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規則メソ細孔体および複合高分子膜を駆使した、プロトン・電子共伝導性燃料電池の創製

使用有序介孔材料和复合聚合物膜创建质子电子共导燃料电池

基本信息

批准号：
12J06495
负责人：
岡和輝
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

平成24年度に合成法を最適化し、プロトン容量最大となった硫酸基導入炭素について、燃料電池への適用を検討した。Norit SXIIを発煙硫酸中で353Kに加熱して得たHSO_3-C (0.49mmol g^<-1>)を用いてモデルMEAを作製し、インピーダンス測定を行った。Bode線図によって周波数依存性を見たところ、HSO_3-CはNorit SXIIと異なる傾向を示し、10^<-2>Hzで2.4x10^3ΩとNorit SXIIの1/6のプロトン伝導抵抗を示した。また、市販Pt/C触媒(田中貴金属製, TEC10E50E-HT)とHSO_3-Cまたは高分子プロトン伝導体(Nafion)を混合したものをカソードに用いてMEAを作製し、発電試験を行った。カソード層にプロトン伝導体を持たないMEAでは電圧が上下した。それに対し、カソード層にHSO_3-Cを用いたMEAでは安定した電圧が得られた。前者では反応に必要なプロトン供給が不十分であったのに対し、後者ではそれが改善したためだと考えられる。しかし、カソード層にNafionを用いたMEAと比較すると、過電圧による電圧損失が0.16Vほど大きくなった。カソード層にHSO_3-CとNafionを共用したMEAでは、この過電圧増加は見られず、最大の出力を得た(0.9V, 4.9mAcm^<-2>)。ポリマーを増加すれば、有効白金表面積の低下等の問題があるが、HSO_3-Cを用いることで、有効白金表面積の低下なしにプロトン伝導度を向上させることが可能になった。加えて、詳細に比較するため、15-30mAcm^<-2>の領域でフィットした外挿直線の傾きを電子・プロトン伝導抵抗等の電流量に依存する電圧損失の指標、V軸切片を活性化過電圧等の電流量に依存しない電圧損失の指標とした。HSO_3-CまたはNafionを用いたMEAでは、傾きが-2.1―-2.7VmA^<-1>cm^2と同程度であったのに対し、HSO_3-Cのみをプロトン伝導体として用いたMEAではV軸切片が0.69Vと他のMEAよりも0.16V小さな値となった。これは、CF_2骨格を持つNafionの方が高いプロトン放出能を持つためだと予想している。このことから、炭素の硫酸基にCF_2骨格を導入することで、Nafion不要化の可能性もある。なお、これらの成果は論文にまとめJournal of Power Source誌にて報告している。

In 2014, the synthesis method was optimized, and the maximum capacity of sulfuric acid was introduced into the carbon. The application of fuel cells was discussed. Norit SXII was heated at 353K to obtain HSO3-C (0.49 mmol g^<-1>). The frequency dependence of the Bode line is shown by the frequency dependence of HSO_3-C on Norit SXII. The frequency dependence of HSO_3-C on Norit SXII is shown by the frequency dependence of HSO_3-C on Norit SXII. The frequency dependence of HSO_3-C <-2>on Norit SXII is shown by the frequency dependence of 10^ Hz on Norit SXII. Pt/C catalyst (Tanaka noble metal, TEC10E50E-HT) and HSO_3-C polymer conductor (Nafion) were mixed to prepare MEA and conduct electrical test. The voltage of the MEA is high and low. For example, the HSO_3-C layer is used to stabilize the voltage of the MEA. The former is necessary to supply, the latter is necessary to improve. The voltage loss due to overvoltage is 0.16V. HSO_3-C in Nafion layer is common to MEA, and the overvoltage is increased. The maximum output is obtained (0.9V, 4.9mAcm<-2>). The increase in platinum surface area and the increase in conductivity of platinum surface area In addition, the detailed comparison of the current amount dependence of the voltage loss index, the current amount dependence of the activation overvoltage index and the voltage loss index of <-2>the V axis slice in the field of 15-30mAcm. HSO_3-C Nafion <-1>MEAs are used in the same way as HSO_3-C Nafion MEAs, and HSO_3-C Nafion MEAs are used in the same way as HSO_3-C. The CF_2 framework is designed to maintain high levels of emission from Nafion. The possibility of conversion of carbon sulfate into CF_2 skeleton is discussed. The Journal of Power Source reports.