ナノ積層法による固体高分子形燃料電池の広温低加湿化

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16H06056
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: デバイス関連化学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 藤ヶ谷 剛彦 九州大学, 工学研究院, 教授 (30444863)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 固体高分子型燃料電池 / 電極触媒 / プロトン伝導体 / 白金 / ポリベンズイミダゾール / 高分子電解質 / 表面改質 / カーボン担体

研究成果の概要

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」発電を目指した研究をおこなった。本研究ではまず、１００度以上のより高温かつより低加湿でプロトン伝導を示す新規電解質の開発を行った。その結果、ポリベンズイミダゾール骨格をベースとし、酸基をグラフトするアプローチにおいて、酸基の間隔を短くすることでプロトン伝導が向上する新たな知見を見出した。さらにその開発した新規電解質を燃料電池触媒層にも導入したところ、カーボン表面が酸基で覆われる新たな炭素担体表面構造を構築することに成功し、白金担持を行った新規電極触媒の作製を行った。

自由記述の分野

ナノカーボン

研究成果の学術的意義や社会的意義

燃料電池車の市販も開始され、固体高分子形燃料電池の重要性が高まっている。現在、普及に向けてさらなる「低コスト化」と「高活性化」が急務とされ、そのために、加湿器が不要となる「低湿度運転」と高活性化が見込める「高温化」が求められている。しかし、現行の高分子電解質は高温・低加湿での伝導度低下が大きいために、代替材料が求められていた。さらに現行炭素担体も高温での劣化が大きいことが知られているために、この両者を解決する必要があった。本研究では、高温で伝導度の高いプロトン電解質を開発し、炭素担体もカーボンナノチューブの使用を可能にし、材料側から次世代燃料電池の実現を可能にした点において意義が大きい。