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Innovation Japan 2020 ~大学見本市 Online
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大阪工業大学 工学部 応用化学科
松田 泰明 特任講師
高効率発電を可能にする燃料電池材料の創成
出展番号E-20
Osaka Institute of Technology Lecturer Yasuaki Matsuda
Proton solid electrolytes for fuel cells operating at medium temperature
持続可能な開発目標(SDGs)
すべての人々に手ごろで信頼でき、持続可能かつ近代的なエネルギーへのアクセスを確保する
展示概要

技術概要

車載用途や家庭用定置型といった市場の拡大が見込まれる燃料電池のための新規プロトン固体電解質です。発電に適した150-200℃を含む室温-500℃の広域温度帯で作動し、電池の用途に応じた作動温度の設定が可能となります。本材料は、不燃性のセラミックスの結晶中にトンネル型のプロトンの高速移動経を構築し、耐熱性と高プロトン導電性を両立しています。作動に多量の加湿が不要で、耐酸化に優れます。冷却機構不要による電池システムの簡略化が見込まれます。安価な原料から簡便や手法で合成可能で合成コスト減も可能です。

想定される活用例

・中温度域(100-300度付近)で作動する燃料電池
・冷却機構不要による燃料電池システムの簡略化
・耐酸化性に優れ、水分子が通過可能なサイズのトンネルを有する固体酸触媒
・プロトンセンサ

 

展示のみどころ

室温から300度の広い温度域で実用レベルのプロトン導電特性(10-3 Scm)を示す新材料です。セラミックスなので、ナフィオン膜や有機-無機複合材料よりも高温での作動が可能です。ペロブスカイト型などの既存のセラミックス材料が作動困難な500度以下での利用が可能です。セラミックスの結晶構造に立脚した機能解明と物質設計を行っており、プロトン導電率の向上や作動温度域の拡大(500度)が見込まれます。

X線と中性子線回折測定から決定したトンネル型リン酸塩の結晶構造

プロトン導電体として独自な構造をもつ.水素結合を含まない強固な結合により形成された骨格中にプロトンの拡散経路を構築.結晶水は配位結合により高温まで保持.

求められる電池の性能と開発した材料の熱的、電気化学的特性

発電効率に優れる150-200℃を含む広域温度帯(a)で高プロトン導電率を発現(b).500℃保持後もトンネル型構造を維持(c).

 
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