2013 Fiscal Year Annual Research Report
実使用環境下における燃料電池電極触媒劣化過程のその場観察
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23510136
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| Research Institution | Japan Automobile Research Institute |
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Principal Investigator |
清水 貴弘 一般財団法人日本自動車研究所, FC・EV研究部, 研究員 (90409657)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
今村 大地 一般財団法人日本自動車研究所, FC・EV研究部, 主任研究員 (40426276)
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| Keywords | その場観察 / 電極触媒 / 燃料電池 / ナノ材料 / 電子顕微鏡 |
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| Research Abstract |
固体高分子型燃料電池の本格的な普及には電極触媒のコストおよび耐久性に関する要求を満たす必要があり、触媒の設計指針を確立するために劣化メカニズムの解明が求められている。本研究では、電極触媒の構造変化過程を環境制御型透過電子顕微鏡（環境TEM）によりその場観察し、その劣化メカニズムを明らかにすることを目的とした。
平成23年度は、発電時のカソードを模擬した空気雰囲気において自動車用燃料電池で一般的に使用される白金担持カーボン（Pt/C）のその場観察を実施した。環境TEMの試料室内に加湿空気または乾燥空気を導入し、試料を加熱した加速試験条件の観察から、水の存在によりPtが活性化され、Pt粒子とカーボン担体の界面からカーボン担体の腐食が進む劣化メカニズムを明らかにした。
平成24年度は、実際の触媒層と同様に電解質被覆したPt/Cのその場観察を実施した。その構造変化過程は電解質被覆なしのPt/Cと同様であり、構造変化が緩やかとなったことから、Pt粒子およびカーボン担体が電解質に保護され、劣化が軽減されることが示唆された。
平成25年度は、発電時のアノードを模擬した水素雰囲気、カソードに供給される空気の主成分である窒素または酸素のそれぞれの雰囲気で乾燥ガスを用いてその場観察を行い、反応ガスの種類の影響を調査した。窒素雰囲気では予想通りにPt粒子およびカーボン担体の形状に変化が見られなかったのに対し、水素雰囲気＜酸素雰囲気の順にPt粒子の粒成長・凝集、結晶性向上、同時にカーボン担体の腐食、結晶性向上が見られた。
本研究の成果として、加湿した空気を環境TEMの試料室内に導入してその場観察する技術を開発したこと、ならびに、各種反応ガス中での電極触媒の構造変化を明らかにしたことがあげられる。今後の課題として、Pt/Cの構造変化と実際のセル性能の相関を定量的に明らかにすることが必要と考えられる。
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