Size effect on parcolative ion conductivity of amorphous metal oxide nanofilms

非晶金属氧化物纳米膜尺寸对离子电导率的影响

• 批准号: 20760460
• 负责人: AOKI Yoshitaka
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20760460/
• 关键词: パーコレーション; プロトン伝導体; アモルファス酸化物; 電解質膜; 燃料電池; セラミックスプロトン伝導体; 固体電解質薄膜; アモルファス金属酸化物; サイズスケーリング; ゾル-ゲル; 中温作動型燃料電池

Amorphous silicate nanofilms, a-M_<0.1>Si_<0.9>O_x, exhibit unique size-enhancement of the proton conductivity along thickness direction due to the presence of the zeolite-like, acid site network with the mesoscopically-sized length inside glass matrix. These films revealed the complex temperature-and humidity-dependency of proton conductivity by the existence of two kinds of protonic carriers: Bronsted acidic protons and Lewis acidic protons. The Bronsted acidic protons could be persistent in amorphous films at around 500℃, as checked by thermal desorption spectroscopy, so that the film exhibited the humidity-independent proton conductivity at temperatures above 300℃. Furthermore, the conductivity across the film σ increased in a power low by reduction of the film thickness d to less than 120 nm as σ ∝ d^<-τ>, and it was saturated when the thickness become less than 40 nm. The observed scaling index τ was 2.2 in agreement with the value of the theoretical index (2.3) of cluster size scaling in 3-dimensional percolation system. This conduction behavior is explicable by finite size-scaling of the highly-conductive pathway based on the interconnected Bronsted acid centers in the range of a few tens to hundreds nm.

无定形有机硅纳米膜，A-M_ <0.1> si_ <0.9> O_X，由于存在与中镜尺寸的内部玻璃矩阵内部长度的沸石样的酸性位点网络，因此沿厚度的质子电导率暴露了质子电导率的独特尺寸增强。这些膜通过存在两种质子载体的存在揭示了质子电导率的复杂温度和湿度依赖性：Bronsted酸性质子和刘易斯酸性质子。通过通过升温解吸光谱检查，在约500℃的无定形膜中，布朗斯特酸性质子可以持续存在，因此该膜在300℃以上的温度下暴露了与湿度无关的质子电导率。此外，膜σ的电导率通​​过将膜厚度d降低到小于120 nm的功率以σ∝D^<-τ>而增加，并且当厚度小于40 nm时，它饱和。观察到的缩放指数τ与3维成员系统中群集大小缩放的理论指数（2.3）的值一致。这种传导行为是通过基于相互连接的布朗斯特酸中心在几十至数百nm的范围内对高电导途径的有限尺寸缩放来明确的。

项目成果

Ion-conducting, sub-100 nm-thick film of amorphous hafnium silicate

• DOI: 10.1016/j.ssi.2009.02.016
• 发表时间: 2010-02
• 期刊: Solid State Ionics
• 影响因子: 3.2
• 作者: Y. Aoki;H. Habazaki;T. Kunitake

アモルファスリン酸ジルコニウム薄膜のプロトン伝導挙動

非晶磷酸锆薄膜的质子传导行为

• 发表时间: 2010
• 作者: Y. Aoki;H. Habazaki and T. Kunitake;青木芳尚;小川幸太
• 通讯作者: 小川幸太

膜電極接合体とその製造方法および燃料電池セル

膜电极组件及其制造方法以及燃料电池

• 发表时间: 2010

Thickness dependence of proton conductivity of amorphous aluminosilicate nanofilm

• DOI: 10.1149/1.2976305
• 发表时间: 2008-01-01
• 期刊: ELECTROCHEMICAL AND SOLID STATE LETTERS
• 作者: Aoki, Yoshitaka;Habazaki, H.;Kunitake, Toyoki
• 通讯作者: Kunitake, Toyoki

アモルファスシリケート薄膜における伝導率スケーリング挙動

无定形硅酸盐薄膜的电导率缩放行为

• 发表时间: 2010
• 作者: Y. Aoki;H. Habazaki and T. Kunitake;青木芳尚
• 通讯作者: 青木芳尚