中温型燃料電池を実現するプロトン伝導性ガラスとプロトン電子混合伝導性電極の開発

开发用于实现中温燃料电池的质子导电玻璃和质子电子混合导电电极

• 批准号: 17J07530
• 负责人: 山口 拓哉
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J07530/
• 关键词: 燃料電池; プロトン・電子混合伝導体

本研究ではプロトン・電子混合伝導性ガラスのカソード（空気極）材料としてのポテンシャルを探るため、プロトン・電子混合伝導性を有する35HO1/2-20WO3-45PO5/2ガラスをカソードとする燃料電池の単セルを作製しASR（面積で規格した分極抵抗）を評価した。電解質にはプロトン伝導性の36HO1/2-4NbO5/2-2BaO-4LaO3/2-4GeO2-1BO3/2-49PO5/2ガラスを用いた。ガラスカソード、ガラス電解質は、Na+イオンを含有するガラスを前駆体としNa+イオンを電気化学的にプロトンへと置換する手法により作製した。作製したこれらのガラスを接触させながら350℃に3～8時間加熱することで、ガラスカソードをガラス電解質に接合した。ガラス電解質のもう一方の面にはPd膜を成膜し、Pd膜をアノード、35HO1/2-20WO3-45PO5/2ガラスをカソードとする単セルを形成した。アノードに100%H2ガスを、カソードに21%O2/79%N2ガスをそれぞれ供給し、280℃におけるI-V測定、およびセルのインピーダンスの解析からカソードのASRを算出したところ、その値は約7.5Ωcm2となった。カソードの集電は目の粗い80メッシュのPtを押し付けただけの集電機能の低い構造であるため、より集電機能の高い構造とすることで実効的な反応面積が増大し、ASRが低減されることが予想される。そこで粒径5～8μmのAgの微粒子をホットプレスによりカソードに押し付け集電体としたところ、カソードのASRは約4Ωcm2まで低減した。集電機能をより一層高めることで、カソードのASRは最終的に1Ωcm2以下にまで低減されると予想されることから、プロトン・電子混合性ガラスはカソード材料として非常に高いポテンシャルを有していることが明らかとなった。

In this study, we evaluated the structure and operation of fuel cells with respect to electron mixing conductivity (ASR) and electron mixing conductivity (HO1/2-20WO3-45PO5/2). Electrolyte conductivity of 36HO1/2-4NbO5/2-2BaO-4LaO3/2-4GeO2-1BO3/2-49PO5/2 is used. The electrolyte, Na+ ion, precursor, Na+ ion, electrochemistry, and substitution methods are described. The temperature of the electrolyte is controlled by heating at 350℃ for 3~8 hours. The Pd film is formed on one side of the electrolyte, and the Pd film is formed on the other side of the electrolyte. 35HO1/2-20WO3-45PO5/2 is formed. The temperature of 100%H2 and the temperature of 21%O2/79%N2 were measured at 280℃, and the ASR was calculated at 7.5Ωcm2. The thickness of the collector surface is 80 mm. The Pt content of the collector surface is 80 mm. The thickness of the collector surface is 80 mm. The Pt content of the collector surface is 80 mm. Ag particles with a particle size of 5 to 8μm are reduced in size by about 4Ω cm2. The collector motor can be one layer high, and the ASR can be one layer high.

项目成果

Formation of Amorphous H3Zr2Si2PO12 by Electrochemical Substitution of Sodium Ions in Na3Zr2Si2PO12 with Protons

质子电化学取代 Na3Zr2Si2PO12 中的钠离子形成非晶态 H3Zr2Si2PO12

• DOI: 10.1021/acs.inorgchem.7b02060
• 发表时间: 2017
• 期刊: Inorganic Chemistry
• 影响因子: 4.6
• 作者: S. Tsukuda;K. Miyake;T. Yamaguchi;M. Kita;T. Ishiyama;J. Nishii;T. Yamashita;H. Kawazoe;T. Omata
• 通讯作者: T. Omata

プロトン伝導性リン酸塩ガラス電解質に用いたパラジウム電極の性能解析

质子传导磷酸盐玻璃电解质用钯电极性能分析

• 发表时间: 2017
• 作者: 石山智大;岸本治夫;山地克彦;山口拓哉;佃諭志;小俣孝久
• 通讯作者: 小俣孝久

Phosphate glass exhibiting high proton conductivity at intermediate temperatures

在中间温度下表现出高质子传导率的磷酸盐玻璃

• 发表时间: 2017
• 作者: 山口拓哉;佃諭志;小俣孝久;石山智大;西井準治;山下俊晴;川副博司;山口拓哉
• 通讯作者: 山口拓哉

Dense proton injection into phosphate glasses using corona discharge treatment

使用电晕放电处理将密集质子注入磷酸盐玻璃

• DOI: 10.1016/j.apsusc.2017.09.186
• 发表时间: 2018
• 期刊: Applied Surface Science
• 影响因子: 6.7
• 作者: T. Kinoshita;A. Miyazaki;K. Kawaguchi;D. Sakai;T. Yamaguchi;T. Omata;T. Ishiyama;M. Fujioka;H. Kaiju;J. Nishii
• 通讯作者: J. Nishii

プロトン伝導性リン酸塩ガラスのプロトンキャリアの移動度

质子传导磷酸盐玻璃中质子载流子的迁移率

• 发表时间: 2018
• 作者: 山口拓哉;佃諭志;小俣孝久;片岡拓也;斎藤泰久;桑原泰隆;山下弘巳;石山智大;西井準治;山下俊晴;川副博司
• 通讯作者: 川副博司