| 研究課題/領域番号 |
25871187
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| 研究機関 | 独立行政法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
鷲見 裕史 独立行政法人産業技術総合研究所, 無機機能材料研究部門, 主任研究員 (80613257)
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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 / ガラス / 電気化学 / 省エネルギー技術 / エネルギー変換プロセス |
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| 研究実績の概要 |
平成25年度はZnO-P2O5ガラスの合成温度がプロトン濃度や導電率に及ぼす影響について調べたが、平成26年度は添加元素の影響を調べた。800℃で合成した30mol%BaO-70mol%P2O5ガラスの含水率をカールフィッシャー水分計にて評価したところ11.3mol%であり、30mol%ZnO-70mol%P2O5ガラスの24.4mol%よりも小さかった。FT-IR測定では、2800cm-1付近の吸光度に差は見られなかったが、3200cm-1付近の吸光度はZnO-P2O5ガラスよりBaO-P2O5ガラスの方が小さくなった。31P MAS-NMR測定では、ガラスの基本骨格を形成する架橋酸素数2のメタリン酸構造(Q2)の他、オルトリン酸構造(Q0)、ピロリン酸構造(Q1)に起因するピークも観測されたが、BaO-P2O5ガラスではポリリン酸構造(Q3)の割合も大きかった。250℃でのBaO-P2O5ガラスのプロトン導電率は2×10-5S/cmであり、ZnO-P2O5ガラスより2桁小さかった。これは、BaO-P2O5ガラス内の可動プロトン濃度が小さいためであると考えられる。また、BaO-P2O5ガラスの導電率の活性化エネルギーは91kJ/molであり、ZnO-P2O5ガラスの48kJ/molより大きかった。Q3構造がプロトン伝導の阻害要因になっていることが考えられる。
また平成26年度は新たな電解質膜・電極接合体(MEA)作製手法についても検討を行った。具体的には、電極上にZnO-P2O5ガラス電解質膜を形成する技術を確立し、200℃での出力密度が従来の0.2W/cm2から1.2mW/cm2に向上した。今後は、更なる性能向上に向けたガラス合成条件の最適化や、MEA作製手法の改良等を行う予定である。
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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
平成26年度は異なる添加元素を含むリン酸塩ガラスを作製し、これまでのFT-IRや固体NMR等によるガラス構造解析やプロトン導電率測定等の知見を活かすことによって、リン酸塩ガラスにおけるプロトン導電率向上に向けた材料設計指針について理解を深めることができた。また、従来とは異なる電解質膜・電極接合体(MEA)作製手法について検討し、従来の約6倍の発電性能を得ることに成功した。おおむね順調に進展していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
ZnO-P2O5ガラスは高いプロトン導電率を示すが、化学的安定性に乏しいことが明らかになった。従って、導電率と化学的安定性が両立するガラス合成条件を見いだすことが求められる。また、リン酸塩ガラス電解質燃料電池の出力密度は1mW/cm2程度まで向上したが、現状の電解質膜・電極接合体(MEA)作製手法では電解質厚さが約1mmになってしまうため、更なる性能向上のためには電解質の薄膜化技術の確立が必要である。これらの課題を解決するため、平成27年度はガラス組成の再検討や、MEA作製手法の改良等に取り組む。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
電解質膜・電極接合体(MEA)作製手法の変更により、電極材料（貴金属触媒）の使用量が減少したため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
カールフィッシャー水分計の測定精度向上のための装置一式、および大型MEA作製のための試薬等を購入予定。
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