Design of next-generation energy devices using multifunction of hydrogen

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: HYDROGENOMICS: Creation of Innovative Materials, Devices, and Reaction Processes using Higher-Order Hydrogen Functions
• Project/Area Number: 18H05515
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: Miyatake Kenji 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (50277761)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福井 賢一 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (60262143) ; 小柳津 研一 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90277822)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2023-03-31
• Keywords: 水素 / ハイドロジェノミクス / 高次水素機能 / 創蓄電デバイス

Outline of Final Research Achievements

Molecular design of polymers to control migration and self-aggregation of protons was developed by promoting multi-functions of hydrogen. Highly proton conductive polymer membranes compared to the existing organic materials were achieved. Furthermore, hydrogen storable polymer sheets that can store/release hydrogen densely in its compact structure were developed. Electron and proton transfer reactions were analyzed at the interface of hydrogen storable polymers and electrodes to find optimal interfacial structure. Combination of highly proton conductive polymer membranes and hydrogen storable polymer sheets enabled novel energy devices (rechargeable fuel cells and all-solid-state rechargeable air batteries).

Free Research Field

Energy materials

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、水素の多彩な機能を追求し複数機能を組み合わせて従来材料の性能を大幅に凌駕する高プロトン伝導性プラスチックフィルムや水素貯蔵性高分子シートを開発した。また高分子シートと電極の界面でのプロトン・水分子の共同を解明し、高性能化の設計指針も得た。さらにこれらの成果を他研究項目や公募研究と連携することにより、リチャージャブル燃料電池や全固体空気二次電池の創製に繋げた。燃料電池と全固体二次電池の利点を組み合わせたこれまでにない全く新しい創蓄電デバイスであり、エネルギー科学の新分野開拓とハイドロジェノミクスの学理構築に大きく貢献しただけでなく、産業界からも大きな注目を集めている。