• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

有機-無機界面の高速プロトン伝導現象を利用した固体高分子形燃料電池の開発

Research Project

Project/Area Number 11J09213
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Reaction engineering/Process system
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

小川 敬也  東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2011 – 2013
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2013: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords固体高分子形燃料電池 / 有機-無機界面 / プロトン伝導電解質膜 / 量子化学計算 / 水素結合ネットワーク / 無加湿運転 / プロトン伝導機構 / 酸性基高密度化 / プロトン伝導 / 細孔フィリング膜
Research Abstract

前年度に解明した、スルホン酸基を密集させることで発現する界面現象を解析し、酸高密度構造であればどのような種類でも起こる現象であることを突き止め、新たにPacked-acid mechanismと名づけた。これまで合成してきた材料ではPacked-acid mechanismが発現しているものの、支配的であるとは言えない材料であった。
Packed-acid mechanismがより支配的になる材料の合成を目的として、Packed-acid mechanismがより発現しやすい条件を量子化学計算で解析し、その条件の詳細を突き止めた。バルク水モデルを用いて、プロトンドナーは水素結合を1つ介して隣り合った場合でもPacked-acid mechanismを生じることを示し、水和水λ=3程度の酸高密度構造でPacked-acid mechanismが支配的になることを解明している。さらに、酸官能基や酸官能基が修飾された骨格分子の、Packed-acid mechanismへの影響を解析している。これによって、よりPacked-acid mechanismを引き起こしやすい材料設計指針として、4.1Å以内に酸が存在すること、水和水λ=3程度、リン酸基(-PO_3H_2)の利用が望ましいことを示している。
そして上記材料設計指針を基に、Packed-acid mechanismが支配的になる新たな材料Zirconium Hydroxyethylidinediphosphonate (ZrHEDP)の合成を行った。合成条件を制御することによって、-PO_3H_2の存在量が多い材料の合成に成功した。-PO_3H_2の存在量が多いZrHEDPはλ=2~4となり、特異的なプロトン伝導性を示した。通常のプロトン伝導体であれば湿度に対して指数的に依存するプロトン伝導性に対して、ZrHEDPは線形的な依存となり、95%RHから40%RHに変化させても伝導性が60%程度にしか減少しなかった。他の伝導体に比べて湿度依存性が非常に低いと言える。Packed-acid mechanismが支配的な場合に現れる実験的物性を示している。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Report

(3 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2014 2013 2012 2011 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (12 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Non-humidified proton conduction between a Lewis acid-base pair2013

    • Author(s)
      Ogawa, T., Ohashi, H., Tamaki, T., Yamaguchi, T.
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 15 Issue: 33 Pages: 13814-13817

    • DOI

      10.1039/c3cp51697k

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 固体高分子形燃料電池に向けた酸高密度構造における高プロトン伝導性の発現と伝導機構の解明2014

    • Author(s)
      小川敬也、青沼尭、田巻孝敬、大橋秀伯、牛山浩、山下晃一、山口猛央
    • Organizer
      電気化学会第81回大会
    • Place of Presentation
      大阪(関西大学)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 固体高分子形燃料電池に向けた酸高密度構造における高プロトン伝導性の発現と伝導機構の解明2014

    • Author(s)
      小川敬也、青沼尭、田巻孝敬、大橋秀伯、牛山浩、山下晃一、山口猛央
    • Organizer
      化学工学会第79年会
    • Place of Presentation
      岐阜(岐阜大学)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 電解質膜プロトン伝導性向上に向けたLewis酸・塩基における伝導の解明2013

    • Author(s)
      小川敬也、田巻孝敬、大橋秀伯、山口猛央
    • Organizer
      日本膜学会第35回年会
    • Place of Presentation
      東京(早稲田大学)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 電解質膜における有機-無機界面高速プロトン伝導現象の発現と解明2013

    • Author(s)
      小川敬也、青沼尭、田巻孝敬、大橋秀伯、牛山浩、山下晃一、山口猛央
    • Organizer
      日本膜学会第35回年会
    • Place of Presentation
      東京(早稲田大学)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 酸高密度構造における高速プロトン伝導現象の発現と解明2013

    • Author(s)
      小川敬也、青沼尭、田巻孝敬、大橋秀伯、牛山浩、山下晃一、山口猛央
    • Organizer
      第3回CSJ化学フェスタ
    • Place of Presentation
      東京(タワーホール船堀)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 有機-無機界面高速プロトン伝導現象の発現と解明2013

    • Author(s)
      小川敬也・青沼尭・田巻孝敬・大橋秀伯・牛山浩・山下晃一・山口猛央
    • Organizer
      電気化学会 第80回大会
    • Place of Presentation
      東北大学
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Fast Proton Conduction at the interface of Zr particle and electrolyte polymer2012

    • Author(s)
      Takaya Ogawa, Takanori Tamaki, Hidenori Ohashi, Hiroshi Ushiyama, Koichi Yamashita, Takeo Yamaguchi
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Electrokinetic Phenomena
    • Place of Presentation
      Tsukuba University, Japan
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 有機-無機界面高速プロトン伝導現象を利用した固体高分子形燃料電池の開発2012

    • Author(s)
      小川敬也・田巻孝敬・大橋秀伯・牛山浩・山下晃一・山口猛央
    • Organizer
      化学工学会第44回秋季大会
    • Place of Presentation
      東北大学
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Theoretical Studies of Proton Transfer on Surface of Strong Acidic Nanoparticles for Polymer Electrolyte Fuel Cells2011

    • Author(s)
      Takaya Ogawa, Takanori Tamaki, Hidenori Ohashi, Hiroshi Ushiyama, Koichi Yamashita, Takeo Yamaguchi
    • Organizer
      International Society of Electrochemistry
    • Place of Presentation
      Toki Messe
    • Year and Date
      2011-09-11
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 異相界面高速プロトン伝導のための無機ナノ粒子表面における伝導機構の解明2011

    • Author(s)
      小川敬也・田巻孝敬・大橋秀伯, 牛山浩・山下晃一・山口猛央
    • Organizer
      化学工学会札幌大会2011
    • Place of Presentation
      北海道大学工学部
    • Year and Date
      2011-08-25
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Theoretical Studies of Proton Transfer on Surface of Strong Acidic Nanoparticles for Polymer Electrolyte Fuel Cells2011

    • Author(s)
      Takaya Ogawa, Takanori Tamaki, Hidenori Ohashi, Hiroshi Ushiyama, Koichi Yamashita, Takeo Yamaguchi
    • Organizer
      International Congress on Membranes and Membrane Processes (ICOM2011)
    • Place of Presentation
      the RAI in Amsterdam
    • Year and Date
      2011-07-26
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Noble proton transfer membranes using interface and pore-filling technologies for low humidityhigh temperature PEFCs2011

    • Author(s)
      Takeo Yamaguchi, Ju-Myeung Lee Takaya Ogawa, Takanori Tamaki, Hidenori Ohashi
    • Organizer
      220th ECS Meeting
    • Place of Presentation
      Westin Boston Waterfront and the Boston Convention and Exhibition Center
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.res.titech.ac.jp/~zairyosys/yamaguchilab/j/presentation.html

    • Related Report
      2012 Annual Research Report

URL: 

Published: 2011-12-12   Modified: 2024-03-26  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi