| 研究課題/領域番号 |
20K15223
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分31020:地球資源工学およびエネルギー学関連
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| 研究機関 | 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター |
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研究代表者 |
立花 直樹 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 技術支援本部多摩テクノプラザ複合素材技術グループ, 副主任研究員 (60633526)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2020年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
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| キーワード | 酸素還元 / 空気電池 / 窒素ドープカーボン / ボールミル / ビーズミル / 空気極 / 触媒 / 酸素還元反応 / メカノケミカル反応 / マグネシウム空気電池 / 酸素発生反応 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
空気電池は次世代の電源として注目されているが空気極に使用する貴金属触媒のコストが高い。低コスト触媒として注目さている窒素ドープカーボンは優れた活性を示すが、ペロブスカイト型酸化物等の金属酸化物と組み合わせることで得られるコンポジット触媒は窒素ドープカーボンよりさらに高い活性を示す。しかし酸化物は合成時の高温焼成により容易に凝集してしまうためにカーボン上で大きな塊となって相互作用が効果的に得られていないと推測される。本研究では主にメディアを用いたトップダウン的手法により金属酸化物を窒素ドープカーボン上に高分散担持させて複合したコンポジット触媒の活性および安定性に寄与する因子を明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
理論エネルギー密度が大きな空気電池は次世代の電源として注目されているが、空気極の過電圧が大きい。本研究では白金代替触媒として酸化物/窒素ドープカーボンを検討した。まず、高窒素濃度をもつドープカーボンを合成した。熱処理法ではカーボンの酸素官能基量、メカノケミカル法ではボールミル処理時間で窒素量を制御できることを明らかにした。次に、酸化物に低エネルギービーズミル処理を施し、結晶に大きなダメージを与えることなく酸化物を分散することができた。窒素ドープカーボン上に酸化マンガン（IV）を微分散担持したコンポジット触媒を用いたマグネシウム空気電池は極めて大きな最高出力（170 mW/cm2）を示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
窒素ドープカーボンを用いた実用触媒の開発には大量スケールで合成可能な手法でそのドープ量を制御できる製法の確立が不可欠である。我々は、熱処理法においては出発原料のカーボンの酸素官能基量、メカノケミカル法においてはミル処理時間で、窒素ドープ量を制御できることを見出した。また、この窒素ドープカーボンに酸化マンガン（IV）を微分散担持したコンポジット触媒を用いたマグネシウム空気電池は極めて大きな出力を得ることができた。したがって、酸化マンガン（IV）/窒素ドープカーボンは白金代替空気極触媒として有望な材料であり、本研究成果は電化がますます進む社会において空気電池の普及に資するものである。
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