希土類元素含有ガラス中のプロトンキャリアの超安定化；中温域燃料電池の新展開
【研究分野】無機材料・物性
【研究キーワード】
酸化物 / ガラス / イオン / イオン伝導 / プロトン / プロトン伝導 / 結晶化 / 分相 / 燃料電池 / 希土類元素 / アルカリイオン
【研究成果の概要】
250～500℃の中温域で作動する燃料電池(中温域 FC)に搭載可能な高いプロトン伝導度を示す電解質の開発を目指した。ガラス中のアルカリイオンをプロトンに置換する独自の手法(APS法)を用い、これまで検討してきた希土類元素含有リン酸塩ガラスの組成の絞り込みと、高いプロトン伝導度の長時間維持の2つの課題に取り組んだ。その結果、310℃で0.002S/cmの伝導度を500時間維持できたが、その後は分相、結晶化が進行し、伝導度が低下した。一方、四重極型質量分析法で見積もったガラスからの水分子の離脱温度は450℃以上であったことから、更なる組成改良による伝導特性の向上が期待される。
【研究の社会的意義】
従来、電解質としてのガラスは結晶材料に比べて劣ると認識されてきたが、申請者らは独自に開発したプロトン導入法により、これを覆す成果を得ており、本研究はその基礎をなすものである。本研究の実施によって得られる プロトン伝導体は、中温域燃料電池の実現だけでなく水蒸気電解や水素分離へも応用可能であり、その効果はエネルギー関連技術全体へと波及する。本研究の成果は、エネルギーシステム構築に必要な基盤技術とそれを支える基礎科学に大きな進展をもたらし、学術上はもちろんのこと、エネルギー問題に直面する社会の未来に対しても有益な礎を築くことが期待される。
【研究代表者】