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PDF/月刊誌論文/code:pg_1101_06 マテリアル インテグレーション 2011年1月号
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PDF/月刊誌論文/code:pg_1101_06 マテリアル インテグレーション 2011年1月号
MATERIALS INTEGRATION 21世紀,期待される新型電池と新しいイオン伝導性固体たち
イオン伝導性の高い局所ナノ領域を導入した新しいプロトン伝導性固体電解質
■著者
豊橋技術科学大学 電気・電子情報工学系 松田 厚範
■要約
本稿では,われわれが現在行っているイオン伝導性の高いナノ領域を局所的に導入した新しいプロトン伝導性固体電解質作製の取り組みについて紹介する.高イオン伝導相の設計と局所導入は,「イオンコンプレックス超薄膜構造」,「欠陥構造・水素結合ネットワーク」,および「ガラスの分相によってもたらされる極性構造」を利用して実現することができる.まず,交互積層法を用いて形成されるプロトン伝導性超薄膜では,イオンコンプレックスを形成した数ナノメートルオーダーの薄膜がプロトンの高伝導相として機能する.これを設計し,連通させることによって,極めて少量のイオン伝導物質であっても,高いプロトン伝導性を実現することができる.また,メカニカルミリングによって固体酸を複合化する場合には,機械的エネルギーの付与による欠陥生成,イオン交換と水素結合ネットワークの形成が無加湿中温領域におけるプロトン伝導に重要な役割を果たす.プロトンダイナミクスの評価結果から,欠陥生成とイオン交換によって実現したプロトン濃度の高い複合ナノ領域が高速プロトンダイナミックスを支配していることが明らかとなっている.さらに,ホウケイ酸塩系ガラスの分相では,スピノーダル分解によってもたらされるナノメートルオーダーの高極性Na2O-B2O3相がイオン伝導パスとして有効に機能する.リン酸塩をベースとした分相ガラスは,300〜600℃程度の温度域で動作可能な新しい燃料電池への応用が期待されている.
