低温作動燃料電池用金属ナノ粒子触媒の現状と展望（上）

摘要

通常の低温作動燃料電池に用いられるガス拡散電極は、硯在貴金属触媒を装荷した高比表面積のカーボン材料とポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、集電体、その他から構成され、固体高分子電解質にはナフィオンが用いられている。 代表的な水素－酸素燃料電池の負極ではH_2→2H~＋＋2e~－また正極ではO_2→4H~＋＋4e~－→2H_2Oなる電気化学反応が進む。 水素負極では先ずガスー電解質界面でH_2ガスが解離し、電解質－触媒界面へと拡散して、そこで電気化学反応が進む。 生成した電子は集電体へ、またプロトンは電解質膜を横切って正極へ達することになる。 ガス相不均一触媒としては反応を高速で進行させるために、触媒の担持材料としては比表面積が大きいこと、またガスを高速で移動させるためには気孔率の大きいことが求められる。さらに担持材料中では電子伝導性がよく、電解質中ではプロトン導電性のよいことが大切である。 また電解質が液体の場合には濡れがよく、ガス－液体界面の物質移動がよいこと、三相界面の化学的安定性も重要である。