Application of Ultra-High-Resolution Real-Time Measurement system for Dissolved Ions to Fuel Cell Catalyst Development

超高分辨率溶解离子实时测量系统在燃料电池催化剂开发中的应用

• 批准号: 22K14506
• 负责人: 大井 梓
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14506/
• 关键词: 固体高分子形燃料電池; 白金合金触媒; 誘導結合プラズマ質量分析; 溶解; 耐久性

カーボンニュートラルの早期実現には，稼働中に二酸化炭素を排出しない固体高分子形燃料電池（PEFC）の普及が必要不可欠である．PEFC普及に向けた課題は，高コストの要因である白金触媒の使用量低減である．したがって，白金の一部を安価な元素で代替した白金合金触媒の開発が喫緊の課題である．また，コストの低減とともに，PEFC稼働環境下における触媒の耐久性が強く求められている．本研究では，白金合金触媒の利用において問題となる耐久性の低下，すなわち触媒の溶解を評価する測定法を確立し，触媒の高耐久化に寄与する材料設計指針の提案を目指している．触媒の溶解を評価する上での既存の課題は，その溶解量が極めて少なくそもそも検出することが困難な点にある．そこで本研究では，超高感度な溶液分析法である誘導結合質量プラズマ分析と溶液フローセルを組み合わせた測定系を構築することで，課題の解決に取り組む．本測定系を白金合金触媒の評価に適用することで，PEFC稼働環境下におけるナノレベルの触媒溶解検出を実現し，触媒の耐久性予測，及び触媒を高耐久化する材料因子の抽出が可能になると考えられる．本年度は，有限要素法を用いた測定法のシミュレーションを実施し，測定に有効な溶液フローセルの構造を検討した．また，シミュレーションで得られたセル構造を実際に作製し，実測とシミュレーションで得られた結果に若干のかい離はあるものの，傾向はほぼ一致することを確認した．今後は，より高精度にシミュレーションが可能となるように設定条件を見直す．それと同時に，作製したセルと白金合金触媒を用いてその溶解量の評価にも着手する予定である．

为了快速实现碳中和，必须推广使用在运行过程中不排放二氧化碳的聚合物电解质燃料电池（PEFC）。 PEFC广泛使用面临的挑战是减少铂催化剂的使用量，这是造成成本高的一个因素。因此，开发用廉价元素部分替代铂的铂合金催化剂是一个紧迫的问题。除了降低成本外，PEFC运行环境下对催化剂的耐久性也有强烈的需求。在这项研究中，我们的目标是建立一种测量方法来评估耐久性下降，即催化剂的溶解，这是使用铂合金催化剂时出现的问题，并提出有助于提高耐久性的材料设计指南催化剂。评价催化剂溶解度存在的问题是溶解的催化剂量极少且难以检测。在本研究中，我们将尝试通过构建将感应耦合质量等离子体分析（一种超灵敏溶液分析方法）与溶液流动池相结合的测量系统来解决这个问题。通过将该测量系统应用于铂合金催化剂的评估，可以检测PEFC操作环境中纳米级催化剂的溶解情况，预测催化剂的耐久性，并提取使催化剂高度耐用的材料因素。案件。今年，我们使用有限元法对测量方法进行了模拟，并研究了对测量有效的溶液流动池的结构。此外，我们还实际制作了模拟中得到的细胞结构，并证实虽然实测结果与模拟结果存在一些差异，但趋势几乎相同。将来，我们将审查设置条件，以实现更准确的模拟。同时，我们计划开始使用制造的电池和铂合金催化剂评估溶解量。

项目成果

超微少溶解量検出技術の最前線 ー金属材料の溶解機構解明への応用ー

最前沿的超微量检测技术-应用于阐明金属材料的溶解机理-

• 发表时间: 2022
• 作者: Shuhei Yoshida;Rui Fu;Wu Gong;Takuto Ikeuchi;Yu Bai;Zongqiang Feng;Guilin Wu;Akinobu Shibata;Niels Hansen;Xiaoxu Huang;Nobuhiro Tsuji;大井梓;大井梓
• 通讯作者: 大井梓

ナノレベルで捉える金属材料の溶解現象

在纳米水平上理解金属材料的溶解现象

• 发表时间: 2022
• 作者: Shuhei Yoshida;Rui Fu;Wu Gong;Takuto Ikeuchi;Yu Bai;Zongqiang Feng;Guilin Wu;Akinobu Shibata;Niels Hansen;Xiaoxu Huang;Nobuhiro Tsuji;大井梓
• 通讯作者: 大井梓