2022 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 – 2024-03-31
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| Keywords | 酸素還元反応 / 固体高分子形燃料電池 / 空気極 / 脱白金 / 電極触媒 |
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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3年間に行ってきた。本年度は去年度までの内容をベースにチタン酸化物系電極触媒の開発について検討した。我々は、酸素還元反応(ORR)の白金代替触媒として、比較的安価で埋蔵量の多い4、5族酸化物に着目してきた。これまで、ポルフィリン環状炭窒素含有化合物(TiOTPyzPz)を原料とし、低酸素分圧下で焼成して得られたTi酸化物ベース触媒に優れたORR活性を見出してきた。
また、酸化チタンへのFeやNi、Znの添加で活性が向上することも見出してきた。特にFe及びZnの同時添加がORR活性向上の効果が高かった。しかし、FeやZnの添加効果は明らかになっていない。そこで今年度では、Ti系に着目し、酸素還元能に対するFe及びZnの添加効果の検討を行った。
その結果、Znの熱処理による気化により隙間構造が形成され、比表面積の増大をもたらし、二重層容量の増大に寄与したと考えられる。すなわち、電気化学的有効表面積の増大がZnの添加効果である。Feの添加効果は活性サイトの増加と考えられる。
以上より、Znの添加効果とFeの添加効果が共に作用することによって、ORR活性向上のための影響因子である有効に働く活性サイトの増加に寄与したと考えられる。
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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
5年目はこれまでの実績を基に脱白金(酸化物系ナノ粒子)系の空気極創製にむけては重要な結果が得られた。
即ち、概要でも述べた様に出発物質の変更と添加剤の効果によりこの系において高い活性を有する触媒開発が可能になり、それらの添加剤を複数加えることで、その効果が更に高まることを定量的に明らかにした。
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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。
また、来年度はジルコニウム酸化物系も含めた機能発現の詳細を検討していく予定である。
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| Causes of Carryover |
ジルコニウム酸化物系も含めた機能発現の検討が十分でないことにより、少額ではあるが、その検討が必要となったため。
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