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2015 Fiscal Year Research-status Report

脱カーボン高耐久複合酸化物による白金代替電極触媒の創製および機能解析

Research Project

Project/Area Number 15K17899
Research InstitutionKumamoto Industrial Research Institute

Principal Investigator

大城 善郎  熊本県産業技術センター(ものづくり室、材料・地域資源室、食品加工室), その他部局等, 研究主任 (00636277)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords金属空気電池 / 白金代替 / 正極 / カソード / 触媒
Outline of Annual Research Achievements

本年度は、金属空気電池用白金代替正極触媒として、研究代表者らが開発したナノジルコニア触媒(Zr-CNO)系のアルカリ電解質中における酸素還元反応メカニズムの解明に注力した。酸素還元反応メカニズム解析には、回転リング・ディスク電極を用い、Damjanovicモデルを適用して解析を行った。本触媒系は高活性ナノジルコニア触媒と触媒担体材料の2つで構成される。触媒担体には、二機能性(触媒機能および電子伝導性)を同時付与するため、本触媒系での反応メカニズムの解明には、酸素還元反応(Oxygen Reduction Reaction, ORR)活性への寄与を切り分ける必要がある。そこで、同一触媒を用いて、フッ酸処理により担体上に高分散担持したナノジルコニア触媒のみを除去した触媒とフッ酸未処理触媒とを比較して活性点推定および酸素還元反応メカニズム解析を行い、以下の知見を得た。
1.フッ酸処理した触媒のORR触媒活性が著しく低下することがわかった。また、フッ酸処理によりZr-CNO触媒を構成する触媒担体へのダメージを最小限にナノジルコニア触媒を除去できたことを数種の物理化学的分析により確認した。
2.フッ酸処理した触媒に比べて、フッ酸未処理触媒は2電子還元反応(酸素から中間生成物までの還元反応)より4電子還元反応(酸素から水への直接的な還元反応)の比率がORR開始電位近傍で顕著に高くなることがわかった。
以上より、ORR開始電位近傍での酸素還元反応は、ナノジルコニア触媒による4電子還元が支配的である可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

Damjanovicモデルを適用した回転リング・ディスク電極による酸素還元反応メカニズム解析により、Zr-CNO触媒系を構成する2材料(ナノジルコニア触媒/触媒担体)のORR活性への寄与を切り分けることに成功した。ORR活性向上の指針が得られており、概ね計画通りに進展している。

Strategy for Future Research Activity

酸素還元反応メカニズムの解析時に用いたDamjanovicモデルには、幾つかの仮定が存在する。本研究で創製する酸化物触媒系に対して、その仮定が妥当であるかを定量的に判断する。確立した酸素還元反応メカニズム解析手法を基に脱カーボン高耐久複合酸化物による白金代替電極触媒の探索および条件最適化を進める。

  • Research Products

    (1 results)

All 2015

All Presentation (1 results)

  • [Presentation] 金属空気電池用4族酸化物系カソード触媒の高活性化2015

    • Author(s)
      大城善郎, 石原顕光, 永岡昭二, 太田健一郎
    • Organizer
      第56回電池討論会
    • Place of Presentation
      愛知県産業労働センターウインクあいち
    • Year and Date
      2015-11-11

URL: 

Published: 2017-01-06  

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