高品質の開発

Jul 31, 2023

2022 年 5 月 13 日

国家科学技術研究評議会による

燃料電池電気自動車 (FCEV) は、内燃機関車に代わる環境に優しい交通手段です。 FCEVには、充電時間が短く、走行距離が長いなどの利点があります。 しかし、燃料電池触媒として使用されるプラチナのコストが高すぎるため、FCEVの供給が制限されています。 プラチナに代わる鉄やコバルトなどの非貴金属触媒に関する広範な研究が行われてきました。 しかし、非貴金属触媒の性能と安定性が低いため、白金の代替品を見つけることは依然として困難です。

韓国科学技術院（KIST）水素燃料電池研究センターのソン・ジョン・ユ博士率いる研究チームは、慶煕大学のキム・ジンス教授、江原大学のリム・ヒョンギュ教授と共同研究を実施した。 彼らは、現代のコバルトナノ粒子触媒と比較して性能と安定性が約40%向上した単一原子コバルトベースの触媒を開発したと発表した。 彼らの研究は『Applied Catalogy B: Environmental』に掲載されています。

従来の触媒は通常、遷移金属前駆体と炭素を700〜1000℃で混合する熱分解によって合成されます。 しかし、金属の凝集と低い比表面積のため、このプロセスで得られた触媒の活性は限られていました。 したがって、研究者たちは単一原子触媒の合成に焦点を当ててきました。 しかし、これまでに報告されている単原子触媒は、合成する触媒の種類によって使用する化学物質や合成方法が異なるため、少量しか製造できませんでした。 したがって、研究は製造プロセスではなく触媒の性能向上に焦点を当ててきました。

この問題に対処するために、工業用加湿器を使用した噴霧熱分解法が導入されました。 加湿器から得られた液滴を急速加熱処理することにより、液滴形状の粒子を得た。 これにより、連続プロセスによる大量生産が可能となり、あらゆる金属を容易に粒子化することができます。 金属粒子は工業用加湿器を介して製造されるため、金属粒子の合成に使用される材料は水溶性である必要があります。

このプロセスにより開発されたコバルト系単原子触媒は、優れた安定性と燃料電池性能を示し、従来のコバルト触媒と比較して40％優れていることが確認されました。 コバルトベースの触媒も燃料電池で副反応を引き起こします。 しかし、計算科学は、噴霧熱分解によって製造された触媒が燃料電池で順反応を引き起こすことを示しています。

ユ博士は「この研究を通じて、コバルト系単原子触媒の大量生産を大幅に改善できるプロセスが開発され、コバルト系触媒の作動機構が綿密な分析と計算によって解明された」と明らかにした。これらの結果は、コバルト触媒に関する将来の研究の指標として役立つことが期待されます。」 また、「今後は燃料電池用触媒だけでなく、環境触媒、水の電気分解、電池分野などにも研究範囲を広げていきたい」としている。

詳しくは： Kyungmin Im et al、効率的な電極触媒としての Co-NC の設計: プロトン交換膜燃料電池の優れた耐久性を実現する独自の構造と活性サイト、応用触媒 B: 環境 (2022)。 DOI: 10.1016/j.apcatb.2022.121220

国家科学技術研究評議会提供