| 研究課題/領域番号 |
20H02841
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
松井 敏明 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90378802)
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| 研究分担者 |
竹入 史隆 分子科学研究所, 物質分子科学研究領域, 助教 (20824080)
室山 広樹 京都大学, 工学研究科, 講師 (40542105)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2022年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2021年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2020年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
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| キーワード | プロトン伝導体 / 固体電解質 / イオン交換 / カチオン伝導性セラミックス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
250～500℃の中低温域において十分なイオン伝導度を発現する材料は存在しない。本研究では、この未開拓領域を埋める新しいプロトン伝導性固体電解質材料群を開発すると共に、イオン伝導機構を解明する。また、アルカリ金属などの軽元素を含むセラミックスを骨格に用い、H+/軽元素カチオンのイオン交換により所望のプロトン伝導体を作製する新しい設計手法を用いる。これにより、電解質設計指針の確立と実用デバイスへの展開を図る。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、プロトン伝導体の未開拓領域である250～500℃の中低温域において、新規プロトン伝導性固体電解質を開発することを目的とした。軽元素カチオン伝導体に簡便な手法であるイオン交換処理を施すことでプロトン伝導体に転換することを試みた。詳細な条件検討の結果、中低温域において実用的なイオン伝導度を有する材料の開発に成功した。一方で熱力学的安定性の改善に関する課題も明らかになっていることから、改良を加えることで実用デバイスへの展開が期待される。また、イオン交換処理による新たな材料群の創製に繋がる成果である。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究の成果は、250～500℃の中低温域において高効率な物質・エネルギー変換の実現が可能な電気化学デバイス（燃料電池や水電解装置、電気化学的水素ポンプなど）の構築に繋がる。これらのデバイスは、水素の関わる反応を入出力電流・電圧に応じて制御可能であるが、これまで実用的な電解質が未開発であったため、その検討が全く行われていなかった。したがって、学術的意義は非常に高い。また、低炭素社会の実現およびそれに伴う再生可能エネルギーの大量導入には、水素をエネルギー媒体とする社会の構築が不可欠であり、本研究成果を基礎とする新しいデバイスの実現はその一助となることが期待され、社会的意義も高い。
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