液体燃料電池用電極の分極特性とその表面解析

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455304
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 中林 一朗 徳島大学, 工学部, 教授 (70035624)
• 研究分担者: 森賀 俊広 徳島大学, 工学部, 講師 (90239640)
• キーワード: 多孔質Raneyニッケル電極 / 燃料電池 / 表面解析 / XPS / EXAFS / X線回折 / BET表面積 / 結晶の乱れ

研究概要

メタノールおよびヒドラジンを利用した液体燃料電池の負極として多孔質Raneyニッケル触媒を適用した。Raneyニッケル電極は、多孔質ニッケル板にアルミニウムを溶射した基板から作製した。このアルミニウムを容赦したニッケル板を550〜750℃で処理して合金を作製し、続いてアルカリ溶液でその合金を処理してアルミニウム分を溶出させることにより多孔質ニッケル電極を活性化させた。こうして作製したRaneyニッケル電極は熱伝導、電気伝導ともに優れており、それ自身電極としての使用に耐えうる強度も持っていた。メタノール燃料電池、ヒドラジン燃料電池とも、電極の特性(分極抵抗)は合金化するときの処理温度が高いほど向上した。これは、SEM観察、BET表面積測定から活性化したニッケル粒子が増えることに起因することがわかった。X線回折測定において回折ピークが幅広く、結晶にたくさんの乱れがあることが示唆され、これはBET表面積の増加と関係づけられた。XPS測定により電極中のアルミニウムとニッケルの分布状態を調べた結果、金属ニッケル以外に電極の表面から200Å迄のところにNi_2O_3あるいはNi(OH)_2の存在が確認されたが、アルミニウムも表面から1200Åにわたってほぼ一様にAl_2O_3あるいはAl(OH)_3として分布していることがわかった。Raney触媒のNiK吸収端XANESスペクトルの形状はニッケル金属のそれとほとんど変わらないが、RaneyニッケルのEXAFSスペクトルの振動構造は急激に減衰し、解析の結果、ニッケル周りの配位数は通常のニッケル金属の12と比べ6程度に減少していることがわかった。このことは、Raneyニッケル中の残りの6つのニッケル原子は通常の位置から移動していることを示しており、X線回折の結果とも併せて、多量の欠陥が活性化したニッケル中に生成していることが考えられた。

研究成果

• [文献書誌] I.Nakabayashi, et al.: "Spectroscopic Study on Plate-and Sponge-types Raney Nickel Electrodes for Fuel Cell" J.Material Chemistry. 5(5). 737-742 (1995)
• [文献書誌] K.Miyata, et al.: "Surface Analysis of Porous Carbon Microelectrodes with an Absorbed Osmium Complex as a Mediator" Analytical Science. 13. 303-305 (1997)
• [文献書誌] K.Tominaga, et al.: "Film Properties of ZnO:Al Prepared by Cosputtering of ZnO:Al and Metal Targets of Zn and Al" J.Vac.Sci.&Tech.A. 15(3). 1074-1079 (1997)
• [文献書誌] I.Nakabayashi, et al.: "Surface Characteristics and Electrochemical Activities of Plate-type Raney Nickel Catalyst" Current Topics in Catalysis,RESEARCH TRENDS. 1. 1-15 (1997)
• [文献書誌] K.Miyata, et al.: "Surface Distribution and Electron Transfer Reaction of Osmium Complex Mediator Entrapped on Porous Carbon Electrode" Electrochem.Soc.Jpn.66(2). 186-193 (1998)