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原子スケール反応・輸送論に基づく脱白金次世代PEFC用合金触媒の開発

Research Project

Project/Area Number 15656055
Research Category

Grant-in-Aid for Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Thermal engineering
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

岡崎 健  東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (20124729)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 伏信 一慶  東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (50280996)
野崎 智洋  東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (90283283)
Project Period (FY) 2003 – 2004
Project Status Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help
¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Fiscal Year 2003: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Keywords固体高分子形燃料電池 / カソード / 触媒 / 合金 / 第一原理計算 / UBI-OEP法 / 活性評価 / 活性試験
Research Abstract

本研究の目的は、脱白金・高効率のPEFCカソード触媒合金開発に繋がる知見を得ることにある。現在広く用いられている白金を触媒に使用し続ける限り、その価格・埋蔵量の点から、PEFC大量導入に対するネックとなることは必至である。このような背景の基、Pt-3d遷移金属元素合金触媒が有望視されているが、カソード触媒表面での酸素還元反応の機構・反応パス・律速過程など全く明確でなく、理想的な触媒開発のための指針が得られておらず、従って、触媒開発の方向性が闇雲に多種多様の組成を試す、という段階にある。脱白金・高効率の合金触媒開発のための理論的バックボーン、ならびにその証左を得ることが喫緊の課題である。
以上のような背景の基、本研究では、活性試験と表面反応の理論解析により、Pt-3d遷移金属元素合金触媒の高活性発現メカニズムの解明を目指し、高効率触媒開発につながる知見を得ることを目的とする。
昨年度の実績をふまえ、本年度は回転リングディスク電極を用いたスパッタ触媒の活性評価を行った。特に、従来、反応電流で活性評価を行っていたが、今年度は反応電流密度による評価も実施するために、CVからPt-Cu,Pt-Fe,Pt-Niの3種類の合金触媒を重点的にその表面積の評価をおこなった。この結果を基に純Ptとの比較を行った結果からも、Pt-Cuが最も高い活性を示すことが明らかになった。一方、理論面では昨年度より、第一原理的に得られる吸着エネルギーを利用して、活性化エネルギーを評価できる手法としてUBI-QEP法に着目した検討を行い、Pt表面での被覆率の違いによる活性化エネルギーの違いなどを明らかにしている。

Report

(2 results)
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2005 2004 Other

All Journal Article (4 results) Publications (5 results)

  • [Journal Article] SURFACE ELECTRONIC/ATOMIC STRUCTURE AND REACTIVITY ENHANCEMENT OF ALLOY CATALYST FOR PEFC CATHODE2005

    • Author(s)
      Okazaki, Koiwa, Fushinobu, Uchimoto
    • Journal Title

      Proc.6^<th> KSME-JSME Thermal and Fluids Engineering Conference (発表決定)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] PEFCカソード用合金触媒の電気化学的特性と反応活性向上2005

    • Author(s)
      小岩, 伏信, 内本, 岡崎
    • Journal Title

      第42回日本伝熱シンポジウム講演論文集 (掲載決定)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] PEFCカソード用合金触媒表面の電子状態・原子構造と反応活性2004

    • Author(s)
      岡崎, 伏信, 内本, 小岩, 国分
    • Journal Title

      第41回日本伝熱シンポジウム講演論文集

      Pages: 469-470

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Reaction mechanisms on the Pt-based cathode catalyst of PEFCs-QMD and XAFS analyses for atomic and electronic structures-2004

    • Author(s)
      Okazaki, Kokubu, Fushinobu, Uchimoto
    • Journal Title

      Proc.15^<th> World Hydeogen Energy Conference (CD-ROM)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Publications] 岡崎, 陣内, 国分: "固体高分子形燃料電池用カソード触媒上における界面反応素過程の解明と高活性合金触媒の開発"第40回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 243-244 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] Okazaki, Jinnouchi, Kokubu: "Quantum molecular dynamics study for novel PEMFC alloy catalyst"2003 Fuel Cell Seminar Abst. 212-215 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 岡崎, 伏信, 内本, 陣内, 国分: "固体高分子型燃料電池カソード触媒の反応機構-脱白金・高活性合金触媒の高機能発現メカニズム-"日本機械学会熱工学コンファレンス2003講演論文集. 15-16 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] Okazaki: "QMD and XAFS Analyses of Atomic and Electronic Structures on the Pt-based Cathode Catalyst of PEFC (Keynote lecture)"Proc.1st Int.Symp.Micro and Nano Technology. (掲載決定). (2004)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 岡崎, 伏信, 内本, 小岩, 国分: "PEFCカソード用合金触媒表面の電子状態・原子構造と反応活性"第41回日本伝熱シンポジウム講演論文集. (発表決定). (2004)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report

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Published: 2003-04-01   Modified: 2016-04-21  

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