芝浦工業大学、レアメタルを使わない燃料電池用炭素複合材料の合成に成功

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芝浦工業大学材料工学科の石崎貴裕准教授は、ソリューションプラズマ処理を用い、窒素含有カーボン(NCNP)とカーボンナノファイバー(CNF)からなる「NCNP-CNFコンポジット材料」を開発したと発表した。レアメタルを使わない触媒として、燃料電池等の低コスト化につながるという。

次世代電池として期待されている金属空気電池の開発や既存の燃料電池の高機能化に向け、白金等のレアメタルを使わない廉価な触媒の開発が求められている。代替としてカーボン素材が注目されているが、既存の窒素含有カーボンは白金担持カーボンに比べ触媒性能が劣り、また高温処理等が必要で製造が高コストとなるという課題があった。

今回の研究は、溶液中でプラズマを発生させることで2つのカーボン素材を複合化させ、両者の利点を併せ持つ炭素複合材料を創製するものだ。常温環境下のソリューションプラズマ処理で、安価に合成できるため、低コストでの製造が可能となる。

また、カーボン材料を複合化させることで、NCNPの豊富な活性サイト(化学反応が起こる場所)とCNFの導電パス(電荷を移動させる)の相乗効果を生み出し、白金触媒に近い性能を引き出すことに成功した。

白金担持カーボンと比較し、触媒能(電位)に差はあるものの、触媒活性(電流値)は同等レベルとなり、長期安定性とメタノールに対する高耐久性では白金担持カーボンより優れた性能を示している。

同大学では、今後、企業等と連携し材料の応用や実用化に向けた研究を行っていくとしている。

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