中温度領域で使用する燃料電池に利用可能な
新規プロトン伝導体
大学院先進理工系科学研究科 福岡 宏 助教産業分類 ： 化学工業
産業分類 ： 化学工業
アピールポイント
● 高いプロトン伝導度を有する固体材料(リン酸ルテニウム)の合成
● 中温度用燃料電池の固体電解質として利用が可能
● 比較的低温で合成できて製造コストが安価
アピールポイント
● 高いプロトン伝導度を有する固体材料(リン酸ルテニウム)の合成
● 中温度用燃料電池の固体電解質として利用が可能
● 比較的低温で合成できて製造コストが安価
研究者のねらい
中温度領域(200°C~400°C)で作動する燃料電池は、高いイオン伝導度を示す固体電解質がほとんど知られていないため開発が進んでいない。そこで、非晶質リン酸塩(トリポリリン酸ルテニウム)を母体とした粒界の無い新規のプロトン伝導材料の合成・成形技術を確立した。この物質は、中温度で安定で構造中にプロトンを多く含むため加湿が不要である。さらに、LiやNaを添加することにより、リン酸塩に含まれる高価なルテニウムの依存度を減らすことに成功した。
研究内容
リン酸塩(トリポリリン酸ルテニウム)はプロトンを多く含み強酸であることからプロトンが解離しやすい伝導材料である。そこで、高価なルテニウムの依存度の減少と中温度領域での発電特性を調べた。LiやNaを添加した試料でプロトン伝導性を評価したところ、RuとLiとPをモル比1:4:11で合成した試料は、非晶質でRuのみのリン酸塩と同等の高いイオン伝導率を示した。さらに、安価なNaを5当量添加すると最適であることがわかった。そこで、Na系材料を固体電解質に用いて燃料電池を組み立て電流-電圧特性を評価したところ、300°Cでの開回路電圧が0.97Vと高い値を示すと同時にプロトンが伝導することを明らかにした。
備考
特許:福岡 宏、窪田雄之 :「プロトン伝導体およびプロトン伝導体の製造方法」第4932774号
特許:福岡 宏、窪田雄之他:「プロトン伝導体およびその製造方法」特願2017-215920
