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研究内容RESEARCH


燃料電池や電解に用いる電極触媒

 電極自身が反応前後において変化せず、電極材料を電極反応における触媒と見なすことができる場合、電極触媒としての機能が発現します。電極触媒は燃料電池用触媒などで代表されるような化学エネルギーの電気エネルギーへの変換や、水の電気分解やソーダ工業などで代表されるような電気エネルギーを利用した化学変化などに用いられます。

燃料電池用電極触媒

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 水素やメタノールを燃料とする固体高分子形燃料電池(PEFC; Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)や直接メタノール形燃料電池(DMFC; Direct Methanol Fuel Cell)はクリーンなエネルギーを供給するデバイスとして次世代のエネルギー源として期待されています。燃料電池に用いる電極触媒は重要な技術要素の一つであります。燃料電池の実用化に向けては高活性で安価な電極触媒が必用であります。我々は,電極触媒の基礎的な反応解明から高活性触媒の探索などを進めています。燃料電池の広範な普及には高価で資源量が限られている白金の使用量の抜本的な削減が必要です。現在,酸化物ナノシートと複合化することで白金の利用率向上と高耐久化を通して低白金化の実現に取り組んでます。また,白金を全く使用しない非白金系酸化物触媒の開発も行っています。


電解用電極触媒

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 ソーダ工業では食塩水を電気分解して塩素、水素、苛性ソーダを生産しています。この生産過程において、電極触媒は重要な役割を担っています。消耗せず、極力低い電気エネルギーで効率よく触媒反応をおこさせる必要があります。そのため、電解条件化で安定な貴金属酸化物を主成分とした電極触媒(RuO2 -IrO2 -TiO2 /Ti)やダイアモンドに導電性を付与したホウ素添加ダイアモンド(BDD; Boron Doped Diamond)電極が用いられています。 現在、電極触媒の基礎的な反応解明から高活性触媒の探索などを進めています。






電気化学キャパシタ(急速充放電可能な新型電池)

 電気化学キャパシタ(スーパーキャパシタ)は表面での物理化学反応を利用し、電気エネルギーを蓄積するデバイスであり、電気自動車・ハイブリッド車・携帯電話・ノート型パソコンなどの移動体への搭載が展望されています。実用化に向け、大容量かつ急速に充放電が可能なスーパーキャパシタを開発する必用があります。 現在、酸化物を電極材料として用いるスーパーキャパシタの研究・開発を進めています。


酸化物ナノ粒子電極

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 金属酸化物電極を利用した電気化学スーパーキャパシタ(シュードキャパシタ、擬似二重層キャパシタ、レドックスキャパシタ)は急速充放電可能大容量なエネルギー蓄積デバイスとして次世代のエネルギー源として期待されています。 金属酸化物電極に用いる電極材料の開発は重要な技術要素の一つであります。 酸化物系スーパーキャパシタの実用化に向けては高活性で安価な電極材料が必用であります。 現在、貴金属酸化物を中心とした基礎的な反応解明から高活性電極の探索、高付加価値電極の開発などを進めています。

 

層状酸化物,ナノシート電極

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 高価で稀少な貴金属を電極材料として用いる場合、活性な表面積を極力大きくし、貴金属使用量を低減することが必要です。層状酸化物は通常の3次元的な構造と異なり、層間という開いた空間を有します。また、層状酸化物をバラバラにしてナノシートを創ることもできます。現在、新しい層状貴金属酸化物やナノシート、グラファイトを単層はく離したグラフェンの創成、基礎的な電極反応解明から高機能性電極の開発などを進めています。電気泳動堆積法や交互吸着法による製膜プロセスによりマクロ構造や組成を精密制御した3次元アーキテクチャの構築、スーパーフレキシブル電極や透明電極への応用も行っています。


 


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