2017 Fiscal Year Research-status Report
電気化学的なプロトン注入とH+ダイナミクスの解明及びガラスの新機能発現（国際共同研究強化）
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15KK0203
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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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| Project Period (FY) |
2016 – 2018
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| Keywords | プロトン注入 / プロトン伝導 / ガラス / クリープ / 圧子圧入 / 粘弾性 / 応力緩和 |
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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。他方、プロトン注入によってガラスの粘弾性特性が大きく変化することを独自の電気化学圧子圧入試験機を用いて明らかにした。高いイオン伝導性と化学的耐久性を両立する一つの手法として伝導相とマトリックスの分相が指摘され、市販の高分子形燃料電池の電解質や超イオン伝導性ガラスも分相することが知られている。本研究で取り扱っているリン酸塩ガラスのうち、伝導性の高いガラスはスピノーダル分相を示す傾向があるが、プロトン注入と分相構造との関係はわかっていない。ガラスの力学特性評価で充実した設備環境を有するレンヌ第1大学において分相進展と力学特性変化、またそれらのイオン伝導性との関係を主に音波に着目して調べたところ、分相過程、およびスピノーダルとバイノーダル成長によって音速の減衰速度や共鳴周波数に特徴的な変化を観測した。同様にガラスのアニール(応力緩和)とイオン伝導性との関連性について、交流電場下での高温ヤング率の時間変化より調べる装置を起ち上げた。先行した電気化学圧子圧入試験機を用いたインピーダンス測定より、応力下でのイオン導電率の関係についてデータが得られている。ガラスの応力緩和・分相進展とイオン伝導性との関係を引き続きレンヌ第1大学で調べており、分相構造を制御できればプロトン導電率の上昇に繋がると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
プロトン注入速度の解析と並行して、ガラス緩和や分相とイオン伝導性との相関などの解析、またプロトン注入速度とクリープとの関係に関する数値解析等も予定通り着実に進めている。国内共同研究者と海外共同研究者との連携強化の目的で、2017年8月に予定通りH+注入活性に関するシンポジウムを開催し、face to faceで有意義な議論ができた。今後も本研究(国際共同研究強化)の主旨を十分理解し、国内研究者と海外機関とのハブとして連携強化を図っていく。他方では、国際共同研究加速の目的より、ガラスへの応力付加と機械的特性評価から派生して、エルランゲン・ニュルンベルク大学(FAU, 独)との連携も続いており、成果を論文としてまとめた。研究者ネットワークが継続して広がっており、計画が順調に推移していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続きレンヌ第1大学に滞在して、プロトン注入(拡散)と粘弾性(緩和)、分相進展に関してオリジナルの装置を用いて調べる。有限要素解析なども取り入れることを提案されており、この機会に進める。プロトン注入の早いガラスに関するガラス構造は名工大で実施しており、他方、レンヌではH+注入によるガラス構造変化やH+拡散のメカニズムに注力する。また国際会議の場なども利用して、FAUなど他機関や国内共同研究者との連携も相互に継続発展させる。
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