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2023 年度 実績報告書

真に水素社会に貢献する燃料電池自動車用の革新的な超耐久空気極触媒の創製

研究課題

研究課題/領域番号 18K05291
研究機関横浜国立大学

研究代表者

松澤 幸一  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80500743)

研究分担者 石原 顕光  横浜国立大学, 先端科学高等研究院, 特任教員(教授) (30754006)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2024-03-31
キーワード燃料電池 / 固体高分子形燃料電池 / 空気極 / 担体 / 酸化物系触媒 / 酸化チタン / 脱炭素 / 脱白金
研究実績の概要

本研究はタイトルである「真に水素社会に貢献する燃料電池自動車用の革新的な超耐久空気極触媒の創製」とある様に、高耐久ではなく、それよりも更に耐久性があると考えられる「超(高)耐久空気極触媒の創製」が目的である。本研究でのターゲットとなる固体高分子形燃料電池(PEFC)は家庭用定置電源や燃料電池自動車に用いられているが、現行材料の空気極担体のカーボンは今後の自動車用の作動条件(高温、高電圧化)を見据えた場合、耐久面で問題があり使用ができないため、脱炭素で高耐久な担体及び触媒開発を行ってきた。
本年度は去年度までの内容をベースにチタン酸化物系電極触媒の開発について検討した。具体的にはFe、Ni、Znなどを混合し、低酸素分圧下で熱処理して得られた異元素添加Tiベース酸化物触媒作製を試み、酸素還元反応(ORR)の活性向上に効果的なFe、Znの添加原子比率の最適化を試みた。その結果、Fe/Ti=0.2、Zn/Ti=0.9において2 %H2+0.5 %O2/Arでの熱処理を行って得られた触媒は、酸化物含有量が36 wt%であり、従来条件にて熱処理した触媒よりも多く、触媒質量基準のORR活性が向上し、本研究の中では最高活性を示した。
これまで担体として、Nb-TiO2及びP-SnO2を検討し、Nb-TiO2は比表面積と導電率はトレードオフの関係にあるが、Pt触媒担持用であれば十分な物性値を持つサンプルの合成に成功した。また、触媒としてジルコニウム酸化物系についても検討した。出発物質に窒素を多く含有するピラジンカルボン酸をベースに鉄系前駆体を混合してORRに及ぼす効果について評価した。鉄系前駆体の添加により、ORRの質的な向上が確認された。材料解析によりジルコニア(ZrO2)の単斜晶の割合と活性との間で相関性が見られた。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] チタン酸化物ベース触媒への鉄、亜鉛添加による酸性電解質中における酸素還元活性の向上2024

    • 著者名/発表者名
      小幡もも、松澤幸一、竹内悠、商磊、原賢二、石原晋次、伊澤和祥、永井崇昭、門田隆二、石原顕光
    • 雑誌名

      燃料電池

      巻: 23 ページ: 83-94

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fe, N-Doped SrTiO3 Synthesized Using Pyrazine Carboxylic Acid-Metal Complexes: Application as an Oxygen Reduction Catalyst for Polymer Electrolyte Fuel Cell Cathodes in Acidic Media2023

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Yuu、Matsuzawa Koichi、Nagai Takaaki、Ikegami Kaoru、Kuroda Yoshiyuki、Monden Ryuji、Ishihara Akimitsu
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 96 ページ: 175~177

    • DOI

      10.1246/bcsj.20220312

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fe and Zn Addition Effects of Ti Oxide-Based Electrocatalyst on Catalytic Activity for Oxygen Reduction Reaction2023

    • 著者名/発表者名
      Matsuzawa Koichi、Obata Momo、Takeuchi Yuu、Ohgi Yoshiro、Nagai Takaaki、Monden Ryuji、Ishihara Akimitsu
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 111 ページ: 29~34

    • DOI

      10.1149/11105.0029ecst

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Improvement of ORR Activity of Monoclinic Zirconium Oxides by Fe and F Co-addition for PEFC Cathodes2023

    • 著者名/発表者名
      TAKEUCHI Yuu、MATSUZAWA Koichi、MATSUOKA Yasuke、WATANABE Keita、NAGAI Takaaki、MONDEN Ryuji、ISHIHARA Akimitsu
    • 雑誌名

      Electrochemistry

      巻: 91 ページ: 127001~127001

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.23-00103

    • 査読あり
  • [学会発表] 低温作動燃料電池カソードのためのTi酸化物ベース触媒の電気化学的特性2023

    • 著者名/発表者名
      小幡もも,松澤幸一,竹内悠,永井崇昭,門田隆二,石原顕光
    • 学会等名
      第30回燃料電池シンポジウム
  • [学会発表] Fe and Zn Addition Effects of Ti Oxide-Based Electrocatalyst on Catalytic Activity for Oxygen Reduction Reaction2023

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuzawa, M. Obata, Y. Takeuchi, Y. Ohgi, T. Nagai, R. Monden, A. Ishihara
    • 学会等名
      243rd ECS Meeting
  • [学会発表] 酸素還元触媒としての Ti 酸化物ベース触媒に対する活性影響因子の検討2023

    • 著者名/発表者名
      小幡もも,松澤幸一,竹内悠, 玉置友史, 植竹裕太, 清野智, 商磊, 原賢二, 永井崇昭, 門田隆二, 石原顕光
    • 学会等名
      2023年電気化学秋季大会
  • [学会発表] PEFC 用非白金カソード触媒としての Fe ドープ Zr 酸化物の酸素還元活性の高活性化2023

    • 著者名/発表者名
      竹内悠,松澤幸一,松岡弥佑,永井崇昭,門田隆二,石原顕光
    • 学会等名
      2023年電気化学秋季大会
  • [学会発表] PEFCカソードのためのTi酸化物ベース触媒の酸素還元活性向上の試み2023

    • 著者名/発表者名
      小幡もも,松澤幸一,竹内悠,永井崇昭,門田隆二,石原顕光
    • 学会等名
      第 14 回新電極触媒シンポジウム&宿泊セミナー

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公開日: 2024-12-25  

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