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燃料電池、使用中の中身の観測に成功 電極・触媒の開発に貢献

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燃料電池、使用中の中身の観測に成功 電極・触媒の開発に貢献

自然科学研究機構分子科学研究所等の研究グループは、大型放射光施設「SPring-8」でエネルギーの高い硬X線を用いる「雰囲気制御型光電子分光装置」を開発し、世界に先駆けて固体高分子形燃料電池における燃料電池動作中の触媒電極の硬X線光電子分光その場観測に成功した。

今回、研究グループは3,000Paの雰囲気ガス圧下でも光電子分光測定が可能な「雰囲気制御型硬X線光電子分光装置」を開発し、SPring-8の電通大/NEDO「先端触媒構造反応リアルタイム計測ビームライン」(BL36XU)内に設置。さらに、この装置用に実際に燃料電池として動作する固体高分子形燃料電池型の測定セルを新たに開発し、燃料電池として動作中の電極触媒の硬X線光電子分光測定に世界で初めて成功した。

この測定により、燃料電池の電極間に印加された電圧に対応して電極中の白金ナノ粒子の電子状態が変化する様子を観測することができた。これは、測定が難しかった燃料電池動作中の電極の電子状態を測定することが可能になったことを示しており、今後、この装置により様々な燃料電池電極の動作中の状態が観測され、その結果が電池電極や触媒材料の開発に役立つことが期待される。

燃料電池は、次世代のエネルギー源として自動車などへの実用化が進められているが、発電性能の向上、カソード(正極)における高価な白金触媒の使用量の低減などの解決すべき課題が山積している。その解決の手がかりとして、燃料電池動作中の電極内にある白金の電子状態を知ることは非常に重要だが、その測定は難しく限られた手法でしか測定できなかった。

物質の電子状態の測定において、X線を試料に当てて出てきた光電子のエネルギーを測定する光電子分光法は非常に強力な手法だが、従来の光電子分光測定では試料を高真空に保つ必要があり、反応ガスが存在する動作中の燃料電池電極の測定は困難だった。

なお、この開発は、電気通信大学燃料電池イノベーション研究センター、名古屋大学物質科学国際研究センター、高輝度光科学研究センター(JASRI)と共同で行われた。

【参考】
分子科学研究所 - 放射光硬X線用いた雰囲気制御型光電子分光法による燃料電池電極のその場観察に成功

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