2010 Fiscal Year Annual Research Report
固体高分子形燃料電池ナノネットワーク構造電極触媒の材料設計指針の確立
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20246104
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
佐々木 一成 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (80322296)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 衡平 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (10283491)
白鳥 祐介 九州大学, 大学院・工学研究院, 准教授 (00420597)
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| Keywords | 燃料電池 / 水素 / 触媒・化学プロセス / セラミックス / 無機工業化学 / 酸化スズ / 電極触媒 |
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| Research Abstract |
本プロジェクトでは、革新的な高性能高耐久性の固体高分子形燃料電池の開発を目指して、当研究室オリジナルの研究成果である酸化物半導体や炭素ナノ繊維に担持した電極触媒を出発材料として、電気化学的安定性および形状安定性を付与した理想的なナノネットワーク構造を有する電極触媒材料を開発するとともに、その電子・イオン・ガス輸送パス設計と高耐久化に向けた材料設計指針を確立することを目指している。平成22年度は、カーボンブラックの代わりにSnO_2や価数の異なる金属元素を添加したSnO_2材料を担体に用いたカーボンフリー電極触媒を作製した.SnO_2にドナーであるNbやSbをドープすることで導電率を増加させ,ECSA,ORR活性を向上させることができた.また各担体には3nm程度のPt微粒子を高分散担持させることができた.Nbをドープした触媒はECSA,ORRともに向上した一方,耐久性は下がる傾向が見られた.逆に,Alをドープした触媒はECSA,ORRはともに大きく減少し,特にORRは無視できるほど低く,触媒としての機能を果たしていないことがわかった
これらのSnO_2担持カーボンフリー電極触媒においては,Pt/Vulcan触媒と比べて,燃料電池の起動停止を模擬した高電位サイクルに対しての高い耐久性が確認された.特に,Pt/SnO_2では60,000サイクルの電位変動をかけても大きな劣化は見られず,カーボン腐食の課題を根本的に解決できる可能性を有する触媒であることがわかった.60,000サイクルは,燃料電池自動車の起動停止を一日8回行っても、20年以上の寿命を保証できる回数であり,少なくともその間,電極触媒の担体の酸化腐食に伴う劣化は起こらないと予想される
以上の結果より,Pt/SnO_2のような酸化物担体を用いた電極触媒は,現在広く用いられているPt/C電極触媒に代わるalternativeな電極触媒として期待できると結論づけられる
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