燃料電池や金属空気電池用ナノ粒子触媒の大量生産に適した製造方法を開発
地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター
燃料電池や金属空気電池用ナノ粒子触媒の
大量生産に適した製造方法を開発
地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター(都産技研)は九州大学と共同で燃料電池や金属空気電池用ナノ粒子触媒の大量生産に適した製造方法を開発しました。本研究の成果は、2019年5月5日に学術誌「Electrochemistry」に掲載されました。
研究概要・研究のポイント
燃料電池(※1)や金属空気電池(※2)の安価な正極触媒として期待されているペロブスカイト構造(※3)を持つ酸化物ナノ粒子をビーズミル(※4)法により分散し、活性を大幅に向上させました。
・小径ビーズの使用によって、触媒粒子のペロブスカイト構造の破壊を抑制
・ナノ粒子触媒を細かく分散させることができ、処理前の触媒に対して触媒活性を2.7倍に向上させることに成功
・量産機にスケールアップすることで、安価にナノ粒子の大量生産が可能
以下の展示会に出展し、本研究のパネル展示を行います。
2019 防災産業展 in 東京
開催場所:東京ビッグサイト 青海展示棟(小間番号 B-52)
開催日時:2019年6月5日(水)〜6月7日(金)10:00〜17:00
今後の展開
小径ビーズによるビーズミル処理によれば、低コストでナノ粒子を供給できることから、電池材料だけでなく、光触媒、化粧品、電子材料等にも応用可能であると考えられます。この小径ビーズによるビーズミル処理は都産技研にてオーダーメード開発支援でご利用可能です。(URL: https://www.iri-tokyo.jp/setsubi/sentan-h27-beadmil.html)
特許・論文情報
論文掲載: N. Tachibana, H. Kobayashi, S. Somekawa, and K. Shimanoe, Electrochemistry, 87 (3), 193-195 (2019). (URL: https://www.jstage.jst.go.jp/article/electrochemistry/87/3/87_18-00094/_article/-char/ja)
◆背景◆
燃料電池および金属空気電池は自動車や家庭用の次世代電源として注目されています。しかし、これらの電池に使用される活性の高い白金触媒はコストが高く、普及の妨げとなっています。ペロブスカイト型酸化物は安価であるため、白金の代替触媒として期待されていますが、粒子同士が凝集して表面積が小さいという問題がありました。触媒反応は、触媒表面で進行するため、表面積が小さいと低活性になります(図1)。
【画像: https://kyodonewsprwire.jp/img/201905156364-O1-50UJ3WX1 】(図1 ナノ粒子触媒の分散状態)
◆実験内容◆
代表的なペロブスカイト構造をもつ触媒であるLaCoO3粒子をビーズミルで処理しました。従来から用いられている径が大きな0.1 mmのビーズを用いて処理したLaCoO3粒子は結晶化度(※5)が32%と大きく低下したことから、大きなビーズによって結晶が破壊されていると考えられ、その触媒活性も低いことがわかりました。一方で、径が30 µmの小さなビーズを用いて処理した場合、LaCoO3粒子のペロブスカイト構造にはダメージを与えることなく、平均粒子径が77 nmのナノ粒子が得られました(図2)。この径の小さなビーズを用いて処理したLaCoO3触媒は、処理を施していない触媒に比べ、触媒活性が2.7倍に向上しました。この触媒活性の向上により電池の出力を向上させることができ、また、触媒担持量を低減することができます。
【画像: https://kyodonewsprwire.jp/img/201905156364-O2-Ba9106r2 】(図2 酸化物ナノ粒子の粒度分布)
【画像: https://kyodonewsprwire.jp/img/201905156364-O3-5h8KG90f 】(図3 本研究で用いたビーズミル装置)
微細なナノ粒子を得る方法として、気相法(※6)やメソポーラスシリカを用いたハードテンプレート法(※7)などがありますが、気相法は大型の真空装置を必要とし、また、メソポーラスシリカを用いたハードテンプレート法はシリカの合成、除去といった多段プロセスが必要となります。本研究では卓上タイプの小型テスト機を使用しましたが(図3)、量産機にスケールアップすることで安価にナノ粒子触媒の大量生産が可能であると考えられます。
ペロブスカイト構造をもつナノ粒子は燃料電池や空気電池用の触媒だけでなく、NOxやCO、HCの酸化触媒としても使用されています。したがって、これらのアプリケーションでも触媒活性の向上が期待できます。
◆用語の説明◆
※1:燃料電池
空気中の酸素と水素等の燃料を利用して発電するデバイスです。燃料電池は水素と酸素の反応を利用して発電を行い、発電時には水のみが生成するため、地球温暖化の原因となる二酸化炭素や、大気汚染の原因となる窒素酸化物等が発生しません。しかし、正極に使用する白金触媒のコストや短い寿命等の問題があります。
※2:金属空気電池
空気中の酸素と金属または金属合金を利用して発電するデバイスです。金属空気電池は、電池の中でもエネルギー密度が極めて高いことから注目されています。アルミニウム空気電池や鉄空気電池は、現行の電池の中で高いエネルギー密度をもつリチウムイオン電池と比較しても、優れた理論エネルギー密度を有し、また、資源的にも豊富で安価であるため、早期の実用化が期待されていますが、正極に使用する白金触媒のコストや短い寿命等の問題があります。
※3:ペロブスカイト構造
ABX3という組成式で表される化合物の結晶構造です。触媒だけでなく圧電体や誘電体、酸化物高温超伝導体等に利用されています。
※4:ビーズミル
対象試料を粉砕あるいは分散する装置です。粉砕室内のビーズに回転軸で運動を与え、ビーズ間の衝突やせん断等により、対象試料を微細化することができます。ビーズミルは1960年代から塗料や繊維用途に使用されてきましたが、近年では使用するビーズの微粒子化が可能となったため、低コストの新しいナノ粒子分散方法として注目されています。
※5:結晶化度
結晶部分と非結晶部分が混在している試料の、結晶部分が全体に占める割合のことを示します。
※6:気相法
気相中で化学反応を進行させて目的とする物質を得る合成方法の総称です。
※7:ハードテンプレート法
数nmから数十nmの細孔をもつメソポーラスシリカ等を用いて、この小さな細孔を鋳型として物質を合成する方法です。
焼肉食べ放題専門店がオープン!最安3000円から食べ放題を楽しめるコースを用意
ドジャース大谷翔平3戦ぶり7号 ロバーツ監督と並び日本生まれの選手としては球団最多タイ記録
柳原可奈子、平成レトロなギャルコーデ「あの頃のファッションやヘアって元気でるよね!!」
【ソフトバンク】山川穂高、リーグ3人目の4月月間30打点なるか 19試合26打点/見どころ
松のやのボリューム満点「有頭大海老フライ」が復活!「雪国育ちロースかつ」とのコンボも
Rソックス吉田正尚がメジャー移籍後最長の5試合連続ベンチ、カブスは今永昇太が先発
ミス東大グランプリ田中裕理「めざまし」でお台場からあげ祭紹介「朝から大量に食べてしまい…」
いぎなり東北産の伊達花彩、桜ひなのとのユニット曲「轟」は衣装が風でなびく演出、神と歌姫?
丘みどり「娘画伯のTシャツ着て公園!」2歳長女が描いた絵を公開
【第5週の虎に翼】花岡の助けで大学に戻った寅子、一方逮捕された直言は無実を認めようとしない
何があった!?「エアコン」が想定外の壊れ具合!投稿者に話を聞いた
完全にダマされた! 『ラヴィット!』あのちゃん“事故レベル”大暴走は『水ダウ』遠隔操作のしわざだった ネットも納得
小澤征悦と再婚した桑子真帆アナ(34)黒い過去が流出、衝撃の過去にネット騒然
大原櫻子、ガーシー暴露後初のSNS投稿に賛否の声「イメージ最悪になった」
ガーシー、またも綾野剛の暴露写真でネット歓喜「この写真見て笑っちゃう」
ユーチューバーもこう氏、元彼女・成海瑠奈について赤裸々告白
30キロ減量の華原朋美、痩せた美貌で“ノリノリ動画”公開 美ボディーで熱唱
岡本夏生(56)、1600日ぶりにブログを更新した現在が衝撃
辞退表明の元モー娘。市井氏が「初当選」 1日で辞職も7万円支給へ
大久保佳代子「30代前半は性欲おばけ」“ストッパー”にするためあえてしていたこと明かす
何があった!?「エアコン」が想定外の壊れ具合!投稿者に話を聞いた
岡本夏生(56)、1600日ぶりにブログを更新した現在が衝撃
曙と熱愛した相原勇(52)の現在が衝撃的すぎると話題に
深夜のファミリーマート徘徊、必ず入っている「フエラムネのミニチュアおもちゃ付」を探し求めた結果……
ガーシー、佐野ひなこの暴露を示唆でネット騒然「ファンだったのに」
ユーチューバーもこう氏、元彼女・成海瑠奈について赤裸々告白
ガーシー、またも綾野剛の暴露写真でネット歓喜「この写真見て笑っちゃう」
いなば食品のホームページが表示されない!そして「プレスリリース」もヤバすぎると話題に
完全にダマされた! 『ラヴィット!』あのちゃん“事故レベル”大暴走は『水ダウ』遠隔操作のしわざだった ネットも納得
小澤征悦と再婚した桑子真帆アナ(34)黒い過去が流出、衝撃の過去にネット騒然
焼肉食べ放題専門店がオープン!最安3000円から食べ放題を楽しめるコースを用意
ドジャース大谷翔平3戦ぶり7号 ロバーツ監督と並び日本生まれの選手としては球団最多タイ記録
柳原可奈子、平成レトロなギャルコーデ「あの頃のファッションやヘアって元気でるよね!!」
【ソフトバンク】山川穂高、リーグ3人目の4月月間30打点なるか 19試合26打点/見どころ
松のやのボリューム満点「有頭大海老フライ」が復活!「雪国育ちロースかつ」とのコンボも
Rソックス吉田正尚がメジャー移籍後最長の5試合連続ベンチ、カブスは今永昇太が先発
ミス東大グランプリ田中裕理「めざまし」でお台場からあげ祭紹介「朝から大量に食べてしまい…」
いぎなり東北産の伊達花彩、桜ひなのとのユニット曲「轟」は衣装が風でなびく演出、神と歌姫?
丘みどり「娘画伯のTシャツ着て公園!」2歳長女が描いた絵を公開
【第5週の虎に翼】花岡の助けで大学に戻った寅子、一方逮捕された直言は無実を認めようとしない