2015 Fiscal Year Research-status Report
金属導電性を有する金属フタロシニン積層体を実用的燃料電池のカソード触媒とする研究
| Project/Area Number |
26410207
|
|---|
| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
高瀬 聡子 九州工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60239275)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 燃料電池 / カソード触媒 / 白金代替触媒 / 金属錯体触媒 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、CO被毒耐性が高い金属フタロシアニン錯体の触媒活性の向上と高導電性化によるカーボンフリーカソード電極を持つ燃料電池セルの作製を目的としている。平成27年度は26年度に得られたアクセプター分子との交互積層型触媒の電極触媒活性の回転リングディスク電極による酸素還元活性評価と機構解析を計画通りに行った。さらに、前年度、高い触媒活性が期待できる中心金属が鉄である鉄フタロシアニンのアクセプター分子との交互積層体が得られなかったが、鉄フタロシアニンを基準とした異種中心金属フタロシアニンを積層させた複合体が得られた。これについても触媒特性評価を行った。
Niフタロシアニンでは、アクセプター分子との交互積層体が単体同様に低活性であったが、Coフタロシアニンではヨウ素をアクセプターとした交互積層触媒で高電流密度が得られ、ディスク電流の限界電流値から高い4電子反応率を、リング電流値から低い過酸化水素生成率が見られた。X線回折分析による中心金属間距離が約３Åと小さいために酸素のブリッジ吸着型形成速度が向上したことが原因と考察した。
また、鉄フタロシアニンをベースとした中心金属複合化は耐久性向上に効果を示した。もともと鉄フタロシアニンは酸素一分子が2点吸着するサイドオン吸着型を形成し、4電子酸素還元反応が進行する系ではあるが、サイドオン吸着型特有のπ電子が逆供与による鉄から酸素分子への電荷移動が生じるために鉄がフタロシアニン骨格から脱離し失活することが課題である。これに種々の中心金属を持つフタロシアニンを本研究の湿式法を用いて複合化することで、電気化学特性を維持する結果が得られた。酸素の吸着型もしくは中心金属の化学状態の変化が原因と推察し、原因を究明中である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
26年度は湿式法による触媒分子の積層体構築、27年度は回転リングディスク電極による触媒特性評価を予定していた。26年度に真空蒸着法でしか作製報告が無かったアクセプター分子との交互積層体が、本研究の新規な湿式法で得られた。中心金属複合化は27年度に再度検討することで、耐久性向上効果がある複合化体作製に成功した。27年度は予定通り回転リングディスク電極に着手し、交互積層体および、中心金属複合体触媒の酸性電解質条件下の酸素還元触媒機構について考察をすることができた。いずれも、本研究の湿式法での複合化が酸素還元特性を改善することに有効であることが示された。以上の結果をもとに電極およびセル特性の発電特性とインピーダンス解析を行うための準備も始めており、順調に進展していると考えている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
インピーダンス測定法を用いて、まず交互積層体触媒や金属複合化触媒の粉末としての導電率を評価したのちにカソード電極形成を行い、発電時のインピーダンス解析による反応機構解析を行う。と同時に28年度は最終年度であるので、最終目的の高導電性触媒をプロトン導電膜へ設置し、発電特性を評価する。プロトン導電体と電子伝導性の触媒層を組み合わせた条件での電極では三相界面を拡大させるために、特にガス拡散向上のための微細構造制御が必要であると考えている。そこで、親疎水性制御や細孔特性の適正化が必要と考えている。これまで、研究代表者はガス拡散電極の微細構造と親疎水性制御によるカソード電極の高電流密度化を研究した実績があるので、それから得られた結果を基に種々の条件を選択し、検討していく予定である。
|
| Causes of Carryover |
当初予定していた海外の国際会議ので発表を国内開催の会議に変更した。及び、回転リングディスク電極を価格の低いもので使用可能だったことと、電極の耐久性が想定以上に高かったために使用金額を押えることができた。また、残金は、前年度の繰越金によるところが大きい。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究最終年度であるために国際会での発表と論文投稿費を想定している。燃料電池セルの作製費用が不足する心配があったが、昨年度からの余剰金で、貴金属材料等の電池作製材料および作製費に充当する予定である。
|
