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

高分子電解質膜中でのプロトンダイナミックスと水輸送機構の解明

Research Project

Project/Area Number 20038050
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

崔 隆基  National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, 計算科学研究部門, 研究員 (40392633)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 土田 英二  独立行政法人産業技術総合研究所, 計算科学研究部門, 研究員 (50357521)
Project Period (FY) 2009 – 2010
Project Status Completed (Fiscal Year 2009)
Budget Amount *help
¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2009: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2008: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords固体高分子型燃料電池 / 電解質膜 / プロトン伝導 / 電気浸透係数 / ナフィオン / 計算物理 / 燃料電池
Research Abstract

固体高分子型燃料電池の構成要素である、電解質膜中でのフロトン伝導機構及ひ水輸送過程の詳を分子シミュレーションによりらかにした。従来用いられてきたプロトン伝導のモデルでは、電気浸透係数のような物理量がうまく説明できなかった。電気浸透係数が大きいと燃料電池の性能が低下するため、この物理量の本質を理解することが燃料電池の性能の向上のため重要である。我々がシミュレーションから得たプロトン伝導メカニズムは従来のモデルと異なり、高分子電解質膜中でのプロトンの拡散計数、水の拡散計数及びプロトンとカップリングした水輸送(電気浸透係数)の含水率依存性をうまく説明することができ、これらの現象の背景にある物理と化学の本質を理解するさいに役に立つと思われる。
また、現在注目されている炭価水素系高子電解質膜の計算を行い、特にこの系で問題となっている低元水率でのプロトン伝導度の低下の原因を明らかにした。我々のシミュレーションの結果、高分子の主鎖に含まれている親水性の官能基が、水の水素結合ネットワークを壊しグロータス機構でプロトンが伝導される可能性を低くさせていることが分かった。また、高分子電解質膜の末端についているスルフォン酸の酸性度の影響をしらべ、プロトン伝導に及ぼす影響が文献などで報告されているよりも大きくないことを確認した。このような一連の分子シミュレーションの結果から新しい高分子電解質膜をテザインするさいに、どのような官能基を選択すれは優れたプロトン伝導特性を得られるのかを提案することができた。

Report

(2 results)
  • 2009 Annual Research Report
  • 2008 Annual Research Report
  • Research Products

    (35 results)

All 2010 2009 2008

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (26 results)

  • [Journal Article] An Ab initio Modeling Study on a Model Hydrated Polymer Electrolyte Membrane, Sulfonated Polyethersulfone (SPES)2010

    • Author(s)
      崔隆基, 土田英二, 池庄司民夫, 大平昭博, 貴傳名甲
    • Journal Title

      JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B 114

      Pages: 2411-2421

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Vibrational Analysis of Aqueous Sulfuric Acid : A Computational Study2009

    • Author(s)
      崔隆基, 土田英二, 池庄司民夫
    • Journal Title

      INTERNATIONAL JOURNAL OF QUANTUM CHEMISTRY 109

      Pages: 1984-1990

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nature of Proton Dynamics in a Polymer Electrolyte Membrane, Nafion : A First-Principles Molecular Dynamics Study2009

    • Author(s)
      崔隆基, 土田英二, 池庄司民夫, 山川俊輔, 兵頭志明
    • Journal Title

      PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS 11

      Pages: 3892-3899

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Proton Dynamics in a Polymer Electrolyte Membrane, Sulfonated Polyether Sulfone (SPES) : A Computational Study2009

    • Author(s)
      崔隆基, 土田英二, 池庄司民夫, 大平昭博, 貴傳名甲
    • Journal Title

      ECS Transactions 25

      Pages: 1075-1083

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Vibrational Analysis of Aqueous Sulfuric Acid: A Computational Study2009

    • Author(s)
      崔 隆基, 土田 英二, 池庄司 民夫
    • Journal Title

      INTERNATIONAL JOURNAL OF QUANTUM CHEMISTRY 109

      Pages: 1984-1990

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nature of Water Transport and Electro-Osmosis in Nafion: Insights from First-Principles Molecular Dynamics Simulations under an Electric Field2008

    • Author(s)
      崔 隆基, 上田 英二, 池庄司 民夫, 山川俊輔, 兵頭志明
    • Journal Title

      JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B 112

      Pages: 11586-11594

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 第一原理分子動力学法による溶液系のシミュレーション2008

    • Author(s)
      上田 英二
    • Journal Title

      アンサンブル 10

      Pages: 9-13

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Journal Article] Ab initio molecular dynamics simulations with linear scaling: application to liquid ethanol2008

    • Author(s)
      上田 英二
    • Journal Title

      JOURNAL OF PHYSICS-CONDENSED MATTER 20

      Pages: 294212-294212

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 有限要素法に基づく第一原理分子動力学法について2008

    • Author(s)
      土田 英二
    • Journal Title

      スーバーコンビューティングニュース 11

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 第一原理分子動力学計算コードFEMTECKの開発と応用2009

    • Author(s)
      土田英二, 崔隆基
    • Organizer
      計算科学シンポジウム2009
    • Place of Presentation
      秋葉原UDXギャラリー
    • Year and Date
      2009-12-07
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Computational Modeling of Transport Phenomena in Polymer Electrolyte Membranes, Nafion and Hydrocarbon Membrane2009

    • Author(s)
      崔隆基, 土田英二, 池庄司民夫
    • Organizer
      The 3rd UT Horiba lnternational Symposium and The 11th ISSP International Symuosium
    • Place of Presentation
      生命の森リゾート
    • Year and Date
      2009-10-14
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Proton Dynamics in a Polymer Electrolyte Membrane, Sulfonated polyether sulfone (SPES) : A Computational Study2009

    • Author(s)
      崔隆基, 土田英二, 池庄司民夫, 大平昭博, 貴傳名甲
    • Organizer
      216th ECS Meeting
    • Place of Presentation
      Austria Center. Vienna
    • Year and Date
      2009-10-06
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 炭化水素系高分子電解質膜の第一原理シミュレーション2009

    • Author(s)
      崔隆基, 土田英二, 池庄司民夫, 大平昭博, 貴傳名甲
    • Organizer
      第3回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      2009-09-22
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 第一原理シミュレーションによる炭化水素系電解質膜、sulfonated polyether sulfone(SPES)に関する研究2009

    • Author(s)
      崔隆基, 土田英二, 池庄司民夫, 大平昭博, 貴傳名甲
    • Organizer
      日本化学会第3回関東支部大会(2009)
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2009-09-04
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] First-principles Simulations of Hydrated Polymer Electrolyte Membranes, Sulfonated nolvether sulfone (SPES)2009

    • Author(s)
      崔隆基, 土田英二, 池庄司民夫, 大平昭博, 貴傳名甲
    • Organizer
      The 4th International Conference on Polymer Batteries and Fuel Cells
    • Place of Presentation
      Yokohama Symposia
    • Year and Date
      2009-08-04
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Computational modeling of polymer electrolyte membrane, sulfonated polyethersulfone (SPES)2009

    • Author(s)
      崔隆基, 土田英二, 池庄司民夫, 大平昭博, 貴傳名甲
    • Organizer
      CREST International Symposium on Theory and Simulations of Complex Molecular Systems
    • Place of Presentation
      京都大学
    • Year and Date
      2009-07-09
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Computational Modeling of Transport Phenomena in Polymer Electrolyte Membranes, Nafion and Hydrocarbon Membrane2009

    • Author(s)
      崔隆基
    • Organizer
      The 2nd KIAS International Symposium on Recent Progress in Computer Simulations in Molecular Sciences
    • Place of Presentation
      Korea Institute for Advanced Study
    • Year and Date
      2009-06-14
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 第一原理分子動力学シミュレーションによる炭化水素系電解質膜、sulfonated polyether sulfone(SPES)の特性把握2009

    • Author(s)
      崔隆基, 土田英二, 池庄司民夫, 大平昭博, 貴傳名甲
    • Organizer
      特定領域研究「実在系の分子理論」公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2009-05-30
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 高分子電解質膜ナフイオンの第一原理分子動力学シミュレーションによる特性把握2009

    • Author(s)
      崔 隆基, 土田 英二, 池庄司 民夫, 山川俊輔, 兵頭志明
    • Organizer
      電気化学会76会大会
    • Place of Presentation
      京都大学
    • Year and Date
      2009-03-30
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Details of proton dynamics and water transport in a polymer electrolyte membrane, Nafion2009

    • Author(s)
      崔 隆基, 土田 英二, 池庄司 民夫, 山川俊輔, 兵頭志明
    • Organizer
      237th ACS national meeting
    • Place of Presentation
      Salt Palace Convention Center
    • Year and Date
      2009-03-25
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] First-principles Molecular Dynamics Simulations Study of Nafion2009

    • Author(s)
      崔 隆基, 土田 英二, 池庄司 民夫, 山川俊輔, 兵頭志明
    • Organizer
      The Horiba International Symposium Conference on Simulations and Dynamics for Nanoscale and Biological Systems
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2009-03-04
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 高分子電解質膜の第一原理計算2009

    • Author(s)
      崔 隆基, 上田 英ニ, 池庄司 民夫, 山川俊輔, 兵頭志明
    • Organizer
      スーパーコンピューターワークショッブ2009
    • Place of Presentation
      分子科学研究所
    • Year and Date
      2009-01-19
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 高分子電解質膜の第一原理計算:プロトンダイナミックスと水輸送2008

    • Author(s)
      崔 隆基, 土田 英二, 池庄司 民夫, 山川俊輔, 兵頭志明
    • Organizer
      特定領域研究「実在系の分子理論」平成20年度成果報告会
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      2008-12-17
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Ab initio molecular dynamics simulation of molecular liquids with FEM TECK2008

    • Author(s)
      崔 隆基, 土田 英二, 池庄司 民夫
    • Organizer
      Computational Science Workshop 2008
    • Place of Presentation
      Tsukuba International Congress Center
    • Year and Date
      2008-12-09
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] First-principles Molecular Dynamics Simulations Study of Nafion2008

    • Author(s)
      崔 隆基, 土田 英二, 池庄司 民夫, 山川俊輔, 兵頭志明
    • Organizer
      Computational Science Workshop 2008
    • Place of Presentation
      Tsukuba International Congress Center
    • Year and Date
      2008-12-08
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] The Nature of Proton Conduction in a Polymer Electrolyte Membrane, Nafion2008

    • Author(s)
      崔 隆基, 土田 英二, 池庄司 民夫, 山川俊輔, 兵頭志明
    • Organizer
      2008 AIChE Annual Meeting
    • Place of Presentation
      Philadelphia Harriott & Pennsylvania Convention Center
    • Year and Date
      2008-11-20
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 第一原理分子動力学シミュレーションによる電解質系の研究2008

    • Author(s)
      崔 隆基, 土田 英二、池庄司 民夫, 山川俊輔、兵頭志明
    • Organizer
      FC-Cubicイブニングセミナー
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2008-11-17
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 電解質膜中でのプロトン伝導と電気浸透係数の関係2008

    • Author(s)
      崔 隆基, 土田 英ニ, 池庄司 民夫, 山川俊輔, 兵頭志明
    • Organizer
      特定領域研究「実在系の分子理論」A01,A03班合同研究交流会
    • Place of Presentation
      関西セミナーハウス
    • Year and Date
      2008-11-14
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 固体高分子形燃料電池に用いられる電解質膜中でのプロトン伝導と電気浸透係数との関係2008

    • Author(s)
      崔 隆基, 土田 英二, 池庄司 民夫, 山川俊輔, 兵頭志明
    • Organizer
      分子科学討論会2008福岡
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2008-09-24
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] The Nature of Proton Conduction in a Polymer Electrolyte Membrane, Nafion2008

    • Author(s)
      崔 隆基, 土田 英二, 池庄司 民夫, 山川俊輔, 兵頭志明
    • Organizer
      The Eighth Triennial Congress of the World Association of Theoretical and Computational Chemists (WATOC 2008)
    • Place of Presentation
      Sydney
    • Year and Date
      2008-09-15
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] ナフィオン中でのブロトンダイナミックス、水輸送に関して:第一原理シミュレーションからの知見2008

    • Author(s)
      崔 隆基, 土田 英二, 池庄司 民夫, 山川俊輔, 兵頭志明
    • Organizer
      研究談話会「電解質膜中のプロトンの挙動について」
    • Place of Presentation
      豊田中研
    • Year and Date
      2008-08-07
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] The nature of proton conduction in a polymer electrolyte membrane, Nafion2008

    • Author(s)
      崔 隆基, 上田 英二, 池庄司 民夫, 山川俊輔, 兵頭志明
    • Organizer
      International Symposium on Molecular Theory for Real Systems
    • Place of Presentation
      分子研
    • Year and Date
      2008-08-04
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Ab initio molecular dynamics with linear scaling: application to liquid ethanol2008

    • Author(s)
      土田 英二
    • Organizer
      The 1st International Conference of the Grand Challenge to Next-Generation Integrated Nanoscience
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2008-06-24
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] The Nature of Proton Conduction in a Polymer Electrolyte Membrane, Nafion2008

    • Author(s)
      崔 隆基, 土田 英二, 池庄司 民夫, 山川後輪, 兵頭志明
    • Organizer
      The 1st International Conference of the Grand Challenge to Next-Generation Integrated Nanoscience
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2008-06-04
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 高分子電解質膜ナフィオン中でのプロトン伝導2008

    • Author(s)
      崔 隆基, 土田 英二, 池庄司 民夫, 山川俊輔, 兵頭志明
    • Organizer
      理論化学討論会
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学理工学部
    • Year and Date
      2008-05-24
    • Related Report
      2008 Annual Research Report

URL: 

Published: 2008-04-01   Modified: 2018-03-28  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi