平成22年度　戦略的大学連携支援事業　活動報告書

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CNTナノコンポジットを用いた燃料電池用酸素カソード極の高性能化室蘭工業大学 大学院 准教授 田邉 博義■ 教育研究部会 活動報告 研究小委員会次世代エネルギー変換装置として重要な燃料電池の実用化には、高効率化、長寿命化および低コスト化へ向けての課題が山積しており、これらを解決するためには、現状の白金等の貴金属電極触媒やパーフルオロスルホン酸系固体高分子形電解質膜等の材料から新規材料への革新が急務・必須である。電池の心臓部を構成する電極触媒/電解質界面における電極側界面において、現状の白金系電極触媒は、単なる使用量の問題のみならず使用環境で生起する性能劣化等の様々な問題点(①酸性電解質膜に溶解し膜中にPtバンドを形成する、②Ptの溶解/析出によるシンタリング、③炭素担体の腐食等)を有しているため、高い還元性能と安定性に優れた非白金系電極触媒の開発が必須となる。酸素カソード極の非白金系電極触媒の開発と高性能化、電解質側界面では水管理システムを不要とし広範な非白金系電極触媒の積極的活用が可能となる無加湿中温域で動作する塩基性固体高分子膜の開発が重要課題となる。我々は、これまで、触媒担体としてしか用いられてこなかったCNTに触媒活性を賦与し、CNT自身の酸素のカソード還元に対する電極活性を向上させ、これを用いたより高性能な非白金系カソード極の開発を目指してきた。炭素材料の中でもCNTは化学的安定性、機械的強度等に優れており、現状の白金系触媒の使用環境で生起する上述の様々な性能劣化の問題点を克服できる可能性をもつ。本年度の研究では、エアロゾル支援熱分解CVD法により合成した単層あるいは多層CNTと導電性高分子、有機金属錯体あるいは遷移金属酸化物とを熱処理によりコンポジット化を図り、化学的に構造制御された燃料電池用酸素カソード極触媒の開発を中心に、開発した電極触媒を活用できる無加湿中温型塩基性固体高分子膜の開発についても検討した。2.1. CNTの合成、高純度化およびCNTインクの調整2.1.1. CNTの合成と高純度化:エタノールと廃タイヤ抽出油を炭素源にし、窒素原子の導入可能なエアロゾル支援気相触媒流動法により合成した。CNT合成基板は、グラッシーカーボンである。エタノールを炭素源にして合成したCNTは良好な配向性を示し、チューブ径、長さはほぼ均一である。ダイナミックTG熱分析の結果に基づき、所定温度、所定ガス雰囲気下での熱処理によりアモルファスカーボンを除去し、超音波波照射下で硝酸と硫酸の混酸処理を行い、超遠心分離により分級、高純度化された所望のCNTを分離した。(図1)廃タイヤ抽出油を炭素源とした合成CNTのモルフォロジーはカーペット状で、分留なしで合成したCNTの純度は低く(50%程度)、抽出油の分留程度に大きく依存する。なお、高純度化のための処理は基本的にはアルコール系と同様に行った。(図2)2.1.2. CNTの分散:CNTと有機あるいは無機物質とのナノコンポジットを合成するためのインクを作製するためにCNTそのものの分研究目的1研究実施方法2図1図2連携推進委員会 活動報告教育研究部会 活動報告大学運営部会 活動報告地域連携部会 活動報告評価委員会193

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