次世代燃料電池ITFCを実現する電極反応の全貌解明とその高速化
| Project/Area Number |
21H04607
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
小俣 孝久 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80267640)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石山 智大 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (30760194)
鈴木 一誓 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (60821717)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥43,550,000 (Direct Cost: ¥33,500,000、Indirect Cost: ¥10,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
Fiscal Year 2021: ¥28,080,000 (Direct Cost: ¥21,600,000、Indirect Cost: ¥6,480,000)
|
|---|
| Keywords | 混合伝導体 / プロトン伝導体 / 燃料電池 / 空気極材料 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
無加湿雰囲気の250～400℃で動作する中温作動型燃料電池（dry-ITFC）は，水素社会の実現に必須の次世代燃料電池である。本研究では，WO3系プロトン・電子混合伝導体を電極材料へと展開するため，電極反応に関与する気体分子の吸着や交換などの素反応とそれを律する因子の理解に基づき電極反応を高速化する。これを代表者らが開発したリン酸塩ガラス電解質に適用することで、300℃付近で実用的出力を発生するdry-ITFCを実現する。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度の研究でスピネル型MgIn2O4とNbドープしたルチル型TiO2が、電子とプロトンの混合伝導体となる可能性を見出した。新たな材料の特徴が、混合伝導体および電極への理解が深めることを期待し、本研究で開発したプロトン伝導性リン酸塩ガラスを電子ブロッキング電極としたプロトン部分伝導度の評価方法を使用し、これらの材料のプロトン部分伝導度、プロトン移動度の評価にフォーカスして研究を実施した。
電子ブロッキング電極であるプロトン伝導性リン酸塩ガラス上にMgIn2O4の薄膜を堆積し、直流および交流インピーダンス法でプロトン伝導性を評価した。電子による電流はブロックされている状態で、いずれの温度範囲でも直流電圧を印加すると、定常的に流れる電流が観測され、MgIn2O4中をプロトンがキャリアである電流が流れることが明らかとなった。交流インピーダンス測定で得られたナイキストプロットの解析から、250℃でのプロトン部分伝導度は1.1×10^-6Scm^-1であることを明らかにした。電子の部分伝導度は10Scm-1であるので、プロトン輸率がの非常に小さい混合伝導体であることを見出した。
NbドープしたTiO2は、焼結体上に厚さ20-30μmのプロトン伝導性リン酸塩ガラスをホットプレスにより接合し、電子ブロッキング電極とした。ナイキストプロットの解析から、250℃でのプロトン部分伝導度は4×10^-3 Scm^-1であることを明らかにした。電子の部分伝導度は2Scm^-1であり、この温度域ではプロトン部分伝導度が驚異的に高い混合伝導体であることを見出した。
プロトンのキャリア密度から求めた250℃でのプロトン移動度はMgIn2O4では3.2×10^-6cm^2V^-1s^-1、NbドープしたTiO2では7.1×10^-5 cm^2V^-1s^-1であり、いずれも大きな値であった。
|
| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
Report
(4 results)
Research Products
(33 results)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Suppression of proton migration by SiO6 in phosphate glasses and its mitigation by AlO6 substitution2023
Author(s)
T. Ishiyama, Y. Yamada, H. Nagashima, I. Suzuki, M. Fujioka, M. Ono, T. Omata, J. Nishii
Organizer
21st International conference on solid state proton conductors, 17-22 September, Fukuoka, Japan
Related Report
Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Understanding the effect of oxide components on proton mobility in phosphate glasses; statistical analysis and experimental studies2021
Author(s)
T. Omata, I. Suzuki, A. Sharma, T. Kinoshita, T. Ishiyama, S. Kohara, T. Yamashita, H. Kawazoe, T. Fang, Y. Ren, M. Fujioka, M. Ono, G. Zhao, J. Nishii
Organizer
International workshop on solid state proton conductors (SSPC-20), Online Conference, September 27 - October 1, 2021
Related Report
Int'l Joint Research
-
-
