| 研究領域 | 配列ナノ空間を利用した新物質科学:ユビキタス元素戦略 |
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| 研究課題/領域番号 |
19051003
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
京谷 隆 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (90153238)
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| 研究分担者 |
西原 洋知 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (80400430)
折笠 広典 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (90375163)
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| キーワード | ナノ材料 / 太陽電池 / 燃料電池 |
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| 研究概要 |
配列ナノ空間をもつ剣山状のナノカーボン膜を合成し、高分子電解質型燃料電池や光電変換デバイス、電気二重層キャパシタのための電極として利用する。今回は燃料電池への応用について検討した。固体高分子形燃料電池(PEFC)の電極として、 Ptを担持したカーボンブラック(CB)が広く用いられているが、CBはランダムな細孔構造を有しているので、活性サイトへのプロトンと酸素の供給、及び生成した水の排出が効率的に行われているとは言い難い。それらを制御し、理想的な電極構造を明らかにするためには制御されたナノ構造を有するカーボン電極を調製する必要が有る。そこで本研究においては剣山状のナノカーボン膜電極を調製し、それを用いた活性試験を行った。
剣山に類似したナノ構造を有するカーボン電極(剣山状ナノカーボン)は、アルミニウム陽極酸化皮膜を鋳型として用いて調製した。陽極酸化膜は基板面に対して、垂直に配向した一次元細孔を多数有し、その細孔の内壁と膜外表面に化学気相蒸着法により均一にカーボンを堆積させることができる。このため、カーボン堆積後に鋳型を溶解除去することで、剣山に類似した構造のカーボンを得ることができた。このカーボンにPtを担持し、プロトン電解質膜に固定化することで、燃料電池用の膜電極複合体を作製した。
膜電極複合体を用いて活性試験を行った結果、現時点においては従来形のCB電極よりも性能が劣るものの、剣山電極を使って起電力を得ることができた。その起電力は電流密度の上昇とともに低下していくがこれは触媒担持量が少なかったためであることが確かめられている。今後は触媒担持量の増加とともに、剣山状ナノ構造の最適化を試みる予定である。
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