燃料電池および電解用新電極材料表面のin situキャラクタリゼーション

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03403012
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 橋本 功二 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (70005859)
• 研究分担者: 秋山 英二 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (70231834) ; 川嶋 朝日 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (50005964) ; 浅見 勝彦 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (20005929)
• キーワード: アモルファス合金 / 燃料電池 / プロパン酸化 / 水素発生電極 / 酸素発生電極 / メカニカルアロイング / 海水電解

研究概要

アモルファスニッケル-ニオブ-白金族合金およびこれに微量の添加元素を加えた合金を用いてプロパン燃料電池用電極およびNi-Mo合金を用いた水素発生電極ならびにDSA電極上にマンガン酸化物等を塗布した海水電解用酸素発生電極の電極触媒特製を調べた。
プロパン酸化では、触媒活性に有効な白金族はロジウムであることがわかった。このロジウムの一部をルテニウムで置換すると、その触媒活性は向上した。さらにこの電極触媒を用いて、ガス透過多孔質電極を作成した。この電極は白金黒からなる同様の電極より活性が高いことが判明した。
水素発生反応に対する優れた電極活物質を見い出すために、電析およびメカニカルアロイング法によりNi-Mo合金を作製した。その水素発生特性を調べた結果、NiへのMoの添加が活性向上に有効であり、その添加量に最的値があることがわかった。ただし、長期間カソード分極を続けると、活性は低下する傾向を示した。X線光電子分光法を用いて表面分析を行った結果、最表面ではMoの減少が認められ、これが活性の低下に関連しているものと思われる。
海水電解において、高い酸素発生効率を持つ電極活物質を創製するため、熱分解法を用いて塩素過電圧の小さなマンガン酸化物をチタン基板に被覆した電極を作製した。酸素発生効率は中間層のイリジウム酸化物のみでは18%であるが、マンガン酸化物のそれは68%にも達した。マンガン酸化物にニッケル、コバルト、鉄、クロムおよびスズなどを添加した結果、スズの添加量が最も有効であることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] Toshiaki Shimada: "The electrocatalytic oxidation of ethylene and methane,and reduction of oxygen on gas diffusion electrodes made of amorphous nichel-valve metal-platinum group metal alloys" Sci.Rep.Res.Inst.Tohoku University. A-38. 63-75 (1993)
• [文献書誌] Asahi Kawashima: "Amorphous nichel-valve metal-platinum group metal catalysts for electro-oxidation of methane and ethylene" Corrosion Electrochemistry and Catalysis of Metastable metals and Intermetallics,C.R.Clayton and K.Hashimoto,eds,The Electrochemical Society,Pennington. 346-356 (1993)
• [文献書誌] Toshiyuki Mori: "Amorphous alloy electrodes for anodic oxidation of sulfite" Mater.Sci.Engng. A181/A182. 1081-1084 (1994)
• [文献書誌] Toshiyuki Mori: "Effect of cathodic reduction on catalytic activity of electro-oxidation of sulfite for electrode prepared from amorphous alloys" J.Appl.Electrochem.(印刷中).
• [文献書誌] Ken Ebidzuka: "Decomposition of CCl_2F_2 through hydrolysis by amorphous alloy catalysts" Mater.Sci.Engng. A181/A182. 1091-1094 (1994)
• [文献書誌] Kenichi Takamura: "Amorphous Ni-Nb-Pt alloy catalysts for electro-oxidation of ethylene" Mater.Sci.Engng. A181/A182. 1137-1140 (1994)
• [文献書誌] Mitsuru Komori: "Nitrogen monoxide decomposition catalysts prepared from amorphous Ni-valve metal-Pd alloys" Mater.Sci.Engng. A181/A182. 1123-1127 (1994)
• [文献書誌] Toyoaki Tada: "Amorphous Fe-Valve metal-platinum group metal alloy catalysts for methanation of carbon dioxide" Mater.Sci.Engng. A181/A182. 1133-1136 (1994)
• [文献書誌] J.M.Kim: "An XPS study of the corrosion behavior of sputter-deposited amorphous Cr-Nb and Cr-Ta alloys in 12 M HCl solution" Corrosion Science. 36. 511-523 (1994)
• [文献書誌] Hirotatsu Kishimoto: "Amorphous alloy electrodes for electro-oxidation of propane" Sci.Rep.Res.Inst.Tohoku University,. (印刷中). (1995)