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ポリリン酸アンモニウム(NH_4PO_3)は300℃付近で10mS cm^<-1>程度の比較的高いプロトン導電性をもち、300℃付近で作動する高効率な中温域燃料電池の電解質として有望であるが、熱安定性には問題点がある。そこで、ポリリン酸アンモニウム系複合体を作製し、そのプロトン導電性と熱安定性を明らかにするとともに、種々のイオンをドープすることによって分解過程を制御し、300℃付近の温度領域で高いプロトン動電率と熱安定性を併せ持つ固体プロトン導電体を得ることを目的とした。
平成14年度は、NH_4PO_3にマトリックスとしてケイ素リン酸アンモニウム(NH_4)_2SiP_4O<_13>)を添加したNH_4PO_3/(NH_4)_2SiP_4O_<13>複合体(4:1)を作製した。この複合体は300℃では5.4mS cm^<-1>のプロトン伝導度を示した。また、プロトン伝導性は複合体中のNH_4PO_3の割合が多くなるほど向上したが、NH_4PO_3/(NH_4)_2SiP_4O_<13>比が8:1以上では加湿雰囲気下300℃では軟化し、実用的には6:1の組成が上限であることがわかった。
平成15年度は、NH_4PO_3のNH_4^+の一部を不揮発性でイオン半径の近いK^+イオンで置換した(NH_4)_<1-x>K_xPO_3を作製し、プロトン伝導性と耐熱性を評価した。固溶体電解質(NH_4)_<1-x>K_xPO_3の組成によっては、400℃という高温においても固体状態を維持しながら、高いプロトン伝導性を示すことがわかった。プロトン伝導機構を解析した結果、(NH_4)_<1-x>K_xPO_3電解質では、NH_3が脱離することでKPO_3の結晶領域とHPO_3のアモルファス領域に相分離し、それぞれが外マトリックスとプロトン伝導の役割を担うことが示された。
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