ダイレクトメタノール形燃料電池用ナノヘテロ界面制御Pt-CeO_2電極の合成と評価

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19651038
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 森 利之 National Institute for Materials Science, 燃料電池材料センター, 副センター長 (80343854)
• Keywords: アノード / 燃料電池 / ヘテロ界面 / クラスター / エコマテリアル

Research Abstract

燃料電池の普及促進のために、燃料としてメタノールを用いるダイレクトメタノール形燃料電池以外にも、低純度の水素を用いる燃料電池の開発を行い、持続社会形成に資する、新しい環境低負荷型電極(主としてアノード)の提案が強く望まれている。こうした背景をふまえて、本課題提案者はこれまでに、Ruに代わる資源豊富な材料として、酸化セリウム(セリア:CeO_2)を用いて、既存のPt-Ru合金電極を超える性能(高いピーク電流密度と低いメタノール酸化開始電位)を持つアノードの開発を行ってきた。昨年は、これまでの合成法で、白金担持量を5wt%まで低下させた試料(これまでは、白金量30wt%で検討していた)を作製したところ、白金担持量を5wt%まで低下させても、市販の白金30wt%含有したPt-Ru合金電極よりも高い性能を確認した。研究2年目にあたる平成20年度は、この成果をもとに、PtとCeO_2間ヘテロ界面構造の特徴を、白金担持量を変化させた5種類の試料をもとに、Spring8の高エネルギーXPSを用いて精査したところ、本研究の電極界面には、Pt^<+1>価の割合が極めて大きくなっていることが分かった。また、電気化学的測定結果からは、一酸化炭素被毒耐性は、白金担持量が少ない試料ほど改善させる傾向にあること、電極表面の電極反応律速過程は、大きく異なり、PtRu触媒では、反応律速であるのに対し、Pt/CeO_2触媒では、拡散律速であることも分かった。
以上の2年間の研究結果を総合した結果、本研究で扱っているPt/CeO_2複合電極触媒においては、PtとCeO_2間のナノヘテロ界面におけるPt^+-酸素-Ceからなる活性サイトが、一酸化炭素耐性効果を強くもっており、このナノヘテロ界面構造を増やしていくことで、アノード電極の高性能化が可能になることが明らかになった。

Research Products

• [Journal Article] Minimization of Pt content in Pt-CeO_2 composite anode (2008)
  • Author(s): Togasaki H, Mori T, Takahashi M, Tada A, Matolin V, Drennan J, corresponding author
  • Journal Title: Transactions of the Materials Research Society of Japan 33 Pages: 1097-1100
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Influence of Pt and CeO_2 interaction in Pt-CeO_2 electrode on anode and cathode performance for fuel cell applications (2008)
  • Author(s): Takahashi M, Mori T, Togasaki H, Fugane K, Tada A, Matolin V, Drennan J, corresponding author
  • Journal Title: Transactions of the Materials Research Society of Japan 33 Pages: 1101-1104
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Influence of nano-structural features in Pt-CeO_2 composite anode on anode properties for development of direct methanol fuel cell (2008)
  • Author(s): Togasaki H, Mori T, Ye, F, Yoshikawa H, Ueda S, Yamashita Y, Kobayashi K, Takahashi M, Okazaki N, Matolin V, Drennan J, corresponding author
  • Journal Title: proceedings of the eighth international conference on EcoBalance Pages: 587-590
• [Journal Article] Development of high quality Pt-CeO_2 electrodes supported on carbon black for direct methanol fuel cell applications (2008)
  • Author(s): Takahashi M, Mori T, Vinu A, Ou D R, Kobayashi H, Drennan J corresponding author
  • Journal Title: Advances in Applied Ceramics 107 Pages: 57-63
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Pt-CeO_2/CB複合アノードにおけるPt担持量低減に及ぼすCe-O-Ptクラスターの影響 (2009)
  • Author(s): 戸ヶ崎寛孝, 森利之, 葉飛, 吉川英樹, 上田茂典, 山下良之, 小林啓介, 高橋基, 岡崎文保, V. Matolin, J. Drennan
  • Organizer: 電気化学会第76回大会
  • Place of Presentation: 京都大学京都市
  • Year and Date: 20090329-20090331
• [Presentation] Influence of nano-structural features in Pt-CeO_2 composite anode on anode properties for development of direct methanol fuel cell (2008)
  • Author(s): Togasaki H, Mori T, Ye F, Yoshikawa H, Ueda S, Yamashita Y, Kobayashi K, M. Takahashi, N. Okazaki, V. Matolin, J. Drennan
  • Organizer: EcoBalance2008
  • Place of Presentation: 東京ビッグサイト東京都
  • Year and Date: 20081210-20081212
• [Presentation] Pt-CeO_2/CB複合アノード表面の電子状態がアノード反応に与える影響 (2008)
  • Author(s): 戸ヶ崎寛孝, 森利之, 葉飛, 吉川英樹, 上田茂典, 山下良之, 小林啓介, 高橋基, 岡崎文保, V. Matolin, J. Drennan
  • Organizer: 日本セラミックス協会第21回秋期シンポジウム
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場北九州市
  • Year and Date: 20080917-20080919
• [Presentation] Design of high quality electrode with nano-hetero interface for direct methanol fuel cell application (2008)
  • Author(s): H. Togasaki, T. Mori, M. Takahashi, H. Yoshikawa, V. Matolin, J. Drennan, N. Okazaki
  • Organizer: NIMS/MANA (Japan)-IRC (UK)-UCLA/CNSI (USA) Nanotechnology Students Summer School 2008
  • Place of Presentation: 物質・材料研究機構つくば市
  • Year and Date: 20080728-20080801
• [Presentation] 燃料電池の現状と将来 (2008)
  • Author(s): 森利之
  • Organizer: 第19回溶接技術講演会
  • Place of Presentation: 中央電気クラブ大阪市
  • Year and Date: 2008-12-04