電気化学の基礎から学ぶ燃料電池電極触媒の速習セミナー

2050年までに温室効果ガス排出実質ゼロを達成するための様々な施策が進む中で、水素エネルギーに関連した技術の開発はますます重要となってきます。その中でも水素利用技術である燃料電池は、燃料電池自動車や家庭用燃料電池などの用途で社会実装が進みつつあり、さらなる発展が期待されています。 　本講座では、燃料電池に使われる最も重要な材料の一つである電極触媒に焦点を当てながら、燃料電池の基本について解説を進めます。前半では、燃料電池を理解するために必要な電気化学の基本事項について解説します。後半では、電極触媒の活性や耐久性などの基本事項について解説していきます。最後に、電極触媒の研究開発動向や今後の課題・展望について解説します。

1. その1: 電気化学の基礎
   1. エネルギーの変換
      1. 化学エネルギーから電気エネルギーへの変換
      2. 水素+酸素の反応でのエネルギーの出入り
      3. 化学反応が進む方向～エンタルピーとエントロピーの関係
      4. 電位と電子エネルギー
   2. 水の電気分解を理解する
   3. 電気化学測定の準備
      1. 電極の電位を知るにはどうする?
      2. 三電極式電解セル
      3. 水電解時の電位と電子の動き
      4. 基準電極について
      5. ネルンストの式
      6. 水素標準電極
      7. 水の電位窓
      8. 各種金属の標準電極電位
      9. 電気化学測定装置の構成と注意点
      10. 水電解の酸素発生反応における電子移動
      11. 酸素還元反応における電子移動
   4. 電気化学反応を支配する因子
      1. 活性化エネルギー
      2. 触媒の働き
      3. 電流の表し方
      4. 触媒活性と分極曲線
      5. 電荷移動律速と物質移動律速
      6. Butler – Volmerの式とTafelの式
   5. 基本的な電気化学測定法
      1. サイクリックボルタンメトリー
      2. 回転ディスク電極法
   6. 電気化学に関する教科書
2. その2: 燃料電池電極触媒の基礎
   1. 燃料電池の概要
   2. 燃料電池の性能を支配する因子
      1. 各部材に求められる性能
      2. 起電力・過電圧・発電効率
      3. 電極層の構造 (MEA)
      4. 三相界面
   3. 電極触媒の活性
      1. 電極触媒の性能向上に求められること
      2. 電極触媒の活性支配因子
   4. 電極触媒のPt比表面積
   5. 電極触媒の比活性
      1. 合金触媒
      2. 電極触媒の電子状態
   6. 電極触媒の質量活性の向上～コア – シェル型触媒
   7. 触媒の耐久性
      1. Pt粒子の耐久性
      2. 電位サイクル時のPt比表面積変化
      3. アノード触媒の耐CO被毒性
      4. カーボン担体の腐食
      5. 電池起動時のカソード腐食
      6. 燃料欠乏時のアノード腐食
      7. 触媒耐久性の評価試験法
   8. 電解質膜の劣化
   9. 電極触媒の最近の研究開発動向
      1. コア – シェル型触媒
      2. 電極触媒の非貴金属化
      3. 担体の性能向上
      4. 米国エネルギー省 (DOE) 2020 Annual Merit Reviewからのトピックス
   10. 燃料電池普及への課題
       1. Ptの資源量
       2. Ptの価格
       3. 電極触媒