東京大学における研究紹介 CEE季刊誌 Newsletter 掲載内容より

堂免・久保田研究室

堂免一成教授、久保田純准教授
工学系研究科 化学システム工学専攻

燃料電池の開発

固体高分子形燃料電池に関する研究

固体高分子形燃料電池用白金代替触媒の開発
固体高分子形燃料電池(PECF)の電極触媒に用いられる白金 は希少で高価であることがPEFCの普及の大きな障害のひとつで ある。また、白金系触媒においてもカソードにおける大きな酸素還 元過電圧や強酸条件下での白金の溶出など触媒材料として問題 も多く、白金触媒を凌駕し、これを代替できる触媒の開発が望まれ ている。当研究室では資源量が豊富な金属からなる窒化物や酸 窒化物によるPEFCのカソード触媒の開発を目指している。Nb, Ti, Ta, Zrなどの4族、5族元素を中心にアンモニアと反応させるこ とにより窒化物や酸窒化物を合成し、その触媒性能や物性につい ての評価を行っている。
図1
PECFの電極触媒においては触媒表面の活性点の構築のみな らず、いかに集電体との電気的接合のとれた高分散な触媒微粒 子を構築するかが性能向上の鍵となる。通常のPEFCではカーボ ンブラック粉末を導電性担体として用い、この上に数ナノメートルの 白金粒子を担持して用いている。窒化物や酸窒化物材料は微粒 子として担体上への担持することが困難であるが、錯体重合法に よりカーボンブラック上に金属前駆対を高分散に付着させた後に窒 化する方法によって高性能な触媒を調製できることを見出してい る。また、アークプラズマを用い金属種を直接カーボンブラック粉末 表面に堆積させ、放電ガスによって窒化することによって高性能な 触媒を調製できる方法も開発した。Nb, Ti, Ta, Zrの酸窒化物触 媒は酸素還元電位が0.8-0.9 V(RHE)でありPt触媒の約1.0 V (RHE)には未だ達していないが、高表面積化や酸窒化物触媒に 対して最適なセル設計によって白金を用いないPEFCの実現へ向 けた研究を行っている。
CEE Newsletter No.4(2009.4) 掲載内容