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高電流密度運転を指向した燃料電池用カーボンフリー触媒層の構造設計・開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K04841
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分27030:触媒プロセスおよび資源化学プロセス関連
研究機関地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所

研究代表者

黒木 秀記  地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 高効率燃料電池開発グループ, サブリーダー (70716597)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード燃料電池 / カーボンフリー / 触媒層 / カソード / マイクロポーラス層 / 水移動 / 物質移動抵抗 / 高電流密度 / 固体高分子形燃料電池 / カーボンフリー触媒層 / 高電流密度運転 / 物質移動 / 水管理
研究成果の概要

本研究は、高活性・高耐久なカーボンフリーナノ粒子連結触媒を用いて、固体高分子形燃料電池(PEFC)の高出力化に必要な電極構造の設計指針獲得を目的とした。本研究では、カーボンフリー触媒層から水を効率よく移動させるために、マイクロポーラス層の構造制御を行い、高電流密度領域での発電性能に与える影響を明らかにした。さらに、ラテックス粒子をテンプレートに用いる新たな手法によるカーボンフリー触媒層の構造制御を実証した。この様に、本研究は、系統的な電極構造の制御に成功し、PEFCの高出力化のための有用な知見が得られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、カーボンフリー触媒層を用いた電極の系統的な構造制御に取り組み、固体高分子形燃料電池の高出力化のための有用な知見を獲得した。本研究のアプローチは、固体アルカリ燃料電池、水電解などの他のエネルギーデバイスの電極構造の設計・開発に対しても有効であると考えられ、研究の更なる展開が見込める。この様に、本研究で得られた成果は、昨今のエネルギー問題に貢献でき、カーボンニュートラル社会の実現の一助になると期待される。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Carbon-Free Platinum-Iron Nanonetworks with Chemically Ordered Structures as Durable Oxygen Reduction Electrocatalysts for Polymer Electrolyte Fuel Cells2020

    • 著者名/発表者名
      Kuroki Hidenori、Imura Yu、Fujita Ryosuke、Tamaki Takanori、Yamaguchi Takeo
    • 雑誌名

      ACS Applied Nano Materials

      巻: 3 号: 10 ページ: 9912-9923

    • DOI

      10.1021/acsanm.0c01962

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 水素・燃料電池・水電解技術の未来とナノ粒子を連結した担体フリー電気化学触媒2020

    • 著者名/発表者名
      黒木秀記、田巻孝敬、山口猛央
    • 雑誌名

      鉱山

      巻: 73 ページ: 20-31

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] 自然エネルギーを利用する水素社会と燃料電池触媒技術の進展2019

    • 著者名/発表者名
      黒木秀記、山口猛央
    • 雑誌名

      粉体工学会誌

      巻: 56 号: 3 ページ: 100-108

    • DOI

      10.4164/sptj.56.100

    • NAID

      130007631039

    • ISSN
      0386-6157, 1883-7239
    • 年月日
      2019-03-10
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] PEFC酸素還元反応用カーボンフリーナノ粒子連結触媒の開発2021

    • 著者名/発表者名
      黒木秀記、田巻孝敬、山口猛央
    • 学会等名
      日本化学会第101春季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] PEFC用高耐久酸素還元触媒のための超格子Pt-Feナノ粒子連結触媒の開発2020

    • 著者名/発表者名
      黒木秀記、井村悠、藤田遼介、田巻孝敬、山口猛央
    • 学会等名
      化学工学会第51回秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Carbon-Free Connected Platinum-Iron Catalysts with Enhanced Chemically Ordered Structures as Durable Oxygen Reduction Electrocatalysts for PEFCs2020

    • 著者名/発表者名
      Hidenori Kuroki, Yu Imura, Ryosuke Fujita, Takanori Tamaki, and Takeo Yamaguchi
    • 学会等名
      PRiME 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] シリカコート法によるPEFC用Pt-Feナノ粒子連結触媒の構造制御と酸素還元特性の向上2020

    • 著者名/発表者名
      井村悠、黒木秀記、田巻孝敬、山口猛央
    • 学会等名
      化学工学会第85年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 固体高分子形燃料電池における高活性・高耐久カーボンフリー白金合金ナノ粒子連結触媒の開発2019

    • 著者名/発表者名
      黒木秀記、藤田遼介、田巻孝敬、山口猛央
    • 学会等名
      第8回JACI/GSCシンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Highly Active and Durable Carbon-Free Connected Platinum-Iron Catalyst with an Enhanced Chemical Ordering Structure for Oxygen Reduction Reaction in PEFCs2019

    • 著者名/発表者名
      Yu Imura, Hidenori Kuroki, Takanori Tamaki, and Takeo Yamaguchi
    • 学会等名
      18th Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering Congress
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 材料機能システム設計による次世代燃料電池触媒の開発2019

    • 著者名/発表者名
      黒木秀記
    • 学会等名
      KISTEC Innovation Hub 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Pt-Feナノ粒子連結触媒を用いたPEFCカソード内の水移動特性向上へ向けた電極構造制御2019

    • 著者名/発表者名
      石川脩介、黒木秀記、田巻孝敬、山口猛央
    • 学会等名
      化学工学会第84年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Carbon-Free Connected Nanoparticle Catalyst for Enhanced Oxygen Reduction Activity and Durability in Polymer Electrolyte Fuel Cells2018

    • 著者名/発表者名
      Hidenori Kuroki, Takanori Tamaki, Masashi Matsumoto, Masazumi Arao, Yohei Takahashi, Hideto Imai, Yoshitaka Kitamoto, and Takeo Yamaguchi
    • 学会等名
      Grand Renewable Energy 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高い原子配列規則度を有するPEFC用Pt-Feナノ粒子連結触媒の開発2018

    • 著者名/発表者名
      黒木秀記、藤田遼介、田巻孝敬、山口猛央
    • 学会等名
      化学工学会第50回秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 水移動に着目したPt-Feナノ粒子連結触媒のPEFCカソード電極における構造制御2018

    • 著者名/発表者名
      石川脩介、黒木秀記、田巻孝敬、山口猛央
    • 学会等名
      化学工学会第50回秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 高効率燃料電池に向けたカーボンフリー白金合金ナノ粒子連結触媒の開発2018

    • 著者名/発表者名
      黒木秀記、山口猛央
    • 学会等名
      KISTEC Innovation Hub 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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