| 研究課題/領域番号 |
19K15286
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
鈴木 一誓 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (60821717)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2019年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | 燃料電池 / イオン伝導 / 混合伝導性 / 固体イオニクス / プロトン / プロトン伝導体 / ｎ型電子・プロトン混合伝導体 / WO3 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
酸化タングステン(WO3)は電圧をかけたり、光を照射することで、電子とプロトン（１価の水素イオン）が同時に注入されることが知られているが、注入されたプロトンがどのような特性であるかは殆ど研究されてこなかった。研究代表者はWO3中のプロトンが一般的なプロトン伝導体中のプロトンよりも100～1000倍も早く動くことを発見した。本研究では、このようなWO3中の超高速プロトン輸送を実現する因子を多面的な実験から明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
酸化タングステン(WO3)は電圧印加や光照射により電子とプロトン（１価の水素イオン）が同時に注入され、電子伝導性が発現することが知られているが、注入されたプロトンの伝導特性についてはほとんど研究されてこなかった。本研究では、プロトンを注入したWO3（HxWO3）に対して水素透過量測定などを実施し、HxWO3が電子伝導性に加えて高いプロトン伝導性を有する混合伝導帯であることを初めて明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
きたる水素社会に向けて、燃料電池の電極や水素精製膜として、高いプロトン伝導性と電子伝導性を兼ね備えた混合伝導体が求められている。本研究では、HxWO3のプロトン伝導性が300 ℃で10-1～10-3 Scm-1と高いことを明らかにし、HxWO3がそれらに応用できることを示した。また、HxWO3は水素分圧を含まない雰囲気においてはプロトンが脱離して電子伝導性を失う性質があるが、Caをドープすることで300 ℃においても電子伝導性が維持されることを明らかにした。したがって、CaドープHxWO3は、水素を含まない環境（燃料電池の空気極など）においても使用でき、実用性は高い。
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