2020 Fiscal Year Research-status Report

酸化チタン系燃料電池電極の革新的高性能化

Research Project

Project/Area Number	20K04299
Research Institution	Hirosaki University
Principal Investigator	千坂光陽弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (20513310)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	酸化チタン / 異元素置換 / 酸素還元
Outline of Annual Research Achievements	２０２０年度は、酸化チタンにリンと窒素を共置換した触媒の高性能化に注力した。導電性窒化物である窒化チタン表面に形成した酸化チタン層の組成を制御するため、開始材料、合成条件ならびに合成した触媒のポストアニール条件を最適化した。ホスフィン酸を開始材料として利用することにより、触媒表層におけるリン原子の置換導入量が増加して反応サイトを形成し、活性が向上することを見出した。さらにアンモニア流通下で触媒をアニールすることにより、触媒表層における窒素原子の置換導入量が増加し、有害な副生成物である過酸化水素の生成率をアニール前の半値以下に削減した。各種合成条件を最適化した触媒に対し、燃料電池実用化推進協議会が定めるプロトコルを用いて加速劣化試験を実施した。自動車における加速・減速ならびに、起動・停止を模擬した二種類の試験を実施し、その前後における性能・表面元素の結合状態を評価した。５０００回の加速・減速を模擬した試験を実施後も性能は低下しなかった一方、５０００回の起動・停止を模擬した試験を実施した後はリン原子と窒素原子の一部が触媒表層から脱離し、性能が低下した。しかしながらりん酸を開始材料に用いた従前に比べ、性能低下率を三割程度少なく抑えられた。あらかじめ酸化チタン触媒におけるチタンサイトと酸素サイトへ、より多くのリンと窒素原子をそれぞれ置換導入することが、耐久性向上に必要であることを見出した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 2020年度は新型ウイルスの感染拡大により、学外での実験や物品調達ができない期間があった。そのため研究計画を一部修正し、制限された環境下で実施できる実験を進めた。
Strategy for Future Research Activity	現在までの進捗状況に記載した事情により、合成した触媒の各種評価を十分に実施できていない。幸い学外での実験も再開できる見通しのため、2021年度は特に特性評価に注力して研究を推進する。
Causes of Carryover	２０２０年度は新型ウイルスの感染拡大により、学外での実験や物品調達ができない期間が生じたため、予定通りに研究を遂行できず、次年度使用額が生じた。制限された環境下で合成した触媒の評価を十分にできておらず、また学外での学会発表も難しい状況が続いているため、２０２１年度は触媒の評価に研究費を充てる予定である。