現在JavaScriptが無効になっています。Carview!のすべての機能を利用するためには、JavaScriptの設定を有効にしてください。JavaScriptの設定を変更する方法はこちら。MotorFanNEDOは燃料電池自動車(FCV)用燃料電池の革新的な電極触媒や電解質膜の開発事業を行っている。水素極における電解質膜劣化の原因となる過酸化水素(H2O2)の発生を半分以下に抑制可能な白金‐コバルト合金水素極触媒の開発に世界で初めて成功した。用いた場合に比べて、電解質膜の耐久性を4倍以上に高められる。1において、燃料電池自動車(FCV)※2用燃料電池の性能と耐久性をさらに向上させると同時にコストの大幅な低減を実現する革新的な電極触媒や電解質膜の開発に取り組んでいる。水素極側での高分子電解質膜※3(以下、電解質膜)の化学的な分解劣化の抑制を挙げた。電解質膜を分解劣化するラジカル発生源となる過酸化水素(H2O2)の発生速度を大幅に抑制する白金‐コバルト合金水素極触媒の開発に世界で初めて成功した。試作触媒でのH2O2発生速度抑制効果をもとに、白金‐コバルト合金ナノ粒子/炭素触媒(以下、PtCo/CHT触媒)の量合成※4を可能とした。このPtCo/CHT触媒のH2O2発生速度が、従来使用されてきた市販の白金/高表面積カーボンブラック担体触媒(以下、市販Pt/CB触媒)に比べて半分以下に抑えられることを確認した(図1(A))。このPtCo/CHT触媒を水素極として塗布した電解質膜を用いた燃料電池単セル※5の加速劣化試験を行ったところ、従来の燃料電池向け市販Pt/CB触媒を水素極に用いた場合に比べて、耐久性が4倍以上向上することがわかった(図1(B))。これにより、FCVや定置用燃料電池の耐久性の飛躍的な向上が期待できる。向けた研究開発を進める。種々の先端的解析法と計算科学により作用機構を多角的に解明して、さらに高性能な触媒設計指針の確立を目指す。燃料電池は、電解質膜の両側の電極に水素と空気を供給して発電する(図2(A))。水素極では、水素が酸化されて水素イオン(H+)と電子(e−)が生成する。反応式(1)もう一方の電極には空気を供給するが、酸素の一部が電解質膜を透過して水素極の触媒に吸着した水素原子(Had)と反応して過酸化水素が副成する。反応式(2)H2O2が鉄イオン(Fe2+)などの不純物と接触すると、発生したOHラジカル(・OH)が電解質膜を攻撃して分解する。現在、電解質膜として主に用いられているパーフルオロスルホン酸膜は、フッ化物イオン(F−)を放出しながら分解し(図2(B))、最悪の場合、水素と空気を分離する機能が失われる。このような分解を抑制する手段の一つとして、電解質膜にラジカル捕捉剤を加える方法がある。この方法には、燃料電池の使用中に捕捉剤が膜内を移動して効果が低下する、捕捉剤の加えすぎにより燃料電池の出力性能が低下する、といった問題があった。そこで、山梨大学は、ラジカル発生源である過酸化水素の発生速度自体を抑制することが最も有効な電解質膜の劣化抑制対策であると考え、今回の研究を実施した。量合成したPtCo/CHT触媒を厚さ25μmの電解質膜に水素極として塗布し、空気極側には市販Pt/GCBHT(白金ナノ粒子を黒鉛化カーボンブラックに担持し、熱処理)触媒を塗布して、標準サイズの燃料電池単セル(電極面積29.2cm2)に組み込んで、加速劣化試験を行った。この試験法は、反応ガスを加圧して90°C、開回路状態(電流を流さない状態)でOHラジカルによる分解を加速するものだ。200時間ごとに水素透過速度を測定して電解質膜の劣化度合いを調べた結果を示す(図4)。比較対象として市販Pt/CB触媒を水素極に用いた場合は、過酸化水素の発生などに起因する電解質膜の劣化により160時間で燃料電池の電圧が0.8V程度に急激に低下すると共に電解質膜の水素透過速度が使用開始時の100倍以上に増加した。解体後の検査では電解質膜が薄くなり小さな穴あきの発生を確認した。他方、今回開発したPtCo/CHT触媒を水素極に用いた場合は、過酸化水素の発生などに起因する電解質膜の劣化などが抑制され、600時間後でも0.9V程度と高い電圧を長時間維持すると共に水素透過速度は初期の1.5倍の増加に抑えられた。約720時間後には電圧が0.85V以下へ低下しましたが、その電圧に達するまでの運転時間が市販Pt/CB触媒を用いた場合の4倍以上に延びた。1000時間後に水素透過速度が初期の約10倍まで増加したが、市販Pt/CB触媒を用いた場合に比べて劣化が極めて緩やかだった。計算科学により、表面に白金スキン層が存在するPtCo合金では水素原子の吸着が弱められて、H2O2を生成しにくくなる作用機構も解明できた。Vehicleの略です。水素を燃料とした燃料電池を電源としてモーターで走行する自動車のこと。トヨタ自動車(株)が世界最初のFCV量産車「ミライ」を2014年に発売開始した。供給される水素ガスと空気が混合しないように分離する機能と、水素極で生じる水素イオン(H+)を空気極まで伝導する役割を持つ。用いられている材料は、テフロンのような疎水性ポリマー骨格にエーテル基を介して親水性スルホン酸基側鎖がつながり、水和したH+イオンを伝導する機能を持つ。実験室で試作された触媒などの材料を工業的に製造する一歩手前の段階での合成法。一般に、一度に数グラム以上合成される。単セル電解質膜の片面に水素極を、もう一方に空気極を塗布・接合した膜-電極接合体を、ガス流路を備えた集電板で挟み付けた電池ユニット。2020.1.31メルセデスEクラスにも「ハイ、メルセデス」。2020.2.11未来のヘッドライトが想像の斜め上。JAPANのサービスであり、ヤフー株式会社が株式会社カービューと協力して運営しています。記事の無断転用を禁じます。