固体高分子形燃料電池の電極触媒超微粒子におけるナノ電気化学

聚合物电解质燃料电池电催化剂超细颗粒的纳米电化学

基本信息

批准号：
17041012
负责人：
佐々木一成
金额：
$ 3.65万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

固体高分子形燃料電池(PEFC)の性能を大きく左右するのが電極触媒である。固体酸化物形燃料電池(SOFC)において、電極反応が電解質-電極-気相からなる三相界面近傍において起こることが知られており、PEFCの場合も三相界面近傍でその反応が起こると一般的には考えられている。しかし、三相界面の幅や反応場などは定量的にはほとんど分かっていないのが現状である。そこで本研究では、形状の定義されたPEFCパターン電極を作製し、電気化学測定評価による局所的な電極反応プロセスを解明することを目的としている。平成18年度は、局所電気化学測定法として、パターン電極の形状も変えて、より微細な領域での電気化学特性評価を可能にした。これらの結果より、酸素還元反応が起こっている電極反応場は、Pt触媒が電解質成分に覆われている部分にまで広がっているということが分かった。これは、通常の多孔質電極で、電解質成分に覆われているPt触媒も電極反応に寄与しているということを示唆する内容になっている。また、酸素還元反応が起こっている電極反応場は、(1)酸素が膜厚方向に溶解する量、(2)膜厚方向に水素がクロスオーバーする量、(3)水の生成とカソードの電極反応の両方が起きる電極触媒表面の埋まっている深さおよび電極触媒表面の大きさで決まるということを、パターン電極を用いることで確認できた。これらの成果により、複雑な多孔構造の影響を取り除いたPEFC電極触媒反応機構についての考察が可能となるとともに、新たなナノ電気化学測定法評価手法への確立につながり、ナノイオニクスヘの学術的な貢献が可能と考えられる。また、溶液系電気化学と固体電気化学との融合へのきっかけとなると考える。さらに、将来は白金以外の材料評価や複合化効果などの評価も可能になり、微細構造の影響を排した新しい電極触媒材料探察ツールとしても有用になると考える。

电极催化剂极大地影响聚合物电解质燃料电池（PEFC）的性能。在固体氧化物燃料电池（SOFC）中，已知电极反应发生在由电解质、电极和气相组成的三相界面附近。然而，目前对三相界面的宽度和反应场的定量了解还很少。因此，本研究的目的是制造具有确定形状的PEFC图案电极，并通过电化学测量评估阐明局部电极反应过程。 2006财年，我们改变了图案化电极的形状作为局部电化学测量方法，使得可以在更精细的区域评估电化学特性。这些结果表明，发生氧还原反应的电极反应场延伸至Pt催化剂被电解质成分覆盖的区域。这表明，普通多孔电极中被电解质成分覆盖的 Pt 催化剂也有助于电极反应。另外，发生氧还原反应的电极反应场的特征在于：(1)膜厚方向溶解的氧量、(2)膜厚方向的氢透过量、(3)生成氧的量。使用图案化电极，我们能够确认两个电极反应均由电极催化剂表面的深度和电极催化剂表面的尺寸决定。这些结果使得在不受复杂多孔结构影响的情况下研究PEFC电催化反应机理成为可能，并导致建立一种新的纳米电化学测量方法评价方法，从而使学术界对纳米离子学的研究被认为是可能的。做出贡献。我们也相信这将是溶液电化学和固态电化学融合的机会。此外，我们相信将来可以评估铂以外的材料和复合效果，并且它也将作为探索消除微观结构影响的电极催化剂材料的新工具。