ることにより、 ることにより、
ることにより、 PEFC の高性能化への可能性を検討す の高性能化への可能性を検討す の高性能化への可能性を検討す の高性能化への可能性を検討す る。 る。 る。
る。
①高導電性炭素繊維の 担体 としての応用
②高導電性炭素繊維の 添加物 としての応用
炭素材料に関する研究の目的
炭素材料に関する研究の目的 炭素材料に関する研究の目的
炭素材料に関する研究の目的
炭素材料に関する研究の目的
炭素材料に関する研究の目的 炭素材料に関する研究の目的
炭素材料に関する研究の目的
自作電極触媒 自作電極触媒 自作電極触媒 自作電極触媒
30 wt%Pt/C
機械的分散処理 機械的分散処理 機械的分散処理 機械的分散処理 ホモジナイザーで ホモジナイザーでホモジナイザーで ホモジナイザーで
5000rpm, 90min
攪拌攪拌攪拌攪拌カーボンブラック カーボンブラック カーボンブラック カーボンブラック チューブ状炭素繊維
チューブ状炭素繊維 チューブ状炭素繊維 チューブ状炭素繊維
塩化白金酸 塩化白金酸塩化白金酸
塩化白金酸
,
含浸法含浸法含浸法含浸法 水素中水素中 水素中
水素中, 300℃℃℃℃, 2h 焼成焼成焼成焼成
電極触媒調製手順 電極触媒調製手順 電極触媒調製手順 電極触媒調製手順
5wt%ナフィオン溶液＋酢酸ブチル
ナフィオン溶液＋酢酸ブチルナフィオン溶液＋酢酸ブチルナフィオン溶液＋酢酸ブチル25
℃℃℃℃60min
攪拌攪拌攪拌攪拌触媒電極 触媒電極 触媒電極 触媒電極 白金量 白金量 白金量
白金量
0.35mg/cm 2
電極表面積電極表面積 電極表面積
電極表面積
0.5cm 2
カーボンペーパーに カーボンペーパーに カーボンペーパーに カーボンペーパーに 塗布塗布塗布塗布
,
乾燥（スクリーン印刷）乾燥（スクリーン印刷）乾燥（スクリーン印刷）乾燥（スクリーン印刷）135
℃℃℃℃, 100kg cm -2 3min
ホットプレスホットプレスホットプレス ホットプレス
ＭＥＡＭＥＡ ＭＥＡＭＥＡ
電極触媒 電極触媒電極触媒 電極触媒
電解質膜 電解質膜電解質膜 電解質膜 集電体
集電体集電体 集電体
電極作製手順 電極作製手順 電極作製手順 電極作製手順
触媒・電池セルの作製手順
触媒・電池セルの作製手順 触媒・電池セルの作製手順
触媒・電池セルの作製手順
触媒・電池セルの作製手順
触媒・電池セルの作製手順 触媒・電池セルの作製手順
触媒・電池セルの作製手順
燃料電池性能評価システム 燃料電池性能評価システム 燃料電池性能評価システム 燃料電池性能評価システム 燃料電池性能評価システム 燃料電池性能評価システム 燃料電池性能評価システム 燃料電池性能評価システム
固体高分子形燃料電池用（
固体高分子形燃料電池用（固体高分子形燃料電池用（
固体高分子形燃料電池用（
4
台）台）台）台）PEFC/DMFC電気化学特性評価システム 燃料電池ガス分析システム
Fig. I-V characteristics of fuel cells with various cathode catalysts at 80
℃℃℃℃Anode catalyst 45wt%Pt/C(Tanaka kikinzoku) 0.53mg cm
-2metal loading.
Anode gas H
250% N
250% ; 57ml min
-1(bubbling at 80
℃)
Cathode catalyst 0.35mg cm
-2metal loading.
Cathode gas O
2; 57ml min
-1(bubbling at 80
℃)
Fig. I-V characteristics of fuel cells with various anode catalysts at 80
℃℃℃℃Anode catalyst 0.35mg cm
-2metal loading.
Anode gas H
250% N
250% ; 57ml min
-1(bubbling at 80
℃)
Cathode catalyst 45wt%Pt/C(Tanaka kikinzoku) 0.53mg cm
-2metal loading.
Cathode gas O
2; 57ml min
-1(bubbling at 80
℃)
アノード アノード アノード
アノード カソード カソード カソード カソード
異なる炭素担体材料を用いた時の電流 異なる炭素担体材料を用いた時の電流 異なる炭素担体材料を用いた時の電流 異なる炭素担体材料を用いた時の電流 異なる炭素担体材料を用いた時の電流 異なる炭素担体材料を用いた時の電流 異なる炭素担体材料を用いた時の電流
異なる炭素担体材料を用いた時の電流 - - 電圧特性 電圧特性 電圧特性 電圧特性 電圧特性 電圧特性 電圧特性 電圧特性
カソードの方が、炭素材料の違いによる影響大 カソードの方が、炭素材料の違いによる影響大 カソードの方が、炭素材料の違いによる影響大 カソードの方が、炭素材料の違いによる影響大
Fig. I-V characteristics of a single cell with various cathode catalysts at 80
℃℃℃℃カーボンブラック カーボンブラック カーボンブラック
カーボンブラック
(V-XC72)
、、チューブ状炭素繊維、、チューブ状炭素繊維チューブ状炭素繊維チューブ状炭素繊維(VGCF)
を単独で担体に用いるよりも、両者を混合して用いた方が を単独で担体に用いるよりも、両者を混合して用いた方が を単独で担体に用いるよりも、両者を混合して用いた方が を単独で担体に用いるよりも、両者を混合して用いた方が 高い高い高い高い
I-V
特性を示す。特性を示す。特性を示す。特性を示す。異なる形状を有する炭素担体材料の混合効果 異なる形状を有する炭素担体材料の混合効果 異なる形状を有する炭素担体材料の混合効果 異なる形状を有する炭素担体材料の混合効果 異なる形状を有する炭素担体材料の混合効果 異なる形状を有する炭素担体材料の混合効果 異なる形状を有する炭素担体材料の混合効果 異なる形状を有する炭素担体材料の混合効果
ＦＣＤＩＣ燃料電池シンポジウム講演予稿集（
2003
）Fig. Cell voltage at 200 mA cm -2 with various contents of tubular carbon (VGCF ® )
チューブ状炭素繊維混合割合は チューブ状炭素繊維混合割合は チューブ状炭素繊維混合割合は
チューブ状炭素繊維混合割合は
10~25%
が最適値が最適値が最適値が最適値ＦＣＤＩＣ燃料電池シンポジウム講演予稿集（
2003
）セル電圧の炭素繊維混合割合依存性
セル電圧の炭素繊維混合割合依存性 セル電圧の炭素繊維混合割合依存性
セル電圧の炭素繊維混合割合依存性
セル電圧の炭素繊維混合割合依存性
セル電圧の炭素繊維混合割合依存性 セル電圧の炭素繊維混合割合依存性
セル電圧の炭素繊維混合割合依存性
Fig. Ohmic overpotential at 200 mA cm -2 with various contents of tubular carbon (VGCF ® )
Fig. Nonohmic overpotential at 200 mA cm -2 with various contents of tubular carbon (VGCF ® )
オーミック過電圧は減少傾向にあり オーミック過電圧は減少傾向にあり オーミック過電圧は減少傾向にあり オーミック過電圧は減少傾向にあり 非オーミック過電圧は
非オーミック過電圧は 非オーミック過電圧は
非オーミック過電圧は
10
～～～～25
％で最小％で最小％で最小％で最小 オーミック過電圧オーミック過電圧オーミック過電圧
オーミック過電圧 非オーミック過電圧非オーミック過電圧非オーミック過電圧非オーミック過電圧
ＦＣＤＩＣ燃料電池シンポジウム講演予稿集（
2003
）オーミック過電圧と非オーミック過電圧の変化
オーミック過電圧と非オーミック過電圧の変化 オーミック過電圧と非オーミック過電圧の変化
オーミック過電圧と非オーミック過電圧の変化
オーミック過電圧と非オーミック過電圧の変化
オーミック過電圧と非オーミック過電圧の変化 オーミック過電圧と非オーミック過電圧の変化
オーミック過電圧と非オーミック過電圧の変化
①高導電性炭素繊維の 担体 としての応用
②高導電性炭素繊維の 添加物 としての応用
⇒
⇒⇒
⇒““““担体担体担体”担体”””が担っている、触媒を高分散させる機能とが担っている、触媒を高分散させる機能とが担っている、触媒を高分散させる機能とが担っている、触媒を高分散させる機能と 電子伝導パスとしての機能を分離して、それぞれに 電子伝導パスとしての機能を分離して、それぞれに 電子伝導パスとしての機能を分離して、それぞれに 電子伝導パスとしての機能を分離して、それぞれに 適した材料設計を行う
適した材料設計を行う 適した材料設計を行う 適した材料設計を行う。。。。
Fig. I-V characteristics with various contents of tubular carbon (VGCF ® ) at 80
℃℃℃℃45wt%Pt/C(0% VGCF), Pt:0.52mg/cm 2
42wt%Pt/C(10% VGCF), Pt:0.49mg/cm 2 , (
白金使用量白金使用量白金使用量白金使用量6
％減％減％減％減) 38wt%Pt/C(25% VGCF), Pt:0.44mg/cm 2 , (
白金使用量白金使用量白金使用量白金使用量15
％減％減％減％減)
市販の電極触媒 市販の電極触媒 市販の電極触媒
市販の電極触媒
Pt/C
にチューブ状炭素繊維を添加するにチューブ状炭素繊維を添加するにチューブ状炭素繊維を添加するにチューブ状炭素繊維を添加する と、と、と、と、白金担持量が白金担持量が白金担持量が白金担持量が
15%
減少しても減少しても減少しても減少してもI-V
特性が向上特性が向上特性が向上特性が向上電極触媒へのチューブ状炭素繊維の添加効果 電極触媒へのチューブ状炭素繊維の添加効果 電極触媒へのチューブ状炭素繊維の添加効果 電極触媒へのチューブ状炭素繊維の添加効果 電極触媒へのチューブ状炭素繊維の添加効果 電極触媒へのチューブ状炭素繊維の添加効果 電極触媒へのチューブ状炭素繊維の添加効果 電極触媒へのチューブ状炭素繊維の添加効果
ＦＣＤＩＣ燃料電池シンポジウム講演予稿集（
2003
）Fig. Ohmic ocerpotential with various contents
of tubular carbon (VGCF ® ) at 80
℃℃℃℃Fig. Nonohmic ocerpotential with various contents
of tubular carbon (VGCF ® ) at 80
℃℃℃℃○チューブ状炭素繊維の添加により、オーミック過電圧と
○チューブ状炭素繊維の添加により、オーミック過電圧と
○チューブ状炭素繊維の添加により、オーミック過電圧と
○チューブ状炭素繊維の添加により、オーミック過電圧と 非オーミック過電圧が共に減少。
非オーミック過電圧が共に減少。
非オーミック過電圧が共に減少。
非オーミック過電圧が共に減少。
○濃度過電圧の減少も確認←繊維添加で細孔（開気孔）を付与
○濃度過電圧の減少も確認←繊維添加で細孔（開気孔）を付与
○濃度過電圧の減少も確認←繊維添加で細孔（開気孔）を付与
○濃度過電圧の減少も確認←繊維添加で細孔（開気孔）を付与 オーミック過電圧
オーミック過電圧オーミック過電圧
オーミック過電圧 非オーミック過電圧非オーミック過電圧非オーミック過電圧非オーミック過電圧