2016 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
Project/Area Number |
15K17899
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Research Institution | Kumamoto 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)
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Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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Keywords | 金属空気電池 / 正極触媒 / 繊維状複合酸化物 / 担体 |
Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、複合酸化物による繊維状担体の幾何学形状制御を目的とした新規合成法の検討により、繊維状担体の二機能性(触媒機能および電子伝導性)の性能向上に努めた。繊維状担体として用いた複合酸化物は、その幾何学形状、例えば繊維直径をナノサイズまで小さくすることで、結晶構造中の酸素欠陥濃度が増加することが想定される。酸素欠陥濃度の増加により、研究代表者が求める二機能性を有する担体としての触媒機能および電子伝導性が同時に向上しうる。触媒系の性能評価には、前年度確立した評価手法により、触媒系を構成する2材料(触媒/触媒担体)の触媒活性への寄与を切り分ける手法を用い、触媒設計指針へとフィードバックして条件の最適化を行った。繊維状担体の幾何学形状を制御するため、電気紡糸に用いる装置の独自製造・改造、前駆体溶液の組成調整および熱処理条件の最適化を行った。合わせて、高活性化要因解析として、構造解析および表面形態観察を行い、以下の知見を得た。 1.電気紡糸に用いた装置の独自製造・改造により、目標とする酸化物繊維直径10 nmまでは到達していないが、繊維平均直径を20 - 30 nmまで低減させたことを小角X線散乱による構造解析および電子顕微鏡による形態観察により確認した。類似の先行研究では、酸化物繊維直径は、最小でも50 nm程度であり、100 - 200 nm程度であるのが一般的であった。 2.酸化物繊維の前駆体溶液調製時に多様な価数をとりうる異元素を添加することで、二機能性と関連性が高い準安定相の存在割合を高められ、繊維状担体における結晶構造中の酸素欠陥濃度が増加し、準安定相が室温でも安定的に存在しうることを精密X線結晶構造解析により見出した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
繊維状酸化物の幾何学形状制御により二機能性を向上させるため、実験装置および合成条件を最適化して、繊維平均直径を20 - 30 nmまで低減させることに成功した。複合酸化物による繊維状担体の二機能性(触媒機能および電子伝導性)は未だ十分とは言えないが、性能向上の指針は得られており、概ね計画通りに進展している。
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Strategy for Future Research Activity |
繊維状酸化物の幾何学形状を単純な円柱のような繊維だけでなく、繊維内部を中空化して二機能性の性能向上へとつなげたい。更に、電子伝導性をカーボンに依存しない高耐久な触媒系とするために必要な条件の探索および合成条件最適化を進めていきたい。
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