| Project/Area Number |
22KJ1630
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| Project/Area Number (Other) |
22J14114 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
前川 啓一郎 豊橋技術科学大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 燃料電池 / プロトン伝導体 / 有機無機コンポジット材料 / 金属有機構造体 / 共有結合性有機構造体 / 固体高分子形燃料電池 / プロトン伝導 / 第一原理計算 / 有機塩 / 水素結合 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、燃料電池自動車(FCV)の普及に向けた課題を解決する可能性を持つ、高温・無加湿でも動作可能な次世代燃料電池の実現を目指す。次世代燃料電池の高出力密度化には、リン酸ドープ型ポリベンゾイミダゾール(PA-PBI)電解質膜のプロトン伝導性の向上と、安定性向上が必須となる。そこで、高温下で高いプロトン伝導性を有する複素環式化合物をベースとした新規プロトン伝導材料の実現をめざす。分子シミュレーションを用いて高プロトン伝導を示す材料を予測し、それをもとに実際に材料の合成を行う形で進める。最後に、得られた材料を電解質膜への添加することによって、高安定かつ高出力な次世代燃料電池の実現を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、有機物と酸によって形成される塩をベースとする高温無加湿燃料電池用の新規プロトン伝導体に関する研究に取り組んだ。さらに、そこで得られた知見を周期的構造を有する構造体に応用し、新たなプロトン伝導体の開発を試みた。
①塩をベースとする新規プロトン伝導体：昨年度得られた結果である、塩基性のポリ(4-ビニルピリジン)(PVPy)に対してリン酸(PA)を反応させた系が非常に高いプロトン伝導性を示すことを踏まえ、酸と反応できる塩基サイトを２つ持つイミダゾール(Imi)に対し、SiO2および塩酸(HCl)を反応させた三元型のプロトン伝導体 (Imi-HCl-SiO2)を作製した。作製したプロトン伝導体を添加した電解質膜は高温・無加湿条件で高い出力(521 mW cm-2)を示した。この成果はChemistry of Materialsで公開された。
②構造体をベースとするプロトン伝導体：成果①を応用し、周期的な構造体中にピリジンリン酸塩を形成することで効率的なプロトン伝導を実現できると考え、金属有機構造体（MOF)に着目した。2,5-ピリジンジカルボン酸(PyDC)に対してリン酸(PA)を配位したリンカーを使用し、新規プロトン伝導性MOF(UiO-66-PyDC-PA)を作製した。この成果は国際学会でbest poster awardを受賞した。同様に周期構造を有し、より強固な結合を有する共有結合性有機構造体(COF)をベースとする新規プロトン伝導体の開発にも取り組んだ。2,5-ジアミノピリジンをリンカーとして用いることでPAの配位が可能となり、結果的に1×10-2 S cm-1以上の高い導電率を達成した。
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