| 研究課題/領域番号 |
13134204
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| 研究種目 |
特定領域研究
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 首都大学東京 |
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研究代表者 |
金村 聖志 首都大学東京, 大学院工学研究科, 教授 (30169552)
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| 研究分担者 |
門間 聰之 早稲田大学, 大学院理工学研究科, 助教授 (10277840)
山口 猛央 東京大学, 大学院工学系研究科, 助教授 (30272363)
武井 孝 首都大学東京, 大学院工学研究科, 準教授 (00197253)
濱上 寿一 首都大学東京, 大学院工学研究科, 助手 (30285100)
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| 研究期間 (年度) |
2001 – 2005
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| キーワード | 燃料電池 / メタノール / コンポジット膜 / 細孔フィリング膜 / 規則配列シリカ多孔体 / 規則配列ポリイミド多孔体 / スルホン化処理 / 電気泳動法 |
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| 研究概要 |
直接メタノール形燃料電池(DMFC)に使用する新規プロトン伝導性膜としてポーラスセラミックスあるいはポーラスポリマーにプロトン伝導性材料を充填したコンポジット膜の開発を行ってきた。機械的強度の高いシリカ、ポリイミドを用いて規則的に配列した孔を有する多孔質膜を得ることに成功した。これらの多孔質基材を用いることで電解質の膨潤が機械的に抑制され、形態安定性に優れた電解質膜を得ることに成功した。その結果、メタノール透過性をNafion【○!R】膜等のパーフルオロスルホン酸系電解質膜の数十分の一以下までに低減させることに成功し、DMFCの目標であるメタノール濃度10mol dm^<-3>(32wt%)の水溶液を用いて高い燃料電池性能を世界で初めて実現した。電解質膜のコストに関しても、従来品の数十分の一以下を達成した。これらの研究は、D01班と共同で透過型電子顕微鏡を用いてコンポジット膜中における電解質の含浸状態を観察し、コンポジット膜の特性とナノ構造との相関性を明らかにしたことで大きく推進された。また、C01班で合成した常温溶融塩をシリカ多孔体に充填して高温無加湿下で100時間以上安定に作動するコンポジット電解質膜の開発に成功し、車載用を目標とした次世代DMFCへの展望を得た。
発電特性を向上させるための研究として、電気化学的インピーダンス測定などの基礎的な立場から研究を進め、膜と電極の接合方法が重要であることを明らかにした。接合性を向上させる一つの方法として、シリカ多孔質膜のスルホン化処理が有効であることを見出し、発電特性を向上させることに成功した。別の方法として、電気泳動法を用いた電極作製について検討を行い、触媒利用率を従来の倍以上に向上させることに成功した。本手法は高性能な膜・電極接合体の作製法としてElectrochemical SocietyのTechnical Highlightで全世界に紹介された。
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