次世代中温無加湿作動燃料電池システムの高性能化

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03841
• 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(系)研究科(研究院), 教授 (70295723)
• 研究分担者: 河村 剛 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10548192) ; 小暮 敏博 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (50282728) ; 大幸 裕介 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70514404) ; 中嶋 直敏 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 特任教授 (80136530) ; 打越 哲郎 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (90354216)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 燃料電池 / 電解質膜 / 無機有機コンポジット / 電極 / 触媒 / 中温 / 界面

研究実績の概要

特に最終年度である2021年度は、（１）コンポジット電解質膜の高性能化に関しては、ゼオライトに関する検討を新たに進めた。SAPO-34（SiO2-Al2O3- P2O5）を遊星型ボールミルを用いてミリング処理したところ、微粒子化は達成できるが、結晶性と比表面積が低下し、リン酸保持能力も低下した。SAPO-34をPBI膜に添加したところ添加量2wt%で導電率が最大を示し、160℃無加湿条件において2.5mScm-1に達した。また、ミリング処理によって合成した硫酸水素セシウム-トリアゾール-酸化チタン（CHS-Tz-TiO2）無機有機複合プロトン伝導体のPBIへの添加効果について検討を行ったところ、添加によって膜導電率が増大し、発電特性が向上することがわかった。（２）Al-Mg系層状複水酸化物（LDH）をKOH-PBIに添加したアルカリ伝導膜形燃料電池 (AEMFC)の成果をまとめて波及効果の大きな学術論文誌に投稿を行っている。（３）合成したPt@TiO2粒子を塗布した電極を用いて、150℃無加湿条件下における燃料電池の作動を初めて確認することができた。また、電極/触媒/電解質三相界面の構築に向けてポリビニルピリジン（PVP）と種々のカルボン酸の塩を形成し、酸解離定数pKaおよびイオン半径と導電率の関係を系統的に調べた。その結果、イオン半径・pKaの値が小さくなるほど導電率が増大することがわかった。新たにミリング処理したゼオライトや硫酸水素セシウム-トリアゾール-酸化チタン無機有機複合体のPBIへの添加効果について検討を行い、導電率やリン酸保持能力の増大、発電特性の向上など重要な成果を得ることができた。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Tanta University(エジプト)
  • 国名: エジプト
  • 外国機関名: Tanta University
• [国際共同研究] Universiti Sains Malaysia(マレーシア)
  • 国名: マレーシア
  • 外国機関名: Universiti Sains Malaysia
• [国際共同研究] Madanapalle Inst. Technol. Sci.(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: Madanapalle Inst. Technol. Sci.
• [国際共同研究] CUNY Lehman College(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: CUNY Lehman College
• [雑誌論文] Hydrogen gas sensing properties of microwave-assisted 2D Hybrid Pd/rGO: Effect of temperature, humidity and UV illumination (2021)
  • 著者名/発表者名: Hashtroudi Hanie、Kumar Rajesh、Savu Raluca、Moshkalev Stanislav、Kawamura Go、Matsuda Atsunori、Shafiei Mahnaz
  • 雑誌名: International Journal of Hydrogen Energy 巻: 46 ページ: 7653～7665
  • DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.11.268
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nanocomposite matrix conjugated with carbon nanomaterials for photocatalytic wastewater treatment (2021)
  • 著者名/発表者名: Abd Elkodous M.、S. El-Sayyad Gharieb、Abdel Maksoud M.I.A.、Kumar Rajesh、Maegawa Keiichiro、Kawamura Go、Tan Wai Kian、Matsuda Atsunori
  • 雑誌名: Journal of Hazardous Materials 巻: 410 ページ: 124657～124657
  • DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.124657
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A review on plasmonic nanoparticle-semiconductor photocatalysts for water splitting (2021)
  • 著者名/発表者名: Abouelela Marwa Mohamed、Kawamura Go、Matsuda Atsunori
  • 雑誌名: Journal of Cleaner Production 巻: 294 ページ: 126200～126200
  • DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.126200
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Recent progress on carbon-based composite materials for microwave electromagnetic interference shielding (2021)
  • 著者名/発表者名: Kumar Rajesh、Sahoo Sumanta、Joanni Ednan、Singh Rajesh K.、Tan Wai Kian、Kar Kamal K.、Matsuda Atsunori
  • 雑誌名: Carbon 巻: 177 ページ: 304～331
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2021.02.091
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Microwave-assisted thin reduced graphene oxide-cobalt oxide nanoparticles as hybrids for electrode materials in supercapacitor (2021)
  • 著者名/発表者名: Kumar Rajesh、Sahoo Sumanta、Tan Wai Kian、Kawamura Go、Matsuda Atsunori、Kar Kamal K.
  • 雑誌名: Journal of Energy Storage 巻: 40 ページ: 102724～102724
  • DOI: 10.1016/j.est.2021.102724
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nanoporous anodic Nb2O5 with pore-in-pore structure formation and its application for the photoreduction of Cr(VI) (2021)
  • 著者名/発表者名: Alias Nurhaswani、Hussain Zuhailawati、Tan Wai Kian、Kawamura Go、Muto Hiroyuki、Matsuda Atsunori、Lockman Zainovia
  • 雑誌名: Chemosphere 巻: 283 ページ: 131231～131231
  • DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.131231
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An Electrospun Nanofibrous Sensor Based on a Porous (Cr/Zn) Slats Oxide for Voltammetric Detection of Ezetimibe Drug in Real Samples (2021)
  • 著者名/発表者名: Elfiky Mona、Matsuda Atsunori、Salahuddin Nehal
  • 雑誌名: Electroanalysis 巻: 33 ページ: 2128～2142
  • DOI: 10.1002/elan.202100152
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Superior performance of Ni(OH)2-ErGO@ NF electrode materials as pseudocapacitance using electrochemical deposition via two simple successive steps (2021)
  • 著者名/発表者名: Youssry Sally M.、El-Nahass Marwa N.、Kumar Rajesh、El-Hallag I.S.、Tan Wai Kian、Matsuda Atsunori
  • 雑誌名: Journal of Energy Storage 巻: 30 ページ: 101485～101485
  • DOI: 10.1016/j.est.2020.101485
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Heteroatom doping of 2D graphene materials for electromagnetic interference shielding: a review of recent progress (2021)
  • 著者名/発表者名: Kumar Rajesh、Sahoo Sumanta、Joanni Ednan、Singh Rajesh K.、Tan Wai Kian、Moshkalev Stanislav A.、Matsuda Atsunori、Kar Kamal K.
  • 雑誌名: Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences 巻: 2021 ページ: 1～50
  • DOI: 10.1080/10408436.2021.1965954
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Formation of Dense and High-Aspect-Ratio Iron Oxide Nanowires by Water Vapor-Assisted Thermal Oxidation and Their Cr(VI) Adsorption Properties (2021)
  • 著者名/発表者名: Budiman Faisal、Tan Wai Kian、Kawamura Go、Muto Hiroyuki、Matsuda Atsunori、Abdul Razak Khairunisak、Lockman Zainovia
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 6 ページ: 28203～28214
  • DOI: 10.1021/acsomega.1c04280
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Carbon dots conjugated nanocomposite for the enhanced electrochemical performance of supercapacitor electrodes (2021)
  • 著者名/発表者名: Youssry Sally M.、Abd Elkodous M.、Kawamura Go、Matsuda Atsunori
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 11 ページ: 39636～39645
  • DOI: 10.1039/d1ra08045h
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 複素環式化合物強酸塩をベースとするプロトン伝導性無機-有機複合体の合成と 中温無加湿燃料電池への応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 前川啓一郎・N.H.H. Phuc・西田仁・河村剛・松田厚範
  • 学会等名: 第62回電池討論会
• [学会発表] Development of Proton Conductive Materials and Application for Next-Generation Medium Temperature Fuel Cells（Invited Talk） (2022)
  • 著者名/発表者名: A. Matsuda
  • 学会等名: 14th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology (PACRIM 14) including Glass & Optical Materials Division 2021 Annual Meeting (GOMD 2021)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Advanced Materials for Next Generation Power Source and Storage（Invited Talk） (2022)
  • 著者名/発表者名: A. Matsuda
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Materials and Nanotechnology (iSAMN2021) Nanoscale Green Synthesis and Applications
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 中温無加湿燃料電池の高性能化に向けた PBI/無機ファイバ複合電解質膜の作製および評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 永井秀明・前川啓一郎・西田仁・引間和浩・永井篤志・河村剛・松田厚範
  • 学会等名: 第60回セラミックス基礎討論会
• [学会発表] 複素環式化合物強酸塩をベースとするプロトン伝導体の合成と中温無加湿燃料電池への応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 前川啓一郎・西田仁・河村剛・松田厚範
  • 学会等名: 電気化学会第89回大会
• [学会発表] FC高温化に向けて (2021)
  • 著者名/発表者名: 松田厚範
  • 学会等名: 電気化学会第88回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 中温無加湿燃料電池に向けた PBI/Glass fiber コンポジット電解質膜の作製および評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 永井秀明・前川啓一郎・佐藤優作・永井篤志・松田厚範
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第34回秋季シンポジウム
• [学会発表] 中温無加湿燃料電池の高性能化に向けた酸化チタン添加PBIコンポジット電解質膜の作製と評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 前川 啓一郎・K.Z. Ya・河村 剛・松田 厚範
  • 学会等名: 2021年電気化学秋季大会
• [学会発表] Synthesis and characterization of Pt@TiO2 core-shell nanoparticles as electrocatalyst for application in PEMFCs (2021)
  • 著者名/発表者名: Nurliyana Binti Mohd Redzuan・西田 仁・前川啓一郎・河村 剛・松田厚範
  • 学会等名: 2021年度日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
• [学会発表] Au nanoparticles-loaded SrTiO3:Al supported with Rh/Cr2O3 and CoOOH cocatalysts for water splitting overall water splitting (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Abd. Elkodous・G. Kawamura・W.K. Tan・A. Matsuda
  • 学会等名: 2021年度日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
• [学会発表] Surface modified WO3 photoanode for photoelectrochemical water splitting (2021)
  • 著者名/発表者名: Marwa Mohamed Abouelela・G. Kawamura・W.K. Tan・A. Matsuda
  • 学会等名: 2021年度日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
• [備考] Matsuda Muto Kawamura Laboratry
  • URL: http://ion.ee.tut.ac.jp/