課題番号 ：S-19-KU-0030
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：新しい電池触媒のデザインと合成とその特性評価
Program Title (English) ：Design, synthesis and characterization of newly fabricated catalysts for batteries
利用者名（日本語） ：Pandian Ganesan、中嶋 直敏
Username (English) ：Pandian Ganesan、Naotoshi. Nakashima
所属名（日本語） ：九州大学カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所
Affiliation (English) ：International Institute for Carbon-Neutral Research, Kyushu University.

１．概要（Summary ）
高価な白金やイリジウムなどの貴金属を用いない「非貴金属/金属酸化物を用いた高性能電極触媒の開発」や、「充電可能な空気亜鉛電池への応用、水電解への応用研究」は、産業界からの強い期待がある。本研究では、カーボンナノチューブ（CNT）を導電サポートとした新しいハイブリッド電極触媒を設計および合成した。

２．実験（Experimental）
合成は、ニッケルイオン、鉄イオン、チオ尿素、ならびに導電サポート（単層及び多層カーボンナノチューブ、ケッチェンブラック、バルカンカーボンブラックなど）を原料として、水熱合成法で合成した。それらのナノ構造は、走査型／透過型電子顕微鏡、ｘ線回折装置、XPS装置などで解析した。

３．結果と考察（Results and Discussion）
　図１は合成した触媒のXRD及びCrystal Makerで推定したナノ構造である。合成した触媒の酸素還元反応（ORR）及び酸素発生機能（OER）を測定した。結果を図2に示した。図２a,bより、触媒は、Pt/CのORR性能には劣るものの、良好なORR性能を示した。また、OERは、Ir/Cより高性能であった。この触媒を用いてZn-空気電池を作成した。性能を図２c,d,eに示した。これよりこの触媒は、高性能Zn-空気電池を作成することができることがわかった。

４．その他・特記事項（Others）
　なし

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) P. Ganesan, A.Staykov, H. Shu, M. Uejima, N. Nakashima, “Designing a FeIII-Doped Nickel Sulfides/Carbon Nanotube Hybrid Catalyst for Alkaline Electrolyte Membrane Water Electrolyzer and Zn-Air Battery Performances”, ACS Applied Energy Mater. 2020, 3, 10961-10975. 10.1021/acsaem.0c01931

６．関連特許（Patent）
(1) 中嶋直敏他、PCT/JP2020/016587、触媒、電極、膜接合体、及び空気電池、国際公開番号：WO2020/213647 A1
(2) 中嶋直敏他、PCT/JP2020/016588、触媒、電極、膜接合体、及び空気電池、国際公開番号：WO2020/213648 A1