2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of innovative cathodic electrocatalyst with ultra high durability for fuel cell vehicles contributing for hydrogen society
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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 | 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と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及び触媒開発を行ってきた。
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。具体的にはFe、Ni、Znなどを混合し、低酸素分圧下で熱処理して得られた異元素添加Tiベース酸化物触媒作製を試み、酸素還元反応(ORR)の活性向上に効果的なFe、Znの添加原子比率の最適化を試みた。その結果、Fe/Ti=0.2、Zn/Ti=0.9において2 %H2+0.5 %O2/Arでの熱処理を行って得られた触媒は、酸化物含有量が36 wt%であり、従来条件にて熱処理した触媒よりも多く、触媒質量基準のORR活性が向上し、本研究の中では最高活性を示した。
これまで担体として、Nb-TiO2及びP-SnO2を検討し、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、触媒としてジルコニウム酸化物系についても検討した。出発物質に窒素を多く含有するピラジンカルボン酸をベースに鉄系前駆体を混合してORRに及ぼす効果について評価した。鉄系前駆体の添加により、ORRの質的な向上が確認された。材料解析によりジルコニア(ZrO2)の単斜晶の割合と活性との間で相関性が見られた。
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