ヘテロ界面相互作用を利用した新規イオン伝導体の創成と電気化学デバイスへの展開

• 研究課題/領域番号: 22360336
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 触媒・資源化学プロセス
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 菊地 隆司 東京大学, 大学院・工学系研究科, 准教授 (40325486)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 19,630千円 (直接経費: 15,100千円、間接経費: 4,530千円); 2012年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2011年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円); 2010年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円)
• キーワード: 資源・エネルギー有効利用技術 / 固体電解質 / 無機酸素酸塩 / 界面伝導相 / 燃料 電池 / エネルギー効率化 / 燃料電池 / 有効媒質近似 / ピロリン酸シリカ / リン酸二水素セシウム

研究概要

リン酸塩と酸化物マトリックスとのヘテロ界面に形成される界面相の形成について研究を進め、界面相互作用による高い伝導性を示す薄膜複合体を開発し、200～300℃で作動する中温作動型燃料電池へと適用した。シリカマトリックスをリン酸処理することにより、界面伝導相が形成され伝導度が向上した。CsH5(PO4)2/SiO2膜(膜厚70、150μm)を作製した。薄膜化により面積抵抗を0.32Ωcm2まで低減させることに成功した。さらにこの電解質を用いた燃料電池は、最大出力密度105mWcm-2を示し、200°Cにおいて100mAcm-2の負荷で50時間安定して発電することが可能であった。

研究成果

• [雑誌論文] Development of novel proton conductors consisting of solid acid/pyrophosphate composite for intermediate-temperature fuel cells (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Matsui, H.Muroyama, R.Kikuchi, K.Eguchi
  • 雑誌名: Journal of the Japan Petroleum Institute 巻: 53 ページ: 1-11
  • NAID: 10026219727
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intermediate-Temperature Fuel Cells Employing Thin Electrolytes Consisting of CsH 5(PO4)-based Composites
  • 著者名/発表者名: K. Sukegawa, R. Kikuchi, A. Takagaki, T. Sugawara, and S. T. Oyama,
  • 雑誌名: submitted to Journal of the Electrochemical Society
• [学会発表] 中温作動型燃料電池用リン酸塩複合体電解質の薄膜化に関する研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 助川和也、菊地隆司、高垣敦、Oyama S.T
  • 学会等名: 化学工学会第77年会、I216
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] 中温作動型燃料電池用リン酸塩複合体電解質の薄膜化に関する研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 助川 和也、菊地 隆司、高垣 敦、菅原 孝、Oyama S. T
  • 学会等名: 化学工学会 第77年会
  • 発表場所: 東京（工学院大学）