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» 2015年05月19日 09時00分 公開

燃料電池の白金触媒劣化プロセス、リアルタイム観察技術で解明へ燃料電池車(2/3 ページ)

[朴尚洙,MONOist]

従来は「粗大化」を確認することしかできなかった

 燃料電池は、燃料の水素と空気中の酸素を化学反応させることで電力を生み出している。水素極では、水素分子が電子と水素イオンに分離され、ここで取り出された電子が電力のもとになる。一方、空気極では、水素極から電流として移動してきた電子と水素イオン、空気中の酸素が化学反応して水が生成される。

燃料電池セル内における化学反応 燃料電池セル内における化学反応(クリックで拡大) 出典:トヨタ自動車

 そして、水素極と空気極の化学反応を促進する触媒として用いられているのが白金だ。実際に使われているのは、数十nmサイズのカーボン微粒子を担体に、数nmサイズの白金微粒子を担持したものだ。

水素極と空気極に触媒として用いられている白金の詳細。両極内の触媒層は数十nmサイズのカーボン微粒子で構成されており、このカーボン微粒子を担体に数nmサイズの白金微粒子が担持されている(クリックで拡大) 出典:トヨタ自動車

 一般的に触媒が化学反応を促進する性能は、表面積が大きいほど高くなるといわれている。燃料電池が発電する際に発生する白金微粒子の粗大化は、触媒の表面積の減少につながるので、これを避けられれば、燃料電池の発電効率の低下は起こりにくくなるというわけだ。

白金微粒子の粗大化=触媒の表面積の減少により反応性が低下する 白金微粒子の粗大化=触媒の表面積の減少により反応性が低下する(クリックで拡大) 出典:トヨタ自動車

 そこで求められるのが、白金微粒子が粗大化するメカニズムの解明だ。燃料電池が発電する際に、白金微粒子が粗大化していくプロセスを観察できれば、そのメカニズムが分かり、粗大化を起こさない技術の開発も可能になる。

 しかし従来は、発電前の初期状態と発電後の反応性低下後の白金微粒子を抽出して、それぞれを比較する定点観察しかできなかった。定点観察では、白金微粒子が粗大化していることは確認できても、どのように粗大化するかは分からない。

従来の定点観察では、どのように白金微粒子が粗大化しているのかは分からなかった(クリックで拡大) 出典:トヨタ自動車

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