プロトン伝導性材料の基礎・開発状況と応用展開

第1部 中・低温型プロトン伝導体とPEFCへの応用

(2014年6月6日 10:30-13:00)

　本講演では、まずイオン伝導体の基礎、燃料電池の種類について説明する。次に、ゾル-ゲル法、交互積層法、メカニカルミリング法によるプロトン伝導体の作製について述べる。室温から200℃程度の中温・低温において、高い導電率を示すプロトン伝導体の構造と特性を示す。また、これらのプロトン伝導体をベースとする無機有機コンポジット電解質膜の作製と中温無加湿発電評価についてわれわれの研究成果を中心に詳しく紹介する。

1. 超イオン伝導体の構造的特徴
   1. 固体中の電気伝導
   2. 超イオン伝導体の種類と構造的特徴
      1. 安定化ジルコニア (CaxZr1-xO2-x) :欠陥構造
      2. β-アルミナ ( Na2O-Al2O3 ) :層状構造
      3. α-ヨウ化銀 ( α-AgI ) :平均構造
      4. 非晶質・ガラス ( Li2S-SiS2 ) :開放構造
2. プロトン伝導体の種類
   1. 水系 (加湿状態で動作する系)
   2. 非水系 (無加湿状態で動作する系)
   3. 構造中にプロトンを含まない系
3. ゾル-ゲル法によるプロトン伝導体の作製
   1. 細孔を利用したプロトン伝導体の設計
   2. ホスホシリケートゲルの作製と特性
   3. ホスホシリケートゲルを含む無機有機コンポジット電解質膜
4. 交互積層法によるプロトン伝導体
   1. 界面制御によるプロトン伝導体の設計
   2. 表面修飾無機有機ハイブリッド粒子をコアとする電解質膜
5. メカニカルミリング法によるプロトン伝導体の作製
   1. 固体酸のメカノケミカル複合化
   2. NMRによるプロトンダイナミクス解析
   3. 水素結合距離と無加湿プロトン伝導性
6. 次世代型・中温無加湿燃料電池への応用
   1. PEFCの動作原理
   2. 各燃料電池の使用温度領域と想定発電出力
   3. 中温無加湿燃料電池
   4. リン酸ドープポリベンゾイミダゾール
   5. 無機固体酸を含むコンポジット電解質膜
   6. 中温・無加湿連続発電特性
7. まとめ
• 質疑応答・名刺交換

第2部 高温型プロトン伝導体とSOFCへの応用

(2014年6月6日 13:30-16:00)

本講演では、高温型プロトン伝導体の基礎ならびに高温型プロトン伝導体を用いた燃料電池について概説する。前者では、高温型プロトン伝導体におけるプロトン伝導性の発現メカニズムならびにその特性評価方法について解説する。後者では、固体イオン伝導体を用いた燃料電池の動作原理について説明した後、実際にプロトン伝導体をSOFCに用いた例について紹介すると共に、想定される各種課題について述べる。

1. 高温型プロトン伝導体の基礎
   1. 固体イオン伝導体
   2. 高温型プロトン伝導体における欠陥構造とプロトン溶解
   3. 高温型プロトン伝導体におけるイオン・電子の移動
   4. 典型的な高温プロトン伝導体
      1. ペロブスカイト型酸化物
      2. ペロブスカイト型酸化物以外の酸化物
      3. 酸素酸塩
2. 高温型プロトン伝導体の作製と評価
   1. 高温型プロトン伝導体の作製方法
   2. 高温型プロトン伝導体の物性評価手法
      1. バルク・粒界の導電率
      2. プロトン輸率
      3. プロトン溶解量
3. 固体イオン伝導体を用いた燃料電池の動作原理
   1. 固体イオン伝導体を扱うための熱力学・イオン輸送の理論
   2. 固体酸化物形燃料電池 (SOFC) の起電力
   3. SOFCにおける電極過電圧の考え方
   4. 他の燃料電池との類似点と相違点
4. 高温型プロトン伝導体を用いた燃料電池
   1. 燃料電池用電解質としての高温型プロトン伝導体
   2. 高温型プロトン伝導体を用いたSOFCの構成と性能
   3. 高温型プロトン伝導体上での電極反応
   4. 高温型プロトン伝導体を用いたSOFCに想定される課題
5. まとめ
• 質疑応答・名刺交換