固体酸化物燃料電池（SOFC）は燃料電池の中で最も発電効率が高く、地球温暖化抑制技術として注目を集めている。SOFCには様々な種類があるが、出力密度や燃料利用率が高いものとしてプロトン伝導型SOFCが知られている。2つの電極は電解質で隔てられており、電解質での水素イオンの移動は電池性能に大きく影響する。
ヒドロニウムイオンやスルホン酸、リン酸基などの水素イオン供与体が高濃度に存在する環境下では、酸-酸相互作用を介して水素イオンが伝導する「パックド酸機構」が提案されている。これは水素イオン供与体同士の距離が近く、直接水素結合が形成された場合にのみ起こるとされていたが、大橋准教授らの研究により距離が離れていても複数の水素結合を介して間接的に相互作用できることが明らかになった。
本研究成果は、上記の燃料電池材料の開発に活かされる他、タンパク質内の水素イオン経路の酸塩基配置を解明する可能性があるなど、エンジニアリングからサイエンスまで様々な分野の研究に貢献することが期待される。
Solid oxide fuel cells (SOFCs) have the highest power generation efficiency among fuel cells, and are attracting attention as a technology to reduce global warming. There are various types of SOFCs, but proton-conducting SOFCs are known for their high power density and fuel utilization. The two electrodes are separated by an electrolyte, and the movement of hydrogen ions in the electrolyte has a significant impact on the battery performance. The two electrodes are separated by an electrolyte, and the movement of hydrogen ions in the electrolyte has a significant effect on the battery performance.
In the presence of high concentrations of hydrogen ion donors such as hydronium ions, sulfonic acids, and phosphate groups, a “packed acid mechanism” has been proposed in which hydrogen ions are conducted through acid-acid interactions. This was believed to occur only when the hydrogen ion donors are close to each other and direct hydrogen bonds are formed, but the present study (Takaya, Ohashi, et al., 2019) has revealed that even if the distance is great, they can interact indirectly through multiple hydrogen bonds.
The results are expected to contribute to research in various fields, such as the development of the fuel cell materials mentioned above and the possibility of elucidating the acid-base configuration of the hydrogen ion pathway in proteins.
Text by 文責：大学院生 N.S. Graduate student.
REFERENCE: doi.org/10.1016/j.cplett.2019.136627. Ogawa Takaya, Hidenori Ohashi（大橋 秀伯）, Takanori Tamaki, Takeo Yamaguchi, Chemical Physics Letters (2019)