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2013 Fiscal Year Annual Research Report

無機固体酸ナノ複合体と芳香族ポリマーをベースとする中温作動燃料電池電解質膜の創製

Research Project

Project/Area Number 23360286
Research InstitutionToyohashi University of Technology

Principal Investigator

松田 厚範  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70295723)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 河村 剛  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10548192)
武藤 浩行  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20293756)
小暮 敏博  東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (50282728)
大幸 裕介  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70514404)
打越 哲郎  独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, グループリーダー (90354216)
Project Period (FY) 2011-04-01 – 2014-03-31
Keywords燃料電池 / 中温 / メカニカルミリング / プロトン / 無機有機 / コンポジット / ポリベンズイミダゾール / 発電特性
Research Abstract

本研究では中温無加湿で高いプロトン伝導性を示す無機固体酸ナノ複合体粒子を合成し、これに芳香族ポリマーを融合させた新しい中温作動燃料電池用電解質膜を開発し、燃料電池の中温無加湿発電試験を行っている。また、得られた電解質膜や膜・電極複合体のプロトンダイナミックス解析および界面構造観察を行っている。本年度は特に、以下の重要な研究成果が得られた。
【無機固体酸ナノ複合体粒子と芳香族ポリマーからなるコンポジット膜電極複合体の開発】:前年度の定電位(0.5V)での連続発電(800h以上)に加えて、より負荷の大きな定電流(0.2A)での連続発電評価を行った。50CHS50WSiA-PBI系コンポジット電解質膜(リン酸ドープ量3mol、シート厚20um,Pt担持量0.5mg cm-2)は150℃、無加湿条件で、0.6Vの出力を300時間以上維持することを実証した。連続運転中、開放端電圧(OCV)1.01V、最大電力密度344mWcm-2の極めて高い発電性能を示すことも確認した。また、加熱冷却試験(30-150℃)、燃料供給停止による膜劣化についても調査を行った。一方、5-スタックセルでは、ガス流量を最適化することで、OCV4.5V以上、最大電力密度1182mWcm-2を示し、定電流(0.2A)150℃、無加湿条件で300h以上のスタック連続発電が可能であることも明らかにした。
【プロトンダイナミックスと界面構造解析】:連続発電後のPt担持カーボンの高分解能TEM観察を行った結果、Pt粒子の凝集・粗大化が観察された。性能変化の要因解析には、膜性能に加えて触媒と電極の分析が重要であるとの知見を得た。

Current Status of Research Progress
Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (11 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Electricity Producing Property and Bacterial Community Structure in Microbial Fuel Cell Equipped with Membrane Electrode Assembly2013

    • Author(s)
      O. Rubaba, Y. Araki, S. Yamamoto, K. Suzuki, H. Sakamoto, A. Matsuda, and H. Futamata
    • Journal Title

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      Volume: 116 Pages: 106-113

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2013.01.019

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Shape-Controlled Metal Nanoparticles and their Assemblies with Optical Functionalities2013

    • Author(s)
      G. Kawamura, M. Nogami, and A. Matsuda
    • Journal Title

      Journal of Nanomaterials

      Volume: 2013 Pages: 17

    • DOI

      10.1155/2013/631350

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Proton Conductive Composite Electrolytes in the KH_2PO_4-H_3PW_<12>O_<40> System for H_2/O_2 Fuel Cell Operation2013

    • Author(s)
      S-Y. Oh, T. Kikuchi, G. Kawamura, H. Muto, and A. Matsuda
    • Journal Title

      Applied Energy

      Volume: 112 Pages: 1108-1114

    • DOI

      10.1016/j.apenergy.2013.03.058

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 無機固体酸複合体添加PBI電解質の無機添加効果と中温燃料電池発電特性2014

    • Author(s)
      矢島将行・武藤浩行・松田厚範
    • Organizer
      2014年電気化学会第81回大会
    • Place of Presentation
      関西大学
    • Year and Date
      20140329-20140331
  • [Presentation] コンポジット電解質膜の作製と中温無加湿作動燃料電池への応用2014

    • Author(s)
      松田厚範
    • Organizer
      日本セラミックス協会2014年年会サテライトプログラム
    • Place of Presentation
      慶応大学日吉
    • Year and Date
      20140317-20140317
    • Invited
  • [Presentation] プロトン伝導性複合体の創製と次世代燃料電池への応用2013

    • Author(s)
      松田厚範
    • Organizer
      電気電子材料技術セミナーInsulation2013
    • Place of Presentation
      亀戸文化センター
    • Year and Date
      20131207-20131207
    • Invited
  • [Presentation] PBI電解質膜への無機固体酸添加効果と中温燃料電池発電特性2013

    • Author(s)
      矢島将行・武藤浩行・松田厚範
    • Organizer
      平成25年度日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      20131207-20131207
  • [Presentation] 無機-有機コンポジット電解質膜を用いた中温無加湿燃料電池の構築2013

    • Author(s)
      松田厚範・武藤浩行・河村剛
    • Organizer
      2013年度セラミックス総合研究会
    • Place of Presentation
      浜名湖
    • Year and Date
      20131114-20131115
  • [Presentation] 無機固体酸複合体を含むPBIコンポジット電解質膜を用いたスタックセルの構築と発電特性2013

    • Author(s)
      栩木啓佑・吉田敏宏・河村剛・武藤浩行・松田厚範
    • Organizer
      第54回電池討論会
    • Place of Presentation
      大阪国際会議場
    • Year and Date
      20131007-09
  • [Remarks] 国立大学法人 豊橋技術科学大学 松田・武藤・河村研究室

    • URL

      http://ion.ee.tut.ac.jp/

  • [Remarks] 松田研究テーマ3:次世代燃料用新規電解質膜の開発

    • URL

      http://www.tut.ac.jp/teach/main.php?mode=detail&article=214

URL: 

Published: 2015-05-28  

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