Applicability of group 4 oxides to oxygen reduction electrocatalysts for protonic-conducting ceramic fuel cells operated at intermediate temperature

昨年度は、中温域での酸素還元触媒能の評価のために、プロトン伝導性電解液として、硫酸水素ナトリウムと硫酸水素カリウムの共晶塩に注目し、共晶塩電解質を用いた。貴金属材料は評価できたので、引き続き、酸化物材料の共晶塩電解質中での電気化学評価を試みたところ、溶媒和の効果により、酸化物が徐々に溶解し、不安定であることがわかった。貴金属と異なり、酸化物の場合、電解質中での溶解により、有効電気化学表面積などの電気化学特性が変化するため、正確な酸素還元触媒能の評価が困難であることがわかった。最終的な実用化を考えた場合、安定性は必須となる。そこで、プロトン伝導セラミクスと電極触媒候補となる材料と混合し、目的である350℃付近よりも高い400℃で100時間保持することにより、複合化や分解などの進行の可能性を検討した。判断は、X線回折を用いて、熱処理により新たな結晶相が生じているかどうかを確かめた。プロトン伝導セラミクスとして、400℃以下でも、良好なプロトン伝導性を示すリチウム・ゲルマニウム・亜鉛複合酸化物を用いた。触媒候補材料として、20種類の貴金属及び酸化物を評価した。酸化ニオブと酸化鉄の場合に、新たな結晶相の生成が観察され、これら二つの酸化物はリチウム・ゲルマニウム・亜鉛複合酸化物と反応するが、他の大多数の貴金属や酸化物は、安定に存在することがわかった。最終目標は、酸化チタンや酸化ジルコニウムを触媒として用いることであるが、それらは電子伝導性に乏しく、電解質セラミクスとの複合化による、有効表面積の増大(いわゆる3相界面の形成)は容易ではない。そこで、まずは触媒として、電子伝導性酸化物である酸化イリジウムや酸化ルテニウムを用いることとして、中温域でのプロトン伝導セラミクスを用いた電気化学セルの作製を行った。次年度はそのセルを用いて、実際の作動状況を模擬した電気化学評価を実施する。

昨年度は、中温域での酸素還元触媒能の評価のために、プロトン伝導性電解液として、硫酸水素ナトリウムと硫酸水素カリウムの共晶塩に注目し、共晶塩電解質を用いた。貴金属材料は評価できたので、引き続き、酸化物材料の共晶塩電解質中での電気化学評価を試みたところ、溶媒和の効果により、酸化物が徐々に溶解し、不安定であることがわかった。貴金属と異なり、酸化物の場合、電解質中での溶解により、有効電気化学表面積などの電気化学特性が変化するため、正確な酸素還元触媒能の評価が困難であることがわかった。最終的な実用化を考えた場合、安定性は必須となる。そこで、プロトン伝導セラミクスと電極触媒候補となる材料と混合し、目的である350℃付近よりも高い400℃で100時間保持することにより、複合化や分解などの進行の可能性を検討した。判断は、X線回折を用いて、熱処理により新たな結晶相が生じているかどうかを確かめた。プロトン伝導セラミクスとして、400℃以下でも、良好なプロトン伝導性を示すリチウム・ゲルマニウム・亜鉛複合酸化物を用いた。触媒候補材料として、20種類の貴金属及び酸化物を評価した。酸化ニオブと酸化鉄の場合に、新たな結晶相の生成が観察され、これら二つの酸化物はリチウム・ゲルマニウム・亜鉛複合酸化物と反応するが、他の大多数の貴金属や酸化物は、安定に存在することがわかった。最終目標は、酸化チタンや酸化ジルコニウムを触媒として用いることであるが、それらは電子伝導性に乏しく、電解質セラミクスとの複合化による、有効表面積の増大(いわゆる3相界面の形成)は容易ではない。そこで、まずは触媒として、電子伝導性酸化物である酸化イリジウムや酸化ルテニウムを用いることとして、中温域でのプロトン伝導セラミクスを用いた電気化学セルの作製を行った。次年度はそのセルを用いて、実際の作動状況を模擬した電気化学評価を実施する。