京大ら，水素イオンを伝導するガラスを合成

京都大学，デンソー，JEOL RESONANCEの研究グループは，湿度ゼロ，120℃の環境において高い性能を示す電解質材料の合成に成功した（ニュースリリース）。

酸素ガス（O₂）と水素ガス（H₂）を燃料とする燃料電池は，水のみを排出するため，クリーンなエネルギー源と言われ，その用途が広がっている。

そのひとつが車であり，近年では燃料電池を搭載した車が国内外で発売されている。車載用の燃料電池のさらなる普及のためには，電池を構成する材料の高性能化が必要となる。

例えば，電解質と呼ばれる材料では，①固体中で水素イオン（H⁺）のみを高速で輸送・伝導でき，②柔らかく，電極と接合しやすいことが求められる。

この性能が，湿度ゼロ，かつ120～160℃の温度範囲で実現できれば，燃料電池の効率向上やプラチナなどの貴金属触媒の使用量の低減，車体のコンパクト化など多くのメリットを生み出すことができる。

この研究では，電解質の課題解決のため，金属イオンと分子が交互に連結された「配位高分子ガラス」を合成し，電解質の課題解決に取り組んだ。これまでの有機ポリマー膜の多くは，十分に水分を与えないと電解質として機能しなかったが，配位高分子ガラスは，加湿しなくても高い水素イオン伝導性能をもち，また，固体でありながら柔らかい材料となる。

今回は，水素イオンを多く持つリン酸（H₃PO₄）同士を金属イオン（Zn²⁺）でつなぎネットワーク化させ，さらに，結晶化を抑制するアンモニウムイオンを同時に入れることで，配位高分子ガラスを合成した。

放射光X線や固体核磁気共鳴（NMR）測定によって構造解析したところ，金属イオンとリン酸が大きなネットワークを作り，さらにそのネットワークがダイナミックに動くことによって，水素イオンのみを伝導する機構を持つことが確認できた。

また，燃料電池を作成し，湿度ゼロ・120℃の環境において電気出力特性を評価したところ，電極面積1cm²の燃料電池セルにて最大出力密度 150mW/cm²の性能を示した。

今回合成した配位高分子ガラスは，ガラスを形成する金属イオンや，分子の種類をより幅広く検討することによって，燃料電池の性能向上，特に車載に求められる環境での用途展開につながるとしている。