燃料電池用膜および材料

持続可能な再生可能エネルギー源である燃料電池は、水素を豊富に含む燃料と酸素との間の逆電気分解反応を通じて電気エネルギーを発生させます。燃料電池は、従来の燃焼エンジンに比べて高い効率で稼働でき、排出ガスも少なく、多くの場合、廃棄物として発生するのは熱と水のみです。このクリーンで効率的な発電源は、発電所用途向けに大規模化することも、輸送や携帯用電源用途向けに小型化することも可能です。現在の研究は、イオン交換膜電解質の開発や膜電極アセンブリ（MEA）の改良など、コスト削減を図りながら燃料電池技術の性能と耐久性を向上させることに重点が置かれています。

当社の燃料電池および膜材料は、高いプロトン伝導性、優れた化学的・熱的安定性、低ガス透過性など、燃料電池部品に求められる優れた特性を備えています。当社は、燃料電池触媒の高い活性化を実現するため、プラチナおよびプラチナ合金、ドーププラチナ触媒、ならびに代替プラチナ堆積材料を提供しています。

製品

Products

固体酸化物燃料電池（SOFC）

固体酸化物燃料電池は、固体酸化物電解質を用いて、燃料電池の陰極から陽極へと負の酸素イオンを伝導させます。当社の固体酸化物材料には、イットリア安定化ジルコニア（YSZ）、ランタン・ストロンチウム・マンガン酸塩（LSM）、ガドリニウム添加セリア（GDC）をはじめ、SOFC用途の耐久性と性能を向上させるために特別に設計された各種セラミック材料が含まれています。

プロトン交換膜（PEM）燃料電池

プロトン交換膜（PEM）燃料電池は、高分子電解質膜燃料電池とも呼ばれ、比較的低い温度（約80 °C）で動作します。PEM燃料電池では、高分子膜が電子を遮断しつつ陽子を陽極から陰極へと導き、水の電気分解を利用してエネルギーを生成します。

燃料電池の構成要素

燃料電池デバイスは、多くの場合、複数の燃料電池を直列に接続してスタックを形成しており、これにより発電総量が増加します。個々の燃料電池には、2つの電極（陽極と陰極）および導電性電解質の3つの主要な構成要素が含まれています。PEM燃料電池の場合、各電極は、通常プラチナまたはプラチナ合金である電気触媒が含浸された、多孔質で表面積の大きい材料で構成されています。電解質材料は高分子膜であり、イオン伝導体として機能する。

純H₂を燃料とする燃料電池では、水素ガスが陽極で陽子と電子に分解される。陽子は電解質膜を通って伝導され、電子は膜の周囲を流れ、電流を発生させる。荷電イオン（H+およびe-）は陰極で酸素と結合し、水と熱を生成する。

燃料電池用触媒

白金は水素酸化に対して高い活性を示し、現在も頻繁に使用される電気触媒材料である。燃料電池研究の主要な分野の一つは、セル性能を低下させることなく白金含有量を削減し、装置全体の費用対効果を向上させることである。これは、導電性炭素上に担持された白金ナノ粒子から作製された設計触媒（738581、738549、および738557）を使用することで実現可能です。これらの材料には、ナノ粒子の高度な分散性、高い電気触媒表面積（ESA）、および高いPt負荷量であっても高温下での粒子成長が最小限に抑えられるという利点があります。

白金含有合金は、メタノールや改質ガス（H₂、CO₂、CO、_N₂）などの特殊な燃料源で動作するデバイスに有用である。例えば、Pt/Ru合金は、メタノール酸化および一酸化炭素中毒に関して、純白金電気触媒に比べて性能が向上していることが示されている。 Pt3Coもまた（特にPEMFCの陰極において）注目される触媒の一つであり、酸素還元反応における性能向上と高い安定性を実証している。Vulcan® XC72は、触媒担体として使用されるメソポーラスカーボンブラックである。その高い比表面積と優れた導電性は、PEMFCの性能向上に寄与するとともに、触媒反応における触媒ナノ粒子のサイズ制御にも役立つ。