ゾルーゲル法による電極-電解質ナノ固体界面形成

溶胶-凝胶法形成电极-电解质纳米固体界面

• 批准号: 17041015
• 负责人: 忠永 清治
• 金额: $ 7.04万
• 依托单位: Osaka Prefecture University
• 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: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17041015/
• 关键词: 電極-電解質ナノ固体界面; ゾルーゲル法; プロトン伝導体; 中温作動型燃料電池; 電気二重層キャパシタ; ホスホシリケートゲル; 無機-有機複合体; イオン液体; ゾル-ゲル法

溶液状態から固体を作製するゾルーゲル法を用いれば、固体電解質の前駆体溶液が固体電極との間に形成する良好なナノメートルオーダーでの固-液界面を、そのまま良好な固体-固体間のナノ界面に変化させることができる。このことに着目し、本研究では、全固体電気化学素子の構築に必要な電極-固体電解質ナノ界面を形成することを目的とした。具体的には、ホスホシリケートゲル・ポリイミド複合体膜を用いた燃料電池の中温領域および無加湿条件化での発電、全固体型電気二重層キャパシタの構築、新規プロトン伝導性無機-有機ハイブリッドの合成を行った。中温領域において無加湿条件下で高いプロトン伝導性を示す電解質膜の作製を目的として、アミノ基を有する3-アミノプロピルトリエトキシシラン(以下APTES)と硫酸あるいはリン酸を出発物質として無機-有機ハイブリッド膜を作製した。200℃付近まで安定であり、無加湿条件下、200℃で2×10^<-3>Scm^<-1>の比較的高い導電率を示すことがわかった。次に熱軟化特性を示すことが知られているポリフェニルシルセスキオキサンに、プロトン伝導性基であるスルホ基の導入を試み、そのプロトン伝導性や熱的性質について検討した。XPS測定よりスルポ基のS_<2p>に帰属できるピークが観測されたことから、スルホ基が導入できていると考えられる。熱軟化特性については、スルホン化を行っていない試料に比べると、200℃程度での熱処理による流動は見られなかったが、粒子同士の結着が確認できた。乾燥状態では10^<-11>Scm^<-1>程度と非常に低い導電率を示したが、相対湿度の増加と共に導電率は指数関数的に大きくなり、相対湿度95%以上で約9×10^<-5>Scm^<-1>と6桁以上導電率が上昇することがわかった。

Solution state か ら solid を cropping す る ゾ ル ー ゲ を ル method with い れ ば, solid electrolyte solution before の 駆 body が solid electrode と の に formed between す る good な ナ ノ メ ー ト ル オ ー ダ ー で の solid-liquid interface を, そ の ま ま good な between solid - solid の ナ に ノ interface - the さ せ る こ と が で き る. こ の こ と に mesh し, this study で は, all solid electric 気 chemical element の build に necessary な electrode - solid electrolyte ナ ノ interface を す る こ と を purpose と し た. Specific に は, ホ ス ホ シ リ ケ ー ト ゲ ル · ポ リ イ ミ ド を composite membrane with い た temperature field in the fuel cell の お よ び without humidification conditions change で の 発 electric, all solid type electric 気 bilayer キ ャ パ シ タ の building, the new rules プ ロ ト ン 伝 conductivity inorganic - organic ハ イ ブ リ ッ ド の synthetic line を っ た. Medium temperature field に お い て without humidification conditions で high い プ ロ ト ン 伝 conductivity を shown す を purpose the electrolyte membrane の cropping と し て, ア ミ ノ を has an す る 3 - ア ミ ノ プ ロ ピ ル ト リ エ ト キ シ シ ラ ン (APTES) と sulfate あ る い は リ ン acid を と 発 substance し て inorganic - organic ハ イ ブ リ ッ ド membrane を cropping し た. Pay nearly 200 ℃ ま で settle で あ り, humidification, under the condition of 200 ℃ で 2 x 10 ^ < - > 3 Scm ^ < 1 > の is high い conductivity を shown す こ と が わ か っ た. を に thermal softening properties shown す こ と が know ら れ て い る ポ リ フ ェ ニ ル シ ル セ ス キ オ キ サ ン に, プ ロ ト ン 伝 conductivity base で あ る ス ル ホ base の import を み, そ の プ ロ ト ン 伝 conductivity や thermal properties に つ い て beg し 検 た. XPS measurement よ り ス ル ポ base の S_ < p > 2 に 帰 genus で き る ピ ー ク が 観 measuring さ れ た こ と か ら, ス ル ホ base が import で き て い る と exam え ら れ る. Thermal softening properties に つ い て は, ス ル ホ ン change line を っ て い な い sample に than べ る と, degree of 200 ℃ で の hot 処 Richard に よ る flow は see ら れ な か っ た が confirm with James の knot with が, particle で き た. Dry state で は 10 ^ < - > 11 Scm ^ < 1 > low level と very に い conductivity を shown し た が, phase humidity の raised seaborne plus と に conductivity は index, the number of masato に big き く な り, relative humidity above 95% seaborne で about 9 x 10 ^ 5 > < - Scm ^ < 1 > と over 6 girder conductivity が rise す る こ と が わ か っ た.

项目成果

Preparation of proton conductive composites with cesium hydrogen sulfate and phosphosilicate gel

• DOI: 10.1016/j.ssi.2005.09.022
• 发表时间: 2005-12
• 期刊: Solid State Ionics
• 影响因子: 3.2
• 作者: M. Tatsumisago;T. Tezuka;A. Hayashi;K. Tadanaga

Utilization of glass paper as a support of proton conductive inorganic–organic hybrid membranes based on 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane

• DOI: 10.1016/j.elecom.2005.01.009
• 发表时间: 2005-03
• 期刊: Electrochemistry Communications
• 影响因子: 5.4
• 作者: T. Tezuka;K. Tadanaga;A. Matsuda;A. Hayashi;M. Tatsumisago

Inorganic-Organic Hybrid Membranes with Anhydrous Proton Conuction Prepared from 3-Aminopropyltriethoxysilane and Sulfuric Acid by the Sol-Gel Method

溶胶-凝胶法3-氨丙基三乙氧基硅烷和硫酸制备无水质子传导无机-有机杂化膜

• 发表时间: 2000
• 期刊: J. Am. Chem. Soc. 128
• 作者: K.Kamada;et al.;A.Matsuda;T.Tezuka;M.Tatsumisago;T.Tadanaga;T.Tezuka;T.Tezuka;T.Tezuka
• 通讯作者: T.Tezuka

Utilization of Glass Papers as a Support for Proton Conducting Inorganic-Organic Hybrid Membranes from 3-Glycidoxypropyl-trimethoxysilane, Tetraalkoxysilane and Orthophosphoric Acid

利用玻璃纸作为由 3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、四烷氧基硅烷和正磷酸制备的质子传导无机-有机杂化膜的载体

• 发表时间: 2005
• 期刊: Solid State Ionics 175
• 作者: K.Kamada;et al.;A.Matsuda;T.Tezuka;M.Tatsumisago;T.Tadanaga;T.Tezuka
• 通讯作者: T.Tezuka

Operation of PEFC using Composite Sheets Composed of Phosphosilicate Gels and Thermally Stable Organic Polymers

使用由磷硅酸盐凝胶和热稳定有机聚合物组成的复合片材运行 PEFC

• 发表时间: 2006
• 期刊: Solid State Ionics 177・26-32
• 作者: A.Matsuda;N.Nakamoto;K.Tadanaga;T.Minami;M.Tatumisago
• 通讯作者: M.Tatumisago