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2024 年度 実績報告書

微粒子ナノ構造化技術による燃料電池触媒層の細孔ネットワークエンジニアリング

研究課題

研究課題/領域番号 23K13590
研究機関広島大学

研究代表者

平野 知之  広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (40963674)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2025-03-31
キーワード固体高分子形燃料電池 / 火炎噴霧熱分解法 / 酸化物 / 細孔制御 / マクロ孔
研究実績の概要

2024年度は,(1)火炎法による酸化物触媒担体の粒子径微細制御,(2)触媒担体粒子のマクロポーラス構造を利用した燃料電池触媒性能の向上,(3)導電性酸化物バインダーを用いたマクロポーラス酸化物担体の機械的耐久性の改善を実施した。
(1)火炎法による酸化物触媒担体の粒子径微細制御:火炎噴霧熱分解法を用いて粒子径を微細に制御した酸化物担体微粒子を合成した。パラメータとして,原料濃度,原料溶液供給速度,酸素分散ガス流速を細かく調整することにより,3~40 nmの範囲で数nmごとに粒子径を制御できるようになった。
(2)触媒担体粒子のマクロポーラス構造を利用した燃料電池触媒性能の向上:火炎噴霧熱分解法によって合成した酸化物単体微粒子を一次粒子として,噴霧乾燥技術を用いてマクロポーラス微粒子を合成した。マクロポーラス構造を持つ酸化物微粒子を触媒担体に用いることで,ホットプレス後の触媒層内にもマクロ孔が維持されることがわかった。これらのマクロな細孔は,ガスや水の経路として使用され,ガス拡散抵抗が低減することがわかった。
(3)導電性酸化物バインダーを用いたマクロポーラス酸化物担体の機械的耐久性の改善:火炎法で作製した酸化物を構造化して合成したマクロポーラス微粒子は,ポーラス骨格の密度が低く,触媒層形成のためのホットプレスでその構造の崩壊がみられた。そこで,導電性酸化物をバインダーとして用いて,機械的に強靱なマクロポーラス酸化物担体を合成した。バインダー添加量を増加させることで粒子の機械的耐久性を改善することができるが,多量に添加すると肝心な細孔量が低下することが明らかとなり,燃料電池触媒担体として利用するための,適切なバインダー添加量を見出した。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2025 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件) 図書 (1件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Conductive RuO2 binders enhance mechanical stability of macroporous Nb-SnO2 particles as cathode catalyst supports for high-performance PEFCs2025

    • 著者名/発表者名
      Ho Thi Thanh Nguyen、Hirano Tomoyuki、Takano Aoi、Miyasaka Syu、Tanabe Eishi、Maeda Makoto、Septiani Eka Lutfi、Cao Kiet Le Anh、Ogi Takashi
    • 雑誌名

      RSC Applied Interfaces

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1039/D4LF00404C

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Flame Spray Pyrolysis Achieves Size-Tunable Niobium-doped Tin Oxide Nanoparticles for Improved Catalyst Performance in PEFCs2025

    • 著者名/発表者名
      Ho Thi Thanh Nguyen、Hirano Tomoyuki、Narui Ryosuke、Imaoka Shota、Takano Aoi、Miyasaka Syu、Tanabe Eishi、Septiani Eka Lutfi、Cao Kiet Le Anh、Ogi Takashi
    • 雑誌名

      ACS Applied Energy Materials

      巻: 8 ページ: 4640~4647

    • DOI

      10.1021/acsaem.5c00266

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of annealing treatment on nanostructure and electrical conductivity of flame-made Ir-IrO2/TiO2 particles2024

    • 著者名/発表者名
      Ho Thi Thanh Nguyen、Hirano Tomoyuki、Narui Ryosuke、Tsutsumi Hiroshi、Kishi Miho、Yoshikawa Yusuke、Cao Kiet Le Anh、Ogi Takashi
    • 雑誌名

      Advanced Powder Technology

      巻: 35 ページ: 104568~104568

    • DOI

      10.1016/j.apt.2024.104568

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Macroporous Structures of Nb-SnO2 Particles as a Catalyst Support Induce High Porosity and Performance in Polymer Electrolyte Fuel Cell Catalyst Layers2024

    • 著者名/発表者名
      Hirano Tomoyuki、Tsuboi Takama、Ho Thi Thanh Nguyen、Tanabe Eishi、Takano Aoi、Kataoka Mikihiro、Ogi Takashi
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 24 ページ: 10426~10433

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.4c01150

    • 査読あり
  • [学会発表] Macroporous Structures of Flame-made Nb-SnO2 Particle as a Catalyst Support Induce High Porosity and Performance in Fuel Cell Catalyst Layers2024

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Hirano, Takashi Ogi
    • 学会等名
      Expert Workshop on Nanoparticles Synthesis
    • 国際学会
  • [学会発表] 微粒子のマクロポーラス構造を用いた燃料電池用 Pt/Nb-SnO2触媒層の空隙設計2024

    • 著者名/発表者名
      平野 知之, 高野 葵, 片岡 幹裕, 荻 崇
    • 学会等名
      化学工学会第55回秋季大会
  • [学会発表] Sb-SnO2ナノ粒子の火炎噴霧合成と光学特性2024

    • 著者名/発表者名
      時津 菜穂, 平野 知之, 荻 崇
    • 学会等名
      化学工学会第55回秋季大会
  • [学会発表] 火炎法によるSb-SnO2ナノ粒子の合成と近赤外線吸収特性評価2024

    • 著者名/発表者名
      時津 菜穂, 平野 知之, 荻 崇
    • 学会等名
      第41回エアロゾル科学・技術研究討論会
  • [図書] 分散・凝集ハンドブック2025

    • 著者名/発表者名
      平野 知之,荻 崇
    • 総ページ数
      536
    • 出版者
      株式会社エヌ・ティー・エス
  • [備考] 平野知之個人HP

    • URL

      https://tomoyukihirano.com

  • [備考] Thermal Fluid Materials Engineering Laboratory

    • URL

      https://www.hu-tme.com

  • [産業財産権] 導電性金属酸化物粒子及び電気化学反応用触媒粒子2023

    • 発明者名
      高野 葵,片岡 幹裕,荻 崇,平野 知之
    • 権利者名
      高野 葵,片岡 幹裕,荻 崇,平野 知之
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      7636757

URL: 

公開日: 2025-12-26  

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