燃料電池の劣化を大幅に抑制、新触媒の開発に世界で初めて成功 山梨大学など

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新エネルギー・産業技術総合開発機構と山梨大学、田中貴金属工業株式会社は、燃料電池の劣化の原因となる過酸化水素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。

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。水素極では、水素が酸化されて水素イオンが生成される。空気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と反応して過酸化水素が副成される。この過酸化水素が鉄イオンなどの不純物と接触すると、発生したOHラジカルが電解質膜を攻撃して分解し、これが燃料電池の劣化の原因となっていた。

今回、山梨大学は白金‐コバルト合金ナノ粒子の表面構造を制御して耐酸性を高めた白金スキン/白金‐コバルト合金触媒を試作し、過酸化水素の発生速度を抑制する効果が非常に大きいことを発見した。この抑制効果をもとに、田中貴金属工業(株)が白金‐コバルト合金ナノ粒子/炭素触媒(PtCo/CHT触媒)の量合成を可能にした。そして、このPtCo/CHT触媒の過酸化水素発生速度が、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に比べて半分以下に抑えられ、加速劣化試験では耐久性が4倍以上向上した。これにより、燃料電池自動車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。

今後、山梨大学と田中貴金属工業は、自動車会社などと連携してPtCo/CHT触媒を用いた燃料電池を試験し、高性能・高耐久化に向けた研究開発を進める。また、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としている。

論文情報:

【Journal of Materials Chemistry A】Unparalleled mitigation of membrane degradation in fuel cells via a counter-intuitive approach: suppression of H2O2 production at the hydrogen anode using a Ptskin–PtCo catalyst