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ナノおよびミクロ構造制御による新規イオン伝導膜の創製

研究課題

研究課題/領域番号 13134204
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関首都大学東京

研究代表者

金村 聖志  首都大学東京, 大学院工学研究科, 教授 (30169552)

研究分担者 門間 聰之 (門間 聡之)  早稲田大学, 大学院理工学研究科, 助教授 (10277840)
山口 猛央  東京大学, 大学院工学系研究科, 助教授 (30272363)
武井 孝  首都大学東京, 大学院工学研究科, 準教授 (00197253)
濱上 寿一  首都大学東京, 大学院工学研究科, 助手 (30285100)
須田 聖一  東京都立大学, 工学研究科, 助手 (50226578)
研究期間 (年度) 2001 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
121,900千円 (直接経費: 121,900千円)
2005年度: 15,800千円 (直接経費: 15,800千円)
2004年度: 17,400千円 (直接経費: 17,400千円)
2003年度: 30,000千円 (直接経費: 30,000千円)
2002年度: 29,800千円 (直接経費: 29,800千円)
2001年度: 28,900千円 (直接経費: 28,900千円)
キーワード燃料電池 / メタノール / コンポジット膜 / 細孔フィリング膜 / 規則配列シリカ多孔体 / 規則配列ポリイミド多孔体 / スルホン化処理 / 電気泳動法 / AMPSゲル電解質 / スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン / AMPSゲル / メタノール燃料電池 / 三次元規則配列多孔体 / シリカ / 表面修飾 / コンポジット電解質 / ポリエーテル系高分子電解質 / 電気泳動 / 多孔体 / 三次元規則配列 / イオン伝導膜 / DMFC / ミクロ構造制御 / 規則配列多孔体 / スチレンビーズ / セラミックス多孔体 / コロイダルシリカ / メタノール透過 / イオン伝導性薄膜
研究概要

直接メタノール形燃料電池(DMFC)に使用する新規プロトン伝導性膜としてポーラスセラミックスあるいはポーラスポリマーにプロトン伝導性材料を充填したコンポジット膜の開発を行ってきた。機械的強度の高いシリカ、ポリイミドを用いて規則的に配列した孔を有する多孔質膜を得ることに成功した。これらの多孔質基材を用いることで電解質の膨潤が機械的に抑制され、形態安定性に優れた電解質膜を得ることに成功した。その結果、メタノール透過性をNafion【○!R】膜等のパーフルオロスルホン酸系電解質膜の数十分の一以下までに低減させることに成功し、DMFCの目標であるメタノール濃度10mol dm^<-3>(32wt%)の水溶液を用いて高い燃料電池性能を世界で初めて実現した。電解質膜のコストに関しても、従来品の数十分の一以下を達成した。これらの研究は、D01班と共同で透過型電子顕微鏡を用いてコンポジット膜中における電解質の含浸状態を観察し、コンポジット膜の特性とナノ構造との相関性を明らかにしたことで大きく推進された。また、C01班で合成した常温溶融塩をシリカ多孔体に充填して高温無加湿下で100時間以上安定に作動するコンポジット電解質膜の開発に成功し、車載用を目標とした次世代DMFCへの展望を得た。
発電特性を向上させるための研究として、電気化学的インピーダンス測定などの基礎的な立場から研究を進め、膜と電極の接合方法が重要であることを明らかにした。接合性を向上させる一つの方法として、シリカ多孔質膜のスルホン化処理が有効であることを見出し、発電特性を向上させることに成功した。別の方法として、電気泳動法を用いた電極作製について検討を行い、触媒利用率を従来の倍以上に向上させることに成功した。本手法は高性能な膜・電極接合体の作製法としてElectrochemical SocietyのTechnical Highlightで全世界に紹介された。

報告書

(6件)
  • 2005 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (48件)

すべて 2006 2005 2004 2003 その他

すべて 雑誌論文 (33件) 図書 (4件) 産業財産権 (1件) 文献書誌 (10件)

  • [雑誌論文] Enhancement on proton conductivity of three-dimensionally ordered macroporous silica membrane by surface sulfonation2006

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Munakata, et al.
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials 301

      ページ: 143-146

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] New Propasal of Evaluation Method for DMFC Catslyst Layers By Means of Electrochemical Impedance Spectroscopy2006

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Osaka, et al.
    • 雑誌名

      Chemistry Letters 35・1

      ページ: 10-11

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Proton conducting phosphated zirconia-sulfonated polyether sulfone nanohybrid electrolyte for low humidity, wide temperature PEMFC operation2006

    • 著者名/発表者名
      Gopinathan M.Anilkumar, et al.
    • 雑誌名

      Electrochemistry Communications 8・1

      ページ: 133-136

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Preparation of Composite Membrane between a Uniform Porous Silica Matrix and Injected Proton Conductive Gel Polymer2005

    • 著者名/発表者名
      Kiyoshi Kanamura, et al.
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials 17・19

      ページ: 4845-4851

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書 2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Properties of composite proton-conducting membranes prepared from three-dimensionally ordered macroporous polyimide matrix and polyelectrolyte2005

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Munakata, et al.
    • 雑誌名

      Chemical Communications 31

      ページ: 3986-3988

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書 2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] DMFC performances using a pore-filling polymer electrolyte membrane for portable usages2005

    • 著者名/発表者名
      Takeo Yamaguchi, et al.
    • 雑誌名

      Electrochemistry Communications 7・7

      ページ: 730-734

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書 2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Preparation of Composite Membrane between a Uniform Porous Silica Matrix and Injected Proton Conductive Gel Polymer2005

    • 著者名/発表者名
      Kiyoshi Kanamura, et al.
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials 17-19

      ページ: 4845-4851

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] DMFC performances using a pore-filling polymer electrolyte membrane for portable usages2005

    • 著者名/発表者名
      Takeo Yamaguchi, et al.
    • 雑誌名

      Electrochemistry Communications 7-7

      ページ: 730-734

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Chapter 4, MEA fabrication and its performance test2005

    • 著者名/発表者名
      Kiyoshi Kanamura
    • 雑誌名

      Fuel Cell Characterization Methods (BOOK)(Kagaku-Dojin Publishing Company, Inc.)

      ページ: 255-255

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Enhancement on proton conductivity of inorganic-organic composite electrolyte membrane by addition of sulfonic acid group2005

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Munakata, et al.
    • 雑誌名

      Solid State Ionics 176・31-34

      ページ: 2445-2450

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Fabrication of mesoporous Pt inside micrometer channels via "solvent-evaporation-mediated direct physical casting"2005

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Yamauchi, et al.
    • 雑誌名

      Electrochemistry Communications 7・12

      ページ: 1364-1370

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Unique Microstructure of Mesoporous Pt(H_I-Pt) Prepared via Direct Physical Casting in Lyotropic Liquid Crystalline Media2005

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Yamauchi, et al.
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials 17・25

      ページ: 6342-6348

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Changes of Electro-Deposited Sn-Ni Alloy Thin Film for Lithium Ion Battery Anodes during Charge Discharge Cycling2005

    • 著者名/発表者名
      Hitomi Mukaibo, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Power Sources 146・1-2

      ページ: 457-463

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Direct Physical Casting of the Mesostructure in Lyotropic Liquid Crystalline Media by Electroless Deposition: Confirmation by TEM2005

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Yamauchi, et al.
    • 雑誌名

      Electrochemical and Solid-State Letters 8・10

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Highly ordered mesostructured Ni particles prepered from lyotropic liquid crystals by electroless deposition: the effect of reducing agents on the ordering of mesostructure2005

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Yamauchi, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry 15・20

      ページ: 1987-1994

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Synthesis and characterization of mesostructured alloys with controlled compositions2005

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Yamauchi, et al.
    • 雑誌名

      Studies in Surface Science and Catalysis 156

      ページ: 457-464

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] A Micro Direct Methanol Fuel Cell Using Platinum and Platinum-Ruthenium Electroplated Microchannel Electrodes2005

    • 著者名/発表者名
      Shinji Motokawa, et al.
    • 雑誌名

      Electrochemistry 73・5

      ページ: 346-351

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] μDMFC用マイクロチャネル電極作製条件の考察2005

    • 著者名/発表者名
      本川慎二ら
    • 雑誌名

      Electrochemistry 73・5

      ページ: 352-355

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] The effect of pore surface modification of an inorganic substrate on the plasma grafting behavior of pore-filling-type organic/inorganic composite membranes2005

    • 著者名/発表者名
      Teruhiko Kai, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Polymer Science, Part A : Polymer Chemistry 44・2

      ページ: 846-856

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Role of vacuum ultraviolet irradiation in plasma-induced graft polymerization in the pore-filling polymerization of porous materials2005

    • 著者名/発表者名
      Teruhiko Kai, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Polymer Science, Part A : Polymer Chemistry 43・10

      ページ: 2068-2074

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Preparation of Membrane Electrode Assembly for Fuel Cell by Using Electrophoretic Deposition Process2004

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Morikawa, et al.
    • 雑誌名

      Journal of the Electrochemical Society 151・10

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] MEMS-based design and fabrication of a new concept micro direct methanol fuel cell μ-DMFC2004

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Momma, et al.
    • 雑誌名

      Electrochemistry Communications 6・6

      ページ: 562-565

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Preparation of Membrane Electrode Assembly for Fuel Cell by Using Electrophoretic Deposition Process2004

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Morikawa, et al.
    • 雑誌名

      Journal of the Electrochemical Society 151-10

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] MEMS-based design and fabrication of a new concept micro direct methanol fuel cell μ-DMFC2004

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Momma, et al.
    • 雑誌名

      Electrochemistry Communications 6-6

      ページ: 562-565

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Preparation of Membrane Electrode Assembly for Fuel Cell by Using Electrophoretic Deposition Process2004

    • 著者名/発表者名
      Kiyoshi Kanamura, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Electrochemical Society 151・10

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Performance of a Pore-Filling Electrolyte Membrane in Hydrogen-Oxygen Polymer Electrolyte Fuel Cell2004

    • 著者名/発表者名
      Takeo Yamaguchi, et al.
    • 雑誌名

      Electrochemical and Solid-State Letters 7・11

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] MEMS-Based Design and Fabrication of a New Concept Micro Direct Methanol Fuel Cell μ-DMFC2004

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Momma, et al.
    • 雑誌名

      Electrochemistry Communications 6・6

      ページ: 562-565

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] The Development of A Passive Direct Methanol Fuel Cell Stack for Portable Applications2004

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Momma, et al.
    • 雑誌名

      Electrochemistry 72・9

      ページ: 637-640

    • NAID

      10013170113

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Design and Fabrication of Pumpless Small Direct Methanol Fuel Cells for Portable Applications2004

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Momma, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Power Sources 137・2

      ページ: 277-283

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 三次元規則配列多孔体へのプロトン伝導性付与の研究2004

    • 著者名/発表者名
      金村聖志
    • 雑誌名

      燃料電池 4

      ページ: 14-16

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Polymer electrolyte membranes with pore-filling structures for a direct methanol fuel cell2003

    • 著者名/発表者名
      Takeo Yamaguchi, et al.
    • 雑誌名

      Advanced Materials 15・14

      ページ: 1198-1201

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Polymer electrolyte membranes with pore-filling structures for a direct methanol fuel cell2003

    • 著者名/発表者名
      Takeo Yamaguchi, et al.
    • 雑誌名

      Advanced Materials 15-14

      ページ: 1198-1201

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] パッシブ型DMFCの発電性能における電解質膜厚の影響

    • 著者名/発表者名
      清水貴弘ら
    • 雑誌名

      Electrochemistry (印刷中)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [図書] 第5版 実験化学講座25-触媒化学、電気化学-2006

    • 著者名/発表者名
      門間聰之(分担執筆)
    • 総ページ数
      413
    • 出版者
      丸善
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [図書] 燃料電池の解析手法 第4章「触媒電極作製および分極特性評価法」4.1.2電解質膜・電極接合体 (MEA)2005

    • 著者名/発表者名
      金村聖志
    • 総ページ数
      255
    • 出版者
      (株)化学同人
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [図書] 燃料電池の解析手法 第4章「触媒電極作製および分極特性評価法」4.1.2 電解質膜・電極接合体(MEA)2005

    • 著者名/発表者名
      金村聖志
    • 総ページ数
      9
    • 出版者
      (株)化学同人
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [図書] セラミックデータブック20052005

    • 著者名/発表者名
      金村聖志
    • 総ページ数
      2
    • 出版者
      工業製品技術協会
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [産業財産権] 燃料電池2005

    • 発明者名
      逢坂 哲彌, 門間 聰之, 朴 鍾殷
    • 権利者名
      学校法人早稲田大学, 松下電器産業株式会社
    • 産業財産権番号
      2005-259469
    • 出願年月日
      2005-09-07
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書 2005 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Kanamura, et al.: "Observation of Interface between Pt Electrode and Nafion【○!R】 Membrane"Journal of Electrochemical Society. 150・2. 222-555 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Takeo Yamaguchi, et al.: "Polymer electrolyte membranes with pore-filling structure for a direct methanol fuel cell"Advanced Materials. 15・14. 1198-1201 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 金村 聖志: "ダイレクトメタノール電池の現状と今後の展開"粉砕. 47. 65-94 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 金村 聖志: "燃料電池および各種部材における最先端開発技術と信頼性評価・第5章 燃料電池用電極触媒の調整と問題点およびその対策"技術情報協会. (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] T.Mitsui, H.Morikawa, K.Kanamura: "Preparation of Organic-Inorganic Composite Electrolyte Membrane for Direct Methanol Fuel Cell"Electrochemistry. 70. 934 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Morikawa, T.Mitsui, J.Hamagami, K.Kanamura: "Fabrication of Membrane Electrode Assembly for Micro Fuel Cell by Using Electrophoretic Deposition Process"Electrochemistry. 70. 937 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Kanamura, H.Morikawa, T.Umegaki: "Observation of Interface between Pt Electrode and Nafion Membrane"J. Electrochem. Soc.. 印刷中(in press). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 金村 聖志: "原子の針を用いた実材料表面のその場観察"表面. 39・10. 39-48 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Seiichi Suda, et.al.: "Formation mechanism of amorphous Na_2O-SiO_2 sheres prepared by Sol-Gel and Ion-Exchange method"J.Non-Cryst.Solids. (印刷中). (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Seiichi Suda, et.al.: "Composition of Y_2O_3-ZrO_2 Amorphous Spheres as Starting Materials of YSZ Ceramics Prepared by Sol-Gel and Ion-Exchange Method"Key Eng.Mater.. 127-130. 206-213 (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2018-03-28  

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