タングステン系無機水和酸化物の中温領域におけるプロトン伝導特性

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750756
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 日比野 光宏 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (20270910)
• Keywords: 燃料電池 / プロトン伝導 / 水和酸化タングステン / パイロクロア型構造 / 水和酸化物

Research Abstract

現在の高分子固体電解質を利用した燃料電池は高分子膜の耐熱性から作動温度は90℃程である。作動温度を150〜300℃にできれば、電極触媒の一酸化被毒を抑制でき、また総合熱効率が向上する。さらに水管理の観点からも有利である。その実現には、この温度領域で使用可能なプロトン伝導性固体電解質の開発が必要であり、有機無機複合電解質膜を想定し、無機成分して使用可能な高プロトン伝導性を有した物質の探索を行っている。
これまでに層状構造の酸化タングステン水和物(二次元的な水素結合ネットワークを持つWO_3・2H_2O、また同じく層状構造ではあるが、水素結合のネットワークを持たないWO_3・H_2O)を合成して、室温〜150℃において高水蒸気分圧中でのプロトン伝導特性を調べてきた。本研究では、パイロクロア型構造の酸化タングステン水和物WO_3・0.5H_2Oを合成しプロトン伝導性を調べた。パイロクロア型構造中では、水和水と構造中の酸素により水素結合が三次元的にネットワークを形成している。
パイロクロア型酸化タングステンは、約50℃を境に異なった様式でプロトンが伝導することが明らかとなり、低温領域では粒子表面で吸着水を利用した伝導、高温側では構造内の水素結合ネットワークを利用した伝導が優勢であった。125℃飽和水蒸気圧中で、8.8×10^<-3>S/cmという比較的高い伝導率を示した。しかしそれ以上の温度領域では、高湿度雰囲気下では不安定になりWO_3・0.33H_2Oへと変化してしまうことがわかった。

Research Products

• [Publications] Y.Tanaka, H.Matsuda, M.Hibino, T.Kudo: "Proton Conductivity of Layered Nb-doped Tungsten Oxide Hydrate System at Intermediate Temperature"Trans. Mater. Res. Soc. Jpn.. 26(3). 1075-1078 (2001)
• [Publications] 志村 哲生, 日比野 光宏, 松本 広重: "プロトン伝導体"Materials Integration. 14(11). 15-20 (2001)