2022.11.11地域・一般 / 学群・大学院 / 研究 / 研究者・企業

藤田 武志教授らの研究グループが卑金属のみを用いた固体高分子型水電解用酸素発生電極の開発に世界で初めて成功

筑波大学数理物質系の伊藤 良一准教授、谷本 久典准教授、富山県立大学工学部の脇坂 暢教授、大阪大学大学院基礎工学研究科の大戸 達彦助教、本学環境理工学群の藤田 武志教授らの研究グループは、卑金属のみを用いた固体高分子型水電解用酸素発生電極の開発に世界で初めて成功しました。

カーボンニュートラル実現に向けて、再生可能エネルギーと水の電気分解を組み合わせたクリーンな水素製造技術が求められており、その一つに固体高分子型(PEM)水電解があります。しかし、強酸性環境下での電気化学反応のため、大量の貴金属電極を使用せざるを得ないことが欠点です。本研究では、強酸性中でも腐食しない、PEM水電解用卑金属電極の開発に成功しました。

PEM水電解の電極研究は、これまで、貴金属である白金とイリジウムの使用量を減らすための工夫に注力されていました。しかし、理論上、一定量の貴金属は使用しなくてはならない上、再生可能エネルギーの導入が本格化する2030年以降は、イリジウムの調達合戦が激化し、水電解プラント建設に必要となる十分な量を確保することが困難になると予想されます。そのため、貴金属使用量を減らすのではなく、貴金属を使わないPEM水電解技術への転換が必要になります。

本研究では、不働態化しやすい卑金属と触媒能力が高い卑金属を合金化することで、通常は硫酸中で容易に溶解してしまう卑金属陽極を、電源オンオフを模擬する実験において、3年間にわたって99%以上の性能を保持させることに成功しました。卑金属電極は、イリジウムよりも1000分の1程度の低コストな材料であり、太陽光発電や風力発電等とPEM水電解を組み合わせたオンサイト水素製造用電極としての利用が期待されます。

藤田教授写真:581b526414b8ee1812f6e91ce9c74e15_1-thumb-500xauto-19045.jpg

藤田教授は「高エントロピー合金は構造材料用途だけでなく、電極触媒として多くの可能性を秘めています。引き続き、新奇高エントロピー合金の開発に取り組んで参ります」と語りました。

【参考図】

図1_高いエントロピー.docx.jpg

高エントロピー状態の合金の構造同定
(a)高エントロピーな合金インゴットの実物写真とインゴットから切り取ったシート。
(b)高エントロピーな合金インゴットを砕いたときの透過型電子顕微鏡像。シート形状では電子顕微鏡観察できないため、粉砕した後、電子顕微鏡観察を行った。
(c)砕いた高エントロピーな合金の透過型電子顕微鏡像とその場元素マッピング。9元素が全て均一に含まれている状態。

【掲載論文】
題 名: Corrosion-resistant and high-entropic non-noble-metal electrodes for oxygen evolution in acidic media.(酸性条件下で耐腐食性を持つ高エントロピー合金による酸素発生電極)

著者名: Aimi A. H. Tajuddin, Mitsuru Wakisaka, Tatsuhiko Ohto, Yue Yu, Haruki Fukushima, Hisanori Tanimoto, Xiaoguang Li, Yoshitatsu Misu, Samuel Jeong, Jun-ichi Fujita, Hirokazu Tada, Takeshi Fujita, Masaki Takeguchi, Kaori Takano, Koji Matsuoka, Yasushi Sato, Yoshikazu Ito

掲載誌: Advanced Materials

掲載日: 2022年10月22日

DOI:10.1002/adma.202207466

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