2020 Fiscal Year Research-status Report
真に水素社会に貢献する燃料電池自動車用の革新的な超耐久空気極触媒の創製
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18K05291
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
松澤 幸一 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80500743)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石原 顕光 横浜国立大学, 先端科学高等研究院, 特任教員(教授) (30754006)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 燃料電池 / 固体高分子形燃料電池 / 空気極 / 担体 / 酸化物系触媒 / 酸化チタン / 脱炭素 / 脱白金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はタイトルである「真に水素社会に貢献する燃料電池自動車用の革新的な超耐久空気極触媒の創製」とある様に、高耐久ではなく、それよりも更に耐久性があると考えられる「超(高)耐久空気極触媒の創製」が目的である。本研究でのターゲットなる固体高分子形燃料電池(PEFC)は家庭用定置電源や燃料電池自動車に用いられているが、現行材料の空気極担体のカーボンは今後の自動車用の作動条件(高温、高電圧化)を見据えた場合、耐久面で問題があり使用ができないため、脱炭素で高耐久な担体の開発を初年度及び2年度に行ってきた。本年度は去年度に引き続き1)担体材料の開発、2)「触媒基礎材料の化学的安定性」の2つについて検討した。
1) Nb-TiO2は比表面積と導電率はトレードオフの関係にあるが、Pt触媒担持用であれば十分な物性値を持つサンプルの合成に成功した。また、実験パラメータの調整により目的の物性値(高導電率かつ低比表面積、もしくは低導電率かつ高比表面積)を持つサンプルの設計指針を得ることができた。P-SnO2に関しては、Ar中、もしくは低温4%H2中での熱処理であれば、高比表面積かつ高導電率と触媒担持工程を模擬した熱処理の影響を受けないことが分かった。
2)電解質中に硫酸イオン、及び硫酸水素イオンが存在すると、酸化チタンナノ粒子の溶解度は上昇するが、溶解度に与える影響はpHの与える影響よりも小さいことがわかった。そのため、燃料電池の運転条件においては膜の劣化による硫酸イオンの発生が大きな問題になる可能性は低いと考えられる。
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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
3年目はこれまでの実績を基に脱白金(酸化物系ナノ粒子)/脱炭素(導電性酸化物)での空気極は十分な高性能化や高耐久化までは到達しなかったものの、当初の目的である「(燃料電池自動車用の)革新的な超(高)耐久空気極触媒の創製」にむけては要素間では非常に有用な結果が得られた。
即ち、概要でも述べた1)担体の開発については、P-SnO2については酸化物触媒は高温での還元熱処理が必要ではあるが、アークプラズマ蒸着法等の触媒担持工程の工夫により十分な物性値を持つ担体として使用できると考えられる。
2)材料の化学的安定性についてはこれまでに反応機構、反応種を評価してきたが、不純物の影響を評価できたことに進捗があり、近年報告されている硫酸イオンの影響を安静性の面から評価できたことは有効であると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
コロナ禍により研究中断で、当初の計画通りの執行が出来なかった。
特に触媒材料の研究に十分な費用と時間に費やすことが出来なかったことから解析に必要な消耗品などの購入するなどにして次年度に使用する予定である。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により研究の進捗状況に問題が生じ、それに伴い、予算も執行されなくなったため、使用額が予定に到達しなかった。
今年度の研究状況、特に触媒材料研究について残額及び残りの期間で進めていく予定である。
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