FACULTY OF SCIENCE AND ENGINEERING, GRADUATE SCHOOL OF ENGINEERING, IWATE UNIVERSITY

化学・生命理工学科 化学コース

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次世代燃料電池を実現する低白金電極触媒の開発

応用電気化学研究室竹口竜弥教授の研究が、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の大型研究プロジェクトである固体高分子形燃料電池利用高度化技術開発事業に採択されました。

固体高分子形燃料電池利用高度化技術開発事業/普及拡大化基盤技術開発」では、自動車用燃料電池として2025年度(平成37年度)以降の大量普及期の実用化を見据え、2019年度(平成31年度)末において、出力密度×耐久時間×1/(単位出力あたりの貴金属使用量)として現行の10倍以上を実現するための要素技術を確立することを目的とする。
市販触媒に用いられている炭素(KB800)の表面積は800 m2/gでメソ細孔体積は1.0 cm3/gであった。高比表面積炭素(KB1600)の表面積は1600 m2/gでメソ細孔体積は2.4 cm3/gであり、メソ細孔がよく発達していた。Rapid quenching法により、これらの炭素を用いてPt-Ru触媒を合成した。これらの触媒のTEM写真と粒径分布を図1に示す。PtRu1.3/KB1600触媒のPt-Ru粒子の平均粒径は2.8 nmで、市販触媒c-Pt2Ru3/KB800の平均粒径3.5 nmよりも小さかった。また、PtRu1.3/KB1600でのPt-Ru粒径分布の標準偏差は0.8 nmで、c-Pt2Ru3/KB800の1.2 nmよりも小さい。KB1600を用いることで、粒径が小さく均一なPt-Ru粒子が調製できるようになった。


 炭素担体、Pt-Ru組成の異なるPt-Ru触媒のPt配位数の比較を表1に示す。PtRu1.3/KB1600におけるPt-Ru結合の比率が最も多く、組成からの計算値とよく一致した。これは、Pt-Ruがよく合金化してPtとRuがランダムに分散していることを示唆している。2000 ppmのCOを共存させた時空間分解X線吸収微細構造(BL36XU)測定でのCO共存下での時間の経過とともにc-Pt2Ru3/KB800のPt-Ru結合比率の減少とPt-Pt結合比率の増加が観測された。Pt-Ru活性点の減少とPt-Ruの粒子成長がおこっていると考えられる。炭素担体あるいはPtRu組成の異なるPt-Ru触媒のCO耐性の評価結果を図2に示す。PtRu1.3/KB1600のCO耐性は、c-Pt2Ru3/KB800よりもかなり高かった。Pt-Ru結合比率とCO耐性の間にはよい相関があり、合金化度が高いほどCO耐性が高くなることがわかった。



研究資金名:NEDO 固体高分子形燃料電池利用高度化技術開発事業/普及拡大化基盤技術開発/セルスタックに関わる材料コンセプト創出(高出力・高耐久・高効率燃料電池材料のコンセプト創出)
プロジェクト名:Ptの分布を制御した不純物・酸化耐性合金触媒の開発とその作用・劣化機構の解明

私が触媒合成をしました

 稲葉 健太 君 (五所川原高等学校 卒)
 主濱 亮子 さん (宮城野高等学校 卒)
 大学院博士前期課程 フロンティア材料機能工学専攻
 応用電気化学研究室

家庭用燃料電池システム(エネファーム)用触媒を研究室で合成し、最先端の大型放射光施設SPring-8で構造解析を行いました。他大学の先生や学生と交流しながら研究を進めています。


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