水素雰囲気通電下での in-situ赤外分光測定による リン酸塩ガラスの H+注入ダイナミクス評価

摘要

高いイオン伝導性を示すガラスを超イオン伝導性ガラスと呼ぶことがあり、キャリアとしてアルカリ 金属イオンや Cu~+, Ag~+イオンなどが報告されている。溶融法で作製したガラスは一般に-OH 基濃度が極めて 低く、プロトン導電率は 10~(-8) S/cm 以下と低い[1]。我々は混合アルカリ組成のリンケイ酸塩ガラスにおいて 300oC - 600oC程度の中温度領域でプロトンのみが伝導することを見出した[2]。混合アルカリ効果を利用する ことでアルカリ金属イオンの伝導性を抑制し、結果としてプロトン輸率が上昇したと考えている。重要な点 として、ガラス溶融直後のプロトン濃度は極めて低いにも関わらず上述の混合アルカリガラスは燃料電池動 作雰囲気下では 10~(-4) S/cm程度のプロトン伝導性を示す。プロトン伝導機構の詳細を明らかにするため、水素 雰囲気通電条件下で in-situ 赤外分光(FT-IR)測定が可能な独自装置を製作し、プロトン(OH 基)濃度が燃料電 池稼働条件下で上昇する、つまりガラス中に水素から解離生成したプロトンが導入され、これが伝導するこ とを昨年報告した。燃料電池の出力は電極反応速度と相関があり、プロトン注入速度とガラス組成の関係を 明らかにすることで、中温作動燃料電池の更なる性能向上に繋がる。そこで本研究では上述の in-situ FT-IR 法を用いて H+注入ダイナミクスを定量的に評価し、電気特性との関係を調べることを目的とした。