発電中アニオン交換膜型燃料電池膜内部の水分子化学組成分布解析と新規電解質膜合成
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21H02044
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
犬飼 潤治 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (70245611)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
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| Keywords | AEMFC / CARS / 発電 / 水分子 / 時間・空間分布 / 水の定量 / 水の同定 / AEM / 振動分光 / Raman |
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| Outline of Research at the Start |
アニオン交換膜（AEM）内部に存在する異なった水素結合をもつそれぞれの水分子を、申請者が開発した顕微光学系を備えたコヒーレントアンチストークスラマン散乱（CARS）分光装置（深さ分解能 1 um、時間分解能 0.5 s）を用いて解析する。
1年目は、装置改良後、AEMFC定常発電中のAEMおよび水の分子振動をCARS分光によって測定する。
2年目は、電流密度ジャンプ法などによるAEM内部の水分子ダイナミクスを、高時間分解能で解析する。
3年目は、系統的に合成されたAEMの詳細な解析により発電中のアニオン導電性向上のメカニズムを探り、発電状態で高アニオン導電性を有する新規AEMを合成する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
非白金系触媒を利用する次世代の燃料電池として、アニオン交換膜型燃料電池（AEMFC）の開発が進んでいる。アニオン交換膜（AEM）内部に存在する異なった水素結合をもつそれぞれの水分子を、申請者が開発した顕微光学系を備えたコヒーレントアンチストークスラマン散乱（CARS）分光装置（深さ分解能 1 um、時間分解能 0.5 s）を用いて解析することを目的とする。この情報を用いて、新しい膜の開発につなげる。
初年度は、レーザーを新たに選択し、光路系や燃料電池セルなどの装置の改良後、AEMFC定常発電中のAEMおよび水の分子振動をCARS分光によって測定した。空間分解能、時間分解能は、計画通りの値が得られている。本装置の改造により、当初の問題であったAEMの破損はなくなった。
放射光X線散乱や中性子凖弾性散乱、量子化学計算の結果もあわせて、CARSスペクトルより得られる水分子の伸縮振動ピークをデコンボリューションすることにより、AEM内部の水分子同定・定量を、世界で初めて可能とした。さらに、中性子線イメージングで得られた定常発電中AEMFC内部の液体水の分布を、CARS分光で得られたAEM内部の水分子の分布と合わせて解析した。
なお、CARSとともに、通常のRaman測定を並行して行っている。Raman測定は、電解質液の測定等、既存のデータとその解析結果が存在するために、当初計画より進んだデータ解析を行っている。
本研究の一部は、すでに、学会での口頭発表や、原著論文として公表している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画をすべて完了している。さらに、Raman測定を並行して行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画は順調に推進されている。今後も、申請書に沿った方向で、研究を進めていく。
CARS分光法に加えて、新たにRaman分光法を利用した研究を開始したため、双方の情報を合わせて、解析を進める計画でいる。
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
