8/20 燃料電池・水電解における セル/電極触媒の構造解析と劣化メカニズムの解明

九州大学　水素エネルギー国際研究センター　教授　博士(工学)　松田 潤子　氏 
[ご専門]材料科学、電子顕微鏡関連
[ご経歴]
メーカーにてセラミックス材料の開発に従事。東京大学、国際超電導産業技術研究センターおよび産業技術総合研究所を経て、2011年から九州大学にて水素貯蔵、燃料電池、水電解など水素関連材料の構造解析（劣化メカニズム解明やその場観察）を行う。

　近年、脱炭素化社会の実現に向けた様々な取り組みが行われている中、クリーンなエネルギー媒体として水素が注目されている。本セミナーでは、水素の製造・循環に関わる水電解・燃料電池材料の開発に必要な構造解析手法および方法について解説する。

　燃料電池や水電解セルは、長時間試験後の構造を観察すると様々な変化が見られ、それがセル性能低下と関係する。その劣化メカニズムを解明するには、試験前後のセルの構造を観察して比較するのが一的である。また、セルの作動環境を模擬した条件で電極触媒の構造・組成変化をその場観察する方法もある。

　一方、セルの構造と性能の関係がわかると、高性能セルの構造設計に関する知見が得られる。本セミナーでは、セル各部位の構造と特性の関係や、電気化学反応に伴う構造変化について言及した後、様々な状況や目的に応じた構造解析・観察用試料調製方法について述べる。

１．燃料電池・水電解とエネルギーシステム

　(1)世界と日本の水素政策
　(2)燃料電池・水電解の種類と特徴

２．燃料電池・水電解セルの構造と特性
　(1)固体高分子形燃料電池・水電解セルの構造と特性
　　(a)セル各部位と特性の関係
　　(b)電気化学反応に伴う構造変化
　(2)固体酸化物形燃料電池・水蒸気電解セルの構造と特性
　　(a)セル各部位と特性の関係
　　(b)電気化学反応に伴う構造変化

３．燃料電池・水電解の電極触媒およびセルの構造観察・分析法
　　～測定原理・方法、測定例～
　(1)X線回折（XRD）
　(2)走査型電子顕微鏡（SEM）
　(3)集束イオンビーム加工観察（FIB-SEM）
　(4)透過電子顕微鏡／走査透過電子顕微鏡（TEM/STEM）
　(5)高エネルギー放射光X線を用いた分析（X線吸収分光（XAFS））
　(6)その他：X線光電子分光法（XPS）など

４．燃料電池・水電解の電極触媒およびセルの観察用試料調製法
　(1)粉砕法
　(2)機械研磨
　(3)ミクロトーム
　(4)イオンミリング
　(5)集束イオンビーム加工法（FIB）

５．燃料電池・水電解の電極触媒およびセルのオペランド観察・測定
　(1)固体高分子形燃料電池を対象としたその場観察・オペランド測定
　(2)固体酸化物形燃料電池・水蒸気電解セルのその場観察・オペランド測定

　□質疑応答□

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