2022 Fiscal Year Annual Research Report
軽元素カチオン置換に基づく中低温作動プロトン伝導体の創製
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20H02841
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
松井 敏明 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90378802)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹入 史隆 分子科学研究所, 物質分子科学研究領域, 助教 (20824080)
室山 広樹 京都大学, 工学研究科, 講師 (40542105)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | プロトン伝導体 / 固体電解質 / イオン交換 / カチオン伝導性セラミックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１）LISICON系材料の基礎物性・イオン伝導機構の解明、およびイオン交換手法の検討
昨年度はLISICON(Li2+2xZn1-xGeO4 family)系材料を出発材料に用い、最適なLi+/H+イオン交換手法を適用することで、高いプロトン伝導性と化学的安定性の両立を達成した。そこで本年度は、材料の化学組成とプロトン伝導性の相関を検討した。Li+/H+イオン交換量を制御しながらプロトン伝導度を測定したところ、イオン交換量が増加するほど伝導度は上昇し、交換量がある値で頭打ちになることを見出した。この結果は、系中の主な電荷担体がプロトンであることを支持する。また、使用目標温度域である300 ℃、3％加湿水素雰囲気下で導電率の長期安定性を検討したところ、200時間程度にわたって徐々に低下する傾向を示した。この試験前後にXRDによる構造解析を実施したところ一部の物質が相分離したことがわかった。この傾向は400 ℃でも確認されており、熱力学的安定性の欠如が原因であることが明らかとなった。元素置換などでイオン伝導度と安定性の両立を図る必要があり、今後の課題である。
２）電極材料および電極／電解質界面の基礎設計
昨年度は新規電解質材料の開発に成功したため、この材料と種々の電極候補材料との両立性を検討した。電極と電解質の密接な接合を確保するためには焼成処理が必要となるが、この処理条件によっては両物質間で固相反応が進展することを確認した。これを制御したうえで電極を形成し、電気化学的な水素酸化活性をいくつかの材料で評価した。しかし、実用に資する性能を有する材料は見つかっておらず、電気化学デバイスとして成立させるためには材料と電極微構造の両面から開発を進める必要があることを明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和4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 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(1 results)
