ナノおよびミクロ構造制御による新規イオン伝導膜の創製

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13134204
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (B)
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 金村 聖志 東京都立大学, 工学研究科, 助教授 (30169552)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 須田 聖一 東京都立大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50226578) ; 山口 猛央 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (30272363) ; 門間 聰之 早稲田大学, 理工学部, 助教授 (10277840)
• Keywords: 燃料電池 / メタノール / 規則配列多孔体 / スチレンビーズ / セラミックス多孔体 / コロイダルシリカ / メタノール透過 / イオン伝導性薄膜

Research Abstract

高分子固体電解質を用いる燃料電池にメタノールを燃料として用いた場合、メタノールが膜をクロスオーバーし、燃料利用率の低下および発電効率の低下を招くことが問題となっている。このような現象は、より高温で電池を作動させた場合に見られる。一方、メタノールを燃料に用いる場合、電極反応を考えると120〜150℃程度の高温が必要である。しかし、既に述べたように、この温度領域においてはメタノールのクロスオーバーが顕著になり、電池の十分な性能が得られない。この原因は高分子の温度上昇に伴う膨潤にある。したがって、高温でも膨潤を起こさないプロトン伝導性膜を開発することが望まれる。そこで、本研究ではマトリックス保持体としてセラミックス多孔体を選択し、多孔体にプロトン伝導性の高分子を埋め込むことにより新規プロトン伝導性膜を開発することを目的として研究を行った。本年度は、セラミックス多孔体の作製に関する研究を重点的に行った。
最近、同じ粒径を有する種々の粒子(単分散粒子)を比較的容易に手に入れることができる。ポリスチレン球状粒子もその一つである。このポリスチレン粒子を六方最密充填させ規則的な構造体を作製し、その隙間に焼成によりセラミックスとなるコロイダルシリカを装填し、適当な温度で焼成することで3次元規則配列多孔体を作製することを行った。数百〜百nmの粒子サイズのポリスチレン粒子を濾過法を用いて配列させると同時にコロイダル粒子を隙間に埋め込む方法により、1cm程度の直径を有する多孔質膜を得ることができた。規則的な配列構造は理想的なものから見ると多少劣っているが、プロトン伝導性ポリマー埋込みよう三次元多孔体としては十分に高い規則的な細孔配列を有していた。

Research Products

• [Publications] 金村 聖志: "原子の針を用いた実材料表面のその場観察"表面. 39・10. 39-48 (2001)
• [Publications] Seiichi Suda, et.al.: "Formation mechanism of amorphous Na_2O-SiO_2 sheres prepared by Sol-Gel and Ion-Exchange method"J.Non-Cryst.Solids. (印刷中). (2002)
• [Publications] Seiichi Suda, et.al.: "Composition of Y_2O_3-ZrO_2 Amorphous Spheres as Starting Materials of YSZ Ceramics Prepared by Sol-Gel and Ion-Exchange Method"Key Eng.Mater.. 127-130. 206-213 (2002)