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

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13134204
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 金村 聖志 東京都立大学, 工学研究科, 教授 (30169552)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 須田 聖一 東京都立大学, 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, 助教授 (30272363) ; 門間 聡之 早稲田大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (10277840)
• Keywords: 燃料電池 / コンポジット膜 / 多孔体 / 三次元規則配列 / イオン伝導膜 / DMFC / ミクロ構造制御 / メタノール

Research Abstract

本研究ではメタノールを直接燃料として用いる燃料電池用の新規イオン伝導性膜を開発することを目的として研究を行っている。本年度は前年度までに研究を行ってきたシリカ多孔体についてさらに詳細に検討を行った。以下に本年度に得られた成果をまとめる。
(1)これまでに得られていた三次元規則配列多孔体シリカ膜の厚み100mmで、その大きさは1〜2cm程度のものであった。これでは電池に用いるには小さすぎる。この大きさに制限されていた理由は、乾燥時に膜に亀裂が入り、割れが生じるためであった。我の原因を調査した結果、乾燥時に発生する膜内部の応力が大きな要因となっていることが分かった。そこで、乾燥方法を工夫することにより4cmあるいはそれ以上の大きさの膜を容易に作製できることを明らかにした。
(2)この多孔膜の孔の中にプロトン伝導性ポリマーを装填することによりコンポジット電解質膜を作製することに成功した。この膜は透明の膜であり、均一なコンポジット化ができているものと思われる。また、イオン伝導性を評価した結果、ゲル電解質単独の値の70%程度の値となり、体積分率から単純に予想される値と一致し、多孔体中の孔のなかで特にイオン伝導を妨げるような因子が存在しないことが明らかとなった。この膜はシリカによりその骨格が形成されているため、メタノールによる膜の膨潤は観測されず、メタノール燃料用の新規イオン伝導性膜としての使用が可能であることが分かった。
(3)このコンポジット膜を用いて水素・酸素燃料電池を構成し試験を行ったところ、100mA cm^<-2>程度の電流が取り出せたが、十分な値とは言えない。この要因として電極と膜の接合状態が考えられ現在はその点について検討を行っている。

Research Products

• [Publications] T.Mitsui, H.Morikawa, K.Kanamura: "Preparation of Organic-Inorganic Composite Electrolyte Membrane for Direct Methanol Fuel Cell"Electrochemistry. 70. 934 (2002)
• [Publications] H.Morikawa, T.Mitsui, J.Hamagami, K.Kanamura: "Fabrication of Membrane Electrode Assembly for Micro Fuel Cell by Using Electrophoretic Deposition Process"Electrochemistry. 70. 937 (2002)
• [Publications] K.Kanamura, H.Morikawa, T.Umegaki: "Observation of Interface between Pt Electrode and Nafion Membrane"J. Electrochem. Soc.. 印刷中(in press). (2003)