| 研究課題/領域番号 |
16206069
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
野上 正行 名古屋工業大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90198573)
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| 研究分担者 |
春日 敏宏 名古屋工業大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30233729)
早川 知克 名古屋工業大学, 大学院工学研究科, 助手 (00293746)
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| キーワード | プロトン伝導 / ガラス / ゾルゲル / 燃料電池 / 電解質 / センサー |
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| 研究概要 |
燃料電池を初めとする水素エネルギー関連デバイスへの応用を考え、150℃からマイナス温度域までで高いプロトン伝導性を示すガラスおよび薄膜の作製を試み、燃料電池の電解質への応用に関する検討を行った。
1.ゾルゲル法による多孔質ガラスを作製した結果、P_2O_5-SiO_2系ガラスで細孔径が5nmより小さいものとすることで、100℃で100mS/cmの電導度で、-40℃まで温度を下げても、電導度がそれ程、低くならないガラスを作製することができた。このようなガラスは150℃でも優れた耐久性を示し、細孔の大きさが小さいために、細孔内に吸着した水は、周りの湿度が低くなっても離脱が抑えられることから、低湿度側でも高い電導度を示すことが分かった。
2.界面活性剤をテンプレートに用いたガラス薄膜についても作製を検討した。CTAB系の界面活性剤を用いることで、細孔径が小さく、かつ方向性を有した細孔組織が得られ、高い電導度を示すものにることがわかった。
3.ナフィオン系樹脂とのハイブリッド作製についても検討した。ゾルゲル法で作製したシリカ系ガラスとのハイブリッド膜の作製に成功し、アルコールの存在下でも、ほとんど膨潤しない電解質の得られることがわかった。
4.ガラスとヘテロポリ酸(PMAやPWA)とのハイブリッド化膜の作製についても検討した。ゾルゲル法によってPMAやPWAを混合した溶液を乾燥させることで0.1〜0.3mmの厚さの膜を得た。30℃から90℃の範囲で10^<-3>〜10^<-0>S/cmと高い電導度を示した。
5.電解質にして燃料電池を組み立て、その電池特性を測定したところ、30℃で相対湿度30%の条件下で、数十mW/cm^2の出力を取り出すことができた。
6.リン酸塩ガラスの水和により得られるゲル状プロトン伝導体を用いて酸水素燃料電池を作製し、160mW/cm^2の高出力を得た。また、カーボンクロスに含浸させて電気二重層キャパシタセルを作製し、2F/gの静電容量を確保した。さらに、ゲルの安定性はAl^<3+>イオン導入により制御できることを見いだした。
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