| 研究実績の概要 |
本申請では、本研究室で新規に開発した「脱炭酸-尿素法」を用いて合成したNO3-型Zn(II)-Al(III)系層状複水酸化物(LDH)を固体電解質とした全固体アルカリ形燃料電池(AFC)の開発とその耐久性について評価する。本法は炭酸型LDHの合成に一般的に用いられてきた尿素法を改良したものであり、既にNO3-型Zn(II)-Al(III)系LDHの単相合成に成功している。また、同LDHは現在までの研究で最大約20 mS cm-1と現状、世界トップクラスの非常に高いイオン伝導度を実現している。本申請の究極の目的は、NO3-型Zn(II)-Al(III)系LDHのイオン伝導機構について明らかにし、更なる高イオン伝導性を有する固体電解質の開発と次世代型全固体AFC実用化への指針を得ることにある。
本申請で解決・確立すべき課題は①NO3-型Zn(II)-Al(III)系LDHを電解質とした全固体AFCの開発、および②NO3-型Zn(II)-Al(III)系LDHのイオン伝導機構の解明と高イオン伝導化である。
①についてはLDHを電解質としたAFCの開発課題としてi) 空気中に含まれる微量のCO2を由来とする炭酸イオン(CO32-)とLDH層間アニオンのイオン交換によるイオン伝導度の低下、および ii) カソード極で進行する酸素還元反応で生成する水酸化物イオン(OH-)の局所定なpH上昇によるLDH電解質の劣化(溶解) 、iii) 高温発電特性が挙げられる。
このようなLDH特有の劣化モードと高温での発電性能について明らかにする。
②については水酸化物ホスト層を構成するカチオン種(2価: Co, Ni, Mg, Fe, etc., 3価: Cr, Ga, In, etc.) の影響について検討を行い、LDHのイオン伝導機構について明らかにする。
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