研究者が自動車用燃料電池の腐食を抑制する選択的触媒を開発

浦項科学技術大学（POSTECH）のキム・ヨンテ教授と博士課程候補のサンフン・ユー氏が率いる研究チームは、水素燃料自動車に使用される燃料電池の腐食を抑制する選択触媒を開発した。

燃料電池内の水素濃度に合わせて水素酸化反応を調整することで、チームは燃料電池の腐食を防ぐことができました。 この研究はACS Energy Lettersに掲載されました。

燃料電池は、耐久性を低下させるさまざまな要因の影響を受けやすくなります。 そのうちの 1 つは、特に自動車の始動および停止イベントに日常的にさらされるカソード触媒の劣化です。 燃料電池には、通常の車両走行時には高濃度の水素が安定して供給されていますが、車のエンジン停止時や発進時には一時的に水素濃度が低下します。 その結果、外部の空気が燃料電池内の水素と混合すると、アノードでの意図しない酸素還元反応が引き起こされ、突然の電位上昇とカソードでの炭素腐食が引き起こされます。

左。 この写真では、水素の流出が示されており、高水素濃度条件下で TiO2 が TiOOH に変化し、表面での水素の移動が促進され、その結果導電性が生じます。 右。 この写真は、比較的低い水素濃度の条件下では、Pt と TiO2 の間の強い相互作用により、TiO2 による Pt の被覆が起こることを示しています。 クレジット: POSTECH

研究チームは、二酸化チタン (TiO2) 上に白金 (Pt) を蒸着させた触媒 (Pt/TiO2) を開発しました。この触媒は、水素自動車に使用される燃料電池の腐食を効果的に停止します。 この電極触媒の性能は、二酸化チタンと白金の間の強力な相互作用と、周囲の水素濃度に応じて材料の表面導電率を変化させる水素の流出能力によってもたらされます。

車両が急停止または発進すると、それに応じて燃料中の水素濃度が低下します。 この水素濃度の減少の結果として、白金上で二酸化チタンが膨張し、その結果白金が触媒の表面の下に埋もれてしまいます。 二酸化チタンの膨張によって引き起こされるこの白金の埋没は、二酸化チタンの導電性が低いため、最終的に触媒を絶縁体に変える。

この絶縁効果により、触媒の電気伝導能力が妨げられ、カソードでの突然の電位上昇を引き起こす可能性のある望ましくない酸素の還元が防止されます。

逆に、標準運転中は水素濃度が高いままです。 このような高水素濃度条件下では、導電性の高い白金が触媒表面に露出し、二酸化チタンの還元が起こり、触媒表面での水素の移動が促進されます。 水素スピルオーバーと呼ばれるこの現象は、電流の流れを強化し、水素酸化反応を増加させます。

研究チームは、新たに開発した触媒と従来の触媒を比較するシミュレーション試験も実施した。 試験結果は、Pt/TiO2 触媒を使用した燃料電池が従来の燃料電池と比較して 3 倍高い耐久性を示すことを実証しました。

本研究は、韓国国立研究財団の未来物質発見プログラム、水素エネルギー革新技術開発事業、中堅研究員プログラムの支援を受けて実施されました。

リソース

ユ・サンフン、チョン・サンムン、キム・ギュス、イ・ジンヒョン、パク・ジンギュ、ジャン・ホ・ヨン、シン・サンヨン、イ・ヒョンジュ、バック・ソイン、イ・ジヌ、キム・ヨンテ (2023) 「自動車の耐久性向上」電極触媒表面上の水素流出による選択性実装による燃料電池」 ACS Energy Letters 8 (5)、2201-2213 doi: 10.1021/acsenergylett.2c02656

投稿日: 2023 年 5 月 14 日 カテゴリー: 触媒、燃料電池、水素、市場の背景 | パーマリンク | コメント (0)