2021 Fiscal Year Research-status Report

新奇二元機能電極触媒の性能向上と革新型一体化再生型燃料電池の実現

Research Project

Project/Area Number	19K05674
Research Institution	Oita University
Principal Investigator	衣本太郎大分大学, 理工学部, 准教授 (90464429)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	一体化再生型燃料電池 / 水素発生反応 / 酸素還元反応 / 二元機能電極触媒
Outline of Annual Research Achievements	当初の研究計画にしたがい、2021年度は昨年から継続して、チタン酸窒化物担持活性炭の組成や性状と水素発生反応（HER）HERおよび酸素還元反応（ORR）への触媒活性との相関に基づいて、革新型一体化再生型燃料電池の動作が可能となるように研究開始時に対して4倍以上の活性をもつチタン酸窒化物担持活性炭の開発を進めている。チタン酸窒化物担持活性炭を、メーカーから提供を受けた粉末状活性炭に、フッ化チタン酸アンモニウム水溶液とホウ酸水溶液を用いてTiO2粒子を担持させ、アンモニア気流中で加熱処理する熱窒化処理により作製した。これまでの成果を元に、チタン酸窒化物の担持率が15wt%であるチタン酸窒化物担持活性炭を作製し、熱窒化温度と酸素還元反応（ORR）への触媒活性の関係について調べた。水素発生反応への活性は、硫酸水溶液を電解質とする水の電気分解で行った。電気分解で生成する水素をキャリアガスと共にガスクロマトグラフに導入、ガス貯蔵ループに一定体積を捕集して、その中に含まれる水素量を測定し、それを用いたチタン酸窒化物担持活性炭の重量と時間で除することで、重量当りの水素発生速度として算出して、熱窒化温度との関係を調べた。その結果、800℃での窒化処理品の水素生成速度が最も大きいことを明らかにできたが、以前の結果に比べて小さくなった。この理由として、酸素による酸化や窒素導入状態が異なることが考えられ、次年度の検討課題とした。酸素還元反応の触媒活性も熱窒化温度による窒素導入割合とその反応開始電位に相関があることがわかってきた。水素発生反応にも窒素導入状態が関係していと考えられるため、それらの最適条件を見出すための研究を進めていく。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 新型コロナウイルス感染拡大の影響で、研究を円滑に進めることが難しい場面が多々あったが進めている。
Strategy for Future Research Activity	水素発生反応と酸素還元反応の双方について、触媒活性を向上させていくことが必要である。これまでの方法にとらわれず、これまで明らかにしたキーファクターを満たす新しい触媒作製に取り組むことも考えている。
Causes of Carryover	（理由）新型コロナウイルス感染拡大により出張等が叶わず、旅費を執行しなかった。人件費についても本年度はコロナ禍で予定が立てづらく執行しなかった。（使用計画）感染状況の劇的な改善は見通せないことから、酸素還元反応測定用の消耗品として使用する予定である。