Fuel Cell Nanomaterials Center, University of Yamanashi http://fc-nano.yamanashi.ac.jp/ UNIVERITY OF YAMANAHI
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 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 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 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
Clean Energy Research Center Fuel Cell Nanomaterials Center UNIVERITY OF YAMANAHI