2014 Fiscal Year Annual Research Report
担体界面制御による高活性燃料電池用先進的電極触媒の開発
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24350093
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
柿沼 克良 山梨大学, 総合研究部, 教授 (60312089)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内田 誠 山梨大学, 総合研究部, 教授 (10526734)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 電極触媒 / ナノ粒子 / 固体高分子形燃料電池 / カソード / アノード / 酸化スズ / 酸化チタン / 窒化チタン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
BET比表面積が40m2/g以上(合成時)で連珠構造を有するナノ粒子担体(Ta及びNbを固溶したSnO2担体、Taを固溶したTiO2）を合成することに成功した。コロイド法にてPtナノ粒子を高分散担持させ、Ptの形状・配向・組成を評価したところ、SnO2系では150℃（水素中)以上にて配向し、触媒-担体間相互作用が現れることを確認した。その結果、酸素還元活性も大幅に向上した。また、600度(窒素中）以上で熱処理することで、SnがPt触媒中に拡散し、PtSn合金となり、メタノールやホルムアルデヒドの酸化活性が大幅に向上することも見出した。それぞれの電気伝導度はPtの担持に伴い大きく向上すると共に、雰囲気の影響を受けることを明らかにし、XPS測定等の電子状態解析から、担体の空乏層とPtとの固固界面の電子状態変化が導電性に大きく影響している知見を得た。TiO2系では800度(水素中）にて熱処理することで、Ptの配向が現れると共にPtTi規則合金の形成が確認され、酸素還元活性の大幅な向上に関与していることを明らかにした。
また、TiN系において、配向したPt触媒を担持したカソードに用いた実用サイズのセルを作製し、発電試験に成功すると共に、その性能が市販触媒より優れること、Pt/Ta－SnO2をカソード触媒にした単セルにて、実用触媒より活性が高く、耐久性が大幅に向上することも明らかにし、実用面でもPtを配向させたナノ粒子担体触媒の有効性を実証することに成功した。また、それら触媒を用いたカソード触媒を用いた単セルの発電性能と湿度との相関も確認し、水管理の重要性(担体表面の制御の重要性）も明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
微細構造を精密制御した担体を合成することに成功すると共に、それに担持したPtナノ粒子の原子レベルでの組成分析・原子配列状態を詳細解析し、触媒ナノ粒子が配向する条件を明らかにすることができた。また、それらの触媒活性も向上し、SMSIとの相関があることや、電子伝導性と固固界面の電子状態との相関も明らかにした。更に、それら触媒を10ｇスケールで合成し、単セルでの発電試験を行い、発電性能や耐久性を明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、Ptだけでなく、合金触媒等への展開を図ると共に、水管理の観点からコンポジット等への展開も視野にいれ、研究を進める。得られた触媒に関しては、原子レベルでの解析を行うと共に、グラムスケールでの合成を行い、ハーフセル試験のみならず単セルでの発電試験を試みる。
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[Presentation] Durability of Pt/Graphitized Carbon Black Catalysts Under Gas Exchange Start-up Operating Conditions for Fuel Cell Vehicles2014
Author(s)
Y. Yamashita, S. Itami, J. Takano, M. Kodama, K. Kakinuma, M. Hara, H. Uchida, M. Watanabe, and M. Uchida,
Organizer
226th ECS Meeting
Place of Presentation
Cancun, (Mexico)
Year and Date
2014-10-05 – 2014-10-09
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