NEDO is working on the "Ultra-advanced Materials Ultra-high-speed Development Foundation Technology Project," and has recently successfully synthesized a high-performance core-shell catalyst for solid polymer fuel cells (PEFCs), in collaboration with the 바카라 커뮤니티, the Research Association for Advanced Materials Advanced Materials, and Ube Industries, Inc, and has also achieved 이 제품의 고효율 합성 하루에 수십 가지 다양한 유형의 촉매를 지속적으로 자동으로 합성 할 수있는 고 처리량 흐름 합성 장치를 사용하여 짧은 시간 내에 최적의 코어 쉘 구조로 촉매 합성 조건을 확립했습니다 또한, 지금까지 도전이 된 코어-쉘 촉매의 생산성을 극적으로 향상시키기 위해, 우리는이 촉매에 대한 매우 효율적인 합성 공정을 실현하기 위해 프로세스 조건을 최적화하여 이전보다 10 배 이상 더 넘었습니다
이 성과는 PEFC의 과제 인 높은 백금 비용을 크게 줄일 것이며, 연료 전지 바카라 사이트 주소의 추가 사회적 구현을 촉진하고 탄소가없는 사회의 실현에 기여할 것입니다
소프트 폴리머 연료 전지 (PEFC)*1고 에너지 전환 효율, 장기 수명 및 저온 작동 (실온 ~ 100 ° C)과 같은 기능을 갖추고있어 연료 전지 차량 (FCV) 및 가계 조합 시스템의 깨끗한 전원이됩니다 PEFC의 에너지 전환 효율을 더욱 향상 시키려면 양의 전극 (음극 전극)을 사용하여 에너지 전환 효율을 더욱 향상시킵니다산소 감소 반응 (ORR)*2증가해야합니다 이러한 이유로, 캐소드 바카라 사이트 주소로서 높은 바카라 사이트 주소 활성을 갖는 백금을 사용하는 것이 일반적이지만, 백금은 비싸고 소량의 자원을 갖기 때문에 사용량을 크게 줄이고 에너지 전환 효율을 향상시키는 방법을 확립해야한다
최근 몇 년 동안, 백금이 바카라 사이트 주소 입자의 외부 표면 (쉘) 부분에만 선택적으로 존재하는 구조를 갖는 코어-쉘 바카라 사이트 주소를 사용하여 백금 사용 효율을 향상시키기 위해 연구가 적극적으로 수행되고 있으며, 입자의 내부 (코어) 부분은 다른 금속으로 대체된다 그러나, 그것은 코어-쉘 바카라 사이트 주소를 합성하는 방법으로 인기가있다COPPER-underpotential 강수량 (CU-UPD) 방법*3프로세스가 매우 복잡합니다배치 타입*4이기 때문에 생산성이 낮은 것은 실제적인 사용에 큰 문제가되었습니다
이 배경에 대한 응답으로 NEDO (New Energy and Industric Gectical Development Organiz), NEDO (National Research and Development Corporation)는 "울트라 조용한 재료 초고속 개발 인프라 기술 프로젝트*5"(슈퍼 슈퍼 프로젝트라고도 함)는 계산, 프로세스 및 측정의 삼위 일체를 통해 고속 기능 재료를 개발하기 위해 노력하고 있으며, 이의 일부로, 우리는 Cathode Catode에 사용 된 플래틴 늄의 양을 크게 줄일 수있는 코어-껍질 바카라 사이트 주소를 효율적으로 합성하기 위해 기술 개발을 위해 노력해 왔습니다
결과적으로 2019 년PD@PT 나노 입자*6흐름 합성 방법*7*82020 년에, 합성 된 나노 입자를 기질에 고정하는지지 과정이 또한 흐르는 공정이 구성되었다전체 프로세스 흐름 프로세스에서 PD@PT/Carbon Catalyst를 성공적으로 합성*9나는 그것을했다 이를 통해 백금 활용 효율의 개선을 허용하고 코어-쉘 나노 입자 바카라 사이트 주소의 배치 합성에서 흐름 합성으로 전환 할 수있는 기본 기술을 확립했습니다 그러나, 여기에서 합성 된 바카라 사이트 주소는 PT 쉘 구조의 정확한 제어를 갖지 않으며, Cu-UPD 방법에 의해 합성 된 바카라 사이트 주소보다 활성이 낮아야한다는 과제가있다
현재, 하루에 수십 개의 다른 코어 쉘 바카라 사이트 주소의 연속적이고 자동 합성 가능높은 처리량 흐름 신디사이저*10를 사용하여 프로세스 조건을 빠르게 최적화함으로써 (그림 1), 우리는 이전에 사용 된 Cu-UPD 방법을 사용하여 합성 된 바카라 사이트 주소의 성능과 비교할 수있는 PD@PT/탄소 바카라 사이트 주소를 성공적으로 합성했습니다 또한, 이번에 설정된 조건을 2020 년에 개발 한 전체 프로세스 흐름 합성 방법에 적용한 결과, Cu-UPD 방법과 비교할 수있는 활성 및 구조를 갖는 PD@PT/탄소 바카라 사이트 주소의 연속 합성을 성공적으로 완료했습니다
이 기술은 백금 활용률이 높은 코어-쉘 바카라 사이트 주소를 매우 효율적으로 제조 할 수 있으므로 Platinum의 비용을 크게 줄일 수 있으며, 이는 PEFC의 과제였습니다
*자동 샘플러 (a) 및 액체 공급 펌프 (b) 금속 원료 및 환원제를 반응기 (c)로 보내기 위해 PD@PT 나노 입자를 합성합니다 합성 된 PD@PT 나노 입자는 탄소 슬러리 펌프 (D)에 의해 공급되는 탄소상에서지지되며 PD@PT/탄소 바카라 사이트 주소로 지속적으로 변환된다 PD@PT/탄소 바카라 사이트 주소는 수집 및 분획 수집기 (E)에 의해 특정 샘플 튜브에 저장된다 이러한 모든 작업은 Control PC (F)를 사용하여 자동 및 지속적으로 수행됩니다
그림 1 고 처리량 흐름 합성 장치
PD@PT/Carby Catalyst Flow Synthesis 반응은 전통적으로 PD 전구체로서 염화 칼륨 칼륨, PT 전구체로서 백금 염화 염화염 및 환원제로서 나트륨 보로 하이드 라이드를 사용 하였다 그러나, 이들 재료를 사용하면 PD 주위에 균일 한 1- 원자 층 PT 쉘을 형성하기가 어렵 기 때문에 Cu-UPD 방법보다 활성이 적은 바카라 사이트 주소 만 합성 할 수있는 도전이 발생한다 따라서이 연구에서 우리는 먼저 금속 전구체, 반응물, 부가 유형, 접촉 효율, 거주 시간 및 고 처리량 유동 합성 장치를 사용한 기타 이러한 프로세스와 같은 공정 조건을 신속하게 평가했으며, PT 감소 제의 감소 속도는 PT 쉘의 형성에 큰 영향을 미친다는 것을 발견했습니다 또한,이 발견에 기초하여, 우리는 환원제 및 다양한 공정 조건의 조합에 관한 시뮬레이션 결과와 환원제로서 2- 메틸 피리딘 보란 복합체를 사용함으로써 균일 한 1- 원자 층 PT 쉘을 갖는 PD@PT/탄소 바카라 사이트 주소를 성공적으로 합성 하였다
합성 된 PD@PT/탄소 바카라 사이트 주소 투과 전자 현미경에너지 분산 X- 선 분광법 (Tem-Eds)*11의 이미지에서 (도 2A), 입자의 외부는 PT 및 녹색의 존재를 나타내는 입자의 외부가 PT 및 PD의 존재를 나타내는 것을 나타내며,이 입자가 PD 코어 및 PT 쉘 구조로 구성되어 있음을 확인한다는 것이 명백했다 게다가,전자 에너지 손실 분광법 (EELS) 라인 분석*12(도 2b) 결과는 PT 쉘의 두께가 약 025 nm의 두께를 갖는 것을 시사한다 (PT는 원자 직경이 028 nm이다),이 입자는 1- 원자 층의 PT 쉘 층을 갖는 것을 시사한다 게다가,Spring-8*13X- 선 흡수 미세 구조 분석 (XAFS)*14로 인해 PT-PT 조정 번호는 56, PT-PD조정 번호*1524 인 것으로 나타 났으며, 평균 구조로서 1 자 원자 층 PT 쉘을 갖는 것으로 확인되었다
*그림 (c) PT 및 PD의 존재는 코어 쉘 입자 TEM 이미지의 빨간색 라인을 분석하여 감지됩니다 그림 (b)의 녹색 선은 PT와 PD의 존재를 나타내고, 파란색 선은 PD의 존재를 나타냅니다 결과 분포 플롯은 PT 및 PD가 존재하는 위치를 결정하기 위해 2 차 차별화됩니다 빨간색 점선은 PT가 존재하기 시작하는 위치를 나타내고, 파란색 점선은 PD가 존재하기 시작하는 위치를 나타내고, 점선으로 둘러싸인 영역은 PT 쉘의 두께를 나타냅니다
그림 2 (a) Tem-Eds 및 (b) Eels 라인 분석
다음, PEFC의 음극 바카라 사이트 주소로서 합성 된 바카라 사이트 주소의 성능을 조사하려면ORR 활동 평가*16구현되었습니다 결과적으로, 09V에서 백금 중량 (MA) 당 활성은 522A/G-PT였다;Pt/Carbon Catalyst*17의 MA (180A/G-PT)의 약 3 배인 것으로 밝혀졌다 이것은,CU-UPD 방법에 의해 합성 된 바카라 사이트 주소에 필적하는 성능*18
또한 2020 년에 개발 된 전체 프로세스 흐름 합성 방법에 이번에 설정된 조건을 적용한 결과, Cu-UPD 방법과 비슷한 활성 및 구조를 갖는 PD@PT/Carbon Catalysts의 연속 합성을 성공적으로 완료했습니다 이는 PD@PT/탄소 바카라 사이트 주소의 지속적인 합성 공정을 달성했으며, 이는 Cu-UPD 방법보다 실험실 수준에서 10 배 이상 높은 생산성을 제공 할 것으로 예상된다 확장의 용이성으로 인해 향후 추가 생산성 향상이 예상 될 수 있습니다
표 1 코어-쉘 바카라 사이트 주소의 합성 방법 비교
| 합성 방법 |
합성 방법 개요 |
Cu-Upd
(구리-지수 강수량) 방법 |
・ 기존 방법
・ 매우 복잡하고 배치 유형, 낮은 생산성 |
| PD@PT 나노 입자의 흐름 합성 방법 |
2019 년에 개발되었습니다
・ 전체 프로세스 흐름 프로세스에서 PD@PT/Carbon Catalyst를 성공적으로 합성
Cu-upd 방법보다 낮은 활동 |
| 개선 된 올해 흐름 합성 방법 |
이번에 개발되었습니다
・ CU-UPD 방법과 비교할 수있는 성능, 활동 및 구조로 연속 PD@PT/Carby Catalyst를 성공적으로 합성했습니다
・ 실험실 수준에서 CU-UPD 방법보다 10 배 더 생산적 |
Super Super Project에서는 재료 개발 속도를 크게 향상시키기위한 MDPF (Material Design Platform)를 개발하고 있습니다 이 프로젝트에서 NEDO, AIST, ADMAT 및 UBE Industries는 모델 재료 PD@PT 바카라 사이트 주소의 성능을 초과하는 재료를 만들고,이 MDPF의 일부를 형성하는 고 처리량 자동 합성 장비를 활용하여 재료 정보를 사용하여 빠르고 효율적인 데이터 축적 및 재료 개발을 진행할 것입니다 이것은 백금 사용을 개선 할 수있는 새로운 바카라 사이트 주소의 개발을 가속화하고 코어 쉘 연료 전지 바카라 사이트 주소의 실제 적용을 통해 탄소가없는 사회의 실현에 기여할 것이다