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2014 年度 実績報告書

コンポジット電解質膜を用いた中温無加湿作動燃料電池システムの構築と信頼性評価

研究課題

研究課題/領域番号 26249097
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), 助教 (10548192)
武藤 浩行  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20293756)
服部 敏明  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80198762)
大幸 裕介  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70514404)
小暮 敏博  東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (50282728)
打越 哲郎  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料プロセスユニット, グループリーダー (90354216)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
キーワード燃料電池 / 電解質膜 / コンポジット / 中温 / 信頼性 / リン酸 / 触媒 / イオノマー
研究実績の概要

本課題では、コンポジット電解質膜の作製に適した無機固体酸複合体と有機ポリマーを設計し、100℃を超える中温領域において無加湿条件でも作動する燃料電池を構築して実用化に向けた課題抽出を行い、研究開発を発展させることを目的としている。

平成26年度は、常温から200℃の中温領域を含む広い温度範囲で、連続発電が可能で、電流-電圧測定、定電圧・定電流測定、インピーダンス解析が可能な燃料電池膜特性評価装置の仕様を決定し、設計導入、立上げを行って試験環境の整備を行った。また、新技術説明会(東京・市ヶ谷2014年7月)、第9回再生可能エネルギー世界展示会(東京ビッグサイト2014年8月)を通じて、ポリマー合成に高い技術を有する複数の化学系企業、燃料電池用部材を扱う材料系・電気系企業との情報交換を行うと共に共同研究を開始した。さらに、大手自動車メーカー技術者との情報交換と、重要技術課題の抽出を行った。

研究計画の実施においては、(1)ポリベンズイミダゾール(PBI)に対するリン酸ドープ量の低減、(2)添加する無機固体酸複合体の粒径制御、(3)燃料電池セルの再起動によるMEA劣化評価(4)リン酸浸出量の定量などを実施した。その結果、高い発電特性を実現するには、リン酸ドープ量はPBIに対して6モル程度必要なこと、硫酸水素セシウム-ケイタングステン酸系複合体が均質なコンポジット電解質膜を作製する上で好適であること、コンポジット電解質膜は30℃~150℃のサイクルを繰り返しても、発電性能劣化が少ないことなどが明らかとなった。また、電極触媒としての貴金属ナノ粒子の調製に関する基礎検討も行っている。

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

・膜評価装置の導入立ち上げ、企業との共同研究を開始するとともに、課題抽出と信頼性評価を行っている。

今後の研究の推進方策

・特に問題はなく、計画通り実施する。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 4件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] High-Pressure (GPa) Impedance Measurements Based on an Indentation-induced Local Stress Field2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Daiko, E. Takahashi, N. Hakiri, H. Muto, A. Matsuda, T. Rouxel, J.-C. Sangleboeuf, A. Mineshige, T. Yazawa
    • 雑誌名

      Solid State Ionics

      巻: 254 ページ: 6-10

    • DOI

      10.1016/j.ssi.2013.10.038

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hard Template Synthesis of Metal Nanowires2014

    • 著者名/発表者名
      G. Kawamura, H. Muto, and A. Matsuda
    • 雑誌名

      Frontiers in Chemistry

      巻: 2 ページ: 1-4

    • DOI

      10.3389/fchem.2014.00104

    • 査読あり
  • [学会発表] イオン伝導性複合体の機能設計とプロセッシング2015

    • 著者名/発表者名
      松田厚範
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会新機能材料分科会バイオインスパイア―ド材料科学セミナー
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2015-02-21 – 2015-02-21
    • 招待講演
  • [学会発表] 無機フィラーを分散した低リン酸ドープPBIコンポジット膜の燃料電池発電特性2014

    • 著者名/発表者名
      家田貴規・河村剛・武藤浩行・服部敏明・松田厚範
    • 学会等名
      日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2014-12-06 – 2014-12-06
  • [学会発表] メカノケミカル合成したリン酸二水素セシウム核酸塩基複合体の特性評価2014

    • 著者名/発表者名
      矢島将行・菊地拓也・河村剛・武藤浩行・松田厚範
    • 学会等名
      2014年電気化学秋季大会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2014-09-27 – 2014-09-28
  • [学会発表] 硫酸水素セシウム-トリアゾール系複合体を含むPBI電解質膜の作製と発電特性2014

    • 著者名/発表者名
      栩木啓佑・吉田敏宏・河村剛・武藤浩行・松田厚範
    • 学会等名
      2014年電気化学秋季大会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2014-09-27 – 2014-09-28
  • [学会発表] 構造・組織制御によるプロトン伝導性複合体の設計と次世代燃料電池への応用2014

    • 著者名/発表者名
      松田厚範
    • 学会等名
      平成26年度資源・環境関連材料部会講演会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2014-09-19 – 2014-09-19
    • 招待講演
  • [学会発表] 無機・有機コンポジット電解質を用いた中温無加湿作動燃料電池2014

    • 著者名/発表者名
      松田厚範
    • 学会等名
      第9回再生可能エネルギー世界展示会
    • 発表場所
      東京ビッグサイト
    • 年月日
      2014-08-01 – 2014-08-01
  • [学会発表] 無機-有機コンポジット電解質を用いた中温無加湿作動燃料電池2014

    • 著者名/発表者名
      松田厚範・田中恵
    • 学会等名
      豊橋技術科学大学 新技術説明会
    • 発表場所
      東京・市ヶ谷
    • 年月日
      2014-07-15 – 2014-07-15
  • [学会発表] 中・低温型プロトン伝導体の作製と燃料電池電解質膜への応用2014

    • 著者名/発表者名
      松田厚範
    • 学会等名
      広島大学大学院工学研究科特別講演会
    • 発表場所
      東広島
    • 年月日
      2014-06-20 – 2014-06-20
    • 招待講演
  • [学会発表] 中・低温型プロトン伝導体とPEFCへの応用2014

    • 著者名/発表者名
      松田厚範
    • 学会等名
      サイエンス&テクノロジー技術セミナー
    • 発表場所
      東京・港区
    • 年月日
      2014-06-06 – 2014-06-06
    • 招待講演
  • [図書] “2024年”花開く「未来の萌芽」を探し出す 10年後の市場・技術予測とそこから読み解く必然の研究開発テーマ2014

    • 著者名/発表者名
      松田厚範 他85名
    • 総ページ数
      433
    • 出版者
      技術情報協会
  • [備考] 豊橋技術科学大学 教員紹介 松田厚範

    • URL

      http://www.tut.ac.jp/university/faculty/ee/214.html

  • [備考] 豊橋技術科学大学 電気電子情報工学系 松田・武藤・河村研究室

    • URL

      http://ion.ee.tut.ac.jp/

URL: 

公開日: 2016-06-01  

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