白金合金触媒の劣化機構解明による高耐久性を有する固体高分子形燃料電池触媒の開発

阐明铂合金催化剂的劣化机理，开发高耐久性聚合物电解质燃料电池催化剂

基本信息

批准号：
16J08752
负责人：
大井梓
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

固体高分子形燃料電池（PEFC）のカソード触媒は，白金（Pt）使用量を低減するために従来のPt触媒からPt合金触媒への代替が求められている．しかしながら，PEFCの起動・停止のような高負荷環境においては，Ptおよび合金添加元素（M）の双方の溶解による触媒の劣化が懸念されている．そこで本研究では，チャンネルフローマルチ電極法と呼ばれる溶液フロー電気化学測定を用い，Pt合金から溶解するPtおよびMを電流としてその場同時定量測定することでPt合金の溶解機構解明を行い，Pt合金の高耐久化への指針を検討した．添加元素種としてFeおよびCuを選択し，アーク溶解により単相・多結晶体のバルク材Pt-50at% Fe, Pt-75at% Fe, Pt-25at% CuおよびPt-50at% Cuの4種類の合金試料を作製した．これらの試料に対してアルゴン脱気した25 ℃, 0.5 M硫酸中においてPEFC起動・停止負荷を模擬した電位（0.05 - 1.4 V vs. SHE）を試料に付与したところ，Ptおよび添加元素の双方が溶解することがそれぞれ電流変化として確認された．これらの電流変化からPt合金の溶解機構として，Ptの溶解により添加元素の溶解が促進されること，およびPtの溶解が起こらない場合も，Pt原子の表面拡散により添加元素の溶解が促進されることを明らかにした．Pt原子の表面拡散が抑制されると，添加元素の溶解も抑制されること．また，同組成の合金から溶解する添加元素量（FeおよびCu）を比較した場合，標準電極電位が貴なCuの方が溶解量が少なくなることが確認されており，これらの結果は高耐久性を有するPt合金を作製する際に非常に有益な情報となるものである．

对于聚合物电解质燃料电池（PEFC）的阴极催化剂，需要用Pt合金催化剂代替传统的Pt催化剂，以减少铂（Pt）的使用量。然而，在PEFC启动和停止等高负荷环境下，可能会因Pt和合金元素(M)的溶解而导致催化剂劣化。因此，在本研究中，我们采用一种称为通道流多电极法的溶液流电化学测量方法，通过现场同时定量测量 Pt 合金中溶解的 Pt 和 M，以阐明 Pt 合金的溶解机理。考虑了提高耐用性的准则。选取Fe和Cu作为添加元素种类，采用电弧法制备了Pt-50at% Fe、Pt-75at% Fe、Pt-25at% Cu和Pt-50at% Cu 4种单相/多晶块体材料。制备合金样品。当模拟 PEFC 启动/停止负载的电势（0.05 - 1.4 V vs. SHE）在 25 °C 且用氩气脱气的 0.5 M 硫酸中施加到这些样品时，Pt 和添加元素都随着电流的变化而溶解。目前的这些变化表明Pt合金的溶解机制是Pt的溶解促进添加元素的溶解，即使Pt不发生溶解，Pt原子的表面扩散也会促进添加元素的溶解很明显，当Pt原子的表面扩散被抑制时，添加元素的溶解也被抑制。此外，当比较从具有相同成分的合金中溶解的添加元素（Fe和Cu）的量时，已证实在较高的标准电极电位下溶解的Cu量较少。该信息在生产Pt时非常有用。具有特性的合金。