貴金属を使わない水素燃料電池材料を開発(Making hydrogen fuel cells ‘less precious’)

2026-02-06 ワシントン大学セントルイス校

米国のワシントン大学セントルイス校の研究チームは、水素燃料電池に不可欠な触媒材料から、希少で高価な貴金属への依存を大幅に減らす新手法を開発した。従来、燃料電池では白金などの貴金属触媒が必要不可欠とされてきたが、コストや資源制約が普及の大きな障壁となっていた。本研究では、より安価で入手しやすい金属材料を用いながら、反応効率と耐久性を維持・向上させる触媒設計に成功した。材料の原子配置や電子構造を精密に制御することで、酸素還元反応における触媒活性を最適化している。これにより、水素燃料電池の製造コスト低減と大規模展開が現実味を帯び、脱炭素社会の実現に向けたクリーンエネルギー技術の加速が期待される。

<関連情報>

現場ガス沈着を制御し、高耐久性Fe-N-C酸素還元燃料電池触媒を構築する Regulating in situ gaseous deposition to construct highly durable Fe–N–C oxygen-reduction fuel cell catalysts

Yachao Zeng,Manman Qi,Jiashun Liang,Raphael P. Hermann,Haoran Yu,Michael J. Zachman,Chun-Wai Chang,Marcos Lucero,Zhenxing Feng,David A. Cullen,Deborah J. Myers,Jean-Pol Dodelet & Gang Wu
Nature Catalysis  Published:06 February 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41929-026-01482-2

貴金属を使わない水素燃料電池材料を開発(Making hydrogen fuel cells ‘less precious’)

Abstract

The activity–stability trade-off challenges the design of high-performance atomically dispersed iron–nitrogen–carbon (Fe–N–C) catalysts for the acidic oxygen reduction reaction in polymer electrolyte fuel cells. Here we develop an in situ chemical vapour deposition approach during catalyst synthesis to break the trade-off, producing highly stable Fe–N–C catalysts while maintaining adequate oxygen reduction reaction activity. The optimal catalyst exhibits a half-wave potential of 0.867 V, remaining unchanged after an accelerated stress test (AST) of 100,000 potential cycles in rotating disk electrode tests. In membrane electrode assemblies under H2–air conditions, it delivers 93 mA cm−2 at 0.8 V after a standard AST of 30,000 voltage cycles, and shows minimal current density losses (2.9% at 0.6 V; 14.2% at 0.7 V) after an extended AST up to 120,000 cycles. The catalyst’s durability improvement is primarily due to the in situ chemical vapour deposition, which strengthens Fe–N bonds, increases active-site density, mitigates iron aggregates and reduces surface porosity.

0402電気応用
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