1999 Fiscal Year Annual Research Report
界面の輸送促進効果を利用した無機-有機コンポジットプロトン伝導体の作製と評価
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11450338
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Musashi Institute of Technology |
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Principal Investigator |
永井 正幸 武蔵工業大学, 工学部, 教授 (80112481)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
朴 容一 武蔵工業大学, 工学部, 客員研究員
濱上 寿一 東京都立大学, 工学部, 助手 (30285100)
西野 忠 武蔵工業大学, 工学部, 教授 (30061485)
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| Keywords | プロトン伝導体 / 界面効果 / コンポジット / ゾル-ゲル法 / イオン伝導性 |
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| Research Abstract |
近年、可動型電源や自動車用電源として使用可能であり、室温付近で動作する燃料電池に対する需要が高まってきている。このような要求に応える電解質としては、伝導度と加工性の面から固体高分子が一般的に用いられるが、セラミックスに高い伝導性と成膜性が付与できれば、室温付近で動作する燃料電池の代替材料として有望である。以上の観点から、私達は無機・有機コンポジットプロトン伝導体の合成と評価を行った。検討した系は、ケイリン酸塩ガラス-ナフィオン、非晶質リン酸塩-ナフィオン、非晶質リン酸塩-PTFE、リン酸ジルコニウム-PTFE、ケイリン酸塩ガラス-PMA(PWA)である。これらのコンポジットは、全てゾル-ゲル法を基本として作製した。
得られた試料は全て外見上は均一であったが、ケイリン酸塩ガラスを基本とした系は脆く取り扱いに注意を要した。赤外吸収測定の結果より、どのコンポジットも室温付近では、水を多く含み強い水素結合が存在することが分かった。ケイリン酸塩ガラス-ナフィオン系では、作製直後で10^<-6>S/cm程度の低い伝導度であった。一方、130℃程度の加熱により水が脱離し、伝導度が大幅に減少することが分かった。このことは、ガラスとポリマーがマクロなレベルでは混合しているが、分子レベルでは疎な部分が多く水が弱く束縛されているに過ぎないことを示唆している。有機物と無機物との界面でのプロトン輸送の促進効果と、水との親和性を高めるために行ったのが、その他のコンポジット系である。最もプロトン伝導性の改善に効果があったのは、ケイリン酸塩ガラス-PMA(PWA)系である。無機物の中では最も高いプロトン伝導性を示すPMA(PWA)を用いることにより、室温において10^<-3>〜10^<-4>S/cmの極めて高い伝導度を得ることができることが判明した。
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[Publications] Masayuki Nagai: "Enhancement in conductivity for porous alumina-based AgI-Al_2O_3 composites by use of temperature and concentration gradient"Solid State Ionics. 117. 317-321 (1999)
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[Publications] Masayuki Nagai: "Inorganic-organic composite protonic conductions comprising silicophosphate glass and ion-exchanse resin"Solid State Ionics. (in press). (2000)
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[Publications] Yong-il Park: "New Composite Membranes for Low-Temperature Fuel Cells"Transections of Matericls Research Society Japan. (in press). (2000)
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[Publications] Yong-il Park: "High Proton Conductivity in ZnP-PTFE Composites"J.of Matenials Science.Letter. (in press). (2000)
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[Publications] Yong-il Park: "Proton Conductivity in Sol-gel derived Silico phosphate-PMA(PWA) Glasses"J.of Matenials Science Letter. (in press). (2000)
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[Publications] Yong-il Park: "Proton Conductivity in Amonphoas phosphate-PTFE Composites"J.of Materials Science Letter. (in press). (2000)
