ダイレクトメタノール形燃料電池用ナノヘテロ界面制御Pt-CeO_2電極の合成と評価

直接甲醇燃料电池纳米异质界面控制Pt-CeO_2电极的合成与评价

• 批准号: 19651038
• 负责人: 森 利之
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19651038/
• 关键词: アノード; 燃料電池; ヘテロ界面; クラスター; エコマテリアル

燃料電池の普及促進のために、燃料としてメタノールを用いるダイレクトメタノール形燃料電池以外にも、低純度の水素を用いる燃料電池の開発を行い、持続社会形成に資する、新しい環境低負荷型電極(主としてアノード)の提案が強く望まれている。こうした背景をふまえて、本課題提案者はこれまでに、Ruに代わる資源豊富な材料として、酸化セリウム(セリア:CeO_2)を用いて、既存のPt-Ru合金電極を超える性能(高いピーク電流密度と低いメタノール酸化開始電位)を持つアノードの開発を行ってきた。昨年は、これまでの合成法で、白金担持量を5wt%まで低下させた試料(これまでは、白金量30wt%で検討していた)を作製したところ、白金担持量を5wt%まで低下させても、市販の白金30wt%含有したPt-Ru合金電極よりも高い性能を確認した。研究2年目にあたる平成20年度は、この成果をもとに、PtとCeO_2間ヘテロ界面構造の特徴を、白金担持量を変化させた5種類の試料をもとに、Spring8の高エネルギーXPSを用いて精査したところ、本研究の電極界面には、Pt^<+1>価の割合が極めて大きくなっていることが分かった。また、電気化学的測定結果からは、一酸化炭素被毒耐性は、白金担持量が少ない試料ほど改善させる傾向にあること、電極表面の電極反応律速過程は、大きく異なり、PtRu触媒では、反応律速であるのに対し、Pt/CeO_2触媒では、拡散律速であることも分かった。以上の2年間の研究結果を総合した結果、本研究で扱っているPt/CeO_2複合電極触媒においては、PtとCeO_2間のナノヘテロ界面におけるPt^+-酸素-Ceからなる活性サイトが、一酸化炭素耐性効果を強くもっており、このナノヘテロ界面構造を増やしていくことで、アノード電極の高性能化が可能になることが明らかになった。

为了促进燃料电池的普及，除了使用甲醇作为燃料的直接甲醇燃料电池外，我们正在开发使用低纯度氢气的燃料电池，并且正在开发新型环保电极（主要是Anode）提案，强烈要求。基于这一背景，本项目提出者迄今已使用氧化铈（ceria：CeO_2）作为资源丰富的材料来替代Ru，并开发出比现有Pt-Ru具有更高性能（更高峰值电流密度）的电极我们一直在开发一种具有低甲醇氧化引发电位的阳极。去年，我们制作了一个样品，其中使用传统合成方法将铂负载量减少至 5wt%（之前我们考虑铂负载量为 30wt%），但我们证实了其性能比市售的 Pt-更高。含有 30 wt% 铂的 Ru 合金电极。 2008财年，即研究的第二年，我们使用Spring 8高能XPS，使用不同铂负载量的五种样品研究了Pt和CeO_2之间的异质界面结构的特征，结果发现电极。本研究中的界面具有极大比例的Pt^<+1>价态。此外，电化学测量结果表明，随着样品负载铂量的减少，抗一氧化碳中毒能力趋于提高，并且电极表面的电极反应速率决定过程显着不同；还发现Pt/CeO_2催化剂具有扩散限制。综合前两年的研究成果，我们发现在本研究处理的Pt/CeO_2复合电极催化剂中，Pt与CeO_2之间的纳米异质界面处存在由Pt^+-氧-Ce组成的活性位点。其具有很强的抗碳效应，并且已经清楚，增加纳米异质界面结构的数量将使得提高阳极电极的性能成为可能。

项目成果

Design of high quality electrode with nano-hetero interface for direct methanol fuel cell application

直接甲醇燃料电池应用的纳米异质界面高质量电极设计

• 发表时间: 2008
• 作者: H. Togasaki;T. Mori;M. Takahashi;H. Yoshikawa;V. Matolin;J. Drennan;N. Okazaki
• 通讯作者: N. Okazaki

Development of high quality Pt-CeO_2 electrodes supported on carbon black for direct methanol fuel cell applications

开发用于直接甲醇燃料电池应用的炭黑支撑的高质量 Pt-CeO_2 电极

• 发表时间: 2008
• 期刊: Advances in Applied Ceramics 107
• 作者: Takahashi M;Mori T;Vinu A;Ou D R;Kobayashi H;and Drennan J
• 通讯作者: and Drennan J

Influence of Pt and CeO_2 interaction in Pt-CeO_2 electrode on anode and cathode performance for fuel cell applications

Pt-CeO_2电极中Pt和CeO_2相互作用对燃料电池阳极和阴极性能的影响

• 发表时间: 2008
• 期刊: Transactions of the Materials Research Society of Japan 33
• 作者: Takahashi M;Mori T;Togasaki H;Fugane K;Tada A;Matolin V;Drennan J;corresponding author
• 通讯作者: corresponding author

Influence of nano-structural features in Pt-CeO_2 composite anode on anode properties for development of direct methanol fuel cell

Pt-CeO_2复合阳极纳米结构特征对直接甲醇燃料电池阳极性能的影响

• 发表时间: 2008
• 期刊: proceedings of the eighth international conference on EcoBalance
• 作者: Togasaki H;Mori T;Ye;F;Yoshikawa H;Ueda S;Yamashita Y;Kobayashi K;Takahashi M;Okazaki N;Matolin V;Drennan J;corresponding author
• 通讯作者: corresponding author

Anode ploperty of Pt-CeO_2-SnO_2 composite electrode for methanol oxidation reaction

Pt-CeO_2-SnO_2复合电极用于甲醇氧化反应的阳极性能

• 发表时间: 2007
• 期刊: proc.24th Japan-Korea International Seminar on Ceramics(Yamaha Resort"Tsumagoi", Kakegawa, Shizuoka, Japan, November20-22, 2007), edited by Akio Kato and Toshio Ogawa, published by the organizing committee of the 24th international Japan-Korea seminar on
• 作者: Takahashi M;Mori T;Togasaki H;Tada A;Matolin V;Drennan J
• 通讯作者: Drennan J