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

基本信息

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

项目摘要

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。

在这项研究中，为了探索质子 - 电子混合导电玻璃作为阴极（催化剂）材料的潜力，一个由35HO1/2-20WO3-45PO5/2玻璃制成的燃料电池的单个电池，具有质子 - 电子粘合物的电导性能和ASR（由ASR）（由区域）评估。质子导导36HO1/2-4NBO5/2-2-BAO-4LAO3/2-4GEO2-1BO3/2-49PO5/2玻璃用作电解质。通过使用包含Na+离子作为前体的玻璃并用质子代替Na+离子的玻璃玻璃阴极和玻璃电解质。与玻璃阴极接触时，准备好的玻璃加热至350°C，持续3至8个小时，并将玻璃阴极粘合到玻璃电解液上。在玻璃电解液的另一侧形成了PD膜，并用PD膜形成单个细胞作为阳极，35HO1/2-20WO3-45PO5/2玻璃作为阴极形成。向阳极提供100％H2气体，并向阴极提供21％O2/79％N2气体，当阴极ASR从280°C下的I-V测量结果计算出来并分析细胞阻抗时，该值约为7.5ΩCM2。仅通过按下粗糙的80元PT，即可到达电流电流收集结构的电流收集功能较低，因此可以预期，通过使其成为具有较高电流收集功能的结构，有效的反应区域将增加并减少ASR。因此，通过热按下以形成电流收集器，将粒径为5至8μm的Ag的细颗粒压在阴极上，并将阴极ASR降低至约4ΩCM2。通过进一步提高当前的收集函数，最终预计阴极ASR将减少至1ΩCM2或更少，并且已经发现质子电子混合玻璃作为阴极材料具有很高的潜力。

项目成果

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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

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
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

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

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