研究課題
高分子形燃料電池開発は現行の「80℃加湿下」発電から、加湿器が不要で高活性化が期待できる「高温・低加湿下」発電を目指している。そこで、本研究では「広温」低加湿プロトン伝導を示す新規電解質を開発し、申請者独自の触媒作製技術と融合することで、次世代のその先に来るべき「広温・低湿度下発電」を実現することを目的としている。本申請研究においては、高い酸基密度を持つ高分子膜およびアイオノマーを持つ燃料電池セルの開発を目指していた。これまで、本申請者は、高密度酸基を持つポリビニルホスホン酸をアイオノマーとする研究において、120℃無加湿でアイオノマーの漏出抑制の成功に由来する高耐久性を実現したもののの、白金被毒により酸素還元過電圧が大きくなる問題を見出していた。リン酸系でも同様の問題が指摘されていることから、高密度酸基アイオノマーでは、白金被毒は克服すべき課題であった。平成２７年度においてはポリビニルスルホン酸等、様々な高密度酸ポリマーをアイオノマーとして酸素還元過電圧を最小限に抑制できるアイオノマーを探索したものの、過電圧の低減には至らなかった。そこで、着想を変えて、カーボンブラック表面を高密度に直接スルホン酸修飾する手法を検討した。その結果、低温高加湿の一般的な条件ではナフィオンをアイオノマーとする従来系に及ばなかったものの、高温低加湿状態では従来系を遥かに上回る活性を示した。これは被毒が無い構造であったことに加え、アイオノマー無しでもプロトン伝導を可能にする高密度な修飾がなされたためと考察している。ただし、高密度なスルホン酸修飾を施したため、白金が凝集する問題が生じたことから、改善を行う。
1: 当初の計画以上に進展している
これまで、高密度酸修飾高分子をアイオノマーにするアイデアを進めていたものの、カーボン担体を直接高密度酸修飾する新たな着想で目的を達成できる見込みを示せたため。
高密度酸修飾カーボン上への白金担持が不均一であり、そのために活性比表面積を低下させている問題があるため、高分散白金担持を可能にする新たな手法の開拓を目指す。
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すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 2件)
ACS Energy Lett.
巻: 3 ページ: 193-198
10.1021/acsenergylett.7b01096
Chem. Lett
巻: 47 ページ: 261-264
10.1246/cl.170744
J. Mater. Chem. A
巻: 5 ページ: 10584-10590
10.1039/C7TA01318C
