電子―プロトン混合パーコレーション伝導体の創製と電極触媒能

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Brφnsted酸性電子-プロトン混合伝導体(EPmix)薄膜を創出するのための検討課題は以下の2点である。第一に高い酸性度と混合伝導率をもつEPmix複合酸化物薄膜の合成方法を最適化すること。第二に高いシート伝導度と垂直水素透過速度を同時に満たす、混合パーコレーション伝導体の設計方法を確立することである。本研究ではNb-P-Co混合アルコキシド溶液を用いた多層スピンキャスト法により、400℃ドライ雰囲気下で高い垂直混合伝導率を示すNb_<1.2>Co_<1.4>P_2O_x-アモルファス複合酸化物薄膜を合成することに成功した。この薄膜(100nmd)は明らかな水素透過能を示し、水素輸送に関する活性化エネルギーは約0.4eVと比較的小さな値を示した。また400℃における水素透過率は約10^<-7>molm^<-2>Pa^<-0.5>オーダーであり、これは燃料電池において2.0Acm^2の電流密度を生成するのに十分な値である。水素透過Pd合金をアノード基板、アモルファスZrP_<2.6>O_x薄膜(130nmd)を電解質膜、およNb_<1.2>Co_<1.4>P_2O_x-EPmix薄膜(200nmd)をカソードに用いた薄膜燃料電池を作製し、出力特性を調べた。薄膜燃料電池は350℃において理論値に匹敵する開回路電圧1.05V、最高出力2mWcm^<-2>を示した。セル抵抗の主な原因はアノードにおける分極であることが分かった。来年以降は、電極界面における分極抵抗低減とセル発電効率のさらなる向上を目指し研究を進める予定である。