発電型廃水処理の実現を可能とする低コストで超高性能なエアカソードの創出

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本年度は、カソード内部の親水性を向上させるために、PTFEよりも親水性が高い結着剤であるNafionやPVAを触媒混合物に添加した。Nafionの添加量が添加したPTFEの1割未満の場合は、PTFEのみと比較してカソードの酸素還元性能は同程度となり、添加量が多くなると性能が低下した。PTFEと等量のPVAを添加した場合、PTFEのみと比較してわずかに性能が向上した。また、PTFEとNafion、PTFEとPVAいずれの組み合わせにおいても、作成工程における結着剤の添加の順番が酸素還元性能に影響を与えた。すなわち、同じ材料構成でもPTFEを先に添加した方が性能が向上した。一方、触媒混合物を基材にプレスし触媒層を形成した後のカソードに、プラズマ処理またはマイクロバブル処理を行うことによって親水性を高めることも試みた。液滴との接触角を測定することにより、どちらの処理でもカソード表面の親水性が向上したことを確認したが、酸素還元性能は向上しなかった。また、液体窒素で凍結させたカソードを切断し、断面を走査型電子顕微鏡で観察することにより、カソード内部の空隙や材料の混合具合の均一性を調べた。材料の混合状態は撹拌条件により変化し、撹拌時間を減らすことでカソード内部に25～50μmの空隙が生じ、漏水量が増加した。また、混合強度を向上させ、混合時間を増やすことで、内部のPTFE粒子の繊維化が進んだ。一方、自転公転ミキサーによる混合の後でもPTFE粒子はカソード内部である程度凝集して存在しており、均一に分散していなかった。