プロトン伝導性電解質を用いた新規燃料電池システムの開発

今年度(平成24年度)は、昨年度得られた結果を受けて、中温域におけるアルコール電極酸化反応の反応機構の詳細な解析と高効率化に向けた指針の獲得に取り組んだ。250℃近傍の中温域におけるエタノール及びメタノールの電極酸化反応に関して、電気化学測定及び反応生成物分析の結果を基に電極反応の速度論的解析を行い、電極反応モデルを作成した。その結果、エタノール及びメタノールのいずれの燃料を用いた場合でも、中温域での電極酸化反応における主な表面吸着種はCH_3やCO等のC_1種であることがわかった。このことから、中温域におけるアルコール電極酸化反応では低電位域における反応とは異なり、C-C結合解裂反応が十分に速く進行する一方で、C_1吸着種の酸化・除去が律速段階であると考えられる。また、反応モデルにおける反応パラメータの感度解析の結果から、律速段階の促進に向けて水の吸着・解裂反応の活性化が有効であると示唆された。次に、中温域におけるエタノール電極酸化反応の更なる高効率化と非白金触媒の利用を目指し、電極触媒の探索を行った。特に水の吸着・解裂反応の促進を目指して白金触媒にルテニウムを添加したところ、白金触媒上での反応における副生成物(メタン)の生成を抑制することに成功した。さらに、反応中間体の吸着エネルギー等に着目して非白金触媒の設計を行った結果、中温域でのエタノール電極酸化反応に対してパラジウムとルテニウムからなる触媒が高い電極活性を示すことを見出し、中温域における非白金触媒の利用可能性が示された。

今年度(平成24年度)は、昨年度得られた結果を受けて、中温域におけるアルコール電極酸化反応の反応機構の詳細な解析と高効率化に向けた指針の獲得に取り組んだ。250℃近傍の中温域におけるエタノール及びメタノールの電極酸化反応に関して、電気化学測定及び反応生成物分析の結果を基に電極反応の速度論的解析を行い、電極反応モデルを作成した。その結果、エタノール及びメタノールのいずれの燃料を用いた場合でも、中温域での電極酸化反応における主な表面吸着種はCH_3やCO等のC_1種であることがわかった。このことから、中温域におけるアルコール電極酸化反応では低電位域における反応とは異なり、C-C結合解裂反応が十分に速く進行する一方で、C_1吸着種の酸化・除去が律速段階であると考えられる。また、反応モデルにおける反応パラメータの感度解析の結果から、律速段階の促進に向けて水の吸着・解裂反応の活性化が有効であると示唆された。次に、中温域におけるエタノール電極酸化反応の更なる高効率化と非白金触媒の利用を目指し、電極触媒の探索を行った。特に水の吸着・解裂反応の促進を目指して白金触媒にルテニウムを添加したところ、白金触媒上での反応における副生成物(メタン)の生成を抑制することに成功した。さらに、反応中間体の吸着エネルギー等に着目して非白金触媒の設計を行った結果、中温域でのエタノール電極酸化反応に対してパラジウムとルテニウムからなる触媒が高い電極活性を示すことを見出し、中温域における非白金触媒の利用可能性が示された。