トヨタ自動車(トヨタ)は5月18日、ファインセラミックスセンター(JFCC)と共同で、燃料電池(FC)の触媒として用いられる「白金」の劣化をリアルタイムで観察できる手法を開発したと発表した。
白金は、希少資源であるため高価であるとともに、発電に伴い「白金微粒子」が粗大化し、性能が低下することが知られている。触媒としての性能を維持するためには、「白金微粒子」が粗大化するメカニズムを解明する必要があるが、これまでの観察手法では、数nmレベルの「白金微粒子」がセル内で実際に作動している状態で確認できない、という技術的な課題があった。
これに対し研究グループは、原子レベル(0.1nm)の物質の観察や分析ができる「透過型電子顕微鏡」を用いて、FCスタックのセル内で実際に化学反応が生じる環境・条件と同一の状態を模擬できる、観察用サンプルを作ることに成功。この観察用サンプルを「透過型電子顕微鏡」の中に組み込んだ状態で白金微粒子に電圧をかけることができる装置を開発した。これにより、FCが発電している時と同じ、化学反応を起こした状態で白金微粒子が粗大化していく環境を透過型電子顕微鏡の中で実現でき、粗大化のプロセスをリアルタイムで観察することが可能となった。
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白金微粒子が粗大化していくリアルタイムの観察結果。 |
同手法により、粗大化の要因として、白金微粒子の土台となるカーボン上で粗大化に至る挙動を引き起こす箇所やその時の電圧、さらには、土台の材料の種類によるそれらの違いなどが明らかになり、劣化のメカニズムを解析し、FCに不可欠な触媒である白金の性能・耐久性向上のための研究の推進に貢献することが期待される。
