界面の輸送促進効果を利用した無機-有機コンポジットプロトン伝導体の作製と評価

特定の異種物質或いは同種物質の界面において、イオンや原子の移動が促進されることはよく知られている。本研究においては、主としてゾル-ゲル法を用いてプロトン伝導体を示す無機-無機、或いは無機-有機コンポジットを作製し、その構造、熱的・化学的耐久性及び電気伝導性を調べた。ケイリン酸ガラス-過塩素酸-アルミナ系では、高い耐熱性とプロトン伝導性を示した。その伝導度は相対湿度に強く依存し、湿度が20%から100%に増加すると、伝導度は400倍に増加した。100〜120℃の温度領域では、10^<-2>S/cm以上の安定で高い伝導度を示した。高伝導性はプロトンドナーとしての過塩素酸や、プロトン伝導経路としての強い水素結合をもつケイリン酸の局所構造によるものである。合成法として採用したゾル-ゲル法の特性である多量の水の存在もプロトンの易動度の増加に寄与していると考えられる。一方、グリシドキシプロピルメトキシシラン-シリカ系コンポジットでは、骨格構造形成体としてエンジニアリングプラスチックであるシランを用いた。採用したシランはポリマー化の際に開環縮合によってエーテル結合が形成され、その局所電荷がプロトンの緩い束縛を通してプロトン伝導経路として機能して、高い伝導度につながるものと考えた。この系にシリコタングステン酸のようなプロトンドナーを添加することにより、耐熱性と化学的耐久性をもち高いプロトン伝導性を示すコンポジットを得ることができた。最も高い伝導度はタングステン酸がシランに対して30重量%のときに得られ、相対湿度100%で100℃の条件下においては、10^<-1>S/cmの高い伝導度が得られた。

特定の異種物質或いは同種物質の界面において、イオンや原子の移動が促進されることはよく知られている。本研究においては、主としてゾル-ゲル法を用いてプロトン伝導体を示す無機-無機、或いは無機-有機コンポジットを作製し、その構造、熱的・化学的耐久性及び電気伝導性を調べた。ケイリン酸ガラス-過塩素酸-アルミナ系では、高い耐熱性とプロトン伝導性を示した。その伝導度は相対湿度に強く依存し、湿度が20%から100%に増加すると、伝導度は400倍に増加した。100〜120℃の温度領域では、10^<-2>S/cm以上の安定で高い伝導度を示した。高伝導性はプロトンドナーとしての過塩素酸や、プロトン伝導経路としての強い水素結合をもつケイリン酸の局所構造によるものである。合成法として採用したゾル-ゲル法の特性である多量の水の存在もプロトンの易動度の増加に寄与していると考えられる。一方、グリシドキシプロピルメトキシシラン-シリカ系コンポジットでは、骨格構造形成体としてエンジニアリングプラスチックであるシランを用いた。採用したシランはポリマー化の際に開環縮合によってエーテル結合が形成され、その局所電荷がプロトンの緩い束縛を通してプロトン伝導経路として機能して、高い伝導度につながるものと考えた。この系にシリコタングステン酸のようなプロトンドナーを添加することにより、耐熱性と化学的耐久性をもち高いプロトン伝導性を示すコンポジットを得ることができた。最も高い伝導度はタングステン酸がシランに対して30重量%のときに得られ、相対湿度100%で100℃の条件下においては、10^<-1>S/cmの高い伝導度が得られた。