2017 Fiscal Year Annual Research Report
固体高分子形燃料電池に用いる電極触媒のオペランドTEM観察による劣化機構解明
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16H04528
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| Research Institution | Japan Automobile Research Institute |
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Principal Investigator |
清水 貴弘 一般財団法人日本自動車研究所, FC・EV研究部, 研究員 (90409657)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 電極触媒 / 透過電子顕微鏡 / ナノ材料 / 燃料電池 / Ex situ TEM観察 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、これまで不可能だった固体高分子形燃料電池（PEFC）作動中の電極触媒の構造変化を可視化し、詳細な劣化メカニズムを明らかにすることを目的とする。
平成29年度は、オペランドTEM観察において現時点の技術で対応可能な反応ガスの圧力や湿度を実際の評価試験条件にさらに近づけた状態での劣化メカニズム解析を実現するため、反応ガスを大気圧、加湿条件とし、MEAの電気化学的特性と触媒層の構造変化の関連をEx situ TEM観察により解析することを試みた。本研究ではPEFC作動温度付近においてアノード・カソードともに加湿窒素ガス中で実施した電位サイクル試験前後のMEAについて、同一試料・同一視野のTEM観察を行った。
(1) MEA-TEMホルダを使用したMEAについて、試料反応装置を用いて温度・湿度を制御した状態でCV測定を行うことにより、MEAの電気化学的なPt有効表面積を算出した。この値は単セルを用いて測定したものと同程度となった。
(2) 電位サイクル試験では、MEA-TEMホルダに取り付けた観察試料を用いて、実際の作動条件に近い温度・湿度・ガス圧力で起動停止・負荷応答を模擬する試験が可能となった。一例として、温度91～92℃、ガス露点78℃、1 atmで実施した電位サイクル試験後にはPt有効表面積が減少したことを確認した。以上により、カーボン担体の劣化、Ptナノ粒子の粗大化等、単セルで実施した試験と同様のMEA触媒層の劣化現象を電気化学測定とTEM観察から解析可能であることが実証された。
本研究では、同一試料・同一視野のTEM観察を実現したことから、触媒層のうち、劣化が進行しやすい部位を特定することが可能となった。
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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
MEA-TEMホルダを用いたEx situ TEM観察により、PEFCが作動している状態での電極触媒の構造変化を模擬する要素技術が確立できたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
オペランドTEM観察技術とEx situ TEM観察技術の組み合わせにより、PEFC作動中に電極触媒が置かれる環境により近い条件での構造変化解析を継続する。
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