ウルトラマイクロ電極を用いる高分子電解質/電極触媒界面の評価システムの構築

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450349
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 内田 勇 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50005302)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 隆 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40302187) ; MOHAMEDI Mohamed 東北大学, 大学院・工学研究科, 講師 (60332516) ; 梅田 実 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (20323066)
• Keywords: ウルトラマイクロ電極 / 固体高分子電解質 / 電極触媒 / 固体高分子形燃料電池 / 直接メタノール形燃料電池 / マイクロアレー電極 / 電気化学測定 / 多孔質マイクロ電極

Research Abstract

各種ウルトラマイクロ電極を新規に創出することを通して,これまで困難であった高分子電解質/電極触媒界面の電気化学計測を簡便に行うことが可能となった。すなわち固体高分子電解質のように電気化学計測はiR降下を生じ易いが,マイクロ電極はiを小さくでき,また集合型のマイクロ電極は電極触媒機構を明らかにした。本研究の結果,固体高分子形燃料電池(PEFC)の計測に資する技術が構築された。今年度の主要な研究実績は,以下の通りである。まずマイクロアレー電極を使用して,ナフィオン膜のイオン伝導性に及ぼす水および水とアルコール混合比の影響が明確にされた。これは、PEFCならびに直接メタノール形燃料電池(DMFC)の運転に際して基礎特性となるものである。またマイクロアレー電極を用いて,メタノール電極酸化反応の反応中間体を電気化学的に検出することに初めて成功した。このような計測には,通常回転リング-ディスク電極が使用されるが,中間体の検出の報告はなく,今回の検出によりDMFCの燃料極反応機構の理解が進展した。次に,多孔質マイクロディスク電極を作製し,従来より単独で計測することが難しかったサブミクロン径の電極触媒の,簡便な電気化学計測が可能となった。これは,マイクロ電極先端をエッチングにより空洞を設けそこに粉体を充填するものであり,マイクロ電極ゆえに粉体間のiR降下をも無視できることが明らかになった。さらに,多孔性マイクロリング電極を作製し,先端に高分子電解質/電極触媒の積層構造を形成できるようにし,膜電極構造体(MEA)の電気化学計測を可能にした。以上のように,複数の新規ウルトラマイクロ電極の設計と作製により,従来から困難とされてきた高分子電解質/電極触媒界面の電気化学研究が進展を見せた。

Research Products

• [Publications] M.Umeda, H.Ojima, M.Mohamedi, I.Uchida: "Methanol-Vapor Induced Morphology and Current-Voltage Characteristic Changes at Cast-Coated Nafion【○!R】 Film/Interdigitated Microarray Electrode"J. Polym. Sci. Pt. B Pol. Phys.. 40. 1103-1109 (2002)
• [Publications] M.Umeda, M.Sugii, M.Mohamedi, I.Uchida: "Direct 2-propanol fuel cell : current-voltage characteristics and reaction product at room temperature operation"Electrochemistry. 70. 961-963 (2002)
• [Publications] Y.Hatakeyama, M.Umeda, M.Mohamedi, T.Itoh, I.Uchida: "Porous Micro-Ring Electrode : Preparation and Investigations of Liquid and Gas Phases' Methanol Oxidation"Electrochemistry. 70. 964-965 (2002)
• [Publications] M.Umeda, S.Kishioka, A.Yamada, I.Uchida: "A Novel Proton Conductor Based on Ternary Polymer Blend"Jpn. J. Appl. Phys.. 42. 680-681 (2003)
• [Publications] M.Umeda, M.Kokubo, M.Mohamedi, I.Uchida: "Porous-Microelectrode Study on Pt/C Catalysts for Methanol Electrooxidation"Electrochim. Acta. 48(印刷中). (2003)
• [Publications] H.Ojima, M.Umeda, M.Mohamedi, I.Uchida: "Electrochemical detection of methanol electrooxidation product using interdigitated microarray electrodes"Electroanalysis. 15(印刷中). (2003)
• [Publications] 梅田実, 内田勇: "携帯機器用マイクロ燃料電池-そのポテンシャルと研究開発状況"電気学会誌. 122. 545-548 (2002)
• [Publications] 梅田実, 内田勇: "小型および超小型燃料電池の研究開発動向"表面技術. 52. 576-582 (2002)