| 研究課題/領域番号 |
25289250
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
白鳥 祐介 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00420597)
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| 研究分担者 |
北岡 卓也 九州大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (90304766)
古山 通久 九州大学, 学内共同利用施設等, 教授 (60372306)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 燃料電池 / 電池材料 |
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| 研究概要 |
固体酸化物形燃料電池は、セラミック材料で構成された燃料電池であり、機械的な脆弱性が課題の一つとなっている。本年度は、構成材料の機械的自由度を高めた材料開発に着手し、“紙の燃料電池”の創出に資する設計指針を明らかにした。具体的には、紙の燃料電池の支持体となり得る紙形状触媒構造体の構成について、触媒分析装置を用いて検討すると共に、フレキシブル電解質膜の作製プロセスを確立した。紙の燃料電池のコンセプトは、構造自由度の高い新しいセル構造を追及するものであり、無機繊維からなる紙をシンプルな濾過技術で作製後、触媒機能を付与し、これに柔軟性を高めた固体電解質を組み合わせてセルとするものである。本コンセプトの基盤材料となる無機ペーパーは、燃料改質の反応場となるため、紙を構成する無機繊維（アルミナ/シリカ繊維およびジルコニア繊維）について改質能に影響する繊維表面上酸性サイトの定量評価を行った。特に、強酸点の増加は、炭化水素の改質において炭化水素分子の分解を促進することが報告されおり、繊維表面上の重量当たりの強酸点が表面積の増加とともに単調に増加したことから、低温焼成時に比表面積が向上する上、電解質材料と同じ元素で構成されるジルコニア繊維が紙の燃料電池の創出に有望であることを示した。しかしながら、ジルコニア繊維からなる無機ペーパーの構造安定性を確保するためには、高温焼成により繊維同士の結合を強めなければならず、炭化水素の分解活性が低下することが予想されるため、ジルコニアペーパーの低温焼成プロセスの開発が今後の課題となる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
紙の燃料電池の基盤材料となる無機繊維の開発指針を明らかにするとともに繊維と組み合わせるフレキシブル電解質の作製プロセスを確立したことから、2年度目からプロトタイプセルの開発に着手できるため。
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| 今後の研究の推進方策 |
紙の燃料電池の基盤材料となるジルコニアには、様々な元素をドープすることで助触媒効果、焼結性および靱性を向上させることが期待できるため、試作したジルコニア繊維および電解質シートの化学的および機械的分析を進め、フレキシブル材料の開発を進める。これらの材料を組み合わせ、プロトタイプセルの試作を行う。一方、金属触媒/酸化物担体/炭化水素の三相界面での原子・分子レベルの現象解明を目指し、燃料の電気化学的酸化反応を考慮した三相界面での現象を分子論から検討し、燃料極開発に活かす。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
触媒分析用の混合ガスを発注予定であったが、想定よりもガス消費量が抑えられたため、年度内の購入が必要とならなかったため。（白鳥）
情報収集を予定していたが、学会公表された発表プログラムを精査したところ、他の目的を主用務とする学会参加中の空いた時間での発表聴講で当初の情報収集が可能であることがわかったため。（古山）
触媒分析用の混合ガスおよび触媒分析装置用消耗品の購入（白鳥）
2014年9月に予定される触媒討論会での情報収集（古山）
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