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IBS、燃料電池の性能向上につながる非貴金属触媒を開発

水素燃料電池自動車の発展に寄与の見込み


IBS(キム・ドゥチョル院長)はナノ粒子研究団のヒョン・テクファン研究チームが燃料電池触媒の価格を従来よりもおさえ、安定性を高められる新たな触媒を開発したと2月11日に発表した。

燃料電池はエネルギー変換効率が70%程度と高く、副産物として水だけが発生するため環境親和的。だが現在触媒として使用されている白金は高価なうえ持続的に使用すると性能が低下する。研究チームは新たな構造の炭素基盤ナノ触媒でこうした問題を解決した。

研究チームは大きさの異なる気孔をもつ「階層的多孔ナノ構造」を導入した。これまで階層的多孔ナノ構造が触媒の活性を向上させられるという点は知られていた。だがそれぞれの気孔の大きさが燃料電池の性能に及ぼす影響は解明されていなかった。

新たに開発された触媒は3種類の気孔をもつ。直徑を基準にマイクロ気孔、メソ気孔、マクロ気孔。研究チームはそれぞれのナノ気孔の役割を定量的に分析した。

直径が2~50㎚の大きさのメソ気孔は化学反応が起こる触媒の面積を広げて電気化学的活性を高める。50㎚以上の大きさのマクロ気孔は反応に参加する酸素分子を迅速に触媒の活性点に輸送して性能向上に寄与する。

研究チームは開発した触媒を燃料電池に用いて駆動の性能を分析した。階層的多孔ナノ構造の導入は多様な燃料電池の駆動環境の性能を一貫して向上させた。またこの新たな触媒が使用された燃料電池は10,000回以上駆動しても活性が低下することなく安定した性能を維持した。

本研究の結果は多孔ナノ構造の炭素触媒が既存の白金系の燃料電池触媒を代替し得ることを示唆するもの。特に異なる大きさのナノ気孔の役割を具体的に究明、多様な駆動環境における性能向上を立証した。

研究チームは本研究が次世代燃料電池触媒の開発と多様な電気化学応用装置に役立つものと見ている。

ソン・ヨンウン副研究団長は「現在、燃料電池の価格の40%を占める高価な白金触媒の使用と低い耐久性の問題を同時に解決できる技術を確保した。今後、学問的発展と水素燃料電池自動車の産業的な発展に寄与できると思う」と述べた。

研究結果は国際学術誌『米国化学会誌(JACS)』に2月6日付で掲載された。






[2019-02-18]

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