2021年11月15日

宇部興・産総研、燃料電池用 高性能触媒合成

【カテゴリー】：行政/団体 【関連企業・団体】：NEDO

NEDOは15日、宇部興産、産総研と共同で取り組む「超先端材料 超高速開発基盤技術プロジェクト」（超超プロジェクト）で、固体高分子型燃料電池（PEFC）向けの高性能なコアシェル型触媒の合成に成功したと発表した。1日当たり数十種の触媒を連続・自動合成することが可能なハイスループットフロー合成装置を用いて、短時間で最適なコアシェル構造を有する触媒合成条件を確立した。 　また、課題だったコアシェル型触媒の生産性を向上させるため、プロセス条件を最適化して、従来比10倍以上の本触媒の高効率合成プロセスを実現した。高い白金コストを大幅に低減することで、燃料電池触媒のより一層の社会実装を促進し脱炭素社会の実現に貢献する。 ■燃料電池の白金コストを大幅低減 　PEFCは、高いエネルギー変換効率や長寿命、低温作動（室温～100℃）などの特徴を持つため、クリーンな電源システムとして燃料電池自動車（FCV）や家庭用コージェネレーションシステムなどで利用される。PEFCのエネルギー変換効率をより向上させるためには、正極での酸素還元反応（ORR）の活性を高める必要がある。このため正極の触媒には触媒活性の高い白金を採用するのが一般的だが、白金は高価なため、使用量を大幅低減しエネルギー変換効率を向上させる手法の確立が必要。 　近年は、触媒粒子の外表面（シェル）部分のみに選択的に白金を存在させ、粒子の内部（コア）部分を他の金属で置き換えた構造のコアシェル型触媒により、白金利用効率の向上を目指す研究が活発だ。だがコアシェル型触媒の合成法の銅－アンダーポテンシャル析出（Cu-UPD）法は、工程が複雑な上バッチ式のため生産性が低いという問題点があった。 　NEDOは超超プロジェクトを通じて、計算・プロセス・計測の三位一体による機能性材料の高速開発に取り組み、その一環として今回、カソード触媒の白金使用量の大幅な削減を可能とするコアシェル型触媒を効率的に合成する技術を開発した。 　その結果、2019年にはPd＠Ptナノ粒子のフロー合成法を開発し、2020年には合成したナノ粒子を基材に固定する担持工程もフロー化したプロセスを構築し、Pd＠Pt／炭素触媒を全工程フロープロセスで合成することに成功した。これにより白金利用効率の向上が可能となるコアシェル型ナノ粒子触媒のバッチ式からフロー合成への変換が可能な基盤技術を確立した。 　ただ、合成した触媒はPtシェル構造の精密な制御ができておらず、Cu－UPD法で剛性した触媒に比べて活性が低いという課題があった。（以下略） 　 ニュースリリース参照 https://www.chem-t.com/fax/images/tmp_file1_1636941373.pdf