2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of new electrochemistry based on synthesis of hydroxide ion conductive ionic liquids
| Project/Area Number |
20K21094
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
|---|
Principal Investigator |
棟方 裕一 東京都立大学, 都市環境科学研究科, 助教 (00457821)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
|
| Keywords | イオン液体 / 水酸化物イオン / 酸素還元 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
新規な電解液系として水を含有しない水酸化物イオン伝導性イオン液体を創製し、水が介在しない環境下での水酸化物イオンの電気化学を明らかにすることを目的に研究を実施した。水が介在しない環境下の電気化学として、燃料電池の中温無加湿作動および触媒の非白金化を視野に、イミダゾリウム塩をベースとした水酸化物イオン伝導性イオン液体の合成に取り組み、本イオン液体中において各種電極材料の酸素還元活性の評価を進めてきた。炭素系材料が白金に比べて優れた酸素還元活性を示すことを見出し、非白金材料を用いて中温無加湿燃料電池を実現できる可能性を示したが、より実用的な燃料電池系とするためにはより貴な電位から酸素還元反応を進行させる必要があった。触媒へのイオン種の吸着に着目し、吸着が起こったとしても酸素還元の活性サイトを阻害しない嵩高い構造のカチオン種から構成される水酸化物イオン伝導性イオン液体の設計に取り組んだ。結果として、酸素還元反応の開始電位を大幅に貴な値へと改善することに成功した。酸素還元の電流密度を高めることにも成功している。本設計の有効性については、炭素電極だけでなく白金電極でも確認できており、イオン液体中の電極界面設計技術として広範に展開できる可能性を見出した。また、酸素の拡散係数や反応電子数などの電気化学パラメータを導出し、水酸化物イオン伝導性イオン液体中の酸素還元反応メカニズムの詳細な解析にも取り組んだ。水系電解液とは異なる反応メカニズムの存在を確認している。これらの検討に基づき、目的とする電気化学反応の進行に適したより精密な水酸化物イオン伝導性イオン液体の設計指針を得た。
|
