有機柔粘性結晶を用いた超プロトン伝導の探索

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K18746
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性物理およびその関連分野
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 森 初果 東京大学, 物性研究所, 教授 (00334342)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2020-03-31
• キーワード: 無水有機結晶 / 超プロトン伝導 / 柔粘性結晶 / 水素結合 / 酸ー塩基塩 / 分子運動 / 異方性 / グロッタス機構

研究成果の概要

次世代のクリーンなエネルギー社会へ向けて、水素から電気エネルギーを取り出す燃料電池に注目が集まっている。現在、燃料電池の電解質として、液漏れがなく環境調和型で、100-300℃の中温度域でも利用できる無水の有機固体プロトン電解質の研究が必要とされている。そこで、本研究では、高伝導性無水有機プロトン伝導体を得るため、まず単結晶を用いた構造ー物性相関の研究で物質設計指針を構築し、その設計指針による水素結合ネットワークおよび分子運動に注目して新たな無水有機プロトン伝導体合成、および評価を行い、純有機柔粘性結晶を対象とした新プロトン伝導体を得ることに成功した。

自由記述の分野

分子性固体科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

プロトン伝導体は、プロトン (H+) がキャリアとなるイオン伝導体であり、燃料電池の電解質候補として近年注目され、基礎から応用まで幅広い研究分野において精力的に研究されている。従来は含水系のプロトン伝導体が主流であり、加湿機構が必要かつ0~100 ℃ でしか使えないという問題があった。したがって、中温域で用いるためには、無水でプロトン伝導性を示す物質開発が重要である。本研究では、燃料電池の電解質、あるいはプロトンセンサーに用いる良導性無水有機プロトン伝導体の開発設計指針を構築し、新規伝導体を開発し、環境・エネルギー課題解決の一助となる研究に貢献した。