高プロトン伝導性アモルファス材料の合成と電導率

高质子传导非晶材料的合成与导电

• 批准号: 08229229
• 负责人: 阿部 良弘
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08229229/
• 关键词: プロトン伝導; ガラス; 電気伝導; リン酸塩; ゾル-ゲル

プロトンを荷電担体として、かつ、その移動度の大きいガラス膜が開発されれば、水素ガスセンサーや酸水素燃料電池など、クリーンエネルギー分野での幅広い応用が期待でき、その開発のニーズは極めて高い。ガラス中のプロトン濃度を高めることで電気伝導度を高くすることができると予測できたので、本研究では、ゾル-ゲル法やプロトン注入法を用いて、プロトン濃度が高く、かつ、強度や化学安定性に優れた高プロトン伝導性ガラスを開発すべく、P_2O_5-ZrO_2にSiO_2を導入した三成分系についてガラス組成の決定と作成方法の検討を行った。P_2O_5、Zr(OC_3H_7)_4及びSi(OC_2H_5)_4を原料にして作成したゲルの中で、5ZrO_2・5P_2O_5・90SiO_2や100SiO_2組成のものは800℃以上の温度で加熱しても、亀裂が入らず、かつ化学安定性に優れたガラスになった。乾燥しただけのゲルの30℃での電導度は〜5x10^<-7>S/cmであった。一方、高温で加熱したものでは、100SiO_2組成では、温度の上昇とともに電導度は低くなったのに対し、5ZrO_2・5P_2O_5・90SiO_2組成のものは、200℃で電導度は10^<-3>S/cm程度にまで上昇し、加熱していないものにくらべて、著しく高くなっていた。このように高い電導度は、800℃までの温度で加熱したものでも保たれていた。作成したガラスのプロトン伝導はXOH(XはPやSiなど)結合からのプロトンの解離とガラス内での移動によって決められ、水素結合性の大きいPOHの導入と、ガラス中に存在する数nm程度の気孔に吸着した水によってプロトンの移動が容易になり、高い電導度が得られたと結論できた。

The charge carrier is charged with a high degree of mobility, and the membrane is developed. The membrane is used for fuel cell applications. In this study, we developed a new method for the application of high concentration, high conductivity, high strength and chemical stability of the compounds. A Study on the Determination of the Composition and Preparation Method of P_2O_5-ZrO_2/SiO_2 System P_2O_5, Zr(OC_3H_7)_4 and Si(OC_2H_5)_4 were used as raw materials for the preparation of 5ZrO_2·5P_2O_5·90SiO_2 and 100SiO_2 compositions. The conductivity of the dry solution at 30℃ is ~ 5x10^<-7>S/cm. When heated at high temperature, the conductivity of 100SiO_2 is low, while when heated at 200℃, the conductivity of 5ZrO_2·5P_2O_5·90SiO_2 is high<-3>. High conductivity, 800℃, temperature, temperature, temperature. The results show that the conductivity of the solution is higher than that of XOH(X, P, Si), the dissociation of the solution and the movement of the solution within the solution, the introduction of POH into the solution, the existence of a pore of several nm in the solution, the adsorption of water, the movement of the solution and the high conductivity.

项目成果

阿部良弘 他: "Influence of heat treatment and humidity on protonic conduction in sol-gel derivedamorphous titanium phosphate films" Solid State Ionics. 83. 209-214 (1996)

Yoshihiro Abe 等人：“热处理和湿度对溶胶-凝胶衍生的无定形磷酸钛薄膜中质子传导的影响”Solid State Ionics，83. 209-214 (1996)。

阿部良弘: 日本物理学会誌. 52. (1997)

安倍佳弘：日本物理学会杂志 52。（1997）

阿部良弘 他: "Sol-gel synthesis of high humidity sensitive amorphous P_2O_5-TiO_2 films" J.Materials Sci.印刷中.

Yoshihiro Abe 等人：“高湿度敏感非晶 P_2O_5-TiO_2 薄膜的溶胶-凝胶合成”J.Materials Sci 出版。

野上正行 他: "Evidence of water-cooperative proton conduction in silica glasses" Phys.Rev.B.印刷中.

Masayuki Nogami 等人：“二氧化硅玻璃中水合作质子传导的证据”，Phys.Rev.B。

細野秀雄 他: "Large enhancement of electrical conductivity in magnesium phosphate glasses by ion implantation of proton" 日本セラミックス協会学術論文誌. 104. 688-690 (1996)

Hideo Hosono 等人：“通过质子离子注入大幅增强磷酸镁玻璃的导电性”日本陶瓷学会杂志 104. 688-690 (1996)。