課題番号 ：S-17-MS-1042
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：固体高分子型燃料電池の膜電極接合体のX線イメージングとSEM観察
Program Title (English) ：X-ray imaging and SEM observation of membrane electrode assembly in practical polymer electrolyte fuel cell
利用者名（日本語） ：前島　尚行1), Tan Yuanyuan1), 鈴木　陽也2), 若松　昴平2), 邨次　智2), 松井　公佑2)
Username (English) ：Naoyuki Maejima1), Tan Yuanyuan2), Yoya Suzuki2), Kouhei Wakamatsu2), Satoshi Muratsugu2), Hirosuke Matsui2)
所属名（日本語） ：1) 名古屋大学　物質科学国際研究センター, 2) 名古屋大学大学院　理学研究科
Affiliation (English) ：1) Recerch Center for Material Science, Nagoya University
2) Graduate School of Science, Nagoya University

１．概要（Summary ）
固体高分子型燃料電池(PEFC)は燃料電池自動車への応用が期待される次世代の発電デバイスである。カソード電極に用いられるPt触媒の活性と耐久性が実用上の課題とされていることから、我々は、PEFCの実発電下において触媒の分布や化学状態を3次元可視化することのできるCT-XAFS法の開発を行ってきた。本研究では、CT-XAFSデータ中の微細なEXAFS信号の解析を実現させるため、より大きな吸収係数の得られる分厚いPEFC触媒膜試料の開発を進めており、電気化学性能の検討に加え、SEM-EDX分析により試料のモルフォロジー、元素の分布の関連を調べた。
２．実験（Experimental）
測定に用いたPEFC触媒膜試料は、Nafion電解質膜に対し、カソードに50 wt% Pt/C触媒を3.0 mg•cm-2、アノードに50 wt% Pd/C触媒を0.5 mg•cm-2塗布して調製した。これをPEFCセルに組込み、加速劣化試験(0.6-1.0 Vの矩形波)を15000サイクル実施することで、発電性能が低下した劣化後試料を得た。実験後の試料をPEFCセルから取り出し、カミソリで切断した試料表面・断面に関して、SEM (JEOL JSM-6700F)を用いてSEM像とEDXマッピングの観察を行った。
３．結果と考察（Results and Discussion）
図1(a)に測定したPEFC触媒膜試料のカソード電極表面のSEIモードSEM像を示す。試料作成時に入ったと思われる100 μm以上の大きなクラック構造が観察され、CT-XAFSデータに良く一致する試料のモルフォロジーが観察された。図1(b)には、試料断面のSEM-EDXマッピングを示す。カソードの領域全域にPtの存在が確認され、可視化されたCT-XAFSデータを支持する情報が得られた。

４．その他・特記事項（Others）
本研究はNEDO事業の支援を受けて行われました。
５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) H. Matsui, N. Ishiguro, T. Uruga, O. Sekizawa, K. Higashi, N. Maejima, M. Tada, Angew. Chem. Int. Ed., 56, (2017) 9371-9375.
(2) N Maejima, H Matsui, N Ishiguro, Y Tan, T Uruga, T Sakata, K Higashi, O Sekizawa, M Tada“3D-visualization of distribution and redox property of a PEFC Pt/C cathode catalyst during degradation process by imaging XAFS ” 日本化学会第98春季年会
６．関連特許（Patent）
なし