許文献に記載されるような層状複水酸化物は湿度依存性が極めて大きく、湿度の低下に伴って層間に含まれる水分子が流失するとイオン伝導性が著しく減少する。このため、該層状複水酸化物を燃料電池の電解質として用いる際には、常に湿度の高い状態(例えば80%RH以上の状態)を保持する必要があるが、かかる加湿状態を保持することは電池構造の複雑化や製造コストの増加につながるため、好ましくない。また、上述のような湿度依存性は発電性能を不安定化させる虞もあるため、より湿度依存性の低い電解質が望まれている。 However, the layered double hydroxide as described in the above-mentioned patent document has a very high humidity dependency, and when water molecules contained between the layers are washed away as the humidity decreases, the ionic conductivity is remarkably reduced. For this reason, when the layered double hydroxide is used as an electrolyte for a fuel cell, it is necessary to always maintain a high humidity state (for example, a state of 80% RH or higher). This is not preferable because it leads to a complicated battery structure and an increase in manufacturing cost. Moreover, since the humidity dependency as described above may destabilize the power generation performance, an electrolyte having a lower humidity dependency is desired.
本発明は、かかる課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、従来に比べ湿度依存性の少ないアルカリ電解質を提供することである。また、本発明は、他の側面として、上記アルカリ電解質を備えた燃料電池を提供する。 This invention is made | formed in view of this subject, The objective is to provide the alkaline electrolyte with less humidity dependence compared with the former. Moreover, this invention provides the fuel cell provided with the said alkaline electrolyte as another side surface.
上記目的を実現するべく、本発明によって、アルカリ電解質が提供される。ここで、上記アルカリ電解質は、層状複水酸化物を形成する組成物によって構成されており、上記組成物は二価および三価の陽イオンと、少なくとも水酸化物イオンを含む陰イオンと、両性イオンになり得る有機化合物と、を包含している。
ここで開示されるアルカリ電解質は、二価および三価の陽イオンの水酸化物からなる層(水酸化物層)と、該水酸化物層の層間に入った物質(即ち、陰イオンと、水分子と、両性イオンになり得る有機化合物)とからなる、層状複水酸化物により構成される。ここで上記水酸化物層は正に帯電しているため、該水酸化物層の表面には、陰イオンや分極を生じた有機化合物(の負電荷を有する元素部位)が結合している。そして、該有機化合物の正電荷を有する元素部位には、陰イオンや分極した水分子(Hδ+−OHδ−)が結合し、これにより強固なイオン伝導パス(経路)を形成し得る。さらに、水酸化物層の層間に該有機化合物が入っているため、水酸化物層間の距離(以下、層間距離と言う。)が広がり、より多くの水分子を構造中に包含することができる。よって、ここで開示されるアルカリ電解質は従来に比べて湿度依存性が小さく、低湿度条件においても高いイオン伝導性を発揮することができる。
In order to achieve the above object, an alkaline electrolyte is provided by the present invention. Here, the alkaline electrolyte is composed of a composition that forms a layered double hydroxide, and the composition includes divalent and trivalent cations, an anion containing at least hydroxide ions, and amphoteric. And an organic compound that can be an ion.
The alkaline electrolyte disclosed herein includes a layer composed of a divalent and trivalent cation hydroxide (hydroxide layer), and a substance (that is, an anion) interposed between the hydroxide layers. It is composed of a layered double hydroxide composed of water molecules and organic compounds that can be zwitterions. Here, since the hydroxide layer is positively charged, an organic compound (an element portion having a negative charge) having an anion or polarization is bonded to the surface of the hydroxide layer. Then, an anion or a polarized water molecule (H δ + -OH δ- ) is bonded to the element part having a positive charge of the organic compound, thereby forming a strong ion conduction path (path). Further, since the organic compound is contained between the hydroxide layers, the distance between the hydroxide layers (hereinafter referred to as the interlayer distance) is widened, and more hydroxide molecules can be included in the structure. . Therefore, the alkaline electrolyte disclosed here is less dependent on humidity than conventional ones, and can exhibit high ionic conductivity even under low humidity conditions.
ここで開示される材料の好ましい一態様では、上記二価の陽イオンはマグネシウムイオンであり、上記三価の陽イオンはアルミニウムイオンである。
上記元素はイオン化傾向が比較的大きいため、かかる元素を備えた該層状複水酸化物は、高いイオン伝導性を示す。また該層状複水酸化物は化学的安定性にも優れているため、アルカリ電解質として好適である。
In a preferred embodiment of the material disclosed herein, the divalent cation is a magnesium ion, and the trivalent cation is an aluminum ion.
Since the above elements have a relatively large ionization tendency, the layered double hydroxide provided with such elements exhibits high ionic conductivity. Moreover, since the layered double hydroxide is excellent in chemical stability, it is suitable as an alkaline electrolyte.
ここで開示される材料の好ましい一態様では、上記二価の陽イオン(MII)と上記三価の陽イオン(MIII)とのモル比(MII/MIII)は、2以上4以下である。
水酸化物層中の陽イオンの比率が上記範囲にある場合、結晶構造の安定性に優れ、且つイオン伝導体として優れた性能を発揮し得る。このため、アルカリ電解質として好適である。
In a preferred embodiment of the materials disclosed herein, the molar ratio of the divalent cation (M II) and the trivalent cation (M III) (M II / M III) is 2 to 4 It is.
When the ratio of cations in the hydroxide layer is in the above range, the crystal structure is excellent in stability and can exhibit excellent performance as an ionic conductor. For this reason, it is suitable as an alkaline electrolyte.
ここで開示される材料の好ましい一態様では、上記二価の陽イオン(MII)と上記三価の陽イオン(MIII)とのモル比(MII/MIII)は2.5以上3.5以下である。
水酸化物層中の陽イオンの比率が上記を満たす場合、より結晶構造の安定性に優れ、イオン伝導体としても一層優れた性能を発揮することができる。
In a preferred embodiment of the materials disclosed herein, the molar ratio of the divalent cation (M II) and the trivalent cation (M III) (M II / M III) is 2.5 or more 3 .5 or less.
When the ratio of the cation in the hydroxide layer satisfies the above, the crystal structure is more stable and can exhibit more excellent performance as an ionic conductor.
ここで開示される材料の好ましい一態様では、上記有機化合物として、少なくとも1種のアミノ酸および/またはアミノ酸誘導体を含む。
上記有機化合物として含まれるアミノ酸(若しくはアミノ酸誘導体)は分子構造中に、アミノ基(−NH2等)とカルボキシル基(−COOH)とを有しているため、分子内で分極が生じやすい。よって、該有機化合物を有するアルカリ電解質では、より強固なイオン伝導パスを形成することができる。
In a preferred embodiment of the material disclosed herein, the organic compound includes at least one amino acid and / or amino acid derivative.
Since the amino acid (or amino acid derivative) contained as the organic compound has an amino group (—NH 2 or the like) and a carboxyl group (—COOH) in the molecular structure, polarization easily occurs in the molecule. Therefore, an alkaline electrolyte having the organic compound can form a stronger ion conduction path.
ここで開示される材料の好ましい一態様では、上記有機化合物として、少なくとも一般式:R1R2R3N+R4COO−(ここで、R1、R2、R3、R4は、それぞれ水素原子または炭素数1〜5の直鎖、分岐、または環状のアルキル基である。)で示されるアミノ酸および/またはアミノ酸誘導体を含む。
上記有機化合物は水との親和性(即ち、水溶性)が高いため、該有機化合物を有するアルカリ電解質は、高いイオン伝導性を発揮することができる。
In a preferred embodiment of the material disclosed herein, the organic compound includes at least a general formula: R 1 R 2 R 3 N + R 4 COO − (where R 1 , R 2 , R 3 , R 4 are An amino acid and / or an amino acid derivative represented by a hydrogen atom or a linear, branched, or cyclic alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
Since the organic compound has high affinity with water (that is, water solubility), an alkaline electrolyte having the organic compound can exhibit high ionic conductivity.
ここで開示される材料の好ましい一態様では、上記有機化合物として、少なくとも一般式:R1R2R3N+CH2COO−(ここで、R1、R2、R3は、それぞれ水素原子または炭素数1〜5の直鎖、分岐、または環状のアルキル基である。)で示されるアルキルグリシンを含む。
上記有機化合物として含まれるアルキルグリシンは、アルキル鎖が比較的短いため上記水酸化物層の層間に入り込みやすく、また該層間を好適な距離に保ち得るため、好ましく用いることができる。
In a preferable embodiment of the material disclosed herein, the organic compound includes at least a general formula: R 1 R 2 R 3 N + CH 2 COO − (wherein R 1 , R 2 , and R 3 each represent a hydrogen atom Or a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 5 carbon atoms).
Alkyl glycine contained as the organic compound can be preferably used because it has a relatively short alkyl chain and therefore can easily enter the interlayer of the hydroxide layer and can maintain the interlayer at a suitable distance.
ここで開示される材料の好ましい一態様では、上記有機化合物として、少なくともトリメチルグリシン((CH3)3N+CH2COO−;グリシンベタインとも言う。)を含む。
トリメチルグリシンは、上記アルキルグリシンの中でも化学的安定性に優れている。また天然に広く存在していることから、環境面からも好適である。
In a preferred embodiment of the material disclosed herein, the organic compound includes at least trimethylglycine ((CH 3 ) 3 N + CH 2 COO − ; also referred to as glycine betaine).
Trimethylglycine is excellent in chemical stability among the above alkylglycines. Moreover, since it exists widely naturally, it is suitable also from an environmental viewpoint.
また本発明により、層状複水酸化物からなるアルカリ電解質の製造方法であって、二価の陽イオン源および三価の陽イオン源を含有する水性溶液を用意すること、上記用意した水性溶液に、両性イオンになり得る有機化合物を添加すること、上記有機化合物を添加した水性溶液をアルカリ性に調整し、析出物を得ること、上記アルカリ性の水性溶液から析出物を回収すること、および上記回収した析出物を成形すること、を包含する。
かかる製造方法によれば、ここで開示される湿度依存性の小さいアルカリ電解質を、好適に合成することができる。
According to the present invention, there is also provided a method for producing an alkaline electrolyte comprising a layered double hydroxide, comprising preparing an aqueous solution containing a divalent cation source and a trivalent cation source. Adding an organic compound capable of forming an amphoteric ion; adjusting the aqueous solution to which the organic compound is added to alkalinity to obtain a precipitate; recovering the precipitate from the alkaline aqueous solution; and Forming the precipitate.
According to such a production method, the alkaline electrolyte having a small humidity dependency disclosed here can be suitably synthesized.
さらに本発明により、ここで開示されるいずれかのアルカリ電解質を備えた燃料電池が提供される。
ここで開示されるアルカリ電解質は、湿度依存性が小さく、低湿領域(例えば、20%RH〜60%RH)においても、高いイオン伝導性を示す。よって該電解質を用いた燃料電池では、従来に比べ低湿領域における発電性能が向上し、発電安定性を向上させることができる。
Furthermore, the present invention provides a fuel cell comprising any of the alkaline electrolytes disclosed herein.
The alkaline electrolyte disclosed here has low humidity dependence and exhibits high ionic conductivity even in a low humidity region (for example, 20% RH to 60% RH). Therefore, in the fuel cell using the electrolyte, the power generation performance in the low humidity region is improved as compared with the conventional one, and the power generation stability can be improved.
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.
ここで開示されるアルカリ電解質は、層状複水酸化物を形成する組成物によって構成されていることにより特徴付けられる。よって、他の構成成分の内容や組成等については、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の基準に照らして決定することができる。
なお、本明細書において特に断りがない場合、「湿度」は飽和水蒸気圧に対する水蒸気圧の分圧(即ち、相対湿度(RH:Relative Humidity))のことを指し、便宜上「%RH」という単位で表記する。
The alkaline electrolyte disclosed herein is characterized by being constituted by a composition that forms a layered double hydroxide. Therefore, the content, composition, and the like of other components can be determined in light of various standards without departing from the object of the present invention.
Unless otherwise specified in this specification, “humidity” refers to a partial pressure of water vapor pressure with respect to saturated water vapor pressure (that is, relative humidity (RH)), and for convenience, a unit of “% RH”. write.
ここで開示されるアルカリ電解質は、層状複水酸化物を形成する組成物によって構成されている。本明細書において、「複水酸化物」とは二種以上の水酸化物のコンポジット状態(複合状態)からなる化合物を示し、「層状複水酸化物」とは上記複水酸化物によって形成されたシート状の複水酸化物が規則的に積層された層状構造を言う。 The alkaline electrolyte disclosed here is composed of a composition that forms a layered double hydroxide. In this specification, “double hydroxide” refers to a compound composed of a composite state (composite state) of two or more hydroxides, and “layered double hydroxide” is formed by the double hydroxide. A layered structure in which sheet-like double hydroxides are regularly stacked.
図2は、ここで開示される層状複水酸化物20の典型的な構造を示した模式図である。層状複水酸化物20は、大まかには、複水酸化物からなる層22と、該層間24に存在する物質とから構成され、これらがファンデルワールス力の相互作用によって交互に積層された構造を有する。上記水酸化物層22は、ランダムに存在する二価および三価の陽イオンが水酸化物イオン(OH−)に囲まれた正八面体構造を有しており、全体として正に帯電している。また、層間24には、両性イオンになり得る有機化合物23と、陰イオン25と、水分子(層間水)26とが包含され、全体として負に帯電することで電気的中性が保たれている。
ここで、正に帯電した水酸化物層22の表面22aには、陰イオン25や分極した有機化合物(即ち、両性イオン)23がクーロン力(静電引力)により結合している。このため、水酸化物層22と該層間24との抵抗が低減されている。また、両性イオンの正電荷を有する元素部位と、水分子(典型的には分極した状態)26とが結合し、より強固なイオン伝導パス(経路)を形成し得る。さらに、水酸化物層の間に有機化合物23が入ることで層間24の距離が広がり、より多くの水分子26を構造中に包含することができる。このため、ここで開示されるアルカリ電解質は従来に比べて湿度依存性が少なく、低湿度条件においても高いイオン伝導性を発揮することができる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a typical structure of the layered
Here, on the
なお、上記層間距離は、例えば一般的なX線回折装置(XRD:X−ray diffraction)により測定することができる。具体的には、試料に対する入射角度をステップ的または連続的に変化させながらX線(CuKα線)を照射し、試料によって回折されたX線を検査器で捉える。そして、X線の回折方向と入射方向の角度差(回折角2θ)と、回折X線強度を測定する。かかる測定は、例えば、株式会社リガク製のX線回折装置、型式「RINT−TTRIII」を用いて、後述する実施例のような条件で測定することができる。なお、測定に用いる試料は、測定対象たる層状複水酸化物(典型的には粉末状)を試料ボードに詰めたものであってもよく、該層状複水酸化物を用いて形成されたペレット(板状)であってもよい。 The interlayer distance can be measured by, for example, a general X-ray diffraction apparatus (XRD: X-ray diffraction). Specifically, X-rays (CuKα rays) are irradiated while changing the incident angle with respect to the sample stepwise or continuously, and the X-ray diffracted by the sample is captured by an inspection device. Then, the angle difference between the X-ray diffraction direction and the incident direction (diffraction angle 2θ) and the diffraction X-ray intensity are measured. Such measurement can be performed, for example, using an X-ray diffractometer manufactured by Rigaku Corporation, model “RINT-TTRIII”, under conditions such as those in Examples described later. Note that the sample used for measurement may be a layered double hydroxide (typically powdered) packed in a sample board, and a pellet formed using the layered double hydroxide. (Plate shape) may be sufficient.
ここで、水酸化物層22を構成する陽イオンとしては、特に限定されないが、比較的イオン化傾向の大きいものを好ましく用いることができる。より具体的には、二価の陽イオンとしては、例えば、マグネシウムイオン(Mg2+)、カルシウムイオン(Ca2+)、バリウムイオン(Ba2+)、マンガンイオン(Mn2+)、鉄イオン(Fe2+)、コバルトイオン(Co2+)、ニッケルイオン(Ni2+)、銅イオン(Cu2+)、亜鉛イオン(Zn2+)等から選択される1種または2種以上の元素が挙げられ、なかでもイオン化傾向の大きいアルカリ土類金属イオン(Mg2+、Ca2+)を好ましく用いることができる。また、三価の陽イオンとしては、例えば、アルミニウムイオン(Al3+)、クロムイオン(Cr3+)、鉄イオン(Fe3+)、ガリウム(Ga3+)等から選択される1種または2種以上の元素を用いることができ、なかでもアルミニウムイオンを好ましく用いることができる。例えば、マグネシウムイオンとアルミニウムイオンとを含む水酸化物層は、イオン伝導性が高く、化学的安定性(例えば耐酸性や耐アルカリ性)にも優れているため、アルカリ電解質として好適に用いることができる。なお、二価の陽イオンと三価の陽イオンとは、価数が異なっていれば同種の元素(例えば、Fe2+とFe3+)を選択することもできる。
特に限定するものではないが、上記二価の陽イオン(MII)と上記三価の陽イオン(MIII)とのモル比(MII/MIII)は、2以上4以下(より好ましくは、2.5以上3.5以下)であることが好ましい。水酸化物層中の陽イオンの比率が上記範囲にある場合、結晶構造の安定性に優れ、且つイオン伝導体としても一層優れた性能を発揮し得る。このため、アルカリ電解質として好適に用いることができる。
Here, the cation constituting the
Although not particularly limited, the molar ratio of the divalent cation (M II) and the trivalent cation (M III) (M II / M III) is 2 to 4 (more preferably 2.5 or more and 3.5 or less). When the ratio of the cation in the hydroxide layer is in the above range, the crystal structure is excellent in stability and can be further improved as an ionic conductor. For this reason, it can be suitably used as an alkaline electrolyte.
ここで用いられる陰イオンは、少なくとも水酸化物層22を構成する水酸化物イオン(OH−)を含む、1種または2種以上の元素である。水酸化物イオン以外の陰イオンとしては、特に限定されないが、比較的イオン化傾向の大きいものを好ましく用いることができる。より具体的には、炭酸イオン(CO3 2−)、硝酸イオン(NO3 −)、亜硝酸イオン(NO2 −)、硫酸イオン(SO4 2−)、フッ化物イオン(F−)、塩化物イオン(Cl−)、臭化物イオン(Br−)、ヨウ化物イオン(I−)等が挙げられる。上記水酸化物層22を構成する以外の陰イオン25は、典型的には該水酸化物層の層間24に存在し、電気的中性を保っている。なお、上記陰イオン25は全ての層間に存在する必要はなく、例えば、1つおきの層間に存在する場合もあり得る。
The anions used here are one or more elements including at least hydroxide ions (OH − ) constituting the
ここで用いられる、両性イオンになり得る有機化合物23は、分子内に分極を生じて正電荷と負電荷とを持ち得る有機化合物のことを言い、常に分極状態にあることは要しない。また、該化合物中に含まれる正電荷および/または負電荷の数は一つであっても、二つ以上であってもよい。
該有機化合物としては、分極の生じやすい化合物、典型的には酸性と塩基性の官能基を有する化合物が挙げられる。例えば、分子中に、アミノ基(−NH2等)とカルボキシル基(−COOH)とを有する、アミノ酸やその誘導体(塩)はその典型例である。アミノ酸の具体例としては、例えば、アルギニン、ヒスチジン、リシン、アスパラギン酸、グルタミン酸等の帯電した側鎖を有するものや、セリン、トレオニン、アスパラギン、グルタミン等の非帯電性の側鎖を有するもの、アラニン、バリン、イソロイシン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン等の疎水性の側鎖を有するもの、グリシン、システイン、セレノシステイン、プロリン等が挙げられる。例えば、一般式:R1R2R3N+R4COO−(ただし、R1、R2、R3、R4は、それぞれ水素原子または炭素数1〜5の直鎖、分岐、または環状のアルキル基である。)で示されるアミノ酸やその誘導体(塩)有機化合物は水との親和性(即ち、水溶性)が高いため、該有機化合物を有するアルカリ電解質は高いイオン伝導性を発揮することができる。なかでも上記一般式中のR4がCH2である一般式:R1R2R3N+CH2COO−で表記されるアルキルグリシンとその誘導体は、アルキル鎖が比較的短いため上記水酸化物層の層間に入り込みやすく、また該層間を好適な距離に保ち得るため、好ましく用いることができる。アルキルグリシンの具体的例としては、例えばトリメチルグリシン(グリシンベタインとも言う。単に、ベタインと言う場合もある。)、ジメチルグリシン、メチルグリシン、エチルグリシン、プロピルグリシン等が挙げられ、例えば、陰イオンを吸着しやすく且つ化学的安定性に優れるトリメチルグリシンを好ましく用いることができる。またトリメチルグリシンは天然に広く存在していることから、環境面からも好適である。また、上記アミノ酸の誘導体であり、一般に工業等の分野で用いられている、各種の両性界面活性剤等も用いることができる。
As used herein, the
Examples of the organic compound include a compound that easily causes polarization, typically a compound having acidic and basic functional groups. For example, amino acids and derivatives thereof (salts) having an amino group (—NH 2 or the like) and a carboxyl group (—COOH) in the molecule are typical examples. Specific examples of amino acids include those having charged side chains such as arginine, histidine, lysine, aspartic acid and glutamic acid, those having uncharged side chains such as serine, threonine, asparagine and glutamine, and alanine. And those having a hydrophobic side chain such as valine, isoleucine, leucine, methionine, phenylalanine, tyrosine and tryptophan, glycine, cysteine, selenocysteine, proline and the like. For example, the general formula: R 1 R 2 R 3 N + R 4 COO − (where R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each a hydrogen atom or a straight chain, branched or cyclic group having 1 to 5 carbon atoms. Since the amino acid or its derivative (salt) organic compound represented by (1) is highly compatible with water (ie, water-soluble), an alkaline electrolyte having the organic compound exhibits high ionic conductivity. be able to. Of these, alkyl glycine and its derivatives represented by the general formula: R 1 R 2 R 3 N + CH 2 COO — in which R 4 in the above general formula is CH 2 have a relatively short alkyl chain, and thus are hydroxylated. It can be preferably used because it can easily enter between physical layers and can be kept at a suitable distance. Specific examples of the alkyl glycine include, for example, trimethyl glycine (also referred to as glycine betaine, sometimes simply referred to as betaine), dimethyl glycine, methyl glycine, ethyl glycine, propyl glycine, and the like. Trimethylglycine which is easily adsorbed and excellent in chemical stability can be preferably used. Trimethylglycine is also suitable from the environmental viewpoint because it is widely present in nature. In addition, various amphoteric surfactants that are derivatives of the above amino acids and are generally used in fields such as industry can also be used.
また、ここで開示されるアルカリ電解質を好適に製造する方法を提供する。ここで提供される製造方法では、(1)二価の陽イオン源および三価の陽イオン源を含有する水性溶液を用意すること、(2)上記用意した水性溶液に両性イオンになり得る有機化合物を添加すること、(3)上記有機化合物を添加した水性溶液をアルカリ性に調製し析出物を得ること、(4)上記アルカリ性の水性溶液から析出物を回収すること、および(5)上記析出物を成形すること、を包含する。かかる製造方法によれば、ここで開示される湿度依存性の小さいアルカリ電解質を、より簡便に合成することができるため好適である。以下、かかる製造方法について詳細に説明する。 Moreover, the method of manufacturing suitably the alkaline electrolyte disclosed here is provided. In the production method provided herein, (1) preparing an aqueous solution containing a divalent cation source and a trivalent cation source, and (2) an organic that can be zwitterions in the prepared aqueous solution. Adding a compound, (3) preparing an aqueous solution to which the organic compound is added to be alkaline to obtain a precipitate, (4) collecting the precipitate from the alkaline aqueous solution, and (5) the deposit. Molding an object. According to this manufacturing method, the alkaline electrolyte having a small humidity dependency disclosed here can be synthesized more easily, which is preferable. Hereinafter, this manufacturing method will be described in detail.
<(1)水性溶液の用意>
ここで開示される製造方法では、先ず、出発原料たる化合物(即ち、「二価の陽イオン」源、「三価の陽イオン」源)および必要に応じてそれ以外の添加物を用意する。そして、これらを所望の組成比率となるよう秤量し、水性溶液中に溶解させる。
ここで用いられる二価の陽イオン源は、既に上述した二価の陽イオン(例えば、Mg2+、Ca2+、Ba2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+等)のうち少なくとも一つを含む化合物であれば特に限定されず、製造目的たるアルカリ電解質を構成する層状複水酸化物の組成に応じて、適宜選択することができる。例えば、該金属イオンの硝酸塩、硫酸塩、塩化物等を用いることができる。より具体的には、硝酸マグネシウム、シュウ酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、水酸化マグネシウム等を用いることができ、なかでもイオン化傾向の大きな硝酸塩(例えば硝酸マグネシウム(Mg(NO3)2:水和物の状態であり得る。)を好ましく用いることができる。同様に、ここで用いられる三価の陽イオン源も、既に上述した三価の陽イオン(Al3+、Cr3+、Fe3+、Ga3+等)のうち少なくとも一つを含む化合物であれば特に限定されず、製造目的たるアルカリ電解質を構成する層状複水酸化物の組成に応じて、適宜選択することができる。例えば、該金属イオンの硝酸塩、硫酸塩、塩化物等を用いることができる。より具体的には、例えばアルミニウムイオン(Al3+)を使用する場合は、硝酸アルミニウム、シュウ酸アルミニウム、塩化アルミニウム、水酸化アルミニウム等を用いることができ、なかでも硝酸アルミニウム(Al(NO3)3:水和物の状態であり得る。)を好ましく用いることができる。
<(1) Preparation of aqueous solution>
In the production method disclosed herein, first, a compound as a starting material (that is, a “divalent cation” source, a “trivalent cation” source) and other additives as required are prepared. And these are weighed so that it may become a desired composition ratio, and are dissolved in an aqueous solution.
The divalent cation source used here is the divalent cation already described above (for example, Mg 2+ , Ca 2+ , Ba 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Cu 2+ , Zn 2+, etc.). ) Is not particularly limited as long as it is a compound containing at least one of them, and can be appropriately selected according to the composition of the layered double hydroxide constituting the alkaline electrolyte as the production objective. For example, nitrates, sulfates and chlorides of the metal ions can be used. More specifically, magnesium nitrate, magnesium oxalate, magnesium carbonate, magnesium sulfate, magnesium chloride, magnesium hydroxide, and the like can be used. Among them, nitrates having a high ionization tendency (for example, magnesium nitrate (Mg (NO 3 ) 2 The trivalent cation source used here is also the trivalent cation (Al 3+ , Cr 3+ , Fe 3+) already described above. , Ga 3+ and the like) as long as the compound contains at least one of them, and can be appropriately selected according to the composition of the layered double hydroxide constituting the alkaline electrolyte that is the production object. Metal ion nitrates, sulfates, chlorides, etc. can be used, more specifically, for example, aluminum ions (A When using 3+) is aluminum nitrate, aluminum oxalate, can be used aluminum chloride, aluminum hydroxide, etc., among them aluminum nitrate (Al (NO 3) 3: may be in the form of hydrates). Can be preferably used.
また、ここで用いられる水性溶液を構成する溶媒は、典型的には水(純水)であるが、水を主成分とする混合溶媒であってもよい。該混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶媒(低級アルコール、低級ケトン等)を好適に用いることができる。使用する溶媒の種類は、製造に用いる化合物(例えば、後述する有機化合物等)の性質等によって適宜選択することができ、例えば水への溶解性が乏しい化合物(典型的には長鎖状の有機化合物)を使用する際には、有機溶剤を併用してもよい。典型的には、該水性溶媒の50質量%以上(典型的には60質量%以上、例えば80質量%以上)が水である水性溶媒を用いることができ、実質的に水からなる水性溶媒が好適例として挙げられる。
上記水性溶液の調製時には、従来公知の種々の攪拌・混合操作を採用することができる。かかる操作としては、例えば、超音波の照射や、マグネチックスターラーによる撹拌等が挙げられる。また、溶解させる順序も特に限定されず、二価の陽イオン源と三価の陽イオン源とを同時に水性溶液中に添加してもよく、先ずどちらか一方を水性溶液中に添加して溶解させた後にもう一方の陽イオン源を添加し溶解させてもよい。なお、ここで用いられる水性溶液中には、本発明の効果を著しく損なわない限りにおいて、上記陽イオン源以外に各種添加剤(例えば、分散剤、pH調整剤、防腐剤、着色剤等)を適宜添加してもよい。
The solvent constituting the aqueous solution used here is typically water (pure water), but may be a mixed solvent containing water as a main component. As the solvent other than water constituting the mixed solvent, an organic solvent (such as a lower alcohol or a lower ketone) that can be uniformly mixed with water can be suitably used. The kind of the solvent to be used can be appropriately selected depending on the properties of the compound used in the production (for example, an organic compound described later) and the like, for example, a compound having poor solubility in water (typically a long-chain organic compound). When using the compound, an organic solvent may be used in combination. Typically, an aqueous solvent in which 50% by mass or more (typically 60% by mass or more, for example, 80% by mass or more) of the aqueous solvent is water can be used. It is mentioned as a suitable example.
In preparing the aqueous solution, various conventionally known stirring and mixing operations can be employed. Examples of such operations include irradiation with ultrasonic waves and stirring with a magnetic stirrer. The order of dissolution is not particularly limited, and the divalent cation source and the trivalent cation source may be added simultaneously to the aqueous solution. First, either one is added to the aqueous solution and dissolved. Then, the other cation source may be added and dissolved. In addition, in the aqueous solution used here, various additives (for example, a dispersant, a pH adjuster, a preservative, a colorant, etc.) other than the cation source are provided as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. You may add suitably.
また、該水性溶媒の量は、特に限定されるものではないが、上記陽イオン源を完全に溶解し得る量(即ち、飽和溶液よりも低濃度となり得る量)が好ましい。例えば、上記陽イオン源100質量部に対し凡そ150質量部〜3000質量部とすることができ、好ましくは凡そ200質量部〜1600質量部である。上記溶媒量であれば上記陽イオン源を均一に溶解させることができ、より均質に目的物を製造し得る。また、水性溶液に含まれる二価の陽イオン、三価の陽イオン、水酸化物イオンの合計モル数(合計イオン濃度)は、例えば凡そ0.2〜2.4モル/Lとすることができ、凡そ0.6〜2.0モル/Lとすることが好ましい。上記範囲の濃度とすることで、後述するpH調整において目的物たる層状複水酸化物を好適に析出させることができる。水性溶液の濃度は、所望の組成比率(即ち、層状複水酸化物を構成する、二価の陽イオン、三価の陽イオン、両性イオンの比)を保持し得る範囲で、溶媒による希釈やイオン源の添加等により適宜調整し得る。 The amount of the aqueous solvent is not particularly limited, but is preferably an amount that can completely dissolve the cation source (that is, an amount that can be lower than the saturated solution). For example, it can be about 150 to 3000 parts by mass, preferably about 200 to 1600 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the cation source. If it is the amount of the above-mentioned solvent, the above-mentioned cation source can be dissolved uniformly, and the target product can be produced more uniformly. Further, the total number of moles (total ion concentration) of the divalent cation, trivalent cation and hydroxide ion contained in the aqueous solution is, for example, about 0.2 to 2.4 mol / L. It is preferably about 0.6 to 2.0 mol / L. By setting the concentration within the above range, the layered double hydroxide as the target can be suitably precipitated in the pH adjustment described later. The concentration of the aqueous solution is within a range that can maintain a desired composition ratio (that is, the ratio of divalent cation, trivalent cation, and zwitterion constituting the layered double hydroxide). It can be appropriately adjusted by adding an ion source or the like.
<(2)有機化合物の添加>
ここで開示される製造方法では、次に、上記用意した水性溶液に両性イオンになり得る有機化合物を、所望の組成比率となるよう秤量し添加する。
ここで用いられる両性イオンになり得る有機化合物は、既に上述した有機化合物のうち1種または2種以上を特に限定することなく用いることができる。該有機化合物の添加量は、特に限定されないが、例えば上記水性溶液に含まれる三価の陽イオンのモル数に対し、例えば凡そ0.5〜20.0モルとすることができ、凡そ0.8〜10.0モルとすることが好ましい。また、添加の方法は特に限定されず、例えば該有機化合物が粉末状(粉状、粒状等を含む)である場合は、そのまま上記水性溶媒に添加してもよく、先ず任意の溶媒(以下、第2の溶媒と呼ぶ。)に溶解させて溶液状にした後に、上記水性溶媒に添加してもよい。なお、ここで用いられる第2の溶媒としては、上記水性溶媒と均一に混合し得るものが好ましく、例えば上述した水性溶媒と同種の溶媒を用いることができる。また、撹拌・混合操作に関してはすでに上述した手法を適宜用いることができる。撹拌・混合に要する時間は特に限定されないが、例えば数分〜数十分(典型的には1分〜60分、例えば5分〜40分)とすることができる。
<(2) Addition of organic compound>
In the production method disclosed herein, next, an organic compound capable of forming zwitterions is weighed and added to the prepared aqueous solution so as to have a desired composition ratio.
The organic compound which can be an amphoteric ion used here can be used without particularly limiting one or more of the organic compounds described above. The amount of the organic compound added is not particularly limited, but can be, for example, about 0.5 to 20.0 moles relative to the number of moles of the trivalent cation contained in the aqueous solution. It is preferable to set it as 8-10.0 mol. Moreover, the addition method is not particularly limited. For example, when the organic compound is in a powder form (including powder form, granular form, etc.), it may be added to the aqueous solvent as it is. It may be added to the aqueous solvent after being dissolved in a second solvent. In addition, as a 2nd solvent used here, what can be mixed with the said aqueous solvent uniformly is preferable, for example, the same kind of solvent as the aqueous solvent mentioned above can be used. Moreover, regarding the stirring / mixing operation, the above-described method can be appropriately used. Although the time required for stirring and mixing is not particularly limited, it can be, for example, several minutes to several tens of minutes (typically 1 minute to 60 minutes, for example, 5 minutes to 40 minutes).
<(3)水性溶液のpH調整>
ここで開示される製造方法では、次に、上記有機化合物を添加した水性溶液をアルカリ性に調整し、該水性溶液から層状複水酸化物の粒子を析出させる(共沈法とも言う。)。
ここでアルカリ性に調整する方法としては、特に限定されないが、例えば上記水性溶液中に、アルカリ剤(即ち、液性をアルカリ性に傾ける作用のある化合物)を添加することが挙げられる。かかるアルカリ剤としては、例えば水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)等を、典型的には水溶液の形態で用いることができる。好ましい一態様では水酸化ナトリウム水溶液を使用する。
水性溶液のpHは、使用する陽イオン種や溶液の濃度によっても異なるため、特に限定されないが、極端に高いpHでは析出した水酸化物が再溶解する虞がある。また、均質な(例えば、粒径や粒子構造等が平均から大きく外れた粒子の個数割合が少ない)粒子が得られやすいという観点からは、上記水性溶液から短時間のうちに多数の核を析出させ得ることが好ましい。かかる析出態様を好適に実現するには、典型的にはpH8以上、例えば8以上12以下、好ましくは9以上11以下に調整することが好ましい。なお、本明細書中において、pHの値は、市販のpHメーターを用いて室温(液温25℃)において測定された値を指す。
<(3) pH adjustment of aqueous solution>
In the production method disclosed herein, the aqueous solution to which the organic compound is added is adjusted to be alkaline, and the layered double hydroxide particles are precipitated from the aqueous solution (also referred to as a coprecipitation method).
Here, the method for adjusting the alkalinity is not particularly limited. For example, an alkali agent (that is, a compound having an action of tilting the liquidity to alkalinity) may be added to the aqueous solution. As such an alkali agent, for example, sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH) and the like can be typically used in the form of an aqueous solution. In a preferred embodiment, an aqueous sodium hydroxide solution is used.
The pH of the aqueous solution varies depending on the cation species used and the concentration of the solution, and is not particularly limited. However, at extremely high pH, the precipitated hydroxide may be redissolved. In addition, from the viewpoint that it is easy to obtain homogeneous particles (for example, a small number ratio of particles whose particle size or particle structure greatly deviates from the average), a large number of nuclei are precipitated from the aqueous solution in a short time. It is preferable that it can be made. In order to suitably realize such a precipitation mode, it is typically preferable to adjust the pH to 8 or more, for example, 8 to 12 and preferably 9 to 11. In addition, in this specification, the value of pH points out the value measured at room temperature (liquid temperature of 25 degreeC) using the commercially available pH meter.
また、ここで開示される好ましい一態様では、上記層状複水酸化物を析出させる過程において、上記水性溶液から層状複水酸化物粒子の核を析出させる段階(核生成段階)と、その核を成長させる段階(粒子成長段階)とを含む。該粒子成長段階では、粒子が均一に成長するような環境で一定時間保持することが好ましい。好ましい一態様としては、例えば、上記水性溶媒の沸点以下の温度を保ったまま(例えば、所定の温度±1℃)、一定時間保持(放置)する。上記保持する温度は溶媒の沸点以下の温度(典型的には100℃以下)であって、例えば30℃〜95℃、好ましくは50℃〜90℃とすることができる。加温の方法は特に限定されず、公知の手法(例えば、電気炉)を適宜用いることができる。また保持時間は、粒子の成長に合わせて変更することができ、層状複水酸化物の種類や環境条件(例えば温度)等にもよるが、典型的には0.5時間以上100時間以下、例えば1時間以上48時間以下、好ましくは2時間以上36時間以下とすることができる。かかる加温状態での保持により、粒子の成長を一層促進することができる。なお、空気中のCO2はアルカリ性の水溶液に少なからず吸収され、炭酸イオンとして溶液中に存在することになる。このため、該イオンの混入を最小限にしたい場合には、反応液および反応槽内の雰囲気は、上記核生成段階および粒子成長段階を通じて不活性雰囲気(例えば窒素雰囲気)に維持することが好ましい。 In a preferred embodiment disclosed herein, in the process of precipitating the layered double hydroxide, a step (nucleation step) of depositing nuclei of layered double hydroxide particles from the aqueous solution, A stage of growth (particle growth stage). In the particle growth stage, it is preferable to hold for a certain period of time in an environment where the particles grow uniformly. As a preferred embodiment, for example, the temperature is kept (left) for a certain time while keeping the temperature below the boiling point of the aqueous solvent (for example, a predetermined temperature ± 1 ° C.). The temperature to be held is a temperature not higher than the boiling point of the solvent (typically 100 ° C. or lower), and can be, for example, 30 ° C. to 95 ° C., preferably 50 ° C. to 90 ° C. The heating method is not particularly limited, and a known method (for example, an electric furnace) can be appropriately used. The holding time can be changed according to the growth of the particles, and is typically 0.5 hours to 100 hours, although depending on the type of layered double hydroxide and environmental conditions (for example, temperature). For example, it can be 1 hour to 48 hours, preferably 2 hours to 36 hours. By holding in such a heated state, the growth of particles can be further promoted. Incidentally, CO 2 in the air is absorbed not a little alkaline aqueous solution, it will be present in solution as carbonate ions. For this reason, when it is desired to minimize the contamination of the ions, it is preferable to maintain the atmosphere in the reaction solution and the reaction tank in an inert atmosphere (for example, a nitrogen atmosphere) through the nucleation stage and the particle growth stage.
<(4)析出物の回収>
ここで開示される製造方法では、次に、上記析出させた層状複水酸化物粒子(即ち、二価および三価の陽イオンと両性イオンと少なくとも水酸化物イオンを含む陰イオンとを含む複水酸化物粒子)を水性溶液から分離し、洗浄して乾燥させる。分離方法としては、従来公知の方法(遠心分離、濾過、デカンテーション等)を一種または二種以上組み合わせて用いることができる。そして、上記得られた粒子を適宜、粉砕および/または分級処理する。かかる粉砕処理では、従来用いられる装置のうち一種または二種以上を特に限定なく用いることができる。例えば、ジェットミル、プラネタリーミキサー等の非媒体型分散機や、ボールミル等の媒体型分散機を用いることができる。また、粉砕処理の条件(例えば、粉砕速度や粉砕時間)は、所望の粒径が得られるよう、適宜を調節するとよい。
このようにして、例えば、平均粒径が凡そ1000nm以下(典型的には1nm以上1000nm以下、好ましくは1nm以上500nm以下、より好ましくは1nm以上250nm以下)程度の層状複水酸化物粒子を得ることができる。なお、本明細書において「平均粒径」とは、動的光散乱法に基づく粒度分布測定により、キュムラント解析法から算出した平均粒子径を指す。具体的には、例えば、型式「Zetasizer Nano ZS ZEN3600」(Malvern Instruments社製)等の動的光散乱法を用いた粒度分布測定装置により測定することができる。
<(4) Collection of precipitate>
In the production method disclosed herein, next, the precipitated layered double hydroxide particles (that is, a composite containing the divalent and trivalent cations, the amphoteric ions, and the anions containing at least hydroxide ions) are used. The hydroxide particles are separated from the aqueous solution, washed and dried. As the separation method, conventionally known methods (centrifugation, filtration, decantation, etc.) can be used singly or in combination of two or more. Then, the obtained particles are appropriately pulverized and / or classified. In the pulverization treatment, one or two or more kinds of conventionally used apparatuses can be used without any particular limitation. For example, a non-media type dispersing machine such as a jet mill or a planetary mixer, or a medium type dispersing machine such as a ball mill can be used. The conditions for the pulverization treatment (for example, pulverization speed and pulverization time) may be adjusted as appropriate so that a desired particle size can be obtained.
Thus, for example, layered double hydroxide particles having an average particle size of about 1000 nm or less (typically 1 nm to 1000 nm, preferably 1 nm to 500 nm, more preferably 1 nm to 250 nm) are obtained. Can do. In the present specification, the “average particle diameter” refers to an average particle diameter calculated from a cumulant analysis method by particle size distribution measurement based on a dynamic light scattering method. Specifically, for example, it can be measured by a particle size distribution measuring apparatus using a dynamic light scattering method such as a model “Zetasizer Nano ZS ZEN 3600” (manufactured by Malvern Instruments).
なお、ここで得られた層状複水酸化物は、水酸化物層が積層された構造であり、該層間には陰イオンがインターカレートされて(取り込まれて)いる。上記陰イオン種を他の陰イオン種とで交換したい場合は、例えば以下のようにして行うことができる。まず、上記得られた層状複水酸化物を高温(例えば300℃〜1000℃)で焼成することにより、水酸化物層を構成する水を脱水して、複酸化物を得る。次に、交換したい陰イオン種を水性溶媒に溶解させた水溶液を用意する。そして、用意した水溶液中に上記酸化物を浸漬することで、目的の陰イオンがインターカレートされた層状複水酸化物を得ることができる。なお、上記イオン交換は電荷密度の高いイオン(即ち、価数が大きく、イオン半径の小さいイオン)ほど、インターカレーションされやすい。 The layered double hydroxide obtained here has a structure in which hydroxide layers are laminated, and anions are intercalated (incorporated) between the layers. When it is desired to exchange the anionic species with other anionic species, for example, it can be performed as follows. First, the layered double hydroxide obtained above is baked at a high temperature (for example, 300 ° C. to 1000 ° C.) to dehydrate water constituting the hydroxide layer to obtain a double oxide. Next, an aqueous solution in which an anionic species to be exchanged is dissolved in an aqueous solvent is prepared. And the layered double hydroxide in which the target anion was intercalated can be obtained by immersing the said oxide in the prepared aqueous solution. In the ion exchange, ions having a higher charge density (that is, ions having a higher valence and a smaller ion radius) are more easily intercalated.
<(5)アルカリ電解質の成形>
そして、上記得られた層状複水酸化物粒子を、所望の形状に成形する。成形の手法については特に限定されず、従来行われている公知の成形技法(金型成形、冷間静水圧成形、押出し成形、射出成形、鋳込み成形、プレス成形等)等を用いて製造することができる。
具体的には、例えば、先ず粉末状の層状複水酸化物と、バインダ(例えば、セルロース系ポリマー)とを分散溶媒(水や有機溶剤)中に分散させることによって、スラリー状(ペースト状、インク状を含む。)の分散液を調製する。なお、該スラリー状の分散液には、必要に応じて分散剤や界面活性剤等の添加剤を含み得る。次に、上述した公知の成形技法を用いてスラリー状の分散液を所望の形状に成形する。そして、該成形体を乾燥(例えば加熱)することにより、アルカリ電解質を製造することができる。
ここで開示される製造方法により得られるアルカリ電解質は、用途に応じた種々の形状をとり得る。例えば、膜状、平板(薄板)状、円柱状(ペレット状)などが挙げられるが、形状やサイズ等は特に限定されない。また、かかるアルカリ電解質の厚み(典型的には膜厚)は、典型的には10μm〜500μm程度であり、好ましくは20μm〜300μm程度であるが、かかる膜厚に限定されるものではない。
<(5) Alkaline electrolyte molding>
And the obtained layered double hydroxide particles are formed into a desired shape. The method of molding is not particularly limited, and it is manufactured using a conventionally known molding technique (mold molding, cold isostatic pressing, extrusion molding, injection molding, cast molding, press molding, etc.), etc. Can do.
Specifically, for example, first, a powdery layered double hydroxide and a binder (for example, a cellulose polymer) are dispersed in a dispersion solvent (water or an organic solvent) to form a slurry (a paste, an ink). A dispersion is prepared. The slurry-like dispersion may contain additives such as a dispersant and a surfactant as necessary. Next, the slurry-like dispersion is formed into a desired shape using the above-described known forming technique. And an alkaline electrolyte can be manufactured by drying (for example, heating) this molded object.
The alkaline electrolyte obtained by the production method disclosed herein can take various shapes depending on the application. Examples of the shape include a film shape, a flat plate (thin plate) shape, and a columnar shape (pellet shape), but the shape and size are not particularly limited. The thickness (typically the film thickness) of the alkaline electrolyte is typically about 10 μm to 500 μm, and preferably about 20 μm to 300 μm, but is not limited to such a film thickness.
<燃料電池>
また、本発明により、ここで開示されるいずれかのアルカリ電解質を備えた燃料電池が提供される。ここで開示されるアルカリ電解質は、湿度依存性が小さく、低湿領域(例えば、20%RH〜60%RH)においても、高いイオン伝導性を示す。よって該電解質を用いた燃料電池では、従来に比べ低湿領域における発電性能が向上し、発電安定性をも向上させることができる。
ここで開示されるアルカリ電解質は、水酸化物イオンをイオン伝導体として用いる燃料電池であれば、特に制限なく用いることができる。かかる燃料電池としては、例えば、固体高分子形燃料電池(PEFC:Polymer electrolyte fuel cell)や、直接形メタノール燃料電池(DMFC:Direct methanol fuel cell)、直接形エタノール形燃料電池(DEFC:Direct ethanol fuel cell)等の直接形燃料電池(DFC:Direct Fuel Cell)等と総称される燃料電池が挙げられる。
また、かかる形状も特に限定されず、例えば、従来公知の平板型(Planar)、縦縞円筒型(Tubular)、円筒の周側面を垂直に押し潰した扁平円筒型(Flat tubular)、一体積層型等の燃料電池に用いることができる。なお、該燃料電池に用いる材料(例えば、該電極を構成する材料や該電池セルを構成する部材等)および該電池の構築方法は従来と同様のものを用いることができ、特別な操作を必要としない。
<Fuel cell>
The present invention also provides a fuel cell including any of the alkaline electrolytes disclosed herein. The alkaline electrolyte disclosed here has low humidity dependence and exhibits high ionic conductivity even in a low humidity region (for example, 20% RH to 60% RH). Therefore, in the fuel cell using the electrolyte, the power generation performance in the low humidity region is improved and the power generation stability can be improved as compared with the conventional fuel cell.
The alkaline electrolyte disclosed here can be used without particular limitation as long as it is a fuel cell using hydroxide ions as an ionic conductor. Examples of such a fuel cell include a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), a direct methanol fuel cell (DMFC), and a direct ethanol fuel cell (DEFC). and a fuel cell generically called a direct fuel cell (DFC) such as a cell).
Also, the shape is not particularly limited. For example, a conventionally known flat plate type (Planar), vertical stripe cylindrical type (Tubular), flat cylindrical type (Flat tubular) in which the peripheral side surface of the cylinder is vertically crushed, an integral laminated type, and the like It can be used for a fuel cell. The material used for the fuel cell (for example, the material constituting the electrode, the member constituting the battery cell, etc.) and the construction method of the battery can be the same as those used in the prior art and require special operations. And not.
一例として、図1を参照しながら説明する。図1は、ここで開示されるアルカリ電解質を備えたAFC1を模式的に示した断面構成図である。ここに示す典型的なAFC1は、アノード(燃料極)10と、カソード(空気極)30とが、ここで開示されるアルカリ電解質(典型的には膜状)20を介して対向した構造を有している。そして該アノード10の電解質20と接していない側には燃料室11が、該カソード30の電解質20と接していない側には酸化剤ガス室31が、それぞれ配置されている。そして、燃料室11は、燃料(典型的には気体(ガス)状)を供給する管等に接合され、気体(燃料もしくは空気)が流出(流入)しないように封止されている。なお、ここで用いられる燃料としては、典型的には水素ガス(H2)だが、燃焼するものであれば特に限定することなく用いることができる。例えば炭化水素(メタン(CH4))等の気体であってもよく、メタノールやエタノールなどの液体アルコールを用いることもできる。また、酸化剤ガス室31は酸素(O2)を含む気体(典型的には空気)に曝される構造を有している。
かかるAFCに電流を印加すると、カソード30において、酸素含有ガス中の酸素と、水(H2O)とが反応し、水酸化物イオン(OH−)を生成する。該水酸化物イオンは、カソード30からアルカリ電解質20を介してアノード10に供給される。そして該アノード10において、燃料と反応して水を生成し、電子を放出することにより、発電が行われる。
An example will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram schematically showing an
When a current is applied to the AFC, oxygen in the oxygen-containing gas reacts with water (H 2 O) at the
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。本実施例では、層状複水酸化物を構成する元素の比率を変えたものを作製し、その性能を評価した。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not intended to be limited to those shown in the specific examples. In this example, a device in which the ratio of the elements constituting the layered double hydroxide was changed was produced, and its performance was evaluated.
<例1>
先ず、二価の陽イオン源たる硝酸マグネシウム六水和物(Mg(NO3)2・6H2O)と、三価の陽イオン源たる硝酸アルミニウム九水和物(Al(NO3)3・9H2O)とを、陽イオン(即ち、Mg2+とAl3+)のモル比が3:1になるよう秤量し、精製水(75ml)に溶解させて水性溶液を調製した。次に、炭酸ナトリウム(Na2CO3)を秤量し、精製水(300ml)に溶解させて水性溶液を調製した。そして、陽イオン源の溶解した水性溶液に溶液状態の両性イオン源を添加し、20分間スターラーで攪拌した。
上記調製した水性溶液に、2MのNaOH溶液を添加し、該水性溶液のpHを9.5に調整した。該水性溶液をスターラーでさらに30分間攪拌した後、電気炉に入れ80℃で4時間保持(放置)し析出物を得た。かかる析出物を遠心分離した後にろ過し、精製水で3回洗浄してから乾燥(80℃、24時間)することにより、平均粒径120nmの層状複水酸化物(例1)を得た。
<Example 1>
First, magnesium nitrate hexahydrate (Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O) as a divalent cation source and aluminum nitrate nonahydrate (Al (NO 3 ) 3 .3 as a trivalent cation source. 9H 2 O) was weighed so that the molar ratio of cations (ie, Mg 2+ to Al 3+ ) was 3: 1 and dissolved in purified water (75 ml) to prepare an aqueous solution. Next, sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) was weighed and dissolved in purified water (300 ml) to prepare an aqueous solution. Then, the amphoteric ion source in a solution state was added to the aqueous solution in which the cation source was dissolved, and the mixture was stirred with a stirrer for 20 minutes.
To the aqueous solution prepared above, 2M NaOH solution was added to adjust the pH of the aqueous solution to 9.5. The aqueous solution was further stirred for 30 minutes with a stirrer, and then placed in an electric furnace and kept (left) at 80 ° C. for 4 hours to obtain a precipitate. The precipitate was centrifuged and then filtered, washed three times with purified water, and then dried (80 ° C., 24 hours) to obtain a layered double hydroxide (Example 1) having an average particle size of 120 nm.
<例2>
上記炭酸ナトリウムに替えて、両性イオンになり得るトリメチルグリシン((CH3)3N+CH2COO−)を用いたことと、80℃での保持時間を24時間としたこと以外は、上記<例1>と同様の方法で層状複水酸化物(例2)を得た。
<Example 2>
Other than using trimethylglycine ((CH 3 ) 3 N + CH 2 COO − ) that can be zwitterions instead of sodium carbonate, and maintaining the retention time at 80 ° C. for 24 hours, the above < A layered double hydroxide (Example 2) was obtained in the same manner as in Example 1>.
<例3>
上記硝酸マグネシウム六水和物と硝酸アルミニウム九水和物と含む水性溶液に、陰イオン系界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウム(CH3(CH2)11OSO3Na)を添加したこと以外は、上記<例1>と同様の方法で層状複水酸化物(例3)を得た。
<Example 3>
Except for adding sodium dodecyl sulfate (CH 3 (CH 2 ) 11 OSO 3 Na), which is an anionic surfactant, to the aqueous solution containing magnesium nitrate hexahydrate and aluminum nitrate nonahydrate, A layered double hydroxide (Example 3) was obtained in the same manner as in <Example 1> above.
<例4>
上記硝酸マグネシウム六水和物と硝酸アルミニウム九水和物と含む水性溶液に、陰イオン系界面活性剤であるストアリン酸ナトリウム(CH3(CH2)16COONa)を添加し、溶媒として精製水とエタノールの混合溶媒(配合比は、1:1)を用いたこと以外は、上記<例1>と同様の方法で層状複水酸化物(例4)を得た。
<Example 4>
Sodium stearate (CH 3 (CH 2 ) 16 COONa), which is an anionic surfactant, is added to the aqueous solution containing magnesium nitrate hexahydrate and aluminum nitrate nonahydrate, and purified water is used as a solvent. A layered double hydroxide (Example 4) was obtained in the same manner as in the above <Example 1> except that a mixed solvent of ethanol and ethanol (mixing ratio was 1: 1) was used.
<例5>
上記二価の陽イオン源たる硝酸マグネシウム六水和物と、三価の陽イオン源たる硝酸アルミニウム九水和物とを、陽イオンのモル比が2:1になるよう秤量したこと以外は、上記<例1>と同様の方法で層状複水酸化物(例5)を得た。
<Example 5>
Except that the magnesium nitrate hexahydrate as the divalent cation source and the aluminum nitrate nonahydrate as the trivalent cation source were weighed so that the molar ratio of the cations was 2: 1, A layered double hydroxide (Example 5) was obtained in the same manner as in the above <Example 1>.
<例6>
上記炭酸ナトリウムに替えて、両性イオンになり得るトリメチルグリシン((CH3)3N+CH2COO−)を用いたことと、80℃での保持時間を24時間としたこと以外は、上記<例5>と同様の方法で層状複水酸化物(例6)を得た。
上述した各サンプルの構成について下表1に纏める。
<Example 6>
Other than using trimethylglycine ((CH 3 ) 3 N + CH 2 COO − ) that can be zwitterions instead of sodium carbonate, and maintaining the retention time at 80 ° C. for 24 hours, the above < A layered double hydroxide (Example 6) was obtained in the same manner as in Example 5.
The configuration of each sample described above is summarized in Table 1 below.
[X線回折測定]
ここで、上記得られた層状複水酸化物(例1〜6)について、下記の条件でX線回折(XRD:X−Ray Diffraction)測定を行った。二価の陽イオン(Mg2+)と、三価の陽イオン(Al3+)との比を3:1とした層状複水酸化物(例1〜4)のXRDチャートを図3に、上記陽イオンの比を2:1とした層状複水酸化物(例5、6)のXRDチャートを図4に、それぞれ示す。またXRDチャートのピーク位置と、Braggの式(2dsinθ=nλ)から得られた層間距離d(nm)について纏めた結果を表2の該当箇所に示す。
測定装置:RINT−TTRIII(株式会社リガク製)
ターゲット:Cu(Kα線)
スリット:発散スリット=1°、受光スリット=0.1mm、散乱スリット=1°
測定範囲:3°≦2θ≦80°
測定温度:室温(25℃)
[X-ray diffraction measurement]
Here, about the obtained layered double hydroxide (Examples 1-6), the X-ray diffraction (XRD: X-Ray Diffraction) measurement was performed on condition of the following. FIG. 3 shows an XRD chart of the layered double hydroxide (Examples 1 to 4) in which the ratio of the divalent cation (Mg 2+ ) to the trivalent cation (Al 3+ ) is 3: 1. FIG. 4 shows XRD charts of layered double hydroxides (Examples 5 and 6) having an ion ratio of 2: 1. Table 2 shows the results of summarizing the peak position of the XRD chart and the interlayer distance d (nm) obtained from the Bragg equation (2 d sin θ = nλ).
Measuring device: RINT-TTRIII (manufactured by Rigaku Corporation)
Target: Cu (Kα ray)
Slit: Diverging slit = 1 °, Receiving slit = 0.1 mm, Scattering slit = 1 °
Measurement range: 3 ° ≦ 2θ ≦ 80 °
Measurement temperature: Room temperature (25 ° C)
図3および表1に示すように、例1のXRDチャートでは2θ=10°および20°付近に顕著なピークが現れ、かかるXRDパターンより目的物が合成できていることを確認した。また、例3および4のXRDチャートでは、例1のXRDチャートで2θ=10°付近に観測されたピークが低角度側にシフトし、即ち層間距離が広がっていることが確認された。この理由としては、比較的嵩高い構造の陰イオン系界面活性剤が、水酸化物層の層間に入ったためと考えられる。一方、例2のXRDチャートではピークのシフトは見られなかったが、2θ=10°付近のピーク幅が、例1に比べやや広がったことが確認された。このため結晶構造に何らかの変化が生じていると考えられる。
また、図4に示すように、例5のXRDパターンより目的物が合成できていることを確認した。例6では2θ=10°付近に二つピークが重なって観察され、トリメチルグリシンが層間に入ったことで層間距離が広がったものと考えられた。
As shown in FIG. 3 and Table 1, in the XRD chart of Example 1, remarkable peaks appeared in the vicinity of 2θ = 10 ° and 20 °, and it was confirmed from the XRD pattern that the target product could be synthesized. In the XRD charts of Examples 3 and 4, it was confirmed that the peak observed near 2θ = 10 ° in the XRD chart of Example 1 was shifted to the low angle side, that is, the interlayer distance was widened. This is probably because an anionic surfactant having a relatively bulky structure entered the hydroxide layer. On the other hand, no peak shift was observed in the XRD chart of Example 2, but it was confirmed that the peak width in the vicinity of 2θ = 10 ° was slightly wider than that of Example 1. For this reason, it is considered that some change occurs in the crystal structure.
Further, as shown in FIG. 4, it was confirmed from the XRD pattern of Example 5 that the target product was synthesized. In Example 6, two peaks were observed in the vicinity of 2θ = 10 °, and it was considered that trimethylglycine entered the interlayer and the interlayer distance increased.
[イオン伝導性の測定]
上記得られた層状複水酸化物(例1〜6)について、イオン伝導率σ(S/cm)を測定した。具体的には、まず測定用サンプル(ペレット)を作製した。即ち、上記得られた層状複水酸化物(0.2g)をペレット成形用の金型(直径10mm)に入れ、所定の条件で加圧成形(例えば、ここでは6kNで30秒間加圧した後、より強い圧力(12kN)で5分間加圧)した。そして、得られたペレットの表裏に導電性ペースト(ドータイトD−500、藤倉化成株式会社製)を塗布し、80℃で10分間乾燥させた。かかるペレットに電極用金板(厚み0.1mm)を設置し、測定用サンプル(例1〜6)とした。
[Measurement of ion conductivity]
About the obtained layered double hydroxide (Examples 1-6), ion conductivity (sigma) (S / cm) was measured. Specifically, first, a measurement sample (pellet) was prepared. That is, the layered double hydroxide (0.2 g) obtained above is placed in a mold for pellet molding (
次に、周波数応答アナライザを用いて、下記測定条件でイオン伝導率σ(S/cm)を測定した。本測定では、先ず相対湿度80%で測定を行い、その後、イオン伝導率の高かったサンプルについては、低湿度条件(60%RHおよび20%RH)においても測定を行った。一例として、80℃、20%RHの条件で測定したインピーダンススペクトルのチャート(Cole−Coleプロット)を図5に示す。また、得られたCole−Coleプロットからバルク抵抗の値を求め、イオン伝導度を算出した。結果について纏めたものを図5、6および表1に示す。なお、下表2中の「−」は、未測定であることを表す。
測定装置:1260型(Solartron社製)
測定電圧:10mV
測定周波数:10MHz〜0.1Hz
測定方法:2端子法
測定温度:80℃
Next, ion conductivity σ (S / cm) was measured using a frequency response analyzer under the following measurement conditions. In this measurement, the measurement was first performed at a relative humidity of 80%, and then the samples having high ion conductivity were also measured under low humidity conditions (60% RH and 20% RH). As an example, FIG. 5 shows an impedance spectrum chart (Cole-Cole plot) measured at 80 ° C. and 20% RH. Moreover, the value of bulk resistance was calculated | required from the obtained Cole-Cole plot, and the ionic conductivity was computed. The results are summarized in FIGS. 5 and 6 and Table 1. In addition, "-" in the following Table 2 represents that it has not been measured.
Measuring device: 1260 type (manufactured by Solartron)
Measurement voltage: 10mV
Measurement frequency: 10 MHz to 0.1 Hz
Measuring method: Two-terminal method Measuring temperature: 80 ° C
図5に示すように、80℃、20%RHの高温低湿条件において、トリメチルグリシンを含む例2では、トリメチルグリシンを含まない例1に比べ、顕著に抵抗が低かった。この理由として、正に帯電した水酸化物層の表面に、分極を生じたトリメチルグリシン((CH3)3N+CH2COO−)の負電荷を有する元素部位が結合することで、水酸化物層と該層間との界面抵抗が低減されたことが考えられる。また、上記に加え、トリメチルグリシンの正電荷を有する元素部位と、水分子(典型的には分極した状態)とが結合することで、従来に比べ強固なイオン伝導パス(経路)が形成されたことが考えられる。 As shown in FIG. 5, the resistance in Example 2 containing trimethylglycine was significantly lower than that in Example 1 containing no trimethylglycine under high temperature and low humidity conditions of 80 ° C. and 20% RH. The reason for this is that an element site having a negative charge of trimethylglycine ((CH 3 ) 3 N + CH 2 COO − ) that is polarized is bonded to the surface of the positively charged hydroxide layer, thereby allowing hydroxylation. It is conceivable that the interface resistance between the physical layer and the interlayer has been reduced. In addition to the above, an element part having a positive charge of trimethylglycine and a water molecule (typically in a polarized state) are combined to form a stronger ion conduction path (path) than before. It is possible.
図6および図7に示すように、単純な層状複水酸化物である例1および例5のイオン伝導率は80%RHから20%RHの間で湿度依存性が非常に高く、湿度の低下に伴ってイオン伝導率が大幅に減少した。一方、両性イオンを添加した層状複水酸化物(例2および例6)では、湿度依存性(即ち、湿度の低下に伴うイオン伝導率の減少)が大幅に抑制された。特に、二価の陽イオンと三価の陽イオンの比率が3:1の場合は、20%RHの環境下において、トリメチルグリシンを含む例2は、トリメチルグリシンを含まない例1に比べ10倍以上のイオン伝導率を示した。この理由としては、上記強固な伝導パスが形成されたことに加え、水酸化物層の層間に該両性有機化合物が入ることで層間距離が広がり、より多くの水を包含することができたためと考えられる。
なお、陰イオン系界面活性剤を添加した例3および例4では、80%RHにおいても他の例に比べ小さなイオン伝導率を示した。この理由としては、水酸化物層の層間に分子量の大きな該界面活性剤が大量に存在することで、イオンの可動性(移動性)が著しく低下した(即ち、電荷移動抵抗が著しく増大した)ことが考えられる。
As shown in FIGS. 6 and 7, the ionic conductivity of Examples 1 and 5 which are simple layered double hydroxides is very dependent on humidity between 80% RH and 20% RH, and the humidity is reduced. As a result, the ionic conductivity decreased significantly. On the other hand, in the layered double hydroxide to which amphoteric ions were added (Example 2 and Example 6), the humidity dependency (that is, the decrease in ionic conductivity accompanying the decrease in humidity) was significantly suppressed. In particular, when the ratio of divalent cation to trivalent cation is 3: 1, Example 2 containing trimethylglycine is 10 times as much as Example 1 containing no trimethylglycine in an environment of 20% RH. The above ionic conductivity was shown. The reason for this is that in addition to the formation of the above-mentioned strong conduction path, the distance between layers is increased by the addition of the amphoteric organic compound between the hydroxide layers, and more water can be included. Conceivable.
In Examples 3 and 4 to which an anionic surfactant was added, even at 80% RH, the ionic conductivity was small compared to the other examples. The reason for this is that the presence of a large amount of the surfactant having a large molecular weight between the hydroxide layers significantly reduced the mobility of ions (that is, the charge transfer resistance increased significantly). It is possible.
上記の結果より、高いイオン伝導率が求められるアルカリ電解質の材料として、結晶構造中に両性イオンになり得る有機化合物を有している層状複水酸化物を用いることの意義が示された。 From the above results, the significance of using a layered double hydroxide having an organic compound capable of forming an amphoteric ion in the crystal structure as an alkaline electrolyte material requiring high ionic conductivity was shown.
1 燃料電池
10 アノード(燃料極)
11 燃料室
20 アルカリ電解質
22 水酸化物層
23 両性イオン(分極を生じた有機化合物)
24 層間
25 陰イオン
26 水分子(層間水)
30 カソード(空気極)
31 酸化剤ガス室
1
11
24
30 Cathode (Air electrode)
31 Oxidant gas chamber
Claims (7)
前記アルカリ電解質は、層状複水酸化物を形成する組成物によって構成されており、
前記層状複水酸化物は、2つ以上の水酸化物層と、前記2つ以上の水酸化物層の層間に配置された物質とを備え、
前記水酸化物層は、二価の陽イオンと、三価の陽イオンと、水酸化物イオンとを包含し、
前記層間の物質は、陰イオンと、分子内に分極を生じて両性イオンになり得る有機化合物と、を包含し、
前記二価の陽イオンはマグネシウムイオン、カルシウムイオンおよびバリウムイオンのうちの1つ以上であり、
前記三価の陽イオンはアルミニウムイオンであり、
前記陰イオンは、水酸化物イオン、炭酸イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオン、硫酸イオン、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオンおよびヨウ化物イオンのうちの1つ以上であり、
前記有機化合物は、アミノ酸および/または該アミノ酸の誘導体であり、
前記アミノ酸は、アルギニン、ヒスチジン、リシン、アスパラギン酸、グルタミン酸、セリン、トレオニン、アスパラギン、グルタミン、アラニン、バリン、イソロイシン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、グリシン、システイン、セレノシステイン、プロリン、トリメチルグリシン、ジメチルグリシン、メチルグリシン、エチルグリシンおよびプロピルグリシンのうちの1つ以上であり、
前記三価の陽イオンに対する前記有機化合物のモル比は、0.5〜20.0である、アルカリ電解質。 Alkaline electrolyte:
The alkaline electrolyte is composed of a composition that forms a layered double hydroxide,
The layered double hydroxide comprises two or more hydroxide layers and a substance disposed between the two or more hydroxide layers,
The hydroxide layer encompasses a divalent cation, a trivalent cation, and water oxide ions,
The material between the layers includes an anion and an organic compound that can be polarized in the molecule to become a zwitterion,
The divalent cation is one or more of magnesium ion, calcium ion and barium ion;
The trivalent cation is an aluminum ion,
The anion is one or more of hydroxide ion, carbonate ion, nitrate ion, nitrite ion, sulfate ion, fluoride ion, chloride ion, bromide ion and iodide ion;
The organic compound is a derivative of amino acids and / or the amino acid,
The amino acids are arginine, histidine, lysine, aspartic acid, glutamic acid, serine, threonine, asparagine, glutamine, alanine, valine, isoleucine, leucine, methionine, phenylalanine, tyrosine, tryptophan, glycine, cysteine, selenocysteine, proline, trimethylglycine One or more of dimethyl glycine, methyl glycine, ethyl glycine and propyl glycine;
The alkaline electrolyte has a molar ratio of the organic compound to the trivalent cation of 0.5 to 20.0 .
二価の陽イオン源および三価の陽イオン源を含有する水性溶液を用意すること;
前記用意した水性溶液に、両性イオンになり得る有機化合物を添加すること;
前記有機化合物を添加した水性溶液をアルカリ性に調整し、析出物を得ること;
前記アルカリ性の水性溶液から析出物を回収すること;および
前記回収した析出物を成形すること;
を包含し、
前記層状複水酸化物は、2つ以上の水酸化物層と、前記2つ以上の水酸化物層の層間に配置された物質とを備え、
前記水酸化物層は、二価の陽イオンと、三価の陽イオンと、水酸化物イオンとを包含し、
前記層間の物質は、陰イオンと、分子内に分極を生じて両性イオンになり得る有機化合物とを包含し、
前記二価の陽イオンとして、マグネシウムイオン、カルシウムイオンおよびバリウムイオンのうちの1つ以上を用い、
前記三価の陽イオンとして、アルミニウムイオンを用い、
前記陰イオンとして、水酸化物イオン、炭酸イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオン、硫酸イオン、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオンおよびヨウ化物イオンのうちの1つ以上を用い、
前記有機化合物として、アミノ酸および/または該アミノ酸の誘導体を用い、前記アミノ酸は、アルギニン、ヒスチジン、リシン、アスパラギン酸、グルタミン酸、セリン、トレオニン、アスパラギン、グルタミン、アラニン、バリン、イソロイシン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、グリシン、システイン、セレノシステイン、プロリン、トリメチルグリシン、ジメチルグリシン、メチルグリシン、エチルグリシンおよびプロピルグリシンのうちの1つ以上であり、
前記三価の陽イオンに対する前記有機化合物のモル比を、0.5〜20.0とする、アルカリ電解質の製造方法。 A method for producing an alkaline electrolyte comprising a layered double hydroxide comprising:
Providing an aqueous solution containing a divalent cation source and a trivalent cation source;
In aqueous solution the prepared, and child adding an organic compound which can be a zwitterion;
Adjusting the aqueous solution to which the organic compound has been added to alkalinity to obtain a precipitate;
Recovering precipitates from the alkaline aqueous solution; and shaping the recovered precipitates;
It encompasses,
The layered double hydroxide comprises two or more hydroxide layers and a substance disposed between the two or more hydroxide layers,
The hydroxide layer includes a divalent cation, a trivalent cation, and a hydroxide ion,
The material between the layers includes an anion and an organic compound that can polarize in the molecule and become zwitterion,
As the divalent cation, one or more of magnesium ion, calcium ion and barium ion are used,
As the trivalent cation, an aluminum ion is used,
As the anion, one or more of hydroxide ion, carbonate ion, nitrate ion, nitrite ion, sulfate ion, fluoride ion, chloride ion, bromide ion and iodide ion are used,
As the organic compound, an amino acid and / or a derivative of the amino acid is used. , Tyrosine, tryptophan, glycine, cysteine, selenocysteine, proline, trimethylglycine, dimethylglycine, methylglycine, ethylglycine and propylglycine,
The method for producing an alkaline electrolyte, wherein a molar ratio of the organic compound to the trivalent cation is 0.5 to 20.0 .
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