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ふじきみくぬぎ
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1 Fuel Cell Nanomaterials Center, University of Yamanashi UNIVERITY OF YAMANAHI

3 Per-F C プロジェクト研究設備研究活動 Research Facilities and Activities uperlative, table, and calable Performance Fuel Cell Project 研究開発体制 Project Objectives 本センターは 2008年4月からNEDO受託研究HiPer-FC High Performance Fuel Cell プロジェクトにより固体高分子形燃料電池の高性能高信頼低コスト化を達成する新材料の研究開発を推進してきましたこの研究活動から電位変動に対して極めて高い安定性を示す安定化Ptスキン-合金触媒や連珠状導電性セラミック担体またフッ素系電解質膜を凌賀する耐久性と同等の膜抵抗を示す炭化水素系電解質材料など優れた材料や多くの学術的知見を創出してきました Organization of the R&D 海外研究機関電極触媒の山梨大学岩手大学信州大学共同実施東レリサーチセンター性能劣化機構のマルチ解析電解質材料の Ptの分布を制御した合金アノード触媒酸化物-Pt複合アノード触媒連珠状導電性セラミック担体この成果を来たるべき燃料電池自動車の大規模普及に適用するため NEDO委託事業として2015年5月から本センターを中心に新たな Per-FC uperlative, table, and calable Performance Fuel Cell プロジェクトを発足しました本プロジェクトでは関連学理先端機器を駆使して電極触媒電解質材料及びそれらの機能を極限まで発揮させる触媒層の評価解析を通してその有用性を検証し高出力高耐久高効率材料としての新コンセプトを創出しますこれら新研究開発項目 Research Items 1 カソード触媒材料の新規コンセプト創出炭化水素系電解質膜バインダーの分子構造や高次構造モルフォルジー水分子の存在状態挙動等の評価解析を通じて広温度湿度範囲の燃料電池作動条件下でも耐久性と高性能化を両立する電解質材料の新規コンセプトを確立する 3 不純物高耐性次世代アノード触媒のコンセプト創出 Creation of a new concept for next-generation anode catalysts with higher resistance to impurities 低白金で高ロバスト化高耐久化を可能にするアノード触媒の設計指針をMEAでの検証を経て確立する研究目標て出力密度耐久時間単位出力あたりの貴金属使用量として現行の10倍以上を実現するための要素技術を確立するますこの最適化された電極触媒と新型高分子電解質膜を接合して当センターオリジナルの膜電極接合体(MEA)を作製しています d/nm 原子間力顕微鏡によるプロトンパスの分布解析 AFM image of proton-conducting path on membrane surface 高電位安定性担体担持触媒日産アーク最先端計測による電極触媒のキャラクタリゼーション計算科学によるアノード触媒の被毒劣化メカニズム Evaluation of PEFCs 現在広く用いられている炭素担体に替わり得る高電位でも安定な担体高電気伝導性酸化物などの開上記MEAを用いて自動車用定置用燃料電池において想定される作動条件に対応し発評価を行っています開発した担体に上記の白金合金ナノ粒子を担持した電極触媒を調製し活性評価と耐食試験を行っていますライセンス技術移転たPEFC耐久試験を行っています出力特性や寿命を支配する因子を研究し電池特性のさらなる向上に向けた電極触媒や電解質膜の設計指針にフィードバックしています単セル評価装置 Evaluation system for single cell performance 電池内反応分布の可視化実験新型高分子電解質膜センター長の下に金属研究部門セラミックス研究部門高分子研究部門研究企画部門の4つの部門があります研究企画部門には燃料電池研究拠点支援室が附属していますまた姉妹センターであるクリーンエネルギー研究センターとの兼任員４名を含めて員数は27名に上りますさらに国内外の研究者との緊密な連携で研究を進めています顧問飯山明裕渡辺政廣 New Polymer Electrolyte Membranes Visualization of Reaction Distribution in Fuel Cells 様々な運転環境下でも安定した高いプロトン導電率を示す高分子電解質膜の開発を行っています従来のフッ素系電解質膜と比べ安価で導電率が高く機械強度の優れた長期運転可能な炭化水素系膜の合成に成功しています燃料電池自動車で想定される高温低加湿および低温に対応するPEFCの実現に向け大きな貢献をしています劣化機構の解析やセル設計のため燃料電池内の反応分布を理解することは非常に重要です新たに開発した可視化装置を用いて運転状態における電池内部のガス分圧や温度などの分布あるいは電極の腐食挙動を高時間空間分解能で可視化することに成功しています燃料電池内の酸素分圧可視化像 Visualized oxygen partial pressure in a cell 電解質膜合成設備 Facility for synthesis of polymer electrolyte membranes 金属研究部門准准内田誠犬飼潤治柿沼克良常田貴夫脇坂暢矢野啓原正則朴英哲シンラマンクマールセラミック研究部門客員東山宮尾山下西野和寿敏広壽生華子高分子研究部門宮武健治客員上野武夫秋山良クリーンエネルギー研究センター兼任員センター長内田宮武准野原三宅その他可視化装置 Visualization system 研究企画部門客員客員客員客員客員裕之健治愼士純平国内外から事業参加する研究者客員等中国科学院 Li-Jun Wan 大邱慶北科学技術院 Hasuck Kim 燃料電池セル ingle cell 透過型電子顕微鏡 Transmission electron microscope Members of the Center センター長電子顕微鏡によるPt粒子分布の三次元解析 Visualization of Pt catalysts by 3D-TEM characterization PEFC運転試験 Highly Durable upports and upported Catalysts 東北大学材料企業など Target of the Project 自動車用燃料電池として2025年度平成37年度以降の大量普及期の実用化を見据え 2019年度平成31年度末におい実用セルによる電極触媒電解質材料コンセプト検証定期的情報交換会組織体制電極触媒を有効に機能させるため気体反応分子イオン電子が効率よく反応できる触媒層構造の設計開発を行ってい安定化PtスキンーPtCo合金ナノ粒子/C触媒の電子顕微鏡写真 TEM image of stabilized Pt skin-ptco alloy/c catalysts 技術利用業界 Creation of a new concept for the cathode catalyst material Creation of a new concept for the electrolyte material 量産化低コスト化に向けて研究を進めています外部協力団体 FCCJなどカソード触媒の活性耐久性を飛躍的に向上するための新たなコンセプトを安定化Ptスキン-合金触媒カーボン担体導電性セラミック担体更にはそれらの界面の微細構造や表面電子状態等の解析を通じて明らかにする得られたコンセプトはカーボン担体系セラミック担体系カソード触媒 MEA構成により検証する 2 電解質材料の新規コンセプト創出 Ptスキン-Pt合金高分散触媒の合成に成功しており高出力高耐久高効率燃料電池材料の炭化水素系電解質膜コンセプトの産業界展開により貴金属使用量を一桁低減した低価格乗用車や耐久性を十倍に高めた商用車の実現に貢献します高活性高耐久性を両立した電極触媒の開発評価を ①電極触媒材料の新規 ②電解質材料の新規 ③不純物高耐性次世代アノード触媒のカネカ 1nm NEDO評価プロジェクト等連携強化情報交換サンプル提供 Catalyst Layers and MEAs Highly Active, Highly Durable Alloy Catalysts 行っています粒子サイズ組成を精密制御したPt合金ナノ粒子表面にPt原子で均一に被覆した安定化自動車業界田中貴金属安定化Ptスキン-PtCo合金触媒高活性高耐久性合金触媒プロジェクトマネージャーの下に山梨大学を中心として田中貴金属カネカ日産アーク東レリサーチセンター岩手大学信州大学東北大学が共同して研究を進めています情報交換触媒層と膜電極接合体 MEA Volume fraction, 研究内容早稲田大学理工学術院西出宏之工学院大学工学部高羽洋充触媒電解質膜設計のための基礎研究小俣富男ドナルド A.トリック出来成人丹下昭二田島收橋本登大仲英巳児玉美香長原品光許任木村美那 Catalysts for Hydrogen Production and Puriﬁcation Fundamental tudies for New Design of Catalysts and Membranes 燃料電池研究拠点支援室室主燃料改質精製触媒 X線小角散乱 AX 測定装置 mall angle X-ray scatteringax system 電解質膜のAXプロファイル AX proﬁle of polymer electrolyte membrane 炭化水素化合物天然ガスなどを改質して効率よく水素を製造する触媒を開発していますまた得られた水素に含まれる微量のCOを選択的に除去する精製触媒として現在主流のCO選択酸化触媒またこれに替わる高性能のCO選択メタン化触媒を開発しています電極触媒や高分子電解質膜の構造解析をマルチスケールで行い新材料設計につなげています電気化学的手法原子スケールの表面観察赤外光電子スペクトル分析量子化学計算を複合的に実施し材料構造から反応移動現象を理解し材料設計に生かしています改質触媒評価装置 Catalytic activity measurement system 水素精製触媒の電子顕微鏡像 TEM image of hydrogen puriﬁcation catalyst

Per-F C プロジェクト研究設備研究活動 Research Facilities and Activities uperlative, table, and calable Performance Fuel Cell Project 研究開発体制 Project Objectives 本センターは 2008年4月からNEDO受託研究HiPer-FC High Performance

Organization of the R&D 海外研究機関電極触媒の山梨大学岩手大学信州大学共同実施東レリサーチセンター性能劣化機構のマルチ解析電解質材料の Ptの分布を制御した合金アノード触媒酸化物-Pt複合アノード触媒連珠状導電性セラミック担体この成果を来たるべき燃料電池自動車の大規模普及に適用するため NEDO委託事業として2015年5月から本セン

4 Per-F C プロジェクト研究設備研究活動 Research Facilities and Activities uperlative, table, and calable Performance Fuel Cell Project 研究開発体制 Project Objectives 本センターは 2008年4月からNEDO受託研究HiPer-FC High Performance Fuel Cell プロジェクトにより固体高分子形燃料電池の高性能高信頼低コスト化を達成する新材料の研究開発を推進してきましたこの研究活動から電位変動に対して極めて高い安定性を示す安定化Ptスキン-合金触媒や連珠状導電性セラミック担体またフッ素系電解質膜を凌賀する耐久性と同等の膜抵抗を示す炭化水素系電解質材料など優れた材料や多くの学術的知見を創出してきました Organization of the R&D 海外研究機関電極触媒の山梨大学岩手大学信州大学共同実施東レリサーチセンター性能劣化機構のマルチ解析電解質材料の Ptの分布を制御した合金アノード触媒酸化物-Pt複合アノード触媒連珠状導電性セラミック担体この成果を来たるべき燃料電池自動車の大規模普及に適用するため NEDO委託事業として2015年5月から本センターを中心に新たな Per-FC uperlative, table, and calable Performance Fuel Cell プロジェクトを発足しました本プロジェクトでは関連学理先端機器を駆使して電極触媒電解質材料及びそれらの機能を極限まで発揮させる触媒層の評価解析を通してその有用性を検証し高出力高耐久高効率材料としての新コンセプトを創出しますこれら新研究開発項目 Research Items 1 カソード触媒材料の新規コンセプト創出炭化水素系電解質膜バインダーの分子構造や高次構造モルフォルジー水分子の存在状態挙動等の評価解析を通じて広温度湿度範囲の燃料電池作動条件下でも耐久性と高性能化を両立する電解質材料の新規コンセプトを確立する 3 不純物高耐性次世代アノード触媒のコンセプト創出 Creation of a new concept for next-generation anode catalysts with higher resistance to impurities 低白金で高ロバスト化高耐久化を可能にするアノード触媒の設計指針をMEAでの検証を経て確立する研究目標て出力密度耐久時間単位出力あたりの貴金属使用量として現行の10倍以上を実現するための要素技術を確立するますこの最適化された電極触媒と新型高分子電解質膜を接合して当センターオリジナルの膜電極接合体(MEA)を作製しています d/nm 原子間力顕微鏡によるプロトンパスの分布解析 AFM image of proton-conducting path on membrane surface 高電位安定性担体担持触媒日産アーク最先端計測による電極触媒のキャラクタリゼーション計算科学によるアノード触媒の被毒劣化メカニズム Evaluation of PEFCs 現在広く用いられている炭素担体に替わり得る高電位でも安定な担体高電気伝導性酸化物などの開上記MEAを用いて自動車用定置用燃料電池において想定される作動条件に対応し発評価を行っています開発した担体に上記の白金合金ナノ粒子を担持した電極触媒を調製し活性評価と耐食試験を行っていますライセンス技術移転たPEFC耐久試験を行っています出力特性や寿命を支配する因子を研究し電池特性のさらなる向上に向けた電極触媒や電解質膜の設計指針にフィードバックしています単セル評価装置 Evaluation system for single cell performance 電池内反応分布の可視化実験新型高分子電解質膜センター長の下に金属研究部門セラミックス研究部門高分子研究部門研究企画部門の4つの部門があります研究企画部門には燃料電池研究拠点支援室が附属していますまた姉妹センターであるクリーンエネルギー研究センターとの兼任員４名を含めて員数は27名に上りますさらに国内外の研究者との緊密な連携で研究を進めています顧問飯山明裕渡辺政廣 New Polymer Electrolyte Membranes Visualization of Reaction Distribution in Fuel Cells 様々な運転環境下でも安定した高いプロトン導電率を示す高分子電解質膜の開発を行っています従来のフッ素系電解質膜と比べ安価で導電率が高く機械強度の優れた長期運転可能な炭化水素系膜の合成に成功しています燃料電池自動車で想定される高温低加湿および低温に対応するPEFCの実現に向け大きな貢献をしています劣化機構の解析やセル設計のため燃料電池内の反応分布を理解することは非常に重要です新たに開発した可視化装置を用いて運転状態における電池内部のガス分圧や温度などの分布あるいは電極の腐食挙動を高時間空間分解能で可視化することに成功しています燃料電池内の酸素分圧可視化像 Visualized oxygen partial pressure in a cell 電解質膜合成設備 Facility for synthesis of polymer electrolyte membranes 金属研究部門准准内田誠犬飼潤治柿沼克良常田貴夫脇坂暢矢野啓原正則朴英哲シンラマンクマールセラミック研究部門客員東山宮尾山下西野和寿敏広壽生華子高分子研究部門宮武健治客員上野武夫秋山良クリーンエネルギー研究センター兼任員センター長内田宮武准野原三宅その他可視化装置 Visualization system 研究企画部門客員客員客員客員客員裕之健治愼士純平国内外から事業参加する研究者客員等中国科学院 Li-Jun Wan 大邱慶北科学技術院 Hasuck Kim 燃料電池セル ingle cell 透過型電子顕微鏡 Transmission electron microscope Members of the Center センター長電子顕微鏡によるPt粒子分布の三次元解析 Visualization of Pt catalysts by 3D-TEM characterization PEFC運転試験 Highly Durable upports and upported Catalysts 東北大学材料企業など Target of the Project 自動車用燃料電池として2025年度平成37年度以降の大量普及期の実用化を見据え 2019年度平成31年度末におい実用セルによる電極触媒電解質材料コンセプト検証定期的情報交換会組織体制電極触媒を有効に機能させるため気体反応分子イオン電子が効率よく反応できる触媒層構造の設計開発を行ってい安定化PtスキンーPtCo合金ナノ粒子/C触媒の電子顕微鏡写真 TEM image of stabilized Pt skin-ptco alloy/c catalysts 技術利用業界 Creation of a new concept for the cathode catalyst material Creation of a new concept for the electrolyte material 量産化低コスト化に向けて研究を進めています外部協力団体 FCCJなどカソード触媒の活性耐久性を飛躍的に向上するための新たなコンセプトを安定化Ptスキン-合金触媒カーボン担体導電性セラミック担体更にはそれらの界面の微細構造や表面電子状態等の解析を通じて明らかにする得られたコンセプトはカーボン担体系セラミック担体系カソード触媒 MEA構成により検証する 2 電解質材料の新規コンセプト創出 Ptスキン-Pt合金高分散触媒の合成に成功しており高出力高耐久高効率燃料電池材料の炭化水素系電解質膜コンセプトの産業界展開により貴金属使用量を一桁低減した低価格乗用車や耐久性を十倍に高めた商用車の実現に貢献します高活性高耐久性を両立した電極触媒の開発評価を ①電極触媒材料の新規 ②電解質材料の新規 ③不純物高耐性次世代アノード触媒のカネカ 1nm NEDO評価プロジェクト等連携強化情報交換サンプル提供 Catalyst Layers and MEAs Highly Active, Highly Durable Alloy Catalysts 行っています粒子サイズ組成を精密制御したPt合金ナノ粒子表面にPt原子で均一に被覆した安定化自動車業界田中貴金属安定化Ptスキン-PtCo合金触媒高活性高耐久性合金触媒プロジェクトマネージャーの下に山梨大学を中心として田中貴金属カネカ日産アーク東レリサーチセンター岩手大学信州大学東北大学が共同して研究を進めています情報交換触媒層と膜電極接合体 MEA Volume fraction, 研究内容早稲田大学理工学術院西出宏之工学院大学工学部高羽洋充触媒電解質膜設計のための基礎研究小俣富男ドナルド A.トリック出来成人丹下昭二田島收橋本登大仲英巳児玉美香長原品光許任木村美那 Catalysts for Hydrogen Production and Puriﬁcation Fundamental tudies for New Design of Catalysts and Membranes 燃料電池研究拠点支援室室主燃料改質精製触媒 X線小角散乱 AX 測定装置 mall angle X-ray scatteringax system 電解質膜のAXプロファイル AX proﬁle of polymer electrolyte membrane 炭化水素化合物天然ガスなどを改質して効率よく水素を製造する触媒を開発していますまた得られた水素に含まれる微量のCOを選択的に除去する精製触媒として現在主流のCO選択酸化触媒またこれに替わる高性能のCO選択メタン化触媒を開発しています電極触媒や高分子電解質膜の構造解析をマルチスケールで行い新材料設計につなげています電気化学的手法原子スケールの表面観察赤外光電子スペクトル分析量子化学計算を複合的に実施し材料構造から反応移動現象を理解し材料設計に生かしています改質触媒評価装置 Catalytic activity measurement system 水素精製触媒の電子顕微鏡像 TEM image of hydrogen puriﬁcation catalyst

5 Per-F C プロジェクト研究設備研究活動 Research Facilities and Activities uperlative, table, and calable Performance Fuel Cell Project 研究開発体制 Project Objectives 本センターは 2008年4月からNEDO受託研究HiPer-FC High Performance Fuel Cell プロジェクトにより固体高分子形燃料電池の高性能高信頼低コスト化を達成する新材料の研究開発を推進してきましたこの研究活動から電位変動に対して極めて高い安定性を示す安定化Ptスキン-合金触媒や連珠状導電性セラミック担体またフッ素系電解質膜を凌賀する耐久性と同等の膜抵抗を示す炭化水素系電解質材料など優れた材料や多くの学術的知見を創出してきました Organization of the R&D 海外研究機関電極触媒の山梨大学岩手大学信州大学共同実施東レリサーチセンター性能劣化機構のマルチ解析電解質材料の Ptの分布を制御した合金アノード触媒酸化物-Pt複合アノード触媒連珠状導電性セラミック担体この成果を来たるべき燃料電池自動車の大規模普及に適用するため NEDO委託事業として2015年5月から本センターを中心に新たな Per-FC uperlative, table, and calable Performance Fuel Cell プロジェクトを発足しました本プロジェクトでは関連学理先端機器を駆使して電極触媒電解質材料及びそれらの機能を極限まで発揮させる触媒層の評価解析を通してその有用性を検証し高出力高耐久高効率材料としての新コンセプトを創出しますこれら新研究開発項目 Research Items 1 カソード触媒材料の新規コンセプト創出炭化水素系電解質膜バインダーの分子構造や高次構造モルフォルジー水分子の存在状態挙動等の評価解析を通じて広温度湿度範囲の燃料電池作動条件下でも耐久性と高性能化を両立する電解質材料の新規コンセプトを確立する 3 不純物高耐性次世代アノード触媒のコンセプト創出 Creation of a new concept for next-generation anode catalysts with higher resistance to impurities 低白金で高ロバスト化高耐久化を可能にするアノード触媒の設計指針をMEAでの検証を経て確立する研究目標て出力密度耐久時間単位出力あたりの貴金属使用量として現行の10倍以上を実現するための要素技術を確立するますこの最適化された電極触媒と新型高分子電解質膜を接合して当センターオリジナルの膜電極接合体(MEA)を作製しています d/nm 原子間力顕微鏡によるプロトンパスの分布解析 AFM image of proton-conducting path on membrane surface 高電位安定性担体担持触媒日産アーク最先端計測による電極触媒のキャラクタリゼーション計算科学によるアノード触媒の被毒劣化メカニズム Evaluation of PEFCs 現在広く用いられている炭素担体に替わり得る高電位でも安定な担体高電気伝導性酸化物などの開上記MEAを用いて自動車用定置用燃料電池において想定される作動条件に対応し発評価を行っています開発した担体に上記の白金合金ナノ粒子を担持した電極触媒を調製し活性評価と耐食試験を行っていますライセンス技術移転たPEFC耐久試験を行っています出力特性や寿命を支配する因子を研究し電池特性のさらなる向上に向けた電極触媒や電解質膜の設計指針にフィードバックしています単セル評価装置 Evaluation system for single cell performance 電池内反応分布の可視化実験新型高分子電解質膜センター長の下に金属研究部門セラミックス研究部門高分子研究部門研究企画部門の4つの部門があります研究企画部門には燃料電池研究拠点支援室が附属していますまた姉妹センターであるクリーンエネルギー研究センターとの兼任員４名を含めて員数は27名に上りますさらに国内外の研究者との緊密な連携で研究を進めています顧問飯山明裕渡辺政廣 New Polymer Electrolyte Membranes Visualization of Reaction Distribution in Fuel Cells 様々な運転環境下でも安定した高いプロトン導電率を示す高分子電解質膜の開発を行っています従来のフッ素系電解質膜と比べ安価で導電率が高く機械強度の優れた長期運転可能な炭化水素系膜の合成に成功しています燃料電池自動車で想定される高温低加湿および低温に対応するPEFCの実現に向け大きな貢献をしています劣化機構の解析やセル設計のため燃料電池内の反応分布を理解することは非常に重要です新たに開発した可視化装置を用いて運転状態における電池内部のガス分圧や温度などの分布あるいは電極の腐食挙動を高時間空間分解能で可視化することに成功しています燃料電池内の酸素分圧可視化像 Visualized oxygen partial pressure in a cell 電解質膜合成設備 Facility for synthesis of polymer electrolyte membranes 金属研究部門准准内田誠犬飼潤治柿沼克良常田貴夫脇坂暢矢野啓原正則朴英哲シンラマンクマールセラミック研究部門客員東山宮尾山下西野和寿敏広壽生華子高分子研究部門宮武健治客員上野武夫秋山良クリーンエネルギー研究センター兼任員センター長内田宮武准野原三宅その他可視化装置 Visualization system 研究企画部門客員客員客員客員客員裕之健治愼士純平国内外から事業参加する研究者客員等中国科学院 Li-Jun Wan 大邱慶北科学技術院 Hasuck Kim 燃料電池セル ingle cell 透過型電子顕微鏡 Transmission electron microscope Members of the Center センター長電子顕微鏡によるPt粒子分布の三次元解析 Visualization of Pt catalysts by 3D-TEM characterization PEFC運転試験 Highly Durable upports and upported Catalysts 東北大学材料企業など Target of the Project 自動車用燃料電池として2025年度平成37年度以降の大量普及期の実用化を見据え 2019年度平成31年度末におい実用セルによる電極触媒電解質材料コンセプト検証定期的情報交換会組織体制電極触媒を有効に機能させるため気体反応分子イオン電子が効率よく反応できる触媒層構造の設計開発を行ってい安定化PtスキンーPtCo合金ナノ粒子/C触媒の電子顕微鏡写真 TEM image of stabilized Pt skin-ptco alloy/c catalysts 技術利用業界 Creation of a new concept for the cathode catalyst material Creation of a new concept for the electrolyte material 量産化低コスト化に向けて研究を進めています外部協力団体 FCCJなどカソード触媒の活性耐久性を飛躍的に向上するための新たなコンセプトを安定化Ptスキン-合金触媒カーボン担体導電性セラミック担体更にはそれらの界面の微細構造や表面電子状態等の解析を通じて明らかにする得られたコンセプトはカーボン担体系セラミック担体系カソード触媒 MEA構成により検証する 2 電解質材料の新規コンセプト創出 Ptスキン-Pt合金高分散触媒の合成に成功しており高出力高耐久高効率燃料電池材料の炭化水素系電解質膜コンセプトの産業界展開により貴金属使用量を一桁低減した低価格乗用車や耐久性を十倍に高めた商用車の実現に貢献します高活性高耐久性を両立した電極触媒の開発評価を ①電極触媒材料の新規 ②電解質材料の新規 ③不純物高耐性次世代アノード触媒のカネカ 1nm NEDO評価プロジェクト等連携強化情報交換サンプル提供 Catalyst Layers and MEAs Highly Active, Highly Durable Alloy Catalysts 行っています粒子サイズ組成を精密制御したPt合金ナノ粒子表面にPt原子で均一に被覆した安定化自動車業界田中貴金属安定化Ptスキン-PtCo合金触媒高活性高耐久性合金触媒プロジェクトマネージャーの下に山梨大学を中心として田中貴金属カネカ日産アーク東レリサーチセンター岩手大学信州大学東北大学が共同して研究を進めています情報交換触媒層と膜電極接合体 MEA Volume fraction, 研究内容早稲田大学理工学術院西出宏之工学院大学工学部高羽洋充触媒電解質膜設計のための基礎研究小俣富男ドナルド A.トリック出来成人丹下昭二田島收橋本登大仲英巳児玉美香長原品光許任木村美那 Catalysts for Hydrogen Production and Puriﬁcation Fundamental tudies for New Design of Catalysts and Membranes 燃料電池研究拠点支援室室主燃料改質精製触媒 X線小角散乱 AX 測定装置 mall angle X-ray scatteringax system 電解質膜のAXプロファイル AX proﬁle of polymer electrolyte membrane 炭化水素化合物天然ガスなどを改質して効率よく水素を製造する触媒を開発していますまた得られた水素に含まれる微量のCOを選択的に除去する精製触媒として現在主流のCO選択酸化触媒またこれに替わる高性能のCO選択メタン化触媒を開発しています電極触媒や高分子電解質膜の構造解析をマルチスケールで行い新材料設計につなげています電気化学的手法原子スケールの表面観察赤外光電子スペクトル分析量子化学計算を複合的に実施し材料構造から反応移動現象を理解し材料設計に生かしています改質触媒評価装置 Catalytic activity measurement system 水素精製触媒の電子顕微鏡像 TEM image of hydrogen puriﬁcation catalyst

6 Per-F C プロジェクト研究設備研究活動 Research Facilities and Activities uperlative, table, and calable Performance Fuel Cell Project 研究開発体制 Project Objectives 本センターは 2008年4月からNEDO受託研究HiPer-FC High Performance Fuel Cell プロジェクトにより固体高分子形燃料電池の高性能高信頼低コスト化を達成する新材料の研究開発を推進してきましたこの研究活動から電位変動に対して極めて高い安定性を示す安定化Ptスキン-合金触媒や連珠状導電性セラミック担体またフッ素系電解質膜を凌賀する耐久性と同等の膜抵抗を示す炭化水素系電解質材料など優れた材料や多くの学術的知見を創出してきました Organization of the R&D 海外研究機関電極触媒の山梨大学岩手大学信州大学共同実施東レリサーチセンター性能劣化機構のマルチ解析電解質材料の Ptの分布を制御した合金アノード触媒酸化物-Pt複合アノード触媒連珠状導電性セラミック担体この成果を来たるべき燃料電池自動車の大規模普及に適用するため NEDO委託事業として2015年5月から本センターを中心に新たな Per-FC uperlative, table, and calable Performance Fuel Cell プロジェクトを発足しました本プロジェクトでは関連学理先端機器を駆使して電極触媒電解質材料及びそれらの機能を極限まで発揮させる触媒層の評価解析を通してその有用性を検証し高出力高耐久高効率材料としての新コンセプトを創出しますこれら新研究開発項目 Research Items 1 カソード触媒材料の新規コンセプト創出炭化水素系電解質膜バインダーの分子構造や高次構造モルフォルジー水分子の存在状態挙動等の評価解析を通じて広温度湿度範囲の燃料電池作動条件下でも耐久性と高性能化を両立する電解質材料の新規コンセプトを確立する 3 不純物高耐性次世代アノード触媒のコンセプト創出 Creation of a new concept for next-generation anode catalysts with higher resistance to impurities 低白金で高ロバスト化高耐久化を可能にするアノード触媒の設計指針をMEAでの検証を経て確立する研究目標て出力密度耐久時間単位出力あたりの貴金属使用量として現行の10倍以上を実現するための要素技術を確立するますこの最適化された電極触媒と新型高分子電解質膜を接合して当センターオリジナルの膜電極接合体(MEA)を作製しています d/nm 原子間力顕微鏡によるプロトンパスの分布解析 AFM image of proton-conducting path on membrane surface 高電位安定性担体担持触媒日産アーク最先端計測による電極触媒のキャラクタリゼーション計算科学によるアノード触媒の被毒劣化メカニズム Evaluation of PEFCs 現在広く用いられている炭素担体に替わり得る高電位でも安定な担体高電気伝導性酸化物などの開上記MEAを用いて自動車用定置用燃料電池において想定される作動条件に対応し発評価を行っています開発した担体に上記の白金合金ナノ粒子を担持した電極触媒を調製し活性評価と耐食試験を行っていますライセンス技術移転たPEFC耐久試験を行っています出力特性や寿命を支配する因子を研究し電池特性のさらなる向上に向けた電極触媒や電解質膜の設計指針にフィードバックしています単セル評価装置 Evaluation system for single cell performance 電池内反応分布の可視化実験新型高分子電解質膜センター長の下に金属研究部門セラミックス研究部門高分子研究部門研究企画部門の4つの部門があります研究企画部門には燃料電池研究拠点支援室が附属していますまた姉妹センターであるクリーンエネルギー研究センターとの兼任員４名を含めて員数は27名に上りますさらに国内外の研究者との緊密な連携で研究を進めています顧問飯山明裕渡辺政廣 New Polymer Electrolyte Membranes Visualization of Reaction Distribution in Fuel Cells 様々な運転環境下でも安定した高いプロトン導電率を示す高分子電解質膜の開発を行っています従来のフッ素系電解質膜と比べ安価で導電率が高く機械強度の優れた長期運転可能な炭化水素系膜の合成に成功しています燃料電池自動車で想定される高温低加湿および低温に対応するPEFCの実現に向け大きな貢献をしています劣化機構の解析やセル設計のため燃料電池内の反応分布を理解することは非常に重要です新たに開発した可視化装置を用いて運転状態における電池内部のガス分圧や温度などの分布あるいは電極の腐食挙動を高時間空間分解能で可視化することに成功しています燃料電池内の酸素分圧可視化像 Visualized oxygen partial pressure in a cell 電解質膜合成設備 Facility for synthesis of polymer electrolyte membranes 金属研究部門准准内田誠犬飼潤治柿沼克良常田貴夫脇坂暢矢野啓原正則朴英哲シンラマンクマールセラミック研究部門客員東山宮尾山下西野和寿敏広壽生華子高分子研究部門宮武健治客員上野武夫秋山良クリーンエネルギー研究センター兼任員センター長内田宮武准野原三宅その他可視化装置 Visualization system 研究企画部門客員客員客員客員客員裕之健治愼士純平国内外から事業参加する研究者客員等中国科学院 Li-Jun Wan 大邱慶北科学技術院 Hasuck Kim 燃料電池セル ingle cell 透過型電子顕微鏡 Transmission electron microscope Members of the Center センター長電子顕微鏡によるPt粒子分布の三次元解析 Visualization of Pt catalysts by 3D-TEM characterization PEFC運転試験 Highly Durable upports and upported Catalysts 東北大学材料企業など Target of the Project 自動車用燃料電池として2025年度平成37年度以降の大量普及期の実用化を見据え 2019年度平成31年度末におい実用セルによる電極触媒電解質材料コンセプト検証定期的情報交換会組織体制電極触媒を有効に機能させるため気体反応分子イオン電子が効率よく反応できる触媒層構造の設計開発を行ってい安定化PtスキンーPtCo合金ナノ粒子/C触媒の電子顕微鏡写真 TEM image of stabilized Pt skin-ptco alloy/c catalysts 技術利用業界 Creation of a new concept for the cathode catalyst material Creation of a new concept for the electrolyte material 量産化低コスト化に向けて研究を進めています外部協力団体 FCCJなどカソード触媒の活性耐久性を飛躍的に向上するための新たなコンセプトを安定化Ptスキン-合金触媒カーボン担体導電性セラミック担体更にはそれらの界面の微細構造や表面電子状態等の解析を通じて明らかにする得られたコンセプトはカーボン担体系セラミック担体系カソード触媒 MEA構成により検証する 2 電解質材料の新規コンセプト創出 Ptスキン-Pt合金高分散触媒の合成に成功しており高出力高耐久高効率燃料電池材料の炭化水素系電解質膜コンセプトの産業界展開により貴金属使用量を一桁低減した低価格乗用車や耐久性を十倍に高めた商用車の実現に貢献します高活性高耐久性を両立した電極触媒の開発評価を ①電極触媒材料の新規 ②電解質材料の新規 ③不純物高耐性次世代アノード触媒のカネカ 1nm NEDO評価プロジェクト等連携強化情報交換サンプル提供 Catalyst Layers and MEAs Highly Active, Highly Durable Alloy Catalysts 行っています粒子サイズ組成を精密制御したPt合金ナノ粒子表面にPt原子で均一に被覆した安定化自動車業界田中貴金属安定化Ptスキン-PtCo合金触媒高活性高耐久性合金触媒プロジェクトマネージャーの下に山梨大学を中心として田中貴金属カネカ日産アーク東レリサーチセンター岩手大学信州大学東北大学が共同して研究を進めています情報交換触媒層と膜電極接合体 MEA Volume fraction, 研究内容早稲田大学理工学術院西出宏之工学院大学工学部高羽洋充触媒電解質膜設計のための基礎研究小俣富男ドナルド A.トリック出来成人丹下昭二田島收橋本登大仲英巳児玉美香長原品光許任木村美那 Catalysts for Hydrogen Production and Puriﬁcation Fundamental tudies for New Design of Catalysts and Membranes 燃料電池研究拠点支援室室主燃料改質精製触媒 X線小角散乱 AX 測定装置 mall angle X-ray scatteringax system 電解質膜のAXプロファイル AX proﬁle of polymer electrolyte membrane 炭化水素化合物天然ガスなどを改質して効率よく水素を製造する触媒を開発していますまた得られた水素に含まれる微量のCOを選択的に除去する精製触媒として現在主流のCO選択酸化触媒またこれに替わる高性能のCO選択メタン化触媒を開発しています電極触媒や高分子電解質膜の構造解析をマルチスケールで行い新材料設計につなげています電気化学的手法原子スケールの表面観察赤外光電子スペクトル分析量子化学計算を複合的に実施し材料構造から反応移動現象を理解し材料設計に生かしています改質触媒評価装置 Catalytic activity measurement system 水素精製触媒の電子顕微鏡像 TEM image of hydrogen puriﬁcation catalyst

8 Clean Energy Research Center Fuel Cell Nanomaterials Center UNIVERITY OF YAMANAHI

e - カーボンブラック Pt 触媒プロトン導電膜 H 2 厚さ = 数 10μm H + O 2 H 2 O 拡散層触媒層高分子電解質触媒層拡散層マイクロポーラス層マイクロポーラス層ガス拡散電極バイポーラープレートガス拡散電極バイポーラープレート 1 1~ 50nm 0.1~1

e - カーボンブラック Pt 触媒プロトン導電膜 H 2 厚さ = 数 10μm H + O 2 H 2 O 拡散層触媒層高分子電解質触媒層拡散層マイクロポーラス層マイクロポーラス層ガス拡散電極バイポーラープレートガス拡散電極バイポーラープレート 1 1~ 50nm 0.1~1 Development History and Future Design of Reduction of Pt in Catalyst Layer and Improvement of Reliability for Polymer Electrolyte Fuel Cells 6-43 400-0021 Abstract 1 2008-2008 2015 2 1 1 2 2 10 50 1 5