2016 Fiscal Year Annual Research Report
リン化物を用いた新規電極触媒および電極反応場形成とエネルギー変換デバイスへの応用
| Project/Area Number |
16H04563
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
菊地 隆司 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40325486)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 燃料電池 / 電極触媒 / 金属リン化物 / 無機酸素酸塩 / 燃料多様化 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
金属リン化物は、水素化脱硫や水素化脱硝、水素化脱酸素触媒として、水素を解離し水素化物を与える反応において高い選択性と活性を示し、世界的な規模で研究が進展している。また、リン化物の物性として、電気伝導や伝熱特性がよく、固く化学的にも熱的にも安定性が高いことが知られている。このような触媒作用と物性から、本研究では、中温作動型燃料電池の電極としての、金属リン化物の可能性について検討を行っている。本研究では遷移金属としてNi、Co、Fe、W、Moを用いて種々のリン化物を作製し、それらの中温作動型燃料電池のアノード材料としての可能性を検討した。
リン化物は水素還元法により調製した。目的元素の硝酸塩と(NH4)2HPO4を混合した後、空気中で焼成し、リン酸塩MPO4 (M = Ni, Co, Fe, W, Mo) とした後、所定の温度まで水素気流中で昇温還元することでリン化物を得た。調製したリン化物とCsH2PO4をモル比1:1で混合した混合物をカーボンペーパーでろ過し、これを電解質に転写してホットプレスをかけることでアノードとした。カソードには市販のPt/Cを、電解質にはモル比2:1で混合したCsH2PO4/SiP2O7を用いた。発電試験は、220℃でアノードおよびカソードの両極にそれぞれ30%加湿のH2ガスと30%加湿のO2ガスを供給し、端子電圧が開回路電圧から0.5 Vの間で電流-電圧特性を評価した。この結果、検討した中では、WとMoのリン化物が高い性能を示し、サイクリックボルタンメトリーから求めた電気化学表面積当たりの電流値を比較すると、MoPが市販のPt/Cを上回る性能を示すことが分かった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
初年度は、種々の金属リン化物を調製し、中温作動型燃料電池の燃料極としての特性の評価を主な目的としていた。電気化学測定のサイクリックボルタンメトリーにより、電気化学的に活性な電極表面積の評価を行い、MoPを電極触媒としたときに、活性な電気化学表面積当たりの活性を比較すると、市販のPt/CBを上回る性能を示すことを見出し、次年度の研究計画の、カーボン担持リン化物触媒の調製について、現状取り組んでいる。また、金属源の出発塩を変えることにより、低温焼成を可能とし、リン化物調製法の改良による電極触媒表面積の高表面積化にすでに着手している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
現状では、220℃の温度で燃料電池性能の評価を行っている。さらに高温で燃料電池を作動させることができれば、不純物の吸着力が弱まり、かつ反応速度が高くなることから、被毒耐性が向上することが期待できる。また、遷移金属よりも貴金属の方がリン化物の耐熱性が高い。これらより、貴金属のリン化物を用いた燃料極の性能評価、特に耐熱性に重点を置いて、評価を行う。電極の評価の結果、電極内の三次元構造が良好に形成されていないことから、多孔質電極調製方法として、繊維状のカーボンを電極に添加してガス拡散性の向上を検討する。最終的に十分な発電性能を示す電極を調製したあと、硫化水素などの不純物ガスに対する耐性の評価を行う。なお、通常の低温型の燃料電池では被毒物質となる一酸化炭素に対しては、すでに耐性があることを実験的に評価しており、リン化物燃料電池電極触媒のメリットを提示できている。
|
