電極触媒材料の評価・開発

研究概要

電気エネルギーと化学エネルギーの直接的相互変換を特徴とする電気化学システムは、これからの再生可能エネルギーをベースとした社会を支えるエネルギーシステムの中核となりうる技術です。再生可能エネルギーから算出した水素を我々は「グリーン水素」と呼んでいますが、そのグリーン水素をベースとしたエネルギーシステムにおいては、燃料電池と水電解システムが本質的な役割を果たすことになります。ところが、燃料電池も水電解システムも、いずれも現状では、理論エネルギー変換効率よりもはるかに低い効率しか得られていません。その根本には電極触媒材料の問題があります。私は、将来のエネルギーシステムを支える電気化学システムの構築のために、これまでにない全く新しい発想に基づいた電極触媒材料の開発を行っています。

アドバンテージ

現在、固体高分子形燃料電池では、空気中の酸素を還元させるために、白金を電極触媒として利用しています。白金は高価であり、資源量が少ないことに加えて、白金を用いてもなお、エネルギー変換効率が低いことが問題です。私は白金代替触媒として、世界に先駆けて酸化チタン・酸化ジルコニウムという安価で資源量豊富な材料に、白金と同様な触媒機能を持たせることに成功してきました。さらに、これらの材料を用いれば、白金よりも高い活性が可能であることもわかってきました。それを実現して、エネルギー変換効率を飛躍的に向上させ、固体高分子形燃料電池の本格普及に資したいと考えています。

事例紹介

エネルギー変換効率を飛躍的に向上させた固体高分子形燃料電池が可能になります。さらに、酸化チタンや酸化ジルコニウムといった資源量が豊富で安価な元素を用いるので、現在、高価格で普及に伸び悩んでいる固体高分子形燃料電池を用いた燃料電池自動車やバス・トラックなどの本格普及を促進します。

相談に応じられるテーマ

電極触媒材料の評価・開発

電気化学関連現象（腐食・電解など）の物理化学的解析

社会人技術者の自己学習支援

主な所属学会

電気化学会，米国電気化学会，水素エネルギー協会

主な論文

『Challenge of advanced low temperature fuel cells based on high degree of freedom of group 4 and 5 metal oxides』「Curr. Opin. Electrochem. 21, 234-241 (2020).10.1016/j.coelec.2020.03.005」

『Control of surface area and conductivity of niobium-added titanium oxides as durable supports for cathode of polymer electrolyte fuel cells』「Materials and Design, 203, 109623 (2021). 10.1016/j.matdes.2021.109623」

『Catalytic activity of zirconia on zirconium for the oxygen evolution reaction in potassium hydroxide』「Materials Science & Engineering B,  267 (2021) 11511. 10.1016/j.mseb.2021.115112」

主な特許

特開2019-75305「電極用担体材料及びその製造方法，電極材料，電極，並びに固体高分子形燃料電池」

特開2019-42659,2019-42660「酸素還元触媒およびその用途」

特開2018-206700「酸化チタン電極触媒，可逆型燃料電池，空気二次電池及び酸化チタン電極触媒の製造方法」

主な著書

「しっかり学ぶ化学熱力学：エントロピーはなぜ増えるのか」裳華房 2019.

「水素エネルギーの事典」朝倉書店 2019.

「おもしろサイエンス熱と温度の科学」日刊工業新聞社 2019.

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