2014 Fiscal Year Annual Research Report
プロトン伝導性アノード酸化膜を新規電解質とする中温燃料電池の創製
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24360298
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
幅崎 浩樹 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50208568)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青木 芳尚 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50360475)
辻 悦司 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80610443)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | アノード酸化 / 燃料電池 / プロトン伝導 / イオニクス / ナノ薄膜 / 中温燃料電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者らが見出した300℃以下で高いプロトン伝導性を示すZrO2-WO3およびZrO2-WO3-SiO2ナノ薄膜を固体電解質とした中温域作動の燃料電池の開発を目的として，固体電解質膜および膜・電極接合体作製の研究を行った。
アノード酸化法で作製したZrO2-WO3およびZrO2-WO3-SiO2ナノ薄膜は，膜厚を減少させるほどプロトン伝導率が大きく増大するという特異な挙動を示す。これは酸化膜成長時に高電場が印加され，その過程で酸化膜からの脱水が起こり，酸化膜中のプロトン濃度の減少が起因と考え，アノード酸化による電圧保持時間を変えて，脱水が起こりにくい条件での酸化膜の生成を試みた。その結果，電圧保持時間を短くすることによりプロトン伝導率が一桁近く上昇することを確認し，さらなるプロトン伝導率の向上を達成することができた。
次に，この固体電解質を用いた膜・電極接合体の作製を行った。PdやNi-Zr-Nbなどの水素透過膜を基板としてアノード酸化ZrO2-WO3-SiO2膜を成膜する場合，アノード酸化時のガス発生や基板の酸化に伴う低出力が克服できないことから，新たにアルミニウム基板上にこの電解質膜を成膜し，その上に水素透過膜アノードを製膜後，基板のアルミニウムを溶解してカソード電極を成膜することを検討した。ZrO2-WO3-SiO2ナノ薄膜にダメージを与えることなくアルミニウムのみを選択的に溶解させることに成功し，膜・電極接合体の作製に目処をつけることができた。
また，この電解質膜表面にPd水素透過膜アノードと(La0.6Sr0.4)a(Co0.2Fe0.8)O3カソードを成膜し，単室燃料電池の作製も試み，約0.2 Vの起電力を得ることができた。
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| Research Progress Status |
26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 |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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