気相成長カーボンナノファイバー担持PdAuナノ粒子触媒：受動型直接グリセロール燃料電池での性能

概要

本研究の目的は、化学還元法で調製した気相成長カーボンナノファイバー（VGCNF）担持Pd₁Au₁陽極触媒を合成、特性評価し、その触媒活性を観察することです。X線回折（XRD）とリートベルト精密解析により単一相化合物の形成が確認され、立方晶構造の(111)面に対応する単一ピークが示されました。さらに走査電子顕微鏡（FESEM）、エネルギー分散型X線分析（EDX）、窒素吸着/脱離測定、X線光電子分光（XPS）で詳細解析を行いました。電気化学性能はサイクリックボルタンメトリーで評価。メソポーラスVGCNF担体の存在により、極めて少量の金属触媒で優れた電流密度（66.33 mA cm⁻²）を達成。ターフェルプロットによる動力学的活性評価では、Pd₁Au₁/VGCNFがグリセロール酸化反応に強い電気触媒効果を示すことが示唆されました。しかし、自作陽極触媒を受動型直接グリセロール燃料電池に適用すると、電力密度はわずか3.9 mW cm⁻²にとどまりました。低性能の要因を理解するため、膜電極接合体（MEA）のFESEM観察を行い、性能に重要な影響を与える形態学的欠陥を複数特定しました。

はじめに

グリセロールはバイオディーゼル生産の副産物として生成されるため需要を上回る可能性があります。しかし、3つの水酸基を持つ高エネルギー密度、無毒、不燃性という優れた特性により、付加価値製品への変換に適した化学物質として注目されています。電気透析などの前処理後、グリセロールは燃料電池の燃料として利用できます。燃料電池は様々な陽極材料と触媒を用いてグリセロール酸化からエネルギーを取り出す最も効率的な方法の一つです。

パラジウムは2010年、リチャード・ヘック、根岸英一、鈴木章がパラジウム触媒による炭素-炭素結合形成の発見と開発でノーベル賞を受賞して以来、世界中の研究者から注目を集めています。この研究は触媒分野に大きな影響を与え、工業材料、医薬品から燃料電池によるエネルギー利用まで、パラジウム金属触媒の様々な分野への応用を刺激しました。パラジウムは白金族金属の一つで、白金と類似の化学的特性を持つため、より高価な白金の代替として非常に適しています。パラジウムは4d¹⁰5s⁰の基底状態電子配置を持ち、満たされたd軌道と空のフロンティアs軌道を併せ持つ唯一の遷移金属です。この独自の特性はオレフィン酸化触媒能力を示唆しています。

しかし、単独で触媒として用いるとパラジウム（Pd）は安定性に欠け、高い失活・劣化率を示します。多くの研究でPdとAuの混合・組み合わせが様々な用途で有効であることが示されています。Au添加は触媒活性、安定性、選択性を大幅に向上させ、耐毒性も提供すると考えられています。Auは電気陰性度が高く、PdからAuへ電荷移動が起こり、AuがプロモーターとしてPd単量体サイトを隔離し、CO吸着を防止して別経路での反応を促進します。さらに、この二元合金化によりAuはs、p電子を獲得しd電子を失い、Pdはs、p電子を失いd電子を獲得します。遷移金属ではd性質がs、p性質より重要で、化学吸着結合形成と触媒特性向上を可能にします。

二元Pd構造の電気触媒活性は単金属構造より優れ、親酸素性金属の存在が加水分解や有機化合物からの酸素引き抜きによる酸化物形成傾向を生み、グリセロール酸化を助けます。電気触媒の二官能理論によれば、一次アルコール（メタノール、エタノール、グリセロール）をCO₂とR-COOH（アルカリ媒質ではCO₃²⁻とR-COO⁻）へ電気酸化するには、触媒表面のOH吸着種（OHads）によるH₂O活性化が必要で、追加酸素原子を提供し完全アルコール酸化を助けます。アルカリ電解質での反応式は式(1)〜(5)で示されます。

触媒表面でのアルコールの速やかな解離吸着は式(1)(2)に関連。式(4)の律速段階は、アルコール酸化反応がナノ触媒表面のアシル吸着種RCOadsと水酸基吸着種OHadsの被覆率に強く依存し、一般に酢酸生成に至ることを意味します。

パラジウム合金は他の金属の耐食性を損なうことなく硬度と強度を改善できます。Pd-Au二元触媒は良好なカップリングと深い活性を持つナノ粒子触媒です。先行研究ではPdナノ粒子が高活性だが不安定でPdO分解により活性低下すること、Pd/Mo₂CがPd/Cの2倍のピーク電流を示すこと、Pd-Rhがグリセロール電気酸化に適した触媒活性を示しRhが強アルカリでのC-C結合切断能力を改善すること、Pd/Cu/ナノポーラスステンレス鋼がCu存在下で触媒活性と安定性向上を示すこと、PdAuSn/C三元触媒がグリセロール分解活性促進と高耐久性・安定性・電力密度を両立することなどが報告されています。

しかし、金属触媒使用量削減の最適戦略については議論が続いています。本研究では、気相成長カーボンナノファイバー（VGCNF）を触媒担体として導入し、燃料電池用途でのグリセロール電気酸化におけるPdAu担持量を最小化しました。VGCNFは高黒鉛化カーボンで優れた熱的・電気的伝導性を持ち、大量に安価で入手可能です。本論文の主目的は、Pd₁Au₁/VGCNFを合成・特性評価し、自作触媒の直接グリセロール燃料電池（DGFC）への利用を探求することです。

触媒を合成後、受動型直接グリセロール燃料電池（DGFC）に適用しました。DGFC電極の触媒は化学燃料を電気エネルギーに変換する反応で重要な役割を果たします。Pd₁Au₁/VGCNFの受動型DGFC適用による低ワットモバイル電子デバイス駆動は未研究です。受動モードとは燃料がポンプなしで貯蔵槽から陽極室へ供給され、陰極側では酸素が環境空気から受動的に拡散することを意味します。補助装置なしで動作し、グリセロール流量制御が困難で、酸化中間種が触媒活性を制限し触媒劣化を招くため、受動型DMFCは能動型より性能が低くなります。

受動型燃料電池の商用化には多くの課題があります。多くの研究で合成触媒が半電池試験（サイクリックボルタンメトリー）で良好な性能を示す一方、受動型燃料電池への適用では期待される電力密度が得られていません。したがって、触媒層構造、MEA製造課題、AEM安定性など、低性能に寄与する因子についても徹底的に議論します。

材料と方法

化学薬品

全前駆体金属塩と試薬（金(III)塩化物三水和物、塩化パラジウム、クエン酸三ナトリウム、ホウ化ナトリウム、VGCNF、水酸化ナトリウム、グリセリン、2-プロパノール、5wt%ナフィオン溶液）をSigma-Aldrich（米国）から購入。

装置

電気触媒の物理分析にはXRD、FESEM、EDX、BET表面積分析を用い、構造、形態、元素組成、結晶子サイズ、多孔性を調べました。XRDはBruker D8 Advance（Cu Kα、λ=1.54056Å）で2θ=20〜90°、ステップ0.05、ステップ当たり2秒で測定。シェラーエquationで結晶粒子サイズを算出。リートベルト精密解析はPANalytical X'Pert HighScoreソフトで実施し、疑似Voigt関数でフィッティング。信頼性指数R_wp、R_exp、GOFで適合度を評価（GOF≤4で良好）。

ナノ構造触媒の表面形態と元素情報はGemini SEM 500 FESEM（EDX搭載）で取得。窒素吸着/脱離等温線でBET比表面積を評価。細孔径分布は吸着枝（P/P₀>0.35）からBJH法で算出。

触媒合成

化学還元法に基づきPd₁Au₁二元合金/VGCNFを合成。PdCl₂（0.05M、2ml）とHAuCl₄·3H₂O（0.012M、7ml）を混合し、クエン酸三ナトリウム（0.5M）に滴下添加。クエン酸三ナトリウムはナノ粒子凝集制御のための安定化剤として機能。混合液を攪拌中のVGCNFスラリー（イソプロパノール+DI水）に滴下し3時間攪拌。新調氷冷（0.5M）ホウ化ナトリウム（NaBH₄）を過量で還元剤として添加し一晩攪拌。NaBH₄/金属イオンモル比5:15でより良い分散と表面組成を実現。磁気攪拌一晩後、ろ過、DI水で複数回洗浄、80℃で10時間乾燥。

電気化学分析

サイクリックボルタンメトリーで電気化学分析を実施。Autolab（PGSTAT101）電気化学ワークステーションを室温で使用。触媒インク：電気触媒5mgを蒸留水150μl、イソプロピルアルコール150μl、5wt%ナフィオン50μlに溶解し、30分超音波処理。2.5μlをガラスカーボン電極に滴下し室温乾燥。参照電極Ag/AgCl（3M KCl）、対極Pt。0.5Mグリセロール+0.5M NaOH溶液で-0.7〜0.4V、走査速度50mV/sでCV測定。両溶液をN₂バブリング（200ml/min、30分）で脱酸素化。

電気化学インピーダンス分光法（EIS）

動作中FCのEISをFRAソラートロン1260で実施、電子負荷（RBL488-50-150-800）に直接接続。ガルバノスタットモード、AC信号振幅200mA。100kHz〜0.005Hzで周波数掃引、正弦波電位振幅10mV。各スキャン約100データポイント。各電流密度で5スペクトル取得し平均化。

ナトリウムドープアニオン交換膜調製

AEMを1.0M NaOH水溶液に1時間浸漬、新鮮なNaOH溶液で3回繰り返し目的イオンを過剰導入。

膜電極接合体（MEA）作製

MEA有効面積2.0×2.0cm、両面電極とアニオン交換膜で構成。基板層にElectrochem社カーボンクロス（CC-060）を使用（高多孔性、良好電気伝導性）。マイクロポーラス層はVulcan XC72カーボンパウダーと疎水剤（20wt% PTFE）をイソプロパノール懸濁液に混合、カーボンクロスに慎重にキャストしガス拡散層（GDL）形成（担持量3.5〜4mg/cm²）。乾燥後、Pd₁Au₁/VGCNF触媒インクに15wt% PTFE（イソプロパノール）を混合しGDLに堆積し陽極電極形成。陰極はPt/C触媒にイオノマー溶液（Fumatech Fumion® FAA-3、5wt%イソプロパノール）。陽極/陰極触媒担持量1.0mg/cm²。ホットプレス（280kg/cm²、100℃、3分）で膜を電極間に挟み込みMEA完成。

受動型アルカリDGFC性能評価

自作シングルセルでAutolab（PGSTAT101）を用いI-V曲線測定。8ml貯蔵槽を陽極エンドプレート側面に取り付け、陽極プレート上部の3小孔から燃料供給。セルを水平組立（陽極上、陰極下向きで環境空気対向）。ステンレス鋼（高伝導性）をカレントコレクタとして使用。MEAを2枚のカレントコレクタ間に配置。両電極幾何学的表面積4cm²。ステンレスナットボルト8組で全構成部品を固定しシングルセル完成。各測定は2時間セル活性化後に開始。電流設定後3分で電圧安定化、記録。室温で動作。

結果と考察

電気触媒物理的特性評価

Au/VGCNF、Pd/VGCNF、Pd₁Au₁/VGCNFの3試料XRDパターンを図1、解析データを表1に示す。すべて立方晶構造（Fm-3m空間群）で第二相なし。最初のピーク26.0°はVGCNFのグラファイト構造炭素(002)に帰属。各パターンは(111)、(200)、(220)、(311)面に指数付け可能な4回折ピークを示す。

Au/VGCNFは38.3°、44.5°、64.7°、77.7°にピーク（(111)、(200)、(220)、(311)、Fm-3m、JCPDS No.65-8601、a=b=c=0.4072nm）。Pd/VGCNFは40.12°、46.66°、68.12°、82.10°（同面指数、JCPDS No.05-0681、a=b=c=0.3889nm）。PdAu二元試料ではPdとAuが単一回折ピークを共有し、均質合金形成を示唆。

典型的PdAuナノ粒子/VGCNFは金属前駆体（AuCl₄⁻、PdCl₄²⁻）の共還元でナトリウムホウ化物還元剤存在下で作製。TEM像（図2a-c）でAu、Pd、PdAuナノ粒子がVGCNF上に均質分布し適度な凝集挙動を示す。SAED解析（図2a-c挿入）で全てfcc多結晶構造。HRTEM（図2d-f）でAu(111)面0.24nm、Pd(111)面0.22nm、PdAu合金(111)面0.230nmの間隔を確認。

BET比表面積と多孔性分析で吸着能力を評価。N₂吸着/脱離等温線（図3a）はIUPAC分類タイプIV、相対圧力0.83〜0.99で急勾配、メソポーラス材料特性を示す。メソポーラス構造材料は吸着容積増大により形態安定性と触媒活性が良好。

表面積、細孔容積、細孔径を表1に示す。VGCNF単体で30.56m²/g、0.415cm³/g、7.0nm。金属触媒（Au、Pd、PdAu）担持でこれらは減少するが、H1型ヒステリシスループ（P/P₀ 0.83〜0.99）はメソポア構造が維持されていることを示し、触媒金属が担体表面に良く分散していること、TEM像と整合することを確認。

BJH細孔径分布（図3b）で約4nm（細孔半径）に狭い分布、全触媒で2〜5nm範囲、独自の吸着媒質を形成。触媒担持で細孔容積はVGCNFより低下（担体内部多孔空間が金属ナノ粒子で塞がれるため）だが、BET表面積は電気触媒表面積全体を指すわけではないため、詳細な電気化学分析で活性表面積を求める必要がある。

XPSでC 1s、Pd 3d、Au 4fを分析。C 1s高分解能スペクトル（図4a）で284.6eV（C-C）、285.4eV（C-O-C）、286.6eV（C-OH）、287.8eV（C=O）の4成分、VGCNF化学構造を決定。表2に重量%と結合エネルギーをまとめる。Au 4fスペクトル（図4b）でAu/VGCNFは84.1eV（Au 4f_7/2）と87.7eV（Au 4f_5/2）の二重ピーク、AuCl₄²⁻からAu⁰への還元を確認。Pd/VGCNF（図4c）で335.4eV（Pd 3d_5/2）、340.7eV（Pd 3d_3/2）にピーク、PdCl₄²⁻からPd⁰への還元を確認。二元PdAu/VGCNFではAu 4fとPd 3dの結合エネルギーが単金属よりわずかに低角側シフト、PdからAuへの電子移動を強力に裏付け、軌道間の摂動相互作用と合金ナノ構造形成をさらに検証。ピーク強度からPd:Au比79:21で計算値（50:50）よりPdが表面に濃縮。これはAu(III)とPd(II)の還元速度差による：Au核形成後にPd原子が核上に付加し、Pd富化表面を持つ合金ナノ構造形成。Pd₁Au₁/VGCNFナノ触媒表面に金属PdとAuが共存することを確認。

アルカリ溶液中グリセロール酸化の電気化学分析

触媒ガラスカーボン電極担持後約24時間でCVスキャン実施。担持時間は電流密度とピーク電位(Ep)に間接影響。時間増加で水素脱離完により多くの時間要す。発生電位から水素脱離に関連し電流密度劇的増大。0.5M NaOHでの典型的CV曲線（図5）で水素/酸素吸着を決定。領域A（-0.8〜-0.5V）はH⁺吸着/脱離のみだがピーク不明確（第2金属導入で特定活性サイト遮断の可能性）。領域B（-0.4〜-0.2V）は理想分極性触媒（二重層領域）、表面に自由吸着H⁺とOH⁻。前方スキャンで-0.2V以上（0.1〜0.3V）で酸化物形成。逆スキャンで-0.34Vに酸化物還元ピーク（領域C）。Au/VGCNFは異なる曲線：領域Aは大容量性電流（二重層領域、Au典型的挙動）、領域Bで-OH吸着と酸化物形成（-0.2V以上）、領域CでAu酸化物還元領域。

図6はアルカリ媒質グリセロール酸化での陽極ピーク電流密度。性能は4パラメータで評価：(1)酸化発生電位、(2)前方陽極ピーク電位、(3)前方陽極ピーク電流、(4)CO耐性（表1参照）。前方スキャン酸化ピークはグリセロール吸着から新規ケミソーブ種の酸化、負スキャンピークは前方スキャンで不完全酸化した炭素質種の除去。前方ピーク電流密度(I_f)と逆ピーク電流密度(I_b)の比は炭素質残渣蓄積耐性を反映。高I_f/I_bは前方スキャン効率的グリセロール酸化と少ない残渣蓄積を示す。ピーク電流密度でPd₁Au₁/VGCNFがPd/VGCNFとAu/VGCNFを上回り最良性能。発生電位も最低（-0.75V vs >-0.60V）。メタノールで最悪結果（特に電流密度と酸化過電位）。金属触媒担持量極めて低い（0.1mg/cm²）ことを考慮すると、Pd₁Au₁/VGCNFは半電池で報告された中で最も活性なグリセロール酸化電気触媒の一つに分類可能。Pd/C、Pt/C、Au/Cでのグリセロール酸化電流密度はZhangら[26]より顕著に高い（高触媒担持量と温度依存性のため）。

表3で二元PdAu/VGCNFが単金属触媒に対し高いグリセロール酸化電気触媒活性を示す。第2金属Auの存在で0.45〜0.7V vs Ag/AgCl間で活性わずかに向上（高電流密度達成）。CV曲線（図6）でPd/VGCNFとAu/VGCNFはグリセロール酸化発生電位がほぼ同一（-0.4V付近 vs Ag/AgCl）。PdAu/VGCNFは二官能メカニズムにより発生電位が低い値へシフト、触媒改善。二官能メカニズムに従いAuは親酸素性材料で酸素吸着特性を持ち、ケミソーブ種を促進しグリセロール電気酸化を助け、発生電位低下と触媒活性向上をもたらす。また二元触媒PdAu/VGCNFは優れたCO耐性（I_f/I_b比が最高）を示し、前方スキャンでの直接酸化効率の高さを示唆。

ターフェル解析

図7a-cは全触媒のグリセロール酸化反応ターフェルプロット。各プロットはターフェル勾配増大の2線形領域を示す。ターフェル勾配は電極表面反応決定の動力学パラメータ。低酸化電位(E_v)でターフェル勾配低く、グリセロール酸化反応での電荷移動動力学が速い。高酸化電位で第2ターフェル勾配大、触媒反応メカニズム変化を示唆。勾配変化は中間種による触媒表面毒性で電荷移動動力学低下に起因（Kangら[35]）。

表4に低/高電位酸化でのターフェル勾配値を示す。Pd₁Au₁/VGCNFのターフェル勾配がPd/VGCNFとAu/VGCNFより低く、二元触媒での電荷移動動力学がグリセロール酸化で単金属より速い。酸化電位(E_v)上昇でターフェル勾配も低から高へ増大、グリセロール酸化反応メカニズムが最初のものから変化。メタノール[36]、エタノール[37]酸化でも類似現象、高酸化電位でグリセロール最大質量移動、水酸基吸着と酸化物層形成が触媒表面で起こる。

直接グリセロール燃料電池でのAu/VGCNF、Pd/VGCNF、PdAu/VGCNF性能

電気化学I-V特性評価

合成電気触媒の信頼性は、目的活性（本研究ではDGFC触媒）遂行確率で定義可能。半電池で良好でもDGFC適用では傑出した性能は得られず。図8はFAA-3（FuMA-Tech）膜使用DGFCの分極曲線と電力密度曲線で、Au/VGCNF、Pd/VGCNF、Pd₁Au₁/VGCNFの受動型DGFCシングルセル試験結果。Pd₁Au₁/VGCNFのOCVと電力密度がPd/VGCNFとAu/VGCNFより高い。表5に全触媒DGFC性能をまとめる。触媒価格ではPd₁Au₁/VGCNFが約USD 0.26/mgで市販黒色Pd（USD 0.41/mg）より安価。

受動型アルカリ燃料電池は能動型に性能で対抗できない可能性。主問題の一つはNaOHやKOH等液体電解質に関連。NaOH電解質が空気中CO₂に極めて敏感で自発反応するため。空気使用で酸素代わりに水酸化イオンが空気中CO₂に曝露され、Na₂CO₃やK₂CO₃形成。炭酸塩存在で陽極OH⁻イオン量間接減少、イオン伝導度低下。過剰炭酸塩でガス拡散層細孔閉塞、シングルセル性能深刻劣化[31,32,33]。

電気化学インピーダンス分光法

分極曲線のみでは内部コンポーネント状態を十分反映せず、EISを分極曲線測定と併用し、電子システム全体での様々なプロセス（動力学、オーム、物質移動支配）の影響（電荷移動、膜、物質移動抵抗による電圧降下）を区別評価。図9a-cは3触媒のナイキストプロット（典型的EIS曲線）。一般に半円弧直径がグリセロール酸化反応の電荷移動抵抗を測定。図9で直径順：Au/VGCNF > Pd/VGCNF > PdAu/VGCNF。PdAu/VGCNFが最大電荷輸送性能、前述の優れた電気触媒活性と整合。図9dの等価回路フィッティングでR_sは溶液抵抗、R_ctはグリセロール電気触媒酸化プロセスの電荷移動抵抗。全体的にPdAu/VGCNFのR_ct値が他より遥かに小さく、PdAu/VGCNFでのグリセロール酸化電子移動が容易で触媒活性向上に寄与。

MEAとセル組立に差がないため、PdAu/VGCNFセルの低抵抗は触媒層に起因。PdAu/VGCNF被覆層では小粒子サイズが電極内に十分な加湿水を保持し、均一粒子分布が凝集効果防止（境界抵抗増大要因）。小粒子と均一分布でイオン移動経路短縮、分布抵抗さらに低減。高周波EIS結果は実燃料電池動作で小さな陰極触媒粒子がORR動力学促進のみならずオームと接触抵抗起因性能損失も低減することを示唆。

MEA形態解析

燃料電池低性能は構成材料固有特性、材料欠陥、組立プロセスに起因する可能性。以下、直接グリセロール燃料電池低性能を生じさせる潜在的効果をさらに議論。

マイクロポーラス層（MPL）クラッキング

DGFC低性能を正当化するため、性能評価後MEAをSEMで形態評価。図10aはカーボンブラック層と触媒層からなるMPL典型的SEM表面像。触媒表面にクラック観察。MPLの皺とクラック形成はシングルセル動作中の制御不能化学反応による可能性。この反応がポリマー電解質膜の寸法変化（体積膨張収縮）を引き起こし、燃料電池動作中の熱水応力による[41]。触媒乾燥プロセス不規則で触媒層クラック発生[42]。クラック存在下でも燃料電池動作可能だが、間接的に性能劣化。

剥離

図10b SEM像でDGFC動作後、膜と電極間に明確な隙間観察。燃料電池動作中の膜と電極間熱膨張不整合が原因の可能性。またMEA製造プロセス中、触媒層乾燥に過高温度使用で蒸気発生、トラップされ層間密着不良領域形成[43]。触媒インク中電解質がラミネーション時バインダーとして機能期待されるが、手動触媒キャストで電極に皺生じ、層間ボイド存在、後続性能劣化。界面隙間の別理由は機械的ホットプレスで完全な膜-電極密着界面確保困難。これも性能影響因子。接触抵抗増大、陽子が触媒サイト到達に長時間要し、デッドゾーン存在で間接的に触媒活性損失。

触媒層配向

触媒層は手動キャストで形成。制御困難で未分散触媒粉末凝集の可能性[44,45]。図10cにMPL層上のナノ粒子凝集領域示す。MEA全体で接触抵抗生成、多孔性や陽子伝導度に悪影響。

AEM安定性

アニオン交換膜（AEM）には技術的・科学的限界あり。アルカリ媒質で陽イオン基への水酸化物攻撃により化学的安定性低く、陰イオン伝導度低下[46]。OH⁻イオン型AEMは不安定で、空気曝露でも短時間で伝導性低いCO₃²⁻、さらに低いHCO₃⁻形に容易変換。図10d,eでアルカリ処理前後比較、AEMが水和増加で高膨潤問題抱えること示唆[47]。AEM取り扱いの課題。AEMはナフィオン膜劣化問題克服のため用いられるが、炭化水素系や芳香族系傾向で酸化安定性劣る[41]。

結論

VGCNF担持パラジウム系電気触媒を合成・特性評価し、再生可能資源グリセロールのアルカリ環境下電気酸化に有効な電気触媒として検証。XRD、TEM、HRTEMで確認されたよく分散したAu、Pd、Pd₁Au₁が貴金属担持量削減と高反応ゾーンとして機能。グリセロール酸化を多様な電気化学手法で主に調査。結果は二元電気触媒PdAu/VGCNFの優れた電気触媒活性（最大74.45 mA cm⁻²）を強調、Au/VGCNFとPd/VGCNFが続く。Pd₁Au₁/VGCNFの高活性は金属粒子高分散とVGCNF固有特性に関連。受動型DGFCに合成Pd₁Au₁/VGCNF MEA適用評価。グリセロール2.0M、NaOH 5.0Mで受動型DGFCピーク電力密度3.9 mW cm⁻²。EISでPdAu/VGCNFが最小半円弧、他2触媒比較で最小動力学抵抗示す。シングルセル製造の広範評価で、電力出力性能がGDL形態欠陥、MEA製造、AEM安定性にも影響されること明らか。したがって、DMFC長期運転信頼性改善に関連する問題解決のため、アルカリ燃料電池さらなる研究必要。

略語

AEM:

アニオン交換膜

Au:

金

BET:

ブラウナウアー・エメット・テラー

CV:

サイクリックボルタンメトリー

EDX:

エネルギー分散型X線

FESEM:

電界放出型走査電子顕微鏡

HAuCl₄·3H₂O:

金(III)塩化物三水和物

MPL:

マイクロポーラス層

N₂:

窒素

Pd:

パラジウム

PdCl₂:

塩化パラジウム

PTFE:

ポリテトラフルオロエチレン

VGCNF:

気相成長カーボンナノファイバー

XPS:

X線光電子分光法

XRD:

X線回折