2017 Fiscal Year Annual Research Report
Electrochemical proton implantation and H+ dynamics analysis for new functionalities of glasses
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15H04124
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
大幸 裕介 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70514404)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
早川 知克 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00293746)
吉田 智 滋賀県立大学, 工学部, 准教授 (20275168)
武藤 浩行 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教 (20293756)
村井 俊介 京都大学, 工学研究科, 助教 (20378805)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | プロトン伝導 / プロトン注入 / BL04B2 / 燃料電池 / 逆モンテカルロ法 / ワニエ関数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一般に酸化物ガラス内のプロトン(-OH基)濃度は極めて低いものの、水素雰囲気中で白金など水素解離活性を有する電極を用いて通電すると、リン酸塩ガラス内部のOH基濃度が時間とともに増加し、またプロトンに随伴して注入される水分子(H3O+)が-OH基濃度上昇に不可欠であることを昨年度までに明らかにした。同様のH+注入は水素濃淡電池や燃料電池評価時にも見られ、電極間の電気化学ポテンシャルがH+注入の駆動力となる。注入速度と燃料電池出力の間に良い相関が見られた。ガラス構造とH+注入ダイナミクスの関係を調べるため、構造が単純な2成分リン酸塩ガラス(50MO・50P2O5, mol%; M=Ca, Sr)を用いた。ガラス転移温度[Tg]は527℃(M=Ca)、510℃(M=Sr)と求まり、プロトン注入速度を様々な温度で評価した。 360℃におけるプロトン注入速度はそれぞれ1.77×10^(-1) mol/h cm^3 (M=Ca)、4.05×10^(-1) mol/h cm^3 (M=Sr)となり、Srガラスの方が2倍以上注入速度は速いことが明らかとなった。Tgを加味して、Tg/Tと注入速度の関係を調べた。SPring-8(BL04B2)による高エネルギーX線開設実験および逆モンテカルロ(RMC)計算より、2つのガラスで架橋酸素(BO) - 架橋酸素、非架橋酸素(NBO) - 非架橋酸素相関や鎖長に大きな変化は確認されなかった。一方、NBO-M2+カチオン相関には明瞭な変化が見られ、プロトン注入速度はNBO-M2+カチオン周辺の局所構造に依存することが明らかとなった。RMCより得られた原子座標を用いた第一原理計算より、非架橋酸素の電子の非局在性(ワニエ関数の広がり)が2つのガラスで大きく変化しており、このことからもプロトン注入反応はリン酸塩ガラスのNBO周辺で生じると結論付けた。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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