産総研、新技術で扱い難い水素貯蔵・運搬の突破口を開く

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燃料電車の水素タンクについては、繊細な製造工程を経た細心さが求められる。

超微細な貴金属ナノ粒子触媒の固定化に成功、水素エネルギー社会の実現へ寄与する可能性

先の4月に「自動車ヒューマンファクター研究センター」を設立した国立研究開発法人 産業技術総合研究所(東京本部:東京都千代田区、理事長:中鉢良治、以下、産総研)は、この度、電池技術研究部門(研究部門長、谷本一美)エネルギー材料研究グループ、徐強上級主任研究員と、Yao CHEN元産総研特別研究員らにより、4月28日、「非貴金属犠牲法」という新しい手法を開発し、超微細な金属ナノ粒子(粒径がナノメートルの金属の粒)の触媒を、層状炭素材料であるグラフェン(炭素原子が平面上で蜂の巣状に並んだ構造をもつ)上に、均一に固定化することに成功したと発表した。

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この技術は、今話題の水素の貯蔵・運搬で、大きな貢献が期待される技術だ。

現段階では貯蔵・運搬に関して最適な運用方法を持たない水素

昨今、クリーンで安全なエネルギーとして水素に期待が集まっている。しかし今日、エネルギーとしての水素は、貯蔵、運搬いずれのケースでも、取扱い上の最適手段がない現状だ。

仮に水素を貯蔵・運搬するとした際、第一に考えられる液体水素は、水素を液化すること自体に多量のエネルギー必要とする上に自然蒸発が大きい。

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一方、水素吸蔵合金を水素の入れ物として使えば、そうした課題は解決するが、現時点で水素吸蔵合金は、重量当たりの水素密度が低過ぎる。

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また、トヨタ自動車が量産型燃料電池車の「ミライ」で利用している高圧ガスボンベへの充填スタイルは、大規模な水素輸送や小型のデバイスなどの移動型デバイスでの利用が困難だ。

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燃料電池車への水素充填にあたって、その環境を整えるには、今のところ手軽とは呼べない手段しかないのが現状だ。写真は、都内・九段下近くの移動式水素充填施設。

それらに対して、もうひとつ。化学的手法を用いた水素貯蔵方法がある。この場合は、高密度の水素を化学結合で安定的かつ安全な形で貯蔵できるため、大規模な水素輸送や、小型の移動型機器への水素供給への有望な方法のひとつとして期待されている。

水素エネルギー社会実現への足掛かりの他、太陽エネルギーへも応用可能

今発表で貯蔵基として使われたグラフェンは、グラファイトを構成する単原子薄膜だ。具体的には、炭素原子が平面上で蜂の巣状に並んだ構造を持っている。

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今回は、このグラフェン上に、超微細貴金属ナノ粒子を固定化する「非貴金属犠牲法」という手法を開発。同手法により、超微細な銀-ロジウム(Ag-Rh)合金ナノ粒子を、グラフェン上に均一に固定化させることに成功した。

今後,本技術は,金属ナノ粒子触媒開発による水素エネルギー社会の実現へ多く寄与する共に、金属ナノ粒子の新しい合成法として太陽エネルギーへの変換など、広範な分野への応用が期待される。

【参考】上はトヨタMIRAI生産 シャシー工程の様子

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