2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Highly Ion-conductive LDH Electrolyte for All Solid-state AFC
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19K05682
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| Research Institution | Nara National College of Technology |
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Principal Investigator |
山田 裕久 奈良工業高等専門学校, 物質化学工学科, 准教授 (90469073)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 層状複水酸化物 / アルカリ形燃料電池 / LDH / AFC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請では、本研究室で新規に開発した「脱炭酸-尿素法」を用いて合成したNO3-型Zn(II)-Al(III)系層状複水酸化物(LDH)を固体電解質とした全固体アルカリ形燃料電池(AFC)の開発とその発電特性について評価した。LDHを電解質としたAFCの開発課題としてi) 空気中に含まれる微量のCO2を由来とする炭酸イオン(CO32-)とLDH層間アニオンのイオン交換によるイオン伝導度の低下、および ii) カソード極で進行する酸素還元反応で生成する水酸化物イオン(OH-)の局所定なpH上昇によるLDH電解質の劣化(溶解) 、iii) 高温発電特性が挙げられる。i)-ii)については昨年度までに実施した。本年度は、引き続きイオン伝導機構について検討するとともに単セル評価試験を実施した。インピーダンス測定による温度依存性を検討し、アレニウスプロットを用いて活性化エネルギーについて検討した。NO3-型においては、18.8 kJ/mol とOH伝導型のアニオン交換膜の値と近い値を示したことからOH-が主なイオン伝導種である可能性が示唆された。一方で昇温X線による構造解析やDSCによる熱分析を実施した。120℃までの熱的安定性は高く、優れた熱耐性を有していることがわかった。また、表面吸着水の脱離が100℃までに完了しており、250℃までに層間水の脱離が完了していることがわかった。そこで層間水の脱離に伴なう熱エネルギーを検討することで層間水の束縛エネルギーについて検討した。層間水の単位モル当たりの熱量はNO3-型において最も低く、比較的束縛が緩い可能性が示唆された。
また、60℃H2-O2燃料電池単セル試験において、発電試験が可能であったことから電池としてLDH電解質が利用可能であることがわかった。
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Research Products
(3 results)
