2015 Fiscal Year Annual Research Report
コンポジット電解質膜を用いた中温無加湿作動燃料電池システムの構築と信頼性評価
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26249097
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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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)
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| 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), 教授 (20293756)
服部 敏明 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80198762)
大幸 裕介 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70514404)
小暮 敏博 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (50282728)
打越 哲郎 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料プロセスユニット, グループリーダー (90354216)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 燃料電池 / 電解質膜 / コンポジット / 中温 / 信頼性 / リン酸 / 触媒 / イオノマー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度は、特にポリマー合成に高い技術を有する化学系企業Ａ社とＢ大学研究所に絞り込みを行ない本格的な共同研究をスタートした。また、本研究に直接関係する国内特許（特許第5739831号）と米国特許（US9,115,251）が登録されたことが特筆される。
（１）コンポジット電解質膜の高性能・高耐久化では、従来のPBIに対して低分子量PBI-A、PBI骨格に新たな原子団を導入したPBI-B、PBI-C、PBI-Dを精密合成し、成膜性、組織・均質性観察、熱分析、リン酸ドープ速度、導電率評価、発電特性評価を行った。分子量と原子団の導入によって特にリン酸ドープ速度と耐リン酸性が大きく変化することが明らかとなった。結果を踏まえてさらに分子骨格設計を進めている。また、無機固体酸複合体を従来の固相合成に加えて湿式粉砕することによって、粒径が低減し、コンポジット膜の均質性と発電特性が向上（Pt使用量0.5mg/cm2, リン酸ドープレベルPADL=6mol, 150℃-無加湿で最大電力量470mW/cm2）することを実証した。（２）電極/触媒/電解質三相界面の設計では、東陽テクニカ製触媒付電極(EC-10-05-7,EC-20-10-7)に対して、田中貴金属製標準試料(TEC10V50E)、アルバック理工アークプラズマ蒸着試作品の特性比較を行ったが、東陽テクニカ製触媒付電極(EC-10-05-7)が優れていることが分かった。今後、中温無加湿作動燃料電池に適した触媒・イオノマーなどの設計を継続的に行う。（３）連続発電試験と課題抽出は、短期の材料特性評価・スクリーニングと連続試験による信頼性評価試験を同時に進めており、今年度は低温から150℃の作動温度範囲における発電の基礎データを収集した。（４）三相界面の反応・劣化機構解析では、モリブデンブルー法によるリン酸定量手法を確立し、データ収集を行っている。また、インデンテーション法による膜の力学物性評価も開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ポリマー合成に高い技術を有する化学系企業Ａ社・Ｂ大学研究所と本格的な共同研究をスタートしポリマー設計が可能となった。本研究に直接関係する国内特許（特許第5739831号）と米国特許（US9,115,251）が登録され技術の独創性が国内外で認められた。無機固体酸複合体を湿式粉砕することによって、コンポジット膜の均質性と発電特性が向上することを明らかにし、特性向上の指針を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
電極/触媒/電解質三相界面の設計では新たなアイデア、斬新な試みが必要であると考えている。外部の助言も得ながら計画を精力的に遂行する。
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