ミスト熱分解法を応用した燃料電池用電極触媒の新しい調製法

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固体電解質燃料電池の効率向上のためには電解質のみならず、電極の設計や調製が重要な要素となる。我々は固体電解質燃料電池システムを反応器として用いる検討の中で、新規な電極触媒を設計したが、これを微粒化・薄膜化させる新しい電極調製法が必要とされた。そこで酸化物超微粒子合成法であるミスト熱分解法の電極調製への応用を提案し、平板状の固体電解質表面への超微粒子電極調製法を開発した。これは電極構成元素硝酸塩の水溶液を所定の割合で混合して調製した溶液を超音波発振子でミスト化し、これを空気気流中、加熱した電解質に接触させて固定化、熱分解する手法である。平成9年度に試作装置が完成し、本年度は実際の調製と評価をを行った。燃料電池型反応器の電極調製のため、ランタンとアルミニウムの混合酸化物電極の調製を試みた。従来は原料酸化物をグリセリンなどでペースト化して塗布、焼成を行う「ペースト」法が用いられてきたが、本法を用いることで、これに比べ格段に接着性のよい電極が調製可能となった。なかでも、ミストの噴霧と休止・乾燥を繰り返して操作する「周期操作」が良好な結果を与えることを見いだした。最適化された電極の構造を電子顕微鏡やEDXなどの手法で評価したところ、網目状の微粒子や薄膜状の微粒子が分散性良く表面上に構成されたことがわかった。こうした構造は燃料電池の活性点と言われている、酸素供給源である電解質、触媒である電極、反応物の気相の3相界面を増化させるものであり、活性の飛躍的な構造に寄与すると考えられる。このように、本法を用いることで、二次元反応場に化学デバイスとしての超微粒子を効率よく、簡単に配置することが可能となった。これは、燃料電池並びに関連分野の飛躍的効率化に大きく寄与する事が期待される。また、燃料電池反応器によるケミカルズ・エネルギー コジェネレーションという新しい分野の基盤技術として新しい生産技術体系の展開に大きく貢献する事も期待される。。