燃料電池の分析

燃料電池の研究開発を強力サポート!
燃料電池はクリーンなエネルギー原として各方面から期待を集めています。
その中でも、燃料電池自動車への搭載が進められ今特に注目を集める固体高分子燃料電池について、分析を行った事例をまとめてご紹介します。

分析事例のご紹介

燃料電池触媒PtRuの組成評価・形態観察

~XPS・SEM・TEMを用いた多角的な評価~

燃料電池の電極は、カーボン担体に触媒粒子が担持された構造をしています。担体や触媒粒子がどのような状態にあるか評価することは、劣化メカニズム解明や設計指針の検討に欠かせません。
触媒被毒(酸化)の状態評価には、XPS分析が有効です。また、触媒凝集や粒成長の評価にはSEM・TEM観察が有効です。
複数の分析手法を組み合わせることにより、多角的な評価をご提案します。

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固体高分子燃料電池 触媒材料の形態観察・成分分析

~SEM・STEM・EDXによる触媒粒子の評価~

燃料電池の電極は、カーボンに触媒であるPt粒子またはPt合金(PtRu等)粒子が担持されています。この触媒粒子は数nmと微細構造のため、形態観察、組成分析にはSEMやTEM分析が用いられています。
初期状態での評価の他に通電後の劣化として合金組成の変調、Ruの溶出、触媒粒子径の増大が報告されていますが、これらの評価に高空間分解能でのHAADF観察やEDX分析が非常に有効です。また、SEM観察では担体のカーボンの形状や触媒粒子の存在状態を確認することができます。

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固体高分子燃料電池 触媒材料の粒子径・組成評価

~STEM・EDXによる触媒粒子の評価~

燃料電池の電極は、カーボンに触媒であるPt粒子またはPt合金(PtRu等)粒子が担持されています。この触媒粒子は数nmと微細な構造のため形態観察、組成分析にはSEMやTEM分析が用いられています。
初期状態での評価の他に通電後の劣化として合金組成の変調、Ruの溶出、触媒粒子径の増大が報告されていますが、これらの評価にHAADF観察や高分解能EDX分析が非常に有効です。また多視野の観察と分析により粒径および組成分布の評価が可能です。

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燃料電池の触媒の評価

~XPSによる化学状態分析とTEMによる形態観察~

燃料電池の電極は、カーボン担体に触媒であるPt粒子が担持された構造をしています。Ptの評価法として状態分析にはXPS分析、形態観察にはTEM観察が有効です。Pt触媒の酸化(被毒)や凝集(比表面積低下)などのPt触媒の劣化についてもこれらの手法で評価可能です。
角度を変えながら撮影した画像を再構築することによりPt粒子の三次元像を得ています。

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燃料電池の固体高分子電解質膜の評価

~TOF-SIMSによる分子構造評価・XPSによる化学状態評価~

固体高分子形燃料電池(PEFC) は常温で高出力のため車載用、家庭用コージェネレーション、モバイル用として注目されています。今回は固体高分子電解質膜について、TOF-SIMSでの分子構造評価例・XPSでの結合状態・定量評価例を紹介します。
その他にも、MSTでは雰囲気制御下での解体・各種分析手法を用いた電池材料の総合評価が可能です。

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固体高分子燃料電池の組成分布評価

~C60イオンエッチングにより、分子構造を壊すことなく深さ情報が得られます~

C60スパッタイオン源では、Csスパッタ源と比べ、原子1個あたりのサンプル表面への衝突エネルギーが減少するため、材料によって差がありますが、サンプルの損傷を抑えた深さ方向分析が可能です。
燃料電池に使われているパーフルオロスルホン酸系高分子膜において、C60スパッタガンを用いて深さ方向分析を行うと、分子構造を壊すことなく深さ情報を得ることができます。Csスパッタガンでの測定と比較しました事例を紹介します。

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