水酸化物イオン伝導性無機物質の探索と伝導度測定

• Project/Area Number: 21360313
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Inorganic materials/Physical properties
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 山中 俊朗 Hokkaido University, 触媒化学研究センター, その他 (10261356)
• Project Period (FY): 2009 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000); Fiscal Year 2010: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2009: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: アルカリ燃料電池 / 水酸化物イオン伝導 / 金属酸化物 / インピーダンス測定

Research Abstract

燃料電池は高効率かつクリーンなエネルギー変換システムとして注目されている。固体高分子形燃料電池(PEFC)、固体アルカリ形燃料電池(SAFC)では、高価な貴金属触媒と繊細な高分子電解質を用いるために、新しいタイプの燃料電池の開発が求められている。
その一つの方向として、新たなSAFCの開発が重要である。なぜならば、OH^-伝導性電解質を用いるSAFCは理論上は貴金属触媒を必要としないからである。しかし高分子物質を含むアニオン交換膜の耐久温度は60℃程度であり、H_2とO_2を活性化させるために依然として貴金属触媒を必要としている。冷却装置を必要とし、温度を高めて伝導度と反応効率を改善することの妨げにもなっている。高温で使用できるアニオン電導膜が必要であるが、これまでそのような膜は報告されていなかった。
私は300℃の高温でも安定な、あるCo系層状金属酸化物について、OH^-電導性をもつ初めての無機物質であることを、独自に考案した簡便な伝導キャリア特定法を用いて証明した。この酸化物を用いたアニオン電導燃料電池はアノードに貴金属触媒を用いずに、室温から120℃で動作している。動作温度を300℃まで上げてカソードにも貴金属を使わない直接炭化水素形燃料電池に発展することが期待される。
本研究では、上述以外の新たな無機OH^-電導性物質の探索を行い、その伝導度を詳細に調べる。このようにしてどの様な無機質がOH^-電導性を持ち、その性質・機構はどの様なものかを明らかにする。
平成21年度は伝導キャリア特定装置の改良および追加作製を行い、新たにOH-伝導性鉄酸化物を発見した。インピーダンス測定装置の購入し、200℃までの高温でOH-伝導度を測定するため高圧(30気圧)伝導度測定装置を設計・作製した。

Research Products

• [Journal Article] Soot trapping and combustion on nanofibrous perovskite LaMnO_3 catalysts under a continuous flow of soot (2010)
  • Author(s): 山中俊朗
  • Journal Title: Applied Catalysis B 93 Pages: 383-386
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation of Well-Alloyed PtRu/C Catalyst by Sequential Mixing of the Precursors in a Polyol Method (2009)
  • Author(s): 山中俊朗
  • Journal Title: Journal of the Electrochemical Society 156
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Comparative Study of Variously Prepared Carbon-Supported Pt/MoOx Anode Catalysts for a Polymer Electrolyte Fuel Cell (2009)
  • Author(s): 山中俊朗
  • Journal Title: Journal of the Electrochemical Society 156
  • Peer Reviewed
• [Presentation] アニオン交換膜・カチオン交換膜中のイオン伝導に伴う水の移動 (2009)
  • Author(s): 山中俊朗
  • Organizer: 2009年電気化学秋季大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学(東京都)
  • Year and Date: 2009-09-10
• [Remarks]
  • URL: http://www.cat.hokudai.ac.jp/ueda/index.htm
• [Patent(Industrial Property Rights)] 合金化度と分散性を制御したPtRu/C触媒及びその製造方法 (2009)
  • Inventor(s): 山中俊朗
  • Industrial Property Rights Holder: 北海道大学
  • Industrial Property Number: 2009-228054
  • Filing Date: 2009-09-30