Effects of surface modified nano carbon materials by pulsed power on polymer electrolyte fuel cell

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本研究では、パルスパワー技術を用いてカーボンナノチューブ(CNT)等のナノカーボンの表面改質を行うことにより付加価値の高い材料として創製し、固体高分子型燃料電池(PEFC)の電極材料として応用することを目的としている。本年度は、パルスパワー技術として磁気パルス圧縮パルスパワー電源を用いて酸素雰囲気中でのバリア放電によりオゾンを生成し、ナノカーボンのオゾン暴露による表面改質を昨年度より継続して行った。バリア放電の条件として繰り返し周波数の影響を調査するために100、500Hzで行った(昨年度300Hz)。表面改質におけるオゾン暴露の時間依存性を検討するために放電時間は30分(昨年度60分)とした。酸素供給量は1L/minとした。100、500Hzにおけるオゾン濃度は放電開始1分程度で50、150ppmに達し、30分でそれぞれ100、300ppm程度まで達した。ナノカーボンとして多層CNTとカーボンナノホーン(CNH)を用いた。本バリア放電の条件下でオゾン暴露後のナノカーボンの水中分散性の経時変化を観察した結果、1週間ほど分散性が維持された。X線光電子分光法(XPS)のスペクトル波形分離を用いて表面分析を行った結果、酸素を含む複数種類の親水性官能基が導入されていることがわかった。このとき酸素の結合割合は100Hzの方が500Hzよりも多くなる傾向が伺えた。さらにCNTとCNHをPEFCの電極材料として膜電極接合体(MEA)を作製し、水素極と酸素極に使用する表面改質の有無によるナノカーボンの4種類の組み合わせで出力特性試験を行った。その結果、表面改質したナノカーボンを水素極、または両電極に使用することで出力電力が2倍以上増加することがわかった。これらの実験結果は非常に有益な研究成果であると考えられる。