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Development of highly active and durable electrocatalysts based on control of catalyst-electrolyte interaction

基于催化剂-电解质相互作用控制的高活性和耐用电催化剂的开发

基本信息

批准号：
22H02185
负责人：
棟方裕一
金额：
$ 10.73万
依托单位：
Tokyo Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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-22H02185/
关键词：
イオン液体混合電解質燃料電池

项目摘要

電解質中のイオン種と燃料電池触媒の相互作用を詳しく解明しながら、イオン液体を含む混合電解質の設計を通して触媒－電解質間の相互作用を制御し、100 °Cを超える中温域でも燃料電池触媒を長期に安定に利用するための材料設計学理を確立することを目的に本研究を実施した。フルオロアルキル鎖長の異なるアニオンを含むイオン液体としてdiethylmethylammonium hexafluoromethanesulfonate ([dema][HfO])とdiethylmethylammonium trifluoromethanesulfonate ([dema][TfO])を合成し、これらにリン酸を添加して燃料電池用の混合電解質を得た。熱的安定性を評価したところ、リン酸は中温域で脱水縮合による重量減少を示したが、各混合電解質は200 °C程度まで重量減少がなく安定であった。また、粘度測定を行ったところ、混合電解質は単独のリン酸やイオン液体に比べて高い粘度を示した。このことからもイオン液体/リン酸間の相互作用の存在を確認した。酸素で飽和させた各混合電解質中へ燃料電池の触媒として用いられる白金担持カーボン電極を導入して酸素還元反応を行ったところ、酸素還元活性は混合したイオン液体の種類によらず同程度であったものの、フルオロアルキル鎖長が長い[HfO]-アニオンを含む[dema][HfO]を混合した系では触媒活性の低下が大幅に抑えられ、非常に優れた安定性が実現された。水溶液系と同様に白金触媒の劣化は白金へのアニオン種の吸着に大きく依存するものと考えられる。この観点に基づいてより大きなアニオン構造である[HfO]-の適用を検討した結果であり、白金触媒の安定性向上に有効な電解質設計を実証できた。

The interaction between electrolyte and fuel cell catalyst is explained in detail, and the design of mixed electrolyte containing liquid is carried out. The interaction between catalyst and electrolyte is controlled. The material design theory of fuel cell catalyst is established in the medium temperature range of 100 °C. A mixed electrolyte for fuel cells was prepared by synthesizing diethylammonium hexafluoromethonate ([dema][HfO]) and diethylammonium trifluoromethonate ([dema][TfO]). Thermal stability is evaluated by weight reduction of dehydration condensation in the medium temperature range, and weight reduction of each mixed electrolyte is evaluated by weight reduction at 200 °C. The viscosity of mixed electrolyte is higher than that of pure acid and pure liquid. The existence of liquid/acid interaction was confirmed. The catalyst of fuel cell in each mixed electrolyte is introduced into the mixed electrolyte. The catalyst activity of fuel cell is greatly reduced. The catalyst activity of fuel cell is greatly reduced. Very good stability is achieved. The degradation of platinum catalyst in aqueous solution depends on the adsorption of platinum catalyst. The results of this study demonstrate that platinum catalysts have excellent stability and electrolyte design.