Development of High-Temperature PEM Fuel Cells Using Proton-Conducting Metal Diphosphates

• Project/Area Number: 17350091
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Functional materials/Devices
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: HIBINO Takashi Nagoya University, 大学院・環境学研究科, 教授 (10238321)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長尾 征洋 名古屋大学, 大学院・環境学研究科, 助教 (40432223) ; 佐野 充 名古屋大学, 大学院・環境学研究科, 教授 (90144097)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): SANO Mitsuru 名古屋大学, 大学院・環境学研究科, 教授 (90144097) ; NAGAO Masahiro 名古屋大学, 大学院・環境学研究科, 助教 (40432223)
• Project Period (FY): 2005 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥16,970,000 (Direct Cost: ¥15,200,000、Indirect Cost: ¥1,770,000); Fiscal Year 2008: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2007: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2006: ¥4,500,000 (Direct Cost: ¥4,500,000); Fiscal Year 2005: ¥4,800,000 (Direct Cost: ¥4,800,000)
• Keywords: 電池 / 電気・磁気デバイス / 導電機能素子 / プロトン導電体 / リン酸二量体 / 燃料電池 / 発電効率 / Pt低減 / 燃料多様性 / 中温作動 / 無加湿作動 / 薄膜化 / Pt代替化 / Pt活性化 / 炭化水素燃料 / 中温プロトン導電体 / Pt代替触媒 / 触媒設計 / リアクター / ガスセンサー / 電極触媒

Research Abstract

燃料電池を150℃・無加湿条件で作動することによって、従来のPEFCに対して、(1)面倒な水管理が不要となり、(2)白金使用量を減少でき、(3)廃熱効率が高まり、(4)一酸化炭素耐性が強まり、(5)良質な温水が利用できる等の効果が期待できる。その他にも、(6)燃料多様性による使用用途の拡大、また(7)白金代替化の可能性などの効果も生まれやすい。本研究では、新規なプロトン導電体であるリン酸二量体を使用することで、燃料電池の高温作動化を実現するとともに、上述の効果、特に(1)、(2)、(4)、(6)、(7)を検証した。

Research Products

• [Journal Article] Nanostructured Pt-Sn_ _<1-x>In_xP_2O_7 Cathodes for High-Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells (2009)
  • Author(s): Pilwon Heo, Toshihiko Harada, and Takashi Hibino
  • Journal Title: Electrochemical and Solid-State Letters 12
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanostructured Pt-Snl-xInxP207 cathodes for high-temperature proton exchange membrane fuel cells (2009)
  • Author(s): P. Heo, T. Harada, T. Hibino
  • Journal Title: Electrochemical and Solid State Letters 12
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Proton conductor in Sn_ <0.95>Al_ <0.05>P_2O_7-PBI-PTFE composite membrane (2008)
  • Author(s): Pilwon Heo, Norikazu Kajiyama, Kazuyo Kobayashi, Masahiro Nagao, Mitsuru Sano, and Takashi Hibino
  • Journal Title: Electrochemical and Solid-State Letters 11
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pt-free intermediate-temperature fuel cells (2008)
  • Author(s): Pilwon Heo, Hidetaka Shibata, Masahiro Nagao, and Takashi Hibino
  • Journal Title: Solid State Ionics 97 Pages: 1446-1449
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A proton-conducting fuel cell operating with hydrocarbon fuels (2008)
  • Author(s): Pilwon Heo, Ken-ichi Ito, Atsuko Tomita, and Takashi Hibino
  • Journal Title: Angewandte Chemie-International Edition 120 Pages: 7959-7962
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanostructured Pt-Sn_ _<1-x>In_xP_2O_7 cathodes for high-temperature proton exchange membrane fuel cells (2008)
  • Author(s): Pilwon Heo, Toshihiko Harada, and Takashi Hibino
  • Journal Title: Electrochemical and Solid-State Letters 12
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct Dimethyl Ether Fuel Cells at Intermediate Temperatures (2008)
  • Author(s): Pilwon Heo, Masahiro Nagao, Mitsuru Sano, and Takashi Hibino
  • Journal Title: Journal of The Electrochemical Society 155
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Proton conductor in SnO. 95A10. 05P207-PBI-PTFE composite membrane (2008)
  • Author(s): P. Heo, N. Kajiyama, K. Kobayashi, M. Nagao, M. Sano, T. Hibino
  • Journal Title: Electrochemical and Solid State Letters 11
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pt-free intermediate-temperature fuel cells (2008)
  • Author(s): P. Heo, H. Shibata, M. Nagao, T. Hibino
  • Journal Title: Solid State Ionics 179 Pages: 1446-1449
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A proton-conducting fuel cell operating with hydrocarbon fuels (2008)
  • Author(s): P. Heo, K. Ito, A. Tomita, T. Hibino
  • Journal Title: Angewandte Chemie-International Edition 120 Pages: 7959-7962
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct Dimethyl Ether Fuel Cells at Intermediate Temperatures (2008)
  • Author(s): P. Heo, M. Nagao, M. Sano, T. Hibino
  • Journal Title: Journal of The Electrochemical Society 155
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sn_ <0.9>In_ <0.1>P_2O_7-based organic/inorganic composite membranes application to intermediate-temperature fuel cells (2007)
  • Author(s): Pilwon Heo, Masahiro Nagao, Toshio Kamiya, Mitsuru Sano, Atsuko Tomita, and Takashi Hibino
  • Journal Title: Journal of The Electrochemical Society 154
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A high-performance Mo_2C-ZrO_2 anode catalyst for intermediate-temperature fuel cells (2007)
  • Author(s): Pilwon Heo, Masahiro Nagao, Mitsuru Sano, and Takashi Hibino
  • Journal Title: Journal of The Electrochemical Society 154
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intermediate-Temperature Proton Conduction in Al^<3+>-Doped SnP_2O_7 (2007)
  • Author(s): A. Tomita, N. Kajiyama, T. Kamiya, M. Nagao, T. Hibino
  • Journal Title: Journal of The Electrochemical Society 154
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sn0.9In0.1P2O7-based organic/inorganic composite membranes application to intermediate-temperature fuel cells (2007)
  • Author(s): P Heo, M Nagao, T Kamiya, M Sano, A Tomita, T Hibino
  • Journal Title: JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY 154
  • NAID: 120005315183
• [Journal Article] A high-performance Mo2C-ZrO2 anode catalyst for intermediate-temperature fuel cells (2007)
  • Author(s): P Heo, M Nagao, M Sano, T Hibino
  • Journal Title: JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY 154
  • NAID: 120005315181
• [Journal Article] Recent advances in single-chamber solid oxide fuel cells : A review (2007)
  • Author(s): M Yano, A Tomita, M Sano, T Hibino
  • Journal Title: SOLID STATE IONICS 177 Pages: 3351-3359
• [Journal Article] Performance of an intermediate-temperature fuel cell using a proton conducting Sn0.9In0.1P2O7 electrolyte (2006)
  • Author(s): Pilowon Heo, Hidetaka Shibata, Masahiro Nagao, Takashi Hibino, and Mitsuru Sano
  • Journal Title: Journal of The Electrochemical Society 153
  • NAID: 120005315182
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Performance of an intermediate-temperature fuel cell using a proton-conducting Sn0.9In0.1P2O7 electrolyte (2006)
  • Author(s): P Heo, H Shibata, M Nagao, T Hibino, M Sano
  • Journal Title: JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY 153
  • NAID: 120005315182
• [Journal Article] Comparative performance of anode-supported SOFCs using a thin Ce0.9Gd0.1O1.95 electrolyte with an incorporated BaCe0.8Y0.2O3-alpha layer in hydrogen and methane (2006)
  • Author(s): A Tomita, S Teranishi, M Nagao, T Hibino, M Sano
  • Journal Title: JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY 153
• [Journal Article] Proton conduction in In3+-doped SnP2O7 at intermediate temperatures (2006)
  • Author(s): M Nagao, T Kamiya, P Heo, A Tomita, T Hibino, M Sano
  • Journal Title: JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY 153
• [Journal Article] Chemical and redox stabilities of a solid oxide fuel cell with BaCe0.8Y0.2O3-alpha functioning as an electrolyte and as an anode (2006)
  • Author(s): A Tomita, K Tsunekawa, T Hibino, S Teranishi, Y Tachi, M Sano
  • Journal Title: SOLID STATE IONICS 177 Pages: 2951-2956
• [Journal Article] Electrochemical Reduction of NOx at Intermediate Temperatures Using a Proton-Conducting In^<3+>-Doped SnP_2O_7 Electrolyte (2006)
  • Author(s): M.Nagao, T.Yoshii, T.Hibino, M.Sano, A.Tomita
  • Journal Title: Electrochemical and Solid-State Letters 9
• [Journal Article] A Proton-Conducting In^<3+>-Doped SnP_2O_7 Electrolyte for Intermediate Temperature Fuel Cell (2006)
  • Author(s): M.Nagao, T.Takeuchi, P.Heo, T.Hibino, M.Sano, A.Tomita
  • Journal Title: Electrochemical and Solid-State Letters 9
• [Journal Article] Surface Modification of a Doped BaCeO_3 to Function as an Electrolyte and as an Anode for SOFCs (2005)
  • Author(s): A.Tomita, T.Hibino, M.Sano
  • Journal Title: Electrochemical and Solid-State Letters 8
• [Journal Article] Mp_2O_7系固体電解質のプロトン導電性とその応用 (2005)
  • Author(s): 長尾征洋, 冨田衷子, 日比野高士, 佐野充
  • Journal Title: Electrochemistry 73 Pages: 846-850
  • NAID: 10015607439
• [Presentation] SiC添加による中温作動燃料電池カソードの活性化とPt量の低減化 (2009)
  • Author(s): 原田敏彦, 許弼源, 日比野高士
  • Organizer: 電気化学会第76回大会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2009-03-31
• [Presentation] SnP_2O_7系無機・有機コンポジット膜の物性評価と中温作動燃料電池への適応 (2009)
  • Author(s): 藤原慶祐, 許弼源, 日比野高士
  • Organizer: 電気化学会第76回大会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2009-03-31
• [Presentation] SnP_2O_7のドープ種によるプロトン導電性・固体酸性への影響と燃料電池特性 (2009)
  • Author(s): 源埼晃司, 許弼源, 日比野高士
  • Organizer: 電気化学会第76回大会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2009-03-31
• [Presentation] SnP207系無機・有機コンポジット膜の物性評価と中温作動燃料電池への適応 (2009)
  • Author(s): 藤原慶祐, 許弼源, 日比野高士
  • Organizer: 電気化学会第76回大会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2009-03-31
• [Presentation] Sic添加による中温作動燃料電池カソードの活性化とPt量の低減化 (2009)
  • Author(s): 原田敏彦, 許弼源, 日比野高士
  • Organizer: 電気化学会第76回大会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2009-03-31
• [Presentation] SnP207のドープ種によるプロトン導電性・固体酸性への影響と燃料電池特性 (2009)
  • Author(s): 源埼晃司, 許弼源, 日比野高士
  • Organizer: 電気化学会第76回大会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2009-03-30
• [Presentation] Proton-conducting fuel cell operating on hydrocarbon fuels (2008)
  • Author(s): Pilwon Heo, Ken-ichi Ito, Atsuko Tomita, and Takashi Hibino
  • Organizer: PRiME 2008 (2008年電気化学日米合同大会)
  • Place of Presentation: ハワイ州ホノルル
  • Year and Date: 2008-10-15
• [Presentation] Proton-conducting fuel cell operating on hydrocarbon fuels (2008)
  • Author(s): P. Heo, K. Ito, A. Tomita, T. Hibino
  • Organizer: PRiME 2008(2008年電気化学日米合同大会)
  • Place of Presentation: ハワイ州ホノルル
  • Year and Date: 2008-10-15
• [Presentation] 炭化水素を直接燃料として使用した中温作動燃料電池の開発 (2008)
  • Author(s): 伊藤健一, 許弼源, 佐野充, 日比野高士
  • Organizer: 第102回触媒討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2008-09-25
• [Presentation] 中温作動燃料電池における新規高活性カソードの作製 (2008)
  • Author(s): 原田敏彦, 許弼源, 佐野充, 日比野高士
  • Organizer: 第102回触媒討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2008-09-25
• [Presentation] Direct hydrocarbon fuel cells at intermediate temperatures (2008)
  • Author(s): P. Heo, K. Ito, A. Tomita, T. Hibino
  • Organizer: 2008 Korea-Japan-China SOFC Symposium
  • Place of Presentation: Korea
  • Year and Date: 2008-09-18
• [Presentation] Sn_ <0.95>Al_<0.05>P_xO_y-PBI複合膜のプロトン導電性と燃料電池特性 (2008)
  • Author(s): 許弼源, 梶山理一, 小林和代, 冨田衷子, 長尾征洋, 日比野高士
  • Organizer: 電気化学会第75回大会
  • Place of Presentation: 山梨大学
• [Presentation] Intermediate-Temperature Fuel Cells Using a Proton-Conducting Sn_ _<0.9>In_ _<0.1>P_2O_7 Electrolyte (2008)
  • Author(s): Pilwon Heo, Toshihiko Harada, Masahiro Nagao, and Takashi Hibino
  • Organizer: 第46回セラミックス基礎科学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
• [Presentation] Intermediate-Temperature Fuel Cells Using a Proton-Conducting Sn_<0.9>In_<0.1>P_2O_7 Electrolyte (2008)
  • Author(s): P. Heo, T. Harada, M. Nagao, T. Hibino
  • Organizer: 第46回セラミックス基礎科学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
• [Presentation] Sn_<0.95>Al_<0.05>P_xO_y-PBI複合膜のプロトン導電性と燃料電池特性 (2008)
  • Author(s): 許 弼源, 梶山理一, 小林和代, 冨田衷子, 長尾征洋, 日比野高士
  • Organizer: 電気化学会第75回大会
  • Place of Presentation: 山梨大学
• [Presentation] ジメチルエーテルを直接燃料として使用した中温作動燃料電池 (2007)
  • Author(s): 許弼源, 長尾征洋, 日比野高士
  • Organizer: 電気化学会第74回大会
  • Place of Presentation: 東京理科大学
  • Year and Date: 2007-03-31
• [Presentation] Platinum-Free Intermediate-Temperature Fuel Cells (2007)
  • Author(s): Pilwon Heo, Hidetaka Shibata, Masahiro Nagao, and Takashi Hibino
  • Organizer: The 16th International Conference on Solid State Ionics
  • Place of Presentation: 上海
• [Book] セラミックデータブック2008 (2008)
  • Author(s): 冨田衷子, 許弼源, 日比野高士
  • Publisher: 工業製品技術協会
• [Book] セラミックデータブック (2008)
  • Author(s): 冨田衷子, 許弼源, 日比野高士
  • Publisher: リン酸二量体ハイブリッド電解質膜を使用した中温燃料電
• [Book] ナノイオニクス 最新技術とその展望 (2008)
  • Author(s): 長尾征洋、日比野高士、佐野 充
  • Total Pages: 308
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Book] 燃料電池コージェネレーションシステム (2006)
  • Author(s): 日比野高士
  • Total Pages: 7
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Book] 名古屋大学環境学研究科「環境学研究ソースブック」 (2005)
  • Author(s): 日比野高士, 佐野充
  • Total Pages: 4
  • Publisher: 藤原書店
• [Remarks]
  • URL: http://www.urban.env.nagoya-u.ac.jp/~sanohp/index.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 有機-無機複合電解質、電解質膜、膜-電極接合体及び燃料電池 (2008)
  • Inventor(s): 仲野武史、小野友裕、須郷望、久保敬次、日比野高士、許弼源
  • Industrial Property Rights Holder: 株式会社クラレ、国立大学法人名古屋大学
  • Industrial Property Number: 2008-274874
  • Filing Date: 2008-10-24
• [Patent(Industrial Property Rights)] ハイブリッド電解質膜及びハイブリッド電解質膜の製造方法 (2007)
  • Inventor(s): 永坂圭介, 許 弼源, 長尾征洋, 日比野高士
  • Industrial Property Rights Holder: 名古屋大学
  • Industrial Property Number: 2007-331774
  • Filing Date: 2007-12-25
• [Patent(Industrial Property Rights)] 電極触媒及び電極触媒の製造方法 (2007)
  • Inventor(s): 永坂圭介, 許 弼源, 長尾征洋, 日比野高士
  • Industrial Property Rights Holder: 名古屋大学
  • Industrial Property Number: 2007-331786
  • Filing Date: 2007-12-25