中温作動型燃料電池用プロトン伝導体シートの作製と評価

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14550669
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 松田 厚範 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (70295723)
• 研究分担者: 武藤 浩行 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (20293756) ; 辰巳砂 昌弘 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50137238) ; 忠永 清治 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90244657) ; 逆井 基次 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (50124730)
• キーワード: プロトン伝導体 / 無機-有機複合体 / 燃料電池 / 中温領域 / ホスドホシリケートゲル / ゾル-ゲル法

研究概要

本研究課題では、ホスホシリケートゲルに電池構築に必要な成形性を付与し、シート化を試みることと、得られたプロトン伝導体シートを中温作動型燃料電池に応用するための基礎的な知見を得ることを目的としている。本年度達成された研究実績の概要を以下にまとめる。
1.プロトン伝導性無機-有機コンポジットシートの作製と電気特性評価
ホスホシリケートゲルとポリイミドからなるコンポジットのシート化技術を確立した。ホスホシリケートゲルを70wt%含む複合体シート(厚み50-100μm)は、130℃、相対湿度20%程度で10^<-3>Scm^<-1>以上の高い導電率を安定'して示すことがわかった。
2.プロトン伝導性無機-有機ハイブリッドシートの作製と電気特性評価
3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランやエポキシシクロヘキシルエチルトリメトキシシランを出発原料に用いることによって無機有機-ハイブリッドのシートを作製した。得られたプロトン伝導性ハイブリッドは、130℃、相対湿度0.7%の低湿度条件下で7×10^<-4>Scm^<-1>の導電率を示すことがわかった。
3.プロトン伝導性コンポジツトおよびハイブリッドシートの機械的特性評価
ホスホシリケートゲルを70wt%含む複合体シートの150℃での引っ張り強度は170Ncm^<-2>程度であった。プロトン伝導性無機-有機コンポジットシートに対する圧子圧入試験の基礎検討を行った。
4.燃料電池の構築と特性評価
本年度、電気化学測定システムを導入することにより、プロトン伝導体シートを電解質とする燃料電池の室温から中温領域における発電特性を評価できるようになった。ホスホシリケートゲルを70wt%含む複合体シートを電解質として試作したセルは、水素/空気を供給した場合、130℃、相対湿度10%の条件下で、開回路電圧0.7V、最大出力14mWcm^<-2>を示し、中温での作動を確認することができた。

研究成果

• [文献書誌] A.Matsuda, et al.: "Phosphosilicate Gels as a Solid State Proton Conductor at Elevated Temperature and Low Humidity"Journal of Ceramic Society of Japan. 110[2]. 131-134 (2002)
• [文献書誌] A.Matsuda, et al.: "Sol-Gel Derived Porous Silica Gels Impregnated with Sulfuric Acid : Pore Structure and Proton Coductivities at Medium Temperatures"Journal of Electrochemical Society. 149[8]. E292-E297 (2002)
• [文献書誌] A.Matsuda, et al.: "Proton Conductivities of Sol-Gel Derived Phosphosilicate Gels in Medium Temperature Range with Low Humidity"Solid State Ionics. 154-155[12]. 687-692 (2002)
• [文献書誌] K.Tadanaga, et al.: "Proton Conductive Inorganic-Organic Hybrid Membranes ad an Electrolyte for Fuel Cells Prepared by from 3-Glycidoxylpropyltriethoxysilane and Orthophosphoric Acid"Electrochemictry. 70[12]. 998-1000 (2002)
• [文献書誌] A.Matsuda, et al.: "Preparation and Characterization of Thermally Stable Proton-Conducting Composite Sheets Composed of Phosphosilicate Gel and Polyimide"Solid State Ionics. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] A.Matsuda, et al.: "Proton Conductivity at Medium Temperature Range and Chemical Durability of Phosphosilicate Gels Added with a Third Component"Solid State Ionics. (印刷中). (2003)