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高効率燃料電池車実現へ 触媒のリアルタイム解析
【ナノテク】発信：2007/04/03(火) 09:42:42
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現在実用化している燃料電池でも、陽極（カソード）起電力の改善や白金溶出による触媒劣化といった問題を抱えている。特に、燃料電池のオン／オフの操作を繰り返すと触媒が劣化するのか、そのメカニズムが全くといってよいほど分かっていないという。同グループでは、カソード白金ナノ微粒子触媒の酸化還元挙動を『ＳＰｒｉｎｇ‐８』および高エ機構の『PF（フォトンファクトリー）』の放射光を用いて解析した。特に、燃料電池の運転条件下でのメカニズムの解明にあたって、Time-gatingＱＸＡＦＳ法（１秒の時間分解能で白金触媒とカソードの酸素がどのように反応するかを解明）およびエネルギー分散型時間分解ＸＡＦＳシステム（世界最速の４msecの時間分解能で触媒の変化をリアルタイムに観察）の２つの測定方法を新たに開発している。
その結果、燃料電池カソード表面では、電池をオン（起電）すると、白金触媒の表面にある酸素が増えていき、電気が流れ、白金粒子がマイナスの電気を帯びてくる。一方、オフにするとマイナスを帯びている白金の粒子から電気が流れ、最後に白金と酸素の結合ができ、白金の粒子がプラスに帯電していき一定の状態になるという一連のメカニズムとつかむことができた。また、燃料電池セルの電圧を増やしていった場合、１.４Ｖという開回路電圧よりも高い電圧にもっていくと白金粒子の中に酸素が入り込んでいき、溶出していくことがわかった。通常の０.４Ｖから１Ｖでは溶出は見られなかったという。
唯助手の話「１Ｖ以下で発電させれば、溶出の問題は起きないのかというと、局所的に１Ｖ以上に電位が上がる構造がどんどんできてしまう。それが劣化の原因ではないか。今後、触媒表面で、どのような反応が起きて、どういうことからこのような劣化といった問題が発生するのか、基礎的なアプローチを行っていきたい」
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