都産技研ら、ナノ粒子触媒の量産技術を開発：小径ビーズで触媒活性を2.7倍に

東京都立産業技術研究センター（都産技研）は、燃料電池や金属空気電池に用いられる「ナノ粒子触媒」について、大量生産を可能にする製造方法を九州大学と共同で開発した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

燃料電池や金属空気電池のコストダウンを可能に

　東京都立産業技術研究センター（都産技研）は2019年5月、燃料電池や金属空気電池に用いられる「ナノ粒子触媒」について、大量生産を可能にする製造方法を九州大学と共同で開発したと発表した。

　燃料電池や金属空気電池は、自動車や家庭用の次世代電源として注目されている。ところが、「正極に用いる白金触媒のコストが高い」「代替触媒として期待されるペロブスカイト型酸化物は安価だが、従来品は表面積が小さく低活性」という課題があった。

　研究チームは今回、ペロブスカイト構造を持つ触媒「LaCoO₃粒子」をビーズミル法で分散処理した。この時、直径0.1mmのビーズを用いて処理したLaCoO₃粒子は、結晶化度が32％に低下し、触媒活性も低くなった。

ナノ粒子触媒の分散状態 出典：東京都立産業技術研究センター

　これに対し、直径が30μmという小径ビーズを用いて処理したところ、LaCoO₃粒子のペロブスカイト構造に与えるダメージが小さく、平均粒子径が77nmというナノ粒子を得ることができた。この結果、LaCoO₃触媒は従来に比べて、触媒活性が2.7倍も向上したという。触媒活性が高くなったことで、電池の出力は向上し、触媒担持量を低減することが可能となった。

　これまで、微細なナノ粒子を製造する方法として、大型の真空装置を用いる「気相法」や、多段プロセスとなる「メソポーラスシリカを用いたハードテンプレート法」などが用いられてきた。今回の研究では卓上タイプの小型テスト機で製造した。これを量産機に変更すれば、安価にナノ粒子触媒を大量生産できるとみている。

左図は酸化物ナノ粒子の粒度分布、右図は研究に用いたビーズミル装置の外観 出典：東京都立産業技術研究センター

　開発したナノ粒子触媒は、電池材料としての用途に加え、光触媒や化粧品、電子材料などへの応用も可能だという。