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有機無機ハイブリッド膜のゾルゲル合成による燃料電池の高効率化

Research Project

Project/Area Number 04J50491
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Inorganic materials/Physical properties
Research InstitutionNagoya Institute of Technology
Research Fellow 大幸 裕介  名古屋工業大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY) 2005 – 2006
Project Status Completed (Fiscal Year 2005)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2005: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsゾルゲル法 / プロトン伝導 / 燃料電池 / メタノール酸化 / 触媒 / メタノール透過率
Research Abstract

乾燥させた高分子電解質膜(Nafion^<【○!R】>)に無機成分(TiO_2・SiO_2)の前駆体を含浸させた後,膜内部で加水分解・重合反応を行い,有機無機ハイブリッド電解質膜を作製する方法を採用初年度に確立した.電解質膜を燃料電池セルに組み込み,メタノール溶液を燃料に用いて室温で発電試験を行ったところ,ハイブリッド化することで,1.5倍程度高い電流値を取り出せた.本年度は,導入した無機成分の効果について,詳細な検討を行った.新たにブロッキングファクターf値を用いることで,無機成分によるメタノール透過の抑制を定量的に評価することが可能となった.またメタノール吸着による膨潤に伴い,高分子膜Nafionの主鎖(CF結合)の赤外吸収ピークは高波数側にシフトすることを見出し,シフト量よりハイブリッド膜の膨潤を見積もることが可能となった.さらに本年度は,燃料電池を動作させた状況下において電極反応をモニターできる系を新たに組み,電極反応のインピーダンス解析を行った.その結果,無機成分を導入することで,膜の内部抵抗はほとんど変化しないものの,電荷移動抵抗の大きく変化することを明らかにした.無機成分の導入量が3wt%程度までは,電池出力は向上し,一方さらに導入量が多くなると電荷移動抵抗が大きく増加した.Dynamic hydrogen electrode (DHE)電極を用いてアノード(メタノール酸化)反応のみを検討した結果,少量(〜3wt%)の無機成分は,主にアノード反応の促進に効果のあることがわかった.無機成分の導入に伴うメタノール透過の抑制が,電極反応速度の向上につながったと結論付けられた.

Report

(2 results)
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report

Research Products

(8 results)

All 2006 2005 2004

All Journal Article (8 results)

  • [Journal Article] Hygroscopic-oxides/Nafion^<【○!R】> Hybrid Electrolyte for Direct Methanol Fuel Cell.2006

    • Author(s)
      Yusuke Daiko, Lisa C.Klein, Toshihiro Kasuga, Masayuki Nogami
    • Journal Title

      Journal of Membrane Science (in press)

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Hydrogen-sensor prepared using fast proton-conducting glass films2006

    • Author(s)
      Masayuki Nogami, Midori Matsumura, Yusuke Daiko
    • Journal Title

      Sensor and Actuators B (in press)

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Preparation of Fast Proton Conducting Zinc Metaphosphate Hydrogel and Its Potential Application to Electric Double-Layer Capacitors2005

    • Author(s)
      Yusuke Daiko, Takafumi Akamatsu, Toshihiro Kasuga, Masayuki Nogami
    • Journal Title

      Chemistry Letters 34

      Pages: 24-25

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Method for modifying proton exchange membrane using the sol-gel process for fuel cell2005

    • Author(s)
      L.C.Klein, Yusuke Daiko, M.Aparicio, F.Damay
    • Journal Title

      Polymer 46

      Pages: 4504-4509

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Preparation of Fast Proton Conducting Zinc Metaphosphate Hydrogel and Its Potential Application to Electric Double-Layer Capacitors2005

    • Author(s)
      Y.Daiko, T.Akamatsu, T.Kasuga, M.Nogami
    • Journal Title

      Chem.Lett. 34

      Pages: 24-25

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Modifying Nafion with Nanostructured Inorganic Oxides for Proton Exchange membrane fuel cells2004

    • Author(s)
      Y.Daiko, L.C.Klein, M.Nogami
    • Journal Title

      Proc.Mat.Res.Soc.Symp 822

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Pore Size Effect on Proton Transfer in Sol-Gel Porous Silica Glasses2004

    • Author(s)
      Y.Daiko, T.Kasuga, M.Nogami
    • Journal Title

      Microp.Mesop.Mater. 69

      Pages: 149-155

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Proton-Conducting Phosphosilicate Films Prepared Using Template for pore structure2004

    • Author(s)
      M.Nogami, H.Li, Y.Daiko, T.Kasuga
    • Journal Title

      J.Sol-GelSci.Tec 32

      Pages: 185-188

    • Related Report
      2004 Annual Research Report

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Published: 2004-03-31   Modified: 2016-04-21  

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