高次構造を制御した新規繊維状炭素を用いる固体高分子形燃料電池用触媒に関する研究

新型可控高阶结构纤维碳聚合物电解质燃料电池催化剂研究

• 批准号: 14J10604
• 负责人: 馬場 恒生
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Ibaraki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J10604/
• 关键词: 固体高分子形燃料電池; 白金; マリモカーボン; 触媒; 燃料電池; PEFC; Pt触媒

本年度の研究では，マリモカーボンを用いた固体高分子形燃料電池用触媒の高性能化に主眼をおいた。マリモカーボンを構造という観点からその物性を詳細に評価したところ，従来広く使われてきたカーボンブラックには多く含まれているメソポア，マイクロポアといった構造が見られなかった。より詳しく見ると，カーボンブラックには直径100nm程度の微小な細孔が大量に含まれていたのに対し，マリモカーボンには80nm程度の隙間がわずかに含まれているのみであったことが分かった。これは，マリモカーボンに存在する空間が繊維の間の隙間のみしか存在していないためであり，液体の水が浸入あるいは脱出できなくなるだけの小さな細孔が含まれていないことを示している。そのため，単位重量辺りの比表面積がマリモカーボンは小さいにも関わらず，これを触媒として用いた燃料電池の性能は向上する，ということが明らかとなった。また，触媒金属となる白金の担持方法についても検討し，マリモカーボンに対して最も適したPtの担持条件を見出した。その結果，液体の水の中という最も簡便かつ均一化の容易な環境下において，触媒金属源となる塩化白金酸と還元剤となる水素化ホウ素ナトリウムの組み合わせのみでカーボン上に担持する金属粒子のサイズ，分布のコントロールがある程度可能となった。本研究では，金属粒子のサイズが2-4nm程度，かつカーボン上へ最も均一に分布する条件で最も高い発電性能を示した。先の構造的物性と合わせて考えると，マリモカーボンの使用によって担持されている白金粒子はほぼ無駄なく発電に寄与しており，性能の向上と貴金属使用料の削減を同時に期待できる触媒が作製可能であることが分かった。

今年的研究重点是使用 marimocarbon 提高聚合物电解质燃料电池催化剂的性能。当从其结构的角度对marimo碳进行详细评估时，发现不存在常规广泛使用的炭黑中常见的中孔或微孔结构。仔细观察发现，炭黑含有大量直径约100 nm的微观孔隙，而marimo碳仅含有少量约80 nm的空隙。这是因为马里莫碳中唯一存在的空间是纤维之间的间隙，这表明不存在足够小的孔隙来阻止液态水进入或逸出。因此，已经清楚的是，尽管海藻碳每单位重量的比表面积较小，但是使用海藻碳作为催化剂的燃料电池的性能得到了改善。我们还研究了催化金属铂的负载方法，并找到了在 marimocarbon 上负载 Pt 的最合适条件。结果，在最简单和最均匀的液态水环境中，仅使用氯铂酸作为催化金属源和硼氢化钠作为还原剂的组合就可以生产负载在碳上的金属颗粒，并且可以控制碳负载的金属颗粒。规模和分布在一定程度上。在这项研究中，当金属颗粒尺寸约为2-4纳米并且在碳上分布最均匀时，显示出最高的发电性能。考虑到这一点，并结合上述结构特性，由marimo碳负载的铂颗粒有助于发电，几乎没有浪费，并且可以制造出一种可以同时提高性能和减少贵金属使用量的催化剂。原来是。

项目成果

カーボン担体の結晶性が燃料電池の耐久性に与える影響

碳载体结晶度对燃料电池耐久性的影响

• 发表时间: 2014
• 作者: Koki Baba;Mikka Nishitani-Gamo;Toshihiro Ando;Mika Eguchi;馬場恒生;馬場恒生;馬場恒生;馬場恒生;Koki Baba;馬場恒生;馬場恒生;馬場恒生;馬場恒生;Koki Baba;馬場恒生;馬場恒生
• 通讯作者: 馬場恒生

Reducing Polarization Using Novel Carbon Support in Polymer Electrolyte Fuel Cell

在聚合物电解质燃料电池中使用新型碳载体减少极化

• 发表时间: 2016
• 作者: Koki Baba;Mikka Nishitani-Gamo;Toshihiro Ando;Mika Eguchi;馬場恒生;馬場恒生;馬場恒生;馬場恒生;Koki Baba
• 通讯作者: Koki Baba

Pt/マリモカーボンを用いた単セル内におけるORR活性と発電性能

使用 Pt/marimocarbon 的单电池 ORR 活性和发电性能

• 发表时间: 2017
• 作者: Koki Baba;Mikka Nishitani-Gamo;Toshihiro Ando;Mika Eguchi;馬場恒生
• 通讯作者: 馬場恒生

Enhancement of PEFC performance using a Marimo carbon

使用 Marimo 碳增强 PEFC 性能

• 发表时间: 2015
• 作者: Koki Baba;Mikka Nishitani-Gamo;Toshihiro Ando;Mika Eguchi;馬場恒生;馬場恒生;馬場恒生;馬場恒生;Koki Baba;馬場恒生;馬場恒生;馬場恒生;馬場恒生;Koki Baba
• 通讯作者: Koki Baba

マリモカーボンにより触媒層構造を改良したPEFCの活性と耐久性

使用 Marimocarbon 改进催化剂层结构的 PEFC 的活性和耐久性

• 发表时间: 2015
• 作者: Koki Baba;Mikka Nishitani-Gamo;Toshihiro Ando;Mika Eguchi;馬場恒生;馬場恒生;馬場恒生;馬場恒生;Koki Baba;馬場恒生;馬場恒生;馬場恒生
• 通讯作者: 馬場恒生