2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of hybrid membranes including metalloxane units for fuel cells at intermediate temperature range
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18K04725
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| Research Institution | Nagoya Industrial Science Research Institute |
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Principal Investigator |
余語 利信 公益財団法人名古屋産業科学研究所, 研究部, 研究員 (00135310)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 無機有機ハイブリッド / メタロキサン燃料電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子設計されたメタロキサンと不飽和結合を有するホスホン酸、スルホン酸の共重合反応 により合成した無機・有機ハイブリッド膜の構造とプロトン伝導性、機械的性質および燃料 電池特性の関係を明らかにする。分子設計により不飽和結合を導入した14族や4族金属のメタロキサン(M-O)n(n<4)を合成し、不飽和結合含有ホスホン酸、スルホン酸との共重合により、プロトン伝導度および機械的特性に優れたハイブリッド膜を合成することを目的に研究を遂行した。
平成30年度は新規不飽和結合含有メタロキサン(M-O)n (n<4)として、4族金属であるチタンについてチタン－有機化合物を選択し、不飽和基を結合させたチタン化合物を合成した。プロトンキャリア含有不飽和化合物との共重合により共重合体を得、ハイブリッド膜を合成した。骨格構造、微細構造、機械的性質、酸化安定性、含水率などを調べた。微細構造、機械的性質、化学的安定性、含水率は、チタン－有機化合物の含有量に依存していた。特に機械的性質については、チタン－有機化合物含有量を最適化することが重要であり、その選択により、良好な引張強度が得られた。さらにハイブリッド膜のプロトン伝導度を調べ、水素酸素燃料電池特性を評価した。プロトン伝導度はホスホン酸基含有量に比例して向上した。また、中温度域、低加湿条件下において、チタン－有機化合物の最適含有量で最大の電池特性を示し、長時間運転への基礎的知見が得られた。
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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
30年度は、メタロキサンとしてチタン系を選択し、チタノキサンハイブリッドの合成と評価を行った。チタノキサン系ハイブリッド膜においては、機械的特性や燃料電池特性についてはおおむね良い結果が得られたが、想定した膜構造とは異なる微細構造が生成していることがわかった。チタノキサン系ハイブリッド膜の機械特性やその結果をもとに、メタロキサンユニット含有膜を構築し、膜の機械的特性をさらに向上するため、31年度はシロキサン含有システムに展開する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成31年度には、メタロキサンとして14族ケイ素のシロキサンを検討する。不飽和結合含有ホスホン酸との共重合により環状シロキサンユニットを含有するハイブリッド膜を合成し、機械的性質や粘弾性を測定し、薄膜化可能なハイブリッド膜を調製する。薄膜化による膜抵抗の減少と機械的性質の向上を最適化し、膜電極接合体と電池を組み立て、中温域、低加湿下での電流‐電圧特性などを評価し、140℃、30％加湿下での長時間作動を検討する。
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| Causes of Carryover |
国際会議出席を予定していたが、中止になったため。論文投稿料を予定していたが、掲載費無料の雑誌に受理されたため、その他経費が少なかった。
これらの費用は、31年度以降に予定している。
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