| 研究課題/領域番号 |
21H02044
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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 | 山梨大学 |
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研究代表者 |
犬飼 潤治 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (70245611)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2022年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2021年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
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| キーワード | アニオン型イオン交換膜 / 燃料電池 / 水分子 / ラマン分光法 / 非線形ラマン分光法 / AEMFC / CARS / 水の定量 / 水の同定 / AEM / 振動分光 / Raman / 発電 / 時間・空間分布 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
アニオン交換膜（AEM）内部に存在する異なった水素結合をもつそれぞれの水分子を、申請者が開発した顕微光学系を備えたコヒーレントアンチストークスラマン散乱（CARS）分光装置（深さ分解能 1 um、時間分解能 0.5 s）を用いて解析する。
1年目は、装置改良後、AEMFC定常発電中のAEMおよび水の分子振動をCARS分光によって測定する。
2年目は、電流密度ジャンプ法などによるAEM内部の水分子ダイナミクスを、高時間分解能で解析する。
3年目は、系統的に合成されたAEMの詳細な解析により発電中のアニオン導電性向上のメカニズムを探り、発電状態で高アニオン導電性を有する新規AEMを合成する。
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| 研究成果の概要 |
1年目は、AEMFC定常発電中のAEMおよび水の分子振動をCARS分光によって測定した。放射光X線散乱や中性子凖弾性散乱、量子化学計算の結果もあわせて、AEM内部の水分子同定・定量を可能とした。さらに、中性子線イメージングで得られた定常発電中AEMFC内部の液体水の分布を、CARS分光で得られたAEM内部の水分子の分布と合わせて解析した。2年目は、電流密度ジャンプ法などによるAEM内部の水分子ダイナミクスを、高時間分解能で解析した。3年目は、系統的に合成されたAEMの詳細な解析により発電中のアニオン導電性向上のメカニズムを探り、発電状態で高アニオン導電性を有する新規AEMを合成につなげた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
貴金属を触媒として利用せずとも作動するため、アニオン型イオン交換膜を用いて燃料電池や水電解装置の社会実装が期待されている。アニオン型イオン交換膜のイオン導電性や燃料電池や水電解装置に利用した時の劣化は、電解質内部に存在する水分子の状態に大きく依存することがわかっている。その一方で、アニオン型イオン交換膜内部にどのような種類の水分子がどのように分布しているかの知見は全くなかった。
本研究では、発電中燃料電池内部のアニオン型イオン交換膜内部の水の種類とその分布を、振動分光を用いて世界で初めて明らかにした。本研究は、あらたなアニオン型イオン交換膜の合成とその利用に、大きな寄与をするものである。
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