中温アルカリ形燃料電池用超水酸化物イオン導電体の開発

• 研究課題/領域番号: 25288106
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機工業材料
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 日比野 高士 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (10238321)
• 連携研究者: 長尾 征洋 名古屋大学, 大学院環境学研究科, 講師 (40432223)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2016年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2015年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2014年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2013年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
• キーワード: 水酸化物イオン導電体 / アルカリ形燃料電池 / 中温作動 / 金属空気バッテリー / 環境材料 / エネルギー高効率化 / 水素 / 触媒・化学プロセス / 燃料電池 / 尿 / 尿素 / 物質設計 / 水酸化物イオン / 固体電解質 / リアクター / センサー / ピロリン酸スズ / 伝導機構 / キャラクタリゼーション / 電気化学デバイス

研究成果の概要

近年、アルカリ形燃料電池が有望視されているが、米国エネルギー省等は燃料電池自動車のさらなる低コスト化を目指し、その作動温度を現状の80 ℃から120 ℃以上に高めることを推奨している。今回の研究で、我々はSnP2O7系水酸化物イオン導電体とそれを電解質に使用した中温アルカリ形燃料電池を報告する。その過程で、Sn0.92Sb0.08P2O7が200 ℃で0.04 S cm-1 に及ぶイオン導電率を発揮し、さらに燃料電池電解質に利用することで147 mW cm-2の出力密度を発生することを見出した。また、この材料がアルミニウム空気バッテリーの電解質としても活用できる知見を得た。

研究成果

• [雑誌論文] An Intermediate-Temperature Biomass Fuel Cell Using Wood Sawdust and Pulp Directly as Fuel (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hibino, Kazuyo Kobayashi, Peiling Lv, Masahiro Nagao, Shinya Teranishi, Toshiyuki Mori
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society 巻: 164 号: 6 ページ: F557-F563
  • DOI: 10.1149/2.0511706jes
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] NOx sensing characteristics of semiconductor gas sensors under controlled oxygen activity conditions using a proton-conducting electrolyte (2017)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Nagao, Kazuyo Kobayashi, Peiling Lv, Shinya Teranishi, Takashi Hibino
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society 巻: 164 号: 9 ページ: B397-B402
  • DOI: 10.1149/2.0361709jes
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Sensitive and Self-Regenerable Particulate Matter Sensor with a H3PO4-Modified BaZr0.8Y0.2O3-δ Electrolyte and an IrO2-Catalyzed Sensing Electrode (2016)
  • 著者名/発表者名: Lv Peiling, Akihide Oogushi, Kensaku Nakashima, Kazuyo Kobayashi, Masahiro Nagao, Takashi Hibino,
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society 巻: 163
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A self-regenerable soot sensor with a proton-conductive thin electrolyte and a nanostructured platinum sensing electrode (2016)
  • 著者名/発表者名: Peiling Lv, Takenori Ito, Akihide Oogushi, Kensaku Nakashima, Masahiro Nagao, Takashi Hibino
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 37463-37463
  • DOI: 10.1038/srep37463
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Kinetically Driven Switching and Memory Phenomena at the Interface Between a Proton-Conductive Electrolyte and a Titanium Electrode (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hibino, Kazuyo Kobayashi, Masahiro Nagao
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 31691-31691
  • DOI: 10.1038/srep31691
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Design of a Rechargeable Fuel-Cell Battery with Enhanced Performance and Cyclability (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hibino, Kazuyo Kobayashi, Masahiro Nagao, Yuta Yamamoto
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society 巻: 163 号: 7 ページ: A1420-A1428
  • DOI: 10.1149/2.1341607jes
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A rechargeable Tin-air PEM battery using SnSO4 as an anode-active material (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuyo Kobayashi, Masahiro Nagao, Takashi Hibino
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 45 号: 2 ページ: 161-163
  • DOI: 10.1246/cl.151015
  • NAID: 130005124752
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rechargeable metal-air proton-exchange membrane batteries for renewable energy storage (2016)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Nagao, Kazuyo Kobayashi, Yuta Yamamoto, Togo Yamaguchi, Akihide Oogushi, Takashi Hibino
  • 雑誌名: ChemElectroChem 巻: 3 号: 2 ページ: 247-255
  • DOI: 10.1002/celc.201500473
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rechargeable PEM fuel-cell batteries using quinones as hydrogen carriers (2015)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Nagao, Kazuyo Kobayashi, Yuta Yamamoto, Takashi Hibino
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society 巻: 162 号: 4 ページ: F410-F418
  • DOI: 10.1149/2.0611504jes
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A direct urine fuel cell operated at intermediate temperatures (2015)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Nagao, Kazuyo Kobayashi, Takashi Hibino
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 44 号: 3 ページ: 363-365
  • DOI: 10.1246/cl.141067
  • NAID: 130004868397
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rechargeable PEM fuel-cell batteries using porous carbon modified with carbonyl groups as anode materials (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuyo Kobayashi, Masahiro Nagao, Yuta Yamamoto, Pilwon Heo, Takashi Hibino
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society 巻: 162 号: 8 ページ: F868-F877
  • DOI: 10.1149/2.0581508jes
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An IrSi oxide film as a highly active water-oxidation catalyst in acidic media (2015)
  • 著者名/発表者名: Viet-Ha Tran; Takeshi Yatabe; Takahiro Matsumoto; Hidetaka Nakai; Kazuharu Suzuki; Takao Enomoto; Takashi Hibino; Kenji Kaneko; Seiji Ogo*
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 51 号: 63 ページ: 12589-12592
  • DOI: 10.1039/c5cc04286k
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mixed potential response for hydrocarbons in a proton-conductive electrochemical cell operated at room temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hibino, Kazuyo Kobayashi
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society 巻: 161 号: 5 ページ: H326-H331
  • DOI: 10.1149/2.054405jes
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fe0.4Ta0.5P2O7-based composite membrane for high-temperature,low-humidity proton exchange membrane fuel cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Pilwon Heo, Yanbai Shen, Keijiro Kojima, Chanho Pak, Kyoung Hwan Choi, Takashi Hibino
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: 128 ページ: 287-291
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2013.08.107
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] [NiFe]Hydrogenase from Citrobacter sp. S-77 Surpasses Platinum as an Electrode for H2 Oxidation Reaction (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, Takahiro; Eguchi, Shigenobu; Nakai, Hidetaka; Hibino, Takashi; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 53(34) 号: 34 ページ: 8895-8898
  • DOI: 10.1002/anie.201404701
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-temperature supercapacitor with a proton-conducting metal pyrophosphate electrolyte (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hibino, Kazuyo Kobayashi, Masahiro Nagao, Shinji Kawasaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 号: 1 ページ: 7903-7903
  • DOI: 10.1038/srep07903
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hydroxide ion conduction in molybdenum(VI)-doped tin pyrophosphate at intermediate temperatures (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hibino, Kazuyo Kobayashi
  • 雑誌名: JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A 巻: 1 号: 23 ページ: 6934-6941
  • DOI: 10.1039/c3ta10769h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of proton-conducting Sn(0.9)5Al(0.05)P(2)O(7) with a mesoporous structure (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hibino, Kazuyo Kobayashi, Satoshi Fujita
  • 雑誌名: JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A 巻: 1 号: 42 ページ: 13082-13088
  • DOI: 10.1039/c3ta12525d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intermediate-temperature alkaline fuel cells with non-platinum electrodes (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hibino, Kazuyo Kobayashi
  • 雑誌名: JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A 巻: 1 号: 24 ページ: 7019-7022
  • DOI: 10.1039/c3ta11118k
  • 査読あり
• [雑誌論文] An all-solid-state rechargeable aluminum-air battery with a hydroxide ion-conducting Sb(V)-doped SnP2O7 electrolyte (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hibino, Kazuyo Kobayashi, Masahiro Nagao
  • 雑誌名: JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A 巻: 1 号: 47 ページ: 14844-14848
  • DOI: 10.1039/c3ta12707a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxygen reduction reaction over nitrogen-doped graphene oxide cathodes in acid and alkaline fuel cells at intermediate temperatures (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hibino, Kazuyo Kobayashi, Pilwon Heo
  • 雑誌名: ELECTROCHIMICA ACTA 巻: 112 ページ: 82-89
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2013.08.101
  • 査読あり
• [学会発表] バイオマスの電解による水素生成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 長尾征洋、伊藤雅哉、呂佩玲、小林和代、福井舞、日比野高士
  • 学会等名: 電気化学会第85回大会
• [学会発表] 木質資源を直接用いたバイオマス燃料電池 (2017)
  • 著者名/発表者名: 寺西真哉，小林和代，長尾征洋，日比野高士
  • 学会等名: 電気化学会第84回大会
  • 発表場所: 首都大学東京
  • 年月日: 2017-03-25
• [学会発表] プロトン導電体を用いて酸素分圧を制御した半導体NOｘセンサの検知特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 長尾征洋，小林和代，呂 佩玲，寺西真哉，日比野高士
  • 学会等名: 電気化学会第84回大会
  • 発表場所: 首都大学東京
  • 年月日: 2017-03-25
• [学会発表] Direct biomass fuel cell using wood sawdust and pulp as fuels at intermediate temperature (2017)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Nagao, Takashi Hibino, Kazuyo Kobayashi, Peiling Lv, Shinya Teranishi, Toshiyuki Mori
  • 学会等名: IUMRS-LCAM2017
  • 招待講演
• [学会発表] Electrochemical Reaction of Nano-Carbons for PM Monitoring in Diesel Engine Exhaust (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaya Ito, Peiling Lv, Masahiro Nagao, Kazuyo Kobayashi, Yanbai Shen, Takashi Hibino
  • 学会等名: ICMaSS2017
• [学会発表] リン酸で処理したBaZr0.8Y0.2O3-δを用いたPMセンサの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 長尾征洋，呂 佩玲，大串彰秀，中島健作，小林和代，日比野高士
  • 学会等名: 第42回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2016-12-05
• [学会発表] ポーラスカーボン－空気燃料電池型バッテリーの材料開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士，小林和代，長尾征洋
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2016年年会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2016-03-14
• [学会発表] PMセンサに用いるプロトン導電体の開発とセンシング特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 呂 佩玲，大串彰秀，中島健作，長尾征洋，小林和代，日比野高士
  • 学会等名: 平成28年度日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
  • 発表場所: 名城大学天白キャンパス
• [学会発表] リチャージブル金属―空気PEM燃料電池の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士，小林和代，長尾征洋
  • 学会等名: 第４１回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 北海道大学工学部フロンティア応用化学研究棟
  • 年月日: 2015-11-25
• [学会発表] 固体電解質膜を用いた各種プロトン型キャパシタの設計 (2015)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士
  • 学会等名: 2015年電気化学秋季大会
  • 発表場所: 埼玉工業大学
  • 年月日: 2015-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] リチャージブルPEM燃料電池 1:アントラキノンを水素貯蔵媒体としたコンセプトの実証 (2015)
  • 著者名/発表者名: 日比野 高士,小林 和代,長尾 征洋
  • 学会等名: 電気化学会第82回大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2015-03-15 – 2015-03-17
• [学会発表] プロトン型電気化学キャパシタの高温作動化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士，小林和代，長尾征洋
  • 学会等名: 第40回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 東工大
  • 年月日: 2014-11-16 – 2014-11-18
• [学会発表] 尿を燃料として直接使用するアルカリ形燃料電池の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士, 小林和代
  • 学会等名: 電気化学会
  • 発表場所: 関西大学
• [学会発表] アルカリ形燃料電池用MoドープSnP2O7電解質の水酸化物イオン導電性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士, 小林和代
  • 学会等名: 電気化学会
  • 発表場所: 東京工業大学
• [学会発表] メソポーラスSnP2O7のプロトン導電性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士, 小林和代、藤田 悟
  • 学会等名: 電気化学会
  • 発表場所: 東京工業大学
• [学会発表] 水酸化物イオン導電体Sn0.92Sb0.08P2O7を電解質に使用したアルミニウム・空気二次電池の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士, 小林和代, 長尾征洋
  • 学会等名: 電池討論会
  • 発表場所: 大阪国際会議場
• [学会発表] 無機系水酸化物イオン導電体とそのアルカリ形燃料電池への応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士
  • 学会等名: 日本MRS
  • 発表場所: 横浜開港記念会館
  • 招待講演
• [図書] 触媒 (2016)
  • 著者名/発表者名: 日比野高士
  • 総ページ数: 375
  • 出版者: 触媒学会
• [図書] MATERIAL STAGE (2015)
  • 著者名/発表者名: 長尾征洋，小林和代，日比野高士
  • 総ページ数: 74
  • 出版者: （株）技術情報協会
• [図書] FC Report (2015)
  • 著者名/発表者名: 小林和代，長尾征洋，日比野高士
  • 総ページ数: 160
  • 出版者: 一般社団法人日本ファインセラミックス協会
• [図書] Encyclopedia of Applied Electrochemistry (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hibino
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: Springer New York