Preparation of intermediate-temperature proton conducting materials utilizing reaction of phosphate glass and organic molecules

磷酸盐玻璃与有机分子反应制备中温质子传导材料

• 批准号: 22656154
• 负责人: KASUGA Toshihiro
• 金额: $ 2.33万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22656154/
• 关键词: プロトン伝導; 燃料電池; ハイブリッド; 有機分子; イミダゾール; ベンズイミダゾール; プロトンダイナミクス; ナノ粒子; ベンゾイミダゾール

An intermediate-temperature proton-conducting amorphous material was prepared utilizing the reaction of zinc metaphosphate glass powders with benzimidazole (BIm). The anhydrous material showed almost no decrease in weight even after heating at 200℃. It showed electrical conductivities of 10-100 pS-cml at the intermediate temperatures of 170-230℃: the activation energy for electrical conduction (~1.0 eV) was larger than that for proton transport between benzimidazole molecules. For improving the electrical conductivities, nanometer-sized zirconium phosphate particles with mobile protons at their surface were hybridized with the amorphous materials. The resulting materials showed two-order magnitude larger conductivities than those before hybridization, and small activation energy of ~16 kJ/mol. NMR analysis implied that the strength of hydrogen bonding and the amount of mobile protons increased at around the surface of the nano-particles. MEA (membrane-electrode-assembly) using the material as the electrolyte worked with a maximum power density of 111 mW cm' when utilized in an H2/02 fuel cell at 150℃.

利用偏磷酸锌玻璃粉与苯并咪唑（BIm）反应制备了一种中温质子导电非晶材料。在200℃加热后，无水材料的重量几乎没有下降。在170 ~ 230℃的中间温度下，其电导率为10 ~ 100 pS-cml，电导活化能（~1.0 eV）大于质子在苯并咪唑分子间传递的活化能。为了提高电导率，将表面带有可移动质子的纳米磷酸锆颗粒与非晶材料杂化。所得材料的电导率比杂化前提高了2个数量级，活化能较小，为~16 kJ/mol。核磁共振分析表明，纳米颗粒表面周围的氢键强度和可移动质子的数量增加。使用该材料作为电解液的MEA（膜电极组装）在150℃的H2/02燃料电池中工作时，最大功率密度为111 mW cm'。

项目成果

リン酸亜鉛ガラス/ベンゾイミダゾールから得られるハイブリッド材料の熱処理条件の検討

磷酸锌玻璃/苯并咪唑杂化材料热处理条件研究

• 发表时间: 2013
• 作者: 半田圭;森川博史;大稲高裕;前田浩孝;中山将伸;春日敏宏
• 通讯作者: 春日敏宏

リン酸亜鉛ガラス/ベンゾイミダゾールから得られるハイブリッド材料の電導度の組成依存性

磷酸锌玻璃/苯并咪唑杂化材料电导率的成分依赖性

• 发表时间: 2012
• 作者: 大稲高裕;半田圭;森川博史;前田浩孝;中山将伸;春日敏宏;都築達也
• 通讯作者: 都築達也

Proton conducting materials derived from ZnO-P2O5-M2O3 (M=B, Al, Y) glasses and benzimidazole, 5th International Symposium on Designing

ZnO-P2O5-M2O3（M=B、Al、Y）玻璃和苯并咪唑衍生的质子传导材料，第五届国际设计研讨会

• 发表时间: 2012
• 作者: H. Morikawa;T. Oine;H. Maeda;T. Kasuga
• 通讯作者: T. Kasuga

リン酸亜鉛ガラスとイミダゾール系有機物から得られるプロトン伝導体

由磷酸锌玻璃和咪唑有机物获得的质子导体

• 发表时间: 2012
• 作者: 春日敏宏;大稲高裕;森川博史;前田浩孝;小幡亜希子;中山将伸
• 通讯作者: 中山将伸

Compositional dependence of proton conductivities of anhydrous hybrid materials derived from zinc phosphate glass and benzimidazole

磷酸锌玻璃和苯并咪唑衍生的无水杂化材料的质子电导率的成分依赖性

• 发表时间: 2012
• 作者: T. Oine;K. Handa;H. Morikawa;H. Maeda;T. Tsuzuki;T. Kasuga
• 通讯作者: T. Kasuga