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ビジョン
カーボンニュートラルへ向けて、CO2還元や水素製造で注目されている高温水蒸気電解や燃料電池の作動温度400 ℃以下を可能とする従来のプロトン伝導体設計の延長線上にない新しいのプロトン伝導体設計を提案し研究を行っています。
当提案は、酸水酸化物が持つ水酸化物イオン（電荷担体としてはプロトン）と、酸化物イオンの伝導を複合させた新規プロトン伝導体の電解質材料等としての研究開発の提案です。
先行研究では600 ℃以上まで水酸化物イオンを結晶中に保持可能な化合物を発見し、また、400 ℃以下で従来のプロトン伝導材料よりも高い電気伝導率を示す面白い材料を発見しています。
最終用途例
APPLICATION
カーボンニュートラルへ向けて、CO2還元や水素製造で注目されている水蒸気電解や燃料電池の低温作動化を可能とする新しい電解質および電極材料の研究開発への展開を期待しています。
強み
高熱耐久性酸水酸化物の合成には従来の室温付近の飽和水蒸気圧では不十分であるため、独自に高濃度水蒸気炉を開発した。本装置は高温状態の炉内に直接水を一定速度で導入することにより、20 ℃の飽和水蒸気 (2.4 vol%) と比較して最大で約40倍に相当する100 vol%条件下での反応が可能としました。
テクノロジー
固体化学分野において、結晶中の水の脱離温度は水の沸点よりも高くなることが知られています。近年の研究では、結晶中に水を内包する酸水酸化物の研究が進められています。
申請者が独自に開発した酸水酸化物は中高温度域まで水酸化物イオンを保持する特性から、さまざまな熱安定性をもつ酸水酸化物を開発し、結晶中の水酸化物イオンの構造と熱安定性の要因を解明し、機能を開拓を目指します。
先行研究では600 ℃以上まで水酸化物イオンを結晶中に保持可能な化合物を発見し、また、400 ℃以下で従来のプロトン伝導材料よりも高い電気伝導率を示す材料を発見しています。
共同研究仮説
追従できない独自のプロセスを用いた反応により、高い熱安定性を有する物質群の合成に成功しました。この特徴を生かした電解質および電極への応用が期待されるが、耐久性や構成元素や合成および実用コストの観点から、実装可能な材料への展開には産業的観点からの示唆を基にした応用研究開発が必須であると考えます。
研究者
関連論文
①酸水酸化物の組成分析
Journal of the Ceramic Society of Japan 127, 777-784 (2019).
DOI: 10.2109/jcersj2.19130
➁TG-GC
リガクジャーナル 51 (2), 1-5 (2020).
③プロトン伝導性酸水酸化物のFT-IR（1）
Journal of Solid State Chemistry 308, 122913/1-122913/6 (2022).
DOI: 10.1016/j.jssc.2022.122913
④プロトン伝導性酸水酸化物のFT-IR（2）
Journal of Solid State Chemistry 124026 (2023).
DOI: 10.1016/j.jssc.2023.124026
機能性セラミックス研究室
http://apchem2.kanagawa-u.ac.jp/motohashilab/index.html
