連続界面をプロトン伝導層とした無機-有機複合体の作製と界面の伝導性評価

本年度は昨年度に引き続き、有効媒質近似(GEM)式を用いて複合電解質の界面伝導性の算出を行った。交互積層(LBL)法により、poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid)(PAMPS)をフェニルシルセスキオキサン(PhSiO_<3/2>)粒子上にナノ薄膜として積層し、得られたプロトン伝導性コア-シェル粒子から界面伝導層を有する無機-有機複合電解質を作製した。各温度および湿度条件下における導電率の体積依存性をフィッティングするため、クシ型電極を用いてPAMPS薄膜の導電率の湿度依存性などを測定した。これらのデータを基に、複合体中の界面伝導性を見積もった結果、相対湿度70%以上の雰囲気下で複合体の界面伝導性は、PAMPS単体と同程度であった。界面に存在するPAMPSのスルホ基が水和することでナノチャンネルを形成し、プロトンはそのチャンネル中で水を介して伝導していると推測される。GEM式を用いることで、極めて微量なプロトン伝導体で形成された界面の導電率を見積もることができた。一方、無機微粒子をカチオン材料として用いることで、複合体の導電率は向上しなかった。この原因として、交互積層過程の無機ナノ粒子の凝集が挙げられる。ナノ粒子の凝集体がPhSiO_<3/2>粒子上に積層されたことにより均一な界面伝導層が形成されず、複合体の界面伝導性は向上できなかったと考えられる。しかし、燃料電池の発電時には、電解質膜の実抵抗が発電性能に大きく影響する。LBL法はナノ薄膜を積層する手法であるため電解質膜を薄くすることが可能であり、LBL膜の導電率が向上できなくとも電解質膜の実抵抗を減少させることができた。また、LBL膜が光を透過するほど薄いことから、光触媒をアノード触媒に用いた薄膜型ダイレクトメタノール形燃料電池(DMFC)を構築した。そして、LBL薄膜を電解質に用いた薄膜型DMFCは、光触媒反応によって燃料を分解し、発電することを確認した。

本年度は昨年度に引き続き、有効媒質近似(GEM)式を用いて複合電解質の界面伝導性の算出を行った。交互積層(LBL)法により、poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid)(PAMPS)をフェニルシルセスキオキサン(PhSiO_<3/2>)粒子上にナノ薄膜として積層し、得られたプロトン伝導性コア-シェル粒子から界面伝導層を有する無機-有機複合電解質を作製した。各温度および湿度条件下における導電率の体積依存性をフィッティングするため、クシ型電極を用いてPAMPS薄膜の導電率の湿度依存性などを測定した。これらのデータを基に、複合体中の界面伝導性を見積もった結果、相対湿度70%以上の雰囲気下で複合体の界面伝導性は、PAMPS単体と同程度であった。界面に存在するPAMPSのスルホ基が水和することでナノチャンネルを形成し、プロトンはそのチャンネル中で水を介して伝導していると推測される。GEM式を用いることで、極めて微量なプロトン伝導体で形成された界面の導電率を見積もることができた。一方、無機微粒子をカチオン材料として用いることで、複合体の導電率は向上しなかった。この原因として、交互積層過程の無機ナノ粒子の凝集が挙げられる。ナノ粒子の凝集体がPhSiO_<3/2>粒子上に積層されたことにより均一な界面伝導層が形成されず、複合体の界面伝導性は向上できなかったと考えられる。しかし、燃料電池の発電時には、電解質膜の実抵抗が発電性能に大きく影響する。LBL法はナノ薄膜を積層する手法であるため電解質膜を薄くすることが可能であり、LBL膜の導電率が向上できなくとも電解質膜の実抵抗を減少させることができた。また、LBL膜が光を透過するほど薄いことから、光触媒をアノード触媒に用いた薄膜型ダイレクトメタノール形燃料電池(DMFC)を構築した。そして、LBL薄膜を電解質に用いた薄膜型DMFCは、光触媒反応によって燃料を分解し、発電することを確認した。