| 研究課題/領域番号 |
18K14020
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| 研究機関 | 地方独立行政法人大阪産業技術研究所 |
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研究代表者 |
西村 崇 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 和泉センター, 主任研究員 (20372138)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 電析 / 触媒 / 金属空気二次電池 / 正極 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、電解法を応用することで、高活性な金属空気二次電池用正極触媒層を創製する。触媒としては、アルカリ水溶液中で酸素発生および酸素還元活性が高いランタン系ペロブスカイト型金属酸化物に注目した。さらに、導電助剤であるカーボン粉を触媒形成時に同時に固定させることで内部抵抗が低く利用率の高い触媒層を実現する。
本年度は、LaMn酸化物、LaMnSr酸化物、LaMnCa酸化物について組成制御およびカーボン粉の同時固定に成功した。研究の結果、酸化物の組成は、析出電位、析出時間、電解液組成に大きく依存することが明らかになり、これらのパラメータをそれぞれ変化させることで目的の組成を得ることが可能となった。また、吸引ろ過技術を組み合わせることで、カーボン粉を酸化物形成時に巻き込ませて同時に固定することにも成功した。さらに、作製した触媒は、一次電池の触媒で用いられているMn酸化物触媒よりも高活性であることも判明した。これまで、電析法を用いたランタン系ペロブスカイト型金属酸化物の析出を行った例はいくつが見られるが、組成の制御を系統的に行った研究はない。また、カーボン粉を同時に析出させた例も見られない。この技術は、新たな触媒作製方法の提案につながると考えられる。
次年度以降では、LaCo系酸化物においても、同様の研究を行い、酸化物の組成制御およびカーボン粉の同時固定を試みる。さらに、作製した触媒の電気化学特性および電池特性を調査し、最も高活性な組成の触媒を提案する。また、各種分析を行い、触媒反応のメカニズムの提案も行う。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の計画では、まず始めにランタン系ペロブスカイト型金属酸化物の電析条件を確立し、その後、確立した析出条件を元にしてカーボン粉と同時固定を行い、最終的に高活性な触媒層の作製を行う予定であった。しかし、研究を進める過程で、カーボン粉を同時に固定する場合とカーボン粉が存在しない場合では電析条件が異なることが明らかとなった。カーボン粉の存在しない場合で析出条件を確立したとしても、その条件がそのままカーボン粉が存在する場合に適用できないため、現在は、酸化物のみとカーボン粉が存在する場合の双方において析出条件の確立を進めている。酸化物の析出に関しては、LaMn系、LaCo系の2種類を予定しており、LaMn系においてはほぼ析出条件の確立ができたが、LaCoについては現在検討中である。LaCo系について析出条件の探索は今後の課題であるが、カーボン粉の同時析出については予定より先に検討できたため、全体としてはおおむね順調に進展していると考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
LaMnSr、LaMnCa酸化物の場合は、析出電位と電気量を固定し、溶液中のSrやCaの濃度をコントロールすることで目的の組成を得ることができた。LaCoSr、LaCoCa酸化物の場合も同様の手法で組成のコントロールができると考えられるため、まず、Coの濃度変化と析出の関係を調査する。さらに、カーボン粉の同時析出も試み、多孔質触媒層の作製に取り組む。
今後は、作製した触媒の電池特性評価および電気化学評価も行い、最も活性が高い組成を明らかにする。さらに形状観察や表面分析を行うことで、表面形態・組成・電子状態と触媒活性の関係を調べて、酸素発生および酸素還元反応のメカニズムの考察を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
参加した学会が近隣で行われ、当初予定していたものと差額が生じたため。また、消耗品購入の際の差額が生じたため未使用額が生じた。
次年度も、助成金は薬品や電極などの消耗品と各種学会の参加費に当てる。
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