前駆体高分子材料を用いた白金代替燃料電池用触媒の開発

The Development of the alternative of platinum cathode catalyst of polymer electrolyte fuel cell using precursor polymer material

吉澤 怜奈*; 菅原 利史*; 有谷 博文*; 島田 明彦; 出崎 亮; 箱田 照幸; 杉本 雅樹; 吉川 正人

Yoshizawa, Reina*; Sugawara, Toshifumi*; Aritani, Hirofumi*; Shimada, Akihiko; Idesaki, Akira; Hakoda, Teruyuki; Sugimoto, Masaki; Yoshikawa, Masahito

固体高分子型燃料電池の白金代替カソード触媒の候補の一つに、高分子を高温で焼成することにより得られる炭素骨格を有する材料(炭素触媒)がある。本研究ではこの炭素触媒を作製する際に、前駆体高分子に金属元素含有物質を添加することによって、得られる炭素触媒の酸素還元活性への影響を調べた。具体的には、カルボキシメチルセルロース(CMC)に金属(Co又はFe又はCu)を含むフタロシアニン(Pc)又はPcを5wt%添加し、精製水を加え、ゲル状のPc-CMC混合物を調製した。これに電子線で100kGyの照射を行い、脱水後、800Cで1h、窒素雰囲気で焼成することで炭素触媒を得た。この触媒の電気化学測定を行い、その結果から酸素還元電位を求めた。するとCoを含むPcを添加したCMCから作製した炭素触媒は、他の金属を含むPcを添加したCMCやPcを添加したCMCから作製した炭素触媒に比べて酸素還元電位が0.1V程度高くなることが分かった。これはCMCの代わりに別の高分子を用いて作製した炭素触媒の結果と同様の傾向であった。Coを前駆体高分子に添加することにより、得られる炭素触媒の酸素還元活性が高くなることが示唆された。

Carbon material which is manufactured after high temperature treatment of polymer is one of the candidates for the alternative of platinum cathode catalyst of polymer electrolyte fuel cell. In this study, we examine the influence of potential of oxygen reduction reaction by adding metal including material to polymer, precursor of carbon material. Specifically, 95 wt% of carboxymethyl cellulose (CMC) and 5 wt% of phthalocyanine (Pc) including metal or Pc were mixed. Adding water to this, the mixture of Pc-CMC were prepared. The mixture was irradiated by electron beam up to 100 kGy, dried and treated at 800 degree for 1 h in Ar gas. Then carbon material was manufactured. This was measured by electrochemical measurement. Then oxygen reduction reaction potential was calculated. The carbon material, CMC with Pc including Co has higher potential of 0.1 V than that with Pc including other metal or Pc. This phenomenon is the almost same as that manufactured by other polymer than CMC. It is estimated that Co is contributed to higher potential of oxygen reduction reaction.