次世代燃料電池ITFCを実現する電極反応の全貌解明とその高速化

彻底阐明实现下一代燃料电池ITFC及其加速的电极反应

基本信息

批准号：
21H04607
负责人：
小俣孝久
金额：
$ 27.87万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04607/
关键词：
混合伝導体プロトン伝導体燃料電池空気極材料

项目摘要

各種評価の信頼性向上のため、ガラス電解質上へのWO3薄膜の堆積方法を検討し、その方法を確立した。クロノアンペロメトリー測定の結果、焼結体で生じるWO3/電解質界面のプロトン拡散の阻害層が薄膜では生じず、清浄面の接合によりプロトン移動のスムーズなWO3/電解質界面となることを明らかとした。（１）気体分子の吸着および解離現象の巨視的な評価解析(1-a) 昇温脱離分析による吸着気体の定性および定量分析：各種面積のWO3薄膜を用意し、昇温脱離ガス分析の条件を検討し、その方法を決定した。Ca-doped WO3の薄膜試料の作製条件を検討した。(1-b) 水素および酸素の表面交換反応速度の評価・解析：薄膜での水素の深さプロファイルの評価に必要な膜厚を検討した。(1-c) インピーダンス解析による電極抵抗の評価・解析：WO3薄膜を電解質ガラス上に成膜する方法を確立し、WO3薄膜のプロトン伝導度を明らかにした。その結果、WO3薄膜/電解質ガラス界面にはプロトン輸送を妨げる界面層が生じず、良好にプロトンが輸送されることを明らかとした。（２）気体分子の吸着および解離現象の微視的な評価解析(2-a) ラマン分光法による吸着酸素とWO3酸化物表面の化学状態解析：雰囲気調整加熱ステージを使用して薄膜での吸着酸素の検出を試みた。(2-b) X線光電子分光法による吸着気体分子と電極材料の電子状態の評価解析： WO3薄膜での電子状態評価の可否を検討し、薄膜でもバルクと同様な情報の取得が可能であることを明らかとした。（３）電極反応を高速化する新たな混合伝導体材料の探索：WO3での知見に基づき、新たなプロトン-n型電子混合伝導体の探索を開始に着手した。いくつかのn型酸化物半導体で、水素の溶解、溶解した水素のイオン化による電子キャリアと格子間プロトンの生成、結晶中でのプロトンの拡散の観測に成功した。

为了提高各种评价的可靠性，我们研究了在玻璃电解质上沉积WO3薄膜的方法并建立了该方法。计时电流分析法测量的结果表明，在烧结体中出现的WO3/电解质界面上抑制质子扩散的层在薄膜中没有出现，并且清洁表面的结合形成了具有平滑质子转移的WO3/电解质界面。。 (1)气体分子吸附解离现象的宏观评价与分析 (1-a)程序升温脱附分析对吸附气体的定性定量分析：制备各面积的WO3薄膜，进行程序升温脱附气体分析。我们考虑了条件并决定了方法。我们研究了Ca掺杂WO3薄膜样品的制备条件。 (1-b)氢和氧的表面交换反应速率的评估和分析：我们研究了评估薄膜中氢的深度分布所需的膜厚度。 (1-c)使用阻抗分析评估和分析电极电阻：我们建立了在电解质玻璃上形成WO 3 薄膜的方法，并阐明了WO 3 薄膜的质子传导性。结果表明，在WO 3 薄膜/电解质玻璃界面处没有形成阻碍质子传输的界面层，并且质子传输良好。 (2) 气体分子的吸附和解离现象的微观评价和分析 (2-a) 通过拉曼光谱分析吸附氧和 WO3 氧化物表面的化学状态：使用气氛控制加热台进行薄膜吸附尝试检测氧气。 (2-b) 利用X射线光电子能谱评估和分析吸附气体分子和电极材料的电子态：我们研究了是否可以评估WO3薄膜的电子态，并且可以获得薄膜的信息与散装的信息相同。 (3)寻找加速电极反应的新型混合导体材料：基于WO3的研究结果，我们开始寻找新型质子-n型电子混合导体。在几种n型氧化物半导体中，我们成功地观察到氢的溶解、溶解氢的电离产生电子载流子和间隙质子以及质子在晶体中的扩散。

项目成果

期刊论文数量（13）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Anhydrous Silicophosphoric Acid Glass: Thermal Properties and Proton Conductivity

无水硅磷酸玻璃：热性能和质子传导率

DOI：
10.1002/cphc.202100840
发表时间：
2021
期刊：
ChemPhysChem
影响因子：
2.9
作者：
Omata Takahisa;Sharma Aman;Suzuki Issei;Ishiyama Tomohiro;Kohara Shinji;Ohara Koji;Ono Madoka;Ren Yang;Zagarzusem Khurelbaatar;Fujioka Masaya;Zhao Gaoyang;Nishii Junji
通讯作者：
Nishii Junji

Proton conductivity and thermal stability of anhydrous silico- and germano-phosphoric acid glasses

无水硅磷酸和锗磷酸玻璃的质子电导率和热稳定性