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高プロトン伝導性ガラスの開発とその燃料電池への応用

高质子传导玻璃的研制及其在燃料电池中的应用

基本信息

批准号：
05F05417
负责人：
野上正行
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05F05417/
关键词：
燃料電池電解質ゾルゲルガラスプロトン伝導体

项目摘要

燃料電池の電解質膜として有用な高プロトン伝導性電解質膜を作製するために、ガラスとヘテロポリ酸(PMAやPWA)とのハイブリッド化膜の作製と電解質に応用するのに必要な特性について検討した。ゾル・ゲル法を用いてPO(OCH_3)_3、Si(OC_2H_5)_4、PMAおよびPWAを混合した後、加水分解して均質な溶液にした。乾燥して0.1〜0.3mmの厚さのゲルにして、空気中で600℃にまで加熱することで、P_2O_5-SiO_2-PMA/PWAハイブリッド膜とした。作製した試料の窒素ガス吸着法によって求めた細孔径は2〜6nm、比表面積は400〜700m^2/gと高い多孔質なものであった。電導度は30℃から90℃の範囲で10^<-2>〜10^<-0>S/cmと高い値を示した。室温での伝導度は0.1S/cmとナフィオンに匹敵する高い値のものを得ることができた。作製した膜を電解質にし、白金/カーボン-ナフィオン-ヘテロポリリン酸を電極・触媒にして燃料電池を組み立て、その電池特性を測定したと。結果として、水素・酸素を燃料として送り、30℃で相対湿度30%の条件下で特性を測定したところ、運転時間の増加とともに出力が上昇し、約5時間後に、出力と電流密度がそれぞれ、50mW/cm^2と150mA/cm^2になることがわかった。その後、時間が経過してもそれ程変化することがなかった。燃料電池特性は、ガラス電解質の厚みや、その表面での電極や触媒との接触状態が燃料電池特性に大きく影響して変わることも明らかになった。ガラスの細孔サイズ、細孔表面積および容積を制御することでガラスのプロトン電導度を更に上昇させることができる。また、電解質膜のヤング率を下げることで、電極および触媒との接触を良くし、接触抵抗を抑制できることも分かってきた。これらを合わせて燃料電池特性の最適化を行うことで、現在、単セルで100mW/cm^2を越える出力を得ることも可能との見込みが得られており、ナフィオン製燃料電池に替わるオールセラミックス製燃料電池の実現も可能である見通しを得ることができた。

Fuel cell's electrolyte membrane is made of high-density conductive electrolyte membrane, and it is made of ガラスとヘテロポリ acid (PMA や PWA) is a chemical film that is made of electrolyte and has the necessary characteristics to meet the needs of the electrolyte. The ゾル・ゲル method uses いてPO(OCH_3)_3, Si(OC_2H_5)_4, and PMA およびPWAを to mix them, and then adds water to decompose the してhomogeneous solution にした. Dry and dry 0.1~0.3mm thick and dry, and heat in the air at 600℃することで, P_2O_5-SiO_2-PMA/PWA ハイブリッド film とした. The sample was prepared using the sulfate adsorption method and the pore diameter was 2 to 6 nm, the specific surface area was 400 to 700 m^2/g, and the sample was highly porous. The electrical conductivity is between 30℃ and 90℃, and the range is 10^<-2>~10^<-0>S/cm. The room temperature での伝 conductivity is 0.1S/cm. Made of した film electrolyte にし, platinum/カーボン-ナフィオン-ヘテロポリリンAcid electrode, catalyst and fuel cell set were established and battery characteristics were measured. Result, hydrogen, acid, fuel and delivery, measurement of characteristics under conditions of 30℃ and humidity of 30%, measurement of transportation time, and operation time The output does not rise, and after about 5 hours, the output and current density do not change, 50mW/cm^2 and 150mA/cm^2 do not change.その后、time has passed and the process has changed. することがなかった. Fuel cell characteristics: thickness of the electrolyte, thickness of the electrolyte, electrode and catalyst of the surface The contact state has a great influence on the fuel cell characteristics.ガラスのpore サイズ, pore surface area および volume をcontrol することThe electrical conductivity of the でガラスのプロトンをに risesさせることができる.また, electrolyte membrane のヤングを下げることで, electrode およびcatalyst との contact をgood くし, contact resistance をsuppression できることも分かってきた.これらを合わせてOptimization of fuel cell characteristicsを行うことで、Now,嘘セルで100mW/cm^2を上えるOutputを得ることもpossibleとの见込みが得られており、ナフィオン Made of fuel cell battery It is possible to make fuel cells made by ックス.