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九州大、カーボンナノチューブの耐久性向上に成功 燃料電池を長寿命化

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九州大、カーボンナノチューブの耐久性向上に成功 燃料電池を長寿命化

九州大学 カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所(I2CNER)の研究グループは、カーボンブラック(CB)より遥かに強固な構造を持つ「カーボンナノチューブ(CNT)」に触媒を担持(付着した状態を保持)する新たな方法を開発したと発表した。これによりCNTの強固な構造を壊すことなく、さらに反応がスムーズに進行する構造で担持することが可能となった。

発電効率が高く二酸化炭素排出量も少ない「燃料電池」は、次世代の発電装置として期待されている。しかし、反応触媒として高価な白金を使用しているため、普及のためには効率と耐久性の向上が必要。電極にはCBを用いているが、動作中に溶解してしまうため、白金を長時間付着させることができず、結果として電池の寿命を短くしてきた。

研究グループでは、2009年に白金担持を行う手法を開発。「ポリベンズイミダゾール(PBI)」と呼ばれるポリマーがCNT表面を均一にコーティングし、白金を付きやすくできることを発見した。また、耐久性に優れたCNTの構造を維持しつつ、触媒反応を有利にする構造も作り込む画期的な触媒作製法を確立。さらに、2011年には触媒反応に有利なより高温域であるセ氏120度・無加湿条件での高効率な発電も成功した。

従来法と本手法により作製される触媒界面構造の比較

現在、燃料電池の実用化には高価な白金を大量に使用することが問題となっているが、燃料電池の長寿命化や単位白金あたりの活性を向上させることで、白金使用量の低減が可能となるため、実用化の可能性が高まる。今後は、本格的な実用化を視野に入れて実証試験を行う。

【参考】
九州大学 - カーボンナノチューブを利用した高性能燃料電池触媒の作製に成功(PDF)
世界を牽引する日本のSOFC技術(2013/2/25)

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