Development of High Proton-conducting Glasses and their application to fuel cell electrolyte

高质子导玻璃的研制及其在燃料电池电解质中的应用

基本信息

  • 批准号:
    12555188
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 7.94万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
  • 财政年份:
    2000
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2000 至 2002
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Low temperature fuel cell system has attracted much attention because of its ability to produce high energy without the emission of harmful pollutants. For this purpose, the membranes with high proton conductivity and high chemical and thermal durability are required as the electrolytes of the fuel cell. Our interest focuses on the preparation of high proton-conducting glasses, and using a sol-gel method we succeeded in the preparation of P_2O_5-containing glasses exhibiting conductivities of 10^<-4>〜10^<-2> S/cm at room temperature.Two porous 5P_2O_5-95SiO_2 (mol%) glasses having different pore properties were prepared by the sol-gel method using Si(OC_2H_5)_4, PO(OCH_3)_3 and POCl_3, which are designated as No.1 and 3, respectively. It was found that the sample No.1 exhibits narrow pore size distribution with an average radius of 1.5 nm, whereas the sample No.3 has wide distribution ranging from 5 to 20 nm and an average radius of 8 nm. The conductivities were measured as a function … More of a ambient humidity and temperature. We found that the conductivity increases with increasing the relative humidity, but their humidity dependence is substantially different in two samples. In the sample No.1, the conductivity is 〜1xlO^<-6> S/cm at 30 %RH, and rapidly increases with increasing humidity, reaching a constant value of 〜1x10^<-2> S/cm above 〜70%. Of further interest was that the sample No.1 keeps high conductivity during decreasing humidity, though it gradually decreases at the humidity below 〜50%. This result indicates that the glass exposed once in high humidity holds the water in its pores and exhibits high conductivity irrespective of the humidity change. This finding is important for the practical application of this glass, because it enables the water management simple, consequently resulting in significant decrease of cost. On the other hand, the sample No.3 exhibits gradual increase in the conductivity with increasing the humidity up to 〜80%, at which the conductivity rapidly increases and reaches to 〜5xlO^<-2> S/cm. The conductivity in sample No.3 reversibly changes with the changed the humidity. It also was found that our glasses have potential as the electrolyte of fuel cell. Less
低温燃料电池系统因其能够产生高能量而不排放有害污染物而备受关注。为此,需要具有高质子传导性和高化学和热耐久性的膜作为燃料电池的电解质。本论文以Si(OC_2H_5)_4、PO(OCH_3)_3和POCl_3为原料,采用溶胶-凝胶法制备了两种具有不同孔结构的多孔5P_2O_5-95SiO_2(mol%)玻璃,并在此基础上制备了一种具有高质子导电性<-4>的多孔玻璃<-2>。它们分别被指定为1号和3号。发现样品No.1显示出平均半径为1.5nm的窄孔径分布,而样品No.3具有5至20 nm的宽分布和8 nm的平均半径。测量电导率作为函数 ...更多信息 环境湿度和温度。我们发现,电导率随着相对湿度的增加而增加,但它们的湿度依赖性在两个样品中是实质上不同的。在1号样品中,在30%RH下电导率为101 x10 ^<-6>S/cm,并且随着湿度的增加而迅速增加,在1070%以上达到101 x10 ^ S/cm的恒定值<-2>。进一步感兴趣的是,1号样品在降低湿度期间保持高电导率,尽管在低于100%的湿度下电导率逐渐降低。该结果表明,在高湿度下暴露一次的玻璃将水保持在其孔中,并且显示出高导电性,而与湿度变化无关。这一发现对于这种玻璃的实际应用是重要的,因为它使得水管理简单,从而导致成本显著降低。另一方面,3号样品的电导率随着湿度的增加而逐渐增加,直至约80%,此时电导率迅速增加,达到约5xlO^<-2>S/cm。3号样品的电导率随湿度的变化而可逆地变化。研究还发现,该玻璃具有作为燃料电池电解质的潜力。少

项目成果

期刊论文数量(100)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
H.Li, M.Nogami: "Pore-controlled proton conducting silica films"Adv.Mater. 14. 912-914 (2002)
H.Li,M.Nogami:“孔控质子传导二氧化硅薄膜”Adv.Mater。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
M.Nogami, Y.Daiko, T.Akai, T.Kasuga: "Dynamics of Proton Transfer in the Sol-Gel-Derived P_2O_5-SiO_2 Glasses"J.Phys.Chem.B. 105. 4653-4656 (2001)
M.Nogami,Y.Daiko,T.Akai,T.Kasuga:“溶胶-凝胶衍生的 P_2O_5-SiO_2 玻璃中的质子转移动力学”J.Phys.Chem.B。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Masayuki Nogami: "Dynamics of Proton Transfer in the Sol-Gel-Dcrived P_2O_5SiO_2 Glasses"J. Phys. Chem B. 105. 4653-4656 (2001)
Masayuki Nogami:“溶胶-凝胶驱动的 P_2O_5SiO_2 玻璃中的质子转移动力学”J。
  • DOI:
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
野上正行: "えっ!?ガラスで燃料電池?"化学. 55. 56-57 (2000)
Masayuki Nogami:“什么?!玻璃制成的燃料电池?” 化学 55. 56-57 (2000)
  • DOI:
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
野上正行: "高プロトン伝導性ガラス"工業材料. 49. 56-59 (2001)
野上雅之:《高质子导电玻璃》工业材料。 49. 56-59 (2001)
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  • 财政年份:
    2003
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    $ 7.94万
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    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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