世界最高レベルの活性を持つ燃料電池用メタルフリー正極触媒の開発に成功 | テクノロジー?材料

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世界最高レベルの活性を持つ燃料電池用メタルフリー正極触媒の開発に成功

2022.11.14

　カーボンニュートラルを実現する上で、水素と酸素からエネルギーを作り出す水素燃料電池（固体高分子型燃料電池）は極めて重要な技術の一つです。しかしながら、現在実用化されている水素燃料電池の正極に用いられる白金系触媒は、高性能である一方、希少金属であるため埋蔵量が限られており、水素燃料電池の価格上昇をもたらしています。従って、水素燃料電池を広く社会へ普及させるためには、白金を使わない触媒の開発が不可欠です。その有力候補として、安価で豊富な炭素材料をベースとし、耐久性も高い窒素ドープカーボン触媒が注目されていますが、燃料電池セル内の酸性環境下では活性が著しく低下するという問題があり、実用上の壁となっていました。

　本研究チームはこれまでに、窒素ドープカーボン触媒の活性が酸性環境下で低下するメカニズムを調べ、反応進行時の活性点の水和がその主要因であることを明らかにしてきました。今回、このメカニズムに基づいて触媒設計を行い、酸性環境下でも白金系触媒に迫る電圧特性と、高い電流特性を示す窒素ドープカーボン触媒を開発することに成功しました。これにより得られる正極触媒活性は、メタルフリー触媒としては世界最高レベルのものです。また耐久性も考慮すると、長時間使用時の特性は非白金系触媒の中でも最高レベルといえます。この正極触媒活性を燃料電池セルにおいて引き出すことができれば、商用化につながると期待されます。