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

钨基无机水合氧化物中温区质子传导性能

基本信息

批准号：
13750756
负责人：
日比野光宏
金额：
$ 1.47万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2002)The University of Tokyo (2001)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

高分子固体電解質型燃料電池は高分子膜の耐熱性から作動温度は90℃程であるが、電極触媒の一酸化被毒を抑制などのためは150〜300℃が望ましい。実現のためにはプロトン伝導性固体電解質の開発が必要である。本研究では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た。得られた結果をまとめると以下となる。1.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)において、WO_3・2H_2Oでは水素結合ネットワークによるプロトン伝導が可能であり、温度が上がると表面での伝導を凌駕する。これは活性化エネルギーは大きいが、タングステン一原子あたりの水分子の量は、構造内の方が多いためである。2.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結果、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おり、上記の二水和物WO_3・2H_2Oと同様に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。3.上記の結果をさらに他の水和遷移金属酸化物において調べるために、酸化バナジウム水和物を合成した。構造とプロトン伝導性の関係を求めるために、ゾル中での構造を動的光散乱法を用いて調べた。結果は、ゾル分子の構造はアスペクト比の大きな(約60)、数nmのゾル分子を基本として濃度との相関が大きいことがわかった。

聚合物固体电解质燃料电池的工作温度约为90°C。由于聚合物膜的耐热性，但希望在150至300°C之间进行抑制一氧化碳在电催化剂上的中毒。为了实现这一点，有必要开发质子导电固体电解质。在这项研究中，我们假设有机无机复合材料电解质膜，并搜索具有高质子电导率的材料，可以用作无机成分。 The results obtained are summarized as follows: 1. In layered tungsten oxide hydrate (WO_3・2H_2O with a two-dimensional hydrogen bond network, and WO_3・H_2O, which is also a layered structure but does not have a hydrogen bond network), WO_3・2H_2O can conduct protons through hydrogen bond networks, and when the temperature rises, it surpasses the conduction on the 表面。这是因为尽管活化能很大，但在结构中，每个钨原子的水分子量较大。 2。合成了pyrochlore型氧化二氧化物氧化物WO_3 ・0.5H_2O，并研究了其质子电导率。在pyrochlore型结构中，结构中的水和氧在三维形成的情况下形成了氢键。就像上面提到的二水合物WO_3・2H_2O一样，使用温度区域的颗粒表面上的吸附水进行传导，并在高温侧的结构中使用氢键网络进行传导。它在125°C饱和的水蒸气压力下表现出相对较高的电导率为8.8×10^<-3> s/cm。但是，发现在高于此的温度范围内，在高湿度大气中变得不稳定，并变为WO_3和0.33H_2O。 3。氧化钒水合物合成以研究上述进一步的水合过渡金属氧化物的结果。为了确定结构和质子电导率之间的关系，使用动态光散射研究了SOL中的结构。结果表明，SOL分子的结构具有较大的纵横比（约60），并且与浓度的相关性很大，基于几个NM的SOL分子。