| 研究課題/領域番号 |
22K20482
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0401:材料工学、化学工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
平野 知之 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (40963674)
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| 研究期間 (年度) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 固体高分子形燃料電池 / 酸化物 / マクロポーラス微粒子 / エアロゾルプロセス / 細孔制御 / 耐久性 / 火炎法 / 火炎噴霧熱分解法 / カソード |
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| 研究開始時の研究の概要 |
燃料電池技術のさらなる普及のために，固体高分子形燃料電池（PEFC）の性能および耐久性の向上が求められている。特に，高電位における耐久性向上のために，カーボンの代替材料として金属酸化物担体の開発が検討されており，カーボンに匹敵するガス拡散性と発電性能の付与が課題となっている。本研究では，化学工学・微粒子工学の学理に基づき，金属酸化物担体微粒子と触媒層の規則的なマクロポーラス化および，その3次元構造解析を行う。特に，燃料電池デバイス中でもその構造が維持可能な，高い機械的安定性を有する規則性マクロポーラス微粒子・膜を作製し，高活性かつ高耐久性を有する次世代型のPEFC用電極触媒の開発を目指す。
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| 研究成果の概要 |
本研究は，固体高分子形燃料電池（PEFC）の性能と耐久性向上を目指し，機械的安定性を持つ規則性マクロポーラス酸化物微粒子の創成とセル内部の細孔構造解析を行った。噴霧火炎を用いて，ナノ構造化酸化物微粒子を合成し，TEM，FIB-SEM，X線CTで三次元構造解析を行い，電池性能評価を実施した。結果，酸化物ナノ粒子の焼成処理が触媒層の空隙率を増加させ，ガス拡散抵抗の低下に寄与することを確認した。また，Ir担持TiO2の高電気伝導性と高耐久性により，高電位下でも優れた発電性能が維持されることが明らかとなった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では，独自に開発した火炎合成装置を用いて，金属酸化物粒子が有する細孔の規則性の制御を行い，固体高分子形燃料電池の担体としての耐久性と性能の向上を実現した。特に，焼成処理によるナノ粒子のネッキング構造の制御によって， 触媒層中の細孔構造が調整できることがわかり，電池性能に対する酸化物ナノ粒子のマクロ孔の意義が明らかとなった。これらの研究成果は，触媒層の細孔を制御するためのポーラス粒子設計に関する新たな知見となる。
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