Fabrication of Electrolyte Membranes Based on Inorganic Solid Acid Nanocomposite and Aromatic Polymer for Intermediate Temperature Fuel Cells

2013 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 23360286
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Inorganic materials/Physical properties
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: MATSUDA Atsunori 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70295723)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): KAWAMURA Go 豊橋技術科学大学, 大学院・工学研究科, 助教 (10548192)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): MUTO Hiroyuki 豊橋技術科学大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (20293756) ; KOGURE Toshihiro 東京大学, 理学研究科, 准教授 (50282728) ; DAIKO Yusuke 名古屋工業大学, 大学院・工学研究科, 助教 (70514404) ; UCHIKOSHI Tetsuo 独立行政法人物質, 材料研究機構, 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

In this study, highly proton conductive inorganic nanoparticles were prepared by mechanochemical method, and applied for the development of new composite electrolyte membranes based on aromatic polymer for fuel cells at intermediate temperature under anhydrous conditions.
Various proton conductive nanoparticles composed of hydrogen sulfate and heteropoly acid were synthesized by mechanical milling. Polybenzimidazole composite membranes containing CsHSO4- H4SiW12O40 nanoparticles and ortho-phosphoric acid showed high performance and good durability during contentious operation at 150oC under anhydrous for over 800h.

Research Products

• [Journal Article] Electricity Producing Property and Bacterial Community Structure in Microbial Fuel Cell Equipped with Membrane Electrode Assembly (2013)
  • 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 Functionalities (2013)
  • 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 Operation (2013)
  • 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
• [Journal Article] Proton Conductive Composite Electrolytes Consisting of KH_2PO_4-H_3PW_<12>O_<40> and Their Application for Fuel Cell (2012)
  • Author(s): S-Y. Oh, T. Kikuchi, G. Kawamura, H. Muto, and A. Matsuda
  • Journal Title: International Congress on Applied Energy 2012, Proceedings Pages: 1085-1092
  • URL: http://www.applied-energy.org/history/2012/accept.html
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 複合系ナノプロトニクス材料の設計(解説) (2011)
  • Author(s): 松田厚範
  • Journal Title: Electrochemistry Volume: 79 Pages: 621-625
  • URL: https://www.jstage.jst.go.jp/article/electrochemistry/79/8/79_8_620/_article
• [Journal Article] Estimation of Interfacial Proton Conductivity by Effective Media Approximation for Sheet-Like Composite Electrolyte Prepared from Poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid)-Deposited Core-Shell Particles (2011)
  • Author(s): H. Sakamoto, Y. Daiko, H. Muto, and A. Matsuda
  • Journal Title: Journal of the Ceramic Society of Japan Volume: 119 Pages: 845-849
  • DOI: 10.2109/jcersj2.119.845
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydrophilic and Mesoporous SiO_2-TiO_2-SO_3H System for Fuel Cell Membrane Applications (2011)
  • Author(s): L-Y. Hong, S-Y. Oh, A. Matsuda, C-S. Lee, and D-P. Kim
  • Journal Title: Electrochimica Acta Volume: 56 Pages: 3108-3114
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2011.01.075
  • 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: 大阪
  • Year and Date: 20140329-31
• [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 「第1回電子・エネルギー材料プロセス研究会」
  • Place of Presentation: 慶応大日吉C
  • Year and Date: 2014-03-17
• [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: 20131114-15
• [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
• [Presentation] 無機-有機コンポジット電解質を用いた中温無加湿作動燃料電池 (2013)
  • Author(s): 松田厚範・田中恵
  • Organizer: 第9回国際水素・燃料電池展, アカデミックフォーラム
  • Place of Presentation: 東京ビックサイト
  • Year and Date: 20130228-0331
• [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: 愛知
  • Year and Date: 2013-12-07
• [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(特別講演) (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: 2013-11-27
• [Presentation] 無機固体酸複合体を含むPBIコンポジット電解質を用いた中温無加湿燃料電池の連続運転評価 (2012)
  • Author(s): 吉田敏宏・呉松烈・河村剛・武藤浩行・松田厚範
  • Organizer: 第53回電池討論会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 20121114-16
• [Presentation] Proton Conductive Composite Electrolytes Consisting of K_2PO_4 and H_3PW_<12>O_<40> and Their Application for Fuel Cell (2012)
  • Author(s): S-Y. Oh・T. Kikuchi・G. Kawamura・H. Muto・A. Matsuda
  • Organizer: The 4th International Conference on Applied Energy (ICAE 2012)
  • Place of Presentation: Suzhou, China
  • Year and Date: 20120705-08
• [Presentation] メカノケミカル合成したKHS-WPA複合体を含むSPEEKコンポジット電解質の作製と燃料電池への応用 (2012)
  • Author(s): 栩木啓佑・菊地拓也・吉田敏宏・呉松烈・河村剛・武藤浩行・松田厚範
  • Organizer: 日本セラミック協会東海支部 第44回東海若手セラミスト懇話会
  • Place of Presentation: 浜松
  • Year and Date: 20120628-29
• [Presentation] Design of Highly Proton Conductive Solid Electrolytes Based on Nanopore, Interface and Defect and Their Electrochemical Application (2012)
  • Author(s): A. Matsuda
  • Organizer: IUMRS-International Conference on Electronic Materials
  • Place of Presentation: Yokohama
  • Year and Date: 20120223-28
  • Invited
• [Presentation] メカノケミカル合成したKHS-WPA複合体を含むSPEEKコンポジット電解質の特性評価とDMFCへの応用 (2012)
  • Author(s): 栩木啓佑・菊地拓也・吉田敏宏・呉松烈・河村剛・武藤浩行・松田厚範
  • Organizer: 平成24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: 名古屋大学
  • Year and Date: 2012-12-01
• [Presentation] PBI-無機固体酸複合体コンポジットをイオノマーとして含むカソードの電気化学特性評価 (2012)
  • Author(s): 吉田敏宏・呉松烈・河村剛・武藤浩行・松田厚範
  • Organizer: 電気化学会第79回大会
  • Place of Presentation: 浜松
  • Year and Date: 2012-04-01
• [Presentation] メカノケミカル法による高プロトン伝導性複合体の合成と界面解析による伝導メカニズムの究明 (2012)
  • Author(s): 松田厚範・呉松烈・森利之
  • Organizer: 第3回ナノ材料科学環境拠点シンポジウム
  • Year and Date: 2012-02-28
• [Presentation] Influence of Additives in Catalytic Layer of Cathode on the Performance of PEFC Using PBI-Inorganic Solid Acid Composite Electrolyte (2011)
  • Author(s): T. Yoshida・S-Y. Oh・G. Kawamura・H. Muto・A. Matsuda
  • Organizer: 21st Academic Symposium of The Materials Research Society of Japan (MRS-J) 2011
  • Place of Presentation: Yokohama
  • Year and Date: 20111219-21
• [Presentation] 触媒層に無機固体酸複合体を含むPBIコンポジットイオノマーの電気化学特性評価 (2011)
  • Author(s): 吉田敏宏・呉松烈・河村剛・武藤浩行・松田厚範
  • Organizer: 第52回電池討論会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 20111017-19
• [Presentation] Characterization of Mechanochemically Synthesized MHSO_4-H_4SiW_<12>O_<40> Composites (M=K, Rb, NH_4, Cs) (2011)
  • Author(s): S-Y. Oh・K. Kawai・G. Kawamura・H. Muto・A. Matsuda
  • Organizer: 2011 International forum on Functional Materials (IFFM 2011)
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 20110728-31
• [Presentation] MHAO_4 型固体酸塩とヘテロポリ酸からなる複合体を用いた燃料電池の構築 (2011)
  • Author(s): 菊地拓也・呉松烈・河村剛・武藤浩行・松田厚範
  • Organizer: 平成23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: 名工大
  • Year and Date: 2011-12-03
• [Book] イオン伝導体の材料技術と測定方法 (2011)
  • Author(s): 松田厚範, 他29名
  • Total Pages: 210-222(339)
  • Publisher: サイエンス&テクノロジー
• [Remarks] Fuel Cell Works (eNews in the US) Toyohashi University of Technology Researchers Develop a High-Performance Electrolyte Film for Fuel Cells 松田厚範(2012.12.19)(新聞掲載記事)
  • URL: http://fuelcellsworks.com/news/2012/12/19/toyohashi-university-of-technology-researchers-develop-a-high-performance-electrolyte-film-for-fuel-cells/
• [Remarks] 日刊工業新聞 2012年11月1日「高性能電解質膜を開発 リン酸添加量1/3に 燃料電池 無加湿で出力最高水準」豊橋技術科学大学 松田厚範教授らの研究グループ(2012.11.1)(新聞掲載記事)
• [Remarks] 豊橋技術科学外学第30回オープンキャンパス「次世代に利用される機能性材料の開発」 松田厚範他(2013.8.31)(アウトリーチ活動)
• [Remarks] 豊田高等専門学校専攻科 先端技術紹介「次世代燃料電池」 松田厚範,(2013.4.25)(アウトリーチ活動)
• [Remarks] 豊橋技術科学外学第29回オープンキャンパス「次世代に利用される機能性材料の開発」松田厚範他(2012.8.25)(アウトリーチ活動)
• [Remarks]
  • URL: http://ion.ee.tut.ac.jp/