Creation of Biomass-derived Electrode Materials by Multi-step Hydrothermal Carbonization and Heteroatom Doping

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K14533
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Nakayasu Yuta 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (20827042)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 水熱炭化 / 電極触媒 / 燃料電池 / バイオマス / 未利用資源

Outline of Final Research Achievements

In this year's study, we prepared electrocatalysts for fuel cells doped with carbon, iron, nitrogen, and silicon by first-step hydrothermal treatment of iron-containing mine waste to aqueous iron ion solution and second-step hydrothermal treatment of the mixture of the solution, rice husks, and urea The LSV measurement results show that the electrocatalysts have a high onset potential in the alkaline to high onset potentials in all acidic regions. Normally, high ORR activity and durability do not occur under acidic conditions, but in this study, it was suggested that the amorphous silica originally contained in the rice husk contributed to the stability of the Fe-N4 moiety.

Free Research Field

化学工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、環境低負荷な水熱炭化プロセスを用いて、再生可能エネルギー社会に必要不可欠な燃料電池用カソード触媒を未利用バイオマスから創製することを目的とした。希少金属資源の代替となるだけでなく、バイオマスに含有されているアモルファスシリカがFe-N系触媒の安定性に寄与することも示唆された。天然物を用いて先端デバイス材料を作製することは、最終製品の低コスト化や資源問題の解決につながるだけでなく、もともと含まれている物質や元素による新たな材料特性を発現することが示された。