原子スケール反応・輸送論に基づく脱白金次世代PEFC用合金触媒の開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15656055
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 岡崎 健 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (20124729)
• 研究分担者: 野崎 智洋 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (90283283) ; 伏信 一慶 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (50280996)
• キーワード: 固体高分子形燃料電池 / カソード / 触媒 / 合金 / 第一原理計算 / 活性試験

研究概要

本研究の目的は、脱白金・高効率のPEFCカソード触媒合金開発に繋がる知見を得ることにある。現在広く用いられている白金を触媒に使用し続ける限り、その価格・埋蔵量の点から、PEFC大量導入に対するネックとなることは必至である。このような背景の基、Pt-3d遷移金属元素合金触媒が有望視されているが、カソード触媒表面での酸素還元反応の機構・反応パス・律速過程など全く明確でなく、理想的な触媒開発のための指針が得られておらず、従って、触媒開発の方向性が闇雲に多種多様の組成を試す、という段階にある。脱白金・高効率の合金触媒開発のための理論的バックボーン、ならびにその証左を得ることが喫緊の課題である。
以上のような背景の基、本研究では、活性試験と表面反応の理論解析により、Pt-3d遷移金属元素合金触媒の高活性発現メカニズムの解明を目指し、高効率触媒開発につながる知見を得ることを目的とする。
初年度はまず、回転リングディスク電極を用いた活性評価システムの構築を行った。特に合金触媒の活性を調べるため、新規な構造を有する電極を設計し、これを導入している。また、既に開発済みの合金触媒表面反応計算用の第一原理計算コードを用いた理論解析システムの予備計算を開始すると伴に、特定の反応パスにおける各素反応過程の活性化エネルギー定量化に向けた新たな理論的評価法の検討を開始している。以上により、次年度の本格検討実施に向けた準備を完了した。

研究成果

• [文献書誌] 岡崎, 陣内, 国分: "固体高分子形燃料電池用カソード触媒上における界面反応素過程の解明と高活性合金触媒の開発"第40回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 243-244 (2003)
• [文献書誌] Okazaki, Jinnouchi, Kokubu: "Quantum molecular dynamics study for novel PEMFC alloy catalyst"2003 Fuel Cell Seminar Abst. 212-215 (2003)
• [文献書誌] 岡崎, 伏信, 内本, 陣内, 国分: "固体高分子型燃料電池カソード触媒の反応機構-脱白金・高活性合金触媒の高機能発現メカニズム-"日本機械学会熱工学コンファレンス2003講演論文集. 15-16 (2003)
• [文献書誌] Okazaki: "QMD and XAFS Analyses of Atomic and Electronic Structures on the Pt-based Cathode Catalyst of PEFC (Keynote lecture)"Proc.1st Int.Symp.Micro and Nano Technology. (掲載決定). (2004)
• [文献書誌] 岡崎, 伏信, 内本, 小岩, 国分: "PEFCカソード用合金触媒表面の電子状態・原子構造と反応活性"第41回日本伝熱シンポジウム講演論文集. (発表決定). (2004)