固体高分子形燃料電池ナノネットワーク構造電極触媒の材料設計指針の確立

• 研究課題/領域番号: 20246104
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 構造・機能材料
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 佐々木 一成 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80322296)
• 研究分担者: 伊藤 衡平 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (10283491) ; 白鳥 祐介 九州大学, 大学院・工学研究院, 准教授 (00420597)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 47,840千円 (直接経費: 36,800千円、間接経費: 11,040千円); 2011年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円); 2010年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円); 2009年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円); 2008年度: 19,760千円 (直接経費: 15,200千円、間接経費: 4,560千円)
• キーワード: 燃料電池 / 水素 / 触媒・化学プロセス / セラミックス / 無機工業化学 / 酸化スズ / 電極触媒. / 電極触媒

研究概要

本研究では、本質的な耐久性を有する電極触媒の設計指針の構築を目指して、SnO2をモデル材料として、固体高分子形燃料電池(PEFC)のナノ構造制御電極触媒の開発に取り組んだ。PEFC電極触媒Pt/Cのカーボン腐食の問題に対し、SnO2およびNbやSb、AlをドープしたSnO2の酸化物担体を用い、高電位サイクルに対する耐久性を向上させることに成功した。Nb、SbをSnO2にドープすることで、SnO2担持Pt電極触媒の白金有効比表面積(ECSA)や酸素還元活性(ORR活性)、電極触媒層導電率の向上が見られた。また、高電位までの電位変動耐久試験(0. 9~ 1. 3V)を行い、Pt/SnO2電極触媒は、燃料電池自動車用電極触媒に求められる20年相当の6万サイクルまでECSAを保持することが確認できた。このことから、これらSnO2をベースとする酸化物担体を用いた電極触媒は、Pt/Cに対する代替電極触媒となる可能性があることが明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Alternative Electrocatalyst Support Materials for Polymer Electrolyte Fuel Cells (2010)
  • 著者名/発表者名: Kazunari SASAKI, Fumiaki TAKASAKI, Zhiyun NODA, Shingo HAYASHI, Yusuke SHIRATORI, Kohei ITO
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 33(1) ページ: 473-482
  • 査読あり
• [雑誌論文] Alternative Electrocatalyst Support Materials for Polymer Electrolyte Fuel Cells. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kazunari SASAKI, Fumiaki TAKASAKI Zhiyun NODA, Shingo HAYASHI, Yusuke SHIRATORI, Kohei ITO
  • 雑誌名: ECS Transactions 33(1) ページ: 473-482
  • 査読あり
• [雑誌論文] Alternative Electrocatalyst Support Materials for Polymer Electrolyte Fuel Cells. (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Sasaki, F.Takasaki Z.Noda, S.Hayashi, Y.Shiratori, K.Ito
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 33(1) ページ: 473-482
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carbon-free Pt Electrocatalysts Supported on SnO_2 for Polymer Electolyte Fuel Cells (2009)
  • 著者名/発表者名: Fumiaki TAKASAKI, Zhiyun NODA, Akihiro MASAO, Yusuke SHIRATORI, Kohei ITO and Kazunari SASAKI
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 25(1) ページ: 831-837
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carbon-Free Pt Electrocatalysts Supported on SnO_2 for Polymer Electrolyte Fuel Cells (2009)
  • 著者名/発表者名: Akihiro MASAO, Zhiyun NODA, Fumiaki TAKASAKI, Kohei ITO and Kazunari SASAKI
  • 雑誌名: Electrochemical and Solid-State Letters 巻: 12(9)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carbon-free Pt Electrocatalysts Supported on SnO_2 for Polymer Electolyte Fuel Cells. (2009)
  • 著者名/発表者名: Fumiaki TAKASAKI, Zhiyun NODA, Akihiro MASAO, Yusuke SHIRATORI, Kohei ITO, Kazunari SASAKI
  • 雑誌名: ECS Transactions 25(1) ページ: 831-837
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carbon-Free Pt Electrocatalysts Supported on SnO_2 for Polymer Electrolyte Fuel Cells. (2009)
  • 著者名/発表者名: Akihiro MASAO, Zhiyun NODA, Fumiaki TAKASAKI, Kohei ITO, Kazunari SASAKI
  • 雑誌名: Electrochemical and Solid-State Letters 12(9)
  • 査読あり
• [学会発表] SnO_2担体カーボンフリーPEFC電極触媒の開発:1.触媒活性とサイクル耐久性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高崎文彰、高畠悠真、野田志雲、谷口俊輔、白鳥祐介、伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 電気化学会第78回大会
  • 発表場所: 横浜国立大学(横浜市)
  • 年月日: 2011-03-29
• [学会発表] SnO_2担体カーボンフリーPEFC電極触媒の開発:1.触媒活性とサイクル耐久性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高崎文彰、高畠悠真、野田志雲、谷口俊輔、白鳥祐介、伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 電気化学会第78回大会
  • 発表場所: 横浜国立大学(神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2011-03-29
• [学会発表] SnO_2担体カーボンフリーPEFC電極触媒の開発:1.触媒活性とサイクル耐久性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高崎文彰、高畠悠真、野田志雲、谷口俊輔、白鳥祐介、伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 電気化学会第78回大会
  • 発表場所: 横浜国立大学(横浜市))
  • 年月日: 2011-03-29
• [学会発表] Durability and Electrochemical Properties of Carbon-free Pt Electrocatalysts Supported on Doped SnO_2 for Polymer Electrolyte Fuel Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Fumiaki TAKASAKI, Satoshi MATSUIE, Akihiro MASAO, Zhiyun NODA, Yusuke SHIRATORI, Kohei ITO, Kazunari SASAKI
  • 学会等名: International Hydrogen Energy Development Forum
  • 発表場所: 稲盛財団記念館(福岡県福岡市)
  • 年月日: 2011-02-03
• [学会発表] Durability and Electrochemical Properties of Carbon-free Pt Electrocatalysts Supported on Doped SnO_2 for Polymer Electrolyte Fuel Cells. (2011)
  • 著者名/発表者名: Fumiaki TAKASAKI, Satoshi MATSUIE, Akihiro MASAO, Zhiyun NODA, Yusuke SHIRATORI, Kohei ITO, Kazunari SASAKI
  • 学会等名: International Hydrogen Energy Development Forum
  • 発表場所: 稲盛財団記念館(福岡県福岡市)
  • 年月日: 2011-02-03
• [学会発表] Electrochemical and Electrical Properties of Carbon-free Pt Electrocatalysts Supported on Doped SnO_2 for Polymer Electrolyte Fuel Cells (2010)
  • 著者名/発表者名: Fumiaki TAKASAKI, Zhiyun NODA, Yusuke SHIRATORI, Kohei ITO, Kazunari SASAKI
  • 学会等名: MRS 2010 Fall Meeting
  • 発表場所: Hynes Convention Center and Sheraton Boston Hotel(Boston, Massachusetts, USA)
  • 年月日: 2010-11-30
• [学会発表] Electrochemical and Electrical Properties of Carbon-free Pt Electrocatalysts Supported on Doped SnO_2 for Polymer Electrolyte Fuel Cells. (2010)
  • 著者名/発表者名: Fumiaki TAKASAKI, Zhiyun NODA, Yusuke SHIRATORI, Kohei ITO, Kazunari SASAKI
  • 学会等名: MRS 2010 Fall Meeting
  • 発表場所: Hynes Convention Center and Sheraton Boston Hotel (Boston, Massachusetts)
  • 年月日: 2010-11-30
• [学会発表] ドープSnO2を用いたPEFCカーボンフリー電極触媒の耐久性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高崎文彰、松家聡史、野田志雲、白鳥祐介、伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 第51回電池討論会
  • 発表場所: 愛知県産業労働センター(愛知県名古屋市)
  • 年月日: 2010-11-10
• [学会発表] ドープSnO_2を用いたPEFCカーボンフリー電極触媒の耐久性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高崎文彰、松家聡史、野田志雲、白鳥祐介、伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 第51回電池討論会
  • 発表場所: 愛知県産業労働センター(愛知県名古屋市)
  • 年月日: 2010-11-10
• [学会発表] Alternative Electrocatalyst Support Materials for Polymer Electrolyte Fuel Cells (2010)
  • 著者名/発表者名: Kazunari SASAKI, Fumiaki TAKASAKI, Zhiyun NODA, Shingo HAYASHI, Yusuke SHIRATORI, Kohei ITO
  • 学会等名: 218th ECS Meeting
  • 発表場所: Riviera Hotel(Las Vegas, Nevada, USA)
  • 年月日: 2010-10-15
• [学会発表] Alternative Electrocatalyst Support Materials for Polymer Electrolyte Fuel Cells. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kazunari SASAKI, Fumiaki TAKASAKI, Zhiyun NODA, Shingo HAYASHI, Yusuke SHIRATORI, Kohei ITO
  • 学会等名: 218th ECS Meeting
  • 発表場所: Riviera Hotel (Las Vegas, Nevada)(主要会議。日本から唯一の招待講演)
  • 年月日: 2010-10-15
• [学会発表] Alternative Electrocatalyst Support Materials for Polymer Electrolyte Fuel Cells. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kazunari SASAKI, Fumiaki TAKASAKi, Zhiyun NODA, Shingo HAYASHI, Yusuke SHIRATORI, Kohei ITO
  • 学会等名: 218th ECS Meeting
  • 発表場所: Riviera Hotel (Las Vegas, Nevada)
  • 年月日: 2010-10-15
• [学会発表] ドープSnO_2を用いたPEFCカーボンフリー電極触媒の耐久性と導電性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高崎文彰、松家聡史、正生明宏、野田志雲、白鳥祐介、伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 第47回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場(北九州市小倉北区)
  • 年月日: 2010-10-07
• [学会発表] ドープSnO2を用いたPEFCカーボンフリー電極触媒の耐久性と導電性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高崎文彰、松家聡史、正生明宏、野田志雲、白鳥祐介、伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 第47回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場(北九州市小倉北区)
  • 年月日: 2010-07-10
• [学会発表] ドープSnO2担体を用いたPEFC電極触媒の耐久性と導電性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高崎文彰、松家聡史、野田志雲、正生明宏、白鳥祐介、伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 電気化学会第77回大会
  • 発表場所: 富山大学(富山県富山市)
  • 年月日: 2010-03-29
• [学会発表] 固体高分子形燃料電池の酸化スズ担持電極触媒の多孔構造制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 林信吾、高崎文彰、野田志雲、白鳥祐介、伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 電気化学会第77回大会
  • 発表場所: 富山大学(富山県富山市)
  • 年月日: 2010-03-29
• [学会発表] ドープSnO_2担体を用いたPEFC電極触媒の耐久性と導電性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高崎文彰、松家聡史、野田志雲、正生明宏、白鳥祐介、伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 電気化学会第77回大会
  • 発表場所: 富山大学(富山県富山市)
  • 年月日: 2010-03-29
• [学会発表] Carbon-free Pt Electrocatalysts Supported on Doped SnO_2 for Polymer Electrolyte Fuel Cells (2010)
  • 著者名/発表者名: Fumiaki TAKASAKI, Zhiyun NODA, Yusuke SHIRATORI, Kohei ITO, Kazunari SASAKI
  • 学会等名: International Hydrogen Energy Development Forum
  • 発表場所: 稲盛財団記念館(福岡県福岡市)
  • 年月日: 2010-02-04
• [学会発表] Carbon-free Pt Electrocatalysts Supported on Doped SnO_2 for Polymer Electrolyte Fuel Cells. (2010)
  • 著者名/発表者名: Fumiaki TAKASAKI, Zhiyun NODA, Yusuke SHIRATORI, Kohei ITO, Kazunari SASAKI
  • 学会等名: International Hydrogen Energy Development Forum
  • 発表場所: 稲盛財団記念館(福岡県福岡市)
  • 年月日: 2010-02-04
• [学会発表] SnO2担体を用いたPEFCカーボンフリー電極触媒の電気化学特性と導電性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高崎文彰、松家聡史、野田志雲、正生明宏、白鳥祐介、伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 第50回電池討論会
  • 発表場所: 国立京都国際会館(京都府京都市)
  • 年月日: 2009-12-02
• [学会発表] SnO_2 担体を用いたPEFCカーボンフリー電極触媒の電気化学特性と導電性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高崎文彰、松家聡史、野田志雲、正生明宏、白鳥祐介、伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 第50回電池討論会
  • 発表場所: 国立京都国際会館(京都府京都市)
  • 年月日: 2009-12-02
• [学会発表] SnO_2担体を用いたPEFCカーボンフリー電極触媒の電気化学特性と導電性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高崎文彰、松家聡史、野田志雲、正生明宏、白鳥祐介、伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 第50回電池討論会
  • 発表場所: 国立京都国際会館(京都府京都市)
  • 年月日: 2009-12-02
• [学会発表] Carbon-free Pt Electrocatalysts Supported on SnO_2 for Polymer Electolyte Fuel Cells (2009)
  • 著者名/発表者名: Fumiaki TAKASAKI, Akihiro MASAO, Zhiyun NODA, Yusuke SHIRATORI, Kohei ITO and Kazunari SASAKI
  • 学会等名: 216th ECS Meeting
  • 発表場所: Austria Center Vienna(Vienna, Austria)
  • 年月日: 2009-10-06
• [学会発表] Carbon-free Pt Electrocatalysts Supported on SnO_2 for Polymer Electolyte Fuel Cells. (2009)
  • 著者名/発表者名: Fumiaki TAKASAKI, Akihiro MASAO, Zhiyun NODA, Yusuke SHIRATORI, Kohei ITO, Kazunari SASAKI
  • 学会等名: 216th ECS Meeting
  • 発表場所: Austria Center Vienna(オーストリア・ウィーン)
  • 年月日: 2009-10-06
• [学会発表] SnO2を担体に用いたPEFCカーボンフリー電極触媒の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高崎文彰、野田志雲、白鳥祐介、伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 第46回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場(北九州市小倉北区)
  • 年月日: 2009-07-11
• [学会発表] SnO_2を担体に用いたPEFCカーボンフリー電極触媒の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高崎文彰、野田志雲、白鳥祐介、伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 第46回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場(北九州市小倉北区)
  • 年月日: 2009-07-11
• [学会発表] SnO2を担体に用いたPEFCカーボンフリー電極触媒の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高崎文彰、野田志云、正生明宏、白鳥祐介、伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 第16回燃料電池シンポジウム
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都江戸川区)
  • 年月日: 2009-05-13
• [学会発表] SnO_2を担体に用いたPEFCカーボンフリー電極触媒の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高崎文彰、野田志云、正生明宏、白鳥祐介、伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 第16回燃料電池シンポジウム
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都江戸川区)
  • 年月日: 2009-05-13
• [学会発表] SnO2を担体に用いたPEFCカーボンフリー電極触媒の電気化学特性と耐電圧サイクル性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高崎文彰、野田志雲、正生明宏、白鳥祐介、伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 電気化学会第76回大会
  • 発表場所: 京都大学吉田キャンパス(京都市左京区)
  • 年月日: 2009-03-29
• [学会発表] SnO_2を担体に用いたPEFCカーボンフリー電極触媒の電気化学特性と耐電圧サイクル性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高崎文彰, 野田志雲, 正生明宏, 白鳥祐介, 伊藤衡平, 佐々木一成
  • 学会等名: 電気化学会第76回大会
  • 発表場所: 京都大学吉田キャンパス(京都市左京区)
  • 年月日: 2009-03-29
• [学会発表] 新規担体材料を用いたPEFCアノード電極触媒に関する研究 (2008)
  • 著者名/発表者名: 竹内翔、野田志雲、大嶋敏宏、白鳥祐介、伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 第28回水素エネルギー協会大会
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都江戸川区)
  • 年月日: 2008-12-11
• [学会発表] 新規担体材料を用いたPEFC電極触媒の電気化学特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 竹内翔、佐々木一成、伊藤衡平、野田志雲、白鳥祐介、大嶋敏宏、正生明宏
  • 学会等名: 第45回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場(北九州市小倉北区)
  • 年月日: 2008-07-05
• [学会発表] SnO_2担体を用いたPEFC電極触媒の研究 (2008)
  • 著者名/発表者名: 正生明宏、野田志雲、白鳥祐介,伊藤衡平、佐々木一成
  • 学会等名: 第45回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場(北九州市小倉北区)
  • 年月日: 2008-07-05
• [備考]
  • URL: http://www.mech.kyushu-u.ac.jp/~hup/index.html
• [産業財産権] 燃料電池用電極材料及び該燃料電池電極材料を含む燃料電池用電極並びに燃料電池 (2008)
  • 発明者名: 正生明宏、野田志雲、高崎文彰、伊藤衡平、佐々木一成
  • 権利者名: 九州大学
  • 出願年月日: 2008-10-31
• [産業財産権] 燃料電池用電極材料及び該燃料電池電極材料を含む燃料電池用電極並びに燃料電池 (2008)
  • 発明者名: 正生明宏、野田志雲、高崎文彰、伊藤衡平、佐々木一成
  • 権利者名: 九州大学
  • 出願年月日: 2008-10-31
• [産業財産権] 燃料電池用電極材料及び該燃料電池電極材料を含む燃料電池用電極並びに燃料電池 (2008)
  • 発明者名: 正生明宏, 野田志雲, 高崎文彰, 伊藤衡平, 佐々木一成
  • 権利者名: 九州大学
  • 出願年月日: 2008-10-31