2000 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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| 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 エネルギー環境技術開発センター, 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 / 界面 / ゾルーゲル法 / ケイリン酸ガラス / シラン / コンポジット / プロトンドナー / 高伝導度 |
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| Research Abstract |
ある特定の異種物質或いは同種物質の界面において、イオンや原子の移動が促進されることはよく知られている。本研究においては、主としてゾルーゲル法を用いてプロトン伝導性を示す無機-無機或いは無機-有機コンポジットを作製し、その構造、熱的・化学的耐久性及び電気伝導性を調べた。
ケイリン酸ガラス-過塩素酸-アルミナ系では、高い耐熱性とプロトン伝導性を示した。その伝導度は相対湿度に強く依存し、湿度が20%から100%に増加すると、伝導度は400倍に増加した。100〜120℃の温度領域では、10^<-2>S/cm以上の安定で高い伝導度を示した。高伝導性はプロトンドナーとしての過塩素酸や、プロトン伝導経路としての強う水素結合をもつケイリン酸の局所構造によるものである。合成法として採用したゾル-ゲル法の特性である多量の水の存在もプロトンの易動度の増加に寄与していると考えられる。
一方、グリシドキシプロピルメトキシシラン-シリカ系コンポジットでは、骨格構造形成体としてエンジニアリングプラスチックであるシランを用いた。採用したシランはポリマー化の際に開環縮合によってエーテル結合が形成され、その局所電荷がプロトンの緩い束縛を通してプロトン伝導経路として機能して、高い伝導度につながるものと考えた。この系にシリコタングステン酸のようなプロトンドナーを添加することにより、耐熱性と化学的耐久性をもち高いプロトン伝導性を示すコンポジットを得ることができた。最も高い伝導度はタングステン酸がシランに対して30重量%のときに得られ、相対湿度100%で100℃の条件下においては、10^<-1>S/cmの高い伝導度が得られた。
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[Publications] Masayuki NAGAI: "Inorganic-organic composite protonic conductors comprising silicophosphate glass and ion-exchange resin"Solid State Ionics. 136-137. 249-254 (2000)
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[Publications] Yong-il Park: "Proton-conducting properties of inorganic-organic noncomposites : Proton exchange nanocomposite membrane based on 3-glycido-propyltrimethoxysilane and tetraethylorthosilicate"Journal of the Electrochemical Society. (印刷中).
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[Publications] Yong-il Park: "A novel proton exchange nanocomposite membranes derived from 3-glycidoxy propyltrimethoxysilane and α-zirconium phosphate"Transactions of Materials Research Society of Japan. (印刷中).
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[Publications] Yong-il Park: "Proton conductivity of ZrP-PTFE composites"Journal of Materials Science Letters. 19. 1735-1738 (2000)
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[Publications] Yong-il Park: "Proton conductivity of amorphous phosphate-PTFE composites"Journal of Materials Science Letters. 19. 2591-2594 (2000)
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[Publications] Yong-il Park: "New composite membranes for low temperature fuel cells"Transactions of Materials Research Society of Japan. 25. 277-280 (2000)
