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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。
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