Application of Ultra-High-Resolution Real-Time Measurement system for Dissolved Ions to Fuel Cell Catalyst Development

超高分辨率溶解离子实时测量系统在燃料电池催化剂开发中的应用

• 批准号: 22K14506
• 负责人: 大井 梓
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14506/
• 关键词: 固体高分子形燃料電池; 白金合金触媒; 誘導結合プラズマ質量分析; 溶解; 耐久性

カーボンニュートラルの早期実現には，稼働中に二酸化炭素を排出しない固体高分子形燃料電池（PEFC）の普及が必要不可欠である．PEFC普及に向けた課題は，高コストの要因である白金触媒の使用量低減である．したがって，白金の一部を安価な元素で代替した白金合金触媒の開発が喫緊の課題である．また，コストの低減とともに，PEFC稼働環境下における触媒の耐久性が強く求められている．本研究では，白金合金触媒の利用において問題となる耐久性の低下，すなわち触媒の溶解を評価する測定法を確立し，触媒の高耐久化に寄与する材料設計指針の提案を目指している．触媒の溶解を評価する上での既存の課題は，その溶解量が極めて少なくそもそも検出することが困難な点にある．そこで本研究では，超高感度な溶液分析法である誘導結合質量プラズマ分析と溶液フローセルを組み合わせた測定系を構築することで，課題の解決に取り組む．本測定系を白金合金触媒の評価に適用することで，PEFC稼働環境下におけるナノレベルの触媒溶解検出を実現し，触媒の耐久性予測，及び触媒を高耐久化する材料因子の抽出が可能になると考えられる．本年度は，有限要素法を用いた測定法のシミュレーションを実施し，測定に有効な溶液フローセルの構造を検討した．また，シミュレーションで得られたセル構造を実際に作製し，実測とシミュレーションで得られた結果に若干のかい離はあるものの，傾向はほぼ一致することを確認した．今後は，より高精度にシミュレーションが可能となるように設定条件を見直す．それと同時に，作製したセルと白金合金触媒を用いてその溶解量の評価にも着手する予定である．

In the early stage of development, the popularization of solid polymer fuel cells (PEFC) is necessary because of the emission of diacidified carbon. The popularization of PEFC is necessary because the consumption of platinum catalyst is low. The development of platinum alloy catalyst is a key problem for platinum alloy catalyst. The durability of PEFC catalyst under the environment of low temperature and high temperature is required. This study aims to establish a method for evaluating the solubility of platinum alloy catalysts and to propose material design guidelines for high durability of platinum alloy catalysts. The existing problems in the evaluation of catalyst dissolution are that the amount of dissolution is extremely low and the problem is difficult. In this study, the ultra-high sensitivity solution analysis method was used to construct the determination system. This determination is applicable to the evaluation of platinum alloy catalysts. It is possible to evaluate the dissolution of platinum alloy catalysts in PEFC environment, predict the durability of platinum alloy catalysts, and extract material factors for high durability of platinum alloy catalysts. This year, the finite element method was used to determine the structure of the solution. The results of the study show that there are some differences in the structure and the tendency of the study. In the future, we can set up conditions for high-precision production. The evaluation of the solubility of platinum alloy catalyst was carried out.

项目成果

超微少溶解量検出技術の最前線 ー金属材料の溶解機構解明への応用ー

最前沿的超微量检测技术-应用于阐明金属材料的溶解机理-

• 发表时间: 2022
• 作者: Shuhei Yoshida;Rui Fu;Wu Gong;Takuto Ikeuchi;Yu Bai;Zongqiang Feng;Guilin Wu;Akinobu Shibata;Niels Hansen;Xiaoxu Huang;Nobuhiro Tsuji;大井梓;大井梓
• 通讯作者: 大井梓

ナノレベルで捉える金属材料の溶解現象

在纳米水平上理解金属材料的溶解现象

• 发表时间: 2022
• 作者: Shuhei Yoshida;Rui Fu;Wu Gong;Takuto Ikeuchi;Yu Bai;Zongqiang Feng;Guilin Wu;Akinobu Shibata;Niels Hansen;Xiaoxu Huang;Nobuhiro Tsuji;大井梓
• 通讯作者: 大井梓