一体成型したシリコン電極板を用いた薄型燃料電池－Ru-Pt 触媒による直接メタノール型の試作

摘要

近年，携帯機器の小型化·高性能化に伴い電源の小型化·高出力化への要求が高まっている．リチウムイオン二次電池の高性能化が進められているが，小型·大容量化は限界に近付きつつあり，飛躍的な性能向上は難しくなってきた．このため，次世代の携帯機器用電源の有力な候補として燃料電池が注目を集めている．小型化を進める上で，多くの研究グループがMEMS (Micro Electro mechanical Systems) 技術を用いた燃料電池開発を試みている．本研究室でも，MEMS 技術により加工したシリコン基板を電極板として用いた薄型燃料電池の開発に取り組hでいる．図1 に我々の提案している燃料電池構造を示す．多孔質シリコンをふっ酸を含hだ白金めっき液に浸漬することで，シリコン基板上に多孔質白金層が得られることを見出した．この多孔質白金層を触媒層として用いる．触媒層の背面から燃料流路が触媒層多孔質に達するまでプラズマエッチングを施して，触媒層·燃料流路を一体成型した電極構造を実現している．水素-酸素を燃料として用いた場合，420mW/cm~2 (313K) とMEMS 型燃料電池としては，高い出力密度を実証した．小型化を考える上で，直接メタノール型燃料電池 (DMFC: Direct Methanol Fuel Cell) には，出力密度が水素型より小さいものの簡易な構造および燃料の保存性の高さなど，大きな利点がある．そこで，提案しているシリコン電極薄型燃料電池構造をDMFCに適用することを目指してきた．DMFC では，白金触媒の一酸化炭素被毒を防ぐためにルテニウム-白金触媒が必要となる．まず，多孔質白金層形成と同様の手法を用いて，多孔質ルテニウム層を形成することに成功した．そして，得られた多孔質ルテニウム層を白金めっき液に浸すことで，多孔質ルテニウム層上に白金の析出が可能であることを実証した[2]．本研究では，この多孔質ルテニウム-白金層を用いて，シリコン電極薄型燃料電池構造のDMFCを製作し，発電実証を目指した．また，触媒層形成条件をいくつか変化させて，発電性能への影響を検討した．